DE10027040A1 - Method of making DNA arrays - Google Patents

Method of making DNA arrays

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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING 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
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    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
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Abstract

The invention relates to a method for analyzing nucleic acids. A surface is provided with islands of DNA of the same variety, i.e. tertiary nucleic acids; the tertiary nucleic acids are brought into contact with a probe or a mixture of several probes to enable hybridization to occur between the tertiary nucleic acids and the probe or probes; the tertiary nucleic acids and/or probes which are localized at points where a differential hybridization event occurs are separated from other nucleic acids and/or probes where no differential hybridization event is localized.

Description

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um eine Methode zur Her­ stellung sowie Verwendung von DNA-Microarrays, vorrangig auf dem Gebiet der Genexpressionsanalyse sowie der Genomanalyse. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Apparatur zur Analyse und photochemischen Prozessierung besagter Microarrays.The method according to the invention is a method for manufacturing position and use of DNA microarrays, primarily in the field of Gene expression analysis and genome analysis. Another subject of Invention is an apparatus for analysis and photochemical processing said microarrays.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von DNA-Arrays be­ kannt. Beispielsweise beschreiben Maier et al. die Herstellung von Membranfil­ tern mit einer hohen Dichte an cDNA-Klonen (J. Biotechnol. 1994 June 30; 35(2-3): 191-203). Schena et al. (Science 1995 Oct 20; 270(5235): 467-70) beschreiben die Herstellung von cDNA-Microarrays, bei denen bekannte cDNAs auf einem mikroskopischen Objektträger abgelegt und zur Hybridisierung mit aus zu unter­ suchenden biologischen Proben stammenden, fluoreszenzmarkierten Sonden ein­ gesetzt werden. Ein alternatives Verfahren zur Microarray-Herstellung, welches auf dem Aufbau von Oligonukleotiden an Oberflächen über Photolithographie basiert, wird von McGall et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1996 Nov 26; 93(24): 13555-60) beschrieben.Methods for producing DNA arrays are known from the prior art knows. For example, Maier et al. the production of membrane fil ters with a high density of cDNA clones (J. Biotechnol. 1994 June 30; 35 (2-3): 191-203). Schena et al. (Science 1995 Oct 20; 270 (5235): 467-70) the production of cDNA microarrays, in which known cDNAs on a microscopic slides stored and for hybridization with from to under fluorescent-labeled probes originating from searching biological samples be set. An alternative method for microarray production, which on the construction of oligonucleotides on surfaces via photolithography based, McGall et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1996 Nov. 26; 93 (24): 13555-60).

Einer der großen Nachteile bei der Herstellung von DNA-Arrays nach dem Stand der Technik ist jedoch die Tatsache, daß die auf die Trägeroberfläche aufzubrin­ genden DNA-Sequenzen zuvor bekannt sein müssen. Dies gilt sowohl für photo­ lithographisch hergestellte Oligonukleotid-Arrays wie auch für "gedottete" Arrays (separate Ablage jeder einzelnen DNA-Spezies), für die eine normalisierte und charakterisierte Bank von DNA-Klonen vorhanden sein muß. Die Charakterisie­ rung (insbesondere Sequenzüberprüfung der abzulegenden Klone) solcher Banken bedeutet einen enormen Aufwand, der zu hohen Kosten führt und eine deutliche Inflexibilität des Verfahrens nach sich zieht. Insbesondere schließt sich die An­ wendung konventioneller Array-Technik nach dem Stand der Technik für mole­ kular nicht sehr gut charakterisierte Organismen aus. Dies folgt aus der sehr ho­ hen Zahl an Genen vielzelliger eukaryontischer Organismen (schätzungsweise 100 000 verschiedene Gene in Säugern), der extremen Größe vieler eukaryonti­ scher Genome (ca. 109 Basenpaare im Humangenom; ca. 1010 Basenpaare im Ge­ nom mancher agronomisch bedeutender Nutzpflanzen) sowie der sehr unter­ schiedlichen Expressionsstärke und Expressionslokalisation der einzelnen Gene. Das Zusammenspiel der genannten Faktoren führt dazu, daß eine auch nur annä­ hernd vollständige Information über die Sequenz der Transkripte eines Organis­ mus (und damit Zugang zu jedem einzelnen Transkript) mit den heute zur Verfü­ gung stehenden Mitteln kaum erhältlich ist. Lediglich im Falle einiger weniger, besonders intensiv untersuchter Organismen (insbesondere Mensch, Maus, Cae­ norhabditis elegans, Drosophila melanogaster, und Arabidopsis thaliana) ist in absehbarer Zeit mit einer weitgehenden Kenntnis der verschiedenen mRNA- Moleküle zu rechnen. Dabei ist aber auch der nächste Schritt, geeignete Nuklein­ säuremoleküle zu erzeugen und geordnet in hybridisierungsfähiger Form auf einer Oberfläche abzulegen, mit extrem hohem Aufwand verbunden, wenn nicht ledig­ lich eine kleine Auswahl (beispielsweise einige hundert bis einige tausend) ver­ schiedener Nukleinsäurespezies in Form eines Arrays angeordnet werden soll.However, one of the major disadvantages in the production of DNA arrays according to the prior art is the fact that the DNA sequences to be applied to the support surface must be known beforehand. This applies both to photo-lithographically produced oligonucleotide arrays and to "dotted" arrays (separate storage of each individual DNA species), for which a normalized and characterized bank of DNA clones must be present. The characterization (in particular sequence verification of the clones to be deposited) of such banks means an enormous effort, which leads to high costs and results in a clear inflexibility of the method. In particular, the use of conventional prior art array technology for molecularly not very well characterized organisms is excluded. This follows from the very high number of genes of multicellular eukaryotic organisms (an estimated 100,000 different genes in mammals), the extreme size of many eukaryotic genomes (approx. 10 9 base pairs in the human genome; approx. 10 10 base pairs in the genome of some agronomically significant ones Useful plants) and the very different expression strength and expression localization of the individual genes. The interaction of the above-mentioned factors means that even an almost complete information about the sequence of the transcripts of an organism (and thus access to each individual transcript) is hardly obtainable with the means available today. Only in the case of a few, particularly intensively investigated organisms (in particular humans, mice, Cae norhabditis elegans, Drosophila melanogaster, and Arabidopsis thaliana), extensive knowledge of the various mRNA molecules can be expected in the foreseeable future. The next step, however, is to generate suitable nucleic acid molecules and to place them on a surface in an orderly manner in a form capable of hybridization, if only not a small selection (for example a few hundred to a few thousand) of different nucleic acid species in the form of a Arrays should be arranged.

Die bekannten Verfahren zur Erzeugung von DNA-Arrays weisen also folgende Nachteile auf:
The known methods for producing DNA arrays therefore have the following disadvantages:

  • - sehr hoher Aufwand- very high effort
  • - hoher Zeitbedarf- high time requirement
  • - Kenntnis der jeweiligen mRNA-Moleküle wird vorausgesetzt- Knowledge of the respective mRNA molecules is required
  • - Arrays erfassen meist nur kleine Ausschnitte der Gesamtheit der mRNA.- Arrays usually only capture small sections of the total of the mRNA.

Daher bestand die Aufgabe in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung sowie Anwendung von DNA-Arrays, welches die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.Therefore, the task was to provide a manufacturing process and use of DNA arrays, which the aforementioned disadvantages of State of the art overcomes.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Nukleinsäureanalytik, gekenn­ hnet durch die folgenden Schritte
The object is achieved by a method for nucleic acid analysis, characterized by the following steps

  • a) Primermoleküle, die mindestens ein Primerpaar bilden, werden auf einer Oberfläche immobilisiert;a) Primer molecules that form at least one pair of primers are on one Immobilized surface;
  • b) Ein aus mindestens zwei verschiedenen Nukleinsäuremolekülen bestehen­ des Nukleinsäuregemisch wird so mit der Oberfläche aus a) in Kontakt gebracht, daß Hybridisierung zwischen Primermolekülen und Nukleinsäu­ remolekülen stattfinden kann;b) One consist of at least two different nucleic acid molecules the nucleic acid mixture is thus in contact with the surface from a) brought that hybridization between primer molecules and nucleic acid remolecules can take place;
  • c) Die immobilisierten Primermoleküle werden komplementär zum Ge­ genstrang unter Bildung sekundärer Nukleinsäuren verlängert;c) The immobilized primer molecules are complementary to Ge gene strand extended to form secondary nucleic acids;
  • d) Die nicht durch die Immobilisierung in Schritt a) an die Oberfläche ge­ bundenen Nukleinsäuremoleküle werden von der Oberfläche entfernt;d) The ge not by the immobilization in step a) to the surface bound nucleic acid molecules are removed from the surface;
  • e) Die sekundären Nukleinsäuren werden amplifiziert, wobei tertiäre Nu­ kleinsäuren erhalten werden;e) The secondary nucleic acids are amplified, tertiary nu small acids are obtained;
  • f) Die tertiären Nukleinsäuren werden mit einer Sonde oder einem Gemisch aus mehreren Sonden so in Kontakt gebracht, daß Hybridisierung zwi­ schen den tertiären Nukleinsäuren und der Sonde oder den Sonden statt­ finden kann;f) The tertiary nucleic acids are with a probe or a mixture brought into contact from several probes so that hybridization between between the tertiary nucleic acids and the probe or probes Can be found;
  • g) Die tertiären Nukleinsäuren und/oder Sonden, die sich an Orten, an denen ein differentielles Hybridisierungsereignis lokalisiert ist, befinden, werden von den anderen Nukleinsäuren und/oder Sonden, die sich an Orten, an denen kein differentielles Hybridisierungsereignis lokalisiert ist, befinden, getrennt.g) The tertiary nucleic acids and / or probes located in places where a differential hybridization event is located from the other nucleic acids and / or probes located in locations where no differential hybridization event is located, Cut.

Primermoleküle sind einzelsträngige Nukleinsäuremoleküle einer Länge von etwa 10 bis etwa 50 Nukleotidbausteinen und mehr. Es handelt sich um DNA- Moleküle, RNA-Moleküle oder deren Analoga, die zur Hybridisierung mit einer zumindest über einen Teilbereich komplementären Nukleinsäure bestimmt sind und als Hybrid mit der Nukleinsäure ein Substrat für eine Doppelstrang­ spezifische Polymerase darstellen. Bei der Polymerase handelt es sich vorzugs­ weise um DNA-Polymerase I, T7-DNA-Polymerase, das Klenow-Fragment der DNA-Polymerase I, um Polymerasen, die bei der PCR Anwendung finden, oder auch um eine Reverse Transkriptase.Primer molecules are single-stranded nucleic acid molecules with a length of approximately 10 to about 50 nucleotide building blocks and more. It is DNA Molecules, RNA molecules or their analogues that are used for hybridization with a complementary nucleic acid are determined at least over a portion and as a hybrid with the nucleic acid, a substrate for a double strand represent specific polymerase. The polymerase is preferred way around DNA polymerase I, T7 DNA polymerase, the Klenow fragment of DNA polymerase I, to polymerases that are used in PCR, or also a reverse transcriptase.

Ein Primerpaar besteht aus zwei Sorten von Primermolekülen, die an Bereiche einer Nukleinsäure, der Matrize (engl. template), nach Maßgabe der bekannten Polymerasekettenreaktion (PCR) in gegensinniger Orientierung binden, die die zu amplifizierende Zielsequenz der Nukleinsäure flankieren. Bei diesen Bereichen handelt es sich bevorzugt um Sequenzabschnitte, die bei den Nukleinsäuremole­ külen des Nukleinsäuregemisches identisch sind. Zum Beispiel kann es sich bei dem Nukleinsäuregemisch um eine Plasmid-Bibliothek handeln. Die Primer wür­ den dann bevorzugt in dem Bereich der sogenannten Multiple Cloning Site (MCS) binden, und zwar einmal oberhalb und einmal unterhalb der Klonierungsstelle. Ferner könnten die Primer an die Sequenzabschnitte binden, die den Linkern ent­ sprechen, die, wie unten beschrieben, beidseitig an Restriktionsfragmente ligiert wurden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt mit nur einem Primer­ paar durchgeführt etwa wie das in der US-A 5 641 658 beschriebene Verfahren, in dem auch nur ein Primerpaar eingesetzt wird. Erfindungsgemäß bevorzugt binden die Primer des Primerpaars oder der Primerpaare an Sequenzbereiche, die bei allen oder bei fast allen Nukleinsäuren des Nukleinsäuregemischs im wesentlichen identisch sind. Denkbar, obschon aus bekannten Gründen nicht bevorzugt, ist es im übrigen auch, mit lediglich einer einzigen Sorte von Primermolekülen zu ar­ beiten. A primer pair consists of two types of primer molecules that are attached to areas a nucleic acid, the template according to the known Polymerase chain reaction (PCR) bind in opposite directions, which too flank the amplifying target sequence of the nucleic acid. In these areas it is preferably sequence segments that are in the nucleic acid moles cool the nucleic acid mixture are identical. For example, it can be the nucleic acid mixture is a plasmid library. The primer then preferred in the area of the so-called Multiple Cloning Site (MCS) bind, once above and once below the cloning site. Furthermore, the primers could bind to the sequence segments that the linkers ent speak, which, as described below, ligated on both sides to restriction fragments were. The method according to the invention is preferred with only one primer few performed approximately like the method described in US-A 5 641 658, in which only a pair of primers is used. Preferably bind according to the invention the primers of the primer pair or of the primer pairs to sequence regions which are common to all or essentially with almost all nucleic acids of the nucleic acid mixture are identical. It is conceivable, although not preferred for known reasons, it is moreover, to ar with only a single type of primer molecules work.  

Bevorzugt besitzt mindestens einer der Primer eines Primerpaars eine Gruppe, welche eine durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung (beispielsweise im UV-Bereich) photochemisch spaltbare Bindung aufweist. Diese Gruppe ist so mit dem Primermolekül zu verbinden, daß das auf einer Oberfläche immoblisierte Primermolekül durch elektromagnetische Strahlung, also photolytisch von der Oberfläche entfernt werden kann.At least one of the primers of a pair of primers preferably has a group, which a by exposure to electromagnetic radiation (for example in UV region) has photochemically cleavable bond. This group is so with to connect the primer molecule that that immobilized on a surface Primer molecule by electromagnetic radiation, i.e. photolytically from the Surface can be removed.

Bei der photolytisch spaltbaren Gruppe handelt es sich bevorzugt um eine Gruppe der allgemeinen Formel II
The photolytically cleavable group is preferably a group of the general formula II

Hierbei ist X oder Y mit dem Oberfläche verbunden oder verbindbar, während der jeweils andere Rest mit der 5'-OH-Gruppe des 5'-terminalen Ribosylrestes oder mit einer an den 5'-terminalen Ribosylrest gebundenen Base verbunden ist. n und m sind natürliche Zahlen von 1 bis 30.Here, X or Y is connected or connectable to the surface during the each other radical with the 5'-OH group of the 5'-terminal ribosyl radical or is connected to a base bound to the 5'-terminal ribosyl radical. n and m are natural numbers from 1 to 30.

Ferner beschreiben Venkatesan und Greenberg (J. Org. Chem. 61 (1996), 525-529) die Synthese photolytisch spaltbarer Verbindungsmoleküle (engl. linker) für die Oligonukleotidsynthese, die nach erfolgter Synthese die Abspaltung des Oli­ gonukleotids vom festen Träger erlauben. Auch solche Linker können statt der Gruppierung der allgemeinen Formel II eingesetzt werden, sofern man diese ab­ weichend von der in Venkatesan und Greenberg vorgeschlagenen Vorgehenswei­ se mit dem 5'-Ende der Oligonukleotide verbindet, so daß eine Verlängerung der Oligonukleotide durch eine Polymerase möglich bleibt.Venkatesan and Greenberg (J. Org. Chem. 61 (1996), 525-529) also describe the synthesis of photolytically cleavable linker molecules for the oligonucleotide synthesis which, after synthesis, cleaves the oli Allow gonucleotides from the solid support. Such linkers can also be used instead of Grouping of the general formula II can be used, provided that they are from departing from the procedure proposed in Venkatesan and Greenberg se connects to the 5 'end of the oligonucleotides so that an extension of the Oligonucleotides remain possible through a polymerase.

Der Begriff der Oberfläche bezeichnet eine zugängliche Fläche eines Körpers aus Kunststoff, Metall, Glas, Silicium oder ähnlich geeigneten Werkstoffen. Vor­ zugsweise ist diese flach, insbesondere plan ausgestaltet. Die Oberfläche kann eine quellbare Schicht aufweisen, zum Beispiel aus Polysacchariden, Polyzucke­ ralkoholen oder quellbaren Silikaten.The term surface denotes an accessible surface of a body Plastic, metal, glass, silicon or similar suitable materials. Before  this is preferably flat, in particular flat. The surface can have a swellable layer, for example made of polysaccharides, poly sugars alcohols or swellable silicates.

Immobilisierung meint das Ausbilden von Wechselwirkungen mit der oben be­ schriebenen Oberfläche, die bei 95°C und der üblichen Ionenstärke und den Tem­ peraturen der PCR stabil sind, d. h. eine Halbwertszeit größer 1 Minute, bevorzugt größer 5 Minuten aufweisen. Bevorzugterweise handelt es sich dabei um kova­ lente Bindungen, die auch spaltbar - insbesondere durch Einwirkung elektroma­ gnetischer Strahlung sowie durch geeignete Reagenzien - sein können. Bevorzugt werden die Primermoleküle über die 5'-Termini an der Oberfläche immobilisiert. Alternativ kann eine Immobilisierung auch über ein oder mehrere Nukleotidbau­ steine, die zwischen den Termini des betreffenden Primermoleküls liegen, erfol­ gen, wobei allerdings ein Sequenzabschnitt von mindestens 10 Nukleotidbaustei­ nen gerechnet vom 3'-Terminus ungebunden bleiben muß.Immobilization means the formation of interactions with the above written surface, which at 95 ° C and the usual ionic strength and the tem PCR temperatures are stable, d. H. a half-life greater than 1 minute is preferred have more than 5 minutes. It is preferably kova lent bonds that are also cleavable - especially by exposure to electroma electromagnetic radiation and suitable reagents. Prefers the primer molecules are immobilized on the surface via the 5 'termini. Alternatively, immobilization can also take place via one or more nucleotide structures stones that lie between the terms of the relevant primer molecule are unsuccessful gene, although a sequence segment of at least 10 nucleotide components NEN must remain unbound from the 3 'terminus.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, chemisch geeignet derivati­ sierte Oligonukleotide an Glasoberflächen zu binden. Besonders geeignet sind hierzu beispielsweise endständige, über einen mehratomigen Spacer an das 5'- Ende des Oligonukleotids gebundene primäre Aminogruppen ("Aminolink"), welche leicht im Zuge der Oligonukleotidsynthese inkorporiert werden können und gut mit Isothiocyanat-modifizierten Oberflächen reagieren können. Bei­ spielsweise beschreiben Guo et al. (Nucleic Acids Res. 22 (1994), 5456-5465) ein Verfahren, Glasoberflächen mit Aminosilan und Phenylendiisothiocyanat zu akti­ vieren und anschließend 5'-aminomodifizierte Oligonukleotide hieran zu binden. Besonders bevorzugt ist die Carbodiimid-vermittelte Bindung 5'-phosphorylierter Oligonukleotide an aktivierte Polystyrolträger (Rasmussen et al., Anal. Biochem. 198 (1991), 138-142). Ebenfalls möglich ist die Verwendung kommerziell erhält­ licher Glasträger, welche einerseits zur Bindung von Aminolink-modifizierten Oligonukleotiden aktiviert sind und andererseits eine strukturierte Oberfläche aufweisen, welche gegenüber einer planen Oberfläche eine größere Bindungska­ pazität besitzt (Fa. Surmodics, Eden Prairie, Minnesota, USA). Ein anderes be­ kanntes Verfahren nutzt die hohe Affinität von Gold für Thiolgruppen zur Bin­ dung von Thiol-modifizierten Oligonukleotiden an Goldoberflächen aus (Hegner et al., FEBS Lett. 336 (1993), 452-456).Methods are known from the prior art, chemically suitable derivatives bound oligonucleotides to glass surfaces. Are particularly suitable for this purpose, for example, terminal to the 5'- via a polyatomic spacer Primary amino groups (“aminolink”) bound at the end of the oligonucleotide, which can be easily incorporated in the course of oligonucleotide synthesis and can react well with isothiocyanate-modified surfaces. At for example, Guo et al. (Nucleic Acids Res. 22 (1994), 5456-5465) Process to acti glass surfaces with aminosilane and phenylenediisothiocyanate four and then bind 5'-amino-modified oligonucleotides to it. The carbodiimide-mediated bond is particularly 5'-phosphorylated Oligonucleotides on activated polystyrene supports (Rasmussen et al., Anal. Biochem. 198: 138-142 (1991). The use is also commercially available Licher glass carrier, which on the one hand to bind Aminolink-modified Oligonucleotides are activated and on the other hand a structured surface  which have a larger binding capacity compared to a flat surface has capacity (Surmodics, Eden Prairie, Minnesota, USA). Another be known method uses the high affinity of gold for thiol groups to the bin formation of thiol-modified oligonucleotides on gold surfaces (Hegner et al., FEBS Lett. 336 (1993), 452-456).

Bei dem Nukleinsäuregemisch in kann es sich zum Beispiel um eine Bibliothek handeln, also um Nukleinsäuremoleküle, die über weite Strecken eine identische Sequenz aufweisen, sich aber in einem Teilbereich inmitten der identischen Berei­ che deutlich unterscheiden. Häufig bestehen die Bibliotheken aus gegebenenfalls linearisierten Plasmiden, in welche verschiedene Nukleinsäurefragmente einklo­ niert wurden. Ferner kann es sich bei dem Nukleinsäuregemisch um Restriktions­ fragmente handeln, an deren Schnittenden Linkermoleküle gleicher Sequenz li­ giert wurden. Hierbei unterscheiden sich in der Regel die Linker, die an das 5'-Ende der Fragmente gebunden werden, von den Linkern, die an das 3'-Ende der Fragmente gebunden werden. Jedenfalls ist in der Regel der interessierende Se­ quenzabschnitt in den Nukleinsäuremolekülen des Nukleinsäuregemischs von zwei flankierenden im wesentlichen bei allen Nukleinsäuremolekülen jeweils identischen Sequenzabschnitten umgeben.For example, the nucleic acid mixture in can be a library are nucleic acid molecules that are identical over long distances Show sequence, but in a partial area in the middle of the identical area clearly differentiate. The libraries often consist of, if necessary linearized plasmids, in which various nucleic acid fragments are included were kidneyed. Furthermore, the nucleic acid mixture can be restrictions act fragments, at the intersecting linker molecules of the same sequence left were greeted. The linkers that are at the 5 'end usually differ of the fragments are bound by the linkers attached to the 3 'end of the Fragments are bound. In any case, the interested person is usually sequence section in the nucleic acid molecules of the nucleic acid mixture of two flanking each essentially on all nucleic acid molecules surrounding identical sequence sections.

In Schritt b) werden die Nukleinsäuren des Nukleinsäuregemischs so mit der Oberfläche in Kontakt gebracht, daß Hybridisierung zwischen Primermolekülen und Nukleinsäuremolekülen stattfinden kann. Zunächst müssen dazu die Wasser­ stoffrücken, die sich zwischen den Primermolekülen und zwischen den Nuklein­ säuremolekülen des Nukleinsäuregemisches gebildet haben, durch Denaturierung (in der Regel durch thermische Denaturierung) gelöst werden. Dann erfolgt der Übergang zu nicht-denaturierenden Bedingungen, der sich in einer bestimmten Geschwindigkeit vollziehen muß, um spezifische Hybridisierung zu ermöglichen. Diese Vorgänge sind dem Fachmann aus der Polymerasekettenreaktion bekannt. In step b) the nucleic acids of the nucleic acid mixture are so with the Surface contacted that hybridization between primer molecules and nucleic acid molecules can take place. First, the water fabric backing that is between the primer molecules and between the nucleus have formed acid molecules of the nucleic acid mixture by denaturation (usually by thermal denaturation). Then the Transition to non-denaturing conditions that occur in a particular Speed must be achieved to enable specific hybridization. These processes are known to the person skilled in the art from the polymerase chain reaction.  

Der Begriff sekundäre Nukleinsäure bezeichnet diejenigen Nukleinsäuremoleküle, die durch komplementäre Verlängerung von Primermolekülen entstehen, wobei die Verlängerung komplementär zu den Nukleinsäuremolekülen erfolgt, die mit den Primern hybridisiert wurden. Da die zu verlängernden Primermoleküle an eine Oberfläche immobilisiert sind, sind auch die aus dieser Verlängerung resul­ tierenden sekundären Nukleinsäuremoleküle an der Oberfläche immobilisiert.The term secondary nucleic acid denotes those nucleic acid molecules which result from complementary extension of primer molecules, whereby the extension is carried out complementarily to the nucleic acid molecules with the primers were hybridized. Because the primer molecules to be extended a surface are immobilized, the result of this extension are also The secondary nucleic acid molecules immobilized on the surface.

Die nicht durch die Immobilisierung an die Oberfläche gebundenen Nukleinsäre­ moleküle werden in Schritt d) von der Oberfläche entfernt. Dies gilt sowohl für verlängerte oder unverlängert gebliebene mit Primermolekülen hybridisierte Nu­ kleinsäuremoleküle als auch für die unhybridisiert gebliebenen Nukleinsäuremo­ leküle des Nukleinsäuregemischs. In der Regel erfolgt diese Entfernung unter de­ naturierenden Bedingungen (hohe Temperatur und/oder chaotrope Reagenzien), so daß auch über Wasserstoffbrückenbindungen an immobilisierte Moleküle ge­ bundene (hybridisierte) Nukleinsäuremoleküle entfernt werden können. Hierbei ist es möglich, jedoch nicht bevorzugt, die Entfernung der vorgenannten Nuklein­ säuremoleküle erst nach Durchlaufen eines oder mehrerer Amplifikationszyklen vorzunehmen.The nucleic acids not bound to the surface by immobilization Molecules are removed from the surface in step d). This applies to both extended or non-extended Nu hybridized with primer molecules small acid molecules as well as for the unhybridized nucleic acid mo molecules of the nucleic acid mixture. Usually this removal is done under de naturing conditions (high temperature and / or chaotropic reagents), so that ge also via hydrogen bonds to immobilized molecules bound (hybridized) nucleic acid molecules can be removed. Here it is possible, but not preferred, to remove the aforementioned nucleus acid molecules only after going through one or more amplification cycles to make.

Der Begriff tertiäre Nukleinsäuren bezeichnet die als Matrize fungierenden se­ kundären Nukleinsäuren sowie diejenigen Nukleinsäuremoleküle, die nach dem Verfahren der PCR gebildet werden. Hierbei ist es wichtig, daß die von der Ober­ fläche entfernten Nukleinsäuren auch aus dem die Oberfläche umgebenden flüssi­ gen Reaktionsraum entfernt werden. Hierbei entstehen in der Regel regelrechte Inseln, das heißt diskrete Bereiche auf der Oberfläche, die tertiäre Nukleinsäuren der gleichen Sorte, das heißt identische oder komplementäre Nukleinsäuremole­ küle, tragen. The term tertiary nucleic acids refers to the se functioning as a template secondary nucleic acids as well as those nucleic acid molecules that after the Methods of PCR are formed. It is important that the Ober nucleic acids also removed from the liquid surrounding the surface towards the reaction space. This usually creates real Islands, that is, discrete areas on the surface, the tertiary nucleic acids the same type, that is, identical or complementary nucleic acid moles cool, wear.  

In Schritt (f) werden die tertiären Nukleinsäuren durch Denaturierung in ihre ein­ zelsträngige Form überführt, um die Hybridisierung zwischen den tertiären Nu­ kleinsäuren und der Sonde oder den Sonden zu ermöglichen. Hierbei ist bevor­ zugt, zur Vermeidung der Rekombination und Renaturierung aufgeschmolzener Nukleinsäuredoppelstränge einen der beiden zueinander komplementären Einzel­ stränge im wesentlichen von der Oberfläche zu entfernen. In der Regel geschieht dies in zwei aufeinanderfolgenden Schritten, wobei zunächst die nach Amplifika­ tion vorliegenden Nukleinsäuredoppelstränge, bevorzugt durch Einsatz einer Re­ striktionsendonuklease, geschnitten werden. In einem zweiten Schritt wird dann durch Denaturierung und Waschen das jeweils nicht mehr durch kovalente Bin­ dungen immobilisierte Einzelstrangfragment von Oberfläche und aus Lösungs­ raum entfernt. Ebenfalls denkbar ist es, eines von zwei ein Primerpaar bildenden Primermolekülen mittels einer chemisch, photochemisch oder thermisch spaltba­ ren Atomgruppe an der Oberfläche zu immobilisieren und diese Gruppe in Schritt (f) zu spalten. In jedem Fall wird in der darauffolgenden Denaturierung der voll­ ständige Gegenstrang zum nach wie vor immobilisierten Nukleinsäurestrang frei­ gesetzt und entfernt. Danach werden die in Schritt (f) erzeugten immobilisierten einzelsträngigen Nukleinsäuren unter Hybridisierungsbedingungen mit minde­ stens einer geeignet markierten, als Sonde dienenden Sorte von Nukleinsäuremo­ lekülen in Kontakt gebracht. Besonders geeignet als Sonde sind aus mRNA bzw. cDNA oder aus genomischer DNA erzeugte Nukleinsäuremischungen. Diese Mi­ schungen können eine einheitliche Markierungsgruppe enthalten. Bevorzugter­ weise jedoch enthalten die Nukleinsäuremischungen mindestens zwei unter­ scheidbare Markierungsgruppen, welche die Unterscheidung ansonsten weitge­ hend identischer Moleküle aus verschiedenen biologischen Quellen ermöglichen.In step (f), the tertiary nucleic acids are incorporated into them by denaturation cell-stranded form transferred to hybridization between the tertiary nu to enable small acids and the probe or probes. Here is before trains, to avoid recombination and renaturation melted Nucleic acid double strands one of the two complementary single essentially remove strands from the surface. Usually happens this in two successive steps, starting with the Amplifika tion present nucleic acid double strands, preferably by using a Re restriction endonuclease to be cut. Then in a second step by denaturing and washing, no longer by covalent bin immobilized single strand fragment from surface and from solution space removed. It is also conceivable for one of two to form a pair of primers Primer molecules by means of a chemically, photochemically or thermally fissionba immobilize their atomic group on the surface and this group in step (f) to split. In any case, in the subsequent denaturation, the full constant counter strand to the still immobilized nucleic acid strand free set and removed. Then the immobilized generated in step (f) are single-stranded nucleic acids under hybridization conditions with min at least one suitably labeled, serving as a probe of nucleic acid mo brought into contact. Particularly suitable as a probe are mRNA or cDNA or nucleic acid mixtures generated from genomic DNA. This Wed creations can contain a uniform marking group. More preferred however, the nucleic acid mixtures contain at least two separable marker groups, which otherwise widen the distinction based on identical molecules from different biological sources.

Eine Sonde ist im Rahmen der Erfindung ein Gemisch aus mindestens zwei ver­ schiedenen Nukleinsäurespezies, welche eine oder mehrere detektierbare Markie­ rungen, vorzugsweise fluoreszente Markierungsgruppen oder durch Kopplung an Fluoreszenzgruppen nachweisbare Gruppen, tragen. Eine Sonde kann im Rahmen der Erfindung sowohl aus einer als auch aus mehreren biologischen Proben, ins­ besondere RNA bzw. mRNA oder genomischer DNA aus einem bestimmten Ge­ webe oder aus einem Gewebe in einem bestimmten physiologischen Zustand, hergestellt werden. Ebenfalls unter Sonde zu verstehen ist ein Gemisch von Son­ den in obigem Sinn, welche jedoch aus verschiedenen biologischen Proben herge­ stellt wurden. In dem Fall, daß die Sonde aus verschiedenen biologischen Proben hergestellt wurde, ermöglicht die probenspezifische Markierung der Nukleinsäu­ respezies die eindeutige Zuordnung zwischen Nukleinsäurespezies und der Her­ kunft der betreffenden Nukleinsäurespezies aus einer bestimmten biologischen Probe.Within the scope of the invention, a probe is a mixture of at least two ver different nucleic acid species which have one or more detectable markers stations, preferably fluorescent labeling groups or by coupling Fluorescence groups detectable groups. A probe can be in the frame the invention both from one and from several biological samples, ins  special RNA or mRNA or genomic DNA from a specific Ge weave or from a tissue in a certain physiological state, getting produced. A probe is also a mixture of Son the one in the above sense, which however derives from different biological samples were put. In the event that the probe is from different biological samples was prepared, enables sample-specific labeling of the nucleic acid respezies the clear assignment between nucleic acid species and the Her the nucleic acid species concerned comes from a specific biological Sample.

In Schritt (g) werden die auf der Oberfläche statt gefundenen differentiellen Hy­ bridisierungsereignisse bestimmt. Differentielle Hybridisierungsereignisse zeigen an, daß eine auf einer Stelle der Oberfläche konzentrierte Sorte von Nukleinsäu­ remolekülen mit einer Sonde oder mit einem Sondengemisch stärker hybridisiert als mit einer anderen Sonde oder mit einem anderen Sondengemisch.In step (g), the differential Hy bridization events determined. Show differential hybridization events indicates that a type of nucleic acid concentrated on one surface remolecules more hybridized with a probe or with a probe mixture than with another probe or with a different mixture of probes.

Besonders zuverlässig lassen sich solche Ereignisse erkennen, wenn wie in Schena et al. (Science 1995 Oct 20; 270(5235): 467-70) beschrieben eine kompeti­ tive Hybridisierung durchgeführt wird, bei der die eingesetzte Sonde aus einer Mischung von unterschiedlich fluoreszenzmarkierten, aus unterschiedlichen (ins­ besondere zwei) Proben gewonnenen Nukleinsäuren besteht. Zunächst wird die Oberfläche, auf der die Hybridisierung stattgefunden hat, abgetastet, das heißt es wird die lokal gebundene Sondenmenge (etwa durch Messen der Fluoreszenzakti­ vität) bestimmt. Bei Einsatz einer Sonde, die aus einer Mischung von unter­ schiedlich fluoreszenzmarkierten, aus unterschiedlichen (insbesondere zwei) Pro­ ben gewonnenen Nukleinsäuren besteht, kann Abtasten das zeitgleiche oder nach­ einander erfolgende Bestimmen der Fluoreszenzaktivität bei zwei unterschiedli­ chen Anregungs- und/oder Emissionswellenlängen bedeuten. Die ortsaufgelösten Fluoreszenzsignale müssen für jeden Fluorophor kalibriert werden. Diese Kali­ brierung kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Zum Beispiel ist es möglich, mit einem internen Standard zu arbeiten, wie dies in Schena et al. beschrieben wird. In diesem Fall würde als Sonde ein Gemisch aus unterschiedlich markierter cDNA unterschiedlicher Herkunft eingesetzt, indem man zunächst eine mRNA bestimmter Herkunft zusammen mit einer bekannten mRNA bekannter Konzen­ tration revers transkribiert und Fluoreszenz-markiert (z. B. mit Fluoreszein) und dasselbe mit der mRNA der anderen Herkunft durchführt, aber einen anderen Fluoreszenz-Marker benutzt (z. B. Lissamin). Wenn man eine definierte Menge Nukleinsäure, an welcher die unterschiedlich markierten Proben des internen Standards binden, auf eine definierte Stelle der Oberfläche aufbringt, dann können die durch Abtasten der Oberfläche ermittelten örtlichen Fluoreszenzsignale auf den internen Standard bezogen werden, so wie in Schena et al. beschrieben. Alternativ kann man auch den Quotient aus der örtlichen Signalintensität bezüglich beider Fluorophore bilden und über die Anzahl der Meßorte arithmetisch mitteln. Der auf diese Weise erhaltene Selektivitätsfaktor
Such events can be recognized particularly reliably if, as in Schena et al. (Science 1995 Oct 20; 270 (5235): 467-70) describes a competitive hybridization in which the probe used consists of a mixture of differently fluorescently labeled nucleic acids obtained from different (in particular two) samples. First, the surface on which the hybridization has taken place is scanned, that is to say the locally bound amount of probe is determined (for example by measuring the fluorescence activity). When using a probe which consists of a mixture of different fluorescence-labeled nucleic acids obtained from different (in particular two) samples, scanning can mean the simultaneous or sequential determination of the fluorescence activity at two different excitation and / or emission wavelengths. The spatially resolved fluorescence signals have to be calibrated for each fluorophore. This calibration can be done in different ways. For example, it is possible to work with an internal standard, as described in Schena et al. is described. In this case, a mixture of differently labeled cDNA of different origins would be used as the probe by first transversely transcribing an mRNA of a certain origin together with a known mRNA of known concentration and fluorescence-labeled (e.g. with fluorescein) and the same with the mRNA of the other origin but uses a different fluorescence marker (e.g. Lissamin). If a defined amount of nucleic acid, to which the differently labeled samples of the internal standard bind, is applied to a defined location on the surface, then the local fluorescence signals determined by scanning the surface can be related to the internal standard, as described in Schena et al. described. Alternatively, one can also form the quotient from the local signal intensity with respect to both fluorophores and arithmetically average the number of measurement locations. The selectivity factor obtained in this way

gibt näherungs­ weise die relative Sensitivität der Detektion der beiden Fluorophore a und b an, wenn sich die mRNA-Proben unterschiedlicher Herkunft nicht zu stark unter­ scheiden (Sa(x,y) = Fluoreszenzintensität, die auf den Fluorophor a zurückgeht am Meßpunkt mit den Koordinaten x,y in einer Matrix von x = 1 bis X und y = 1 bis Y, Sb(x,y) analog). Häufig erscheint es angebracht, Signale die auf unspezifi­ sche Bindung zurückgehen, vom Fluoreszenzsignal abzuziehen, bevor der Selek­ tivitätsfaktor und alle anderen Daten aus den Rohdaten ermittelt werden. Dies setzt allerdings voraus, daß sich die unspezifische Bindung genau genug bestim­ men läßt, was nicht immer der Fall sein wird, so daß häufig auf eine solche Kor­ rektur verzichtet wird.gives approximation indicate the relative sensitivity of the detection of the two fluorophores a and b, if the mRNA samples from different origins are not too low to separate (Sa (x, y) = fluorescence intensity due to the fluorophore a at the measuring point with the coordinates x, y in a matrix from x = 1 to X and y = 1 to Y, Sb (x, y) analog). It often appears appropriate to use signals that are unspecific bond to subtract from the fluorescence signal before the Selek activity factor and all other data can be determined from the raw data. This however, presupposes that the non-specific binding is determined precisely enough leaves, which will not always be the case, so that often on such a Cor rectification is dispensed with.

Der Selektivitätsfaktor ab kann also in Analogie zu Schena et al. unter Verwen­ dung eines internen Standards berechnet werden oder es kann die oben genannte vereinfachte Definition zugrunde gelegt werden. Ein differentielles Hybridisie­ rungsereignis hat per definitionem stattgefunden, wenn der örtliche Quotient aus den auf Fluorophor a und Fluorophor b zurückgehenden Fluoreszenzintensitäten größer als g.ab oder kleiner als 1/g.ab ist, wobei g größer 1,5, bevorzugt größer als 2, vor allem größer als drei ist.The selectivity factor ab can thus be compared to Schena et al. can be calculated using an internal standard or the simplified definition above can be used. A differential hybridization event by definition has occurred when the local quotient of the fluorescence intensities due to fluorophore a and fluorophore b is greater than g. from or less than 1 / g. ab , where g is greater than 1.5, preferably greater than 2, especially greater than three.

Ein differentielles Hybridisierungsereignis weist am Ort x,y in einer Matrix von x = 1 bis X und y = 1 bis Y einen Quotienten Sa/Sb auf, der durch eine der folgen­ den Ungleichungen gekennzeichnet ist:
A differential hybridization event has a quotient Sa / Sb at location x, y in a matrix from x = 1 to X and y = 1 to Y, which is characterized by one of the following inequalities:

Die Auflösung, das heißt die Werte X und Y der x,y-Matrix werden durch die Auflösung des Abtastvorganges begrenzt. Wird ein CCD-Chip eingesetzt, so kann X.Y die Auflösung des Chips bedeuten.The resolution, i.e. the values X and Y of the x, y matrix are determined by the Resolution of the scanning process limited. If a CCD chip is used, it can X.Y mean the resolution of the chip.

Es ist ebenfalls möglich, auf den gleichzeitigen Einsatz zweier oder mehr Fluoro­ phore, die jeweils mit einer mRNA einer bestimmten Herkunft gekoppelt sind, zu verzichten. In diesem Fall müßte man zwei (oder mehr) Sonden einsetzen, die denselben Fluorophor tragen, die aber auf mRNA unterschiedlicher Herkunft zu­ rückgehen. Dann würde man zunächst eine erste Hybridisierung mit Sonde a durchführen, das erste Hybridisierungsergebnis durch ortsaufgelöste Fluoreszenz­ messung detektieren, die hybridisierte Sonde a entfernen, eine zweite Hybridisie­ rung mit Sonde b durchführen, das zweite Hybridisierungsergebnis detektieren (und gegebenenfalls noch weitere Zyklen bestehend aus Entfernung einer hybridi­ sierten Sonde, Hybridisierung einer weiteren Sonde und Detektion des Hybridi­ sierungsergebnisses durchführen) und die erhaltenen Hybridisierungsergebnisse miteinander vergleichen. Die oben aufgeführte Gleichung und die Ungleichungen bleiben anwendbar, allerdings bedeuten die Indices a und b dann die jeweiligen Meßdurchgänge bei Anwendung von Sonden a und b, die auf Proben unterschied­ licher Herkunft zurückgehen. It is also possible to use two or more Fluoro at the same time phore, each of which is coupled to an mRNA of a specific origin dispense. In this case one would have to use two (or more) probes, the carry the same fluorophore, but they target mRNA of different origins decline. Then a first hybridization with probe a carry out the first hybridization result by spatially resolved fluorescence Detect measurement, remove hybridized probe a, a second hybridization Perform with probe b, detect the second hybridization result (and possibly further cycles consisting of the removal of a hybridi based probe, hybridization of a further probe and detection of the hybridi perform the result of the hybridization) and the hybridization results obtained compare. The equation above and the inequalities remain applicable, however the indices a and b then mean the respective ones Measuring runs when using probes a and b, which differed on samples origin.  

Um zu entscheiden, ob ein Ort x,y Teil eines authentischen differentiellen Hybri­ disierungsereignisses ist, sollten die Quotienten Sa(x,y)/Sb(x,y) benachbarter Orte verglichen werden. Flächen, die ein differentielles Hybridisierungsereignis auf­ weisen, gehen in der Regel auf klonale Inseln auf der Oberfläche zurück und ha­ ben somit eine im wesentlichen runde Form und einen Durchmesser größer 0,1 µm, bevorzugt größer 0,75 µm oder 1,0 µm auf der Oberfläche, vor allem 1,2-2,0 µm. Mit diesem Filterkriterium lassen sich Artefakte weitgehend vermeiden (siehe Beispiel 7).To decide whether a location x, y is part of an authentic differential hybrid event, the quotients Sa (x, y) / Sb (x, y) of neighboring locations should be compared. Areas that have a differential hybridization event usually have clonal islands on the surface and ha ben thus a substantially round shape and a diameter greater than 0.1 µm, preferably greater than 0.75 µm or 1.0 µm on the surface, especially 1.2-2.0 µm. This filter criterion largely prevents artifacts (see example 7).

Die Bereiche, an denen differentielle Hybridisierungsereignisse stattgefunden ha­ ben, werden selektiv derart behandelt, daß die dort immobilisierten Moleküle mindestens zum Teil von der Oberfläche abgelöst werden. Bevorzugt geschieht dies durch lokal begrenzte Einwirkung elektromagnetischer Strahlung, insbeson­ dere UV-Strahlung oder Strahlung im sichtbaren Bereich, die in der Lage ist, photochemische Spaltung einer photolabilen Gruppe herbeizuführen, die mit ei­ nem Primermolekül eines Primerpaars verbunden ist. Wichtig hierbei ist, daß le­ diglich diejenigen Bereiche der elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden, von denen eine Ablösung und Wiedergewinnung der Nukleinsäuremoleküle ge­ wünscht ist. Nach selektiver Ablösung der Nukleinsäuremoleküle, die an einem differentiellen Hybridisierungsereignis beteiligt sind, werden diese vom Träger abgewaschen.The areas where differential hybridization events have occurred ben, are treated selectively such that the molecules immobilized there at least partially detached from the surface. Preferably happens this through locally limited exposure to electromagnetic radiation, in particular their UV radiation or radiation in the visible range, which is able To bring about photochemical cleavage of a photolabile group, which with ei nem primer molecule of a primer pair is connected. It is important that le only those areas are exposed to electromagnetic radiation, a detachment and recovery of the nucleic acid molecules wishes. After selective detachment of the nucleic acid molecules attached to a differential hybridization event are involved, these are carried by the carrier washed.

Zur Analyse der in (g) von der Oberfläche abgelösten sowie in Waschlösung über­ führten Nukleinsäuremoleküle wird in der Regel zunächst eine Vervielfältigung erforderlich sein, welche bevorzugt mittels in-vitro-Amplifikation oder über Klo­ nierung oder eine Kombination hiervon erfolgt. Die weiter vorzunehmenden Analyseschritte richten sich im Rahmen der dem Fachmann geläufigen Vorge­ hensweisen nach der verfolgten Fragestellung, werden aber in der Regel eine Se­ quenzierung der erhaltenen Nukleinsäuren beinhalten. Oft werden die erhaltenen Nukleinsäuren auch zum Durchsuchen genomischer oder cDNA-Bibliotheken eingesetzt. Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Expres­ sionsanalyse wird meist eine Überprüfung der erhaltenen Sequenzen mittels eines Quantifizierungsverfahrens, beispielsweise Northern-Hybridisierung oder quanti­ tative PCR, erfolgen. Weiterhin können die Ergebnisse zur Abfrage elektronischer Datenbanken, beispielsweise Sequenzdatenbanken, eingesetzt oder ihrerseits in Datenbanken eingespeist werden.For analysis of the detached from the surface in (g) as well as in washing solution Nucleic acid molecules are usually first duplicated be necessary, which is preferably by means of in vitro amplification or via toilet nation or a combination thereof. The more to be done Analysis steps are based on the procedures familiar to a person skilled in the art according to the question being pursued, but usually become a se include the nucleic acids obtained. Often, the ones obtained  Nucleic acids also for searching genomic or cDNA libraries used. When using the method according to the invention Sions analysis is usually a check of the sequences obtained using a Quantification method, for example Northern hybridization or quanti tative PCR. Furthermore, the results can be queried electronically Databases, for example sequence databases, used or in turn in Databases are fed.

In einer anderen Ausführung von Schritt (g) werden die an nicht-differentiellen Hybridisierungsereignissen beteiligten Nukleinsäuremoleküle und/oder die an sie hybridisierten Sondenmoleküle so verändert, daß sie für eine Ablösung und/oder spätere Vervielfältigung nicht mehr zur Verfügung stehen, also entfernt oder in­ aktiviert werden.In another embodiment of step (g), the non-differential Hybridization events involved and / or the nucleic acid molecules involved in them hybridized probe molecules changed so that they are ready for detachment and / or later reproduction is no longer available, i.e. removed or in to be activated.

InaktivierungInactivation

Bevorzugt werden die nicht an nicht-differentiellen Hybridisie­ rungsereignissen beteiligten Nukleinsäuremoleküle mit elektromagnetischer Strahlung geeigneter Wellenlänge sowie einem Vernetzungsreagenz behandelt, so daß es zu die durch Hybridisierung entstandenen Doppelstränge vernetzenden Photoreaktionen kommt. Beispielsweise beschreiben Spielmann et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89 (1992), 4514-8) die kovalente Verknüpfung miteinander hy­ bridisierter DNA-Stränge durch Interkalation von 4'-Hydroxymethyl-4,5,8- trimethylpsoralen mit anschließender Bestrahlung bei 366 nm. Ferner kann auch auf ein Vernetzungsagens verzichtet werden, indem man die entsprechenden Nu­ kleinsäuremoleküle und Sonden infolge elektromagnetischer Einwirkung irrever­ sibel kreuzvernetzt (Thymidign-Dimer-Bildung). Eine weitere Möglichkeit ist das irreversible Verbinden der entsprechenden Nukleinsäuremoleküle und Sonden mit der Oberfläche durch lokale Erhitzung.The non-differential hybridisies are preferred events involving nucleic acid molecules with electromagnetic Treated radiation of suitable wavelength and a crosslinking reagent, so that it cross-links to the double strands created by hybridization Photo reactions are coming. For example, Spielmann et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89 (1992), 4514-8) the covalent linkage with one another hy bridized DNA strands by intercalation of 4'-hydroxymethyl-4,5,8- trimethylpsoralen with subsequent irradiation at 366 nm. Furthermore, also a networking agent can be dispensed with by using the corresponding nu Small acid molecules and probes irreversible due to electromagnetic effects sibel cross-linked (thymidign dimer formation). Another possibility is that irreversible connection of the corresponding nucleic acid molecules and probes with the surface by local heating.

Entfernungdistance

Natürlich können in Schritt (g) auch zunächst die an nicht­ differentiellen Hybridisierungsereignissen beteiligten Nukleinsäuremoleküle und Sonden entfernt werden. Dies kann z. B. durch die Spaltung photolabiler Gruppen inmitten des Linkers bewirkt werden, der die verlängerten Primermoleküle, also die Nukleinsäuremoleküle mit der Oberfläche verbindet. Zum Beispiel könnte ein Konstrukt wie in Formel II angegeben zum Einsatz kommen.Of course, in step (g), the first cannot differential hybridization events involved nucleic acid molecules and Probes are removed. This can e.g. B. by the cleavage of photolabile groups in the middle of the linker, which is the extended primer molecules, ie  connects the nucleic acid molecules to the surface. For example, a Construct as specified in formula II can be used.

Die an differentiellen Hybridisierungsereignissen beteiligten Nukleinsäuremole­ küle und Sonden werden dann in einem zweiten Schritt entfernt, der nicht mehr selektiv sein muß. Diese in einem zweiten Schritt freigesetzten Nukleinsäuremo­ leküle und Sonden werden, wie oben beschrieben, analysiert.The nucleic acid moles involved in differential hybridization events The cooler and probes are then removed in a second step, which is no longer must be selective. This nucleic acid mo released in a second step The tubes and probes are analyzed as described above.

Im Ergebnis äquivalent wäre im übrigen auch der Einsatz von LCM (Laser captu­ re microdissection, Emmert-Buck et al., Science 274 (1996), 998-1001) zur Iso­ lation derjenigen Nukleinsäure-Inseln, an denen differentielle Hybridisierungs­ ereignisse stattgefunden haben, sofern die zur Immobilisierung verwandte Ober­ fläche hierfür geeignete Eigenschaften aufweist. Zur Anwendung von LCM im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens wäre es erforderlich, eine Oberfläche zur Verfügung zu stellen, welche einerseits gegen die während der Amplifikation und Hybridisierung herrschenden Bedingungen beständig ist, sich andererseits aber nach Kontakt mit thermisch erweichter und wieder abgekühlter Polyethylenviny­ lacetat-Transferfolie lokal gemeinsam mit dieser vom Träger abziehen läßt. Hier­ für könnte beispielsweise eine zur Bindung von Nukleinsäuren chemisch geeignet modifizierte (Rasmussen et al.) Polystyrolfolie auf einen Kunststoff oder Gla­ sträger aufgepreßt werden. Um die nach erfolgtem Transfer zwischen Transferfo­ lie und und Polystyrolfolie eingeschlossenen Nukleinsäuren zugänglich zu ma­ chen, könnte die Polystyrolfolie mit geeigneten Lösungsmitteln, beispielsweise Aceton, aufgelöst werden.Incidentally, the use of LCM (laser captu right microdissection, Emmert-Buck et al., Science 274 (1996), 998-1001) on Iso lation of those nucleic acid islands on which differential hybridization events have taken place, provided that the waiter related to immobilization surface has suitable properties for this. For the application of LCM in For the purposes of the method according to the invention, it would be necessary to have a surface to make available, on the one hand, against the during amplification and hybridization prevailing conditions, on the other hand after contact with thermally softened and again cooled polyethylene vinyl can be removed locally with the acetate transfer film together with this from the carrier. Here for example, one could be chemically suitable for binding nucleic acids modified (Rasmussen et al.) polystyrene film on a plastic or glass be pressed on. To ensure that the transfer between Transferfo lie and and polystyrene film enclosed nucleic acids accessible to ma Chen, the polystyrene film with suitable solvents, for example Acetone to be dissolved.

Anwendungsbereiche des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere all diejenigen Fragestellungen, bei denen zwei oder mehrere Nukleinsäuremischun­ gen daraufhin untersucht werden sollen, ob einzelne Nukleinsäurespezies in den Mischungen in unterschiedlicher Häufigkeit enthalten sind, und die diese Spezies repräsentierenden sekundären und tertiären Nukleinsäuren isoliert werden sollen. Areas of application of the method according to the invention are in particular all those questions in which two or more nucleic acid mixtures gene should then be examined whether individual nucleic acid species in the Mixtures in different frequencies are included, and this species representing secondary and tertiary nucleic acids to be isolated.  

Dies ist beispielsweise bei der Expressionsanalyse der Fall, bei der häufig die Zu­ sammensetzung verschiedener cDNA-Präparationen verglichen wird und die Auf­ gabe in der Identifikation derjenigen cDNA-Spezies besteht, welche sich in ihrer Häufigkeit zwischen den Präparationen unterscheiden. Eine andere Anwendung ist der Vergleich von Mischungen von aus genomischer DNA gewonnenen DNA- Fragmenten, wobei oftmals bestimmte Fragmente (beispielsweise durch "Doppel­ restriktionsverdau" mit zwei verschiedenen Restriktionsendonukleasen gewon­ nen) lediglich in einem Teil der untersuchten Präparationen vorhanden sind. Der­ artige Fragmente, die bisher meist über das bekannte RFLP (Restriktionsfrag­ mentlängenpolymorphismus)-Verfahren (Kiko et al., Mol. Gen. Genet. 172 (1979), 303-12) identifiziert werden, eignen sich beispielsweise für genomische Kartierungen sowie zur Analyse von SNPs (single nucleotide polymorphisms) (Palmatier et al., Biol. Psychiatry 46 (1999), 557-67). Ein weiterer Anwendungs­ bereich, welcher vor allem in der Pflanzenzüchtung eine wichtige Rolle spielt, besteht in der Untersuchung von genomischen Fragmenten, die auf einer Seite von einer Erkennungsstelle für eine bestimmte Restriktionsendonuklease und auf ihrer anderen Seite von einer aus einem Transposon stammenden Sequenz flankiert werden (Arbuckle et al., WO 99/41415). Da die Insertion bzw. Exzision von Transposons Eigenschaften eines Organismus beeinflussen können, ist die Kennt­ nis solcher Prozesse und ihrer genauen Lage im Genom, etwa für Züchtungs­ zwecke, von großem Interesse.This is the case, for example, in the expression analysis, in which the Zu composition of different cDNA preparations is compared and the on is the identification of those cDNA species that are in their Distinguish frequency between preparations. Another application is the comparison of mixtures of DNA obtained from genomic DNA Fragments, whereby often certain fragments (for example by "double restriction digestion "with two different restriction endonucleases are only present in a part of the examined preparations. The like fragments, so far mostly about the known RFLP (restriction question length polymorphism) method (Kiko et al., Mol. Gen. Genet. 172 (1979), 303-12) are suitable, for example, for genomic Mapping and analysis of SNPs (single nucleotide polymorphisms) (Palmatier et al., Biol. Psychiatry 46 (1999), 557-67). Another application area which plays an important role especially in plant breeding, consists in the study of genomic fragments on one side of a recognition site for a particular restriction endonuclease and on its flanked on the other side by a sequence originating from a transposon (Arbuckle et al., WO 99/41415). Since the insertion or excision of Knowing that transposons can influence the properties of an organism Such processes and their exact location in the genome, for example for breeding purposes of great interest.

Soll das Verfahren beispielsweise zur Expressionsanalyse zweier biologischer Proben eingesetzt werden, so werden häufig die folgenden Schritte zur Anwen­ dung kommen: zunächst werden Aliquots der aus beiden Proben gewonnenen RNAs vereinigt und in doppelsträngige cDNA überführt, welche ihrerseits einem Restriktionsverdau, beispielsweise mit einem häufig schneidenden Enzym wie MboI, unterworfen wird. Nach Ligation doppelsträngiger Linker wird eine Fest­ phasenamplifikation durchgeführt. Hierzu werden Primermoleküle, welche an die durch den verwendeten cDNA-Primer eingeführte Sequenz bzw. an die durch die Linker vorgegebene Sequenz binden können, auf einer Oberfläche immobilisiert. For example, if the method is used for the expression analysis of two biological If samples are used, the following steps are often used come: First, aliquots of those obtained from both samples RNAs pooled and converted into double-stranded cDNA, which in turn a Restriction digestion, for example with a frequently cutting enzyme such as MboI, is subjected. After ligation double-stranded linker becomes a feast phase amplification performed. For this purpose, primer molecules attached to the by the sequence introduced by the cDNA primer used or to that by the Linker can bind predetermined sequence, immobilized on a surface.  

Hierbei wird eine der Primerspezies über eine photolabile kovalente Bindung an die Oberfläche gebunden. Der andere der Primer enthält die Sequenz einer Schnittstelle für ein Enzym, welches die cDNA-Restriktionsfragmente in der Re­ gel nicht schneiden wird. Meist wird hierfür ein nicht-häufig schneidendes Enzym gewählt, dessen Erkennungsstelle die Erkennungsstelle des oben eingesetzten häufig schneidenden Enzyms beinhaltet, also beispielsweise BamHI, wenn als häufig schneidendes Enzym MboI gewählt wurde. Nach Aufbringen einer Reak­ tionskammer sowie einer Annealingmischung auf die Oberfläche, wobei die An­ nealingmischung neben den für die Durchführung einer Primerextension erforder­ lichen Reagenzien auch ein Aliquot der mit Linkern versehenen cDNA-Fragmente enthält, werden wie oben beschrieben sekundäre Nukleinsäuren erzeugt. Nach Entfernung nicht-immobilisierter Nukleinsäuren und Einbringen einer Amplifika­ tionsmischung, welche die für die Durchführung der Polymerasekettenreaktion erforderlichen Reagenzien enthält, werden "Inseln" durch Festphasenamplifikation entstandener tertiärer Nukleinsäuren erzeugt. Um hybrisisierungsfähige einzel­ strängige Moleküle zu erhalten, wird mit BamHI geschnitten und der jeweils nicht mehr kovalent immobilisierte Strang durch Denaturierung und Waschen entfernt. Zur Identifikation derjenigen Inseln, welche differentiell exprimierte Gene enthalten, werden weitere Aliquots der isolierten RNAs in Gegenwart von fluoreszenzmarkierten Nukleotidanaloga, beispielsweise Cy3-dUTP oder Cy5-dUTP, separat revers transkribiert. Dabei wird die aus einer Probe gewonnene cDNA mit einer Markierung und die aus der anderen Probe gewonnene cDNA mit der anderen Markierung versehen. Die Proben werden miteinander vermischt, denaturiert und unter Hybridisierungsbedingungen mit der vorbereiteten, die se­ kundären und tertiären Nukleinsäuren tragenden Oberfläche in Kontakt gebracht. Nach Hybridisierung und Waschen werden die von beiden Sondentypen stam­ menden Fluoreszenzsignale detektiert, und es werden wie in Beispiel beschrieben die Positionen derjenigen Inseln (in Beispiel 7 in Hinblick auf ihre Fluoreszenz auch als "spots" bezeichnet) bestimmt, an welchen überdurchschnittlich viel oder überdurchschnittlich wenig Moleküle des einen Sondentyps im Vergleich zu Mo­ lekülen des anderen Sondentyps hybridisiert sind. Diese Inseln, nunmehr beste­ hend aus mit Sondenmolekülen hybridisierten sekundären und tertiären Nuklein­ säuremolekülen, werden nun photolytisch von der Oberfläche gelöst und abgewa­ schen. Die Waschlösung enthält nun eine Mischung von cDNA- Restriktionsfragmenten, welche in beiden biologischen Proben unterschiedlich stark exprimierte Gene repräsentieren. Um die entsprechenden Gene zu identifi­ zieren, werden die cDNA-Restriktionsfragmente mittels PCR reamplifiziert; hier­ bei kommen Primer zur Anwendung, die die gleiche Sequenz aufweisen wie zu­ vor die immobilisierten, zur Festphasenamplifikation eingesetzten Primer. Da es sich in der Regel um eine Mischung verschiedener Fragmente handeln wird, muß eine Möglichkeit zur Auftrennung geschaffen werden. Diese Auftrennung kann durch Klonierung der Reamplifikationsprodukte erfolgen, es ist aber auch eine Größauftrennung über präparative Gelelektrophorese, besonders Polyacrylamid­ gelelektrophorese, möglich. Zur Identifikation werden die aufgetrennten Produkte in der Regel sequenziert und die Sequenz für Datenbankabfragen verwendet. Oft wird auf diese Weise bereits eindeutig klar, welches der bereits beschriebenen und in den abgefragten Datenbanken eingetragenen Gene zu den zwischen den unter­ suchten Proben differentiell exprimierten Genen gehört. In vielen Fällen führt die Datenbankabfrage allerdings nicht zu einem bereits charakterisierten Gen, sondern liefert lediglich sequenzidentische DNA-Abschnitte (sog. ESTs, expressed se­ quence tags), denen bisher keine Funktion und insbesondere auch noch keine voll­ ständige cDNA bzw. ein korrespondierender genomischer Locus zugeordnet wur­ de. In noch anderen Fällen führt die Datenbankabfrage zu gar keiner ähnlichen oder signifikant partiell identischen Sequenz. In den beiden letzten Fällen wird man in der Regel versuchen, längere (möglichst vollständige) cDNA-Moleküle des jeweiligen Gens zu erhalten. Dies ist über das Durchsuchen von cDNA- Banken möglich, bisweilen wird man aber auch das Durchsuchen genomischer Banken vorziehen. Eine Alternative besteht im von Frohman et al. (Proc Natl. Acad Sci USA 85 (1988): 8998-9002) beschriebenen Verfahren des "rapid am­ plification of cDNA ends", welches die Isolation vollständiger cDNA-Moleküle mittels in-vitro-Amplifikation erlaubt. Weiterhin wird man eine Expressionsquan­ tifizierung der identifizierten Gene anschließen. Da keine eindeutige Zuordnung einer einzelnen der zahlreichen simultan abgelösten Nukleinsäureinseln zu einem nachfolgend identifizierten Gen mehr möglich ist, kann das an einer bestimmten Insel erhaltene Verhältnis der Signalstärken beider Sonden-Fluorophore nicht zur Bestimmung eines Regulationsfaktors des entsprechenden Gens herangezogen werden. Vielmehr wird man sich der dem Fachmann geläufigen Techniken wie etwa quantitative PCR oder Northern Blotting bedienen, um das Maß der Expres­ sionsveränderung jedes einzelnen identifizierten Gens zu ermitteln. In jedem Fall liefert das Verfahren, wenn es zur vergleichenden Expressionsanalyse zweier Pro­ ben eingesetzt wird, eine Mischung von cDNA-Fragmenten, die zwischen beiden Proben differentiell exprimierte Gene repräsentieren. Beim analog verlaufenden Einsatz zum Genomvergleich hingegen werden genomische Abschnitte isoliert, welche eine veränderte Kopienzahl aufweisen (z. B. "loss of heterozygosity" oder auch Amplifikation bestimmter genomischer Abschnitte in Tumorgewebe) oder auch nur in einem Teil der untersuchten Genome vorkommt (z. B. Insertionen oder Deletionen oder auch Fragmente, die genomische Umlagerungen repräsentieren).One of the primer species is attached via a photolabile covalent bond bound the surface. The other of the primers contains the sequence of one Interface for an enzyme that the cDNA restriction fragments in the Re gel will not cut. This is usually a non-cutting enzyme chosen, the recognition point of the recognition point used above frequently cutting enzyme, for example BamHI, if as frequently cutting enzyme MboI was chosen. After applying a reak tion chamber and an annealing mixture on the surface, the An nealing mix in addition to those required for performing a primer extension Reagents also an aliquot of the cDNA fragments provided with linkers contains, secondary nucleic acids are generated as described above. To Removal of non-immobilized nucleic acids and introduction of amplifiers tion mixture, which is necessary for the implementation of the polymerase chain reaction contains necessary reagents, "islands" by solid phase amplification generated tertiary nucleic acids. In order to hybridize individual to obtain stranded molecules is cut with BamHI and the respective strand no longer covalently immobilized by denaturing and washing away. To identify those islands that expressed differentially Containing genes are further aliquots of the isolated RNAs in the presence of fluorescence-labeled nucleotide analogs, for example Cy3-dUTP or Cy5-dUTP, separately reverse transcribed. Here, the one obtained from a sample cDNA with a label and the cDNA obtained from the other sample with the other mark. The samples are mixed together denatured and under hybridization conditions with the prepared, the se brought into contact secondary and tertiary nucleic acid-bearing surface. After hybridization and washing, those of both types of probes become stable fluorescence signals are detected, and are described as in Example the positions of those islands (in Example 7 in terms of their fluorescence also referred to as "spots") determines which above average or Above average few molecules of one probe type compared to Mo molecules of the other probe type are hybridized. These islands, now the best  based on secondary and tertiary nucleotides hybridized with probe molecules acid molecules are now photolytically detached from the surface and washed off . The washing solution now contains a mixture of cDNA Restriction fragments, which differ in both biological samples represent highly expressed genes. To identify the corresponding genes adorn, the cDNA restriction fragments are reamplified by means of PCR; here primers are used which have the same sequence as before the immobilized primers used for solid phase amplification. Because it will usually be a mixture of different fragments a way to separate. This separation can by cloning the reamplification products, but it is also a Size separation via preparative gel electrophoresis, especially polyacrylamide gel electrophoresis, possible. The separated products are used for identification usually sequenced and the sequence used for database queries. Often it is already clear in this way which of the already described and genes entered in the queried databases to the genes between the under searched samples heard differentially expressed genes. In many cases this leads Database query, however, not for an already characterized gene, but only delivers sequence-identical DNA sections (so-called ESTs, expressed se quence tags), which so far have no function and in particular are not yet full permanent cDNA or a corresponding genomic locus was assigned de. In still other cases, the database query does not lead to any similar or significantly partially identical sequence. In the latter two cases one usually tries to make longer (as complete as possible) cDNA molecules of the respective gene. This is about searching cDNA- Banks are possible, but sometimes browsing becomes more genomic Prefer banks. An alternative is that of Frohman et al. (Proc Natl. Acad Sci USA 85 (1988): 8998-9002) described method of "rapid am plification of cDNA ends ", which is the isolation of complete cDNA molecules allowed by in vitro amplification. Furthermore you become an expression quan Connect the identification of the identified genes. Because no clear assignment  a single one of the numerous simultaneously detached nucleic acid islands into one subsequently identified gene is more possible, this can be done on a specific Islet ratio of signal strengths of both probe fluorophores not obtained to Determination of a regulatory factor of the corresponding gene is used become. Rather, one will look at the techniques familiar to the person skilled in the art such as such as quantitative PCR or Northern blotting to measure the amount of express change in the determination of each identified gene. In any case provides the method if it for comparative expression analysis of two Pro ben is used, a mixture of cDNA fragments between the two Samples represent differentially expressed genes. With the analog Genome comparison, on the other hand, isolates genomic sections, which have a changed number of copies (e.g. "loss of heterozygosity" or also amplification of certain genomic sections in tumor tissue) or also occurs only in a part of the genomes examined (e.g. insertions or Deletions or fragments that represent genomic rearrangements).

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nach Schritt e) die folgenden Schritte durchgeführt:
In a further embodiment of the method according to the invention, the following steps are carried out after step e):

  • a) Die Oberfläche aus Schritt e) des bereits beschriebenen Verfahrens, die er­ ste Oberfläche, wird mit einer zweiten Oberfläche in Kontakt gebracht, auf welcher Primermoleküle, die mindestens ein Primerpaar bilden, immoblili­ siert sind, unter Bedingungen, bei welchen die Primermoleküle der zwei­ ten Oberfläche mit den tertiären Nukleinsäuren der ersten Oberfläche hy­ bridisieren können;a) The surface from step e) of the method already described, which he most surface, is brought into contact with a second surface which primer molecules, which form at least one primer pair, immoblili are under conditions in which the primer molecules of the two th surface with the tertiary nucleic acids of the first surface hy can bridify;
  • b) Die immobilisierten Primermoleküle der zweiten Oberfläche werden kom­ plementär zum Gegenstrang unter Bildung sekundärer Nukleinsäuren ver­ längert;b) The immobilized primer molecules of the second surface are combined complementary to the opposite strand with formation of secondary nucleic acids elongates;
  • c) Die nicht durch die Immobilisierung in Schritt a) an die zweite Oberfläche gebundenen Nukleinsäremoleküle werden von der zweiten Oberfläche ent­ fernt; c) Not by immobilization in step a) to the second surface bound nucleic acid molecules are removed from the second surface distant;  
  • d) Die sekundären Nukleinsäuren werden amplifiziert, wobei tertiäre Nu­ kleinsäuren erhalten werden;d) The secondary nucleic acids are amplified, tertiary nu small acids are obtained;
  • e) Schritte a) bis d) werden analog wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von präparierten Oberflächen hergestellt worden ist;e) Steps a) to d) are repeated analogously until the desired number made from prepared surfaces;
  • f) Die in Schritt e) hergestellten Oberflächen werden den Schritten f) und g) des bereits beschriebenen Verfahrens unterzogen.f) The surfaces produced in step e) are steps f) and g) subjected to the procedure already described.

In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen Schritt e) und f) des bereits beschriebenen Verfahrens eine Kontaktreplikation durchgeführt. Dabei werden die beiden beteiligten, so plan wie möglich ausge­ führten Oberflächen in so große Nähe gebracht, daß die an den Oberflächen ge­ bundenen Primermoleküle bzw. Nukleinsäuremoleküle miteinander hybridisieren können und eine Primerextension möglich wird. Nach Trennung der Oberflächen erfolgt Amplifikation nach Maßgabe der Polymerasekettenreaktion auf die an sich bekannte Art und Weise. Diese Kontaktreplikation kann beliebig oft wiederholt werden, wobei das neu hergestellte Replikat durch eine unbehandelte Oberfläche ausgetauscht wird, die ausschließlich die immobilisierten Primermoleküle auf­ weist. Die hergestellten Replikate und das Original werden vollständig oder zu einem Anteil den Schritten f) und g) des bereits beschriebenen Verfahrens unter­ worfen.In this embodiment of the method according to the invention, between Step e) and f) of the method already described, a contact replication carried out. In doing so, the two parties involved are drafted as planned as possible brought surfaces so close that the ge on the surfaces hybrid primer molecules or nucleic acid molecules hybridize with each other can and a primer extension is possible. After separating the surfaces amplification takes place in accordance with the polymerase chain reaction to itself known way. This contact replication can be repeated any number of times be, the newly made replica through an untreated surface is exchanged, which only the immobilized primer molecules has. The replicas and the original will be complete or complete a portion of steps f) and g) of the method already described below throw.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird weiterhin eine Vor­ richtung bereitgestellt, mit folgenden Bestandteilen:
To carry out the method according to the invention, a device is further provided with the following components:

  • a) eine Reaktions- und Hybridisierungskammer in Form einer Durchflußzelle,a) a reaction and hybridization chamber in the form of a flow cell,
  • b) mindestens eine Lichtquelle zur Anregung von zur Markierung eingesetzten Fluorophoren,b) at least one light source for excitation of those used for marking Fluorophores,
  • c) mindestens eine Lichtquelle zur Photolyse zur Spaltung vorgesehener Bindun­ gen,c) at least one light source for photolysis intended to cleave binding gene,
  • d) optional mindestens eine Lichtquelle zur photochemischen oder thermischen Veränderung von Nukleinsäure- bzw. Sondenmolekülen, d) optionally at least one light source for photochemical or thermal Change of nucleic acid or probe molecules,  
  • e) mindestens ein Photodetektor zur Messung der emittierten Fluoreszenzstrah­ lung,e) at least one photodetector for measuring the emitted fluorescent beam lung,
  • f) gegebenenfalls eine Vorrichtung zur Abtastung der in der Durchflußzelle be­ findlichen Oberfläche in XY-Richtung,f) optionally a device for scanning the be in the flow cell sensitive surface in the XY direction,
  • g) gegebenenfalls mindestens ein Vorratsgefäß für frische Reaktionslösungen sowie mindestens ein Gefäß für verbrauchte Reaktionslösungen sowie minde­ stens eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsförderung,g) optionally at least one storage vessel for fresh reaction solutions as well as at least one vessel for used reaction solutions and min at least a device for pumping liquids,
  • h) gegebenenfalls ein elektronischer Rechner, welcher die gemessene Fluores­ zenzintensität in Abhängigkeit von der Position auf der Oberfläche speichert, gegebenenfalls die so erhaltenen Datensätze weiterverarbeitet und gegebenen­ falls eine automatische Auswahl der interessierenden Bereiche auf der Ober­ fläche trifft sowie die hierfür vorgesehene Einwirkung elektromagnetischer Strahlung steuert.h) if necessary, an electronic computer, which the measured fluorescence stores the intensity of the intensity depending on the position on the surface, if necessary, the data records thus obtained are further processed and given if an automatic selection of the areas of interest on the upper surface and the intended electromagnetic impact Radiation controls.

Die Reaktions- und Hybridisierungskammer enthält die Oberfläche, an welcher die Hybridisierung der einzelsträngigen sekundären und tertiären Nukleinsäuren mit Sondenmolekülen (Schritt (f) des erfindungsgemäßen Verfahrens) sowie ge­ gebenenfalls zuvor die Amplifikation stattfinden. Beispielsweise kann besagte Oberfläche gleichzeitig als Wand, bevorzugt als die obere oder untere Wand, der Reaktions- und Hybridisierungskammer dienen. Hierbei muß die Kammer zur Beobachtung der an der Oberfläche stattfindenden Prozesse mindestens teilweise transparent ausgeführt sein. Um geeignete Reaktionsbedingungen herstellen zu können, ist die Reaktionskammer bevorzugterweise temperierbar ausgestaltet, beispielsweise mittels eines Peltier-Elements.The reaction and hybridization chamber contains the surface on which hybridization of the single-stranded secondary and tertiary nucleic acids with probe molecules (step (f) of the method according to the invention) and ge if necessary, the amplification takes place beforehand. For example, said Surface simultaneously as a wall, preferably as the upper or lower wall, the Serve reaction and hybridization chamber. The chamber must Observation of the processes taking place on the surface at least partially be made transparent. To establish suitable reaction conditions too the reaction chamber is preferably designed to be temperature-controllable, for example by means of a Peltier element.

Bevorzugt ist die Lichtquelle zur Photolyse zur Spaltung vorgesehener Bindungen und/oder die Lichtquelle zur photochemischen oder thermischen Veränderung von Nukleinsäure- bzw. Sondenmolekülen als Laser-Lichtquelle ausgestaltet. Der Ein­ satz gepulster Laser ist bevorzugt.The light source for photolysis is preferably used to cleave bonds provided and / or the light source for the photochemical or thermal change of Nucleic acid or probe molecules designed as a laser light source. The one set of pulsed lasers is preferred.

Im Rahmen der Erfindung kann eine photolytisch spaltbare Verbindung eingesetzt werden, welche bevorzugterweise während der Oligonukleotidsynthese in das Nukleinsäure-Rückgrat inkorporiert werden kann und die nachfolgende photolyti­ sche Abspaltung mindestens eines Teils des Oligonukleotids von einer Oberfläche ermöglicht. In einer bevorzugten Form weist besagte photolytisch spaltbare Ver­ bindung die o-Nitrobenzyl-Grundstruktur auf, wobei die Verbindung als spaltba­ rer Linker zwischen der 5'-OH-Gruppe einer Ribose- oder Desoxyribosegruppe und entweder der 3'-OH-Gruppe einer weiteren Ribosegruppe oder einer Atom­ gruppe, welche die Immobilisierung eines Oligonukleotids vermitteln kann, posi­ tioniert werden kann. Besonders bevorzugt sind Verbindungen, die mit den bei der automatischen Oligonukleotidsynthese herrschenden Reaktionsbedingungen kompatibel sind und daher bei der automatischen Synthese direkt in das betref­ fende Oligonukleotid inkorporiert werden können.In the context of the invention, a photolytically cleavable compound can be used be, which preferably during the oligonucleotide synthesis in the  Nucleic acid backbone can be incorporated and the subsequent photolyti cleavage of at least part of the oligonucleotide from a surface enables. In a preferred form said photolytically cleavable Ver bond the o-nitrobenzyl basic structure, the compound being cleavable rer linker between the 5'-OH group of a ribose or deoxyribose group and either the 3'-OH group of another ribose group or an atom group that can mediate the immobilization of an oligonucleotide, posi can be used. Compounds which are particularly preferred are those with the reaction conditions prevailing in automatic oligonucleotide synthesis are compatible and therefore directly involved in the automatic synthesis found oligonucleotide can be incorporated.

Eine solche Verbindung wird durch die allgemeine Formel I beschrieben,
Such a compound is described by the general formula I

wobei n und m unabhängig voneinander 1 bis 30 bedeuten,
R1 Dimethoxytrityloxy (DMTO) oder eine Gruppe bedeutet, welche die Im­ mobilisierung an eine Oberfläche ermöglicht oder welche eine Kopplung an eine immobilisierbare Verbindung erlaubt, und
R2 die Bedeutung -OP(OC2H4CN)N(CH(CH3)2)2 oder -OP(OCH3)N(CH(CH3)2)2,
where n and m are independently 1 to 30,
R 1 means dimethoxytrityloxy (DMTO) or a group which enables immobilization to a surface or which permits coupling to an immobilizable compound, and
R 2 is -OP (OC 2 H 4 CN) N (CH (CH 3 ) 2 ) 2 or -OP (OCH 3 ) N (CH (CH 3 ) 2 ) 2 ,

trägt, sowie ihre Salze.carries, as well as their salts.

Bevorzugt sind Verbindungen, bei welchen R1 die Bedeutung Dimethoxytrityloxy (DMTO), -NH2, -OH, -OPO3H2, -SH, -NCS, -NCO oder
Compounds are preferred in which R 1 is dimethoxytrityloxy (DMTO), -NH 2 , -OH, -OPO 3 H 2 , -SH, -NCS, -NCO or

N-Succinimidyloxycarbonyl (siehe oben) trägt.N-succinimidyloxycarbonyl (see above).

Ein weiterer Gegenstand ist ferner die Verwendung der beschriebenen Verbin­ dungen als photochemisch spaltbare Gruppe bei der Immobilisierung von Nu­ kleinsäuren. Die Gruppe kann durch Licht einer Wellenlänge von 400 nm gespal­ ten werden.Another subject is the use of the verb described as a photochemically cleavable group in the immobilization of Nu small acids. The group can be split by light with a wavelength of 400 nm be.

Die Zeichnung dient der Erläuterung der Erfindung.The drawing serves to explain the invention.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 die Amplifikation einzelner Nukleinsäuremoleküle mittels Oberflächen­ gebundener Primer zu Inseln aus jeweils identischen amplifizierten Nu­ kleinsäuremolekülen;Small acid molecules Figure 1 shows the amplification of individual nucleic acid molecules using surface bound primers to islands from each identical amplified Nu.

Fig. 2 die Vorbereitung klonaler Nukleinsäure-Inseln zur Hybridisierung; FIG. 2 shows the preparation of clonal nucleic acid hybridization to the islands;

Fig. 3 die Hybridisierung klonaler Inseln aus einzelsträngigen Nukleinsäuren mit markierten Nukleinsäuremolekülen; FIG. 3 shows the hybridization clonal islands of single stranded nucleic acids with labeled nucleic acid molecules;

Fig. 4 die Isolation von Nukleinsäuremolekülen, die an einem differentiellen Hy­ bridisierungsereignis beteiligt sind, durch photolytische Spaltung und Re­ amplifikation; Figure 4 shows the isolation of nucleic acid molecules involved in a differential hybridization event by photolytic cleavage and re-amplification.

Fig. 5 die Auswertung und Verarbeitung der Nukleinsäure-Inseln tragenden Oberflächen; Fig. 5, the evaluation and processing of nucleic acid-islands-bearing surfaces;

Fig. 6 die Bereitstellung primärer Nukleinsäuren zur Anwendung in der Expres­ sionsanalyse;6 shows expression analysis of primary providing nucleic acids for use in the Expres.

Fig. 7 die Bereitstellung primärer Nukleinsäuren zur Anwendung in der Geno­ manalyse; Fig. 7 manalyse providing primary nucleic acids for use in the Geno;

Fig. 8 die Bereitstellung primärer Nukleinsäuren zur Anwendung in der Transpo­ son-vermittelten Genomanalyse; Fig. 8 is the provision of primary nucleic acids for use in the transpo son-mediated genome analysis;

Fig. 9 das Ergebnis der Amplifikation an einer Oberfläche. Fig. 9 shows the result of amplification to a surface.

Fig. 1 zeigt die Amplifikation einzelner Nukleinsäuremoleküle mittels Oberflä­ chengebundener Primer zu Inseln aus jeweils identischen amplifizierten Nuklein­ säuremolekülen, wobei im einzelnen
1 die irreversible Immobilisierung von ein Primerpaar bildenden Oli­ gonukleotiden,
2 die Hybridisierung der primären Nukleinsäuren mit den Oberflä­ chengebundenen Primern,
3 die Bildung sekundärer Nukleinsäuren durch Strangverlängerung der Primer,
4 die Entfernung der nicht irreversibel gebundenen, primären Nuklein­ säuremoleküle und Amplifikation der sekundären Nukleinsäuren,
5 Inseln mit jeweils identischen, tertiären Nukleinsäuremolekülen bezeichnet.
Fig. 1 shows the amplification of individual nucleic acid molecules by means of surface-bound primers to islands of identical amplified nucleic acid molecules, each in detail
1 the irreversible immobilization of oligonucleotides forming a primer pair,
2 the hybridization of the primary nucleic acids with the surface-bound primers,
3 the formation of secondary nucleic acids by extending the length of the primers,
4 the removal of the non-irreversibly bound primary nucleic acid molecules and amplification of the secondary nucleic acids,
5 islands each with identical, tertiary nucleic acid molecules.

Fig. 2 veranschaulicht die Vorbereitung klonaler Nukleinsäure-Inseln zur Hybri­ disierung. Die verdickten Linien (schwarz bzw. gerastert) symbolisieren bekannte Sequenzen, welche eine unbekannte Sequenz (dünne schwarze Linien) flankieren. Fig. 2 illustrates the preparation of clonal nucleic acid islets for hybridization. The thickened lines (black or rasterized) symbolize known sequences that flank an unknown sequence (thin black lines).

Ph steht für eine photolytisch spaltbare Gruppe, welche in das Zuckerphosphat- Rückgrat eines der für die in Fig. 1 eingesetzten Amplifikationsprimer eingefügt wurde. GGATCC ist eine in den zweiten eingesetzten Amplifikationsprimer in­ korporierte Erkennungsstelle für die Restriktionsendonuklease BamHI. Im einzel­ nen beschreibt
1 das halbseitige Lösen der Amplifikationsprodukte aus Fig. 1 durch Schnitt mit der Restriktionsendonuklease BamHI,
2 die Entfernung des nun nicht mehr kovalent an die Oberfläche ge­ bundenen Nukleinsäurestrangs durch Denaturierung und anschlie­ ßendes Waschen.
Ph stands for a photolytically cleavable group which was inserted into the sugar phosphate backbone of one of the amplification primers used in FIG. 1. GGATCC is a recognition site incorporated in the second amplification primer for the restriction endonuclease BamHI. Describes in detail
1 the half-sided dissolving of the amplification products from FIG. 1 by cutting with the restriction endonuclease BamHI,
2 the removal of the nucleic acid strand no longer covalently bound to the surface by denaturation and subsequent washing.

Fig. 3 zeigt die Hybridisierung klonaler Inseln aus einzelsträngigen Nukleinsäuren mit markierten Nukleinsäuremolekülen (gestrichelte Linie). FIG. 3 shows the hybridization of clonal islands from single-stranded nucleic acids with labeled nucleic acid molecules (dashed line).

Fig. 4 beschreibt die Isolation von Nukleinsäuremolekülen, die an einem diffe­ rentiellen Hybridisierungsereignis beteiligt sind, durch photolytische Spaltung und Reamplifikation, wobei im einzelnen
1 die Abspaltung der hybridisierten Nukleinsäuremoleküle von der Oberfläche durch Photolyse,
2 die Denaturierung der von der Oberfläche abgespaltenen Nuklein­ säure-Hybride sowie das Annealing eines ersten Amplifikationspri­ mers an die erste bekannte, flankierende Sequenz der an der Oberflä­ che amplifizierten Nukleinsäuremoleküle,
3 die Extension des in (2) hybridisierten Amplifikationsprimers sowie die Amplifikation des freigesetzten Nukleinsäurestrangs unter Zuga­ be eines zweiten Amplifikationsprimers, welcher mit der zweiten bekannten flankierenden Sequenz der an der Oberfläche amplifi­ zierten Nukleinsäuremoleküle hybridisieren kann, bedeutet.
Fig. 4 describes the isolation of nucleic acid molecules involved in a differential hybridization event by photolytic cleavage and reamplification, in detail
1 the cleavage of the hybridized nucleic acid molecules from the surface by photolysis,
2 denaturing the nucleic acid hybrids split off from the surface and annealing a first amplification primer to the first known flanking sequence of the nucleic acid molecules amplified on the surface,
3 means the extension of the amplification primer hybridized in ( 2 ) and the amplification of the released nucleic acid strand with the addition of a second amplification primer which can hybridize with the second known flanking sequence of the nucleic acid molecules amplified on the surface.

Fig. 5 zeigt die Auswertung und Verarbeitung der Nukleinsäure-Inseln tragenden Oberflächen, wobei
1 eine Oberfläche mit durch Amplifikation mit immobilisierten Pri­ mern entstandenen Nukleinsäure-Inseln (schwarze Punkte),
2 die Umwandlung der zunächst doppelsträngigen Nukleinsäuremo­ leküle in einzelsträngige Moleküle durch Restriktionsverdau und anschließende Denaturierung sowie die Hybridisierung mit zwei unterschiedlich markierten Nukleinsäure-Proben,
3 das durch Detektion der ersten Probe erhaltene Fluoreszenzbild (Fluoreszenzsignale gepunktet dargestellt),
4 das durch Detektion der zweiten Probe erhaltene Fluoreszenzbild (Fluoreszenzsignale schraffiert dargestellt),
5 die Überlagerung beider Fluoreszenzbilder,
6 das durch Überlagerung beider Fluoreszenzbilder erhaltene Bild (gleich starke Signale in beiden Kanälen: weiß; stärkeres Signal in Kanal 1: gepunktet; stärkeres Signal in Kanal 2: schraffiert),
7 die Isolation von Nukleinsäuremolekülen, die an einem differenti­ ellen Hybridisierungsereignis beteiligt sind, durch photolytische Ablösung vom Träger sowie Reamplifikation
zeigt.
Fig. 5 shows the evaluation and processing of nucleic acid-islands-bearing surfaces, wherein
1 a surface with nucleic acid islands (black dots) formed by amplification with immobilized primers,
2 the conversion of the initially double-stranded nucleic acid molecules into single-stranded molecules by restriction digestion and subsequent denaturation as well as hybridization with two differently labeled nucleic acid samples,
3 the fluorescence image obtained by detection of the first sample (fluorescence signals shown in dotted lines),
4 the fluorescence image obtained by detection of the second sample (fluorescence signals shown hatched),
5 the superimposition of both fluorescence images,
6 the image obtained by superimposing both fluorescence images (signals of equal strength in both channels: white; stronger signal in channel 1: dotted; stronger signal in channel 2: hatched),
7 the isolation of nucleic acid molecules which are involved in a differential hybridization event by photolytic detachment from the support and reamplification
shows.

Fig. 6 zeigt die Bereitstellung primärer Nukleinsäuren zur Anwendung in der Ex­ pressionsanalyse, wobei im einzelnen
1 die cDNA-Synthese mit biotinyliertem Primer und nachfolgend Bindung der doppelsträngigen cDNA an eine Streptavidin- beschichtete Oberfläche,
2 den Restriktionsschritt mit einer ersten Restriktionsendonuklease (RE1), Fortwaschen der freigesetzten Fragmente und zweiter Re­ striktionsschritt mit einer zweiten Restriktionsendonuklease (RE2),
3 die Ligation zweier verschiedener Linker,
4 mRNA,
5 doppelsträngige an Oberfläche immobilisierte cDNA,
6 ein cDNA-Fragment, das von zwei verschiedenen "überhängen­ den" Enden flankiert wird,
7 ein von zwei verschiedenen Linkern (L1, L2) flankiertes cDNA- Fragment
zeigt.
Fig. 6 shows the provision of primary nucleic acids for use in expression analysis, in detail
1 the cDNA synthesis with biotinylated primer and subsequently binding of the double-stranded cDNA to a streptavidin-coated surface,
2 the restriction step with a first restriction endonuclease (RE1), washing away of the released fragments and second restriction step with a second restriction endonuclease (RE2),
3 the ligation of two different linkers,
4 mRNA,
5 double-stranded cDNA immobilized on the surface,
6 shows a cDNA fragment flanked by two different "overhanging" ends,
7 a cDNA fragment flanked by two different linkers (L1, L2)
shows.

Fig. 7 zeigt die Bereitstellung primärer Nukleinsäuren zur Anwendung in der Ge­ nomanalyse, wobei im einzelnen
1 einen Restriktionsschnitt genomischer DNA mit zwei verschiede­ nen Restriktionsendonukleasen (RE1, RE2) und die nachfolgende Ligation verschiedener Linker (L1, L2),
2 die Amplifikation der Ligationsprodukte mit Primern, welche komplementär zu jeweils einem der Linkerstränge sind, wobei nur diejenigen Fragmente effizient amplifiziert werden können, welche von zwei unterschiedlichen Primersequenzen flankiert sind,
zeigen.
Fig. 7 shows the provision of primary nucleic acids for use in genome analysis, in particular
1 a restriction section of genomic DNA with two different restriction endonucleases (RE1, RE2) and the subsequent ligation of different linkers (L1, L2),
2 the amplification of the ligation products with primers which are complementary to each of the linker strands, it being possible to efficiently amplify only those fragments which are flanked by two different primer sequences,
demonstrate.

Fig. 8 zeigt die Bereitstellung primärer Nukleinsäuren zur Anwendung in der Transposon-vermittelten Genomanalyse, wobei im einzelnen
1 den Schnitt genomischer DNA (dünne Doppellinie), welche be­ kannte Transposons enthält (dicke punktierte Doppellinie), mit ei­ ner Restriktionsendonuklease (RE), gefolgt von der Ligation von Linkern (dicke schwarze Doppellinien),
2 die Amplifikation der erhaltenen Ligationsprodukte mit einem Primer, der komplementär zu einem der Linkerstränge ist (dicker schwarzer Pfeil), und mit einem Primer, der komplementär zu einer bekannten Region eines Transposons ist, (dicker punktierter Pfeil)
zeigt.
Fig. 8 shows the provision mediated transposon primary nucleic acids for use in the genome analysis, in detail
1 the section of genomic DNA (thin double line), which contains known transposons (thick dotted double line), with a restriction endonuclease (RE), followed by the ligation of linkers (thick black double lines),
2 the amplification of the ligation products obtained with a primer which is complementary to one of the linker strands (thick black arrow) and with a primer which is complementary to a known region of a transposon (thick dotted arrow)
shows.

Fig. 9 zeigt das Ergebnis der Amplifikation an einer Oberfläche, visualisiert durch Einbau von Cy3-dUTP während der Amplifikationsreaktion. Es wurden 60 Am­ plifikationszyklen angewendet; zur Detektion mittels des Konfokalmikroskops wurden folgende Einstellungen gewählt: Objektiv 10×, Zoom 4×, Anregungswel­ lenlänge 568 nm, Detektionswellenlänge 600 nm, PMT-Spannung 860 V, Pinhole 1, Offset-16. Fig. 9 shows the result of amplification on a surface visualized by the incorporation of Cy3-dUTP during the amplification reaction. 60 cycles of amplification were applied; the following settings were selected for detection using the confocal microscope: objective 10 ×, zoom 4 ×, excitation wavelength 568 nm, detection wavelength 600 nm, PMT voltage 860 V, pinhole 1 , offset-16.

Die Erfindung wird durch die Beispiele näher beschrieben.The invention is described in more detail by the examples.

Beispiel 1example 1 Vorbereitung von NukleinsäuremolekülenPreparation of nucleic acid molecules

Männlichen Sprague-Dawley-Ratten wurden per Schlundsonde jeweils 50 mg/kg Körpergewicht Phenobarbital (Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim) in 500 µl Maiskeimöl (Sigma-Aldrich) gelöst verabreicht. Kontrolltiere erhielten die gleiche Menge Maiskeimöl ohne Zusatz von Phenobarbital. Nach 4 Stunden wur­ den die Tiere decapitiert, die Lebern entnommen und zur Präparation von RNA nach Standard-Protokollen (Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biolo­ gy (1999), John Wiley & Sons) eingesetzt. Die RNA von je 5 mit Phenobarbital behandelten Tieren bzw. von je 5 Kontrolltieren wurde gepoolt, jeweils 10 µg der gepoolten RNAs wurden mit Ethanol gefällt und in je 15,5 µl DEPC-behandeltem Wasser gelöst. Es wurden 0,5 µl 10 µM cDNA-Primer CPB28 V (5'-Amino-ACC TAC GTG GAT CCT TTT TTT TTT TTT TV-3'; ARK Scientific GmbH, Darm­ stadt) hinzugefügt, 5 Min. bei 65°C denaturiert und auf Eis gestellt. Die Mischung wurde mit 3 µl 100 mM Dithiothreitol (Life Technologies GmbH, Karlsruhe), 6 µl 5× Superscript-Puffer (Life Technologies), 1,5 µl 10 mM dNTPs, 0,6 µl RNase- Inhibitor (40 U/p.l, Roche Molecular Biochemicals) und 1 µl Superscript II (200 U/µl, Life Technologies) versetzt und zur cDNA-Erststrangsynthese 1 Stunde bei 42°C inkubiert. Zur Zweitstrangsynthese wurden 48 µl Zweitstrang-Puffer (Ausu­ bel et al.), 3,6 µl 10 mM dNTPs, 148,8 µl Wasser, 1,2 µl RNaseH (1,5 U/µl, Pro­ mega Corporation, Madison, Wisconsin/USA) und 6 µl DNA-Polymerase I (10 U/µl, New England Biolabs GmbH, Schwalbach) hinzugefügt und die Reaktionen 2 Stunden bei 22°C inkubiert. Es wurde mit 100 µl Phenol, dann mit 100 µl Chlo­ roform extrahiert und mit 0,1 Vol. Natriumacetat pH 5,2 und 2,5 Vol. Ethanol gefällt. Nach Zentrifugation für 20 Min. bei 15 000 g und Waschen mit 70% Et­ hanol wurde das Pellet in einem Restriktionsansatz aus 15 µl 10× Universal buffer (Stratagene GmbH, Heidelberg), 1 µl MboI (Stratagene, 4 U/µl) und 84 µl deioni­ siertem Wasser gelöst und die Reaktion 1 Stunde bei 37°C inkubiert. Es wurde mit Phenol, dann mit Chloroform extrahiert und mit Ethanol gefällt. Das Pellet wurde in einem Ligationsansatz aus 0,6 µl 10× Ligationspuffer (Roche Molecular Biochemicals), 1 µl 10 mM ATP (Roche Molecular Biochemicals), 4 µg Linker ML2025 (hergestellt durch Hybridisierung von Oligonukleotiden ML20 [5'-TCA CAT GCT AAG TCT CGC GA-3'; ARK] und LM25 [5'-GAT CTC GCG AGA CTT AGC ATG TGA C-3'; ARK] in 1× Ligationspuffer), 6,9 µl deionisiertem Wasser und 0,5 U T4 DNA-Ligase (Roche Molecular Biochemicals) gelöst und die Ligation über Nacht bei 16°C durchgeführt. Die Ligationsreaktion wurde mit Wasser auf 50 µl aufgefüllt, mit Phenol, dann mit Chloroform extrahiert und nach Zugabe von 1 µl Glycogen (20 mg/ml, Roche Molecular Biochemicals) mit 50 µl 28% Polyethylenglycol 8000 (Promega)/10 mM MgCl2 gefällt. Das Pellet wurde mit 70% Ethanol gewaschen und in 100 µl Wasser aufgenommen.Male Sprague-Dawley rats were administered gavage 50 mg / kg body weight phenobarbital (Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Steinheim) dissolved in 500 ul corn oil (Sigma-Aldrich). Control animals received the same amount of corn oil without the addition of phenobarbital. After 4 hours, the animals were decapitated, the livers removed and used for the preparation of RNA according to standard protocols (Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biological (1999), John Wiley & Sons). The RNA from 5 animals treated with phenobarbital or from 5 control animals was pooled, 10 μg of the pooled RNAs were precipitated with ethanol and dissolved in 15.5 μl of DEPC-treated water. 0.5 µl 10 µM cDNA primer CPB28 V (5'-amino-ACC TAC GTG GAT CCT TTT TTT TTT TTT TV-3 '; ARK Scientific GmbH, Darmstadt) was added, denatured for 5 min at 65 ° C and put on ice. The mixture was mixed with 3 μl 100 mM dithiothreitol (Life Technologies GmbH, Karlsruhe), 6 μl 5 × Superscript buffer (Life Technologies), 1.5 μl 10 mM dNTPs, 0.6 μl RNase inhibitor (40 U / pl, Roche Molecular Biochemicals) and 1 µl Superscript II (200 U / µl, Life Technologies) and incubated at 42 ° C for 1 hour for cDNA first strand synthesis. For the second strand synthesis, 48 ul second strand buffer (Ausu bel et al.), 3.6 ul 10 mM dNTPs, 148.8 ul water, 1.2 ul RNaseH (1.5 U / ul, Pro mega Corporation, Madison, Wisconsin / USA) and 6 ul DNA polymerase I (10 U / ul, New England Biolabs GmbH, Schwalbach) added and the reactions incubated at 22 ° C for 2 hours. It was extracted with 100 ul phenol, then with 100 ul chloroform and precipitated with 0.1 vol. Sodium acetate pH 5.2 and 2.5 vol. Ethanol. After centrifugation for 20 min at 15,000 g and washing with 70% ethanol, the pellet was made in a restriction mixture from 15 ul 10x universal buffer (Stratagene GmbH, Heidelberg), 1 ul MboI (Stratagene, 4 U / ul) and 84 µl deionized water dissolved and the reaction incubated at 37 ° C for 1 hour. It was extracted with phenol, then with chloroform and precipitated with ethanol. The pellet was prepared in a ligation mixture from 0.6 μl 10 × ligation buffer (Roche Molecular Biochemicals), 1 μl 10 mM ATP (Roche Molecular Biochemicals), 4 μg linker ML2025 (produced by hybridization of oligonucleotides ML20 [5'-TCA CAT GCT AAG TCT CGC GA-3 '; ARK] and LM25 [5'-GAT CTC GCG AGA CTT AGC ATG TGA C-3'; ARK] in 1 × ligation buffer), 6.9 µl deionized water and 0.5 U T4 DNA- Ligase (Roche Molecular Biochemicals) dissolved and the ligation performed overnight at 16 ° C. The ligation reaction was made up to 50 μl with water, extracted with phenol, then with chloroform and, after addition of 1 μl glycogen (20 mg / ml, Roche Molecular Biochemicals), precipitated with 50 μl 28% polyethylene glycol 8000 (Promega) / 10 mM MgCl 2 . The pellet was washed with 70% ethanol and taken up in 100 ul water.

Beispiel 2Example 2 Beschichtung von Oberflächen mit OligonukleotidenCoating of surfaces with oligonucleotides

Es wurde eine Primerbindungslösung hergestellt, bestehend aus 19 mg 1-Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl)-carbodiimid (Sigma-Aldrich), 100 µl 1 M 1- Methylimidazol (Sigma-Aldrich), je 20 µl 5'-aminomodifizierte Primer-Amino- CPB34 V (5'-Amino-TTA TTA ACC TAC GTG GAT CCT TTT TTT TTT TTT TV-3'; ARK) und Amino-MLISPh20 (5'-Amino-TTT TTT TTT TTT TTT X TCA CAT GCT AAG TCT CGC GA-3' mit
A primer binding solution was prepared, consisting of 19 mg of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (Sigma-Aldrich), 100 μl of 1 M 1-methylimidazole (Sigma-Aldrich), each 20 μl of 5'-amino-modified primer -Amino- CPB34 V (5'-Amino-TTA TTA ACC TAC GTG GAT CCT TTT TTT TTT TTT TV-3 '; ARK) and Amino-MLISPh20 (5'-Amino-TTT TTT TTT TTT TTT X TCA CAT GCT AAG TCT CGC GA-3 'with

R = 3'-Ribosyl; R' = 5'-Ribosyl Eurogentec, Herstal, Belgien). Je 50 µl dieser Lösung wurden in NucleoLink- Gefäße (Nung GmbH & Co KG, Wiesbaden) gegeben und über Nacht bei 50°C inkubiert. Anschließend wurde die Primerbindungslösung entfernt, und die be­ schichteten NucleoLink-Gefäße wurden nach Herstellerangaben gewaschen.R = 3'-ribosyl; R '= 5'-ribosyl Eurogentec, Herstal, Belgium). 50 µl of this solution were each in NucleoLink Tubes (Nung GmbH & Co KG, Wiesbaden) and overnight at 50 ° C incubated. The primer binding solution was then removed, and the be layered NucleoLink tubes were washed according to the manufacturer's instructions.

Beispiel 3Example 3 Amplifikation an einer OberflächeAmplification on a surface

Zur Erzeugung oberflächengebundener, sekundärer und tertiärer Nukleinsäuren wurde je 1 µl der in Beispiel 1 erzeugten Ligationsprodukte (Kontrollgruppe so­ wie Phenobarbital-behandelte Gruppe) mit 2 µl 50 mM MgCl2-Lösung, 0,5 µl Rinderserumalbumin (20 mg/ml; Roche Molecular Biochemicals), 2,5 µl Dime­ thylsulfoxid, 0,5 µl 10 mM dNTPs, 0,5 µl AmpliTaq (5 U/µl; Perkin-Elmer, Fo­ ster City, California/USA), 5 µl 10× PCR-Puffer II (Perkin-Elmer) und deioni­ siertem Wasser in einem Endvolumen von 50 µl vermischt. Diese Annealing- Mischung wurde in eines der in Beispiel 2 mit Oligonukleotiden beschichteten NucleoLink-Gefäße gegeben. Das Gefäß wurde in eine Vertiefung eines UNO II- Thermocyclers (Biometra medizinische Analytik GmbH, Göttingen) gestellt. Zum Annealing und zur nachfolgenden Primerextension kam folgendes Temperatur­ programm zur Anwendung: Denaturierung 60 Sekunden bei 95°C, Annealing 5 Minuten bei 60°C, Primerextension 1 Minute bei 72°C. Nach erfolgter Primerex­ tension wurde das Gefäß 3× mit deionisiertem Wasser ausgespült. Zur Entfernung der nicht-kovalent gebundenen Stränge wurde 3× mit je 80 µl 0,1× SSC/0,1% SDS aufgefüllt, im Thermocycler für jeweils 30 sec. auf 95°C erhitzt, die Lösung verworfen und mit deionisiertem Wasser nachgewaschen. Dann wurde mit 50 µl einer Amplifikationsmischung aufgefüllt, bestehend aus 2 µl 50 mM MgCl2, 0,5 µl Rinderserumalbumin (20 mg/ml), 2,5 µl Dimethylsulfoxid, 0,5 µl 10 mM dNTPs, 0,5 µl AmpliTaq und 5 µl 10× PCR-Puffer II in deionisiertem Wasser. Das Reaktionsgefäß wurde mit dem mitgelieferten Klebeband versiegelt, in den Thermocycler überführt und folgendem Temperaturprogramm unterworfen: De­ naturierung 20 sec. bei 95°C, Annealing 30 sec. bei 60°C, Extension 60 sec. bei 72°C, für 60 Zyklen. Nach beendeter Amplifikation wurde die Versiegelung ent­ fernt, und das Reaktionsgefäß wurde 3× mit deionisiertem Wasser ausgespült.To generate surface-bound, secondary and tertiary nucleic acids, 1 μl each of the ligation products produced in Example 1 (control group as well as the phenobarbital-treated group) was mixed with 2 μl 50 mM MgCl 2 solution, 0.5 μl bovine serum albumin (20 mg / ml; Roche Molecular Biochemicals), 2.5 µl dimethyl sulfoxide, 0.5 µl 10 mM dNTPs, 0.5 µl AmpliTaq (5 U / µl; Perkin-Elmer, Forster City, California / USA), 5 µl 10 × PCR buffer II (Perkin-Elmer) and deionized water mixed in a final volume of 50 µl. This annealing mixture was placed in one of the NucleoLink vessels coated with oligonucleotides in Example 2. The vessel was placed in a well of a UNO II thermal cycler (Biometra medical analytics GmbH, Goettingen). The following temperature program was used for the annealing and the subsequent primer extension: denaturation for 60 seconds at 95 ° C, annealing for 5 minutes at 60 ° C, primer extension for 1 minute at 72 ° C. After Primerex tension had taken place, the vessel was rinsed 3 × with deionized water. To remove the non-covalently bound strands, the mixture was filled 3 times with 80 μl of 0.1 × SSC / 0.1% SDS, heated in a thermal cycler at 95 ° C. for 30 seconds each, the solution was discarded and washed with deionized water. Then was filled with 50 ul of an amplification mixture consisting of 2 ul 50 mM MgCl 2 , 0.5 ul bovine serum albumin (20 mg / ml), 2.5 ul dimethyl sulfoxide, 0.5 ul 10 mM dNTPs, 0.5 ul AmpliTaq and 5 µl 10 × PCR buffer II in deionized water. The reaction vessel was sealed with the supplied adhesive tape, transferred to the thermal cycler and subjected to the following temperature program: de-naturation 20 sec. At 95 ° C, annealing 30 sec. At 60 ° C, extension 60 sec. At 72 ° C, for 60 cycles. After amplification was complete, the seal was removed and the reaction vessel was rinsed 3 times with deionized water.

Beispiel 4Example 4 SondenmarkierungProbe marking

Die in Beispiel 1 gewonnene Gesamt-RNA wurde zur Isolation von poly(A)-RNA mittels (Oligo dT)-Dynabeads (Dynal AS, Oslo, Norwegen) gemäß der Anleitung des Herstellers eingesetzt. Zum Primer-Annealing wurden 2 µg der so erhaltenen poly(A)-RNA mit 6 µl oligo(dT)21 (50 µM; ARK) mit DEPC-behandeltem Was­ ser auf 15 µl aufgefüllt, für 5 Min. auf 70°C erhitzt und auf Eis abgekühlt. Dann wurden 6 µl 5× Erststrang-Puffer (Life Technologies), 1 µl RNase-Inhibitor (Ro­ che Molecular Biochemicals), 100 mM Dithiothreitol (Life Technologies), 0,6 µl 50× dNTP-T (je 25 mM dATP, dCTP und dGTP; 10 mM dTTP; Roche Molecular Biochemicals), 2 µl Cy3-dUTP oder Cy5-dUTP (1 mM; Amersham-Pharmacia Biotech Europe GmbH, Freiburg), 2 µl Superscript II (200 U/µl; Life Technolo­ gies) hinzugefügt. Die Synthese fluoreszenzmarkierter Erststrang-cDNA erfolgte für 2 Std. bei 42°C im vorgeheizten Thermocycler. Zur RNA-Denaturierung wur­ den 2,5 µl 1N NaOH hinzugefügt und für 10 Min. auf 65°C erwärmt. Nach Ab­ kühlung auf Eis wurde mit 6,2 µl 1M Tris-HCl pH 7,5 neutralisiert, mit TE-Puffer pH 8,0 (Ausubel et al.) auf 400 µl verdünnt und auf einer Microcon-30-Säule (Millipore GmbH, Eschborn; Zentrifugation 10 Min. bei 13 000 rpm) auf 10 µl eingeengt.The total RNA obtained in Example 1 was used to isolate poly (A) RNA using (Oligo dT) Dynabeads (Dynal AS, Oslo, Norway) according to the manufacturer's instructions. For primer annealing, 2 μg of the poly (A) RNA thus obtained were made up to 15 μl with 6 μl of oligo (dT) 21 (50 μM; ARK) with DEPC-treated water and heated to 70 ° C. for 5 minutes and cooled on ice. Then 6 ul 5 × first strand buffer (Life Technologies), 1 ul RNase inhibitor (Ro che Molecular Biochemicals), 100 mM dithiothreitol (Life Technologies), 0.6 ul 50 × dNTP-T (each 25 mM dATP, dCTP and dGTP; 10 mM dTTP; Roche Molecular Biochemicals), 2 µl Cy3-dUTP or Cy5-dUTP (1 mM; Amersham-Pharmacia Biotech Europe GmbH, Freiburg), 2 µl Superscript II (200 U / µl; Life Technologies) added . The synthesis of fluorescence-labeled first-strand cDNA was carried out for 2 hours at 42 ° C. in a preheated thermal cycler. For RNA denaturation, 2.5 μl of 1N NaOH were added and the mixture was heated to 65 ° C. for 10 minutes. After cooling on ice, the mixture was neutralized with 6.2 μl of 1M Tris-HCl pH 7.5, diluted to 400 μl with TE buffer pH 8.0 (Ausubel et al.) And on a Microcon 30 column (Millipore GmbH , Eschborn; centrifugation 10 min. At 13,000 rpm) concentrated to 10 µl.

Beispiel 5Example 5 HybridisierungHybridization

Zur Linearisierung der in Beispiel 3 vorbereiteten klonalen DNA-Inseln wurden je 50 µl einer Restriktionsmischung, bestehend aus 5 µl 10× Restriktionspuffer B (Roche), 0,5 µl Rinderserumalbumin, und 2 µl BamHI (5 U/µl; Roche Molecular Biochemicals) in deionisiertem Wasser, in die NucleoLink-Gefäße gegeben und für 1,5 h bei 37°C inkubiert. Um die nach erfolgter Restriktion nicht mehr kova­ lent an die Oberfläche gebundenen Stränge zu entfernen, wurde die Restriktions­ mischung entfernt, die Gefäße wurden mit deionisiertem Wasser gespült und dann mit 80 µl 1,0× SSC/0,1% SDS aufgefüllt. Es wurde im Thermocycler für 60 sec. auf 95°C erhitzt, der Überstand verworfen und mit deionisiertem Wasser nachge­ waschen. Zur Hybridisierung wurden je 5 µl Cy-3- und Cy-5-markierter cDNA miteinander vermischt und mit 50 µl Hybridisierungspuffer (0,25× SSC, 0,02% SDS, 1% N-Lauroylsarcosin, 1% Blocking-Reagenz (Roche Molecular Biochemi­ cals), 1 µg humaner Cot1-DNA (Life Technologies) versetzt. Diese Hybridisie­ rungslösung wurde in die in Beispiel 3 vorbereiteten Nucleolink-Gefäße gegeben und diese versiegelt. Es wurde im Thermocycler 2 Min. bei 95°C denaturiert, dann wurde die Temperatur auf 50°C reduziert und 14 Std. hybridisiert. Die Hy­ bridisierungslösung wurde entfernt, und die Gefäße wurden 3× 5 Min. bei Raum­ temperatur mit 2× SSC/0,1% SDS gewaschen, gefolgt von 3× 5 Min. mit 0,2× SSC/0,1% SDS bei 42°C und abschließend 1× 5 Min. mit 0,1× SSC/0,1% SDS bei 42°C. To linearize the clonal DNA islands prepared in Example 3, 50 µl of a restriction mixture each consisting of 5 µl 10 × restriction buffer B (Roche), 0.5 µl bovine serum albumin, and 2 µl BamHI (5 U / µl; Roche Molecular Biochemicals) in deionized water, placed in the NucleoLink tubes and incubated for 1.5 h at 37 ° C. In order to remove the strands no longer covalently bound to the surface after the restriction had been carried out, the restriction mixture was removed, the vessels were rinsed with deionized water and then filled with 80 μl of 1.0 × SSC / 0.1% SDS. It was heated in a thermal cycler to 95 ° C. for 60 seconds, the supernatant was discarded and washed with deionized water. For hybridization, 5 μl of Cy-3 and Cy-5-labeled cDNA were mixed with each other and with 50 μl hybridization buffer (0.25 × SSC, 0.02% SDS, 1% N-lauroylsarcosine, 1% blocking reagent (Roche Molecular Biochemi cals), 1 ug of human C ot 1 DNA (Life Technologies) was added This hybridization solution was placed in the Nucleolink vessels prepared in Example 3 and sealed. It was denatured in a thermocycler for 2 min at 95 ° C. then the temperature was reduced to 50 ° C. and hybridized for 14 hours, the hybridization solution was removed and the tubes were washed 3 × 5 min at room temperature with 2 × SSC / 0.1% SDS, followed by 3 × 5 Min. With 0.2 × SSC / 0.1% SDS at 42 ° C and finally 1 × 5 min. With 0.1 × SSC / 0.1% SDS at 42 ° C.

Beispiel 6Example 6 Identifikation differentiell exprimierter GeneIdentification of differentially expressed genes

Die in Beispiel 6 erhaltenen hybridisierten und gewaschenen DNA-Arrays wurden auf dem Konfokalmikroskop analysiert. Hierfür wurden die Böden der Nucleo­ link-Gefäße abgetrennt und mittels Tesa-PowerStrips (Beiersdorf AG, Hamburg) auf Objektträger für die Mikroskopie (neoLab Migge Laborbedarf-Vertriebs GmbH, Heidelberg) geklebt. Zur Untersuchung der Hybridisierungsergebnisse wurde ein Leica-TCS-NT-Konfokalmikroskop (Leica-Microsystems Heidelberg GmbH, Heidelberg), ausgestattet mit ArKr-Laser und ArUV-Laser sowie einem UV 10 × 0,4 NA dry-Objektiv, verwendet. Die Arrays wurden nacheinander bei 568 nm und bei 647 nm angeregt; detektiert wurde die Emission bei 600 nm bzw. bei ≧ 665 nm. Mittels der Steuerungssoftware TCS-NT für Windows NT 4.0 (Lei­ ca) wurde jeweils der gesamte Bereich des zu untersuchenden Arrays in einzelnen 250 × 250 nm-Kacheln gescannt. Die Zoom-Einstellung hierfür betrug 4×; die Photomultiplierspannung betrug 850 V. Offset-Werte betrugen -16, die Pinhole- Einstellung war 0,5. Mittels des Programms TCS Mosaic (Leica) wurden die für jede Kachel erhaltenen Bilder zu einem Gesamtbild des Arrays zusammengesetzt. Mit Hilfe des QWin-Programms (Leica) wurden die Signale identifiziert, bei wel­ chen sich die Signalstärke beider Kanäle um mindestens den Faktor 3 unterschied. Die zugehörigen Koordinaten wurden ermittelt, und die jeweiligen Bereiche wur­ den erneut angefahren. Nach Wechsel des Lasers wurden die Bereiche des Arrays, von denen die identifizierten "differentiellen" Signale stammten, bei 10 W Aus­ gangsleistung mit einer Wellenlänge von 350 nm für jeweils 500 Millisekunden bestrahlt. Zu dieser regioselektiven Bestrahlung wurde der Scanspiegel nicht be­ wegt. Der Wert der Pinhole-Einstellung betrug 3. Nach abgeschlossener Behand­ lung aller ausgewählten Bereiche wurden die Arrays wieder von den Objektträ­ gern entfernt und zur Ablösung der nicht mehr kovalent gebundenen DNA- Moleküle über Nacht in einem 2-ml-Eppendorf-Gefäß (Eppendorf-Netheler-Hinz GmbH, Hamburg) mit 50 µl 1,2× PCR-Puffer II mit 2mM MgCl2 inkubiert. Die so erhaltene Fragmentlösung wurde in ein PCR-Reaktionsgefäß überführt und auf Eis mit 2,5 U AmpliTaq, 100 µM dNTPs (Endkonzentration) und je 0,5 µM CPB28V und ML20 (5'-TCA CAT GCT AAG TCT CGC GA-3'; ARK) (End­ konzentrationen) versetzt. Zur Reamplifikation der abgelösten Fragmente wurde ein Temperaturprogramm angewendet, bestehend aus 1 Min. initialer Denaturie­ rung bei 94°C, dann 35 Zyklen aus je 30 Sec. Denaturierung bei 95°C, 30 Sec. Annealing bei 55°C, und 90 Sec. Elongation bei 72°C. Die Produktmischung wurde mittels QiaQuick-Säulen (Qiagen AG, Hilden) gereinigt und kloniert (TOPO TA cloning kit, Invitrogen BV, Groningen/Niederlande). Einzelne Klone wurden für die Sequenzierung der klonierten Inserts herangezogen.The hybridized and washed DNA arrays obtained in Example 6 were analyzed on the confocal microscope. For this purpose, the bottoms of the Nucleo link tubes were separated and glued to microscope slides (neoLab Migge Laborbedarf-Vertriebs GmbH, Heidelberg) using Tesa PowerStrips (Beiersdorf AG, Hamburg). A Leica TCS-NT confocal microscope (Leica-Microsystems Heidelberg GmbH, Heidelberg) equipped with ArKr laser and ArUV laser and a UV 10 × 0.4 NA dry lens was used to examine the hybridization results. The arrays were excited in succession at 568 nm and at 647 nm; The emission was detected at 600 nm or at ≧ 665 nm. Using the control software TCS-NT for Windows NT 4.0 (Lei ca), the entire area of the array to be examined was scanned in individual 250 × 250 nm tiles. The zoom setting for this was 4 ×; the photomultiplier voltage was 850 V. The offset values were -16, the pinhole setting was 0.5. Using the TCS Mosaic (Leica) program, the images obtained for each tile were combined to form an overall image of the array. With the help of the QWin program (Leica), the signals were identified in which the signal strength of the two channels differed by at least a factor of 3. The associated coordinates were determined and the respective areas were approached again. After changing the laser, the areas of the array from which the identified "differential" signals originated were irradiated at 10 W output power with a wavelength of 350 nm for 500 milliseconds each. The scan mirror was not moved for this regioselective radiation. The value of the pinhole setting was 3. After the treatment of all selected areas had been completed, the arrays were removed from the slides and, in order to detach the non-covalently bound DNA molecules, in a 2 ml Eppendorf tube (Eppendorf- Netheler-Hinz GmbH, Hamburg) with 50 µl 1.2 × PCR buffer II with 2mM MgCl 2 . The fragment solution thus obtained was transferred to a PCR reaction vessel and placed on ice with 2.5 U AmpliTaq, 100 μM dNTPs (final concentration) and 0.5 μM CPB28V and ML20 (5'-TCA CAT GCT AAG TCT CGC GA-3 ') ; ARK) (final concentrations) added. A temperature program consisting of 1 min. Initial denaturation at 94 ° C., then 35 cycles of 30 seconds each was used to reamplify the detached fragments. Denaturation at 95 ° C, 30 sec. Annealing at 55 ° C and 90 sec. Elongation at 72 ° C. The product mixture was cleaned and cloned using QiaQuick columns (Qiagen AG, Hilden) (TOPO TA cloning kit, Invitrogen BV, Groningen / Netherlands). Individual clones were used for sequencing the cloned inserts.

Beispiel 7Example 7 Algorithmus zur Bestimmung der Orte, an denen differentielle Hybridisierungs­ ereignisse stattgefunden habenAlgorithm for determining the locations where differential hybridization events have taken place

.
1. Detektion von räumlicher Verteilung der Intensitäten in ausreichend großer Auflösung über die Oberfläche aus (a) in beiden Farbkanälen simultan oder getrennt mittels eines CCD-Systems oder eines Scanningsystems. Ablage der XY-Koordinaten und der zugehörigen Intensitätsmeßwerte in Listenformat.
2. Ermitteln der Intensitätsverteilung (Histogramm) über alle Pixel getrennt für beide Kanäle.
3. Ein Hintergrundwert wird als durchschnittliche Intensität der Pixel bestimmt, die sich innerhalb im unteren Bereich des Histogramms festzulegender Per­ centilgrenzen (z. B. von 10%-20%) befinden. Dies wird für beide Kanäle ge­ trennt ermittelt.
4. Ermittlung aller aus benachbarten Pixeln gebildeter Bereiche (nachfolgend als Spots bezeichnet), deren Pixel-Intensitätswerte um einen festgelegten Faktor über dem Hintergrund liegen, nach folgendem (oder daraus abgewandeltem) Algorithmus:
,
1. Detection of spatial distribution of the intensities in a sufficiently large resolution over the surface from (a) in both color channels simultaneously or separately using a CCD system or a scanning system. Storage of the XY coordinates and the associated intensity measurements in list format.
2. Determine the intensity distribution (histogram) over all pixels separately for both channels.
3. A background value is determined as the average intensity of the pixels which are within the percentile limits to be defined in the lower region of the histogram (for example from 10% -20%). This is determined separately for both channels.
4. Determination of all areas formed from adjacent pixels (hereinafter referred to as spots) whose pixel intensity values are above the background by a fixed factor, according to the following (or modified) algorithm:

InitialbedingungenInitial conditions

  • a) alle Pixel gelten als nicht klassifiziert.a) all pixels are classified as unclassified.
  • b) Pixel mit gleicher x,y-Koordinate der beiden Kanäle gehören zusam­ men.b) Pixels with the same x, y coordinate of the two channels belong together men.
IterationsschrittIteration step

  • a) Nehme den ersten, nicht klassifizierten Pixel (neuer Betrachtungspunkt).a) Take the first unclassified pixel (new viewpoint).
  • b) Wenn der Pixel in keinem Kanal den festgelegten Faktor zu seinem Hintergrundwert übersteigt, wird er zur Hintergrundklasse klassifiziert.b) If the pixel does not have the specified factor in any channel Exceeds the background value, it is classified as a background class.
  • c) Wenn der Pixel in einem Kanal oder beiden Kanälen den festgelegten Faktor zu seinem Hintergrundwert übersteigt, wird er zu einem neuen Spot klassifiziert (Klassifizierung über einen eindeutigen Bezeichner).
    • 1. Iterative Betrachtung aller Pixel, die an den betrachteten Pixel an­ grenzen
      • 1. Pixel, die schon als klassifiziert gelten, werden nicht weiter betrachtet.
      • 2. Pixel, die in keinem Kanal den festgelegten Faktor zu seinem Hintergrundwert übersteigen, werden zur Hintergrundklasse klassi­ fiziert.
      • 3. Pixel, die in einem Kanal oder beiden Kanälen den festge­ legten Faktor zu seinem Hintergrundwert übersteigen, werden als zu dem Spot gehörig klassifiziert.
      • 4. Für jeden in (cc3) neu klassifizierten Pixel wird die Prozedur ab (c1) mit dem neu klassifizierten Pixel als Betrachtungspunkt wiederholt (rekursives Verfahren).
    • 2. Diese Schritte sind erst beendet, wenn keine neuen Pixel mehr als zu dem Spot gehörig klassifiziert werden können.
    c) If the pixel in one or both channels exceeds the specified factor for its background value, it is classified as a new spot (classification via a unique identifier).
    • 1. Iterative consideration of all pixels that border on the considered pixel
      • 1. Pixels that are already classified are not considered any further.
      • 2. Pixels that do not exceed the specified factor for their background value in any channel are classified as background class.
      • 3. Pixels that exceed the specified factor for its background value in one or both channels are classified as belonging to the spot.
      • 4. For each pixel newly classified in (cc3), the procedure from (c1) is repeated with the newly classified pixel as the viewing point (recursive method).
    • 2. These steps are only finished when no more pixels can be classified than belong to the spot.
  • d) Fortsetzung mit a) bis alle Pixel als klassifiziert gelten.d) Continue with a) until all pixels are classified.

5. Für alle ermittelten Spots werden folgende Größen unter Berücksichtigung aller als zugehörig klassifizierten Pixel bestimmt und in eine Listendatei ausgege­ ben:
5. For all spots determined, the following sizes are determined taking into account all pixels classified as belonging and output in a list file:

  • a) durchschnittliche Intensität getrennt für beide Kanälea) Average intensity separately for both channels
  • b) Standardabweichung der Intensitäten getrennt für beide Kanäleb) Standard deviation of the intensities separately for both channels
  • c) Mittelpunkt der Pixelfläche im festgelegten x,y-Koordinatensystemc) Center of the pixel area in the defined x, y coordinate system
  • d) Intensitäten aus (a) minus ermitteltem Hintergrundwert getrennt für beide Kanäled) Intensities from (a) minus the determined background value separately for both channels
  • e) Quotient der beiden Ergebnisse aus (d).e) Quotient of the two results from (d).

6. Zur Bekämpfung von Artefakten werden nachfolgend nur Spots betrachtet, die einen festzulegenden Set der nachfolgend aufgeführten Filterkriterien erfüllen. Dabei ist es zum Beispiel sinnvoll, Spots, die einen Durchmesser kleiner 1 µm aufweisen, zu vernachlässigen.
6. To combat artifacts, only spots that meet a set of the filter criteria listed below are considered below. For example, it makes sense to neglect spots with a diameter smaller than 1 µm.

  • a) Eine bestimmte Anzahl Pixel wird überschritten (Spotgröße)a) A certain number of pixels is exceeded (spot size)
  • b) Eine bestimmte Anzahl Pixel wird nicht unterschrittenb) The number of pixels is not exceeded
  • c) Ein festzulegender Proportionsbereich des Spots wird nicht verletzt (Län­ ge/Breite, wobei Länge = xmax-xmin und Breite = ymax-ymin) c) A proportional range of the spot to be determined is not violated (length / width, where length = x max -x min and width = y max -y min )
  • d) Ein Kriterium zur Formbeschreibung der Pixelfläche wird erfüllt (z. B. an­ nähernd runder Spot beurteilt über den durchschnittlichen Abstand zum Mittelpunkt aus (5c) bezogen auf die Pixelanzahl)d) A criterion for describing the shape of the pixel area is fulfilled (e.g. to Approximately round spot judged by the average distance to the Center from (5c) in relation to the number of pixels)
  • e) Standardabweichung aus (5b) überschreitet in keinem Kanal einen festge­ legten Wert.e) Standard deviation from (5b) does not exceed a fixed in any channel attached importance.

7. Ermittlung des durchschnittlichen Quotienten für alle die Filterkriterien aus (6) erfüllenden Spots, unter Zugrundlegung der Quotienten aus 5(e).
8. Division aller unter (7) berücksichtigten Quotienten durch den durchschnittli­ chen Quotienten aus (7) = Normalisierung der Quotienten auf den Mittelwert aller Quotienten.
9. Ermittlung aller Spots, deren normalisierter Quotient aus (8) mindestens um einen festgelegten Faktor von n oder 1/n vom Mittelwert aller Quotienten ab­ weicht.
7. Determination of the average quotient for all spots fulfilling the filter criteria from (6), based on the quotients from 5 (e).
8. Division of all quotients considered under (7) by the average quotient from (7) = normalization of the quotients to the mean of all quotients.
9. Determination of all spots whose normalized quotient from (8) deviates from the mean of all quotients by at least a specified factor of n or 1 / n.

Claims (10)

1. Verfahren zur Nukleinsäureanalytik, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
  • a) Primermoleküle, die mindestens ein Primerpaar bilden, werden auf einer Oberfläche immobilisiert;
  • b) Ein aus mindestens zwei verschiedenen Nukleinsäuremolekülen bestehendes Nukleinsäuregemisch wird so mit der Oberfläche aus a) in Kontakt gebracht, daß Hybridisierung zwischen Primermolekülen und Nukleinsäuremolekulen stattfinden kann;
  • c) Die immobilisierten Primermoleküle werden komplementär zum Gegenstrang unter Bildung sekundärer Nukleinsäuren verlängert;
  • d) Die nicht durch die Immobilisierung in Schritt a) an die Oberfläche gebundenen Nukleinsäuremoleküle werden von der Oberfläche entfernt;
  • e) Die sekundären Nukleinsäuren werden amplifiziert, wobei tertiäre Nukleinsäuren erhalten werden;
  • f) Die tertiären Nukleinsäuren werden mit einer Sonde oder einem Gemisch aus mehreren Sonden so in Kontakt gebracht, daß Hybridisierung zwischen den tertiären Nukleinsäuren und der Sonde oder den Sonden stattfinden kann;
  • g) Die tertiären Nukleinsäuren und/oder Sonden, die sich an Orten, an denen ein differentielles Hybridisierungsereignis lokalisiert ist, befinden, werden von den anderen Nukleinsäuren und/oder Sonden, die sich an Orten, an denen kein differentielles Hybridisierungsereignis lokalisiert ist, befinden, getrennt.
1. A method for nucleic acid analysis, characterized by the following steps:
  • a) primer molecules which form at least one pair of primers are immobilized on a surface;
  • b) A nucleic acid mixture consisting of at least two different nucleic acid molecules is brought into contact with the surface from a) in such a way that hybridization can take place between primer molecules and nucleic acid molecules;
  • c) The immobilized primer molecules are extended to complement the opposite strand to form secondary nucleic acids;
  • d) The nucleic acid molecules not bound to the surface by the immobilization in step a) are removed from the surface;
  • e) The secondary nucleic acids are amplified, whereby tertiary nucleic acids are obtained;
  • f) The tertiary nucleic acids are brought into contact with a probe or a mixture of several probes in such a way that hybridization can take place between the tertiary nucleic acids and the probe or the probes;
  • g) The tertiary nucleic acids and / or probes that are located at locations where a differential hybridization event is located are replaced by the other nucleic acids and / or probes that are located at locations where no differential hybridization event is located. Cut.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Schritt e) die folgenden Schritte durchgeführt werden:
  • a) die Oberfläche aus Schritt e) gemäß Anspruch 1, die erste Oberfläche, wird mit einer zweiten Oberfläche in Kontakt gebracht, auf welcher Primermoleküle, die mindestens ein Primerpaar bilden, immobilisiert sind, unter Bedingungen, bei welchen die Primermoleküle der zweiten Oberfläche mit den tertiären Nukleinsäuren der ersten Oberfläche hybridisieren können;
  • b) die immobilisierten Primermoleküle der zweiten Oberfläche werden komplementär zum Gegenstrang unter Bildung sekundärer Nukleinsäuren verlängert;
  • c) die nicht durch die Immobilisierung in Schritt a) an die zweite Oberfläche gebundenen Nukleinsäremoleküle werden von der zweiten Oberfläche entfernt;
  • d) die sekundären Nukleinsäuren werden amplifiziert, wobei tertiäre Nukleinsäuren erhalten werden;
  • e) Schritte a) bis d) werden analog wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von präparierten Oberflächen hergestellt worden ist;
  • f) die in Schritt e) hergestellten Oberflächen werden den Schritten f) und g) von Anspruch 1 unterzogen.
2. The method according to claim 1, characterized in that after step e) the following steps are carried out:
  • a) the surface from step e) according to claim 1, the first surface is brought into contact with a second surface on which primer molecules, which form at least one pair of primers, are immobilized, under conditions in which the primer molecules of the second surface with the can hybridize tertiary nucleic acids of the first surface;
  • b) the immobilized primer molecules of the second surface are extended to complement the opposite strand to form secondary nucleic acids;
  • c) the nucleic acid molecules not bound to the second surface by the immobilization in step a) are removed from the second surface;
  • d) the secondary nucleic acids are amplified, whereby tertiary nucleic acids are obtained;
  • e) Steps a) to d) are repeated analogously until the desired number of prepared surfaces has been produced;
  • f) the surfaces produced in step e) are subjected to steps f) and g) of claim 1.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt g) von Anspruch 1 die Sonden und/oder Nukleinsäuren, die ein differentielles Hybridisierungsereignis hervorgerufen haben, von der Oberfläche gelöst werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in step g) of Claim 1 the probes and / or nucleic acids, which is a differential Hybridization event have caused to be detached from the surface. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden und/oder Nukleinsäuren, die ein differentielles Hybridisierungsereignis hervorgerufen haben, durch photolytische Spaltung des Hybridisierungspartners von der Oberfläche gelöst werden.4. The method according to claim 3, characterized in that the probes and / or Nucleic acids that have caused a differential hybridization event released from the surface by photolytic cleavage of the hybridization partner become. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden und/oder Nukleinsäuren, die ein differentielles Hybridisierungsereignis hervorgerufen haben, durch lokale Temperaturerhöhung von der Oberfläche gelöst werden.5. The method according to claim 3, characterized in that the probes and / or Nucleic acids that have caused a differential hybridization event can be detached from the surface by local temperature increase. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt g) von Anspruch 1 die Sonden und/oder Nukleinsäuren, die kein differentielles Hybridisierungsereignis hervorgerufen haben, entweder infolge thermischer Einwirkung oder durch Kreuzvernetzung an die Oberfläche gebunden werden. 6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in step g) of Claim 1 the probes and / or nucleic acids that are not differential Hybridization event, either due to thermal Action or be cross-linked to the surface.   7. Verbindung der allgemeinen Formel I
wobei n und m unabhängig voneinander 1 bis 30 bedeuten,
R1 Dimethoxytrityloxy (DMTO) oder eine Gruppe bedeutet, welche die Immobilisierung an eine Oberfläche ermöglicht oder welche eine Kopplung an eine immobilisierbare Verbindung erlaubt, und
R2 die Bedeutung -OP(OC2H4CN)N(CH(CH3)2)2 oder -OP(OCH3)N(CH(CH3)2)2,
trägt, sowie ihre Salze.
7. Compound of the general formula I
where n and m are independently 1 to 30,
R 1 denotes dimethoxytrityloxy (DMTO) or a group which enables immobilization to a surface or which permits coupling to an immobilizable compound, and
R 2 is -OP (OC 2 H 4 CN) N (CH (CH 3 ) 2 ) 2 or -OP (OCH 3 ) N (CH (CH 3 ) 2 ) 2 ,
carries, as well as their salts.
8. Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß R1 die Bedeutung Dimethoxytrityloxy (DMTO), -NH2, -OH, -OPO3H2, -SH, -NCS, -NCO oder N- Succinimidyloxycarbonyl trägt.8. A compound according to claim 7, characterized in that R 1 has the meaning dimethoxytrityloxy (DMTO), -NH 2 , -OH, -OPO 3 H 2 , -SH, -NCS, -NCO or N-succinimidyloxycarbonyl. 9. Verwendung der Verbindungen gemäß Anspruch 7 oder 8 als photochemisch spaltbare Gruppe bei der Immobilisierung von Nukleinsäuren.9. Use of the compounds according to claim 7 or 8 as photochemically cleavable Group in the immobilization of nucleic acids. 10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend
  • a) eine Reaktions- und Hybridisierungskammer in Form einer Durchflußzelle,
  • b) mindestens eine Lichtquelle zur Anregung von zur Markierung eingesetzten Fluorophoren,
  • c) mindestens eine Lichtquelle zur Photolyse zur Spaltung vorgesehener Bindungen,
  • d) optional mindestens eine Lichtquelle zur photochemischen oder thermischen Veränderung von Nukleinsäure- bzw. Sondenmolekülen,
  • e) mindestens einen Photodetektor zur Messung der emittierten Fluoreszenzstrahlung,
  • f) gegebenenfalls eine Vorrichtung zur Abtastung der in der Durchflußzelle befindlichen Oberfläche in XY-Richtung,
  • g) gegebenenfalls mindestens ein Vorratsgefäß für frische Reaktionslösungen sowie mindestens ein Gefäß für verbrauchte Reaktionslösungen sowie mindestens eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsförderung,
  • h) gegebenenfalls einen elektronischer Rechner, welcher die gemessene Fluoreszenzintensität in Abhängigkeit von der Position auf der Oberfläche speichert, gegebenenfalls die so erhaltenen Datensätze weiterverarbeitet und gegebenenfalls eine automatische Auswahl der interessierenden Bereiche auf der Oberfläche trifft sowie die hierfür vorgesehene Einwirkung elektromagnetischer Strahlung steuert.
10. Device for performing a method according to one of claims 1 to 6, comprising
  • a) a reaction and hybridization chamber in the form of a flow cell,
  • b) at least one light source for exciting fluorophores used for labeling,
  • c) at least one light source for photolysis to cleave bonds provided,
  • d) optionally at least one light source for the photochemical or thermal change of nucleic acid or probe molecules,
  • e) at least one photodetector for measuring the emitted fluorescent radiation,
  • f) optionally a device for scanning the surface located in the flow cell in the XY direction,
  • g) if appropriate, at least one storage vessel for fresh reaction solutions and at least one vessel for used reaction solutions and at least one device for conveying liquids,
  • h) optionally an electronic computer which stores the measured fluorescence intensity as a function of the position on the surface, optionally processes the data records thus obtained and optionally makes an automatic selection of the regions of interest on the surface and controls the action of electromagnetic radiation provided for this purpose.
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