DE102004025746A1 - Parallel sequencing of nucleic acids by optical methods, by cyclic primer-matrix extension, using a solid phase with reduced non-specific binding of labeled components - Google Patents

Parallel sequencing of nucleic acids by optical methods, by cyclic primer-matrix extension, using a solid phase with reduced non-specific binding of labeled components Download PDF

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Christian Hennig
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Abstract

Method for parallel sequence analysis of nucleic acids (NA) by optical means. Method for parallel sequence analysis of nucleic acids (NA) by optical means comprises: (A) preparing a solid phase (SP); (B) binding NA being analyzed to SP, with formation of extensible primer-matrix complexes (X); (C) performing cyclic reactions on (X) and (D) reconstructing the sequences of individual NA from the signals generated in (c). Step (c) comprises (i) enzymatic incorporation of a labeled nucleotide (nt) into (X); (ii) identifying the incorporated nt by determining its relative coordinates; (iii) removing the signal of the labeled nt; (iv) washing SP and (v) repeating steps (i)-(iv). Independent claims are also included for the following: (1) SP for the new process where the surface has reduced non-specific binding of labeled components; (2) method for preparing SP; (3) SP prepared by method (2); and (4) method for parallel analysis of many NA using SP.

Description

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

1. Einführung1. Introduction

1.1 Einordnung in das technologische Feld1.1 classification in the technological field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Nukleinsäureketten. Die Grundlage der Methode ist die Detektion von Fluoreszenzsignalen einzelner mit Farbstoffen markierter Nukleotidmoleküle, die durch eine Polymerase in eine wachsende Nukleinsäurekette eingebaut werden. Die Reaktion verläuft auf einer planen Oberfläche. An diese Oberfläche sind viele einzelne Nukleinsäure-Moleküle gebunden. Alle diese Nukleinsäure-Moleküle sind gleichen Bedingungen ausgesetzt, so dass an allen Nukleinsäure-Molekülen gleichzeitig eine Aufbaureaktion ablaufen kann.The The invention relates to a method for analyzing nucleic acid chains. The basis of the method is the detection of fluorescence signals individual labeled with dye nucleotide molecules, the be incorporated by a polymerase in a growing nucleic acid chain. The reaction is ongoing on a flat surface. To this surface Many single nucleic acid molecules are bound. All these nucleic acid molecules are exposed to the same conditions, so that all nucleic acid molecules simultaneously a build-up reaction can take place.

Das Verfahren zur parallelen Sequenzanalyse von Nukleinsäuresequenzen (Nukleinsäureketten, NSKs) mit optischen Mitteln, das folgende Schritte einschließt:

  • 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 enzymatischer Einbau von markierten Nukleotiden an den 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
The method for the parallel sequence analysis of nucleic acid sequences (nucleic acid chains, NSKs) with optical means, which includes the following steps:
  • 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 enzymatic incorporation of labeled nucleotides on 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

Nukleotidmoleküle sind mit einem oder mehreren Fluoreszenzmarkern markiert. Die Fluoreszenzmarker können sowohl niedermolekular als auch makromolekular sein.Nucleotide molecules are marked with one or more fluorescent markers. The fluorescent markers can both low molecular weight and macromolecular.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Oberfläche einer festen Phase für das Verfahren zur Sequenzierung von Nukleinsäureketten. Da die Oberrfläche eine kritische Rolle im Verfahren spielt, wird zunächst die Oberfläche beschrieben.One Another object of the invention is a surface of a solid phase for the method for sequencing nucleic acid chains. Because the surface is a critical role in the process, the surface is first described.

Die Nukleinsäurenketten-Sequenzanalyse ist in vielen Bereichen der Wissenschaft, Medizin und Industrie zu einem wichtigen Werkzeug geworden. Zur Analyse wurden mehrere Verfahren entwickelt.The Nucleic acid chain sequence analysis is in many areas of science, medicine and industry become an important tool. For analysis, several Developed process.

Die bekanntesten Verfahren sind die Ketten-Terminations-Sequenzierung nach Sanger (F. Sanger et al. PNAS 1977 v.74 s. 5463), die auf dem Einbau von Kettenterminatoren basiert, und die Maxam-Gilbert-Methode, die auf Basen-spezifischer Modifikation und Spaltung von Nukleinsäureketten beruht (A.M. Maxam and W. Gilbert PNAS 1977, v.74 S.560). Beide Methoden liefern eine Anzahl von Nukleinsäurekettenfragmenten verschiedener Längen. Diese Fragmente werden der Länge nach in einem Gel aufgetrennt. Dabei müssen alle Nachteile der Elektrophorese (wie z.B. lange Laufzeit, relativ kurze Strecken von Sequenzen, die in einem Ansatz bestimmt werden können, begrenzte Anzahl der parallelen Ansätze sowie relativ große Mengen an DNA) in Kauf genommen werden. Diese Methoden sind sehr arbeitsintensiv und langsam.The Best known methods are chain termination sequencing According to Sanger (F. Sanger et al PNAS 1977 v.74 p 5463), which was published on the Incorporation of chain terminators, and the Maxam-Gilbert method, the base-specific modification and cleavage of nucleic acid chains (A.M. Maxam and W. Gilbert PNAS 1977, v.74 p.560). Both Methods provide a number of different nucleic acid chain fragments Lengths. These fragments become the length after being separated in a gel. In this case, all the disadvantages of electrophoresis (such as long term, relatively short stretches of sequences, which can be determined in one approach, limited number of parallel approaches as well as relatively large Amounts of DNA) can be accepted. These methods are very labor intensive and slow.

Ein weiteres Verfahren zur Sequenzierung basiert auf der Hybridisierung von Nukleinsäureketten mit kurzen Oligonukleotiden. Dabei wird mit mathematischen Methoden berechnet, wie viele Oligonukleotide einer bestimmten Länge vorhanden sein müssen, um eine komplette Sequenz zu ermitteln (Z.T. Strezoska et al. PNAS 1991 v.88 S.10089, R.S.Drmanac et al. Science 1993 v.260 S.1649). Auch dieses Verfahren ist mit Problemen behaftet: Es kann nur eine Sequenz in einem Ansatz bestimmt werden, sekundäre Strukturen stören die Hybridisierung und Sequenzwiederholungen verhindern die korrekte Analyse.One another sequencing method based on hybridization of nucleic acid chains with short oligonucleotides. This is done using mathematical methods Calculates how many oligonucleotides of a given length exist have to be to determine a complete sequence (Z.T. Strezoska et al., PNAS 1991 v.88 p.10089, R. S. Drmanac et al. Science 1993 v.260 p.1649). This process also has problems: it can only be one Sequence can be determined in one approach, secondary structures disrupt the Hybridization and repeats prevent the correct one Analysis.

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 fixed in a solid phase and subsequently in a biochemical reaction, for example, hybridization or primer extension 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.

1.3 Begriffe/Definitionen:1.3 Terms / Definitions:

1.3.1. Makromolekulare Verbindung1.3.1. Macromolecular connection

Ein Molekül, ein Molekülkomplex, ein Nanokristall oder Nanoteilchen, dessen Masse zwischen 2kDa und 100kDa, 100kDa und 200kDa, 200kDa und 1000kDa oder 1MDa und 100MDa oder 100 MDa und 1000Da liegt. Beispiele für makromolekulare Verbindungen sind Nukleinsäuren, wie Oligonukleotide mit einer Länge von mehr als 10 Nukleotiden, Polynukleotide, Polypeptide, Proteine oder Enzyme, Quantum Dots, Polymere wie PEG, Mowiol, Polyacrylat, Nanogold-Partikel.One Molecule, a molecular complex, a nanocrystal or nanoparticle whose mass is between 2kDa and 100kDa, 100kDa and 200kDa, 200kDa and 1000kDa or 1MDa and 100MDa or 100 MDa and 1000Da. Examples of macromolecular compounds are nucleic acids, like oligonucleotides with a length of more than 10 nucleotides, polynucleotides, polypeptides, proteins or Enzymes, quantum dots, polymers such as PEG, Mowiol, polyacrylate, nanogold particles.

1.3.2. Niedermolekulare Verbindung1.3.2. low molecular weight connection

Ein Molekül oder ein Molekülkomplex, dessen Masse kleiner 2000 Da (2kDa) beträgt, z.B. natürliche Nukleotide, dATP, dUTP, viele Farbstoffe, wie Cy3, Rhodamine, Fluorescein, Linker mit einer durchschnittlichen Länge zwischen 5 und 30 Atomen, seltene Erden und konventionell modifizierte Nukleotide, wie Biotin-16-dUTP.One molecule or a molecular complex, whose mass is less than 2000 Da (2kDa), e.g. natural nucleotides, dATP, dUTP, many dyes such as Cy3, rhodamine, fluorescein, linker with an average length between 5 and 30 atoms, rare earths and conventionally modified Nucleotides, such as biotin-16-dUTP.

1.3.3. Ein Nuk-Makromolekül1.3.3. A nuc macromolecule

Im Sinne dieser Anmeldung ist eine chemische Struktur, die eine oder mehrere Nuk-Komponenten, eine oder mehrere Linker-Komponenten und eine Marker-Komponente hat, 15 oder 16:
(Nuk-Linker)n-Marker
wobei:

Nuk
– eine Nuk-Komponente ist
Linker
– eine Linker-Komponente ist
Marker
– eine Makrer-Komponente ist
n
– eine ganze Zahl zwischen 1 und 100 ist
For the purposes of this application, a chemical structure which has one or more nuc-components, one or more linker components and a marker component, 15 or 16 :
(Nuk linker) n marker
in which:
Nuk
- is a nuc component
left
- is a linker component
marker
- is a Makrer component
n
- is an integer between 1 and 100

In bevorzugter Ausführungsform besteht die Linker-Komponente aus einer Kopplungseinheit L für die Kopplung des Linkers an die Nuk-Komponente, aus einem wasserlöslichen Polymer und aus einer Kopplungseinheit T für die Kopplung des Linkers an die Marker-Komponente. In dieser bevorzugten Ausführungsform hat ein Nuk-Makromolekül folgende Struktur, 15 oder 16:
(Nuk-L- Polymer-T)n-Marker
wobei:

Nuk
– ein Nukleotid oder ein Nukleosid ist (Nuk-Komponente)
L
– ein Teil des Linkers ist, das die Verbindung zwischen Nuk und dem Linkerrest darstellt (Kopplungseinheit L)
T
– ein Teil des Linkers ist, das die Verbindung zwischen dem Linkerrest und dem Marker darstellt (Kopplungseinheit T)
Polymer
– ein Teil des Linkers ist, das ein wasserlösliches Polymer mit einer durchschnittlichen Länge zwischen 100 und 10.000 Atome ist (Kopplungseinheit L, Polymerlinker, Kopplungseinheit T sind bei dieser Ausführungsform als Linker-Komponente zusammengefaßt)
Marker
– eine Marker-Komponente
n
– eine ganze Zahl zwischen 1 und 100
In a preferred embodiment, the linker component consists of a coupling unit L for the coupling of the linker to the nuc-component, of a water-soluble polymer and of a coupling unit T for the coupling of the linker to the marker component. In this preferred embodiment, a nuc-macromolecule has the following structure, 15 or 16 :
(Nuk-L polymer T) n label
in which:
Nuk
Is a nucleotide or a nucleoside (nuc-component)
L
Is a part of the linker which represents the connection between nuc and the linker residue (coupling unit L)
T
Is a part of the linker that represents the link between the linker residue and the marker (coupling unit T)
polymer
Is a part of the linker which is a water-soluble polymer having an average length between 100 and 10,000 atoms (coupling unit L, polymer linker, coupling unit T are combined in this embodiment as a linker component)
marker
- a marker component
n
- an integer between 1 and 100

Nuk-Makromoleküle sind durch eine Kombination aus einer oder mehreren Nuk-Komponenten, entsprechend einem oder mehreren langen Linker-Komponenten und einer Marker-Komponente definiert.Nuc-macromolecules are by a combination of one or more nuc-components, accordingly one or more long linker components and a marker component Are defined.

1.3.3.1 Nuk-Komponente1.3.3.1 Nuc component

Nuk-Komponente kann sowohl ein Nukleotid als auch ein Nukleosid darstellen. Im folgenden werden bei der Beschreibung Nukleotide betrachtet. Einem Fachmann sollte es naheliegend erscheinen, daß auch Nukleoside in entsprechender Weise modifiziert und in entsprechenden Reaktionen werden können. Prinzipiell können alle als Substrat für Nukleotid-akzeptierende Enzyme geeigneten konventionellen Nukleotid-Varianten als Nuk- Komponente des Nuk-Makromoleküls dienen, so daß sowohl natürliche als auch modifizierte Nukleotide (Nukleotid-Analoga) für die Nuk-Komponente in Frage kommen. Bei modifizierten Nukleotiden können Base-, Zucker- oder Phosphat-Teile modifiziert werden, 17A und B. Viele Beispiele für Nukleotid-Modifikationen sind dem Fachmann bekannt ("Advanced organic chemistry of nucleic acids", 1994, Shabarova, ISBN 3-527-29021-4, "Nucleotide Analogs" Scheit, 1980, ISBN 0-471-04854-2, "Nucleoside and Nucleic Acid Chemistry", Kisakürek 2000, "Anti-HIV Nucleosides" Mitsuya, 1997, "Nucleoside Analogs in cancer therapy", Cheson, 1997) im Text werden auch weitere Beispiele für die Modifikationen der Nukleotide angegeben.Nuk component can be both a nucleotide and a nucleoside. In the following, nucleotides will be considered in the description. It should be obvious to a person skilled in the art that nucleosides can also be modified in a corresponding manner and be converted into corresponding reactions. In principle, all conventional nucleotide variants suitable as substrate for nucleotide-accepting enzymes can serve as nuc-component of the nuc-macromolecule, so that both natural and modified nucleotides (nucleotide analogues) are suitable for the nuc-component. For modified nucleotides, base, sugar or phosphate moieties can be modified, 17A and B. Many examples of nucleotide modifications are known to those skilled in the art ("Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids", 1994, Shabarova, ISBN 3-527-29021-4, "Nucleotide Analogs" Scheit, 1980, ISBN 0-471-04854 -2, "Nucleosides and Nucleic Acid Chemistry", Kisakürek 2000, "Anti-HIV Nucleosides" Mitsuya, 1997, "Nucleoside Analogs in Cancer Therapy", Cheson, 1997) in the text, other examples of the modifications of the nucleotides are also given.

Die Nuk-Komponente hat vorzugsweise eine Base-Komponente (Base), eine Zucker-Komponente (Zucker) und eine Phosphat-Komponente (Phosphat).The Nuc component preferably has a base component (base), a Sugar component (sugar) and a phosphate component (phosphate).

1.3.3.1.1 Variationen am Phosphat1.3.3.1.1 Variations on the phosphate

In einer Ausführungsform stellt die Nuk-Komponente ein Nukleosid dar. In einer anderen Ausführungsform stellt die Nuk-Komponente ein Nukleosid-Monophosphat dar. In einer anderen Ausführungsform stellt die Nuk-Komponente ein Nukleosid-Diphosphat dar. In einer weiteren Ausführungsform stellt die Nuk-Komponente ein Nukleosid-Triphosphat dar. Auch höhere Phosphat-Derivate (Tetraphosphat usw.) können verwendet werden.In an embodiment the nuc-component is a nucleoside. In another embodiment the nuc-component is a nucleoside monophosphate. In one another embodiment the nuc-component is a nucleoside diphosphate. In another embodiment the nuc-component is a nucleoside triphosphate. Also higher phosphate derivatives (Tetraphosphate, etc.) can be used.

Die genannten Phosphatmodifikationen können wie bei natürlichen Nukleosid-Triphosphaten an der 5'-Position oder auch an anderen Positionen des Zucker-Teils des Nukleotides sitzen, beispielsweise an 3'-Position.The mentioned phosphate modifications can as natural Nucleoside triphosphates at the 5'-position or at other positions of the sugar part of the nucleotide sit, for example at 3 'position.

1.3.3.1.2 Variationen an der Base1.3.3.1.2 Variations at the base

Die Nuk-Komponente kann ein in der Natur in den Nukleinsäuren vorkommendes Nukleotid darstellen (mit einer der Basen Adenin, Guanin, Thymin, Cytosin, Uracil, Inosin), oder eine modifizierte Base, wie z.B. 7-Deazaadenin, 6-Thio-adenin, enthalten, Literatur s. oben..The Nuk component can be a naturally occurring in the nucleic acids Nucleotide (with one of the bases adenine, guanine, thymine, Cytosine, uracil, inosine), or a modified base, e.g. 7-deazaadenine, 6-thio-adenine, included, literature s. above..

1.3.3.1.3 Variationen am Zucker1.3.3.1.3 Variations on the sugar

Sowohl Ribose als auch 2'-Deoxyribose oder 2',3'-Dideoxyribose können das Grundgerüst der Nuk-Komponenten bilden. Auch am 3'-Hydroxyl modifizierte Ribose, bzw. 2'-deoxyribose können eingesetzt werden. In der Anmeldung werden 2'-Deoxynukleotide, beispielsweise 2'-Deoxyuridin-Triphosphat, 2'-Deoxycytidin-Triphosphat, 2'-Deoxyadenosin-Triphosphat, 2'-Deoxyguanosin-Triphosphat als dUTP, dCTP, dATP und dGTP bezeichnet.Both ribose and 2'-deoxyribose or 2 ', 3'-dideoxyribose may be the backbone of the Nuk components form. It is also possible to use 3'-hydroxyl-modified ribose or 2'-deoxyribose. The application refers to 2'-deoxynucleotides, for example 2'-deoxyuridine triphosphate, 2'-deoxycytidine triphosphate, 2'-deoxyadenosine triphosphate, 2'-deoxyguanosine triphosphate as dUTP, dCTP, dATP and dGTP.

1.3.3.1.4 Kopplung von NT und Linker1.3.3.1.4 Coupling of NT and linker

Die Nuk-Komponente ist an einer Kopplungsstelle mit dem Linker verbunden. Die Kopplungsstelle des Linkers an die Nuk-Komponente kann sich an der Base, am Zucker (Ribose bzw. Deoxyribose), oder am Phosphat-Teil befinden.The Nuk component is connected to the linker at a coupling site. The coupling site of the linker to the nuc-component may be at the base, on the sugar (ribose or deoxyribose), or on the phosphate part are located.

Die Verbindung zwischen der Linker-Komponente und der Nuk-Komponente ist vorzugsweise kovalent.The Connection between the linker component and the nuk component is preferably covalent.

Wenn die Kopplungsstelle an der Base liegt, so befindet sie sich vorzugsweise an den Positionen 4 oder 5 bei Pyrimidin-Basen und an den Positionen 6, 7, 8 bei den Purin-Basen. Am Zucker können die Positionen 2', 3', 4' oder 5' die Kopplungsstellen darstellen. Die Kopplung an die Phosphatgruppen kann an der alpha, beta, oder gamma-Phosphatgruppe erfolgen. Beispiele für die Kopplungsstelle an der Base sind in Short WO 9949082, Balasubramanian WO 03048387, Tcherkassov WO 02088382 (siehe auch kommerziell erhältliche Nukleotide (Amersham, Roche), an der Ribose in Herrlein et al. Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, S. 586, Jameson et al. Method in Enzymology, 1997, V. 278, S. 363, Canard US. Pat. 5798210, Kwiatkowski US Pat. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642., an Phosphatgruppen in Jameson et al. Method in Enzymalogy, 1997, V. 278, S. 363 beschrieben.If the coupling site is at the base, it is preferably at positions 4 or 5 at pyrimidine bases and at positions 6, 7, 8 at the purine bases. At the sugar can the positions 2 ', 3 ', 4' or 5 'the coupling points represent. The coupling to the phosphate groups can occur at the alpha, beta, or gamma phosphate group. Examples of the coupling site at the base are in Short WO 9949082, Balasubramanian WO 03048387, Tcherkassov WO 02088382 (see also commercially available Nucleotides (Amersham, Roche), at the ribose in Herrlein et al. Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, p. 586, Jameson et al. Method in Enzymology, 1997, V. 278, p. 363, Canard US. Pat. 5798210, Kwiatkowski US Pat. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642., to phosphate groups in Jameson et al. Method in Enzymalogy, 1997, V. 278, p 363 described.

Die Position der Kopplungsstelle hängt vom Einsatzgebiet der NT-Makromoleküle ab. So werden beispielsweise für die Markierung von Nukleinsäuren, die am Nukleinsäurestrang verbleiben soll, vorzugsweise Kopplungsstellen am Zucker oder an der Base verwendet. Die Kopplung an die Gamma- oder Beta-Phosphatgruppen kann beispielsweise dann erfolgen, wenn die Markierung beim Einbau des Nuk-Makromoleküls freigesetzt werden soll.The Position of the coupling point hangs from the field of application of NT macromolecules. For example for the Labeling of nucleic acids, at the nucleic acid strand should remain, preferably coupling sites on the sugar or on the base used. The coupling to the gamma or beta phosphate groups can be done, for example, when the mark during installation of the nuc macromolecule shall be.

Die Verbindung zwischen der Nuk-Komponente und der Linker-Komponente erfolgt über eine Kopplungseinheit (L), die ein Teil der Linker-Komponente ist.The Connection between the nuc-component and the linker component over a coupling unit (L) which is a part of the linker component.

Die Verbindung zwischen der Nuk-Komponente und dem Linker kann in einer Ausführungsform widerstandsfähig sein, z.B. bei Temperaturen bis zu 130°C, für pH-Bereiche zwischen 1 und 14, und/oder resistent gegen hydrolytische Enzyme (z.B. Proteasen, Esterasen) sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindung zwischen der Nuk-Komponente und dem Linker unter milden Bedingungen spaltbar.The Connection between the nuc-component and the linker can be in one embodiment resistant be, e.g. at temperatures up to 130 ° C, for pH ranges between 1 and 14, and / or resistant to hydrolytic enzymes (e.g., proteases, esterases) be. In another embodiment the invention is the connection between the nuc-component and the linker under mild conditions fissile.

Diese spaltbare Verbindung ermöglicht die Entfernung der Linker- und der Marker-Komponenten. Dies kann beispielsweise in den Verfahren der Sequenzierung durch die Synthese von Bedeutung sein, wie Pyrosequencing, BASS (Canard et al. US Patent 5.798.210, Rasolonjatovo Nucleosides & Nucleotides 1999, V.18 5.1021, Metzker et al. NAR 1994, V.22, S.4259, Welch et al. Nucleosides & Nucleotides 1999, V.18, S.19) oder single molecule sequencing, Tcherkassov WO 02088382. Ihre Wahl ist nicht eingeschränkt, sofern sie unter den Bedingungen der enzymatischen Reaktion stabil bleibt, keine irreversible Störung der Enzyme (z.B. Polymerase) verursacht und unter milden Bedingungen abgespalten werden kann. Unter "milden Bedingungen" sind solche Bedingungen zu verstehen, die zum Beispiel Nukleinsäure-Primer-Komplexe nicht zerstören, wobei z.B. der pH-Wert vorzugsweise zwischen 3 und 11 und die Temperatur zwischen 0°C und einem Temperaturwert (x) liegt. Dieser Temperaturwert (x) hängt von der Tm des Nukleinsäure-Primer-Komplexes (Tm ist der Schmelzpunkt) und wird beispielsweise als Tm (Nukleinsäure-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-, Acetale, Phosphoester-, Disulfid-Verbindungen und photolabile Verbindungen als spaltbare Verbindungen).These fissile connection allows the removal of linker and marker components. This can be, for example in the methods of sequencing by the synthesis of importance such as Pyrosequencing, BASS (Canard et al., U.S. Patent 5,798,210, Rasolonjatovo nucleosides & nucleotides 1999, V.18 5.1021, Metzker et al. NAR 1994, V.22, p.4259, Welch et al. Nucleosides & nucleotides 1999, V.18, p.19) or single molecule sequencing, Tcherkassov WO 02088382. Your choice is not limited, unless under the conditions the enzymatic reaction remains stable, no irreversible disruption of Enzymes (e.g., polymerase) and under mild conditions can be split off. Under "mild Conditions "are to understand such conditions, for example, nucleic acid primer complexes do not destroy, whereby e.g. the pH preferably between 3 and 11 and the temperature between 0 ° C and a temperature value (x). This temperature value (x) depends on the Tm of the nucleic acid primer complex (Tm is the melting point) and is used, for example, as Tm (nucleic acid-primer complex) minus 5 ° C calculated (e.g., Tm is 47 ° C, then the maximum temperature is 42 ° C; under these conditions Ester, thioester, acetals, phosphoester, Disulfide compounds and photolabile compounds as cleavable compounds).

Vorzugsweise gehört die genannte spaltbare Verbindung zu chemisch oder enzymatisch spaltbaren oder photolabilen Verbindungen. Als Beispiele von chemisch spaltbaren Gruppen sind Ester-, Thioester-, Disulfid-, Acetal-Verbindungen bevorzugt (Short WO 9949082, „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: Rothschild WO 9531429, "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, said cleavable compound belongs to chemically or enzymatically cleavable or photolabile compounds. As examples of chemically cleavable groups, ester, thioester, disulfide, acetal compounds are preferred (Short WO9949082, "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., Biol., 1976, V. 104 243, "Chemistry of carboxylic acids and esters." S. Patai 1969 Interscience Publ.). Examples of photolabile compounds can be found in the following references Rothschild WO 9531429, "Protective Groups in Organic Synthesis" 1991 John Wiley & Sons, Inc., V. Pillai Synthesis 1980, p. V. Pillai Org. Photochem. 1987 V.9 p.225, Dissertation "New Photolabile Protecting Groups for Light-Controlled Oligonucleotide Synthesis" H.Giegrich, 1996, Konstanz, Dissertation "New Photolabile Protecting Groups for Light-Controlled Oligonucleotide Synthesis" SMBühler, 1999, Konstanz).

1.3.3.1.5 Zahl der gekoppelten Nuk-Komponenten1.3.3.1.5 Number of linked Nuc-components

In einer Ausführungsform der Erfindung ist pro ein Nuk-Makromolekül nur eine Nuk-Komponente gekoppelt. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Nuk- Komponenten pro Nuk-Makromolekül gekoppelt. Mehrere Nuk-Komponenten können einheitlich oder unterschiedlich sein, wobei beispielsweise durchschnittlich 2 bis 5, 5 bis 10, 10 bis 25, 25 bis 50, 50 bis 100, 100 bis 250, 250 bis 500, 500 bis 1000 Nuk-Komponenten pro ein Nuk-Makromolekül gekoppelt sein können.In an embodiment According to the invention, only one nuc-component is coupled per one nuc-macromolecule. In another embodiment According to the invention, several nuc-components are coupled per nuc-macromolecule. Several nuc components can be uniform or different, for example, average 2 to 5, 5 to 10, 10 to 25, 25 to 50, 50 to 100, 100 to 250, 250 to 500, 500 to 1000 nuc-components per one nuk macromolecule coupled could be.

1.3.3.2 Linker-Komponente1.3.3.2 Linker component

Die Bezeichnung Linker oder Linker-Komponente wird synonym in der Anmeldung verwendet und bezieht sich auf den gesamten strukturellen Abschnitt des Nuk-Makromoleküls zwischen der Nuk-Komponente und der Marker-Komponente.The Designation Linker or linker component becomes synonymous in the application used and refers to the entire structural section of the nuc macromolecule between the nuk component and the marker component.

1.3.3.2.1 Linker-Bestandteile1.3.3.2.1 Linker components

Die Linker-Komponente stellt einen Teil des Nuk-Markromoleküls dar, das zwischen der jeweiligen Nuk-Komponente und der Marker-Komponente liegt. Die Linker-Komponente hat in ihrer Struktur vorzugsweise folgende Bestandteile:

  • 1) Kopplungseinheit L
  • 2) wasserlösliches Polymer
  • 3) Kopplungseinheit T
The linker component is part of the nuclomor molecule that lies between the respective nuc-component and the marker component. The linker component preferably has the following components in its structure:
  • 1) coupling unit L
  • 2) water-soluble polymer
  • 3) coupling unit T

Die Aufteilung der Linker-Komponente in einzelne Bestandteile ist rein funktionell und soll lediglich der Anschaulichkeit der Struktur dienen. Je nach Betrachtungsweise können einzelne Strukturen des Linkers zum einen oder zum anderen funktionellen Bestandteil gerechnet werden.The Division of the linker component into individual components is pure functional and intended only to illustrate the structure serve. Depending on the perspective, individual structures of the Linkers calculated on the one hand or on the other functional component become.

Die Kopplungseinheit L hat die Funktion, die Linker-Komponente und die Nuk-Komponente zu verbinden. Ihre Struktur ist nicht eingeschränkt, solange das Nuk-Makromolekül als Substrat von den Enzymen akzeptiert wird. Bevorzugt sind kurze, unverzweigte Verbindungen, bis max. 20 Atome in der Länge. Die jeweilige Struktur der Kopplungseinheit L hängt von der Kopplungsstelle des Linkers an das Nukleotid und von dem jeweiligen Polymer des Linkers. Einige Beispiele für die Kopplungseinheiten L sind in Beispielen 1 bis 33 angegeben. Viele konventionell modifizierte Nukleotide tragen einen kurzen Linker, diese kurzen Linker dienen als weitere Beispiele für die Kopplungseinheit L, z.B. kurze Linker an der Base: Short WO 9949082, Balasubramanian WO 03048387, Tcherkassov WO 02088382 (siehe auch kommerziell erhältliche Nukleotide (Amersham, Roche), kurze Linker an der Ribose in Herrlein et al. Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, S. 586, Jameson et al. Method in Enzymology, 1997, V. 278, S. 363, Canard US. Pat. 5798210, Kwiatkowski US Pat. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642., kurze Linker an Phosphatgruppen in Jameson et al. Method in Enzymology, 1997, V. 278, S. 363 Noch weitere Beispiele für die Kopplungseinheit L sind nachfolgend angegeben:
R6-NH-R7, R6-O-R7, R6-S-R7, R6-SS-R7, R6-CO-NH-R7, R6-NH-CO-R7, R6-CO-O-R7, R6-O-CO-R7, R6-CO-S-R7, R6-S-CO-R7, R6-P(O)2-R7, R6-Si-R7, R6-(CH2)n-R7, R6-(CH2)n-R7, R6-A-(CH2)n-R7, R6-(CN2)n-B-R7, R6-(CH=CH-)n-R7, R6-(A-CH=CH-)n-R7, R6-(CH=CH-B-)n-R7, R6-A-CH=CH-(CH2-)n-R7, R6-(-CH=CH-CH2)n-B-R7, R6-(-CH=CH-CH2-CH2)n-B-R7, R6-(C≡C-)n-R7, R6-(A-C≡C-)n-R7, R6-(C≡C-B-)n-R7, R6-A-C≡C-(CH2)n-R7, R6-(-C≡C-CH2)n-B-R7, R6-(-C≡C-CH2-CH2)n-B-R7,
wobei R6 – die Nuk-Komponente ist, R7 – de Polymer ist und A und B folgende strukturelle Elemente einschließen: -NH-, -O-, -S-, -SS-, -CO-NH-, -NH-CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -P(O)2-, -Si-, -(CH2)n-, eine photolabile Gruppe, wobei n – gleich 1 bis 5 ist
The coupling unit L has the function of connecting the linker component and the nuk component. Their structure is not limited as long as the nuc macromolecule is accepted as a substrate by the enzymes. Preference is given to short, unbranched compounds, up to max. 20 atoms in length. The particular structure of the coupling unit L depends on the coupling site of the linker to the nucleotide and of the respective polymer of the linker. Some examples of the coupling units L are given in Examples 1 to 33. Many conventionally modified nucleotides carry a short linker, these short linkers serve as further examples of the coupling unit L, eg short linkers on the base: Short WO 9949082, Balasubramanian WO 03048387, Tcherkassov WO 02088382 (see also commercially available nucleotides (Amersham, Roche) Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, p 586, Jameson et al., Method in Enzymology, 1997, V. 278, p 363, Canard US Pat. Kwiatkowski US Pat. No. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642., Short Linker to Phosphate Groups in Jameson et al., Method in Enzymology, 1997, V. 278, p 363 Still further examples of the coupling unit L are given below:
R 6 -NH-R 7 , R 6 -OR 7 , R 6 -SR 7 , R 6 -SS-R 7 , R 6 -CO-NH-R 7 , R 6 -NH-CO-R 7 , R 6 -CO-OR 7 , R 6 -O-CO-R 7 , R 6 -CO-SR 7 , R 6 -S-CO-R 7 , R 6 -P (O) 2 -R 7 , R 6 -Si R 7 , R 6 - (CH 2 ) n -R 7 , R 6 - (CH 2 ) n -R 7 , R 6 -A- (CH 2 ) n -R 7 , R 6 - (CN 2 ) n -BR 7 , R 6 - (CH = CH-) n -R 7 , R 6 - (A-CH = CH-) n -R 7 , R 6 - (CH = CH-B-) n -R 7 , R 6 -A-CH = CH- (CH 2 -) n -R 7 , R 6 - (- CH = CH-CH 2 ) n -BR 7 , R 6 - (- CH = CH-CH 2 -CH 2 ) n -BR 7 , R 6 - (C≡C-) n -R 7 , R 6 - (AC≡C-) n -R 7 , R 6 - (C≡CB-) n -R 7 , R 6 -AC≡C- (CH 2 ) n -R 7 , R 6 - (- C≡C-CH 2 ) n -BR 7 , R 6 - (- C≡C-CH 2 -CH 2 ) n -BR 7 .
wherein R 6 is the nuc-component, R 7 is the polymer and A and B include the following structural elements: -NH-, -O-, -S-, -SS-, -CO-NH-, -NH- CO, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -P (O) 2 -, -Si-, - (CH 2 ) n -, a photolabile group where n - is 1 to 5

Die Kopplungseinheit L ist auf einer Seite mit der Nuk-Komponente, auf der anderen mit Polymer kovalent verbunden. Die Art der Kopplung hängt von der Art des Polymers ab. In bevorzugter Form hat das Polymer an seinen Enden reaktive Gruppen, beispielsweise NH2 (Amino), OH (Hydroxy), SH (Mercapto), COOH (Carboxy), CHO (Aldehyd), Acryl- oder Maleimid, Halogen-Gruppen. Solche Polymere sind käuflich erwerblich (z.B. Fluka). Einige Varianten für die Kopplung von Polymeren an die Kopplungseinheiten sind unter Beispielen 1 bis 33 angegeben.The Coupling unit L is on a side with the Nuk component, on the other covalently bonded to polymer. The type of coupling depends on the type of polymer. In a preferred form, the polymer has reactive groups, for example NH 2 (amino), OH (hydroxy), SH (mercapto), COOH (carboxy), CHO (aldehyde), acrylic or maleimide, Halogen groups. Such polymers are commercially available (e.g., Fluka). Some variants for the coupling of polymers to the coupling units are under Examples 1 to 33 indicated.

Das wasserlösliche Polymer bildet in einer bevorzugten Ausführungsform den Hauptanteil der Linker-Komponente. Es ist ein Polymer, vorzugsweise hydrophil, bestehend aus gleichen oder unterschiedlichen Monomeren. Beispiele für geeignete Polymere stellen Polyethylen-glycol (PEG), Polysaccharide, Polyamide (z.B. Polypeptide), Polyphosphate, Polyacetate, Poly(alkyleneglycole), Kopolymere aus Ethylenglycol und Propylenglycol, Poly(olefinische Alkohole), Poly(Vinylpyrrolidone), Poly(Hydroxyalkylmethacrylamide), Poly(Hydroxyalkylmethacrylate), Poly(x-Hydroxy-Säuren), Poly-Acrylsäure und ihre Derivate, Poly-Acrylamide in ihre derivate, Poly(Vinylalkohol), Polylactat Säure, polyglycolic Säure, Poly(epsilon-caprolactone), Poly(beta-hydroxybutyrate), Poly(beta-hydroxyvalerate), Polydioxanone, Poly(ethylene terephthalate), Poly(malic Säure), Poly(tartronic Säure), Poly(ortho ester), Polyanhydride, Polycyanoacrylate, Poly(phosphoester), Polyphosphazene, Hyaluronidate, Polysulfones.The water-soluble Polymer forms the major portion in a preferred embodiment the linker component. It is a polymer, preferably hydrophilic, consisting of the same or different monomers. Examples for suitable Polymers make polyethylene glycol (PEG), polysaccharides, polyamides (e.g. Polypeptides), polyphosphates, polyacetates, poly (alkylene glycols), Copolymers of ethylene glycol and propylene glycol, poly (olefinic Alcohols), poly (vinylpyrrolidones), poly (hydroxyalkylmethacrylamides), Poly (hydroxyalkyl methacrylates), poly (x-hydroxy acids), poly-acrylic acid and their derivatives, poly-acrylamides in their derivatives, poly (vinyl alcohol), Polylactate acid, polyglycolic acid, Poly (epsilon-caprolactones), Poly (beta-hydroxybutyrate), poly (beta-hydroxyvalerate), polydioxanone, Poly (ethylene terephthalate), poly (malic acid), poly (tartronic acid), poly (ortho esters), polyanhydrides, polycyanoacrylates, poly (phosphoesters), polyphosphazenes, Hyaluronidates, polysulfones.

Dieses Polymer kann verzweigt sein oder nicht. Dieses Polymer kann aus mehreren unterschiedlich langen Abschnitten bestehen, wobei jeder Abschnitt aus gleichen Monomeren besteht und Monomere in unterschiedlichen Abschnitten unterschiedlich sind. Einem Fachmann sollte naheliegend erscheinen, daß für einen makromolekularen Linker meistens nur eine durchschnittliche Masse bestimmt werden kann, so daß die Angaben zu den Molmassen einen Mittelwert darstellen ("Makromoleküle, Chemische Struktur und Synthesen", Band 1, 4, H. Elias, 1999, ISBN 3-527-29872-X). Aus diesem Grund kann für Nuk-Makromoleküle keine exakte Massenangabe gemacht werden.This Polymer may or may not be branched. This polymer can be made consist of several sections of different lengths, each one Section consists of the same monomers and monomers in different Sections are different. A specialist should be obvious appear that for a macromolecular linkers usually only an average mass can be determined so that the information to the molecular weights ("macromolecules, chemical structure and Syntheses ", volume 1, 4, H. Elias, 1999, ISBN 3-527-29872-X). That's why for nuc macromolecules no exact Mass be made.

1.3.3.2.2 Linker-Länge1.3.3.2.2 Linker length

Die Linkerlänge beträgt zwischen 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 500, 500 bis 1000, 1000 bis 2000, 2000 bis 10.000, 10000 bis 100000 Atome, somit beträgt die durchschnittliche Linker-Länge zwischen 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 500, 500 bis 1000, 1000 bis 2000, 2000 bis 10.000, 10000 bis 100000Angström (gemessen an einem potenziell maximal ausgestrecktem Molekül).The linker length is between 50 to 100, 100 to 200, 200 to 500, 500 to 1000, 1000 to 2000, 2000 to 10,000, 10,000 to 100,000 atoms, thus the average Linker length between 50 to 100, 100 to 200, 200 to 500, 500 to 1000, 1000 to 2000, 2000 to 10,000, 10,000 to 100,000 angstroms (measured on a potentially maximally stretched molecule).

Einige Abschnitte des Linkers können rigide Bereiche enthalten und andere Abschnitte können flexible Bereiche enthalten.Some Sections of the linker can contain rigid areas and other sections can be flexible areas contain.

Es wird einem Fachmann naheliegend erscheinen, daß die angeführten Linker-Längen eine beträchtlich größere Molekül-Größe und -Masse haben können, als die jeweilige Nuk-Komponente selbst.It will be apparent to those skilled in the obvious that the listed linker lengths a considerably larger molecule size and mass can have, as the respective nuc-component itself.

1.3.3.2.3 Linker-Kopplung in einem Nuk-Makromolekül1.3.3.2.3 Linker coupling in a nuc macromolecule

Der Linker ist an einer Seite an die Nuk-Komponente und auf der anderen Seite an die Marker-Komponente gebunden. Dazu hat der Linker an seinen EndenKopplungseinheiten, die diese Funktion erfüllen. Die Verbindung mit der Nuk-Komponenten wurde oben erörtert. Die Verbindung zwischen dem Linker und der Marker-Komponenten erfolgt über Kopplungseinheit T.Ihre Struktur ist nicht eingeschränkt, solange das Nuk-Makromolekül als Substrat von den Enzymen akzeptiert wird. Bevorzugt sind kurze, unverzweigte Verbindungen, bis max. 20 Atome in der Länge. Die jeweilige Struktur der Kopplungseinheit T hängt von der Kopplungsstelle an der Marker-Komponente und von dem jeweiligen Polymer des Linkers. Die Kopplungseinheit T ist mit dem Polymer kovalent verbunden. Die Art der Kopplung hängt von der Art des Polymers ab. In bevorzugter Form hat das Polymer an seinen Enden reaktive Gruppen, beispielsweise NH2 (Amino), OH (Hydroxy), SH (Mercapto), COOH (Carboxy), CHO (Aldehyd), Acryl- oder Maleimid, Halogen-Gruppen. Solche Polymere sind kommerziell erhältlich (z.B. Fluka). Einige Beispiele für die Kopplungseinheiten L sind in Beispielen 1 bis 33 angegeben, Weitere Beispiele für die chemische und affine Kopplungen s. in der Literatur: „Chemistry of protein conjugation and crosslinking" Shan S. Wong 1993, "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences", M. Aslam, 1996.Of the Linker is on one side to the nuk component and on the other Bound to the marker component. To do this, the linker has its end coupling units that perform this function. The connection with the nuk components was discussed above. The link between the linker and the marker components is via coupling unit T. Their structure is not limited as long as the nuc macromolecule as a substrate is accepted by the enzymes. Preferred are short, unbranched Connections, up to max. 20 atoms in length. The respective structure the coupling unit T hangs from the coupling site to the marker component and from the respective one Polymer of the linker. The coupling unit T is with the polymer covalently linked. The type of coupling depends on the type of polymer from. In preferred form, the polymer has reactive ends Groups, for example NH 2 (amino), OH (hydroxy), SH (mercapto), COOH (carboxy), CHO (aldehyde), acrylic or maleimide, halogen groups. Such polymers are commercially available (e.g., Fluka). Some examples of the coupling units L are given in Examples 1 to 33, Further examples of the chemical and affine couplings s. in the literature: "Chemistry of protein conjugation and crosslinking "Shan S. Wong 1993," Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences ", M. Aslam, 1996.

Der Linker kann auch andere funktionelle Gruppen, bzw. Abschnitte enthalten, beispielsweise eine oder mehrere unter milden Bedingungen spaltbare Gruppen.Of the Linker may also contain other functional groups or sections, for example one or more fissile under mild conditions Groups.

Eine spaltbare Verbindung innerhalb des Linkers ermöglicht eine Entfernung eines Teils des Linkers und der Marker-Komponente. Nach der Spaltung verbleibt ein Linker-Rest an der Nuk-Komponente, Beispiele für spaltbare Verbindungen sind im Abschnitt 1.3.3.1.4 angegeben.A fissile connection within the linker allows removal of one Part of the linker and the marker component. After the split remains a linker residue on the nuc-component, examples of cleavable Connections are given in section 1.3.3.1.4.

1.3.3.3 Marker-Komponente1.3.3.3 Marker component

Die Marker-Komponente kann unterschiedliche Strukturen haben. Die Strukturen im einzelnen sind nicht eingeschränkt, solange sie die Substrateigenschaften der Nuk-Komponenten für Enzyme nicht komplett aufheben. Diese Struktur hat vorzugsweise eine signalgebende oder eine signalvermittelnde Funktion. Der Marker kann auch andere Funktionen haben, beispielsweise strukturturelle, antitoxische oder affine Funktion (beispielsweise in Arzneimittel oder Zuberetungen).The marker component can have different structures. The structures in detail are not limited as long as they do not complete the substrate properties of the nuc-components for enzymes cancel. This structure preferably has a signaling or a signal-switching function. The marker may also have other functions, such as structural, antitoxic, or affine function (for example, in drugs or transmissions).

1.3.3.3.1 Die Zusammensetzung der Marker-Komponente1.3.3.3.1 The composition the marker component

Der Marker kann aus einem Makromolekül bestehen oder aus einer Gruppe gleicher oder unterschiedlicher struktureller Einheiten (Marker-Einheiten) mit signalgebender oder signalvermittelnder Funktion. Diese Einheiten können Moleküle mit geringer Molekularmasse, z.B. unter 2000 Da, oder auch selbst Makromoleküle sein. Dabei liegt die Zahl der signalgebenden oder signalvermittelnden Einheiten, die zu einer Marker-Komponenten zusammengefaßt sind, zwischen 1 und 2, 2 und 5, 5 und 20, 20 und 50, 50 und 100, 100 und 500, 500 und 1000. Die Einheiten sind an ein makromolekulares Gerüst gebunden, der Kern-Komponenten des Markers. Diese Kern-Komponente verbindet die Einheiten untereinander und stellt die Verbindung zu einem oder mehreren Nuk-Linker-Komponenten her.Of the Marker can be made from a macromolecule consist of a group of the same or different structural Units (marker units) with signaling or signal-transmitting Function. These units can molecules low molecular weight, e.g. under 2000 Da, or even yourself Be macromolecules. The number of signaling or signal-transmitting is Units that are grouped together to form a marker component, between 1 and 2, 2 and 5, 5 and 20, 20 and 50, 50 and 100, 100 and 500, 500 and 1000. The units are macromolecular framework bound, the core components of the marker. This core component connects the units to each other and establishes the connection to one or more nuc-linker components.

1.3.3.3.2 Struktur der signalgebenden oder der signalvermittelnden Einheiten des Markers1.3.3.3.2 Structure of the signaling or the signal-transmitting units of the marker

Die strukturellen Marker-Einheiten können aus folgenden Gruppen gewählt werden:The structural marker units can selected from the following groups become:

1.3.3.3.2.1 Strukturen mit niedriger Molmasse:1.3.3.3.2.1 Structures with low molecular weight:

Biotin-Moleküle, Hapten-Moleküle (z.B. Digoxigenin), radioaktive Isotope (z.B. P 32, J 131), oder deren Verbindungen, seltene Erden, Farbstoffe, Fluoreszenzfarbstoffe (s. z.B. Molecular Probes, Inc.) mit gleichen oder unterschiedlichen spektralen Eigenschaften, Farbstoffe, die untereinander FRET eingehen.Biotin molecules, hapten molecules (eg digoxigenin), radioactive isotopes (eg P 32 , J 131 ), or their compounds, rare earths, dyes, fluorescent dyes (eg Molecular Probes, Inc.) with the same or different spectral properties, dyes, which are FRET among each other.

Auch chemisch reaktive Gruppen, wie beispielsweise Amino-, Merkapto-, Aldehyd-, Jodacetat-, Acryl-, Dithio-, Thioester-Verbindungen können als signalvermittelnde strukturelle Einheiten dienen. Nach dem Einbau können diese reaktiven Gruppen mit signalgebenden Elementen, wie beispielsweise Farbstoffe mit entsprechenden reaktiven Gruppen (beispielsweise NHS-Ester, Merkapto-, Amino-Gruppen) modifiziert werden. Die Grundlagen für die Wahl eines passenden Paares sind in „Chemistry of protein conjugation and crosslinking" Shan S. Wong 1993 dargestellt.Also chemically reactive groups, such as amino, mercapto, Aldehyde, iodoacetate, acrylic, dithio, thioester compounds can be used as serve signal-transmitting structural units. After installation can these reactive groups with signaling elements, such as Dyes with corresponding reactive groups (for example NHS esters, mercapto, amino groups). The basics for the Choosing a suitable pair are described in "Chemistry of protein conjugation and crosslinking "Shan S. Wong 1993.

In einer speziellen Ausführungsform erfühlt die Kombination aus einer markomolekularen Linker-Komponente und einem Marker mit niedriger Molmasse bereits die Anforderungen der vorliegenden Erfindung. Solche Verbindungen sind ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung, da sie sowohl als Zwischenprodukte für die chemische Synthese von Nuk-Makromolekülen mit einem makromolekularen Marker, z.B. dUTP-PEG-Biotin, als auch selbständig in den enzymatischen Reaktionen verwendet werden können, wie beispielsweise mit nur einem Farbstoff markierte Nukleotide. Als Farbstoffe können verschiedene Fluoreszenzfarbstoffe auftreten, ihre Wahl ist nicht eingeschränkt, solange sie die enzymatische Reaktion nicht wesentlich beeinflußen. Beispiele für Farbstoffe sind Rhodamine (Rhodamin 110, Tetramethylrhodamin), Cyanin-Farbstoffe (Cy2, Cy3, Cy5, Cy7), Coumarine, Bodipy, Fluorescein, Alexa-Farbstoffe. Viele Farbstoffe sind kommerziell erhältlich, beispielsweise von Molecular Probes Europe, Leiden, Niederlande (im weiteren als Molecucular Probes bezeichnet) oder von Sigma-Aldrich-Fluka (Taufkirchen, Deutschland). Beispiele für die Synthese eines Nuk-Makromoleküls mit einem niedermolekularem Marker ist in Beispiel 19, 20, 23, 36, 37, 38 angegeben.In a special embodiment He feels the combination of a markomolecular linker component and Already meets the requirements of a low molecular weight marker present invention. Such compounds are also subject matter of this invention, since they are used both as intermediates for the chemical Synthesis of nuc macromolecules with a macromolecular marker, e.g. dUTP-PEG-biotin, as well independent can be used in the enzymatic reactions, such as for example, with only one dye labeled nucleotides. When Dyes can different fluorescent dyes occur, their choice is not limited, as long as they do not significantly affect the enzymatic reaction. Examples for dyes Rhodamine (Rhodamine 110, tetramethylrhodamine), cyanine dyes (Cy2, Cy3, Cy5, Cy7), Coumarins, Bodipy, Fluorescein, Alexa Dyes. Many dyes are commercially available, for example from Molecular Probes Europe, Leiden, Netherlands (hereinafter referred to as Molecucular Probes) or Sigma-Aldrich-Fluka (Taufkirchen, Germany). examples for the synthesis of a nuc macromolecule with a low molecular weight Marker is given in Example 19, 20, 23, 36, 37, 38.

Nach dem Einbau des Nukleotid-Teils in die Nukleinsäure befindet sich der am Linker gekoppelte Farbstoff in einem großen Abstand vom Nukleinsäurestrang, was zu Verringerung der Einflüße der Nukleobasen auf die Fluoreszenzeigenschaften des Farbstoffes führt. Fluoreszenzausbeuten einzelner Farbstoffe werden dadurch weniger von der lokalen Zusammensetzung der Nukleinsäuresequenz beeinflußt, was zum gleichmäßigen Signalenintesnitäten führt.To the incorporation of the nucleotide portion in the nucleic acid is the linker coupled dye at a large distance from the nucleic acid strand, what to reduce the influences of the nucleobases on the fluorescence properties of the dye leads. Fluorescence yields individual Dyes are thus less of the local composition the nucleic acid sequence affected which leads to uniform signal intensity.

1.3.3.3.2.2 Strukturen mit hoher Masse (Makromoleküle)1.3.3.3.2.2 Structures high mass (macromolecules)

1.3.3.3.2.2.1 Nanokristalle1.3.3.3.2.2.1 Nanocrystals

Z.B. Quantum Dots. Dabei können in einer Marker-Komponente Quantum Dots mit gleichen oder unterschiedlichen spektralen Eigenschaften verwendet werden, US Pat. 6.322.901, US Pat. 6.423.551, US Pat. 6.251.303, US Pat. 5.990.479).For example, Quantum dots. It can in a marker component Quantum dots with the same or different spectral properties US Pat. No. 6,322,901, US Pat. No. 6,423,551, US Pat. No. 6,251,303, US Pat. US Pat. 5,990,479).

1.3.3.3.2.2.2 Nano oder Mikro-Teilchen1.3.3.3.2.2.2 Nano or Micro-particles

Wobei die größten Ausmaße dieser Teilchen von 1nm bis 2nm, von 2nm bis 5nm, von 5nm bis 10nm, von 10nm bis 20 nm, von 20nm bis 50nm, von 50nm bis 100nm, von 100 nm bis 200nm, von 200nm bis 500nm, von 500nm bis 1000nm, von 1000 nm bis 5000 nm betragen. Das Material der Teilchen können beispielsweise reine Metalle wie Gold, Silber, Aluminium (beispielsweise Teilchen mit surface plasmon resonance), – Protein-Au-Konjugate: J. Anal.Chem. 1998, V. 70, S. 5177, – Nukleinsäure-Au-Konjugaten: J. Am. Chem. Soc. 2001, V. 123, S.5164, J. Am. Chem. Soc. 2000, V. 122, S. 9071, Biochem. Biophys. Res. Commun 2000, V. 274, S. 817, Anal. Chem. 2001, V. 73, S. 4450), – Latex (z.B. Latex-Nanopartikel, Anal. Chem. 2000, V. 72, S. 1979) – Kunststoff (Polystyrene), – paramagnetische Verbindungen/Gemische Zhi ZL et al. Anal Biochem. 2003 Jul 15;318(2):236-43, Dressman D et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Jul 22;100(15):8817-22„ – Metall-Teilchen, – magnetische Verbindungen/Gemische Jain KK. Expert Rev Mol Diagn. 2003 Mar;3(2):153-61, Patolsky F et al. Angew Chem Int Ed Engl. 2003 May 30;42(21):2372-2376, Zhao X et al. Anal Chem. 2003 Jul 15;75(14):3144-51, Xu H et al. J Biomed Mater Res. 2003 Sep 15;66A(4):870-9, JOSEPHSON Lee et al. US2003092029, KLICHE KAY-OLIVER et al. WO0119405.In which the largest dimensions of this Particles from 1nm to 2nm, from 2nm to 5nm, from 5nm to 10nm, from 10nm to 20nm, from 20nm to 50nm, from 50nm to 100nm, from 100nm up to 200nm, from 200nm to 500nm, from 500nm to 1000nm, from 1000nm to 5000 nm. The material of the particles can be pure, for example Metals such as gold, silver, aluminum (for example particles with surface plasmon resonance), - protein-Au conjugates: J. Anal. Chem. 1998, V. 70, p. 5177, - nucleic acid-Au conjugates: J. Am. Chem. Soc. 2001, V. 123, p.5164, J. Am. Chem. Soc. 2000, V. 122, p. 9071, Biochem. Biophys. Res. Commun 2000, V. 274, p. 817, Anal. Chem. 2001, V. 73, p. 4450), - latex (e.g., latex nanoparticles, Anal. Chem., 2000, V. 72, p., 1979) - plastic (Polystyrene), - paramagnetic Compounds / Mixtures Zhi ZL et al. Anal Biochem. 2003 Jul 15; 318 (2): 236-43, Dressman D et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Jul 22; 100 (15): 8817-22 "- Metal Particles, - Magnetic Compounds / Mixtures Jain KK. Expert Rev Mol Diagn. 2003 Mar; 3 (2): 153-61, Patolsky F et al. Angew Chem Int Ed Engl. 2003 May 30; 42 (21): 2372-2376, Zhao X et al. Anal Chem. 2003 Jul 15; 75 (14): 3144-51, Xu H et al. J Biomed Mater Res. 2003 Sep 15; 66A (4): 870-9, JOSEPHONE Lee et al. US2003092029, KING-KAY-OLIVER et al. WO0119405.

1.3.3.3.2.2.3 Proteinmoleküle1.3.3.3.2.2.3 Protein molecules

Aus folgenden Gruppen: Enzyme (z.B. Peroxidase, alkalische Phosphotase, Urease, beta-Galaktosidase), – fluoreszierenden Proteine (z.B. GFP), Antigen-bindende Proteine (z.B. Antikörper, Tetramere, Affibodies (Nord et. Al Nature Biotechnology, V. 15 (S.772-777) oder deren Bestandteile (z.B. Fab-Fragmente), Nukleinsäurebindende Proteine (z.B. Transcriptionsfaktor)Out the following groups: enzymes (e.g., peroxidase, alkaline phosphatase, Urease, beta-galactosidase), - fluorescent Proteins (e.g., GFP), antigen-binding proteins (e.g., antibodies, tetramers, Affibodies (Nord et al., Al Nature Biotechnology, V. 15 (S.772-777)). or their components (e.g., Fab fragments), nucleic acid binding agents Proteins (e.g., transcription factor)

1.3.3.3.2.2.4 Nukleinsäureketten1.3.3.3.2.2.4 Nucleic acid chains

Die Nukleinsäureketten einschließlich der Gruppe, Oligonukleotide, modifizierte Oligonukleotide, wobei die Nukleinsäureketten eine Länge von 10 bis 20, von 20 bis 50, von 50 bis 100, von 100 bis 200, von 200 bis 500, von 500 bis 1000, 1000 bis 5.000, von 5.000 bis 10.000, von 10.000 bis 100.000Nukleotiden haben. Es können DNA, RNA, PNA-Moleküle verwendet werden. Nukleinsäureketten können zusäzliche Modifikationen tragen, wie beispielsweise freie Aminogruppen, Farbstoffe und andere signalgebende Moleküle, z.B. makromolekulare Stoffe, wie Enzyme oder Nanokristalle (MWG-Biotech, Detschland).The nucleic acid chains including the group, oligonucleotides, modified oligonucleotides, wherein the nucleic acid chains a length from 10 to 20, from 20 to 50, from 50 to 100, from 100 to 200, from 200 to 500, from 500 to 1000, 1000 to 5,000, from 5,000 to 10,000, have from 10,000 to 100,000 nucleotides. It can use DNA, RNA, PNA molecules become. nucleic acid chains can zusäzliche Wear modifications such as free amino groups, dyes and other signaling molecules, e.g. macromolecular substances, such as enzymes or nanocrystals (MWG-Biotech, Detschland).

Weitere Beispiele für Makromoleküle oder Makromolekülkomplexe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Einheiten in der Marker-Komponente für die Signalverstärkung eingesetzt werden können, sind in US 4882269 , US 4687732 , WO 8903849, US 6017707 beschrieben.Further examples of macromolecules or macromolecule complexes that can be used in the present invention as units in the signal amplification marker component are disclosed in U.S. Pat US 4882269 . US 4687732 , WO 8903849, US 6017707 described.

1.3.3.3.3 Die Kern-Komponente der Marker-Komponente1.3.3.3.3 The core component the marker component

Die Kernkomponente hat die Funktion mehrere strukturelle Elemente der Nuk-Makromoleküle zu binden. Vorzugsweise werden mehrere Nuk-Linker-Komponenten oder mehrere Marker-Einheiten an die Kernkomponente gekoppelt.The Core component has the function of multiple structural elements of Nuc-macromolecules bind. Preferably, several nucl linker components or more Marker units coupled to the core component.

1.3.3.3.3.1 Bestandteile1.3.3.3.3.1 Components

In einer Ausführungsform besteht die Kern-Komponente aus einem wasserlöslichen Polymer, dabei kann das Polymer aus gleichen oder unterschiedlichen Monomeren bestehen.In an embodiment The core component consists of a water-soluble polymer, it can the polymer consist of the same or different monomers.

Beispiele für den Kernteil-Komponennte stellen Derivate folgender Polymere:
Polyamide (z.B. Polypeptide), Poly-Acrylsäure, Poly-Acrylamide, Poly-Vinylalkohole, Nukleinsäuren, Proteinen.. Diese Polymere können linear, globulär, z.B. Streptavidin oder Avidin, oder verzweigt sein, z.B. Dendrimere. Auch vernetzte lösliche Polymere, wie beispielswiese vernetzte Poly-Acrylamide (Crosslinker Bisacrylamid in Kombination mit Poly-Acrylamid), eingesetzt werden.
Examples of the core part components are derivatives of the following polymers:
Polyamides (eg polypeptides), polyacrylic acid, polyacrylamides, polyvinyl alcohols, nucleic acids, proteins. These polymers may be linear, globular, eg streptavidin or avidin, or branched, eg dendrimers. Crosslinked soluble polymers, such as, for example, crosslinked polyacrylamides (crosslinker bisacrylamide in combination with polyacrylamide), are used.

Die Kern-Komponennte hat mehrere Kopplungsstellen, an die weitere Elemente gebunden werden können, z.B. strukturelle Marker-Einheiten oder Nuk-Linker-Komponente.The Kern-Komponennte has several coupling points to the other elements can be bound e.g. structural marker units or nuc-linker component.

Beispielsweise Poly-Lysin-Moleküle haben multiple freie Aminogruppen, an die mehrere Farbstoffmoleküle, Biotinmoleküle, Haptenmoleküle oder Nukleinsäureketten gekoppelt werden können. Poly-Lysine haben unterschiedliche Molmasse, z.B. 1000-2000, 2000-10000, 10000-50000 Da können käuflich erworben werden.For example Poly-lysine molecules have multiple free amino groups to which multiple dye molecules, biotin molecules, hapten molecules or nucleic acid chains can be coupled. Poly-lysines have different molecular weights, e.g. 1000-2000, 2000-10000, 10000-50000 There you can for sale be acquired.

Als weiteres Beispiel für die Kernkomponente dienen Nukleinsäurenstränge, wobei die Nukleinsäureketten eine Länge von 10 bis 20, von 20 bis 50, von 50 bis 100, von 100 bis 200, von 200 bis 500, von 500 bis 1000, 1000 bis 5000, von 5000 bis 10000 Nukleotiden haben. Diese Nukleinsäuren dienen als Bindungspartner für sequenzkomplementäre Markereinheiten.When another example of the core component serve nucleic acid strands, wherein the nucleic acid chains a length from 10 to 20, from 20 to 50, from 50 to 100, from 100 to 200, from 200 to 500, from 500 to 1000, 1000 to 5000, from 5000 to 10000 Have nucleotides. These nucleic acids serve as binding partners for sequence-complementary marker units.

In einer weiteren Ausführungsform besteht die Kern-Komponente aus einem Dendrimer, z.B. Polypropylenimine, Polyaminoamine. Beispiele für andere Dendrimere sind bekannt: Cientifica "Dendrimers", 2003, Technology white papers Nr. 6, Klajnert et al. Acta Biochimica Polonica, 2001, v. 48, S. 199, Manduchi et al. Physiol. Genomics 2002, V.10, S.169, Sharma et al. Electrophoresis. 2003, V. 24, S. 2733, Morgan et al. Curr Opin Drug Discov Devel. 2002 Nov;5(6):966-73, Benters et al. Nucleic Acids Res. 2002 Jan 15;30(2):E10, Nilsen et al. J Theor Biol. 1997 Jul 21;187(2):273-84. Viele Dendrimere sind kommerziell erwerblich (Genisphere, www.genisphere.com, Chimera Biotech GmbH).In a further embodiment if the core component consists of a dendrimer, e.g. polypropylenimines, Polyaminoamines. examples for Other dendrimers are known: Cientifica "Dendrimers", 2003, Technology white papers No. 6, Klajnert et al. Acta Biochimica Polonica, 2001, v. 48, p. 199, Manduchi et al. Physiol. Genomics 2002, V.10, p.169, Sharma et al. Electrophoresis. 2003, V. 24, p. 2733, Morgan et al. Curr Opin Drug Discov Devel. 2002 Nov; 5 (6): 966-73, Benters et al. Nucleic Acids Res. 2002 Jan 15; 30 (2): E10, Nilsen et al. J Theor Biol. 1997 Jul 21, 187 (2): 273-84. Many dendrimers are commercially available (Genisphere, www.genisphere.com, Chimera Biotech GmbH).

Weitere Kombinationen für die Kern-Komponennte aus den oben dargestellten Bestandteilen sind einem Fachmann naheliegend.Further Combinations for the core components of the components shown above are obvious to a person skilled in the art.

1.3.3.3.3.2 Kopplung der Marker-Einheiten an die Kern-Komponente1.3.3.3.3.2 Coupling of the Marker units to the core component

Strukturelle Marker-Einheiten können an die Kern-Komponente oder an die Linker-Komponente durch eine kovalente Bindung, beispielsweise über einen Cross-linker (Chemistry of protein conjugation and cross-linking, S. Wang, 1993, ISBN 0-8493-5886-8, "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2), oder über eine affine Kopplung erfolgen, beispielsweise Biotin-Streptavidin-Verbindung oder Hybridisierung von Nukleinsäuresträngen oder Antigen-Antikörper-Wechselwirkung ("Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2).structural Marker units can to the core component or to the linker component through a covalent bond, for example about a cross-linker (Chemistry of protein conjugation and cross-linking, S. Wang, 1993, ISBN 0-8493-5886-8, "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences ", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2), or over an affine coupling, for example, biotin-streptavidin compound or hybridization of nucleic acid strands or Antigen-antibody interaction ( "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences ", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2).

Die Kopplung von Marker-Einheiten an die Kern-Komponente erfolgt in einer Ausführungsform bereits während der Synthese der Nuk-Makromoleküle.The Coupling of marker units to the core component takes place in an embodiment already during the synthesis of nuc macromolecules.

In einer anderen Ausführungsform erfolgt zunächst die chemische Synthese von Nuk-Makromoleküle, bei denen die Markerkomponente nur aus der Kern-Komponente besteht. Die Kopplung von Marker-Einheiten an die Kern-Komponente erfolgt erst nach dem Einbau von Nuk-Makromoleküle in die Nukleinsäurekette. Durch eine große Zahl der potenziellen Bindungsstellen am Kernteil ist die Wahrscheinlichkeit der Bindung der Marker-Einheiten an die Kern-Komponente und somit an die eingebaute Nuk-Komponente wesentlich größer im Vergleich zu konventionellen Nukleotid-Strukturen.In another embodiment takes place first the chemical synthesis of nuc macromolecules, at where the marker component consists only of the core component. The coupling of marker units to the core component takes place only after the incorporation of nuc-macromolecules into the nucleic acid chain. By a big Number of potential binding sites at the core part is the probability the binding of the marker units to the core component and thus to the built-Nuk component much larger compared to conventional Nucleotide structures.

Die Kopplungschemie im einzelnen hängt von der Struktur der Marker-Einheiten und der Struktur der Kern-Komponente ab.The Coupling chemistry depends in detail on the structure of the marker units and the structure of the core component from.

Kovalente Kopplung:Covalent coupling:

Die Verbindung zwischen den Marker-Einheiten und der Kern-Komponente kann in einer Ausführungsform widerstandsfähig sein (Beispiel 33), z.B. bei Temperaturen bis zu 100°C, für pH-Bereiche zwischen 3 und 12, und/oder resistent gegen hydrolytische Enzyme (z.B. Esterasen) sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindung zwischen der Nuk-Komponente und dem Linker unter milden Bedingungen spaltbar.The Link between the marker units and the core component can be found in an embodiment resistant (Example 33), e.g. at temperatures up to 100 ° C, for pH ranges between 3 and 12, and / or resistant to hydrolytic enzymes (e.g., esterases). In another embodiment of the invention the connection between the nuc-component and the linker below mild conditions fissile.

Beispiele für die Kopplung von Nukleinsäuren an Dendrimere (entspricht einer Kopplung von Marker-Einheiten an eine Kernkomponente) sind z.B. in Shchepinov et al. Nucleic Acids Res. 1999 Aug 1;27(15):3035-41, Goh et al. Chem Commun (Camb). 2002 Dec 21;(24):2954 dargestellt.Examples for the Coupling of nucleic acids on dendrimers (corresponds to a coupling of marker units to a core component) are e.g. in Shchepinov et al. Nucleic Acids Res. 1999 Aug 1; 27 (15): 3035-41, Goh et al. Chem Commun (Camb). 2002 Dec 21; (24): 2954.

1.3.3.3.3.3 Kopplung zwischen Linker und Marker1.3.3.3.3.3 Coupling between Linker and marker

In einer Ausführungsform ist die Nuk-Linker-Komponente direkt an die signalgebende oder signalvermittelnde Marker-Einheit der Marker- Komponente gebunden.In an embodiment is the Nuk-Linker component directly to the signaling or signal-conveying Marker unit bound to the marker component.

In einer weiteren Ausführungsform sind ein oder mehrere Nuk-Linker-Komponenten an die Kern- Komponente des Markers gebunden.In a further embodiment are one or more nucl linker components to the core component tied to the marker.

Die Verbindung zwischen dem Linker und der Kern- Komponente oder dem Linker und der Marker- Komponente hängt von der jeweiligen Struktur der Marker-Einheiten bzw. der Struktur der Kern-Komponente. Die Bindung kann sowohl kovalent als auch affine erfolgen "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2.The link between the linker and the core component or the linker and the marker Component depends on the particular structure of the marker units or the structure of the core component. Binding may be both covalent and affine. "Bioconjugation: protein coupling techniques for biomedical sciences", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2.

Kovalente Kopplung:Covalent coupling:

Die Verbindung zwischen der Marker-Einheiten und der Kern-Komponennte kann in einer Ausführungsform widerstandsfähig sein, z.B. bei Temperaturen bis zu 130°C, für pH-Bereiche zwischen 1 und 14, und/oder resistent gegen hydrolytische Enzyme (z.B. Proteasen, Esterasen) sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindung zwischen der Nuk-Komponente und dem Linker unter milden Bedingungen spaltbar.The Connection between the marker units and the core component can be in one embodiment resistant be, e.g. at temperatures up to 130 ° C, for pH ranges between 1 and 14, and / or resistant to hydrolytic enzymes (e.g., proteases, Esterases). In another embodiment of the invention the connection between the nuc-component and the linker below mild conditions fissile.

1.3.3.3.4 Das Verhältnis der Nuk- Komponenten in einem Nuk-Makromolekül1.3.3.3.4 The ratio of Nuc components in a nuc macromolecule

In einem Nuk-Makromolekül können 1-1000 Nuk-Komponenten vorkommen, s.o. Dabei kann die Verteilung von Nuk-Komponenten in einer Nuk-Makromolekül-Population schwanken und muß nicht notwendigerweise einen konstanten Wert für jedes einzelne Nuk-Makromolekül darstellen.In a nuc macromolecule can 1-1000 Nuk components, s.o. The distribution can be Nuk components in a nuc-macromolecule population are, and do not have to vary necessarily represent a constant value for each nuc-macromolecule.

In einer Ausführungsform haben alle Nuk-Makromoleküle eine gleiche Anzahl an Nuk-Komponenten pro ein Nuk-Makromolekül. Beispielsweise können pro ein Strepavidin-Molekül maximal 4 Biotin-Moleküle gebunden werden, bei sättigender Konzentration von Nuk-Linker- Komponenten, eine einheitliche Population an Nuk-Makromolekülen entsteht.In an embodiment all have nuc macromolecules an equal number of nuc components per a nuc macromolecule. For example, you can maximum for one strepavidin molecule 4 biotin molecules be bound at saturating Concentration of nucl linker components, a uniform population on nuc macromolecules arises.

In einer anderen Ausführungsform haben die Nuk-Makromoleküle einer Population eine definierte durchschnittliche Anzahl von Nuk- Komponenten pro Nuk-Makromolekül, in der Population selbst findet allerdings eine Verteilung der tatsächlichen Besetzung der Nuk-Makromoleküle mit Nuk- Komponenten statt. Die Verteilungsangaben von Nuk- Komponenten pro Nuk-Makromolekül stellen in diesem Fall einen Mittelwert dar. Solche Nuk-Makromoleküle können beispielsweise dann eingesetzt werden, wenn die Nuk- Komponente eine terminierende Eigenschaft aufweist.In another embodiment have the nuc macromolecules population has a defined average number of nuclei Components per nuc-macromolecule, in the Population itself, however, finds a distribution of actual Occupation of the nuc macromolecules with Nuk components instead. The distribution information of nuc components per nuc-macromolecule in this case represent an average. Such nuc-macromolecules may be, for example be used when the nuc-component has a terminating Has property.

1.3.3.3.5 Das Verhältnis von Marker-Einheiten in einem Nuk-Makromolekül1.3.3.3.5 The ratio of Marker units in a nuc macromolecule

In einem Nuk-Makromolekül können 1-1000 Marker-Einheiten vorkommen, s.o. Dabei kann die Verteilung von Marker-Einheiten in einer Nuk-Makromolekül-Population schwanken und muß nicht notwendigerweise einen konstanten Wert für jedes einzelne Nuk-Makromolekül darstellen.In a nuc macromolecule can 1-1000 marker units occur, s.o. The distribution can be of marker units in a nuc-macromolecule population do not and do not fluctuate necessarily represent a constant value for each nuc-macromolecule.

In einer Ausführungsform haben alle Nuk-Makromoleküle eine gleiche Anzahl der Marker-Einheiten pro ein Nuk-Makromolekül. Beispielsweise können pro ein Strepavidin-Molekül maximal 4 Biotin-Moleküle gebunden werden, Avidin-Biotin-Technology, Methods in Enzymology v.184, 1990..In an embodiment all have nuc macromolecules an equal number of marker units per one nuc macromolecule. For example can per one strepavidin molecule a maximum of 4 biotin molecules be bound, avidin biotin technology, Methods in Enzymology v.184, 1990.

In einer anderen Ausführungsform haben die Nuk-Makromoleküle einer Population eine definierte durchschnittliche Zahl der Marker-Einheiten pro Nuk-Makromolekül, in der Population selbst findet allerdings eine Verteilung der tatsächlichen Besetzung der Nuk-Makromoleküle mit Marker-Einheiten statt. Bei sättigenden Konzentrationen bei der Synthese von Marker-Komponenten findet eine zunehmend einheitlichere Besetzung der Nuk-Makromoleküle mit Marker-Einheiten statt.In another embodiment have the nuc macromolecules a population a defined average number of marker units per nuc-macromolecule, in the population itself, however, finds a distribution of the actual Occupation of the nuc macromolecules held with marker units. At saturating concentrations The synthesis of marker components is becoming increasingly uniform Occupation of the nuc macromolecules held with marker units.

Solche Nuk-Makromoleküle sind beispielsweise für Verfahren von Bedeutung, bei denen Schwankungen in der Signalintensität innerhalbeiner Nuk-Makromolekül-Population zu vernachlässigen sind.Such Nuc-macromolecules are for example Methods of importance in which fluctuations in the signal intensity within one Nuc-macromolecule population are negligible.

So spielt beispielsweise in Bereichen, wo es um den qualitativen Nachweis geht, die exakte Zahl der Marker-Einheiten pro Nuk-Makromolekül eine untergeordnete Rolle. In solchen Fällen ist das Vorhandensein eines stabilen Signals an sich von Bedeutung. Beispiele für solche Verfahren stellen Sequenzierverfahren mit einzelnen Molekülen dar.So plays for example in areas, where it concerns the qualitative proof is the exact number of marker units per nuc-macromolecule a subordinate Role. In such cases the presence of a stable signal is important. examples for such methods are single molecule sequencing methods.

Es sollte einem Fachmann naheliegend erscheinen, daß die angeführten Marker-Komponenten eine beträchtlich größere Molekül-Größe und -Masse haben, als die jeweilige Nuk-Komponente selbst. Weiterhin sollten andere Beispiele für makromolekulare Marker-Komponenten einem Fachmann naheliegend erscheinen.It It should be apparent to one skilled in the art that the recited marker components are a significant larger molecule size and mass have, as the respective nuk component itself. Furthermore, should other examples of macromolecular marker components to a person skilled in the obvious.

1.3.3.3.6 Substrateigenschaften der Nuk-Makromoleküle1.3.3.3.6 Substrate properties the nuc macromolecules

Die Nuk-Komponente kann als Substrat für unterschiedliche Enzyme dienen. Beispielsweise dient die Nuk-Komponente, in dieser Ausführungsform als Nukleosid- Triphosphat, als Substrat für eine Polymerase, so daß die Nuk-Komponente in einen wachsenden Strang durch eine Polymerase eingebaut werden kann und somit das gesamte Nuk-Makromolekül an den Strang kovalent gekoppelt wird.The Nuk component can serve as a substrate for different enzymes. For example, the nuc-component is used in this embodiment as nucleoside triphosphate, as a substrate for a polymerase so that the Nuk component in a growing strand by a polymerase can be incorporated and thus the entire nuc-macromolecule to the Strand is covalently coupled.

Weitere Beispiele für Enzyme stellen Kinasen, Phosphorylasen, Transferasen dar.Further examples for Enzymes are kinases, phosphorylases, transferases.

Die Substrateigenschaften des/der Nuk-Komponente(n) bestimmt/bestimmen die Substrateigenschaften der Nuk-Makromoleküle. So kann die Nuk-Komponente als ein Terminator dienen, so daß nur ein einziges Nuk-Makromolekül eingebaut werden kann. In einer anderen Ausführungsform dient die Nuk-Komponente als ein reversibler Terminator, der die Durchführung einer schrittweise kontrollierten Verlängerungsreaktion erlaubt, wie z.B. in Tcherkassov WO 02088382 dargestellt ist.The Determine substrate properties of the nuc-component (s) the substrate properties of the nuc macromolecules. So can the nuk component serve as a terminator, so that only a single nuc-macromolecule incorporated can be. In another embodiment, the nuc-component is used as a reversible terminator, which controlled the implementation of a gradual extension reaction allowed, such as in Tcherkassov WO 02088382 is shown.

1.3.3.3.7 Funktion der Marker1.3.3.3.7 Function of the marker

Die makromolekulare Marker-Komponente kann in einer Ausführungsform eine signalgebende, signalvermittelnde, katalytische oder affine Funktion haben.The Macromolecular marker component may be in one embodiment a signaling, signal-transmitting, catalytic or affine Have function.

Bei der signalgebenden Funktion enthält die Marker-Komponente Bestandteile, die bereits während der chemischen Synthese an Nuk-Makromoleküle gebunden werden, s. Beispiel 33.at contains the signaling function the marker component constituents already during the chemical synthesis to nuc-macromolecules are bound, s. example 33rd

Bei der signalvermittelnden Funktion trägt die Marker-Komponente Bestandteile, die erst durch eine Reaktion mit signalgebenden Molekülen ihre Signaleigenschaften entfalten, s. Beispiel 32.at the signal-transmitting function carries the marker component components, the first through a reaction with signaling molecules their Develop signal properties, s. Example 32.

Beispielsweise können mehrere Biotin-Moleküle, z.B. 100, den Marker-Teil bilden. Nach dem Einbau der Nuk-Makromoleküle erfolgt eine Nachweisreaktion mit modifizierten Streptavidin-Molekülen. In einem anderen Beispiel haben die Nukleinsäureketten die signalvermittelnde Funktion. Nach dem Einbau von Nuk-Makromoleküle, erfolgt eine Hybridisierung von einheitlichen Oligonukleotiden mit detektierbaren Einheiten, z.B. Fluoreszenzfarbstoffen (MWG-Biotech) an die Marker-Komponente. In einem weiteren Beispiel haben Amino- oder Merkapto-Gruppen, beispielsweise 50 Aminogruppen pro Marker, die signalvermittelnde Funktion. Nach dem Einbau der Nuk-Makromoleküle in die Nukleinsäurekette erfolgt eine chemische Modifikation mit reaktiven Komponenten, z.B. mit Farbstoffen, wie beispielsweise für eingebaute Allyl-Amino-dUTP beschrieben, Diehl et al. Nucleic Acid Research, 2002, V. 30, Nr. 16 e79.For example can several biotin molecules, e.g. 100, make up the marker part. After incorporation of the nuc-macromolecules takes place a detection reaction with modified streptavidin molecules. In In another example, the nucleic acid chains have the signal-transmitting Function. After incorporation of nuc-macromolecules, hybridization occurs of uniform oligonucleotides with detectable units, e.g. Fluorescent dyes (MWG Biotech) to the marker component. In one further examples have amino or mercapto groups, for example 50 amino groups per marker, the signal-transmitting function. After this Incorporation of nuc macromolecules into the nucleic acid chain a chemical modification with reactive components, e.g. with dyes, such as for incorporated allyl-amino-dUTP described, Diehl et al. Nucleic Acid Research, 2002, V. 30, No. 16 e79.

In einer anderen Ausführungsform hat die makromolekulare Marker-Komponente eine katalytische Funktion (in Form eines Enzyms oder Ribozyms). Dabei können unterschiedliche Enzyme verwendet werden, z.B. Peroxidase oder alkalische Phosphatase. Dank der Kopplung an die Nuk-Komponente kann das jeweilige Enzym durch den Einbau von Nuk-Makromolekülen an den Nukleinsäurestrang kovalent gebunden werden.In another embodiment the macromolecular marker component has a catalytic function (in the form of an enzyme or ribozyme). It can be different enzymes can be used, e.g. Peroxidase or alkaline phosphatase. thanks the coupling to the nuc-component, the respective enzyme by the incorporation of nuc macromolecules to the nucleic acid strand covalently bound.

In einer weiteren Ausführungsform hat die makromolekularer Marker-Komponente eine Affinitätsfunktionalität zu einem anderen Molekül. Beispiele für solche Marker bilden Streptavidin-Moleküle oder Nukleinsäureketten, Beispiel 30 oder 32.In a further embodiment the macromolecular marker component has an affinity functionality to one another molecule. examples for such markers form streptavidin molecules or nucleic acid chains, Example 30 or 32.

1.3.4. Niedermolekularer Marker1.3.4. low molecular weight marker

Zum Stand der Technik gehörende Markierung von Nukleotiden beispielsweise mit ein oder zwei Biotin-Molekülen, ein oder zwei Farbstoff-Molekülen, ein oder zwei Hapten-Moleküln (z.B. Digoxigenin).To the State of the art Labeling of nucleotides, for example, with one or two biotin molecules or two dye molecules, one or two hapten molecules (e.g., digoxigenin).

1.3.5. Konventionell modifiziertes Nukleotid1.3.5. Conventionally modified nucleotide

Ein Nukleotid mit einem Linker (durchschnittliche Länge zwischen 5 und 30 Atomen) und einem Marker. Üblicherweise trägt ein konventionell modifiziertes Nukleotid einen niedermolekularen Marker, z.B. ein Farbstoff- oder ein Biotinmolekül.One Nucleotide with a linker (average length between 5 and 30 atoms) and a marker. Usually enters conventionally modified nucleotide a low molecular weight marker, e.g. a dye or a biotin molecule.

1.3.6 Anker-Funktion1.3.6 Anchor 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 to the ability of nucleic acid chains fixed on the solid phase to bind other complementary nucleic acid chains. The process is called hybridization. This bond becomes too affi counted bindings.

1.3.7 Dichte1.3.7 Density

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.

1.3.8 Herstellung der Oberfläche1.3.8 Production of 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.

1.3.9 Inkubationsschritt1.3.9 Incubation step

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".

1.3.10 DNA1.3.10 DNA

  • Desoxyribonukleinsäure verschiedenen Ursprungs und unterschiedlicher Länge (Oligonukleotide, PCR-Produkte, Plasmide, genomische DNA, cDNA, ssDNA, dsDNA).deoxyribonucleic acid of different origin and length (oligonucleotides, PCR products, Plasmids, genomic DNA, cDNA, ssDNA, dsDNA).
  • RNA – RibonukleinsäureRNA - ribonucleic acid

1.3.11 dNTP1.3.11 dNTP

  • 2'-deoxi-Nucleosid-Triphosphate, Substrate für DNA-Polymerasen und Reverse-Transkriptasen2'-deoxy-nucleoside triphosphates, Substrates for DNA polymerases and reverse transcriptases

1.3.12 Markierte Komponenten1.3.12 Marked components

Unter markierten Komponenten werden Moleküle verstanden, die eine detektierbare Markierung tragen. Bevorzugt werden in dieser Anmeldung markierte Nukleotide (konventionell modifizierte Nukleltide als auch Nuk-Makromoleküle) 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 Nucleotides (conventionally modified nuclides as well as nuc macromolecules) and labeled nucleic acid chains considered. The labeled components may also have other modifications include.

1.3.13 NTP1.3.13 NTP

  • Nukleosid-Triphosphate, Substrate für RNA-PolymerasenNucleoside triphosphates, substrates for RNA polymerases

1.3.14 NT1.3.14 NT

  • 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.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.

Im Text wird bei Abkürzungen die Mehrzahl durch Verwendung des Suffixes "s" gebildet, "NT" steht zum Beispiel für "Nukleotid", "NTs" steht für mehrere Nukleotide.in the Text becomes abbreviations the majority formed by using the suffix "s", "NT" is for example for "nucleotide", "NTs" stands for several Nucleotides.

1.3.15 NT*1.3.15 NT *

  • Modifiziertes Nukleotid (konventionell modifiziertes Nukleotid oder ein Nuk-Makromolekül), NTs* bedeutet: modifizierte NukleotideModified nucleotide (conventionally modified nucleotide or a nuc macromolecule), NTs * means: modified nucleotides

1.3.16 NSK1.3.16 NSK

  • Nukleinsäurekette.Nucleic acid chain.

1.3.17 NSKF1.3.17 NSKF

  • 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.

1.3.18 Plane Oberfläche:1.3.18 Plane 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.

1.3.19 Polymerasen1.3.19 Polymerases

  • Enzyme, die komplementäre Nukleotide in einen wachsenden DNA- oder RNA-Strang einbauen können (z.B. DNA-Polymerasen, Reverse-Transkriptasen, RNA-Polymerasen)Enzymes that are complementary Nucleotides into a growing DNA or RNA strand (e.g., DNA polymerases, Reverse transcriptase, RNA polymerases)

1.3.20 Primerbindungstelle (PBS)1.3.20 primer binding site (PBS)

  • Teil der Sequenz in der NSK oder NSKF, an den der Primer bindet.Part of the sequence in the NSK or NSKF to which the primer binds.

1.3.21 Referenzsequenz1.3.21 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.

1.3.22 Regenerierte Oberfläche1.3.22 Regenerated 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.

1.3.23 Tm1.3.23 Tm

  • Schmelztemperaturmelting temperature

1.3.24 TCEP1.3.24 TCEP

  • Tris-carboxy-ethyl-phosphinTris-carboxy-ethyl-phosphine

1.3.25 unspezifischen Bindung von markierten Komponenten1.3.25 non-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 given as the number of binding events (mean) per 100 μm 2 . 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.

1.3.26 Weitfeldoptik1.3.26 Wide 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 Weitfeldoptik detection devices are projected, the resolution in the range of have over 0.2 microns, for example, a resolution of 0.5 microns or 1 micron. This generic term distinguishes itself from near-field optics, which enable a 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-Microskop (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 5.1008, 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 5.1008, 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.

1.4 Aufgabe der Erfindung:1.4 Object of the invention:

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Sequenzanalyse von Nukleinsäureketten bereitzustellen, das die Nachteile der oben erwähnten Methoden nicht aufweist und vor allem eine billigere, schnellere und effizientere Analyse von Nukleinsäuresequenzen ermöglicht. Insbesondere soll das Verfahren in der Lage sein, viele Sequenzen parallel zu bestimmen.The The object of the present invention is therefore a method for sequence analysis of nucleic acid chains to provide that does not have the disadvantages of the above-mentioned methods and above all a cheaper, faster and more efficient analysis of nucleic acid sequences allows. In particular, the method should be capable of many sequences to be determined in parallel.

Die Aufgabe der Erfindung bestand weiterhin 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 also a surface of a provide solid phase in the analysis of nucleic acid chains can be used and a low non-specific binding of both labeled and unlabeled nucleotides as well as labeled and unlabeled 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.

1.5 Kurze Beschreibung der Erfindung:1.5 Short description the invention:

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur hochparallelen Sequenzanalyse von Nukleinsäuresequenzen mit optischen Mitteln (Nukleinsäureketten, NSKs) gelöst, das folgende Schritte einschließt:

  • 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 enzymatischer Einbau von markierten Nukleotiden an den 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
wobei man die relative Position einzelner Matrize-Primer-Komplexe auf der Reaktionsoberfläche und die Sequenz dieser Matrizen durch spezifische Zuordnung der in Stufe 3.3 in aufeinanderfolgenden Zyklen an den jeweiligen Positionen detektierten Fluoreszenzsignale zu den NTs bestimmt.The object is achieved by a method for highly parallel sequence analysis of nucleic acid sequences with optical means (nucleic acid chains, NSKs), which includes the following steps:
  • 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 enzymatic incorporation of labeled nucleotides on 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
whereby the relative position of individual template-primer complexes on the reaction surface and the sequence of these templates are determined by specific assignment of the fluorescence signals to the NTs detected in step 3.3 in successive cycles at the respective positions.

Markierte Nukleotide können dabei sowohl konventionell markierte bzw. modifizierte Nukleotide als auch Nuk-Makromoleküle darstellen.marked Nucleotides can both conventionally labeled or modified nucleotides as well as nuc macromolecules represent.

Aus den ermittelten Teilsequenzen kann man beispielsweie die Gesamtsequenz der Nukleinsäurekette 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 the nucleic acid chain determine. Under a parallel sequence analysis is in this Context understood the simultaneous sequence analysis of many NSKFs (for example, 1,000,000 to 10,000,000), these NSKFs being from a uniform NSK population or of several different 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*
einsetzt.According to a particular embodiment of the invention, the process can be carried out by repeatedly repeating steps a) to f) of the cyclic synthesis reaction, wherein
  • 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 *
starts.

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 Anmeldung beschreibt eine Oberfläche einer festen Phase für das erfindungsgemäße Verfahren, die eine sehr geringe unspezifische Bindung von markierten Komponenten wie beispielsweise markierten Nukleotiden und markierten Nukleinsäuren aufweist (6A-D), s. Test 1.1 bis 1.4 Beispiele 1.1.The application describes a surface of a solid phase for the method according to the invention which has a very low unspecific binding of labeled components such as for example labeled nucleotides and labeled nucleic acids ( 6A -D), s. Test 1.1 to 1.4 Examples 1.1.

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 von komplementären markierten Nukleinsäuren und/oder enzymatische Reaktionen an fixierten Nukleinsäureketten (1, Beispiel 6.1) einschließen, wobei sowohl Hybridisierung von markierten Nukleinsäuren als auch enzymatische Reaktionen mit fixierten Nukleinsäureketten mehrmals wiederholt werden können. Dabei bleibt das Hintergrundsignal, das bei dem einmaligen oder wiederholten Kontakt zwischen der festen Phase und den markierten Komponenten durch die unspezifische Bindung entstanden ist, gering. Diese Eigenschaften der Oberfläche ermöglichen eine bessere Leistung der Verfahren im Vergleich zu den Ergebnissen, die mit herkömmlichen Oberflächen erzielt werden können.Nucleic acid chains can be specifically bound to the surface of the solid according to the invention. The solid phase surface of the invention with fixed nucleic acids can be used in methods for the analysis of the nucleic acids, the hybridization of complementary labeled nucleic acids and / or enzymatic reactions on fixed nucleic acid chains ( 1 , Example 6.1), wherein both hybridization of labeled nucleic acids and enzymatic reactions with fixed nucleic acid chains can be repeated several times. In this case, the background signal, which has arisen during the single or repeated contact between the solid phase and the labeled components due to the non-specific binding, remains low. These properties of the surface enable better performance of the processes compared to the results that can be achieved with conventional surfaces.

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
The preparation of the surface of the solid phase in one embodiment includes the following essential steps:
  • 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.
In a further embodiment, the preparation includes the following essential steps:
  • 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 are randomly distributed on the surface during immobilization or binding, ie So you do not have to pay attention to an exact positioning of the individual chains. The NSKF primer complexes must be fixed on the surface in such a density that an unambiguous assignment of the later detected signals from the incorporated labeled nucleotides to individual NSKFs is ensured.

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.
After preparation of the NSKFs, the sequencing reaction is started with all NSKF primer complex molecules immobilized on the surface. The basis of sequencing is the synthesis of the complementary strand to each individual bound NSKF. In this case, labeled nucleotides are incorporated into the newly synthesized strand. The sequencing reaction proceeds in several cycles. For example, a cycle includes the following steps:
  • 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:

  • – Verfahren zur Sequenzierung
  • – 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
  • – Nuk-Makromoleküle, die im Sequenzierverfahren eingesetzt werden können.
The following topics are displayed in the application:
  • - Method for sequencing
  • 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
  • - Nuc-macromolecules that can be used in the sequencing process.

1.6 Der Gegenstand dieser Erfindung betrifft folgende Aspekte:

  • 1. Ein Verfahren zur parallelen Sequenzanalyse von Nukleinsäuresequenzen (Nukleinsäureketten, NSKs) mit optischen Mitteln, das folgende Schritte einschließt: 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 enzymatischer Einbau von markierten Nukleotiden an den 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
  • 2. Feste Phase für Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekt 1, 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) oder mit photolabilen Schutzgruppen (US Pat. Nr. 5753788, US Pat. Nr. 5831070).
  • 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 10 μm 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. 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 nach Aspekt 1, wobei die feste Phase nach Aspekten 2 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 1,3 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 1,5 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 105, wobei als markierte Nukleotide konventionell modifizierte Nukleotide eingesetzt werden.
  • 107. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Aspekt 60 bis 105, wobei als markierte Nukleotide Nuk-Makromoleküle eingesetzt werden.
  • 108. 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.
  • 109. Verfahren zur Analyse von Nukleinsäureketten mit der festen Phase nach Aspekten 2 bis 59, wobei die zu analysierenden Nukleinsäureketten an der festen Phase fixiert sind und die Analyse durch die Hybridisierung von komplementären markierten Nukleinsäureketten erfolgt.
  • 110. Verfahren zur Analyse von Nukleinsäureketten mit der festen Phase nach Aspekten 2 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.
1.6 The subject matter of this invention relates to the following aspects:
  • 1. A method for parallel sequence analysis of nucleic acid sequences (nucleic acid chains, NSKs) with optical means, comprising the following steps: 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 Performing a cyclic reaction with the solid phase-fixed primer-template complexes, including the following steps: 3.1 enzymatic incorporation of labeled nucleotides on 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 optionally 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
  • 2. Solid phase for methods for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspect 1, 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 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 the solid phase. 2. coupling nucleic acid chains to the regenerated surface of the solid phase
  • 18. A method for producing the solid phase according to Aspects 1 to 16, wherein the preparation is as follows Steps include: 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 nucleic acid chains to the linker component
  • A method of preparing the solid phase of aspects 1 to 16, wherein the preparation includes 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
  • 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) or with photolabile protecting groups (US Pat. No. 5,753,788, US Pat. No. 5,831,070).
  • 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. Method for producing the solid phase according to aspect 26, wherein the chemical reaction in estate unit 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 outer layer is 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 extender-capable primer-template complexes is preferably in one of the following ranges: 1/100 μm 2 to 10/100 μm 2 , 10/100 μm 2 to 20/100 μm 2 , 20/100 μm 2 to 30/100 μm 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 . 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 according to aspect 1, wherein the solid phase according to aspects 2 to 59 is used.
  • 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. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with 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 up to 1.3 microns
  • 80. A method for 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
  • 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. Method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules by optical means according to aspects 60 to 82, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed represent nucleic acid chains having 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. A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 84, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed represent 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 for 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 105, wherein as a labeled nucleotides conventionally modified nucleotides are used.
  • 107. Method for the parallel analysis of a multiplicity of individual nucleic acid molecules with optical means according to aspects 60 to 105, wherein nuc-macromolecules are used as labeled nucleotides.
  • 108. 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.
  • 109. A method for the analysis of nucleic acid chains with the solid phase according to aspects 2 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.
  • 110. A method of analyzing nucleic acid chains with the solid phase of aspects 2 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.

Im Zusammenhang mit den Aspekten 1 bis 110 der Erfindung werden Nuk-Makromoleküle und deren Einsatz im Sequenzierverfahren nach Aspekten 1, 60 bis 105 als Zusatzaspekte 1 bis 64 der Erfindung dargestellt.in the Related to aspects 1 to 110 of the invention are nuc-macromolecules and their use in the sequencing method according to aspects 1, 60 to 105 as additional aspects 1 to 64 of the invention.

1. Zusatzaspekt der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen mit der Struktur:
(Nuk-Linker)n-Marker
wobei:

Nuk
– ein Nukleotid oder ein Nukleosid ist (Nuk-Komponente)
Linker
– eine Linker-Komponente, die folgende Bestandteile einschließt: a) Kopplungseinheit L – ein Teil des Linkers, das die Verbindung zwischen Nuk und dem Linkerrest darstellt b) Polymer – ein Teil des Linkers, das ein wasserlösliches Polymer mit einer durchschnittlichen Länge zwischen 100 und 10.000 Atome ist c) Kopplungseinheit T – ein Teil des Linkers, das die Verbindung zwischen dem Linkerrest und dem Marker darstellt
Marker
– eine Marker-Komponente ist
n
– eine ganze Zahl zwischen 1 und 100 ist
1. Additional aspect of the invention relates to macromolecular compounds having the structure:
(Nuk linker) n marker
in which:
Nuk
Is a nucleotide or a nucleoside (nuc-component)
left
A linker component which includes the following components: a) coupling unit L - a part of the linker which represents the link between Nuk and the linker radical b) polymer - a part of the linker comprising a water-soluble polymer with an average length between 100 and 100 10,000 atoms is c) coupling unit T - a part of the linker that represents the link between the linker residue and the marker
marker
- is a marker component
n
- is an integer between 1 and 100

Ein weiterer Zusatzaspekt 2 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekt 1, wobei die Nuk-Komponente folgende Strukturen einschließt (17A):
Wobei:
Base – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe von Adenin, oder 7-Deazaadenin, oder Guanin, oder 7-Deazaguanin, oder Thymin, oder Cytosin, oder Uracil, oder deren Modifikationen, wobei L die Verbindung zwischen der Nuk-Komponente und der Linker-Komponente darstellt (Kopplungseinheit L) und X die Kopplungsstelle der Kopplungseinheit L an der Base ist
R1 – ist H
R2 – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe H, OH, Halogen, NH2, SH oder geschützte OH-Gruppe
R3 – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe H, OH, Hal, PO3, SH, NH2, O- R3-1, P(O)m- R3-1, NH-R3-1, S-R3-1, Si-R3-1 wobei R3-1 eine chemisch, photochemisch oder enzymatisch spaltbare Gruppe ist und m 1 oder 2 ist.
R4 – ist H oder OH
R5 – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe OH, oder eine geschützte OH-Gruppe, oder Monophosphat-Gruppe, oder Diphosphat-Gruppe oder Triphosphat-Gruppe oder Polyphosphate
A further additional aspect 2 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspect 1, wherein the nuc-component includes the following structures ( 17A ):
In which:
Base - is independently selected from the group of adenine, or 7-deazaadenine, or guanine, or 7-deazaguanine, or thymine, or cytosine, or uracil, or their modifications, where L is the link between the nuc-component and the linker Component represents (coupling unit L) and X is the coupling point of the coupling unit L at the base
R 1 - is H
R 2 - is independently selected from the group H, OH, halogen, NH 2 , SH or protected OH group
R 3 - is independently selected from the group H, OH, Hal, PO 3 , SH, NH 2 , O-R 3-1 , P (O) m -R 3-1 , NH-R 3-1 , SR 3 -1 , Si-R 3-1 wherein R 3-1 is a chemically, photochemically or enzymatically cleavable group and m is 1 or 2.
R 4 - is H or OH
R 5 - is independently selected from the group OH, or a protected OH group, or monophosphate group, or diphosphate group or triphosphate group or polyphosphates

Ein weiterer Zusatzaspekt 3 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekt 1, wobei die Nuk-Komponente folgende Strukturen einschließt (17B):
Wobei:
Base – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe von Adenin, oder 7-Deazaadenin, oder Guanin, oder 7-Deazaguanin, oder Thymin, oder Cytosin, oder Uracil, oder deren zu enzymatischen Reaktionen fähigen Modifikationen
R1 – ist H
R2 – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe H, OH, Hal, NH2, SH oder geschützte OH-Gruppe
R3 – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe O- R3-2, P(O)m- R3-2, wobei m 1 oder 2 ist, NH-R3-2, S-R3-2, Si-R3-2 oder, wobei R3-2 die Kopplungsstelle der Kopplungseinheit L an das Nukleotid ist
Kopplungseinheit L – die Verbindung zwischen der Nuk-Komponente und der Linker-Komponente
R4 – ist H oder OH
R5 – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe OH, oder eine geschützte OH-Gruppe, oder Monophosphat-Gruppe, oder Diphosphat-Gruppe oder Triphosphat-Gruppe
A further aspect 3 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspect 1, wherein the nuc-component includes the following structures ( 17B ):
In which:
Base - is independently selected from the group of adenine, or 7-deazaadenine, or guanine, or 7-deazaguanine, or thymine, or cytosine, or uracil, or their modifications capable of enzymatic reactions
R 1 - is H
R 2 - is independently selected from the group H, OH, Hal, NH 2 , SH or protected OH group
R 3 - is independently selected from the group O-R 3-2 , P (O) m - R 3-2 , where m is 1 or 2, NH-R 3-2 , SR 3-2 , Si-R 3 -2 or, wherein R 3-2 is the coupling site of the coupling unit L to the nucleotide
Coupling unit L - the connection between the nuc-component and the linker component
R 4 - is H or OH
R 5 - is independently selected from the group OH, or a protected OH group, or monophosphate group, or diphosphate group or triphosphate group

Ein weiterer Zusatzaspekt 4 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekt 1, wobei die Nuk-Komponente folgende Strukturen einschließt (17B):
Wobei:
Base – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe von Adenin, oder 7-Deazaadenin, oder Guanin, oder 7-Deazaguanin, oder Thymin, oder Cytosin, oder Uracil, oder deren zu enzymatischen Reaktionen fähigen Modifikationen
R1 – ist H
R2 – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe H, OH, Hal, NH2, SH oder geschützte OH-Gruppe
R3 – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe H, OH, Hal, PO3, SH, NH2, O- R3-1, P(O)m- R3-1, NH-R3-1, S-R3-1, Si-R3-1 wobei R3-1 eine chemisch, photochemisch oder enzymatisch spaltbare Gruppe ist und m 1 oder 2 ist.
R4 – ist H oder OH
R5 – ist unabhängig gewählt aus der Gruppe O- R5-1-L, oder P-(O)3- R5-1-L (modifizierte Monophosphat-Gruppe), oder P-(O)3-P-(O)3-R5-1-L (modifizierte Diphosphat-Gruppe)
oder P-(O)3-P-(O)3-P-(O)3- R5-1-L (modifizierte Triphosphat-Gruppe), wobei R5-1 die Kopplungsstelle der Kopplungseinheit L an das Nukleotid ist und Kopplungseinheit L die Verbindung zwischen der Nuk-Komponente und der Linker-Komponente ist.
A further additional aspect 4 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspect 1, wherein the nuc-component includes the following structures ( 17B ):
In which:
Base - is independently selected from the group of adenine, or 7-deazaadenine, or guanine, or 7-deazaguanine, or thymine, or cytosine, or uracil, or their modifications capable of enzymatic reactions
R 1 - is H
R 2 - is independently selected from the group H, OH, Hal, NH 2 , SH or protected OH group
R 3 - is independently selected from the group H, OH, Hal, PO 3 , SH, NH 2 , O-R 3-1 , P (O) m -R 3-1 , NH-R 3-1 , SR 3 -1 , Si-R 3-1 wherein R 3-1 is a chemically, photochemically or enzymatically cleavable group and m is 1 or 2.
R 4 - is H or OH
R 5 - is independently selected from the group O-R 5-1 -L, or P- (O) 3 - R 5-1 -L (modified monophosphate group), or P- (O) 3 -P- ( O) 3 -R 5-1 -L (modified diphosphate group)
or P- (O) 3 -P- (O) 3- P- (O) 3 -R 5-1- L (modified triphosphate group), wherein R 5-1 is the coupling site of the coupling moiety L to the nucleotide, and Coupling unit L is the connection between the nuc-component and the linker component.

Ein weiterer Zusatzaspekt 5 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 4, wobei Kopplungseinheit L folgende strukturelle Elemente einschließt:
R6-NH-R7, R6-O-R7, R6-S-R7, R6-SS-R7, R6-CO-NH-R7, R6-NH-CO-R7, R6-CO-O-R7, R6-O-CO-R7, R6-CO-S-R7, R6-S-CO-R7, R6-P(O)2-R7, R6-Si-R7, R6-(CH2)n-R7, R6-(CH2)n-R7, R6-A-(CH2)n-R7, R6-(CH2)n-B-R7,
R6-(CN=CH-)n-R7, R6-(A-CH=CH-)n-R7, R6-(CH=CH-B-)n-R7, R6-(CH=CH-CH2-B-)n-R7, R6-A-CH=CH-(CH2-)n-R7, R6-(-CH=CN-CH2)-B-R7,
R6-(C≡C-)n-R7, R6-(A-C≡C-)n-R7, R6-(A-C≡C-CH2)-R7, R6-(C≡C-B-)n-R7,
R6-(C≡C-CH2-B-)n-R7, R6-A-C≡C-(CH2-)n-R7, R6-(-C≡C-CH2)n-B-R7,
R6-(-C≡C-CH2-CH2)-B-R7
wobei R6 – die Nuk-Komponente ist, R7 – der Linkerrest ist und A und B unabhängig folgende strukturelle Elemente einschließen: -NH-, -O-, -S-, -SS-, -CO-NH-, -NH-CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -P(O)2-, -Si-, -(CH2)n-, eine photolabile Gruppe, wobei n – gleich 1 bis 5 ist
A further aspect 5 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspects 1 to 4, wherein coupling unit L includes the following structural elements:
R 6 -NH-R 7 , R 6 -OR 7 , R 6 -SR 7 , R 6 -SS-R 7 , R 6 -CO-NH-R 7 , R 6 -NH-CO-R 7 , R 6 -CO-OR 7 , R 6 -O-CO-R 7 , R 6 -CO-SR 7 , R 6 -S-CO-R 7 , R 6 -P (O) 2 -R 7 , R 6 -Si R 7 , R 6 - (CH 2 ) n -R 7 , R 6 - (CH 2 ) n -R 7 , R 6 -A- (CH 2 ) n -R 7 , R 6 - (CH 2 ) n -BR 7 ,
R 6 - (CN = CH-) n -R 7 , R 6 - (A-CH = CH-) n -R 7 , R 6 - (CH = CH-B-) n -R 7 , R 6 - ( CH = CH-CH 2 -B-) n -R 7 , R 6 -A-CH = CH- (CH 2 -) n -R 7 , R 6 - (- CH = CN-CH 2 ) -BR 7 ,
R 6 - (C≡C-) n -R 7 , R 6 - (AC≡C-) n -R 7 , R 6 - (AC≡C-CH 2 ) -R 7 , R 6 - (C≡CB -) n -R 7 ,
R 6 - (C≡C-CH 2 -B-) n -R 7 , R 6 -AC≡C- (CH 2 -) n -R 7 , R 6 - (- C≡C-CH 2 ) n - BR 7 ,
R 6 - (- C≡C-CH 2 -CH 2 ) -BR 7
wherein R 6 - is the nuc-component, R 7 - is the linker radical and A and B independently include the following structural elements: -NH-, -O-, -S-, -SS-, -CO-NH-, -NH -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -P (O) 2 -, -Si-, - (CH 2 ) n -, a photolabile Group, where n - is 1 to 5

Ein weiterer Zusatzaspekt 6 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 5, wobei die Linker-Komponente ein wasserlösliches Polymer einschließt.One additional aspect 6 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspects 1 to 5, wherein the linker component is a water-soluble Polymer includes.

Ein weiterer Zusatzaspekt 7 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekt 6, wobei die Linker-Komponente wasserlösliche Polymere unabhängig ausgewählt aus folgender Gruppe einschließt:
Polyethylen-glycol (PEG), Polysaccharide, Dextran, Polyamide, Polypeptide, Polyphosphate, Polyacetate, Poly(alkyleneglycole), Kopolymere aus Ethylenglycol und Propylenglycol, Poly(olefinische Alkohole), Poly(Vinylpyrrolidone), Poly(Hydroxyalkylmethacrylamide), Poly(Hydroxyalkylmethacrylate), Poly(x-Hydroxy-Säuren), Poly-Acrylsäure, Poly-Acrylamid, Poly(Vinylalkohol).
A further additional aspect 7 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspect 6, wherein the linker component includes water-soluble polymers independently selected from the following group:
Polyethylene glycol (PEG), polysaccharides, dextran, polyamides, polypeptides, polyphosphates, polyacetates, poly (alkylene glycols), copolymers of ethylene glycol and propylene glycol, poly (olefinic alcohols), poly (vinyl pyrrolidones), poly (hydroxyalkyl methacrylamides), poly (hydroxyalkyl methacrylates) , Poly (x-hydroxy acids), polyacrylic acid, polyacrylamide, poly (vinyl alcohol).

Ein weiterer Zusatzaspekt 8 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 7, wobei die Linker-Komponente eine durchschnittliche Länge zwischen 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 500, 500 bis 1000, 1000 bis 2000, 2000 bis 10000, 10000 bis 100000 Atomen hat.One Further additional aspect 8 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspects 1 to 7, wherein the linker component is an average Length between 50 to 100, 100 to 200, 200 to 500, 500 to 1000, 1000 to 2000, 2000 to 10,000, 10,000 to 100,000 atoms.

Ein weiterer Zusatzaspekt 9 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 8, wobei eine Marker-Komponente eine signalgebende, signalvermittelnde, katalytische oder affine Funktion hatOne Further additional aspect 9 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspects 1 to 8, wherein a marker component is a signaling, has signal-transmitting, catalytic or affine function

Ein weiterer Zusatzaspekt 10 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 9, wobei eine Marker-Komponente aus einer strukturellen Marker-Einheit bestehtOne Further additional aspect 10 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 9, wherein a marker component consists of a structural marker unit

Ein weiterer Zusatzaspekt 11 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 9, wobei eine Marker-Komponente aus mehreren strukturellen Marker-Einheiten gebunden an eine Kern-Komponente bestehtOne Further additional aspect 11 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 9, wherein a marker component consists of several structural marker units bound to a core component

Ein weiterer Zusatzaspekt 12 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 10 oder 11, wobei eine strukturelle Marker-Einheit unabhängig eines der folgenden strukturellen Elemente einschließt:
Biotin, Hapten, radioaktives Isotop, seltenes Erdenelement, Farbstoff, Fluoreszenzfarbstoff.
A further aspect 12 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspects 10 or 11, wherein a structural marker unit independently includes one of the following structural elements:
Biotin, hapten, radioactive isotope, rare earth element, dye, fluorescent dye.

Ein weiterer Zusatzaspekt 13 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 10 oder 11, wobei eine strukturelle Marker-Einheit unabhängig eines der folgenden Elemente einschließt:
Nanokristalle oder deren Modifikationen, Proteine oder deren Modifikationen, Nukleinsäureketten oder deren Modifikationen, Teilchen oder deren Modifikationen.
A further aspect 13 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspects 10 or 11, wherein a structural marker unit independently includes one of the following elements:
Nanocrystals or their modifications, proteins or their modifications, nucleic acid chains or their modifications, particles or their modifications.

Ein weiterer Zusatzaspekt 14 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekt 13, wobei eine strukturelle Marker-Einheit eines der folgenden Proteine einschließt:
Enzyme oder deren Konjugate oder Modifikationen,
Antikörper oder deren Konjugate oder Modifikationen,
Streptavidin oder seine Konjugate oder Modifikationen,
Avidin oder seine Konjugate oder Modifikationen
A further additional aspect 14 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspect 13, wherein a structural marker unit includes one of the following proteins:
Enzymes or their conjugates or modifications,
Antibodies or their conjugates or modifications,
Streptavidin or its conjugates or modifications,
Avidin or its conjugates or modifications

Ein weiterer Zusatzaspekt 15 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekt 13, wobei eine strukturelle Marker-Einheit eine der folgenden Arten Nukleinsäureketten einschließt: DNA, RNA, PNA, wobei die Länge von Nukleinsäureketten zwischen 10 und 10.000 Nukleotiden oder deren Äquivalente liegt.One additional aspect 15 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspect 13, wherein a structural marker unit one of the following types of nucleic acid chains: DNA, RNA, PNA, where the length of nucleic acid chains between 10 and 10,000 nucleotides or their equivalents.

Ein weiterer Zusatzaspekt 16 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 11 bis 15, wobei die Kern-Komponente der Marker-Komponente unabhängig eines der folgenden Elemente einschließt: wasserlöslichen Polymer unabhängig ausgewählt aus der Gruppe von: Polyamide (z.B. Polypeptide), Poly-Acrylsäure und deren Derivate, Poly-Acrylamide und deren Derivate, Poly-Vinylalkohole und deren Derivate, Nukleinsäureketten und deren Derivate, Streptavidin oder Avidin und deren Derivate, Dendrimere, wobei einzelne Polymere linear oder verzweigt oder unter einander vernetzt sein könnenOne additional aspect 16 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 11 to 15, wherein the core component the marker component independently includes one of the following elements: water-soluble polymer independently selected from the group of: polyamides (e.g., polypeptides), polyacrylic acid and their derivatives, polyacrylamides and their derivatives, polyvinyl alcohols and their derivatives, nucleic acid chains and their derivatives, streptavidin or avidin and their derivatives, Dendrimers, wherein individual polymers linear or branched or under can be networked

Ein weiterer Zusatzaspekt 17 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 9, 11 bis 16, wobei die Verbindung zwischen mehreren strukturellen Marker-Einheiten und der Kern-Komponte kovalent oder affine erfolgt.One additional aspect 17 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 9, 11 to 16, wherein the compound between several structural marker units and the core component covalent or affine occurs.

Ein weiterer Zusatzaspekt 18 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 10, wobei die Verbindung zwischen einer strukturellen Marker-Einheit und dem Linker kovalent oder affine erfolgt.One Further additional aspect 18 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 10, wherein the compound between a structural marker unit and the linker covalent or Affine happens.

Ein weiterer Zusatzaspekt 19 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 9, 11 bis 17, wobei die Verbindung zwischen der Kern-Komponente und dem Linker kovalent oder affine erfolgtOne Further additional aspect 19 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 9, 11 to 17, wherein the compound between the core component and the linker covalent or affine he follows

Ein weiterer Zusatzaspekt 20 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 19, wobei nur eine Nuk-Komponente mit einer gekoppelten Linker-Komponente an die Marker-Komponente gebunden ist, wobei die Linkerlänge zwischen 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 500, 500 bis 1000, 1000 bis 2000, 2000 bis 5000 Atome beträgt.One additional aspect 20 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 19, wherein only one nuc-component with a coupled linker component to the marker component is bound, where the linker length between 50 to 100, 100 to 200, 200 to 500, 500 to 1000, 1000 to 2000, 2000 to 5000 atoms.

Ein weiterer Zusatzaspekt 21 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 20, wobei nur eine Nuk-Komponente mit einer gekoppelten Linker-Komponente an die Marker-Komponente gebunden ist, wobei die Linkerlänge zwischen 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 500, 500 bis 1000, 1000 bis 2000, 2000 bis 5000 Atome beträgt und die Linker-Komponente eine oder mehrere unter milden Bedingungen spaltbare Verbindungen beinhaltet.Another additional aspect 21 of the invention relates to macromolecular compounds according to additional aspects 1 to 20, wherein only one Nuk component with a coupled linker component to the Mar ker component, wherein the linker length is between 50 to 100, 100 to 200, 200 to 500, 500 to 1000, 1000 to 2000, 2000 to 5000 atoms and the linker component includes one or more compounds cleavable under mild conditions.

Ein weiterer Zusatzaspekt 22 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 21, wobei nur eine Nuk-Komponente mit einer gekoppelten Linker-Komponente an die Marker-Komponente gebunden ist, wobei die Linkerlänge zwischen 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 500, 500 bis 1000, 1000 bis 2000, 2000 bis 5000 Atome beträgt und ein oder mehrere Teile des Nuk-Makromoleküls dermaßen modifiziert sind, daß nur eine Nuk-Komponente in einen wachsenden Strang eingebaut werden kann.One additional aspect 22 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 21, wherein only one nuc-component with a coupled linker component to the marker component is bound, where the linker length between 50 to 100, 100 to 200, 200 to 500, 500 to 1000, 1000 to 2000, 2000 to 5000 atoms and one or more parts of the nuc macromolecule so are modified that only a nuk component can be incorporated into a growing strand can.

Ein weiterer Zusatzaspekt 23 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 19, wobei mehrere Nuk-Komponenten jeweils über einen Linker an einer Marker-Komponenten gekoppelt sind, wobei die Länge der jeweiligen Linker- Komponente zwischen 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 500, 500 bis 1000, 1000 bis 2000, 2000 bis 5000 Atome beträgt.One additional aspect 23 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 19, wherein several nuc-components each over a linker are coupled to a marker component, wherein the Length of respective linker component between 50 to 100, 100 to 200, 200 to 500, 500 to 1000, 1000 to 2000, 2000 to 5000 atoms.

Ein weiterer Zusatzaspekt 24 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 19, 23, wobei mehrere Nuk-Komponenten jeweils über einen Linker an einer Marker-Komponenten gekoppelt, wobei die Länge der jeweiligen Linker- Komponente zwischen 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 500, 500 bis 1000, 1000 bis 2000, 2000 bis 5000 Atome beträgt und der jeweilige Linker eine oder mehrere unter milden Bedingungen spaltbare Verbindungen beinhaltet.One Further additional aspect 24 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 19, 23, wherein several nuc-components each have a Linker coupled to a marker components, with the length of the respective linker component between 50 to 100, 100 to 200, 200 to 500, 500 to 1000, 1000 to 2000, 2000 to 5000 atoms and the respective linker one or more cleavable under mild conditions Includes connections.

Ein weiterer Zusatzaspekt 25 der Erfindung betrifft makromolekulare Verbindungen nach Zusatzaspekten 1 bis 19, 23, 24, wobei mehrere Nuk-Komponenten jeweils über einen Linker an einer Marker- Komponenten gekoppelt, wobei die Länge der jeweiligen Linker- Komponente zwischen 50 bis 100, 100 bis 200, 200 bis 500, 500 bis 1000, 1000 bis 2000, 2000 bis 5000 Atome beträgt und ein oder mehrere Teile des Nuk-Makromoleküls dermaßen modifiziert sind, daß nur eine Nuk-Komponente in eine wachsende Nukleinsäurekette eingebaut werden kann.One additional aspect 25 of the invention relates to macromolecular Compounds according to additional aspects 1 to 19, 23, 24, wherein several Nuc-components each over a linker coupled to a marker component, the length of the respective linker component between 50 to 100, 100 to 200, 200 to 500, 500 to 1000, 1000 to 2000, 2000 to 5000 atoms and a or several parts of the nuc macromolecule are so modified that only one Nuk component can be incorporated into a growing nucleic acid chain.

Ein weiterer Zusatzaspekt 26 der Erfindung betrifft Oligonucleotide oder Polynucleotide die mindestens ein Nuk-Makromolekül nach Zusatzaspekten 1 bis 25 pro eine Nukleinsäurekette einschließen.One Further additional aspect 26 of the invention relates to oligonucleotides or polynucleotides which include at least one nuc-macromolecule by additional aspect 1 to 25 per one nucleic acid chain lock in.

Ein weiterer Zusatzaspekt 27 der Erfindung betrifft Oligonucleotide oder Polynucleotide nach Zusatzaspekt 26, wobei Oligo- oder Polynucleotide RNA, DNA oder PNA sind, deren Länge zwischen 5 und 50.000 Nukleotide beträgt.One additional aspect 27 of the invention relates to oligonucleotides or polynucleotides according to additional aspect 26, wherein oligo- or polynucleotides RNA, DNA or PNA are their length between 5 and 50,000 nucleotides.

Ein weiterer Zusatzaspekt 28 der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifizierung von Nukleinsäureketten, wobei für die Kopplung Nuk-Makromoleküle nach Zusatzaspekten 1 bis 25 verwendet werdenOne additional aspect 28 of the invention relates to a method for Modification of nucleic acid chains, being for the coupling nuc-macromolecules after Additional aspects 1 to 25 are used

Ein weiterer Zusatzaspekt 29 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 28, wobei die Modifizierung durch eine enzymatische Kopplung erfolgt und das Reaktionsgemisch folgende Komponenten einschließt:

  • – mindestens eine Art der Nuk-Makromoleküle oder deren Zwischenstufen nach Zusatzaspekten 1 bis 25, wobei jede Art der Nuk-Makromoleküle eine für sie charakteristische Markierung besitzt
  • – mindestens eine Population der Nukleinsäureketten,
  • – mindestens eine Enzymart zur Kopplung von Nuk-Makromoleküle an die Nukleinsäureketten,
A further aspect 29 of the invention relates to a process according to additional aspect 28, wherein the modification is effected by an enzymatic coupling and the reaction mixture includes the following components:
  • At least one kind of the nuc-macromolecules or their intermediates according to additional aspects 1 to 25, wherein each type of nuc-macromolecule has a characteristic marking for them
  • At least one population of the nucleic acid chains,
  • At least one type of enzyme for coupling nuc macromolecules to the nucleic acid chains,

Ein weiterer Zusatzaspekt 30 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 28, wobei die Modifizierung durch eine enzymatische Kopplung erfolgt und das Reaktionsgemisch folgende Komponenten einschließt:

  • – mindestans eine Art der Nuk-Makromoleküle oder deren Zwischenstufen nach Zusatzaspekten 1–25, wobei jede Art der Nuk-Makromoleküle eine für sie charakteristische Markierung besitzt
  • – mindestens eine Population der Nukleinsäureketten,
  • – mindestens eine Enzymart zur Kopplung von Nuk-Makromoelküle an die Nukleeinsäureketten
  • – mindestens eine weitere Art von Nukleosidtriphosphaten
A further aspect 30 of the invention relates to a process according to additional aspect 28, wherein the modification is effected by an enzymatic coupling and the reaction mixture includes the following components:
  • At least one kind of the nuc-macromolecules or their intermediates according to additional aspects 1-25, wherein each type of nuc-macromolecule possesses a characteristic marking for them
  • At least one population of the nucleic acid chains,
  • - At least one type of enzyme for the coupling of nuc-macromolecules to the nucleic acid chains
  • - At least one other type of nucleoside triphosphates

Ein weiterer Zusatzaspekt 31 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 29, 30, wobei die Enzymart unabhängig eine der folgenden Gruppen einschließt: DNA-Polymerase, RNA-Polymerase, Terminale Transferase,One additional aspect 31 of the invention relates to a method according to Additional Aspects 29, 30, the type of enzyme independently being one of the following groups includes: DNA polymerase, RNA polymerase, terminal transferase,

Ein weiterer Zusatzaspekt 32 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 30, wobei die "weitere Art" der Nukleosidtriphosphaten unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe von: Ribo-Nukleosidtriphosphaten (ATP, GTP, UTP, CTP), von 2'-Deoxyribonukleosid-Triphosphaten (dATP, dUTP, dTTP, dCTP, dGTP), von 2',3'-Dideoxynukleosidtriphosphaten (ddATP, ddGTP, ddUTP, ddCTP, ddTTP).One Further additional aspect 32 of the invention relates to a method according to Additional aspect 30, the "other Type of nucleoside triphosphates independently selected is from the group of: ribo-nucleoside triphosphates (ATP, GTP, UTP, CTP), from 2'-deoxyribonucleoside triphosphates (dATP, dUTP, dTTP, dCTP, dGTP) of 2 ', 3'-dideoxynucleoside triphosphates (ddATP, ddGTP, ddUTP, ddCTP, ddTTP).

Ein weiterer Zusatzaspekt 33 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 32, wobei die "weitere Art" der Nukleosidtriphosphaten konventionell modifizierte Nukleotide mit einer Markierung sind, wobei diese Markierung unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe von: ein Fluoreszenzfarbstoff, ein Biotin, ein Hapten, ein radioakives Element.One Further additional aspect 33 of the invention relates to a method according to Additional aspect 32, the "other Type of nucleoside triphosphates are conventionally modified nucleotides with a label, this label being independent selected is from the group of: a fluorescent dye, a biotin, a hapten, a radioactive element.

Ein weiterer Zusatzaspekt 34 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 28 bis 33, wobei mindestens zwei unterschiedliche Populationen an Nukleinsäureketten präsent sindOne Further additional aspect 34 of the invention relates to a method according to Additional aspects 28 to 33, where at least two different Populations of nucleic acid chains present are

Ein weiterer Zusatzaspekt 35 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 34, wobei mindestens eine der Populationen der Nukleinsäureketten eine Primer-Funktion hat und mindestens eine Pupulation der Nukleinsäureketten eine Matrizen-Funktion.One Further additional aspect 35 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekt 34, wherein at least one of the populations of nucleic acid chains has a primer function and at least one pupulation of the nucleic acid chains a matrix function.

Ein weiterer Zusatzaspekt 36 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 28, wobei die Modifizierung durch eine chemische Kopplung erfolgt, wobei die Kopplung der Nuk-Makromoleküle an Nukleinsäureketten durch Phosphoroamidit-Kopplung erfolgt.One additional aspect 36 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekt 28, wherein the modification by a chemical coupling takes place, wherein the coupling of nuc-macromolecules to nucleic acid chains by phosphoroamidite coupling takes place.

Ein weiterer Zusatzaspekt 37 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 28 bis 36, wobei im Markierungsverfahren Nuk-Makromoleküle eingesetzt werden, die die Kopplung nur einer einzigen Nuk-Komponente in den wachsenden Nukleinsäure-Strang zulassen und der mehrfache Einbau durch Modifikationen an der Nuk-Komponente, und/oder der Linker-Komponente und/oder der Marker-Komponente verhindert wird.One additional aspect 37 of the invention relates to a method according to Additional aspects 28 to 36, wherein Nuk macromolecules used in the labeling process Be the coupling of only a single Nuk component in the growing nucleic acid strand allow multiple installation by modifications to the Nuk component, and / or the linker component and / or the marker component prevented becomes.

Ein weiterer Zusatzaspekt 38 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 37, wobei die weitere Kopplung reversibel verhindert wird.One additional aspect 38 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekt 37, wherein the further coupling reversibly prevented becomes.

Ein weiterer Zusatzaspekt 39 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 37, wobei die weitere Kopplung irreversibel verhindert wird.One Further additional aspect 39 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekt 37, wherein the further coupling irreversibly prevented becomes.

Ein weiterer Zusatzaspekt 40 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 28 bis 36, wobei im Markierungsverfahren Nuk-Makromoleküle eingesetzt werden, die eine Kopplung mehrer Nuk-Komponente in den wachsenden Nukleinsäurestrang zulassenOne additional aspect 40 of the invention relates to a method according to Additional aspects 28 to 36, wherein Nuk macromolecules used in the labeling process Becoming a coupling of several Nuk component in the growing nucleic acid strand allow

Ein weiterer Zusatzaspekt 41 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 28-40, wobei die an der Reaktion teilnehmenden Nukleinsäureketten an eine feste Phase gekoppelt sind und adressierbare Positionen haben.One additional aspect 41 of the invention relates to a method according to Additional aspects 28-40, where the nucleic acid chains participating in the reaction coupled to a fixed phase and addressable positions to have.

Ein weiterer Zusatzaspekt 42 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 41, wobei die Nukleinsäureketten eine einheitliche Population darstellenOne Further additional aspect 42 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekt 41, wherein the nucleic acid chains a uniform Represent population

Ein weiterer Zusatzaspekt 43 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 41, wobei die Nukleinsäureketten zwei oder mehrere unterschiedliche Populationen darstellen und jede der Populationen eine adressierbare Position auf der festen Phase hatOne Further additional aspect 43 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekt 41, wherein the nucleic acid chains two or more represent different populations and each of the populations has an addressable position on the solid phase

Ein weiterer Zusatzaspekt 44 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 41, 42, wobei die Kopplung von Nuk-Makromolekülen an einer Population einheitlicher, an der festen Phase fixierter Nukleinsäuremoleküle erfolgt, wobei die Marker-Komponente des Nuk-Makromoleküls nach der Kopplung am verlängerten Nukleinsäurestrang verbleibt und nicht abgetrennt wird.One additional aspect 44 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekten 41, 42, wherein the coupling of nuc macromolecules on a Population of uniform nucleic acid molecules fixed to the solid phase, wherein the marker component of the nuc macromolecule is elongated after coupling nucleic acid strand remains and is not separated.

Ein weiterer Zusatzaspekt 45 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 41, 42, wobei die Kopplung von Nuk-Makromolekülen an einer Population einheitlicher, an der festen Phase fixierter Nukleinsäuremoleküle erfolgt, wobei die Marker-Komponente oder ihre einzelnen Komponenten mit oder ohne Linker-Komponente des Nuk-Makromoleküls während der Kopplung oder nach der Kopplung von der in den wachsenden Nukleinsäurestrang eingebauten Nuk-Komponente abgetrennt wird.One additional aspect 45 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekten 41, 42, wherein the coupling of nuc macromolecules on a Population of uniform nucleic acid molecules fixed to the solid phase, wherein the marker component or its individual components with or without linker component of the nuc macromolecule during coupling or after the coupling of the incorporated into the growing nucleic acid strand nuc-component is separated.

Ein weiterer Zusatzaspekt 46 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 41, 43, wobei die Kopplung von Nuk-Makromolekülen in einem Reaktionsansatz parallel an zwei oder mehreren unterschiedlichen Populationen an der festen Phase fixierter Nukleinsäuremoleküle erfolgt, wobei diese Populationen jeweils unterschiedliche adressierbare Positionen an der festen Phase haben und die Marker-Komponente des Nuk-Makromoleküls nach der Kopplung am verlängerten Nukleinsäurestrang verbleibt und nicht abgetrennt wird.Another additional aspect 46 of the invention relates to a method according to additional aspects 41, 43, wherein the coupling of nuc-macromolecules in a reaction mixture is carried out in parallel on two or more different populations of the solid phase of fixed nucleic acid molecules, these populations each having different addressable positions on the solid phase and extending the marker component of the nuc-macromolecule after the coupling on Nucleic acid strand remains and is not separated.

Ein weiterer Zusatzaspekt 47 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 41, 43, wobei die Kopplung von Nuk-Makromolekülen in einem Reaktionsansatz parallel an zwei oder mehreren unterschiedlichen Populationen an der festen Phase fixierter Nukleinsäuremoleküle erfolgt, wobei diese Populationen unterschiedliche adressierbare Positionen an der festen Phase haben und die Marker-Komponente oder ihre einzelnen Komponenten mit oder ohne Linker-Komponente des Nuk-Makromoleküls während der Kopplung oder nach der Kopplung von der Nuk-Komponente abgetrennt wird.One additional aspect 47 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekten 41, 43, wherein the coupling of nuc macromolecules in one Reaction batch parallel to two or more different Populations on the solid phase of fixed nucleic acid molecules take place, these populations have different addressable positions at the solid phase and the marker component or its individual Components with or without linker component of the nuc macromolecule during the Coupling or separated after the coupling of the nuc-component becomes.

Ein weiterer Zusatzaspekt 48 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 41 bis 47, wobei die adressierbaren Positionen mit Nukleinsäuremolekülen auf der festen Phase als Spots auf einer planen Oberfläche verteilt sind, wobei pro ein Spot Nukleinsäuremoleküle einheitlich sind.One additional aspect 48 of the invention relates to a method according to Additional aspects 41 to 47, wherein the addressable positions with Nucleic acid molecules on the solid phase distributed as spots on a flat surface are, where per one spot nucleic acid molecules are uniform.

Ein weiterer Zusatzaspekt 49 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 41 bis 47, wobei die adressierbaren Positionen mit Nukleinsäuremolekülen an den Kügelchen bzw. Partikel befestigt sind, wobei pro ein Kügelchen Nukleinsäuremoleküle einheitlich sind.One Further additional aspect 49 of the invention relates to a method according to Additional aspects 41 to 47, wherein the addressable positions with Nucleic acid molecules to the globule or particles are attached, wherein per a bead nucleic acid molecules uniformly are.

Ein weiterer Zusatzaspekt 50 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 41 bis 47, wobei die adressierbaren Positionen mit Nukleinsäuremolekülen in einem Multigefäßsystem, wie Mikrotiterplatte oder Nanotiterplatte oder Pikotiterplatte, verteilt sind, wobei in einem Gefäß des Multigefäßsystems die Nukleinsäuremoleküle einheitlich sind.One additional aspect 50 of the invention relates to a method according to Additional aspects 41 to 47, wherein the addressable positions with Nucleic acid molecules in one Multi vascular system, like microtiter plate or nanotiter plate or picotiter plate, are distributed, wherein in a vessel of the multi-vascular system the nucleic acid molecules uniform are.

Ein weiterer Zusatzaspekt 51 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 28 bis 35 und 37 bis 50, das folgende Schritte einschließt:

  • a) Bereitstellung mindestens einer Population an einzelsträngigen Nukleinsäureketten
  • b) Hybridisierung von sequenzspezifischen Primern an diese Nukleinsäureketten, wobei extensionsfähige NSK-Primer-Komplexe entstehen
  • c) Inkubation von mindestens einer Art der Nuk-Makromoleküle nach Zusatzaspekten 1 bis 25 zusammen mit einer Art der Polymerase nach Zusatzaspekt 31 mit den in Schritten a und b bereitgestellten NSK-Primer-Komplexen unter Bedingungen, die den Einbau von komplementären Nuk-Makromolekülen zulassen, wobei jede Art der Nuk-Makromoleküle eine für sie charakteristische Markierung besitzt.
  • d) Entfernung der nicht eingebauten Nuk-Makromoleküle von den NSK-Primer-Komplexen
  • e) Detektion der Signale von in die NSK-Primer-Komplexe eingebauten Nuk-Makromolekülen
  • f) Entfernung der Linker-Komponente und der Marker-Komponente von den in die NSK-Primer-Komplexe eingebauten Nuk-Makromolekülen
  • g) Waschen der NSK-Primer-Komplexe
gegebenenfalls Wiederholung der Schritte (c) bis (g),A further aspect 51 of the invention relates to a method according to additional aspects 28 to 35 and 37 to 50, which includes the following steps:
  • a) Provision of at least one population of single-stranded nucleic acid chains
  • b) hybridization of sequence-specific primers to these nucleic acid chains, wherein NSK primer complexes capable of extension are produced
  • c) Incubation of at least one type of nuc-macromolecules according to additional aspects 1 to 25 together with a type of polymerase according to additional aspect 31 with the NSK-primer complexes provided in steps a and b under conditions which allow the incorporation of complementary nuc-macromolecules , wherein each type of nuc-macromolecule has a characteristic of their mark.
  • d) Removal of unincorporated nuc-macromolecules from the NSK primer complexes
  • e) detection of the signals of nuc-macromolecules incorporated into the NSK primer complexes
  • f) Removal of the linker moiety and the label component from the nuc-macromolecules incorporated into the NSK primer complexes
  • g) washing the NSK primer complexes
optionally repeating steps (c) to (g),

Ein weiterer Zusatzaspekt 52 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 28-40, wobei die Nukleinsäureketten an eine feste Phase in zufälliger Anordnung gekoppelt sind.One additional aspect 52 of the invention relates to a method according to Additional aspects 28-40, wherein the nucleic acid chains to a solid phase in random Arrangement are coupled.

Ein weiterer Zusatzaspekt 53 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 28 bis 41, 52 zur parallelen Sequenzanalyse von Nukleinsäuresequenzen (Nukleinsäureketten, NSKs), bei dem man
Fragmente (NSKFs) einzelsträngiger NSKs mit einer Länge von etwa 50 bis 1000 Nukleotiden erzeugt, die überlappende Teilsequenzen einer Gesamtsequenz darstellen können, man
die NSKFs unter Verwendung eines einheitlichen oder mehrerer unterschiedlichen Primer in Form von NSKF-Primer-Komplexen auf einer Reaktionsoberfläche in einer zufälligen Anordnung bindet, wobei die Dichte der an die Oberfläche gebudenen NSKF-Primer-Komplexen eine optische Detektion der Signale von einzelnen eingebauten Nuk-Makromolekülen zuläßt, man
eine zyklische Aufbaureaktion des komplementären Stranges der NSKFs unter Verwendung einer oder mehrerer Polymerasen durchführt, indem man

  • a) zu den auf der Oberfläche gebundenen NSKF-Primer-Komplexen eine Lösung zugibt, die eine oder mehrere Polymerasen und ein bis vier Nuk-Makromoleküle enthält, die eine mit Fluoreszenzfarbstoffen markierte Marker-Komponente haben, wobei die bei gleichzeitiger Verwendung von mindestens zwei Nuk-Makromoleküle jeweils an die Marker-Komponente befindlichen Fluoreszenzfarbstoffe so gewählt sind, dass sich die verwendeten Nuk-Makromoleküle durch Messung unterschiedlicher Fluoreszenzsignale voneinander unterscheiden lassen, wobei die Nuk-Makromoleküle strukturell so modifiziert sind, dass die Polymerase nach Einbau eines solchen Nuk-Makromoleküls in einen wachsenden komplementären Strang nicht in der Lage ist, ein weiteres Nuk-Nakromolekül in denselben Strang einzubauen, wobei die Linker-Komponente mit der Marker-Komponente abspaltbar sind, 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 Nuk-Makromolekül verlängert werden, man
  • c) die in Stufe b) erhaltene stationäre Phase unter Bedingungen wäscht, die zur Entfernung nicht in einen komplementären Strang eingebauter Nuk-Makromoleküle geeignet sind, man
  • d) die einzelnen, in komplementäre Stränge eingebauten Nuk-Makromoleküle 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 Linker-Komponente und die Marker-Komponente von den am komplementären Strang angefügten Nuk-Komponenten abspaltet, man
  • f) die in Stufe e) erhaltene stationäre Phase unter Bedingungen wäscht, die zur Entfernung der Marker-Komponente geeignet sind, man
die Stufen a) bis f) gegebenenfalls mehrfach wiederholt,
wobei man die relative Position einzelner NSKF-Primer-Komplexe auf der Reaktionsoberfläche und die Sequenz dieser NSKFs durch spezifische Zuordnung der in Stufe d) in aufeinanderfolgenden Zyklen an den jeweiligen Positionen detektierten Fluoreszenzsignale zu den Nuk-Makromolekülen bestimmt.Another additional aspect 53 of the invention relates to a method according to additional aspects 28 to 41, 52 for the parallel sequence analysis of nucleic acid sequences (nucleic acid chains, NSKs) in which
Generates fragments (NSKFs) of single-stranded NSKs of about 50 to 1000 nucleotides in length, which can be overlapping partial sequences of an overall sequence;
the NSKFs bind in a random array using a single or multiple different primers in the form of NSKF primer complexes on a reaction surface, the density of the surface-primed NSKF primer complexes providing optical detection of the signals from individual integrated nuclides. Macromolecules allows, one
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 nuc-macromolecules having a fluorescent dye-labeled marker component, wherein the simultaneous use of at least two nucl Macromolecules are each located on the marker component fluorescent dyes are selected so that the nuc-macromolecules used can be distinguished from one another by measuring different fluorescence signals, wherein the nuc-macromolecules are structurally modified such that the polymerase, after incorporation of such a nuc-macromolecule in a growing complementary strand, is unable to form another nuclacromolecule incorporate the same strand, wherein the linker component with the marker component are cleavable, one
  • b) incubating the stationary phase obtained in step a) under conditions which are suitable for extending the complementary strands, wherein the complementary strands are each extended by one nuc-macromolecule;
  • c) washing the stationary phase obtained in step b) under conditions which are suitable for removing nuc-macromolecules not incorporated into a complementary strand;
  • d) the individual nucleated macromolecules incorporated into complementary strands are detected by measuring the signal characteristic of the respective fluorescent dye, while simultaneously determining the relative position of the individual fluorescence signals on the reaction surface
  • e) to generate unlabelled (NTs or) NSKFs, cleave the linker component and the label moiety from the nucleated components attached to the complementary strand;
  • f) washing the stationary phase obtained in step e) under conditions suitable for removing the marker component;
if necessary, the steps a) to f) are repeated several times,
whereby the relative position of individual NSKF primer complexes on the reaction surface and the sequence of these NSKFs are determined by specific assignment of the fluorescence signals to the nuc macromolecules detected in step d) in successive cycles at the respective positions.

Ein weiterer Zusatzaspekt 54 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 53, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufen a) bis f) der zyklischen Aufbaureaktion mehrfach wiederholt, wobei man in jedem Zyklus nur jeweils eine Art der Nuk-Makromoleküle einsetzt.One Further additional aspect 54 of the invention relates to a method according to Additional aspect 53, characterized in that the steps a) to f) repeated the cyclic synthesis reaction several times, wherein one uses only one type of nuc-macromolecule in each cycle.

Ein weiterer Zusatzaspekt 55 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 53, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufen a) bis f) der zyklischen Aufbaureaktion mehrfach wiederholt, wobei man in jedem Zyklus jeweils zwei unterschiedlich markierte Arten der Nuk-Makromoleküle einsetzt.One Further additional aspect 55 of the invention relates to a method according to Additional aspect 53, characterized in that the steps a) to f) repeated the cyclic synthesis reaction several times, wherein in each cycle two differently marked species the nuc macromolecules starts.

Ein weiterer Zusatzaspekt 56 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 53, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufen a) bis f) der zyklischen Aufbaureaktion mehrfach wiederholt, wobei man in jedem Zyklus jeweils vier unterschiedlich markierte Arten der Nuk-Makromoleküle einsetzt.One Further additional aspect 56 of the invention relates to a method according to Additional aspect 53, characterized in that the steps a) to f) repeated the cyclic synthesis reaction several times, wherein in each cycle four differently marked species the nuc macromolecules starts.

Ein weiterer Zusatzaspekt 57 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekt 53, dadurch gekennzeichnet, dass die NSKs Varianten einer bekannten Referenzsequenz sind und man die Stufen a) bis f) der zyklischen Aufbaureaktion mehrfach wiederholt, wobei man in den Zyklen abwechselnd jeweils zwei unterschiedlich markierte Arten der Nuk-Makromoleküle und zwei unmarkierte NTs einsetzt und man die Gesamtsequenzen durch Vergleich mit der Referenzsequenz ermittelt.One additional aspect 57 of the invention relates to a method according to Zusatzaspekt 53, characterized in that the NSKs variants a known reference sequence and the steps a) to f) of repeated cyclic synthesis reaction several times, where in the Cycles alternately two different marked species the nuc macromolecules and insert two unmarked NTs and one through the entire sequences Comparison with the reference sequence determined.

Ein weiterer Zusatzaspekt 58 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Zusatzaspekten 53 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass man in die NSKFs jeweils eine Primerbindungsstelle (PBS) einführt, wobei man bei doppelsträngigen NSKs an beiden komplementären Einzelsträngen jeweils eine PBS einführt und wobei die Primerbindungsstellen für alle NSKFs jeweils gleiche oder verschiedene Sequenzen aufweisen.One Further additional aspect 58 of the invention relates to a method according to the additional aspects 53 to 57, characterized in that in the NSKFs each introduce a primer binding site (PBS), wherein one with double-stranded one NSKs on both complementary single strands each introduces a PBS and wherein the primer binding sites are the same for all NSKFs or have different sequences.

Ein weiterer Zusatzaspekt 59 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Zusatzaspekten 53 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass man die NSKFs mit Primern in einer Lösung unter Bedingungen in Kontakt bringt, die zur Hybridisierung der Primer an die Primerbindungsstellen (PBSs) der NSKFs geeignet sind, wobei die Primer untereinander gleiche oder verschiedene Sequenzen aufweisen, und man die gebildeten NSKF-Primer-Komplexe anschließend auf der Reaktionsoberfläche bindet.One Further additional aspect 59 of the invention relates to a method according to the additional aspects 53 to 57, characterized in that the NSKFs with primers in a solution under conditions that are favorable for the hybridization of Primers to the primer binding sites (PBSs) of the NSKFs are suitable, where the primers are mutually identical or different sequences and then the formed NSKF primer complexes on the reaction surface binds.

Ein weiterer Zusatzaspekt 60 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Zusatzaspekten 53 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass man die NSKFs zunächst auf der Reaktionsoberfläche immobilisiert und erst anschließend mit Primern unter Bedingungen in Kontakt bringt, die zur Hybridisierung der Primer an die Primerbindungsstellen (PBSs) der NSKFs geeignet sind, wobei NSKF-Primer-Komplexe gebildet werden, wobei die Primer untereinander gleiche oder verschiedene Sequenzen aufweisen.One Further additional aspect 60 of the invention relates to a method according to the additional aspects 53 to 57, characterized in that the NSKFs first on the reaction surface immobilized and only afterwards with primers under conditions that bring about hybridization the primer to the primer binding sites (PBSs) of the NSKFs suitable are, being NSKF primer complexes are formed, wherein the primers with each other the same or different Have sequences.

Ein weiterer Zusatzaspekt 61 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 53 bis 60, bei dem an 10 bis 100.000 unterschiedlichen Sequenzenpopulationen die Einbaureaktion parallel durchgeführt Ein weiterer Zusatzaspekt 62 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 53 bis 60, bei dem an 100.000 bis 100.000.000 unterschiedlichen Sequenzenpopulationen die Einbaureaktion parallel durchgeführt.A further additional aspect 61 of the invention relates to a method according to additional aspects 53 to 60, wherein the incorporation reaction is carried out in parallel on 10 to 100,000 different sequence populations Further additional aspect 62 of the invention relates to a method according to additional aspects 53 to 60, carried out at the 100,000 to 100,000,000 different sequence populations, the incorporation reaction in parallel.

Ein weiterer Zusatzaspekt 63 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 28 bis 62, wobei die Sequenzen der Nukleinsäureketten ermittelt werdenOne Further additional aspect 63 of the invention relates to a method according to Additional aspects 28 to 62, wherein the sequences of nucleic acid chains be determined

Ein weiterer Zusatzaspekt 64 der Erfindung betrifft ein Verfahren nach Zusatzaspekten 28 bis 63, wobei die Marker-Komponente fluoreszent markiert istOne additional aspect 64 of the invention relates to a method according to Additional aspects 28 to 63, where the marker component is fluorescent is marked

2. Detaillierte Beschreibung der Erfindung:2. 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 enzymatischer Einbau von markierten Nukleotiden an den 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
In modern analytics, methods are increasingly being used that are highly sensitive. Representative of such methods are considered in this application methods based on the analysis of individual molecules. They make ultimate demands on the materials used, for example, the strength of the background signal. Methods such as (WO 02088382, WO 02072892, WO 0070073) are based on the optical detection of events (for example incorporation of labeled nucleotides into the nucleic acid chains) which take place at single-molecule level (eg fluorescence signals from individual labeled incorporated nucleotides are detected). For example, such a method includes the following steps:
  • 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 enzymatic incorporation of labeled nucleotides on 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. Der Kontakt zwischen markierten Komponenten (sowohl konventionell modifizierte Nukleotide als auch Nuk-Makomleküle) 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. Of the Contact between labeled components (both conventionally modified Nucleotides as well as nuc-macromolecules) and the surface the solid phase leads to their unspecific binding to the surface. This non-specific binding from labeled constituents to the surface constitutes an important source for the Background signal.

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 microns 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 (for example 100 cycles). 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.It have already been several variants of the surface preparation or process design suggested that to a reduced background signal through lead to non-specific binding of labeled components.

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. In einer Ausführungsform sind markierte Komponenten mit konventionellen Makrern markiert, wie beispielsweise konventionelle markierte Nukleotide. Solche Nukleotide können beispielsweise 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. In one embodiment, labeled components are marked with conventional markers, such as conventional ones labeled nucleotides. Such nucleotides can be used, for example, 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).

In einer anderen Ausführungsform stellen markierte Komponenten Nuk-Makromoleküle dar.In another embodiment labeled components are nuc-macromolecules.

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 konventionell modifizierte Nukleotide (Ribonukleosidtriphosphate, 2'-Deoxyribonukleosidtriphosphate, 2',3'-Dideoxyribonukleosidtriphosphate) wie dUTP-Cy3, dCTP-Cy3, dUTP-Fluorescein, dUTP-Alexa 555, dUTP-Rhodamin dar. 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, EP 0286028 , Hanna M. Method in Enzymology 1996 v.274, 5.403, Zhu et al. NAR 1994 v.22 S.3418, Jameson et al. Method in Enzymology, 1997, v. 278, S. 363-, Held et al. Nucleic acid research, 2002, v. 30 3857-, Held et al. Nucleosides, nucleotides & nucleic acids, 2003, v. 22, S. 391, Short US Pat. Nr. 6579704, Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Herrlein et al. Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, S. 586, Canard US. Pat. Nr. 5798210, Kwiatkowski US Pat. Nr. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642, Faulstich et al. DE 4418691 , Dissertation "Synthese basenmodifizierter Nukleosidtriphosphate und ihre enzymatische Polymerisation zu funktionalierter DNA", Oliver Thum, Bonn 2002.Examples of labeled components are conventionally modified nucleotides (ribonucleoside triphosphates, 2'-deoxyribonucleoside triphosphates, 2 ', 3'-dideoxyribonucleoside triphosphates) such as dUTP-Cy3, dCTP-Cy3, dUTP-fluorescein, dUTP-Alexa 555, dUTP-rhodamine. Many other modifications are commercially available (Molecular Probes, Inc., Amersham Bioscience, Sigma, NEN-Perkin Elmer Inc.). Labeling is often coupled to the linker Hobbs et al. US Pat. No. 5,047,519 or other linkers, eg Klevan US Pat. No. 4,828,979, Seela US Pat. No. 6211158, US pat. No. 4804748, EP 0286028 , Hanna M. Method in Enzymology 1996 v.274, 5.403, Zhu et al. NAR 1994 v.22 p.3418, Jameson et al. Method in Enzymology, 1997, v. 278, p. 363-, Held et al. Nucleic acid research, 2002, v. 30, 3857, Held et al. Nucleosides, nucleotides & nucleic acids, 2003, v. 22, p. 391, Short US Pat. No. 6579704, Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Herrlein et al. Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, p. 586, Canard US. Pat. No. 5,798,210, Kwiatkowski US Pat. No. 6,254,575, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642, Faulstich et al. DE 4418691 , Dissertation "Synthesis of base - modified nucleoside triphosphates and their enzymatic polymerization to functionalized DNA", Oliver Thum, Bonn 2002.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Markierung vom konventionell modifizierten 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. DE 4418691 , Ju et al. WO 02/29003, Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497,
Nuk-Makromoleküle sind im Beispiel 8 dargestellt.
In another embodiment, the label may be cleaved from the conventionally-modified nucleotide under mild conditions. Many examples are known for such nucleotides Tcherkassov WO 02088382, Short US Pat. No. 6579704, Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Canard US Pat. No. 5,798,210, Kwiatkowski US Pat. No. 6,254,575, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642, Faulstich et al. DE 4418691 , Ju et al. WO 02/29003, Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497,
Nuc-macromolecules are shown in Example 8.

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 J 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 is in one of the following ranges (indication: number of nucleic acid strands per 100 μm 2 ): 0.1-1 / 100 μm 2 , 1-10 / 100 μm 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 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 μm 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 J 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 .

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.In a further embodiment, the density of the extendable primer-template complexes lies in one or more of the following ranges (indication: number of primer template complexes per 100 μm 2 that are capable of extension): 0.1-1 / 100 μm 2 , 1-10 / 100 μm 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 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 μm 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 , 10-100 / 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.In a random distribution of primer-template complexes on the surface, a certain proportion of the population can be distinguished as single sequencing sites from the adjacent sequencing sites. The size of the portion of the population in which signals from incorporated nucleotides on primer-matri zenkomplexen can be individually recognized, ie without overlap with the signals from the adjacent sites, depends essentially on the density of the fixed and Extensible primer template complexes and the resolution of the detection apparatus. Examples of calculation of proportions of primer-template complexes detected without overlap with the adjacent sites are given in Tables 1-8. In this embodiment, only extension-capable primer template complexes are 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.you sees clearly that the relative share of individually recognized Primer Matrizekomplexe at a low density of primer-template complexes on the surface is large. With increasing density or decreasing resolution decreases the relative proportion the individually recognized events on primer-template complexes, as always more places overlap with the neighboring places and from the apparatus do not distinguish as events on individual primer template complexes to let.

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

Figure 00670001
Table 1, resolution 0.2 μm
Figure 00670001

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 μm, the preferred actual density is between 40 and 1300 sites per 100 μm 2 , in another embodiment the preferred density is between 100 and 600 sites per 100 μm 2 .

Tabelle 2, Auflösung 0,3 μm

Figure 00680001
Table 2, resolution 0.3 μm
Figure 00680001

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 100μm 2 , in another embodiment, the preferred density is between 70 and 300 sites per 100μm 2 .

In 2 sind Beispiele für unterschiedliche Signaldichten angegeben, die mit eine Auflösung von 0,3 μm aufgenommen wurden.In 2 Examples of different signal densities are given, which were recorded with a resolution of 0.3 μm.

Tabelle 3, Auflösung 0,4 μm

Figure 00680002
Table 3, resolution 0.4 μm
Figure 00680002

Figure 00690001
Figure 00690001

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

Figure 00690002
Table 4, resolution 0.5 μm
Figure 00690002

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

Figure 00690003
Table 5, resolution 0.6 μm
Figure 00690003

Figure 00700001
Figure 00700001

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

Figure 00700002
Table 6, resolution 0.8 μm
Figure 00700002

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

Figure 00710001
Table 7, resolution 1 μm
Figure 00710001

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

Figure 00710002
Table 8, resolution 2 μm
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Figure 00720001
Figure 00720001

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.

Die erfindungsgemäße Oberfläche wird im hochparallelen Sequenzierverfahren von einzelnen Nukleinsäurekettenmolekülen eingesetzt. Dieses Verfahren schließt im wesentlichen 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 enzymatischer Einbau von markierten Nukleotiden an den 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
The surface of the invention is used in highly parallel sequencing of individual nucleic acid chain molecules. This method essentially includes the following steps:
  • 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 enzymatic incorporation of labeled nucleotides on 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

Dabei können sowohl konventionell modifizierte Nukleotide als auch Nuk-Makromoleküle eingesetzt werden. Dieses Verfahren kann in mehreren Ausführungsformen durchgeführt werden, wobei sie sich unter anderem in der Art der Kontrolle der zyklischen Reaktkion unterscheiden:
Eine Ausführungsform (A) dieses Verfahren schließt folgende Schritte ein:
Es werden Fragmente (NSKFs) einzelsträngiger NSKs mit einer Länge von etwa 50 bis 1000 Nukleotiden erzeugt, die überlappende Teilsequenzen der Gesamtsequenzen darstellen können
die NSKFs werden unter Verwendung eines einheitlichen oder mehrerer unterschiedlicher Primer in Form von NSKF-Primer-Komplexen auf der Reaktionsoberfläche in einer zufälligen Anordnung gebunden
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,
wobei man die relative Position einzelner NSKF-Primer-Komplexe auf der Reaktionsoberfläche und die Sequenz dieser NSKFs durch spezifische Zuordnung der in Stufe d) in aufeinanderfolgenden Zyklen an den jeweiligen Positionen detektierten Fluoreszenzsignale zu den NTs bestimmt.It is possible to use both conventionally modified nucleotides and nuc-macromolecules. This method can be carried out in several embodiments, differing inter alia in the type of control of the cyclic Reaktkion:
An embodiment (A) of this method includes the following steps:
Fragments (NSKFs) of single-stranded NSKs about 50 to 1000 nucleotides in length can be generated, which can be overlapping partial sequences of the total sequences
the NSKFs are bound in a random array using one or more different primers in the form of NSKF primer complexes on the 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 from each other by measuring different fluorescence signals, 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) incubating the stationary phase obtained in step a) under conditions suitable for extending the complementary strands, wherein the complementary strands are each extended by one NT * the, man
  • 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 unlabelled (NTs or) NSKFs, the fluorescent dyes and the sterically demanding ligands of the cleaved at the complementary strand NTs cleaved, one
  • f) washing the stationary phase obtained in step e) under conditions suitable for removing the fluorescent dyes and the ligands;
if necessary, the steps a) to f) are repeated several times,
whereby the relative position of individual NSKF primer complexes on the reaction surface and the sequence of these NSKFs are determined by specific assignment of the fluorescence signals to the NTs detected in step d) in successive cycles at the respective positions.

Beispiele für Nukleotide, die ein sterisches Hindernis tragen, sind in Beispielen 7 A bis 7D dargestelt.Examples for nucleotides, which bear a steric hindrance are in Examples 7 A to Pictured 7D.

Eine weitere Ausführungsform (B) dieses Verfahren schließt folgende Schritte ein:
Es werden Fragmente (NSKFs) einzelsträngiger NSKs mit einer Länge von etwa 50 bis 1000 Nukleotiden erzeugt, die überlappende Teilsequenzen der Gesamtsequenzen darstellen können
die NSKFs werden unter Verwendung eines einheitlichen oder mehrerer unterschiedlicher Primer in Form von NSKF-Primer-Komplexen auf der Reaktionsoberfläche in einer zufälligen Anordnung gebunden
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 3'-OH-Nukleotidposition 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 und die strukturelle Modifikation an der 3'-OH-Nukleotidposition abspaltbar sind, 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 strukturelle Modifikation an der 3'-OH-Nukleotidposition 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,
wobei man die relative Position einzelner NSKF-Primer-Komplexe auf der Reaktionsoberfläche und die Sequenz dieser NSKFs durch spezifische Zuordnung der in Stufe d) in aufeinanderfolgenden Zyklen an den jeweiligen Positionen detektierten Fluoreszenzsignale zu den NTs bestimmt.Another embodiment (B) of this method includes the following steps:
Fragments (NSKFs) of single-stranded NSKs about 50 to 1000 nucleotides in length can be generated, which can be overlapping partial sequences of the total sequences
the NSKFs are bound in a random array using one or more different primers in the form of NSKF primer complexes on the 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, wherein the simultaneous use of at least two NTs fluorescence dyes present on the NTs * are selected such that the NTs used can be distinguished from one another by measuring different fluorescence signals, wherein the NTs * are structurally modified at the 3'-OH nucleotide position such 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 and the structural modification at the 3'-OH nucleotide position are cleavable, 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) to generate unlabelled (NTs or) NSKFs which cleave the fluorescent dyes and the structural modification at the 3'-OH nucleotide position of the NTs attached to the complementary strand, one
  • f) washing the stationary phase obtained in step e) under conditions suitable for removing the fluorescent dyes and the ligands;
if necessary, the steps a) to f) are repeated several times,
whereby the relative position of individual NSKF primer complexes on the reaction surface and the sequence of these NSKFs are determined by specific assignment of the fluorescence signals to the NTs detected in step d) in successive cycles at the respective positions.

Beispiele für Nukleotide, die an der 3'-OH-Nukleotidposition eine Strukturelle Modifikation tragen, sind in (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. DE 4418691 , Ju et al. WO 02/29003, Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497) dargestellt.Examples of nucleotides which have structural modification at the 3'-OH nucleotide position are described in (Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Canard US Pat. No. 5,798,210, Kwiatkowski US Pat. No. 6,254,575, Kwiatkowski WO 01/25247 Parce WO 0050642, Faulstich et al. DE 4418691 , Ju et al. WO 02/29003, Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497).

Eine weitere Ausführungsform (C) dieses Verfahren schließt folgende Schritte ein:
Es werden Fragmente (NSKFs) einzelsträngiger NSKs mit einer Länge von etwa 50 bis 1000 Nukleotiden erzeugt, die überlappende Teilsequenzen der Gesamtsequenzen darstellen können
die NSKFs werden unter Verwendung eines einheitlichen oder mehrerer unterschiedlicher Primer in Form von NSKF-Primer-Komplexen auf der Reaktionsoberfläche in einer zufälligen Anordnung gebunden
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 enthält, wobei die Polymerasen an die NSKF-Primer-Komplexe binden, man
  • b) die erhaltene Oberfläche unter Bedingungen wäscht, die zur Entfernung von nicht gebundenen Polymasen geeignet sind, man
  • c) zu den an die erhaltene Oberfläche gebundenen NSKF-Primer-Polymerase-Komplexen eine Lösung mit modifizierten Nukleotiden zugibt, wobei Nukleotide 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 der Fluoreszenzfarbstoff abspaltbar ist, man
  • d) 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
  • e) die in Stufe b) erhaltene stationäre Phase unter Bedingungen wäscht, die zur Entfernung nicht in einen komplementären Strang eingebauter NTs* geeignet sind, man
  • f) 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
  • g) zur Erzeugung unmarkierter (NTs oder) NSKFs die Fluoreszenzfarbstoffe von den am komplementären Strang angefügten NTs* abspaltet, man
  • h) die in Stufe e) erhaltene stationäre Phase unter Bedingungen wäscht, die zur Entfernung der Fluoreszenzfarbstoffe geeignet sind, man
die Stufen a) bis f) gegebenenfalls mehrfach wiederholt,
wobei man die relative Position einzelner NSKF-Primer-Komplexe auf der Reaktionsoberfläche und die Sequenz dieser NSKFs durch spezifische Zuordnung der in Stufe d) in aufeinanderfolgenden Zyklen an den jeweiligen Positionen detektierten Fluoreszenzsignale zu den NTs bestimmt.Another embodiment (C) of this method includes the following steps:
Fragments (NSKFs) of single-stranded NSKs about 50 to 1000 nucleotides in length can be generated, which can be overlapping partial sequences of the total sequences
the NSKFs are bound in a random array using one or more different primers in the form of NSKF primer complexes on the 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, the polymerases binding to the NSKF primer complexes;
  • b) washing the resulting surface under conditions suitable for removing unbound polymases;
  • c) adding to the resulting surface bound NSKF primer polymerase complexes a solution with modified nucleotides, wherein nucleotides are labeled with fluorescent dyes, wherein the simultaneous use of at least two NTs * each located on the NTs * fluorescent dyes so selected are that the NTs used can * differ by measuring different fluorescence signals from each other, the fluorescent dye is cleavable, one
  • d) the stationary phase obtained in step a) is incubated under conditions suitable for extending the complementary strands, wherein the complementary strands are each extended by one NT *
  • e) washing the stationary phase obtained in stage b) under conditions which are suitable for the removal of non-complementary NTs *
  • f) the individual NTs * incorporated into complementary strands are detected by measuring the signal characteristic of the respective fluorescent dye, while at the same time determining the relative position of the individual fluorescence signals on the reaction surface
  • g) for the production of unlabelled (NTs or) NSKFs, the fluorescent dyes from the attached to the complementary strand NTs * cleaved, one
  • h) washing the stationary phase obtained in step e) under conditions suitable for removing the fluorescent dyes;
if necessary, the steps a) to f) are repeated several times,
whereby the relative position of individual NSKF primer complexes on the reaction surface and the sequence of these NSKFs are determined by specific assignment of the fluorescence signals to the NTs detected in step d) in successive cycles at the respective positions.

In dieser Ausführungsform können sowohl prozessive Polymerasen wie beispielsweise Sequenase 2 oder Klenow-Fragment Exo minus als auch destributive Polymerasen, beispielsweise Polymerase Beta, verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden bei dieser Ausführungsform destributive Polymerasen verwendet, beispielsweise Polymerase Beta ("Animal Cell DNA Polymerases" 1983, Fry M., CRC Press Inc., kommerziell erhältlich bei Chimerx). Nach dem Einbau eines einzelnen Nukleotids löst sich die Polymerase von den Primer-Matrize-Komplexen ab und ist somit nicht in der lage ein weiteres markiertes Nukleotid einzubauen.In this embodiment can both processive polymerases such as Sequenase 2 or Klenow fragment Exo minus as well as destructive polymerases, for example Polymerase Beta, to be used. In a preferred embodiment be in this embodiment destructive polymerases used, for example, polymerase beta ("Animal Cell DNA Polymerases "1983, Fry M., CRC Press Inc., commercially available from Chimerx). After this Incorporation of a single nucleotide dissolves the polymerase of the primer-template complexes and thus is not able to incorporate another labeled nucleotide.

Die Bindung von Polymerasen an die Primer-Matrizekomplexe ist reversiblel. Nach einer gewissen Zeit verläßt die Polymerase die Polymerase-Primer-Matrize-Komplexe. Dies geschiet mit einer Halbwertzeit T. Es ist vorteilhaft, die Schritte (b) bis (d) in dieser Ausführungsform der Anmeldung innerhalb von Bruchteilen der Halbwertzeit (T) bis zu einer Halbwertzeit (T) durchzuführen. Wenn die Halbwertzeit der Polymerase-Primer-Matrize-Komplexe beispielsweise 1 sec beträgt, sollten die Schritte (b) bis (d) innerhalb einer Sekunde erfolgen. Bei längeren Habwertzeiten können entsprechend die Zeiten für die Schritte b bis d angepaßt werden. Für einen schnellen Austausch von Lösungen in Reaktionsgefäßen sind viele Beispiele bekannt, z.B. Stop-Flow-Apparatur.The Binding of polymerases to the primer-template complexes is reversible. After a certain time the polymerase leaves the polymerase primer-template complexes. This happened with a Half-life T. It is advantageous to carry out steps (b) to (d) in this embodiment the notification within fractions of the half-life (T) to to perform a half-life (T). When the half-life the polymerase primer-template complexes for example, 1 sec, For example, steps (b) through (d) should occur within one second. For longer Habit times can according to the times for adapted steps b to d become. For a quick exchange of solutions in reaction vessels many examples are known, e.g. Stop-flow apparatus.

Die in dieser Ausführungsform (C) einsetzbaren Nukleotide können unterschiedliche Strukturen haben. Die Modifikationen betreffen sowohl die Position der Modifikation (Base oder Zucker) als auch die Länge des Linkers, der zwischen der Markierung und dem Nukleotid liegt.

  • 1) Nukleotide mit einem kurzen Linker: a) mit einem sterischen Hindernis (wie Nukleotide in Beispielen 7A-D), b) mit einer an die 3'-Nukleotidposition gekoppelten Gruppe, wie in (Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Canard US Pat. Nr. 5798210, Kwiatkowski US Pat. Nr. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642, Tsien WO 9106678, Faulstich et al. DE 4418691 , Ju et al. WO 02/29003, Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497) dargestellt, dabei der Marker über einen Linker sowohl an der Base gebunden sein, als auch an der 3'-Gruppe selbst. Die 3'-OH-Gruppe kann Modifikationen tragen, die leicht abspaltbar sind..
  • 2) Nukleotide mit einem langen Linker, wie Beispiel 7E angegeben. Solche Nukleotide haben mehrere Vorteile den mit einem kurzen Linker: a) Durch einen langen Linker ist die sterische Beeinflußung der Polymerase durch den Farbstoff sehr gering, b) nach den Einbau eines solchen Nukleotides liegt der Marker (in der Regel ein Fluoreszenzfarbstoff) in einem relativ großen Abstand vom Doppelstrang, so dass die Fluoreszenzeigenschaften, wie Quantumausbeute, Spektrum, Quenching usw. von der Basenzusammensetzung weniger abhängig sind als bei Nukleotiden mit einem kurzen Linker. Der Linker kann an der Base oder am Zucker gebunden sein.
The nucleotides that can be used in this embodiment (C) can have different structures. The modifications affect both the position of the modification (base or sugar) and the length of the linker that lies between the label and the nucleotide.
  • 1) nucleotides with a short linker: a) with a steric barrier (such as nucleotides in Examples 7A-D), b) with a group linked to the 3'-nucleotide position, as in (Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Canard US Pat. No. 5,798,210, Kwiatkowski US Pat. No. 6,254,475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642, Tsien WO 9106678, Faulstich et al. DE 4418691 , Ju et al. WO 02/29003, Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497), the marker being bound via a linker both to the base and to the 3'-group itself. The 3'-OH group can carry modifications which can be easily cleaved off.
  • 2) nucleotides with a long linker, as given in example 7E. Such nucleotides have several advantages with a short linker: a) A long linker is the steric influence of the polyme rase through the dye is very low, b) after incorporation of such a nucleotide, the marker (usually a fluorescent dye) is at a relatively large distance from the duplex, so that the fluorescence properties, such as quantum yield, spectrum, quenching, etc., of the base composition are less are dependent on nucleotides with a short linker. The linker may be attached to the base or to the sugar.

Falls in dieser Ausführungsform Nukleotidmodifikationen verwendet werden, die außer Farbstoff eine zusätzliche Modifikation tragen, so können weitere Schritte in dieser Ausführungsform aufgenommen werden: Entfernung der Modifikation kann beispielsweise parallel zum Schritt (g) oder nach diesem Schritt erfolgen.If in this embodiment Nucleotide modifications are used, which except dye an additional Wear modification, so can additional steps in this embodiment For example, removal of the modification can be done parallel to step (g) or after this step.

Eine weitere Ausführungsform (D) dieses Verfahren schließt folgende Schritte ein:
Es werden Fragmente (NSKFs) einzelsträngiger NSKs mit einer Länge von etwa 50 bis 1000 Nukleotiden erzeugt, die überlappende Teilsequenzen der Gesamtsequenzen darstellen können
die NSKFs werden unter Verwendung eines einheitlichen oder mehrerer unterschiedlicher Primer in Form von NSKF-Primer-Komplexen auf der Reaktionsoberfläche in einer zufälligen Anordnung gebunden
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 nur eine Art der vier modifizierten Nukleotide (NTs*) enthält, die mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert sind.
  • 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 oder mehrere 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 und der Signalintensität detektiert, wobei man gleichzeitig die relative Position der einzelnen Fluoreszenzsignale auf der Reaktionsoberfläche bestimmt, man
  • e) zur Erzeugung unmarkierter (NTs oder) NSKFs die Fluoreszenzfarbstoffe 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 geeignet sind, man
die Stufen a) bis f) gegebenenfalls mehrfach wiederholt,
wobei man die relative Position einzelner NSKF-Primer-Komplexe auf der Reaktionsoberfläche und die Sequenz dieser NSKFs durch spezifische Zuordnung der in Stufe d) in aufeinanderfolgenden Zyklen an den jeweiligen Positionen detektierten Fluoreszenzsignale zu den NTs bestimmt.Another embodiment (D) of this method includes the following steps:
Fragments (NSKFs) of single-stranded NSKs about 50 to 1000 nucleotides in length can be generated, which can be overlapping partial sequences of the total sequences
the NSKFs are bound in a random array using one or more different primers in the form of NSKF primer complexes on the 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 only one type of the four modified nucleotides (NTs *) labeled with fluorescent dyes.
  • 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 or more NT *, respectively
  • 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 and the signal intensity, while simultaneously determining the relative position of the individual fluorescence signals on the reaction surface
  • e) for the production of unlabelled (NTs or) NSKFs, the fluorescent dyes from the attached to the complementary strand NTs * cleaved, one
  • f) washing the stationary phase obtained in step e) under conditions suitable for removing the fluorescent dyes;
if necessary, the steps a) to f) are repeated several times,
whereby the relative position of individual NSKF primer complexes on the reaction surface and the sequence of these NSKFs are determined by specific assignment of the fluorescence signals to the NTs detected in step d) in successive cycles at the respective positions.

Beispiele für Nukleotide, die ein großes sterisches Hindernis tragen, sind in Beispielen 7 A bis D, Nukleotid mit einem geringeren sterischen Hindernis ist in Beispiel 7F dargestelt.Examples for nucleotides, the one big one steric hindrance are in Examples 7 A to D, nucleotide with a lesser steric hindrance is shown in Example 7F.

Polymerasen unterscheiden sich in ihrer Fähigkeit, modifizierte Nukleotide zu akzeptieren (Augustin et al. "Progress towards single-molecule sequencing: enzymatic synthesis of nucleotide-specifically labeled DNA". J Biotechnol 2001, v.86, 289-301). In dieser Ausführungsform des Verfahrens können Polymeresen eingesetzt werden, die mehrere modifizierte Nukleotide nacheinander einbauen. Vorteilhaft sind Nukleotide mit einem langen Linker, wie in Beispiel 7E, da in bei diesen Nukleotiden eine geringere Wahrscheinlichkeit der Beeinflußung der Fluoreszenzeigenschaft durch die benachbarten eingebauten Nukleotidmoleküle besteht.polymerases differ in their ability modified nucleotides (Augustin et al., Progress toward single-molecule sequencing: enzymatic synthesis of nucleotide-specifically labeled DNA " Biotechnol 2001, v. 86, 289-301). In this embodiment of the process, polymers can be used, the several modified nucleotides in succession Install. Nucleotides with a long linker, such as in Example 7E, since in these nucleotides a lower probability the influence the fluorescence property consists of the adjacent incorporated nucleotide molecules.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Teilsequenzen haben vorzugsweise eine Länge von 10 bis 100 Nukleotide.The in the process according to the invention determined partial sequences preferably have a length of 10 up to 100 nucleotides.

Vorzusweise werden 20 bis 200 Schritte durchgeführt, in denen Nukleotide eingebaut werden.Vorzusweise 20 to 200 steps are carried out incorporating nucleotides become.

Die oben angeführten Ausführungsformen des Verfahrens können weitere zusätzliche Schritte einschließen. Diese Schritte können regelmäßig in jedem Zyklus vorhanden sein oder in Abständen zwischen den zyklen eingesetzt werden. In einer Ausführungsform der Verfahren dienen diese Schritte zu Modifizierung von reaktiven Gruppen nach der Spaltung von Fluorophoren (s. Beispiel 6.1). In einer anderen Ausführungsform der Verfahren dienen solche Schritte zu Entfernung bestimmter Reagenzien von der Oberfläche, beispielsweise an die Nukleinsäurestränge gebundenen Polymerasen. Dies kann beispielsweise durch die Behandlung der festen Phase mit einer Puffer-Lösung erfolgen, die Mg2+ komplexieren kann (z.B. EDTA-Puffer-Lösung), oder durch Behandlung der festen Phase mit einer Lösung mit hoher Salzkonzentration. Eine weitere Möglichkeit, die an die Nukleinsäureketten gebundene Proteine zu entfernen, besteht in einer Protease-Behandlung.The above-mentioned embodiments of the method may include additional additional steps. These steps may be periodic in every cycle or intermittently between cycles. In one embodiment of the process, these steps serve to modify reactive groups after cleavage of fluorophores (see Example 6.1). In another embodiment of the method, such steps serve to remove certain reagents from the surface, for example polymerases bound to the nucleic acid strands. This can be done, for example, by treating the solid phase with a buffer solution capable of complexing Mg 2+ (eg, EDTA buffer solution), or by treating the solid phase with a solution of high salt concentration. Another possibility for removing the proteins bound to the nucleic acid chains is a protease treatment.

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 5.21, 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 5.21, 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 in den Ausführungsformen (A) und (B) die Stufen a) bis f) der zyklischen Aufbaureaktion und in der Ausführungsform (C) die Stufen a) bis h) 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*
einsetzt.According to a particular embodiment of the invention, the process can be carried out by repeating steps a) to f) of the cyclic synthesis reaction in the embodiments (A) and (B) and the steps a) to h) in the embodiment (C) several times , where one
  • 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 *
starts.

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.

Im weiteren wird die Ausführungsform (A) des Verfahrens wird zur Anschaulichkeit genauer betrachtet, wobei dies sollte nicht zur Einschränkung des erfinderischen Verfahrens führen.in the Another is the embodiment (A) of the method is considered in more detail for clarity, wherein This should not be a limitation lead the inventive method.

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.After preparation of the NSKFs, the sequencing reaction is started with all NSKF primer complex molecules immobilized on the surface. The basis of sequencing is the synthesis of the complementary strand to each individual bound NSKF. In this case, marked NTs * are incorporated into the newly synthesized strand. The polymerase incorporates only a single labeled NT * into the growing chain. This is achieved by the reversible coupling of a terminating sterically demanding group to the NTs *. The installation of another marked NT * is thereby made impossible. The The sterically demanding 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.
The sequencing reaction proceeds in several cycles. A cycle includes the following steps:
  • 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 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" 5. 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 5.4992, 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" 5. 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 5.4992, 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.

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 5.8794, "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 5.8794, "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, of a single primer binding site and a hybridized primer (bound NSKF-primer complexes) to obtain. In detail, you 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 the nucleic acid chain fragments (NSKFs) can be carried out by a plurality of methods, for example by fragmentation of the starting material with ultrasound or by endonucleases asen ("Molecular Cloning" 1989 J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press), such as by unspecific endonuclease mixtures. According to the invention, the ultrasonic fragmentation is preferred. You can set the conditions so that fragments with an average length of 100 bp to 1 kb arise. These fragments are then filled at their ends by the Klenow fragment (E. coli polymerase I) or 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 5.231, Ledbetter et al. J.Biol.Chem. 1994 v.269 S.31544, Kolls et al. Anal.Biochem. 1993 v.208 5.264, 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, 5,231, Ledbetter et al., J. Biol. Chem., 1994 v.269 p.31544, Kolls et al. Anal. 1993 v.208 5.264, decraene et al. Biotechniques 1999 v.27 S.962).

Einführung einer Primerbindungsstelle in das NSKF.Introduction of a primer binding site into 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 380 A 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 380 A Applied Biosystems can be used. Oligonucleotides of a particular composition with or without modifications but 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.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.

Fixierung von NSKF-Primer-Komplexe an die Oberfläche (Bindung bzw. Immobilisierung von NSKFs).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.
The order of steps in fixing NSKF primer complexes may be variable:
  • 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 NSKFs subsequently hybridized to the bound primers 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.Immobilization of NSKFs to the surface may therefore be by direct or indirect binding respectively.

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, 5.3678, 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, 5.3678, 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

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 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 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 exo minus, Pwo-Polymerse. Auch DNA-abhängige RNA-Polymerasen können verwendet werden, z.B. E.coli RNA-Polymerase, T7-RNA-Polymerase, SP6 RNA Polymerase.If DNA as a substrate (e.g., cDNA) are useful as polymerases in principle 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), Klenow fragment of DNA polymerase I without 3'-5 'exonuclease activity (Amersham Pharmacia Biotech), polymerase beta of various origins (Animal Cell DNA Polymerases "1983, Fry M., CRC Press Inc., commercially available from Chimerx) thermostable Polymerases such as Taq polymerase (GibcoBRL), proHA DNA polymerase (Eurogentec), Vent exo minus, Pwo polymer. DNA-dependent RNA polymerases can also be used be, e.g. 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.

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) Es ist vorteilhaft, wenn die Reaktion so gesteuert wird, dass die Polymerase NT*s einzeln einbaut (Kontrolle der Reaktion).
  • 2) NT*s müssen eine Markierung tragen, der den Anforderungen der Detektion genügt.
  • 3) Die Markierung 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.
The difficulties in developing suitable NT analogs for the process are based on the following framework conditions:
  • 1) It is advantageous if the reaction is controlled so that the polymerase incorporates NT * s individually (control of the reaction).
  • 2) NT * s must bear a mark that meets the requirements of detection.
  • 3) The label 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.

Die Markierung dabei kann niedermolekular (z.B. konventionell modifizierte Nukleotide) oder makromolekular (z.B. Nuk-Makromoleküle) sein.The label can be low molecular weight (eg conventionally modified nucleotides) or macro molecular (eg nuc-macromolecules).

Konventionell modifizierte Nukleotide schließen mehrere Arte ein:
Eine Art von Nukleotiden, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, trägt eine sterisch anspruchsvolle Gruppe, die an der Base gekoppelt ist. Die sterisch anspruchsvolle Gruppe übt einen starken sterischen Einfluß auf die Reaktion aus. Beispiele für solche Nukleotide stellen Modifikationen, die unter Beispielen 7 A bis D angegeben sind.
Eine weitere Art von Nukleotiden, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, ist an der 3'-OH-Nukleotidposition modifiziert. Beispiele für diese Nukleotide sind in Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Herrlein et al. Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, S. 586, Canard US. Pat. Nr. 5798210, Kwiatkowski US Pat. Nr. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642 angegeben.
Eine weitere Art von Nukleotiden, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, ist an der 3'-OH-Nukleotidposition modifiziert und ist an der Base reversibel markiert. Beispiele für solche Nukleotide sind in Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497 dargestellt,
Eine weitere Art von Nukleotiden, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, trägt eine Markierung, die über einen langen Linker an das Nukleotid gekoppelt ist, s. Beispiel 7E. Diese Modifizierung übt einen schwachen sterischen Einfluß auf die Reaktion aus.
Conventionally modified nucleotides include several types:
One type of nucleotide that can be used in the method of the invention carries a sterically bulky group that is coupled to the base. The sterically demanding group exerts a strong steric influence on the reaction. Examples of such nucleotides are modifications given under Examples 7A-D.
Another type of nucleotide that can be used in the method of the invention is modified at the 3'-OH nucleotide position. Examples of these nucleotides are described in Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Herrlein et al. Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, p. 586, Canard US. Pat. No. 5798210, Kwiatkowski US Pat. No. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642.
Another type of nucleotides that can be used in the method of the invention is modified at the 3'-OH nucleotide position and is reversibly labeled at the base. Examples of such nucleotides are described in Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497,
Another type of nucleotides that can be used in the method according to the invention, carries a label which is coupled via a long linker to the nucleotide, s. Example 7E. This modification exerts a weak steric influence on the reaction.

Nuk-Makromoleküle werden im Beispiel 8 dargestellt.Nuc-macromolecules are shown in Example 8.

Im folgenden werden konventionell modifizierte Nukleotide mit einer sterisch anspruchsvollen Gruppe näher behandelt.in the The following are conventionally modified nucleotides with a sterically demanding group.

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 vorzugsweise 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.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 may be preferred to install a single NT *. The installation of a next NT * is sterically inhibited. These NTs * thus appear as terminators of the synthesis. To the removal of the sterically demanding group can incorporate the next complementary NT * become.

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.
Each base is marked with a marker (F) that is characteristic of it. The marker is a fluorescent dye. Several factors influence the choice of fluorescent dye. The choice is not limited if the dye meets the following requirements:
  • 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 the 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 represent examples of 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, 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 that the installation of the marked NT * to which it is attached, does not bother significantly and no irreversible disorder causes 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, Plenum 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, said compound belongs to chemically or enzymatically cleavable or photolabile compounds. As examples of chemically cleavable groups are ester, thioester and disulfide Ver Shan S. Wong 1993 CRC Press Inc., Herman et al., Methodology in Enzymology 1990 v.184 p.584, Lomant et al., J. Mol. Biol., 1976. v.104 243, "Chemistry of carboxylic acids and esters" S.Patai 1969 Interscience Publ.) Examples of photolabile compounds can be found in the 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, PhD Thesis "New Photolabile Protecting Groups for Light-Controlled Oligonucleotide Synthesis" H.Giegrich, 1996, Konstanz, Dissertation "New Photolabile Protecting Groups for Light-Controlled Oligonucleotide Synthesis" SMBühler, 1999, Constance) ..

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 Splitting is going on preferably chemically (e.g., in mild acidic or basic environment for one Ester compound or by adding a reducing agent, e.g. Dithiothreitol or mercaptoethanol (Sigma) in the cleavage of a Disulfide compound), or physically (e.g., by illumination the surface with light of a certain wavelength for the cleavage of a photolabile Group, Dissertation "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,
d.h.
  • 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.
One cycle can be done with:
  • 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,
ie
  • 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.

Austausch von Reagenzien mit dem Fortschritt der Sequenzieung:Exchange of reagents with the progress of sequencing:

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 ausgewechselt. 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 oder 7E. 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 replaced. For example, at the beginning a sequencing reaction nucleotide modifications with a short linker used, for example Example 7C or 7D. In the course of sequencing then nucleotide analogues are used with longer linkers, for example, Example 7A or 7E. At the end of the sequencing can then also nucleotides with an even longer one Linker can be used, for example Example 7B. In one embodiment Of the method, it is advantageous the first 25% of the corresponding Perform cycles with a nucleotide analog, the next 25% of the corresponding Cycles with another, etc. The exchange of nucleotides can be performed in a different sequence, for example, after 10% of all cycles, after 20%, etc. thereby nucleotides with, for example always 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 single-molecule 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 single-molecule 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.

Einsatz der Oberfläche:Use of the surface:

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, EP 1256632 , WO0194639. Single-Molecular-Sequencing (Tcherkassov WO 02088382, Seeger WO 0018956, Kartalov WO 02072892).The property of the surface, nonspecific binding of labeled and unlabelled nucleotides and nucleic acid only to a small extent, as well as the ability to specifically bind nucleic acids to the surface according to the invention, offers an overall great advantage over existing surfaces and allows the use of such surfaces in biosensors for conducting experiments with labeled components such as a substrate for DNA-chip technology ("DNA Microarrays" Ed., by D. Bowtell & J. Sambrook, 2003, CSHL Press, ISBN: 0-87969-625-7). In particular, the solid phase surface according to the invention is suitable for analytical methods with incorporation of labeled nucleotides into the nucleic acids coupled to a solid phase, such as mini-sequencing (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. ; 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). U.S. Pat. No. 6,287,766, U.S. Pat. No. 2003148284, U.S. Pat. No. 2003082613, EP 1256632 , WO0194639. Single-Molecular Sequencing (Tcherkassov WO 02088382, Seeger WO 0018956, Kartalov WO 02072892).

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 forms part of a reagent vessel, a Micro channel device or an array of reagent vessels, for example a microtiter plate, and the surface is made directly in such a reagent vessel or microchannel. different design options for microfluidic channels known to those skilled in the art (e.g., "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 preparation of a surface for the methods for highly parallel sequencing of individual nucleic acid chains essentially involves a combination of a removal step of the outer layer of the solid phase by a chemical or physical action and a coupling of nucleic acids to 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
The production of the surface in one embodiment includes the following essential steps:
  • 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
In a further embodiment, the preparation includes the following essential steps:
  • 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, ISBN0-306-43473-3, "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, ISBN0-306-43473-3, "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, ISBN0-306-43473-3, "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 a further embodiment can Linker molecules 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 groups ("Silane Coupling Agents" 2nd ed. 1991, ISBN0-306-43473-3, "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,).

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, ISBN0-306-43473-3, "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 the person skilled in the art ("Silane Coupling Agents" 2 Ed. 1991, ISBN0-306-43473-3, "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. 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.

3. Beispiele:3. Examples:

Beispiele sollten zur Anschaulichkeit der Erfindung dienen und nicht zu Einschränkung. Zunächst wird die Herstellung der festen Phase dargestellt, anschließend werden Beispiele für Sequenzierung angegeben.Examples should serve to illustrate the invention and not to limit. First, the Preparation of the solid phase, then be examples for Sequencing indicated.

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 (3a) wurden wie folgt zusammengebaut: Aus Parafilm (Merck, Darmstadt) wird eine Maske ausgeschnitten. Diese Maske wird faltenfrei auf einen Objektträger gelegt. Der Objektträger (Menzel) mit der Maske wird auf 130°C 30 sec erhitzt, was zum Schmelzen des Parafilms führt, und anschließend auf RT abgekühlt, was zum Erstarren des Parafilms führt. Auf die Maske wird das Deckglas (Menzel) gelegt und leicht angedrückt. Der Objekträger mit der Maske und dem Deckglas wird nun auf 120°C erhitzt, was erneut zum Schmelzen des Parafilms führt. Auf diese Weise werden Objektträger und das Deckglas miteinander verbunden, wobei in der Mitte ein Mikrokanal entsteht mit einer konstanten Höhe von ca. 0,2 mm. Durch den Mikrokanal erfolgt der Austausch von Lösungen (3b). Das Volumen des Mikrokanals beträgt 10 μl.The microfluidic channels ( 3a ) were assembled as follows: Parafilm (Merck, Darm city) a mask is cut out. This mask is placed wrinkle-free on a slide. The slide (Menzel) with the mask is heated to 130 ° C for 30 sec, resulting in the melting of the parafilm, and then cooled to RT, resulting in the solidification of the parafilm. The coverslip (Menzel) is placed on the mask and lightly pressed. The slide with the mask and the coverslip is now heated to 120 ° C, which again leads to the melting of the parafilm. In this way, slide and the cover glass are connected to each other, wherein in the middle of a microchannel is formed with a constant height of about 0.2 mm. Through the micro-channel, the exchange of solutions ( 3b ). The volume of the microchannel is 10 μl.

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 4a erläutert und ist in Patentanmeldungen WO 03031947, WO 02088382 ausführlich dargestellt.The basic structure of the apparatus used for single-molecule microscopy is shown schematically in FIG 4a and is shown in detail in patent applications WO 03031947, WO 02088382.

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 4b gezeigt. Expositionszeit war 7 sec. Jedes Bild gibt die zweidimensionale Verteilung der Signale, die vom CCD-Chip (1388 × 1040 Pixel) der Kamera aufgenommen wurden, wieder. Dabei stellt eine Aufnahme einen Bereich von 60 μm × 80 μm der Oberfläche dar. Die Signale von einzelnen Molekülen hoben sich vom Hintergrundrauschen ab (5). Ihr apparenter Durchmesser betrug ca. 6 Pixel oder etwa 300 nm. Die Gesamtauflösung des System betrug 0,3 μm.In this work a wide field fluorescence microscope Axioplan 2 (Zeiss, Oberkochen, Germany) with mercury vapor lamp HBO 100, objective Planneofluar 100x, NA 1.4 (Zeiss), camera AxioCam (Zeiss) and computer with software for control and analysis was used. Images are taken from the surface as in 4b shown. Exposure time was 7 sec. Each image reflects the two-dimensional distribution of the signals picked up by the camera's CCD (1388 × 1040 pixels). In this case, a recording represents a range of 60 μm × 80 μm of the surface. The signals of individual molecules were distinguished from the background noise (FIG. 5 ). Its apparent diameter was about 6 pixels or about 300 nm. The total resolution of the system was 0.3 μm.

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 1A,B,C,D, 7A, 8A. Es entstand für jeden Bereich der Oberfläche spezifische Muster an Tusche-Teilchen. Da diese Teichen an die Oberfläche gebunden sind und ihre Position beibehalten, können sie zur Auffindung derselben Positionen und zur Justierung genutzt werden (WO 03031947, WO 02088382).An alignment pattern or landmark was applied to the surface of the solid phase. For example, a dilute ink solution (Pelickan AG, Hannover, Germany) was brought into contact with the surface in phosphate buffer. The ink particles (their apparent diameter about 0.3 to 2 μm) bound to the surface and could be visualized with a microscope (eg with transmitted light). The binding of the ink particles took place at random locations of the surface. The density of the binding of the ink can vary and was, for example, 3 to 100 particles per 100 μm 2 , these particles are to be seen as dark areas on the fluorescence images, eg in 1A , B, C, D, 7A . 8A , For each area of the surface, specific patterns of ink particles were created. Since these ponds are bound to the surface and maintain their position, they can be used to find the same positions and for adjustment (WO 03031947, WO 02088382).

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.at further description of the processing of the surface will be provided that coarse contaminants from the surface of the solid phase have been removed. Also other both chemical, physical as well as mechanical steps may precede the production of the surface according to the invention, with the restriction, 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 7f-1 und 7f-4, wobei die Aminogruppe am Linker mit einem Cy3-Farbstoff modifiziert ist, s. Beispiel 2 derselben Anmeldung) 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 1 μmol / l solution of dUTP-AA-SS-Cy3 (synthesized according to instructions in WO 02088382, see 7f-1 and 7f-4 wherein the amino group on the linker is modified with a Cy3 dye, s. Example 2 of the same application) in 50 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.

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 ul of a 50 .mu.mol / l solution of dUTP-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.

Ergebnisse:Results:

Die Daten zur Bindung von markierten Substanzen an die Oberfläche sind in der Tabelle 9 dargestellt. Tabelle 9:

Figure 01070001

  • Behandlung der Oberfläche: wässrige HF-Lösung (v/v %)
  • Spalte A) Ergebnis des Tests 1.1: dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2,
  • 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,
  • 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.
  • Spalte D) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-B1-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
  • Spalte E) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-F1-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
  • Spalte F) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-T40-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
  • Spalte G) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-dA26-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
  • Spalte H) Ergebnis des Tests 1.3: Oligo-2-TMR, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
  • Spalte I) Ergebnis des Tests 1.4: dUTP-Cy3, 50 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
The data for binding of labeled substances to the surface are shown in Table 9. Table 9:
Figure 01070001
  • Surface treatment: aqueous HF solution (v / v%)
  • 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 ,
  • 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 ,
  • Column C) Result of the test 1.3: Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, average of the measured signals over an area of 100μm 2 .
  • 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 .
  • 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 .
  • 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 .
  • 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 .
  • 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 .
  • 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. Tabelle 10

Figure 01090001

  • Spalte A) wässrige HF-Lösung (v/v %)
  • Spalte B) dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
  • Spalte C) Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
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. Table 10 shows results of test 1.1 and 1.3 with oligo-T7-19-Cy3 after applying different concentrations of HF solution. Table 10
Figure 01090001
  • Column A) aqueous HF solution (v / v%)
  • Column B) dCTP-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
  • 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 hours at RT 5M NaOH solution is replaced with a 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 9.0, and the channel is washed five times with this buffer. The first control of the non-specific 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. Tabelle 11:

Figure 01110001

  • Behandlung: 5 mol/l wässrige NaOH-Lösung
  • Spalte A) dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
  • Spalte B) Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
The binding of labeled substances to the surface is shown in Table 11. Table 11:
Figure 01110001
  • Treatment: 5 mol / l aqueous NaOH solution
  • Column A) dCTP-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
  • 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.A such density of unspecifically bound signals allows a good Differentiation of individual signals from single molecules at the Surface, s. Table 1 to 8 and leads to a lesser overlap 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. Kontrolle der unspezifischen Bindung: Tabelle 12

Figure 01120001

  • Spalte A) wässrige NaOH-Lösung, Angabe für mol/l
  • Spalte B) dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
  • Spalte C) Oligo-T7-19-Cy3, 1 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
To illustrate the effect of the removal of the outer layer by the NaOH treatment, results of a titration series are presented below. The solid phase was treated with different concentrations of the NaOH solution. The titration procedure and further treatment were similar to those in Example 2.1. Table 12 shows results of test 1.1 and 1.3. Control of non-specific binding: Table 12
Figure 01120001
  • Column A) aqueous NaOH solution, indication for mol / l
  • Column B) dCTP-Cy3, 1 μmol / l, 5 'RT, mean of the measured signals over an area of 100 μm 2 .
  • 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 retain its characteristic of low non-specific binding of labeled substances for several months covered with a solution. 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 of the invention, the solid phase is regenerated with a Surface during all subsequent treatment steps not dried and at no time has a direct contact with air. The storage of the freshly regenerated surface takes place in contact with a solution, for example with water or another solution, which has been described above. All further modifying steps in the production take place through 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, ISBN0-306-43473-3).modification the regenerated surfaces obtained under Example 1, 2 or 3 takes place for example with silylation reagents. Many examples of silica Modification are known ("silanes Coupling Agents "2. Ed. 1991, ISBN0-306-43473-3).

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.
The regenerated solid phase was obtained as in Example 1.1 and without drying as in follows processed:
  • 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 can be done for example at one of the two ends of the chain or over a group coupled to one of the nucleotides within the chain is. The covalent coupling of nucleic acids can be bound to those on the surface Left or directly to the glass surface done. The affine bond For example, between a fixed on the surface Streptavidin and bound to the nucleic acid biotin done. Another example of the affine binding of nucleic acids represents the hybridization of complementary nucleic acid chains to those on the surface fixed nucleic acids The following are examples of covalent and affine coupling of the nucleic acid chains to the surface shown.

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. Tabelle 13

Figure 01190001

  • Spalte A) Ergebnis des Tests 1.1: dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2,
  • 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,
  • 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.
  • Spalte D) Ergebnis des Tests 1.4: dUTP-Cy3, 50 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
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 . Table 13
Figure 01190001
  • Column A) Result of the test 1.1: dCTP-Cy3, 1μmol / l, 5 'RT, average of measured signals over an area of 100μm 2 ,
  • 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 ,
  • 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 .
  • 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 (7B).The result showed that the nucleic acid strands were coupled to the surface at a density of 100 to 200 strands / 100 μm 2 ( 7B ).

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.
The surface obtained as in Example 1.1 was further processed directly. The following steps were carried out:
  • 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. Tabelle 14

Figure 01220001

  • Spalte A) Ergebnis des Tests 1.1: dCTP-Cy3, 1μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2,
  • 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,
  • 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.
  • Spalte D) Ergebnis des Tests 1.4: dUTP-Cy3, 50 μmol/l, 5' RT, Mittelwert der gemessenen Signale auf einer Fläche von 100μm2.
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 . Table 14
Figure 01220001
  • 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 ,
  • 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 ,
  • 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 .
  • 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 (8B).The result showed that the nucleic acid strands were coupled to the surface at a density between 300 and 1000 strands / 100 μm 2 ( 8B ).

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.
The surface obtained in Example 1.1 was further processed directly. The following steps were carried out:
  • 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 be influenced by the time, concentration of the reagents and temperature. Instead of a trimethoxysilyl group, another silylation reaction coupled to the oligonucleotide may also be used. Oligonucleotides with activated silyl groups can be diluted in organic solvents such as DMAA, DMF, DMSO or acetonitrile. It is also possible to use aqueous mixtures. The time of the modification can be between a few Minutes and several hours. The choice of a corresponding active silyl group depends on compatibility with reagents that come in contact with surface in later steps.

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 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-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 das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt, bei dem die erfindungsgemäße Oberfläche eingesetzt werden kann.Here will be an example of the inventive method represented, in which the surface according to the invention can be used.

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)
As indicated above, nucleic acids can be bound to the regenerated surfaces of the solid phase, specifically participating in hybridization reactions with complementary oligonucleotides, and the unspecific binding of labeled components such as nucleic acids or nucleotides remains very low. In the following examples it is shown that the solid phase prepared according to the invention is suitable for the analysis of individual nucleic acid molecules, wherein it has a very low unspecific binding of labeled components. Initially, extensible nucleic acid chain primer complexes are formed on the surface. Subsequently, a cyclic reaction is carried out, which essentially concludes the following steps:
  • 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:
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 und 7f-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
In this example, a highly parallel sequencing reaction is performed on an oligonucleotide. The following components were used:
The surface of the solid phase carries anchor oligonucleotides. It was produced as described in Example 5.1.2.
dUTP-SS-Cy3, dCTP-SS-Cy3 (both synthesized according to protocol in WO 02088382, see 7f-1 and 7f-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)
Buffers and working solutions:
Installation 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:
An die Anker-Oligonukleotide wurde ein Oligo-31 hybridisiert:
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 der Primer T7-19 an die Primerbindungsstelle im Oligo 31 hybridisiert:
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.
Polymerase was modified in this example with iodoacetamide as follows: to 75 μl of the aliquot of Klenow exo minus polymerase (Amersham-Bioscience, 750 Unit Klenow Exo minus) was added iodoacetamide (Sigma-Aldrich) to a concentration of 20 mmol / l and at RT stirred for 30 min. Further notes for the modification are given in Appendix 1:
An oligo-31 was hybridized to the anchor oligonucleotides:
A 100 nmol / l solution of Oligo 31 in the incorporation buffer (20 μl) was brought into contact with the surface of the solid phase at RT for 5 min, then the surface was washed with the incorporation buffer (100 μl). Subsequently, primer T7-19 was hybridized to the primer binding site in oligo 31:
A 10 nmol / L solution of T7-19 in the incorporation buffer (20 μl) was brought into contact with the surface of the solid phase for 5 min at RT, then the surface was washed with the incorporation buffer (100 μl).

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:

  • 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.
  • 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.
  • 3) Detektion
Cycle (A) includes the following steps:
  • 1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes was incubated with cleavage buffer (10 .mu.l) for 5 min at RT, then washed with the washing buffer, then washed for 5 min at RT with alkylation buffer (20 .mu.l) (to block free SH groups) and then washed with washing buffer.
  • 2) the solution "A, G" (10 .mu.l) was added to the surface and incubated at RT for 5 min, so that optionally a incorporation reaction of dATP and or dGTP can take place. Subsequently, the surface was washed with the washing buffer.
  • 3) detection

Zyklus (U) schließt folgende Schritte ein:

  • 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.
  • 2) Detektion
Cycle (U) includes the following steps:
  • 1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes was incubated with solution "U" for 5 min at RT and then washed with the washing buffer.
  • 2) detection

Zyklus (C) schließt folgende Schritte ein:

  • 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.
  • 2) Detektion
Cycle (C) includes the following steps:
  • 1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes was incubated with solution "C" for 5 min at RT and then washed with the washing buffer.
  • 2) detection

Tabelle 15

Figure 01290001
Table 15
Figure 01290001

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 9a und 9b präsentiert. Da parallel über 3500 Oligonukleotide an einer Position sequenziert wurden, Reihenfolgen mit identischen Sequenzen wurden zusammengefaßt. Die Zahl der identischen Sequenzreihenfolgen ist rechts von der jeweiligen Sequenz zu sehen. Einzelne Buchstaben bedeutet jeweils das detektierte Signal: "U" steht für eingebautes markiertes dUMP-SS-Cy3, "C" steht für eingebautes markiertes dCMP-SS-Cy3, "A" steht für die nach dem Abspaltungsschritt verbliebenen Signale an der Oberfläche, Bindestriche zwischen einzelnen Buchstaben bedeuten, dass kein Signal im jeweiligen Zyklus entsprechenden Koordinaten zugeordnet wurde.The number of detected signals changes in individual cycles. When signals from single nucleotide molecules having the same coordinates are ordered in the order of their appearance from cycle 1 to cycle 20, a distribution of orders of the signals results. These sequences (sequence raw data) were reconstructed for position 2 and 3 and are in the 9a and 9b presents. Since over 3500 oligonucleotides were sequenced in parallel at one position, sequences having identical sequences were pooled. The number of identical sequence orders can be seen to the right of each sequence. Each letter represents the detected signal: "U" stands for incorporated labeled dUMP-SS-Cy3, "C" stands for incorporated labeled dCMP-SS-Cy3, "A" stands for the surface remaining signals after the cleavage step, hyphens between individual letters mean that no signal has been assigned to corresponding coordinates in the respective cycle.

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 sequence to be determined "--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).
In connection with this application, the following facts are of great importance:
  • 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 present invention, the concentration of oligo-31 bound to the solid phase via the linker was determined by Half reduced. 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

Figure 01310001
Table 16
Figure 01310001

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 with a free 3 'group on the surface fixed to the solid phase and serve as primers for the extension reaction can. Fragments of the M-13 plasmid were hybridized to these oligonucleotides, which were provided with a poly-dT route 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 the individual:

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:

  • 1) Hybridisierung von Fragmenten von M-13-Plasmid
  • 2) Detektion
  • 3) Bleichen der Signale von den eingebauten markierten Nukleotiden.
Cycle (T) Includes the following steps:
  • 1) Hybridization of fragments of M-13 plasmid
  • 2) detection
  • 3) bleaching the signals from the incorporated labeled nucleotides.

Zyklus (A) schließt folgende Schritte ein:

  • 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.
  • 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.
  • 3) Detektion
Cycle (A) includes the following steps:
  • 1) the surface of the solid phase with the primer-template complexes fixed was cleaved with cleavage buffer (10 .mu.l) for 5 min at RT and then washed with the washing buffer, then block buffer for 5 min at RT.
  • 2) the solution "A, G" (10 .mu.l) was added to the surface and incubated at RT for 5 min, so that optionally a incorporation reaction of dATP and or dGTP can take place. Subsequently, the surface was washed with the washing buffer.
  • 3) detection

Zyklus (a) schließt folgende Schritte ein:

  • 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.
  • 2) Detektion
Cycle (a) includes the following steps:
  • 1) the surface of the solid phase with the fixed primer-template complexes was incubated with cleavage buffer (10 .mu.l) for 5 min at RT and then washed with the washing buffer, then treated block buffer for 5 min at RT.
  • 2) detection

Zyklus (U) schließt folgende Schritte ein:

  • 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.
  • 2) Detektion
Cycle (U) includes the following steps:
  • 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 washed with the washing buffer.
  • 2) detection

Zyklus (C) schließt folgende Schritte ein:

  • 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.
  • 2) Detektion
(Abweichungen von diesen Schritten sind mit Kursiv angegeben)Cycle (C) includes the following steps:
  • 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 washed with the washing buffer.
  • 2) detection
(Deviations from 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

Figure 01350001
Table 17
Figure 01350001

Figure 01360001
Figure 01360001

Figure 01370001
Figure 01370001

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 = ((N – A) × 100)/4800Wobei:

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
The formula for calculating the density of unspecifically bound labeled components: D = ((N - A) × 100) / 4800 In which:
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 mofifiziert 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, 7E: 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, 5-Iod-2'-Deoxyuridine (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, 7E: 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, 5-iodo-2'-deoxyuridine (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), Diamin-PEG (6kDa, Fluka).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), diamine PEG (6kDa, Fluka).

Lösungsmittel wurden, wenn nötig, absolutiert verwendet (Fluka) oder nach Standardverfahren getrocknet. Bei Lösungsmittelgemischen beziehen sich die angegebenen Mischungsverhältnisse auf die eingesetzten Volumina (v/v).Solvents were used, if necessary, in the absolute form (Fluka) or dried by standard methods. For solvent mixtures, the specified mixing ratios refer to the set volumes (v / v).

Beispiel 7A:Example 7A:

Synthese von dUTP-SS-Farbstoff (10).Synthesis of dUTP-SS dye ( 10 ).

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 30mol/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 30mol / 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 (11).Synthesis of dUTP-SOS dye ( 11 ).

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 min, NH 4 HCO 3 was up to Concentration of 100 mmol / l was added and after a further 30 min 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 (12).Synthesis of dCTP-SCO dye ( 12 ).

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-NHS, 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-NHS, 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 (13).Synthesis of dUTP COS dye ( 13 ).

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 l).

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:
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-CN2-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.
Further modification takes place on dUTP-R-COOCH 3 :
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 -CN 2 -NH 2 is separated from the excess mercaptoethanolamine on DEAE-cellulose in the borate buffer 10 mmol / l and eluted from the column with 0.3 mol / l NaCl.

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.

Beispiel 7E:Example 7E:

Synthese von dUTP-AA-SS-PEG-Farbstoff, (14).Synthesis of dUTP-AA-SS-PEG dye, ( 14 ).

dUTP-AA-SS-PEG-Cy3,dUTP-AA-SS-PEG-Cy3,

Zunächst wurde SH-PEG-Cy3 hergestellt. Zu 200 μl einer 10 mmol/l Lösung von Diamin-PEG (6kDa, Fluka) in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 8, wurde Cy3-NHS (Amersham-Bioscience) bis zu Endkonzentration von 15 mmol/l zugegeben. Die Reaktion wurde bei RT 30 min lang durchgeführt. Anschließend wurde NH2-PEG-Cy3 von Farbstoffresten durch Ultrafiltration mit MWCO 3000 abgetrennt, 3 mal mit 1 ml 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 8, gewaschen und in einem Volumen von 200 μl 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 8, aufgelöst.First, SH-PEG-Cy3 was prepared. To 200 μl of a 10 mmol / l solution of diamine PEG (6kDa, Fluka) in 50 mmol / l borate buffer, pH 8, Cy3-NHS (Amersham-Bioscience) was added to a final concentration of 15 mmol / l. The reaction was carried out at RT for 30 minutes. Subsequently, NH 2 -PEG-Cy3 was separated from dye residues by ultrafiltration with MWCO 3000, washed 3 times with 1 ml of 50 mmol / l borate buffer, pH 8, and in a volume of 200 μl 50 mmol / l borate buffer, pH 8, dissolved.

Zu dieser Lösung wurde PDTP-NHS bis zu Endkonzentration von 50 mmol/l zugegeben. Die Reaktion wurde bei RT 30 min lang durchgeführt. Anschließend wurden 50 μl einer 1 mol/l Lösung von NH4HCO3, pH 8, zugegeben und das Reaktionsgemisch wurde weitere 60 min inkubiert. Zur Reduktion der Disulfidbindungen wurden 100 μl einer 1 mol/l TCEP-Lösung, pH 8, zum Reaktionsgemisch zugegeben. Nach 5 min bei RT wurde das Produkt der Reaktion, das SH-PEG-Cy3, von den niedermolekularen Komponenten durch Ultrafiltration mit MWCO 3000 abgetrennt, 5 mal mit 1 ml 50 mmol/l Tris-HCl-Puffer, pH 7, gewaschen und in einem Volumen von 200 μl 50 mmol/l Tris-HCl, pH 7, aufgelöst. Unmittelbar vor Kopplung des Nukleotid-Teils wurde der pH-Wert auf 9.0 mit 1 mol/l NaOH eingestellt.To this solution was added PDTP-NHS to final concentration of 50 mmol / L. The reaction was carried out at RT for 30 minutes. Subsequently, 50 μl of a 1 mol / l solution of NH 4 HCO 3 , pH 8, were added and the reaction mixture was incubated for a further 60 min. To reduce the disulfide bonds, 100 μl of a 1 mol / l TCEP solution, pH 8, was added to the reaction mixture. After 5 min at RT, the product of the reaction, the SH-PEG-Cy3, was separated from the low molecular weight components by ultrafiltration with MWCO 3000, washed 5 times with 1 ml of 50 mM Tris-HCl buffer, pH 7, and washed a volume of 200 .mu.l 50 mmol / l Tris-HCl, pH 7, dissolved. Immediately before coupling the nucleotide portion, the pH was adjusted to 9.0 with 1 mol / l NaOH.

Kopplung des SH-PEG-Cy3 an den Nukleotid-Teil:Coupling of SH-PEG-Cy3 to the nucleotide part:

Zu 100μl 20 mmol/l dUTP-AA-PDTP in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 9, wurden 100 μl der Lösung mit SH-PEG-Cy3 in 50 mmol/l Tris-HCl, pH 9.0, zugegeben. Reaktion wurde bei RT über 30 min durchgeführt. Das Produkt der Reaktion wurde durch Ultrafiltration mit MWCO 3000 von niedermolekularen Komponenten abgetrennt, 5 mal mit 1 ml 50 mmol/l Tris-HCl-Puffer, pH 7, gewaschen und in einem Volumen von 200 μl 50 mmol/l Tris-HCl, pH 7, aufgelöst.To 100μl 20 mmol / l dUTP-AA-PDTP in 50 mmol / l borate buffer, pH 9, was added to 100 μl of the solution with SH-PEG-Cy3 in 50 mmol / l Tris-HCl, pH 9.0. Reaction was at RT for 30 min carried out. The product of the reaction was purified by ultrafiltration with MWCO 3000 separated from low molecular weight components, 5 times with 1 ml of 50 mmol / l Tris-HCl buffer, pH 7, and washed in a volume of 200 μl 50 mmol / l Tris-HCl, pH 7, dissolved.

Das auf diese Weise erhaltene dUTP-AA-SS-PEG-Cy3 kann von DNA-Polymerasen, beispielsweise Klenow-Fragment Exo-minus oder Taq-Polymerase, in den wachsenden Strang der Nukleinsäuren eingebaut werden.The dUTP-AA-SS-PEG-Cy3 obtained in this way can be isolated from DNA polymerases, for example Klenow fragment exo-minus or Taq polymerase, in the growing strand of nucleic acids are incorporated.

Das dUTP-AA-SS-PEG-Cy3 enthält eine unter milden Bedingungen spaltbare Gruppe, so daß der Linker mit dem Farbstoff von dem Nukleotid abgespalten werden kann.The contains dUTP-AA-SS-PEG-Cy3 a cleavable under mild conditions group, so that the linker can be cleaved with the dye from the nucleotide.

Dieses Beispiel zeigt eine generelle Möglichkeit, an Nukleotiden weitere Modifikationen vorzunehnem. Weitere basenmodifzierte Nukleotidanaloga, wie z.B. 5-Propargylamino-dCTP, 5-Propargylamino-dUTP, 7-Deaza-7-Aminopropargyl-dGTP und 7-Deaza-7-Aminopropargyl-dATP können wie oben angeführt ebenfalls modifiziert werden. Es können sowohl Ribonukleotide, 2'-Deoxyribonukleotide als auch 2',3'-Deoxyribonukletide verwendet werden.This Example shows a general possibility at Nukleotiden further modifications vorzunehnem. Further base-modified Nucleotide analogs, e.g. 5-propargyl-dCTP, 5-propargylamino-dUTP, 7-deaza-7-aminopropargyl-dGTP and 7-deaza-7-aminopropargyl-dATP can as stated above also be modified. Both ribonucleotides, 2'-deoxyribonucleotides and 2 ', 3'-deoxyribonuclides.

Beispiel 8Example 8

Nuk-Makromoleküle für das SequenzierungsverfahrenNuc-macromolecules for the sequencing method

Allgemeine Hinweise für die Synthesen von Nuk-MakromolekülenGeneral notes for the syntheses of nuc macromolecules

Die erfindungsgemäßen Nuk-Makromoleküle können auf unterschiedliche Art und Weise synthetisiert werden. Die Reihenfolge der Kopplungsschritte kann variieren. Beispielsweise kann zunächst eine Linker-Komponente an die Nuk-Komponente gekoppelt werden, anschließend wird die Marker-Komponente gekoppelt.The Nuc-macromolecules according to the invention can be obtained different ways are synthesized. The chronological order The coupling steps can vary. For example, a first Linker component will be coupled to the Nuk component, then becomes coupled to the marker component.

Andererseits können ein oder mehrere Linker an die Marker-Komponente gekoppelt werden und anschließend der/die Nuk-Komponenten.on the other hand can one or more linkers are coupled to the marker component and subsequently the nuk component (s).

Die Kopplung zwischen einzelnen Komponenten der Nuk-Makromoleküle kann kovalent oder affin erfolgen. Wobei sowohl chemische als auch enzymatische Kopplung zur Verknüpfung einzelner Komponenten eingesetzt werden kann. Kopplungen an Amino- und Thiolgruppen dienen als Beispiele für kovalente Kopplungen (D. Jameson et al. Methods in Enzymology 1997, V. 278, 363, "The chemistry of the amino group" S. Patai, 1968, "The chemistry of the thiol group" S. Patai, 1974). Biotin-Streptavidin-Bindung oder Hybridisierung zwischen komplementären Nukleinsäuresträngen oder Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen stellen Beispiele für affine Kopplungen dar.The Coupling between individual components of nuc-macromolecules can covalent or affine. Both chemical and enzymatic Coupling to the link individual components can be used. Couplings at amino and thiol groups serve as examples of covalent couplings (D. Jameson et al. Methods in Enzymology 1997, V. 278, 363, "The chemistry of the amino group "S. Patai, 1968, "The chemistry of the thiol group "S. Patai, 1974). Biotin-streptavidin binding or hybridization between complementary Nucleic acid strands or Antigen-antibody interactions provide examples of affine couplings.

Die makromolekularen Marker bieten oft eine Vielfalt an Kopplungsmöglichkeiten. Ein makromolekularer Marker kann mehrere Kopplungsstellen für den Linker haben, beispielsweise mehrere Bindungsstellen für Biotin, wie es bei Streptavidin der Fall ist. Ein makromolekularer Marker kann auch mehrere Amino- bzw. Thiol-Gruppen aufweisen.The Macromolecular markers often offer a variety of coupling possibilities. A macromolecular marker can have multiple coupling sites for the linker have, for example, multiple binding sites for biotin, as in streptavidin the case is. A macromolecular marker can also contain several amino or thiol groups.

Falls Nukleinsäuren als makromolekulare Marker eingesetzt werden, so können diese unterschiedliche Abschnitte zur Kopplung anderer Makromoleküle besitzen.If nucleic acids can be used as macromolecular markers, they can have different sections for coupling other macromolecules.

An einen makromolekularen Marker können andere Makromoleküle gebunden werden, z.B. Enzyme.At a macromolecular marker other macromolecules be bound, e.g. Enzymes.

Ein Nuk-Makromolekül kann makromolekulare Marker mit unterschiedlichen Detektionseigenschaften tragen, beispielsweise kann ein Nuk-Makromolekül sowohl mehrere Farbstoffmoleküle als auch Stellen zur affinen Bindung (z.B. durch Hybridisierung) weiterer Makromoleküle tragen.One Nuc-macromolecule can carry macromolecular markers with different detection properties, For example, a nuc-macromolecule can have both multiple dye molecules as well Sites for affinity binding (e.g., by hybridization) to others macromolecules wear.

Die Kopplung zwischen der Nuk-Komponenten und der Linker-Komponenten erfolgt vorzugsweise kovalent. Viele Beispiele für eine kovalente Kopplung an Nukleotide oder deren Analoga sind bekannt (Jameson et al. Method in Enzymology, 1997, v. 278, S. 363-, Held et al. Nucleic acid research, 2002, v. 30 3857-, Short US Pat. 6579704, Odedra WO 0192284). Dabei kann die Kopplung beispielsweise an Phosphat, Amino-, Hydroxy- oder Mercaptogruppen erfolgen.The Coupling between the nuc-component and the linker components is preferably covalent. Many examples of covalent coupling Nucleotides or their analogs are known (Jameson et al., Method in Enzymology, 1997, v. 278, p. 363-, Held et al. Nucleic acid research, 2002, v. 30 3857, Short US Pat. 6579704, Odedra WO 0192284). there For example, the coupling may be to phosphate, amino, hydroxy or Mercapto groups take place.

Oft kann die Linker-Komponente in mehreren Schritten aufgebaut werden. Beispielsweise wird im ersten Schritt ein kurzer Linker mit einer reaktiven Gruppe an das Nukleotid oder Nucleosid angekoppelt, z.B. Propargylamin-Linker an Pyrimidine Hobbs et al. US Patent 5.047.519 oder andere Linker z.B. Klevan US Pat. 4,828,979, Seela US pat. 6211158, US pat. 4804748, EP 0286028 , Hanna M. Method in Enzymology 1996 v.274, S.403, Zhu et al. NAR 1994 v.22 S.3418, Jameson et al. Method in Enzymology, 1997, v. 278, S. 363-, Held et al. Nucleic acid research, 2002, v. 30 3857-, Held et al. Nucleosides, nucleotides & nnucleic acids, 2003, v. 22, S. 391, Short US Pat. 6579704, Odedra WO 0192284, Herrlein et al. Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, S. 586, Canard US. Pat. 5798210, Kwiatkowski US Pat. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642, Tsien WO 9106678, Faulstich et al. DE 4418691 , Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497, Dissertation "Synthese basenmodifizierter Nukleosidtriphosphate und ihre enzymatische Polymerisation zu funktionalierter DNA", Oliver Thum, Bonn 2002. Einige Verbindungen kann man käuflich erwerben, z.B. bei Trilink Biotechnologies, Eurogentec, Jena Bioscience.Often, the linker component can be built in several steps. For example, in the first step, a short linker having a reactive group is coupled to the nucleotide or nucleoside, eg, propargylamine linker to pyrimidines Hobbs et al. US Patent 5,047,519 or other linkers, eg, Klevan US Pat. 4,828,979, Seela US Pat. 6211158, US pat. 4804748, EP 0286028 , Hanna M. Method in Enzymology 1996, v.274, p.403, Zhu et al. NAR 1994 v.22 p.3418, Jameson et al. Method in Enzymology, 1997, v. 278, p. 363-, Held et al. Nucleic acid research, 2002, v. 30, 3857, Held et al. Nucleosides, nucleotides & nnucleic acids, 2003, v. 22, p. 391, Short US Pat. No. 6579704, Odedra WO 0192284, Herrlein et al. Helvetica Chimica Acta, 1994, V. 77, p. 586, Canard US. Pat. 5798210, Kwiatkowski US Pat. No. 6255475, Kwiatkowski WO 01/25247, Parce WO 0050642, Tsien WO 9106678, Faulstich et al. DE 4418691 , Odedra WO 0192284, Odedra WO 03048178, Milton et al. WO 2004/018493, Milton et al. WO 2004/018497, Dissertation "Synthesis of base-modified nucleoside triphosphates and their enzymatic polymerization to functionalized DNA", Oliver Thum, Bonn 2002. Some compounds can be purchased, for example from Trilink Biotechnologies, Eurogentec, Jena Bioscience.

Diese kurzen Linker dienen als Kopplungseinheiten L oder deren Teile, und sind ein Bestandteil der Linker-Komponente im fertigen Nuk-Makromolekül.These short linkers serve as coupling units L or their parts, and are part of the linker component in the final nuc-macromolecule.

Im zweiten Schritt kann die Kopplung des Nukleotides oder Nucleosides mit einem kurzen Linker an das Linker-Polymer erfolgen. Polymere mit reaktiven funktionellen Gruppen können käuflich erworben werden (Fluka).in the second step may be the coupling of the nucleotide or nucleosides with a short linker to the linker polymer. polymers with reactive functional groups can be purchased (Fluka).

Nach der Kopplung des Nukleotids an das Polymer kann nun die Marker-Komponente als letzter Schritt gekoppelt werden.To the coupling of the nucleotide to the polymer can now be the marker component be paired as a last step.

Oft ist es vorteilhaft an ein Nukleosid einen kurzen Linker zu koppeln, dann, falls erforderlich, dieses modifizierte Nucleosid in ein Nucleosid-Triphosphat umzuwandeln (Synthesen von Triphosphaten können beispielsweise in folgenden Literaturstellen gefunden werden: Held et al. Nucleosides, nucleotides & nucleic acids, 2003, v. 22, S. 391, Faulstich et al. DE 4418691 , T. Kovacs, L. Ötvös, Tetrahedron Letters, Vol 29, 4525-4588 (1988) oder Dissertation "Synthese basenmodifizierter Nukleosidtriphosphate und ihre enzymatische Polymerisation zu funktionalierter DNA", Oliver Thum, Bonn 2002).It is often advantageous to couple a short linker to a nucleoside, then, if necessary, to convert this modified nucleoside into a nucleoside triphosphate (syntheses of triphosphates can be found, for example, in the following references: Held et al., Nucleosides, nucleotides & nucleic acids). 2003, v. 22, p. 391, Faulstich et al. DE 4418691 , T. Kovacs, L. Ötvös, Tetrahedron Letters, Vol. 29, 4525-4588 (1988) or dissertation "Synthesis of base-modified nucleoside triphosphates and their enzymatic polymerization to functionalized DNA", Oliver Thum, Bonn 2002).

Weitere Modifikationen können am Nukleosid-Triphosphat-Analog durchgeführt werden.Further Modifications can be performed on the nucleoside triphosphate analog.

Vorstufen für modifizierte Nukleoside können sind beispielsweise bei Trilink Biotechnologies (San Diego, CA, USA) oder bei Chembiotech (Münster, Deutschland) kommerziel erhältlich.precursors for modified Nucleosides can are for example available from Trilink Biotechnologies (San Diego, CA, USA) or at Chembiotech (Münster, Germany) commercial.

Die Kopplung zwischen der Linker-Komponente und der Marker-Komponente kann beispielsweise zwischen reaktiven Gruppen an der Linker-Komponente und der Marker-Komponente erfolgen. Reagenzien für solche Kopplungen sind in "Chemistry of protein conjugation and cross-linking", S. Wang, 1993, ISBN 0-8493-5886-8, ausführlich dargestellt. Die Verfahren zur Handhabung und zur Kopplung von mehreren Makromolekülen sind für unterschiedliche Typen von Makromolekülen auch in oben genannten Patenten dargestellt. Weitere Beispiele für Kopplungen an die und zwischen den Makromolekülen sind für Proteine in "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2; "Reactive dyes in protein an enzyme technology", D. Clonis, 1987, ISBN 0-333-34500-2; "Biophysical labeling methods in molecular biology" G. Likhtenshtein, 1993, 1993, ISBN 0-521-43132-8; "Techniques in protein modification" R. Lundblad, 1995, ISBN 0-8493-2606-0; "Chemical reagents for protein modification" R. Lundblad, 1991, ISBN 0-8493-5097-2; für Nukleinsäuren in "Molecular-Cloning", J. Sambrook, band 1-3, 2001, ISBN 0-87969-576-5, für andere Polymerarten "Makromoleküle, Chemische Struktur und Synthesen", Band 1, 4, H. Elias, 1999, ISBN 3-527-29872-X beschrieben.The Coupling between the linker component and the marker component for example, between reactive groups on the linker component and the marker component. Reagents for such couplings are described in "Chemistry of protein conjugation and cross-linking ", Wang, 1993, ISBN 0-8493-5886-8, in detail. The proceedings for handling and coupling of several macromolecules for different Types of macromolecules also shown in the above-mentioned patents. Further examples of couplings to and between the macromolecules are for proteins in "bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences ", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2;" Reactive dyes in protein to enzyme technology ", D. Clonis, 1987, ISBN 0-333-34500-2; "Biophysical labeling methods in molecular biology "G. Likhtenshtein, 1993, 1993, ISBN 0-521-43132-8; "Techniques in protein modification" R. Lundblad, 1995, ISBN 0-8493-2606-0; "Chemical responsents for protein modification "R. Lundblad, 1991, ISBN 0-8493-5097-2; for nucleic acids in "Molecular Cloning", J. Sambrook, vol 1-3, 2001, ISBN 0-87969-576-5, for other types of polymers "Macromolecules, Chemical Structure and Synthesis ", Volume 1, 4, H. Elias, 1999, ISBN 3-527-29872-X.

Da die Marker-Komponente meistens viele Kopplungsstellen aufweist, können weitere Modifikationen an kompletten Nuk-Makromolekülen vorgenommen werden. Beispielsweise können überschüssige Amino-Gruppen abgeblockt werden oder durch weiterführende Modifikationen verändert werden.There the marker component usually has many coupling sites, can made further modifications to complete nuc-macromolecules become. For example, excess amino groups be blocked or modified by further modifications.

Je nach Einsatzgebiet und Reaktionsbedingungen, unter denen Nuk-Makromoleküle verwendet werden, können unterschiedliche chemische Bindungsarten zwischen einzelnen Teilen der Makromoleküle von Vorteil sein. So eignen sich beispielsweise bei Verfahren mit Schritten mit höheren Temperaturen, wie z.B. bei Hybridisierung oder PCR, Nuk-Makromoleküle, die kovalente, thermostabile Bindungen zwischen einzelnen Teilen haben.ever by field of application and reaction conditions under which nuc macromolecules are used can, can different chemical bonding modes between individual parts the macromolecules be beneficial. So are suitable for example in methods with Steps with higher Temperatures, e.g. in hybridization or PCR, nuc macromolecules, the have covalent, thermostable bonds between individual parts.

Nachfolgend sollen beispielhaft einige Möglichkeiten zur Synthese von Nuk-Makromolekülen dargestellt werden. Diese dienen nicht zur Einschränkung der möglichen Synthesewege und nicht zur Einschränkung der möglichen Nuk-Makromolekülstrukturen.following should exemplify some possibilities for the synthesis of nuc macromolecules being represented. These are not intended to limit the potential Synthetic pathways and not to limit the possible nuc-macromolecular structures.

In folgenden Beispielen werden Nuk-Makromoleküle mit Polyethylenglycol (PEG) als Linker-Komponente angegeben. Beispiele für die Kopplungen von PEG an andere Moleküle sind in "Poly(ethylene glycol) : chemistry and biological applications", 1997 beschrieben. Im einzelnen können sehr unterschiedliche reaktive Gruppen zur Kopplung eingesetzt werden: N-succinimidyl carbonate (U.S. Pat.. 5,281,698, US 5,468,478 ), Amine (Buckmann et al. Makromol. Chem. V.182, S.1379 (1981), Zalipsky et al. Eur. Polym. J. V.19, S. 1177 (1983)), succinimidyl propionate und succinimidyl butanoate (Olson et al. in Poly(ethylene glycol) Chemistry & Biological Applications, 170-181, Harris & Zalipsky Eds., ACS, Washington, D.C., 1997; U.S. Pat. No. 5,672,662), Succinimidyl succinate (Abuchowski et al. Cancer Biochem. Biophys. v. 7, S.175 (1984), Joppich et al., Makromol. Chem. 1v. 80, S.1381 (1979), Benzotriazole carbonate (U.S. Pat. No. 5,650,234), Glycidylether (Pitha et al. Eur. J. Biochem. v. 94, S.11 (1979), Elling et al., Biotech. Appl. Biochem. v.13, S. 354 (1991), Oxycarbonylimidazole (Beauchamp, et al., Anal. Biochem. v.131, S. 25 (1983), Tondelli et al. J. Controlled Release v.1, S.251 (1985)), p-nitrophenyl carbonate (Veronese, et al., Appl. Biochem. Biotech., v.11, 5.141 (1985); and Sartore et al., Appl. Biochem. Biotech., v.27, S.45 (1991)), Aldehyde (Harris et al. J. Polym. Sci. Chem. Ed. v.22, S. 341 (1984), US. Pat. 5824784, US. Pat. 5252714), Maleimide (Goodson et al. Bio/Technology v.8, S. 343 (1990), Romani et al. in Chemistry of Peptides and Proteins v.2, S.29 (1984)), and Kogan, Synthetic Comm. v.22, 5.2417 (1992)), Orthopyridyl-disulfide (Woghiren, et al. Bioconj. Chem. v. 4, S. 314 (1993)), Acrylol (Sawhney et al., Macromolecules, v. 26, 5.581 (1993)), Vinylsulfone (U.S. Pat. No. 5,900,461). Weitere Beispiele für Kopplungen von PEG an andere Moleküle sind in Roberts et al. Adv. Drug Deliv. Reviews v. 54, S. 459 (2002), US 2003124086 , US 2003143185 , WO03037385, US6541543 , US 2003158333 , WO 0126692 zu finden.In the following examples nuc-macromolecules are given with polyethylene glycol (PEG) as the linker component. Examples of the couplings of PEG to other molecules are in "poly (ethylene glycol): In particular, very different reactive groups can be used for the coupling: N-succinimidyl carbonate (US Pat. 5,281,698, US Pat. US 5,468,478 Amine (Buckman et al., Makromol Chem V.182, p.1379 (1981), Zalipsky et al., Eur. Polym., JV19, p. 1177 (1983)), succinimidyl propionate and succinimidyl butanoate (Olson et al in Poly (ethylene glycol) Chemistry & Biological Applications, 170-181, Harris & Zalipsky Eds., ACS, Washington, DC, 1997; U.S. Pat No. 5,672,662), succinimidyl succinate (Abuchowski et al., Cancer Biochem., Biophys. v. 7, p.175 (1984), Joppich et al., Makromol Chem 1v 80, p.1381 (1979), benzotriazole carbonate (US Pat. No. 5,650,234), glycidyl ether (Pitha et al., Eur. 94, p.11 (1979), Elling et al., Biotech, Appl. Biochem., V.13, p354 (1991), Oxycarbonylimidazoles (Beauchamp, et al., Anal., Biochem , 131, p. 25 (1983), Tondelli et al., J. Controlled Release v.1, p.251 (1985)), p-nitrophenyl carbonate (Veronese, et al., Appl. Biochem., Biotech. 11, 5.141 (1985); and Sartore et al., Appl. Biochem Biotech., V.27, p.45 (1991)), aldehydes (Harris et al., J. Polym. Sci., Chem. Ed. 22, p. 341 (1984), US. Pat. 5824784, US. Pat., 5252714), maleimides (Goodson et al., Bio / Technology v.8, p.343 (1990), Romani et al., Chemistry of Peptides and Proteins v.2, p.29 (1984)), and Kogan, Synthetic Comm. v.22, 5.2417 (1992)), orthopyridyl disulfides (Woghiren, et al., Bioconj. Chem. v. 4, p. 314 (1993)), acrylol (Sawhney et al., Macromolecules, v. 26, 5.581 (U.S. 1993)), vinylsulfones (US Patent No. 5,900,461). Further examples of couplings of PEG to other molecules are described in Roberts et al. Adv. Drug Deliv. Reviews v. 54, p. 459 (2002), US 2003124086 . US 2003143185 , WO03037385, US6541543 . US 2003158333 To find WO 0126692.

Andere ähnliche Polymere können in ähnlicher Art gekoppelt werden. Beispiele für solche Polymere stellen andere Poly(Alkylenglykole), Copolymere aus Ethylenglykol und Propyleneglykol, Poly(olefiniische Alkohole), Poly(Vinylpyrrolidone), Poly(Hydroxyalkylmethacrylamide), Poly(Hydroxyalkylmethacrylate), Poly(saccharide), Poly(x-Hydroxy-Säuren), Poly(Acrylsäure), Poly(Vinylalkohol).Other similar Polymers can in a similar way Art be coupled. Examples of such polymers are others Poly (alkylene glycols), copolymers of ethylene glycol and propylene glycol, Poly (olefinic alcohols), poly (vinylpyrrolidones), poly (hydroxyalkylmethacrylamides), Poly (hydroxyalkyl methacrylates), poly (saccharides), poly (x-hydroxy acids), poly (acrylic acid), poly (vinyl alcohol).

Die Aufreinigung der Nuk-Komponenten der Nuk-Makromoleküle erfolgt mit konventionellen Mitteln der Nukleotidchemie: beispielsweise mit Kieselgel-Chromatographie in einem Wasser-Ethanol-Gemisch, Ionenaustausch-Chromatographie in einem Salz-Gradienten und Reverse-Phase-Chromatographie in einem Wasser-Methanol-Gradienten. Für die Nukleotid-Aufreinigung optimierte Chromatographie-Säulen werden z.B. von der Firma Sigma-Aldrich angeboten.The Purification of the nuc-components of the nuc-macromolecules takes place by conventional means of nucleotide chemistry: for example with silica gel chromatography in a water-ethanol mixture, ion exchange chromatography in a salt gradient and reverse phase chromatography in a water-methanol gradient. For the Nucleotide purification optimized chromatography columns are e.g. offered by Sigma-Aldrich.

Die Aufreinigung von makromolekularen Linker-Komponenten und Marker-Komponenten kann durch Ultrafiltration, Gel-Elektrophorese, Gelfiltration und Dialyse erfolgen, siehe "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2.The Purification of macromolecular linker components and marker components can be performed by ultrafiltration, gel electrophoresis, gel filtration and dialysis take place, see "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences ", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2.

Die Masse der Nuk-Makromoleküle unterscheidet sich wesentlich von der Masse der Nukleotide. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, bei den Endreinigungsschritten die Ultrafiltration einzusetzen. Da für die Nuk-Makromoleküle nur eine durchschnittliche Masse bereichnet wird, eignet sich Ultrafiltration auch als analytische Methode zu Trennung von Syntheseprodukten.The Mass of nuc macromolecules differs significantly from the mass of nucleotides. For this Reason, it is advantageous in the final purification steps ultrafiltration use. Therefore the nuc macromolecules only an average mass is enriched, ultrafiltration is suitable also as an analytical method for the separation of synthesis products.

Zur Charakterisierung der Nuk-Makromoleküle können unterschiedliche Methoden der makromolekularen Chemie angewendet werden, z.B. UV-Vis-Spektroskopie, Fluoreszenzmessung, Massenspektroskopie, Fraktionierung, Größenausschlußchromatographie, Ultrazentrifugation und elektrophoretische Techniken, wie IEF, denaturierende und nicht denaturierende Gel-Elektrophorese ("Makromoleküle, Chemische Struktur und Synthesen", Band 1, 4, H. Elias, 1999, ISBN 3-527-29872-X, "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2).to Characterization of nuc macromolecules can be different methods macromolecular chemistry, e.g. UV-Vis spectroscopy, Fluorescence measurement, mass spectroscopy, fractionation, size exclusion chromatography, Ultracentrifugation and electrophoretic techniques, such as IEF, denaturing and non-denaturing gel electrophoresis ("Macromolecules, Chemical Structure and Syntheses", Vol. 1, 4, H. Elias, 1999, ISBN 3-527-29872-X, "Bioconjugation: protein coupling techniques for the biomedical sciences ", M. Aslam, 1996, ISBN 0-333-58375-2).

Die Messung von freien SH-Gruppen in einer Substanz erfolgte mit Ellmans Reagenz (5,5'-Dithiobis (2-Nitrobenzolsäure), Riddles et al. Method in Enzym. 1983, V.91, S. 49. The Measurement of free SH groups in a substance was done with Ellmans Reagent (5,5'-dithiobis (2-nitrobenzoic acid), Riddles et al. Method in enzyme. 1983, V.91, p. 49.

Synthesen von modifizierten Nukleotidensyntheses of modified nucleotides

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).HPLC columns with similar Material can be used (Sigma).

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.

Die Affinitätsisolierung von Nuk-Makromolekülen kann beispielsweise eingesetzt werden, wenn Nuk-Makromoleküle Oligonukleotide Bestandteil der Marker-Komponente sind. Durch die Hybridisierung an eine komplementäre, auf einer festen Phase fixierte Nukleinsäure können sie selektiv isoliert werden.The affinity isolation of nuc macromolecules can be used, for example, when nuc-macromolecules oligonucleotides Component of the marker component are. By hybridizing to a complementary, up A solid phase-fixed nucleic acid can be isolated selectively become.

Die Bestimmung der Ausbeuten für farbstoffmarkierte Produkte erfolgte an UV-Vis-Spektrometer.The Determination of the yields for Dye-labeled products were made on UV-Vis spectrometers.

Die Vollständigkeit der Kopplung an Strepavidin wurde durch eine Kontrolltitration mit einem Biotin-Farbstoff (Biotin-4-Fluoreszein, Sigma) 100 μmol/l in 50 mmol/l Borat, pH 8, 5 min bei RT durchgeführt. Bei einer kompletten Besetzung von Biotin-Bindungsstellen an Strepavidin während der Synthese erfolgt keine Markierung von Streptavidin. Bei einer nicht ausreichenden Reaktion erfolgt eine Bindung an SA. Analyse mit UV-Vis.The completeness The coupling to strepavidin was monitored by a control titration a biotin dye (biotin-4-fluorescein, Sigma) 100 μmol / L in 50 mmol / l borate, pH 8, carried out at RT for 5 min. For a complete cast of biotin binding sites at strepavidin during In the synthesis, no labeling of streptavidin occurs. At a Insufficient reaction occurs binding to SA. analysis with UV-Vis.

Material:Material:

Diamono PEG 10.000 (Diamino-Polyethylenglycol 10.000, Sigma), dUTP-AA (dUTP-Allylamine, Jena-Bioscience, Jena, Deutschland (im weiteren als Jena-Bioscience bezeichnet)), TTP (Thymidin-Triphosphat, kann auch als dTTP gekennzeichnet werden, Sigma), 3'-Amino-TTP (3'-Amino-3'-deoxy-Thymidin-Triphosphat, Trilink Biotechnologies, Inc. San Diego, CA, USA, (im weiteren als Trilink bezeichnet)), PDTP (3-(2-Pyridinyl-dithio)-propionsäure), PDTP-NHS (3-(2-Pyridinyl-dithio)-propionsäure-N-hydroxysuccinimidyl-ester, Sigma-Aldrich-Fluka, Taufkirchen, Deutschland, (im weiteren als Sigma oder Aldrich oder Fluka bezeichnet)), 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), Biotin-NHS (Biotin-N-hydroxysuccinimidyl-ester, Sigma). J-Ac (Iodoacetat, Sigma), Iodacetamid (Sigma), TEAE (Tris-(2-Aminoethyl)amine, Sigma), Maleimido-ES-NHS (Maleimido-Essigsäure-N-hydroxysuccinimidyl-ester, Sigma), EDA (Ethylendiamin, Sigma), CDI (1,1'-Carbonyldiimidazol, Sigma), NHS-PEG-Maleimid, 3.400 Da, Biotin-PEG-NHS, 5.000 Da, mPEG-SPA 5.000 Da, mPEG-SPA 20.000 Da (Nektar Molecular engineering, früher Shearwater Corporation, Huntsville, AL, USA, (im weiteren als Nektar bezeichnet)), Diamin-PEG, 6.000 Da (Fluka), 3'-Biotin-dT31 ein Oligonucleotid mit einer Sequenz aus 31 Thymidinmonophosphaten, mit einem Biotin-Molekül am 3'-Ende (MWG-Biotech, Ebersberg bei München, Deutschland, (im weiteren als MWG-Biotech bezeichnet)), 3'-SH-Oligo-dT30 ein Oligonucleotid mit einer Sequenz aus 30 Thymidinmonophosphaten, mit einer Merkaptogruppe am 3'-Ende (MWG-Biotech, Deutschland), 3'-Amino-Oligo-dT31-5'-Cy3 ein Oligonucleotid mit einer Sequenz aus 31 Thymidinmonophosphaten, mit einer über einen Linker aus 6 Atomen am 3'-Ende gekoppelten Amino-Gruppe und einem Cy3-Farbstoff, gekoppelt am 5'-Ende (MWG-Biotech, Deutschland), SA (Streptavidin, Roche, Mannheim, Deutschland), SA-Cy2 (mit Cy2-Farbstoff modifiziertes Streptavidin, Amersham). QDot (Qdot 605 Streptavidin Conjugat, Quantum Dot, Hayward, CA, USA, (im weiteren als Quantum Dot bezeichnet). Poly-Lysin 1000-2000 (Poly-L-lysinhydrobromid 1000 -2000 Da, Fluka), Poly-Lysin 10.000-20.000 (Poly-L-lysinhydrobromid 10.000 -20.000 Da, Fluka).Diamono PEG 10,000 (diamino-polyethylene glycol 10,000, Sigma), dUTP-AA (dUTP-allylamine, Jena-Bioscience, Jena, Germany (hereinafter referred to as Jena-Bioscience)), TTP (thymidine triphosphate, may also be characterized as dTTP, Sigma), 3'-amino-TTP (3'-amino-3'-deoxy-thymidine triphosphate Trilink Biotechnologies, Inc. of San Diego, CA, USA (hereinafter referred to as Trilink)), PDTP (3- (2-pyridinyl-dithio) -propionic acid), 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)), Cy3 (Dye, Amerscham Bioscience, Freiburg, Germany, hereinafter referred to 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) phosphine, Sigma), DTBP (3,3'-dithio-bis-propionic acid, Fluka), Biotin-NHS (biotin-N-hydroxysuccinimidyl ester, Sigma). J-Ac (iodoacetate, Sigma), iodoacetamide (Sigma), TEAE (tris- (2-aminoethyl) amines, Sigma), Maleimido-ES-NHS (maleimido-acetic acid N-hydroxysuccinimidyl ester, Sigma), EDA (ethylenediamine, Sigma), CDI (1,1'-carbonyldiimidazole, Sigma), NHS-PEG-maleimide, 3,400 Da, Biotin-PEG-NHS, 5,000 Da, mPEG-SPA 5,000 Da, mPEG-SPA 20,000 Da (Nectar Molecular Engineering, formerly Shearwater Corporation, Huntsville, AL, USA, (hereinafter referred to as nectar)), diamine PEG, 6,000 Da (Fluka), 3'-biotin-dT31 an oligonucleotide having a sequence of 31 thymidine monophosphates, with a biotin molecule at the 3'-end (MWG Biotech, Ebersberg near Munich, Germany, (hereinafter referred to as MWG Biotech)), 3'-SH-oligo-dT30 an oligonucleotide with a sequence of 30 thymidine monophosphates having a mercapto group at the 3'-end (MWG Biotech, Germany), 3'-amino-oligo-dT31-5'-Cy3 an oligonucleotide with a sequence of 31 thymidine monophosphates, with one over one Linker of 6 atoms at the 3'-end coupled amino group and a Cy3 dye coupled at the 5'-end (MWG Biotech, Germany), SA (streptavidin, Roche, Mannheim, Germany), SA-Cy2 (Cy2 dye-modified streptavidin, Amersham). QDot (Qdot 605 Streptavidin Conjugate, Quantum Dot, Hayward, Calif., USA, (hereinafter referred to as referred to as quantum dot). Poly-lysine 1000-2000 (poly-L-lysine hydrobromide 1000-2000 Da, Fluka), poly-lysine 10,000-20,000 (poly-L-lysine hydrobromide 10,000 -20,000 Da, Fluka).

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).

Synthese einzelner Komponenten:Synthesis of individual components:

Beispiel 8.1:Example 8.1:

dUTP-AA-PDTP, s. Beispiel 7A.dUTP-AA-PDTP, s. example 7A.

Dieses Beispiel zeigt eine generelle Möglichkeit, an Nukleotiden weitere Modifikationen vorzunehnem. Weitere basenmodifzierte Nukleotidanaloga, wie z.B. 7-Deaza-Aminopropargyl Guanosin-Triphosphat und 7-Deaza-Aminopropargyl Adenosin-triphosphate, 5-Amino-Propargyl-Uridin-Triphosphate können wie oben angeführt ebenfalls modifiziert werden. Es können sowohl Ribonukleotide, 2'-Deoxyribonukleotide verwendet werden, 18 bis 21.This example shows a general possibility to further modify nucleotides. Other base-modified nucleotide analogs such as 7-deaza-aminopropargyl guanosine triphosphate and 7-deaza-aminopropargyl adenosine triphosphates, 5-amino-propargyl uridine triphosphates may also be modified as indicated above. Both ribonucleotides, 2'-deoxyribonucleotides can be used, 18 to 21 ,

Beispiel 8.2:Example 8.2:

dCTP-PA-PDTP,dCTP-PA PDTP,

Die Synthese wurde wie für dUTP-AA-PDTP, Beispiel 7A, beschrieben durchgeführt.The Synthesis was as for dUTP-AA-PDTP, Example 7A.

Beispiel 8.3:Example 8.3:

Biotin-PEG-Ethyl-SH, 22 Biotin-PEG-ethyl-SH, 22

Zu 200 μl wässriger CA-Lösung (100mmol/l), pH 8.5, eingestellt mit NaOH, wurden 10 mg Biotin-PEG-NHS zugegeben und bei 40°C 18 Stunden gerührt. Anschließend wurde 200 μl TCEP-Lösung (0.5 mol/l), pH 8.0, zugegeben und weitere 10 min bei RT gerührt. Das Produkt wurde durch Ultrafiltration auf 3.000 MWCO (Molecular weight cut off) von anderen Reagenzien getrennt.To 200 μl aqueous CA solution (100mmol / L), pH 8.5, adjusted with NaOH, was added 10 mg biotin-PEG-NHS added and at 40 ° C Stirred for 18 hours. Subsequently was 200 μl TCEP-solution (0.5 mol / l), pH 8.0, added and stirred for a further 10 min at RT. The Product was purified by ultrafiltration to 3,000 MWCO (Molecular Weight cut off) from other reagents.

Das Produkt trägt eine reaktive SH-Gruppe, die leicht modifiziert werden kann, beispielsweise unter Ausbildung von Disulfid-Bindung.The Product carries a reactive SH group that can be easily modified, for example under formation of disulfide bond.

Beispiele für Kopplung von Linker-Komponenten und Marker-Komponenten an Nuk-KomponentenExamples of coupling of linker components and marker components on nuc-components

Beispiel 8.4:Example 8.4:

dUTP-AA-PEG-Biotin, 23 dUTP-AA-PEG-biotin, 23

Zu 100μl wässriger Lösung dUTP-AA, 50mmol/l, pH 8.0, wurden 10mg Biotin-PEG-NHS gegeben und bei 40°C 18 Stunden gerührt. Anschließend wurde das nicht umgesetzte Nukleotid durch Ultrafiltration, 3.000 MWCO, abgetrennt und das Produkt der Reaktion, das dUTP-AA-PEG-Biotin, mehrmals mit Wasser gewaschen.To 100μl aqueous solution dUTP-AA, 50mmol / L, pH 8.0, was given 10mg of Biotin-PEG-NHS and added 40 ° C 18 Hours stirred. Subsequently was the unreacted nucleotide by ultrafiltration, 3,000 MWCO, separated and the product of the reaction, the dUTP-AA-PEG-biotin, washed several times with water.

Diese Verbindung trägt eine Nukleotid-Funktionalität und einen makromolekularen Linker. Biotin dient als Kopplungseinheit T. An diese Kopplungseinheit T können makromolekulare Strukturen gekoppelt werden, z.B. Streptavidin, ohne daß die Substrateigenschaften dieser Analoga verloren gehen. Dieses Nuk-Makromolekül dient als Substrat für Polymerasen.These Carries connection a nucleotide functionality and a macromolecular linker. Biotin serves as a coupling unit T. To this coupling unit T can macromolecular structures are coupled, e.g. streptavidin without that Substrate properties of these analogs are lost. This nuc macromolecule serves as a substrate for Polymerases.

Biotin kann auch als eine niedermolekulare Marker-Einheit mit signalvermittelnden Funktion betrachtet werden, die an den langen Linker gekoppelt ist.biotin can also act as a low molecular weight marker unit with signal-mediating Function, which is coupled to the long linker.

Das Produkt der Reaktion ist definitionsgemäß eine Zwischenstufe eines Nuk-Makromoleküls: die Linker-Länge ist deutlich größer als 30 Atome und an die Kopplungseinheit T können weitere Makromoleküle gekoppelt werden.The Product of the reaction is by definition an intermediate of a Nuc-macromolecule: the Linker length is significantly larger than 30 atoms and to the coupling unit T more macromolecules can be coupled become.

Dieses Beispiel zeigt eine generelle Möglichkeit, an Nukleotiden weitere Modifikationen vorzunehnem. Weitere basenmodifzierte Nukleotidanaloga, wie z.B. 5-Propargylamino-dCTP, 7-Deaza-Aminopropargyl-dGTP, 5-Amino-Propargyl-dUTP und 7-Deaza-Aminopropargyl-dATP können wie oben angeführt ebenfalls modifiziert werden. Es können sowohl Ribonukleotide, 2'-Deoxyribonukleotide verwendet werden, 18 bis 21.This example shows a general possibility to further modify nucleotides. Other base-modified nucleotide analogs such as 5-propargylamino-dCTP, 7-deaza-aminopropargyl-dGTP, 5-amino-propargyl-dUTP and 7-deaza-aminopropargyl-dATP may also be modified as noted above. Both ribonucleotides, 2'-deoxyribonucleotides can be used, 18 to 21 ,

Die Synthese dieses Nukleotids dient als Beispiel für die Synthese von Vorstufen für die Nuk-Makromoleküle.The synthesis of this nucleotide serves as an example of the synthesis of precursors for the nuc-macro molecules.

Beispiel 8.5:Example 8.5:

dCTP-PA-PEG-Maleimid,dCTP-PA-PEG-maleimide,

Die Synthese erfolgte wie für dUTP-AA-PEG-Biotin, Beispiel 8.4, beschrieben. Als Edukte wurden dCTP-PA und Maleimid-PEG-NHS eingesetzt.The Synthesis was as for dUTP-AA-PEG-biotin, Example 8.4. As starting materials were dCTP-PA and maleimide-PEG-NHS.

Diese Verbindung hat eine Nukleotid-Funktionalität und einen makromolekularen Linker. Kopplungseinheit T an diesem Linker ist die Maleimid-Gruppe. An Maleimid-Funktionalität können makromolekulare signaltragende Moleküle gekoppelt werden, die eine oder mehrere SH-Gruppen tragen.These Compound has a nucleotide functionality and a macromolecular Linker. Coupling unit T at this linker is the maleimide group. Maleimide functionality can be macromolecular signal carrying molecules coupled carrying one or more SH groups.

Maleimid-Gruppe kann auch als eine niedermolekulare Marker-Einheit mit signalvermittelnden Funktion betrachtet werden, die an den langen Linker gekoppelt ist.Maleimide group can also act as a low molecular weight marker unit with signal-mediating Function, which is coupled to the long linker.

Das Produkt der Reaktion ist definitionsgemäß eine Zwischenstufe eines Nuk-Makromoleküls: die Linker-Länge ist deutlich größer als 30 Atome, die Marker-Komponente ist niedermolekular. An diese Marker-Komponente können makromolekulare Strukturen gekoppelt werden, ohne daß die Substrateigenschaften dieser Analoga verloren gehen.The Product of the reaction is by definition an intermediate of a Nuc-macromolecule: the Linker length is significantly larger than 30 atoms, the marker component is low molecular weight. At this marker component can macromolecular Structures are coupled without the substrate properties of this Analogues are lost.

Dieses Beispiel zeigt eine generelle Möglichkeit, an Nukleotiden weitere Modifikationen vorzunehnem. Weitere basenmodifzierte Nukleotidanaloga, wie z.B. 5-Allylamino-dUTP, 5-Amino-Propargyl-dUTP, 7-Deaza-Aminopropargyl-dGTP und 7- Deaza-Aminopropargyl-dATP können wie oben angeführt ebenfalls modifiziert werden. Es können sowohl Ribonukleotide, 2'-Deoxyribonukleotide verwendet werden, 18 bis 21.This example shows a general possibility to further modify nucleotides. Other base-modified nucleotide analogs such as 5-allylamino-dUTP, 5-amino-propargyl-dUTP, 7-deaza-aminopropargyl-dGTP, and 7-deaza-aminopropargyl-dATP may also be modified as noted above. Both ribonucleotides, 2'-deoxyribonucleotides can be used, 18 to 21 ,

Die Synthese dieses Nukleotids dient als Beispiel für die Synthese von Vorstufen für die Nuk-Makromoleküle.The Synthesis of this nucleotide serves as an example for the synthesis of precursors for the Nuc-macromolecules.

Beispiel 8.6:Example 8.6:

dUTP-AA-SS-PEG-Biotin, 24,dUTP-AA-SS-PEG-biotin, 24 .

Zu 100μl, 10mmol/l Biotin-PEG-Ethyl-SH in 50mM Borat, pH 9.5, wurde 50μl 30mmol/l dUTP-AA-PDTP in 50mM Borat, pH 9.5 zugegeben. Reaktion wurde 18 Stunden bei RT gerührt. Die Trennung erfolgt ähnlich wie für die Synthese von dUTP-AA-PEG-Biotin, Beispiel 8.4 beschrieben.To 100μl, 10mmol / l Biotin-PEG-ethyl-SH in 50mM borate, pH 9.5, was 50μl 30mmol / l dUTP-AA-PDTP in 50mM borate, pH 9.5. Reaction was at RT for 18 hours touched. The separation is similar as for the synthesis of dUTP-AA-PEG-biotin, Example 8.4 described.

Diese Verbindung trägt eine Nukleotid-Funktionalität und einen makromolekularen Linker. Biotin dient als Kopplungseinheit T. An diese Kopplungseinheit T können makromolekulare Strukturen gekoppelt werden, z.B. Streptavidin, ohne daß die Substrateigenschaften dieser Analoga verloren gehen. Dieses Nuk-Makromolekül dient als Substrat für Polymerasen. Über Streptavidin können auch weitere makromoleküle, beispielsweise Enzyme oder Nukleinsäurenge koppelt werden.These Carries connection a nucleotide functionality and a macromolecular linker. Biotin serves as a coupling unit T. To this coupling unit T can macromolecular structures are coupled, e.g. streptavidin without that Substrate properties of these analogs are lost. This nuc macromolecule serves as a substrate for Polymerases. about Can streptavidin also other macromolecules, For example, enzymes or Nukleinsäurenge be coupled.

Das Produkt der Reaktion ist definitionsgemäß eine Zwischenstufe eines Nuk-Makromolekül: die Linker-Länge ist deutlich größer als 30 Atome.The Product of the reaction is by definition an intermediate of a Nuc Macromolecule: the linker length is significantly larger than 30 atoms.

Biotin kann auch als signalvermittelnde niedermolekulare Marker-Einheit bezeichnet werden.biotin can also be used as signal-mediating low-molecular-weight marker unit be designated.

Die Linker-Komponente kann zusammen mit der Marker-Komponente von der Nuk-Komponente unter milden Bedingungen abgespalten werden. Solche Nukleotide können im Sequenzierungsverfahren eingesetze werden.The Linker component can be used together with the marker component of the Nuk component under mild Conditions are split off. Such nucleotides can be found in Sequencing method be used.

Ein weiteres Beispiel für die Nuk-Makromoleküle mit einer unter milden Bedingungen spaltbaren Gruppe: dUTP-AA-Propionat-S-CO-PEG-Biotin (25).Another example of the nuc macromolecules with a cleavable group under mild conditions: dUTP-AA-propionate-S-CO-PEG-biotin ( 25 ).

Für diese Reaktion wurde das dUTP-AA-PDTP zunächst auf RP-HPLC in Wasser-Methanol-Gradient gereinigt.For this Reaction, the dUTP-AA-PDTP was first purified on RP-HPLC in water-methanol gradient.

Zu 10μl einer 50 mmol/l Lösung von dUTP-AA-PDTP in Wasser wurden 20 μl einer 100 mmol/l Lösung von TCEP, pH 8, zugegeben. Die Reaktion wurde bei RT 10 min durchgeführt. Das Produkt der Reaktion, das dUTP-AA-Propioat-SH, wurde von anderen Reagenzien auf präparativen Kieselgel-Platten, LM 2, getrennt. Das Produkt, dUTP-AA-Propionat-SH, bleibt auf der Startlinie. Es wurde von der Platte mit Wasser eluiert, eingeengt und in 50 μl 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 8, aufgelöst.To 10 μl of a 50 mmol / l solution of dUTP-AA-PDTP in water was added 20 μl of a 100 mmol / l solution from TCEP, pH 8. The reaction was carried out at RT for 10 min. The product of the reaction, dUTP-AA-propioate-SH, was separated from other reagents on silica gel preparative plates, LM 2. The product, dUTP-AA-Propionate-SH, remains on the starting line. It was eluted from the plate with water, concentrated and dissolved in 50 μl 50 mmol / l borate buffer, pH 8.

Zu dieser Lösung wurden 50 μl einer frisch angesetzten 2 % wässrigen Lösung von Biotin-PEG-NHS zugegeben. Die Reaktion erfolgte be RT 30 min lang. Anschließend wurde das Produkt der Reaktion, das dUTP-AA-Propionat-S-CO-PEG-Biotin, durch Ultrafiltration mit MWCO 3000 von niedermolekularen Reaktionskomponenten abgetrennt, fünf mal mit 0,5 ml Wasser gewaschen und in einem Volumen von 50 μl aufgelöst.To this solution were 50 μl a freshly prepared 2% aqueous solution of biotin-PEG-NHS added. The reaction was carried out at RT for 30 min long. Subsequently was the product of the reaction, dUTP-AA-propionate-S-CO-PEG-biotin, by ultrafiltration with MWCO 3000 of low molecular weight reaction components separated, five washed with 0.5 ml of water and dissolved in a volume of 50 ul.

Das auf diese Weise erhaltene das dUTP-AA-Propionat-S-CO-PEG-Biotin kann von DNA-Polymerasen, beispielsweise Klenow-Fragment Exo minus oder Taq-Polymerase, in den wachsenden Strang der Nukleinsäuren eingebaut werden.The thus, the dUTP-AA-propionate-S-CO-PEG-biotin was obtained may be of DNA polymerases, for example Klenow fragment Exo minus or Taq polymerase, incorporated into the growing strand of nucleic acids become.

An das Biotin können über das Straptavidin weitere Marker-Komponenten gekoppelt werden.At The biotin can be over that Straptavidin further marker components can be coupled.

Das das dUTP-AA-Propionat-S-CO-PEG-Biotin enthält eine unter milden Bedingungen spaltbare Gruppe, so daß der Linker mit dem Farbstoff von dem Nukleotid abgespalten werden kann. Solche Nukleotide können im Sequenzierungsverfahren eingesetze werden.The the dUTP-AA-propionate-S-CO-PEG-biotin contains one under mild conditions fissile group, so that the Linker with the dye can be cleaved from the nucleotide. Such nucleotides can be used in the sequencing method.

Dieses Beispiel zeigt eine generelle Möglichkeit, an Nukleotiden weitere Modifikationen vorzunehnem. Weitere basenmodifzierte Nukleotidanaloga, wie z.B. 5-Propargylamino-dCTP, 5-Amino-Propargyl-dUTP, 7-Deaza-Aminopropargyl-dGTP und 7-Deaza-Aminopropargyl-dATP können wie oben angeführt ebenfalls modifiziert werden. Es können sowohl Ribonukleotide, 2'-Deoxyribonukleotide verwendet werden, 18 bis 21.This example shows a general possibility to further modify nucleotides. Other base-modified nucleotide analogs such as 5-propargylamino-dCTP, 5-amino-propargyl-dUTP, 7-deaza-aminopropargyl-dGTP, and 7-deaza-aminopropargyl-dATP may also be modified as noted above. Both ribonucleotides, 2'-deoxyribonucleotides can be used, 18 to 21 ,

Kopplungen an Marker-KomponentenCouplings to marker components

Beispiel 8.7:Example 8.7:

(dUTP-16-Biotin)4-SA,(DUTP-16-biotin) 4-SA,

Zu 200μl einer Lösung von Biotin-16-dUTP 200μmol/l in 50mM Tris-HCl, pH 8.0, wurden 200μl einer Streptavidin-Lösung, 1mg/ml, in 50mM Tris-HCl, pH 8.0, zugegeben. Nach 1 Stunde bei RT wurde wurde das (dUTP-16-Biotin)4-SA vom nicht umgesezten Biotin-16-dUTP durch Ultrafiltration, 50.000 MWCO, abgetrennt.To 200μl one solution of biotin-16-dUTP 200μmol / l in 50 mM Tris-HCl, pH 8.0, 200 μl of a streptavidin solution, 1 mg / ml, in 50 mM Tris-HCl, pH 8.0. After 1 hour at RT was was the (dUTP-16-biotin) 4-SA from unreacted biotin-16-dUTP separated by ultrafiltration, 50,000 MWCO.

Es wurde eine Verbindung erhalten, die eine Nukleotid-Funktionalität und eine makromolekulare Marker-Funktionalitäten trägt.It a compound was obtained which has a nucleotide functionality and a carries macromolecular marker functionalities.

Das Produkt der Reaktion ist definitionsgemäß ein konventionell modifiziertes Nukleotid: die Linker-Länge ist kleiner als 30 Atome, die Marker-Komponente ist makromolekular. Es kann stellvertretend für konventionell modifizierte Nukleotide mit einem makromolekularen Markern betrachtet werden.The Product of the reaction is by definition a conventionally modified Nucleotide: the linker length is less than 30 atoms, the marker component is macromolecular. It can be representative of conventional considered modified nucleotides with a macromolecular marker become.

Diese Verbindung wird von Polymerasen (z.B. Klenow-Exo minus Polymerase und Terminaler Transferase) als Substrat nicht akzeptiert. Die Modifikation führt zum Verlust der Substrateigenschaften. Eigenschaften der Biotin-Streptavidin-Bindung sind z.B. in Gonzalez et al. Journal Biolog. Chem. 1997, v. 272, S. 11288 beschrieben.These Compound is derived from polymerases (e.g., Klenow exo minus polymerase and terminal transferase) are not accepted as a substrate. The modification leads to Loss of substrate properties. Properties of biotin-streptavidin binding are e.g. in Gonzalez et al. Journal Biolog. Chem. 1997, v. 272 P. 11288.

Beispiel 8.8:Example 8.8:

(dUTP-16-Biotin)4-SA-Cy2,(DUTP-16-biotin) 4-SA-Cy2,

Die Kopplung von dUTP-16-Biotin an SA-Cy2 wurde wie für (dUTP-16-Biotin)4-SA beschrieben durchgeführt. Die Verbindung dient als Äquivalent zu Verbindung aus Beispiel 8.7, wobei zur Visualisierung Streptavidin fluoreszent markiert ist.The Coupling of dUTP-16-biotin to SA-Cy2 was as for (dUTP-16-biotin) 4-SA described carried out. The compound serves as an equivalent to compound from Example 8.7, wherein for visualization streptavidin fluorescently labeled.

Beispiel 8.9:Example 8.9:

(dUTP-AA-PEG-Biotin)4-SA-Cy2 und (dUTP-AA-PEG-Biotin)4-SA, 26 (dUTP-AA-PEG-biotin) 4-SA-Cy2 and (dUTP-AA-PEG-biotin) 4-SA, 26

Die Kopplung von dUTP-AA-PEG-Biotin an SA-Cy2 bzw. an SA wurde wie für (dUTP-16-Biotin)4-SA beschrieben durchgeführt. Zu 200μl 1μg/μl Streptavidin wurden 10μl einer Lösung von dUTP-AA-PEG-Biotin, ca. 1mmol/l, gegeben, und bei RT 1 h gerührt. Danach wurde das Produkt durch Ultrafiltration, 50.000 MWCO, von dem nicht gekoppelten dUTP-AA-PEG-Biotin abgetrennt und das Produkt 2 mal mit Wasser gewaschen.The Coupling of dUTP-AA-PEG-biotin to SA-Cy2 or to SA was described as for (dUTP-16-biotin) 4-SA carried out. To 200μl 1 μg / μl streptavidin were 10μl a solution of dUTP-AA-PEG-biotin, ca. 1 mmol / l, and stirred at RT for 1 h. After that the product was not ultrafiltered by 50,000 MWCO of that coupled dUTP-AA-PEG-biotin separated and the product 2 times washed with water.

Ein Teil des gewonnenen (dUTP-AA-PEG-Biotin)4-SA-Cy2 wurde mit Cy3-NHS modifiziert: 50μl (dUTP-AA-PEG-Biotin)4-SA-Cy2 wurden in 50mmol/l Borat, pH 8.5, aufgelöst, bis zur Konzentration von 1.4μg/μl, und anschließend mit Cy3-NHS versetzt. Endkonzentration von Cy3 betrug 10mmol/l. Die Reaktion wurde 1 Std. bei RT durchgeführt. Das Produkt, (dUTP-AA-PEG-Biotin)4-SA-Cy2/Cy3, wurde durch Ultrafiltration mit 30.000 MWCO getrennt.One Part of the recovered (dUTP-AA-PEG-biotin) 4-SA-Cy2 was digested with Cy3-NHS modified: 50 μl (dUTP-AA-PEG-biotin) 4-SA-Cy2 were dissolved in 50 mmol / l borate, pH 8.5, up to the concentration of 1.4 μg / μl, and then with Cy3-NHS spiked. Final concentration of Cy3 was 10 mmol / l. The Reaction was carried out at RT for 1 h. The product, (dUTP-AA-PEG-biotin) 4-SA-Cy2 / Cy3, was separated by ultrafiltration with 30,000 MWCO.

Dadurch wurde ein Nuk-Makromolekül hergestellt, dass sehr wenige freie Amino-Gruppen am Marker-Teil aufweist.Thereby became a nuc macromolecule prepared that has very few free amino groups on the marker part.

Es wurde eine Verbindung erhalten, die eine Nukleotid-Funktionalität, einen langen makromolekularen Linker und eine makromolekulare Marker-Komponente trägt.It a compound was obtained which has a nucleotide functionality, a long macromolecular linker and a macromolecular marker component wearing.

Das Produkt der Reaktion ist definitionsgemäß ein Nuk-Makromolekül: die Linker-Länge ist deutlich größer als 30 Atome, die Marker-Komponente ist makromolekular. Es kann stellvertretend für Nuk-Makromoleküle betrachtet werden.The The product of the reaction is by definition a nuc macromolecule: the linker length is significantly larger than 30 atoms, the marker component is macromolecular. It can be representative considered for nuc macromolecules become.

Diese Verbindung wird von Polymerasen (z.B. Klenow-Exo minus Polymerase und Terminaler Transferase) als Substrat akzeptiert.These Compound is derived from polymerases (e.g., Klenow exo minus polymerase and terminal transferase) as a substrate.

Beispiel 8.10:Example 8.10:

(dUTP-AA-PEG-Biotin)2-(dT31-TEG-Biotin)2- SA-Cy2,, 27 (dUTP-AA-PEG-biotin) 2- (dT31-TEG-biotin) 2-SA-Cy2 ,, 27

Die Kopplung von dUTP-AA-PEG-Biotin an SA-Cy2 wurde wie für (dUTP-16-Biotin)4-SA beschrieben durchgeführt:
Zu 100μl einer Streptavidin-Cy2-Läsung, 20μmol/l (1.2mg/ml), in Tris-HCl, 50mmol/l, pH 8, wurden 80μl 80μmol/l dT31-3'-TEG-Biotin (MWG Biotech) zugegeben und 10 min bei RT inkubiert. (TEG ist ein kurzer Linker zwischen Biotin und dT31). Danach wurden 100μl einer Lösung dUTP-AA-PEG-Biotin 50μmol/l in 50mM Tris-HCl, pH 8.0, zugegeben. Nach 10 min bei RT wurde (dUTP-AA-PEG-Biotin)2-(dT31-TEG-Biotin)2- SA-Cy2 durch Ultrafiltration, 50.000 MWCO, gereinigt.
The coupling of dUTP-AA-PEG-biotin to SA-Cy2 was performed as described for (dUTP-16-biotin) 4-SA:
To 100 μl of a streptavidin-Cy2 solution, 20 μmol / l (1.2 mg / ml), in Tris-HCl, 50 mmol / l, pH 8, was added 80 μl 80 μmol / l dT31-3'-TEG-biotin (MWG Biotech) and Incubated at RT for 10 min. (TEG is a short linker between biotin and dT31). Thereafter, 100 μl of a solution of dUTP-AA-PEG-biotin 50 μmol / l in 50 mM Tris-HCl, pH 8.0, was added. After 10 min at RT, (dUTP-AA-PEG-biotin) 2- (dT31-TEG-biotin) 2-SA-Cy2 was purified by ultrafiltration, 50,000 MWCO.

Die Substanz trägt eine Nukleosid-Triphosphat-Funktionalität und eine makromolekulare Marker-Funktionalitäten (Oligo-dT31). Das Oligo-dT31 besteht aus Nukleosidmonophosphaten, die allerdings an der enzymatischen Reaktion nicht teilnehmen und nur eine signalvermittelnde Funktion haben. An ein solches Oligonukleotid können komplementäre Nukleinsäuren hybridisiert werden, die eine signalgebende Funktion haben (28). (allgemeine Regeln zur Hybridisierung von Nukleinsäuren sind dem Fachmann bekannt, Anderson "Nucleic Acid Hybridization", 1999).The substance carries a nucleoside triphosphate functionality and a macromolecular marker functionalities (oligo-dT31). The oligo-dT31 consists of nucleoside monophosphates, which, however, do not participate in the enzymatic reaction and have only one signal-transmitting function. To such an oligonucleotide complementary nucleic acids can be hybridized, which have a signaling function ( 28 ). (general rules for the hybridization of nucleic acids are known in the art, Anderson "Nucleic Acid Hybridization", 1999).

Das Produkt der Reaktion ist definitionsgemäß ein Nuk-Makromolekül: die Linker-Länge ist deutlich größer als 30 Atome, die Marker-Komponente ist makromolekular. Diese Verbindung wird von Polymerasen (z.B. Klenow-Exo minus Polymerase und Terminaler Transferase) als Substrat akzeptiert.The The product of the reaction is by definition a nuc macromolecule: the linker length is significantly larger than 30 atoms, the marker component is macromolecular. This connection is derived from polymerases (e.g., Klenow exo minus polymerase and terminal Transferase) as a substrate.

Dieses Derivat kann beispielsweise an Poly-dA oder poly-A (z.B. mit durchschnittlicher Länge 260NT, Amersham Bioscience) durch Hybridisierung gekoppelt werden. Sowohl ein einziges als auch mehrere (dUTP-AA-PEG-Biotin)2-(dT31-Biotin)2- SA-Cy2 Moleküle können an ein Poly-dA-Molekül gekoppelt werden. Das Verhältnis wird durch die Konzentrationsverhältnisse bestimmt. Auch andere Oligonukleotide, beispielsweise markiert mit Farbstoffen, können zusammen mit(dUTP-AA-PEG-Biotin)2-(dT31-Biotin)2- SA-Cy2 an denselben Strang der Poly-dA oder poly-A gekoppelt werden, wobei die Verhältnisse zwischen einzelnen Molekülen variabel sind. Dadurch ist es möglich, ein polyfunktionales Nuk-Makromolekül herzustellen. Der große Vorteil eines solchen Nuk-Makromoleküls besteht in einer leicht spaltbaren makromolekularen Markierung: die an die poly-dA bzw. poly-A Stränge hybridisierten markierten Oligonukleotide können durch Denaturierung abgelöst werden. Durch die Wahl der Länge der markierten Oligonukleotide, kann die Tm dieser Oligonukleotide für die jeweiligen Anforderungen der reversiblen Markierung angepasst werden. Die Regeln zur Tm-Berechnung sind dem Fachmann bekannt ("Molecular-Cloning", J. Sambrook, band 1-3, 2001). Beispielsweise können dT25-Oligonukleotide, markeirt mit einem Cy3-Molekül an Poly-dA gekoppelt werden. Durch den Einsatz von RNA, z.B. poly-A, zur Bindung mehrer (dUTP-AA-PEG-Biotin)2-(dT31-Biotin)2-SA Moleküle, kann die Spaltung durch eine RNase erfolgen.For example, this derivative can be coupled to poly-dA or poly-A (eg, 260NT average length, Amersham Bioscience) by hybridization. Both single and multiple (dUTP-AA-PEG-biotin) 2- (dT31-biotin) 2-SA-Cy2 molecules can be coupled to a poly-dA molecule. The ratio is determined by the concentration ratios. Other oligonucleotides, for example labeled with dyes, together with (dUTP-AA-PEG-biotin) 2- (dT31-biotin) 2-SA-Cy2 can be coupled to the same strand of the poly-dA or poly-A, the ratios between individual molecules are variable. This makes it possible to produce a polyfunctional nuc macromolecule. The great advantage of such a nuc-macromolecule consists in a readily cleavable macromolecular labeling: the labeled oligonucleotides hybridized to the poly-dA or poly-A strands can be denatured be solved. By choosing the length of the labeled oligonucleotides, the Tm of these oligonucleotides can be adapted for the respective requirements of the reversible label. The rules for Tm calculation are known in the art ("Molecular Cloning", J. Sambrook, vol. 1-3, 2001). For example, dT 25 oligonucleotides labeled with a Cy3 molecule can be coupled to poly-dA. Through the use of RNA, eg poly-A, for the binding of several (dUTP-AA-PEG-biotin) 2- (dT31-biotin) 2-SA molecules, the cleavage can be carried out by an RNase.

Da Streptavidin 4 Bindungsstellen für Biotin hat, entsteht ein Gemisch von Nuk-Makromolekülen, bei dem 4 Bindungsstellen unterschiedlich besetzt sind. Dieses Gemisch kann mit unterschiedlichen Mitteln getrennt werden. Eine der Möglichkeit besteht in Isolierung von Nuk-Makromolekülen, die mindestens ein Oligo-dT31 tragen, beispielsweise durch eine Absorbtion an einem Anionaustauscher (z.B. einer DEAE-Cellulose-Säule). Auf Gel-Elektrophorese eignet sich zur Trennung einzelner Derivaten.There Streptavidin 4 binding sites for Biotin has a mixture of nuc macromolecules, forming 4 binding sites are occupied differently. This mixture can with different Funds are separated. One possibility is in isolation of nuc macromolecules, which carry at least one oligo-dT31, for example by a Absorbing on an anion exchanger (e.g., a DEAE-cellulose column). On Gel electrophoresis is suitable for the separation of individual derivatives.

Auch längere Nukleinsäureketten, die ein Biotin-Molekül tragen, beispielsweise poly-dA-Biotin, hergestellt beispielsweise durch eine terminale Kopplung von ddUTP-18-Biotin durch eine TdT-abhängige Reaktion ("Molecular-Cloning", J. Sambrook, Band 1-3, 2001), können in ähnlicher Weise an das Streptavidin gekoppelt werden, so dass Moleküle mit einer durchschnittlichen Zusammensetzung von (dUTP-AA-PEG-Biotin)N-(Nukleinsäureketten-Biotin)M-SA entstehen. Sowohl einzelsträngige als auch doppelsträngige Nukleinsäureketten können gekoppelt werden. Die Länge der gekoppelten Nukleinsäureketten kann zwischen 10 und 100, 100 und 1000 Nukleotiden liegen.Also, longer nucleic acid chains carrying a biotin molecule, for example poly-dA-biotin, prepared, for example, by a terminal coupling of ddUTP-18-biotin through a TdT-dependent reaction ("Molecular Cloning", J. Sambrook, Vol. 3, 2001) can be similarly coupled to the streptavidin to form molecules having an average composition of (dUTP-AA-PEG-biotin) N- (nucleic acid chain-biotin) M -SA. Both single-stranded and double-stranded nucleic acid chains can be coupled. The length of the coupled nucleic acid chains may be between 10 and 100, 100 and 1000 nucleotides.

Die hybridisierten Oligonukleotide, die einen Farbstoff tragen, können an den Poly-dA Strang auch kovalent durch Cross-Linker gebunden werden.The hybridized oligonucleotides carrying a dye may be attached The poly-dA strand can also be covalently bound by cross-linkers.

Beispiel 8.11:Example 8.11:

(dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA und (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA-Cy2, 29 (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA and (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA-Cy2, 29

Die Kopplung von dUTP-AA-SS-PEG-Biotin an SA bzw. an SA-Cy2 wurde wie für (dUTP-AA-PEG-Biotin)4-SA beschrieben durchgeführt. Als Edukte wurden Streptavidin und dUTP-AA-SS-PEG-Biotin eingesetzt.The Coupling of dUTP-AA-SS-PEG-biotin to SA or to SA-Cy2 was like for (dUTP-AA-PEG-biotin) 4-SA described carried out. The starting materials used were streptavidin and dUTP-AA-SS-PEG-biotin.

Es wurde eine Verbindung erhalten, die eine Nukleotid-Funktionalität, einen langen makromolekularen Linker und eine makromolekulare Marker-Komponente trägt. Die Linker-Komponente und die Marker-Komponente können von der Nuk-Komponente unter milden Bedingungen abgespalten werden.It a compound was obtained which has a nucleotide functionality, a long macromolecular linker and a macromolecular marker component wearing. The linker component and the marker component can be of the nuk component are cleaved under mild conditions.

Das Produkt der Reaktion ist definitionsgemäß ein Nuk-Makromolekül: die Linker-Länge ist deutlich größer als 30 Atome, die Marker-Komponente ist makromolekular. Es kann stellvertretend für Nuk-Makromoleküle betrachtet werden, die eine unter milden Bedingungen spaltbare Verbindung in der Linker-Komponente tragen.The The product of the reaction is by definition a nuc macromolecule: the linker length is significantly larger than 30 atoms, the marker component is macromolecular. It can be representative considered for nuc macromolecules which are a fissile compound in mild conditions bear the linker component.

Diese Verbindung wird von Polymerasen (z.B. Klenow-Exo minus Polymerase und Terminaler Transferase) als Substrat akzeptiert.These Compound is derived from polymerases (e.g., Klenow exo minus polymerase and terminal transferase) as a substrate.

Beispiel 8.12: Substrateigenschaften von Nuk-MakromolekülenExample 8.12: Substrate Properties of nuc macromolecules

Dieses Beispiel soll nicht zur Einschränkung der möglichen Markierungsreaktionen dienen, sondern lediglich Unterschiede in den Substrateigenschaften verdeutlichen.This Example is not intended to be limiting the possible Marking reactions serve, but only differences in illustrate the substrate properties.

Als Matrizen dienten sowohl kurze Oligonucleotide als auch poly-dA. Primer und Oligonukleotide wurden von MWG-Biotech, Deutschland synthetisiert.When Matrices served both short oligonucleotides and poly-dA. Primers and oligonucleotides were synthesized by MWG-Biotech, Germany.

Reaktionen wurden in 20mmol/l Tris-Puffer, pH 8.5, 5mmol/l MgCl2, 10% Glycerin, durchgeführt. Die Konzentrationen der Primer betrugen 1μmol/l, die der Oligonukleotide 1μmol/l und die Konzentration der poly-dA, 0.1μg/μl (für die Konzentrationsverhältnisse an der festen Phase s.u.). Als Polymerase wurde Klenow Exo minus 1Unit/100μl (Amersham) verwendet. Die Konzentrationen von Nukleotiden betrugen 20μmol/l für konventionell modifizierte Nukleotide und 5 μmol/l für Nuk-Makromoleküle. Nicht modifizierte Nukleotide wurden in Konzentrationen von 50μmol/l eingesetzt.Reactions were performed in 20mmol / L Tris buffer, pH 8.5, 5mmol / L MgCl 2 , 10% glycerol. The concentrations of the primers were 1 μmol / l, those of the oligonucleotides 1 μmol / l and the concentration of the poly-dA, 0.1 μg / μl (for the concentration ratios of the solid phase see below). The polymerase used was Klenow Exo minus 1 unit / 100 μl (Amersham). The concentrations of nucleotides were 20 μmol / L for conventionally modified nucleotides and 5 μmol / L for nuc macromolecules. Unmodified nucleotides were used in concentrations of 50 μmol / l.

Zunächst wurden Primer an die jeweilige Matrize hybridisiert: Das Reaktionsgemisch ohne Polymerase wurde auf 75°C erhitzt und über 5 min auf 37°C abgekühlt. Danach wurde die Polymerase zugegeben. Alle Reaktionen wurden über 1 h bei 37°C durchgeführt. Die Reaktionen wurden durch Zugabe von EDTA (Endkonzentration von 10mmol/l) gestoppt.First, primers were hybridized to the respective template: The reaction mixture without polymerase was heated to 75 ° C and cooled to 37 ° C for 5 min. Thereafter, the polymerase was added. All Reactions were carried out for 1 h at 37 ° C. The reactions were stopped by addition of EDTA (final concentration of 10 mmol / l).

Zu einigen Ansätzen wurde nach dem Stop der Reaktion Streptavidin, bis zu Endkonzentration von 1mg/ml, zugegeben und der Ansatz weitere 10 min bei 37°C inkubiert. Dadurch können bereits eingebaute Nukleotide, die ein Biotin tragen, mit Streptavidin reagieren und somit Streptavidin und Oligonukleotid verbinden. Diese Experimente eignen sich als Kontrolle für die Laufeigenschaften von modifizierten Primern.To some approaches was after stopping the reaction streptavidin, up to final concentration of 1 mg / ml, and the mixture was incubated for a further 10 min at 37 ° C. Thereby can already incorporated nucleotides carrying a biotin with streptavidin react and thus connect streptavidin and oligonucleotide. These Experiments are suitable as a control for the running properties of modified primers.

Zu entsprechend gekennzeichneten Ansätzen wurde Mercaptoethanol (bis 20mmol/l Endkonzentration) zugegeben und der jeweilige Ansatz wurde 10 min bei 37°C inkubiert. Mercaptoethanol wurde bei einigen Anstzen während, bei anderen Ansätzen auch nach der Reaktion zugegeben.To labeled accordingly was mercaptoethanol (to 20mmol / l final concentration) was added and the respective batch was 10 min at 37 ° C incubated. Mercaptoethanol was added during some attacks during other approaches also added after the reaction.

Die Analyse der Reaktion erfolgte mittels denaturierender Gel-Elektrophorese, 20% Polyacrylamid-Gel, 50mmol/l Tris-HCl, pH 8.7, wie in "Gel electrophoresis of nucleic Acids", Ed. D. Rickwood, 1990, dargestellt. Zur Denaturierung der Proben wurde anstatt von 7M Urea eine erhöhte Temperatur bei der Gelelektrophorese eingesetzt (60°C). Die Elektrophorese wurde in Biorad-Gelkammern (Protean 3) durchgeführt, 200V, ca. 1h. Die Visualisierung erfolgte auf einer UV-Vis Gel-Dokumentationsanlage (Biorad).The Analysis of the reaction was carried out by means of denaturing gel electrophoresis, 20% polyacrylamide gel, 50 mmol / l Tris-HCl, pH 8.7, as described in "Gel electrophoresis of nucleic acids ", Ed. D. Rickwood, 1990. For denaturing the samples instead of 7M urea increased gel-electrophoresis temperature used (60 ° C). Electrophoresis was carried out in Biorad gel chambers (Protean 3), 200V, about 1h. The visualization was carried out on a UV-Vis gel documentation system (Biorad).

Beispiel 8.12A, 30 Example 8.12A, 30

Substrateigenschaften von Nuk-Makromolekülensubstrate properties of nuc macromolecules

  • Sequenzen:sequences:
  • Primer: Primer-dT35-5'-Cy3 (dT35-Cy3): 5' Cy3-TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT-3'Primer: Primer dT 35 -5'-Cy3 (dT35-Cy3): 5'Cy3-TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT-3 '
  • Matrize: Poly-dA (Amersham), durchschnittlich 270 Nukleotide lang.Die: Poly-dA (Amersham), an average of 270 nucleotides long.
  • Nukleotide: (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA, (dUTP-16-Biotin)4-SA, dUTP-16-BiotinNucleotides: (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA, (dUTP-16-biotin) 4-SA, dUTP Biotin-16-

Legende 30:Legend 30 :

Spuren 1-9:Tracks 1-9:

  • 1) Leiter: T-7-20-Cy3, dT35-Cy3, dT40-Cy3, dT50-Cy31) conductors: T-7-20-Cy3, dT35-Cy3, dT40-Cy3, DT50-Cy3
  • 2) (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Poly-dA+ Polymerase2) (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + poly-dA + polymerase
  • 3) (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Poly-dA3) (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + poly-dA
  • 4) (dUTP-16-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Poly-dA+ Polymerase4) (dUTP-16-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + poly-dA + polymerase
  • 5) (dUTP-16-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Poly-dA5) (dUTP-16-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + poly-dA
  • 6) (dUTP-16-Biotin)4-5A-Cy3 + dT35-Cy3 + Poly-dA6) (dUTP-16-biotin) 4-5A-Cy3 + dT35-Cy3 + poly-dA

Im Kontroll-Ansatz, Spuren 7-9:In the control approach, traces 7-9:

  • 7) dUTP-16-Biotin + dT35-Cy3 + Poly-dA + Polymerase, Inkubation 1 std. 37°C danach + EDTA bis 10mmol/l Endkonzeentration, danach + Streptavidin 10 min 37°C7) dUTP-16-biotin + dT35-Cy3 + poly-dA + polymerase, Incubation 1 hr. 37 ° C afterwards + EDTA up to 10mmol / l final concentration, then + streptavidin 10 min 37 ° C
  • 8) dUTP-16-Biotin + dT35-Cy3 + Poly-dA+ Polymerase, Inkubation 1 std. 37°C danach + EDTA bis 10mmol/l Endkonzeentration,8) dUTP-16-biotin + dT35-Cy3 + poly-dA + polymerase, incubation 1 H. 37 ° C afterwards + EDTA up to 10mmol / l final concentration,
  • 9) Leiter: T-7-20-Cy3, dT35-Cy3, dT40-Cy3, dT50-Cy39) Conductors: T-7-20-Cy3, dT35-Cy3, dT40-Cy3, dT50-Cy3

Ein Nuk-Makromolekül, (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA, wird in den Primer eingebaut (Spur 2). Der markierte Primer hat nach dem Einbau eines Nuk-Makromoleküls eine stark veränderte elektrophoretische Beweglichkeit. Bloße Anwesenheit von Nuk-Makromolekülen hat keinen Einfluß auf den Primer (Spur 3).One Nuc-macromolecule (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA, is incorporated into the primer (lane 2). The labeled primer has one after incorporation of a nuc macromolecule strongly changed electrophoretic mobility. Has only the presence of nuc macromolecules no influence on the primer (lane 3).

Ein konventionell modifiziertes Nukleotid, (dUTP-16-Biotin)4-SA, mit einem makromolekularen Marker wird nicht in den Primer eingebaut (Spur 4). Trotz der Anwesenheit der Polymerase in Reaktion 4 (Spur 4) lassen sich keine Unterschiede zwischen Spur 4 und Spur 5 feststellen.One conventionally modified nucleotide, (dUTP-16-biotin) 4-SA, with a macromolecular marker is not incorporated into the primer (Lane 4). Despite the presence of the polymerase in reaction 4 (lane 4) no differences between lane 4 and lane 5 can be detected.

Spur 6 zeigt die Position des konventionell modifizierten Nukleotids mit einem makromolekularen Marker, (dUTP-16-Biotin)4-SA-Cy3, die obere Bande, und die Position des markierten Primers (die untere Bande).track Figure 6 shows the position of the conventionally modified nucleotide with a macromolecular marker, (dUTP-16-biotin) 4-SA-Cy3, the upper band, and the position of the labeled primer (the lower Band).

Spur 7 zeigt das Ergebnis des Einbaus von dUTP-16-Biotin mit einer nachfolgenden Reaktion mit dem Streptavidin: die mit Biotin makrierten Primer reagieren mit Streptavidin und verändern ihre Laufeigenschaften. Die nicht modifizierten Primer behalten ihre elektrophoretischen Eigenschaften bei.Lane 7 shows the result of incorporation of dUTP-16-biotin with a subsequent reaction with the Streptavidin: the biotin-mimicked primers react with streptavidin and change their running properties. The unmodified primers retain their electrophoretic properties.

Spur 8 zeigt das Ergebnis der Einbaureaktion eines konventionell modifizierten Nukleotides, dUTP-16-Biotin. Man sieht eine verbreitete Primer-Bande, die durch den Einbau von dUTP-16-Biotin in den Primer zustande kommt. Die Verlängerung von Primer ist eingeschränkt, da dUTP-16-Biotin nicht unbegrenzt nacheinander eingebaut werden kann, durchschnittlich wird ca. 3 dUTP-Analoga eingebaut, so daß die Länge von Primer durchschnittlich auf 38 NT ansteigt. Erwartungsgemäß führt der Einbau von konventionell modifizierten Nukleotiden mit einem niedermolekularen Marker nicht zu einer starken Veränderung in der elektrophoretischen Mobilität der Primer.track 8 shows the result of the incorporation reaction of a conventionally modified one Nucleotides, dUTP-16-biotin. You see a common primer band, which is due to the incorporation of dUTP-16-biotin into the primer. The extension Primer is restricted, because dUTP-16-biotin are not incorporated indefinitely one after the other On average, about 3 dUTP analogs are incorporated, so that the length of Average primer rises to 38 NT. As expected, the leads Incorporation of conventionally modified nucleotides with a low molecular weight Marker does not cause a strong change in the electrophoretic mobility the primer.

In diesem Experiment wurden Eigenschaften der Nuk-Makromoleküle, (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA, mit denen der Konventionell modifizierten Nukleotide verglichen. Man sieht deutlich, daß die Kopplung eines makromolekularen Markers an ein kommerziell erworbenen dUTP-16-Biotin zum vollständigen Verlust der Substrateigenschaften der Nukleotide führt. Spuren 7 und 8 zeigen allerdings, daß die Polymerase sehr wohl in der Lage ist, dUTP-16-Biotin ohne makromolekularen Marker in den Primer einzubauen. Die Koppung von Streptavidin an das Biotin nach der Einbaureaktion führt zu genannten Veränderungen in Primer-Eigenaschaften.In properties of the nuc macromolecules (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA, compared with those of conventionally modified nucleotides. It is clear that the Coupling of a macromolecular marker to a commercially acquired dUTP-16-biotin to complete Loss of substrate properties of the nucleotides leads. traces However, FIGS. 7 and 8 show that the Polymerase is well able to dUTP-16-biotin without macromolecular Insert markers into the primer. The coupling of streptavidin the biotin after the incorporation reaction leads to said changes in primer properties.

Im Gegensatz dazu können Nuk-Makromoleküle (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA in den Primer ohne Schwierigkeiten durch die Polymerasen eingebaut werden. Das Auftreten von mehreren Banden im Gel führen die Erfinder auf einen mehrfachen Einbau von Nuk-Makromolekülen in den Primer (3 Banden) zurück.in the Contrary to this Nuc-macromolecules (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA in the primer without difficulty the polymerases are incorporated. The appearance of several gangs in the gel lead the Inventor of a multiple incorporation of nuc macromolecules in the Primer (3 bands) back.

Beispiel 8.12B, 31:Example 8.12B, 31 :

Vergleich von Substrateigenschaften von Nuk-Makromolekülen, Einbau-Reaktion in der Lösung und an einer festen PhaseComparison of substrate properties of nuc macromolecules, Incorporation reaction in the solution and at a fixed phase

  • Sequenzen: Primer: (dT35-Cy3) Primer-dT-35-5'-Cy3: 5'Cy3-TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT-3'sequences: Primer: (dT35-Cy3) Primer dT-35-5'-Cy3: 5'Cy3-TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT-3 '
  • Matrize: Poly-dA (Amersham), durchschnittlich 270 Nukleotide lang. Oligo-dA50-3'-TEG-Biotin (MWG-Biotech)Die: Poly-dA (Amersham), an average of 270 nucleotides long. Oligo dA50-3'-TEG-biotin (MWG-Biotech)
  • Nukleotide: (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA, (dU-AA-PEG-Biotin)4-SANucleotides: (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA, (dU-AA-PEG-biotin) 4-SA
  • Streptavidin-polystyre Particle, 2.17μ, Spherotech Inc,Streptavidin-polystyrene Particle, 2.17μ, Spherotech Inc,

Vorbereitung von Streptavidin-polystyre Particle (feste Phase).Preparation of streptavidin-polystyrene Particle (solid phase).

Drei Ansätze wurden in gleicher Weise vorbereitet.Three approaches were prepared in the same way.

Je 0.5 ml der Lösung mit Kügelchen (im Hersteller-Puffer) wurde kurz zentrifugiert und Kügelchen-Pellet wurde in 100μl Einbaupuffer (20 mmol/l Tris, pH 8.5, 5mmol/l MgCl2) resuspendiert. Anschließend wurden 100μl Oligo-dA50-3'-TEG-Biotin Konz. 50μmol/l zugegeben und 1 h bei RT gerührt. In dieser Zeit binden die Oligo-dA-Moleküle an die Kügelchen. Anschließend wurden Kügelchen kurz abzentrifugiert und drei mal im Einbaupuffer gewaschen. Endvolumen der festen Phase betrugt je 100μl. Diese Menge an Oligo-dA50-feste-Phase kann Primer-dT-35-Cy3 in 2μmol/l hybridisieren.ever 0.5 ml of the solution with beads (in manufacturer buffer) was centrifuged briefly and pellet pellet was in 100μl Incorporation buffer (20 mmol / l Tris, pH 8.5, 5 mmol / l MgCl2) resuspended. Subsequently were 100μl Oligo dA50-3'-TEG-biotin Conc. 50μmol / l added and stirred for 1 h at RT. During this time, the oligo-dA molecules bind to the beads. Subsequently were globule centrifuged briefly and washed three times in the built-in buffer. final volume the solid phase amounted to 100 μl each. This amount of oligo-dA50 solid phase can hybridize primer dT-35-Cy3 in 2 μmol / L.

Die Hybridisierung von Primer-dT-35-Cy3 erfolgte bei 40°C 10 min, mit anschließender Abkühlung auf RT innerhalb von 10 min. Alle anderen Schritte wurden gleich bei allen Ansätzen durchgeführt.The Hybridization of primer dT-35-Cy3 was carried out at 40 ° C for 10 min, with following Cooling to RT within 10 min. All other steps became the same in all approaches carried out.

Legende, 31:Legend, 31 :

Spuren 1-10:Tracks 1-10:

  • 1) Leiter: dT35-Cy3, dT40-Cy3,1) conductors: dT35-Cy3, dT40-Cy3,

Reaktionen in der Flüssigphase:Reactions in the liquid phase:

  • 2) (dUTP-AA-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Poly-dA+ Polymerase2) (dUTP-AA-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + poly-dA + polymerase
  • 3) (dUTP-AA-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Poly-dA3) (dUTP-AA-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + poly-dA
  • 4) (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Poly-dA+ Polymerase, Inkubation 1 h bei 37°C, dann + EDTA4) (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + poly-dA + polymerase, Incubation for 1 h at 37 ° C, then + EDTA
  • 5) (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Poly-dA+ Polymerase, Inkubation 1 h bei 37°C, dann + EDTA, anschließend + Mercaptoethanol bis zu 200mmol/l (Endkonzentration), für 30 min.5) (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + poly-dA + polymerase, Incubation for 1 h at 37 ° C, then + EDTA, then + Mercaptoethanol up to 200mmol / L (final concentration), for 30 min.
  • 6) (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Poly-dA + EDTA6) (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + poly-dA + EDTA

Reaktionen an der Festphase:Reactions at the solid phase:

  • 7) (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Oligo-dA50-feste-Phase+ Polymerase, Inkubation 1 h bei 37°C, dann + EDTA7) (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + Oligo dA50 solid phase + polymerase, incubation for 1 h at 37 ° C, then + EDTA
  • 8) (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Oligo-dA50-feste-Phase + Polymerase, Inkubation 1 h bei 37°C, dann + EDTA, anschließend + Mercaptoethanol bis zu 200mmol/l (Endkonzentration), für 30 min.8) (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + oligo-dA50-solid phase + Polymerase, incubation for 1 h at 37 ° C, then + EDTA, then + mercaptoethanol up to 200mmol / L (final concentration), for 30 min.
  • 9) (dUTP-AA-SS-PEG-Biotin)4-SA + dT35-Cy3 + Oligo-dA50-feste-Phase, vor Elektrophorese + EDTA9) (dUTP-AA-SS-PEG-biotin) 4-SA + dT35-Cy3 + oligo-dA50 solid phase, before electrophoresis + EDTA
  • 10) Leiter: dT35-Cy3, dT40-Cy3,10) conductors: dT35-Cy3, dT40-Cy3,

Man sieht deutlich das Ergebnis der Einbaureaktion von Nuk-Makromolekülen in Spuren 2, 4, 5, 7, 8. Sowohl in der Lösung, als auch an der festen Phase läuft die enzymatische Markierungsreaktion gut ab.you clearly sees the result of the incorporation reaction of nuc macromolecules in traces 2, 4, 5, 7, 8. Both in the solution, as well as running on the solid phase the enzymatic labeling reaction is good.

Nach Zugabe von Mercaptoethanol zu mit EDTA gestoppten Reaktionen erfolgt die Abspaltung von Linker-Komponenten mit dem gebundenen Streptavidin von den Primern. Dies fühhrt zu Wiederherstellung der elektrophoretischen Eigenschaften der Primer. Die Verschiebung der Primer-banden in Spuren 5 und 8 ist durch multiplen Einbau von Nuk-Makromolekülen in die Primer zu begründen. Tatsächlich, liegen die Primer-Banden nach der Spaltung in Höhe von dT40-Cy3 (s. Leiter). Dies bedeutet, daß bis zu 5 Nuk-Makromolekülen während der Reaktion in die Primer eingebaut wurden.To Add mercaptoethanol to EDTA stopped reactions the cleavage of linker components with the bound streptavidin from the primers. This leads to restore the electrophoretic properties of the primers. The shift of the primer bands in lanes 5 and 8 is by multiple Incorporation of nuc macromolecules to justify in the primer. Indeed, After cleavage, the primer bands are at the level of dT40-Cy3 (see ladder). This means that until to 5 nuc-macromolecules while the reaction were incorporated into the primer.

Beispiel 8.13:Example 8.13:

Synthese von dUTP-AA-SS-R-PEG-Oligo-dT31-Cy3 (32)Synthesis of dUTP-AA-SS-R-PEG-Oligo-dT31-Cy3 ( 32 )

Hestellung von SH-R-PEG-Oligo-dT31-Cy3 (33):Preparation of SH-R-PEG-Oligo-dT 31 -Cy3 ( 33 ):

Zu 200 μl einer 100 μmol/l Lösung von 3'-Amino-Oligo-dT31-Cy3 im 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 9, wurde NHS-PEG-Maleimid zugegeben, bis die Konzetration von 20% (w/v) erreicht wurde. Das Gemisch wurde 2 h bei 40°C kräftig gerührt. Die Trennung des Maleimid-PEG-Oligo-dT31-Cy3 vom Überschuß an PEG-Derivat erfolgte aug DEAE-Cellulose-Säulenchromatographie: Das Reaktionsgemisch wurde in 10 mmol/l Borat, pH 9, auf die Säule aufgetragen, und mit 20 Säulenvolumina 50 mmol/l Borat, pH 9, gewaschen. Elution von Maleimid-PEG-Oligo-dT31-Cy3 von der Säule erfolgte mit 1 M NaCl in 50 mmol/l Borat, pH 9. Das Eluat wurde durch Ultrafiltration (MWCO 3000) zunächst eingeengt und das Produkt wurde in 20 mmol/l Borat-Puffer, pH 9.0, umgepuffert. Das Maleimid-PEG-Oligo-dT31-Cy3 wurde vom Oligo-dT31-Cy3 auf präparativem 15% Polyacrylgel durch die Elektrophorese getrennt, aus dem Gel isoliert und in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 9.0, aufgelöst.To 200 μl of a 100 μmol / l solution of 3'-amino-oligo-dT 31 -Cy3 in 50 mmol / l borate buffer, pH 9, was added NHS-PEG-maleimide until the concentration of 20% (w / v) has been achieved. The mixture was stirred vigorously at 40 ° C for 2 h. The separation of the maleimide-PEG-oligo-dT 31 -Cy3 from the excess of PEG derivative was carried out by DEAE-cellulose column chromatography: The reaction mixture was applied to the column in 10 mmol / l borate, pH 9, and with 20 column volumes of 50 mmol / l borate, pH 9, washed. Elution of maleimide-PEG-oligo-dT 31 -Cy3 from the column was carried out with 1 M NaCl in 50 mmol / l borate, pH 9. The eluate was first concentrated by ultrafiltration (MWCO 3000) and the product was dissolved in 20 mmol / l Borate buffer, pH 9.0, rebuffered. The maleimide-PEG-oligo-dT 31 -Cy3 was separated from oligo-dT 31 -Cy3 on preparative 15% polyacrylic gel by electrophoresis, isolated from the gel and dissolved in 50 mmol / l borate buffer, pH 9.0.

Zu Lösung mit Maleimid-PEG-Oligo-dT31-Cy3 wurde DTT bis zu Konzentration 0,5 mol/l zugegeben und das Gemisch wurde 16 h bei RT gerührt. Durch Reaktion von DTT mit Maleimid entsteht SH-R-PEG-Oligo-dT31-Cy3. Diese Substanz wurde auf DEAE-Säule vom DTT-Überschuß abgetrennt: Das Reaktionsgemisch wurde in 50 mmol/l Na-Acetat, pH 6.0, auf die Säule aufgetragen, und mit 20 Säulenvolumina 50 mmol/l Na-Acetat, pH 6.0 gewaschen. Elution von SH-R-PEG-Oligo-dT31-Cy3 von der Säule erfolgte mit 1 mol/l NaCl in 50 mmol/l Na-Acetat, pH 6.0. Das Eluat wurde mit Ultrafiltration (MWCO 3000) zunächst eingeengt und das Produkt, SH-R-PEG-Oligo-dT31-Cy3, wurde in 50 mmol/l Borat-Puffer, pH 9.0 umgepuffert. Die Konzentration von SH-R-PEG-Oligo-dT31-Cy3 betrug 100 μmol/l.To solution with maleimide-PEG-oligo-dT 31 -Cy3, DTT was added to a concentration of 0.5 mol / L and the mixture was stirred at RT for 16 h. Reaction of DTT with maleimide gives rise to SH-R-PEG-oligo-dT 31 -Cy3. This material was separated on DTT excess DEAE column. The reaction mixture was applied to the column in 50 mmol / l Na acetate, pH 6.0, and washed with 20 column volumes of 50 mmol / l Na acetate, pH 6.0. Elution of SH-R-PEG-oligo-dT 31 -Cy 3 from the column was carried out with 1 mol / l NaCl in 50 mmol / l Na acetate, pH 6.0. The eluate was first concentrated by ultrafiltration (MWCO 3000) and the product, SH-R-PEG-oligo-dT 31 -Cy3, was rebuffered in 50 mmol / l borate buffer, pH 9.0. The concentration of SH-R-PEG-oligo-dT 31 -Cy3 was 100 μmol / l.

Zu dieser Lösung wurden 50 Äquivalente an dUTP-AA-PDTP (synthetisiert wie im Beispiel 7A) zugegeben. Nach 3 h bei RT erfolgte Trennung auf DEAE-Cellulose: Das Gemisch wurde in 50 mmol/l Na-Acetat-Puffer, pH 6.0, auf die Säule aufgetragen, und mit 20 Säulenvolumina 50 mmol/l Na-Acetat, pH 6.0, gewaschen. Elution von dUTP-AA-PDTP erfolgte mit 0,3 mol/l NaCl in 50 mmol/l Na-Acetat, pH 6.0, Elution von dUTP-AA-SS-R-PEG-Oligo-dT31-Cy3 erfolgte mit 0,8 mol/l NaCl in 50 mmol/l Na-Acetat, pH 6.0. Das Eluat wurde mit Ultrafiltration (MWCO 3000) zunächst eingeengt und das Produkt wurde in 50 mmol/l Na-Acetat, pH 6.0, umgepuffert.To this solution were 50 equivalents to dUTP-AA-PDTP (synthesized as in Example 7A). To Separation on DEAE-cellulose for 3 h at RT: The mixture was in 50 mmol / l Na acetate buffer, pH 6.0, applied to the column, and with 20 column volumes 50 mmol / l Na-acetate, pH 6.0, washed. Elution of dUTP-AA-PDTP carried out with 0.3 mol / l NaCl in 50 mmol / l Na-acetate, pH 6.0, elution of dUTP-AA-SS-R-PEG-oligo-dT31-Cy3 was carried out with 0.8 mol / l NaCl in 50 mmol / l Na acetate, pH 6.0. The eluate was first concentrated by ultrafiltration (MWCO 3000) and the product was rebuffered in 50 mmol / L Na acetate, pH 6.0.

Die Substanz trägt eine Nukleosid-Triphosphat-Funktionalität und eine makromolekulare Marker-Funktionalitäten (Oligo-dT31). Das Oligo-dT31 besteht aus Nukleosid-Monophosphaten, die allerdings an der enzymatischen Reaktion nicht teilnehmen und nur eine signalvermittelnde Funktion haben. An ein solches Oligonukleotid können komplementäre Nukleinsäuren hybridisiert werden, die eine signalgebende Funktion haben. (allgemeine Regeln zur Hybridisierung von Nukleinsäuren sind dem Fachmann bekannt, Anderson "Nucleic Acid Hybridization", 1999.).The substance carries a nucleoside triphosphate functionality and a macromolecular Mar. ker functionalities (Oligo-dT31). The oligo-dT31 consists of nucleoside monophosphates, which, however, do not participate in the enzymatic reaction and have only one signal-transmitting function. To such an oligonucleotide complementary nucleic acids can be hybridized, which have a signaling function. (general rules for the hybridization of nucleic acids are known in the art, Anderson "Nucleic Acid Hybridization", 1999.).

Das Nukleotid ist definitionsgemäß ein Nuk-Makromolekül: die Linker-Länge ist deutlich größer als 30 Atome, die Marker-Komponente ist makromolekular.The By definition, nucleotide is a nuc macromolecule: the linker length is significantly larger than 30 atoms, the marker component is macromolecular.

Diese Verbindung wird von Polymerasen (z.B. Klenow-Exo minus Polymerase und Terminaler Transferase) als Substrat akzeptiert.These Compound is derived from polymerases (e.g., Klenow exo minus polymerase and terminal transferase) as a substrate.

In ähnlicher Weise können auch andere Oligonukleotide an das dUTP-Derivat gekoppelt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung können andere Homopolymer-Oligonukleotide, wie z.B. Poly-dC, poly-dG oder poly-dU oder poly-dA. In einer anderen Ausführungsform können auch Oligonukleotide mit spezifischen Sequenzen eingesetzt werden. Durch die spezifische Sequenzen von Oligonukleotiden können Nukleinsäureketten sequenzspezifisch hybridisiert werden. Zur Synthese von Nuk-Makromolekülen können auch Oligonukleotide eingesetzt werden, die Haarnadel-Strukturen (Stemloops) beinhalten.In similar Way you can Also, other oligonucleotides are coupled to the dUTP derivative. In one embodiment of the invention other homopolymer oligonucleotides, e.g. Poly-dC, poly-dG or poly-dU or poly-dA. In another embodiment, too Oligonucleotides with specific sequences can be used. By the specific sequences of oligonucleotides may be nucleic acid chains be hybridized sequence specific. For the synthesis of nuc macromolecules also oligonucleotides are used, the hairpin structures (Stemloops).

In diesem Beispiel trägt das Oligonukleotid eine am 3'-Ende über einen Linker gekoppelte Amino-Gruppe, die als Kopplungsstelle für Maleimid-PEG-NHS auftritt, und den Cy3-Fluoreszenzfarbstoff. Auch andere Kopplungsgruppen, wie SH-, Carboxy-, Aldehyd-Gruppen können eingesetzt werden.In carries this example the oligonucleotide one at the 3 'end via a Left-coupled amino group serving as a coupling site for maleimide-PEG-NHS occurs, and the Cy3 fluorescent dye. Also other coupling groups, such as SH, carboxy, aldehyde groups can be used.

Die Position der Kopplungsgruppe kann an einem der Enden der Oligonukleotide sein, oder auch mitten in der Sequenz liegen. Solche Oligonukleotide können von der Firma MWG-Biotech, Deutschland, synthetisiert werden.The Position of the coupling group may be at one of the ends of the oligonucleotides be in the middle of the sequence. Such oligonucleotides can from the company MWG-Biotech, Germany.

Als Modifikationen können Oligonukleotide Fluoreszenzfarbstoffe oder andere Reporter-Gruppen, wie Biotin, Digaxygenin tragen. Auch mehrere Modifikationen pro ein Oligonukleotid sind möglich. Beispielsweise können FRET-Paare oder Fluoreszenzfarbstoff-Quanchermolekül-Paar in ein Oligonukleotid eingefügt werden.When Modifications can Oligonucleotides fluorescent dyes or other reporter groups, like biotin, carry digaxygenin. Also several modifications per an oligonucleotide are possible. For example, you can FRET pairs or fluorescent dye quanine molecule pair in an oligonucleotide inserted become.

Dieses Beispiel zeigt eine generelle Möglichkeit, an Nukleotiden weitere Modifikationen vorzunehnem. Weitere basenmodifzierte Nukleotidanaloga, wie z.B. 5-Propargylamino-dCTP, 5-Amino-Propargyl-dUTP, 7-Deaza-Aminopropargyl-dGTP und 7-Deaza-Aminopropargyl-dATP können wie oben angeführt ebenfalls modifiziert werden. Es können sowohl Ribonukleotide, 2'-Deoxyribonukleotide verwendet werden, 18 bis 21. Auch andere basenmodifizierte Nukleotide können in ähnlicher Weise eingesetzt werden.This example shows a general possibility to further modify nucleotides. Other base-modified nucleotide analogs such as 5-propargylamino-dCTP, 5-amino-propargyl-dUTP, 7-deaza-aminopropargyl-dGTP, and 7-deaza-aminopropargyl-dATP may also be modified as noted above. Both ribonucleotides, 2'-deoxyribonucleotides can be used, 18 to 21 , Other base-modified nucleotides can be used in a similar manner.

Durch Zugabe von Poly-dA oder Poly-A können mehrere dUTP-AA-SS-R-PEG-Oligo-dT31-Cy3, z.B. 10-20, zu einem Nuk-Makromolekül gekoppelt werden. Dabei entsteht ein Nuk-Makromolekül mit linear angeordneten Nuk-Linker-Komponenten (34).By adding poly-dA or poly-A, several dUTP-AA-SS-R-PEG-oligo-dT31-Cy3, eg 10-20, can be coupled to a nuc macromolecule. This results in a nuc macromolecule with linearly arranged nuc-linker components ( 34 ).

Durch Zugabe von anderen modifizierten Oligonukleotiden, die an Poly-dA oder Poly-A binden können, können auch weitere Modifikationen eingeführt werden, z.B. Fluoreszenzmarkierung.By Addition of other modified oligonucleotides attached to poly-dA or bind poly-A can, can also other modifications are introduced, e.g. Fluorescent label.

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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. Anhang 2 Tabelle 18, Oligonukleotide

Figure 01710001
Spalte A – Bezeichnung der Oligo
Spalte B – Hersteller
Spalte C – Sequenz der Oligo
Hersteller 1: MWG-Biotech, Deutschland, synthetisiert.
Hersteller 2: Thermo electron corporation GmbH, Ulm, Deutschland.
bei Oligo 31 ist die Primerbindungsstelle unterstrichen. Tabelle 19 Liste der markierten Oligonukleotiden, die im Test 1.3 eingesetzt wurden.
Figure 01710002
Spalte A – Bezeichnung der Oligo
Spalte B – Hersteller
Spalte C – Sequenz der Oligo
Hersteller 1: MWG-Biotech, Deutschland, synthetisiert.The modification of the polymerase is preferably a covalent modification. Examples of such a modification is an alkylation on the SH group, for example with alpha-halogeno-acetyl derivatives, such as, for example, iodoacetamide and its derivatives, iodoacetate and its derivatives, or with N-maleimide derivatives, further selective SH groups Reagents are described in "Chemistry of protein conjugation and crosslinking" by Shan S. Wong, 1993, CRC Press Inc. This modification can also be done by a fluorescent dye Activated fluorescent dyes that selectively react with SH groups are commercially available, eg from Molecular Probes Inc. In a preferred embodiment of the invention, a selective modification of the Klenow fragment exo-minus of the DNA polymerase to the SH group of the cysteine is carried out The cyst-modified Klenow fragment Exo-minus of the DNA polymerase may, in one embodiment instead of an unmodified Klenow fragment exo-minus the DNA polymerase can be used in the enzymatic incorporation reaction. Appendix 2 Table 18, Oligonucleotides
Figure 01710001
Column A - name of the oligo
Column B - manufacturer
Column C - sequence of oligo
Manufacturer 1: MWG-Biotech, Germany, synthesized.
Manufacturer 2: Thermo electron corporation GmbH, Ulm, Germany.
in Oligo 31, the primer binding site is underlined. Table 19 List of labeled oligonucleotides used in Test 1.3.
Figure 01710002
Column A - name of the oligo
Column B - manufacturer
Column C - sequence of oligo
Manufacturer 1: MWG-Biotech, Germany, synthesized.

Anhang 3, Tabelle 20

Figure 01720001
Appendix 3, Table 20
Figure 01720001

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------: 215
If X, Y coordinates of the signals distributed on the surface coincide between different cycles, these signals are combined into a sequence, for example:
--U ----- U ---- C ------: 180
- U - U - U - UC ------: 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------: 215
Because of the bleaching of the fluorescence of the labeled nucleotides, some sequences lack signals in the center of the sequence, eg
----- U - U - UC ------: 115
--U ----- U - UC ------: 162
--U - U ----- UC ------: 135
- U - U - U ---- C ------: 138
Compare to correct sequence
- U - U - U - UC ------: 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:

1 zeigt Aufnahmen einer sequenzspezifischen Einbaureaktion. Dargestellt sind Ausschnitte der Aufnahmen der Zyklen 1 bis 6 im Beispiel 6.1 MFC 1330 Channel B, Pos 2. 1 shows pictures of a sequence-specific installation reaction. Shown are sections of the images of cycles 1 to 6 in Example 6.1 MFC 1330 Channel B, Pos 2.

2 zeigt Beispiele für unterschiedliche Dichten der Signale von einzelnen Molekülen. Experimente wurden wie im Beispiel 6.1 durchgeführt, wobei nur der erste Einbau von markierten Nukleotiden detektiert wurde. Auflösung der Apparartur betrug 300 nm. 2 shows examples of different densities of signals from single molecules. Experiments were carried out as in Example 6.1, whereby only the first incorporation of labeled nucleotides was detected. Resolution of the device was 300 nm.

3a zeigt den Aufbau der Fließkammer (Mikrokanal): A) Ansicht von oben, B) Seitenansicht, C) schematische Darstellung von einzelnen Komponenten der Fließkammer am Mikrokanal. 1. Deckglas, 2. Parafilmmaske, 3. Objektträger, 4. Mikrokanal 3a shows the structure of the flow chamber (microchannel): A) top view, B) side view, C) schematic representation of individual components of the flow chamber at the microchannel. 1 , Cover glass, 2 , Parafilm mask, 3 , Slides, 4 , microchannel

3b zeigt schematische Darstellung der Flußrichtung beim Austausch von Lösungen im Mikrokanal. 3b shows schematic representation of the flow direction in the exchange of solutions in the microchannel.

4a zeigt schematische die Bestandteile der Detektionsapparatur: 1. Kamera, 2. Lichtweg für Fluoreszenzsignale, 3. Farbteiler mit Sperrfilter und Bandfilter, 4. Objektiv, 5. Objekttisch, 6. Kondensor, 7. Lichtweg für Durchlicht, 8. Lichtspiegel, 9. Lichtquelle für Anregungslicht für Fluoreszenz, 10. Lichtquelle für Durchlicht, 11. Fokussierungsoptik mit Shutter für Anregungslicht, 12. Fokussierungsoptik mit Shutter für Durchlicht, 13. Fluoreszenzmikroskop, 14. Rechner, 15. Bildschirm für Visualisierung der Daten 4a shows schematically the components of the detection apparatus: 1 , Camera, 2 , Optical path for fluorescence signals, 3 , Color divider with blocking filter and band filter, 4 , Lens, 5 , Stage, 6 , condenser, 7 , Light path for transmitted light, 8th , Light mirror, 9 , Light source for excitation light for fluorescence, 10 , Light source for transmitted light, 11 , Focusing optics with shutter for excitation light, 12 , Focusing optics with shutter for transmitted light, 13 , Fluorescence microscope 14 , Computer, 15 , Screen for visualization of the data

4b zeigt schematische Darstellung von Bildaufnahmen von der Oberfläche:
1. Objektiv, 2. Anregungslicht, 3. Immersionsöl, 4. Deckglas (Dach des Mikrokanals), 5. an der Oberfläche fixierte Nukleinsäureketten, 6. Mikrokanal mit einer Lösung, 7. Objektträger (Boden des Mikrokanals), 8. Fokusebene des Objektivs. In dieser Anmeldung wurden Mikrokanalvorrichtungen verwendet, die zwei im Sinne dieser Anmeldung modifizierten Glasoberflächen einschließen: eine auf der zum Mikrokanal gerichteten Seite des Deckglases, eine auf der zum Mikrokanal gerichteten Seite des Objektträgers. Die Signale wurden von der Deckglasoberfläche detektiert.
4b shows schematic representation of image recordings of the surface:
1 , Lens, 2 , Excitation light, 3 , Immersion oil, 4 , Cover glass (roof of the microchannel), 5 , nucleic acid chains fixed on the surface, 6 , Microchannel with a solution, 7 , Slide (bottom of the microchannel), 8th , Focus plane of the lens. In this application, microchannel devices were used which include two glass surfaces modified for the purposes of this application: one on the side of the cover glass facing the microchannel, one on the side of the slide facing the microchannel. The signals were detected by the coverslip surface.

5 zeigt eine Bildaufnahme von der Oberfläche im Beispiel 5.1.2 nach der Hybridisierung von dA26-Cy3 an die fixierten dT31-Amino-Nukleinsäuren. Abbildung A zeigt das gesamte Bild (1030 × 1300 pixel), das entspricht 60 μm × 80μm. Abbildung B zeigt einen Ausschnitt aus der Abbildung A. Einige Signale von einzelnen Farbstoffmolekülen werden mit Kreisen hervorgehoben. Mit Rechtecken sind helle Signale markiert, die vemutlich Konglomerate von Molekülen darstellen. 5 shows an image of the surface in Example 5.1.2 after the hybridization of dA26-Cy3 to the fixed dT31 amino nucleic acids. Figure A shows the entire image (1030 × 1300 pixels), which corresponds to 60 μm × 80 μm. Figure B shows a section of Figure A. Some signals from individual dye molecules are highlighted with circles. Rectangles mark bright signals that are mostly conglomerates of molecules.

6 zeigt Beispiele für unspezifische Bindung an der Oberfläche:
6A – Test 1.1 im Beispiel 1, 6B – Test 1.2 im Beispiel 1.1, 6C – Test 1.3 Oligo-T7-19-Cy3 im Beispiel 1.1, 6D – Test 1.4 im Beispiel 1.1.
6 shows examples of nonspecific binding at the surface:
6A - Test 1.1 in Example 1, 6B - Test 1.2 in Example 1.1, 6C - Test 1.3 Oligo-T7-19-Cy3 in Example 1.1, 6D - Test 1.4 in Example 1.1.

7 zeigt Ausschnitte von den Oberflächenaufnahmen im Beispiel 5.1.2
Abbildung A zeigt Oberfläche nach der Prüfung unspezifischer Bindung markierter Oligonukleotide. Abbildung B zeigt denselben Abschnitt der Oberfläche nach einer spezifischen Hybridisierung von markierten Oligonukleotiden.
7 shows excerpts from the surface photographs in Example 5.1.2
Panel A shows surface after testing non-specific binding of labeled oligonucleotides. Panel B shows the same portion of the surface after specific hybridization of labeled oligonucleotides.

8 zeigt Ausschnitte von den Oberflächenaufnahmen im Beispiel 5.1.4
Abbildung A zeigt Oberfläche nach der Prüfung unspezifischer Bindung markierter Oligonukleotide. Abbildung B zeigt denselben Abschnitt der Oberfläche nach einer spezifischen Hybridisierung von markierten Oligonukleotiden.
8th shows excerpts from the surface photographs in Example 5.1.4
Panel A shows surface after testing non-specific binding of labeled oligonucleotides. Panel B shows the same portion of the surface after specific hybridization of labeled oligonucleotides.

9a zeigt eine Sequenzierungsreatkion an der Oberfläche mit einzelnen Molekülen, s. Beispiel 6.1. Dargestellt ist deselbe Ausschnitt von den Oberfläche, in unterschiedlichen Stadien der zyklischen Sequenzierung von Zyklus 1 bis Zyklus 20, Beispiel 6.1, MFC 1330 Channel B, Pos 2, Mitte. Reihenfolge der Zugabe von Reagenzien s. Tabelle 15. 9a shows sequencing on the surface with single molecules, s. Example 6.1. Shown is the same section of the surface, at different stages of cyclic sequencing from cycle 1 to cycle 20, example 6.1, MFC 1330 channel B, position 2, center. Order of adding reagents s. Table 15.

9b zeigt die Position des Ausschnitts in 9a in Pos. 2 (Abbildung von Pos 2 im Zyklus 3). 9b shows the position of the clipping in 9a in pos. 2 (picture of Pos 2 in cycle 3).

10 Schematische Darstellung eines reversibel markierten dUTP-Analogs, s. Beispiel 7A 10 Schematic representation of a reversibly labeled dUTP analogue, s. Example 7A

11 Schematische Darstellung eines reversibel markierten dUTP-Analogs, s. Beispiel 7B 11 Schematic representation of a reversibly labeled dUTP analogue, s. Example 7B

12 Schematische Darstellung eines reversibel markierten dCTP-Analogs, s. Beispiel 7C 12 Schematic representation of a reversibly labeled dCTP analogue, s. Example 7C

13 Schematische Darstellung eines reversibel markierten dUTP-Analogs, s. Beispiel 7D 13 Schematic representation of a reversibly labeled dUTP analogue, s. Example 7D

14 Schematische Darstellung eines reversibel markierten dUTP-Analogs s. Beispiel 7E 14 Schematic representation of a reversibly labeled dUTP analogue s. Example 7E

Claims (112)

Ein Verfahren zur parallelen Sequenzanalyse von Nukleinsäuresequenzen (Nukleinsäureketten, NSKs) mit optischen Mitteln, das folgende Schritte einschließt: 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 enzymatischer Einbau von markierten Nukleotiden an den 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 SignalenA method for parallel sequence analysis of nucleic acid sequences (Nucleic acid chains, NSKs) by optical means, which includes the following steps: 1. Providing a solid phase 2. Binding of to be analyzed nucleic acid chains to the solid phase to form extensible primer-template complexes, Third execution a cyclic reaction with those fixed on the solid phase Primer-template complexes, including the following steps: 3.1 enzymatic incorporation of labeled nucleotides on the formed Primer-template complexes 3.2 Washing 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 the solid phase 3.6 if necessary repeat the steps 3.1 to 3.5 4. Reconstruction of the sequences of single nucleic acid chains from the signals obtained in step 3.3 Feste Phase für Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche der festen Phase eine Eigenschaft der geringen unspezifischen Bindung von markierten Komponenten aufweist.Fixed phase for Method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical Composition according to claim 1, wherein the surface of the solid phase has a property the low non-specific binding of labeled components. Feste Phase nach Anspruch 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 200 Ereignisse/100 μm2 während Analyse beträgt.The solid phase of claim 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a Bin less than 200 events / 100 μm 2 during analysis. Feste Phase nach Anspruch 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 100 Ereignisse/100 μm2 während Analyse beträgt.The solid phase of claim 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 100 events / 100 μm 2 during analysis. Feste Phase nach Anspruch 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 50 Ereignisse/100 μm2 während Analyse beträgt.The solid phase of claim 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 50 events / 100 μm 2 during analysis. Feste Phase nach Anspruch 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 20 Ereignisse/100 μm2 während Analyse beträgt.The solid phase of claim 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 20 events / 100 μm 2 during analysis. Feste Phase nach Anspruch 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 10 Ereignisse/100 μm2 während Analyse beträgt.The solid phase of claim 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 10 events / 100 μm 2 during analysis. Feste Phase nach Anspruch 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 5 Ereignisse/100 μm2 während Analyse beträgt.The solid phase of claim 2, wherein the nonspecific binding of labeled components is a binding of less than 5 events / 100 μm 2 during analysis. Feste Phase nach Anspruch 2, wobei die unspezifische Bindung von markierten Komponenten eine Bindung von weniger als 2 Ereignisse/100 μm2 während Analyse beträgt.The solid phase of claim 2, wherein the non-specific binding of labeled components is a binding of less than 2 events / 100 μm 2 during analysis. Feste Phase nach Anspruch 1 bis 9, wobei die feste Phase eine Silica-Oberfläche einschließtA solid phase according to claims 1 to 9, wherein the solid Phase a silica surface includes Feste Phase nach Anspruch 1 bis 9, wobei die feste Phase eine Glas-Oberfläche einschließtA solid phase according to claims 1 to 9, wherein the solid Phase a glass surface includes Feste Phase nach Anspruch 1 bis 9, wobei die feste Phase eine SiO2-Oberfläche einschließtThe solid phase of claims 1 to 9, wherein the solid phase includes an SiO 2 surface Feste Phase nach Anspruch 1 bis 9, wobei die feste Phase eine Si-OH-Oberfläche einschließtA solid phase according to claims 1 to 9, wherein the solid Phase a Si-OH surface includes feste Phase nach Anspruch 1 bis 13, wobei die Oberfläche der festen Phase flach istThe solid phase according to claims 1 to 13, wherein the surface of the solid phase is flat Feste Phase nach Ansprüchen 1 bis 14, wobei an Oberfläche dieser festen Phase Nukleinsäureketten fixiert sind.Solid phase according to claims 1 to 14, wherein on the surface of this fixed phase nucleic acid chains are. Feste Phase nach Ansprüchen 1 bis 14, wobei an diese feste Phase Nukleinsäureketten über einen Linker fixiert sind.A solid phase according to claims 1 to 14, wherein attached thereto solid phase nucleic acid chains via a linker are fixed. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung von Nukleinsäureketten an die feste PhaseMethod for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 16, wherein the production includes the following steps: 1. Removal of the outer layer the solid phase 2. Coupling of nucleic acid chains to the solid phase Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung einer Linker-Schicht an die feste PhaseMethod for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 16, wherein the production includes the following steps: 1. Removal of the outer layer the solid phase 2. Coupling of a linker layer to the solid phase Kopplung von Nukleinsäureketten an die Linker-SchichtCoupling of nucleic acid chains to the linker layer Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Zyklische Synthese von Nukleinsäureketten an der festen PhaseMethod for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 16, wherein the production includes the following steps: 1. Removal of the outer layer the solid phase 2. Cyclic Synthesis of Nucleic Acid Chains at the solid phase Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung einer Linker-Schicht an die feste Phase 3. Zyklische Synthese von Nukleinsäureketten an der festen PhaseMethod for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 16, wherein the production includes the following steps: 1. Removal of the outer layer the solid phase 2. Coupling of a linker layer to the solid phase 3. Cyclic synthesis of nucleic acid chains on the solid phase Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung von Nukleinsäureketten an die feste Phase 3. Kopplung weiterer SubstanzenA method of producing the solid phase according to claims 1 to 16, wherein the preparation is as follows Steps includes: 1. Removal of the outer layer of the solid phase 2. Coupling of nucleic acid chains to the solid phase 3. Coupling of other substances Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung einer Linker-Schicht an die feste Phase 3. Kopplung von Nukleinsäureketten an die Linker-Schicht 4. Kopplung weiterer SubstanzenMethod for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 16, wherein the production includes the following steps: 1. Removal of the outer layer the solid phase 2. Coupling of a linker layer to the solid phase 3. Coupling of nucleic acid chains to the linker layer 4th Coupling of other substances Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Zyklische Synthese von Nukleinsäureketten an der festen Phase 3. Kopplung weiterer SubstanzenMethod for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 16, wherein the production includes the following steps: 1. Removal of the outer layer the solid phase 2. Cyclic Synthesis of Nucleic Acid Chains at the solid phase 3. Coupling of other substances Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 16, wobei die Herstellung folgende Schritte einschließt: 1. Entfernung der Außenschicht der festen Phase 2. Kopplung einer Linker-Schicht an die feste Phase 3. Zyklische Synthese von Nukleinsäureketten an der festen Phase 4. Kopplung weiterer SubstanzenMethod for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 16, wherein the production includes the following steps: 1. Removal of the outer layer the solid phase 2. Coupling of a linker layer to the solid phase 3. Cyclic synthesis of nucleic acid chains on the solid phase 4th Coupling of other substances Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 24, wobei die Außenschicht nur partiell abgetragen wird.Method for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 24, the outer layer only partially removed. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 25, wobei die Entfernung der Außenschicht durch chemische Reaktion erfolgtMethod for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 25, the removal of the outer layer by chemical reaction Methode zur Herstellung der festen Phase nach Anspruch 26, wobei die chemische Reaktion in Anwesenheit von HF erfolgtMethod for producing the solid phase according to claim 26, wherein the chemical reaction takes place in the presence of HF Methode zur Herstellung der festen Phase nach Anspruch 26, wobei die chemische Reaktion in Anwesenheit von NaOH erfolgtMethod for producing the solid phase according to claim 26, wherein the chemical reaction takes place in the presence of NaOH Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 1 nm und 10 nm liegt.Method for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 28, wherein the thickness of the removed outer layer between 1 nm and 10 nm. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 10 nm und 100 nm liegt.Method for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 28, wherein the thickness of the removed outer layer between 10 nm and 100 nm. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 100 nm und 1 μm liegt.Method for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 28, wherein the thickness of the removed outer layer between 100 nm and 1 μm lies. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 1 μm und 10μm liegt.Method for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 28, wherein the thickness of the removed outer layer is between 1 .mu.m and 10 .mu.m. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 28, wobei die Dicke der entfernten Außenschicht zwischen 10 μm und 100 μm liegt.Method for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 28, wherein the thickness of the removed outer layer is between 10 .mu.m and 100 .mu.m. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 1 bis 28, wobei nach der Entfernung der Außenschicht der festen Phase keine Trocknungsschritte erfolgen und weitere Schritte in der flüssigen Phase stattfinden.Method for the preparation of the solid phase according to claims 1 to 28, wherein after the removal of the outer layer of the solid phase no drying steps take place and further steps take place in the liquid phase. Methode zur Herstellung der festen Phase nach Ansprüchen 21 bis 24, wobei weitere Substanzen folgende Substanzen einschließen: Monomere (Phosphat-, Sulfat-, Carboxy-Gruppen), Polymere (polyethylenglycol, polyacrylate, polyacrylamide, polyphosphate)Method for producing the solid phase according to claims 21 to 24, where further substances include the following substances: monomers (Phosphate, sulphate, carboxy groups), polymers (polyethyleneglycol, polyacrylates, polyacrylamides, polyphosphates) Feste Phase für Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln, die nach Methoden in Ansprüchen 17 bis 35 hergestellt wird.Fixed phase for Method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical Agents prepared by methods in claims 17 to 35 becomes. Feste Phase für Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln, die nach Methoden in Ansprüchen 17 bis 35 hergestellt wird, wobei an der Oberfläche Nukleinsäureketten fixiert sind.Fixed phase for Method for parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical Agents prepared by methods in claims 17 to 35 being, being at the surface nucleic acid chains are fixed. Feste Phase nach Ansprüchen 1 bis 37 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei fixierte Nukleinsäureketten eine einheitliche Population darstellenSolid phase according to claims 1 to 37 with fixed Nucleic acid chains, wherein fixed nucleic acid chains represent a uniform population Feste Phase nach Ansprüchen 1 bis 37 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei fixierte Nukleinsäureketten mehrere unterschiedliche Populationen darstellenSolid phase according to claims 1 to 37 with fixed Nucleic acid chains, wherein fixed nucleic acid chains represent several different populations Feste Phase nach Ansprüchen 1 bis 39 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei Nukleinsäureketten eine Länge zwischen 5 und 50 Nukleotiden habenSolid phase according to claims 1 to 39 with fixed Nucleic acid chains, wherein nucleic acid chains a Length between Have 5 and 50 nucleotides Feste Phase nach Ansprüchen 1 bis 39 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei Nukleinsäureketten eine Länge zwischen 20 und 200 Nukleotiden habenSolid phase according to claims 1 to 39 with fixed Nucleic acid chains, wherein nucleic acid chains a Length between Have 20 and 200 nucleotides Feste Phase nach Ansprüchen 1 bis 39 mit fixierten Nukleinsäureketten, wobei Nukleinsäureketten eine Länge zwischen 50 und 500 Nukleotiden habenSolid phase according to claims 1 to 39 with fixed Nucleic acid chains, wherein nucleic acid chains a Length between Have 50 and 500 nucleotides Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 42, wobei die Fixierung von Nukleinsäureketten kovalent ist.Solid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 42, wherein the fixation of nucleic acid chains is covalent. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 42, wobei die Fixierung affin ist.Solid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 42, wherein the fixation is affine. Feste Phase nach Ansprüchen 16, 18, 20, 22, 24, wobei der Linker eine Länge von 1 bis 50 nm hatSolid phase according to claims 16, 18, 20, 22, 24, wherein the linker is a length from 1 to 50 nm Feste Phase nach Ansprüchen 16, 18, 20, 22, 24, 45, wobei der Linker ein nicht verzweigtes Polymer istSolid phase according to claims 16, 18, 20, 22, 24, 45, wherein the linker is a non-branched polymer Feste Phase nach Ansprüchen 16, 18, 20, 22, 24, 45 wobei der Linker ein verzweigtes Polymer istSolid phase according to claims 16, 18, 20, 22, 24, 45 wherein the linker is a branched polymer Feste Phase nach Ansprüchen 16, 18, 20, 22, 24, wobei Streptavidin oder Avidin als Linker auftritt.Solid phase according to claims 16, 18, 20, 22, 24, wherein Streptavidin or avidin acts as a linker. Feste Phase nach Ansprüchen 16, 18, 20, 22, 24, wobei Nukleinsäureketten als Linker auftreten.Solid phase according to claims 16, 18, 20, 22, 24, wherein nucleic acid chains occur as a linker. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 1/100 μm2 und 10/100 μm2 liegt.Solid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 49, wherein the density of the fixed nucleic acid chains is between 1/100 μm 2 and 10/100 μm 2 . Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 10/100 μm2 und 100/100 μm2 liegt.Solid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 49, wherein the density of the fixed nucleic acid chains is between 10/100 μm 2 and 100/100 μm 2 . Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 100/100 μm2 und 1000/100 μm2 liegt.Solid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 49, wherein the density of the fixed nucleic acid chains is between 100/100 μm 2 and 1000/100 μm 2 . Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 1000/100 μm2 und 10.000/100 μm2 liegt.Solid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 49, wherein the density of the fixed nucleic acid chains is between 1000/100 μm 2 and 10,000 / 100 μm 2 . Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 49, wobei die Dichte der fixierten Nukleinsäureketten zwischen 10.000/100 μm2 und 1.000.000/100 μm2 liegt.The fixed phase with fixed nucleic acid chains according to claims 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 . Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 54, wobei an der festen Phase ein mit optischen Mitteln erkennbares Muster fixiert istSolid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 54, wherein one recognizable by optical means on the solid phase Pattern is fixed Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 55, wobei die feste Phase ein Teil einer Vorrichtung zum Austausch von Flüssigkeiten darstellt.Solid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 55, wherein the solid phase is part of a device for replacement of liquids represents. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 56, wobei die feste Phase für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich zwischen 200 nm bis 400 nm durchlässig ist.The fixed phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 56, wherein the solid phase is for electromagnetic radiation having wavelengths in the range between 200 nm to 400 nm is permeable. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 56, wobei die feste Phase für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich zwischen 200 nm bis 2000 nm durchlässig ist.Solid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 56, wherein the solid phase for electromagnetic radiation with wavelengths in the range between 200 nm to 2000 nm is permeable. Feste Phase mit fixierten Nukleinsäureketten nach Ansprüchen 1 bis 56, wobei die feste Phase für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich zwischen 400 nm bis 800 nm durchlässig ist.Solid phase with fixed nucleic acid chains according to claims 1 to 56, wherein the solid phase for electromagnetic radiation with wavelengths in the range between 400 nm to 800 nm is permeable. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 1, wobei die feste Phase nach Ansprüchen 2 bis 59 verwendet wird.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Composition according to claim 1, wherein the solid phase according to claims 2 to 59 is used. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 60, wobei markierte Komponenten verwendet werden.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical The agent of claim 60, wherein labeled components are used become. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 61, wobei die Markierung von den markierten Komponenten durch Abspaltung entfernt werden kann.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical The agent of claim 61, wherein the label is from the labeled Components can be removed by cleavage. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 61 und 62, wobei markierte Komponenten markierte Ribonukleosidtriphosphate oder Deoxyribonucleosidtriphosphate oder Dideoxyribonukleosidtriphosphate einschließen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 61 and 62, wherein labeled components labeled ribonucleoside triphosphates or deoxyribonucleoside triphosphates or dideoxyribonucleoside triphosphates lock in. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 61 bis 63, wobei markierte Komponenten reversibel markierte Ribonukleosidtriphosphate oder Deoxyribonucleosidtriphosphate oder Dideoxyribonukleosidtriphosphate einschließen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 61 to 63, wherein labeled components reversibly labeled Ribonukleosidtriphosphate or Deoxyribonucleoside triphosphates or dideoxyribonucleoside triphosphates lock in. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 61 und 62, wobei markierte Komponenten markierte Nukleinsäuren einschließen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 61 and 62, wherein labeled components include labeled nucleic acids. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 65, wobei markierte Komponenten reversibel markierte Nukleinsäuren einschließen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claim 65, wherein labeled components are reversible labeled nucleic acids lock in. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 66, wobei parallel 100 bis 10.000 Nukleinsäureketten analysiert werdenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 66, wherein in parallel 100 to 10,000 nucleic acid chains to be analyzed Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 66, wobei parallel 1000 bis 100.000 Nukleinsäureketten analysiert werdenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 66, wherein in parallel 1000 to 100,000 nucleic acid chains to be analyzed Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 66, wobei parallel 10.000 bis 1.000.000 Nukleinsäureketten analysiert werdenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 66, wherein in parallel 10,000 to 1,000,000 nucleic acid chains to be analyzed Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 66, wobei parallel 100.000 bis 10.000.000 Nukleinsäureketten analysiert werdenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 66, wherein in parallel 100,000 to 10,000,000 nucleic acid chains to be analyzed Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 66, wobei parallel 1.000.000 bis 100.000.000 Nukleinsäureketten analysiert werdenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 66, with parallel 1,000,000 to 100,000,000 nucleic acid chains to be analyzed Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 66, wobei parallel 100.000.000 bis 10.000.000.000 Nukleinsäureketten analysiert werdenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 66, wherein in parallel 100,000,000 to 10,000,000,000 nucleic acid chains to be analyzed Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 72, wobei Ereignisse an einzelnen Nukleinsäurekettenmolekülen optisch detektiert werdenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 72, wherein events on individual nucleic acid chain molecules optically be detected Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 0,3 μm ermöglichenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 0.3 microns Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 0,5 μm ermöglichenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 73, wherein optical means allow a resolution up to 0.5 microns Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 0,8 μm ermöglichenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 73, wherein optical means allow a resolution up to 0.8 microns Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 1 μm ermöglichenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 1 micron Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 1,2 μm ermöglichenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 1.2 microns Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 1,5 μm ermöglichenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 1.5 microns Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 73, wobei optische Mittel eine Auflösung bis zu 2 μm ermöglichenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 73, wherein optical means allow a resolution of up to 2 microns Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 80, wobei die Analyse durch zyklische Sequenzierung verläuft.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60-80, the analysis being by cyclic sequencing. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 81, wobei die Analyse durch zyklische Sequenzierung verläuft und folgende Schritte einschließt: 1. Bereitstellung einer festen Phase nach Ansprüchen 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 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 SignalenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical The agent of claim 81, wherein the analysis is by cyclic sequencing extends and includes the following steps: 1. Provision of a solid phase according to claims 1 to 59 2. binding of nucleic acid molecules to be analyzed thereon solid phase to form extensible primer-template complexes, Third execution a cyclic reaction with those fixed on the solid phase Nucleic acid chains, includes 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 below Conditions involving an incorporation reaction on the formed primer-template complexes allow, 3.2 Removal of the polymerase-nucleotide mixture and washing the solid phase 3.3 Detection of the signals from incorporated labeled nucleotides, where relative coordinates are individual Signals are identified 3.4 Removal of signals from built-in nucleotides, 3.5 optionally washing the solid phase 3.6 if necessary repeat steps 3.1 to 3.5 4. Reconstruction of the Sequences of Individual Nucleic Acid Molecules the signals obtained in step 3.3 Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 82, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle Nukleinsäureketten mit einer Länge zwischen 30 und 300 Nukleotide darstellen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 82, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed nucleic acid chains with a length between Represent 30 and 300 nucleotides. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 82, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle Nukleinsäureketten mit einer Länge zwischen 30 und 3000 Nukleotide darstellen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 82, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed nucleic acid chains with a length between Represent 30 and 3000 nucleotides. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 84, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle Deoxyribonukleinsäureketten oder Ribonukleinsäureketten darstellen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 84, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed Deoxyribonukleinsäureketten or ribonucleic acid represent. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 85, wobei die bereitgestellte feste Phase fixierte Nukleinsäuren trägt, die als Primer für die Sequenzierung dienen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 85, wherein the provided solid phase carries fixed nucleic acids, the as a primer for to serve the sequencing. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 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.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical The agent of claim 86, wherein the provided solid phase fixed nucleic acids wearing, as primers for the sequencing serve and the nucleic acid molecules to be analyzed directly hybridized to these primers, with extension-capable primer-template complexes be formed. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 85, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle an die feste Phase fixiert werden und anschließend ein Primer an die zu analysierenden Nukleinsäureketten hybridisiert wird.Method for the parallel analysis of a multiplicity of individual nucleic acid molecules by optical means according to claims 60 to 85, wherein 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. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 82, wobei die Fixierung von zu analysierenden Nukleinsäuremolekülen kovalent an die feste Phase erfolgt.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 82, wherein the fixation of nucleic acid molecules to be analyzed is covalent takes place on the solid phase. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 82, wobei die Fixierung von zu analysierenden Nukleinsäuremolekülen affin an die feste Phase erfolgt.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 82, wherein the fixation of nucleic acid molecules to be analyzed affin takes place on the solid phase. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 und 90, wobei die bereitgestellte feste Phase fixierte Nukleinsäureketten trägt, die als Anker für affine Fixierung von zu analysierenden Nukleinsäuremolekülen dienen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 and 90, wherein the provided solid phase is fixed nucleic acid chains wearing, as an anchor for serve affine fixation of nucleic acid molecules to be analyzed. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 und 90, wobei die Fixierung von zu analysierenden Nukleinsäureketten durch die Hybridisierung bzw. affine Bindung an den Anker an der festen Phase erfolgt.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 and 90, wherein the fixation of nucleic acid chains to be analyzed by the hybridization or affine binding to the anchor at the solid phase takes place. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 92, wobei die Dichte der fixierten extensionsfähigen Primer-Matrize-Komplexe auf der festen Phase zwischen 1 und 10 Komplexe pro 100 μm2 liegt.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 92, wherein the density of the fixed extensible template-template complexes on the solid phase is between 1 and 10 complexes per 100 μm 2. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 92, wobei die Dichte der fixierten extensionsfähigen Primer-Matrize-Komplexe auf der festen Phase zwischen 1 und 100 Komplexe pro 100 μm2 liegt.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 92, wherein the density of the fixed extensible template-template complexes on the solid phase is between 1 and 100 complexes per 100 μm2. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 94, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle an die feste Phase in zufälliger Anordnung fixiert werdenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 94, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed on the solid phase in a random arrangement be fixed Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 60 bis 94, wobei die zu analysierenden Nukleinsäuremoleküle an die feste Phase in vorbestimmter Anordnung fixiert werdenMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 60 to 94, wherein the nucleic acid molecules to be analyzed to the solid phase in a predetermined Arrangement to be fixed Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 bis 96, wobei im Schritt 3.1 verwendete Nukleotide Ribonukleosidtriphosphate oder Deoxyribonucleosidtriphosphate oder Dideoxyribonukleosidtriphosphate einschließen.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 to 96, wherein nucleotides used in step 3.1 ribonucleoside triphosphates or deoxyribonucleoside triphosphates or dideoxyribonucleoside triphosphates lock in. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 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 kannMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 to 97, wherein used in step 3.1 nucleotides one reversible carry terminating group, leaving only one labeled nucleotide can be installed in an incubation 3.1 Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 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 kannMethod for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claim 98, wherein after the detection step 3.3 a another step to remove the reversibly terminating group im done so that the extension reaction takes place in the further course can Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 bis 99, wobei verwendete Nukleotide eine einheitliche Markierung tragen und im Inkubationsschritt 3.1 modifizierte Nukleotide gleicher Basenart zugegeben werden.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 to 99, nucleotides used being a uniform label carry and in the incubation 3.1 modified nucleotides same Base type can be added. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 bis 99, wobei verwendete Nukleotide eine basenspezifische Markierung tragen und im Inkubationsschritt 3.1 modifizierte Nukleotide unterschiedlicher Basenart zugegeben werden.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 to 99, wherein nucleotides used a base-specific label carry and in the incubation 3.1 modified nucleotides different Base type can be added. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 bis 101, wobei im Schritt 3.3 relative Intensität eines jeden Signals bestimmt wird.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 to 101, wherein in step 3.3 relative intensity of a each signal is determined. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 bis 101, wobei die Zahl der Wiederholungen der Schritte 3.1 bis 3.5 zwischen 2 und 10 liegt.A method for the parallel analysis of a plurality of individual nucleic acid molecules with optical means according to claims 82 to 101, wherein the number of repetitions of steps 3.1 to 3.5 is between 2 and 10 lies. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 bis 101, wobei die Zahl der Wiederholungen der Schritte 3.1 bis 3.5 zwischen 10 und 25 liegt.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 to 101, where the number of repetitions of steps 3.1 to 3.5 is between 10 and 25. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 bis 101, wobei die Zahl der Wiederholungen der Schritte 3.1 bis 3.5 zwischen 25 und 50 liegt.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 to 101, where the number of repetitions of steps 3.1 to 3.5 is between 25 and 50. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Ansprüchen 82 bis 101, wobei die Zahl der Wiederholungen der Schritte 3.1 bis 3.5 zwischen 50 und 200 liegt.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claims 82 to 101, where the number of repetitions of steps 3.1 to 3.5 is between 50 and 200. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 1, 60 bis 105, wobei als markierte Nukleotide konventionell modifizierte Nukleotide eingesetzt werden.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claim 1, 60 to 105, wherein as labeled nucleotides Conventionally modified nucleotides are used. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 1, 60 bis 105, wobei als markierte Nukleotide Nuk-Makromoleküle eingesetzt werden.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Means according to claim 1, 60 to 105, wherein as labeled nucleotides Nuc-macromolecules be used. Verfahren zur parallelen Analyse einer Vielzahl einzelner Nukleinsäuremoleküle mit optischen Mitteln nach Anspruch 60 bis 80, wobei die Analyse durch Hybridisierung komplementärer markierter Nukleinsäureketten verläuft.Method for the parallel analysis of a multitude single nucleic acid molecules with optical Compositions according to claims 60 to 80, wherein the analysis is by hybridization complementary labeled nucleic acid chains runs. Verfahren zur Analyse von Nukleinsäureketten mit der festen Phase nach Ansprüchen 2 bis 59, wobei die zu analysierenden Nukleinsäureketten an der festen Phase fixiert sind und die Analyse durch die Hybridisierung von komplementären markierten Nukleinsäureketten erfolgt.Method for analyzing nucleic acid chains with the solid phase according to claims 2 to 59, wherein the nucleic acid chains to be analyzed on the solid phase are fixed and analyzed by hybridization of complementary labeled nucleic acid chains he follows. Verfahren zur Analyse von Nukleinsäureketten mit der festen Phase nach Ansprüchen 2 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.Method for analyzing nucleic acid chains with the solid phase according to claims 2 to 59, wherein on the solid phase nucleic acid strands in a predefined Arrangement are fixed and the nucleic acid chains to be analyzed analyzed by hybridization to the fixed nucleic acid strands become.
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