Arrayed Primer Extension-2 as a multiplex PCR-based method for nucleic acid variation analysis: method and applications

Abstract

Human DNA is studied for two main reasons: scientific and clinical interest. In both cases, a robust, cost-effective, and reliable (>99.5%) method of analysis is required. There are several protocols for genetic analysis which enable one to determine DNA variations relatively simply and do not demand a specific apparatus. More complex analysis solutions are provided by commercial companies. They facilitate high-throughput DNA analysis and provide a wider application spectrum compared to non-commercial methods, but the cost per base pair of DNA analyzed is higher. Aside from numerical quality parameters, the essential indicators of a method are flexibility, amount of hands-on work, and simplicity in the starting phase. In conclusion, there are several available platforms but due to the complexity of DNA variations, no dominating methods which can satisfy all research or diagnostic conditions and users exist. The aim of this thesis was to create a flexible, user-friendly, and reliable method for the simultaneous DNA analysis of up to one thousand DNA variations. To obtain this, we aimed to identify analysis conditions that ensured a low drop-out ratio of the DNA variations under analysis and at the same time guarantee high quality parameters. Another objective was to study different DNA extraction methods from venous blood and saliva. In this case, comparative DNA analysis and APEX-2 genotyping were performed. Saliva DNA analysis is a non-invasive procedure and has many advantages for diagnostic testing compared to DNA extraction from blood. The practical outcome of the current thesis can be applied in molecular diagnostic testing, scientific replication studies, and in genealogical research.

Genoomis sisalduvat DNAd uuritakse kahel eesmärgil: teaduslikul ja meditsiinilisel. Mõlemal juhul vajatakse DNA täpseks kirjeldamiseks meetodeid, mis võimaldaksid DNA testimist läbi viia võrdlemisi kiirelt, odavalt, kuid väga kõrge täpsusega (>99.5%). Välja on töötatud mitmeid meetodeid, mille kasutamine on suhteliselt lihtne ning ei nõua spetsiaalset ja kulukat aparatuuri. Seevastu pakuvad erinevad firmad keerukaid ja suure läbilaskevõimega lahendusi, kus tarbijale avanevad laiemad võimalused, kuid võrreldes mittekommertsiaalsete meetoditega, suureneb ka kulutus analüüsitava DNA variatsiooni kohta. Numbriliste kvaliteedinäitajate kõrval peetakse oluliseks veel meetodi paindlikkust, inimtöö hulka ja lihtsust projekti käivitamise etapis. Kokkuvõtlikult, on mitmeid toimivaid lahendusi, ent kuna DNA variatsioonide määramine on tihti erinevatel põhjustel raskendatud, siis ühte kindlat või domineerivat meetodit ei ole siiani välja kujunenud. Antud doktoritöö eesmärgiks oli luua paindlik, kasutajasõbralik ja hästi töötav DNA variatsioonide määramise meetod kuni tuhande erineva DNA muutuse samaaegseks analüüsiks. Lisaks oli eesmärk uurida erinevaid DNA eraldusmeetodeid verest ja süljest, teostada võrdlevad DNA proovide analüüsid ja testida analüüsitavaid DNA proove APEX-2 protokolliga. DNA eraldamine süljest on mitte-invasiivne protseduur, millel on mitmed eelised verest DNA eraldamise ees. APEX-2 võimalikud rakendused on molekulaardiagnostilised DNA testid meditsiini valdkonnas, tänapäevased teadusuuringud ja päritolutestid nii enda kui ka perekonna juurte analüüsiks.