DE102014210092A1 - Apparatus and method for detecting and quantifying single-stranded target nucleic acids - Google Patents
Apparatus and method for detecting and quantifying single-stranded target nucleic acids Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014210092A1 DE102014210092A1 DE102014210092.5A DE102014210092A DE102014210092A1 DE 102014210092 A1 DE102014210092 A1 DE 102014210092A1 DE 102014210092 A DE102014210092 A DE 102014210092A DE 102014210092 A1 DE102014210092 A1 DE 102014210092A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- oligonucleotide
- target nucleic
- nucleic acid
- reporter
- substrand
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6813—Hybridisation assays
- C12Q1/6834—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
- C12Q1/6837—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion und Quantifizierung von einzelsträngigen Ziel-Nukleinsäuren. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen festen Träger, auf dem wenigstens ein doppelsträngiges Fänger-Oligonukleotid und wenigstens ein doppelsträngiges Reporter-Oligonukleotid immobilisiert sind. Das Fänger-Oligonukleotid umfasst wenigstens eine erste Oligonukleotid-Sequenz, welche zu einer Ziel-Nukleinsäuren teilweise komplementär ist und das Reporter-Oligonukleotid umfasst wenigstens eine zweite Oligonukleotid-Sequenz, welche zur Ziel-Nukleinsäuren teilweise komplementär ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Ausleseeinheit zum Auslesen einer Markierung des Reporter-Oligonukleotids auf dem Träger.The invention relates to an apparatus and a method for the detection and quantification of single-stranded target nucleic acids. The device comprises at least one solid support on which at least one double-stranded capture oligonucleotide and at least one double-stranded reporter oligonucleotide are immobilized. The capture oligonucleotide comprises at least a first oligonucleotide sequence which is partially complementary to a target nucleic acid and the reporter oligonucleotide comprises at least a second oligonucleotide sequence which is partially complementary to the target nucleic acids. Furthermore, the device comprises a readout unit for reading out a label of the reporter oligonucleotide on the carrier.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion und Quantifizierung von einzelsträngigen Ziel-Nukleinsäuren. The invention relates to an apparatus and a method for the detection and quantification of single-stranded target nucleic acids.
Die Expression von Genen in Zellen unterliegt einer strengen Kontrolle und wird durch vielfältige molekulare Prozesse reguliert. Neben der komplexen Regulation der Transkription der Gene spielen auch Mechanismen auf der post-transkriptionalen Ebene, das heißt auf der Ebene der mRNA, eine wichtige Rolle. Insbesondere können kurze, nicht-kodierende Nukleinsäure-Moleküle in die Genexpression eingreifen, indem sie sich spezifisch an komplementäre Sequenzen von mRNA-Molekülen anlagern und dadurch die Translationsrate der mRNA in das entsprechende Protein verändern. Die kurzen Nukleinsäure-Moleküle sind häufig sog. microRNAs (kurz „miRNAs“), die in den letzten Jahren zunehmend das Interesse der molekularbiologischen und medizinischen Forschung geweckt haben. So konnte gezeigt werden, dass ausgewählte miRNAs in einem direkten Zusammenhang mit dem Entstehen bestimmter Krebserkrankungen wie Brustkrebs, Lungenkrebs oder Leukämie stehen. Dabei weisen die Krebszellen eine erhöhte oder verminderte Anzahl spezifischer miRNAs auf. Auch bei immunologischen Erkrankungen, wie Rheuma, treten bestimmte miRNAs in veränderten Konzentrationen auf. Es wird davon ausgegangen, dass allein beim Menschen über 1000 verschiedene miRNA-Moleküle vorkommen. The expression of genes in cells is strictly controlled and regulated by a variety of molecular processes. In addition to the complex regulation of transcription of genes, mechanisms at the post-transcriptional level, that is, at the level of mRNA, also play an important role. In particular, short, noncoding nucleic acid molecules can interfere with gene expression by specifically attaching to complementary sequences of mRNA molecules and thereby altering the translation rate of the mRNA into the corresponding protein. The short nucleic acid molecules are often so-called microRNAs (short "miRNAs"), which have in recent years increasingly aroused the interest of molecular biological and medical research. It has been shown that selected miRNAs are directly related to the development of specific cancers such as breast cancer, lung cancer or leukemia. The cancer cells have an increased or decreased number of specific miRNAs. Even with immunological diseases, such as rheumatism, certain miRNAs occur in altered concentrations. It is assumed that more than 1000 different miRNA molecules are found in humans alone.
Aufgrund der wachsenden Bedeutung und der Vielzahl von miRNAs werden Verfahren zu deren spezifischen Identifizierung und Quantifizierung benötigt. Es sind verschiedene Verfahren zum Nachweis von miRNAs bekannt, beispielsweise die Sequenzierung der miRNAs oder die Amplifikation von miRNAs mittels realtime PCR. Due to the growing importance and variety of miRNAs, methods for their specific identification and quantification are needed. Various methods for the detection of miRNAs are known, for example the sequencing of the miRNAs or the amplification of miRNAs by means of real-time PCR.
Die
Die
Aus dem Stand der Technik ergeben sich verschiedene Probleme. Beispielsweise sind die Spezifität und die Sensitivität des miRNA-Nachweises unzureichend. Bei hybridisierungsbasierten Verfahren liegt die geringe Spezifität unter anderem daran, dass keine vollständige Hybridisierung der miRNA für den Identifizierungsprozess erforderlich ist. Aufgrund der geringen Sensitivität der Verfahren müssen die miRNAs häufig vor ihrem Nachweis amplifiziert werden. Dabei kann es zu einem Einbau von fehlerhaften Nukleotiden kommen, so dass die Spezifität des miRNA-Nachweises noch weiter begrenzt wird. Die Verfahren müssen außerdem bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, weil die geringe Länge von miRNA-Hybriden mit niedrigen Schmelztemperaturen verbunden ist. Dadurch ist der miRNA-Nachweis weder besonders robust noch quantitativ auswertbar. Zudem ist für viele Verfahren ein prä-analytisches Markieren der miRNA notwendig, das die Gefahr von ungenauen Ergebnissen und von Artefakten mit sich bringt. From the prior art, various problems arise. For example, the specificity and sensitivity of miRNA detection are inadequate. Among other things, in hybridization-based methods, the low specificity is that no complete hybridization of the miRNA is required for the identification process. Because of the low sensitivity of the methods, the miRNAs often need to be amplified prior to their detection. This can lead to the incorporation of defective nucleotides, so that the specificity of miRNA detection is further limited. The procedures must also be performed at low temperatures because the short length of miRNA hybrids is associated with low melting temperatures. Thus, the miRNA detection is neither particularly robust nor quantitatively evaluable. In addition, many methods require pre-analytical labeling of miRNA, which entails the risk of inaccurate results and artifacts.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion von einzelsträngigen Nukleinsäuren bereit zu stellen, welches die genannten Probleme löst. The invention is therefore based on the object to provide an apparatus and a method for the detection of single-stranded nucleic acids, which solves the problems mentioned.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion von wenigstens einer einzelsträngigen Ziel-Nukleinsäure in einer Probe umfasst wenigstens einen festen Träger, auf dem wenigstens ein doppelsträngiges Fänger-Oligonukleotid immobilisiert ist. Das Fänger-Oligonukleotid umfasst einen ersten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrang und einen zweiten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrang. Das erste Ende des ersten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrangs ist fest an den Träger gebunden. Der zweite Fänger-Oligonukleotid-Teilstrang weist einen ersten Fänger-Oligonukleotid-Überhang an der vom Träger abgewandten Seite auf. The device according to the invention for detecting at least one single-stranded target nucleic acid in a sample comprises at least one solid support on which at least one double-stranded capture oligonucleotide is immobilized. The capture oligonucleotide comprises a first capture oligonucleotide partial strand and a second capture oligonucleotide partial strand. The first end of the first capture oligonucleotide substrand is tightly attached to the support. The second capture oligonucleotide substrand has a first capture oligonucleotide overhang on the side away from the support.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein doppelsträngiges Reporter-Oligonukleotid mit einem ersten und einem zweiten Reporter-Oligonukleotid-Teilstrang. Ein erstes Ende des zweiten Reporter-Oligonukleotid-Teilstrangs umfasst einen ersten einzelsträngigen Reporter-Oligonukleotid-Überhang. Furthermore, the device according to the invention comprises a double-stranded reporter oligonucleotide having a first and a second reporter oligonucleotide partial strand. A first end of the second reporter oligonucleotide substrand comprises a first single-stranded reporter oligonucleotide overhang.
Der erste Fänger-Oligonukleotid-Überhang umfasst wenigstens eine erste Oligonukleotidsequenz, welche zu einem ersten Ziel-Nukleinsäurenabschnitt komplementär ist. Der erste Reporter-Oligonukleotid-Überhang umfasst wenigstens eine zweite Oligonukleotidsequenz, welche zu einem zweiten Ziel-Nukleinsäuren-Abschnitt komplementär ist. Der erste Fänger-Oligonukleotid-Überhang hybridisiert somit mit dem ersten Ziel-Nukleinsäuren-Abschnitt und der erste Reporter-Oligonukleotid-Überhang hybridisiert mit dem zweiten Ziel-Nukleinsäure-Abschnitt. The first capture oligonucleotide overhang comprises at least a first oligonucleotide sequence that is complementary to a first target nucleic acid segment. The first reporter oligonucleotide overhang comprises at least a second oligonucleotide sequence which complements to a second target nucleic acid portion is. The first capture oligonucleotide overhang thus hybridizes to the first target nucleic acid portion and the first reporter oligonucleotide overhang hybridizes to the second target nucleic acid portion.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ausleseeinheit zum Auslesen einer Markierung des ersten Reporter-Oligonukleotid-Teilstrangs auf dem Träger. Furthermore, the device according to the invention comprises a read-out unit for reading out a label of the first reporter oligonucleotide partial strand on the carrier.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion und Quantifizierung von wenigstens einer einzelsträngigen Zielnukleinsäure umfasst mehrere Schritte: Bereitstellen wenigstens eines festen Trägers auf dem wenigstens ein doppelsträngiges Fänger-Oligonukleotid immobilisiert ist. Das Fänger-Oligonukleotid umfasst einen ersten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrang und einen zweiten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrang. Das erste Ende des ersten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrangs ist an den Träger gebunden. Der zweite Fänger-Oligonukleotid-Teilstrang weist einen ersten Fänger-Oligonukleotid-Überhang an der vom Träger abgewandten Seite auf. The method according to the invention for the detection and quantification of at least one single-stranded target nucleic acid comprises a plurality of steps: providing at least one solid support on which at least one double-stranded capture oligonucleotide is immobilized. The capture oligonucleotide comprises a first capture oligonucleotide partial strand and a second capture oligonucleotide partial strand. The first end of the first capture oligonucleotide substrand is attached to the support. The second capture oligonucleotide substrand has a first capture oligonucleotide overhang on the side away from the support.
Ein weiterer Schritt ist das in Kontaktbringen des Trägers mit wenigstens einer einzelsträngigen Zielnukleinsäure und wenigstens einem doppelsträngigen Reporter-Oligonukleotid bei einer ersten Hybridisierungsbedingung, wobei das Reporter-Oligonukleotid einen ersten und einen zweiten Reporter-Oligonukleotid-Teilstrang umfasst. Ein erstes Ende des zweiten Reporter-Oligonukleotid-Teilstrangs umfasst einen ersten einzelsträngigen Reporter-Oligonukleotid-Überhang. A further step is contacting the support with at least one single-stranded target nucleic acid and at least one double-stranded reporter oligonucleotide in a first hybridization condition, wherein the reporter oligonucleotide comprises a first and a second reporter oligonucleotide sub-strand. A first end of the second reporter oligonucleotide substrand comprises a first single-stranded reporter oligonucleotide overhang.
Der erste Fänger-Oligonukleotid-Überhang umfasst wenigstens eine erste Oligonukleotidsequenz, welche zu einem ersten Ziel-Nukleinsäuren-Abschnitt komplementär ist. Weiterhin umfasst der erste Reporter-Oligonukleotid-Überhang wenigstens eine zweite Oligonukleotidsequenz, welche zu einem zweiten Ziel-Nukleinsäuren-Abschnitt komplementär ist, derart, dass der erste Fänger-Oligonukleotid-Überhang mit dem ersten Ziel-Nukleinsäuren-Abschnitt und dem ersten Reporter-Oligonukleotid-Überhang mit dem zweiten Ziel-Nukleinsäuren-Abschnitt hybridisieren. The first capture oligonucleotide overhang comprises at least a first oligonucleotide sequence that is complementary to a first target nucleic acid portion. Furthermore, the first reporter oligonucleotide overhang comprises at least one second oligonucleotide sequence that is complementary to a second target nucleic acid portion, such that the first capture oligonucleotide overhang with the first target nucleic acid portion and the first reporter oligonucleotide Overhang hybridize with the second target nucleic acid section.
Das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt Ligieren der Ziel-Nukleinsäure an den ersten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrang und an den ersten Reporter-Oligonukleotid-Teilstrang mittels einer Ligase. Weiterhin umfasst es ein erstes Waschen des Trägers bei stringenten Waschbedingungen derart, dass der Träger von nicht ligierten Nukleinsäuren gereinigt wird. Ein weiterer Schritt ist das Auslesen einer Markierung des ersten Reporter-Oligonukleotid-Teilstrangs auf dem Träger. The method further comprises the step of ligating the target nucleic acid to the first capture oligonucleotide substrand and to the first reporter oligonucleotide subset by means of a ligase. Furthermore, it comprises a first washing of the carrier under stringent washing conditions such that the carrier is cleaned of unligated nucleic acids. Another step is reading out a label of the first reporter oligonucleotide partial strand on the support.
Der Begriff Ziel-Nukleinsäure bezeichnet eine einzelsträngige Nukleinsäure mit einer Länge von insbesondere etwa 17 bis etwa 50 Nukleotiden. Die Nukleinsäure kann eine RNA oder eine DNA sein. Insbesondere sind die Nukleinsäuren natürlich vorkommende Nukleinsäuren sowie chemisch hergestellte oder rekombinant hergestellte Nukleinsäuren. The term target nucleic acid refers to a single-stranded nucleic acid having a length of in particular about 17 to about 50 nucleotides. The nucleic acid may be an RNA or a DNA. In particular, the nucleic acids are naturally occurring nucleic acids as well as chemically produced or recombinantly produced nucleic acids.
Der Begriff „hybridisieren“ bezeichnet das Anlagern einer einzelsträngigen RNA oder DNA an eine mindestens abschnittsweise komplementäre einzelsträngige RNA oder DNA unter Ausbildung von Wasserstoffbrücken zwischen den jeweils komplementären Basen, so dass sich in dem zueinander komplementären Abschnitt zwischen den zwei Nukleinsäure-Molekülen Basenpaarungen bilden. The term "hybridize" refers to the attachment of a single-stranded RNA or DNA to an at least partially complementary single-stranded RNA or DNA to form hydrogen bonds between the respective complementary bases, so that base pairings form in the mutually complementary section between the two nucleic acid molecules.
Der Begriff „Hybridisierungsbedingung“ bezeichnet mindestens einen Parameter oder eine Kombination von Parametern, bei dem/der mindestens einer der Hybridisierungsschritte des Verfahrens durchgeführt wird. Die Hybridisierungsbedingung ist eine Bedingung, bei der sich das Fänger-Oligonukleotid, die Ziel-Nukleinsäure und/oder das Reporter-Oligonukleotid an die jeweils dazu komplementären Abschnitte des Gegenstrang-Oligonukleotids unter Bildung von Basenpaarungen anlagern. Die Parameter umfassen vorzugsweise eine Temperatur, eine Salzkonzentration, eine Ionenstärke, einen pH-Wert und/oder einen Zusatz von Reagenzien wie beispielsweise Formamid. The term "hybridization condition" refers to at least one parameter or a combination of parameters in which at least one of the hybridization steps of the method is performed. The hybridization condition is a condition in which the capture oligonucleotide, the target nucleic acid, and / or the reporter oligonucleotide anneal to the respective complementary portions of the opposite strand oligonucleotide to form base pairings. The parameters preferably include a temperature, a salt concentration, an ionic strength, a pH and / or an addition of reagents such as formamide.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Spezifität der Analyse der Ziel-Nukleinsäure deutlich erhöht. Die Ziel-Nukleinsäure wird vollständig an das Reporter- und das Fänger-Oligonukleotid gebunden. Somit wird jede Base analysiert ohne definierte Abschnitte der Ziel-Nukleinsäure auszulassen. Vorteilhaft wird dadurch die Diskriminierung von Ziel-Nukleinsäuren, die sich in randständigen Nukleotiden unterscheiden verbessert. By means of the device according to the invention and the method according to the invention, the specificity of the analysis of the target nucleic acid is markedly increased. The target nucleic acid is completely bound to the reporter and capture oligonucleotide. Thus, each base is analyzed without omitting defined portions of the target nucleic acid. This advantageously improves the discrimination of target nucleic acids which differ in marginal nucleotides.
Weiterhin wird die Sensitivität vorteilhaft erhöht. Nach dem Schritt der Hybridisierung der Ziel-Nukleinsäure an den Doppelstrang des Fänger-Oligonukleotids, bzw. des Reporter-Oligonukleotids, und nach der anschließenden Ligation der Ziel-Nukleinsäure mit dem Fänger-Oligonukleotid und dem Reporter-Oligonukleotid ist die Ziel-Nukleinsäure sowohl fest an den Träger, als auch fest an die Markierung gebunden. Im Waschschritt werden somit sehr gezielt nur ungebundene oder schwach gebundene Reporter-Oligonukleotide oder Nicht-Ziel-Nukleinsäuren vom Träger entfernt. Vorteilhaft verringert dies falsch-positive Signale erheblich und erhöht somit die Sensitivität. Durch die Erhöhung der Sensitivität kann vorteilhaft ein Amplifizieren der Ziel-Nukleinsäure vor einer Analyse vermieden werden. Furthermore, the sensitivity is advantageously increased. After the step of hybridizing the target nucleic acid to the double strand of the capture oligonucleotide, or the reporter oligonucleotide, and then ligation of the target nucleic acid with the capture oligonucleotide and the reporter oligonucleotide, the target nucleic acid is both solid to the carrier, as well as firmly attached to the label. In the washing step, therefore, only unbound or weakly bound reporter oligonucleotides or non-target nucleic acids are very selectively removed from the carrier. Advantageously, this significantly reduces false-positive signals and thus increases the sensitivity. By increasing the sensitivity, amplification of the target nucleic acid prior to analysis can advantageously be avoided.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein quantitatives Messverfahren, welches vorteilhaft sehr geringe Testzeiten zum Nachweise der Ziel-Nukleinsäure benötigt. The method according to the invention is a quantitative measuring method which advantageously requires very short test times for detecting the target nucleic acid.
In einer vorteilhaften Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung umfasst der erste Fänger-Oligonukleotid-Überhang und/oder der erste Reporter-Oligonukleotid-Überhang acht bis 25 Basen. Die Länge des jeweiligen Überhangs hängt von der Länge der Ziel-Nukleinsäure ab. Die Ziel-Nukleinsäure beziehungsweise deren Komplementärsequenz wird auf den Reporter-und Fänger-Oligonukleotid-Überhang aufgeteilt. Diese Aufteilung erfolgt typischerweise derart, dass jedes Nukleotid der Zielnukleinsäure an einen Reporter- oder Fänger-Überhang hybridisiert werden kann. Es ist aber auch denkbar, dass eine Nukleotidfolge oder eine einzelne Base der Ziel-Nukleinsäure weder an das Reporter-Oligonukleotid noch an das Fänger-Oligonukleotid gebunden ist. Dies ist insbesondere zur Detektion von Einzelnukleotid-Polymorphismen vorteilhaft. In an advantageous development and embodiment of the invention, the first capture oligonucleotide overhang and / or the first reporter oligonucleotide overhang comprises eight to 25 bases. The length of each overhang depends on the length of the target nucleic acid. The target nucleic acid or its complementary sequence is split between the reporter and capture oligonucleotide overhang. This partitioning is typically done so that each nucleotide of the target nucleic acid can be hybridized to a reporter or capture overhang. However, it is also conceivable that a nucleotide sequence or a single base of the target nucleic acid is bound neither to the reporter oligonucleotide nor to the capture oligonucleotide. This is particularly advantageous for the detection of single nucleotide polymorphisms.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung umfasst das erste Ende des ersten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrangs sechs Thyminbasen. Das Fänger-Oligonukleotid ist vorteilhaft mit wenigstens einer Thyminbase an den Träger gebunden. In a further advantageous embodiment and development of the invention, the first end of the first capture oligonucleotide partial strand comprises six thymine bases. The capture oligonucleotide is advantageously bound to the support with at least one thymine base.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung weist der erste Reporter-Oligonukleotid-Teilstrang die Markierung auf. Besonders bevorzugt weist der erste Reporter-Oligonukleotid-Teilstrang die Markierung an seinem zum Träger, bzw. zur Ziel-Nukleinäure, distalen Ende auf. Die Markierung wird dann während der Ligation fest über die Ziel-Nukleinsäure und den ersten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrang an den Träger gebunden. In a further advantageous embodiment and development of the invention, the first reporter oligonucleotide partial strand on the label. Particularly preferably, the first reporter oligonucleotide partial strand has the label at its distal end to the carrier or to the target nucleic acid. The label is then tightly bound to the support during ligation via the target nucleic acid and the first capture oligonucleotide partial strand.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die Ligase eine T4-DNA-Ligase. Die T4-DNA Ligase ist ein Enzym, das die ATP-abhängige Ligation von zwei einzelsträngigen RNA- oder DNA-Molekülen katalysiert. Dabei wird eine kovalente Bindung des 3’-Hydroxylendes eines ersten Nukleinsäure-Moleküls an das 5’-Phosphorylende eines zweiten Nukleinsäure-Moleküls hergestellt. Die T4-DNA Ligase kann insbesondere zwei DNA-Moleküle miteinander, zwei RNA-Moleküle miteinander sowie ein DNA-Molekül mit einem RNA-Molekül ligieren. Dies ist erforderlich, da das Repoter- und das Fänger-Oligonukleotid typischerweise DNA-Nukleotide umfassen und die Ziel-Nukleinsäure typischerweise RNA-Nukleotide umfasst. Allerdings ligiert die T4-DNA Ligase nur das 5‘-Ende einer DNA mit einem 3‘-Ende einer RNA. Sie ligiert nicht ein 3‘-Ende der DNA mit einem 5‘-Ende der RNA. Daher wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung das 3‘-Ende der DNA mit wenigstens einem, bevorzugt vier, RNA-Nukleotiden als Chimär synthetisiert, um eine Ligation zu ermöglichen. Dies betrifft insbesondere den ersten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrang. Dieser ist mit seinem 5‘-Ende an den Träger gebunden. Das 3‘-Ende des ersten Fänger-Oligonukleotid-Teilstrangs wird hier mit dem 5‘-Ende der Ziel-Nukleinsäure ligiert. Es ist aber ebenso denkbar, dass die Orientierung der Teilstränge gegenläufig auf dem Träger gebunden ist. In a further advantageous embodiment and development of the invention, the ligase is a T4 DNA ligase. T4 DNA ligase is an enzyme that catalyzes the ATP-dependent ligation of two single-stranded RNA or DNA molecules. A covalent bond of the 3'-hydroxyl end of a first nucleic acid molecule to the 5'-phosphoryl end of a second nucleic acid molecule is thereby produced. In particular, the T4 DNA ligase can ligate two DNA molecules with each other, two RNA molecules with each other and a DNA molecule with an RNA molecule. This is necessary because the repoter and capture oligonucleotide typically comprise DNA nucleotides and the target nucleic acid typically comprises RNA nucleotides. However, T4 DNA ligase only ligates the 5 'end of a DNA with a 3' end of an RNA. It does not ligate a 3 'end of the DNA with a 5' end of the RNA. Therefore, in a further advantageous embodiment and development of the invention, the 3 'end of the DNA is synthesized with at least one, preferably four, RNA nucleotides as a chimera to allow ligation. This concerns in particular the first capture oligonucleotide partial strand. This is bound with its 5 'end to the carrier. The 3 'end of the first capture oligonucleotide substrand is here ligated to the 5' end of the target nucleic acid. However, it is also conceivable that the orientation of the partial strands is bound in opposite directions on the carrier.
Weiterhin muss zur Ligation von DNA und RNA mit der T4-DNA-Ligase das 5‘-Ende der DNA und der RNA phosphoryliert sein. Die Ziel-Nukleinsäure ist insbesondere eine miRNA. Diese liegt bereits natürlich im Körper phosphoryliert vor. Das Reporter- oder das Fänger-Oligonukleotid muss entsprechend phosphoryliert synthetisiert werden. Furthermore, to ligate DNA and RNA with T4 DNA ligase, the 5 'end of the DNA and the RNA must be phosphorylated. The target nucleic acid is in particular a miRNA. This is already naturally phosphorylated in the body. The reporter or capture oligonucleotide must be synthesized according to phosphorylated.
Allgemein müssen für die T4-DNA-Ligase zusammenfassend folgende Voraussetzungen zur Ligation gegeben sein: Die zu ligierenden 5‘-Enden müssen phosphoryliert vorliegen. Im Falle, dass die Ziel-Nukleinsäure eine RNA ist, müssen die zu ligierenden 3‘-Enden des Reporter- oder Fänger-Oligonukleotids RNA-Nukleotide umfassen. Dies kann als RNA-Strang oder als Chimär ausgebildet sein, wobei das Chimär grundsätzlich stabiler ist. In general, the following prerequisites for ligation must be given for T4 DNA ligase: The 5 'ends to be ligated must be present in phosphorylated form. In the case where the target nucleic acid is an RNA, the 3 'ends of the reporter or capture oligonucleotide to be ligated must comprise RNA nucleotides. This can be designed as an RNA strand or as a chimera, the chimera being fundamentally more stable.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung erfolgt vor dem Ligieren ein zweites Waschen des Trägers bei milden Waschbedingungen. Bei milden Waschbedingungen ist die Salzkonzentration gegenüber den harschen Waschbedingungen erhöht und/oder die Temperatur erniedrigt. Bei harschen Waschbedingungen wird hingegen mit niedrigen Salzkonzentrationen und/oder hohen Temperaturen gewaschen. In a further advantageous embodiment and development of the invention, a second washing of the carrier takes place under mild washing conditions prior to ligation. Under mild washing conditions, the salt concentration is increased over the harsh wash conditions and / or the temperature is lowered. In harsh wash conditions, however, washed with low salt concentrations and / or high temperatures.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung werden wenigstens zwei unterschiedliche Ziel-Nukleinsäuren, vorzugsweise 3 bis 130 unterschiedliche Nukleinsäuren, gleichzeitig ausgelesen. Vorteilhaft ist der Träger dann als Chip ausgebildet. In a further advantageous embodiment and development of the invention, at least two different target nucleic acids, preferably 3 to 130 different nucleic acids, are read out simultaneously. Advantageously, the carrier is then designed as a chip.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird die Ligation bei 37 °C durchgeführt. In a further advantageous embodiment and development of the invention, the ligation is carried out at 37 ° C.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Auslesen der Markierung mittels eines „branched DNA"-Tests und das Reporter-Oligonukleotid ist vorzugsweise ein “Preamplifier“. Der „branched DNA"-Test („branched DNA", auf deutsch: verzweigte DNA), der auch unter der Bezeichnung „branched DNA Assay“ bekannt ist, ist ein Signalamplifizierungs-Assay zur Amplifizierung des Reportersignals. Dazu wird ein sogenannter "Preamplifier" (auf deutsch: Vorverstärker) eingesetzt, der direkt oder indirekt an die nachzuweisende Ziel-Nukleinsäure hybridisiert. In nachfolgenden Schritten werden sogenannte "Amplifier" (auf deutsch: Verstärker) an den „Preamplifier“ hybridisiert. „Preamplifier“ und „Amplifier“ sind kurze einzelsträngige Oligodesoxyribonukleotide. Dabei sind die „Amplifier“ verzweigte Oligodesoxyribonukleotide, die Reportermoleküle binden. Die Signalamplifizierung wird erreicht, indem mehrere „Amplifier“ an einen „Preamplifier“ binden und jeder „Amplifier“ typischerweise mehrere Reportermoleküle bindet. In a further advantageous embodiment and development of the invention, the readout of the label is carried out by means of a "branched DNA" test and the reporter oligonucleotide is preferably a "preamplifier." The "branched DNA" test ("branched DNA", in German: branched DNA), also known as "branched DNA Assay", is a signal amplification assay for amplifying the reporter signal, using a so-called "preamplifier" (in German: preamplifier). used, which hybridizes directly or indirectly to the target nucleic acid to be detected. In subsequent steps, so-called "amplifiers" (in German: amplifiers) are hybridized to the "preamplifier". "Preamplifier" and "Amplifier" are short single-stranded oligodeoxyribonucleotides. The "amplifiers" are branched oligodeoxyribonucleotides that bind reporter molecules. Signal amplification is achieved by attaching multiple "amplifiers" to a preamplifier and each "amplifier" typically binds multiple reporter molecules.
Durch eine Verzweigung der „Amplifier“ kann eine hohe Dichte der „Amplifier“ auf dem „Preamplifier“ erreicht werden, die zu einer hohen Sensitivität des „branched DNA"-Tests führt. Somit wird durch den Einsatz des „branched DNA“-Tests die Sensitivität des Verfahrens weiter erhöht. In Abhängigkeit der eingesetzten Markierung, insbesondere Enzym-Markierung oder bDNA-Test, können insbesondere beim Einsatz eines Enzyms bei Testzeiten kleiner als 30 Minuten Konzentrationen der Ziel-Nukleinsäure von kleiner 10 pM detektiert werden. Für den Einsatz eines bDNA-Test sind für Testzeiten kleiner als 45 Minuten Konzentrationen von kleiner als 100fM detektierbar. By branching the "amplifiers", a high density of "amplifiers" on the "preamplifier" can be achieved, which leads to a high sensitivity of the "branched DNA" test Depending on the labeling used, in particular enzyme labeling or bDNA assay, concentrations of the target nucleic acid of less than 30 μM can be detected in particular when using an enzyme at test times of less than 30 minutes Test are detectable for test times less than 45 minutes concentrations of less than 100fM.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. The invention will be further explained below with reference to the drawings.
In Schritt t1 erfolgt das Bereitstellen eines Trägers
Der erste einzelsträngige Fänger-Oligonukleotid-Überhang
Im zweiten beispielhaften Verfahrensschritt zum Zeitpunkt t2 bzw. t2‘ (
Für den Fall, dass die biologische Probe die Zielnukleinsäure miR-16
In diesem Beispiel sind die einzelsträngigen Abschnitte des Fänger-Oligonukleotids
Für den Fall, dass die biologische Probe keine Ziel-Nukleinsäure miR-16
In einem nächsten Verfahrensschritt zum Zeitpunkt t3 (
Für den Fall, dass keine Ziel-Nukleinsäure
Der Träger
Ist keine miR-16
Auch für den Fall, dass eine miRNA anwesend ist, welche nicht komplementär zu dem Fänger-Oligonukleotid
Anschließend wird der Träger
Zum Auslesen eines Signals wird ein Substrat auf den Träger
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 6322971 [0004] US 6322971 [0004]
- US 6344316 [0005] US 6344316 [0005]
Claims (12)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014210092.5A DE102014210092A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Apparatus and method for detecting and quantifying single-stranded target nucleic acids |
PCT/EP2015/058297 WO2015180887A1 (en) | 2014-05-27 | 2015-04-16 | Device and method for detecting and quantifying single-stranded target nucleic acids |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014210092.5A DE102014210092A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Apparatus and method for detecting and quantifying single-stranded target nucleic acids |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014210092A1 true DE102014210092A1 (en) | 2015-12-03 |
Family
ID=53039865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014210092.5A Withdrawn DE102014210092A1 (en) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | Apparatus and method for detecting and quantifying single-stranded target nucleic acids |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102014210092A1 (en) |
WO (1) | WO2015180887A1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6322971B1 (en) | 1992-02-19 | 2001-11-27 | The Public Health Research Institute Of The City Of New York, Inc. | Oligonucleotide arrays and their use for sorting, isolating, sequencing, and manipulating nucleic acids |
US6344316B1 (en) | 1996-01-23 | 2002-02-05 | Affymetrix, Inc. | Nucleic acid analysis techniques |
US20090181390A1 (en) * | 2008-01-11 | 2009-07-16 | Signosis, Inc. A California Corporation | High throughput detection of micrornas and use for disease diagnosis |
WO2011060014A1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | Integrated Dna Technologies, Inc. | Small rna detection assays |
WO2011157617A1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Febit Holding Gmbh | Complex set of mirna libraries |
WO2012112714A1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-08-23 | Institute For Systems Biology | Improved methods to detect and quantify rna |
DE102012204366A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and kit for identifying and quantifying a single-stranded target nucleic acid |
WO2013142364A1 (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | Integrated Dna Technologies, Inc. | Modified rnase h enzymes and their uses |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6238866B1 (en) * | 1996-04-16 | 2001-05-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Detector for nucleic acid typing and methods of using the same |
-
2014
- 2014-05-27 DE DE102014210092.5A patent/DE102014210092A1/en not_active Withdrawn
-
2015
- 2015-04-16 WO PCT/EP2015/058297 patent/WO2015180887A1/en active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6322971B1 (en) | 1992-02-19 | 2001-11-27 | The Public Health Research Institute Of The City Of New York, Inc. | Oligonucleotide arrays and their use for sorting, isolating, sequencing, and manipulating nucleic acids |
US6344316B1 (en) | 1996-01-23 | 2002-02-05 | Affymetrix, Inc. | Nucleic acid analysis techniques |
US20090181390A1 (en) * | 2008-01-11 | 2009-07-16 | Signosis, Inc. A California Corporation | High throughput detection of micrornas and use for disease diagnosis |
WO2011060014A1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | Integrated Dna Technologies, Inc. | Small rna detection assays |
WO2011157617A1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Febit Holding Gmbh | Complex set of mirna libraries |
WO2012112714A1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-08-23 | Institute For Systems Biology | Improved methods to detect and quantify rna |
DE102012204366A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and kit for identifying and quantifying a single-stranded target nucleic acid |
WO2013142364A1 (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | Integrated Dna Technologies, Inc. | Modified rnase h enzymes and their uses |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015180887A1 (en) | 2015-12-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102012204366B4 (en) | Method and kit for identifying and quantifying a single-stranded target nucleic acid | |
EP2776585B1 (en) | Bifunctional oligonucleotidprobe suitable for universal real-time multianalyte detection | |
DE102007029772B4 (en) | Method and rapid test for the detection of specific nucleic acid sequences | |
WO2003054225A2 (en) | Method for determining nucleic acid analytes | |
DE102011114984B3 (en) | Sequence-specific analysis of nucleic acids | |
EP1960537A1 (en) | Process for determining the genotype from a biological sample containing nucleic acids of different individuals | |
DE102006005287B4 (en) | Method for the detection of target nucleic acids | |
EP2556168B1 (en) | Method for detecting specific nucleic acid sequences | |
DE102014210092A1 (en) | Apparatus and method for detecting and quantifying single-stranded target nucleic acids | |
DE60029607T2 (en) | Electrochemiluminescence HELIKASETEST | |
EP2209918B1 (en) | Method for calibrating a sensor element | |
DE102005029810B4 (en) | Method for detecting nucleotide sequences, use of the method and test set | |
EP2706124B1 (en) | Simultaneous detection of different micro RNA biogenesis forms | |
DE102005051816A1 (en) | Method for relative determination of the copy number of a predetermined sequence in a biological sample | |
WO2013091614A1 (en) | Method for the electrochemical detection of nucleic acid oligomer hybridisation occurrences | |
DE102004023439B4 (en) | Detection of RNA via microarrays | |
DE102013221402A1 (en) | Method for detecting and quantifying a single-stranded target nucleic acid | |
EP1787118A1 (en) | Method for increasing the dynamic recording range for microarrays | |
DE102011008790A1 (en) | Rapid analysis of gene-specific ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid molecules made of complex nucleic acid mixture, comprises e.g. isolating total ribonucleic acid or deoxyribonucleic acid, and separating nucleic acid mixture by size | |
DE102013211113A1 (en) | Method for the combined quantification and sequencing of at least one target nucleic acid |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SIEMENS HEALTHCARE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |