DE10004659A1 - Synthesizing carrier bound arrays of oligomers, useful for performing parallel polymerase chain reactions, e.g. for gene expression analysis, includes reversal of orientation - Google Patents

Synthesizing carrier bound arrays of oligomers, useful for performing parallel polymerase chain reactions, e.g. for gene expression analysis, includes reversal of orientation

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DE10004659A1 DE2000104659 DE10004659A DE10004659A1 DE 10004659 A1 DE10004659 A1 DE 10004659A1 DE 2000104659 DE2000104659 DE 2000104659 DE 10004659 A DE10004659 A DE 10004659A DE 10004659 A1 DE10004659 A1 DE 10004659A1
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Abstract

Synthesis of a carrier-bound array (1) of oligomers (2), particularly oligo(ribo)nucleotides, with free ends (A), particularly 3'-hydroxy, and with (i) ends (B), particularly 5'-hydroxy, temporarily protected and (ii) sidechain reactive groups permanently protected. After combinatorial synthesis of (2) on the carrier (9), the temporary protecting group (4) at end (B) is removed and subsequently (but before removing sidechain protecting groups), the free ends (B) are crosslinked by an agent (7). The covalent bond (8) between end (A) and (9) is cleaved for at least a portion (preferably a major portion) of (2) to generate free ends (A), and then a portion (preferably a major portion) of (2) are covalently bonded to (9) through (7). Independent claims are also included for the following: (1) similar method (M1) involving two rounds of combinatorial synthesis; (2) solid-phase PCR (polymerase chain reaction) in which template DNA is hybridized to primers synthesized on a carrier by the new methods; (3) device (I) for analyzing an array of (2); (4) method (M2) of analysis using (I); (5) carrier (II) with at least one array of (2) with free 3'-hydroxy ends for parallel analysis of PCR; and (6) method (M3) for synthesis of carrier-bound arrays of oligomer pairs.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Synthese und Analyse von träger-gebundenen Arrays von Oligomeren, insbesondere von Primerpaaren für die PCR (Polymerase Chain Reaction - Polymerase Kettenreaktion), sowie Träger mit Oligomeren. Im besonderen betrifft die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen zur parallelen Synthese komplexer Oligomer-, insbesondere Oligo­ nukleotidbibliotheken.The invention relates to methods and devices for synthesis and Analysis of carrier-bound arrays of oligomers, in particular of primer pairs for PCR (polymerase chain reaction - Polymerase chain reaction), and carriers with oligomers. in the In particular, the invention relates to methods and devices for parallel synthesis of complex oligomer, especially oligo nucleotide libraries.

Dabei bezeichnet hier der Begriff "Oligomer-" bzw. "Oligonukleo­ tidbibliothek" die Gesamtheit von vielen unterschiedlichen, an defi­ nierten Orten auf einem Träger gebundenen Oligomeren, -peptiden, -nukleotiden oder -ribonukleotiden, wobei die unterschiedlichen Oligomere bzw. -(ribo)nukleotide möglichst kompakt angeordnet sein sollen. Solche Molekülbibliotheken entstehen insbesondere durch die kombinatorische Synthese einer begrenzten Zahl von Monomeren.Here, the term "oligomer" or "oligonucleotide" denotes tid library "the entirety of many different, defi oligomers, peptides bound to supported sites, -nucleotides or -ribonucleotides, the different Oligomers or - (ribo) nucleotides should be arranged as compact as possible should. Such molecular libraries are created in particular by the combinatorial synthesis of a limited number of monomers.

Der Begriff "komplex" bezeichnet Molekülbibliotheken mit mehr als 102 unterschiedlichen Vertretern, insbesondere jedoch Molekül­ bibliotheken mit mehr als 104 unterschiedlichen Vertretern.The term "complex" refers to molecule libraries with more than 10 2 different representatives, but in particular molecule libraries with more than 10 4 different representatives.

Die Erfindung soll insbesondere eine Synthese von Primerpaaren mit freiem 3'-OH-Ende ermöglichen, die für eine nachfolgende PCR Analyse geeignet sind und die als Paar an jeweils einem definierten Ort auf einem Träger durch die kombinatorische Synthese entstehen.The invention is intended in particular with a synthesis of primer pairs allow free 3'-OH end for a subsequent PCR  Analysis are suitable and as a couple at a defined location are created on a carrier by combinatorial synthesis.

Die bisher bekannten Festphasen-Synthesemethoden für die Synthese von Oligonukleotiden und die kombinatorische Synthese von Oligo­ nukleotidarrays verankern das wachsende Oligonukleotid mit dem 3'- OH-Ende am Träger, während neue Monomere nach dem Abspalten der temporären Schutzgruppe an das 5'-OH-Ende gekoppelt werden. Nach erfolgter Synthese werden alle Schutzgruppen abgespalten. Bei diesem letzten Schritt entscheidet die Verankerungsweise an den Träger, ob das Oligonuklotid mit seinem 3'-OH-Ende am Träger gebunden bleibt, oder ob es in die lösliche Fraktion übergeht. Die Synthese von zwei unterschiedlichen definierten Oligonukleotidarrays an jeweils einem definierten Ort ist bisher nicht beschrieben.The previously known solid phase synthesis methods for synthesis of oligonucleotides and the combinatorial synthesis of oligo nucleotide arrays anchor the growing oligonucleotide with the 3'- OH end on the support, while new monomers after cleavage the temporary protective group can be coupled to the 5'-OH end. After the synthesis, all protective groups are split off. At In this last step, the way of anchoring decides Carrier, whether the oligonucleotide with its 3'-OH end on the carrier remains bound, or whether it passes into the soluble fraction. The Synthesis of two different defined oligonucleotide arrays at a defined location in each case has not yet been described.

Es wäre jedoch vorteilhaft, wenn definierte Primerpaare mit jeweils freien 3'-OH-Enden an einem definierten Ort fixiert werden könnten, denn damit können z. B. tausende PCR-Reaktionen sehr einfach parallel durchgeführt werden.However, it would be advantageous if defined primer pairs with each free 3'-OH ends could be fixed at a defined location, because z. B. thousands of PCR reactions very easily in parallel be performed.

Die bisherigen Verfahren stehen dem jedoch entgegen, denn es wird in der Regel nur ein definiertes Oligonukleotid pro definiertem Ort synthetisiert und die synthetisierten Oligonukleotide binden mit ihrem 3'OH-Ende an den Träger. However, the previous procedures stand in the way, because it is in usually only one defined oligonucleotide per defined location synthesized and the synthesized oligonucleotides bind with their 3'OH end to the carrier.  

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, verbes­ serte Verfahren und Vorrichtungen zur Synthese bzw. Analyse von Oligomeren auf einem Träger, insbesondere von Primerpaaren für die PCR (Polymerase Chain Reaction - Polymerase Kettenreaktion), sowie verbesserte Träger mit in situ gereinigten Oligomeren anzugeben.Proceeding from this, the invention is based, verbes the task Serte methods and devices for the synthesis or analysis of Oligomers on a support, in particular primer pairs for the PCR (polymerase chain reaction - polymerase chain reaction), and to provide improved carriers with oligomers purified in situ.

Die Aufgabe wird gelöst von Verfahren bzw. Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Durch- bzw. Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by methods and devices with the Features of the independent claims. Advantageous or embodiments are the subject of the dependent claims.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Beispiele in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen jeweils schematischFurther details and advantages of the invention result from the following description of some examples in connection with the Drawing. They each show schematically

Fig. 1, I. das Abspalten der temporären Schutzgruppen 4 am 5'- OH-Ende 5 der Oligonukleotide 2 nach der kombi­ natorischen Synthese eines ersten Arrays 1 von an be­ stimmten Orten 10 auf dem Träger 9 gebundenen Oligonukleotiden 2, Fig. 1, I. cleaving off the temporary protective groups 4 at the 5 'OH end of the oligonucleotide 5 2 according to the combinatorial synthesis of a first array of 1 to be agreed locations 10 on the support 9 bound oligonucleotides 2,

Fig. 1, II. die Bildung von Quervernetzungen 7 zwischen den nun freien 5'-OH-Enden 5 der Oligonukleotide 2, Fig. 1, II., The formation of cross-links 7 between the now free 5'-OH ends of the oligonucleotides 5 2,

Fig. 2, III. das Abspalten einer von der ersten temporären Schutzgruppe 4 unterschiedlichen zweiten nicht- permanenten Schutzgruppe 20 auf dem Träger 9, wodurch auf dem Träger eine reaktive Gruppe 22 entsteht, Fig. 2, III. the splitting off of a second non-permanent protective group 20 which differs from the first temporary protective group 4 on the support 9 , as a result of which a reactive group 22 is formed on the support,

Fig. 2, IV. den Aufbau eines zweiten Arrays von ortsgenau defi­ nierten Oligonukleotiden 2 auf der reaktiven Gruppe 22 mittels kombinatorischer Synthese, Fig. 2, the structure of a second array of locally precisely defi ned oligonucleotides 2 to the reactive group 22 by means of combinatorial synthesis IV.

Fig. 3, V. die Bildung von Quervernetzungen 7 zwischen den freien 5'-OH-Enden 5 des zweiten Arrays von ortsgenau definierten Oligonukleotiden 2, wodurch ein Array von Primerpaaren 21 definierter Sequenz entsteht, die jeweils ortsgenau definiert sind, Fig. 3, V the formation of cross-links 7 between the free 5'-OH ends 5, each defined precise positions of the second array of spatially well-defined oligonucleotides 2, is produced whereby an array of 21 primer pairs of defined sequence,

Fig. 3, VI. das Abspalten der permanenten Schutzgruppen 6, wobei durch die Wahl geeigneter "Handles" 8 erreicht wird, dass die Mehrzahl der Oligonukleotide 2 mit freiem 3'- OH-Ende 3 vorliegt, Fig. 3, VI. the permanent protective groups 6 are split off, the selection of suitable “handles” 8 ensuring that the majority of the oligonucleotides 2 with a free 3′-OH end 3 are present,

Fig. 4, VII. das Hybridisieren von Template-DNA 23 an genau definierten Orten 10 an einen komplementären Primer 2, wobei eine DNA-Polymerase ausgehend vom 3'OH- Ende 3 des Primers 2 den Gegenstrang 26 synthetisiert und ein regulierbarer Heizblock 11 die Hybridisierungstemperatur, die Temperatur für die DNA-Polymerisation und die Temperatur für das Aufschmelzen des DNA-Doppelstrangs liefert, Fig. 4, the hybridization of template DNA 23 at precisely defined locations 10 to a complementary primer 2 VII. Wherein a DNA polymerase starting with the primer 2 synthesized by 3'OH- end 3 of the strand 26 and a controlled heater block 11, the Hybridization temperature, the temperature for the DNA polymerization and the temperature for melting the DNA double strand,

Fig. 4, VIII. das Hybridisieren des an das 3'OH-Ende 3 des Primers 2 synthetisierten DNA-Einzelstrangs 26 nach dem Aufschmelzen des DNA-Doppelstrangs an den komplementären Gegenstrangprimer 24, Fig. 4, VIII. Hybridizing the on-the 3'OH end 3 of the primer 2 synthesized DNA single strand 26 after melting of the DNA double strand to the complementary strand primer 24,

Fig. 4, IX. die Bildung eines doppelsträngigen PCR-Produktes 27 nach einer erneuten DNA-Polymerisation, Fig. 4, IX. the formation of a double-stranded PCR product 27 after renewed DNA polymerization,

Fig. 4, X. den Einbau oder das Einlagern eines zum Nachweis des PCR-Produktes 27 dienenden Fluoreszenzfarbstoffs 25 in das ortsgenau definiert entstandene PCR-Produkt 27, das durch weitere PCR-Zyklen vermehrt werden kann, Fig. 4, X. the installation or incorporating a serving for the detection of the PCR product 27 fluorescence dye 25 in the precisely defined positions resulting PCR product 27, which can be propagated by further cycles of PCR,

Fig. 5. I. & II. ein Verfahren zur Synthese eines träger-gebundenen Arrays 1 von Oligonukleotiden 2 mit freien 3'OH- Enden 3, wobei (Fig. 5, I.) nach erfolgter kombina­ torischer Synthese die temporäre Schutzgruppe 4 vom 5'OH-Ende 5 abgespalten wird und anschließend noch vor dem Abspalten der permanenten Schutzgruppen 6 die freien 5'OH-Enden 5 quervernetzt werden, worauf (Fig. 5, II.) die kovalente Bindung 8 über das 3'OH- Ende der synthetisierten Oligonukleotide an den Träger 9 bei einem Teil, vorzugsweise bei einem überwiegenden Teil der synthetisierten Oligonukleotide oder Oligoribonukleotide 2 abgespalten wird, so dass freie 3'OH-Enden 3 entstehen und nach der Abspaltung dieser 3'OH-Enden 3 vom Träger 9 ein Teil, vorzugsweise ein überwiegender Teil der synthetisierten Oligonukleotide oder Oligoribonukleotide 2 aufgrund der Quervernetzungen 7 am 5'OH-Ende 5 kovalent an den Träger 9 binden kann, Fig. 5. I. & II. A process for the synthesis of a carrier-bound array 1 of oligonucleotides 2 with free 3'OH ends 3 , wherein ( Fig. 5, I.) after the combinatorial synthesis the temporary protective group 4 from 5'OH end 5 is split off and then, before the permanent protective groups 6 are split off, the free 5'OH ends 5 are crosslinked, whereupon ( FIG. 5, II.) The covalent bond 8 via the 3'OH end of the synthesized oligonucleotides on the carrier 9 is split off in part, preferably in a predominant part of the synthesized oligonucleotides or oligoribonucleotides 2 , so that free 3'OH ends 3 are formed and a part after the splitting off of these 3'OH ends 3 from the carrier 9 , preferably a predominant part of the synthesized oligonucleotides or oligoribonucleotides 2 can bind covalently to the support 9 due to the cross-links 7 at the 5'OH end 5 ,

Fig. 6 eine Vorrichtung zur parallelen Analyse von PCR-Re­ aktionen, bei welcher der metallische Heizblock 11 planar gefräst und zwischen einer Detektionseinheit 17 und einem Array 1 von Oligonukleotiden 2 ein Fluoreszenzlichtfilter 18 vorgesehen ist, der An­ regungslicht 14 ausblendet, aber emittiertes Fluores­ zenzlicht 19 passieren läßt. Fig. 6 shows a device for parallel analysis of PCR reactions, in which the metallic heating block 11 is milled planar and a fluorescent light filter 18 is provided between a detection unit 17 and an array 1 of oligonucleotides 2 , which fades out excitation light 14 , but emits fluorescent light 19 lets happen.

Um eine klare Sprache zu ermöglichen, ist in der Beschreibung der Fig. 1 bis Fig. 6 nur von Oligonukleotiden (2) die Rede. Die Beschreibung gilt aber genauso für andere Oligomere (2), wie auch schon aus der Beschriftungstabelle ersichtlich. Es gibt viele kombinatorische Synthesen, wo die unterschiedlichen Monomere jeweils zwei unterscheidbare Enden A (3) und B (5) haben. Bei Nukleotiden sind das das 3'OH-Ende und das 5'OH-Ende, bei Aminosäuren die COOH Gruppe und die NH2 Gruppe, bei anderen Monomeren sind es wieder andere Gruppen. Die Erfindung bezieht sich auf alle diese unterschiedlichen kombinatorischen Synthesen. In order to allow a clear language in the specification 1, the FIG. To FIG. 6, only of oligonucleotides (2) the speech. However, the description also applies to other oligomers ( 2 ), as can already be seen from the labeling table. There are many combinatorial syntheses where the different monomers each have two distinguishable ends A ( 3 ) and B ( 5 ). With nucleotides these are the 3'OH end and the 5'OH end, with amino acids the COOH group and the NH 2 group, with other monomers there are other groups. The invention relates to all of these different combinatorial syntheses.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht nur die Synthese von Oligonukleotiden (2) mit freiem 3'OH-Ende (3) ermöglicht, sondern darüber hinaus die in situ Reinigung von Träger gebundenen Oligomeren (2). Je länger ein Oligomer bei der kombinatorischen Synthese wird, um so mehr trägergebundene Synthese Artefakte entstehen (nicht dargestellt in Fig. 1 bis Fig. 6), die den bei weitem überwiegenden Teil der synthetisierten Oligomere ausmachen können. Dies stört bei sehr vielen Anwendungen, denn man möchte eine Bindung oder einen anderen beobachtbaren Effekt dem definierten Oligomer und nicht einem undefinierten Artefakt zuschreiben. Meistens entstehen diese Synthese Artefakte dadurch, dass nach der Abspaltung der temporären Schutzgruppen (4) nicht alle reaktiven Gruppen mit einem neuen Monomer abreagieren. Diese werden deswegen normalerweise "gecapt" bevor ein neuer Kopplungszyklus mit dem Abspalten der temporären Schutzgruppe (4) beginnt. Durch das "cappen" aber verlieren die Synthese Artefakte ihre reaktive Gruppe, womit sie auch nicht quervernetzt (7) werden können. Wenn schließlich nach der Quervernetzung (7) ein Teil (vorzugsweise ein sehr großer Teil) der Enden A (3) vom Träger abgespalten wird (Fig. 3, VI) wird derselbe Anteil von Synthese Artefakten abgespalten. Da diese nicht quervernetzt (7) sind, binden sie nicht mehr an den Träger (9) und können weggewaschen werden.At this point it should be pointed out that the invention not only enables the synthesis of oligonucleotides ( 2 ) with a free 3'OH end ( 3 ), but also the in situ purification of carrier-bound oligomers ( 2 ). The longer an oligomer in the combinatorial synthesis is, the more carrier-bound synthesis artifacts (1 not shown in FIG. To FIG. 6) formed, which can make up the predominant part by far of the synthesized oligomers. This is annoying in very many applications, because one would like to attribute a binding or another observable effect to the defined oligomer and not to an undefined artifact. Most of these synthesis artefacts result from the fact that after the temporary protective groups ( 4 ) have been split off, not all reactive groups react with a new monomer. For this reason, these are normally "captured" before a new coupling cycle begins with the cleavage of the temporary protective group ( 4 ). By "capping" the synthesis artifacts lose their reactive group, which means that they cannot be cross-linked ( 7 ). Finally, after the crosslinking ( 7 ) a part (preferably a very large part) of the ends A ( 3 ) is split off from the support ( FIG. 3, VI), the same part of synthesis artifacts is split off. Since these are not cross-linked ( 7 ), they no longer bind to the carrier ( 9 ) and can be washed away.

Um die Synthese von an einem Träger fixieren definierten Primer­ paaren mit jeweils freiem 3'-OH-Enden an einem definierten Ort zu erreichen, werden die nach dem Stand der Technik bekannten kombinatorischen Synthesen wie folgt geändert (siehe Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3):To the synthesis of fixing on a carrier defined primer pairs to reach each free 3'-OH ends at a defined location, the combinatorial syntheses known in the prior art are amended as follows (see Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3):

Wie in den Fig. 1, I und II schematisch angedeutet ist, werden in einem ersten Schritt nach der kombinatorischen Synthese eines ersten Arrays 1 von an bestimmten, genau definierten Orten 10 auf dem Träger 9 gebundenen Oligonukleotiden 2 die temporären Schutzgruppen 4 (ein Beispiel für eine solche Schutzgruppe ist 4',4'-Dimethoxytritylchlorid (DMTr)) am 5'-OH-Ende 5 der Oligonukleotide 2 abgespalten und anschließend die nun freien 5'-OH-Enden 5 über Quervernetzungen 7 quervernetzt. Dies geschieht in an sich bekannter Weise.As is schematically indicated in FIGS. 1, I and II, in a first step after the combinatorial synthesis of a first array 1 of oligonucleotides 2 bound to the carrier 9 at specific, precisely defined locations 10, the temporary protective groups 4 (an example of such a protective group is split off 4 ', 4'-dimethoxytrityl chloride (DMTr)) at the 5'-OH end 5 of the oligonucleotides 2 and then the now free 5'-OH ends 5 are cross-linked via cross-links 7 . This is done in a manner known per se.

Wie in den Fig. 1, II und Fig. 2, III schematisch dargestellt, wird an­ schließend in einem zweiten Schritt eine von der genannten ersten temporären Schutzgruppe 4 unterschiedliche zweite nicht-permanente Schutzgruppe 20 (z. B. 2-Acetyl-5, 5-dimethyl-1, 3-cyclohexandion, (Dde)) auf dem Träger 9 abgespalten. Dies geschieht ebenfalls in an sich bekannter Weise. Die zweite nicht-permanente Schutzgruppe 20 kann während des genannten Quervernetzens der freien 5'-OH-Enden eingeführt werden oder aber schon vor der Synthese des ersten Arrays 1 von an bestimmten Orten 10 gebundenen Oligonukleotiden 2 auf den Träger 9 aufgebracht worden sein.As shown schematically in FIGS. 1, II, and Fig. 2, III, is at closing in a second step a different from said first temporary protective group 4 second non-permanent protective group 20 (eg. B. 2-Acetyl-5, 5-dimethyl-1, 3-cyclohexanedione, (Dde)) split off on the support 9 . This also happens in a manner known per se. The second non-permanent protective group 20 can be introduced during the above-mentioned crosslinking of the free 5'-OH ends, or else it could have been applied to the support 9 prior to the synthesis of the first array 1 of oligonucleotides 2 bound at certain locations 10 .

In einem dritten, in den Fig. 2, III & IV sowie Fig. 3, V schematisch dargestellten Schritt entsteht durch die Abspaltung der zweiten nicht- permanenten Schutzgruppe 20 auf dem Träger 9 eine reaktive Gruppe 22 (z. B. eine Hydroxylguppe oder eine Aminogruppe) auf der mit Hilfe von bekannten kombinatorischen Synthesen ein zweites Array von ortsgenau definierten Oligonukleotiden 2 aufgebaut werden kann, dessen freie 5'-OH-Enden 5 wie oben beschrieben quervernetzt werden (Quervernetzungen 7). Dadurch entsteht ein Array von Primerpaaren 21 definierter Sequenz, die jeweils ortsgenau definiert sind.In a third, in the Fig. 2, III & IV and V step schematically illustrated Fig. 3, produced by the cleavage of the second non-permanent protection group 20 on the support 9 is a reactive group 22 (eg. As a Hydroxylguppe or Amino group) on which, with the aid of known combinatorial syntheses, a second array of precisely defined oligonucleotides 2 can be built up, the free 5'-OH ends 5 of which are crosslinked as described above (crosslinking 7 ). This creates an array of primer pairs 21 of a defined sequence, each of which is defined in a precise location.

Anschließend werden, wie in Fig. 3, VI angedeutet, in einem vierten Schritt in an sich bekannter Weise die permanenten Schutzgruppen 6 abgespalten, wobei durch die Wahl geeigneter "Handles" 8 erreicht wird, dass die Mehrzahl der Oligonukleotide 2 nun mit freiem 3'-OH- Ende 3 vorliegen. Die weitere Verankerung 8 der Oligonukleotide 2 wird dabei vorzugsweise durch unvollständige Abspaltung der genannten Handles 8 erreicht, z. B. durch Derivatisieren des Trägers 9 mit einem Gemisch von Handles 8, deren einer Teil unter den gewählten Bedingungen abgespalten wird, während ein vorzugsweise kleinerer Anteil der Handles 8 unter den gewählten Bedingungen kovalent mit dem Träger 9 verbunden bleibt.Subsequently, as indicated in FIG. 3, VI, the permanent protective groups 6 are split off in a known manner in a fourth step, the selection of suitable “handles” 8 ensuring that the majority of the oligonucleotides 2 are now free 3 ' -OH- end 3 are present. The further anchoring 8 of the oligonucleotides 2 is preferably achieved by incomplete splitting off of the handles 8 mentioned , e.g. B. by derivatizing the carrier 9 with a mixture of handles 8 , part of which is split off under the selected conditions, while a preferably smaller proportion of the handles 8 remains covalently connected to the carrier 9 under the selected conditions.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren hat unter anderem den Vorteil,
This method according to the invention has the advantage, among other things,

  • - dass anstelle eines Arrays von jeweils einzelnen ortsgenau defi­ nierten Oligonukleotiden ein Array von definierten Oligonukleotid- Paaren entsteht,- That instead of an array of individual, precisely defined nated oligonucleotides an array of defined oligonucleotide Mating arises,
  • - dass die Oligonukleotide anstelle eines freien 5'-OH-Endes freie 3'- OH-Enden besitzen und somit ein template-abhängiges potentielles Substrat für DNA-Polymerasen darstellen, - that the oligonucleotides instead of a free 5'-OH end free 3'- Have OH ends and thus a template-dependent potential Represent a substrate for DNA polymerases,  
  • - dass eine in situ Anreinigung der definierten Oligonukleotide stattfindet.- That an in situ purification of the defined oligonucleotides takes place.

Insbesondere letzgenannte Anreinigung der lediglich bespielhaft und nicht beschränkend genannten Oligonukleotide hat in der Praxis große Vorteile und kann problemlos statt bei Oliogonukleotiden auch bei anderen Oligomeren, wie z. B. RNA oder Peptiden, angewendet werden. So hat bei den bislang bekannten Verfahren die Mehrzahl der Syntheseartefakte kein freies 5'-OH-Ende und wird somit bei dem oben beschriebenen ersten Schritt nicht quervernetzt. Beim beschriebenen vierten Schritt wird jedoch zusammen mit den am 5'OH-Ende quer­ vernetzten Oligonukleotiden auch der größte Teil der Syntheseartefakte abgespalten und kann anschließend vom Träger weggewaschen werden.In particular, the latter cleaning up of only exemplary and The oligonucleotides mentioned without limitation have large in practice Advantages and can also be used without problems instead of with oligonucleotides other oligomers, such as. B. RNA or peptides applied become. So the majority of the previously known methods Synthesis artifacts no free 5'-OH end and is thus the one above described first step not cross-linked. With the described fourth step, however, is cross-cut along with the 5'OH end cross-linked oligonucleotides also make up the majority of the synthesis artifacts split off and can then be washed away from the wearer become.

Die beschriebenen Primerpaare 21 können einer ortsgenau definierten "Festphasen-PCR" dienen. Verglichen mit herkömmlichen PCR- Verfahren können dabei sehr einfach tausende von PCR-Reaktionen in einem Reaktionsgefäß durchgeführt werden. Fig. 4 VII. zeigt, wie Template-DNA 23 an genau definierten Orten 10 an einen komplementären Primer 2 hybridisiert. Eine DNA-Polymerase synthetisiert den Gegenstrang 26 ausgehend vom 3'OH-Ende 3 des Primers 2. Ein regulierbarer Heizblock 11 liefert die zur Hybridi­ sierung, zur DNA-Polymerisation und zum Aufschmelzen des DNA- Doppelstrangs jeweils benötigte Wärme. The primer pairs 21 described can be used for a precisely defined "solid phase PCR". Compared to conventional PCR methods, thousands of PCR reactions can be carried out very easily in one reaction vessel. Fig. 4 VII. Shows how hybridized template DNA 23 at precisely defined locations 10 to a complementary primer 2. A DNA polymerase synthesizes the counter strand 26 starting from the 3'OH end 3 of the primer 2 . A controllable heating block 11 provides the heat required for hybridization, for DNA polymerization and for melting the DNA double strand.

In Fig. 4, VIII. ist gezeigt, wie nach dem Aufschmelzen des DNA- Doppelstrangs der wie in Fig. 4, VII gezeigt an das 3'OH-Ende 3 des Primers 2 synthetisierte DNA-Einzelstrang 26 an den komplementären Gegenstrangprimer 24 hybridisiert.In FIG. 4, VIII. As shown, as the shown in Fig. 4, VII to the 3'OH end 3 of the single-stranded DNA hybridized to the complementary strand primer 24 after melting of DNA double strand primer 2 synthesized 26th

Fig. 4, IX. veranschaulicht die Bildung eines doppelsträngigen PCR- Produktes 27 nach einer erneuten DNA-Polymerisation. Fig. 4, IX. illustrates the formation of a double-stranded PCR product 27 after renewed DNA polymerization.

Ein zum Nachweis des ortsgenau definiert entstandenen PCR- Produktes 27, das durch weitere PCR-Zyklen vermehrt werden kann, dienender Fluoreszenzfarbstoff 25 kann wie in Fig. 4. X. angedeutet eingebaut oder eingelagert werden.A fluorescent dye 25 , which is used to detect the precisely defined PCR product 27 that can be multiplied by further PCR cycles, can be installed or incorporated as indicated in FIG. 4.

Mit Bezug auf Fig. 5 wird nachfolgend ein Verfahren zur Synthese eines trägergebundenen Arrays 1 von Oligonukleotiden 2 mit freien 3'OH- Enden 3 beschrieben.A method for the synthesis of a carrier-bound array 1 of oligonucleotides 2 with free 3'OH ends 3 is described below with reference to FIG. 5.

Wie in Fig. 5, I. gezeigt, wird nach erfolgter kombinatorischer Synthese die temporäre Schutzgruppe 4 vom 5'OH-Ende 5 abgespalten. Anschließend werden noch vor dem Abspalten der permanenten Schutzgruppen 6 die freien 5'OH-Enden 5 durch Quervernetzungen 7 verbunden.As shown in FIG. 5, I., after the combinatorial synthesis has taken place, the temporary protective group 4 is cleaved from the 5'OH end 5 . Subsequently, the free 5'OH ends 5 are connected by crosslinking 7 before the permanent protective groups 6 are split off.

Anschließend wird wie in Fig. 5, II. gezeigt die kovalente Bindung 8 über das 3'OH-Ende der synthetisierten Oligonukleotide an den Träger 9 bei einem Teil, vorzugsweise bei einem überwiegenden Teil der synthetisierten Oligonukleotide oder Oligoribonukleotide 2 abgespalten, so dass freie 3'OH-Enden 3 entstehen. Nach der Ab­ spaltung dieser 3'OH-Enden 3 vom Träger 9 bindet ein Teil, vorzugsweise ein überwiegender Teil der synthetisierten Oligo­ nukleotide oder Oligoribonukleotide 2 aufgrund der genannten Quervernetzung 7 am 5'OH-Ende 5 kovalent 8 an den Träger 9.Subsequently, as shown in FIG. 5, II., The covalent bond 8 is cleaved via the 3'OH end of the synthesized oligonucleotides to the carrier 9 in part, preferably in the majority, of the synthesized oligonucleotides or oligoribonucleotides 2 , so that free 3rd 'OH ends 3 arise. After cleavage of these 3'OH ends 3 from the carrier 9 , part, preferably a predominant part, of the synthesized oligo nucleotides or oligoribonucleotides 2 binds covalently 8 to the carrier 9 due to the above-mentioned crosslinking 7 at the 5'OH end 5 .

Die Fig. 6 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur parallelen Analyse von PCR-Reaktionen, bei welcher der in den meisten handelsüblichen PCR-Maschinen vorhandene metallische Heizblock 11 planar gefräst wurde, so dass ein enger Kontakt 12 mit einem planaren Array 1 von Oligonukleotiden 2 mit freien 3'OH-Enden 3 entstehen kann. Bei der Anwendung einer solchen Vorrichtung wird ein Array 1 von Oligonukleotiden 2 mit einer auswechselbaren, durchsichtigen, insbesondere auch für UV-Licht durchsichtigen planaren Folie oder Scheibe 13 abgedeckt, die auf dem Array 1 fixiert werden kann, so dass die Verdunstung des Reaktionspuffers vermieden wird. FIG. 6 schematically shows a device for the parallel analysis of PCR reactions, in which the metallic heating block 11 present in most commercially available PCR machines has been milled planar, so that a close contact 12 with a planar array 1 of oligonucleotides 2 with free ones 3'OH ends 3 can arise. When using such a device, an array 1 of oligonucleotides 2 is covered with an exchangeable, transparent, in particular also transparent to UV light planar film or disk 13 , which can be fixed on the array 1 , so that evaporation of the reaction buffer is avoided .

Um nun einen parallelen Nachweis der bei den PCR-Reaktionen ent­ standenen doppelsträngigen DNA 25 zu ermöglichen, wird das ge­ nannte Array 1 von Oligonukleotiden 2 mit Anregungslicht 14 be­ strahlt, das im besonderen Maße dafür geeignet ist, den mit der ge­ bildeten doppelsträngigen DNA 25 assoziierten Fluoreszenzfarbstoff 15 anzuregen. Die Anregung des Fluoreszenzfarbstoffs 15 geschieht durch eine über dem Array 1 von Oligonukleotiden 2 montierte An­ regungslichtquelle 16. In order to enable parallel detection of the double-stranded DNA 25 resulting from the PCR reactions, the named array 1 is irradiated with oligonucleotides 2 with excitation light 14 , which is particularly suitable for the double-stranded DNA 25 formed with the ge Associate fluorescent dye 15 . The fluorescent dye 15 is excited by an excitation light source 16 mounted above the array 1 of oligonucleotides 2 .

Zwischen der Detektionseinheit 17, die in besonders vorteilhafter Weise aus einer digitalen Kamera besteht, und dem genannten Array 1 von Oligonukleotiden 2 ist ein Fluoreszenzlichtfilter 18 montiert, der das Anregungslicht 14 ausblendet, aber das emittierte Fluoreszenzlicht 19 passieren läßt.A fluorescent light filter 18 is mounted between the detection unit 17 , which in a particularly advantageous manner consists of a digital camera, and the aforementioned array 1 of oligonucleotides 2 , which filters out the excitation light 14 but allows the emitted fluorescent light 19 to pass.

Die von der Detektionseinheit 17 erfaßten Daten werden auf einen im wesentlichen handelsüblichen Computer übertragen und dort einer Bildanalyse unterzogen.The data recorded by the detection unit 17 are transferred to an essentially commercially available computer and subjected to an image analysis there.

Nachfolgend werden eine erfindungsmäßige Vorrichtung zur parallelen Analyse von PCR-Reaktionen mit Hilfe eines Arrays von Oligonukleotiden mit freien 3'OH-Enden und die Anwendung einer solchen Vorrichtung beschrieben.Below is an inventive device for parallel Analysis of PCR reactions using an array of Oligonucleotides with 3'OH free ends and the use of a described such device.

Die Vorrichtung zur parallelen Analyse von PCR-Reaktionen basiert auf im wesentlichen handelsüblichen PCR-Maschinen, die wie im folgenden beschrieben verändert werden, um eine besonders vorteil­ hafte, weil sehr einfache Analyse von vielen PCR-Reaktionen gleich­ zeitig zu ermöglichen:
The device for parallel analysis of PCR reactions is based on essentially commercially available PCR machines, which are modified as described below in order to enable a particularly advantageous, because very simple analysis of many PCR reactions at the same time:

  • a) Der in den meisten handelsüblichen PCR-Maschinen vorhandene metallische Heizblock wird planar gefräst, wodurch ein enger Kontakt mit einem planaren Array von Oligonukleotiden mit freien 3'OH-Enden ermöglicht wird. a) The one available in most commercially available PCR machines Metallic heating block is milled planar, creating a tight Contact with a planar array of free oligonucleotides 3'OH ends is made possible.  
  • b) Das genannte Array von Oligonukleotiden wird mit einer auswechselbaren, durchsichtigen, insbesondere auch für UV-Licht durchsichtigen planaren Folie oder Scheibe abgedeckt, die auf dem Array fixiert werden kann, so dass die Verdunstung des Reaktionspuffers vermieden wird.b) The array of oligonucleotides mentioned is with a interchangeable, transparent, especially for UV light clear planar film or disc covered on the Array can be fixed so that the evaporation of the Reaction buffer is avoided.
  • c) Zur parallelen Analyse von PCR-Reaktionen wird das genannte Array von Oligonukleotiden mit Anregungslicht bestrahlt, insbe­ sondere mit UV-Licht, das im besonderen Maße dafür geeignet ist, einen Fluoreszenzfarbstoff, insbesondere Ethidiumbromid anzuregen.c) The above is used for the parallel analysis of PCR reactions Array of oligonucleotides irradiated with excitation light, esp especially with UV light, which is particularly suitable for a fluorescent dye, especially ethidium bromide to stimulate.
  • d) Die genannte Anregung des Fluoreszenzfarbstoffs geschieht durch eine über dem genannten Array von Oligonukleotiden montierte Anregungslichtquelle.d) The excitation of the fluorescent dye is done by one mounted above said array of oligonucleotides Excitation light source.
  • e) Zwischen der Detektionseinheit, die in besonders vorteilhafter Weise aus einer digitalen Kamera besteht und dem genannten Array von Oligonukleotiden wird ein Fluoreszenzlichtfilter montiert, der das Anregungslicht ausblendet, aber das emittierte Fluoreszenzlicht passieren läßt.e) Between the detection unit, which is particularly advantageous Way consists of a digital camera and the array mentioned A fluorescent light filter is mounted on oligonucleotides the excitation light fades out, but the emitted fluorescent light lets happen.
  • f) Die von der genannten Detektionseinheit erfaßten Daten werden auf einen im wesentlichen handelsüblichen Computer übertragen und dort einer Bildanalyse unterzogen.f) The data recorded by the said detection unit transferred to an essentially commercially available computer and subjected to an image analysis there.

Nachfolgend werden erfindungsmäß produzierte Arrays von Oligo­ nukleotiden mit freien 3'OH-Enden zur parallelen Analyse von PCR- Reaktionen und deren mögliche Anwendungen beschrieben. Erfindungsmäßig produzierte Materialien beinhalten die mit den ge­ nannten Verfahren, Materialien oder Vorrichtungen produzierten Molekülbibliotheken, insbesondere Oligonukleotidbibliotheken mit freien 3'OH-Enden. Kennzeichen dieser Oligonukleotidbibliotheken ist,
Arrays of oligonucleotides with free 3'OH ends produced in accordance with the invention for the parallel analysis of PCR reactions and their possible uses are described below. Materials produced according to the invention include the molecular libraries produced using the methods, materials or devices mentioned, in particular oligonucleotide libraries with free 3'OH ends. Characteristic of these oligonucleotide libraries is

  • - dass sie durch die kombinatorische Synthese einer begrenzten Zahl von geeigneten Nukleosid-Monomeren entstanden sind,- that by combinatorial synthesis of a limited number of suitable nucleoside monomers,
  • - dass sie als 2-dimensionales Array auf einem geeigneten deriva­ tisierten Träger vorliegen, wobei die einzelnen Bestandteile der Oligonukleotidbibliothek ortsgenau zugeordnet werden können (die Derivatisierung des Trägers erfolgt dabei in an sich bekannter Weise),- that they act as a 2-dimensional array on a suitable deriva tized carriers are present, the individual components of the Oligonucleotide library can be assigned precisely (the The carrier is derivatized in a manner known per se Wise),
  • - dass sie ein freies 3'OH-Ende haben, das nach der Hybridisierung von Template-DNA Substrat von template-abhängigen DNA-Poly­ merasen ist,- that they have a free 3'OH end that after hybridization of template DNA substrate of template-dependent DNA poly merase is
  • - dass vorzugsweise zwei definierte Oligonukleotide pro definiertem Ort synthetisiert wurden.- That preferably two defined oligonucleotides per defined Were synthesized on site.

Die genannten Oligonukleotidbibliotheken dienen zur sehr einfachen PCR-Analyse, insbesondere von komplexen Templategemischen. Dabei vervielfältigen bei einer Art von Arrays die darauf synthetisierten Primerpaare geeigneter Sequenz Bereiche von vorzugsweise einer Vielzahl von verschiedenen Genen von Pathogenen, so dass gleichzeitig diagnostiziert werden kann, ob eine Infektion mit einem dieser Pathogene vorliegt oder nicht.The oligonucleotide libraries mentioned are used for very simple PCR analysis, especially of complex template mixtures. In doing so, reproduce the synthesized on a type of array Primer pairs of suitable sequence regions of preferably one Variety of different genes of pathogens, so that  can be diagnosed at the same time whether an infection with a this pathogen is present or not.

Beispielsweise können auf einem Array mit 105 verschiedenen Primerpaaren 1000 Infektionskrankheiten mit jeweils 100 verschie­ denen Primerpaaren abgedeckt werden, darunter nahezu alle bekannten human-pathogenen Virusgenome (z. B. Hepatitis A, B, C, HIV, Papillomviren, Rhinovieren, Grippeviren etc.), Bakteriengenome (z. B. Helicobacter pylori, Haemophilus influenza, E. coli etc.) und die Genome verschiedener human-pathogener Einzeller (z. B. Entamoebae histolitica, Plasmodium, Trypanosomen etc.).For example, on an array with 10 5 different primer pairs, 1000 infectious diseases with 100 different primer pairs each can be covered, including almost all known human pathogenic virus genomes (e.g. hepatitis A, B, C, HIV, papilloma viruses, rhinos, flu viruses, etc. ), Bacterial genomes (e.g. Helicobacter pylori, Haemophilus influenza, E. coli etc.) and the genomes of various human pathogenic unicellular organisms (e.g. Entamoebae histolitica, Plasmodium, Trypanosomes etc.).

Bei einer anderen Art von Arrays vervielfältigen die darauf syntheti­ sierten Primerpaare geeigneter Sequenz Bereiche von vorzugsweise möglichst vielen menschlichen ESTs (Expressed Sequence Tags), so dass nach der Hybridisierung von komplexer cDNA ein sogenanntes "Expression Profiling" durchgeführt werden kann. Dabei wird parallel analysiert, welche und wie viele mRNAs (und damit die davon abgeleiteten cDNAs) in einem vorzugsweise menschlichen Gewebe oder einer vorzugsweise menschlichen Zelllinie exprimiert werden. Insbesondere eignet sich diese Art von Arrays für den Vergleich mehrerer komplexer cDNAs untereinander und damit für die Identifizierung von vergleichsweise hochregulierten oder herunter­ regulierten Genen. In another type of array, the syntheti reproduced thereon based primer pairs of suitable sequence areas of preferably as many human ESTs (Expressed Sequence Tags) as possible, so that after hybridization of complex cDNA a so-called "Expression Profiling" can be performed. It will be parallel analyzes which and how many mRNAs (and thus those of them derived cDNAs) in a preferably human tissue or a preferably human cell line can be expressed. This type of array is particularly suitable for comparison of several complex cDNAs with each other and thus for the Identification of comparatively up-regulated or down regulated genes.  

Mit einer solchen Art von Array kann auch genomische DNA analysiert werden. Dabei kann mit Hilfe einer quantitativen PCR z. B. herausgefunden werden, welche Genombereiche homozygot oder heterozygot deletiert sind, mit dem Ziel diese Bereiche wiederum einer genetischen Erkrankung zuzuordnen.With such a type of array, genomic DNA can also be analyzed become. With the help of a quantitative PCR z. B. find out which genome areas are homozygous or are heterozygous deleted, with the aim of these areas in turn one assign genetic disease.

Die genannten Arrays von Primerpaaren können wiederverwendet werden, wenn nach erfolgter PCR-Reaktion die Filter mit geeigneten Restriktionsendonukleasen verdaut und dann erhitzt werden und nicht- träger-gebundene DNA anschließend weggewaschen wird. Voraussetzung ist, dass die 3'-Enden der verwendeten Primer eine von mehreren geeigneten Erkennungssequenzen für die genannten Restriktionsendonukleasen enthalten. Dieses Verfahren ist insbe­ sondere dann sinnvoll, wenn zwei verschiedene komplexe Templates miteinander vergleichen werden, wobei vergleichende quantitative Daten erhalten werden sollen und somit möglichst Variationen in der Filterproduktion vermieden werden sollen.The arrays of primer pairs mentioned can be reused if, after the PCR reaction, the filters are mixed with suitable Restriction endonucleases are digested and then heated and non- carrier-bound DNA is then washed away. The prerequisite is that the 3 'ends of the primers used are one of several suitable recognition sequences for the named Restriction endonucleases included. This procedure is particularly important especially useful when two different complex templates be compared with each other, comparative quantitative Data should be preserved and thus possible variations in the Filter production should be avoided.

Besonderes Kennzeichen der genannten Arrays ist eine bisher unerreichte Analyseempfindlichkeit, da das Meßprinzip dieser Arrays auf der Polymerasenkettenreaktion (PCR) basiert, die verglichen mit den bisher verwendeten Hybridisierungen wesentlich empfindlicher ist.A special feature of the arrays mentioned is one so far unmatched sensitivity to analysis because of the measurement principle of these arrays based on the polymerase chain reaction (PCR) compared to the hybridizations used so far is much more sensitive.

Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Arrays von Oligonukleotiden mit jeweils freien 3'OH-Enden. Wird Template-DNA an ein solches Array von Oligonukleotiden hybridisiert, so kann der entstehende Komplex aus träger-gebundenem Oligonukleotid und Template-DNA als Substrat für DNA-abhängige DNA-Polymerasen dienen. Bei einem RNA-Template kann stattdessen eine RNA-abhängige DNA-Polymerase verwendet werden. Damit können solche Arrays prinzipiell beispielsweise für das parallele Sequenzieren komplexer Templates und oder für hochgradig parallelisierte Polymerasenkettenreaktionen eingesetzt werden. Dem Fachmann sind die dabei benötigten Reaktionsbedingungen bekannt.The method described above enables the production of a Arrays of oligonucleotides, each with free 3'OH ends. Becomes Hybridized template DNA to such an array of oligonucleotides,  the resulting complex of carrier-bound Oligonucleotide and template DNA as a substrate for DNA-dependent DNA polymerases are used. Instead, with an RNA template an RNA-dependent DNA polymerase can be used. In order to In principle, such arrays can be used for parallel, for example Sequencing complex templates and or for highly parallelized polymerase chain reactions are used. The The reaction conditions required are known to those skilled in the art.

Für den Fall der Analyse von hochgradig parallelisierten Polymerasenkettenreaktionen ist es besonders vorteilhaft, wenn wie oben beschrieben statt eines definierten Oligonukleotids zwei definierte Oligonukleotide ortsdefiniert synthetisiert werden. Dabei kann insbesondere für das anschließende parallele Sequenzieren komplexer Templates jeweils einer der Primer des Primerpaares verglichen mit dem anderen Primer in deutlich geringerer Menge vorgelegt werden, so dass nach einigen Vermehrungszyklen überwiegend einzelsträngige DNA produziert wird. Werden in diesem Stadium ddNTPs zugegeben, so entsteht eine Schar von einzelsträngigen Oligonukleotiden, die z. B. durch ihre Analyse im Massenspektrometer eine Sequenzbestimmung der vermehrten Template DNA ermöglicht.In the case of analysis of highly parallelized Polymerase chain reactions, it is particularly advantageous if how described above instead of one defined oligonucleotide two defined Oligonucleotides can be synthesized in a site-defined manner. It can especially complex for the subsequent parallel sequencing Templates each one of the primers of the pair of primers compared with the other primer in a significantly smaller amount, so that after a few propagation cycles mostly single-stranded DNA is produced. If ddNTPs are added at this stage, this creates a family of single-stranded oligonucleotides which, for. B. a sequence determination through their analysis in the mass spectrometer the increased template DNA.

Mit Hilfe eines Primerpaars kann sehr einfach die für die PCR-typische hohe Spezifität erreicht werden, während ein einziger Primer zumindestens bei einem komplexen Gemisch von Templates einen großen Anteil von Artefakten ergeben würde. With the help of a primer pair, the one typical for PCR can be very easily high specificity can be achieved while using a single primer at least with a complex mixture of templates would result in large proportion of artifacts.  

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Tatsache, dass bei den genannten Arrays die Primer an den Träger fixiert sind, denn dies erst ermöglicht die parallele Analyse vieler PCR-Reaktionen gleichzeitig in einem Reaktionsgefäß, da das ansonsten resultierende Primergemisch zu unvorhersagbaren Amplifikaten führen würde. Dieses Design ermöglich es sogar, die eingesetzte Template-DNA nach einem oder wenigen PCR-Zyklen wegzuwaschen, so dass auch die dabei neu entstandene Template-DNA nur noch in trägergebundener Form vorliegt. Damit wird der Anteil von PCR-Artefakten weiter reduziert.Another important point is the fact that with the above Arrays the primers are fixed to the carrier, because this is the only way the parallel analysis of many PCR reactions simultaneously in one Reaction vessel, since the otherwise resulting primer mixture too would lead to unpredictable amplicons. This design makes it possible it even, the template DNA used after one or a few Wash away the PCR cycles so that the newly created ones Template DNA is only available in carrier-bound form. In order to the proportion of PCR artifacts is further reduced.

Die Analyse von hochgradig parallelisierten Polymerasenketten­ reaktionen erfolgt zweckmäßiger Weise mit der weiter oben be­ schriebenen erfindungsmäßen Vorrichtung zur parallelen Analyse von PCR-Reaktionen.Analysis of highly parallelized polymerase chains reactions are conveniently carried out with the above wrote inventive device for parallel analysis of PCR reactions.

Die Analyse der einzelnen fluoreszierenden Punkte, die den ent­ sprechenden ortsdefinierten Primerpaaren zugeordnet werden, kann nach dem Ende der PCR-Reaktion erfolgen oder, in besonders vorteilhafter Weise, "online" mit der genannten erfindungsmäßen Vorrichtung zur parallelen Analyse von PCR-Reaktionen. Auch dabei werden die einzelnen fluoreszierenden Punkte den entsprechenden ortsdefinierten Primerpaaren zugeordnet, allerdings ergibt dieses Verfahren für jedes ortsdefinierte Primerpaar eine Verlaufskurve der PCR-Reaktion, so dass die PCR-Reaktion eines jeden Primerpaars quantifiziert werden kann. The analysis of the individual fluorescent spots that make up the ent speaking local primer pairs can be assigned after the end of the PCR reaction or, in particular advantageously, "online" with the mentioned inventive Device for the parallel analysis of PCR reactions. Also there the individual fluorescent dots will correspond to the corresponding ones assigned to locally defined primer pairs, but this results in Procedure for each location-defined pair of primers PCR reaction so that the PCR reaction of each primer pair can be quantified.  

Dabei kann in besonders vorteilhafter Art und Weise die Tatsache ausgenutzt werden, dass freie Nukleotide oder einzelsträngige DNA wie die genannten Oligonukleotidprimer ein wesentlich schwächeres Fluoreszenzsignal mit eingelagertem Ethidiumbromid ergeben als doppelsträngige DNA.The fact can be particularly advantageous be exploited that free nucleotides or single-stranded DNA like the oligonucleotide primers mentioned, a much weaker one Fluorescence signal with embedded ethidium bromide result as double-stranded DNA.

Daneben gibt es weitere dem Fachmann bekannte Verfahren zur Quantifizierung von PCR-Reaktionen, die ebenfalls auf dem Einbau oder der Einlagerung von Fluorochromen in die bei der PCR-Reaktion gebildete doppelsträngige DNA beruhen. Nicht zuletzt gibt es auch die Möglichkeit, direkt die Absorptionsänderung zu verfolgen, die bei der Umwandlung von Mononukleotiden in eine doppelsträngige DNA erfolgt.There are also other methods known to those skilled in the art Quantification of PCR reactions, also on the installation or the incorporation of fluorochrome into the PCR reaction formed double-stranded DNA based. Last but not least, there are also Possibility to directly follow the change in absorption that occurs at the Conversion of mononucleotides into double-stranded DNA he follows.

Die genannten Arrays von Primerpaaren können wiederverwendet werden, wenn nach erfolgter PCR-Reaktion die Filter mit geeigneten Restriktionsendonukleasen verdaut werden und nicht-träger- gebundene-DNA anschließend weggewaschen wird. Voraussetzung ist, dass die 3'OH-Enden der verwendeten Primer eine von mehreren geeigneten Erkennungssequenzen für die genannten Restriktions­ endonukleasen enthalten. Dieses Verfahren ist insbesondere dann sinnvoll, wenn zwei verschiedene komplexe Templates miteinander verglichen werden. Bei solchen Analysen sollen möglichst vergleichende quantitative Daten erhalten und somit möglichst auch Variationen in der Filterproduktion vermieden werden. The arrays of primer pairs mentioned can be reused if, after the PCR reaction, the filters are mixed with suitable Restriction endonucleases are digested and non-carrier bound DNA is then washed away. Requirement is, that the 3'OH ends of the primers used are one of several suitable recognition sequences for the restrictions mentioned endonucleases included. This procedure is especially then useful when two different complex templates with each other be compared. Such analyzes should, if possible Receive comparative quantitative data and therefore, if possible Variations in filter production can be avoided.  

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der genannten Arrays ergibt sich bei der nahezu vollkommen automatisierten parallelen Diagnose sehr vieler unterschiedlicher Krankheiten, insbesondere von Infektionskrankheiten mit Hilfe der PCR. Dabei kann außerdem die Diagnosesicherheit für die einzelnen Krankheiten deutlich erhöht werden, indem nicht nur ein, sondern viele krankheitsspezifische Primerpaare analysiert werden.A particularly advantageous application of the arrays mentioned results with the almost completely automated parallel diagnosis very many different diseases, especially of Infectious diseases with the help of PCR. It can also Diagnostic certainty for the individual diseases increased significantly be by not just one, but many disease-specific Primer pairs are analyzed.

Eine weitere besonders vorteilhafte Anwendung der genannten Arrays liegt im Erstellen eines Expressionsmusters, insbesondere eines vergleichenden Expressionsmusters. Dabei wird die mRNA eines Gewebes oder einer Zellinie in an sich bekannter Weise in (hochkomplexe) cDNA umgeschrieben, die wiederum als Template für die genannten Arrays dient. Wenn diese Arrays nun Primerpaare tragen, die menschliche EST-Sequenzen (Expressed Sequence Tag) vervielfältigen können, so werden die in der genannten mRNA oder cDNA vorliegenden EST-Sequenzen ortsdefinert und nahezu quantitativ vermehrt. Insbesondere ein Vergleich von Tumorgewebe mit dem umliegenden Normalgewebe ergibt dabei EST-Sequenzen, die in dem Tumorgewebe vergleichsweise stark oder schwach exprimiert sind. Dabei sind auf Grund der ungeheuren Sensitivität der PCR- Technik auch schwach exprimierte Gene einer Analyse zugänglich und es können vergleichsweise winzige Mengen an Template eingesetzt werden, wodurch diese Filter dem jetzigen Stand der Technik weit überlegen sind. Another particularly advantageous application of the arrays mentioned lies in creating an expression pattern, especially one comparative expression pattern. The mRNA is one Tissue or a cell line in a manner known per se in (highly complex) cDNA, which in turn is used as a template for the arrays mentioned serves. If these arrays are now primer pairs carry the human EST sequences (Expressed Sequence Tag) can reproduce, so in the mentioned mRNA or cDNA present EST sequences site-specific and almost increased quantitatively. In particular, a comparison of tumor tissue with the surrounding normal tissue results in EST sequences that expressed comparatively strongly or weakly in the tumor tissue are. Due to the immense sensitivity of the PCR Technique also available for analysis and weakly expressed genes comparatively tiny amounts of template can be used be, which makes these filters the current state of the art are superior.  

Eine weitere besonders vorteilhafte Anwendung der genannten Arrays ist die Zuordnung von homozygot oder heterozygot deletierten Bereichen zu somatischen genetischen Erkrankungen und Erbkrankheiten. Dies kann mit Hilfe der oben näher beschriebenen quantitativen PCR herausgefunden werden. Dazu muß ein Array mit geeigneten Primerpaaren verwendet werden, die Sequenzbereiche der Gene vervielfältigen, die Sequenzbereiche der Gene vervielfältigen, die die genannten ESTs kodieren.Another particularly advantageous application of the arrays mentioned is the assignment of homozygous or heterozygous deleted Areas related to somatic genetic diseases and Hereditary diseases. This can be done with the help of those described above quantitative PCR can be found. To do this, an array with suitable primer pairs are used, the sequence regions of the Duplicate genes, duplicate the sequence regions of genes that encode the named ESTs.

Nachfolgend sind einige Beispiele der Durchführung erfindungsge­ mäßer Verfahren bzw. der Anwendung erfindungsgemäßer Vorrich­ tungen beschrieben:The following are some examples of the implementation of the invention method or the use of Vorrich invention described:

A) Synthese eines Arrays von Primerpaaren mit jeweils freien 3'OH- Enden auf einem Träger mit Hilfe eines umgebauten Farb­ laserdruckersA) Synthesis of an array of primer pairs, each with free 3'OH Ends on a support using a converted color laser printer

Ein geeigneter Träger mit freien Aminogruppen (oder Hydroxyl­ gruppen) wird mit Standardmethoden hergestellt. Dabei wird, falls nicht schon durch den ersten Schritt vorhanden, an die freien Aminogruppen (oder Hydroxylgruppen) mit Hilfe von dem Fachmann geläufiger Standardynthese unter wasserfreien Bedingungen ein geeigneter Linker synthetisiert.A suitable carrier with free amino groups (or hydroxyl groups) is manufactured using standard methods. If so not already available through the first step, to the free ones Amino groups (or hydroxyl groups) with the help of a person skilled in the art standard synthesis under anhydrous conditions suitable linker synthesized.

Vorzugsweise besteht dieser Linker aus Dde-Fmoc-Lys, dessen eine Aminogruppe durch eine fmoc-Schutzgruppe, die andere durch eine Dde-Schutzgruppe blockiert sind. Die fmoc-Schutzgruppe wird bei 25°C für 10 Minuten mit 20% Piperidin in DMF abgespalten, d. h. unter Bedingungen, bei denen die Dde-Schutzgruppe stabil bleibt. Anschließend werden mit dem Fachmann bekannten Techniken ein oder zwei RNA-Phosphoramidite mit Hilfe von Tetrazol aktiviert und an den Träger gekoppelt. Dabei kann während der Kopplungsreaktion ein kleiner Anteil von unter 5% der entsprechenden DNA- Phosphoramidite während der Kopplungsreaktion beigemengt werden.This linker preferably consists of Dde-Fmoc-Lys, one of which Amino group by an fmoc protecting group, the other by a  Dde protective group are blocked. The fmoc protecting group is at Cleaved at 25 ° C for 10 minutes with 20% piperidine in DMF, d. H. under Conditions in which the Dde protecting group remains stable. Subsequently, techniques known to those skilled in the art are used or two RNA phosphoramidites activated with the help of tetrazole and coupled to the carrier. This can occur during the coupling reaction a small proportion of less than 5% of the corresponding DNA Phosphoramidites are added during the coupling reaction.

Nach dem Abspalten der DMTr-Schutzgnippe vom 5'OH-Ende der an den Träger gekoppelten Ribonukleosid-Monomere, wird der Träger mit 4 verschiedenen Tonerflüssigkeiten bedruckt, die die 4 verschiedenen Phosphoramidit-Monomere enthalten. Die Phosphoramidite werden mit Hilfe von Tetrazol aktiviert, an den Träger gekoppelt, ungekoppelte Monomere weggewaschen und anschließend die DMTr-Schutzgruppe vom 5'OH-Ende des wachsenden Oligonukleotids abgespalten. Eine Wiederholung dieses Vorgangs führt zu einer kombinatorischen Synthese von Oligonukleotiden.After splitting off the DMTr protector from the 5'OH end of the the carrier coupled ribonucleoside monomers, the carrier with 4 different toner liquids printed, the 4 different Contain phosphoramidite monomers. The phosphoramidites are with Helped by tetrazole activated, coupled to the carrier, uncoupled Monomers washed away and then the DMTr protective group cleaved from the 5'OH end of the growing oligonucleotide. A Repetition of this process leads to a combinatorial Synthesis of oligonucleotides.

Die Kopplung der aktivierten Phosphoramidite (mit Schutzgruppen) an den Träger, das Abspalten der Schutzgruppen und die Waschschritte finden dabei unter den dem Fachmann bekannten Standardbedingungen für die Oligonukleotidsynthese statt.The coupling of the activated phosphoramidites (with protective groups) the carrier, the deprotection and the washing steps can be found under the standard conditions known to the person skilled in the art for oligonucleotide synthesis instead.

Nachdem so ein erstes Array von Oligonudeotiden synthetisiert wurde, wird am Ende die DMTr-Schutzgruppe vom 5'OH-Ende abgespalten und die freien 5'OH-Gruppen z. B. mit quervernetztem Cellulose Acetat und N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) mit dem Fachmann bekannten Bedingungen quervernetzt.After synthesizing a first array of oligonucleotides, at the end the DMTr protective group is split off from the 5'OH end  and the free 5'OH groups e.g. B. with cross-linked cellulose acetate and N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) with the person skilled in the art known conditions cross-linked.

Anschließend wird die genannte Dde-Schutzgruppe bei 25°C mit 2% Hydrazin in DMF für 10 Minuten abgespalten und wie oben be­ schrieben zunächst ein oder zwei RNA-Phosphoramidite an die Aminosäure des genannten Lysin-Linkers synthetisiert. Dabei können die genannten RNA-Phosphoramidite als Phosphoramidit-Tonerpartikel aufgedruckt oder aber gleichmäßig in Kopplungspuffer über den Träger verteilt werden. Wie oben beschrieben kann während der Kopplungsreaktion ein kleiner Anteil der entsprechenden DNA- Phosphoramidite während der Kopplungsreaktion beigemengt werden.The above-mentioned Dde protective group is then at 25 ° C with 2% Cleave hydrazine in DMF for 10 minutes and be as above first wrote one or two RNA phosphoramidites to the Amino acid of the said lysine linker synthesized. You can the RNA phosphoramidites mentioned as phosphoramidite toner particles printed or evenly in coupling buffer over the carrier be distributed. As described above, during the Coupling reaction a small proportion of the corresponding DNA Phosphoramidites are added during the coupling reaction.

Erneut wird wie oben beschrieben ein Array von Oligonuldeotiden synthetisiert und am 5'OH-Ende quervernetzt. Schließlich werden alle Schutzgruppen mit Ammoniak für 45 Minuten bei 55°C bis 70°C abgespalten, der Träger mit Acetonitril gewaschen und getrocknet, so dass im Endeffekt ein Träger mit verschiedenen definierten Bereichen entsteht, die jeweils ein Paar von Oligonukleotiden repräsentieren. Im gegebenen Beispiel repräsentieren die Paare von Oligonukleotiden Sequenzen für die Vervielfältigung von ca 50.000 verschiedenen menschlichen ESTs. In einem letzten Schritt werden die 3'OH-Enden der Oligonukleotide mit RNase vom Träger abgespalten oder unter alkalischen Bedingungen gespalten. Again, as described above, an array of oligonucleotides becomes synthesized and cross-linked at the 5'OH end. Eventually everyone will Protecting groups with ammonia for 45 minutes at 55 ° C to 70 ° C split off, the carrier washed with acetonitrile and dried, so that in the end a carrier with different defined areas arises, each representing a pair of oligonucleotides. in the given example represent the pairs of oligonucleotides Sequences for the duplication of approximately 50,000 different ones human ESTs. In a final step, the 3'OH ends the oligonucleotides are cleaved from the support with RNase or under split alkaline conditions.  

B) Vergleich der Genexpressionsprofile von Tumorgewebe mit normalem GewebeB) Comparison of the gene expression profiles of tumor tissue with normal tissue

Aus dem Tumorgewebe eines Patienten und aus dem umgebenden normalem Gewebe wird mit dem Fachmann bekannter Technik mRNA gewonnen, diese in cDNA ungeschrieben und als komplexes Template für die Hybridisierung an den unter A) beschriebenen Array verwendet.From a patient's tumor tissue and the surrounding tissue Normal tissue is mRNA using the technique known to those skilled in the art obtained, unwritten in cDNA and as a complex template used for the hybridization to the array described under A).

Der genannte Array wird zusammen mit der genannten Template- cDNA in die oben beschriebene Vorrichtung zur parallelen Analyse von PCR-Raktionen eingespannt. Anschließend werden bekannte geeignete thennophile DNA-Polymerasen in einem geeigneten Puffer zugegeben und die PCR-Reaktion gestartet. Mit der im Beispiel genannten Vorrichtung wird dabei für jedes definierte Primerpaar eine Verlaufskurve der PCR-Reaktion erstellt, die es ermöglicht jedem der durch die Primerpaare definierten ESTs einen diese Verlaufskurve charakterisierenden Wert zuzuordnen.The array mentioned is together with the template cDNA in the parallel analysis device described above clamped by PCR reactions. Then become known suitable thennophilic DNA polymerases in a suitable buffer added and the PCR reaction started. With the in the example mentioned device is one for each defined primer pair Progress curve of the PCR reaction created, which enables each of the ESTs defined this curve by means of the primer pairs assign characteristic value.

Die Werte, die mit cDNA aus dem Tumorgewebe eines Patienten erhalten werden und die Werte, die mit cDNA aus dem umgebenden normalen Gewebe erhalten werden, werden miteinander verglichen. Dies führt zur Identifizierung von Genen, die im Tumorgewebe verglichen mit dem Normalgewebe über oder unterexprimiert sind. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die parallele PCR-Diagnostik von Krankheitserregern. The values obtained with cDNA from a patient's tumor tissue are obtained and the values obtained with cDNA from the surrounding normal tissues are compared. This leads to the identification of genes in the tumor tissue are over or under-expressed compared to normal tissue. Another application example is the parallel PCR diagnostics from Pathogens.  

BezugszeichenlisteReference list

11

Array
Array

22

Oligomer, insbesondere Oligonukleotid
Oligomer, especially oligonucleotide

33rd

freies Ende A, insbesondere free end A, in particular

33rd

'OH-Ende
'OH end

44

erste temporäre Schutzgruppe
first temporary protection group

55

freies Ende B, insbesondere free end B, in particular

55

'OH-Ende
'OH end

66

permanente Schutzgruppe
permanent protection group

77

Quervernetzung der freien Enden B, insbesondere der Cross-linking of the free ends B, in particular the

55

'OH-Enden
'OH ends

88th

"Handle" (kovalente Bindung an den Träger)
"Handle" (covalent bond to the carrier)

99

Träger
carrier

1010th

definierter Ort auf dem Array
defined location on the array

1111

planar gefräster Heizblock einer PCR-Maschine
planar milled heating block of a PCR machine

1212th

Kontaktstelle zwischen Träger Contact point between carrier

99

Heizblock Heating block

1111

1313

plane Folie oder Scheibe zum Abdecken eines Arrays
flat film or disk to cover an array

1414

Anregungslicht
Excitation light

1515

Fluoreszenzfarbstoff
Fluorescent dye

1616

Anregungslichtquelle
Excitation light source

1717th

Detektionseinheit für das emittierte Fluoreszenzlicht
Detection unit for the emitted fluorescent light

1818th

Fluoreszenzlichtfilter
Fluorescent light filter

1919th

emittiertes Fluoreszenzlicht
emitted fluorescent light

2020th

zweite temporäre Schutzgruppe
second temporary protecting group

2121

Array von Oligomerpaaren, insbesondere von Primerpaaren
Array of oligomer pairs, especially primer pairs

2222

reaktive Gruppe
reactive group

2323

Template
Template

2424th

Gegenstrang-Primer
Counter strand primer

2525th

mit doppelsträngiger DANN, RNA oder PNA assoziierter Fluoreszenzfarbstoff
fluorescent dye associated with double-stranded DANN, RNA or PNA

2626

einzelsträngiger Gegenstrang
single-stranded counter strand

2727

doppelsträngiges PCR-Produkt
double-stranded PCR product

Claims (20)

1. Verfahren zur Synthese eines träger-gebundenen Arrays (1) von Oli­ gomeren, insbesondere von Oligonukleotiden (2) oder von Oligori­ bonukleotiden, mit freien Enden A, insbesondere mit freien 3'OH- Enden (3), wobei am 5'OH-Ende (5) der Oligomere eine temporäre Schutzgruppe (4) und an reaktiven Seitengruppen permanente Schutzgruppen (6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
  • - dass nach erfolgter kombinatorischer Synthese der Oligomere auf dem Träger (9) die temporäre Schutzgruppe (4) vom Ende B, insbe­ sondere vom 5'OH-Ende (5) abgespalten wird,
  • - dass anschließend noch vor dem Abspalten der permanenten Schutzgruppen (6) die freien Enden B, insbesondere die 5'OH- Enden (5) über eine Quervernetzung (7) quervernetzt werden,
  • - dass anschließend die kovalente Bindung (8) der synthetisierten Oligomere, insbesondere der Oligonukleotide oder Oligoribonukleo­ tide über das Ende A, insbesondere das 3'OH-Ende an den Träger (9) bei einem Teil, vorzugsweise bei einem überwiegenden Teil der synthetisierten Oligomere gespalten werden kann, so dass freie En­ den A, insbesondere freie 3'OH-Enden (3) entstehen,
  • - dass auch nach der Abspaltung der Enden A, insbesondere der 3'OH-Enden (3) vom Träger (9) ein Teil, vorzugsweise ein überwie­ gender Teil der synthetisierten Oligomere aufgrund der genannten Quervernetzung (7) am Ende B, insbesondere am 5'OH-Ende (5) kovalent (8) an den Träger (9) bindet.
1. Process for the synthesis of a carrier-bound array ( 1 ) of oligomers, in particular of oligonucleotides ( 2 ) or of oligori bonucleotides, with free ends A, in particular with free 3'OH ends ( 3 ), with 5'OH at the -End ( 5 ) of the oligomers a temporary protective group ( 4 ) and permanent protective groups ( 6 ) are provided on reactive side groups, characterized in that
  • - After the combinatorial synthesis of the oligomers on the support ( 9 ), the temporary protective group ( 4 ) is split off from the end B, in particular from the 5'OH end ( 5 ),
  • that the free ends B, in particular the 5'OH ends ( 5 ), are then crosslinked via a crosslinking ( 7 ) before the permanent protective groups ( 6 ) are split off,
  • - That the covalent bond ( 8 ) of the synthesized oligomers, in particular the oligonucleotides or oligoribonucleotides, is then cleaved via the end A, in particular the 3'OH end, to the support ( 9 ) in part, preferably in a predominant part, of the synthesized oligomers can, so that free enes A, in particular free 3'OH ends ( 3 ),
  • - That even after the ends A, in particular the 3'OH ends ( 3 ) from the support ( 9 ), part, preferably a predominant part, of the synthesized oligomers due to the crosslinking mentioned ( 7 ) at the end B, in particular on the 5th 'OH end ( 5 ) covalently ( 8 ) binds to the support ( 9 ).
2. Verfahren zur Synthese eines träger-gebundenen Arrays (1) von Oli­ gomeren, insbesondere von Oligonukleotiden (2) oder von Oligori­ bonukleotiden, mit freien Enden A, insbesondere mit freien 3'OH- Enden (3), wobei am Ende B, insbesondere am 5'OH-Ende (5) der Oligomere eine erste temporäre Schutzgruppe (4) und an reaktiven Seitengruppen permanente Schutzgruppen (6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
  • - dass in einem ersten Schritt nach der kombinatorischen Synthese eines ersten Arrays (1) von an bestimmten, genau definierten Orten (10) auf dem Träger (9) gebundenen Oligomeren (2) die erste tempo­ räre Schutzgruppe (4) am Ende B, insbesondere am 5'-OH-Ende (5) der Oligomere abgespalten wird und anschließend die nun freien En­ den B, insbesondere die nun freien 5'-OH-Enden (5) über Querver­ netzungen (7) quervernetzt werden,
  • - dass in einem zweiten Schritt eine von der genannten ersten tempo­ rären Schutzgruppe (4) unterschiedliche zweite temporäre Schutzgruppe (20) auf dem Träger (9) abgespalten wird, wodurch auf dem Träger (9) eine reaktive Gruppe (22) entsteht,
  • - dass in einem dritten Schritt auf der reaktiven Gruppe (22) vor­ zugsweise mittels kombinatorischer Synthese ein zweites Array von ortsgenau definierten Oligomeren (2) aufgebaut wird, dessen freie Enden B, insbesondere dessen freie 5'-OH-Enden (5) wie im ersten Schritt quervernetzt werden,
  • - dass in einem vierten Schritt die permanenten Schutzgruppen (6) abgespalten werden, wobei durch die Wahl geeigneter Handles (8) erreicht wird, dass die Mehrzahl der Oligomere mit freiem Ende A, insbesondere mit freiem 3'-OH-Ende (3) vorliegen.
2. Process for the synthesis of a carrier-bound array ( 1 ) of oligomers, in particular of oligonucleotides ( 2 ) or of oligonucleotides, with free ends A, in particular with free 3'OH ends ( 3 ), where at the end B, a first temporary protective group ( 4 ) and permanent protective groups ( 6 ) are provided on the 5'OH end ( 5 ) of the oligomers, characterized in that
  • - That in a first step after the combinatorial synthesis of a first array ( 1 ) of at certain, precisely defined locations ( 10 ) on the support ( 9 ) bound oligomers ( 2 ), the first temporary protective group ( 4 ) at the end B, in particular is split off at the 5'-OH end ( 5 ) of the oligomers and then the now free enes B, in particular the now free 5'-OH ends ( 5 ), are crosslinked via crosslinking ( 7 ),
  • - That in a second step a second temporary protective group ( 20 ) which is different from said first temporary protective group ( 4 ) is split off on the carrier ( 9 ), as a result of which a reactive group ( 22 ) is formed on the carrier ( 9 ),
  • - That in a third step on the reactive group ( 22 ) before preferably by means of combinatorial synthesis, a second array of precisely defined oligomers ( 2 ) is built up, the free ends B, in particular the free 5'-OH ends ( 5 ) as in first step are cross-linked,
  • - That in a fourth step the permanent protective groups ( 6 ) are split off, the selection of suitable handles ( 8 ) ensuring that the majority of the oligomers with a free end A, in particular with a free 3'-OH end ( 3 ), are present .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Verankerung der Oligomere durch unvollständiges Ab­ spalten der Handles (8) erreicht wird, insbesondere durch Derivati­ sieren des Trägers (9) mit einem Gemisch von Handles (8), deren ei­ ner Teil unter den gewählten Bedingungen abgespalten wird, wäh­ rend ein vorzugsweise kleinerer Anteil der Handles (8) unter den gewählten Bedingungen kovalent mit dem Träger (9) verbunden bleibt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the further anchoring of the oligomers is achieved by incomplete splitting off of the handles ( 8 ), in particular by derivatizing the carrier ( 9 ) with a mixture of handles ( 8 ), the egg ner part is split off under the selected conditions, while a preferably smaller proportion of the handles ( 8 ) remains covalently connected to the carrier ( 9 ) under the selected conditions. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite temporäre Schutzgruppe (20) während des Quervernet­ zens der freien 5'-OH-Enden im ersten Schritt eingeführt wird oder aber schon vor der Synthese des ersten Arrays (1) von an bestimm­ ten Orten (10) gebundenen Oligomeren (2) auf den Träger (9) aufge­ bracht worden ist. 4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the second temporary protective group ( 20 ) is introduced during the crosslinking of the free 5'-OH ends in the first step or even before the synthesis of the first array ( 1 ) at certain locations ( 10 ) bound oligomers ( 2 ) on the carrier ( 9 ) has been brought up. 5. Verfahren zur Synthese eines träger-gebundenen Arrays (1) von Oli­ gomeren, insbesondere Oligonukleotiden oder Oligoribonukleotiden, mit freien 3'OH-Enden (3), wobei am 5'OH-Ende (5) der Oligomere eine temporäre Schutzgruppe (4) und an reaktiven Seitengruppen permanente Schutzgruppen (6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
  • - dass nach erfolgter kombinatorischer Synthese die temporäre Schutzgruppe (4) vom 5'OH-Ende (5) abgespalten wird,
  • - dass anschließend noch vor dem Abspalten der permanenten Schutzgruppen (6) die freien 5'OH-Enden (5) durch Quervernetzun­ gen (7) verbunden werden,
  • - dass die kovalente Bindung (8) über das 3'OH-Ende der synthetisierten Oligomere an den Träger (9) bei einem Teil, vorzugsweise bei einem überwiegenden Teil der synthetisierten Oligomere abgespalten wird, so dass freie 3'OH-Enden (3) entstehen, so dass nach dem Abspalten der 3'OH-Enden vom Träger ein Teil, vorzugsweise ein überwiegender Teil der synthetisierten Oligomere aufgrund der Quervernetzungen (7) am 5'OH-Ende (5) kovalent an den Träger (9) binden kann.
5. A process for synthesis of a support-bound arrays (1) from Oli Gomeres, particularly oligonucleotides or oligoribonucleotides having free 3'OH ends (3), wherein at the 5'OH end (5) of the oligomers a temporary protecting group (4 ) and permanent protective groups ( 6 ) are provided on reactive side groups, characterized in that
  • - After the combinatorial synthesis has taken place, the temporary protective group ( 4 ) is split off from the 5'OH end ( 5 ),
  • - That the free 5'OH ends ( 5 ) are then connected by cross-linking ( 7 ) before the permanent protective groups ( 6 ) are split off,
  • - That the covalent bond ( 8 ) is cleaved via the 3'OH end of the synthesized oligomers to the support ( 9 ) in part, preferably in most of the synthesized oligomers, so that free 3'OH ends ( 3 ) arise so that after cleavage of the 3'OH ends from the support, part, preferably a predominant part, of the synthesized oligomers can bind covalently to the support ( 9 ) due to the cross-links ( 7 ) at the 5'OH end ( 5 ).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zwei unterschiedliche Oligomere, insbesondere zwei unterschiedliche Oligonukleotide oder Oligoribonukleotide pro defi­ niertem Ort (10) synthetisiert werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that two different oligomers, in particular two different oligonucleotides or oligoribonucleotides are synthesized per defined location ( 10 ). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass bei dem Array (1) mehr als 100 ortsdefinierte Oligo­ mere pro cm2 an den Träger (9) gebunden werden.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in the array ( 1 ) more than 100 site-defined oligomers per cm 2 are bound to the carrier ( 9 ). 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass an das Array (1) DANN, RNA oder PNA hybridisiert wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that DANN, RNA or PNA is hybridized to the array ( 1 ). 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die genannten Arrays (1) mit DNA-Polymerasen oder RNA-Polymerasen in Kontakt gebracht werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that said arrays ( 1 ) are brought into contact with DNA polymerases or RNA polymerases. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die genannten Arrays (1) für eine PCR-Analyse ver­ wendet werden.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said arrays ( 1 ) are used for a PCR analysis. 11. Festphasen-PCR, wobei Template-DNA an genau definierten Orten (10) an einen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf einem Träger synthetisierten Primer hybridisiert und mittels eines steuerbaren Heizblocks (11) die zur Hybridisierung, zur DNA-Polymerisation und zum Aufschmelzen des DNA-Doppelstrangs jeweils benötigte Wärme zugeführt wird.11. Solid phase PCR, wherein template DNA hybridizes at precisely defined locations ( 10 ) to a primer synthesized according to one of claims 1 to 10 on a carrier and by means of a controllable heating block ( 11 ) for hybridization, DNA polymerization and Melting of the DNA double strand is supplied with the required heat. 12. Vorrichtung zur Analyse der nach Anspruch 1 bis 10 synthetisierten Arrays (1) von Oligomeren, dadurch gekennzeichnet,
  • - dass ein Heizblock (11) mit im wesentlichen planer Auflagefläche vorgesehen ist,
  • - dass Mittel zum Einstrahlen von Anregungslicht (14), insbesondere von UV-Licht auf ein auf dem Heizblock befindliches Array vorge­ sehen sind,
  • - dass eine Detektionseinheit (17), insbesondere ein CCD-Array für von dem Array von Oligomeren emittiertes Fluoreszenzlicht (19) vorgesehen ist und
  • - dass zwischen der Detektionseinheit (17) und dem zu untersuchen­ den Array (1) ein Fluoreszenzlichtfilter (18) vorgesehen ist, der das Anregungslicht (14) ausblendet, aber das emittierte Fluoreszenzlicht (19) passieren läßt.
12. Device for analyzing the arrays ( 1 ) of oligomers synthesized according to claims 1 to 10, characterized in that
  • - That a heating block ( 11 ) is provided with a substantially flat contact surface,
  • - That means for irradiating excitation light ( 14 ), in particular UV light, are provided on an array located on the heating block,
  • - That a detection unit ( 17 ), in particular a CCD array for fluorescent light ( 19 ) emitted by the array of oligomers, is provided and
  • - That between the detection unit ( 17 ) and the array to be examined ( 1 ) a fluorescent light filter ( 18 ) is provided, which fades out the excitation light ( 14 ), but allows the emitted fluorescent light ( 19 ) to pass through.
13. Verfahren zur Analyse der nach Anspruch 1 bis 10 synthetisierten Arrays (1) von Oligomeren unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
  • - dass ein zu untersuchendes Array in engen Kontakt mit dem Heiz­ block (11) gebracht wird,
  • - dass das Array (1) zur Vermeidung der Verdunstung eines Reaktionspuffers mit einer lichtdurchlässigen planen Folie oder Scheibe (13) abgedeckt wird,
  • - dass das Array (1) zur parallelen Analyse von PCR-Reaktionen mit Anregungslicht (14), insbesondere mit UV-Licht, bestrahlt wird,
  • - dass die von der Detektionseinheit (17) erfaßten Daten auf einen im wesentlichen handelsüblichen Computer übertragen und dort einer Bildanalyse unterzogen werden.
13. A method for analyzing the arrays ( 1 ) of oligomers synthesized according to claims 1 to 10 using a device according to claim 12, characterized in that
  • - That an array to be examined is brought into close contact with the heating block ( 11 ),
  • - that the array ( 1 ) is covered with a translucent flat film or disc ( 13 ) to avoid evaporation of a reaction buffer,
  • that the array ( 1 ) is irradiated with excitation light ( 14 ), in particular with UV light, for parallel analysis of PCR reactions,
  • - That the data recorded by the detection unit ( 17 ) is transferred to an essentially commercially available computer and subjected to an image analysis there.
14. Verfahren zur Analyse der nach Anspruch 1 bis 10 synthetisierten Arrays (1) von Oligomeren unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Arrays (1) mit der in Anspruch 12 genannten Vorrichtung analysiert werden.14. A method for analyzing the arrays ( 1 ) of oligomers synthesized according to claims 1 to 10 using a device according to claim 12, characterized in that the arrays ( 1 ) are analyzed with the device mentioned in claim 12. 15. Träger mit wenigstens einem Array von Oligomeren mit freien 3'OH- Enden zur parallelen Analyse von PCR-Reaktionen, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Array nach einem der in den Ansprüchen 1 bis 10 beschriebenen Verfahren auf den Träger aufgebracht wurde.15. Carrier with at least one array of oligomers with free 3'OH Ends for parallel analysis of PCR reactions, ge indicates that the array according to one of the claims 1 to 10 described method was applied to the carrier. 16. Träger nach Anspruch 15 mit einer Oligonukleotidbibliothek, da­ durch gekennzeichnet, dass die Oligonukleotidbibliothek durch die kombinatorische Synthese einer begrenzten Zahl von geeigneten Monomeren entstanden ist.16. A carrier according to claim 15 with an oligonucleotide library, since characterized in that the oligonucleotide library by the combinatorial synthesis of a limited number of suitable ones Monomers has arisen. 17. Träger nach Anspruch 15 oder 16 mit einer Oligonukleotidbiblio­ thek, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligonukleotidbibliothek als 2-dimensionales Array auf dem in geeigneter Weise derivatisier­ ten Träger vorliegt, wobei die einzelnen Bestandteile der Oligo­ nukleotidbibliothek ortsgenau zugeordnet sind.17. A carrier according to claim 15 or 16 with an oligonucleotide library thek, characterized in that the oligonucleotide library as a 2-dimensional array on the derivatised in a suitable manner th carrier is present, the individual components of the oligo nucleotide library are assigned precisely. 18. Träger nach einem der Ansprüche 15 bis 17 mit einer Oligonukleo­ tidbibliothek, dadurch gekennzeichnet, dass die Oligonukleotid­ bibliothek ein freies 3'OH-Ende hat, das nach der Hybridisierung von Template-DNA Substrat von template-abhängigen DNA- Polymerasen oder RNA-Polymerasen ist.18. A carrier according to any one of claims 15 to 17 with an oligonucleo tid library, characterized in that the oligonucleotide library has a free 3'OH end that after hybridization of  Template DNA substrate from template-dependent DNA Polymerases or RNA polymerases. 19. Träger nach einem der Ansprüche 15 bis 18 mit einer Oligonukleo­ tidbibliothek, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oligonukleotid­ bibliothek zwei definierte Oligonukleotide pro definiertem Ort syn­ thetisiert wurden.19. Support according to one of claims 15 to 18 with an oligonucleo tid library, characterized in that in the oligonucleotide library two defined oligonucleotides per defined location syn were theorized. 20. Träger mit wenigstens einem Array von Oligomeren, die einem in situ Reinigungsschritt unterworfen worden sind, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Array nach einem der in den Ansprüchen 1 bis 10 beschriebenen Verfahren auf den Träger aufgebracht wurde.20. Carrier with at least one array of oligomers that are in one have been subjected to the situ cleaning step, thereby records that the array according to one of claims 1 to 10 described method was applied to the carrier.
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