DE102004025744A1 - Surface of a solid support, useful for multiple parallel analysis of nucleic acids by optical methods, having low non-specific binding of labeled components - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung beschreibt eine Oberfläche einer festen Phase für ein Verfahren zur Sequenzierung von Nukleinsäureketten.The Invention describes a surface a solid phase for a method for sequencing nucleic acid chains.
Seit Mitte der 90er Jahre werden Verfahren entwickelt, die Ereignisse an einzelnen Molekülen oder an kleinen Gruppen einzelner Moleküle analysieren. Bei vielen Verfahren werden einzelne Moleküle während der Analyse an einer festen Phase gebunden. Zur Detektion werden Reaktionskomponenten beispielsweise mit Fluoreszenzmarker markiert. Da das Signal von einzelnen Molekülen in der Regel sehr schwach ist, benötigen solche Verfahren unter anderem auch Oberflächen von festen Phasen, die ein geringes Hintergrundsignal erzeugen.since In the mid-nineties, procedures are developed, the events on individual molecules or analyze on small groups of individual molecules. In many Procedures become single molecules while the analysis bound to a solid phase. For detection Reaction components labeled, for example, with fluorescence marker. Because the signal from single molecules is usually very weak is, need such Processes including surfaces of solid phases, the generate a low background signal.
Das Hintergrundsignal, z.B. Fluoreszenzsignal, kann von der festen Phase stammen, oder von markierten Komponenten ausgehen, die durch die Absorption (z.B. unspezifische Absorption) an die feste Phase während der Reaktion gebunden wurden.The Background signal, e.g. Fluorescence signal, may be from the solid phase originate from marked components, which by the Absorption (e.g., nonspecific absorption) to the solid phase during Reaction were bound.
Für die Analysen, die auf Einzelmolekülbasis basieren, ist es essentiell, dass das Hintergrundsignal von der festen Phase möglichst gering ist. Insbesondere stellt die Verringerung der unspezifischen Bindung von markierten Komponenten während der Analyse eine Herausforderung dar.For the analyzes, on a single molecule basis It is essential that the background signal from the solid phase as possible is low. In particular, the reduction of non-specific Binding of labeled components during the analysis is a challenge represents.
Allgemein bekannte Prozeduren zur Vorbereitung von Oberflächen zur Präparation von Biosensoren (Ligler, 1999) sind meist ineffektiv in Vorbereitung von Oberflächen für Verfahren, die auf Einzelmolekülanalyse basieren, da sie zu einem starken Hintergrund durch die unspezifische Bindung von markierten Komponenten führen.Generally known procedures for the preparation of surfaces for the preparation of biosensors (Ligler, 1999) are mostly ineffective in preparing surfaces for processes, based on single-molecule analysis, as they create a strong background due to non-specific binding lead from marked components.
Seit Mitte 80er Jahre werden Verfahren entwickelt, bei denen Nukleinsäuren zunächst auf einer festen Phase fixiert werden, um anschließend in einer biochemischen Reaktion, beispielsweise Hybridisierung oder Primer-Extension, analysiert zu werden. Dabei wurde festgestellt, dass die Reinigungsprozeduren und die Fixierung von Nukleinsäuren an die Oberflächen eine große Rolle spielen und eine eindeutige Vorhersage des Ergebnisses einer Reinigungsprozedur im Hinblick auf potenzielle Entstehung des Hintergrundsignals durch unspezifischen Bindung von markierten Komponenten nicht möglich ist (Taylor et al., 2003).since In the mid-80s, methods are developed in which nucleic acids are initially on be fixed to a solid phase, followed by a biochemical Reaction, for example hybridization or primer extension, analyzed to become. It was found that the cleaning procedures and the fixation of nucleic acids to the surfaces a big Role play and a clear prediction of the outcome of a Cleaning procedure with regard to potential emergence of the background signal by unspecific binding of labeled components is not possible (Taylor et al., 2003).
Trotz intensiver Suche nach geeigneten Oberflächen ist es bis jetzt nicht gelungen, eine Oberfläche zu finden, die trotz längeren und wiederholten Kontakts mit hohen Konzentrationen markierter Reagenzien, wie markierte Nukleinsäuren oder/und markierte Nukleotide, ein niedriges Hintergrundsignal durch unspezifische Bindung von markierten Komponenten aufweist.In spite of intensive search for suitable surfaces is not yet managed to get a surface too find that despite longer and repeated contact with high concentrations of labeled reagents, as labeled nucleic acids and / or labeled nucleotides, a low background signal having non-specific binding of labeled components.
Aufgabe der Erfindung:Object of the invention:
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Oberfläche einer festen Phase bereitzustellen, die bei den Analysen von Nukleinsäureketten eingesetzt werden kann und eine niedrige unspezifische Bindung von sowohl markierten und unmarkierten Nukleotiden als auch markierten und unmarkierten Nukleinsäuren aufweist.The The object of the invention was to provide a surface of a solid phase, used in the analysis of nucleic acid chains can and is a low non-specific binding of both labeled and unlabelled nucleotides as well as labeled and unlabelled nucleic acids having.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Oberfläche einer festen Phase zu entwickeln, die eine niedrige unspezifische Bindung von markierten und unmarkierten Nukleotiden und markierten und unmarkierten Nukleinsäuren aufweist, wobei an diese Oberfläche der festen Phase Nukleinsäuren, z.B. Nukleinsäureketten mit einer Länge von 10 bis 1000 Nukleotide, gekoppelt werden können.A Another object of the invention was to provide a surface of a solid phase, which has a low non-specific binding of labeled and unlabelled nucleotides and labeled and unlabelled nucleic acids having, to this surface the solid phase nucleic acids, e.g. nucleic acid chains with a length from 10 to 1000 nucleotides, can be coupled.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Oberfläche zu entwickeln, die in einem Analyse-Verfahren eingesetzt werden kann, in dem markierte und/oder unmarkierte Nukleotide und/oder markierte und/oder unmarkierte Nukleinsäuren verwendet werden, beispielsweise ein Sequenzierungsverfahren (WO 02088382, WO 03020968, WO 02072892, WO 0070073, WO 03020968) oder auch in DNA-Chip-Technologie wie in ("DNA Microarrays", Bowtell, 2003, ISBN 0-87969-624-9, "Microarray-Biochip Technology" M Schena, 2000, ISBN 1-881299-37-6) beschrieben.A Another object of the invention was to develop a surface which can be used in an analysis process in which marked and / or unlabelled nucleotides and / or labeled and / or unlabelled nucleic acids used, for example a sequencing method (WO 02088382, WO 03020968, WO 02072892, WO 0070073, WO 03020968) or also in US Pat DNA chip technology like in ("DNA Microarrays", Bowtell, 2003, ISBN 0-87969-624-9, "Microarray biochip Technology "M Schena, 2000, ISBN 1-881299-37-6).
Die Nachteile des Standes der Technik wurden durch eine neue Methode der Vorbereitung der Oberfläche einer festen Phase überwunden.The Disadvantages of the prior art have been through a new method the preparation of the surface overcome a solid phase.
Kurze Beschreibung der Erfindung:Short description of Invention:
Die
Anmeldung beschreibt eine Oberfläche
einer festen Phase, die eine sehr geringe unspezifische Bindung
von markierten Komponenten wie beispielsweise markierten Nukleotiden
und markierten Nukleinsäuren
aufweist (
An
die erfindungsgemäße Oberfläche der
festen Phase können
Nukleinsäureketten
spezifisch gebunden werden. Die erfindungsgemäße Oberfläche der festen Phase mit fixierten
Nukleinsäuren
kann in Verfahren zur Analyse der Nukleinsäuren eingesetzt werden, die
Hybridisierung (
Die feste Phase hat in einer Ausführungsform Silica (SiO2) als Hauptkomponente. Glas oder Quarz stellen bevorzugte Formen von Silica dar.The solid phase in one embodiment has silica (SiO 2 ) as the main component. Glass or quartz are preferred forms of silica.
In einer anderen Ausführungsform hat die feste Phase als Hauptkomponente reines Silizium, wobei die äußere Schicht zu SiO2 oxidiert ist.In another embodiment, the solid phase has as its main component pure silicon, wherein the outer layer is oxidized to SiO 2 .
In einer Ausführungsform ist die feste Phase auf einem Träger befestigt. Der Träger besteht beispielsweise aus Kunststoff.In an embodiment is the solid phase on a carrier attached. The carrier For example, it is made of plastic.
Die Oberfläche der festen Phase ist vorzugsweise plan. Sie ist in einer Ausführungsform ein Bestandteil einer Vorrichtung, die zum Austausch von Lösungen geeignet ist, beispielsweise eine Flow-Cell.The surface the solid phase is preferably flat. It is in one embodiment a component of a device suitable for the exchange of solutions is, for example, a flow cell.
In einer Ausführungsform ist die feste Phase oder ihre Bestandteile für die elektromagnetische Strahlung für Wellenlängen zwischen 400 und 1000 nm transparent. Wobei in einer Ausführungsform die Transparenz für alle Wellenlängen in diesem Bereich besteht, in einer anderen Ausführungsform ist sie für Wellen nur bestimmter Längen transparent, so dass die feste Phase eine Filterfunktion aufweist.In an embodiment is the solid phase or its components for electromagnetic radiation for wavelengths between 400 and 1000 nm transparent. In one embodiment, the transparency for all wavelength in this area, in another embodiment, it is for waves only certain lengths transparent, so that the solid phase has a filter function.
Die Herstellung der Oberfläche der festen Phase schließt in einer Ausführungsform folgende wesentliche Schritte ein:
- 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase, wobei eine regenerierte Oberfläche der festen Phase entsteht, die eine SiO2 Oberfläche ist.
- 2. Kopplung von Nukleinsäureketten an die regenerierte Oberfläche der festen Phase
- 1. Removal of the outer layer of the solid phase, wherein a regenerated surface of the solid phase is formed, which is a SiO 2 surface.
- 2. Coupling of nucleic acid chains to the regenerated surface of the solid phase
In einer weiteren Ausführungsform schließt die Herstellung folgende wesentliche Schritte ein:
- 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase, wobei eine regenerierte Oberfläche der festen Phase entsteht, die eine SiO2 Oberfläche ist.
- 2. Kopplung einer Linker-Komponente an die regenerierte Oberfläche der festen Phase,
- 3. Kopplung von Nukleinsäureketten an die Linker-Komponente.
- 1. Removal of the outer layer of the solid phase, wherein a regenerated surface of the solid phase is formed, which is a SiO 2 surface.
- 2. Coupling of a linker component to the regenerated surface of the solid phase,
- 3. Coupling of nucleic acid chains to the linker component.
Die Entfernung der Außenschicht erfolgt durch chemische Reaktion in einer wässrigen oder wässrig-organischen Lösung. In einer Ausführungsform wird die regenerierte Oberfläche im weiteren Verlauf des Herstellungs- und des Analyseprozesses nicht ausgetrocknet. Diese Schritte können in einen Herstellungsprozess integriert werden, der auch weitere Schritte zur Bearbeitung der Oberfläche einschließt.The Removal of the outer layer takes place by chemical reaction in an aqueous or aqueous-organic Solution. In one embodiment becomes the regenerated surface not in the further course of the manufacturing and analysis process dried out. These steps can be integrated into a manufacturing process, which includes more Includes steps for editing the surface.
In einer Ausführungsform erfolgen die Herstellungsschritte nur an einem Teil der Oberfläche der festen Phase. Die restliche Oberfläche der festen Phase ist in dieser Ausführungsform vor Behandlung geschützt.In an embodiment the manufacturing steps take place only on a part of the surface of the solid phase. The remaining surface of the solid phase is in this embodiment protected from treatment.
In einer Ausführungsform haben die an der festen Phase gebundenen Nukleinsäureketten eine Anker-Funktion, in einer anderen Ausführungsform der Anmeldung haben die gebundenen Nukleinsäuren eine Primer-Funktion.In an embodiment have the nucleic acid chains bound to the solid phase an anchor function, in another embodiment of the application the bound nucleic acids a primer function.
Die erfindungsgemäß hergestellten Oberflächen der festen Phase können beispielsweise in einem Verfahren zur hoch parallelen Sequenzierung von einzelnen Nukleinsäurekettenmolekülen eingesetzt werden, wie beispielsweise (WO 02088382, WO 03020968, WO 02072892).The produced according to the invention surfaces the solid phase can for example, in a method for high parallel sequencing used by individual nucleic acid chain molecules for example (WO 02088382, WO 03020968, WO 02072892).
Dabei wird bei der Vorbereitung zur Sequenzierung aus dem genetischen Material zunächst eine Population an relativ kleinen, einzelsträngigen Nukleinsäurekettenfragmenten (NSKFs) gebildet, die eine Primer-Bindungsstelle tragen. Anschließend werden diese Fragmente an die auf der festen Phase fixierten Nukleinsäureketten mit Primer-Funktion hybridisiert, wobei extensionsfähige Primer-Matrize-Komplexe entstehen.there is used in the preparation for sequencing from the genetic Material first a population of relatively small, single-stranded nucleic acid chain fragments (NSKFs) carrying a primer binding site. Then be these fragments to the fixed on the solid phase nucleic acid chains hybridized with primer function, with extension-capable primer-template complexes arise.
Die NSKFs werden bei der Immobilisierung bzw. Bindung zufällig auf der Oberfläche verteilt, d.h. es muss also nicht auf eine exakte Positionierung der einzelnen Ketten geachtet werden. Die NSKF-Primer-Komplexe müssen dabei in einer solchen Dichte auf der Oberfläche fixiert werden, dass eine eindeutige Zuordnung der später detektierten Signale von den eingebauten markierten Nukleotiden zu einzelnen NSKFs gewährleistet ist.The NSKFs become random when immobilized or bound the surface distributed, i. So it does not have to be exact positioning the individual chains are respected. The NSKF primer complexes have to be included be fixed in such a density on the surface that a unique assignment of the later detected signals from the incorporated labeled nucleotides guaranteed to individual NSKFs is.
Nach der Vorbereitung der NSKFs startet man mit allen auf der Oberfläche immobilisierten NSKF-Primer-Komplex-Molekülen die Sequenzierungsreaktion. Als Grundlage der Sequenzierung dient die Synthese des komplementären Stranges zu jedem einzelnen gebundenen NSKF. Dabei werden in den neu synthetisierten Strang markierte Nukleotiden eingebaut. Die Sequenzierungsreaktion verläuft in mehreren Zyklen. Ein Zyklus umfasst beispielsweise folgende Schritte:
- a) Zugabe einer Lösung mit markierten Nukleotiden (NTs*) und Polymerase zu den gebundenen NSKF-Primer-Komplexen,
- b) Inkubation der gebundenen NSKF-Primer-Komplexe mit dieser Lösung unter Bedingungen, die zur enzymatischen Kopplung markierter Nukleotide geeignet sind,
- c) Waschen,
- d) Detektion der Signale von einzelnen eingebauten markierten Nukleotiden,
- e) Entfernung der Markierung von den eingebauten Nukleotiden,
- f) Waschen.
- a) Addition of a solution with labeled nucleotides (NTs *) and polymerase to the bound NSKF primer complexes,
- b) incubation of the bound NSKF-primer complexes with this solution under conditions suitable for the enzymatic coupling of labeled nucleotides,
- c) washing,
- d) detection of signals from individual incorporated labeled nucleotides,
- e) removal of the label from the incorporated nucleotides,
- f) washing.
Gegebenenfalls erfolgt eine mehrfache Wiederholung des Zyklus (a–f).Possibly a multiple repetition of the cycle (a-f) takes place.
Danach wird für jedes fixierte NSKF seine spezifische Sequenz aus der Reihenfolge der eingebauten NTs* ermittelt.After that is for each pinned NSKF has its specific sequence out of order the built-in NTs * determined.
Die Anzahl der durchzuführenden Zyklen hängt dabei von der jeweiligen Aufgabenstellung ab, ist theoretisch nicht beschränkt und liegt vorzugsweise zwischen 5 und 500.The Number of performed Cycles depends thereby from the respective task off, is theoretically not limited and is preferably between 5 and 500.
Das Verfahren wird beispielsweise mit einer Apparatur durchgeführt, die in der Anmeldung WO 03031947 beschrieben ist. Die örtliche Auflösung dieser Apparatur (Gesamtauflösung, einschließend optische und elektronische örtliche Auflösung) liegt vorzugsweise zwischen 0,2 und 2 μm.The Process is carried out, for example, with an apparatus which in application WO 03031947. The local resolution this apparatus (total resolution, inclusively optical and electronic local Resolution) is preferably between 0.2 and 2 microns.
Die erfindungsgemäße Oberfläche der festen Phase weist eine sehr geringe unspezifische Bindung von markierten Komponenten. Das ermöglicht die Durchführung von vielen Inkubationsschritten mit markierten Komponenten, beispielsweise einen wiederholten längeren Kontakt zwischen den markierten Nukleotiden und der Oberfläche. Die Dichte der Signale von unspezifisch gebundenen markierten Komponenten bleibt während des Sequenzierungsverfahren gering und interferiert nur unwesentlich mit den spezifischen Signalen.The Surface of the invention solid phase has a very low non-specific binding of labeled Components. This allows the implementation from many incubation steps with labeled components, for example a repeated longer Contact between the labeled nucleotides and the surface. The Density of signals from nonspecifically bound labeled components stays during the Sequencing method low and interferes only slightly with the specific signals.
Insbesondere ist eine solche Oberfläche bei den Verfahren bevorzugt, die mehr als 3 Inkubationsschritte mit markierten Komponenten einschließen.Especially is such a surface preferred in the methods containing more than 3 incubation steps with tagged components.
In der Anmeldung werden folgende Themen dargestellt:
- – Oberfläche einer festen Phase mit einer geringen unspezifischen Bindung von markierten und unmarkierten Nukleotiden und/oder markierten und unmarkierten Nukleinsäuren,
- – Oberfläche einer festen Phase mit einer geringen unspezifischen Bindung von markierten und unmarkierten Nukleotiden und/oder markierten und unmarkierten Nukleinsäuren, wobei an der Oberfläche der festen Phase Nukleinsäureketten spezifisch gebunden sind,
- – Oberfläche einer festen Phase mit einer geringen unspezifischen Bindung von markierten und unmarkierten Nukleotiden und/oder markierten und unmarkierten Nukleinsäuren, wobei an der Oberfläche Nukleinsäureketten spezifisch gebunden sind, die an einer Hybridisierungsreaktion mit komplementären Nukleinsäuresträngen teilnehmen können.
- – Oberfläche einer festen Phase mit einer geringen unspezifischen Bindung von markierten und unmarkierten Nukleotiden und/oder markierten und unmarkierten Nukleinsäuren, die in einem Verfahren zur hochparallelen Analyse von Nukleinsäuresequenzen eingesetzt werden kann,
- – Methoden zur Herstellung solcher Oberflächen einer festen Phase
- – Methoden zur spezifischen Bindung von Nukleinsäureketten an solche Oberflächen einer festen Phase
- – Methode zur Sequenzierung von Nukleinsäurenketten an solchen Oberflächen einer festen Phase
- – Vorrichtung zum Austausch von Flüssigkeiten, die solche Oberflächen einschließt
- – Vorteilhafte Ausführungen für Verfahren zur Sequenzierung von Nukleinsäuren mit der erfindungsgemäßen Oberfläche
- – Vorteilhafte Kombination von markierten Komponenten wie markierte Nukleotide und markierte Nukleinsäuren und der erfindungsgemäßen Reaktionsoberfläche.
- Surface of a solid phase with a low unspecific binding of labeled and unlabelled nucleotides and / or labeled and unlabeled nucleic acids,
- Surface of a solid phase with a low unspecific binding of labeled and unlabelled nucleotides and / or labeled and unlabeled nucleic acids, nucleic acid chains being specifically bound to the surface of the solid phase,
- - Surface of a solid phase with a low non-specific binding of labeled and unlabelled nucleotides and / or labeled and unlabeled nucleic acids, wherein on the surface nucleic acid chains are specifically bound, which can participate in a hybridization reaction with complementary nucleic acid strands.
- Surface of a solid phase with a low unspecific binding of labeled and unlabelled nucleotides and / or labeled and unlabeled nucleic acids, which can be used in a method for the highly parallel analysis of nucleic acid sequences,
- - Methods for producing such surfaces of a solid phase
- Methods for specific binding of nucleic acid chains to such surfaces of a solid phase
- - Method for sequencing nucleic acid chains on such surfaces of a solid phase
- - Device for the exchange of liquids, which includes such surfaces
- Advantageous embodiments for methods for sequencing nucleic acids with the surface according to the invention
- Advantageous combination of labeled components such as labeled nucleotides and labeled nucleic acids and the reaction surface of the invention.
Der Gegenstand dieser Erfindung betrifft folgende Aspekte:
- 1. Oberfläche einer festen Phase für Verfahren zur Analyse einer Vielzahl von Nukleinsäuremolekülen mit optischen Mitteln.
- 2. Feste Phase für Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln, wobei die Oberfläche der festen Phase eine Eigenschaft der geringen unspezifischen Bindung von markierten Komponenten aufweist.
- 3. Feste Phase nach Aspekt 1 oder 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 200 Ereignisse/100 μm2 während der Analyse beträgt. Als Ereignisse der unspezifischen Bindung werden hier detektierbare Signale von einzelnen markierten Komponenten verstanden. Dabei können markierte Komponenten ein oder mehrere signalgebende Moleküle aufweisen.
- 4. Feste Phase nach Aspekt 1 oder 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 100 Ereignisse/100 μm2 während der Analyse beträgt.
- 5. Feste Phase nach Aspekt 1 oder 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 50 Ereignisse/100 μm2 während der Analyse beträgt.
- 6. Feste Phase nach Aspekt 1 oder 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 20 Ereignisse/100 μm2 während der Analyse beträgt.
- 7. Feste Phase nach Aspekt 1 oder 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 10 Ereignisse/100 μm2 während der Analyse beträgt.
- 8. Feste Phase nach Aspekt 1 oder 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 5 Ereignisse/100 μm2 während der Analyse beträgt.
- 9. Feste Phase nach Aspekt 1 oder 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 2 Ereignisse/100 μm2 während der Analyse beträgt.
- 10. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 9, wobei die feste Phase eine Silica-Oberfläche einschließt.
- 11. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 9, wobei die feste Phase eine Glas- oder Quarz-Oberfläche einschließt.
- 12. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 9, wobei die feste Phase eine SiO2-Oberfläche einschließt. Die feste Phase kann in einer Ausführungsform einen Anteil von SiO2 aufweisen, der in folgenden Bereichen liegt: zwischen 1% und 10%, zwischen 10% und 50%, zwischen 50% und 80%, zwischen 80% und 100%.
- 13. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 9, wobei die feste Phase eine Si-OH-Oberfläche einschließt.
- 14. feste Phase nach Aspekten 1 bis 13, wobei die Oberfläche der festen Phase flach ist.
- 15. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 14, wobei an der Oberfläche dieser festen Phase Nukleinsäureketten fixiert sind.
- 16. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 14, wobei an diese feste Phase Nukleinsäureketten über eine Linker-Komponente fixiert sind.
- 17. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt; 1. Bereitstellung einer regenerierten Oberfläche einer festen Phase durch die Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung von Nukleinsäureketten an die regenerierte Oberfläche der festen Phase
- 18. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt; 1. Bereitstellung einer regenerierten Oberfläche einer festen Phase durch die Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung einer Linker-Komponente an die regenerierte Oberfläche der festen Phase 3. Kopplung von Nukleinsäureketten an die Linker-Komponente
- 19. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Bereitstellung einer regenerierten Oberfläche einer festen Phase durch die Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. chemische Synthese von Nukleinsäureketten an der regenerierten Oberfläche der festen Phase
- 20. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Bereitstellung einer regenerierten Oberfläche einer festen Phase durch die Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung einer Linker-Komponente an die regenerierte Oberfläche der festen Phase 3. chemische Synthese von Nukleinsäureketten an der festen Phase. Viele Verfahren zur Festphasensynthese von Nukleinsäureketten sind bekannt, z.B. mit konventioneller Oligonukleotidsythese (Capaldi et al., 2000; Damha et al., 1990; Devivar et al., 1999; Habus et al., 1998; Pon, 1993; Pon et al., 1988; Sinha, 1993; Song et al., 2003; Veiko et al., 1991; Vu et al., 1990)
- 21. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Bereitstellung einer regenerierten Oberfläche einer festen Phase durch die Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung von Nukleinsäureketten an die regenerierte Oberfläche der festen Phase 3. Kopplung weiterer Substanzen an die regenerierte Oberfläche der festen Phase
- 22. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Bereitstellung einer regenerierten Oberfläche einer festen Phase durch die Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung einer Linker-Komponente an die regenerierte Oberfläche der festen Phase 3. Kopplung von Nukleinsäureketten an die Linker-Komponente 4. Kopplung weiterer Substanzen an die regenerierte Oberfläche oder an die Linker-Komponente
- 23. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Bereitstellung einer regenerierten Oberfläche einer festen Phase durch die Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. chemische Synthese von Nukleinsäureketten an der regenerierten Oberfläche der festen Phase 3. Kopplung weiterer Substanzen an die regenerierte Oberfläche der festen Phase
- 24. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Bereitstellung einer regenerierten Oberfläche einer festen Phase durch die Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung einer Linker-Komponente an die regenerierte Oberfläche der festen Phase 3. chemische Synthese von Nukleinsäureketten an der regenerierten Oberfläche der festen Phase 4. Kopplung weiterer Substanzen an die regenerierte Oberfläche oder an die Linker-Komponente
- 25. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 24, wobei die Außenschicht nur an einem Teil der festen Phase abgetragen wird. In einer Ausführungsform kann die Entfernung auch nur an einem Teil der Oberfläche der festen Phase vorgenommen werden. Ebenso kann die Kopplung der Nukleinsäureketten an einem Anteil der bereitgestellten Oberfläche der festen Phase vorgenommen werden.
- 26. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 25, wobei die Entfernung der Außenschicht durch chemische Reaktion erfolgt
- 27. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekt 26, wobei die chemische Reaktion in Anwesenheit von HF erfolgt. Dem Fachmann sind viele chemische Kombinationen (Lösungen) bekannt, die HF enthalten und zur Abtragung der äußeren SiO2-Schicht dienen. Beispielsweise sind gepufferte HF-Lösungen (z.B. HF und NH4F) oder auch Mischungen aus HF, HNO3 und CH3COOH zur Entfernung der äußeren Schicht geeignet. Die Lösungen können dabei wässrig oder wässrig-organisch sein.
- 28. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekt 26, wobei die chemische Reaktion in Anwesenheit von Hydroxiden erfolgt. Dem Fachmann sind viele Hydroxide bekannt, die zur Entfernung der äußeren SiO2-Schicht dienen können. Beispielsweise können Lösungen verwendet werden, die NaOH, KOH, NH4OH, LiOH enthalten. Die Lösungen können dabei wässrig oder wässrig-organisch sein.
- 29. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 1 nm und 10 nm liegt.
- 30. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 10 nm und 100 nm liegt.
- 31. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 100 nm und 1 μm liegt.
- 32. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 1 μm und 10μm liegt.
- 33. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 10 μm und 100 μm liegt.
- 34. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 1 bis 28, wobei nach der Entfernung der Außenschicht der festen Phase keine Trocknungsschritte erfolgen und weitere Schritte in der flüssigen Phase stattfinden. Unter weiteren Schritten werden hier sowohl Herstellungsschritte, wie beispielsweise spezifische Kopplung von Linker-Komponenten oder Fixierung von Nukleinsäureketten an die regenerierte Oberfläche der festen Phase, als auch Schritte während der Analyse wie z.B. Inkubationsschritte, Waschschritte usw. Die flüssige Phase kann dabei beispielsweise wässrige Lösungen oder wässrig-organische Lösungen oder auch organische Lösungen einschließen. Die Lösungen können Salze enthalten und können Puffereigenschaften besitzen.
- 35. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Aspekten 21 bis 24, wobei die Gruppe der "weiteren Substanzen" folgende Substanzen einschließen: Monomere (insbesondere Substanzen, die eine oder mehrere Phosphat-, Sulfat-, Carboxy-Gruppen tragen), Polymere (Polyethylenglycol, Polyacrylate, Polyacrylamide, Polyphosphate, Proteine)
- 36. Feste Phase für ein Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln, die nach Methoden in Aspekten 17 bis 35 hergestellt wird.
- 37. Feste Phase für ein Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln, die nach Methoden in Aspekten 17 bis 35 hergestellt wird, wobei an der Oberfläche Nukleinsäureketten fixiert sind.
- 38. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 37 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei fixierte Nukleinsäureketten eine einheitliche Population darstellen Die an der Oberfläche fixierte Nukleinsäureketten können eine Anker- oder eine Primerfunktion haben. In einer Ausführungsform können die zu analysierenden Nukleinsäureketten an die auf der regenerierten Oberfläche der festen Phase fixierten Nukleinsäureketten hybridisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann an den gebildeten Primer-Matrizenkomplexen eine enzymatische Reaktion durchgeführt werden.
- 39. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 37 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei fixierte Nukleinsäureketten mehrere unterschiedliche Populationen darstellen In einer Ausführungsform werden unterschiedlichen Populationen auf der festen Phase in einer vorgegebenen Anordnung fixiert, wobei ein Array entsteht. In einer anderen Ausführungsform werden unterschiedliche Populationen in einer zufälligen Anordnung an der Oberfläche fixiert (WO 02088382, WO 02072892). Die an der Oberfläche fixierte Nukleinsäureketten können eine Anker- oder eine Primerfunktion haben. In einer Ausführungsform können die zu analysierenden Nukleinsäureketten an die auf der regenerierten Oberfläche der festen Phase fixierten Nukleinsäureketten hybridisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann an den gebildeten Primer-Matrizenkomplexen eine enzymatische Reaktion durchgeführt werden.
- 40. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 39 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei Nukleinsäureketten eine Länge zwischen 5 und 50 Nukleotiden haben
- 41. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 39 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei Nukleinsäureketten eine Länge zwischen 20 und 200 Nukleotiden haben
- 42. Feste Phase nach Aspekten 1 bis 39 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei Nukleinsäureketten eine Länge zwischen 50 und 500 Nukleotiden haben
- 43. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 42, wobei die Fixierung von Nukleinsäureketten kovalent ist.
- 44. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 42, wobei die Fixierung affin ist.
- 45. Feste Phase nach Aspekten 16, 18, 20, 22, 24, wobei der Linker eine Länge von 1 bis 50 nm hat
- 46. Feste Phase nach Aspekten 16, 18, 20, 22, 24, 45, wobei der Linker ein nicht verzweigtes Polymer ist
- 47. Feste Phase nach Aspekten 16, 18, 20, 22, 24, 45 wobei der Linker ein verzweigtes Polymer ist
- 48. Feste Phase nach Aspekten 16, 18, 20, 22, 24, wobei Streptavidin oder Avidin als Linker auftritt.
- 49. Feste Phase nach Aspekten 16, 18, 20, 22, 24, wobei Nukleinsäureketten als Linker auftreten.
- 50. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 1/100 μm2 und 10/100 μm2 liegt.
- 51. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 10/100 μm2 und 100/100 μm2 liegt.
- 52. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 100/100 μm2 und 1000/100 μm2 liegt.
- 53. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 1000/100 μm2 und 10.000/100 μm2 liegt.
- 54. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 10.000/ 100 μm2 und 1.000.000/100 μm2 liegt. Die an der Oberfläche fixierte Nukleinsäureketten können eine Anker- oder eine Primerfunktion haben. In einer Ausführungsform können die zu analysierenden Nukleinsäureketten an die auf der regenerierten Oberfläche der festen Phase fixierten Nukleinsäureketten komplementär hybridisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann an den gebildeten Primer-Matrizenkomplexen eine enzymatische Reaktion durchgeführt werden. Die Dichte der extensionsfähigen Primer-Matrizenkomplexe liegt vorzugsweise in einem der folgenden Bereiche: 1/100 μm2 bis 10 / 100 μm2, 10/100 μm2 bis 20/100 μm2, 20/100 μm2 bis 30/100 μm2, 30/100 μm2 bis 40/100 μm2, 40/100 μm2 bis 50/100 μm2, 50/100 μm2 bis 60/100 μm2, 60/100 μm2 bis 70/100 μm2, 70/100 μm2 bis 80/100 μm2, 80/100 μm2 bis 90/100 μm2, 90/100 μm2 bis 100/100 μm2, 100/100 μm2 bis 120/100 μm2, 120/100 μm2 bis 130/100 μm2, 130/100 μm2 bis 140/100 μm2, 140/100 μm2 bis 150/100 μm2, 150/100 μm2 bis 160/100 μm2, 160/100 μm2 bis 170/100 μm2, 170/100 μm2 bis 180/100 μm2, 180/100 μm2 bis 190/100 μm2, 190/100 μm2 bis 200/100 μm2, 200/100 μm2 bis 250/100 μm2, 250/100 μm2 bis 300/100 μm2, 300/100 μm2 bis 400/100 μm2. In einer Ausführungsform ist die Dichte der an der regenerierten Oberfläche der festen Phase fixierten Nukleinsäureketten über die gesamte Oberfläche der festen Phase gleich. In einer anderen Ausführungsform schließt die hergestellte feste Phase Bereiche ein, die unterschiedliche Dichte der fixierten Nukleinsäureketten aufweisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn unbekannte Konzentrationen von zu analysierenden Nukleinsäureketten in einem Verfahren wie (WO 02088382, WO 02072892) eingesetzt werden.
- 55. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 54, wobei an der festen Phase ein erkennbares Muster angebracht ist. Dieses Muster kann beispielsweise eine Markierung sein, die mit optischen Mitteln erkannt werden kann.
- 56. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 55, wobei die feste Phase ein Teil einer Vorrichtung zum Austausch von Flüssigkeiten darstellt.
- 57. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 56, wobei die feste Phase für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich zwischen 200 nm bis 400 nm durchlässig ist.
- 58. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 56, wobei die feste Phase für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich zwischen 200 nm bis 2000 nm durchlässig ist.
- 59. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Aspekten 1 bis 56, wobei die feste Phase für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich zwischen 400 nm bis 800 nm durchlässig ist. Feste Phase kann bestimmte Bereiche der elektromagnetischen Strahlung absorbieren und somit eine Filterfunktion besitzen.
- 60. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln, wobei die feste Phase nach Aspekten 1 bis 59 verwendet wird.
- 61. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekt 60, wobei markierte Komponenten verwendet werden.
- 62. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekt 61, wobei die Markierung von den markierten Komponenten durch Abspaltung entfernt werden kann. Die Abspaltung kann dabei chemisch, photochemisch oder auch enzymatisch erfolgen. Die Abspaltung kann beispielsweise in einer wässrigen oder in einer wässrig-organischen Phase erfolgen.
- 63. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 61 und 62, wobei markierte Komponenten markierte Ribonukleosidtriphosphate oder Deoxyribonucleosidtriphosphate oder Dideoxyribonukleosidtriphosphate einschließen. Dabei können die sowohl in der Natur vorkommenden Nukleoside, wie Adenosin, Guanosin, Thymidin, Uridin, Cytosin als auch deren Modifikationen, Nukleotidanaloga, wie z.B. 7-Deazaadenosin oder 7-Deazaguanosin verwendet werden. Die Markierung kann am Nukleotid an der Base, am Zucker oder an dem Phosphat-Anteil gekoppelt sein.
- 64. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 61 bis 63, wobei markierte Komponenten reversibel markierte Ribonukleosidtriphosphate oder Deoxyribonucleosidtriphosphate oder Dideoxyribonukleosidtriphosphate einschließen.
- 65. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 61 und 62, wobei markierte Komponenten markierte Nukleinsäuren einschließen.
- 66. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekt 65, wobei markierte Komponenten reversibel markierte Nukleinsäuren einschließen.
- 67. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 66, wobei parallel 100 bis 10.000 Nukleinsäureketten analysiert werden
- 68. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 66, wobei parallel 1000 bis 100.000 Nukleinsäureketten analysiert werden
- 69. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 66, wobei parallel 10.000 bis 1.000.000 Nukleinsäureketten analysiert werden
- 70. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 66, wobei parallel 100.000 bis 10.000.000 Nukleinsäureketten analysiert werden
- 71. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 66, wobei parallel 1.000.000 bis 100.000.000 Nukleinsäureketten analysiert werden
- 72. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 66, wobei parallel 100.000.000 bis 10.000.000.000 Nukleinsäureketten analysiert werden
- 73. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 72, wobei Ereignisse an einzelnen Nukleinsäurekettenmolekülen optisch detektiert werden
- 74. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 0,3 μm ermöglichen
- 75. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 0,5 μm ermöglichen
- 76. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 0,8 μm ermöglichen
- 77. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 1 μm ermöglichen
- 78. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 1,2 μm ermöglichen
- 79. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 1,5 μm ermöglichen
- 80. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 2 μm ermöglichen
- 81. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 80, wobei die Analyse durch die Synthese eines komplementären Stranges verläuft (zyklische Sequenzierung).
- 82. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekt 81, wobei die Analyse durch die zyklische Sequenzierung verläuft und folgende Schritte einschließt: 1. Bereitstellung einer festen Phase nach Aspekten 1 bis 59 2. Bindung von zu analysierenden Nukleinsäuremolekülen an diese feste Phase unter Ausbildung extensionsfähiger Primer-Matrize-Komplexen, 3. Durchführung einer zyklischen Reaktion mit den auf der festen Phase fixierten Nukleinsäureketten, die folgende Schritte einschließt: 3.1 Inkubation einer Lösung mit einer oder mehreren Polymerase und einem oder mehreren markierten Nukleotiden (Polymerase-Nukleotid-Gemisch) mit der festen Phase unter Bedingungen, die eine Einbaureaktion von Nukleotiden an den gebildeten Primer-Matrize-Komplexen zulassen, 3.2 Entfernung des Polymerase-Nukleotid-Gemischs und Waschen der festen Phase 3.3 Detektion der Signale von eingebauten markierten Nukleotiden, wobei relative Koordinaten einzelne Signale identifiziert werden 3.4 Entfernung der Signale von eingebauten Nukleotiden, 3.5 gegebenenfalls Waschen der festen Phase 3.6 gegebenenfalls Wiederholung der Schritte 3.1 bis 3.5 4. Rekonstruktion der Sequenzen von einzelnen Nukleinsäuremolekülen aus den unter Schritt 3.3 erhaltenen Signalen
- 83. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 82, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle Nukleinsäureketten mit einer Länge zwischen 30 und 300 Nukleotide darstellen.
- 84. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 82, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle Nukleinsäureketten mit einer Länge zwischen 30 und 3000 Nukleotide darstellen.
- 85. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 84, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle Deoxyribonukleinsäureketten oder Ribonukleinsäureketten darstellen.
- 86. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 85, wobei die bereitgestellte feste Phase fixierte Nukleinsäuren trägt, die als Primer für die Sequenzierung dienen.
- 87. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekt 86, wobei die bereitgestellte feste Phase fixierte Nukleinsäuren trägt, die als Primer für die Sequenzierung dienen und die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle direkt an diese Primer hybridisiert werden, wobei extensionsfähige Primer-Matrize-Komplexe gebildet werden.
- 88. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 85, wobei zunächst die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle an die feste Phase fixiert werden und anschließend ein Primer an die zu analysierenden Nukleinsäureketten hybridisiert wird.
- 89. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 82, wobei die Fixierung von zu analysierenden Nukleinsäuremolekülen kovalent an die feste Phase erfolgt.
- 90. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 82, wobei die Fixierung von zu analysierenden Nukleinsäuremolekülen affin an die feste Phase erfolgt.
- 91. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 und 90, wobei die bereitgestellte feste Phase fixierte Nukleinsäureketten trägt, die als Anker für affine Fixierung von zu analysierenden Nukleinsäuremolekülen dienen.
- 92. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 und 90, wobei die Fixierung von zu analysierenden Nukleinsäureketten durch die Hybridisierung bzw. affine Bindung an den Anker an der festen Phase erfolgt.
- 93. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 92, wobei die Dichte der fixierten extensionsfähigen Primer-Matrize-Komplexe auf der festen Phase zwischen 5 und 50 Komplexe pro 100 μm2 liegt.
- 94. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 92, wobei die Dichte der fixierten extensionsfähigen Primer-Matrize-Komplexe auf der festen Phase zwischen 50 und 250 Komplexe pro 100 μm2 liegt.
- 95. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 94, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle an die feste Phase in zufälliger Anordnung fixiert werden
- 96. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 60 bis 94, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle an die feste Phase in vorbestimmter Anordnung fixiert werden
- 97. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 bis 96, wobei im Schritt 3.1 verwendete Nukleotide markierte Ribonukleosidtriphosphate oder Deoxyribonucleosidtriphosphate oder Dideoxyribonukleosidtriphosphate einschließen.
- 98. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 bis 97, wobei im Schritt 3.1 verwendete Nukleotide eine reversibel terminierende Gruppe tragen, so dass nur ein markiertes Nukleotid in einem Inkubationsschritt 3.1 eingebaut werden kann.
- 99. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekt 98, wobei nach dem Detektionsschritt 3.3 ein weiterer Schritt zur Entfernung der reversibel terminierenden Gruppe im durchgeführt wird, so dass die Extensionsreaktion im weiteren Verlauf stattfinden kann.
- 100. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 bis 99, wobei verwendete Nukleotide eine einheitliche Markiertung tragen und im Inkubationsschritt 3.1 modifizierte Nukleotide gleicher Basenart zugegeben werden.
- 101. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 bis 99, wobei verwendete Nukleotide eine basenspezifische Markiertung tragen und im Inkubationsschritt 3.1 modifizierte Nukleotide unterschiedlicher Basenart zugegeben werden.
- 102. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 bis 101, wobei im Schritt 3.3 relative Intensität eines jeden Signals bestimmt wird.
- 103. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 bis 101, wobei die Zahl der Wiederholungen der Schritte 3.1 bis 3.5 zwischen 2 und 10 liegt.
- 104. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 bis 101, wobei die Zahl der Wiederholungen der Schritte 3.1 bis 3.5 zwischen 10 und 25 liegt.
- 105. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 bis 101, wobei die Zahl der Wiederholungen der Schritte 3.1 bis 3.5 zwischen 25 und 50 liegt.
- 105. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekten 82 bis 101, wobei die Zahl der Wiederholungen der Schritte 3.1 bis 3.5 zwischen 50 und 200 liegt.
- 106. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekt 60 bis 80, wobei die Analyse durch Hybridisierung komplementärer markierter Nukleinsäureketten verläuft.
- 107. Verfahren zur Analyse von Nukleinsäureketten mit der festen Phase nach Aspekten 1 bis 59, wobei die zu analysierenden Nukleinsäureketten an der festen Phase fixiert sind und die Analyse durch die Hybridisierung von komplementären markierten Nukleinsäureketten erfolgt.
- 108. Verfahren zur Analyse von Nukleinsäureketten mit der festen Phase nach Aspekten 1 bis 59, wobei an der festen Phase Nukleinsäurestränge in einer vordefinierten Anordnung fixiert sind und die zu analysierenden Nukleinsäureketten durch die Hybridisierung an die fixierten Nukleinsäurestränge analysiert werden.
- 1. A solid phase surface for methods of analyzing a plurality of nucleic acid molecules by optical means.
- 2. A solid phase for methods of parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means, wherein the surface of the solid phase has a property of low non-specific binding of labeled components.
- 3. The solid phase according to aspect 1 or 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 200 events / 100 μm 2 during the analysis. Non-specific binding events are here understood to be detectable signals from individual labeled components. In this case, labeled components can have one or more signaling molecules.
- 4. The solid phase according to aspect 1 or 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 100 events / 100 μm 2 during the analysis.
- 5. The solid phase according to aspect 1 or 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 50 events / 100 μm 2 during the analysis.
- 6. The solid phase according to aspect 1 or 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 20 events / 100 μm 2 during the analysis.
- 7. Solid phase according to aspect 1 or 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 10 events / 100 μm 2 during the analysis.
- 8. Solid phase according to aspect 1 or 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 5 events / 100 μm 2 during the analysis.
- 9. Solid phase according to aspect 1 or 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 2 events / 100 μm 2 during the analysis.
- 10. Solid phase according to aspects 1 to 9, wherein the solid phase includes a silica surface.
- 11. Solid phase according to aspects 1 to 9, wherein the solid phase includes a glass or quartz surface.
- 12. The solid phase of aspects 1 to 9, wherein the solid phase includes an SiO 2 surface. In one embodiment, the solid phase may have a content of SiO 2 in the following ranges: between 1% and 10%, between 10% and 50%, between 50% and 80%, between 80% and 100%.
- 13. Solid phase according to aspects 1 to 9, wherein the solid phase includes a Si-OH surface.
- 14. Solid phase according to aspects 1 to 13, wherein the surface of the solid phase is flat.
- 15. Solid phase according to aspects 1 to 14, wherein on the surface of this solid phase nucleic acid chains are fixed.
- 16. Solid phase according to aspects 1 to 14, wherein nucleic acid chains are attached to this solid phase via a linker component.
- 17. A method of preparing the solid phase according to Aspects 1 to 16, wherein the preparation includes the following steps; 1. Providing a regenerated surface of a solid phase by removing the outer layer of the solid phase 2. Coupling of nucleic acid chains to the regenerated surface of the solid phase
- A method for producing the solid phase according to Aspects 1 to 16, wherein the preparation includes the following steps; 1. Providing a regenerated surface of a solid phase by removing the outer layer of the solid phase. 2. Coupling a linker component to the regenerated surface of the solid phase. 3. Coupling of nucleic acid chains to the linker component
- 19. A method for producing the solid phase according to aspects 1 to 16, wherein the preparation of the following Steps include: 1. Providing a regenerated surface of a solid phase by removing the outer layer of solid phase 2. Chemical synthesis of nucleic acid chains on the regenerated surface of the solid phase
- A method of preparing the solid phase of aspects 1-16, wherein the preparation includes the steps of: 1. providing a regenerated surface of a solid phase by removing the outer layer of the solid phase 2. coupling a linker component to the regenerated surface of the solid phase solid phase 3. chemical synthesis of nucleic acid chains on the solid phase. Many methods for solid phase synthesis of nucleic acid chains are known, for example, with conventional oligonucleotide synthesis (Capaldi et al., 2000, Damha et al., 1990; Devivar et al., 1999; Habus et al., 1998; Pon, 1993; Pon et al. , Sinha, 1993; Song et al., 2003; Veiko et al., 1991; Vu et al., 1990).
- 21. A method of preparing the solid phase of aspects 1-16, wherein the preparation includes the steps of: 1. providing a regenerated surface of a solid phase by removing the outer layer of the solid phase. 2. coupling nucleic acid chains to the regenerated surface of the solid phase 3. Coupling of further substances to the regenerated surface of the solid phase
- A method of preparing the solid phase of aspects 1-16, wherein the preparation includes the steps of: 1. providing a regenerated surface of a solid phase by removing the outer layer of the solid phase. 2. coupling a linker component to the regenerated surface of the solid phase solid phase 3. Coupling of nucleic acid chains to the linker component 4. Coupling of further substances to the regenerated surface or to the linker component
- 23. A method of preparing the solid phase of aspects 1-16, the preparation including the steps of: 1. providing a regenerated surface of a solid phase by removing the outer layer of solid phase 2. chemical synthesis of nucleic acid chains on the regenerated surface of the solid Phase 3. Coupling of further substances to the regenerated surface of the solid phase
- 24. A method of preparing the solid phase of aspects 1-16, wherein the preparation includes the steps of: 1. providing a regenerated surface of a solid phase by removing the outer layer of the solid phase. 2. coupling a linker component to the regenerated surface of the solid phase solid phase 3. Chemical synthesis of nucleic acid chains on the regenerated surface of the solid phase 4. Coupling of further substances to the regenerated surface or to the linker component
- 25. A method for producing the solid phase according to aspects 1 to 24, wherein the outer layer is removed only on a part of the solid phase. In one embodiment, the removal may also be made only on a part of the surface of the solid phase. Likewise, the coupling of the nucleic acid chains can be made on a portion of the provided surface of the solid phase.
- 26. A method for producing the solid phase according to aspects 1 to 25, wherein the removal of the outer layer takes place by chemical reaction
- 27. A method for preparing the solid phase according to aspect 26, wherein the chemical reaction takes place in the presence of HF. The skilled worker is aware of many chemical combinations (solutions) which contain HF and serve to remove the outer SiO 2 layer. For example, buffered HF solutions (eg HF and NH 4 F) or else mixtures of HF, HNO 3 and CH 3 COOH are suitable for removing the outer layer. The solutions may be aqueous or aqueous-organic.
- 28. A method for preparing the solid phase according to aspect 26, wherein the chemical reaction takes place in the presence of hydroxides. Many hydroxides are known to those skilled in the art, which can serve to remove the outer SiO 2 layer. For example, solutions containing NaOH, KOH, NH 4 OH, LiOH can be used. The solutions may be aqueous or aqueous-organic.
- 29. Method for producing the solid phase according to aspects 1 to 28, wherein the thickness of the removed outer layer is between 1 nm and 10 nm.
- 30. Method for producing the solid phase according to aspects 1 to 28, wherein the thickness of the removed Au Outer layer between 10 nm and 100 nm.
- 31. Method for producing the solid phase according to aspects 1 to 28, wherein the thickness of the removed outer layer is between 100 nm and 1 μm.
- 32. Method for producing the solid phase according to aspects 1 to 28, wherein the thickness of the removed outer layer is between 1 μm and 10 μm.
- 33. Method for producing the solid phase according to aspects 1 to 28, wherein the thickness of the removed outer layer is between 10 μm and 100 μm.
- 34. Method for producing the solid phase according to aspects 1 to 28, wherein no drying steps take place after the removal of the outer layer of the solid phase and further steps take place in the liquid phase. Among other steps here are both manufacturing steps, such as specific coupling of linker components or fixation of nucleic acid chains to the regenerated surface of the solid phase, as well as steps during the analysis such as incubation steps, washing steps, etc. The liquid phase can be, for example, aqueous solutions or aqueous-organic solutions or organic solutions include. The solutions may contain salts and may have buffering properties.
- 35. Method for producing the solid phase according to aspects 21 to 24, wherein the group of "further substances" include the following substances: monomers (in particular substances which carry one or more phosphate, sulfate, carboxy groups), polymers (polyethylene glycol , Polyacrylates, polyacrylamides, polyphosphates, proteins)
- 36. A solid phase for a method of parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules by optical means, prepared by methods in aspects 17-35.
- 37. A solid phase for a method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means, which is prepared by methods in aspects 17 to 35, wherein on the surface nucleic acid chains are fixed.
- 38. Solid phase according to aspects 1 to 37 with fixed nucleic acid chains, wherein fixed nucleic acid chains constitute a uniform population The nucleic acid chains fixed on the surface can have an anchor or a primer function. In one embodiment, the nucleic acid chains to be analyzed may be hybridized to the nucleic acid chains fixed on the regenerated surface of the solid phase. In a further embodiment, an enzymatic reaction can be carried out on the primer-template complexes formed.
- 39. Solid phase according to aspects 1 to 37 with fixed nucleic acid chains, wherein fixed nucleic acid chains represent several different populations. In one embodiment, different populations are fixed on the solid phase in a given arrangement to form an array. In another embodiment, different populations are fixed in a random arrangement on the surface (WO 02088382, WO 02072892). The nucleic acid chains fixed on the surface may have an anchor or a primer function. In one embodiment, the nucleic acid chains to be analyzed may be hybridized to the nucleic acid chains fixed on the regenerated surface of the solid phase. In a further embodiment, an enzymatic reaction can be carried out on the primer-template complexes formed.
- 40. Solid phase according to aspects 1 to 39 with fixed nucleic acid chains, wherein nucleic acid chains have a length between 5 and 50 nucleotides
- 41. Solid phase according to aspects 1 to 39 with fixed nucleic acid chains, wherein nucleic acid chains have a length between 20 and 200 nucleotides
- 42. Solid phase according to aspects 1 to 39 with fixed nucleic acid chains, wherein nucleic acid chains have a length between 50 and 500 nucleotides
- 43. Fixed phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 42, wherein the fixation of nucleic acid chains is covalent.
- 44. Fixed phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 42, wherein the fixation is affine.
- 45. The solid phase of aspects 16, 18, 20, 22, 24, wherein the linker has a length of 1 to 50 nm
- 46. The solid phase of aspects 16, 18, 20, 22, 24, 45, wherein the linker is a non-branched polymer
- 47. Solid Phase of Aspects 16, 18, 20, 22, 24, 45 wherein the linker is a branched polymer
- 48. Solid phase according to aspects 16, 18, 20, 22, 24, wherein streptavidin or avidin acts as a linker.
- 49. Solid phase according to aspects 16, 18, 20, 22, 24, nucleic acid chains occurring as linker.
- 50. Solid phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 49, wherein the density of the fixed nucleic acid chains is between 1/100 μm 2 and 10/100 μm 2 .
- 51. Solid phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 49, wherein the density of the fixed nucleic acid chains is between 10/100 μm 2 and 100/100 μm 2 .
- 52. Solid phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 49, wherein the density of the fixed nucleic acid chains is between 100/100 μm 2 and 1000/100 μm 2 .
- 53. Solid phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 49, wherein the density of the fixed nucleic acid chains is between 1000/100 μm 2 and 10,000 / 100 μm 2 .
- 54. Solid phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 49, wherein the density of the fixed nucleic acid chains is between 10,000 / 100 μm 2 and 1,000,000 / 100 μm 2 . The nucleic acid chains fixed on the surface may have an anchor or a primer function. In one embodiment, the nucleic acid chains to be analyzed may be complementarily hybridized to the nucleic acid chains fixed on the regenerated surface of the solid phase. In a further embodiment, an enzymatic reaction can be carried out on the primer-template complexes formed. The density of the extension primer capable Matrizenkomplexe is preferably in the following ranges: 1/100 microns 2 up to 10/100 .mu.m 2 10/100 to 20/100 microns 2 microns 2, 20/100 to 30/100 microns 2 microns 2 , 30/100 μm 2 to 40/100 μm 2 , 40/100 μm 2 to 50/100 μm 2 , 50/100 μm 2 to 60/100 μm 2 , 60/100 μm 2 to 70/100 μm 2 , 70 / 100 μm 2 to 80/100 μm 2 , 80/100 μm 2 to 90/100 μm 2 , 90/100 μm 2 to 100/100 μm 2 , 100/100 μm 2 to 120/100 μm 2 , 120/100 μm 2 to 130/100 μm 2 , 130/100 μm 2 to 140/100 μm 2 , 140/100 μm 2 to 150/100 μm 2 , 150/100 μm 2 to 160/100 μm 2 , 160/100 μm 2 to 170/100 μm 2 , 170/100 μm 2 to 180/100 μm 2 , 180/100 μm 2 to 190/100 μm 2 , 190/100 μm 2 to 200/100 μm 2 , 200/100 μm 2 to 250 / 100 μm 2 , 250/100 μm 2 to 300/100 μm 2 , 300/100 μm 2 to 400/100 μm 2 . In one embodiment, the density of the nucleic acid chains fixed to the regenerated surface of the solid phase is the same over the entire surface of the solid phase. In another embodiment, the prepared solid phase includes regions having different density of the fixed nucleic acid chains. This is particularly advantageous when unknown concentrations of nucleic acid chains to be analyzed are used in a method such as (WO 02088382, WO 02072892).
- 55. Fixed phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 54, wherein a recognizable pattern is attached to the solid phase. For example, this pattern may be a mark that can be recognized by optical means.
- 56. Fixed phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 55, wherein the solid phase forms part of a device for exchanging liquids.
- 57. Fixed phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 56, wherein the solid phase for electromagnetic radiation having wavelengths in the range between 200 nm to 400 nm is permeable.
- 58. Fixed phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 56, wherein the solid phase is permeable to electromagnetic radiation having wavelengths in the range between 200 nm to 2000 nm.
- 59. Fixed phase with fixed nucleic acid chains according to aspects 1 to 56, wherein the solid phase is permeable to electromagnetic radiation having wavelengths in the range between 400 nm to 800 nm. Solid phase can absorb certain areas of the electromagnetic radiation and thus have a filter function.
- 60. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means, wherein the solid phase is used according to aspects 1 to 59.
- 61. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspect 60, wherein labeled components are used.
- 62. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspect 61, wherein the label can be removed from the labeled components by cleavage. The cleavage can be done chemically, photochemically or enzymatically. The cleavage can be carried out, for example, in an aqueous or in an aqueous-organic phase.
- 63. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical agents according to aspects 61 and 62, wherein labeled components include labeled ribonucleoside triphosphates or deoxyribonucleoside triphosphates or dideoxyribonucleoside triphosphates. The naturally occurring nucleosides such as adenosine, guanosine, thymidine, uridine, cytosine as well as their modifications, nucleotide analogs such as 7-deazaadenosine or 7-deazaguanosine can be used. The label may be coupled to the nucleotide at the base, the sugar or the phosphate moiety.
- 64. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical agents according to aspects 61 to 63, wherein labeled components include reversibly labeled ribonucleoside triphosphates or deoxyribonucleoside triphosphates or dideoxyribonucleoside triphosphates.
- 65. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 61 and 62, wherein labeled components include labeled nucleic acids.
- 66. Method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules by optical means according to aspect 65, wherein labeled components include reversibly labeled nucleic acids.
- 67. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 66, wherein 100 to 10,000 nucleic acid chains are analyzed in parallel
- 68. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 66, wherein parallel 1000 to 100,000 nucleic acid chains are analyzed
- 69. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 66, wherein in parallel 10,000 to 1,000,000 nucleic acid chains are analyzed
- 70. A method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 66, wherein in parallel 100,000 to 10,000,000 nucleic acid chains are analyzed
- 71. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 66, wherein parallel 1,000,000 to 100,000,000 nucleic acid chains are analyzed
- 72. A method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 66, wherein 100,000,000 to 10,000,000,000 nucleic acid chains are analyzed in parallel
- 73. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 72, wherein events on individual nucleic acid chain molecules are optically detected
- 74. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 73, wherein optical means enable a resolution of up to 0.3 μm
- 75. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 0.5 microns
- 76. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 0.8 microns
- 77. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 1 micron
- 78. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 73, wherein optical means allow a resolution up to 1.2 microns
- 79. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 1.5 microns
- 80. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 2 microns
- 81. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 80, wherein the analysis proceeds by the synthesis of a complementary strand (cyclic sequencing).
- 82. A method of parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means of aspect 81, wherein the analysis is by cyclic sequencing and includes the steps of: 1. providing a solid phase according to aspects 1 to 59 2. binding nucleic acid molecules to be analyzed thereon 3. Performing a cyclic reaction with the solid-phase-fixed nucleic acid chains, including the following steps: 3.1 Incubation of a solution with one or more polymerase and one or more labeled nucleotides (polymerase nucleotide Mixture) with the solid phase under conditions allowing incorporation reaction of nucleotides on the formed primer-template complexes, 3.2 removal of the polymerase-nucleotide mixture and washing of the solid phase 3.3 detection of the signals of incorporated labeled nucleotides, relative coordi If necessary, individual signals can be identified. 3.4 Removal of signals from incorporated nucleotides, 3.5 optionally washing of the solid phase 3.6 optionally repetition of steps 3.1 to 3.5 4. Reconstruction of the sequences of individual nucleic acid molecules from the signals obtained in step 3.3
- 83. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 82, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed represent nucleic acid chains with a length between 30 and 300 nucleotides.
- 84. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 82, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed nucleic acid chains having a length between 30 and 3000 nucleotides.
- 85. Method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules by optical means according to aspects 60 to 84, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed are deoxyribonucleic acid chains or ribonucleic acid chains.
- 86. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 85, wherein the provided solid phase carries fixed nucleic acids which serve as primers for the sequencing.
- 87. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspect 86, wherein the solid phase provided carries fixed nucleic acids which serve as primers for the sequencing and the nucleic acid molecules to be analyzed are hybridized directly to these primers, with extension-capable primer template Complexes are formed.
- 88. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 85, wherein first the nucleic acid molecules to be analyzed are fixed to the solid phase and then a primer is hybridized to the nucleic acid chains to be analyzed.
- 89. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 82, wherein the fixation of nucleic acid molecules to be analyzed is covalently attached to the solid phase.
- 90. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 82, wherein the fixation of nucleic acid molecules to be analyzed is carried affinely to the solid phase.
- 91. A method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means of aspects 82 and 90, wherein the provided solid phase carries fixed nucleic acid chains which serve as anchors for affine fixation of nucleic acid molecules to be analyzed.
- 92. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 82 and 90, wherein the fixation of nucleic acid chains to be analyzed by the hybridization or affine binding to the anchor on the solid phase takes place.
- 93. A method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 92, wherein the density of the fixed on the solid phase Extensible primer-template complexes between 5 and 50 complexes per 100 microns 2 .
- 94. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 92, wherein the density of the fixed on the solid phase Extensible primer-template complexes between 50 and 250 complexes per 100 microns 2 .
- 95. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 94, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed are fixed to the solid phase in a random arrangement
- 96. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 94, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed are fixed to the solid phase in a predetermined arrangement
- 97. A method of parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means of aspects 82 to 96, wherein nucleotides used in step 3.1 include labeled ribonucleoside triphosphates or deoxyribonucleoside triphosphates or dideoxyribonucleoside triphosphates.
- 98. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 82 to 97, wherein nucleotides used in step 3.1 carry a reversibly terminating group, so that only one labeled nucleotide can be incorporated in an incubation step 3.1.
- 99. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspect 98, wherein after the detection step 3.3, a further step for removing the reversibly terminating group is carried out in, so that the extension reaction can take place in the course.
- 100. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 82 to 99, wherein used nucleotides carry a uniform labeling and in the incubation step 3.1 modified nucleotides of the same base type are added.
- 101. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 82 to 99, wherein used nucleotides carry a base-specific labeling and in the incubation step 3.1 modified nucleotides of different base type are added.
- 102. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 82 to 101, wherein in step 3.3 relative intensity of each signal is determined.
- 103. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 82 to 101, wherein the number of repetitions of steps 3.1 to 3.5 is between 2 and 10.
- 104. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 82 to 101, wherein the number of repetitions of steps 3.1 to 3.5 is between 10 and 25.
- 105. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 82 to 101, wherein the number of repetitions of steps 3.1 to 3.5 is between 25 and 50.
- 105. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 82 to 101, wherein the number of repetitions of steps 3.1 to 3.5 is between 50 and 200.
- 106. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspect 60 to 80, wherein the analysis proceeds by hybridization of complementary labeled nucleic acid chains.
- 107. A method for analyzing nucleic acid chains with the solid phase according to aspects 1 to 59, wherein the nucleic acid chains to be analyzed are fixed to the solid phase and the analysis is carried out by the hybridization of complementary labeled nucleic acid chains.
- 108. A method for analyzing nucleic acid chains with the solid phase according to aspects 1 to 59, wherein nucleic acid strands are fixed in a predefined arrangement on the solid phase and the nucleic acid chains to be analyzed are analyzed by hybridization to the fixed nucleic acid strands.
Abkürzungen und Begriffserläuterungen:Abbreviations and term explanations:
Anker-FunktionAnchor Function
Bezieht sich auf die Fähigkeit von auf der festen Phase fixierten Nukleinsäureketten andere komplementäre Nukleinsäureketten zu binden. Der Vorgang wird Hybridisierung genannt. Diese Bindung wird zu affinen Bindungen gezählt.refers on the ability of solid phase-fixed nucleic acid chains, other complementary nucleic acid chains to bind. The process is called hybridization. This bond is counted as affine bonds.
Dichtedensity
Dichte der fixierten Nukleinsäurestränge bzw. Dichte der Signale: Bei der Darstellung der Dichte wird jeweils ein Mittelwert der Anzahl einzelner Elemente oder Ereignisse pro 100 μm2 angegeben.Density of the fixed nucleic acid strands or density of the signals: In the representation of the density, an average value of the number of individual elements or events per 100 μm 2 is given in each case.
Herstellung der OberflächeProduction of the surface
Herstellung der Oberfläche der festen Phase kann mehrere Schritte einschließen. Die erfindungswesentliche Schritte der Herstellung werden angegeben. Dem Fachmann sind auch andere Schritte bei der Verarbeitung von Oberflächen bekannt. Sie werden nicht expliziert genannt, wenn sie keinen wesentlichen Beitrag zur Erfindung haben.manufacturing the surface The solid phase may include several steps. The invention essential Steps of preparation are given. The expert is also other steps known in the processing of surfaces. You will not called explicit if it does not contribute significantly to the invention to have.
Inkubationsschrittincubation
Je nach Verfahren wird der Kontakt zwischen einer Lösung mit markierten Komponenten und der Oberfläche mit fixierten Nukleinsäuren unterschiedlich bezeichnet. Manchen Autoren nennen sie "Inkubationsschritte" andere bezeichnen sie als "Zyklus" oder "Einbauzyklus".ever according to method, the contact between a solution with labeled components and the surface with fixed nucleic acids differently designated. Some authors call them "incubation steps" others denote they are called "cycle" or "installation cycle".
DNA DNA
Desoxyribonukleinsäure verschiedenen Ursprungs und unterschiedlicher Länge (Oligonukleotide, PCR-Produkte, Plasmide, genomische DNA, cDNA, ssDNA, dsDNA). RNA – RibonukleinsäureDesoxyribonucleic acid different Origin and different length (oligonucleotides, PCR products, Plasmids, genomic DNA, cDNA, ssDNA, dsDNA). RNA - ribonucleic acid
dNTPdNTP
2'-deoxi-Nucleosid-Triphosphate, Substrate für DNA-Polymerasen und Reverse-Transkriptasen2'-deoxy-nucleoside triphosphates, Substrates for DNA polymerases and reverse transcriptases
Markierte KomponentenMarked components
Unter markierten Komponenten werden Moleküle verstanden, die eine detektierbare Markierung tragen. Bevorzugt werden in dieser Anmeldung markierte Nukleotide und markierte Nukleinsäureketten betrachtet. Die markierten Komponenten können auch weitere Modifizierungen beinhalten.Under labeled components are understood to be molecules that are detectable Wear marker. Preferred are marked in this application Consider nucleotides and labeled nucleic acid chains. The marked Components can also include further modifications.
NTPNTP
Nukleosid-Triphosphate, Substrate für RNA-Polymerasen Nucleoside triphosphate, Substrates for RNA polymerases
NTNT
Natürliches Nukleotid, meist dNTP, wenn nicht ausdrücklich anders gekennzeichnet.natural Nucleotide, usually dNTP, unless expressly indicated otherwise.
Abkürzung "NT" wird auch bei der Längenangabe einer Nukleinsäuresequenz verwendet, z.B. 1.000 NT. In diesem Fall steht "NT" für Nukleosid-Monophosphate. Im Text wird bei Abkürzungen die Mehrzahl durch Verwendung des Suffixes "s" gebildet, "NT" steht zum Beispiel für "Nukleotid", "NTs" steht für mehrere Nukleotide.Abbreviation "NT" is also used in the length specification a nucleic acid sequence used, e.g. 1,000 NT. In this case, "NT" stands for nucleoside monophosphates. In the text is abbreviations the majority formed by using the suffix "s", "NT" is for example for "nucleotide", "NTs" stands for several Nucleotides.
NF* NF *
Modifiziertes Nukleotid, meist dNTP, wenn nicht ausdrücklich anders gekennzeichnet. NTs* bedeutet: modifizierte Nukleotidemodified Nucleotide, usually dNTP, unless expressly indicated otherwise. NTs * means: modified nucleotides
NSK NSK
Nukleinsäurekette.Nucleic acid chain.
NSKF NACF
Nukleinsäurekettenfragment. Nach einem Fragmentierungsschritt kann eine Nukleinsäurekette mehrere NSKFs ergeben.Nucleic acid chain fragment. After a fragmentation step, a nucleic acid chain result in several NSKFs.
Plane OberflächePlane surface
Oberfläche, die vorzugsweise folgende Merkmale aufweist: Sie erlaubt, mehrere Signale, vorzugsweise mehr als 100, noch besser mehr als 1000, mit dem jeweiligen gegebenen Objektiv-Oberfläche-Abstand bei einer Objektivposition gleichzeitig zu detektieren.Surface that preferably has the following features: it allows several signals, preferably more than 100, more preferably more than 1000, with the respective given lens surface distance to detect simultaneously at a lens position.
Polymerasen polymerases
Enzyme, die komplementäre Nukleotide in einen wachsenden DNA- oder RNA-Strang einbauen können (z.B. DNA-Polymerasen, Reverse-Transkriptasen, RNA-Polymerasen)enzymes the complementary one Can incorporate nucleotides into a growing DNA or RNA strand (e.g. DNA polymerases, reverse transcriptases, RNA polymerases)
Primerbindungstelle (PBS)Primer binding site (PBS)
Teil der Sequenz in der NSK oder NSKF, an den der Primer bindet.part the sequence in the NSK or NSKF to which the primer binds.
Referenzsequenz reference sequence
Eine bereits bekannte Sequenz, zu der die Abweichungen in der zu untersuchenden Sequenz bzw. in den zu untersuchenden Sequenzen ermittelt werden. Als Referenzsequenzen können in Datenbanken zugängliche Sequenzen verwendet werden, wie z.B. aus der NCBI-Datenbank.A already known sequence to which the deviations in the examined Sequence or be determined in the sequences to be examined. As reference sequences can accessible in databases Sequences are used, e.g. from the NCBI database.
Regenerierte OberflächeRegenerated surface
Nach der Abtragung der Außenschicht der festen Phase entsteht eine regenerierte Oberfläche der festen Phase.To the removal of the outer layer The solid phase creates a regenerated surface of the solid phase.
Tm tm
Schmelztemperaturmelting temperature
TCEPTCEP
Tris-carboxy-ethyl-phosphinTris-carboxy-ethyl-phosphine
unspezifischen Bindung von markierten Komponentennon-specific binding of marked components
Grad
der unspezifischen Bindung wird als die Zahl der Bindungsereignisse
(Mittelwert) pro 100 μm2 angegeben. Dabei werden in dieser Anmeldung
folgende Abstufungen vorgenommen:
sehr hohe unspezifische Bindung:
größer 100/100 μm2
hohe unspezifische Bindung: zwischen
50 und 100/100 μm2
mittelere unspezifische Bindung: zwischen
20 und 50/100 μm2
niedrige unspezifische Bindung: zwischen
10 und 20/100 μm2
sehr niedrige unspezifische Bindung:
unter 10/100 μm2 Degree of nonspecific binding is expressed as the number of binding events (mean) per 100 μm 2 specified. The following gradings are made in this application:
very high unspecific binding: greater than 100/100 μm 2
high unspecific binding: between 50 and 100/100 μm 2
average nonspecific binding: between 20 and 50/100 μm 2
low unspecific binding: between 10 and 20/100 μm 2
very low unspecific binding: below 10/100 μm 2
Mit steigender Dichte der unspezifischen Signale wächst die Wahrscheinlichkeit, dass die Signale von den unspezifischen Ereignissen mit den Signalen von spezifischen Ereignissen überlappen und optisch nicht mehr zu unterscheiden sind. Das Ausmaß der unspezifischen Bindung an die Oberfläche, das die Analyse der Prozesse auf dem Einzelmolekülniveau schwer bis unmöglich macht, hängt stark von der Auflösung des Detektionssystems ab und Fähigkeiten nachfolgender Systeme, beispielsweise Bilderkennungssysteme (z.B. Kamera, Software), benachbarte Signale zu unterscheiden. Die Einteilung der Stufen der unspezifischen Bindung wurde für eine Auflösung von 0,25 μm bis 0,4 μm vorgenommen.With increasing density of nonspecific signals increases the probability that the signals from the non-specific events with the signals overlap by specific events and visually indistinguishable. The extent of unspecific Bonding to the surface, that makes the analysis of processes at the single-molecule level difficult to impossible, depends strongly from the resolution of the detection system and abilities subsequent systems, such as image recognition systems (e.g. Camera, software) to distinguish adjacent signals. The introduction the non-specific binding steps were performed for a resolution of 0.25 μm to 0.4 μm.
WeitfeldoptikWide-field optics
Unter Weitfeldoptik werden Detektionsvorrichtungen vorstanden, die eine Auflösung im Bereich von über 0,2 μm aufweisen, z.B. eine Auflösung von 0,5 μm oder 1 μm. Dieser Sammelbegriff grenzt sich von der Nahfeldoptik ab, die eine Auflösung im Bereich von wenigen Nanometern ermöglicht.Under Widefield optics are projected detection devices that a resolution in the range of over 0.2 μm, e.g. a resolution of 0.5 μm or 1 μm. This generic term distinguishes itself from the near-field optics, the one resolution in the range of a few nanometers.
Der Begriff schränkt die in Frage kommenden Detektionsverfahren nicht ein. Beispielsweise können folgende Detektionsarten verwendet werden: Weitfeld-Fluoreszenz-Mikroskop (Epifluoreszenz), Laser-Scanning-Mikroskop (Epifluoreszenz) oder einem TIRF-Mikroskop (Total Internal Reflection Fluorescence Microscope).Of the Term limits the relevant detection methods are not. For example can do the following Detection types are used: wide-field fluorescence microscope (epifluorescence), Laser scanning microscope (epifluorescence) or a TIRF microscope (Total Internal Reflection Fluorescence Microscope).
Für die Detektion der Fluoreszenzsignale von einzelnen Molekülen sind verschiedene Varianten der Konstruktion einer solchen Apparatur möglich (Weston et al. J.Chem.Phys. 1998 v.109 S.7474, Trabesinger et al. Anal. Chem. 1999 v.71 S.279, Adachi et al. Journal of Microscopy 1999 v.195 S.125, Unger et al. BioTechniques 1999 v.27 S.1008, Ishijaima et al. Cell 1998 v.92 S.161, Dickson et al. Science 1996 v.274 S.966, Tokunaga et al. Bichem.Biophys.Res.Com. 1997 v.235 S.47, "Confocal Laser Scanning Microscopy" 1997 Ed. Sheppard, BIOS Scientific Publishers, "New Techniques of optical microscopy and microspectroscopy" 1991 Ed. R.Cherry CRC Press, Inc., "Fluorescence microscopy" 1998 2.ed. Herman BIOS Scientific Publishers, "Handbook of biological confocal microscopy" 1995 J.Pawley Plenum Press). Unterschiede in ihrem konkreten Aufbau ergeben sich aus der Variation ihrer Einzelteile. Die Vorrichtung für das Anregungslicht kann z.B. auf der Basis eines Lasers, einer Lampe oder von Dioden funktionieren. Für die Detektionsvorrichtung können sowohl CCD-Kameras, Zeilenkameras oder als auch Photomultiple Tube (PMT) oder Dioden dienen. Andere Beispiele für technische Details siehe ("Confocal Laser Scanning Microscopy" 1997 Ed. Sheppard, BIOS Scientific Publishers, "New Techniques of optical microscopy and microspectroscopy" 1991 Ed. R.Cherry CRC Press, Inc., "Fluorescence microscopy" 1998 2.ed. Herman BIOS Scientific Publishers, "Handbook of biological confocal microscopy" 1995 J.Pawley Plenum Press).For the detection The fluorescence signals of individual molecules are different variants the construction of such an apparatus is possible (Weston et al., J. Chem. Phys. 1998, p.109 p. 7474, Trabesinger et al. Anal. Chem. 1999 v.71 p.279, Adachi et al. Journal of Microscopy 1999 v.195 p.125, Unger et al. BioTechniques 1999 v.27 p.1008, Ishijaima et al. Cell 1998 v.92 P.161, Dickson et al. Science 1996, v. 74 p. 966, Tokunaga et al. Bichem.Biophys.Res.Com. 1997 v. 235 p. 47, "Confocal Laser Scanning Microscopy" 1997 Ed. Sheppard, BIOS Scientific Publishers, "New Techniques of optical microscopy and microspectroscopy 1991 Ed. R. Cherry CRC Press, Inc., "Fluorescence microscopy "1998 2.ed. Herman BIOS Scientific Publishers, "Handbook of biological confocal microscopy" 1995 J. Pawley plenum Press). Differences in their concrete structure arise the variation of their individual parts. The device for the excitation light can e.g. based on a laser, a lamp or diodes function. For the detection device can Both CCD cameras, line scan cameras or as well as photomultiple tube (PMT) or diodes are used. Other examples of technical details see ("Confocal laser Scanning Microscopy "1997 Ed. Sheppard, BIOS Scientific Publishers, "New Techniques of Optical Microscopy and microspectroscopy "1991 Ed. R. Cherry CRC Press, Inc., "Fluorescence microscopy "1998 2.ed. Herman BIOS Scientific Publishers, "Handbook of biological confocal microscopy" 1995 J. Pawley plenum Press).
Besonders vorteilhaft sind Kombinationen der erfindungsgemäßen Oberflächen mit einer Weitfeldoptik mit einer örtlichen Auflösung, die in einem der folgenden Bereichen liegt: zwischen 0,2 μm bis 0,3 μm, 0,3 μm bis 0,4 μm, 0,4 μm bis 0,5 μm, 0,5 μm bis 0,6 μm, 0,6 μm bis 0,7 μm, 0,7 μm bis 0,8 μm, 0,8 μm bis 0,9 μm, 0,9 μm bis 1 μm, 1 μm bis 1,5 μm, 1,5 μm bis 2 μm.Especially combinations of the surfaces according to the invention with a wide field optic are advantageous a local one Resolution, which lies in one of the following ranges: between 0.2 μm to 0.3 μm, 0.3 μm to 0.4 μm, 0.4 μm to 0.5 μm, 0.5 μm to 0.6 μm, 0 , 6 μm to 0.7 μm, 0.7 μm to 0.8 μm, 0.8 μm to 0.9 μm, 0.9 μm to 1 μm, 1 μm to 1.5 μm, 1.5 μm to 2 μm.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung:Detailed description the invention:
In der modernen Analytik werden zunehmend Verfahren eingesetzt, die hochempfindlich sind. Stellvertretend für solche Verfahren werden in dieser Anmeldung Verfahren betrachtet, die auf der Analyse einzelner Moleküle basieren. Sie stellen ultimative Anforderungen an die eingesetzten Materialien, was beispielsweise die Stärke des Hintergrundsignals angeht. Verfahren wie (WO 02088382, WO 02072892, WO 0070073) basieren auf dem optischen Nachweis der Ereignisse (beispielsweise Einbau von markierten Nukleotiden in die Nukleinsäureketten), die auf Einzelmolekülniveau stattfinden (es werden z.B. Fluoreszenzsignale von einzelnen markierten eingebauten Nukleotiden detektiert). Beispielsweise schließt ein solches Verfahren folgende Schritte ein:
- 1. Bereitstellung einer festen Phase
- 2. Bindung von zu analysierenden Nukleinsäureketten an die feste Phase unter Ausbildung extensionsfähiger Primer-Matrize-Komplexe,
- 3. Durchführung einer zyklischen Reaktion mit den auf der festen Phase fixierten Primer-Matrize-Komplexen, die folgende Schritte einschließt: 3.1 polymerasenabhängiger Einbau von markierten Nukleotiden in die gebildeten Primer-Matrize-Komplexen, 3.2 Waschen der festen Phase 3.3 Detektion der Markierung von eingebauten markierten Nukleotiden, wobei relative Koordinaten einzelner Signale identifiziert werden 3.4 Entfernung der Signale von eingebauten Nukleotiden, 3.5 Waschen der festen Phase 3.6 gegebenenfalls Wiederholung der Schritte 3.1 bis 3.5
- 4. Rekonstruktion der Sequenzen von einzelnen Nukleinsäureketten aus den unter Schritt 3.3 erhaltenen Signalen
- 1. Providing a solid phase
- 2. binding of nucleic acid chains to be analyzed to the solid phase to form expandable primer-template complexes,
- 3. Carrying out a cyclic reaction with the solid phase-fixed primer-template complexes, which includes the following steps: 3.1 polymerase-dependent incorporation of labeled nucleotides into the formed primer-template complexes, 3.2 washing of the solid phase 3.3 detection of the label of incorporated labeled nucleotides, whereby relative coordinates of individual signals are identified 3.4 Removal of signals from incorporated nucleotides, 3.5 washing of the solid phase 3.6 if necessary repetition of steps 3.1 to 3.5
- 4. Reconstruction of the sequences of individual nucleic acid chains from the signals obtained in step 3.3
Bei solchen Verfahren wird üblicherweise eine hohe Konzentration an markierten Reagenzien eingesetzt, damit enzymatische Reaktionen in Schritt 3.1 ablaufen können. Mehrmaliger Kontakt zwischen markierten Komponenten und der Oberfläche der festen Phase führt zu ihrer unspezifischen Bindung an die Oberfläche. Diese unspezifische Bindung von markierten Bestandteilen an die Oberfläche stellt eine wichtige Quelle für das Hintergrundsignal dar.at such methods will become common a high concentration of labeled reagents used with it enzymatic reactions can proceed in step 3.1. repeated Contact between marked components and the surface of the solid phase leads to their unspecific binding to the surface. This non-specific binding from labeled constituents to the surface provides an important source for the background signal represents.
Da die Analyse auf der Detektion der Fluoreszenz von einzelnen Molekülen basiert, unterscheiden sich die spektralen und geometrischen Eigenschaften der Signale von eingebauten Nukleotiden und Signale von unspezifisch an die Oberfläche gebundenen, markierten Nukleotiden kaum. Bei einer großen Dichte von unspezifisch gebundenen Signalen überlappen sich die spezifischen und die unspezifischen Signale, was zu einer fehlerhaften Analyse führt.There the analysis is based on the detection of fluorescence from single molecules, the spectral and geometric properties differ the signals of incorporated nucleotides and signals of nonspecific to the surface bound, labeled nucleotides barely. At a great density nonspecifically bound signals overlap the specific ones and the non-specific signals, resulting in a faulty analysis leads.
Für die Sequenzierungsverfahren werden optische Mittel verwendet, die eine Auflösung von 0,2 μm bis 2 μm haben (WO 03031947). Solche optische Mittel werden allgemein als "Weitfeldoptik" bezeichnet. Das Vermögen der Apparatur, die Signale von einzelnen Moleküle als individuelle Signale zu unterscheiden, hängt von der Dichte der Signale auf der Oberfläche und von der Auflösung der Apparatur ab: Mit sinkender Auflösung der Detektionsapparatur sinkt das Vermögen, dicht aneinander liegende Signale zu unterscheiden; mit steigender Dichte bei bleibender Auflösung steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Signale von der Detektionsapparatur als überlappend detektiert werden. Bei einer großen Dichte der unspezifisch gebundenen markierten Komponenten ist auch die Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Überlappung der spezifischen und unspezifischen Signale groß. Somit besteht ein großer Bedarf, Oberflächen mit einer möglichst geringen unspezifischen Bindung zu entwickeln.For the sequencing method optical means are used which have a resolution of 0.2 microns to 2 microns (WO 03031947). Such optical means are commonly referred to as "wide field optics". The fortune of Apparatus, the signals of individual molecules as individual signals to distinguish depends on the density of signals on the surface and the resolution of the Equipment off: With decreasing resolution the detection apparatus sinks the assets, close together To distinguish signals; increases with increasing density with permanent resolution the probability that the signals from the detection apparatus as overlapping be detected. At a large density of unspecific bound labeled components is also the probability a random overlap of specific and nonspecific signals. Thus, there is a great need surfaces with one as possible to develop low non-specific binding.
Beispielsweise bei einer Auflösung von 0,3 μm und einer Dichte von 40 bis 60 spezifischen Signale pro 100 μm2 ist es wünschenswert, dass die Dichte der unspezifisch gebundenen Signale über die Dauer der Analyse (beispielsweise 100 Zyklen) weniger als 20 pro 100 μm2 beträgt. Dies ermöglicht eine gute Unterscheidung von spezifischen und unspezifischen Signalen.For example, at a resolution of 0.3 μm and a density of 40 to 60 specific signals per 100 μm 2 , it is desirable that the density of the non-specifically bound signals be less than 20 per 100 μm 2 over the duration of the analysis (eg 100 cycles) is. This allows a good distinction between specific and nonspecific signals.
Eine geringe unspezifische Bindung von markierten Komponenten ist insbesondere dann wichtig, wenn mehrere Inkubationsschritt mit markierten Nukleotiden erwünscht sind, beispielsweise 5 bis 100 Schritte oder sogar bis 500 Schritte.A low unspecific binding of labeled components is particular then important if multiple incubation step with labeled nucleotides he wishes are, for example, 5 to 100 steps or even up to 500 steps.
Problematik der Entwicklung einer Oberfläche mit geringer unspezifischer Bindung: Problem of development a surface with low unspecific binding:
Da die Bausteine der Nukleinsäuren, die Nukleotide, sowohl hydrophile als auch hydrophobe Anteile beinhalten, ist es nicht verwunderlich, dass sie an Oberflächen unterschiedlicher Materialien in einem bestimmten Maß unspezifisch binden. Die mit Farbstoffen modifizierte Nukleotide haben noch mehr potentiellen Stellen, die zu Bindung an die Oberfläche führen können. Diese Tatsachen machen in der Regel die Entwicklung einer Oberfläche der festen Phase mit eine niedrigen unspezifischen Bindung von markierten Komponenten besonders schwierig.There the building blocks of the nucleic acids, the nucleotides include both hydrophilic and hydrophobic moieties, It is not surprising that they are attached to surfaces of different materials unspecific to a certain extent tie. The dye-modified nucleotides have more potential sites that can lead to binding to the surface. These Facts usually make the development of a surface of the solid phase with a low non-specific binding of labeled Components especially difficult.
Es wurden bereits mehrere Varianten der Oberflächenvorbereitung bzw. Verfahrensgestaltung vorgeschlagen, die zu einem reduzierten Hintergrundsignal durch die unspezifische Bindung markierter Komponenten führen.Several variants of surface preparation or process design have already been proposed which result in a reduced background signal due to the non-specific binding of labeled components lead.
Stand der TechnikState of the art
In der Anmeldung WO 02072892 wurde eine Oberfläche beschrieben, die eine verringerte Bindung von markierten Nukleotiden im Vergleich zu Standardoberflächen aufweist: bei Konzentrationen von bis zu 0,1 μmol/l an markierten Nukleotiden kann man bis zu 3 Inkubationszyklen durchführen, bis die Dichte der Signale von unspezifisch an die Oberfläche gebundenen markierten Nukleotiden keine eindeutige Analyse der Einbauereignisse an einzelnen Molekülen mit einer Weitfeldoptik erlaubt. Um weitere Einbauereignisse von den unspezifisch gebundenen Nukleotiden zu unterscheiden, setzen die Autoren FRET als Mittel zur Anregung von markierten Nukleotiden ein Verfahren, was Analyse nur auf kurzen Distanzen von wenigen Nanometern ermöglicht und konnten damit bis zu 6 Einbauereignissen detektieren. Ähnliche Ergebnisse werden auch mit anderen bekannten Oberfläche erzielt.In In the application WO 02072892 a surface was described which reduced one Binding of labeled nucleotides compared to standard surfaces has: at concentrations of up to 0.1 μmol / L of labeled nucleotides It is possible to perform up to 3 incubation cycles until the density of the signals from unspecific to the surface bound labeled nucleotides no clear analysis of the incorporation events on individual molecules allowed with a wide field optics. To further installation events of to distinguish the nonspecifically bound nucleotides set the authors FRET as a means of stimulating labeled nucleotides a procedure, resulting in analysis only at short distances of a few Nanometers allows and were thus able to detect up to 6 installation events. Similar Results are also achieved with other known surface.
Es ist dem Fachmann bekannt, dass Nukleinsäuren durch die Bindung an Silica isoliert werden können (Boom et al., 1990; Boom et al., 1999; Chiu et al., 2003; Dederich et al., 2002; Diehl et al., 2001; Dolan et al., 2001; Hackler et al., 2003; Maitra and Thakur, 1994; Marko et al., 1982; Merkelbach et al., 1997; Miller et al., 1999; Mygind et al., 2003; Smith et al., 1995; Vogelstein and Gillespie, 1979; Zeillinger et al., 1993). Dies beruht auf der Tatsache, dass Nukleinsäuren in der Lage sind, an Silica unspezifisch zu binden, wobei sowohl lange als auch kurze Nukleinsäuren an Silica binden können. Dies ist einer der Gründe, warum auf Glas basierende DNA-Chip ein hohes Maß an unspezifischer Bindung von Nukleinsäuren aufweisen ("DNA Microarrays", Bowtell, 2003, ISBN 0-87969-624-9, "Microarray-Biochip Technology" M Schena, 2000, ISBN 1-881299-37-6).It is known in the art that nucleic acids by binding to silica can be isolated (boom et al., 1990; Boom et al., 1999; Chiu et al., 2003; Dederich et al., 2002; Diehl et al., 2001; Dolan et al., 2001; Hackler et al. 2003; Maitra and Thakur, 1994; Marko et al., 1982; Merkelbach et al., 1997; Miller et al., 1999; Mygind et al., 2003; Smith et al., 1995; Vogelstein and Gillespie, 1979; Zeillinger et al., 1993). This is due to the fact that nucleic acids are capable of silica nonspecifically bind, using both long and short nucleic acids Can bind silica. This is one of the reasons why glass-based DNA chip a high degree of non-specific binding of nucleic acids have ("DNA Microarrays, "Bowtell, 2003, ISBN 0-87969-624-9, "Microarray-Biochip Technology" M Schena, 2000, ISBN 1-881299-37-6).
Die erfindungsgemäße Oberfläche ist die Oberfläche einer festen Phase, die SiO2 als Hauptkomponente beinhaltet. Überraschenderweise gelang es, die Glas-Oberfläche dermaßen vorzubereiten und zu modifizieren, dass die unspezifische Bindung von markierten Nukleotiden und markierten Nukleinsäuren drastisch reduziert wurde. Auch eine nachfolgende chemische Modifizierung der Oberflächen zur Kopplung der Nukleinsäuren führt nicht zu einem signifikanten Anstieg der unspezifischen Bindung von markierten und nicht markierten Nukleinsäuren.The surface of the present invention is the surface of a solid phase including SiO 2 as a main component. Surprisingly, it was possible to prepare and modify the glass surface so that the non-specific binding of labeled nucleotides and labeled nucleic acids was drastically reduced. A subsequent chemical modification of the surfaces for coupling the nucleic acids does not lead to a significant increase in the unspecific binding of labeled and unlabeled nucleic acids.
Die erfindungsgemäße Oberfläche der festen Phase zeichnet sich durch eine viel geringere unspezifische Bindung von markierten Nukleotiden und markierten Nukleinsäureketten im Vergleich zum Stand der Technik aus. Diese Eigenschaft führt zu einer besseren Diskriminierung des spezifischen Signals gegenüber dem unspezifischen Signal und bringt viele Vorteile bei ihrer Anwendung in hoch sensitiven Verfahren.The Surface of the invention solid phase is characterized by a much lower nonspecific Binding of labeled nucleotides and labeled nucleic acid chains in comparison to the prior art. This property leads to a better discrimination of the specific signal over the nonspecific signal and brings many advantages in their application in highly sensitive procedures.
Desweiteren weiteren zeichnet sich die erfindungsgemäße Oberfläche durch eine niedrige unspezifische Bindung bei wiederholten Inkubationsschritten von markierten Komponenten mit der Oberfläche aus. Die erfindungsgemäße Oberfläche kann somit in Verfahren mit sowohl geringer als auch großer Zahl an Inkubationsschritten eingesetzt werden.Furthermore Furthermore, the surface of the invention is characterized by a low nonspecific Binding on repeated incubation steps of labeled components with the surface out. The surface according to the invention can thus in processes with both low and large numbers be used at incubation steps.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche in Verfahren eingesetzt, bei denen die Zahl der Inkubationsschritte mit markierten Komponenten in folgenden Bereichen liegt: 1 bis 10 Inkubationsschritte, 5 bis 10 Inkubationsschritte, 10 bis 20 Inkubationsschritte, 20 bis 50 Inkubationsschritte, 50 bis 100 Inkubationsschritte, 100 bis 200 Inkubationsschritte, 200 bis 500 Inkubationsschritte, 500 bis 1000 Inkubationsschritte.In a preferred embodiment becomes the surface used in procedures where the number of incubation steps with marked components in the following ranges: 1 to 10 Incubation steps, 5 to 10 incubation steps, 10 to 20 incubation steps, 20 to 50 incubation steps, 50 to 100 incubation steps, 100 up to 200 incubation steps, 200 to 500 incubation steps, 500 up to 1000 incubation steps.
Markierte Komponenten können unterschiedliche Marker tragen. Beispielsweise können sie mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert sein, wie beispielsweise Rhodamine und deren Derivate (Rhodamin 110, Tetramethylrhodamin, Rhodamin 6G), Cyanin-Farbstoffe (z.B. Cy2, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Deutschland), Alexa-Farbstoffe (z.B. Alexa 546, Alexa 555, Alexa 568, Alexa 590 (Molecular Probes Europe BV, Leiden, The Netherlands im weiteren als Molecular Probes), Atto-Farbstoffe (Atto-Tec GmbH, Siegen, Deutschland).marked Components can wear different markers. For example, they can with fluorescent dyes be marked, such as rhodamines and their derivatives (rhodamine 110, tetramethylrhodamine, rhodamine 6G), cyanine dyes (e.g., Cy2, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Germany), Alexa Dyes (e.g., Alexa 546, Alexa 555, Alexa 568, Alexa 590 (Molecular Probes Europe BV, Leiden, The Netherlands as Molecular Probes), Atto dyes (Atto-Tec GmbH, Siegen, Germany).
Dabei können ein oder mehrere Farbstoffe pro eine markierte Komponente gebunden sein, z.B. mehrere Farbstoffe pro ein markiertes Oligonukleotid.there can one or more dyes are bound per one labeled component be, e.g. multiple dyes per one labeled oligonucleotide.
Markierte Komponenten können in verschiedenen Puffern aufgelöst werden, beispielsweise in Acetat-, Glycin-, Phosphat-, Carbonat-, Borat-, Tris-Puffer. Der pH-Wert liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 6 und 10.marked Components can dissolved in different buffers such as acetate, glycine, phosphate, carbonate, Borate, Tris buffer. The pH is preferably in the range between 6 and 10.
Beispiele
für markierte
Komponenten stellen Nukleotide (Ribonukleosidtriphosphate, 2'-Deoxyribonukleosidtriphosphate,
2',3'-Dideoxyribonukleosidtriphosphate)
wie dUTP-Cy3, dCTP-Cy3, dUTP-Fluorescein, dUTP-Alexa 555, dUTP-Rhodamin.
Viele weitere Modifikationen sind kommerziell erhältlich (Molecular
Probes, Inc, Amersham Bioscience, Sigma, NEN-Perkin Elmer Inc.).
Markierung wird dabei oft an den Linker gekoppelt Hobbs et al. US
Pat. Nr. 5.047.519 oder an andere Linker z.B. Klevan US Pat. Nr.
4,828,979, Seela US pat. Nr. 6211158, US pat. Nr. 4804748,
In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Markierung vom Nukleotid unter milden Bedingungen abgespalten
werden. Viele Beispiele sind für
solche Nukleotide bekannt Tcherkassov WO 02088382, Short US Pat.
Nr. 6579704, Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Canard US Pat.
Nr. 5798210, Kwiatkowski US Pat. Nr. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247,
Parce WO 0050642, Faulstich et al.
Markierte Nukleinsäuren wie Oligonukleotide können kommerziell erworben werden (Sigma-Aldrich-Fluka (Taufkirchen, Deutschland) im weiteren als Sigma bezeichnet, MWG-Biotech, Ebersberg bei München, Deutschland, (im weiteren als MWG-Biotech bezeichnet). Die Markierung von längeren Nukleinsäuren wie cDNA oder Plasmid-DNA kann nach bekannten Methoden erfolgen ("Molecular cloning" 1989, Ed. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory).marked nucleic acids like oligonucleotides can be purchased commercially (Sigma-Aldrich-Fluka (Taufkirchen, Germany) hereinafter referred to as Sigma, MWG-Biotech, Ebersberg near Munich, Germany, (hereinafter referred to as MWG Biotech). The labeling of longer nucleic acids like cDNA or plasmid DNA can be made by known methods ("Molecular cloning" 1989, Ed. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory).
Im weiteren zeichnet sich die erfindungsgemäße Oberfläche der festen Phase dadurch aus, dass Nukleinsäureketten an diese Oberfläche kovalent gebunden werden können und die Oberfläche trotzdem eine niedrige unspezifische Bindung von markierten Komponenten aufweist.in the Furthermore, the inventive surface of the solid phase is characterized from that nucleic acid chains to this surface covalently bound and the surface nevertheless a low nonspecific binding of labeled components having.
Die Dichte der an die Oberfläche der festen Phase gebundenen Nukleinsäureketten kann variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten in einem der folgenden Bereiche (Angabe: Zahl der Nukleinsäuresträngen pro 100 μm2): 0,1 – 1/100 μm2, 1 – 10/100 μm2, 10 – 20/100 μm2, 20 – 30/100 μm2, 30 – 40/100 μm2, 40 – 50/100 μm2, 50 – 60/100 μm2, 60 – 70/100 μm2, 70 – 80/100 μm2, 80 – 90/100 μm2, 90 – 100/100 μm2, 110 – 120/100 μm2, 120 – 130/100 μm2, 130 – 140/100 μm2, 140 – 150/100 μm2, 150 – 160/100 μm2, 160 – 170/100 μm2, 170 – 180/100 μm2, 180 – 190/100 μm2, 190 – 200/100 μm2, 200 – 220/100 μm2, 220 – 240/100 μm2, 240 – 260/100 μm2, 260 – 280/100 μm2, 280 – 300/100 μm2, 300 – 350/100 μm2, 350 – 400/100 μm2, 400 – 450/100 μm2, 450 – 500/100 μm2, 500 – 550/100 μm2, 550 – 600/100 μm2, 600 – 700/100 μm2, 700 – 800/100 μm2, 1 – 50/100 μm2, 1 – 100/100 μm2, 10 – 100/100 μm2, 50 – 200/100 μm2, 50 – 500/100 μm2.The density of nucleic acid chains bound to the surface of the solid phase can vary. In a preferred embodiment, the density of the fixed nucleic acid chains in one of the following areas (note: the number of nucleic acid strands per 100 microns 2): 0.1 - 1/100 microns 2, 1 - 10/100 microns 2, 10 - 20/100 μm 2 , 20 - 30/100 μm 2 , 30 - 40/100 μm 2 , 40 - 50/100 μm 2 , 50 - 60/100 μm 2 , 60 - 70/100 μm 2 , 70 - 80/100 μm 2 , 80 - 90/100 μm 2 , 90 - 100/100 μm 2 , 110 - 120/100 μm 2 , 120 - 130/100 μm 2 , 130 - 140/100 μm 2 , 140 - 150/100 μm 2 , 150 - 160/100 microns 2, 160 - 170/100 microns 2, 170 - 180/100 microns 2, 180 - 190/100 micron 2, 190 - 200/100 microns 2, 200 - 220/100 microns 2, 220 - 240 / 100 μm 2 , 240 - 260/100 μm 2 , 260 - 280/100 μm 2 , 280 - 300/100 μm 2 , 300 - 350/100 μm 2 , 350 - 400/100 μm 2 , 400 - 450/100 μm 2 , 450 - 500/100 μm 2 , 500 - 550/100 μm 2 , 550 - 600/100 μm 2 , 600 - 700/100 μm 2 , 700 - 800/100 μm 2 , 1 - 50/100 μm 2 , 1 - 100/100 μm 2 , 10 - 1 00/100 μm 2 , 50-200 / 100 μm 2 , 50-500 / 100 μm 2 .
In einer weiteren Ausführungsform liegt die Dichte der extentionsfähigen Primer-Matrizenkomplexe in einem oder mehreren der folgenden Bereichen (Angabe: Zahl der extensionsfähigen Primer-Matrizenkomplexe pro 100 μm2): 0,1 – 1/100 μm2, 1 – 10/100 μm2, 10 – 20/100 μm2, 20 – 30/100 μm2, 30 – 40/100 μm2, 40 – 50/100 μm2, 50 – 60/100 μm2, 60 – 70/100 μm2, 70 – 80/100 μm2, 80 – 90/100 μm2, 90 – 100/100 μm2, 110 – 120/100 μm2, 120 – 130/100 μm2, 130 – 140/100 μm2, 140 – 150/100 μm2, 150 – 160/100 μm2, 160 – 170/100 μm2, 170 – 180/100 μm2, 180 – 190/100 μm2, 190 – 200/100 μm2, 200 – 220/100 μm2, 220 – 240/100 μm2, 240 – 260/100 μm2, 260 – 280/100 μm2, 280 – 300/100 μm2, 300 – 350/100 μm2, 350 – 400/100 μm2, 400 – 450/100 μm2, 450 – 500/100 μm2, 500 – 550/100 μm2, 550 – 600/100 μm2, 600 – 700/100 μm2, 700 – 800/100 μm2, 1 – 50/100 μm2, 1 – 100/100 μm2, 10 – 100/100 μm2, 50 – 200/100 μm2, 50 – 500/100 μm2. 2 1 1/100 microns, - - 10/100 microns 0.1: In another embodiment, the density of the extentionsfähigen primer Matrizenkomplexe is located in one or more of the following areas (specification: number of extension capable primer Matrizenkomplexe per 100 microns 2) 2, 10 - 20/100 microns 2, 20 - 30/100 microns 2, 30 - 40/100 microns 2, 40 - 50/100 microns 2, 50 - 60/100 microns 2, 60 - 70/100 microns 2, 70 - 80/100 μm 2 , 80 - 90/100 μm 2 , 90 - 100/100 μm 2 , 110 - 120/100 μm 2 , 120 - 130/100 μm 2 , 130 - 140/100 μm 2 , 140 - 150/100 μm 2 , 150 - 160/100 μm 2 , 160 - 170/100 μm 2 , 170 - 180/100 μm 2 , 180 - 190/100 μm 2 , 190 - 200/100 μm 2 , 200 - 220 / 100 microns 2, 220 - 240/100 microns 2, 240 - 260/100 micron 2, 260 - 280/100 microns 2, 280 - 300/100 microns 2, 300 - 350/100 microns 2, 350 - 400/100 microns 2 , 400 - 450/100 μm 2 , 450 - 500/100 μm 2 , 500 - 550/100 μm 2 , 550 - 600/100 μm 2 , 600 - 700/100 μm 2 , 700 - 800/100 μm 2 , 1 - 50/100 μm 2 , 1 - 100/100 μm 2 , 10 - 100/100 μm 2 , 50 - 200/100 μm 2 , 50 - 500/100 μm 2 .
Bei einer zufälligen Verteilung von Primer-Matrizenkomplexen auf der Oberfläche kann ein gewisser Anteil der Population als einzelne Sequenzierstellen von den benachbarten Sequenzierstellen unterschieden werden. Die Größe des Anteils der Population, in dem Signale von eingebauten Nukleotiden an Primer-Matrizenkomplexen individuell erkannt werden können, d.h. ohne Überlappung mit den Signalen von den benachbarten Stellen, hängt im wesentlichen von der Dichte der fixierten und extensionsfähigen Primer-Matrizenkomplexe und von der Auflösung der Detektionsapparatur ab. Beispiel für die Berechnung von Anteilen von Primer-Matrizenkomplexen, die ohne Überlappung mit den benachbarten Stellen detektiert werden, sind in Tabelle 1 bis 8 angegeben. In dieser Ausführungsform werden nur extensionsfähige Primer-Matrizekomplexe betrachtet.at a random one Distribution of primer-template complexes on the surface can a certain proportion of the population as individual sequencing sites be differentiated from the adjacent sequencing sites. The Size of the share of the population in which signals from incorporated nucleotides on primer-template complexes can be recognized individually i.e. without overlap with the signals from the neighboring places depends essentially on the Density of the fixed and extendible primer-template complexes and from the resolution the detection apparatus. Example of the calculation of units primer-template complexes, without overlap to be detected with the neighboring sites are in the table 1 to 8 indicated. In this embodiment, only extension-capable primer template complexes considered.
Man sieht deutlich, dass der relativer Anteil der individuell erkannten Primer-Matrizekomplexe bei einer geringen Dichte der Primer-Matrizenkomplexe auf der Oberfläche groß ist. Mit steigender Dichte oder mit sinkender Auflösung sinkt der relative Anteil der einzeln erkannten Ereignissen an Primer-Matrizenkomplexen, da immer mehr Stellen mit den benachbarten Stellen überlappen und von der Apparatur nicht als Ereignisse an einzelnen Primer-Matrizekomplexen unterscheiden lassen.It can be seen clearly that the relative proportion of the individually recognized primer-template complexes in a low density of the primer-template complexes on the surface is large. With increasing density or with decreasing resolution, the relative proportion of individually recognized events on primer-template complexes decreases as more and more sites overlap with the neighboring sites and can not be distinguished by the apparatus as events on individual primer-template complexes.
Für die Sequenzierung der Nukleinsäurestränge mit einem Verfahren wie (WO 02088382, WO 03020968) ist es nicht notwendig, dass die Signale von allen an der Reaktion teilnehmenden Primer-Matrizekomplexen als Einzelmolekülsignale unterschieden werden. Es genügt, wenn Ereignisse von nur einem Teil der Population, die an der Sequenzierungsreaktion teilnimmt, als Ereignisse an einzelnen Primer-Matrizekomplexen identifiziert werden.For sequencing the nucleic acid strands with a method such as (WO 02088382, WO 03020968) it is not necessary that the signals from all participating in the reaction primer-template complexes as single molecule signals be differentiated. It is sufficient, if events from only part of the population involved in the sequencing reaction participates as events on individual primer-template complexes become.
Als Ereignisse können in dieser Ausführungsform beispielsweise Einbau von markierten Nukleotiden oder Abspaltung der Markierung definiert werden.When Events can in this embodiment For example, incorporation of labeled nucleotides or cleavage the mark can be defined.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Anmeldung werden Kombinationen zwischen der erfindungsgemäßen Oberfläche und der Detektionsapparatur verwendet, bei denen der Anteil der Population von Primer-Matrizekomplexen, an dem die Ereignisse individuell (d.h. abgrenzbar von den Ereignissen an benachbarten Primer-Matrizekomplexen) detektiert werden, in folgenden Bereichen liegt: 5% bis 10%, 10% bis 15%, 15% bis 20%, 20% bis 30%, 30% bis 40%, 40% bis 50%, 50% bis 60%, 60% bis 70%, 70% bis 80%, 80% bis 90%, 90 bis 95%.In a preferred embodiment The application will combinations between the surface of the invention and the detection apparatus used in which the proportion of the population primer-template complexes where events are individually (i.e. delimitable from the events on adjacent primer-template complexes) be detected in the following ranges: 5% to 10%, 10% up to 15%, 15% to 20%, 20% to 30%, 30% to 40%, 40% to 50%, 50% up to 60%, 60% to 70%, 70% to 80%, 80% to 90%, 90 to 95%.
Beispiele für Zusammenhänge zwischen der Auflösung des optischen Systems, der Dichte der extensionsfähigen Primer-Nukleinsäurekomplexe und dem prozentuellen Anteil der Gesamtpopulation an Signalen von eingebauten Nukleotiden, die individuell erkannt werden können, sind in der Tabelle 1 bis 8 angegeben. In diesen Tabellen werden Ergebnisse einer Computersimmulation für den Einfluss der Auflösung des Detektionssystems und der Dichte der extensionsfähigen Primer-Nukleinsäure (als "Stellen" genannt, eine Abkürzung für Sequenzierungsstellen) auf den Grad der Überlappung der benachbarten Stellen präsentiert. Der Grad der Überlappung wird als prozentualler Anteil an Stellen, die als individuell erkannt werden, wiedergegeben.Examples for connections between the resolution of the optical system, the density of the extensible primer nucleic acid complexes and the percentage of the total population of signals from built-in nucleotides that can be individually recognized are in Table 1 to 8. In these tables will be results a computer simulation for the influence of the dissolution the detection system and the density of the extensible primer nucleic acid (referred to as "sites", an abbreviation for sequencing sites) on the degree of overlap the neighboring places presented. The degree of overlap is recognized as a percentage of sites that are considered individual be reproduced.
Tabelle 1, Auflösung 0,2 μm Table 1, resolution 0.2 μm
Bei einer Auflösung von 0,2 μm liegt die bevorzugte tatsächliche Dichte zwischen 40 und 1300 Stellen pro 100μm2, in einer weiteren Ausführungsform liegt die bevorzugte Dichte zwischen 100 und 600 Stellen pro 100μm2.At a resolution of 0.2 microns, the preferred actual density is between 40 and 1300 sites per 100 microns 2 , in another embodiment, the preferred density is between 100 and 600 sites per square inch 100μm 2 .
Tabelle 2, Auflösung 0,3 μm Table 2, resolution 0.3 μm
Bei einer Auflösung von 0,3 μm liegt die bevorzugte tatsächliche Dichte zwischen 30 und 500 Stellen pro 100μm2, in einer weiteren Ausführungsform liegt die bevorzugte Dichte zwischen 70 und 300 Stellen pro 100μm2.At a resolution of 0.3 μm, the preferred actual density is between 30 and 500 spots per 100 μm 2 , in another embodiment the preferred density is between 70 and 300 spots per 100 μm 2 .
In
Tabelle 3, Auflösung 0,4 μm Table 3, resolution 0.4 μm
Bei einer Auflösung von 0,4 μm liegt die bevorzugte tatsächliche Dichte zwischen 10 und 250 Stellen pro 100μm2, in einer weiteren Ausführungsform liegt die bevorzugte Dichte zwischen 30 und 200 Stellen pro 100μm2.At a resolution of 0.4 μm, the preferred actual density is between 10 and 250 spots per 100 μm 2 , in another embodiment the preferred density is between 30 and 200 spots per 100 μm 2 .
Tabelle 4, Auflösung 0,5 μm Table 4, resolution 0.5 μm
Bei einer Auflösung von 0,5 μm liegt die bevorzugte tatsächliche Dichte zwischen 7 und 200 Stellen pro 100μm2, in einer weiteren Ausführungsform liegt die bevorzugte Dichte zwischen 30 und 150 Stellen pro 100μm2.At a resolution of 0.5 μm, the preferred actual density is between 7 and 200 sites per 100 μm 2 , in another embodiment the preferred density is between 30 and 150 sites per 100 μm 2 .
Tabelle 5, Auflösung 0,6 μm Table 5, resolution 0.6 μm
Bei einer Auflösung von 0,6 μm liegt die bevorzugte tatsächliche Dichte zwischen 5 und 100 Stellen pro 100μm2, in einer weiteren Ausführungsform liegt die bevorzugte Dichte zwischen 20 und 80 Stellen pro 100μm2.At a resolution of 0.6 μm, the preferred actual density is between 5 and 100 sites per 100 μm 2 , in another embodiment the preferred density is between 20 and 80 sites per 100 μm 2 .
Tabelle 6, Auflösung 0,8 μm Table 6, resolution 0.8 μm
Bei einer Auflösung von 0,8 μm liegt die bevorzugte tatsächliche Dichte zwischen 5 und 50 Stellen pro 100μm2, in einer weiteren Ausführungsform liegt die bevorzugte Dichte zwischen 10 und 40 Stellen pro 100μm2.At a resolution of 0.8 microns, the preferred actual density is between 5 and 50 points per 100 microns 2, in another embodiment, the preferred density is between 10 and 40 characters per 100 microns. 2
Tabelle 7, Auflösung 1 μm Table 7, resolution 1 μm
Bei einer Auflösung von 1 μm liegt die bevorzugte tatsächliche Dichte zwischen 5 und 50 Stellen pro 100μm2, in einer weiteren Ausführungsform liegt die bevorzugte Dichte zwischen 10 und 30 Stellen pro 100μm2.At a resolution of 1 μm, the preferred actual density is between 5 and 50 spots per 100 μm 2 , in another embodiment the preferred density is between 10 and 30 spots per 100 μm 2 .
Tabelle 8, Auflösung 2 μm Table 8, resolution 2 μm
Bei einer Auflösung von 2 μm liegt die bevorzugte tatsächliche Dichte zwischen 2 und 10 Stellen pro 100μm2.At a resolution of 2 μm, the preferred actual density is between 2 and 10 places per 100 μm 2 .
Wie man aus den Tabellen 1 bis 8 entnehmen kann, spielen die Auflösung und die Dichte der Stellen (wobei Stellen im weitesten Sinne unabhängige, zufällig auf der Oberfläche verteilte Ereignisse bedeuten) eine große Rolle bei der Frage, wie groß der Anteil von einzelnen, d.h. unabhängig von den benachbarten Stellen detektierbaren Ereignissen in der Gesamtpopulation ist.As can be seen from Tables 1 to 8, play the resolution and the density of passages (where passages in the broadest sense are independent, random the surface distributed events) play a major role in the question of how big the Proportion of individual, i. independently from the neighboring sites detectable events in the total population is.
Im Zusammenhang mit diesen Beispielen wird die Bedeutung der erfindungsgemäßen Oberfläche mit einer sehr geringen unspezifischen Bindung von markierten Komponenten noch deutlicher. Bei niedrigen Zahlen der unspezifisch gebundenen Komponenten steigt die Ausbeute an Sequenzen von Primer-Matrizekomplexen, die nach einer Sequenzierungsreaktion ausgewertet werden können. Für die Detektion können Detektionsvorrichtungen verwendet werden, die eine geringere Auflösung besitzen.in the In connection with these examples, the importance of the surface according to the invention with a very low non-specific binding of labeled components even clearer. At low numbers of nonspecifically bound Components increases the yield of sequences of primer-template complexes, which can be evaluated after a sequencing reaction. For the detection can Detection devices are used, which have a lower resolution.
Im
weiteren zeichnet sich die erfindungsgemäße Oberfläche der festen Phase dadurch
aus, dass viele Enzyme, wie Polymerasen und Ligasen die auf der
Oberfläche
fixierten Nukleinsäureketten
als Substrate erkennen. Für
die enzymatische Reaktion eignen sich beispielsweise folgende Polymerasen:
DNA-abhängige DNA-Polymerasen,
DNA-abhängige
RNA-Polymerasen, RNA-abhängige DNA-Polymerasen, RNA-abhängige RNA-Polymerasen.Furthermore, the surface of the solid phase according to the invention is distinguished by the fact that many enzymes, such as polymerases and ligases, recognize the nucleic acid chains fixed on the surface as substrates. For example, the following polymerases are suitable for the enzymatic reaction:
DNA-dependent DNA polymerases, DNA-dependent RNA polymerases, RNA-dependent DNA polymerases, RNA-dependent RNA polymerases.
Bei
der Wahl der Polymerase spielt die Art der zu analysierenden fixierten
Nukleinsäure
(RNA oder DNA) eine entscheidende Rolle:
Falls RNA als Substrat
(z.B. mRNA) in die Sequenzierungsreaktion eingesetzt wird, können handelsübliche RNA-abhängige DNA-Polymerasen
eingesetzt werden, z.B. AMV-Reverse
Transcriptase (Sigma), M-MLV Reverse Transcriptase (Sigma), HIV-Reverse
Transcriptase ohne RNAse-Aktivität.
Für bestimmte
Anwendungen, können
Reverse Transcriptasen von RNAse-Aktivität weitgehend frei sein ("Molecular cloning" 1989, Ed. Maniatis,
Cold Spring Harbor Laboratory), z.B. bei mRNA-Makrierung für Hybridisierungsexperimente.In the choice of polymerase, the type of fixed nucleic acid to be analyzed (RNA or DNA) plays a decisive role:
If RNA is used as substrate (eg mRNA) in the sequencing reaction, commercial RNA-dependent DNA polymerases can be used, eg AMV reverse transcriptase (Sigma), M-MLV reverse transcriptase (Sigma), HIV reverse transcriptase without RNAse- Activity. For certain applications, reverse transcriptases may be largely free of RNAse activity ("Molecular cloning" 1989, Ed. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory), eg in mRNA migation for hybridization experiments.
Falls DNA als Substrat (z.B. cDNA) verwendet wird, eignen sich als Polymerasen prinzipiell alle DNA-abhängigen DNA-Polymerasen mit oder ohne 3'-5' Exonuklease-Aktivität (DNA-Replication" 1992 Ed. A.Kornberg, Freeman and company NY), z.B. modifizierte T7-Polymerase vom Typ "Sequenase Version 2" (Amersham Pharmacia Biotech), Klenow Fragment der DNA-Polymerase I mit oder ohne 3'-5' Exonukleaseaktivität (Amersham Pharmacia Biotech), Polymerase Beta verschiedenen Ursprungs (Animal Cell DNA Polymerases" 1983, Fry M., CRC Press Inc., kommerziell erhältlich bei Chimerx) thermostabile Polymerasen wie beispielsweise Taq-Polymerase (GibcoBRL), proHA-DNA-Polymerase (Eurogentec), Vent, Vent exo minus, Pfu-Polymerase, Pwo-Polymerase, Tli-Polymerase. Auch DNA-abhängige RNA-Polymerasen können verwendet werden, z.B. E.coli RNA-Polymerase, T7-RNA-Polymerase, SP6 RNA Polymerase.If DNA is used as substrate (eg cDNA), all DNA-dependent DNA polymerases with or without 3'-5 'exonuclease activity (DNA replication "1992 Ed A.Kornberg, Freeman and company NY ), eg, modified Sequenase Version 2 T7 polymerase (Amersham Pharmacia Biotech), Klenow fragment of DNA polymerase I with or without 3'-5 'exonuclease activity (Amersham Pharmacia Biotech), polymerase beta of various origins (Animal Cell DNA polyme rases "1983, Fry M., CRC Press Inc., commercially available from Chimerx) thermostable polymerases such as Taq polymerase (GibcoBRL), proHA DNA polymerase (Eurogentec), Vent, Vent exo minus, Pfu polymerase, Pwo- Polymerase, Tli polymerase DNA-dependent RNA polymerases can also be used, for example E. coli RNA polymerase, T7 RNA polymerase, SP6 RNA polymerase.
In der Anmeldung werden DNA-abhängige DNA-Polymerasen als Beispiele für alle Polymerasen betrachtet.In The registration will be DNA-dependent DNA polymerases as examples of considered all polymerases.
Die
Eigenschaft der Oberfläche,
markierte und nicht markierte Nukleotide und Nukleinsäure nur
im geringen Maß unspezifisch
zu binden, sowie die Möglichkeit,
an die erfindungsgemäße Oberfläche spezifisch
Nukleinsäuren
zu binden, bietet insgesamt einen großen Vorteil gegenüber den
bestehenden Oberflächen
und ermöglicht
den Einsatz solcher Oberflächen
in Biosensoren für
die Durchführung
von Experimenten mit markierten Komponenten wie z.B. als Substrat
für DNA-Chip-Technologie ("DNA Microarrays" Ed. by D. Bowtell & J. Sambrook,
2003, CSHL Press, ISBN: 0-87969-625-7). Insbesondere eignet sich
die erfindungsgemäße Oberfläche der
festen Phase für
Analysenverfahren mit Einbau von markierten Nukleotiden in die an
eine festen Phase gekoppelten Nukleinsäuren, wie beispielsweise Minisequencing
(Suomalainen A et al. Methods Mol Biol. 2003;226:361-6. Liljedahl
U et al. Pharmacogenetics. 2003 Jan;13(1):7-17, Olsson C et al.
Methods Mol Biol. 2003;212:167-76), Primer-Extension (Pirrung MC
et al. Bioorg Med Chem Lett. 2001 Sep 17;11(18):2437-40, Cai H,
et al. Genomics. 2000 Jun 1;66(2):135-43., Kurg A et al. Genet Test.
2000;4(1):1-7., Pastinen T et al. Genome Res. 1997 Jun;7(6):606-14).
US Pat. Nr. 6287766, US Pat. Nr. 2003148284, US Pat. Nr. 2003082613,
Im weiteren wird der Einsatz einer solchen Oberfläche am Bespiel der hochparallelen Sequenzierung einzelner Nukleinsäuremoleküle dargestellt.in the Another is the use of such a surface on the example of highly parallel Sequencing of individual nucleic acid molecules shown.
Materialmaterial
Die erfindungsgemäße Oberfläche stellt die Oberfläche einer festen Phase dar. Die feste Phase besteht vorzugsweise aus SiO2 (Silica) als Hauptkomponente. Dabei kann Silica als Glas oder Quarz vorliegen.The surface according to the invention represents the surface of a solid phase. The solid phase preferably consists of SiO 2 (silica) as main component. In this case, silica may be present as glass or quartz.
In einer Ausführungsform liegt der Anteil des SiO2 in der festen Phase zwischen 10 und 50%. In einer anderen Ausführungsform besteht die feste Phase zu über 50% aus SiO2, in einer anderen Ausführungsform besteht die feste Phase zu über 70% aus SiO2, in einer anderen Ausführungsform besteht die feste Phase zu über 90% aus SiO2, in einer anderen Ausführungsform besteht die feste Phase zu über 95% aus SiO2, in einer anderen Ausführungsform besteht die feste Phase zu über 99% aus SiO2.In one embodiment, the proportion of SiO 2 in the solid phase is between 10 and 50%. In another embodiment, the solid phase is more than 50% SiO 2 , in another embodiment the solid phase is more than 70% SiO 2 , in another embodiment the solid phase is more than 90% SiO 2 , in one In another embodiment, the solid phase is more than 95% SiO 2 , in another embodiment the solid phase is more than 99% SiO 2 .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die feste Phase aus Silizium, wobei die Oberfläche der festen Phase eine Schicht von SiO2 aufweist. Die chemischen Modifikationen, die in dieser Anmeldung beschrieben werden, beziehen sich auf die Veränderungen und Modifikationen dieser SiO2-Schicht.In a further embodiment of the invention, the solid phase consists of silicon, the surface of the solid phase having a layer of SiO 2 . The chemical modifications described in this application relate to the changes and modifications of this SiO 2 layer.
Im weiteren dient Glas als Beispiel für die feste Phase, die eine SiO2-Obefläche aufweist. Es können verschiedene Glas-Arten verwendet werden, beispielsweise Borosilikat-Glas. Das geeignete Material ist kommerziell erhältlich, beispielsweise Menzel-Deckgläser und Objektträger (Omnilab-Laborzentrum GmbH, Bremen, Deutschland). Vorzugsweise weist das Material der festen Phase nur wenige oder keine fluoreszierenden Komponenten auf.In addition, glass serves as an example of the solid phase which has an SiO 2 surface. Different types of glass can be used, for example borosilicate glass. The suitable material is commercially available, for example Menzel coverslips and slides (Omnilab Laboratory Center GmbH, Bremen, Germany). Preferably, the solid phase material has few or no fluorescent components.
In einer Ausführungsform ist die Oberfläche der festen Phase plan.In an embodiment is the surface the solid phase plan.
In einer weiteren Ausführungsform ist die feste Phase für die elektromagnetische Strahlung in folgenden Bereichen transparent: 200 nm bis 500 nm, 200 nm bis 800 nm, 400 nm bis 700 nm, 400 nm bis 1000 nm, 500 nm bis 2000 nm.In a further embodiment is the solid phase for the electromagnetic radiation is transparent in the following areas: 200 nm to 500 nm, 200 nm to 800 nm, 400 nm to 700 nm, 400 nm up to 1000 nm, 500 nm to 2000 nm.
In einer Ausführungsform wird nur die feste Phase als Material im Herstellungsprozess verwendet. Die Einbindung der Oberfläche der festen Phase in eine Vorrichtung zum Austausch der Lösungen, z.B. in ein Reagenzgefäßes oder eine Mikrokanalvorrichtung, erfolgt dementsprechend erst nach der Herstellung der erfindungsgemäßen Oberfläche.In an embodiment Only the solid phase is used as material in the manufacturing process. The integration of the surface the solid phase into a device for exchanging the solutions, e.g. into a reagent vessel or a micro-channel device, takes place accordingly only after the Production of the surface according to the invention.
In einer anderen Ausführungsform stellt die feste Phase einen Bestandteil eines Reagenzgefäßes, einer Mikrokanalvorrichtung oder eines Arrays von Reagenzgefäßen, beispielsweise einer Mikrotiterplatte, dar und die Herstellung der Oberfläche erfolgt direkt in einem solchen Reagenzgefäß oder Mikrokanal. Unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten für Mikroflüssigkeitskanäle sind dem Fachmann bekannt (z.B. "Integrated microfabicated biodevices" 2002 ISBN 0-8247-0606-4).In another embodiment, the solid phase is a component of a reagent vessel, a microchannel device or an array of reagent vessels, for example a microtiter plate and the surface is prepared directly in such a reagent vessel or microchannel. Different design possibilities for microfluidic channels are known to the person skilled in the art (eg "Integrated microfabicated biodevices" 2002 ISBN 0-8247-0606-4).
In einer anderen Ausführungsform können einzelne Schritte der Herstellung der Oberfläche auf unterschiedlichen Stadien des Zusammenbaus von Reagenzgefäßen und Mikrokanalvorrichtungen erfolgen.In another embodiment can individual steps of making the surface at different stages the assembly of reagent vessels and Microchannel devices take place.
In einer weiteren Ausführungsform schließt eine Mikrokanalvorrichtung zwei oder mehr getrennte Bestandteile ein, die die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Oberfläche der festen Phase aufweisen.In a further embodiment includes a microchannel device has two or more separate components which have the properties of the solid phase surface according to the invention.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Schutzschicht (eine Maske) auf der Oberfläche der festen Phase aufgetragen, so dass die Bearbeitungsprozesse nur bestimmte Areale der festen Phase betreffen. Diese Maske kann beispielsweise aus einem photosensitiven Material bestehen und anschließend durch Lichteinwirkung entfernt werden. Beispiele solcher Masken sind dem Fachmann bekannt.In a further embodiment is a protective layer (a mask) on the surface of the solid phase, so that the machining processes only certain Areas of the fixed phase. This mask can be, for example consist of a photosensitive material and then by Light exposure are removed. Examples of such masks are the Specialist known.
Herstellung, allgemein:Production, general:
Die Herstellung einer Oberfläche für die Verfahren zur hochparallelen Sequenzierung einzelner Nukleinsäureketten beinhaltet im wesentlichen eine Kombination aus einem Abtragungsschritt der Außenschicht der festen Phase durch eine chemische oder physikalische Einwirkung und einer Kopplung von Nukleinsäuren an diese Oberfläche.The Production of a surface for the Method for highly parallel sequencing of individual nucleic acid chains essentially involves a combination of a removal step the outer layer of the solid phase by a chemical or physical action and a coupling of nucleic acids this surface.
Die Abtragung der Außenschicht der festen Phase führt zu einer drastischen Senkung der unspezifischen Bindung von Nukleotiden und Nukleinsäuren an die neu entstandene Oberfläche der festen Phase, s. Beispiel 1. Nach der Abtragung der Außenschicht entsteht eine Oberfläche der festen Phase, die in dieser Anmeldung als "regenerierte Oberfläche" bezeichnet wird.The Removal of the outer layer the solid phase leads to a drastic reduction of nonspecific binding of nucleotides and nucleic acids to the newly created surface the solid phase, s. Example 1. After the removal of the outer layer creates a surface the solid phase, referred to in this application as a "regenerated surface".
Die Herstellung der Oberfläche schließt in einer Ausführungsform folgende wesentliche Schritte ein:
- 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase, wobei eine regenerierte Oberfläche der festen Phase entsteht, die eine SiO2 Oberfläche ist.
- 2. Kopplung bzw. Synthese von Nukleinsäureketten an die regenerierte Oberfläche der festen Phase
- 3. gegebenenfalls Kopplung weiterer Substanzen
- 1. Removal of the outer layer of the solid phase, wherein a regenerated surface of the solid phase is formed, which is a SiO 2 surface.
- 2. Coupling or synthesis of nucleic acid chains to the regenerated surface of the solid phase
- 3. optionally coupling other substances
In einer weiteren Ausführungsform schließt die Herstellung folgende wesentliche Schritte ein:
- 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase, wobei eine regenerierte Oberfläche der festen Phase entsteht, die eine SiO2 Oberfläche ist.
- 2. Kopplung bzw. Synthese einer Linker-Komponente an die regenerierte Oberfläche der festen Phase,
- 3. Kopplung bzw. Synthese von Nukleinsäureketten an die/an der Linker-Komponente.
- 4. gegebenenfalls Kopplung weiterer Substanzen
- 1. Removal of the outer layer of the solid phase, wherein a regenerated surface of the solid phase is formed, which is a SiO 2 surface.
- 2. coupling or synthesis of a linker component to the regenerated surface of the solid phase,
- 3. Coupling or Synthesis of Nucleic Acid Chains to / on the Linker Component.
- 4. optionally coupling other substances
Die Entfernung der Außenschicht erfolgt durch chemische Reaktion in einer wässrigen oder wässrig-organischen Lösung. In einer Ausführungsform wird die regenerierte Oberfläche im weiteren Verlauf des Herstellungs- und der Analyseprozesses nicht ausgetrocknet. Diese Schritte können in einen Herstellungsprozess integriert werden, der auch weitere Schritte zur Bearbeitung der Oberfläche einschließt.The Removal of the outer layer takes place by chemical reaction in an aqueous or aqueous-organic Solution. In one embodiment becomes the regenerated surface not in the further course of the manufacturing and analysis process dried out. These steps can be integrated into a manufacturing process, which includes more Includes steps for editing the surface.
An die regenerierte Oberfläche der festen Phase können unterschiedliche Substanzen gekoppelt werden. Viele Beispiele für die Kopplungen an eine Glas- oder SiO2-oberfläche sind bekannt ("Silane Coupling Agents" 2. Ed. 1991, ISBNO-306-43473-3, "DNA Microarrays", Bowtell, 2003, ISBN 0-87969-624-9, "Microarray-Biochip Technology" M Schena, 2000, ISBN 1-881299-37-6, Kumar et al. Nucleic Acid Research, 2000 v. 28, e71, Guo et al. Nucleic Acid Research, 1994 v. 22, 5456-, Lindroos et al. Nucleic Acid Research, 2001 v. 29, Nr. 13, e69, Taylor et al. Nucleic Acid Research, 2003 v. 31, e87,).Different substances can be coupled to the regenerated surface of the solid phase. Many examples of couplings to a glass or SiO 2 surface are known ("Silane Coupling Agents" 2 Ed. 1991, ISBNO-306-43473-3, "DNA Microarrays", Bowtell, 2003, ISBN 0-87969- 624-9, "Microarray-Biochip Technology" M Schena, 2000, ISBN 1-881299-37-6, Kumar et al Nucleic Acid Research, 2000/28, e71, Guo et al., Nucleic Acid Research, 1994, p. 22, 5456, Lindroos et al Nucleic Acid Research, 2001 v. 29, No. 13, e69, Taylor et al., Nucleic Acid Research, 2003 v. 31, e87,).
In einer Ausführungsform werden Substanzen, beispielsweise Nukleinsäureketten oder deren Bausteine, Nukleotide, Proteine, wie Streptavidin oder Antikörper, lineare und verzweigte Polymere, wie PEG, Polyphosphate, Polyacrylate, Polyacrylamide (vernetzt und nicht vernetzt), Dendrimere direkt an die Oberfläche gekoppelt werden.In an embodiment be substances, such as nucleic acid chains or their building blocks, Nucleotides, proteins, such as streptavidin or antibodies, linear and branched polymers such as PEG, polyphosphates, polyacrylates, polyacrylamides (cross-linked and not cross-linked), dendrimers coupled directly to the surface become.
In einer weiteren Ausführungsform können Linker-Moleküle zwischen den oben genannten Substanzen und der regenerierten Oberfläche eingeführt werden. Diese Linker können reaktive Gruppen tragen, die zur Kopplung von Substanzen dienen, wie beispielsweise Epoxy-, Aldehyd-, Carboxy-Gruppen ("Silane Coupling Agents" 2. Ed. 1991, ISBNO-306-43473-3, "DNA Microarrays", Bowtell, 2003, ISBN 0-87969-624-9, "Microarray-Biochip Technology" M Schena, 2000, ISBN 1-881299-37-6, Kumar et al. Nucleic Acid Research, 2000 v. 28, e71, Guo et al. Nucleic Acid Research, 1994 v. 22, 5456-, Lindroos et al. Nucleic Acid Research, 2001 v. 29, Nr. 13, e69, Taylor et al. Nucleic Acid Research, 2003 v. 31, e87,).In another embodiment, linker molecules may be introduced between the above-mentioned substances and the regenerated surface. These linkers can carry reactive groups that serve to couple substances, such as epoxy, aldehyde, carboxy ("Silane Cou Pling Agents, 2nd Ed., 1991, ISBNO-306-43473-3, "DNA Microarrays," Bowtell, 2003, ISBN 0-87969-624-9, "Microarray-Biochip Technology" M. Schena, 2000, ISBN 1-881299 Nucleic Acid Research, 2000, 28, e71, Guo et al., Nucleic Acid Research, 1994 v. 22, 5456, Lindroos et al., Nucleic Acid Research, 2001, v. 29, No. 37-6, Kumar et al 13, e69, Taylor et al Nucleic Acid Research, 2003 v. 31, e87,).
An die regenerierte Oberfläche können einheitliche Substanzpopulationen, wie beispielsweise einheitliche Proteinmoleküle, z.B. Streptavidin, oder einheitliche Nukleinsäurepopulationen, wie beispielsweise Oligo-Nukleotide oder PCR-Produkte, als auch gemischte Populationen von Molekülen, wie beispielsweise cDNA, fragmentierte genomische DNA, gebunden werden.At the regenerated surface can uniform substance populations, such as uniform Protein molecules, e.g. Streptavidin, or uniform nucleic acid populations, such as Oligo nucleotides or PCR products, as well as mixed populations of molecules, such as cDNA, fragmented genomic DNA become.
An die Oberfläche können gleichzeitig oder nacheinander auch unterschiedliche Substanzklassen gebunden werden, beispielsweise Proteine, Nukleinsäuren, Polymere wie PEG, Polyacrylamid, Polyphosphate.At the surface can simultaneously or consecutively also different substance classes be bound, for example proteins, nucleic acids, polymers such as PEG, polyacrylamide, polyphosphates.
Überraschenderweise weist die erfindungsgemäße Oberfläche trotz weiterer Modifikationen generell ein sehr schwaches unspezifisches Bindungsverhalten gegenüber unterschiedlichen markierten Nukleotiden und Nukleinsäureketten. Dieses Verhalten wurde in mehreren, in der molekularen Biologie und Biochemie gebräuchlichen Puffer-Systemen, wie beispielsweise Tris-HCl, Phosphat-Puffer und Borat-Puffer über weite pH-Bereiche, vorzugsweise zwischen 7 und 11, und Konzentrationsbereiche von Puffer-Substanzen nachgewiesen. Die Konzentration der Puffer-Lösungen liegt vorzugsweise in folgenden Breichen: zwischen 5 und 50 mmol/l, zwischen 20 und 200 mmol/l, zwischen 100 und 1000 mmol/l.Surprisingly has the surface according to the invention despite further modifications generally a very weak non-specific Binding behavior opposite different labeled nucleotides and nucleic acid chains. This behavior has been described in several, in molecular biology and biochemistry in common use Buffer systems, such as Tris-HCl, phosphate buffer and Borate buffer over wide pH ranges, preferably between 7 and 11, and concentration ranges detected by buffer substances. The concentration of the buffer solutions is preferably in the following ranges: between 5 and 50 mmol / l, between 20 and 200 mmol / l, between 100 and 1000 mmol / l.
Im weiteren wird die Kopplung von Nukleinsäureketten an die regenerierte Oberfläche genauer betrachtet und dient als Beispiel für weitere Kopplungsmöglichkeiten anderer Substanzen.in the Another is the coupling of nucleic acid chains to the regenerated surface considered closer and serves as an example for further coupling options other substances.
Die Kopplung von Nukleinsäuren erfolgt vorzugsweise kovalent oder affin. Viele Kopplungsmethoden für kovalente Kopplungen sind dem Fachmann bekannt ("Silane Coupling Agents" 2. Ed. 1991, ISBNO-306-43473-3, "DNA Microarrays", Bowtell, 2003, ISBN 0-87969-624-9, "Microarray-Biochip Technology" M Schena, 2000, ISBN 1-881299-37-6, Kumar et al. Nucleic Acid Research, 2000 v. 28, e71, Guo et al. Nucleic Acid Research, 1994 v. 22, 5456-, Lindroos et al. Nucleic Acid Research, 2001 v. 29, Nr. 13, e69, Taylor et al. Nucleic Acid Research, 2003 v. 31, e87,). Beispiele für affine Kopplungen sind Kopplungen über Biotin-Streptavidin-Bindunen oder Kopplung durch Hybridisierung von komplementären Nukleinsäuresträngen. Nukleinsäureketten können auch direkt an der Oberfläche synthetisiert werden (Capaldi et al., 2000; Damha et al., 1990; Devivar et al., 1999; Habus et al., 1998; Pon, 1993; Pon et al., 1988; Sinha, 1993; Song et al., 2003; Veiko et al., 1991; Vu et al., 1990) oder (US Pat. Nr. 5753788, US Pat. Nr. 5831070, US Pat. Nr. 5919523, US Pat. Nr. 6022963, US Pat. Nr. 6147205, US Pat. Nr. 6153743, US Pat. Nr. 6262216, US Pat. Nr. 6310189, US Pat. Nr. 6480324, US Pat. Nr. 6486287).The Coupling of nucleic acids is preferably covalent or affine. Many coupling methods for covalent Couplings are known to those skilled in the art ("Silane Coupling Agents" 2 Ed. 1991, ISBNO-306-43473-3, "DNA Microarrays", Bowtell, 2003). ISBN 0-87969-624-9, "Microarray biochip Technology "M Schena, 2000, ISBN 1-881299-37-6, Kumar et al. Nucleic Acid Research, 2000 v. 28, e71, Guo et al. Nucleic Acid Research, 1994 BC. 22, 5456, Lindroos et al. Nucleic Acid Research, 2001 b. 29, No. 13, e69, Taylor et al. Nucleic Acid Research, 2003 v. Chr. 31, e87,). Examples for affine Couplings are couplings over Biotin-streptavidin linkages or coupling by hybridization of complementary Nucleic acid strands. nucleic acid chains can also directly on the surface synthesized (Capaldi et al., 2000; Damha et al., 1990; Devivar et al., 1999; Habus et al., 1998; Pon, 1993; Pon et al. 1988; Sinha, 1993; Song et al., 2003; Veiko et al., 1991; Vu et al., 1990) or (US Pat. No. 5,753,788, US Pat. No. 5,831,070, US Pat. No. 5919523, US Pat. No. 6022963, US Pat. No. 6147205, US Pat. 6153743, US Pat. No. 6262216, US Pat. No. 6310189, US Pat. No. 6480324, US Pat. US Pat. No. 6486287).
In einer Ausführungsform kann die Kopplung von Nukleinsäureketten in einer bestimmten Anordnung erfolgen. In einer anderen Ausführungsform werden Nukleinsäuren in zufälliger Weise an die Oberfläche gebunden (WO 02088382).In an embodiment may be the coupling of nucleic acid chains done in a particular arrangement. In another embodiment be nucleic acids in random Way to the surface bound (WO 02088382).
An der erfindungsgemäßen Oberfläche können in unterschiedlichen Stadien der Herstellung Muster (z.B. Justierungsmuster oder "Landmarker", WO 02088382, WO 03031947) aufgebracht werden. Beispielsweise können Mikroteilchen mit einem Durchmesser von wenigen Mikrometern an die Oberfläche gebunden werden. Diese Teilchen binden vorzugsweise markierte Nukleotide oder Nukleinsäuren nicht.At the surface of the invention can in different stages of manufacturing patterns (e.g., adjustment pattern or "Landmarker", WO 02088382, WO 03031947) are applied. For example, microparticles with a Diameter of a few microns are bound to the surface. These particles preferably do not bind labeled nucleotides or nucleic acids.
In einer bevorzugten Ausführungsform können diese Teilchen sichtbar gemacht werden. Beispielsweise absorbieren diese Teilchen elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge oder besitzen Fluoreszenzeigenschaften. In einer weiteren Ausführungsform können sie durch Lichtstreuung sichtbar gemacht werden. Beispiel für solche Teilchen stellen Tusche-Partikel oder auch Polysterene-Kügelchen dar.In a preferred embodiment can these particles are made visible. For example, absorb these particles are electromagnetic radiation of a certain wavelength or have fluorescent properties. In a further embodiment can they are made visible by light scattering. Example of such Particles form ink particles or polysterene beads represents.
Die erfindungsgemäße Oberfläche wurde für die Analysen entwickelt, bei denen markierte Nukleotide oder Nukleinsäureketten verwendet werden. Diese Komponenten tragen in Puffer-Lösungen in der Regel eine negative Ladung und können durch elektrostatische Bindung an unterschiedliche Oberflächen binden. Aus diesem Grund ist es nicht vorteilhaft, an die erfindungsgemäße Oberfläche positive Ladungen aufzubringen. Beispielsweise kann eine Kopplung von Amino-Gruppen an die Oberfläche zu Entstehung von positiven Ladungen beitragen. Solche Behandlungen der Oberfläche sind nicht vorteilhaft. Beispielsweise führen Behandlungen mit Aminopropyl-trimethoxysilane oder Polylysin zu einer starken Bindung von Nukleinsäuren und Nukleotiden an die Oberfläche.The inventive surface was for the Analyzes are developed in which labeled nucleotides or nucleic acid chains be used. These components contribute to buffer solutions usually a negative charge and can be caused by electrostatic Bind binding to different surfaces. For this reason it is not advantageous to apply positive charges to the surface according to the invention. For example, coupling of amino groups to the surface can result in formation contribute to positive charges. Such treatments are the surface not beneficial. For example, treatments with aminopropyltrimethoxysilanes or polylysine to a strong binding of nucleic acids and Nucleotides to the surface.
Beispiele:Examples:
Beispiele sollten zur Anschaulichkeit der Erfindung dienen und nicht zu Einschränkung.Examples should serve to illustrate the invention and not to limit.
Die Herstellung der Oberflächen wird am Beispiel der im Handel erhältlichen Deckglasern und Objektträgern für Mikroskopie gezeigt. Diese Gläser sind normalerweise vorgereinigt und können in trockenem Zustand erhalten werden (Menzel Deckgläser und Objektträger, von Omnilab-Laborzentrum, Bremen, Deutschland).The Production of the surfaces is exemplified by the commercially available cover glasses and slides for microscopy shown. These glasses are normally pre-cleaned and can be kept dry (Menzel cover glasses and slides, from Omnilab Laboratory Center, Bremen, Germany).
Die feste Phase, die als Material zur Herstellung der Oberfläche diente, wurde als ein Teil eines Reagenzgefäßes eingesetzt. Das Reagenzgefäß lag in einer Ausführung als Mikroflüssigkeitskanal vor. In einer anderen Ausführung wurden Mikrotiterplatten mit einem planen Glasboden (z.B. Firma Greiner Bio-One GmbH, Frickenhausen, Deutschland oder Molecular Machines & Industries GmbH, Glattburg, Schweitz) verwendet. Die Ergebnisse der Herstellung der Oberfläche waren in beiden Typen der Reagenzgefäße im wesentlichen ähnlich. Die Beispiele werden für die Oberfläche der festen Phase dargestellt, die als Teil eines Mikroflüssigkeitskanals diente.The solid phase, which served as material for the preparation of the surface, was used as part of a reagent vial. The reagent vial was in an execution as a microfluidic channel in front. In another version were microtiter plates with a flat glass bottom (e.g., company Greiner Bio-One GmbH, Frickenhausen, Germany or Molecular Machines & Industries GmbH, Glattburg, Schweitz). The results of the production the surface were substantially similar in both types of reagent tubes. The examples are for the surface the solid phase presented as part of a microfluidic channel served.
Mikroflüssigkeitskanal (MFC)Microfluidic channel (MFC)
Die
Mikroflüssigkeitskanäle (
Im Mikroflüssigkeitskanal kann die Flüssigkeit ausgetauscht werden. Durch diesen Austausch können verschiedene Reagenzien als Lösungen in Kontakt mit der festen Phase gebraucht werden und in sequentiellen Schritten ausgetauscht werden. Bei Bedarf wurde ein Mikrokanal mehrmals gewaschen, indem ein größeres Gesamtvolumen einer Lösung durch den Mikrokanal ausgetauscht wurde.in the Microfluidic channel can the liquid be replaced. This exchange allows different reagents as solutions be used in contact with the solid phase and in sequential Steps are exchanged. If necessary, a microchannel was made several times washed by a larger total volume a solution was replaced by the microchannel.
Detektion:detection:
Der
prinzipielle Aufbau der verwendeten Apparatur für die Einzelmolekülmikroskopie
ist schematisch in
In
dieser Arbeit wurde ein Weitfeld-Fluoreszenz-Mikroskop Axioplan
2 (Zeiss, Oberkochen, Deutschland) mit Quecksilberdampflampe HBO
100, Objektiv Planneofluar 100x, NA 1.4 (Zeiss), Kamera AxioCam (Zeiss)
und Computer mit Software zur Steuerung und Analyse verwendet. Bilder
werden von der Oberfläche aufgenommen,
wie in
An
die Oberfläche
der festen Phase wurde ein Justiermuster oder Landmarker aufgebracht.
Beispielsweise wurde eine verdünnte
Tusche-Lösung
(Pelickan AG, Hannover, Deutschland) in Phosphat-Puffer in Kontakt
mit der Oberfläche
gebracht. Die Tusche-Teilchen (ihr apparenter Durchmesser ca. 0,3
bis 2 μm)
banden an die Oberfläche
und konnten mit Mikroskop (z.B. mit Durchlicht) sichtbar gemacht
werden. Die Bindung der Tusche-Teilchen erfolgte an zufälligen Stellen
der Oberfläche.
Die Dichte der Bindung der Tusche kann variieren und lag beispielsweise
bei 3 bis 100 Teilchen pro 100 μm2, diese Teilchen sind als dunkle Bereiche
auf den Fluoreszenzaufnahmen zu sehen, z.B. in
Bei weiterer Beschreibung der Verarbeitung der Oberfläche wird vorausgesetzt, dass grobe Verunreinigungen von der Oberfläche der festen Phase entfernt worden sind. Auch andere sowohl chemische, physikalische als auch mechanische Schritte können der Herstellung der erfindungsgemäßen Oberfläche vorangehen, mit der Einschränkung, dass sie die Herstellung der Oberfläche nicht beeinträchtigen.Further description of the processing of the surface is assumed to be rough mess have been removed from the surface of the solid phase. Other chemical, physical as well as mechanical steps may precede the production of the surface of the invention, with the proviso that they do not interfere with the production of the surface.
In den folgenden Beispielen werden zunächst Varianten der Herstellung der Oberfläche dargestellt, anschließend werden funktionelle Tests beschrieben, die eine niedrige unspezifische Bindung von markierten Komponenten an die Oberfläche nachweisen. Im weiteren werden Beispiele der Nutzung der erfindungsgemäßen Oberflächen dargestellt.In The following examples are initially variants of the preparation the surface shown, then Functional tests are described that are low non-specific Detect binding of labeled components to the surface. In the further Examples of the use of the surfaces according to the invention are shown.
Beispiel für einen Test-Ablauf.Example of a Test procedure.
Die regenerierte Oberfläche wird in Kontakt mit einer Puffer-Lösung gebraucht, die markierte Nukleotide, z.B. dUTP-Cy3, enthält. Nach einer Inkubationszeit von 5 min wird diese Lösung entfernt und die Oberfläche mit einer reinen Puffer-Lösung gewaschen. Danach wird die Oberfläche unter einem Fluoreszenzmikroskop auf die Anwesenheit der Signale von dUTP-Cy3 untersucht. Dabei wird eine Fläche von ca. 4800 μm2 abgescannt und die Fluoreszenzsignale von einzelnen Molekülen durch ein Programm ausgezählt. Als Ergebnis wird der Mittelwert gebildet, der die Dichte der Signale pro 100 μm2 repräsentiert.The regenerated surface is used in contact with a buffer solution containing labeled nucleotides, eg, dUTP-Cy3. After an incubation period of 5 minutes, this solution is removed and the surface is washed with a pure buffer solution. Thereafter, the surface is examined under a fluorescence microscope for the presence of the signals of dUTP-Cy3. An area of approximately 4800 μm 2 is scanned and the fluorescence signals of individual molecules are counted by a program. As a result, the average value representing the density of the signals per 100 μm 2 is formed .
Abtragung der Außenschicht der festen Phase, Bereitstellung einer regenerierten Oberfläche.Removal of the outer layer the solid phase, providing a regenerated surface.
Beispiel 1.1:Example 1.1:
10 μl einer frischen 1% wässriger HF-Lösung werden in den trockenen Mikrokanal eingeführt, nach 2 min bei RT wird HF-Lösung durch einen 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, ersetzt und der Kanal wird fünf mal mit diesem Puffer gewaschen. Die erste Kontrolle der unspezifischen Bindung von markierten Nukleotiden und Oligonukleotiden erfolgte unmittelbar nach dem Wasch-Schritt.10 μl of a fresh 1% aqueous HF solution are introduced into the dry microchannel, after 2 min at RT HF solution replaced by a 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, and the channel will be five washed with this buffer. The first control of nonspecific Binding of labeled nucleotides and oligonucleotides was carried out immediately after the washing step.
Kontrolle der unspezifischen BindungControl of nonspecific binding
Folgende Tests werden zur Charakterisierung der unspezifischen Bindung verwendet:The following Tests are used to characterize the non-specific binding:
Test 1.1Test 1.1
10 μl einer 1 μmol/l Lösung von dCTP-Cy3 (Amersham Bioscience, Freiburg, Deutschland) in 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, wird in den Kanal gegeben und 5 min lang bei RT inkubiert. Anschließen wird der Kanal fünf mal mit 50μl 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, gewaschen. Signale von den unspezifisch an die Oberfläche gebundenen Nukleotiden wurden unter dem Mikroskop analysiert.10 ul of a 1 .mu.mol / l solution of dCTP-Cy3 (Amersham Bioscience, Freiburg, Germany) in 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, is added to the channel and left for 5 min incubated at RT. Connect the channel becomes five sometimes with 50μl 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, washed. Signals from the unspecific to the surface bound nucleotides were analyzed under the microscope.
Test 1.2Test 1.2
10 μl einer 1 μmol/l Lösung von
dUTP-AA-SS-Cy3 (synthetisiert nach Vorschrift in WO 02088382, sieh
Anschließen wird der Kanal fünf mal mit 50μl 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, gewaschen. Signale von den unspezifisch an die Oberfläche gebundenen Nukleotiden wurden unter dem Mikroskop analysiert.Connecting will be the channel five sometimes with 50μl 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, washed. Signals from the unspecific to the surface bound nucleotides were analyzed under the microscope.
Test 1.3Test 1.3
10 μl einer 1 μmol/l Lösung von jeweils einem markierten Oligonukleotid (Sequenz: s. Tabelle 19) in 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, wird in den Kanal gegeben und 5 min lang bei RT inkubiert. Anschließen wird der Kanal fünf mal mit 50μl 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, gewaschen. Signale von den unspezifisch an die Oberfläche gebundenen Oligonukleotiden wurden unter dem Mikroskop analysiert.10 ul of a 1 .mu.mol / l solution of in each case one labeled oligonucleotide (sequence: see Table 19) in 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, is added to the channel and incubated at RT for 5 min. The channel will be connected five times 50μl 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0. Signals from the unspecific to the surface bound oligonucleotides were analyzed under a microscope.
Test 1.4Test 1.4
10 μl einer 50 μmol/l Lösung von dUTP-Cy3 (Amersham Bioscience, Freiburg, Deutschland) in 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, wird in den Kanal gegeben und 5 min lang bei RT inkubiert. Anschließen wird der Kanal fünf mal mit 50μl 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, gewaschen. Signale von den unspezifisch an die Oberfläche gebundenen Nukleotiden wurden unter dem Mikroskop analysiert.10 μl of a 50 μmol / l solution of dUTP-Cy3 (Amersham Bioscience, Freiburg, Germany) in 50th mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, is added to the channel and incubated for 5 min at RT. Subsequently, the channel is washed five times with 50 μl 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0. Signals from the nonspecifically bound to the surface nucleotides were analyzed under the microscope.
Ergebnisse:Results:
Die Daten zur Bindung von markierten Substanzen an die Oberfläche sind in der Tabelle 9 dargestellt.The Data on the binding of labeled substances to the surface are shown in Table 9.
Tabelle 9: Table 9:
- Behandlung der Oberfläche: wässrige HF-Lösung (v/v %)Treatment of the surface: aqueous HF solution (v / v%)
- Spalte A) Ergebnis des Tests 1.1: dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2,Column A) Result of the test 1.1: dCTP-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 ,
- Spalte B) Ergebnis des Tests 1.2: dUTP-AA-SS-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2,Column B) Result of the test 1.2: dUTP-AA-SS-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 ,
- Spalte C) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column C) Result of the test 1.3: Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
- Spalte D) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-B1-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column D) Result of the test 1.3: Oligo-B1-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals on an area of 100 μm 2 .
- Spalte E) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-F1-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column E) Result of the test 1.3: Oligo-F1-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
- Spalte F) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-T40-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column F) Result of the test 1.3: Oligo-T40-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
- Spalte G) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-dA26-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column G) Result of the test 1.3: oligo-dA26-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
- Spalte H) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-2-TMR, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column H) Result of the test 1.3: Oligo-2-TMR, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
- Spalte I) Ergebnis des Tests 1.4: dUTP-Cy3, 50 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column I) Result of the test 1.4: dUTP-Cy3, 50 μmol / l, 5 'RT, mean of the measured signals on an area of 100 μm 2 .
Das Ergebnis zeigt eine sehr niedrige bis niedrige Bindung von markierten Substanzen an die Oberfläche. Die Konzentrationen von markierten Nukleotiden betrugen 1 μmol/l, da diese Konzentrationen in Analyse-Verfahren wie im Beispiel 6.1 und 6.2 verwendet werden. Die verwendete Detektionsapparatur ist für die Einzelmolekülanalysen geeignet und ist vergleichbar mit Apparatur für die Sequenzierung (WO 03031947). Die Konzentration 50 μmol/l von dUTP-Cy3 zeigt eine niedrige Bindung von markierten Komponenten auch bei höheren Konzentrationen.The Result shows a very low to low binding of labeled Substances to the surface. The concentrations of labeled nucleotides were 1 μmol / L, since these concentrations in analysis methods as in Example 6.1 and 6.2 be used. The detection device used is for single molecule analysis suitable and is comparable to apparatus for sequencing (WO 03031947). The concentration 50 μmol / l of dUTP-Cy3 shows a low binding of labeled components even at higher Concentrations.
Eine solche Dichte der unspezifisch gebundenen Signale erlaubt eine gute Unterscheidung individueller Signale von einzelnen Molekülen an der Oberfläche und führt zu einer geringeren Überlappung mit spezifischen Signalen (vergleiche Tabelle 1 bis 8).A such density of unspecifically bound signals allows a good Differentiation of individual signals from single molecules at the surface and leads to a lesser overlap with specific signals (see Tables 1 to 8).
Die Tests können unmittelbar nach einer HF-Behandlung oder auch nach einer gewissen Zeit durchgeführt werden. Wenn die Tests nach einer Zeit durchgeführt werden sollten, wird die regenerierte Oberfläche vorzugsweise nicht ausgetrocknet, sondern im Kontakt mit einer Lösung aufbewahrt. Die Test-Ergebnisse des Beispiels 1.1 können nach einem Monat Aufbewahrung in 50 mmol/l Tris-HCl, pH 8, RT, mit den Test 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 reproduziert werden.The Tests can immediately after an HF treatment or after a certain Time performed become. If the tests should be done after a while, the regenerated surface preferably not dried, but kept in contact with a solution. The test results of Example 1.1 can be saved after one month in 50 mmol / l Tris-HCl, pH 8, RT, with the test 1.1, 1.2, 1.3 and 1.4 are reproduced.
Beispiel 1.2Example 1.2
Zur Anschaulichkeit der Auswirkung der Abtragung der Außenschicht durch die HF-Behandlung werden im folgenden Ergebnisse einer Oberflächenbehandlung durch eine Titrierungsreihe einer HF-Lösung vorgestellt. Die feste Phase wurde dabei mit unterschiedlichen Konzentrationen der HF-Lösung behandelt. Der Ablauf der Inkubation mit HF-Lösung und weitere Behandlung erfolgte ähnlich wie im Beispiel 1.1. In der Tabelle 10 sind Ergebnisse des Test 1.1 und 1.3 mit dem Oligo-T7-19-Cy3 nach Anwendung unterschiedlicher Konzentrationen von HF-Lösung dargestellt.To illustrate the effect of the removal of the outer layer by the HF treatment results of a surface treatment by a titration series of an HF solution are presented below. The solid phase was treated with different concentrations of the HF solution. The course of the incubation with HF solution and further treatment was similar to that in Example 1.1. In Table 10, results of the test 1.1 and 1.3 with the oligo-T7-19-Cy3 after application are different Concentrations of HF solution shown.
Tabelle 10 Table 10
- Spalte A) wässrige HF-Lösung (v/v %)Column A) aqueous HF solution (v / v%)
- Spalte B) dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column B) dCTP-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
- Spalte C) Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column C) Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Abtragung der äußeren Schicht der Glas-Phase durch die Behandlung der festen Phase mit HF-Lösung zu einer starken Reduzierung der Bindung von markierten Nukleotiden und Oligonukleotiden führt, verglichen mit einer nicht behandelter Oberfläche.The Results clearly show that the removal of the outer layer the glass phase through the treatment of the solid phase with HF solution to a strong reduction binding of labeled nucleotides and oligonucleotides with an untreated surface.
Durch die Einwirkung der HF-Lösung wird die Außenschicht der Glas-Phase abgetragen. Die Reduzierung der unspezifischen Bindung ist abhängig vom Ausmaß der Entfernung der äußeren Schicht, was in diesem Beispiel durch die Abhängigkeit von der Konzentration der HF-Lösung deutlich wird. Je intensiver die Einwirkung einer HF-Lösung ist (z.B. durch hohe Konzentration oder gesteigerte Temperatur oder durch Zufuhr frischer Lösung in den Kanal) desto größer ist die Dicke der abgetragenen Schicht.By the action of the HF solution becomes the outer layer the glass phase removed. The reduction of non-specific binding depends on on the extent of Removal of the outer layer, what in this example by the dependence on the concentration the HF solution becomes clear. The more intense the effect of an HF solution (e.g., by high concentration or elevated temperature or by supplying fresh solution in the channel) the larger the thickness of the removed layer.
Erfolgreiche Abtragung der Außenschicht der festen Phase im Sinne dieser Anmeldung wurde für folgende Konzentrationsbereiche der HF-Lösung nachgewiesen: 0,03 bis 0,1 v/v %, 0,1 bis 1 v/v %, 1 bis 10 v/v %, 4 bis 40 v/v %.successful Removal of the outer layer The solid phase within the meaning of this application was for the following Concentration ranges of the HF solution proved: 0.03 to 0.1 v / v%, 0.1 to 1 v / v%, 1 to 10 v / v%, 4 to 40% by volume.
Vorzugsweise liegt die Dicke der abgetragenen Schicht in einem der folgenden Intervalle: von 1 nm bis 15 nm, 10 nm bis 100 nm, 50 nm bis 500 nm, 100 nm bis 1000 nm, 0,5 μm bis 5 μm, 1 μm bis 20 μm, 5 μm bis 100 μm, 20 μm bis 500 μm, 100 μm bis 2 mm.Preferably For example, the thickness of the ablated layer is one of the following Intervals: from 1 nm to 15 nm, 10 nm to 100 nm, 50 nm to 500 nm, 100 nm to 1000 nm, 0.5 μm up to 5 μm, 1 μm to 20 μm, 5 μm to 100 μm, 20 μm to 500 μm, 100 μm to 2 mm.
Varianten der Behandlung:Variants of treatment:
Steigerung der Temperatur (z.B. bis zu 50°C), Verlängerung der Zeit des Kontaktes zwischen HF-Lösung und der festen Phase (z.B. bis zu mehreren Stunden), Zugabe von organischem Lösungsmittel (z.B. Ethanol oder DMF bis zu Konzentration von 50%), Zugabe anderer anorganischen Säuren (z.B. HCl, HNO3 oder H2SO4) oder einer Puffernden Substanz wie NH4F verändern nicht grundsätzlich die Eigenschaften der regenerierten Oberfläche, die durch die Einwirkung der HF-Lösung gewonnen wurden.Increasing the temperature (eg up to 50 ° C), increasing the time of contact between HF solution and the solid phase (eg up to several hours), adding organic solvent (eg ethanol or DMF up to a concentration of 50%), Addition of other inorganic acids (eg HCl, HNO 3 or H 2 SO 4 ) or a buffering substance such as NH 4 F does not fundamentally alter the properties of the regenerated surface obtained by the action of the HF solution.
Die HF-Lösung kann auch erst nach einer anderen Lösung in Kontakt mit fester Phase gebracht werden. Beispielsweise kann die feste Phase erst mit wässrigen Lösungen von Salzen (z.B. NaCl), Puffern (wie z.B. Tris-HCl, Borat-Puffer) oder auch organischen Lösungsmittel (z.B. Ethanol, DMF, Acetonitril, Aceton) vorbehandelt werden und erst dann in Kontakt mit HF-Lösung gebracht werden. Dies ist insbesondere bei Herstellung von Mikro- und Nano-Flüssigkeitsvorrichtungen vom Interesse, da unterschiedliche Teile der Vorrichtung unterschiedliche Vorbehandlung benötigen können.The HF solution can also only after another solution in contact with firmer Be brought phase. For example, the solid phase can only with watery solutions salts (e.g., NaCl), buffers (such as Tris-HCl, borate buffer) or organic solvents (e.g., ethanol, DMF, acetonitrile, acetone) and only then in contact with HF solution to be brought. This is especially true in the production of micro and nano-liquid devices of interest, as different parts of the device are different Need pretreatment can.
Varianten der OF-TestsVariants of the OF tests
Ähnlich wie in Test 1.1, 1.2 und 1.4 können auch weitere Modifikationen von Nukleotiden eingesetzt werden. Es können kommerziell erhältliche Nukleotide mit unterschiedlichen Farbstoffen, wie beispielsweise dUTP-Fluorescein, dUTP-TAMRA (NEN, Perkin Elmer Inc.), dUTP-Alexa 555 (Molecular Probes Europe BV, Leiden, The Netherland) verwendet werden. Auch spaltbare Nukleotide synthetisiert wie im Beispiel 7 können eingesetzt werden.Similar to in test 1.1, 1.2 and 1.4 can also further modifications of nucleotides can be used. It can commercially available Nucleotides with different dyes, such as dUTP-fluorescein, dUTP-TAMRA (NEN, Perkin Elmer Inc.), dUTP-Alexa 555 (Molecular Probes Europe BV, Leiden, The Netherland). Also fissile Nucleotides synthesized as in Example 7 can be used.
Die Konzentration der Nukleotide liegt bei solchen Tests vorzugsweise in folgenden Bereichen: 0,1 und 1 μmol/l, 1 und 10 μmol/l, 10 und 100 μmol/l.The Concentration of the nucleotides is preferably in such tests in the following ranges: 0.1 and 1 μmol / l, 1 and 10 μmol / l, 10 and 100 μmol / l.
Aus dem dargestellten Beispielen folgt, dass die HF-Behandlung der Oberfläche die unspezifische Bindung von Nukleotiden und Oligonukleotiden an die Oberfläche stark herabsetzt. Diese Eigenschaft ist essentiell für Analysemethoden, die auf dem Nachweis der Signale von einzelnen Molekülen beruhen.Out It follows from the illustrated examples that the HF treatment of the surface is the non-specific binding of nucleotides and oligonucleotides to the surface greatly degrades. This property is essential for analysis methods, which are based on the detection of signals from single molecules.
Die feste Phase, die auf diese Weise hergestellt ist, enthält auf der Oberfläche Si-OH-Gruppen, an die weitere chemische Kopplungen vorgenommen werden können. Beispielsweise lassen sich Nukleinsäureketten an die regenerierte Oberfläche koppeln.The solid phase, produced in this way, contains on the surface Si-OH groups, on the further chemical couplings can be made. For example can be nucleic acid chains to the regenerated surface couple.
Beispiel 2.1:Example 2.1:
10 μl einer frischen 5 M NaOH-Lösung werden in den trockenen Mikrokanal eingeführt, nach 2 Std bei RT wird 5 M NaOH-Lösung durch einen 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, ersetzt und der Kanal wird fünf mal mit diesem Puffer gewaschen. Die erste Kontrolle der unspezifischen Bindung von markierten Nukleotiden und Oligonukleotiden erfolgte unmittelbar nach dem Wasch-Schritt.10 μl of a fresh 5 M NaOH solution are introduced into the dry microchannel, after 2 hrs at RT 5 M NaOH solution replaced by a 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, and the channel will be five washed with this buffer. The first control of nonspecific Binding of labeled nucleotides and oligonucleotides was carried out immediately after the washing step.
Kontrolle der unspezifischen Bindung:Control of nonspecific Binding:
Test 1.1Test 1.1
10 μl einer 1 μmol/l Lösung von dCTP-Cy3 (Amersham Bioscience, Freiburg, Deutschland) in 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, wird in den Kanal gegeben und 5 min lang bei RT inkubiert. Anschließen wird der Kanal fünf mal mit 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, gewaschen.10 ul of a 1 .mu.mol / l solution of dCTP-Cy3 (Amersham Bioscience, Freiburg, Germany) in 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, is added to the channel and left for 5 min incubated at RT. Connect the channel becomes five times with 50 mmol / l Tris-HCl Buffer, pH 9.0, washed.
Test 1.3Test 1.3
10 μl einer 1 μmol/l Lösung von Oligo T7-19-Cy3 (Sequenz: Tabelle 19) in 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, wird in den Kanal gegeben und 5 min lang bei RT inkubiert. Anschließen wird der Kanal fünf mal mit 50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0, gewaschen.10 ul of a 1 .mu.mol / l solution of Oligo T7-19-Cy3 (Sequence: Table 19) in 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, is added to the channel and incubated for 5 min at RT. Connect the channel becomes five times with 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, washed.
Ergebnisse:Results:
Die Bindung von markierten Substanzen an die Oberfläche ist in der Tabelle 11 dargestellt.The Binding of labeled substances to the surface is shown in Table 11.
Tabelle 11: Table 11:
- Behandlung: 5 mol/l wässrige NaOH-LösungTreatment: 5 mol / l aqueous NaOH solution
- Spalte A) dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column A) dCTP-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
- Spalte B) Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column B) Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, average of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
Das Ergebnis zeigt eine sehr niedrige Bindung von markierten Substanzen an die Oberfläche. Die Konzentrationen von markierten Nukleotiden betrugen 1μmol/l, da diese Konzentrationen in Analyse-Verfahren wie im Beispiel 6.1 verwendet werden.The Result shows a very low binding of labeled substances to the surface. The concentrations of labeled nucleotides were 1 μmol / L, since these concentrations were used in analysis procedures as in Example 6.1 become.
Eine solche Dichte der unspezifisch gebundenen Signale erlaubt eine gute Unterscheidung individueller Signale von einzelnen Molekülen an der Oberfläche, s. Tabelle 1 bis 8 und führt zu einer geringeren Überlappung mit spezifischen Signalen.Such a density of nonspecifically bound signals allows a good discrimination of individual signals from single molecules at the surface, s. Table 1 to 8 and leads to a lesser over Lappung with specific signals.
Beispiel 2.2Example 2.2
Zur Anschaulichkeit der Auswirkung der Abtragung der Außenschicht durch die NaOH-Behandlung werden im folgenden Ergebnisse einer Titrierungsreihe vorgestellt. Die feste Phase wurde dabei mit unterschiedlichen Konzentrationen der NaOH-Lösung behandelt. Der Ablauf der Titrierung und weitere Behandlung erfolgte ähnlich wie im Beispiel 2.1. In der Tabelle 12 sind Ergebnisse des Test 1.1 und 1.3 dargestellt.to Vividness of the impact of the removal of the outer layer the NaOH treatment results in a titration series in the following presented. The solid phase was at different concentrations the NaOH solution treated. The titration procedure and further treatment were similar in example 2.1. In Table 12, results of the test are 1.1 and 1.3.
Tabelle 12 Kontrolle der unspezifischen Bindung: Table 12 Non-specific binding control:
- Spalte A) wässrige NaOH-Lösung, Angabe für mol/lColumn A) aqueous NaOH solution, Indication for minor
- Spalte B) dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column B) dCTP-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
- Spalte C) Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column C) Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
Steigerung der Temperatur bis zu 50°C, Verlängerung der Zeit des Kontaktes zwischen NaOH-Lösung und der Glas-Phase bis zu mehreren Stunden, Zugabe von organischen Lösungsmittel wie Ethanol oder DMF bis zu Konzentration von 50%, verändern nicht grundsätzlich die Eigenschaften der Oberfläche, die durch die Einwirkung der NaOH-Lösung entstanden ist.increase the temperature up to 50 ° C, renewal the time of contact between NaOH solution and the glass phase until to several hours, adding organic solvents such as ethanol or DMF up to concentration of 50%, do not fundamentally change the Properties of the surface, which is caused by the action of the NaOH solution.
Durch die Einwirkung der NaOH-Lösung wird die Außenschicht der Glas-Phase abgetragen. Je intensiver die Einwirkung der NaOH-Lösung ist (z.B. durch hohe Konzentration oder gesteigerte Temperatur oder durch Zufuhr frischer Lösung in den Kanal) desto größer ist die abgetragene Schicht.By the action of the NaOH solution becomes the outer layer the glass phase removed. The more intense the action of the NaOH solution (e.g., by high concentration or elevated temperature or by Feed fresh solution in the channel) the larger the worn layer.
Vorzugsweise liegt die Dicke der abgetragenen Schicht in einem der Interwale von 1 nm und 15 nm, 10 nm und 100 nm, 50 nm und 500 nm, 100 nm und 1000 nm, 0,5 μm und 5 μm, 1 μm und 20 μm, 5 μm und 100 μm, 20 μm und 500 μm, 100 μm und 2 mm.Preferably the thickness of the abraded layer lies in one of the interwalls of 1 nm and 15 nm, 10 nm and 100 nm, 50 nm and 500 nm, 100 nm and 1000 nm, 0.5 μm and 5 μm, 1 μm and 20 μm, 5 μm and 100 μm, 20 μm and 500 μm, 100 μm and 2 mm.
Die NaOH-Lösung kann auch erst nach einer anderen Lösung in Kontakt mit fester Phase gebracht werden. Beispielsweise kann die feste Phase erst mit wässrigen Lösungen von Salzen (z.B. NaCl), Puffern (wie Tris-HCl, Borat-Puffer) oder auch organischen Lösungsmittel (z.B. Ethanol, DMF, Acetonitril) vorbehandelt werden und erst dann in Kontakt mit NaOH-Lösung gebracht werden. Dies ist insbesondere bei Herstellung von Mikro- und Nano-Flüssigkeitsvorrichtungen vom Interesse, da unterschiedliche Teile der Vorrichtung unterschiedliche Vorbehandlung benötigen können.The NaOH solution can also only after another solution in contact with firmer Be brought phase. For example, the solid phase can only with watery solutions salts (e.g., NaCl), buffers (such as Tris-HCl, borate buffer), or also organic solvents (e.g., ethanol, DMF, acetonitrile) and only then in contact with NaOH solution to be brought. This is especially true in the production of micro and nano-liquid devices of interest, as different parts of the device are different Need pretreatment can.
Die im Beispiel 1 und 2 beschriebenen Methoden eignen sich zur Herstellung von festen Phasen mit einer Oberfläche mit geringer unspezifischer Bindung von markierten Nukleotiden.The in Examples 1 and 2 described methods are suitable for the preparation of solid phases with a surface of low nonspecific Binding of labeled nucleotides.
Die feste Phase, die auf diese Weise hergestellt ist, enthält auf der Oberfläche Si-OH-Gruppen, an die weitere chemische Kopplungen vorgenommen werden können. Beispielsweise lassen sich Nukleinsäureketten an die regenerierte Oberfläche koppeln.The solid phase, produced in this way, contains on the surface Si-OH groups, on the further chemical couplings can be made. For example can be nucleic acid chains to the regenerated surface couple.
Beispiel 3: Aufbewahrung der regenerierten festen PhaseExample 3: Storage the regenerated solid phase
Die im Beispiel 1 und 2 erhaltene regenerierte Oberfläche der festen Phase kann mehrere Monate lang bedeckt mit einer Lösung ihre Eigenschaft der geringen unspezifischen Bindung von markierten Substanzen, beibehalten. Zur Aufbewahrung der festen Phase mit einer regenerierten Oberfläche eigenen sich beispielsweise wässrige Salz-Lösungen (z.B. NaCl bis zu 1 mol/l), Puffer-Lösungen (z.B. Tris-HCl Puffer, pH 7.0 – 9.0, Borat-Puffer, pH 8.0 – 10.0 und viele andere gebräuchliche Puffer wie Acetat-, Phosphat-, Glycin-Puffer), wässrige Lösungen mit einem organischen Lösungsmittel (wie z.B. ethanolische Lösungen, Gemische aus Wasser und DMF oder Acetonitril), wässrige Lösungen mit organischen Zusätzen wie Glycerol oder Glukose, organische Lösungsmittel wie Ethanol, DMF, DMSO, Methanol und andere. Zum Verhindern des bakteriellen Wachstum kann NaN3 zugegeben werden.The regenerated surface of the solid phase obtained in Examples 1 and 2 can be coated with a solution for a few months to have its characteristic of low non-specific binding of labeled substances. maintained. To store the solid phase with a regenerated surface, for example, aqueous salt solutions (eg NaCl up to 1 mol / l), buffer solutions (eg Tris-HCl buffer, pH 7.0 - 9.0, borate buffer, pH 8.0 - 10.0 and many other common buffers such as acetate, phosphate, glycine buffers), aqueous solutions with an organic solvent (such as ethanolic solutions, mixtures of water and DMF or acetonitrile), aqueous solutions with organic additives such as glycerol or glucose, organic solvents such as ethanol, DMF, DMSO, methanol and others. NaN 3 may be added to prevent bacterial growth.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die feste Phase mit einer regenerierten Oberfläche während alle nachfolgenden Behandlungsschritte nicht ausgetrocknet und zu keinem Zeitpunkt einen direkten Kontakt mit Luft hat. Die Aufbewahrung der frisch regenerierten Oberfläche erfolgt im Kontakt mit einer Lösung, beispielsweise mit Wasser oder einer anderen Lösung, die oben beschrieben wurde. Alle weiteren modifizierenden Schritte bei der Herstellung erfolgen durch einen Lösungsaustausch.In a preferred embodiment The invention will provide the solid phase with a regenerated surface throughout subsequent treatment steps not dried out and none Time has a direct contact with air. The storage the freshly regenerated surface takes place in contact with a solution, for example, with water or another solution as described above has been. All other modifying steps in manufacturing done by a solution exchange.
In einer anderen Ausführungsform wird die regenerierte Oberfläche durch eine der folgenden Prozeduren getrocknet:In another embodiment becomes the regenerated surface dried by one of the following procedures:
Prozedur A:Procedure A:
- 1) die im Kontakt mit der Oberfläche stehende wässrige Salz- oder Puffer-Lösung wird durch reines Wasser ersetzt, wobei alle Salze durch mehrmaliges Waschen entfernt werden.1) in contact with the surface aqueous Salt or buffer solution is replaced by pure water, all salts by repeated Wash away.
- 2) das Wasser wird durch ein Gemisch aus einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln und Wasser ersetzt. Als organische Lösungsmittel können eins oder mehrere mit Wasser mischbare Lösungsmittel wie Ethanol, Methanol, Aceton eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Gemisch Wasser-Ethanol 50:50 eingesetzt werden.2) the water is made by a mixture of one or more organic solvents and water replaced. As organic solvents can one or more water-miscible solvents such as ethanol, methanol, Acetone are used. For example, a mixture of water and ethanol Be used 50:50.
- 3) Hauptmasse des Gemischs wird entfernt und die Reste des Gemischs werden langsam von der Oberfläche verdampft (z.B. im Vakuum).3) Main mass of the mixture is removed and the remainder of the mixture be slow from the surface evaporated (e.g., in vacuo).
Prozedur B:Procedure B:
- 1) die im Kontakt mit der Oberfläche stehende wässrige Salz- oder Puffer-Lösung wird direkt durch ein Gemisch aus einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln und Wasser ersetzt. Als organische Lösungsmittel können eins oder mehrere mit Wasser mischbare Lösungsmittel wie Ethanol, Methanol, Aceton eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Gemisch Wasser-Ethanol 50:50 eingesetzt werden.1) in contact with the surface aqueous Salt or buffer solution is directly through a mixture of one or more organic solvents and water replaced. As organic solvents can one or more water-miscible solvents such as ethanol, methanol, Acetone are used. For example, a mixture of water and ethanol Be used 50:50.
- 2) Hauptmasse des Gemischs wird entfernt und die Reste des Gemischs werden langsam von der Oberfläche verdampft (z.B. im Vakuum).2) Main mass of the mixture is removed and the remainder of the mixture be slow from the surface evaporated (e.g., in vacuo).
Prozedur C:Procedure C:
- 1) die im Kontakt mit der Oberfläche stehende wässrige Salz- oder Puffer-Lösung wird direkt durch ein organisches Lösungsmitteln oder ein Gemisch aus mehreren organischen Lösungsmittel ersetzt. Als organische Lösungsmittel können eins oder mehrere mit Wasser mischbare Lösungsmittel wie Ethanol, Methanol, Aceton eingesetzt werden.1) in contact with the surface aqueous Salt or buffer solution is directly by an organic solvent or a mixture from several organic solvents replaced. As organic solvents can one or more water-miscible solvents such as ethanol, methanol, acetone be used.
- 2) Hauptmasse des Gemischs wird entfernt und die Reste des Gemischs werden langsam von der Oberfläche verdampft (z.B. im Vakuum).2) Main mass of the mixture is removed and the remainder of the mixture be slow from the surface evaporated (e.g., in vacuo).
Die frisch regenerierten Oberflächen, die ein Trocknungsschritt durchlaufen haben, weisen höhere unspezifische Bindung von markierten Nukleotiden auf, als die Oberflächen ohne Trocknungsschritt.The freshly regenerated surfaces, which have undergone a drying step, have higher nonspecific Binding of labeled nucleotides to, as the surfaces without Drying step.
Aus diesem Grund werden alle nachfolgenden Behandlungsschritte nur für Oberflächen der festen Phase beschrieben, die nach dem Schritt der Abtragung der Außenschicht keinen Trocknungsschritt durchlaufen.Out For this reason, all subsequent treatment steps are only for surfaces of the described after the step of erosion of the solid phase outer layer do not go through a drying step.
Beispiele für Fixierung von NukleinsäurenExamples of fixation of nucleic acids
Beispiel 4.Example 4.
Modifizierung der regenerierten Oberfläche mit einem reaktiven Linkermodification the regenerated surface with a reactive linker
Modifizierung der unter Beispiel 1, 2 oder 3 erhaltenen regenerierten Oberflächen erfolgt beispielsweise mit Silylierungsreagentien. Viele Beispiele der Silica Modifizierung sind bekannt ("Silane Coupling Agents" 2. Ed. 1991, ISBNO-306-43473-3).Modification of the regenerated surfaces obtained under Example 1, 2 or 3 takes place, for example with silylation reagents. Many examples of silica modification are known ("Silane Coupling Agents" 2 Ed. 1991, ISBNO-306-43473-3).
Beispiel 4.1 Modifizierung der Oberfläche mit Glycidyloxypropyl-TrimethoxisilanExample 4.1 Modification the surface with glycidyloxypropyl trimethoxysilane
Regenerierte Oberfläche der festen Phase stellt in diesem Beispiel einen Bestandteil eines Mikroflüssigkeitskanals dar.regenerated surface the solid phase in this example forms part of a Microfluidic channel represents.
Die regenerierte feste Phase wurde wie unter Beispiel 1.1 erhalten und ohne Austrocknung weiter wie folgt verarbeitet:
- 1. Puffer-Lösung im Mikroflüssigkeitskanal wurde gegen reines Wasser (Biddest-Qualität) ausgetauscht: Der Mikrokanal mit der regenerierten Oberfläche der festen Phase wurde mit 200 μl Wasser gespült.
- 2. Das Wasser wurde gegen Aceton, 100%, ausgetauscht, indem der Mikrokanal mit 500 μl Aceton gewaschen wurde.
- 3. Glycidyloxypropyl-Trimethoxisilan, 100%, wurde in den Mikrokanal eingeführt, bis Aceton komplett ausgetauscht wurde (100 μl). Die Reaktion dauerte 1 h, bei RT.
- 4. Glycidyloxypropyl-Trimethoxisilan wurde durch Aceton, 100%, ausgetauscht, 1 ml.
- 5. Aceton wurde durch Wasser, 200 μl, ersetzt.
- 1. Buffer solution in the microfluidic channel was replaced with pure water (Biddest grade): The microchannel with the regenerated surface of the solid phase was rinsed with 200 μl of water.
- 2. The water was replaced with acetone, 100%, by washing the microchannel with 500 μl of acetone.
- 3. Glycidyloxypropyl trimethoxysilane, 100%, was introduced into the microchannel until acetone was completely replaced (100 μl). The reaction lasted 1 h, at RT.
- 4. Glycidyloxypropyl trimethoxysilane was replaced by acetone, 100%, 1 ml.
- 5. Acetone was replaced by water, 200 μl.
Auf diese Weise wurde regenerierte Oberfläche mit Epoxi-Gruppen aktiviert. An diese Oberfläche können nun unterschiedliche Substanzen gekoppelt werden.On this way, regenerated surface was activated with epoxy groups. To this surface can now different substances are coupled.
Aceton kann beispielsweise durch ein anderes organisches Lösungsmittel ersetzt werden, beispielsweise Ethanol, DMAA, DMSO oder DMF.acetone For example, by another organic solvent be replaced, for example, ethanol, DMAA, DMSO or DMF.
Das Ausmaß der Modifikation der Oberfläche kann durch die Zeit, Konzentration der Reagenzien und Temperatur beeinflusst werden. Anstatt 100% Glycidyloxypropyl-Trimethoxisilan kann auch ein anderes Silylisrungsreagez oder auch ein Gemisch aus mehreren Silylierungsreagenzien eingesetzt werden. Dabei können unterschiedliche funktionelle Gruppen an die Oberfläche gekoppelt werden. Silylierungsreagenzien können in organischen Lösungsmitteln, wie DMAA, DMF, DMSO verdünnt werden. Es können auch wässrige Gemische verwendet werden. Die Zeit der Modifikation kann z.B. zwischen wenigen Minuten und mehreren Stunden liegen.The Extent of Modification of the surface can by the time, concentration of reagents and temperature to be influenced. Instead of 100% glycidyloxypropyl trimethoxysilane can also another Silylisrungsreagez or a mixture of several Silylation reagents are used. It can be different functional groups are coupled to the surface. silylating can in organic solvents, diluted as DMAA, DMF, DMSO become. It can also watery Mixtures are used. The time of the modification may e.g. between a few minutes and several hours.
Durch Silylierungsreagentien können unterschiedliche reaktive Gruppen, beispielsweise Epoxi,- Carboxy-, Acryl-, Mercapto-, Aldehydgruppen, an die Oberfläche gekoppelt werden. Die Wahl einer entsprechenden Gruppe richtet sich nach Kompatibilität mit Reagenzien, die in späteren Schritten in Kontakt mit Oberfläche kommen.By Silylierungsreagentien can different reactive groups, for example epoxies, - carboxy-, Acrylic, mercapto, aldehyde groups are coupled to the surface. The vote a corresponding group depends on compatibility with reagents, in later Steps come in contact with surface.
Durch die Einführung einer Linker-Komponente mit einer aktiven Gruppe können weitere Modifikationen vorgenommen werden. Beispielsweise können weitere Linker angekoppelt werden.By the introduction a linker component with an active group can have more Modifications are made. For example, more Linker can be connected.
In diesem Beispiel wurde die Oberfläche nach der Kopplung der Linker-Komponente nicht ausgetrocknet, sondern in einer Puffer-Lösung aufbewahrt bis zur Kopplung weiterer Substanzen.In this example became the surface after coupling the linker component not dried out, but in a buffer solution stored until the coupling of other substances.
Die Durchführung der Tests 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 zeigte, dass die unspezifische Bindung von Testsubstanzen an die Oberfläche sehr niedrig war und der Mittelwert der Dichte der Signale unter 10 pro 100 μm2 lag.The performance of tests 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 showed that the non-specific binding of test substances to the surface was very low and the mean value of the density of the signals was below 10 per 100 μm 2 .
Schlechtere Test-Ergebnisse wurden bei Modifizierung der Oberflächen durch Einführung von Amino-Gruppen erzielt. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu werden, wird angenommen, dass die mit Amino-Gruppen modifizierten Oberflächen in wässrigen Puffer-Lösungen positiv geladen sind (insbesondere bei pH-Werten um 9), was zu verstärkten unspezifischen Bindung von Nukleinsäureketten und Nukleotiden an die Oberfläche führt, das Ergebnis des Tests 1.1 (s. Beispiel 1.1) ergab mehr als 100 Signale pro 100 μm2.Worse test results were obtained by modifying the surfaces by introducing amino groups. Without being bound to any particular theory, it is believed that the amino-modified surfaces are positively charged in aqueous buffer solutions (especially at pH values around 9), resulting in enhanced non-specific binding of nucleic acid chains and nucleotides to the surface The result of test 1.1 (see example 1.1) gave more than 100 signals per 100 μm 2 .
Beispiel 5Example 5
Spezifische Kopplung von Nukleinsäuren an die Oberfläche.Specific coupling of nucleic acids to the surface.
Die Bindung von Nukleinsäuren an die Oberfläche kann beispielsweise an einem der beiden Enden der Kette erfolgen oder über eine Gruppe, die an eines der Nukleotide innerhalb der Kette gekoppelt ist. Die kovalente Kopplung von Nukleinsäuren kann an die auf der Oberfläche gebundenen Linker oder auch direkt an die Glasoberfläche erfolgen. Die affine Bindung kann beispielsweise zwischen einem auf der Oberfläche fixierten Streptavidin und dem an die Nukleinsäure gebundenen Biotin erfolgen. Ein weiteres Beispiel für die affine Bindung von Nukleinsäuren stellt die Hybridisierung komplementärer Nukleinsäureketten an die auf der Oberfläche fixierte Nukleinsäuren dar. Im Folgenden werden Beispiele der kovalenten und affinen Kopplung der Nukleinsäureketten an die Oberfäche dargestellt.The binding of nucleic acids to the surface may, for example, be at one of the two ends of the chain or via a group coupled to one of the nucleotides within the chain. The covalent coupling of nucleic acids can be linked to the surface-bound linker or directly to the glass surface. The affine binding can be effected, for example, between a streptavidin fixed on the surface and the biotin bound to the nucleic acid. Another example of the affinity binding of nucleic acids is the hybridization of complementary nucleic acid chains to the nucleic acids fixed on the surface. Examples of the covalent and affine coupling of the nucleic acid chains to the surface are shown below.
Beispiel 5.1 kovalente KopplungExample 5.1 covalent coupling
5.1.1 Kovalente Kopplung von Nukleinsäureketten an die aktiven Gruppen eines Linkers an der Oberfläche5.1.1 Covalent coupling of nucleic acid chains to the active groups of a linker on the surface
In diesem Beispiel enthielten die Nukleinsäureketten an der 3'-Position eine über einen Linker (6-Atome) gekoppelte Aminogruppe und an 5'-Position einen über einen Linker gekoppelten Fluoreszenz-Farbstoff. Die Aminogruppe kann beispielsweise an die Epoxi-Gruppe der Linker-Komponente der festen Phase gekoppelt werden. Der Nachweis der Kopplung der Nukleinsäurestränge an die Oberfläche erfolgte über die Detektion des an die Nukleinsäure gekoppelten Farbstoffs.In In this example, the nucleic acid chains contained one at the 3 'position Left (6-atom) coupled amino group and at 5'-position one via a linker coupled Fluorescent dye. The amino group can be attached to the Epoxy group of the linker component of the solid phase can be coupled. The coupling of the nucleic acid strands to the surface was detected by the Detection of the to the nucleic acid coupled dye.
Die
wie im Beispiel 4.1 erhaltene regenerierte und mit Epoxi-Gruppen
aktivierte Oberfläche
wurde direkt weiter verarbeitet:
Wasser wurde durch 10 μl 50 mmol/l
Borat-Puffer pH 10.0 ausgetauscht und unmittelbar danach wurden
10 μl einer
30 μmol/l
Lösung
von Cy3-Oligo-dT31-NH2 (Sequenz: Tabelle
18) in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 10, in den Kanal eingeführt. Die
Reaktion dauerte 12 h bei RT. Danach wurde der Mikrokanal mit 100 μl 50 mmol/l Borat-Puffer,
pH 9.0, gewaschen.The regenerated and epoxy-activated surface obtained as in Example 4.1 was processed further directly:
Water was exchanged with 10 μl of 50 mmol / l borate buffer pH 10.0 and immediately afterwards 10 μl of a 30 μmol / l solution of Cy3-oligo-dT31-NH 2 (sequence: Table 18) in 50 mmol / l borate buffer , pH 10, introduced into the channel. The reaction lasted 12 h at RT. Thereafter, the microchannel was washed with 100 μl of 50 mmol / l borate buffer, pH 9.0.
Die dadurch erhaltene Oberfläche der festen Phase wurde auf Präsenz der Signale von markierten Nukleinsäuren überprüft. Das Ergebnis zeigte, dass die Nukleinsäurestränge an die Oberfläche in einer Dichte von 40 bis 200 Stränge/100μm2 gekoppelt wurden. Durch die Variierung der Konzentration der Oligonukleotide mit Aminogruppen und/oder der Zeit und/oder Temperatur der Inkubation gelang es Nukleinsäurestränge auch in anderen Dichte an die Oberfläche zu binden. Es wurden folgende Bereiche der Dichten von Nukleinsäuresträngen pro 100 μm2 erreicht: 10 bis 50, 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 1000, 1000 bis 5000.The resulting surface of the solid phase was checked for the presence of signals from labeled nucleic acids. The result showed that the nucleic acid strands were coupled to the surface at a density of 40 to 200 strands / 100 μm 2 . By varying the concentration of the oligonucleotides with amino groups and / or the time and / or temperature of the incubation, it was also possible to bind nucleic acid strands to the surface in other densities. The following ranges of densities of nucleic acid strands per 100 μm 2 were achieved: 10 to 50, 50 to 100, 100 to 200, 200 to 1000, 1000 to 5000.
5.1.2 Kovalente Kopplung von Nukleinsäureketten an die aktiven Gruppen eines Linkers an der Oberfläche5.1.2 Covalent coupling of nucleic acid chains to the active groups of a linker on the surface
In diesem Beispiel enthielten die Nukleinsäureketten an der 3'-Position eine über einen Linker (6-Atone) gekoppelte Aminogruppe. Die 5'-Position der Nukleinsäurekette enthielt keinen Fluoreszenzfarbstoff. Die Aminogruppe kann an die Epoxi-Gruppe der Linker-Komponente der festen Phase gekoppelt werden. Der Nachweis der Kopplung erfolgte über Hybridisierung eines komplementären Oligonukleotids, das mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert war. Die Detektion erfolgte durch den Nachweis der Signale von den hybridisierten Nukleinsäuresträngen.In In this example, the nucleic acid chains contained one at the 3 'position Left (6-atom) coupled amino group. The 5 'position of the nucleic acid chain contained no fluorescent dye. The amino group can be attached to the Epoxy group of the linker component of the solid phase can be coupled. Coupling was detected by hybridization of a complementary oligonucleotide, which was labeled with a fluorescent dye. The detection took place by detecting the signals from the hybridized nucleic acid strands.
Die
wie im Beispiel 4.1 erhaltene regenerierte und mit Epoxi-Gruppen
aktivierte Oberfläche
wurde direkt weiter verarbeitet:
Wasser wurde durch 10 μl 50 mmol/l
Borat-Puffer pH 10.0 ausgetauscht und unmittelbar danach wurden
10 μl einer
30 μmol/l
Lösung
von Oligo-dT31-NH2 (Sequenz s. Tabelle 18)
in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 10, in den Kanal eingeführt. Die
Reaktion dauerte 12 h bei RT. Danach wurde der Mikrokanal mit 100 μl 50 mmol/l
Borat-Puffer, pH 9.0, gewaschen.The regenerated and epoxy-activated surface obtained as in Example 4.1 was processed further directly:
Water was exchanged with 10 μl of 50 mmol / l borate buffer pH 10.0 and immediately afterwards 10 μl of a 30 μmol / l solution of oligo-dT31-NH 2 (sequence see Table 18) in 50 mmol / l borate buffer, pH 10, introduced into the channel. The reaction lasted 12 h at RT. Thereafter, the microchannel was washed with 100 μl of 50 mmol / l borate buffer, pH 9.0.
Auf diese Weise wurde eine Oberfläche erhalten, die kovalent fixierte Nukleinsäureketten trägt. Die Oberfläche wurde nicht ausgetrocknet. Sie konnte direkt weiter verwendet oder in einer Pufferlösung z.B. Phosphat-Puffer 50 mmol/l pH 8 aufbewahrt werden, bis die nächsten Schritte erfolgten.On this way became a surface obtained carrying covalently fixed nucleic acid chains. The surface became not dried out. She could continue to be used directly or in a buffer solution e.g. Store phosphate buffer 50 mmol / l pH 8 until the next steps were made.
Prüfung der Oberfläche:Testing the surface:
Testen der unspezifischen Bindung an die feste PhaseTesting the nonspecific Binding to the solid phase
Prüfung der unspezifischen Bindung der markierten Nukleotide und Oligonucleotide an die erhaltene Oberfläche (Test 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zeigte eine sehr geringe unspezifische Bindung an die Oberfläche. Die Dichte der Signale durch unspezifische Bindung lag unter 10 pro 100 μm2.Examination of the non-specific binding of the labeled nucleotides and oligonucleotides to the surface obtained (Test 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) showed a very low unspecific binding to the surface. The density of the signals due to non-specific binding was less than 10 per 100 μm 2 .
Tabelle 13 Table 13
- Spalte A) Ergebnis des Tests 1.1: dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2,Column A) Result of the test 1.1: dCTP-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 ,
- Spalte B) Ergebnis des Tests 1.2: dUTP-AA-SS-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2,Column B) Result of the test 1.2: dUTP-AA-SS-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 ,
-
Spalte C) Ergebnis des Tests 1.3 (
7A ): Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column C) Result of the test 1.3 (7A ): Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, average of the measured signals over an area of 100μm 2 . - Spalte D) Ergebnis des Tests 1.4: dUTP-Cy3, 50 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column D) Result of the test 1.4: dUTP-Cy3, 50 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
Testen der Hybridisierung eines komplementären Oligonukleotides:Testing the hybridization a complementary one oligonucleotide:
Die hier erhaltene Oberfläche der festen Phase wurde auf Präsenz der gekoppelten Nukleinsäureketten überprüft. Dafür wurden 10 μl einer 100 nmol/l Lösung mit Oligo-dA26-Cy3 (Sequenz s. Tabelle 18) in 50 mmol/l Tris-HCl, pH 9.0, für 5 min bei RT in Kontakt mit der Oberfläche gebracht. Anschließend wurde die Oberfläche mit 50 mmol/l Tris-HCl pH 9.0 gewaschen und es erfolgte die Detektion der Signale von hybridisierten Nukleinsäuren.The surface obtained here the solid phase was on presence the coupled nucleic acid chains checked. For that were 10 μl of a 100 nmol / l solution with oligo-dA26-Cy3 (Sequence see Table 18) in 50 mmol / l Tris-HCl, pH 9.0, for 5 min at RT in contact with the surface brought. Subsequently became the surface washed with 50 mmol / l Tris-HCl pH 9.0 and it was detected the signals of hybridized nucleic acids.
Das
Ergebnis zeigte, dass die Nukleinsäurestränge an die Oberfläche in einer
Dichte von 100 bis 200 Stränge/100 μm2 gekoppelt wurden (
Durch die Variierung der Konzentration der Oligonukleotide mit Aminogruppen und/oder der Zeit und/oder Temperatur der Inkubation bei der kovalenten Kopplung gelang es Nukleinsäurestränge auch in anderen Dichte an die Oberfläche zu binden. Es wurden folgende Bereiche der Dichten von Nukleinsäuresträngen pro 100 μm2 erreicht: 10 bis 50, 50 bis 200, 100 bis 400, 200 bis 1000, 1000 bis 5000. By varying the concentration of the oligonucleotides with amino groups and / or the time and / or temperature of the incubation in the covalent coupling succeeded nucleic acid strands in other density to the surface to bind. The following ranges of densities of nucleic acid strands per 100 μm 2 were achieved: 10 to 50, 50 to 200, 100 to 400, 200 to 1000, 1000 to 5000.
5.1.3 Kovalente Kopplung von Nukleinsäureketten an die aktiven Gruppen eines Linkers an der Oberfläche5.1.3 Covalent coupling of nucleic acid chains to the active groups of a linker on the surface
In diesem Beispiel enthielten die Nukleinsäureketten an der 5'-Position eine über einen Linker (6-Atone) gekoppelte Aminogruppe. Die 3'-Position der Nukleinsäurekette war frei. Die Aminogruppe kann an die Epoxi-Gruppe der Linker-Komponente der festen Phase gekoppelt werden. Diese Nukleinsäureketten können als Primer verwendet werden. Der Nachweis der Kopplung erfolgte über Hybridisierung eines komplementären Oligonukleotids, das mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert war. Die Detektion erfolgte durch den Nachweis der Signale von den hybridisierten Nukleinsäuresträngen.In In this example, the nucleic acid chains contained one at the 5 'position Left (6-atom) coupled amino group. The 3 'position of the nucleic acid chain was free. The amino group can be attached to the epoxide group of the linker component of the solid Phase are coupled. These nucleic acid chains can be used as primers. Coupling was detected by hybridization of a complementary oligonucleotide, which was labeled with a fluorescent dye. The detection took place by detecting the signals from the hybridized nucleic acid strands.
Die
wie im Beispiel 4.1 erhaltene regenerierte und mit Epoxi-Gruppen
aktivierte Oberfläche
wurde direkt weiter verarbeitet:
Wasser wurde durch 10 μl 50 mmol/l
Borat-Puffer pH 10.0 ausgetauscht und unmittelbar danach wurden
10 μl einer
30 μmol/l
Lösung
von Oligo-dA50-NH2 (Sequenz s. Tabelle 18)
in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 10, in den Kanal eingeführt. Die
Reaktion dauerte 12 h bei RT. Danach wurde der Mikrokanal mit 100 μl 50 mmol/l
Borat-Puffer, pH 9.0, gewaschen.The regenerated and epoxy-activated surface obtained as in Example 4.1 was processed further directly:
Water was exchanged with 10 μl of 50 mmol / l borate buffer pH 10.0 and immediately afterwards 10 μl of a 30 μmol / l solution of oligo-dA50-NH 2 (sequence see Table 18) in 50 mmol / l borate buffer, pH 10, introduced into the channel. The reaction lasted 12 h at RT. Thereafter, the microchannel was washed with 100 μl of 50 mmol / l borate buffer, pH 9.0.
Auf diese Weise wurde eine Oberfläche erhalten, die kovalent fixierte Nukleinsäureketten trägt. Die Oberfläche wurde nicht ausgetrocknet. Sie konnte direkt weiter verwendet oder in einer Pufferlösung z.B. Phosphat-Puffer 50 mmol/l pH 8 aufbewahrt werden, bis die nächsten Schritte erfolgten.On this way became a surface obtained carrying covalently fixed nucleic acid chains. The surface became not dried out. She could continue to be used directly or in a buffer solution e.g. Store phosphate buffer 50 mmol / l pH 8 until the next steps were made.
Prüfung der Oberfläche:Testing the surface:
Testen der unspezifischen Bindung an die feste PhaseTesting the nonspecific Binding to the solid phase
Prüfung der unspezifischen Bindung der markierten Nukleotide und Oligonucleotide an die erhaltene Oberfläche (Test 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zeigte eine sehr geringe unspezifische Bindung an die Oberfläche. Die Dichte der Signale durch unspezifische Bindung lag unter 10 pro 100 μm2.Examination of the non-specific binding of the labeled nucleotides and oligonucleotides to the surface obtained (Test 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) showed a very low unspecific binding to the surface. The density of the signals due to non-specific binding was less than 10 per 100 μm 2 .
Testen der Hybridisierung eines komplementären Oligonukleotides:Testing the hybridization a complementary one oligonucleotide:
Die dadurch erhaltene Oberfläche der festen Phase wurde auf Präsenz der gekoppelten Nukleinsäureketten überprüft. Dafür wurden 10 μl einer 100 nmol/l Lösung mit Oligo-dT30-Cy3 (s. Tabelle 18) 100 nmol/l in 50 mmol/l Tris-HCl, pH 9.0, für 5 min bei RT in Kontakt mit der Oberfläche gebracht. Anschließend wurde die Oberfläche mit 50 mmol/l Tris-HCl pH 9.0 gewaschen und es erfolgte die Detektion der Signale von hybridisierten Nukleinsäuren.The resulting surface the solid phase was on presence the coupled nucleic acid chains checked. For that were 10 μl of a 100 nmol / l solution with oligo-dT30-Cy3 (see Table 18) 100 nmol / l in 50 mmol / l Tris-HCl, pH 9.0, for Brought into contact with the surface at RT for 5 min. Subsequently, the surface washed with 50 mmol / l Tris-HCl pH 9.0 and it was detected the signals of hybridized nucleic acids.
Das Ergebnis zeigte, dass die Nukleinsäurestränge an die Oberfläche in einer Dichte von 100 bis 400 Stränge/100μm2 gekoppelt wurden.The result showed that the nucleic acid strands were coupled to the surface at a density of 100 to 400 strands / 100 μm 2 .
Durch die Variierung der Konzentration der Oligonukleotide mit Aminogruppen und/oder der Zeit der Inkubation bei der kovalenten Kopplung gelang es Nukleinsäurestränge auch in anderen Dichten an die Oberfläche zu binden. Es wurden folgende Bereiche der Dichten von Nukleinsäuresträngen pro 100 μm2 erreicht: 10 bis 50, 50 bis 100, 100 bis 400, 200 bis 1000, 1000 bis 5000.By varying the concentration of the oligonucleotides with amino groups and / or the time of incubation in the covalent coupling succeeded nucleic acid strands in other densities to the surface to bind. The following ranges of densities of nucleic acid strands per 100 μm 2 were achieved: 10 to 50, 50 to 100, 100 to 400, 200 to 1000, 1000 to 5000.
5.1.4 direkte kovalente Kopplung von Nukleinsäureketten an die Oberfläche5.1.4 direct covalent Coupling of nucleic acid chains to the surface
In diesem Beispiel enthielten die Nukleinsäureketten an der 3'-Position eine über einen Linker gekoppelte Trimethoxysilylgruppe. Solche Oligonukleotide können von der Firma Thermo Electron Corporation GmbH, Ulm, Deutschland, bezogen werden. Die 5'-Position der Nukleinsäurekette enthielt keinen Fluoreszenzfarbstoff. Der Nachweis der Kopplung erfolgte über Hybridisierung eines komplementären Oligonukleotids, das mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert war. Die Detektion erfolgte durch den Nachweis der Signale von den hybridisierten Nukleinsäuresträngen.In In this example, the nucleic acid chains contained one at the 3 'position Left-coupled trimethoxysilyl group. Such oligonucleotides can from Thermo Electron Corporation GmbH, Ulm, Germany, be obtained. The 5'-position the nucleic acid chain contained no fluorescent dye. Proof of coupling took place over Hybridization of a complementary Oligonucleotide labeled with a fluorescent dye. Detection was by detection of the signals from the hybridized Nucleic acid strands.
Die wie im Beispiel 1.1 erhaltene Oberfläche wurde direkt weiter verarbeitet. Folgende Schritte wurden durchgeführt:
- 1. Puffer-Lösung im Mikroflüssigkeitskanal wurde gegen reines Wasser (Biddest-Qualität) ausgetauscht: Der Mikrokanal mit der regenerierten Oberfläche der festen Phase wurde mit 200 μl Wasser gespült.
- 2. Das Wasser wurde gegen Aceton, 100%, ausgetauscht, indem der Mikrokanal mit 500 μl Aceton gewaschen wurde.
- 3. 10 μl einer 0,5 μmol/l Lösung von Oligo-dT31-Si(O-Me)3 (Sequenz s. Tabelle 18) in DMF wurden in den Mikrokanal gegeben. Die Reaktion verlief 30 min bei RT.
- 4. Der Mikrokanal wurde mit Aceton 100% 1ml gewaschen.
- 5. Aceton wurde durch Wasser (Biddest-Qualität) ersetzt (200 μl)
- 6. Eine Puffer-Lösung (50 mmol/l Phosphat-Puffer, pH 8,0) wurde in den Mikrokanal gegeben. In dieser Lösung wurde die feste Phase aufbewahrt.
- 1. Buffer solution in the microfluidic channel was replaced with pure water (Biddest grade): The microchannel with the regenerated surface of the solid phase was rinsed with 200 μl of water.
- 2. The water was replaced with acetone, 100%, by washing the microchannel with 500 μl of acetone.
- 3. 10 μl of a 0.5 μmol / l solution of oligo-dT31-Si (O-Me) 3 (sequence see Table 18) in DMF were added to the microchannel. The reaction proceeded for 30 min at RT.
- 4. The microchannel was washed with acetone 100% 1ml.
- 5. Acetone was replaced by water (Biddest quality) (200 μl)
- 6. A buffer solution (50 mmol / L phosphate buffer, pH 8.0) was added to the microchannel. In this solution, the solid phase was stored.
Auf diese Weise wurde eine Oberfläche erhalten, die kovalent fixierte Nukleinsäureketten trägt. Die Oberfläche der festen Phase wurde nicht ausgetrocknet. Sie konnte direkt weiter verwendet oder in einer Pufferlösung z.B. Phosphat-Puffer 50 mmol/l pH 8 aufbewahrt werden, bis die nächsten Schritte erfolgten.On this way became a surface obtained carrying covalently fixed nucleic acid chains. The surface of the solid phase was not dried out. She was able to continue directly used or in a buffer solution e.g. Store phosphate buffer 50 mmol / l pH 8 until the next steps were made.
Aceton kann beispielsweise durch ein anderes organisches Lösungsmittel ersetzt werden, beispielsweise DMAA, DMSO oder DMF oder Acetonitril.acetone For example, by another organic solvent be replaced, for example DMAA, DMSO or DMF or acetonitrile.
Das Ausmaß der Modifikation der Oberfläche kann durch die Zeit, Konzentration der Reagenzien und Temperatur beeinflusst werden. Anstatt einer Trimethoxysilyl-Gruppe kann auch ein anderes Silylisrungsreagez, gekoppelt an das Oligonucleotid verwendet werden. Oligonucleotide mit aktivierten Silyl-Gruppen können in organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise DMAA, DMF, DMSO oder Acetonitril verdünnt werden. Die Zeit der Modifikation kann z.B. zwischen wenigen Minuten und mehreren Stunden liegen. Die Wahl einer entsprechenden aktiven Silyl-Gruppe richtet sich nach Kompatibilität mit Reagenzien, die in späteren Schritten in Kontakt mit Oberfläche kommen.The Extent of Modification of the surface can by the time, concentration of reagents and temperature to be influenced. Instead of a trimethoxysilyl group can also another silylation reaction coupled to the oligonucleotide be used. Oligonucleotides with activated silyl groups can in organic solvents, such as DMAA, DMF, DMSO or acetonitrile. The time of the modification may e.g. between a few minutes and several hours. The choice of a corresponding active silyl group depends on compatibility with reagents that in later Steps in contact with the surface come.
Prüfung der Oberfläche:Testing the surface:
Testen der unspezifischen Bindung an die feste PhaseTesting the nonspecific Binding to the solid phase
Prüfung der unspezifischen Bindung der markierten Nukleotide und Oligonucleotide an die erhaltene Oberfläche (Test 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zeigte eine sehr geringe unspezifische Bindung an die Oberfläche. Die Dichte der Signale durch unspezifische Bindung lag unter 10 pro 100 μm2.Examination of the non-specific binding of the labeled nucleotides and oligonucleotides to the surface obtained (Test 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) showed a very low unspecific binding to the surface. The density of the signals due to non-specific binding was less than 10 per 100 μm 2 .
Tabelle 14 Table 14
- Spalte A) Ergebnis des Tests 1.1: dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2,Column A) Result of the test 1.1: dCTP-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 ,
- Spalte B) Ergebnis des Tests 1.2: dUTP-AA-SS-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2,Column B) Result of the test 1.2: dUTP-AA-SS-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 ,
-
Spalte C) Ergebnis des Tests 1.3 (
8A ): Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column C) Result of the test 1.3 (8A ): Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, average of the measured signals over an area of 100μm 2 . - Spalte D) Ergebnis des Tests 1.4: dUTP-Cy3, 50 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.Column D) Result of the test 1.4: dUTP-Cy3, 50 μmol / l, 5 'RT, mean value of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
Testen der Hybridisierung eines komplementären Oligonucleotides:Testing the hybridization a complementary one Oligonucleotides:
Die dadurch erhaltene Oberfläche der festen Phase wurde auf Präsenz der gekoppelten Nukleinsäureketten überprüft. Dafür wurden 10 μl einer 100 nmol/l Lösung mit Oligo-dA26-Cy3 (Sequenz s. Tabelle 18) in 50 mmol/l Tris-HCl, pH 9.0, für 5 min bei RT in Kontakt mit der Oberfläche gebracht. Anschließend wurde die Oberfläche mit 50 mmol/l Tris-HCl pH 9.0 gewaschen und es erfolgte die Detektion der Signale von hybridisierten Nukleinsäuren.The resulting surface the solid phase was on presence the coupled nucleic acid chains checked. For that were 10 μl of a 100 nmol / l solution with oligo-dA26-Cy3 (sequence see Table 18) in 50 mmol / l Tris-HCl, pH 9.0, for Brought into contact with the surface at RT for 5 min. Subsequently was the surface washed with 50 mmol / l Tris-HCl pH 9.0 and it was detected the signals of hybridized nucleic acids.
Das
Ergebnis zeigte, dass die Nukleinsäurestränge an die Oberfläche in einer
Dichte zwischen 300 und 1000 Stränge/100μm2 gekoppelt wurden (
Durch die Variierung der Konzentration der Oligonukleotide mit reaktiven Silylgruppen und/oder der Zeit der Inkubation bei der kovalenten Kopplung gelang es, Nukleinsäurestränge auch in anderen Dichten an die Oberfläche zu binden. Es wurden folgende Bereiche der Dichten von Nukleinsäuresträngen pro 100 μm2 erreicht: 10 bis 50, 50 bis 100, 100 bis 400, 200 bis 1000, 1000 bis 5000.By varying the concentration of the oligonucleotides with reactive silyl groups and / or the time of incubation in the covalent coupling succeeded nucleic acid strands in other densities to the surface to bind. The following ranges of densities of nucleic acid strands per 100 μm 2 were achieved: 10 to 50, 50 to 100, 100 to 400, 200 to 1000, 1000 to 5000.
5.1.5 direkte kovalente Kopplung von Nukleinsäureketten an die Oberfläche5.1.5 direct covalent Coupling of nucleic acid chains to the surface
In diesem Beispiel enthielten die Nukleinsäureketten an der 5'-Position eine über einen Linker gekoppelte Trimethoxysilylgruppe. Die 3'-Position der Nukleinsäurekette ist frei, so dass die Nukleinsäurekette als Primer dienen konnte. Der Nachweis der Kopplung erfolgte über Hybridisierung eines komplementären Oligonukleotids, das mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert war. Die Detektion erfolgte durch den Nachweis der Signale von den hybridisierten Nukleinsäuresträngen.In In this example, the nucleic acid chains contained one at the 5 'position Left-coupled trimethoxysilyl group. The 3 'position of the nucleic acid chain is free, so that the nucleic acid chain could serve as a primer. Coupling was detected by hybridization a complementary one Oligonucleotide labeled with a fluorescent dye. Detection was by detection of the signals from the hybridized Nucleic acid strands.
Die in Beispiel 1.1 erhaltene Oberfläche wurde direkt weiter verarbeitet. Folgende Schritte wurden durchgeführt:
- 1. Puffer-Lösung im Mikroflüssigkeitskanal wurde gegen reines Wasser (Biddest-Qualität) ausgetauscht: Der Mikrokanal mit der regenerierten Oberfläche der festen Phase wurde mit 200 μl Wasser gespült.
- 2. Das Wasser wurde gegen Aceton, 100%, ausgetauscht, indem der Mikrokanal mit 500 μl Aceton gewaschen wurde.
- 3. 10 μl einer Lösung von Oligo-dA50-Si(O-Me)3 (Sequenz s. Tabelle 18) 0,5 μmol/l in DMF wurden in den Mikrokanal gegeben. Die Reaktion verlief 30 min bei RT.
- 4. Der Mikrokanal wurde mit Aceton 100% 1ml gewaschen.
- 5. Aceton wurde durch Wasser (Biddest-Qualität) ersetzt (200 μl)
- 6. Eine Puffer-Lösung (50 mmol/l Phosphat-Puffer, pH 8,0) wurde in den Mikrokanal gegeben. In dieser Lösung wurde die feste Phase aufbewahrt.
- 1. Buffer solution in the microfluidic channel was replaced with pure water (Biddest grade): The microchannel with the regenerated surface of the solid phase was rinsed with 200 μl of water.
- 2. The water was replaced with acetone, 100%, by washing the microchannel with 500 μl of acetone.
- 3. 10 μl of a solution of oligo-dA50-Si (O-Me) 3 (sequence see Table 18) 0.5 μmol / l in DMF was added to the microchannel. The reaction proceeded for 30 min at RT.
- 4. The microchannel was washed with acetone 100% 1ml.
- 5. Acetone was replaced by water (Biddest quality) (200 μl)
- 6. A buffer solution (50 mmol / L phosphate buffer, pH 8.0) was added to the microchannel. In this solution, the solid phase was stored.
Auf diese Weise wurde eine Oberfläche erhalten, die kovalent fixierte Nukleinsäureketten trägt.On this way became a surface obtained carrying covalently fixed nucleic acid chains.
Die Oberfläche der festen Phase wurde nicht ausgetrocknet. Sie konnte direkt weiter verwendet oder in einer Pufferlösung z.B. Phosphat-Puffer 50 mmol/l pH 8 aufbewahrt werden, bis die nächsten Schritte erfolgten.The surface the solid phase was not dried out. She was able to continue directly used or in a buffer solution e.g. Store phosphate buffer 50 mmol / l pH 8 until the next steps were made.
Aceton kann beispielsweise durch ein anderes organisches Lösungsmittel ersetzt werden, beispielsweise DMAA, DMSO oder DMF oder Acetonitril.acetone For example, by another organic solvent be replaced, for example DMAA, DMSO or DMF or acetonitrile.
Das Ausmaß der Modifikation der Oberfläche kann durch die Zeit, Konzentration der Reagenzien und Temperatur beeinflusst werden. Anstatt einer Trimethoxysilyl-Gruppe kann auch ein anderes Silylisrungsreagez, gekoppelt an das Oligonucleotid verwendet werden. Oligonucleotide mit aktivierten Silyl-Gruppen können in organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise DMAA, DMF, DMSO oder Acetonitril verdünnt werden. Es können auch wässrige Gemische verwendet werden. Die Zeit der Modifikation kann z.B. zwischen wenigen Minuten und mehreren Stunden liegen. Die Wahl einer entsprechenden aktiven Silyl-Gruppe richtet sich nach Kompatibilität mit Reagenzien, die in späteren Schritten in Kontakt mit Oberfläche kommen.The Extent of Modification of the surface can by the time, concentration of reagents and temperature to be influenced. Instead of a trimethoxysilyl group can also another silylation reaction coupled to the oligonucleotide be used. Oligonucleotides with activated silyl groups can in organic solvents, such as DMAA, DMF, DMSO or acetonitrile. It can also watery Mixtures are used. The time of the modification may e.g. between a few minutes and several hours. The choice of a corresponding active silyl group depends on compatibility with reagents, in later Steps in contact with the surface come.
Prüfung der Oberfläche:Testing the surface:
Testen der unspezifischen Bindung an die feste Phase:Testing the nonspecific Binding to the solid phase:
Prüfung der unspezifischen Bindung der markierten Nukleotide und Oligonucleotide an die erhaltene Oberfläche (Test 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zeigte eine sehr geringe unspezifische Bindung an die Oberfläche. Die Dichte der Signale lag unter 10 pro 100 μm2.Examination of the non-specific binding of the labeled nucleotides and oligonucleotides to the surface obtained (Test 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) showed a very low unspecific binding to the surface. The density of the signals was less than 10 per 100 μm 2 .
Testen der Hybridisierung eines komplementären Oligonucleotides:Testing the hybridization a complementary one Oligonucleotides:
Die dadurch erhaltene Oberfläche der festen Phase wurde auf Präsenz der gekoppelten Nukleinsäureketten überprüft. Dafür wurden 10 μl einer Lösung mit Oligo-dT30-Cy3 (Sequenz s. Tabelle 18) 1 nmol/l in 50 mmol/l Tris-HCl, pH 9.0, für 5 min bei RT in Kontakt mit der Oberfläche gebracht. Anschließend wurde die Oberfläche mit 50 mmol/l Tris-HCl pH 9.0 gewaschen und es erfolgte die Detektion der Signale von hybridisierten Nukleinsäuren.The resulting surface the solid phase was on presence the coupled nucleic acid chains checked. For that were 10 μl of a solution with oligo-dT30-Cy3 (sequence see Table 18) 1 nmol / l in 50 mmol / l Tris-HCl, pH 9.0, for Brought into contact with the surface at RT for 5 min. Subsequently was the surface washed with 50 mmol / l Tris-HCl pH 9.0 and it was detected the signals of hybridized nucleic acids.
Das Ergebnis zeigte, dass die Nukleinsäurestränge an die Oberfläche in einer Dichte von 200 bis 1000 Stränge/100μm2 gekoppelt wurden.The result showed that the nucleic acid strands were coupled to the surface at a density of 200 to 1000 strands / 100 μm 2 .
Durch die Variierung der Konzentration der Oligonukleotide mit reaktiven Silylgruppen und/oder der Zeit und/oder der Temperatur der Inkubation bei der kovalenten Kopplung gelang es, Nukleinsäurestränge auch in anderen Dichten an die Oberfläche zu binden. Es wurden folgende Bereiche der Dichten von Nukleinsäuresträngen pro 100 μm2 erreicht: 10 bis 50, 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 1000, 1000 bis 5000.By varying the concentration of the oligonucleotides with reactive silyl groups and / or the time and / or the temperature of the incubation in the covalent coupling succeeded nucleic acid strands in other densities to the surface to bind. The following ranges of densities of nucleic acid strands per 100 μm 2 were achieved: 10 to 50, 50 to 100, 100 to 200, 200 to 1000, 1000 to 5000.
5.2 Affine Bindung von Nukleinsäureketten an die Oberfläche:5.2 Affine binding of nucleic acid chains to the surface:
5.2.1 Bindung an das auf der Oberfläche fixierte Streptavidin5.2.1 binding to the the surface fixed streptavidin
In diesem Beispiel wurde zunächst Streptavidin an die Oberfläche gekoppelt. Anschließend wurden die Nukleinsäureketten an das Streptavidin über Streptavidin-Biotin-Gruppe gebunden. Die Nukleinsäureketten trugen an der 5'-Position eine über einen Linker (TEG) gekoppelte Biotingruppe. Die 3'-Position der Nukleinsäurekette war frei. Diese Nukleinsäureketten können als Primer verwendet werden. Der Nachweis der Kopplung erfolgte über Hybridisierung eines komplementären Oligonukleotids, das mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert war. Die Detektion erfolgte durch den Nachweis der Signale von den hybridisierten Nukleinsäuresträngen.In this example was first Streptavidin to the surface coupled. Subsequently became the nucleic acid chains to the streptavidin over Streptavidin-biotin group bound. The nucleic acid chains contributed at the 5'-position one over a linker (TEG) coupled biotin group. The 3 'position of the nucleic acid chain was free. These nucleic acid chains can be used as a primer. Coupling was detected by hybridization a complementary one Oligonucleotide labeled with a fluorescent dye. Detection was by detection of the signals from the hybridized Nucleic acid strands.
Die
wie im Beispiel 4.1 erhaltene regenerierte und mit Epoxi-Gruppen
aktivierte Oberfläche
wurde direkt weiter verarbeitet:
Wasser wurde durch 10 μl 50 mmol/l
Borat-Puffer pH 10.0 ausgetauscht und unmittelbar danach wurden
10 μl einer
1 μg/μl Lösung von
Streptavidin in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 10, in den Kanal eingeführt. Die
Reaktion dauerte 2 h bei RT. Danach wurde der Mikrokanal mit 100 μl 50 mmol/l
Borat-Puffer, pH 9.0, gewaschen. Anschließend wurden 10 μl einer 1 μmol/l Lösung von
dT40-Biotin (Sequenz s. Tabelle 18) in Tris-HCl in den Mikrokanal
gebracht und 5 min bei RT inkubiert. Danach wurde der Mikrokanal
mit 200 μl
50 mmol/l Tris-HCl Puffer, pH 9.0 gewaschen.The regenerated and epoxy-activated surface obtained as in Example 4.1 was processed further directly:
Water was exchanged with 10 μl of 50 mmol / l borate buffer pH 10.0 and immediately thereafter 10 μl of a 1 μg / μl solution of streptavidin in 50 mmol / l borate buffer, pH 10, were introduced into the channel. The reaction lasted 2 h at RT. Thereafter, the microchannel was washed with 100 μl of 50 mmol / l borate buffer, pH 9.0. Subsequently, 10 μl of a 1 μmol / l solution of dT40-biotin (sequence see Table 18) in Tris-HCl were introduced into the microchannel and incubated for 5 min at RT. Thereafter, the microchannel was washed with 200 μl of 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0.
Auf diese Weise wurde eine Oberfläche erhalten, die affin fixierte Nukleinsäureketten trägt. Die Oberfläche wurde nicht ausgetrocknet. Sie konnte direkt weiter verwendet oder in einer Pufferlösung z.B. Phosphat-Puffer 50 mmol/l pH 8 aufbewahrt werden, bis die nächsten Schritte erfolgten.On this way became a surface obtained affinely affixed nucleic acid chains. The surface was not dried out. She could continue to be used directly or in a buffer solution e.g. Store phosphate buffer 50 mmol / l pH 8 until the next steps were made.
Prüfung der Oberfläche:Testing the surface:
Testen der unspezifischen Bindung an die feste Phase:Testing the nonspecific Binding to the solid phase:
Prüfung der unspezifischen Bindung der markierten Nukleotide und Oligonucleotide an die erhaltene Oberfläche (Test 1.1, 1.3, 1.4) zeigte eine sehr geringe unspezifische Bindung an die Oberfläche. Die Dichte der Signale lag unter 10 pro 100 μm2.Examination of the non-specific binding of the labeled nucleotides and oligonucleotides to the surface obtained (Test 1.1, 1.3, 1.4) showed a very low unspecific binding to the surface. The density of the signals was less than 10 per 100 μm 2 .
Testen der Hybridisierung eines komplementären Oligonukieotides:Testing the hybridization a complementary one Oligonukieotides:
Die dadurch erhaltene Oberfläche der festen Phase wurde auf Präsenz der gekoppelten Nukleinsäureketten überprüft. Dafür wurden 10 μl einer 100 nmol/l Lösung mit Oligo-dA26-Cy3 (Sequenz s. Tabelle 18) in 50 mmol/l Tris-HCl, pH 9.0, für 5 min bei RT in Kontakt mit der Oberfläche gebracht. Anschließend wurde die Oberfläche mit 50 mmol/l Tris-HCl pH 9.0 gewaschen und es erfolgte die Detektion der Signale von hybridisierten Nukleinsäuren.The resulting surface the solid phase was on presence the coupled nucleic acid chains checked. For that were 10 μl of a 100 nmol / l solution with oligo-dA26-Cy3 (sequence see Table 18) in 50 mmol / l Tris-HCl, pH 9.0, for Brought into contact with the surface at RT for 5 min. Subsequently was the surface washed with 50 mmol / l Tris-HCl pH 9.0 and it was detected the signals of hybridized nucleic acids.
Das Ergebnis zeigte, dass die Nukleinsäurestränge an die Oberfläche in einer Dichte von 200 bis 1000 Stränge/100μm2 gekoppelt wurden.The result showed that the nucleic acid strands were coupled to the surface at a density of 200 to 1000 strands / 100 μm 2 .
Durch die Variierung der Konzentration oder Zeit der Inkubaiton der Oligonukleotide mit Biotingruppen und/oder der Konzentration und/oder Zeit der Inkubation bei der kovalenten Kopplung von Streptavidin gelang es Nukleinsäurestränge auch in anderen Dichten an die Oberfläche zu binden. Es wurden folgende Bereiche der Dichten von Nukleinsäuresträngen pro 100 μm2 erreicht: 10 bis 50, 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 1000, 1000 bis 5000.By varying the concentration or time of the incubation of oligonucleotides with biotin groups and / or the concentration and / or time of incubation in the covalent coupling of streptavidin succeeded nucleic acid strands to bind to the surface in other densities. The following ranges of densities of nucleic acid strands per 100 μm 2 were achieved: 10 to 50, 50 to 100, 100 to 200, 200 to 1000, 1000 to 5000.
Beispiel 6Example 6
Hier
wird ein Beispiel für
ein Verfahren dargestellt, bei dem die erfindungsgemäße Oberfläche eingesetzt
werden kann. Ein hochparalleles Sequenzierverfahren von einzelnen
Nukleinsäurekettenmolekülen, bei dem
man
Fragmente (NSKFs) einzelsträngiger NSKs mit einer Länge von
etwa 50 bis 1000 Nukleotiden erzeugt, die überlappende Teilsequenzen der
Gesamtsequenzen darstellen, man
die NSKFs unter Verwendung
eines einheitlichen oder mehrerer unterschiedlicher Primer in Form
von NSKF-Primer-Komplexen auf einer Reaktionsoberfläche in einer
zufälligen
Anordnung bindet, man
eine zyklische Aufbaureaktion des komplementären Stranges
der NSKFs unter Verwendung einer oder mehrerer Polymerasen durchführt, indem
man
- a) zu den an die Oberfläche gebundenen NSKF-Primer-Komplexen eine Lösung zugibt, die eine oder mehrere Polymerasen und ein bis vier modifizierte Nukleotide (NTs*) enthält, die mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert sind, wobei die bei gleichzeitiger Verwendung von mindestens zwei NTs* jeweils an den NTs* befindlichen Fluoreszenzfarbstoffe so gewählt sind, dass sich die verwendeten NTs* durch Messung unterschiedlicher Fluoreszenzsignale voneinander unterscheiden lassen, wobei die NTs strukturell an der Base so modifiziert sind, dass die Polymerase nach Einbau eines solchen NT* in einen wachsenden komplementären Strang nicht in der Lage ist, ein weiteres NT* in denselben Strang einzubauen, wobei der Fluoreszenzfarbstoff abspaltbar ist und die strukturelle Modifikation ein abspaltbarer sterisch anspruchsvoller Ligand ist, man
- b) die in Stufe a) erhaltene stationäre Phase unter Bedingungen inkubiert, die zur Verlängerung der komplementären Stränge geeignet sind, wobei die komplementären Stränge jeweils um ein NT* verlängert werden, man
- c) die in Stufe b) erhaltene stationäre Phase unter Bedingungen wäscht, die zur Entfernung nicht in einen komplementären Strang eingebauter NTs* geeignet sind, man
- d) die einzelnen, in komplementäre Stränge eingebauten NTs* durch Messen des für den jeweiligen Fluoreszenzfarbstoff charakteristischen Signals detektiert, wobei man gleichzeitig die relative Position der einzelnen Fluoreszenzsignale auf der Reaktionsoberfläche bestimmt, man
- e) zur Erzeugung unmarkierter (NTs oder) NSKFs die Fluoreszenzfarbstoffe und die sterisch anspruchsvollen Liganden von den am komplementären Strang angefügten NTs* abspaltet, man
- f) die in Stufe e) erhaltene stationäre Phase unter Bedingungen wäscht, die zur Entfernung der Fluoreszenzfarbstoffe und der Liganden geeignet sind, man die Stufen a) bis f) gegebenenfalls mehrfach wiederholt,
Fragments (NSKFs) of single-stranded NSKs of about 50 to 1000 nucleotides in length, representing overlapping partial sequences of the total sequences;
bind the NSKFs in a random array using a single or multiple different primers in the form of NSKF primer complexes on a reaction surface;
Perform a cyclic assembly reaction of the complementary strand of NSKFs using one or more polymerases by
- a) adding to the surface-bound NSKF-primer complexes a solution containing one or more polymerases and one to four modified nucleotides (NTs *) labeled with fluorescent dyes which, when simultaneously using at least two NTs * each of the NTs * located fluorescent dyes are selected so that the NTs used * differ by measuring different fluorescence signals from each other, the NTs are structurally modified at the base so that the polymerase after incorporation of such NT * in a growing complementary strand is unable to incorporate another NT * in the same strand, wherein the fluorescent dye is cleavable and the structural modification is a cleavable sterically demanding ligand, one
- b) the stationary phase obtained in step a) is incubated under conditions suitable for extending the complementary strands, the complementary strands being extended by one NT * each;
- c) washing the stationary phase obtained in stage b) under conditions which are suitable for the removal of non-complementary NTs *
- d) the individual NTs * incorporated in complementary strands are detected by measuring the signal characteristic of the respective fluorescent dye, at the same time determining the relative position of the individual fluorescence signals on the reaction surface;
- e) for the production of unlabeled (NTs or) NSKFs, the fluorescent dyes and the sterically demanding ligands of the NTs attached to the complementary strand * splits, one
- f) washing the stationary phase obtained in step e) under conditions which are suitable for removing the fluorescent dyes and the ligands, if necessary repeating steps a) to f) several times,
Aus den ermittelten Teilsequenzen kann man beispielsweie die Gesamtsequenz der NSKs bestimmen. Unter einer parallelen Sequenzanalyse wird in diesem Zusammenhang die gleichzeitige Sequenzanalyse vieler NSKFs verstanden (beispielsweise 1.000.000 bis 10.000.000), wobei diese NSKFs von einer einheitlichen NSK-Population oder von mehreren unterschiedlichen NSK-Populationen abgeleitet sind.Out The determined partial sequences can be, for example, the overall sequence determine the NSKs. Under a parallel sequence analysis is in In this context, the simultaneous sequence analysis of many NSKFs understood (for example, 1,000,000 to 10,000,000), these being NSKFs from a single NSK population or from several different ones NSK populations are derived.
Die erhaltene Population von überlappenden Teilsequenzen läßt sich beispielsweise bei de novo Sequenzierung mit kommerziell erhältlichen Programmen zur Gesamtsequenz der NSK zusammenfügen (Huang et al. Genom Res. 1999 v.9 S.868, Huang Genomics 1996 v.33 S.21, Bonfield et al. NAR 1995 v.23 S.4992, Miller et al. J.Comput.Biol. 1994 v.1 S.257).The preserved population of overlapping Partial sequences can be for example, in de novo sequencing with commercially available Assemble programs to the overall sequence of the NSK (Huang et al., Genom Res. 1999 v.9 p.868, Huang Genomics 1996 v.33 p.21, Bonfield et al. NAR 1995, v.23 p.4992, Miller et al. J.Comput.Biol. 1994 v.1 p.257).
Bei der Analyse von Varianten einer bekannten Referenzsequenz lassen sich Mutationen oder Einzelnukleotidpolymorphismen durch einen Vergleich der erhaltenen überlappenden Teilsequenzen mit der Referenzsequenz feststellen.at the analysis of variants of a known reference sequence mutations or single nucleotide polymorphisms by comparison the obtained overlapping Detect partial sequences with the reference sequence.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren durchgeführt werden, indem man die Stufen a) bis f) der zyklischen Aufbaureaktion mehrfach wiederholt, wobei man
- a) in jedem Zyklus nur jeweils ein markiertes NT*,
- b) in jedem Zyklus jeweils zwei unterschiedlich markierte NTs* oder
- c) in jedem Zyklus jeweils vier unterschiedlich markierte NTs*
- a) in each cycle only one marked NT *,
- b) in each cycle two different marked NTs * or
- c) four differently marked NTs in each cycle *
Wenn die NSKs Varianten einer bekannten Referenzsequenz sind kann das Verfahren auch durchgeführt werden, indem man die Stufen a) bis f) der zyklischen Aufbaureaktion mehrfach wiederholt, wobei man in den Zyklen abwechselnd jeweils zwei unterschiedlich markierte NTs* und zwei unmarkierte NTs einsetzt und man die Gesamtsequenzen durch Vergleich mit der Referenzsequenz ermittelt.If the NSKs variants of a known reference sequence are the Procedure also performed be, by the stages a) to f) of the cyclic synthesis reaction repeated several times, alternating in each cycle use two differently marked NTs * and two unmarked NTs and the total sequences by comparison with the reference sequence determined.
Die erfindungsgemäße Methode dient zur Ermittlung der Nukleinsäuresequenzen und kann in verschiedenen Bereichen der Genetik eingesetzt werden. Dazu zählen insbesondere die Bestimmung unbekannter, langer Sequenzen, Analysen von Sequenz-Polymorphismen und Punktmutationen sowie die parallele Analyse einer großen Zahl an Gensequenzen.The inventive method serves for the determination of the nucleic acid sequences and can in different Fields of genetics are used. These include in particular the determination unknown, long sequences, analyzes of sequence polymorphisms and Point mutations as well as the parallel analysis of a large number on gene sequences.
Die Vorbereitung des zu analysierenden Materials (einzel- und doppelsträngige Nukleinsäuresequenzen) hängt von der Aufgabenstellung ab und hat das Ziel, aus einer langen Nukleinsäurekette eine Population an relativ kleinen, einzelsträngigen Nukleinsäurekettenfragmenten (NSKFs) zu bilden, diese Fragmente mit einem für den Start der Sequenzierungsreaktion geeigneten Primer zu versehen (NSKF-Primer-Komplexe) und auf einer planen Oberfläche zu fixieren.The Preparation of the material to be analyzed (single- and double-stranded nucleic acid sequences) depends on the task and has the goal of a long nucleic acid chain a population of relatively small, single-stranded nucleic acid chain fragments (NSKFs) to form these fragments with one for the start of the sequencing reaction suitable primer (NSKF primer complexes) and to fix on a flat surface.
Dabei werden einzelne NSKFs auf einer planen Oberfläche in einer solchen Weise fixiert, dass eine enzymatische Reaktion an diesen Molekülen ablaufen kann. Prinzipiell sind verschiedene Arten der Immobilisation möglich, die von der Zielsetzung, der Art der NSK und der für die Reaktion eingesetzten Polymerase abhängen. Die NSKFs werden bei der Immobilisierung bzw. Bindung zufällig auf der Oberfläche verteilt, d.h. es muß also nicht auf eine exakte Positionierung der einzelnen Ketten geachtet werden. NSKF-Primer-Komplexe können über die NSKFs oder Primer an die Oberfläche gebunden werden. Die NSKF-Primer-Komplexe müssen dabei in einer solchen Dichte auf der Oberfläche fixiert werden, dass eine eindeutige Zuordnung der später detektierten Signale von den eingebauten NT*s zu einzelnen NSKFs gewährleistet ist.there Individual NSKFs will be on a flat surface in such a way fixed that an enzymatic reaction take place on these molecules can. In principle, different types of immobilization are possible the purpose, the nature of the NSK and the response used Depend on polymerase. The NSKFs become random when immobilized or bound the surface distributed, i. it must be so not paid attention to an exact positioning of the individual chains become. NACF primer complexes can over the NSKFs or primers to the surface be bound. The NSKF primer complexes must be in such a Density on the surface be fixed, that a clear assignment of the later detected Ensures signals from the built-in NT * s to individual NSKFs is.
Nach der Vorbereitung der NSKFs startet man mit allen auf der Oberfläche immobilisierten NSKF-Primer-Komplex-Molekülen die Sequenzierungsreaktion. Als Grundlage der Sequenzierung dient die Synthese des komplementären Stranges zu jedem einzelnen gebundenen NSKF. Dabei werden in den neu synthetisierten Strang markierte NTs* eingebaut. Die Polymerase baut nur ein einziges markiertes NT* in die wachsende Kette ein. Dies wird durch die reversible Ankopplung einer zur Termination führenden, sterisch anspruchsvollen Gruppe an die NTs* erreicht. Der Einbau eines weiteren markierten NT* wird dadurch unmöglich gemacht. Diese sterisch anspruchsvolle Gruppe ist vorzugsweise ein Fluoreszenzfarbstoff.To The preparation of the NSKFs starts with all surfaces immobilized on the surface NACF primer complex molecules the sequencing reaction. As a basis of sequencing serves the synthesis of the complementary Stranges to each individual bound NSKF. It will be in the newly synthesized strand labeled NTs * incorporated. The polymerase builds only a single tagged NT * into the growing chain. This is due to the reversible coupling one for termination leading, sterically demanding group to the NTs * achieved. The installation another marked NT * is thereby made impossible. This steric Sophisticated group is preferably a fluorescent dye.
Die Sequenzierungsreaktion verläuft in mehreren Zyklen. Ein Zyklus umfasst folgende Schritte:
- a) Zugabe einer Lösung mit markierten Nukleotiden (NTs*) und Polymerase zu den gebundenen NSKF-Primer-Komplexen,
- b) Inkubation der gebundenen NSKF-Primer-Komplexe mit dieser Lösung unter Bedingungen, die zur Verlängerung der komplementären Stränge um ein NT geeignet sind,
- c) Waschen,
- d) Detektion der Signale von einzelnen Molekülen,
- e) Entfernung der Markierung von den eingebauten Nukleotiden,
- f) Waschen.
- a) Addition of a solution with labeled nucleotides (NTs *) and polymerase to the bound NSKF Pri mer complexes
- b) incubation of the bound NSKF primer complexes with this solution under conditions suitable for extension of the complementary strands around an NT,
- c) washing,
- d) detection of the signals of individual molecules,
- e) removal of the label from the incorporated nucleotides,
- f) washing.
Gegebenenfalls erfolgt eine mehrfache Wiederholung des Zyklus (a–f).Possibly a multiple repetition of the cycle (a-f) takes place.
Die Reaktionsbedingungen des Schrittes (b) in einem Zyklus werden so gewählt, dass die Polymerasen an mehr als 50% der an der Sequenzierungsreaktion beteiligten NSKFs (extensionsfähige NSKF-Primer-Komplexe) in einem Zyklus ein markiertes NT* einbauen können, vorzugsweise an mehr als 80%.The Reaction conditions of step (b) in one cycle become so selected that the polymerases on more than 50% of the sequencing reaction involved NSKFs (Extensible NSKF primer complexes) in one cycle, insert a labeled NT * can, preferably more than 80%.
Die Anzahl der durchzuführenden Zyklen hängt dabei von der jeweiligen Aufgabenstellung ab, ist theoretisch nicht beschränkt und liegt vorzugsweise zwischen 10 und 200.The Number of performed Cycles depends thereby from the respective task off, is theoretically not limited and is preferably between 10 and 200.
Danach wird für jedes fixierte NSKF seine spezifische Sequenz aus der Reihenfolge der eingebauten NTs* ermittelt.After that is for each pinned NSKF has its specific sequence out of order the built-in NTs * determined.
Aus den überlappenden NSKF-Sequenzen kann in einer Ausführungsform die ursprüngliche NSK-Sequenz rekonstruiert werden ("Automated DNA sequencing and analysis" S. 231 ff. 1994 M. Adams et al. Academic Press, Huang et al. Genom Res. 1999 v.9 S.868, Huang Genomics 1996 v.33 S.21, Bonfield et al. NAR 1995 v.23 S.4992, Miller et al. J.Comput.Biol. 1994 v.1 S.257). Dabei sucht man in der gesamten Population von NSKF-Sequenzen nach Übereinstimmungen/Überlappungen in den Sequenzen von NSKFs.Out the overlapping one NSKF sequences may in one embodiment be the original NSK sequence can be reconstructed ("Automated DNA sequencing and analysis" p. 231 et seq. 1994 M. Adams et al. Academic Press, Huang et al. Genome Res. 1999 v.9 P.868, Huang Genomics 1996 v.33 p.21, Bonfield et al. NAR 1995 v.23 P.4992, Miller et al. J.Comput.Biol. 1994 v.1 p.257). Looking for it in the entire population of NSKF sequences for matches / overlaps in the sequences of NSKFs.
Dabei können die Fehler der Methode mit verschiedenen Mitteln erfasst und korrigiert werden. Sämtliche Schritte des Verfahrens können weitgehend automatisiert werden.there can The errors of the method are detected and corrected by various means become. All Steps of the procedure can be largely automated.
Durch die Arbeit mit einzelnen Molekülen ergeben sich mehrere Vorteile gegenüber der früher beschriebenen BASS-Methode:
- 1. Da die Moleküle einzeln detektiert werden, besteht keine Gefahr, dass das Signal durch die Desynchronisation in der Population fehlerhaft wird. Für jedes fixierte NSKF wird eine eigene Sequenz erstellt. Daher spielt es keine Rolle, ob an einem benachbarten Molekül die Synthese bereits weiter fortgeschritten oder zurückgeblieben ist.
- 2. Es ist nicht notwendig, Moleküle in einer definierten Anordnung auf der Oberfläche zu fixieren, da das Signal von einzelnen Molekülen ausgeht und nicht von einer räumlich definierten Population (was bei BASS-Methoden notwendig ist).
- 1. Since the molecules are detected individually, there is no danger that the signal will be corrupted by the desynchronization in the population. For each fixed NSKF a separate sequence is created. Therefore, it does not matter if the synthesis of an adjacent molecule is more advanced or lagging behind.
- 2. It is not necessary to fix molecules in a defined arrangement on the surface, since the signal emanates from single molecules and not from a spatially defined population (which is necessary in BASS methods).
Auswahl des MaterialsSelection of the material
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Methode ist es möglich, sowohl vorselektionierte DNA-Sequenzen (z.B. in YAC-, PAC-, oder BAC-Vektoren (R. Anand et al. NAR 1989 v.17 S.3425, H. Shizuya et al. PNAS 1992 v.89 S.8794, "Construction of bacterial artificial chromosome libraries using the modified PAC system" in "Current Protocols in Human genetics" 1996 John Wiley & Sons Inc.) klonierte Abschnitte eines Genoms) als auch nicht vorselektionierte DNA (z.B. genomische DNA, cDNA-Gemische) zu analysieren. Durch eine Vorselektion ist es möglich, im Vorfeld relevante Informationen, wie z.B. Sequenz-Abschnitte aus einem Genom oder Populationen an Genprodukten, aus der große Menge genetischer Informationen herauszufiltern und damit die Menge der zu analysierenden Sequenzen einzuschränken.With Help the method of the invention Is it possible, both preselected DNA sequences (e.g. in YAC, PAC, or BAC vectors (R. Anand et al., NAR 1989 v.17 P.3425, H. Shizuya et al. PNAS 1992 v.89 p.8794, "Construction of bacterial artificial chromosomal libraries using the modified PAC system "in" Current Protocols in Human Genetics "1996 John Wiley & Sons Inc.) cloned portions of a genome) as well as not preselected To analyze DNA (e.g., genomic DNA, cDNA mixtures). By a Preselection it is possible beforehand relevant information, e.g. Sequence sections from a genome or populations of gene products, from the large amount to filter out genetic information and thus the amount of restrict sequences to be analyzed.
Vorbereitung des Materialspreparation of the material
Ziel der Materialvorbereitung ist es, gebundene einzelsträngige NSKFs mit einer Länge von vorzugsweise 50–1000 NTs, einer einzelnen Primerbindungsstelle und einem hybridisierten Primer (gebundene NSKF-Primer-Komplexe) zu erhalten. Im einzelnen können sehr variable Konstruktionen aus dieser allgemeinen Struktur abgeleitet werden. Zur Verbesserung der Anschaulichkeit folgen nun einige Beispiele, wobei die angeführten Methoden einzeln oder in Kombination eingesetzt werden können.aim Material preparation is bound single-stranded NSKFs with a length preferably 50-1000 NTs, a single primer binding site and a hybridized one To obtain primers (bound NSKF primer complexes). In detail can very variable constructions derived from this general structure become. To improve the clarity, here are some examples the cited Methods can be used individually or in combination.
Erzeugung kurzer Nukleinsäurekettenfragmente (50–1000 NTs) (Fragmentierungsschritt)Generation of short nucleic acid chain fragments (50-1000 NTs) (fragmentation step)
Wichtig ist, dass die Fragmentierung der NSKs so erfolgt, dass Fragmente erhalten werden, die überlappende Teilsequenzen der Gesamtsequenzen darstellen. Dies wird durch Verfahren erreicht, bei denen unterschiedlich lange Fragmente als Spaltprodukte in zufallsmäßiger Verteilung entstehen.Important is that the fragmentation of NSKs occurs in such a way that fragments to be obtained, the overlapping Represent partial sequences of the overall sequences. This is done by procedures reached, in which fragments of different lengths as fission products in random distribution arise.
Erfindungsgemäß kann die Erzeugung der Nukleinsäurekettenfragmente (NSKFs) durch mehrere Methoden erfolgen, z.B. durch die Fragmentierung des Ausgangsmaterials mit Ultraschall oder durch Endonukleasen ("Molecular cloning" 1989 J.Sambrook et al. Cold Spring Harbor Laborotary Press), wie z.B. durch unspezifische Endonukleasegemische. Erfindungsgemäß wird die Ultraschall-Fragmentierung bevorzugt. Man kann die Bedingungen so einstellen, dass Fragmente mit einer durchschnittlichen Länge von 100 bp bis 1 kb entstehen. Diese Fragmente werden anschließend an ihren Enden durch das Klenow-Fragment (E.coli-Polymerase I) oder durch die T4-DNA-Polymerase aufgefüllt ("Molecular cloning" 1989 J.Sambrook et al. Cold Spring Harbor Laborotary Press).According to the invention, the Generation of nucleic acid chain fragments (NSKFs) by several methods, e.g. through the fragmentation the starting material with ultrasound or by endonucleases ("Molecular cloning" 1989 J. Sambrook et al. Cold Spring Harbor Laboratory Press), e.g. by unspecific Endonukleasegemische. According to the invention, the ultrasound fragmentation prefers. You can adjust the conditions so that fragments with an average length from 100 bp to 1 kb. These fragments are subsequently attached their ends by the Klenow fragment (E. coli polymerase I) or filled by the T4 DNA polymerase ("Molecular cloning" 1989, J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press).
Ausserdem können aus einer langen NSK unter Verwendung randomisierter Primer komplementäre kurze NSKFs synthetisiert werden. Besonders bevorzugt wird diese Methode bei der Analyse der Gen-Sequenzen. Dabei werden an der mRNA einzelsträngige DNA-Fragmente mit randomisierten Primern und einer reversen Transkriptase gebildet (Zhang-J et al. Biochem.J. 1999 v.337 S.231, Ledbetter et al. J.Biol.Chem. 1994 v.269 S.31544, Kolls et al. Anal.Biochem. 1993 v.208 S.264, Decraene et al. Biotechniques 1999 v.27 S.962).Moreover can from a long NSK using randomized primer complementary short NSKFs are synthesized. This method is particularly preferred in the analysis of gene sequences. In this case, single-stranded DNA fragments on the mRNA formed with randomized primers and a reverse transcriptase (Zhang-J et al., Biochem., 1999, v.337, p.231, Ledbetter et al., J. Biochem., 1994 v.269 p.31544, Kolls et al. Anal. 1993 v.208 p.264, decraene et al. Biotechniques 1999 v.27 S.962).
Einführung einer Primerbindungsstelle in das NSKF.Introduction of a Primary binding site in the NSKF.
Die Primerbindungsstelle (PBS) ist ein Sequenzabschnitt, der eine selektive Bindung des Primers an das NSKF ermöglichen soll.The Primer binding site (PBS) is a sequence segment that is a selective To allow binding of the primer to the NSKF.
In einer Ausführungsform können die Primerbindungsstellen unterschiedlich sein, so dass mehrere unterschiedlche Primer verwendet werden müssen. In diesem Fall können bestimmte Sequenzabschnitte der Gesamtsequez als natürliche PBSs für spezifische Primer dienen. Diese Ausführungsform ist besonders für die Untersuchung bereits bekannter SNP-Stellen geeignet.In an embodiment can the primer binding sites will be different so that multiple Different primers must be used. In this case, certain Sequence sections of the totalsequez as natural PBSs for specific Serve primers. This embodiment is especially for the investigation of already known SNP sites suitable.
In einer anderen Ausführungsform ist es aus Gründen der Vereinfachung der Analyse günstig, wenn eine einheitliche Primerbindungsstelle in allen NSKFs vorhanden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Primerbindungsstellen daher in die NSKFs extra eingeführt. Auf diese Weise können Primer mit einheitlicher Struktur für die Reaktion eingesetzt werden.In another embodiment is it for reasons favorable to the simplification of the analysis, if a single primer binding site exists in all NSKFs is. According to one preferred embodiment Therefore, according to the invention, the primer binding sites become the NSKFs extra introduced. That way you can Primers with a uniform structure can be used for the reaction.
Im folgenden wird diese Ausführungsform detailliert beschrieben.in the The following will be this embodiment described in detail.
Die Zusammensetzung der Primerbindungsstelle ist nicht eingeschränkt. Ihre Länge beträgt vorzugsweise zwischen 20 und 50 NTs. Die Primerbindungsstelle kann eine funktionelle Gruppe zur Immobilisation des NSKF tragen. Diese funktionelle Gruppe kann z.B. eine Biotingruppe sein.The Composition of the primer binding site is not restricted. Your Length is preferably between 20 and 50 NTs. The primer binding site may be a functional Carrying group for the immobilization of the NSKF. This functional group can e.g. to be a biotin group.
Als Beispiel für die Einführung einer einheitlichen Primerbindungsstelle werden im folgenden die Ligation und das Nukleotid-Tailing an DNA-Fragmente beschrieben.When example for the introduction In the following, a single primer binding agency will be the Ligation and nucleotide tailing to DNA fragments described.
a) Ligation:a) Ligation:
Dabei wird ein doppelsträngiger Oligonukleotidkomplex mit einer Primerbindungsstelle verwendet. Dieser wird mit kommerziell erhältlichen Ligasen an die DNA-Fragmente ligiert ("Molecular cloning" 1989 J.Sambrook et al. Cold Spring Harbor Laborotary Press). Es ist wichtig, dass nur eine einzige Primerbindungsstelle an das DNA-Fragment ligiert wird. Das erreicht man z.B. durch eine Modifikation einer Seite des Oligonukleotidkomplexes an beiden Strängen. Die modifizierenden Gruppen am Oligonukleotidkompex können zur Immobilisation dienen. Die Synthese und die Modifikation eines solchen Oligonukleotidkomplexes kann nach standardisierten Vorschriften durchgeführt werden. Zur Synthese kann z.B. der DNA-Synthesizer 380A Applied Biosystems verwendet werden. Oligonucleotide mit einer bestimmten Zusammensetzung mit oder ohne Modifikationen sind aber auch als Auftragssynthese kommerziell erhältlich, z.B. von MWG-Biotech GmbH, Germany.there becomes a double-stranded one Oligonucleotide complex used with a Primerbindungsstelle. This comes with commercially available Ligases ligated to the DNA fragments ("Molecular cloning" 1989 J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press). It is important that only one Primer binding site is ligated to the DNA fragment. That achieved one e.g. by a modification of one side of the oligonucleotide complex on both strands. The modifying groups on the oligonucleotide complex can be immobilized serve. The synthesis and modification of such oligonucleotide complex can be carried out according to standardized regulations. For synthesis can e.g. the DNA Synthesizer 380A Applied Biosystems. Oligonucleotides of a particular composition with or without Modifications are also commercially available as a custom synthesis, e.g. from MWG-Biotech GmbH, Germany.
b) Nukleotid-Tailing:b) nucleotide tailing:
Statt der Ligation mit einem Oligonukleotid kann man mit einer terminalen Deoxynucleotidyltransferase mehrere (z.B. zwischen 10 und 20) Nukleosidmonophosphate an das 3'-Ende eines ss-DNA-Fragments anknüpfen ("Molecular cloning" 1989 J.Sambrook et al. Cold Spring Harbor Laborotary Press, "Method in Enzymology" 1999 v.303, S.37-38), z.B. mehrere Guanosin-Monophosphate ((G)n-Tailing genannt). Das entstehende Fragment wird zur Bindung des Primers, in diesem Beispiel eines (C)n-Primers, verwendet.Instead of The ligation with an oligonucleotide can be done with a terminal Deoxynucleotidyltransferase multiple (e.g., between 10 and 20) nucleoside monophosphates to the 3'-end of a attach ss DNA fragments ("Molecular Cloning" 1989 J. Sambrook et al. Cold Spring Harbor Laboratory Press, "Method in Enzymology" 1999 v.303, p.37-38), e.g. several Guanosine monophosphates ((G) n-tailing called). The resulting fragment becomes the binding of the primer, used in this example of a (C) n primer.
Einzelstrang-VorbereitungSingle-stranded preparation
Für die Sequenzierungsreaktion werden einzelsträngige NSKFs benötigt. Falls das Ausgangsmaterial in doppelsträngiger Form vorliegt, gibt es mehrere Möglichkeiten, aus doppelsträngiger DNA eine einzelsträngige Form zu erzeugen (z.B. Hitze-Denaturierung oder Alkali-Denaturierung) ("Molecular cloning" 1989 J.Sambrook et al. Cold Spring Harbor Laborotary Press).For the sequencing reaction become single-stranded NSKFs needed. If the starting material is in double-stranded form, there there are several ways from double-stranded DNA is a single-stranded one Form (e.g., heat denaturation or alkali denaturation) ("Molecular Cloning" 1989 J. Sambrook et al. Cold Spring Harbor Laboratory Press).
Primer für die SequenzierungsreaktionPrimer for the sequencing reaction
Dieser hat die Funktion, den Start an einer einzigen Stelle des NSKF zu ermöglichen. Er bindet an die Primerbindungsstelle im NSKF. Die Zusammensetzung und die Länge des Primers sind nicht eingeschränkt. Außer der Startfunktion kann der Primer auch andere Funktionen übernehmen, wie z.B. eine Verbindung zur Reaktionsoberfläche zu schaffen. Primer sollten so an die Länge und Zusammensetzung der Primerbindungsstelle angepaßt werden, dass der Primer den Start der Sequenzierungsreaktion mit der jeweiligen Polymerase ermöglicht.This has the function to start at a single point of the NSKF enable. He binds to the primer binding agency in the NSKF. The composition and the length of the primer are not restricted. Except the Start function, the primer can also take over other functions, such as. to create a connection to the reaction surface. Primer should so long and composition of the primer binding site, that the primer the start of the sequencing reaction with the respective Polymerase allows.
Bei der Verwendung unterschiedlicher, beispielsweise natürlich in der ursprünglichen Gesamtsequenz vorkommender Primerbindungsstellen, werden die für die jeweilige Primerbindungsstelle sequenzspezifischen Primer verwendet. In diesem Fall wird für die Sequenzierung ein Primergemisch eingesetzt.at the use of different, for example, of course, in the original one Overall sequence of occurring Primerbindungsstellen be those for the respective Primary binding site sequence-specific primer used. In this Case is for the sequencing used a primer mixture.
Bei einer einheitlichen, beispielsweise durch die Ligation an die NSKFs angekoppelten Primerbindungsstelle wird ein einheitlicher Primer verwendet.at a uniform, for example by ligation to the NSKFs coupled primer binding site becomes a uniform primer used.
Vorzugsweise beträgt die Länge des Primers zwischen 6 und 100 NTs, optimalerweise zwischen 15 und 30 NTs. Der Primer kann eine Funktionsgruppe tragen, die zur Immobilisierung des NSKF dient, beispielsweise ist eine solche Funktionsgruppe eine Biotingruppe (s. Abschnitt Immobilisierung). Sie soll die Sequenzierung nicht stören. Die Synthese eines solchen Primers kann z.B. mit dem DNA-Synthesizer 380 A Applied Biosystems ausgeführt werden oder aber als Auftragssynthese bei einem kommerziellen Anbieter, z.B. MWG-Biotech GmbH, Germany erstellt werden).Preferably is the length of the primer between 6 and 100 NTs, optimally between 15 and 30 NTs. The primer can carry a functional group that is used for immobilization of the NSKF, for example, such a function group is one Biotin group (see section Immobilization). She should do the sequencing do not bother. The synthesis of such a primer can e.g. with the DNA synthesizer 380 A Applied Biosystems or as an order synthesis from a commercial supplier, e.g. MWG-Biotech GmbH, Germany).
Der Primer wird in einer Ausführungsform auf der Oberfläche fixiert, wie in dieser Anmeldung beschrieben ist. Der Primer oder das Primergemisch wird mit NSKFs unter Hybridisierungsbedingungen inkubiert, die ihn selektiv an die Primerbindungsstelle des NSKF binden lassen. Diese Primer-Hybridisierung (Annealing) kann vor (1), während (2) oder nach (3) der Bindung der NSKFs an die Oberfläche erfolgen. Die Optimierung der Hybridisierungsbedingungen hängt von der genauen Struktur der Primerbindungsstelle und des Primers ab und läßt sich nach Rychlik et al. NAR 1990 v.18 S.6409 berechnen. Im folgenden werden diese Hybridisierungsbedingungen als standardisierte Hybridisierungsbedingungen bezeichnet.Of the Primer is in one embodiment on the surface fixed as described in this application. The primer or the primer mix is mixed with NSKFs under hybridization conditions which selectively delivers it to the primer binding site of the NSKF let bind. This primer annealing can be done before (1) while (2) or after (3) binding of the NSKFs to the surface. The optimization of hybridization conditions depends on the exact structure the primer binding site and the primer and can be according to Rychlik et al. Calculate NAR 1990 v.18 p.6409. Hereinafter These hybridization conditions are considered as standardized hybridization conditions designated.
Falls eine für alle NSKFs gemeinsame Primerbindungsstelle mit bekannter Struktur beispielsweise durch Ligation eigeführt wird, können Primer mit einheitlicher Struktur eingesetzt werden. Die Primerbindungsstelle kann an ihrem 3'-Ende eine funktionelle Gruppe tragen, die z.B. zur Immobilisation dient. Beispielsweise ist diese Gruppe eine Biotin-Gruppe. Der Primer hat eine zur Primerbindungsstelle komplementäre Struktur. Fixierung von NSKF-Primer-Komplexe an die Oberfläche (Bindung bzw. Immobilisierung von NSKFs).If one for all NSKFs common primer binding site of known structure For example, by ligation is introduced, primers with uniform Structure are used. The primer binding site can be attached to her 3'-end a functional Wear group, e.g. serves for immobilization. For example this group is a biotin group. The primer has a primer binding site complementary Structure. Fixation of NSKF primer complexes to the surface (binding or immobilization of NSKFs).
Ziel der Fixierung (Immobilisierung) ist es, NSKF-Primer-Komplexe auf einer geeigneten planen Oberfläche in einer Art und Weise zu fixieren, dass eine zyklische enzymatische Sequenzierungsreaktion ablaufen kann. Dies kann beispielsweise durch Bindung des Primers (s.o.) oder des NSKF an die Oberfläche erfolgen.aim immobilization is to NSKF-primer complexes a suitable flat surface in a way that fix a cyclic enzymatic Sequencing reaction can proceed. This can be done, for example Binding of the primer (s.o.) or of the NSKF carried to the surface.
Die Reihenfolge der Schritte bei der Fixierung von NSKF-Primer-Komplexen kann variabel sein:
- 1) Die NSKF-Primer-Komplexe können zunächst in einer Lösung durch Hybridisierung (Annealing) gebildet und anschließend an die Oberfläche gebunden werden.
- 2) Primer können zunächst auf einer Oberfläche gebunden werden und NSKFs anschließend an die gebundenen Primer hybridisiert werden, wobei NSKF-Primer-Komplexe entstehen (NSKFs indirekt an die Oberfläche gebunden)
- 3) Die NSKFs können zunächst an die Oberfläche gebunden werden (NSKFs direkt an die Oberfläche gebunden) und im anschließenden Schritt die Primer an die gebundenen NSKFs hybridisiert werden, wobei NSKF-Primer-Komplexe enstehen.
- 1) The NSKF primer complexes can first be formed in a solution by hybridization (annealing) and then bound to the surface.
- 2) primers can first be bound to a surface and then NSKFs bound to the which primers are hybridized to form NSKF primer complexes (NSKFs indirectly bound to the surface)
- 3) The NSKFs can first be bound to the surface (NSKFs bound directly to the surface) and in the subsequent step, the primers are hybridized to the bound NSKFs resulting in NSKF primer complexes.
Die Immobilisierung der NSKFs an die Oberfläche kann daher durch direkte oder indirekte Bindung erfolgen.The Immobilization of NSKFs to the surface can therefore be achieved by direct or indirect binding.
Falls die Fixierung der NSKF-Primer-Komplexe auf der Oberfläche über die NSKFs erfolgt, kann dies beispielsweise durch die Bindung der NSKFs an einem der beiden Ketten-Enden erfolgen. Dies kann durch entsprechende kovalente, affine oder andere Bindungen erreicht werden. Beispiele für Fixierung von Nukleinsäureketten sind in dieser Anmeldung angeführt. Weitere Beispiele der Immobilisierung von Nukleinsäuren sind bekannt (McGall et al. US Pat. Nr. 5412087, Nikiforov et al. US Pat. Nr. 5610287, Barrett et al. US Pat. Nr. 5482867, Mirzabekov et al. US Patent 5981734, "Microarray biochip technology" 2000 M.Schena Eaton Publishing, "DNA Microarrays" 1999 M. Schena Oxford University Press, Rasmussen et al. Analytical Biochemistry v.198, S.138, Allemand et al. Biophysical Journal 1997, v.73, S.2064, Trabesinger et al. Analytical Chemistry 1999, v.71, S.279, Osborne et al. Analytical Chemistry 2000, v.72, S.3678, Timofeev et al. Nucleic Acid Research (NAR) 1996, v.24 S.3142, Ghosh et al. NAR 1987 v.15 S.5353, Gingeras et al. NAR 1987 v.15 5.5373, Maskos et al. NAR 1992 v.20 S.1679).If the fixation of the NSKF primer complexes on the surface over the This can be done, for example, by binding the NSKFs take place at one of the two ends of the chain. This can be done through appropriate covalent, affine or other bonds can be achieved. Examples for fixation of nucleic acid chains are listed in this application. Further examples of the immobilization of nucleic acids are (McGall et al U.S. Patent No. 5,41,2087, Nikiforov et al., US Pat Pat. No. 5610287, Barrett et al. US Pat. No. 5482867, Mirzabekov et al. US Patent 5981734, "Microarray biochip technology "2000 M.Schena Eaton Publishing, "DNA Microarrays "1999 M. Schena Oxford University Press, Rasmussen et al. Analytical Biochemistry v.198, P.138, Allemand et al. Biophysical Journal 1997, v.73, p.2064, Trabesinger et al. Analytical Chemistry 1999, v.71, p.279, Osborne et al. Analytical Chemistry 2000, v.72, p.3678, Timofeev et al. Nucleic Acid Research (NAR) 1996, v.24 p.3142, Ghosh et al. NAR 1987 v.15 p.5353, Gingeras et al. NAR 1987 v.15 5.5373, Maskos et al. NAR 1992 v.20 p.1679).
Zur weiteren Reduzierung von unspezifischen Bindung von markierten Komponenten an die Oberfläche können blockierende Substanzen verwendet werden. Solche Substanzen sind dem Fachmann bekannt. Oft werden Puffer-Lösungen von Proteinen (z.B. Serumalbumin-Lösung) eingesetzt als blockierende Reagenzien. Auch Polymer-Lösungen, wie z.B. Moviol- oder Polyethylenglycol-Lösung (Molmasse 10.000) wird verwendet.to further reduction of non-specific binding of labeled components to the surface can blocking substances are used. Such substances are known to the skilled person. Often, buffer solutions of proteins (e.g. Serum albumin solution) used as blocking reagents. Also polymer solutions, e.g. Moviol or Polyethylene glycol solution (Molecular weight 10,000) is used.
Wahl der PolymeraseChoice of polymerase
Als Polymerasen eignen sich prinzipiell alle DNA-abhängigen DNA-Polymerasen ohne 3'-5' Exonuklease-Aktivität (DNA-Replication" 1992 Ed. A.Kornberg, Freeman and company NY), z.B. modifizierte T7-Polymerase vom Typ "Sequenase Version 2" (Amersham Pharmacia Biotech), 3'-5' exonuklease freies Klenow Fragment der DNA-Polymerase I (Amersham Pharmacia Biotech), Polymerase Beta verschiedenen Ursprungs ("Animal Cell DNA Polymerases" 1983, Fry M., CRC Press Inc., kommerziell erhältlich bei Chimerx) thermostabile Polymerasen wie beispielsweise Taq-Polymerase (GibcoBRL), proHATM Polymerase (Eurogentech).When In principle, polymerases are suitable for all DNA-dependent DNA polymerases without 3'-5 'exonuclease activity (DNA replication "1992 ed. A.Kornberg, Freeman and company NY), e.g. modified T7 polymerase type "Sequenase Version 2 "(Amersham Pharmacia Biotech), 3'-5 'exonuclease free Klenow fragment of DNA polymerase I (Amersham Pharmacia Biotech), Polymerase Beta of various origins ("Animal Cell DNA Polymerases" 1983, Fry M., CRC Press Inc., commercially available in Chimerx) thermostable polymerases such as Taq polymerase (GibcoBRL), proHATM polymerase (Eurogentech).
Polymerasen mit 3'-5' Exonuklease-Aktivität können eingesetzt werden (z.B. Klenow-Fragment der E.coli-Polymerase I), sofern Reaktionsbedingungen gewählt werden, die vorhandene 3'-5' Exonuklease-Aktivität unterdrücken, wie z.B. ein niedriger pH-Wert (pH 6.5) beim Klenow-Fragment (Lehman and Richardson, J. Biol. Chem. 1964 v.239 S.233) oder Zugabe von NaF zur Einbaureaktion. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung von NTs* mit einer Phosphorothioate-Verbindung (Kunkel et al. PNAS 1981, v.78 S.6734). Dabei werden eingebaute NTs* von der 3'-5' Exonuklease-Aktivität der Polymerase nicht angegriffen. Im folgenden werden all diese Polymerasearten als "Polymerase" bezeichnet.polymerases with 3'-5 'exonuclease activity can be used (e.g., Klenow fragment the E. coli polymerase I), if reaction conditions are chosen, suppress the existing 3'-5 'exonuclease activity, such as e.g. a low pH (pH 6.5) in the Klenow fragment (Lehman and Richardson, J. Biol. Chem. 1964 v. 239 p.233) or addition of NaF for the installation reaction. Another possibility is the use of NTs * with a phosphorothioate compound (Kunkel et al., PNAS 1981, v. 78 p. 6734). Incorporated NTs * of the 3'-5 'exonuclease activity of the polymerase not attacked. In the following, all these types of polymers will be mentioned referred to as "polymerase".
Chemie, allgemeines PrinzipChemistry, general principle
Für die Sequenzierungsreaktion bei hoch paralleler Sequenzanalyse an einzelnen Nukleinsäure-Molekülen (parallele Analyse von bis zu 10.000.000 NSKF-Sequenzen) ist wichtig, dass jedes eingebaute NT* identifiziert wird.For the sequencing reaction in highly parallel sequence analysis on individual nucleic acid molecules (parallel Analysis of up to 10,000,000 NSKF sequences) is important that every built-in NT * is identified.
Die Schwierigkeiten bei der Entwicklung passender NT-Analoga für das Verfahren basieren auf folgenden Rahmenbedingungen:
- 1) Die Reaktion muss so gesteuert werden, dass die Polymerase NT*s einzeln einbaut (Stop des weiteren Einbaus).
- 2) NT*s müssen einen Farbstoff tragen, der den Anforderungen der Detektion genügt.
- 3) Der Farbstoff muß unter milden Bedingungen abspaltbar sein, so dass weder die NSKF-Primer-Komplexe, noch einzelne Komponenten des Systems beschädigt werden.
- 4) Die Abspaltung muss möglichst schnell und quantitativ erfolgen.
- 5) Der Stop des Einbaus muss reversibel sein und unter milden Bedingungen aufgehoben werden können.
- 1) The reaction must be controlled in such a way that the polymerase incorporates NT * s individually (stop the further installation).
- 2) NT * s must carry a dye that meets the requirements of detection.
- 3) The dye must be cleavable under mild conditions, so that neither the NSKF primer complexes nor individual components of the system are damaged.
- 4) The splitting off must be as fast as possible and quantitative.
- 5) The stop of installation must be reversible and can be reversed under mild conditions.
Eine an die Base gekoppelte sterisch anspruchsvolle Gruppe kann zur Behinderung der weiteren Synthese führen. Biotin, Digoxigenin und Fluoreszenzfarbstoffe wie Fluoreszein, Tetramethylrhodamine, Cy3-Farbstoff stellen Beispiele einer solchen sterisch anspruchsvollen Gruppe dar (Zhu et al. Cytometry 1997, v.28, S.206, Zhu et al. NAR 1994, v.22, S.3418, Gebeyehu et al., NAR 1987, v.15, 5.4513, Wiemann et al. Analytical Biochemistry 1996, v.234, S.166, Heer et al. BioTechniques 1994 v.16 S.54).A coupled to the base sterically demanding group can be a hindrance lead the further synthesis. Biotin, digoxigenin and fluorescent dyes such as fluorescein, tetramethylrhodamine, Cy3 dye represent examples of such a sterically demanding group (Zhu et al., Cytometry 1997, v.28, p.206, Zhu et al., NAR 1994, v.22, p.3418, Gebeyehu et al., NAR 1987, v.15, 5.4513, Wiemann et al. Analytical Biochemistry 1996, v.234, p.166, Heer et al. BioTechniques 1994 v.16 p.54).
Bei der Sequenzierungsreaktion im erfindungsgemäßen Verfahren werden markierte NTs* mit einer Polymerase und Nukleinsäureketten inkubiert. Die NTs* tragen dabei eine an die Base reversibel gekoppelte sterisch anspruchsvolle Gruppe. Wenn ein Reaktionsgemisch, das nur modifizierte NTs* enthält, in der Reaktion eingesetzt wird, dann kann die Polymerase nur ein einziges NT* einbauen. Der Einbau eines nächsten NT* wird sterisch gehemmt. Diese NTs* treten somit als Terminatoren der Synthese auf. Nach der Entfernung der sterisch anspruchsvollen Gruppe kann das nächste komplementäre NT* eingebaut werden. Weil diese NTs kein absolutes Hindernis zur weiteren Synthese darstellen, sondern nur für den Einbau eines weiteren markierten NT*, werden sie als Semiterminatoren bezeichnet.at the sequencing reaction in the method according to the invention are labeled NTs * incubated with a polymerase and nucleic acid chains. The NTs * carry a reversibly coupled to the base sterisch demanding Group. When a reaction mixture containing only modified NTs * in the Reaction is used, then the polymerase can only a single Install NT *. The installation of a next NT * is sterically inhibited. These NTs * thus act as terminators the synthesis. After the removal of the sterically demanding Group can be the next complementary NT * be installed. Because these NTs are not an absolute obstacle to represent another synthesis, but only for the incorporation of another marked NT *, they are called Semiterminatoren.
Allgemeine Struktur des NT*General structure of the NT *
Diese Struktur ist dadurch charakterisiert, dass an der Base über einen spaltbaren Linker ein Fluoreszenzmarker gebunden sind.These Structure is characterized by the fact that at the base over a cleavable linkers are bound to a fluorescent label.
Als Grundlage für die NTs* dienen Deoxynukleosid-Triphosphate mit Adenosin (A), Guanosin(G), Cytidin (C) und Thymidin (T) als Nukleosidrest. Anstelle von Thymidin wird bevorzugt Uridin als Nukleosidrest verwendet. Anstelle von Guanosin kann Inosin verwendet werden.When basis for the NTs * serve deoxynucleoside triphosphates with adenosine (A), guanosine (G), Cytidine (C) and thymidine (T) as nucleoside residue. Instead of thymidine uridine is preferably used as the nucleoside residue. Instead of Guanosine can be used in inosine.
Marker, FluorophoreMarkers, fluorophores
Jede Base ist mit einem für sie charakteristischen Marker (F) markiert. Der Marker ist ein fluoreszierender Farbstoff. Mehrere Faktoren beeinflussen die Wahl des Fluoreszenzfarbstoffes. Die Wahl ist nicht eingeschränkt, sofern der Farbstoff folgenden Anforderungen genügt:
- a) Die verwendete Detektionsapparatur muß diesen Marker als einziges Molekül gebunden an DNA unter milden Bedingungen (vorzugsweise Reaktionsbedingungen) identifizieren können. Die Farbstoffe haben vorzugsweise große Photostabilität. Ihre Fluoreszenz wird vorzugsweise von der DNA nicht oder nur unwesentlich gequencht.
- b) Der an das NT gebundene Farbstoff darf keine irreversible Störung der enzymatischen Reaktion verursachen.
- c) mit dem Farbstoff markierte NTs* müssen von der Polymerase in die Nukleinsäurekette eingebaut werden.
- d) Bei einer Markierung mit verschiedenen Farbstoffen sollen diese Farbstoffe keine beträchtlichen Überlappungen in ihren Emissionsspektren aufweisen.
- a) The detection apparatus used must be able to identify this marker as a single molecule bound to DNA under mild conditions (preferably reaction conditions). The dyes preferably have high photostability. Their fluorescence is preferably not or only insignificantly quenched by the DNA.
- b) The dye bound to the NT must not cause irreversible disruption of the enzymatic reaction.
- c) NTs * labeled with the dye must be incorporated by the polymerase into the nucleic acid chain.
- d) When labeled with different dyes, these dyes should not have significant overlaps in their emission spectra.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbare Fluoreszenzfarbstoffe sind in "Handbook of Fluorescent Probes und Research Chemicals" 6th ed. 1996, R.Haugland, Molecular Probes mit Strukturformeln zusammengestellt. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise folgende Farbstoffklassen als Marker eingesetzt: Cyanin-Farbstoffe und deren Abkömmlinge (z.B. Cy2, Cy3, Cy5, Cy7 Amersham Pharmacia Biotech, Waggoner US Pat. Nr. 5.268.486), Rhodamine und deren Abkömmlinge (z.B. TAMRA, TRITC, RG6, R110, ROX, Molecular Probes, s. Handbuch), Xanthene-Derivate (z.B. Alexa 568, Alexa 594, Molecular Probes, Mao et al. US Pat. Nr. 6.130.101). Atto-Farbstoffe (Attotec GmbH, Siegen, Deutschland) Diese Farbstoffe sind kommerziell erhältlich.in the Fluorescent dyes which can be used according to the present invention are in "Handbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals "6th ed. 1996, R. Haugland, Molecular Probes assembled with structural formulas. According to the invention preferably the following classes of dyes used as markers: cyanine dyes and their descendants (e.g., Cy2, Cy3, Cy5, Cy7 Amersham Pharmacia Biotech, Wagoner US Pat. No. 5,268,486), rhodamines and their derivatives (e.g., TAMRA, TRITC, RG6, R110, ROX, Molecular Probes, s. Manual), xanthene derivatives (e.g., Alexa 568, Alexa 594, Molecular Probes, Mao et al U.S. Pat. No. 6.130.101). Atto dyes (Attotec GmbH, Siegen, Germany) These dyes are commercially available.
Dabei kann man je nach spektralen Eigenschaften und vorhandener Apparatur entsprechende Farbstoffe auswählen. Die Farbstoffe werden an den Linker z.B. über Thiocyanat- oder Ester-Bindung gekoppelt ("Handbook of Fluorescent Probes und Research Chemicals" 6th ed. 1996, R.Haugland, Molecular Probes, Jameson et al. Methods in Enzymology 1997 v.278 S.363, Waggoner Methods in Enzymology 1995 v.246 S.362).there you can depending on the spectral properties and existing equipment select appropriate dyes. The dyes are added to the linker e.g. via thiocyanate or ester linkage coupled ("Handbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals "6th ed. 1996, R. Haugland, Molecular Probes, Jameson et al. Methods in Enzymology 1997 v.278 p. 363, Wagoner Methods in Enzymology 1995 v.246 p.362).
Natur der sterisch anspruchsvollen GruppeNature of sterically demanding group
Fluoreszenzfarbstoffe stellen Beispiele einer sterisch anspruchsvollen Gruppe dar (Zhu et al. Cytometry 1997, v.28, S.206, Zhu et al. NAR 1994, v.22, S.3418, Gebeyehu et al., NAR 1987, v.15, S.4513, Wiemann et al. Analytical Biochemistry 1996, v.234, S.166, Heer et al. BioTechniques 1994 v.16 S.54). Die chemische Struktur dieser Gruppe ist nicht eingeschränkt, sofern sie den Einbau des markierten NT*, an das sie geknüpft ist, nicht wesentlich stört und keine irreversible Störung der enzymatischen Reaktion verursacht.Fluorescent dyes are examples of a bulky group (Zhu et al., Cytometry 1997, v.28, p.206, Zhu et al., NAR 1994, v.22, p.3418, Gebeyehu et al., NAR 1987, v.15 , P.4513, Wiemann et al., Analytical Biochemistry 1996, v.234, p.166, Heer et al., BioTechniques 1994 v.16 p.54). The chemical Structure of this group is not limited provided it does not significantly interfere with the incorporation of the labeled NT * to which it is attached and does not cause irreversible disruption of the enzymatic reaction.
Durch die Spaltung des Linkers wird diese sterisch anspruchsvolle Gruppe (D) nach der Detektion des Signals entfernt, so dass die Polymerase ein weiteres markiertes NT* einbauen kann.By the cleavage of the linker becomes this sterically demanding group (D) removed after detection of the signal, leaving the polymerase can install another marked NT *.
Linkerleft
Der Marker (Fluoreszenzfarbstoff) ist an die Base vorzugsweise über einen Abstandhalter unterschiedlicher Länge, einen sog. Linker, gebunden. Vorzugsweise ist dieser Linker an einer der Stellen an die Base gebunden, die nicht an der Basenpaarung teilnimmt. Im bevorzugten Fall sind die Stellen, an die der Linker gebunden ist: die 4 oder 5-Position im Pyrimidinring und die 7-Position oder 6-Position im Purinring. Beispiele der Ankoppelung eines Linkers an die Base können aus folgenden Quellen entnommen werden (Hobbs et al. US Pat. Nr. 5.047.519, Khan et al. US Pat. Nr. 5.821.356, Hanna M. Method in Enzymology 1996 v.274, S.403, Zhu et al. NAR 1994 v.22 S.3418, Herman et al. Methods in Enzymology 1990 v.184 S.584, J.L.Ruth et al. Molecular Pharmacology 1981 v.20 S.415, L. Ötvös et al. NAR 1987 v.15 S.1763, G.E.Wright et al. Pharmac Ther. 1990 v.47, S.447, „Nucleotide Analogs; Synthesis and Biological Function" K.H. Scheit 1980, Wiley-Interscience Publication, "Nucleic acid chemistry" Ed. L.B.Townsend, v.1–4, Wiley-Interscience Publication, "Chemistry of Nucleosides and Nucleotides" Ed. L.B.Townsend, v.1–3, Plenum Press).Of the Marker (fluorescent dye) is preferably attached to the base via a Spacers of different lengths, a so-called linker, bound. Preferably, this linker is at one of the sites on the base bound, which does not participate in the base pairing. In the preferred Case are the sites to which the linker is bound: the 4 or 5-position in the pyrimidine ring and the 7-position or 6-position in the Purine ring. Examples of the coupling of a linker to the base can be made following sources (Hobbs et al., US Pat. No. 5,047,519, Khan et al. U.S. Pat. No. 5,821,356, Hanna M. Method in Enzymology 1996, v.274, p.403, Zhu et al. NAR 1994 v.22 p.3418, Herman et al. Methods in Enzymology 1990 v.184 p.584, J.L. Ruth et al. Molecular Pharmacology 1981 v.20 p.415, L. Ötvös et al. NAR 1987 v.15 p.1763, G.E. Wright et al. Pharmac Ther. 1990 v.47, p. 447, "Nucleotides Analogs; Synthesis and Biological Function "K.H. Scheit 1980, Wiley-Interscience Publication, "Nucleic acid chemistry "Ed. L.B. Townsend, v.1-4, Wiley-Interscience Publication, "Chemistry of Nucleosides and Nucleotides "Ed. L.B. Townsend, v.1-3, Plenary Press).
Die gesamte Länge des Linkers kann variieren. Sie entspricht der Anzahl der Ketten-Atome und liegt vorzugsweise zwischen 3 und 50. Optimalerweise beträgt sie zwischen 4 und 10 Atomen. Die chemische Zusammensetzung des Linkers ist nicht eingeschränkt, sofern sie unter Reaktionsbedingungen stabil bleibt und keine Störung der enzymatischen Reaktion verursacht.The whole length of the linker may vary. It corresponds to the number of chain atoms and is preferably between 3 and 50. Optimally, it is between 4 and 10 atoms. The chemical composition of the linker is not limited, provided that it remains stable under reaction conditions and does not interfere with caused enzymatic reaction.
Spaltbare Verbindung, SpaltungSplittable compound, cleavage
Der Linker trägt eine spaltbare Verbindung oder spaltbare Gruppe. Diese spaltbare Verbindung ermöglicht die Entfernung des Markers und des sterischen Hindernisses am Ende jedes Zyklus. Ihre Wahl ist nicht eingeschränkt, sofern sie unter den Bedingungen der enzymatischen Sequenzierungsreaktion stabil bleibt, keine irreversible Störung der Polymerase verursacht und unter milden Bedingungen abgespalten werden kann. Unter "milden Bedingungen" sind solche Bedingungen zu verstehen, die den NSKF-Primer-Komplex nicht zerstören, wobei z.B. der pH-Wert vorzugsweise zwischen 3 und 11 liegt, die Temperatur zwischen 0°C und einem Temperaturwert (x). Dieser Temperaturwert (x) hängt von der Tm des NSKF-Primer-Komplexes (Tm ist "melting Point") und wird beispielsweise als Tm (NSKF-Primer-Komplex) minus 5°C errechnet (z.B. Tm ist 47°C, dann liegt die maximale Temperatur bei 42°C; unter diesen Bedingungen eignen sich besonders Ester-, Thioester-, Disulfid-Verbindungen und photolabile Verbindungen als spaltbare Verbindungen).Of the Left carries a cleavable or cleavable group. This fissile Connection allows the removal of the marker and the steric obstruction at the end every cycle. Your choice is not limited, unless under the conditions the enzymatic sequencing reaction remains stable, not irreversible disorder caused the polymerase and cleaved under mild conditions can be. Under "mild Conditions "are to understand such conditions that do not destroy the NSKF-primer complex, wherein e.g. the pH is preferably between 3 and 11, the temperature between 0 ° C and a temperature value (x). This temperature value (x) depends on the Tm of the NSKF primer complex (Tm is "melting point") and is used, for example, as Tm (NSKF primer complex) minus 5 ° C calculated (e.g., Tm is 47 ° C, then the maximum temperature is 42 ° C; under these conditions Particularly suitable ester, thioester, disulfide compounds and photolabile compounds as cleavable compounds).
Vorzugsweise gehört die genannte Verbindung zu chemisch oder enzymatisch spaltbaren oder photolabilen Verbindungen. Als Beispiele von chemisch spaltbaren Gruppen sind Ester-, Thioester- und Disulfid-Verbindungen bevorzugt („Chemistry of protein conjugation and crosslinking" Shan S. Wong 1993 CRC Press Inc., Herman et al. Method in Enzymology 1990 v.184 S.584, Lomant et al. J.Mol.Biol. 1976 v.104 243, "Chemistry of carboxylic acid and esters" S.Patai 1969 Interscience Publ.). Beispiele für photolabile Verbindungen können in folgenden Literaturstellen gefunden werden: "Protective groups in organic synthesis" 1991 John Wiley & Sons, Inc., V. Pillai Synthesis 1980 S.1, V. Pillai Org. Photochem. 1987 v.9 S.225, Dissertation „Neue photolabile Schutzgruppen für die lichtgesteuerte Oligonucleotidsynthese" H.Giegrich, 1996, Konstanz, Dissertation „Neue photolabile Schutzgruppen für die lichtgesteuerte Oligonucleotidsynthese" S.M.Bühler, 1999, Konstanz).Preferably belongs said compound to be chemically or enzymatically cleavable or photolabile compounds. As examples of chemically cleavable Groups are preferred ester, thioester and disulfide compounds ( "Chemistry of protein conjugation and crosslinking "Shan S. Wong 1993 CRC Press Inc., Herman et al. Method in Enzymology 1990 v.184 p.584, Lomant et al. J. Mol. 1976 v.104 243, "Chemistry of carboxylic acid and esters "S.Patai 1969 Interscience Publ.). Examples of photolabile compounds can in following references: "Protective groups in organic synthesis" 1991 John Wiley & Sons, Inc., V. Pillai Synthesis 1980 p.1, V. Pillai Org. Photochem. 1987 v.9 p.225, Dissertation "New photolabile protecting groups for light-directed oligonucleotide synthesis "H.Giegrich, 1996, Konstanz, Dissertation" Neue photolabile Protecting groups for light-directed oligonucleotide synthesis "S.M. Buehler, 1999, Konstanz).
Die Position der spaltbaren Verbindung/Gruppe im Linker ist vorzugsweise nicht weiter als 10 Atome von der Base entfernt, noch bevorzugter nicht weiter als 3 Atome. Besonders bevorzugt liegt die spaltbare Verbindung oder Gruppe direkt an der Base.The Position of the cleavable compound / group in the linker is preferred not more than 10 atoms away from the base, more preferably not more than 3 atoms. Particularly preferred is the cleavable Compound or group directly at the base.
Der Spaltungs- und Entfernungs-Schritt ist in jedem Zyklus vorhanden und muß unter milden Bedingungen (s.o.) verlaufen, so dass die Nukleinsäuren nicht beschädigt oder modifiziert werden.Of the Cleavage and removal step is present in each cycle and must under mild conditions (see above) so that the nucleic acids are not damaged or modified.
Die Spaltung läuft bevorzugt chemisch (z.B. in milder saurer oder basischer Umgebung für eine Ester-Verbindung oder durch Zugabe eines Reduktionsmittel, z.B. Dithiothreitol oder Mercaptoethanol (Sigma) bei der Spaltung einer Disulfid-Verbindung), oder physikalisch (z.B. durch Beleuchtung der Oberfläche mit Licht einer bestimmten Wellenlänge für die Spaltung einer photolabilen Gruppe, Dissertation „Neue photolabile Schutzgruppen für die lichtgesteuerte Oligonucleotidsynthese" H. Giegrich, 1996, Konstanz) ab.The cleavage proceeds preferably chemically (eg in mild acidic or basic environment for an ester compound or by addition of a reducing agent, eg dithiothreitol or mercaptoethanol (Sigma) in the cleavage of a disulfide compound), or physically (eg by illuminating the surface with light a particular wavelength for the cleavage of a photolabile group, thesis "New photolabile Protecting groups for light-directed oligonucleotide synthesis "H. Giegrich, 1996, Konstanz).
Nach der Spaltung verbleibt an der Base ein Linkerrest. Durch die Spaltung können am Linker-Rest reaktive Gruppe entstehen, wie beispielsweise eine Mercaptogruppe. Solche Gruppen können bei Bedarf chemisch modifiziert werden. Viele Beispiele für Modifikation von Mercaptogruppen sind bekannt („Chemistry of protein conjugation and crosslinking" Shan S. Wong 1993 CRC Press Inc.) z.B. Disulfid-, wie Dithiodinitro- Phenol, Dithiomercaptoethanol, Cystamine, z.B. oder Iodacetatverbindungen, z.B. Iodacetamid, Iodacetat oder Maleimide).To the cleavage remains at the base a linker residue. By the split can arise on the linker radical reactive group, such as a Mercapto. Such groups can be chemically modified as needed. Many examples of modification of mercapto groups are known ("Chemistry of protein conjugation and crosslinking "Shan S. Wong 1993 CRC Press Inc.) e.g. Disulfide, such as dithiodinitro-phenol, dithiomercaptoethanol, Cystamines, e.g. or iodoacetate compounds, e.g. Iodoacetamide, iodoacetate or maleimides).
Einige Beispiele für Synthesen von Nukleotidanaloga sind im Beispiel 7 dargestellt.Some examples for Syntheses of nucleotide analogues are shown in Example 7.
Farbiges Kodierungsschema, Anzahl der FarbstoffeColored coding scheme, Number of dyes
Einen Zyklus kann man durchführen mit:
- a) vier verschieden markierten NT*s
- b) zwei verschieden markierten NT*s
- c) einem markierten NT*
- d) zwei verschieden markierten NT*s und zwei unmarkierten NTs,
- a) Man kann alle 4 NTs mit verschiedenen Farbstoffen markieren und alle 4 gleichzeitig in die Reaktion einsetzten. Dabei erreicht man die Sequenzierung einer Nukleinsäurekette mit einer minimalen Anzahl von Zyklen. Diese Variante der Erfindung stellt allerdings hohe Anforderungen an das Detektionssystem: 4 verschiedene Farbstoffe müssen in jedem Zyklus identifiziert werden.
- b) Zur Vereinfachung der Detektion kann eine Markierung mit zwei Farbstoffen gewählt werden. Dabei werden 2 Paare von NTs gebildet, die jeweils verschieden markiert sind, z.B. A und G tragen die Markierung "X", C und U tragen die Markierung "Y". In die Reaktion in einem Zyklus (n) werden 2 unterschiedlich markierte NTs gleichzeitig eingesetzt, z.B. C* in Kombination mit A*, und im darauffolgenden Zyklus (n+1) werden dann U* und G* zugegeben.
- c) Man kann auch nur einen einzigen Farbstoff zur Markierung aller 4 NTs* verwenden und pro Zyklus nur ein NT* einsetzen.
- d) In einer technisch vereinfachten Ausführungsform werden pro Zyklus zwei unterschiedlich markierte NT*s eingesetzt und zwei unmarkierte NTs (sogen. 2NT*s/2NTs-Methode). Diese Ausführungsform kann verwendet werden, um Varianten (z.B. Mutationen, oder alternativ gespleißte Gene) einer bereits bekannten Sequenz zu ermitteln.
- a) four differently labeled NT * s
- b) two different marked NT * s
- c) a marked NT *
- d) two differently labeled NT * s and two unlabelled NTs,
- a) One can mark all 4 NTs with different coloring materials and insert all 4 at the same time in the reaction. It achieves the sequencing of a nucleic acid chain with a minimum number of cycles. However, this variant of the invention makes high demands on the detection system: 4 different dyes must be identified in each cycle.
- b) To simplify the detection, a label with two dyes can be selected. In this case, two pairs of NTs are formed, which are each marked differently, eg A and G carry the mark "X", C and U carry the mark "Y". In the reaction in one cycle (s) 2 differently labeled NTs are used simultaneously, eg C * in combination with A *, and in the next cycle (n + 1) then U * and G * are added.
- c) It is also possible to use only one dye to mark all 4 NTs * and use only one NT * per cycle.
- d) In a technically simplified embodiment, two differently marked NT * s are used per cycle and two unmarked NTs (so-called 2NT * s / 2NTs method). This embodiment can be used to detect variants (eg, mutations, or alternatively spliced genes) of an already known sequence.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere Modifikationen einer Nukleotid-Art verwendet.In an embodiment of the method will be several modifications of a nucleotide type used.
Beispielsweise werden mehrere Modifikationen von dCTP-Nukleotide verwendet. Diese Modifikationen können in einer Ausführungsform im selben Reaktionsgemisch vorhanden sein. In einer anderen Ausführungsform werden einzelne Varianten der modifizierten Nukleotide mit dem Fortschritt der Sequenzierung gewechelt. Beispielsweise werden am Anfang einer Sequenzierunsreaktion Nukleotid-Modifikationen mit einem kurzen Linker verwendet, beispielsweise Beispiel 7C oder 7D. Im Verlauf der Sequenzierung werden dann Nukleotidanaloga mit längeren Linkern eingesetzt, beispielsweise Beispiel 7A. Zum Ende der Sequenzierung können dann auch Nukleotide mit einem noch längeren Linker eingesetzt werden, beispiesweise Beispiel 7B. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorteilhaft die ersten 25% der entsprechenden Zyklen mit einem Nukleotidanalog durchzuführen, die nächsten 25% der entsprechenden Zyklen mit einem anderen usw. Der Austausch von Nukleotiden kann auch in einer anderen Abfolge durchgeführt werden, beispielsweise nach 10% aller Zyklen, nach 20% usw. dabei können Nukleotide mit beispielsweise immer längeren Linker zwischen einer Base und einem Farbstoff eingesetzt werden. Der Austausch von Nukleotid-Analoga kann auch nach einer festen Zykluszahl erfolgen. Beispielsweise können die ersten 10 Zyklen mit einem Nukleotidanalog durchgeführt werden, dann wird beispielsweise ein anderer Nukletidanalog eingesetzt. Nach 30 Zyklen wird ein weiterer Nukleotidanalog eingesetzt und nach 60 Zyklen wird ein noch weiterer Nukleotidanalog eingesetzt.For example Several modifications of dCTP nucleotides are used. These Modifications can in one embodiment be present in the same reaction mixture. In another embodiment become single variants of the modified nucleotides with the progress the sequencing changed. For example, at the beginning of a Sequencing reaction nucleotide modifications used with a short linker, for example Example 7C or 7D. In the course of sequencing then nucleotide analogs with longer Used linkers, for example Example 7A. At the end of the sequencing can then nucleotides are used with an even longer linker, For example, Example 7B. In one embodiment of the method it is advantageous for the first 25% of the corresponding cycles with a nucleotide analog perform, the next 25% of the corresponding cycles with another, etc. The replacement nucleotides can also be performed in a different order, for example, after 10% of all cycles, after 20%, etc., nucleotides may be present with, for example, ever longer Linker between a base and a dye can be used. The exchange of nucleotide analogues can also be performed after a fixed Cycle number. For example, the first 10 cycles with a nucleotide analogue performed then, for example, a different nuclide analogue is used. After 30 cycles, another nucleotide analogue is used and after 60 cycles, a still further nucleotide analog is used.
Der Vorteil eines solchen Austausches von verwendeten Nukleotiden liegt darin, dass mit zunehmender Zahl der bereits eingebauter Nukleotide wächst der Grad der Modifizierung der Nukleinsäuren, so dass Nukletide mit einem kürzeren Linker schlechter eingebaut werden, als die mit einem längeren. Durch Austausch der eingesetzter Nukleotide können somit längere Sequenzsträchen analysiert werden. Ein solcher Austausch kann für alle eingesetzten modifizierten Nukleotide erfolgen oder auch nur für ein Teil davon.Of the Advantage of such exchange of nucleotides used in that with increasing number of already incorporated nucleotides grows the degree of modification of the nucleic acids so that nuclides with a shorter one Left are installed worse than those with a longer one. By replacing the nucleotides used thus longer sequence stretches can be analyzed become. Such an exchange can be modified for all used Nucleotides take place or only for a part thereof.
Insgesamt spielen die Größe, die Ladung und die chemische Struktur des Markers, die Länge des spaltbaren Linkers und des Linker-Rests sowie auch die Wahl der Polymerase eine wichtige Rolle. Sie bestimmen gemeinsam, ob das markierte NT* durch die Polymerase in die wachsende Nukleinsäurekette eingebaut wird, und ob dadurch der Einbau des nächsten markierten NT* verhindert wird.All in all play the size that Charge and the chemical structure of the marker, the length of the fissile Linker and the linker residue as well as the choice of polymerase an important role. You decide together if the marked NT * is incorporated by the polymerase in the growing nucleic acid chain, and whether by the installation of the next marked NT * is prevented.
Ähnlich wie bei Austausch von eingesetzten Nukleotidmodifikationen können auch eingesetzte Polymerasen mit dem Fortschritt der Sequenzierung ausgetauscht werden.Similar to when replacing used nucleotide modifications can also exchanged polymerases with the progress of sequencing become.
So beispielsweise können die ersten 10% von Zyklen mit einer Klenow-Polymerase durchgeführt werden, dann wird beispielsweise Sequenase 2 eingesetzt. Nach 50% aller Zyklen wird beispielsweise Vent Exo minus eingesetzt und für die letzten 20 % aller Zyklen wird Pwo-Polymerase eingesetzt. Der Austausch von Polymerasen kann auch nach einer festen Zykluszahl erfolgen. Beispielsweise können die ersten 10 Zyklen mit einer Klenow-Polymerase durchgeführt werden, dann kann beispielsweise Sequenase 2 eingesetzt werden. Nach weiteren 10 Zyklen wird beispielsweise Vent Exo minus eingesetzt und nach noch weiteren 20 Zyklen wird Pwo-Polymerase eingesetzt. Allgemein gesprochen startet man mit Polymerasen, die weniger tolerant zu modifikationen sind und mit der steigenden Zykluszahl, und somit mit dem steigenden Modifizierungsgrad der DNA, zu Polymerasen wechseld, die toleranter zu modifikationen sind. Unterschiede in Polymerasen bezüglich Nukleotidmodifikationen sind in Augustin et al. "Progress towards singlemolecule sequencing: enzymatic synthesis of nucleotide-specifically labeled DNA". J Biotechnol 2001, v.86, 289-301.So for example the first 10% of cycles are performed with a Klenow polymerase, then, for example, Sequenase 2 is used. After 50% of all Cycles are used for example Vent Exo minus and for the last 20% of all cycles use Pwo polymerase. The exchange Polymerases can also be carried out after a fixed cycle number. For example, you can the first 10 cycles are carried out with a Klenow polymerase, then, for example, Sequenase 2 can be used. After another For example, Vent Exo minus is used for 10 cycles and after another 20 cycles Pwo polymerase is used. Generally Let's start with polymerases that are less tolerant Modifications are and with the increasing number of cycles, and thus with the increasing degree of modification of the DNA, changing into polymerases, which are more tolerant to modifications. Differences in polymerases with respect to nucleotide modifications are in Augustin et al. "Progress towards singlemolecule sequencing: enzymatic synthesis of nucleotide-specifically labeled DNA " Biotechnol 2001, v. 86, 289-301.
Da mit dem Fortschritt der Sequenzierung auch die Länge des neu gebildeten Doppelstranges steigt, können auch die Reaktionsbedingungen mit dem Fortschritt der Sequenzierung geändert werden, beispielsweise kann die Temperatur angehoben werden.There with the progress of the sequencing also the length of the newly formed double strand rises, can also the reaction conditions with the progress of the sequencing changed For example, the temperature can be raised.
Nun folgen einige Beispiele von zyklsichen Reaktionen mit den auf der erfindungsgemäßen Oberfläche fixierten Nukleinsäuren.Now follow some examples of cyclic reactions with those on the Fixed surface of the invention Nucleic acids.
6.1 Einbaureaktion von markierten Nukleotiden an den Nukleinsäure-Primer-Komplexen, die auf der Oberfläche gebunden sind.6.1 Installation reaction of labeled nucleotides on the nucleic acid primer complexes bound on the surface are.
Wie oben dargestellt, können Nukleinsäuren an die regenerierten Oberflächen der festen Phase gebunden werden, wobei sie spezifisch an Hybridisierungsreaktionen mit komplementären Oligonukleotiden teilnehmen und die unspezifische Bindung von markierten Komponenten wie Nukleinsäuren oder Nukleotiden sehr gering bleibt. In folgenden Beispielen wird dargestellt, dass die erfindungsgemäß hergestellte feste Phase für die Analysen von einzelnen Nukleinsäuremolekülen geeignet ist, wobei sie eine sehr geringe unspezifische Bindung von markierten Komponenten aufweist. Dabei werden zunächst extensionsfähige Nukleinsäureketten-Primer-Komplexe auf der Oberfläche gebildet. Anschließend wird eine zyklische Reaktion durchgeführt, die im wesentlichen folgende Schritte schließt:
- a) Inkubation einer Lösung mit einer oder mehreren Polymerase und einem oder mehreren markierten Nukleotiden (Polymerase-Nukleotid-Gemisch) mit der festen Phase unter Bedingungen, die eine Einbaureaktion an den gebildeten Primer-Matrize-Komplexen zulassen,
- b) Waschen der festen Phase
- c) Detektion der Signale von eingebauten markierten Nukleotiden, wobei relative Koordinaten einzelne Signale identifiziert werden
- d) Entfernung der Signale von eingebauten Nukleotiden,
- e) Waschen der festen Phase
- f) gegebenenfalls Wiederholung der Schritte (a) bis (e)
- a) incubation of a solution with one or more polymerase and one or more labeled nucleotides (polymerase-nucleotide mixture) with the solid phase under conditions which allow a incorporation reaction on the formed primer-template complexes,
- b) washing the solid phase
- c) detection of signals from incorporated labeled nucleotides, relative coordinates of which are identified as individual signals
- d) removal of signals from incorporated nucleotides,
- e) washing the solid phase
- f) optionally repeating steps (a) to (e)
Aus der Reihenfolge der ermittelten Signale mit identischen x,y-Koordinaten wird anschließen die Sequenz rekonstruiert (WO 02088382).Out the order of the detected signals with identical x, y coordinates will connect the sequence is reconstructed (WO 02088382).
Die Zahl der Schritte kann variieren. In manchen Anwendungen, wie beispielsweise bei "Minisequencing" oder Primerextension, s.o., wird nur ein Nukleotid eingebaut. Bei einer Sequenzierung werden mehrere Zyklen durchgeführt, ihre Zahl liegt beispielsweise zwischen 5 und 100.The Number of steps may vary. In some applications, such as in "minisequencing" or primer extension, see above, only one nucleotide is incorporated. In a sequencing several cycles are carried out their number is between 5 and 100, for example.
6.1 Sequenzierungsreaktion an einem Oligonukleotid6.1 Sequencing reaction on an oligonucleotide
In diesem Beispiel wird eine hochparallele Sequenzierungsreaktion an einem Oligonukleotid durchgeführt. Es wurden folgende Komponenten verwendet:In This example is a highly parallel sequencing reaction an oligonucleotide performed. The following components were used:
Die Oberfläche der festen Phase trägt Anker-Oligonukleotide. Sie wurde wie im Beispiel 5.1.2 beschrieben hergestellt.
- dUTP-SS-Cy3, dCTP-SS-Cy3 (beide synthetisiert
nach Vorschrift in WO 02088382, sieh
7f-1 und7f-4 , wobei die Aminogruppe am Linker mit einem Cy3-Farbstoff modifiziert ist, s. Beispiel 2 derselben Anmeldung oder auch nach Prozedur im Beispiel 7A). - dATP, dGTP (Sigma-Aldrich)
- Polymerase: Klenow Exo minus (Amersham Bioscience)
- Matrize: Oligo-31 (Sequenz s. Tabelle 18)
- Primer: T7-19 (Sequenz s. Tabelle 18)
- Puffer und Arbeitslösungen: Einbaupuffer: 50 mmol/l Tris-HCl, pH 8.7, 50 mmol/l NaCl, 1 mmol/l MgCl2 Spaltungspuffer: TCEP 100 mmol/l, pH 8.0 Alkylierungspuffer: Iodacetamid 100 mmol/l in 50 mmol/l Borat-Puffer pH 9.0 Waschpuffer entspricht dem Einbaupuffer
- Lösung "U" 1 μmol/l dUTP-SS-Cy3 in Einbaupuffer + Polymerase 1 Unit in 50 μl
- Lösung "C" 1 μmol/l dCTP-SS-Cy3 in Einbaupuffer + Polymerase 1 Unit in 50 μl
- Lösung "A,G" 0,1 μmol/l dATP und dGTP im Einbaupuffer + Polymerase 1 unit in 50 μl
- dUTP-SS-Cy3, dCTP-SS-Cy3 (both synthesized according to protocol in WO 02088382, see
7f-1 and7f-4 wherein the amino group on the linker is modified with a Cy3 dye, s. Example 2 of the same application or also according to the procedure in Example 7A). - dATP, dGTP (Sigma-Aldrich)
- Polymerase: Klenow Exo minus (Amersham Bioscience)
- Template: oligo-31 (sequence see Table 18)
- Primer: T7-19 (sequence see Table 18)
- Buffer and working solutions: Buffer: 50 mmol / l Tris-HCl, pH 8.7, 50 mmol / l NaCl, 1 mmol / l MgCl 2 Cleavage buffer: TCEP 100 mmol / l, pH 8.0 Alkylation buffer: iodoacetamide 100 mmol / l in 50 mmol / l Borate buffer pH 9.0 Wash buffer corresponds to the built-in buffer
- Solution "U" 1 μmol / l dUTP-SS-Cy3 in incorporation buffer + polymerase 1 unit in 50 μl
- Solution "C" 1 μmol / l dCTP-SS-Cy3 in incorporation buffer + polymerase 1 unit in 50 μl
- Solution "A, G" 0.1 μmol / l dATP and dGTP in the incorporation buffer + polymerase 1 unit in 50 μl
Polymerase wurde in diesem Beispiel wie folgt mit Iodacetamid modifiziert: zu 75 μl des Aliquot von Klenow Exo minus Polymerase (Amersham-Bioscience, 750 Unit Klenow Exo minus) wurde Iodacetamid (Sigma-Aldrich) bis zu Konzentration von 20 mmol/l zugegeben und bei RT für 30 min gerührt. Weitere Hinweise für die Modifizierung sind im Anhang 1 angegeben:polymerase was modified in this example with iodoacetamide as follows: to 75 μl the aliquot of Klenow Exo minus polymerase (Amersham-Bioscience, 750 unit Klenow exo minus) was iodoacetamide (Sigma-Aldrich) to added to concentration of 20 mmol / l and at RT for 30 min touched. Further notes for the modification is given in Annex 1:
An die Anker-Oligonukleotide wurde ein Oligo-31 hybridisiert:To the anchor oligonucleotides an oligo-31 was hybridized:
Eine 100 nmol/l Lösung von Oligo 31 im Einbaupuffer (20 μl) wurde für 5 min bei RT in Kontakt mit der Oberfläche der festen Phase gebracht, anschließend wurde die Oberfläche mit dem Einbaupuffer (100 μl) gewaschen. Anschließend wurde derA 100 nmol / l solution of oligo 31 in the built-in buffer (20 μl) was for Brought into contact with the surface of the solid phase at RT for 5 min, subsequently became the surface with the built-in buffer (100 μl) washed. Subsequently became the
Primer T7-19 an die Primerbindungsstelle im Oligo 31 hybridisiert:Primer T7-19 to the primer binding site hybridized in Oligo 31:
Eine 10 nmol/l Lösung von T7-19 im Einbaupuffer (20 μl) wurde für 5 min bei RT in Kontakt mit der Oberfläche der festen Phase gebracht, anschließend wurde die Oberfläche mit dem Einbaupuffer (100 μl) gewaschen.A 10 nmol / l solution of T7-19 in the built-in buffer (20 μl) was for Brought into contact with the surface of the solid phase at RT for 5 min, subsequently became the surface with the built-in buffer (100 μl) washed.
Zur Detektion wurde das oben dargestellt optische System verwendet, wobei mehrere Positionen auf der Oberfläche analysiert wurden. Eine Position hat eine Fläche von 4800 μm2. Die Signalauszählung erfolgte mit einer Software, die Fluoreszenzsignale von einzelnen Molekülen identifizieren kann. Detailliert ist das Sequenzierungsverfahren in den Anmeldungen WO 02088382, WO 03031947 dargestellt, wobei hier der Einsatz der neuen festen Phase für solche Verfahren beschrieben wird. Zur reproduzierbaren Auffindung derselben Positionen auf der festen Phase über mehrere Zyklen wurde ein Justiermuster aufgetragen. In diesem Fall bestand das Muster aus Tusche-Teilchen, die sich aus einer wässrigen Lösung auf die Oberfläche der festen Phase absorbiert haben. Diese Teilchen ermöglichen eine optische Rejustierung der Positionen der Oberfläche und die Wiederfindung einzelner Sequenzierstellen (Primer-Plasmid-Komplexe).For detection, the optical system shown above was used, with several positions on the surface being analyzed. One position has an area of 4800 μm 2 . The signal was counted with software that can identify fluorescence signals from single molecules. The sequencing method is described in detail in the applications WO 02088382, WO 03031947, which describes the use of the novel solid phase for such methods. For reproducible finding of the same positions on the solid phase over several cycles, an alignment pattern was applied. In this case, the pattern consisted of ink particles that had absorbed from an aqueous solution onto the surface of the solid phase. These particles allow optical readjustment of the positions of the surface and the recovery of individual sequencing sites (primer-plasmid complexes).
Die Zahl der Signale von einzelnen in die Nukleinsäure eingebauten markierten Nukleotidmolekülen an einzelnen Positionen ist in der Tabelle 15 präsentiert.The Number of signals from individual labeled nucleic acids incorporated into the nucleic acid Nucleotide molecules on individual positions is presented in Table 15.
Es wurden insgesamt 20 Zyklen durchgeführt.It a total of 20 cycles were performed.
Zyklus (A) schließt folgende Schritte ein:cycle (A) closes following steps:
- 1) die Oberfläche der festen Phase mit den fixierten Primer-Matrizekomplexen wurde mit Spaltungspuffer (10 μl) 5 min bei RT inkubiert, anschließend mit dem Waschpuffer gewaschen, dann für 5 min bei RT mit Alkylierungspuffer (20 μl) gewaschen (zur Blockade von freien SH-Gruppen) und dann mit Waschpuffer gewaschen.1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes were incubated with cleavage buffer (10 μl) for 5 min incubated at RT, then washed with the wash buffer, then for 5 min at RT with alkylation buffer (20 μl) washed (to block free SH groups) and then with wash buffer washed.
- 2) es wurde der Lösung "A,G" (10 μl) auf die Oberfläche gegeben und bei RT 5 min inkubiert, so dass gegebenenfalls eine Einbaureaktion von dATP und oder dGTP stattfinden kann. Anschließend wurde die Oberfläche mit dem Waschpuffer gewaschen.2) it was the solution "A, G" (10 ul) on the surface and incubated at RT for 5 min, so that optionally one Assembly reaction of dATP and or dGTP can take place. Subsequently was the surface washed with the washing buffer.
- 3) Detektion3) detection
Zyklus (U) schließt folgende Schritte ein:cycle (U) closes following steps:
- 1) die Oberfläche der festen Phase mit den fixierten Primer-Matrizekomplexen wurde mit Lösung "U" 5 min bei RT inkubiert und anschließend mit dem Waschpuffer gewaschen.1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes was treated with solution "U" 5 incubated at RT and then washed with the washing buffer.
- 2) Detektion2) detection
Zyklus (C) schließt folgende Schritte ein:cycle (C) closes following steps:
- 1) die Oberfläche der festen Phase mit den fixierten Primer-Matrizekomplexen wurde mit Lösung "C" 5 min bei RT inkubiert und anschließend mit dem Waschpuffer gewaschen.1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes was treated with solution "C" 5 incubated at RT and then washed with the washing buffer.
- 2) Detektion2) detection
Tabelle 15 Summations-Signal, 01330 MFC: Channel B, Table 15 Summation Signal, 01330 MFC: Channel B,
Die
Zahl der detektierten Signale ändert
sich in einzelnen Zyklen. Wenn Signale von einzelnen Nukleiotidmolekülen mit
denselben Koordinaten in die Reihenfolge ihres Erscheinens vom Zyklus
1 bis Zyklus 20 anordnet werden, ergibt sich eine Verteilung von
Reihenfolgen der Signalen. Diese Reihenfolgen (Sequenz-Rohdaten)
wurden für
Position 2 und 3 rekonstruiert und sind in der
In diesem Beispiel wurden nur zwei markierte und zwei unmarkierte Nukleotide verwendet. Die Sequenzierungsreaktion läuft an einzelnen Oligonukleotidmolekülen unterschiedlich schnell ab, so dass es zu einer Verteilung der tatsächlich gemessenen Sequenzen kommt. Die Sequenzen sind in der Tabelle 20 (s. Anhang 3) in unterschiedliche Längen zusammengefaßt, korrespondierend zur Zahl der gemessenen Signale mit denselben Koordinaten. Man sieht Spalten mit der Bezeichnung Länge 1, Länge 2 ... Länge 5.In In this example, only two labeled and two unlabeled nucleotides were used used. The sequencing reaction proceeds differently on individual oligonucleotide molecules fast, making it a distribution of actually measured Sequences is coming. The sequences are shown in Table 20 (see Appendix 3) in different lengths summarized, corresponding to the number of measured signals with the same coordinates. You can see columns with the name length 1, length 2 ... length 5.
Die zu ermittelnde Sequenz "-U-U-U-U-C-" wurde 215 mal an beiden Position detektiert. Andere Sequenzen stellen nur partiell verlängerte oder fehlerhafte Sequenzen dar.The to be determined sequence "-U-U-U-U-C-" was 215 times detected in both positions. Other sequences are only partial extended or erroneous sequences.
Im Zusammenhang mit dieser Anmeldung sind folgende Tatsachen von großer Bedeutung:
- 1) an der erfindungsgemäßen Oberfläche kann eine hochparallele Sequenzierungsreaktion durchgeführt werden, wobei Signale von einzelnen Molekülen detektiert werden.
- 2) Die unspezifische Bindung von markierten Komponenten, wie beispielsweise dCTP-SS-Cy3 ist sehr gering: bei Inkubationsschritten, die keinen Einbau von dCTP-SS-Cy3 zulassen (die Sequenz hat die potenzielle Stelle noch nicht erreicht), beträgt die unspezifische Bindung weniger als 10 Ereignisse pro 100 μm2 (s. z.B. Zyklen 1, 5, 8, 11).
- 1) a highly parallel sequencing reaction can be carried out on the surface according to the invention, whereby signals of individual molecules are detected.
- 2) The non-specific binding of labeled components, such as dCTP-SS-Cy3, is very low: in incubation steps that do not permit the incorporation of dCTP-SS-Cy3 (the sequence has not yet reached the potential site), the non-specific binding is less as 10 events per 100 μm 2 (eg cycles 1, 5, 8, 11).
In einem anderen Beispiel der Sequenzierung der Oligonukleotide mit der erfindungsgemäßen Oberfläche wurde die Konzentration des Oligo-31, was an die feste Phase über den Linker gebunden war, um die Hälfte reduziert. Alle anderen Schritte wurde identisch wie im oben beschriebenen Beispiel durchgeführt. Man sieht in der Tabelle 16, dass die Zahl der Signale, die durch Einbau von markierten Nukleotiden zustande kommen, nur die Hälfte der Signale im entsprechenden Schritt im anderen Beispiel (Tabelle 15) beträgt. Die unspezifische Bindung von markierten Nukleotiden ist aber genauso gering (unter 10 Ereignisse pro 100 μm2).In another example of sequencing the oligonucleotides having the surface of the invention, the concentration of oligo-31 bound to the solid phase via the linker was reduced by half. All other steps were carried out identically as in the example described above. It can be seen in Table 16 that the number of signals resulting from incorporation of labeled nucleotides is only half of the signals in the corresponding step in the other example (Table 15). However, the non-specific binding of labeled nucleotides is just as low (below 10 events per 100 μm 2 ).
Tabelle 16 Summations-Signal, 01330 MFC: Channel A, Table 16 Summation Signal, 01330 MFC: Channel A,
In ähnlicher weise können auch andere erfindungsgemäße Oberflächen der festen Phase eingesetzt werden.In similar wise also other surfaces of the invention solid phase can be used.
6.2 Reaktion am M-13-Plasmids6.2 Reaction at the M-13 plasmid
In diesem Beispiel wird gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen festen Phase eine sequenzabhängige Einbaureaktion an langen Nukleinsäurekettenfragmenten (NSKFs) durchgeführt werden kann. Die unspezifische Bindung von NSKFs an die Oberfläche ist gering.In This example shows that with the solid according to the invention Phase a sequence-dependent Incorporation reaction on long nucleic acid chain fragments (NSKFs) carried out can be. The nonspecific binding of NSKFs to the surface is low.
Die feste Phase wurde wie im Beispiel 5.1.3 vorbereitet, so dass Oligonukleotide mit einer freien 3'-Gruppe an der Oberfläche der festen Phase fixiert sind und als Primer für die Extensionsreaktion dienen können. An diese Oligonukleotide wurden Fragmente des M-13-Plasmid hybridisiert, die mit einer poly-dT-Strecke zur Hybridisierung versehen wurden.The solid phase was prepared as in Example 5.1.3 so that oligonucleotides having a free 3 'group are fixed to the surface of the solid phase and can serve as primers for the extension reaction NEN. To these oligonucleotides were hybridized fragments of the M-13 plasmid which were provided with a poly-dT stretch for hybridization.
Die Reaktion verlief in mehren Schritten, einzelne Schritte in der Tabelle 17 dargestellt. Zur Detektion wurde das oben dargestellt optische System verwendet, wobei mehrere Positionen auf der Oberfläche analysiert wurden. Eine Position hat eine Fläche von 4800 μm2. Die Signalanalyse erfolgte mit einer Software, die Fluoreszenz-Signale von einzelnen Molekülen identifizieren kann. Detailliert ist das Verfahren in Anmeldungen (WO 02088382, WO 03031947) dargestellt, wobei hier der Einsatz der neuen festen Phase für solche Verfahren beschrieben wird.The reaction proceeded in several steps, individual steps shown in Table 17. For detection, the optical system shown above was used, with several positions on the surface being analyzed. One position has an area of 4800 μm 2 . The signal analysis was performed using software that can identify fluorescence signals from single molecules. The process is described in detail in applications (WO 02088382, WO 03031947), which describes the use of the novel solid phase for such processes.
Im einzelnen:In detail:
Material-VorbereitungMaterial Preparation
Ein einzelsträngiges M-13-Plasmid, ca. 7.4 kB lang, (Amersham Bioscience) in der Konzentration 100 ng/μl, 100μl, in 20mM Tris-HCl-Puffer, pH 8,5, wurde mit Ultraschall (400 Watt) 10 sec fragmentiert. Anschließend erfolgte eine "tailing"-Reaktion mit einem Gemisch aus dTTP (100 μmol/l) und dUTP-Cy3 (Amersham-Bioscience), 1 μmol/l, mit der Terminalen Deoxynukleotidyltransferase (Amersham Bioscience), wie in WO 02088382 oder in "Molecular cloning" 1989, Ed. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory dargestellt ist. Das Reaktionsprodukt wurde mit Qiaquick-Kit (Qiagen) für PCR-Produkte gereinigt. Die aufgereinigten Plasmid-DNA-Fragmente (aufgelöst in Wasser) wurden auf 95°C erhitzt und auf RT abgekühlt.One single-stranded M-13 plasmid, approximately 7.4 kb in length, (Amersham Bioscience) in concentration 100 ng / μl, 100μl, in 20mM Tris-HCl buffer, pH 8.5, was sonicated (400 watts) 10 sec fragmented. Subsequently was a "tailing" reaction with a Mixture of dTTP (100 μmol / l) and dUTP-Cy3 (Amersham-Bioscience), 1 μmol / L, with the terminal deoxynucleotidyltransferase (Amersham Bioscience), as in WO 02088382 or in "Molecular cloning" 1989, Ed. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory is shown. The reaction product was cleaned with Qiaquick kit (Qiagen) for PCR products. The purified plasmid DNA fragments (dissolved in water) were heated to 95 ° C and cooled to RT.
Fixierung an die OberflächeFixation to the surface
Fragmente von M-13-Plasmid wurden bis Konzentration von 5 ng/μl verdünnt im 50 mmol/l Tris-HCl-Puffer, 50 mmol/l NaCl, 1 mmol/l MgCl2 verdünnt und für 30 min in Kontakt mit der festen Phase gebracht. Es erfolgte dabei eine Hybridisierung von M-13-Fragmenten mit poly-dT-Strecken an die auf der Oberfläche fixierten Oligo-dA50. Die Bindung an die Oberfläche betrug zwischen 100 und 400 Stränge pro 100 μm2. In Kontrollexperimenten wurden M-13-Fragmente in Kontakt mit den Oberflächen der festen Phasen gebracht, die keine Oligo-dA50 enthielten und nach der Prozedur im Beispiel 1.1, 4.1 oder 5.1.2 hergestellt wurden. In diesen Kontrollexperimenten wurde nur eine geringe unspezifische Bindung von M-13-Fragmenten an die feste Phase detektiert (unter 30 Signale pro 100 μm2).Fragments of M-13 plasmid were diluted to concentration of 5 ng / μl diluted in 50 mmol / l Tris-HCl buffer, 50 mmol / l NaCl, 1 mmol / l MgCl 2 and in contact with the solid phase for 30 min brought. Hybridization of M-13 fragments with poly-dT tracts to the surface-fixed oligo-dA50 was performed. The bond to the surface was between 100 and 400 strands per 100 μm 2 . In control experiments, M-13 fragments were brought into contact with the surfaces of the solid phases which did not contain oligo-dA50 and were prepared according to the procedure in Example 1.1, 4.1 or 5.1.2. In these control experiments only a small non-specific binding of M-13 fragments to the solid phase was detected (below 30 signals per 100 μm 2 ).
Die Signale an den M-13-Fragmenten stammen von den beim "Tailing" eingebauten dUTP-Cy3-Molekülen. Nach der Detektion der Dichte der M-13-Fragmente wurden diese Farbstoffe durch Bestrahlung der Oberfläche ausgeblichen, so dass sie in späteren Schritten keine Fluoreszenzsignale abgeben.The Signals at the M-13 fragments are from the tailing-built dUTP-Cy3 molecules. To the detection of the density of the M-13 fragments became these dyes by irradiation of the surface faded, so they later Steps do not emit fluorescence signals.
Zur reproduzierbaren Auffindung derselben Positionen auf der festen Phase über mehrere Zyklen wurde ein Justiermuster aufgetragen. In diesem Fall bestand das Muster aus Tusche-Teilchen, die sich aus einer wässrigen Lösung auf die Oberfläche der festen Phase absorbiert haben. Diese Teilchen ermöglichen eine optische Rejustierung der Positionen der Oberfläche und die Wiederfindung einzelner Sequenzierstellen (Primer-Plasmid-Komplexe).to reproducible finding of the same positions on the solid Phase over several cycles an adjustment pattern was applied. In this case The pattern consisted of ink particles, which consisted of an aqueous solution on the surface have absorbed the solid phase. These particles allow an optical readjustment of the positions of the surface and the recovery of individual sequencing sites (primer-plasmid complexes).
Die Sequenzierungsreaktion wurde mit dUTP- und dCTP-Analoga durchgeführt, die im Beispiel 7B beschrieben sind (dUTP-SOS-Cy3 und dCTP-SOS-Cy3). Eine ähnliche Sequenzierungsreaktion kann auch mit anderen Nukleotiden durchgeführt werden, die wie in Beispiel 7 oder WO 02088382 dargestellt, synthetisiert werden.The Sequencing reaction was performed with dUTP and dCTP analogs which Example 7B (dUTP-SOS-Cy3 and dCTP-SOS-Cy3). A similar Sequencing reaction can also be performed with other nucleotides which are synthesized as shown in Example 7 or WO 02088382.
Als Polymerase wurde Klenow Exo – (Amersham Bioscience) in Konzentration 1 Unit/50 μl eingesetzt.When Polymerase was Klenow exo - (Amersham Bioscience) in concentration 1 unit / 50 μl.
Puffer und Arbeitslösungen:Buffers and working solutions:
- Einbaupuffer: 50 mmol/l Tris-HCl, pH 8.7, 50 mmol/l NaCl, 1 mmol/l MgCl2 Installation buffer: 50 mmol / l Tris-HCl, pH 8.7, 50 mmol / l NaCl, 1 mmol / l MgCl 2
- Spaltungspuffer: Merkaptoethanol 100 mmol/l, im EinbaupufferCleavage buffer: mercaptoethanol 100 mmol / l, in the built-in buffer
- Block-Puffer: Iodacetamid 100 mmol/l im EinbaupufferBlock buffer: iodoacetamide 100 mmol / l in the incorporation buffer
- Waschpuffer entspricht dem Einbaupuffer.Wash buffer corresponds to the built-in buffer.
- Lösung "U" 1 μmol/l dUTP-SOS-Cy3 in Einbaupuffer + Polymerase 1 unit in 50 μlSolution "U" 1 μmol / l dUTP-SOS-Cy3 in built-in buffer + polymerase 1 unit in 50 μl
- Lösung "C" 1 μmol/l dCTP-SOS-Cy3 in Einbaupuffer + Polymerase 1 unit in 50 μlSolution "C" 1 μmol / l dCTP-SOS-Cy3 in built-in buffer + polymerase 1 unit in 50 μl
- Lösung "A,G" 0,1 μmol/l dATP und dGTP im Einbaupuffer + Polymerase 1 unit in 50 μlSolution "A, G" 0.1 μmol / l dATP and dGTP in the built-in buffer + polymerase 1 unit in 50 μl
Alle Reaktionsschritte (Einbaureaktion, Spaltung) wurden bei Raumtemperatur (RT) für 5 min durchgeführt.All Reaction steps (incorporation reaction, cleavage) were carried out at room temperature (RT) for 5 min.
Es wurden insgesamt 104 Zyklen durchgeführt.It a total of 104 cycles were performed.
Zyklus (T) Schließt folgende Schritte ein:cycle (T) Close following steps:
- 1) Hybridisierung von Fragmenten von M-13-Plasmid1) Hybridization of fragments of M-13 plasmid
- 2) Detektion2) detection
- 3) Bleichen der Signale von den eingebauten markierten Nukleotiden.3) bleaching the signals from the incorporated labeled nucleotides.
Zyklus (A) schließt folgende Schritte ein:cycle (A) closes following steps:
- 1) die Oberfläche der festen Phase mit den fixierten Primer-Matrizekomplexen wurde mit Spaltungspuffer (10 μl) 5 min bei RT inkubiert und anschließend mit dem Waschpuffer gewaschen, anschließend Block-Puffer für 5 min bei RT behandelt.1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes were incubated with cleavage buffer (10 μl) for 5 min incubated at RT and then washed with the washing buffer, then block buffer for 5 min treated at RT.
- 2) es wurde die Lösung "A,G" (10 μl) auf die Oberfläche gegeben und bei RT 5 min inkubiert, so dass gegebenenfalls eine Einbaureaktion von dATP und oder dGTP stattfinden kann. Anschließend wurde die Oberfläche mit dem Waschpuffer gewaschen.2) the solution "A, G" (10 μl) was applied to the surface and incubated at RT for 5 min, so that optionally one Assembly reaction of dATP and or dGTP can take place. Subsequently was the surface washed with the washing buffer.
- 3) Detektion3) detection
Zyklus (a) schließt folgende Schritte ein:cycle (a) closes following steps:
- 1) die Oberfläche der festen Phase mit den fixierten Primer-Matrizekomplexen wurde mit Spaltungspuffer (10 μl) 5 min bei RT inkubiert und anschließend mit dem Waschpuffer gewaschen, anschließend Block-Puffer für 5 min bei RT behandelt.1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes were incubated with cleavage buffer (10 μl) for 5 min incubated at RT and then washed with the washing buffer, then block buffer for 5 min treated at RT.
- 2) Detektion2) detection
Zyklus (U) schließt folgende Schritte ein:cycle (U) closes following steps:
- 1) die Oberfläche der festen Phase mit den fixierten Primer-Matrizekomplexen wurde mit der Lösung "U" 5 min bei RT inkubiert und anschließend mit dem Waschpuffer gewaschen.1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes was incubated with the solution "U" for 5 min at RT and then with Washed the washing buffer.
- 2) Detektion2) detection
Zyklus (C) schließt folgende Schritte ein:cycle (C) closes following steps:
- 1) die Oberfläche der festen Phase mit den fixierten Primer-Matrizekomplexen wurde mit der Lösung "C" 5 min bei RT inkubiert und anschließend mit dem Waschpuffer gewaschen.1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes was incubated with the solution "C" for 5 min at RT and then with Washed the washing buffer.
- 2) Detektion2) detection
(Abweichungen von diesen Schritten sind mit Kursiv angegeben)(deviations of these steps are indicated by italics)
Ergebnis:Result:
Die Veränderungen der Zahl der Signale von einzelnen eingebauten markierten Nukleotiden sieht man in der Tabelle 17. The changes the number of signals from individual incorporated labeled nucleotides can be seen in Table 17.
Tabelle 17 Summations-Signal, 00979 MFC: Channel A, Table 17 Summation Signal, 00979 MFC: Channel A,
In der Tabelle stehen Zeilen für zyklische Schritte, die Spalten für Positionen. Die Zahlen geben die jeweils gemessene Anzahl der Fluoreszenzsignale von einzelnen Molekülen pro eine Position im jeweiligen Zyklus wieder. Der Mittelwert bedeutet die durchschnittliche Zahl der Signale aus 4 Positionen.In The table contains lines for cyclic steps, the columns for positions. The numbers give each measured number of fluorescence signals from individual molecules per one position in the respective cycle. The mean means the average number of signals from 4 positions.
In diesem Beispiel sollte sich die Auswertung der Daten auf die Tatsache der Sequenzabhängigkeit der Einbaureaktion von markierten Nukleotiden und der geringen unspezifischen Bindung von markierten Nukleotiden an die Oberfläche während der Analyse beschränken. Die Sequenzen werden in diesem Beispiel nicht ausgewertet.In This example should evaluate the data based on the fact the sequence dependence of Incorporation reaction of labeled nucleotides and the small nonspecific Limit binding of labeled nucleotides to the surface during analysis. The Sequences are not evaluated in this example.
Auswertung:Evaluation:
Es wurde eine sequenzabhängige Reaktion beobachtet. Durch Variationen in der Reihenfolge der Zugabe von markierten Nukleotiden wird gezeigt, dass der Einbau sequenzspezifisch ist: durch mehrfach nacheinander wiederholte Zugabe von Nukleotiden gleicher Art verringert sich der Einbau von diesen Nukleotiden, da zur Verfügung stehenden Stellen abgesättigt werden (s. Zyklen 16 bis 28 und 30 bis 35). In den darauf folgenden Schritten wurde der Einbau wieder aufgenommen, da alle Sequenzen potenziell auf Angebot von markierten Nukleotide warten.It became a sequence dependent Reaction observed. By variations in the order of addition labeled nucleotides are shown to be sequence specific is: by repeated successive addition of nucleotides the same way, the incorporation of these nucleotides decreases since to disposal saturated passages (see cycles 16 to 28 and 30 to 35). In the following The installation was resumed as all sequences potentially waiting for supply of labeled nucleotides.
Wenn alle potenzielle Stellen zum Einbau abgesättigt sind, beobachtet man nur unspezifisch an die Oberfläche gebundenen markierte Nukleotide. Dabei wird bei der Berechnung der Zahl von unspezifisch gebundenen markierten Nukleotiden die durchschnittliche Zahl der nach der Spaltung verbliebenen Signale abgezogen. In den Zyklen 28, 34 und 68 sieht man, dass die Zahl der Signale von markierten Nukleotiden unter 40 pro 100 μm2 liegt. Dabei in den Zyklen 28 und 34 besteht die Möglichkeit einer Einbaureaktion (die Polymerase ist in der Lösung). Im Zyklus 68 wurde lediglich dUTP-SOS-Cy3 zugegeben ohne Polymerase, man sieht entsprechend weniger Signale.When all potential sites are saturated for incorporation, only nonspecifically surface-bound labeled nucleotides are observed. In the calculation of the number of nonspecifically bound labeled nucleotides, the average number of signals remaining after the cleavage is subtracted. In cycles 28, 34 and 68 it can be seen that the number of signals from labeled nucleotides is below 40 per 100 μm 2 . In the cycles 28 and 34 there is the possibility of an incorporation reaction (the polymerase is in the solution). In cycle 68, only dUTP-SOS-Cy3 was added without polymerase, correspondingly fewer signals are seen.
Die
Formel für
die Berechnung der Dichte der unspezifisch gebundenen markierten
Komponenten:
- D
- = Dichte der unspezifisch gebundenen markierten Komponenten
- N
- = Zahl der Signale im Zyklus N mit markierten Nukleotiden
- A
- = Zahl der Signale im vorangegangenen Abspaltungszyklus
- 4800
- = Fläche einer Position, μm
- 100
- = Bezugsfläche für die Dichteberechung, μm
- D
- Density of unspecifically bound labeled components
- N
- = Number of signals in cycle N with labeled nucleotides
- A
- = Number of signals in the previous cleavage cycle
- 4800
- = Area of a position, μm
- 100
- = Reference surface for the density calculation, μm
Beispiel 7Example 7
Synthese von mofifizierten NukleotidenSynthesis of mofected nucleotides
Beispiele für Synthesen von Nukleotid-Analoga und deren Spaltungsbedingungen, die in einem Sequenzierverfahren eingesetzt werden können, s. Beispiel 6.Examples for syntheses of nucleotide analogs and their cleavage conditions, which in one Sequencing can be used, s. Example 6.
Analog zu diesen Synthesen können auch andere Nukleotidanaloga synthetisiert werden. Als Ausgangssubstanzen können dabei beispielsweise für Synthesen 7A – 7C: 7-Deaza-ATP-7-Propargylamin, 7-Deaza-dATP-7-Propargylamin, 7-Deaza-ddATP-7-Propargylamin, 7-Deaza-GTP-7-Propargylamin, 7-Deaza-dGTP-7-Propargylamin, 7- Deaza-ddGTP-7-Propargylamin, UTP-5-Propargylamin, dUTP-5-Propargylamin, ddUTP-5-Propargylamin, CTP-5-Propargylamin, dCTP-5-Propargylamin, ddCTP-5-Propargylamin usw. eingesetzt werden (erhältlich von Chembiotech, Münster, Deuschland, Jena Bioscience, Jena, Deutschland). Im weiteren können beispielsweise folgende Vorstufen von anderen Nukleotid-Analogen ähnlich zu der Synthese 7D am 5-Iod-2'-Deoxyuridin eingesetzt werden: 7-Iod-7-Deaza-2'-Deoxyadenosin, 7-Iod-7-Deaza-2'-DeoxyGuanosin, 5-Iod-2'-Deoxycytidine (erhältlich von Chembiotech, Münster, Deuschland, Jena Bioscience, Jena, Deutschland).,Analogous to these syntheses can also other nucleotide analogues are synthesized. As starting substances can for example, for Syntheses 7A-7C: 7-deaza-ATP-7-propargylamine, 7-deaza-dATP-7-propargylamine, 7-deaza-ddATP-7-propargylamine, 7-deaza-GTP-7-propargylamine, 7-deaza-dGTP-7-propargylamine, 7-deaza-ddGTP-7-propargylamine, UTP-5-propargylamine, dUTP-5-propargylamine, ddUTP-5-propargylamine, CTP-5-propargylamine, dCTP-5-propargylamine, ddCTP-5-propargylamine, etc. used will be available (available from Chembiotech, Münster, Deuschland, Jena Bioscience, Jena, Germany). In the further example, for example following precursors of other nucleotide analogs similar to Synthesis 7D on 5-iodo-2'-deoxyuridine 7-iodo-7-deaza-2'-deoxyadenosine, 7-iodo-7-deaza-2'-deoxy-guanosine, 5-iodo-2'-deoxycytidine (available from Chembiotech, Münster, Deuschland, Jena Bioscience, Jena, Germany).,
Trennungsmethoden:Separation Methods:
Dünnschichtchromatographie, DC:Thin Layer Chromatography, DC:
Analytisch: „DC-Alufolien 20 × 20 cm Kieselgel 60 F 254" (VWR), beschichtet mit Fluoreszenzindikator. Visualisierung erfolgt mittels UV-Licht. Laufmittel Ethanol-Wasser-Gemisch (70:30) (Laufmittel, LM 1) oder Ethanol-Wasser-Gemisch (90:10) (LM 2).Analytical: "DC aluminum foils 20 × 20 cm silica gel 60 F 254 "(VWR), coated with fluorescent indicator. Visualization is done by means of UV light. Eluent ethanol-water mixture (70:30) (eluent, LM 1) or ethanol-water mixture (90:10) (LM 2).
Präparativ: Kieselgel-Glasplatten mit Sammelschicht (VWR). LM 1 oder LM 2.synthetically: Silica gel glass plates with collecting layer (VWR). LM 1 or LM 2.
Umkehrphasen-Chromatographie (RP-Chromatographie), RP-18:Reverse phase chromatography (RP-chromatography), RP-18:
C-18 Material (Fluka), Säulenvolumen 10ml, Wasser-Methanol-Gradient. Fraktionen je 1ml wurden gesammelt und mit UV-Vis-Spektrometer analysiert. Fraktionen mit ähnlichen Spektren wurden vereinigt und lyophilisiert.C-18 Material (Fluka), column volume 10ml, water-methanol gradient. Fractions per 1ml were collected and analyzed with UV-Vis spectrometer. Fractions with similar Spectra were pooled and lyophilized.
HPLC-Säulen mit ähnlichem Material können verwendet werden (Sigma), Gradient: wässriger Puffer:Acetonitril (Acetat-Puffer:Acetonitril).HPLC columns with similar Material can used (Sigma), gradient: aqueous buffer: acetonitrile (Acetate buffer: acetonitrile).
Ionenaustausch-ChromatographieIon exchange chromatography
DEAE-Zellulose (VWR), Gradient NH4HCO3 20mmol/l – 1mol/l, Fraktionen wurden unter UV/Vis -Kontrolle gesammelt und auf Grundlage gleicher Spektren vereinigt.DEAE-cellulose (VWR), gradient NH 4 HCO 3 20mmol / l - 1mol / l, fractions were collected under UV / Vis control and pooled on the same spectra.
Material:Material:
dUTP-AA (dUTP-5-Allylamine, Jena-Bioscience,) dCTP-PA (dCTP-5-Propargylamin, Jena-Bioscience), PDTP-NHS (3-(2-Pyridinyl-dithio)-propionsäure-N-hydroxysuccinimidyl-ester, Sigma-Aldrich-Fluka, Taufkirchen, Deutschland, (im weiteren als Sigma oder Aldrich oder Fluka bezeichnet)), CDI (1,1'-Carbonyldiimidazol, Sigma), Cy3 (Farbstoff, Amerscham Bioscience, Freiburg, Deutschland, im weiteren als Amersham Bioscience bezeichnet)), Cy3- NHS (Cy3-N- hydroxysuccinimidyl-ester, Amerscham Bioscience), MEA (Mercaptoethylamine, Sigma), DTT (1,4-Dithio-DL-threit, Sigma), CA (Cystamine, Sigma), TCEP – (Tris-(2-carboxyethyl)phosphine, Sigma), DTBP (3,3'-Dithio-Bis-Propionsäure, Fluka), J-Ac (Iodoacetat, Sigma), Iodacetamid (Sigma), TMR-NHS (Tetramethylrhodaminhydroxysuccinimidyl-ester, Sigma).dUTP-AA (dUTP-5-Allylamine, Jena-Bioscience,) dCTP-PA (dCTP-5-propargylamine, Jena-Bioscience), PDTP-NHS (3- (2-pyridinyl-dithio) -propionic acid-N-hydroxysuccinimidyl-ester, Sigma-Aldrich-Fluka, Taufkirchen, Germany, (hereinafter referred to as Sigma or Aldrich or Fluka)), CDI (1,1'-carbonyldiimidazole, Sigma), Cy3 (dye, Amerscham Bioscience, Freiburg, Germany, further as Amersham Bioscience ), Cy3-NHS (Cy3-N-) hydroxysuccinimidyl ester, Amerscham Bioscience), MEA (mercaptoethylamine, Sigma), DTT (1,4-Dithio-DL-Threit, Sigma), CA (Cystamine, Sigma), TCEP - (tris (2-carboxyethyl) phosphines, Sigma), DTBP (3,3'-dithio-bis-propionic acid, Fluka), J-Ac (iodoacetate, Sigma), iodoacetamide (Sigma), TMR-NHS (tetramethylrhodamine hydroxysuccinimidyl ester, Sigma).
Lösungsmittel wurden, wenn nötig, absolutiert verwendet (Fluka) oder nach Standardverfahren getrocknet. Bei Lösungsmittelgemischen beziehen sich die angegebenen Mischungsverhältnisse auf die eingesetzten Volumina (v/v).solvent were, if necessary, Absolutely used (Fluka) or dried by standard methods. For solvent mixtures the specified mixing ratios refer to the used Volumes (v / v).
Beispiel 7A:Example 7A:
Synthese von dUYP-SS-Farbstofff
(
dUTP-AA-PDTP,dUTP-AA PDTP,
20 mg dUTP-AA wurden in 1ml Wasser gelöst und der pH-Wert mit NaOH auf 8.5 eingestellt. Zur dUTP-AA – Lösung wurde PDTP-NHS 60mg in 0.5 ml Methanol, tropfenweise unter Rühren zugegeben. Reaktion wurde 2 h bei 40°C durchgeführt. DC-Kontrolle: dUTP-AA-PDTP (in LM 1 Rf 0.45).20 mg dUTP-AA were dissolved in 1 ml of water and the pH was adjusted to NaOH set to 8.5. To the dUTP-AA solution was added PDTP-NHS 60mg in 0.5 ml of methanol, added dropwise with stirring. Reaction was 2 h at 40 ° C carried out. DC control: dUTP-AA-PDTP (in LM 1 Rf 0.45).
Die Trennung von überschüssigem PDTP-NHS und PDTP erfolgte auf präparativen Kieselgel-Platten, LM 2. Das Produkt, dUTP-AA-PDTP, und dUTP-AA bleiben auf der Startlinie. Die Nukleotide wurden von der Platte mit Wasser eluiert und eingeengt. Dieses dUTP-Analog trägt nun eine Disulfid-Bindung, die in einer Thiolaustauschreaktion mit anderen Thiolen reagieren kann und eine unter milden Bedingungen spaltbare Verbindung darstellt.The Separation of excess PDTP-NHS and PDTP was preparative Silica gel plates, LM 2. The product, dUTP-AA-PDTP, and dUTP-AA stay on the starting line. The nucleotides were from the plate eluted with water and concentrated. This dUTP analog now has one Disulfide bond, which in a thiol exchange reaction with others Thiols can react and a fissile under mild conditions Represents connection.
Kopplung von Farbstoff:Coupling of dye:
Zu 1ml wässriger CA-Lösung, 200 mmol/l, pH 8.5 eingestellt mit NaOH, wurde Cy3-NHS zugegeben, bis die Konzentration des Cy3-Farbstoffs 10 mmol/l betrug. Die Reaktion wurde 10 min bei RT gerührt. Anschließend wurde 1 ml TCEP-Lösung (0.5 mol/l), pH 8.0 eingestellt mit NaOH, zugegeben und weitere 10 min bei RT gerührt. Das Produkt (Cy3-MEA) wurde auf RP-18 getrennt (Wasser-Methanol-Gradient).To 1ml aqueous CA solution, 200 mmol / l, pH 8.5 adjusted with NaOH, Cy3-NHS was added until the concentration of the Cy3 dye was 10 mmol / l. The reaction was stirred at RT for 10 min. Subsequently was 1 ml of TCEP solution (0.5 mol / L), pH 8.0 adjusted with NaOH, added and more Stirred for 10 min at RT. The product (Cy3-MEA) was separated on RP-18 (water-methanol gradient).
Zu 100μl, 10mmol/l MEA-Cy3 in 50mM Borat, pH 9.5, wurde 50μl 30mmol/l dUTP-AA-PDTP in 50mM Borat, pH 9.5 zugegeben. Nach 1 Stunde wurde das dUTP-SS-Cy3 durch Dünnschicht-Chromatographie, LM 1, Rf. 0.6, von MEA-Cy3, Rf. 0.9, getrennt. Anschließend wurde dUTP-SS-Cy3 auf RP-18-HPLC getrennt.To 100μl, 10mmol / l MEA-Cy3 in 50mM borate, pH 9.5, was 50μl 30mmol / l dUTP-AA-PDTP in 50mM borate, pH 9.5 added. After 1 hour, the dUTP-SS-Cy3 was purified by thin layer chromatography, LM 1, Rf. 0.6, separated from MEA-Cy3, Rf. 0.9. Subsequently was dUTP-SS-Cy3 separated on RP-18 HPLC.
Anstelle von Cy3-NHS kann ein anderer Farbstoff, z.B. TMR-NHS, Alexa 568-NHS, Alexa 590-NHS, Alexa-555-NHS in ähnlicher Weise gekoppelt werden.Instead of Cy3-NHS may contain another dye, e.g. TMR-NHS, Alexa 568-NHS, Alexa 590-NHS, Alexa-555-NHS in similar Be paired way.
Spaltung der Disulfidbindung kann durch 100 mmol/l TCEP-NaOH Lösung erfolgen.cleavage the disulfide bond can be made by 100 mmol / l TCEP-NaOH solution.
Beispiel 7B:Example 7B:
Synthese von dUTP-SOS-
Farbstoff (
dUTP-AA-Propionat-SH,dUTP-AA-propionate-SH,
Zu 200μl 40mmol/l Lösung von dUTP-AA-PDTP wurde 1ml TCEP-Lösung 250mmol/l, pH 8, eingestellt mit NaOH, zugegeben und 10 min bei RT gerührt.To 200μl 40mmol / l solution of dUTP-AA-PDTP was added 1ml TCEP solution 250mmol / l, pH 8, with NaOH, added and stirred for 10 min at RT.
Die Trennung der Nukleotide von anderen Reagenzien erfolgte auf präparativen Kieselgel-Platten, LM 2. Produkt, dUTP-AA-Propionat-SH, bleibt auf der Startlinie. Die Nukleotide wurden von der Platte mit Wasser eluiert und eingeengt.The Separation of the nucleotides from other reagents was preparative Silica gel plates, LM 2nd product, dUTP-AA-propionate-SH, remains on the starting line. The nucleotides were eluted from the plate with water and concentrated.
Dieses dUTP-Analog trägt eine reaktive SH-Gruppe, die leicht modifiziert werden kann, beispielsweise durch Maleimide oder Acetohalogenide wie Iodacetat.This dUTP analog carries a reactive SH group that can be easily modified, for example by Maleimides or acetohalides such as iodoacetate.
Kopplung von Farbstoff:Coupling of dye:
Zu 100 μl wässriger CA-Lösung, 200 mmol/l, pH 8.5 eingestellt mit NaOH, wurde Cy3-NHS zugegeben, bis die Konzentration des Cy3-Farbstoffs 10 mmol/l betrug. Die Reaktion wurde 10 min bei RT gerührt. Anschließend wurde 0,2 ml TCEP-Lösung (0.5 mol/l), pH 8.0 eingestellt mit NaOH, zugegeben und weitere 10 min bei RT gerührt. Das Produkt (Cy3-MEA) wurde auf RP-18 getrennt (Wasser-Methanol-Gradient), lyophilisiert und dann in 100 μl 200 mmol/l Acetat-Puffer pH 5.5 aufgelöst.To 100 μl aqueous CA solution, 200 mmol / l, pH 8.5 adjusted with NaOH, Cy3-NHS was added, until the concentration of the Cy3 dye was 10 mmol / l. The reaction was stirred at RT for 10 min. Subsequently was 0.2 ml TCEP solution (0.5 mol / L), pH 8.0 adjusted with NaOH, added and more Stirred for 10 min at RT. The product (Cy3-MEA) was separated on RP-18 (water-methanol gradient), lyophilized and then in 100 μl 200 mmol / l acetate buffer pH 5.5 dissolved.
Zu 1 ml 1 mol/l Iodacetat in DMF wurde ein Äquivalent von CDI zugegeben. Nach 30 min bei RT wurden 10 μl dieser Lösung zu 100 μl Cy3-MEA in Acetat-Puffer zugegeben. Nach 30 min wurde NH4HCO3 bis zu Konzentration von 100 mmol/l zugegeben und nach weiteren 30 min wurde das Produkt, modifizierter Cy3-Farbstoff, auf RP-18 in Wasser-Methanol-Gradient aufgereinigt. Der dadurch erhaltene Cy3-Farbstoff trägt einen Linker, der eine Thioester-Bindung enthält und eine thiolreaktive Iodacetat-Bindung.To 1 ml of 1 mol / l iodoacetate in DMF was added one equivalent of CDI. After 30 min at RT, 10 μl of this solution was added to 100 μl of Cy3-MEA in acetate buffer. After 30 minutes, NH 4 HCO 3 was added to a concentration of 100 mmol / L and after a further 30 minutes the product, modified Cy3 dye, was purified to RP-18 in water-methanol gradient. The Cy3 dye thus obtained carries a linker containing a thioester bond and a thiol-reactive iodoacetate bond.
Der
erhaltene Cy3-Farbstoff wurde an das dUTP-AA-Propionat-SH gekoppelt:
Zu
30 μl 5
mmol/l Cy3-Derivat in 50 mmol/l Borat-Puffer pH 9.0 wurden 20 μl 20 mmol/l
dUTP-AA-Propionat-SH in 50 mmol/l Borat-Puffer pH 9.0 zugegeben.
Reaktion verlief 20 h bei RT. Anschließend wurde das Nukleotid mit
dem Farbstoff gereinigt:
Dünnschicht-Chromatographie,
LM 1, Rf. 0.6., Elution, dann RP-18-Säule im Wasser-Methanol-Gradient.The resulting Cy3 dye was coupled to the dUTP-AA-propionate-SH:
To 30 μl of 5 mmol / l Cy3 derivative in 50 mmol / l borate buffer pH 9.0, 20 μl 20 mmol / l dUTP-AA-propionate-SH in 50 mmol / l borate buffer pH 9.0 were added. Reaction proceeded for 20 h at RT. Subsequently, the nucleotide was purified with the dye:
Thin-layer chromatography, LM 1, Rf. 0.6., Elution, then RP-18 column in water-methanol gradient.
Anstelle von Cy3-NHS kann ein anderer Farbstoff, z.B. TMR-NHS, Alexa 568-NHS, Alexa 590-NHS, Alexa-555-NHS in ähnlicher Weise gekoppelt werden.Instead of Cy3-NHS may contain another dye, e.g. TMR-NHS, Alexa 568-NHS, Alexa 590-NHS, Alexa-555-NHS in similar Be paired way.
Spaltung des Thioesters kann durch 100 mmol/l Mercaptoethanol-Lösung in 50 mmol/l Tris-HCl 50 mmol/l, pH 9.0, NaCl und 1 mmol/l MgCl2 erfolgen.Cleavage of the thioester can be carried out by means of 100 mmol / l mercaptoethanol solution in 50 mmol / l Tris-HCl 50 mmol / l, pH 9.0, NaCl and 1 mmol / l MgCl 2 .
Beispiel 7C:Example 7C:
Synthese von dCTP-SCO-
Farbstoff (
dCTP-PA-Propionat-SH,dCTP-PA-propionate-SH,
Zu 200μl 40mmol/l Lösung von dCTP-PA-PDTP (synthetisiert analog zu dUTP-AA-PDTP) wurde 1ml TCEP-Lösung 250mmol/l, pH 8, eingestellt mit NaOH, zugegeben und 10 min bei RT gerührt.To 200μl 40mmol / l solution of dCTP-PA-PDTP (synthesized analogously to dUTP-AA-PDTP) 1ml TCEP solution was 250mmol / L, pH 8, adjusted with NaOH, added and stirred for 10 min at RT.
Die Trennung der Nukleotide von anderen Reagenzien erfolgte auf präparativen Kieselgel-Platten, LM 2. Produkt, dCTP-PA-Propionat-SH, bleibt auf der Startlinie. Die Nukleotide wurden von der Platte mit Wasser eluiert und eingeengt.The Separation of the nucleotides from other reagents was preparative Silica gel plates, LM 2. product, dCTP-PA-propionate-SH, remains the starting line. The nucleotides were eluted from the plate with water and concentrated.
Dieses dCTP-Analog trägt eine reaktive SH-Gruppe, die leicht modifiziert werden kann, beispielsweise unter Ausbildung von Thioestern.This dCTP analog carries a reactive SH group which can be easily modified, for example, under Training of thioesters.
Zu 20 μl einer 10 mmol/l Lösung von dCTP-PA-Propionat-SH in 50 mmol/l Borat-Puffer, 20 % Ethanol, pH 8.0 wird ein Äquivalent von TMR-NHS zugegeben (TMR-NHS ist ein Isomer mit der aktivierten Carboxygruppe in 5-Position). Reaktion verlieft 3 h bei RT. Anschließend wurde das Nukleotid mit dem Farbstoff gereinigt: Dünnschicht-Chromatographie, LM 1, Rf. 0.5., Elution, dann RP-18-Säule im Wasser-Methanol-Gradient.To 20 μl of a 10 mmol / l solution of dCTP-PA-propionate-SH in 50 mmol / l borate buffer, 20% ethanol, pH 8.0 becomes one equivalent of TMR-NHS added (TMR-NHS is an isomer with the activated carboxy group in the 5-position). Reaction took place at RT for 3 h. Subsequently, the nucleotide was with the dye purified: thin layer chromatography, LM 1, Rf. 0.5., Elution, then RP-18 column in the water-methanol gradient.
Anstelle von TMR-NHS kann ein anderer Farbstoff, z.B. Cy5-NHS, Cy3-NHS, Alexa-555-NNS, Alexa 568-NHS, Alexa 590-NHS in ähnlicher Weise gekoppelt werden.Instead of TMR-NHS may contain another dye, e.g. Cy5-NHS, Cy3-NHS, Alexa-555-NNS, Alexa 568-NHS, Alexa 590-NHS in similar Be paired way.
Spaltung des Thioesters kann durch 100 mmol/l Mercaptoethanol-Lösung in 50 mmol/l Tris-HCl 50 mmol/l, pH 9.0, NaCl und 1 mmol/l MgCl2 erfolgen.Cleavage of the thioester can be carried out by means of 100 mmol / l mercaptoethanol solution in 50 mmol / l Tris-HCl 50 mmol / l, pH 9.0, NaCl and 1 mmol / l MgCl 2 .
Beispiel 7D:Example 7D:
Synthese von dUTP-COS-Farbstoff
(
Das dUTP-R-COOCH3 wurde analog zur Vorschrift (Heike A. Held, Abhijit Roychowdhury, and Steven A. Benner, Nucleosides, Nucleotides & Nucleic Acids, Vol 22,391-404 (2003)) synthetisiert. Die Triphosphatsynthese erfolgte nach T. Kovacs, L. Ötvös, Tetrahedron Letters, Vol 29, 4525-4588 (1988)).The dUTP-R-COOCH 3 was synthesized analogously to the protocol (Heike A. Held, Abhijit Roychowdhury, and Steven A. Benner, Nucleosides, Nucleotides & Nucleic Acids, Vol 22, 391-404 (2003)). The triphosphate synthesis was carried out according to T. Kovacs, L. Ötvös, Tetrahedron Letters, Vol 29, 4525-4588 (1988)).
500 mg (1.41 mmol) 5-Iod-2'-Deoxyuridin wurden bei Raumtemperatur in 10 ml wasserfreiem DMF unter Stickstoffatmosphäre suspendiert und 10 min. gerührt. Nun gibt man 160 mg (0.14 mmol) Tetrakis(triphenylphosphin)-palladium(0) zu. Nach weiteren 10 min gibt man nacheinander 400 μl Triethylamin, 480 mg (4.28 mmol) Pent-1-insäuremethylester und 55 mg (0.29 mmol) Kupfer-(I)-iodid zu. Nach 15 h wird die Reaktionsmischung am Rotationsverdampfer eingeengt und das erhaltene rote Öl chromatographisch an Kieselgel gereinigt (Dichlormethan : Methanol = 20 : 1).500 mg (1.41 mmol) 5-iodo-2'-deoxyuridine were suspended at room temperature in 10 ml of anhydrous DMF under a nitrogen atmosphere and 10 min. touched. Now 160 mg (0.14 mmol) tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) are added to. After a further 10 minutes, 400 μl of triethylamine are added in succession, 480 mg (4.28 mmol) of pent-1-acid methyl ester and 55 mg (0.29 mmol) of copper (I) iodide. After 15 h, the reaction mixture concentrated on a rotary evaporator and the resulting red oil chromatographically purified on silica gel (dichloromethane: methanol = 20: 1).
Man erhält 400 mg (84%) Produkt. Nach Triphosphorylierung wurde dUTP-R-COOCH3.erhalten.400 mg (84%) of product are obtained. After triphosphorylation, dUTP-R-COOCH 3. Was obtained.
In ähnlicher Weise können auch Cytosin, Adenosin und Guanosin-Derivaten mit dem Pent-1-insäuremethylester modifiziert werden (Dissertation "Synthese basenmodifizierter Nukleosidtriphosphate und ihre enzymatische Polymerisation zu funktionalierter DNA", Oliver Thum, Bonn 2002).In similar Way you can also cytosine, adenosine and guanosine derivatives with the pent-1-insäuremethylester (Dissertation "Synthesis of base-modified nucleoside triphosphates and their enzymatic polymerization to functionalized DNA ", Oliver Thum, Bonn 2002).
Weitere Modifikation erfolgt am dUTP-R-COOCH3:Further modification takes place on dUTP-R-COOCH 3 :
Zu 100 μl einer 50 mmol/l Lösung der dUTP-R-COOCH3 in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 9, wird 100 μl einer 1 mol/l Lösung des Merkaptoethanolamins, pH 9, zugegeben und bei 40°C 3 h gerührt. Das Produkt der Reaktion, das dUTP-R-CO-S-CH2-CH2-NH2, wird vom überschüssigen Merkaptoethanolamin auf DEAE-Cellulose im Borat-Puffer 10 mmol/l abgetrennt und mit 0,3 mol/l NaCl von der Säule eluiert.To 100 .mu.l of a 50 mmol / l solution of dUTP-R-COOCH 3 in 50 mmol / l borate buffer, pH 9, is added 100 .mu.l of a 1 mol / l solution of mercaptoethanolamine, pH 9, and at 40.degree h stirred. The product of the reaction, the dUTP-R-CO-S-CH 2 -CH 2 -NH 2 , is separated from the excess mercaptoethanolamine on DEAE-cellulose in borate buffer 10 mmol / l and washed with 0.3 mol / l NaCl of eluted the column.
Dieses Nukleotid hat eine unter milden Bedingungen spaltbare Thioester-Gruppe und kann an der Aminogruppe am Linker modifiziert werden. An diese Amino-Gruppe können weitere Modifikationen vorgenommen werden. Beispielsweise kann an sie ein Farbstoff gekoppelt werden:This Nucleotide has a thioester group cleavable under mild conditions and may be modified at the amino group on the linker. To this Amino group can further modifications are made. For example, on they are coupled to a dye:
Synthese von dUTP-COS-Cy3Synthesis of dUTP-COS-Cy3
Zu 100 μl einer 10 mmol/l Lösung des dUTP-R-CO-S-CH2-CH2-NH2 in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 9, wurde Cy3-NHS bis zu Konzentration von 15 mmol/l zugegeben. Die Reaktion erfolgte bei RT über 30 min. Anschließend wurde das mit Cy3-modifiziertes Nukleotid auf Kieselgel-Platte und RP-18 Säule gereinigt, ähnlich wie in anderen Beispielen dargestellt.To 100 μl of a 10 mmol / l solution of dUTP-R-CO-S-CH 2 -CH 2 -NH 2 in 50 mmol / l borate buffer, pH 9, Cy3-NHS was added to a concentration of 15 mmol / l added. The reaction was carried out at RT for 30 min. Subsequently, the Cy3-modified nucleotide was purified on silica gel plate and RP-18 column, similarly as shown in other examples.
Anstelle von Cy3-NHS kann ein anderer Farbstoff, z.B. TMR-NHS, Alexa 568-NHS, Alexa 590-NHS, Alexa-555-NHS in ähnlicher Weise gekoppelt werden.Instead of Cy3-NHS may contain another dye, e.g. TMR-NHS, Alexa 568-NHS, Alexa 590-NHS, Alexa-555-NHS in similar Be paired way.
Spaltung des Thioesters kann durch 100 mmol/l Mercaptoethanol-Lösung in 50 mmol/l Tris-HCl 50 mmol/l, pH 9.0, NaCl und 1 mmol/l MgCl2 erfolgen.Cleavage of the thioester can be carried out by means of 100 mmol / l mercaptoethanol solution in 50 mmol / l Tris-HCl 50 mmol / l, pH 9.0, NaCl and 1 mmol / l MgCl 2 .
Solche Analoga sind kompatibel mit der erfindungsgemäßen Oberfläche und können für Sequenzierungsverfahren eingesetzt werden.Such Analogs are compatible with the surface of the invention and can be used for sequencing methods become.
Literatur:Literature:
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Anhang 1:Annex 1:
Modifizierung der Polymerasemodification the polymerase
Die Modifizierung der Polymerase ist vorzugsweise eine kovalente Modifizierung. Beispiele für eine solche Modifizierung stellt eine Alkylierung an der SH-Gruppe dar, z.B. mit alpha-Halogen-Acetyl-Derivate, wie beispielsweise Iodacetamid und seinen Derivaten, Iodacetat und seinen Derivaten, oder mit N-Maleimid-Derivaten, weitere selektive SH-Gruppen Reagenten sind in „Chemistry of protein conjugation and crosslinking" Shan S. Wong 1993 CRC Press Inc. beschrieben. Diese Modifizierung kann auch durch einen Fluoreszenzfarbstoff erfolgen. Aktivierte Fluoreszenzfarbstoffe, die selektiv mit SH-Gruppen reagieren, sind kommerziell erhältlich, z.B. von Molecular Probes Inc. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine selektive Modifikation des Klenow-Fragment Exo-minus der DNA-Polymerase an SH-Gruppe des Cysteins. Das an dem Cysten modifizierte Klenow-Fragment Exo-minus der DNA-Polymerase kann in einer Ausführungsform an stelle eines nicht modifizierten Klenow-Fragment Exo-minus der DNA-Polymerase in der enzymatischen Einbau-Reaktion eingesetzt werden.The Modification of the polymerase is preferably a covalent modification. examples for such modification constitutes alkylation on the SH group , e.g. with alpha-halogeno-acetyl derivatives, such as Iodoacetamide and its derivatives, iodoacetate and its derivatives, or with N-maleimide derivatives, further selective SH groups reagents are in "Chemistry of protein conjugation and crosslinking "Shan S. Wong 1993 CRC Press Inc. described. This modification can also be done by a fluorescent dye. Activated fluorescent dyes that react selectively with SH groups, are commercially available, e.g. from Molecular Probes Inc. In a preferred embodiment The invention provides a selective modification of the Klenow fragment Exo-minus of DNA polymerase on SH group of cysteine. That at the Cysts modified Klenow fragment exo-minus the DNA polymerase can in one embodiment place an unmodified Klenow fragment exo-minus the DNA polymerase be used in the enzymatic incorporation reaction.
Anhang 2Annex 2
Tabelle 18, Oligonukleotide Table 18, Oligonucleotides
- Spalte A – Bezeichnung der OligoColumn A - Designation the oligo
- Spalte B – HerstellerColumn B - manufacturer
- Spalte C – Sequenz der OligoColumn C - Sequence the oligo
- Hersteller : MWG-Biotech, Deutschland, synthetisiert.Manufacturer: MWG-Biotech, Germany, synthesized.
- Hersteller 2: Thermo electron corporation GmbH, Ulm, Deutschland.Manufacturer 2: Thermo electron corporation GmbH, Ulm, Germany.
- bei Oligo 31 ist die Primerbindungsstelle unterstrichen.in Oligo 31, the primer binding site is underlined.
Tabelle 19 Liste der markierten Oligonukleotiden, die im Test 1.3 eingesetzt wurden. Table 19 List of labeled oligonucleotides used in Test 1.3.
- Spalte A – Bezeichnung der OligoColumn A - Designation the oligo
- Spalte B – HerstellerColumn B - manufacturer
- Spalte C – Sequenz der OligoColumn C - Sequence the oligo
- Hersteller 1: MWG-Biotech, Deutschland, synthetisiert.Manufacturer 1: MWG-Biotech, Germany, synthesized.
Anhang 3Annex 3
Tabelle 20 Table 20
Erläuterungen zu Tabelle 20:Explanatory notes to Table 20:
Buchstaben (U, C) bedeuten detektierte Signale von markierten Nukeotide in einem Zyklus, (A) steht für nicht abgespaltene Signale.letters (U, C) represent detected signals of labeled nucleotides in one cycle, (A) stands for non-split signals.
Falls
X,Y-Koordinaten von den auf der Oberfläche verteilten Signalen zwischen
verschiedenen Zyklen übereinstimmen,
werden diese Signale zu einer Sequenz zusammengefaßt, beispielsweise:
-U-U-C-:
180
-U-U-U-U-C-: 215If X, Y coordinates of the signals distributed on the surface coincide between different cycles, these signals are combined into a sequence, for example:
-UUC-: 180
-UUUUC-: 215
In den Abspaltungszyklen und in den Zyklen, in denen ein nicht komplementäres Nukleotid angeboten wird, fehlen Signale an Primer-Matrize-Komplexen. Das Fehlen der Signale mit für die jeweilige Position spezifischen Koordinaten wird mit Strich (-) dargestellt.In the cleavage cycles and in the cycles in which a non-complementary nucleotide is missing signals on primer-template complexes. The Lack of signals with for the respective position specific coordinates will be dashed (-) shown.
Wegen
Bleaching der Fluoreszenz der markierten Nukleotide fehlen bei einigen
Sequenzen Signale in der Sequenzmitte, z.B.
-U-U-U-C-: 115
-U-U-U-C-:
162
-U-U-U-C-: 135
-U-U-U-C-: 138
vergliechen zu
korreten Sequenz
-U-U-U-U-C-: 215Because of the bleaching of the fluorescence of the labeled nucleotides, some sequences lack signals in the center of the sequence, eg
-UUUC-: 115
-UUUC-: 162
-UUUC-: 135
-UUUC-: 138
Compare to correct sequence
-UUUUC-: 215
Sequenzen mit denselben Abfolgen von Signale werden zu einer Sequenz-Gruppe zusammengefaßt. Die Zahl nach den Doppelpunkt gibt die Zahl der Sequenzen, in einer Sequenz-Gruppe an.sequences with the same sequences of signals become a sequence group summarized. The Number after the colon indicates the number of sequences in one Sequence group.
Die Sequenzen-Gruppen mit gleicher Zahl an Signalen (Buchstaben) werden in Kategorien zusammengefaßt, Länge 2, 3, 4 usw.The Sequence groups with the same number of signals (letters) become grouped in categories, Length 2, 3, 4 etc.
Legenden für Figuren:Legends for figures:
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