DE102007031137A1 - Real-time detection of nucleic acid targets, comprises providing a primer containing a sequence-target binding sequence to amplify nucleic acid, introducing a fluorophore and providing a probe for detection, which carries a fluorophore - Google Patents

Real-time detection of nucleic acid targets, comprises providing a primer containing a sequence-target binding sequence to amplify nucleic acid, introducing a fluorophore and providing a probe for detection, which carries a fluorophore Download PDF

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Abstract

Real-time detection of nucleic acid targets as products of a nucleic acid-amplification reaction by a primer/probe system, comprises providing at least a primer, which contains at least one sequence-target binding sequence (TBS) to specifically amplify nucleic acid and carries modification at the 3'-end, which allows an enzymatic extension complementary to the target; introducing a fluorophore 1; and providing at least a probe for the detection, which carries a fluorophore 2 at least at the 3'-end, where one of both fluorophores is stimulated by light of suitable wavelength. Real-time detection of nucleic acid targets as products of a nucleic acid-amplification reaction by a primer/probe system, comprises providing at least a primer, which contains at least one sequence-target binding sequence (TBS) specifically to amplify nucleic acid and carries modification at the 3'-end, which allows an enzymatic extension complementary to the target; introducing a fluorophore 1; and providing at least a probe for detection, which carries a fluorophore 2 at least at the 3'-end, where at least one probe with the complementary strand is extended to the target sequence at the 3'-end primer or use of more primers hybridized with the target strand, and one of both fluorophores is stimulated by light of suitable wavelength in such a way a fluorescence resonance energy transfer takes place between fluorophore 1 and 2, which are detected by optical fluorescence method. Independent claims are included for: (1) the primer/probe system for the detection of nucleic acids, comprising: (a) at least a primer containing at least one sequence specific for the assigned nucleic acid target and exhibiting modification at the 3'-end, which allows an enzymatic extension, where optionally one of the primer is marked with a fluorophore 1; and (b) at least a probe, which at least carries a fluorophore 2 and optionally exhibits a further fluorophore 1; (2) a reagent kit for the detection of nucleic acids, comprising at least a primer/probe system and a suitable buffer and optionally further auxiliary materials; (3) a device system for the performance of real-time polymerase chain reaction (PCR) reactions, which is fully automated computer-assisted technique, comprising: thermo-cycler, which exhibits a reaction range with several temperaturable recordings for the reaction containers; optionally an immobilization system for micro-particles; a reaction range assigned lighting mechanisms (light emitting diode and/or laser) with which the stimulated light is radiationable; detector installation, which produces measured values as a function of a measured light intensity with optical installation; optionally a reference arrangement, which produces a reference value; and an evaluator, where the reaction containers contain optically transparent container bottom and/or container cap with low characteristic fluorescence, in which the fluorescence optical analysis facilitates during the thermocyclic or isothermic performance of the detection reaction; (4) a reaction container for PCR with transparent container bottom; and (5) an immuno-PCR, which conducts multiplex-immune reactions under the use of non-fluorescent beads, porous or non-porous two-dimensional or small rod-shaped carrier materials and the analyte specific amplification product of fluorescence coded microparticle.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Nukleinsäureamplifikation. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zum „real time" Nachweis eines Nukleinsäuretargets. Gegenstand der Erfindung sind auch ein Primer/Sondensystem und ein Kit zum Nachweis eines Nukleinsäuretargets und seine Verwendung in einer Lösung oder im Array, vorzugsweise zur Flüssigphasen-PCR und zur Multiplex-PCR.The This invention relates generally to the field of nucleic acid amplification. In particular, it concerns a "real time" procedure Detection of a nucleic acid target. Subject of the invention are also a primer / probe system and a kit for the detection of a Nucleic acid targets and their use in solution or in the array, preferably for liquid phase PCR and for Multiplex PCR.

Verfahren zur Erkennung und Mengenbestimmung von Nukleinsäuren sind bekannt. Ausgehend von einer zu analysierenden mRNA wird zunächst eine einzelsträngige cDNA mit Hilfe einer Reversen Transkriptase hergestellt, mit Hilfe von PCR wird dann ein doppelsträngiges DNA-Amplifikationsprodukt erzeugt. Die PCR ist sowohl für qualitative als auch für quantitative Aussagen einsetzbar. Eine Mengenbestimmung von PCR-Produkten kann auf unterschiedlichen Arten erfolgen. Neuere Detektionsmethoden erlauben es, die in vitro Synthese von PCR-Produkten „real time", d. h. homogen direkt im jeweils verwendeten PCR-Reaktionsgefäß zu messen. Diese so genannte „real time" PCR (RT-PCR) stellt eine besonders sensitive Methode dar. Hierbei wird in jedem Zyklus der PCR die Entstehung von PCR-Produkten verfolgt. Die Messung der Amplifikation erfolgt dabei in der Regel in Thermozyklen, welche zusätzliche Mittel zur Messung von Fluoreszenzsignalen während der Amplifikationreaktion aufweisen. Die Amplifikationsprodukte werden beispielsweise durch Fluoreszenz-markierte Hybridisationsproben, die lediglich bei Bindung an die Targetnukleinsäure Fluoreszenzsignale emittieren oder in bestimmten Fällen auch durch Doppelstrang-DNA bindende Fluoreszenzfarbstoffe detektiert. Ein definierter Signalschwellenwert wird für alle analysierten Reaktionen festgelegt und die zur Erreichung des Schwellenwerts notwendige Zykluszahl Cp sowohl für die Targetnukleinsäure als auch für die Referenznukleinsäuren bestimmt. Auf der Grundlage der für die Targetnukleinsäure sowie die Referenznukleinsäure erhaltenen Cp-Werte können so entweder absolute oder relative Kopienzahlen des Targetmoleküls bestimmt werden.method for the detection and quantification of nucleic acids known. Starting from an mRNA to be analyzed, first a single-stranded cDNA using a reverse transcriptase produced, with the help of PCR becomes then a double-stranded one Generated DNA amplification product. The PCR is for both qualitative as well as quantitative statements applicable. Quantification of PCR products can vary Species take place. Newer detection methods allow the in vitro Synthesis of PCR products "real time", ie homogeneous directly in the PCR reaction vessel used in each case. This so-called "real time" PCR (RT-PCR) provides a Particularly sensitive method dar. Here is in each cycle of the PCR tracked the emergence of PCR products. The measurement of amplification takes place usually in thermal cycling, which additional Means for measuring fluorescence signals during the Amplification reaction have. The amplification products are for example by fluorescence-labeled hybridization samples, the only upon binding to the target nucleic acid fluorescence signals emit or in some cases also by double-stranded DNA binding fluorescent dyes detected. A defined signal threshold is determined for all analyzed reactions and the necessary to reach the threshold cycle number Cp both for the target nucleic acid as well determines the reference nucleic acids. On the basis of for the target nucleic acid as well as the reference nucleic acid obtained Cp values can be either absolute or relative Copy numbers of the target molecule can be determined.

Ein neueres Verfahren zum Nachweis eines spezifischen Nukleinsäuremoleküls verwendet so genannte „Molecular Beacons" (Tyagi et al. US 6,150,097A ) Molecular Beacons sind farbstoffmarkierte Oligonukleotide, die eine Stamm-Schleifen-Struktur haben. An den beiden freien Enden der Stamm-Abschnitte (dem 3'- und dem 5'-Ende) ist jeweils ein Fluorophor gekoppelt, wobei der eine als Reporter-Farbstoff und der andere als Quencher-Farbstoff, der die Fluoreszenz des Reporter-Farbstoffs bei hinreichender räumlicher Nähe durch Foerster-Energietransfer löscht. Die Sequenzen der Stammabschnitte an beiden Enden der Molecular Beacons sind so gewählt, dass dann, wenn sich der Molecular Beacon faltet, die Stammabschnitte ausschließlich aneinander, nicht aber mit anderen Abschnitten des Oligonukleotids hybridisieren. Der Abstand zwischen Reporter- und Quencher-Farbstoff ist im Zustand der hybridisierten Stammabschnitte hinreichend klein, so dass der Fluoreszenz-Farbstoff auch bei geeigneter Anregung mit Licht nicht fluoresziert. Der Schleifen-Abschnitt weist eine Sequenz auf, die zur Sequenz einer Targetsequenz komplementär ist. Befinden sich die Molecular Beacons und die Targetsequenz aufweisenden Nukleinsäure-Moleküle in einer Lösung, können die Schleifenabschnitte und die Targetsequenz-Abschnitte hybridisieren, wodurch sich der Molecular Beacon unter Lösung der Hybridisierung der beiden Stammabschnitte entfaltet. Diese Entfaltung führt zur Vergrößerung des räumlichen Abstands zwischen dem Reporter-Farbstoff und dem Quencher-Farbstoff und der Reporter-Farbstoff wird zur Fluoreszenz angeregt. Bei kontinuierlicher Beobachtung der Fluoreszenz-Intensität kann ein Anstieg der Intensität festgestellt werden, wenn die Molecular Beacons die Targetsequenzen aufspüren und an diesen hybridisieren. So können die Nukleinsäuremoleküle quantitativ nachgewiesen werden. Diese Molecular Beacons haben den großen Nachteil einer aufwändigen und teuren Synthese, da diese Sonden sowohl mit dem Fluoroeszenz- als auch mit dem Quencher-Farbstoff markiert werden müssen. Quencher-Fluoreszenzfarbstoff-Systeme werden in vergleichbaren Sondensystemen wie Amplifluor-Primer, Scorpions und TaqMan-Sonden genutzt.A recent method for detecting a specific nucleic acid molecule uses so-called "molecular beacons" (Tyagi et al. US 6,150,097A Molecular beacons are dye-labeled oligonucleotides that have a stem-loop structure. At each of the two free ends of the stem portions (the 3 'and the 5' ends), one fluorophore is coupled, one as a reporter dye and the other as a quencher dye which contributes to the fluorescence of the reporter dye deletes sufficient spatial proximity by Foerster energy transfer. The sequences of the stem portions at both ends of the molecular beacons are chosen so that when the molecular beacon folds, the stem portions hybridize exclusively to each other but not to other portions of the oligonucleotide. The distance between reporter and quencher dye is sufficiently small in the state of the hybridized stem portions, so that the fluorescent dye does not fluoresce even with appropriate excitation with light. The loop portion has a sequence that is complementary to the sequence of a target sequence. When the molecular beacons and target sequence-containing nucleic acid molecules are in solution, the loop portions and the target sequence portions may hybridize, thereby unfolding the molecular beacon resolving the hybridization of the two stem portions. This unfolding leads to an increase in the spatial distance between the reporter dye and the quencher dye and the reporter dye is excited to fluoresce. With continuous observation of fluorescence intensity, an increase in intensity can be detected as the molecular beacons detect and hybridize to the target sequences. Thus, the nucleic acid molecules can be detected quantitatively. These molecular beacons have the major disadvantage of a costly and expensive synthesis, since these probes must be labeled with both the fluorescence and the quencher dye. Quencher fluorescent dye systems are used in comparable probe systems such as Amplifluor primers, Scorpions and TaqMan probes.

Ein weiteres bekanntes System ist das Light-Cycler-System. Hier werden die Fluoreszenzfarbstoffe auf zwei verschiedene Oligonukleotide verteilt. Am 3'-Ende des ersten Oligonukleotides befindet sich der eine Fluoreszenzfarbstoff, z. B. Fluorescein, und das sich stromabwärts anlagernde Oligonukleotid hat am 5'-Ende einen weiteren Fluoreszenzfarbstoff, z. B. IC Red 640. Fluorescein wird von einer LED als Lichtquelle angeregt und emittiert Licht, das über Fluoreszenzresonanzenergietransfer (FRET) das zweite Fluoreszenzmolekül anregt. Das von dem zweiten Farbstoff emittierte Licht wird über einen entsprechenden Filter detektiert. Eine Anregung des zweiten Farbstoffs kann nur dann erfolgen, wenn sich durch die Anlagerung der beiden Oligonukleotide an ihren Komplementärstrang die beiden Farbstoffmoleküle in räumlicher Nähe (Distanz 1 bis 5 Nukleotiden) befinden. Das Prinzip dieses Systems beruht auf der sekundären Anregung eines zweiten Fluoreszenzfarbstoffs, die erst durch die Generation des PCR-Produktes ermöglicht wird.One Another known system is the light cycler system. Be here the fluorescent dyes on two different oligonucleotides distributed. At the 3 'end of the first oligonucleotide is the a fluorescent dye, e.g. As fluorescein, and downstream annealing oligonucleotide has at the 5 'end another fluorescent dye, z. B. IC Red 640. Fluorescein is used by an LED as a light source stimulates and emits light via fluorescence resonance energy transfer (FRET) excites the second fluorescent molecule. That of the second dye emitted light is via a corresponding Filter detected. Excitation of the second dye can only then take place when by the addition of the two oligonucleotides to its complementary strand the two dye molecules in spatial proximity (distance 1 to 5 nucleotides) are located. The principle of this system is based on the secondary Excitation of a second fluorescent dye, the first by the Generation of the PCR product is enabled.

Die genannten Systeme sind grundsätzlich für Multiplexanwendungen einsetzbar, haben jedoch den Nachteil, dass – sollen verschiedene Zielsequenzen nebeneinander nachgewiesen werden – der Reaktionsansatz wegen der steigenden Zahl der verschiedenen Detektionssonden relativ teuer wird und die zunehmende Zahl der Sonden die Amplifikationsreaktion beeinträchtigen kann. Außerdem sind nicht genügend FRET-Paare bekannt, um einen hohen Multiplex-Grad zu erzielen.The systems mentioned are basically suitable for multiplex applications, but have the Disadvantage that - should different target sequences are detected side by side - the reaction approach is relatively expensive because of the increasing number of different detection probes and the increasing number of probes can affect the amplification reaction. In addition, not enough FRET pairs are known to achieve a high degree of multiplexing.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Primer/Sonden-Systeme bereitzustellen, die kostengünstiger und einfach synthetisiert werden können und die gleiche oder verbesserte Sensivität aufweisen. Durch geeignete Veränderung der Primerstrukturen soll eine Möglichkeit gefunden werden, den teuren Einsatz jeweils spezifischer Sondenoligonukleotide zu umgehen, wobei die Multiplex-Anwendung, die für die heutige Diagnostik immer wichtiger wird, nicht beeinträchtigt werden soll.Of the The invention was therefore based on the object, methods and primer / probe systems to provide that is more cost effective and easily synthesized can be and the same or improved sensitivity exhibit. By suitable modification of the primer structures should be found a way, the expensive use each bypass specific probe oligonucleotides, wherein the Multiplex application, which for today's diagnostics always becomes more important, should not be affected.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum „real-time" Nachweis von Nukleinsäuretargets als Produkte einer Nukleinsäure-Amplifikationsreaktion mittels eines neuen Primer/Sondensystems. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • a) Verwendung von mindestens einem Primer, der mindestens eine für die zu amplifizierende Nukleinsäure spezifische Sequenz – im folgenden auch Targetbindungssequenz(en) (TBS) genannt – umfasst und der am 3'-Ende Modifikationen trägt, die eine enzymatische Verlängerung komplementär zum Target gestatten.
  • b) Einführung eines Fluophors 1. Dabei kann dieses Fluorophor 1 in einer Ausführungsvariante direkt an einem ersten oder weiteren Primer vorliegen oder in einer Markierungsreaktion in einen Primer eingeführt werden. Alternativ kann es auch an einer Sonde vorliegen.
  • c) Nach enzymatischer Verlängerung erfolgt der Einsatz von mindestens einer Sonde zum Nachweis des Targets, die mindestens am 3'-Ende ein Fluorophor 2 trägt. Dabei kann die mindestens eine Sonde mit dem Komplementärstrang des zur Targetsequenz am 3'-Ende verlängerten Primers hybridisieren oder bei Verwendung mehrerer Primer an die Targetsequenz.
According to the invention, the object is achieved by a method for the "real-time" detection of nucleic acid targets as products of a nucleic acid amplification reaction by means of a novel primer / probe system.
  • a) Use of at least one primer which comprises at least one sequence which is specific for the nucleic acid to be amplified, also referred to as target binding sequence (s) (TBS), and which carries modifications at the 3 'end which permit enzymatic extension complementary to the target ,
  • b) Introduction of a Fluophore 1. In one embodiment variant, this fluorophore 1 can be present directly on a first or further primer or introduced into a primer in a labeling reaction. Alternatively, it may also be present on a probe.
  • c) After enzymatic extension, at least one probe is used to detect the target, which carries a fluorophore 2 at least at the 3 'end. In this case, the at least one probe can hybridize with the complementary strand of the primer extended to the target sequence at the 3 'end, or when using a plurality of primers to the target sequence.

Die zwei verschiedenen, jeweils mit einem FREI-Donor bzw. FREI-Akzeptor markierten Primer/Sonden-Nukleotide sind so konstruiert, dass sich nach erfolgter Hybridisierung die Fluorophore 1 und 2 in einer für den FREI ausreichenden Nähe befinden, so dass sie während eines PCR-Zyklus eine Fluoreszenz des Akzeptors ermöglichen. Das heißt einer der beiden Fluorophore wird durch Licht geeigneter Wellenlänge angeregt, so dass zwischen Fluorophor 1 und 2 ein FREI stattfindet, der fluoreszenzoptisch detektiert wird.The two different, each with a FREE donor or FREI acceptor labeled primer / probe nucleotides are designed to be after hybridization, the fluorophores 1 and 2 in a for the Free to be sufficiently close so that they are during a PCR cycle allow fluorescence of the acceptor. That is, one of the two fluorophores is lighted of suitable wavelength, so that between fluorophore 1 and 2 a FRE takes place, which detects fluorescence optics becomes.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist der mindestens eine Primer am 5'-Ende zusätzlich einen zum Target unspezifischen Schwanz auf. Fluorophor 1 kann zum Beispiel am spezifischen oder unspezifischen Teil eines ersten Primers oder an einem weiteren Primer vorliegen. Die Anordnung der Fluorophore ist dabei austauschbar, so dass Fluophor 1 an einem Primer und Fluophor 2 an der Sonde vorliegen kann bzw. umgekehrt. Alternativ können Fluorophor 1 und 2 in Sonden eingebracht werden. In welcher Richtung FREI erfolgt ist letztlich egal. Vorzugsweise liegen die Fluorophore 1 und 2 kovalent gebunden an Primern und Sonden vor.In an embodiment of the invention, the at least a primer at the 5 'end additionally one unspecific to the target Tail up. For example, fluorophore 1 may be at the specific or non-specific part of a first primer or on another Primer present. The arrangement of the fluorophores is exchangeable, such that fluophore 1 is present on a primer and fluophore 2 on the probe can or vice versa. Alternatively, fluorophore 1 and 2 are introduced into probes. In which direction FREI takes place it does not matter. Preferably, the fluorophores are 1 and 2 covalently bound to primers and probes.

Die Erfindung basiert auf einem neuartigen Primer/Sonden-Design, wobei in einer ganz besonders bevorzugten Variante mindestens ein Primer eine Teilsequenz aufweist, die im 5'-Bereich teilweise komplementär zum 3'-Bereich ist, so dass sie eine Haarnadel bildet.The Invention is based on a novel primer / probe design, wherein in a very particularly preferred variant, at least one primer has a partial sequence which in the 5 'region partially complementary to 3 'area is so that it forms a hairpin.

Vorzugsweise kann der mindestens eine Primer das Fluorophor 1 am 5'-Ende aufweisen, wobei der Primer entweder nur aus einer Target-spezifischen Sequenz besteht oder zusätzlich einen unspezifischen Schwanz besitzt. Nach enzymatischer Verlängerung und erfolgter Sondenhybridisierung bildet zum Nachweis des Targets der Primer am 5'-Ende keine Haarnadel oder partiell bzw. vollständig eine Haarnadel mit sich selbst oder zu der komplementär zum Target verlängerten Primersequenz, so dass ein FREI-Signal entsteht.Preferably the at least one primer may have the fluorophore 1 at the 5 'end, wherein the primer is either only from a target-specific sequence exists or additionally possesses a nonspecific tail. After enzymatic extension and probe hybridization forms to detect the target, the primer at the 5 'end no hairpin or partially or completely a hairpin with itself or extended to the complementary to the target Primer sequence to give a FREE signal.

In einer ganz bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens drei Primer verwendet. Dabei umfasst es die folgenden Schritte:
In einer ersten Reaktion erfolgt der Einsatz eines Primerpaares 1 und 2. Der gewählte Vorwärtsprimer 1 umfasst mindestens eine Targetbindungssequenz 1 (TBS 1) und mindestens eine Targetbindungssequenz 2 (TBS 2) und ist so konstruiert, dass TBS 1 an das zu amplifizierende Target binden kann. Anschließend wird dieser Primer 1 komplementär zum Target verlängert, Rückwärtsprimer 2 bindet an das komplementäre Target und wird ebenfalls verlängert. Primer 1 enthält vorzugsweise eine TBS 1 und eine TBS 2. In einer Variante enthält er mehrere TBS 2, die sich geringfügig bis vollständig unterscheiden. So können in einer Reaktion mehrere Targetsequenzen in Summe erfasst werden (z. B. Erfassung humaner Papillomaviren der Gruppen „hohes Risiko" und „geringes Risiko").
In a very preferred embodiment of the invention, the method is characterized in that it uses at least three primers. It includes the following steps:
In a first reaction, the use of a primer pair 1 and 2. The selected forward primer 1 comprises at least one target binding sequence 1 (TBS 1) and at least one target binding sequence 2 (TBS 2) and is designed so that TBS 1 can bind to the target to be amplified , Subsequently, this primer 1 is extended complementary to the target, reverse primer 2 binds to the complementary target and is also extended. Primer 1 preferably contains a TBS 1 and a TBS 2. In one variant, it contains several TBS 2, which differ slightly or completely. In this way, multiple target sequences can be detected in one reaction (eg detection of human high-risk and low-risk papillomaviruses).

In einer weiteren Reaktion wird ein Primer 3 eingesetzt, welcher mit dem 5'-Bereich von Primer 1 identisch oder teilweise identisch ist, jedoch keine TBS aufweist. Primer 3 trägt gegebenenfalls das Fluorophor 1 am 5'-Ende. Er ist so konstruiert, dass er eine Haarnadel 1 vollständig oder teilweise mit sich selbst oder mit komplementären Abschnitten der Primer 1-Sequenz bilden kann. Die Bedingungen werden so eingestellt, dass mit Primer 2 und 3 die Amplifikation stattfindet. Dabei bindet die mindestens eine TBS 2 von Primer 1 an einen oder mehrere weitere(n) Targetbindungsabschnitt(e), welche(r) nun zwischen verlängertem Primer 1 und der komplementären Sequenz von Primer 2 liegt, wodurch eine Haarnadel 2 entsteht. Wird das Amplifikat dann mit der mit Fluorophor 2 markierten Sonde in Kontakt gebracht kann das mit dem Fluorophor 1 gebildete FREI-Signal detektiert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung trägt der Primer 3 Fluorophor 1 und die Sonde mit Fluorophor 2 am 3'-Ende hybrisidisiert vollständig an der Targetsubstanz. Alternativ kann die Sonde mit Fluorophor 2 am 3'-Ende über Haarnadel 2 und Primer 1 an der Targetsbstanz hybridisieren.In a further reaction, a primer 3 is used, which with identical or partially identical to the 5 'region of primer 1, however, does not have TBS. If appropriate, primer 3 carries the fluorophore 1 at the 5'-end. He is designed to be one Hairpin 1 completely or partially with itself or with complementary portions of the primer 1 sequence can form. The conditions are adjusted so that with primer 2 and 3 the amplification takes place. The binds at least a TBS 2 of primer 1 to one or more further target binding sections (s), which now between extended primer 1 and the complementary one Sequence of primer 2 is, creating a hairpin 2 is formed. Becomes the amplificate then with the fluorophore 2 labeled probe in The free signal formed with the fluorophore 1 can be brought in contact be detected. In a preferred embodiment carries the primer 3 fluorophore 1 and the probe with fluorophore 2 at the 3 'end completely hybridizes to the target substance. alternative the probe can be coupled with fluorophore 2 at the 3 'end via hairpin 2 and primer 1 hybridize to Targetsbstanz.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die drei Primer und zwei Sonden verwendet werden, die jeweils FREI-Donor und -Akzeptor (Fluorophor 1 und 2) tragen, wobei die eingesetzte Sonde 1 Primer 1-spezifisch ist und die verwendete Sonde 2 Target-spezifisch.In a further embodiment of the invention, the three Primer and two probes are used, each free donor and acceptor (fluorophore 1 and 2), the used Probe 1 primer is 1-specific and probe 2 used is target-specific.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Fluophore 1 und 2 sind ausgewählt aus Fluoreszenzfarbstoffmolekülen, wobei das Licht, das vom ersten Fluorophor absorbiert und remittiert wird, vom zweiten, nach Bindung der Sonde(n) dem ersten Fluorophor räumlich nahen zweiten Fluorophor erneut absorbiert und remittiert wird. Vorzugsweise dienen verschiedene Fluorophore als Donor und Akzeptor, so dass ein FREI-Signal als Auftreten Donor-stimulierter Fluoreszenz des Akzeptors aufgezeichnet werden kann. Alternativ kann auch derselbe Farbstoff als Donor und Akzeptor eingesetzt werden und die resultierende Depolarisation der Fluoreszenz detektiert werden. Bevorzugt ist Fluorophor 1 Fluorescein und Fluorophor 2 LC Red 640 oder LC Red 705 Beispiele für weitere bevorzugte FREI-Paare sind: Fluophor 1 Fluophor 2 Aminocumarin Fluorescein Fluorescein Rhodamin oder Tetramethylrhodamin Fluorescein Cy3 Cy3 Cy5 Cy3 Tetramethylrhodamin Europium Cy5 Terbium Rhodamin Bodipy Bodipy Dansyl Fluorescein Naphtalen Dansyl Ruthenium Cy5. The fluorophores 1 and 2 used according to the invention are selected from fluorescent dye molecules, wherein the light which is absorbed and remitted by the first fluorophore is reabsorbed and remitted by the second fluorophore spatially close to the first fluorophore after binding of the probe (s). Preferably, various fluorophores serve as donor and acceptor so that a FREI signal can be recorded as the occurrence of donor-stimulated fluorescence of the acceptor. Alternatively, the same dye can be used as donor and acceptor and the resulting depolarization of the fluorescence can be detected. Fluorophore 1 is preferably fluorescein and fluorophore 2 LC Red 640 or LC Red 705 Examples of further preferred FREI pairs are: Fluophore 1 Fluophore 2 amino coumarin fluorescein fluorescein Rhodamine or tetramethylrhodamine fluorescein Cy3 Cy3 Cy5 Cy3 tetramethylrhodamine europium Cy5 terbium rhodamine Bodipy Bodipy dansyl fluorescein naphthalene dansyl ruthenium Cy5.

Wie bereits ausgeführt, kann erfindungsgemäß Fluophor 1 an einem Primer und Fluophor 2 an der Sonde vorliegen bzw. umgekehrt. Das FREI-Paar kann auch an Sonden gebunden vorliegen. Die erfindungsgemäß eingesetzen FREI-Paare erzielen einen hohen Multiplex-Grad. Es sind für das erfindungsgemäße Verfahren zahlreiche Fluorophore für den Spektralbereich von 350 bis 750 nm, das heißt von Ultraviolett bis Infrarot, verfügbar.As already stated, fluorophore according to the invention 1 on a primer and Fluophore 2 on the probe or vice versa. The FREE pair may also be bound to probes. The invention used Free pairs achieve a high degree of multiplexing. It is for the inventive method numerous fluorophores for the spectral range from 350 to 750 nm, that is from ultraviolet to infrared, available.

Die Amplifikationsreaktion ist vorzugsweise eine homogene Flüssigphasen-PCR, eine Multiplex-PCR, eine asymmetrische PCR, eine Festphasen-PCR, eine RT-PCR, eine in situ-PCR, eine immuno-PCR oder eine nested PCR.The Amplification reaction is preferably a homogeneous liquid-phase PCR, a multiplex PCR, an asymmetric PCR, a solid phase PCR, an RT-PCR, an in situ PCR, an immuno-PCR or a nested PCR.

Das neuartige Primer/Sondensystem zum Nachweis von Nukleinsäuren umfasst:

  • a) mindestens einen Primer, der mindestens eine für das nachzuweisende Nukleinsäuretarget spezifische Sequenz umfasst und am 3'-Ende Modifikationen aufweist, die eine enzymatische Verlängerung gestatten, wobei gegebenenfalls einer der Primer mit einem Fluorophor 1 markiert ist,
  • b) mindestens eine Sonde, die ein Fluorophor 2 trägt oder mehrere Sonden die jeweils Fluorophor 1 und 2 tragen.
The novel primer / probe system for the detection of nucleic acids comprises:
  • a) at least one primer which comprises at least one sequence specific for the nucleic acid target to be detected and has modifications at the 3 'end which permit enzymatic extension, optionally one of the primers being labeled with a fluorophore 1,
  • b) at least one probe carrying a fluorophore 2 or more probes carrying each fluorophore 1 and 2.

Vorzugsweise kommen für die verschiedenen Amplikons oder Polymorphismen unterschiedliche FREI-Paare zum Einsatz.Preferably come for the different amplicons or polymorphisms different FREE pairs are used.

Ein bevorzugtes Primer/Sondensystem umfasst:

  • a) einen Primer, der mindestens eine für das nachzuweisende Nukleinsäuretarget spezifische Sequenz umfasst und am 3'-Ende Modifikationen aufweist, die eine enzymatische Verlängerung gestatten, wobei dieser Primer mit dem Fluorophor 1 markiert ist,
  • b) eine Sonde, die am 3'-Ende das Fluorophor 2 trägt und die für den 3'-verlängerten Komplentärstrang von a) spezifisch ist.
A preferred primer / probe system comprises:
  • a) a primer which comprises at least one sequence specific to the nucleic acid target to be detected and has modifications at the 3'-end which permit enzymatic extension, this primer being labeled with the fluorophore 1,
  • b) a probe carrying fluorophore 2 at the 3'-end and which is specific for the 3'-extended complement of a).

Ein weiteres bevorzugtes Primer/Sondensystem umfasst:

  • a) drei Primer, wobei – ein Primerpaar 1 und 2 als Vorwärts- und Rückwärtsprimer fungieren und Primer 1 mindestens zwei für das nachzuweisende Nukleinsäuretarget spezifische Sequenzen (TBS 1 und 2) umfasst und beide Modifikationen aufweisen, die eine enzymatische Verlängerung gestatten, und – einen Primer 3, der mit dem 5'-Bereich von Primer 1 teilweise oder vollständig identisch ist, ebenfalls enzymatisch verlängerbar ist und Fluorophor 1 trägt, wobei er so konstruiert ist, dass er eine Haarnadel 1 vollständig oder partiell mit sich selbst oder mit komplementären Abschnitten der Primer 1-Sequenz bilden kann,
  • b) eine Sonde, die am 3'-Ende Fluorophor 2 trägt und die vollständig für die Targetsequenz spezifisch ist, oder die für die Targetsequenz und Primer 1 spezifisch ist.
Another preferred primer / probe system comprises:
  • a) three primers, wherein - a primer pair 1 and 2 function as forward and reverse primer and primer 1 comprises at least two sequences specific for the nucleic acid target to be detected (TBS 1 and 2) and both have modifications that allow enzymatic extension, and - a Primer 3, which is partially or completely identical to the 5 'region of primer 1, is also enzymatically extendible and carries fluorophore 1, being designed to form a hairpin 1 wholly or partially with itself or with complementary portions of the hairpin Can form primer 1 sequence,
  • b) a probe which carries fluorophore 2 at the 3 'end and which is completely specific for the target sequence or which is specific for the target sequence and primer 1.

Gegenstand der Erfindung kann auch ein Primer/Sondensystem sein, das umfasst:

  • a) drei Primer, wobei – ein Primerpaar 1 und 2 als Vorwärts- und Rückwärtsprimer fungieren und wobei Primer 1 mindestens zwei für das nachzuweisende Nukleinsäuretarget spezifische Sequenzen (TBS) umfasst und beide Modifikationen aufweisen, die eine enzymatische Verlängerung gestatten, und – Primer 3, der mit dem 5'-Bereich von Primer 1 teilweise oder vollständig identisch ist und ebenfalls enzymatisch verlängerbar ist,
  • b) zwei Sonden, die jeweils Fluorophor 1 und 2 tragen und die vollständig für die Targetsequenz spezifisch sind, oder die für die Targetsequenz und Primer 1 spezifisch sind.
The invention may also be a primer / probe system comprising:
  • a) three primers, wherein - a primer pair 1 and 2 function as forward and reverse primer and wherein primer 1 comprises at least two sequences specific for the nucleic acid target to be detected (TBS) and both have modifications which allow enzymatic extension, and - primer 3, which is partially or completely identical to the 5 'region of primer 1 and is also enzymatically extendible,
  • b) two probes each carrying fluorophore 1 and 2 which are completely specific for the target sequence or specific for the target sequence and primer 1.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Reagenzienkit zum Nachweis von Nukleinsäuren umfassend

  • – mindestens ein neuartiges Primer/Sondensystem,
  • – geeignete Puffer und ggf. weitere Hilfsstoffe.
The invention also encompasses a reagent kit for the detection of nucleic acids
  • At least one novel primer / probe system,
  • - Suitable buffers and possibly other auxiliaries.

Puffer und Hilfsstoffe sind dem Fachmann bekannt. Sie umfassen vorzugsweise thermostabile Polymerase, dNTP-Mix, PCR-Puffer und ggf. MgCl2.Buffers and auxiliaries are known to the person skilled in the art. They preferably comprise thermostable polymerase, dNTP mix, PCR buffer and possibly MgCl 2 .

Bei der technischen Realisierung von Nukleinsäureassays für Routine-Untersuchungen sind insbesondere von Bedeutung, das homogene Assay, das Multiplex-Verfahren und die so genannten Mikroarrays (auch Gen- oder Biochips genannt). In einer erfindungsgemäßen Multiplex-PCR mit dem Primer/Sondensystem bzw. dem Kit lassen sich mit dem oben beschriebenen Verfahren mehrere Primersätze kombinieren, die aufgrund unterschiedlicher Targetbindungssequenzen (TBS) die Detektion mehrerer Zielsequenzen in einem Reaktionsansatz erlauben. Qualitative Messungen erfolgen, indem nach einer vorher definierten Anzahl von Amplifikationszyklen geprüft wird, ob die Konzentration der aufgekoppelten Nukleinsäuremoleküle einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Für eine Quantifizierung wird diese Konzentration nach jedem Zyklus erfasst und die Anzahl der Zyklen bis zum Erreichen eines bestimmten Schwellwertes bestimmt. Diese Anzahl ist ein Maß für die Konzentration der gesuchten Nukleinsäure in einer Probe.at the technical realization of nucleic acid assays for Routine investigations are of particular importance, the homogeneous Assay, the multiplex method and the so-called microarrays (also Called gene or biochips). In an inventive Multiplex PCR with the primer / probe system or the kit can be with the method described above several primer sets combine due to different target binding sequences (TBS) the detection of several target sequences in a reaction mixture allow. Qualitative measurements are made by following a previous defined number of amplification cycles is checked, whether the concentration of the coupled nucleic acid molecules exceeds a certain threshold. For one Quantification, this concentration is recorded after each cycle and the number of cycles to reach a certain threshold certainly. This number is a measure of the concentration the sought-after nucleic acid in a sample.

Das Prinzip eines Array-Experiments besteht darin, alle auf dem Array befindlichen Genproben simultan mit einer Nukleinsäureprobe zu hybridisieren. Entscheidend ist hierbei, dass die durch reverse Transkription von RNA aus Zellen oder Gewebe gewonnene cDNA im Idealfall alle dort spezifisch exprimierten Gene umfasst. Das parallele Hybridisieren einer Nukleinsäureprobe mit einer Vielzahl von komplementären Genproben auf einem DNA-Array führt zu einem charakteristischen Hybridisierungsmuster mit entsprechender Hybridisierungsintensität. Hier zeigt sich der entscheidende Vorteil dieser Technologie gegenüber anderen Methoden zur Untersuchung von Genexpresssion. Während sich herkömmliche Methoden auf die Untersuchung einzelner Gene beschränken, liefert ein DNA-Array ein komplettes Genexpressionsprofil der untersuchten Zelle bzw. des untersuchten Gewebes. Besonders interessant ist die hierdurch gegebene Möglichkeit, die Interaktion verschiedener Gene zu untersuchen. Das Erfassen von Unterschieden in der Genexpression ist durch das gleichzeitige Hybridisieren von normalen/immortalisierten oder foetalen/adulten Zellen möglich.The The principle of an array experiment is all on the array gene samples simultaneously with a nucleic acid sample to hybridize. Crucial here is that by reverse Transcription of RNA from cells or tissue obtained cDNA ideally includes all genes specifically expressed there. Parallel hybridization a nucleic acid sample having a multiplicity of complementary ones Gene sampling on a DNA array results in a characteristic Hybridization pattern with corresponding hybridization intensity. This shows the decisive advantage of this technology other methods for studying gene expression. While conventional methods to study individual Restrict genes, a DNA array provides a complete Gene expression profile of the investigated cell or the investigated Tissue. Particularly interesting is the possibility given here, to study the interaction of different genes. The capture of differences in gene expression is due to the simultaneous Hybridization of normal / immortalized or fetal / adult Cells possible.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens können zur gleichzeitigen Unterscheidung von mehreren Targetsequenzen die Targetsequenzen im Sondenbindungsbereich, im Primerbindungsbereich oder im Stamm der Haarnadel(n) vorzugsweise durch Schmelzkurvenanalyse unterschieden werden.With Help of the system and method according to the invention can be used to distinguish multiple target sequences simultaneously the target sequences in the probe binding area, in the primer binding area or in the stem of the hairpin (s) preferably by melting curve analysis be differentiated.

Darüber hinaus können zur gleichzeitigen Unterscheidung von mehreren Targetsequenzen mehrere Primer-/Sondensysteme eingesetzt werden, die sich mindestens teilweise oder vollständig in den targetsequenzspezifischen Abschnitten und den Emissionswellenlängen der emittierenden Fluophore unterscheiden, so dass diese durch Mehrfarbenfluoreszenzdetektion differentiell erfasst werden können.About that In addition, for the simultaneous differentiation of several Target sequences are used several primer / probe systems, which are at least partially or completely target specific Sections and the emission wavelengths of the emitting Fluophors differ so that these can be detected by multicolor fluorescence detection can be detected differentially.

Weiterhin können zum Nachweis von mehreren Targetsequenzen die targetspezifischen Primer sich im 3'-Bereich unterscheiden und dadurch vollständig oder unvollständig komplementär mit der Targetsequenz in der jeweiligen Probe sind, wodurch sie detektiert oder nicht detektiert werden.Farther can target specific for the detection of multiple target sequences Primers differ in the 3 'range and thereby completely or incompletely complementary to the target sequence in of the respective sample, thereby detecting or not detecting become.

Weiterhin können zum gleichzeitigen Nachweis von mehreren Targetsequenzen unterschiedliche Detektionssysteme eingesetzt werden, wobei die einzusetzenden targetspezifischen Primer Längenpolymorphismen und Fluorszenzmarkierungen enthalten können.Farther can be used for simultaneous detection of multiple target sequences different detection systems are used, wherein the target specific primer length polymorphisms to be used and may contain fluorescent labels.

Darüber hinaus können die Targetsequenzen durch Echtzeitfluoreszenzanalyse, durch Elektrophorese oder durch Hybridisierung ohne Amplifikation der Targetsequenz, durch Hybridisierung nach der Amplifikation der Targetsequenz oder durch Hybridisierung während der Amplifikation der Targetsequenz erfasst werden.About that In addition, the target sequences can be analyzed by real-time fluorescence analysis, by electrophoresis or by hybridization without amplification the target sequence, by hybridization after amplification of the Target sequence or by hybridization during amplification the target sequence are detected.

Ihre weite Verbreitung verdankt die Real-Time-PCR zwei Eigenschaften, die im Laboralltag nur selten gut zusammenpassen: sie ist schnell und gleichzeitig präzise. Länger als zwei Stunden benötigt kaum ein Real-Time-Cycler, um winzigste DNA-Mengen zu vervielfältigen und zu quantifizieren. Das Ganze funktioniert auch im Hochdurchsatz. Bis zu 384 PCR-Reaktionen gleichzeitig können Geräte durchführen, deren Cyclerblöcke sich mit entsprechenden Mikrotiterplatten bestücken lassen.Your widespread distribution, the real-time PCR has two properties, They rarely fit together well in the lab routine: it's fast and at the same time precise. Longer than two hours hardly needs a real-time cycler, for the tiniest amounts of DNA to reproduce and quantify. The whole thing works too in high throughput. Up to 384 PCR reactions can be done simultaneously Perform devices whose cycler blocks can be equipped with appropriate microtiter plates.

Real-Time-Cycler sind zahlreich bekannt. Sie ermöglichen eine Detektion von bis vorzugsweise zu fünf Fluoreszenzfarbstoffen gleichzeitig für Multiplex Anwendungen, besitzen Heizblöcke vorzugsweise im Viererpack für 96er oder 384er-Well Mikrotiterplatten, zeigen schnelle Heiz-/Kühlraten die z. B. 30 PCR-Zyklen in 30 Minuten möglich machen, Quantifizierungssoftware, Schmelzpunktanalyse und vieles mehr. Das erfindungsgemäße System und Verfahren ist auch für Hochdurchsatzlabore geeignet, die ganze Berge von Proben abarbeiten müssen, wodurch bis zu 5000 Analysen pro Tag mit entsprechenden automatisierten Real-Time-PCR-Robotern der neuesten Generation möglich sind. Falls kein Wert auf Real-Time-Quantifizierung gelegt wird und nur Interesse an der Endpunkt-PCR besteht, kann bis zu 30.000 Proben in knapp 3 Stunden durch entsprechende PCR-Roboter ermöglicht werden.Real-Time Cycler are numerous known. They allow detection from to preferably to five fluorescent dyes simultaneously for multiplex applications, have heating blocks preferably in a four-pack for 96 or 384 well microtiter plates, show fast heating / cooling rates z. B. 30 PCR cycles in 30 minutes, quantification software, Melting point analysis and much more. The invention System and method are also suitable for high-throughput laboratories, the whole mountains have to work off samples, causing up to 5000 analyzes per day with corresponding automated real-time PCR robots the latest generation are possible. If no value on Real-time quantification is placed and only interest in the endpoint PCR can pass up to 30,000 samples in just under 3 hours through appropriate PCR robots are enabled.

Mit dem erfindungsgemäßen System kann ein vorgefertigter Real-Time-PCR-Kit bereitgestellt werden, der alle nötigen Ingredenzien enthält. Damit ist das einzelne Pipettieren von Puffer, Nuleotidmix, Reportermoleküle, Polymerasen und Primer nicht notwendig. Für die Quantifizierung nutzt man bei diesem (klassischen) Verfahren der Real-Time-PCR die Schmelzpunktbestimmung der amplifizierten DNA und die Analyse des Schwellenwertes der Fluoreszenzintensität (CT).With The system according to the invention can be a prefabricated Real-time PCR kit can be provided, all necessary Contains ingredients. This is the single pipetting of buffer, Nuleotidmix, reporter molecules, polymerases and primer not necessary. Uses for quantification in this (classical) method of real-time PCR, the melting point determination the amplified DNA and the analysis of the fluorescence intensity threshold (CT).

Die Bestimmung eines genauen Hybridisierungsereignisses von Sonden an die immobilisierten Nukleotid-Sequenzen ist ein entscheidender Schritt für ein Erhalten von optimalen Ergebnissen bei einer Durchführung eines Mikroarrays.The Determination of an accurate hybridization event of probes the immobilized nucleotide sequences is a crucial step for obtaining optimal results in a performance a microarray.

Erfindungsgemäß kann die Verwendung eines erfindungsgemäßen Primer/Sondenystems in einer Vorrichtung erfolgen, welche die Sonden als Fangsonden immobilisiert umfasst, zur simultanen Detektion von Targetsequenzen während der Amplifikation der Targetsequenzen, wobei die zufällig oder systematisch in der Reaktionsumgebung verteilten Messpunkte, an die die Targetsequenzen über die immobilisierte Fangsonden hybridisieren, bildgebend fluoreszenzoptisch erfasst, dekodiert und vermessen werden und die Reaktionsumgebung thermozyklisch steuerbar ist, ggf. mittels Peltierelementen, Luftstrom, Wasserbad, Wärmestrahlung, Induktion oder Mikrowellen.According to the invention the use of a primer / probe system according to the invention in a device which uses the probes as capture probes immobilized, for the simultaneous detection of target sequences during amplification of the target sequences, the randomly or systematically distributed in the reaction environment Measuring points to which the target sequences via the immobilized Capture probes hybridize, image-captured fluorescence-optically, be decoded and measured and the reaction environment thermocyclic is controllable, if necessary by means of Peltier elements, air flow, water bath, Heat radiation, induction or microwaves.

Bevorzugt werden Vorrichtungen zur simultanen Detektion von Targetsequenzen während der Amplifikation der Targetsequenzen verwendet, die einen optisch transparenten Gefäßboden und/oder Gefäßdeckel mit geringer Eigenfluoreszenz umfassen, welche die fluoreszenzoptische Auswertung während der thermozyklischen oder isothermischen Durchführung der Nachweisreaktion ermöglichen.Prefers become devices for simultaneous detection of target sequences used during the amplification of the target sequences, the one optically transparent vessel bottom and / or Include vascular lids with low intrinsic fluorescence, which the fluorescence optical evaluation during the thermocyclic or allow isothermal performance of the detection reaction.

Der feste Träger kann in irgendeiner Form vorliegen, und kann aus verschiedenen Materialien bzw. Werkstoffen bestehen, die insbesondere verschiedene Metalle, Glas und Kunststoffe umfassen. Bevorzugte feste Träger sind Nylonmembranen, Epoxidglas und Borfluoratglas. Der Vorteil der Verwendung von Glas und Kunststoffen kann in der Durchsichtigkeit der Materialien liegen, die die Herstellung von Trägern in der Art von Objektträgern oder Mikroplatten für den parallelen Hochdurchsatz von Proben und einer daraus herrührenden Kostenverringerung ermöglicht. Die Mikroarrays können in Form eines Objektträgers oder einer Mikroplatte (ebenfalls als Mikrotiterplatte bezeichnet) vorliegen. Bei der Mikroplatte handelt es sich um einen geschusselten (dished) Behälter mit mehreren (mindestens zwei) Vertiefungen. Bei auf Mikroplatten basierenden Mikroarrays handelt es sich um eine Mikroplatte mit mehreren Vertiefungen, in deren Böden in den Mikroarray-Biochip platziert ist. Ein Beispiel der Mikroplatte ist eine gut bekannte ELISA Mikrotiterplatte mit 96 Vertiefungen.The solid support may be in any form, and may be made of various materials, particularly including various metals, glass and plastics. Preferred solid supports are nylon membranes, epoxy glass and boron fluorate glass. The advantage of using glass and Plastics may be due to the transparency of the materials, which allows for the production of microscope slides or microplates for parallel high throughput of samples and consequent cost reduction. The microarrays may be in the form of a slide or a microplate (also referred to as a microtiter plate). The microplate is a dished container with multiple (at least two) wells. Microplate-based microarrays are a multi-well microplate placed in the bottom of the microarray biochip. An example of the microplate is a well-known 96-well ELISA microtiter plate.

Weiterhin sind auf selbst-anordnenden Schichtsystemen basierende feste Träger ebenso für die Implementierung der vorliegenden Erfindung geeignet. Die Anwendung kann unter Verwendung automatischer Verfahren erfolgen.Farther are solid supports based on self-assembling layer systems as well for the implementation of the present invention suitable. The application can be done using automatic procedures respectively.

Um die Zuordnung jeder Nukleinsäure an eine bestimmte Stelle auf dem festen Träger zu ermöglichen, ist der weiterhin in verschiedene symmetrische, beispielsweise rechteckige, Bereich der gleichen Größe unterteilt, um das Muster zu erhalten, in dem die Sonden auf dem festen Träger immobilisiert sind. Das Muster ermöglicht die Analyse der Ergebnisse auf eine vereinfachte Art, da eine einfache und spezifische Zuordnung der jeweiligen Hybridisierungsereignisse möglich ist.Around the assignment of each nucleic acid to a particular site to enable on the solid support is the Continue in different symmetrical, such as rectangular, area the same size divided to the pattern obtained in which the probes immobilized on the solid support are. The pattern allows the analysis of the results in a simplified way, as a simple and specific assignment of respective hybridization events is possible.

Bevorzugt wird eine Vorrichtung verwendet, die in einer Ausführung der Erfindung als Messpunkte fluoreszenzkodierte Mikropartikel beinhaltet, die die Fangsonden tragen und durch Schwerkraft, magnetische Kräfte oder durch chemische oder physikalische Bindung am Gefäßboden permanent oder während der Dauer des Meßvorganges immobilisiert sind. Die Erfassung erfolgt invers durch den optisch transparenten Gefäßboden oder im Auflicht durch Öl und einen optisch transparenten Deckel und durch die Ölbeschichtung. Alternativ zur Ölüberschichtung kann ein perforierter Heizdeckel im Thermocycler eingesetzt werden, der die Bildaufnahme im Auflicht nicht behindert.Prefers a device is used which in one embodiment the invention contains fluorescence-coded microparticles as measuring points, which carry the capture probes and by gravity, magnetic forces or by chemical or physical bonding to the bottom of the vessel permanently or during the duration of the measurement process are immobilized. The detection takes place inversely through the optical transparent vessel bottom or in reflected light by oil and an optically transparent lid and through the oil coating. As an alternative to oil spilling, a perforated Heated lid can be used in the thermal cycler, which takes the picture not obstructed in reflected light.

Die Verfügbarkeit von reaktiven oder nichtreaktiven Additiven flüssiger Kunststoffe, z. B. Thermoplaste, Elastomere, Duromere, lässt sich effizient durch Umhüllung oder Einbettung in linearkettige oder netzwerkbildende Polymere steuern. Derartige polymerbasierte Mikrokomposite sind in Form von Mikrokapseln mit Kern-Schale-Struktur bzw. von mikroskaligen Matrixpartikeln mit weitgehend homogener Verteilung der Komponenten über den Partikelquerschnitt bekannt. Der Kern von Mikrokapseln kann in fester, flüssiger oder gasförmiger Form (Hohlkugeln) vorliegen. Bei Matrixpartikeln sind homogen- und heterogenphasige Systeme bekannt. Erfindungsgemäß kommen alle Mikropartikel in Frage, die eine Immobilisierung ermöglichen. Die Trägerteilchen bestehen vorzugsweise aus einem Polymermaterial. Bevorzugt sind folgende Polymermaterialien, welche umfassen, jedoch nicht hierauf beschränkt sind: Polystyrol, Polyacrylsäure, Polyacrylnitril, Polyamid, Polyacrylamid, Polyacrolein, Polybutadien, Polycaprolacton, Polycarbonat, Polyester, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polydimethylsiloxan, Polyisopren, Polyurethan, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Palyvinylpyridin, Polyvinylbenzylchlorid, Polyvinyltoluol, Polyvinylidenchlorid, Polydivinylbenzol, Polymethylmethacrylat, Polylactid, Polyglycolid, Poly(lactid-co-glycolid], Polyanhydrid, Polyorthoester, Polysulfon oder Kombinationen derselben. Andere Polymermaterialien, wie zum Beispiel Kohlehydrate, wie Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Agar, Gel, ein eiweißartiges Polymer, Polypeptide, eukaryotische und prokaryotische Zellen, Lipide, Metall, Harze, Latex, Kautschuk, Silikon, wie zum Beispiel Polydimethyldiphenylsiloxan, Glas, Melamin, Keramik, Holzkohle, Kaolinit, Bentonit und dergl. können in gleicher Weise verwendet werden. In diese Polymeren können auch ein Magnet oder ein aus der Gruppe ausgewähltes magnetisch ansprechbares Metalloxid eingearbeitet werden, das aus superparamagnetischem, paramagnetischem oder ferromagnetischem Metalloxid besteht. Die Partikel können zusätzliche funktionelle Gruppen an der Oberfläche enthalten, wie zum Beispiel Carboxylate, Ester, Alkohole, Carbamide, Aldehyde, Amine, Schwefeloxide, Stickoxide oder Halogenide, die eine Bindung analytischer Reaktanden und/oder ein Binden von Teilchen an Teilchen erleichtern können.The Availability of reactive or non-reactive additives liquid plastics, eg. As thermoplastics, elastomers, Duromers, can be efficiently by wrapping or embedding in linear chain or network forming polymers Taxes. Such polymer-based microcomposites are in the form of Microcapsules with core-shell structure or of microscale matrix particles with largely homogeneous distribution of the components over the particle cross section known. The core of microcapsules can in solid, liquid or gaseous form (hollow spheres) available. For matrix particles are homogeneous and heterogeneous Known systems. According to the invention all microparticles in question, which allow immobilization. The carrier particles are preferably made of a polymer material. Preferred are the following polymeric materials, including but not limited thereto are limited to: polystyrene, polyacrylic acid, polyacrylonitrile, Polyamide, polyacrylamide, polyacrolein, polybutadiene, polycaprolactone, Polycarbonate, polyester, polyethylene, polyethylene terephthalate, polydimethylsiloxane, Polyisoprene, Polyurethane, Polyvinylacetate, Polyvinylchloride, Palyvinylpyridine, Polyvinylbenzyl chloride, polyvinyltoluene, polyvinylidene chloride, polydivinylbenzene, Polymethyl methacrylate, polylactide, polyglycolide, poly (lactide-co-glycolide), Polyanhydride, polyorthoester, polysulfone or combinations thereof. Other polymeric materials, such as carbohydrates, such as carboxymethyl cellulose, Hydroxyethylcellulose, agar, gel, a proteinaceous polymer, Polypeptides, eukaryotic and prokaryotic cells, lipids, metal, Resins, latex, rubber, silicone, such as polydimethyldiphenylsiloxane, Glass, melamine, ceramics, charcoal, kaolinite, bentonite and the like can be used in the same way. In these polymers can also be a magnet or one selected from the group magnetically responsive metal oxide are incorporated, the superparamagnetic, paramagnetic or ferromagnetic metal oxide consists. The particles may be additional functional Contain groups on the surface, such as carboxylates, Esters, alcohols, carbamides, aldehydes, amines, sulfur oxides, nitrogen oxides or halides containing a bond of analytical reactants and / or can facilitate binding of particles to particles.

Verfahren zur Herstellung von Mikropartikeln mittels reaktiver und nichtreaktiver Partikelbildungsprozesse sind vielfach beschrieben. Bei der reaktiven Partikelbildung erfolgt die Bildung der Wand oder der Matrix parallel zu einem Polymerisations-, Polykondensations- oder Polyadditionsprozess. Bei den nichtreaktiven Verfahren werden filmbildende Polymere direkt eingesetzt, die auf thermodynamische Weise zur Phasenseparation und zur Partikelbildung gebracht werden. In Verfahren zur Verkapselung fester oder flüssiger Kernmaterialien werden z. B. Melamin-Formaldehyd-Harze eingesetzt. Insbesondere Melamin-Formaldehyd-Harze sind vielfältig und problemlos einsetzbar, und sie können zur Partikelbildung aus wässriger Phase appliziert werden. Die Mikrokapselgröße kann in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen, z. B. Emulgatorzusatz oder Dispergiermethode eingestellt werden. Eine weitere Möglichkeit ist die hydrothermale Vernetzung von Hydroxymethyl-Melamin.method for the production of microparticles by means of reactive and non-reactive Particle formation processes are described many times. In the reactive Particle formation occurs the formation of the wall or the matrix in parallel to a polymerization, polycondensation or polyaddition process. In the non-reactive processes, film-forming polymers become direct used in a thermodynamic way for phase separation and be brought to particle formation. In encapsulation procedures solid or liquid core materials are z. B. melamine-formaldehyde resins used. In particular, melamine-formaldehyde resins are diverse and easy to use, and they can help particle formation be applied from aqueous phase. The microcapsule size may vary depending on the reaction conditions, e.g. B. Emulgatorzusatz or dispersing be adjusted. A Another possibility is the hydrothermal crosslinking of Hydroxymethyl-melamine.

Fluoreszenzkodierte Mikropartikel sind dem Fachmann bekannt und z. B. in DE 699 07 630 T2 beschrieben. Die Farbstoffe, wenn mehr als ein Farbstoff zum Färben von mehr als einer Population von Partikeln verwendet wird, sind derart ausgewählt, dass sie wesentlich verschiedene Emissionsspektren besitzen, vorzugsweise mit Emissionsmaxima, welche um mehr als 10 nm, bevorzugter mit Emissionsmaxima, die um mehr als 25 nm, getrennt sind, noch bevorzugter um mehr als 50 nm getrennt sind. Die Farbstoffe können ausgewählt werden, um Emissionsbanden aufzuweisen, welche zu im Handel erhältlichen Filtern passen, oder zum Nachweis von Mehrfachfluorophoren mit verschiedenen Erregungs- und Emissionsbanden.Fluorescence-coded microparticles are known in the art and z. In DE 699 07 630 T2 described. The dyes, when more than one dye is used to dye more than one population of particles, are selected to have substantially different emission spectra, preferably with emission maxima greater than 10 nm, more preferably with emission maxima greater than 25 nm, are separated, more preferably separated by more than 50 nm. The dyes can be selected to have emission bands that match commercially available filters or to detect multiple fluorophores with different excitation and emission bands.

Gemäß der Erfindung werden bevorzugt Mikropartikel aus Melamin, Silika, Polysulfon und Polyether, ganz bevorzugt aus Melamin eingesetzt. Sie haben i. d. R. einen Durchmesser von 0,5–20 μm. Die bevorzugte Partikelgröße beträgt 5–10 μm.According to the Invention are preferably microparticles of melamine, silica, polysulfone and polyethers, most preferably used of melamine. They have i. d. R. a diameter of 0.5-20 microns. The preferred particle size is 5-10 microns.

Die vorzugsweise verwendeten Mikropartikel zeichnen sich dadurch aus, dass sie bevorzugt aus 2 Schichten und einem Kern bestehen, die sich fluoreszenzoptisch unterscheiden und wobei wenigstens die äußere Schichttemperaturbeständig ist und z. B. aus Melamin besteht. Die mittlere und äußere Schicht bestehen bevorzugt ebenfalls aus Melamin. Die mittlere Schicht enthält Partikel wie z. B. Magnetpartikel, mit deren Hilfe eine sichere Immobilisierung der Partikel während der Messung gewährleistet ist.The preferably used microparticles are characterized by that they preferably consist of 2 layers and a core, the differ fluorescence optics and wherein at least the outer Layer temperature resistant and z. B. consists of melamine. The middle and outer layers are preferably also made of melamine. The middle layer contains particles such as As magnetic particles, with the help of a secure immobilization ensures the particle during the measurement is.

Das Grundelement eines bevorzugt verwendeten Chips besteht vorzugsweise aus einem Glas- oder Kunststoffträger, wie sie in der Mikroskopie verwendet werden. Auf einen solchen Träger werden die Sonden (bevorzugt an Mikropartikeln) z. B. von einem Roboter aufgebracht. Dieser muss hoch präzise und sauber arbeiten. Für jeden Spot werden Milliardstel Liter (normalerweise 0,6 nl) der Oligonukleotid-Lösung verwendet. Nach jedem Durchgang findet eine gründliche Selbstreinigung der Nadeln (Spülung, Ultraschall) statt, um keine Verunreinigungen zu verschleppen. An einem Ende der Oligonukleotide befindet sich eine Aminogruppe (NH2). Diese verbindet sich mit einer chemischen Reaktion dauerhaft auf dem Träger bzw. an dem Mikropartikel. Diese so genannten Spots haben einen Durchmesser von bevorzugt 100 μm (0,1 mm). Aufgrund dieser geringen Menge und des kleinen Abstandes zwischen den einzelnen Punkten (vzw. 0,3 mm) haben auf einem Glasträger bis zu 30.000 Spots Platz. Diese dienen als spätere Andockstellen für die Proben-DNA. Die unbenützte Fläche des Trägers muss abschließend „gesperrt" werden. Das geschieht durch eine Behandlung mit einer speziellen Blocking-Solution, die bereits im fertigen Kit enthalten sein kann. Mit Hilfe von PCR werden die spezifischen Targetgene vermehrt, mit einer Fluoreszenz gekoppelt, auf die Träger aufgetragen und zur Hybridisierung inkubiert. Gegebenefalls entfernt man durch mehrere Waschungen ungebundene DNA. Ein spezieller Scanner bestrahlt die Chips mit Licht einer passenden Wellenlänge, das die Fluoreszenz zum Leuchten bringt. Das daraus resultierende Ergebnis wird anschließend ausgewertet: Leuchten die entsprechenden Spots ist das Ergebnis positiv.The basic element of a preferably used chip preferably consists of a glass or plastic carrier, as used in microscopy. On such a carrier, the probes (preferably on microparticles) z. B. applied by a robot. This must work with high precision and cleanliness. For each spot, billionths of a liter (usually 0.6 nl) of the oligonucleotide solution is used. After each pass, a thorough self-cleaning of the needles (rinsing, ultrasound) takes place so as not to carry off any impurities. At one end of the oligonucleotides is an amino group (NH 2 ). This combines permanently with a chemical reaction on the carrier or on the microparticle. These so-called spots have a diameter of preferably 100 μm (0.1 mm). Due to this small amount and the small distance between the individual points (vzw 0.3 mm) have on a glass carrier up to 30,000 spots space. These serve as later docking points for the sample DNA. The unused surface of the support must finally be "blocked" by treatment with a special blocking solution, which may already be included in the final kit, which uses PCR to amplify the specific target genes, coupled with fluorescence, onto the target surface If necessary, one removes unbound DNA through several washes, and a special scanner irradiates the chips with light of a suitable wavelength, which fluoresces the fluorescence and then evaluates the resulting result: The corresponding spots are the result positive.

Die Auswertung erfolgt fachgemäß, normalerweise unter Einbeziehung von Referenzwerten.The Evaluation is done professionally, usually under Inclusion of reference values.

Geräte zur erfindungsgemäßen Durchführung von Real-Time PCR-Reaktionen an einem Array, die vollautomatisch computermäßig steuerbar sind, umfassen:

  • – Thermocycler, der einen Reaktionsbereich mit mehreren temperierbaren Aufnahmen für Reaktionsgefäße aufweist,
  • – Positioniereinrichtung für den Thermocycler,
  • – dem Reaktionsbereich zugeordnete Beleuchtungseinrichtungen (LED und/oder Laser) mit denen Anregungslicht strahlbar ist,
  • – Detektoreinrichtung, die in Abhängigkeit von einer gemessenen Lichtintensität Messwerte erzeugt, mit Optikeinrichtungen vorzugsweise für Durchlicht und Auflicht,
  • – ggf. eine Referenzeinrichtung, die einen Referenzwert erzeugt,
  • – Auswerteeinrichtungen.
Devices for carrying out real-time PCR reactions according to the invention on an array, which are fully computer controllable, include:
  • - Thermocycler, which has a reaction area with several temperature-sensitive receptacles for reaction vessels,
  • Positioning device for the thermal cycler,
  • Illumination means (LED and / or laser) assigned to the reaction area, with which excitation light can be radiated,
  • Detector device which generates measured values as a function of a measured light intensity, with optical devices preferably for transmitted light and reflected light,
  • If appropriate, a reference device which generates a reference value,
  • - Evaluation facilities.

Für den Einsatz von Mikropartikeln können die Geräte zusätzlich Immobilisierungseinrichtungen für z. B. magnetische oder paramagnetische Partikel umfassen.For The use of microparticles allows the devices additionally immobilization facilities for z. B. magnetic or paramagnetic particles.

Durch die Verwendung optisch transparenter Gefäßboden und/oder Gefäßdeckel mit geringer Eigenfluoreszenz, welche die fluoreszenzoptische Auswertung während der thermozyklischen oder isothermischen Durchführung der Nachweisreaktion ermöglichen, sind Messungen mit Auflicht und Durchlichtfluoreszenz möglich. Bei Auflichtfluoreszenz können handelsübliche Mikrotiterplatten eingesetzt werden wie z. B. Nucleolink oder Nukleosorb. Die verwendeten handelsüblichen Reaktionsgefäße können zur Verringerung der Eigenfluoreszenz beschichtet werden.By the use of optically transparent vessel bottom and / or vascular lids with low intrinsic fluorescence, which the fluorescence optical evaluation during the thermocyclic or allow isothermal performance of the detection reaction, Measurements with reflected light and transmitted light fluorescence are possible. In incident light fluorescence commercially available Microtiter plates are used such. Nucleolink or Nucleosorb. The commercially available reaction vessels used can be coated to reduce intrinsic fluorescence become.

Die Durchführung von Real-time-Nachweisen am Array kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen Sondensysteme aber auch unter Verwendung von anderen Sondensystemen wie z. B. Molecular Beacon, FREI-Sonden, TaqMan, Scorpions, GenePins oder Amplifluor-Primern vorgenommen werden.The Real-time proofs can be performed on the array under Use of the probe systems according to the invention but also using other probe systems such. B. Molecular Beacon, FREE probes, TaqMan, Scorpions, GenePins or Amplifluor primers are made.

Vorteile:Advantages:

  • – Kombination von Real-time Amplifikation und Chip-Detektion im PCR-Array als ein geschlossenes System ermöglicht eine genaue Bestimmung von Targetsequenzen, wobei der Multiplex-Grad nur durch den Miniaturisierungsgrad verwendeteter Array-Systeme begrenzt wird.- Combination of real-time amplification and enables chip detection in the PCR array as a closed system an accurate determination of target sequences, where the multiplex degree only by the degree of miniaturization of array systems used is limited.
  • – Ein Primer, der universell für verschieden Amplifikate eingesetzt werden kann trägt bereits ein Fluophor. Dadurch können kostengünstig die Fluophore der Sonden verschiedener Amplikons detektiert werden (Beispiel 3).- A primer that is universal for different Amplicon can be used already carries a fluorophore. Thereby can cost the fluorophores of the probes different amplicons are detected (Example 3).
  • – Die farbstoffmarkierten Sonden und Primer müssen nicht polymorph sein, da die Polymorphismen über variierende Targetbindungssequenzen von unmarkierten Primer 1 erfaßt werden können. Dadurch ist es möglich, die farbstoffmarkierten Sonden und Primer auf maximale Detektionssensitivität zu optimieren und die Spezifitätsbestimmung für die Identifizierung von Sequenzunterschieden auf die Optimierung nicht markierter Primer zu begrenzen (z. B. Primer 1, Beispiel 3), was den Kostenaufwand bei der Optimierung der PCR-Systeme reduziert.- The dye-labeled probes and primers must not polymorphic, since the polymorphisms are over varying Target binding sequences of unlabelled primer 1 detected can be. This makes it possible to dye-labeled Probes and primers for maximum detection sensitivity optimize and determine the specificity for the Identification of sequence differences on the optimization is not to limit labeled primer (eg, primer 1, example 3), which reduced the cost of optimizing the PCR systems.
  • – Da ein Fluoreszenzfarbstoff über einen Primer kovalent an das Amplifikat gebunden wird und somit nur eine Sonde eingesetzt werden muß, können höhere Empfindlichkeiten erzielt werden, können über einen höheren Temperaturbereich stabiliere Meßwerte erzielt werden, was das System robuster als das klassische Zwei-Sonden-System macht.- Because a fluorescent dye via a primer covalently bound to the amplificate and thus only one probe can be used, higher Sensitivity can be achieved over a higher temperature range stabilizes measured values be achieved, making the system more robust than the classic two-probe system power.
  • – Da weitere Targetbindungssequenzen in Primer 1 eingeführt werden können, Polymorphismen über die Primerspezifität zu detektieren, ohne, anders als bei der klassischen allelspezifischen PCR, die Sequenz in das Priming-Ereignis mit einzubeziehen und damit zu gegebenenfalls zu verfälschen. Damit ist eine nachfolgende Sequenzierung oder Klonierung der detektierten Ursprungssequenz problemlos möglich.- As more target binding sequences introduced in primer 1 polymorphisms about the primer specificity to detect without, unlike the classical allele-specific PCR to include the sequence in the priming event and thus to be distorted if necessary. This is a subsequent one Sequencing or cloning of the detected source sequence easily possible.
  • – Die eingesetzten Partikel lassen eine hohe Zahl an Kodierungen zu, da Schicht 1 (außen), der Kern und gegebenenfalls die mittlere Schicht unterschiedlich kodiert werden können. Die Einbeziehung unterschiedlicher Schichtdicken bzw. Kerndurchmesser als Kodierungsparameter bei dem Vorteil insgesamt etwa gleichgroße Partikel einsetzen zu können, erhöht weiterhin die Anzahl unterschiedlicher Kodierungsmöglichkeiten bei hoher Testgenauigkeit. Die äußere Schicht ist als Ringfluoreszenz zu erkennen, die sich gegen den Kern scharf durch die Einpolymerisation von Magnetpartikeln oder anderer Fluorochrome abgrenzen läßt. Dadurch ist es möglich äußere Schicht und Kern unter Verwendung identischer Fluorochrome oder aber auch unter Verwendung des Ligandenfarbstoffs zu kodieren. Damit erhöhen sich die Kodierungsmöglichkeiten für Mikropartikelpopulationen beträchtlich, so daß komplexe Detektionsansätze wie die Komplettgenotypisierung von Amplikons, Exons oder Genen im Real-time-Format möglich wird.- The particles used leave a high number Codes to, because layer 1 (outside), the core and, where appropriate the middle layer can be coded differently. The inclusion of different layer thicknesses or core diameter as a coding parameter with the advantage overall about the same size Being able to use particles continues to increase the number of different coding options high test accuracy. The outer layer is as ring fluorescence, which is sharp against the core by the copolymerization of magnetic particles or other fluorochromes delimit. This makes it possible outer Layer and core using identical fluorochromes or but also to code using the ligand dye. In order to increase the coding possibilities for Microparticle populations considerably, so that complex Detection approaches such as complete genotyping of amplicons, Exons or genes in real-time format is possible.
  • – Bei Verwendung fluoreszenzmarkierter Fangprimer oder Fangsonden zur Immobilisierung an der Partikeloberfläche und nicht markierter Oligos in der Flüssigphase können FREI-Signale nur an immobilisiertem Amplifikat und nicht an Amplifikat in der Lösung entstehen, so daß störende Hintergrundfluoreszenz zugunsten der Testsensitivität minimiert wird.- When using fluorescently labeled capture primer or Capture probes for immobilization on the particle surface and unlabelled oligos in the liquid phase Free signals only on immobilized amplificate and not on amplificate arise in the solution, so that disturbing Background fluorescence minimized in favor of test sensitivity becomes.
  • – Die Nutzung von aktiven, auf Elektromagenten basierenden Systemen zur Immobilisierung von Mikropartikeln hat den Vorteil, daß die Mikropartikel während des Meßvorganges immobilisiert werden können und ansonsten während der PCR-Reaktion auf Grund thermischer Turbulenzen frei beweglich sind. Dadurch wird der üblicherweise bei Biochips auftretende und die Sensitivität limittierende Massentransport der Analyten zur Fangsonde/Fangprimer überwunden. Intensives Schütteln, was im Thermocycler schwer technisch zu realisieren ist, kann entfallen. Strömungsabhängige Unterschiede im Gefäßlumen, wie sie sich bei ortskodierten Biochips nachteilig bemerkbar machen, verlieren an Bedeutung.- The use of active, based on electric agents Systems for immobilizing microparticles has the advantage that the microparticles during the measuring process can be immobilized and otherwise during the PCR reaction due to thermal turbulence freely movable are. This is the usually occurring in biochips and the sensitivity limittierende mass transport of the Overcome analyte to capture probe / capture primer. intense Shaking, which is difficult to realize technically in a thermocycler is, can be omitted. Flow-dependent differences in the vessel lumen, as they are in place-coded Biochips adversely affect, lose importance.

Die Erfindung ist schematisch in den 1 bis 3 dargestellt. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Gerätesystem zur kombinierten Amplifikation von Targetsequenzen und Detektion der Amplifikate an einem Array insbesondere an einem Mikropartikelarray und in den 4 und 5 näher erläutert. Das vollautomatisch computergesteuerte Gerät stellt von seinen Leistungsparametern her eine Kombination aus Fluoreszenzmikroskop und Thermocycler dar, kann jedoch auch als vollintegrierte Lösung konstruiert sein. Die verschiedenen Nachweis und Gerätesysteme entsprechend 1 bis 5 funktionieren immer für alle möglichen Anwendungen, so z. B. zum Nachweis von verschiedenen Krankheitserregern, wie z. B. Viren, von Polymorphismen, zu simultanen Nachweisen, insbesondere zur Multiplex-Anwendung und/oder im Mikroorray.The invention is schematically in the 1 to 3 shown. The invention also relates to a device system for the combined amplification of target sequences and detection of the amplificates on an array, in particular on a microparticle array and in the 4 and 5 explained in more detail. The fully automatic computer-controlled device is a combination of fluorescence microscope and thermocycler, but can also be designed as a fully integrated solution. The different detection and device systems accordingly 1 to 5 always work for all possible applications, such. B. for the detection of various pathogens, such. As viruses, polymorphisms, to simultaneous detection, in particular for multiplex application and / or microorray.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei sie nicht darauf beschränkt werden soll.following the invention is based on drawings and embodiments explained in more detail, but not limited thereto shall be.

1 – schematische Darstellung des Einsatzes eines Primer/Sondensystems unter Verwendung eines Primers und einer Sonde 1 - Schematic representation of the use of a primer / probe system using a primer and a probe

Ein Primer 1 trägt ein kovalent gebundenes Fluorophor 1, bindet mit seiner Targetbindungssequenz 1 am 3'-Ende an die Targetsequenz und wird durch eine DNS-Polymerase unter geeigneten Bedingungen komplementär zum Target verlängert. Nach Denaturierung des Doppelstranges kann die Sonde, die Fluorophor 2 am 3'-Ende trägt an den komplementär zum Target verlängerten Primer 1 hybridisieren. Durch Bestrahlung des Reaktionsgemisches mit Licht einer definierten Wellenlänge wird ein über Fluorophor 1 vermittelter FREI ausgelöst und die Emission bei ebenfalls definierter Wellenlänge korreliert mit der im Reaktionsgemisch befindlichen Menge an Template.One Primer 1 carries a covalently bonded fluorophore 1, which binds with its target binding sequence 1 at the 3 'end to the target sequence and is by a DNA polymerase under suitable conditions extended to complement the target. After denaturation the double strand can carry the probe bearing fluorophore 2 at the 3 'end at the complement to the target extended primer 1 hybridize. By irradiation of the reaction mixture with light a defined wavelength is a via fluorophore 1 mediated FREE triggered and the emission also defined wavelength correlates with that in the reaction mixture located amount of template.

2 – schematische Darstellung des Einsatzes des Primer/Sondensystems unter Verwendung eines Primers und einer Sonde zur Detektion eines Target-Polymorphismus 2 - Schematic representation of the use of the primer / probe system using a primer and a probe for the detection of a target polymorphism

Primer 1 trägt ein kovalent am 5'-Ende gebundenes Fluorophor 1 sowie eine Targetbindungssequenz 1 und 2, wobei die Targetbindungssequenz 2 zur Polymorphismuserfassung dient. Primer 1 bindet mit der Targetbindungssequenz 1 seines 3'-Endes an die Targetsequenz in einer 1. Position und wird durch eine DNS-Polymerase unter geeigneten Bedingungen komplementär verlängert. Nach Denaturierung des Doppelstranges bildet das 5'-Ende von Primer 1 über Targetbindungssequenz 2 eine Haarnadel mit der Targetsequenz 2 des Gens, die den Polymorphismus umfasst. Außerdem bindet die Sonde, die Fluorophor 2 am 3'-Ende trägt an den komplementär zum Target verlängerten Primer unmittelbar anschließend an die gebildete Haarnadel. Durch Bestrahlung des Reaktionsgemisches wird mit Licht definierter Wellenlänge von Fluorophor 1 vermittelter FREI ausgelöst und eine Emission von Fluorophor 2 gemessen. Diese Emission korreliert mit der im Reaktionsgemisch befindlichen Menge an Template, die den Polymorphismus umfasst. Zur besseren Unterscheidung von Targetsequenzen mit Polymorphismus und von Targetsequenzen ohne, die sich nur geringfügig in ihrer Targetsequenz 2 unterscheiden wird eine Schmelzkurve erstellt. Sind beide Targetsequenzen im Reaktionsgemisch enthalten, resultieren zwei Peaks in der Darstellung der 1. Ableitung der Schmelzkurve.primer 1 carries a covalently attached to the 5 'end fluorophore. 1 and a target binding sequence 1 and 2, wherein the target binding sequence 2 serves for polymorphism detection. Primer 1 binds to the target binding sequence 1 of its 3 'end to the target sequence in a 1st position and becomes complementary by a DNA polymerase under appropriate conditions extended. After denaturation of the double strand forms the 5 'end of primer 1 via target binding sequence 2 a hairpin with the target sequence 2 of the gene comprising the polymorphism. In addition, the probe binds the fluorophore 2 at the 3 'end contributes to the complementary to the target elongated Immediately follow the formed hairpin. By Irradiation of the reaction mixture is with light of defined wavelength fluorophore 1 mediated FREE and an emission measured by fluorophore 2. This emission correlates with the Reaction amount of template containing the polymorphism includes. For better discrimination of target sequences with polymorphism and of target sequences without, which are only marginally differentiate in their target sequence 2, a melting curve is created. If both target sequences are contained in the reaction mixture, result two peaks in the representation of the 1st derivative of the melting curve.

3 – schematische Darstellung des Einsatzes des Primer/Sondensystems unter Verwendung dreier Primer und einer Sonde zum Real-time-Nachweis und zum elektrophoretischen Nachweis von Polymorphismen 3 - Schematic representation of the use of the primer / probe system using three primers and a probe for real-time detection and electrophoretic detection of polymorphisms

  • (A) Primer 1 umfasst zwei Targetbindungssequenzen 1 und 2 sowie ein 5'-Ende, welches der Sequenz von Primer 3 entspricht. Primer 1 bindet mit der Targetbindungssequenz 1 seines 3'-Endes an die Targetsequenz des zu detektierenden Gens und wird durch eine DNS-Polymerase unter geeigneten Bedingungen komplementär zum Target verlängert. Nach Denaturierung des Doppelstranges bindet Primer 2 an den verlängerten Primer 1 und wird komplementär dazu verlängert.(A) Primer 1 comprises two target binding sequences 1 and 2 and a 5 'end which corresponds to the sequence of primer 3. Primer 1 binds to the target binding sequence 1 of its 3'-end to the target sequence of the gene to be detected and is characterized by a DNA polymerase under suitable conditions complementary extended to the target. After denaturation of the double strand binds primer 2 to the extended primer 1 and becomes complementary extended to.
  • (B) Der resultierende Doppelstrang wird denaturiert, so dass (C) Primer 3 mit Fluorophor 1 am 5'-Ende an das komplementäre Ende von Primer 1 bindet und verlängert wird.(B) The resulting duplex is denatured so that (C) Primer 3 with fluorophore 1 at the 5 'end to the complementary End of primer 1 binds and is extended.
  • (D) Der resultierende Doppelstrang wird denaturiert, so dass bei der Rehybridisierung sich eine Haarnadel 1 zwischen Targetbindungssequenz 2 und Targetsequenz 2 ausbildet. Außerdem bildet sich zwischen dem 5'-Ende der Primer 3-Sequenz und Primer 1 eine Haarnadel 2 aus. Die Sonde, die eine Markierung mit Fluorophor 2 am 3'-Ende trägt, bindet an den komplementär zum Target verlängerten Primer 3 unmittelbar anschließend an die Haarnadel 1. (D1) Zur selektiven Amplifikation unterschiedlicher Targetsequenzen unterscheidet sich Primer 1 in der Targetbindungssequenz 1 und durch einen Längenmarker zwischen Primerbindungssequenz 1 am 3'-Ende sowie Primersequenz 3 an seinem 5'-Ende von anderen Primern 1 für andere Targetsequenzen im Multiplex-Ansatz.(D) The resulting double strand is denatured, so that in the rehybridization, a hairpin 1 between target binding sequence 2 and target sequence 2 forms. In addition, forms between the 5 'end of the primer 3 sequence and primer 1 a hairpin 2 from. The probe carrying a label with fluorophore 2 at the 3 'end, binds to the complement of the target extended Primer 3 immediately after the hairpin 1. (D1) For the selective amplification of different target sequences different primer 1 in the target binding sequence 1 and by a length marker between primer binding sequence 1 at the 3 'end and primer sequence 3 at its 5 'end of other primers 1 for other target sequences in a multiplex approach.

Durch Bestrahlung des Reaktionsgemisches mit Licht definierter Wellenlänge wird ein über Fluorophor 1 vermittelter FREI ausgelöst und eine Emission von Fluorophor 2 bei definierter Wellenlänge gemessen. Diese Emission korreliert mit der im Reaktionsgemisch befindlichen Menge an Template, die den Polymorphismus umfasst. Zur besseren Unterscheidung von Targetsequenzen mit Polymorphismus und von Targetsequenzen ohne, die sich nur geringfügig in ihrer Targetsequenz 2 unterscheiden wird eine Schmelzkurve erstellt. Sind beide Targetsequenzen im Reaktionsgemisch enthalten, resultieren zwei Peaks in der Darstellung der 1. Ableitung der Schmelzkurve. Auf Grund unterschiedlicher Längenmarker in unterschiedlichen Primern 1 (siehe D1?) können die Amplifikate zusätzlich auch durch Gelelktrophorese oder Massenspektroskopie detektiert bzw. unterschieden werden.By Irradiation of the reaction mixture with light of defined wavelength a fluorophore 1 mediated FREI is triggered and an emission of fluorophore 2 at a defined wavelength measured. This emission correlates with that in the reaction mixture the amount of template comprising the polymorphism. For better discrimination of target sequences with polymorphism and of target sequences without, which are only marginally differentiate in their target sequence 2, a melting curve is created. If both target sequences are contained in the reaction mixture, result two peaks in the representation of the 1st derivative of the melting curve. Due to different length markers in different Primers 1 (see D1?) May additionally contain the amplicons also detected by gel electrophoresis or mass spectroscopy or be differentiated.

4a: schematische Darstellung des Nachweises mehrerer Targetsequenzen mit einer Kombination aus Real-time-PCR und Mikropartikelarray 4a : Schematic representation of the detection of several target sequences with a combination of real-time PCR and microparticle array

Als feste Phase für die Hybridisierung von Amplifikat unterschiedlicher oder ein und der selben Nukleotidsequenz an in ihrer Sequenz verschiedener, mit Fluophor 2 am 3'-Ende markierter und über ihr 5'-Ende kovalent immobilisierter Fangsonden (bestehend aus DNA, PTO-DNA oder LNA) dienen fluoreszenzkodierte Mikropartikel.When solid phase for the hybridization of amplificate different or one and the same nucleotide sequence different in their sequence, labeled with fluorophore 2 at the 3 'end and covalent via its 5' end immobilized capture probes (consisting of DNA, PTO-DNA or LNA) serve fluorescence-coded microparticles.

Die verwendeten Mikropartikel sind an sich dem Fachmann bekannt und zeichnen sich dadurch aus, dass sie bevorzugt aus 2 Schichten und einem Kern bestehen, die sich fluoreszenzoptisch unterscheiden und wobei wenigstens die äußere Schicht temperaturbeständig ist und z. B. aus Melamin besteht. Die mittlere und äußere Schicht bestehen bevorzugt ebenfalls aus Melamin. Die mittlere Schicht enthält Partikel wie z. B. Magnetpartikel, mit deren Hilfe eine sichere Immobilisierung der Partikel während der Messung gewährleistet ist.The microparticles used are known per se to the person skilled in the art and are characterized by the fact that they are preferably made of 2 layers and consist of a nucleus that differ fluorescence optics and where at least the outer layer temperature resistant is and z. B. consists of melamine. The middle and outer Layer preferably also consist of melamine. The middle layer Contains particles such. B. magnetic particles, with their help a safe immobilization of the particles during the measurement is guaranteed.

Die Erfindung kommt beispielsweise in einem Array wie folgt zur Anwendung: Partikel aus Partikelpopulation 1 (linke Abbildungshälfte):
Der Kern enthält z. B. 100 Teile Aminocumarin und z. B. 20 Teile Nilblau (100/20). Die mittlere Schicht enthält z. B. 100 Teile Fluorescein und die äußere Schicht enthält z. B. 50 Teile Aminocumarin und z. B. 100 Teile Nilblau.
The invention is used, for example, in an array as follows: particles from particle population 1 (left half of the image):
The core contains z. B. 100 parts of aminocoumarin and z. B. 20 parts Nile Blue (100/20). The middle layer contains z. B. 100 parts of fluorescein and the outer layer contains z. B. 50 parts of aminocoumarin and z. B. 100 parts Nile Blue.

Farbstoff 1 im hybridisierten Amplifikat ist z. B. Fluorescein als Fluorophor 1 und Farbstoff 2 am 3'-Ende der Fangsonde ist z. B. Rhodamin als Fluorophor 2, so dass ein FREI-Paar entsteht.dye 1 in the hybridized amplificate is z. B. fluorescein as a fluorophore 1 and 2 dye at the 3 'end of the capture probe is z. B. rhodamine as Fluorophore 2, resulting in a FREE pair.

Partikel aus Partikelpopulation 2 (rechte Abbildungshälfte):Particles from particle population 2 (right Figure half):

Der Kern enthält z. B. 100 Teile Aminocumarin und z. B. 20 Teile Nilblau (100/20). Die mittlere Schicht enthält z. B. 20 Teile Fluorescein und die äußere Schicht enthält z. B. 100 Teile Aminocumarin und z. B. 100 Teile Nilblau.Of the Kern contains z. B. 100 parts of aminocoumarin and z. Eg 20 Parts Nile Blue (100/20). The middle layer contains z. B. 20 parts fluorescein and the outer layer contains z. B. 100 parts of aminocoumarin and z. B. 100 parts Nile blue.

Wenn kein Amplifikat hybridisiert, kann kein FREI-Paar zwischen Farbstoff 1 (z. B. Fluorescein) und Farbstoff 2 am 3'-Ende der Fangsonde (z. B. Rhodamin) entstehen. Nachdem die amplifikathaltige Probe mit den Mikropartikeln in Kontakt gebracht wurde oder zyklisch während der Amplifikation im selben Reaktionsgefäß das Amplifikat entsteht, werden vor dem Messvorgang mittels mikroskopischer Optik, um die Hybridisierung des Amplifkates an unterschiedliche Mikropartikelpopulationen zu messen, alle Mikropartikel im Ansatz sedimentiert oder durch einen permanenten oder elektrischen Magenten am Gefäßboden fixiert.If no amplificate hybridizes, no FREI pair between dye 1 (eg fluorescein) and dye 2 at the 3 'end of the capture probe (e.g. As rhodamine) arise. After the amplified sample with the Microparticles was brought into contact or cyclically during the amplification in the same reaction vessel the Amplificate is formed before the measurement by means of microscopic Optics to hybridize the amplification to different To measure microparticle populations, all microparticles sedimented in the beginning or by a permanent or electric stomach at the bottom of the vessel fixed.

Durch Fluoreszenzspektroskopie werden die Mikropartikelpopulationen identifiziert und damit festgestellt, welche Fangsonde sich an welchem Mikropartikel befinden und ob fluoreszierendes Amplifikat hybridisierte. Dazu erfolgt die Anregung des beispielhaft genannten Aminocumarins bei einer Wellenlänge von 350 nm, um die erste Kodierungsfluoreszenz der Partikel in der äußeren und in der inneren Schicht zu erfassen. Anschließend wird z. B. Fluorescein bei einer Wellenlänge von 480 nm angeregt und bei 520 nm gemessen, um die zweite Kodierungs/Referenzfluoreszenz der Partikel zu bestimmen und simultan bei Verwendung eines Strahlteilerprismas (bei 560 nm) um das FREI-Signal (hier z. B. die Rhodaminfluoreszenz) des hybridisierten Amplifikates zu erfassen. Durch nachfolgende Anregung bei 680 nm und Detektion bei 720 nm wird das beispielhaft genannte Nilblau angeregt und detektiert, um die zweite Kodierungsfluoreszenz des Kerns bzw. der äußeren Schicht zu bestimmen.By Fluorescence spectroscopy identifies the microparticle populations and thus determine which capture probe attached to which microparticle and whether fluorescent amplificate hybridized. To the excitation of the exemplified aminocoumarin occurs at a wavelength of 350 nm, around the first coding fluorescence the particles in the outer and in the inner To detect shift. Subsequently, z. B. fluorescein excited at a wavelength of 480 nm and at 520 nm measured to the second coding / reference fluorescence of the particles and simultaneously using a beam splitter prism (at 560 nm) to the FREI signal (here, for example, the rhodamine fluorescence) of the hybridized amplificate. By following Excitation at 680 nm and detection at 720 nm is the example called Nile Blue excited and detected to the second coding fluorescence of the core or outer layer.

Die Verrechnung der ortsaufgelöst detektierten Fluoreszenzsiganle erfolgt nach folgenden Regeln:The Billing of spatially resolved fluorescence signals takes place according to the following rules:

Kern:Core:

  • – Ermittlung des Quotienten 1 aus Aminocumarin- und Nilblau-Fluoreszenz- Determination of the quotient 1 from Aminocoumarin and Nile Blue fluorescence
  • – Ermittlung des Kerndurchmessers- Determination of the core diameter

Mittlere Schicht:Middle layer:

  • – Ermittlung des Quotienten 2 aus Fluoresceinfluoreszenz und Quotienten 1- Determination of the quotient 2 from Fluorescein fluorescence and quotients 1
  • – Ermittlung der Dicke von Schicht 2Determination of the thickness of layer 2

Äußere Schicht:Outer layer:

  • – Ermittlung des Quotienten 3 aus Aminocumarin- und Nilblau-Fluoreszenz- Determination of the quotient 3 from Aminocoumarin and Nile Blue fluorescence
  • – Ermittlung der Dicke von Schicht 3Determination of the thickness of layer 3

Nach diesen Regeln können die Mikropartikel des vorliegenden Beispiels dadurch unterschieden werden, daß Quotient 3 beider Partikel sich messbar unterscheidet.To These rules can be the microparticles of the present Example can be distinguished by quotient 3 both particles are measurably different.

Quotient 3Quotient 3

  • Partikelpopulation 1: 0,5Particle population 1: 0.5
  • Partikelpopulation 2: 1Particle population 2: 1

Alle übrigen Quotienten und alle anderen Durchmesser und Schichtdicken der Partikel unterscheiden sich nicht.The rest Quotients and all other diameters and layer thicknesses of the particles do not differ.

Die Amplifikat-Fluoreszenz, z. B. die der Emission des Rhodamin-FREI-Signals entspricht, kann als Intensität ausgegeben werden oder gegen einen konstant gehaltenen Parameter wie den Partikelgesamtdurchmesser der z. B. über das Fluorescein- oder Rhodaminsignal erfasst werden kann, referenziert werden.The Amplificate fluorescence, e.g. B. the emission of rhodamine free signal corresponds, can be output as intensity or against a constant parameter such as the particle total diameter the z. B. detected by the fluorescein or rhodamine signal can be referenced.

Wird die (z. B. Rhodamin)-Fluoreszenz während jedes PCR-Zyklus' gemessen, wenn PCR und Detektion simultan ablaufen, ist die Probe als positiv bewertet, wenn das FRET-Signal die Hintergrundsintensität durchbricht (Threshold-Cycle). Je mehr amplifizierte Targetsequenz in der Probe ist, um so höher ist die Signalintensität oder um so früher wird der Threshold-Cycle erreicht. Insbesondere die Bestimmung des Threshold-Cycle lässt eine genaue Multiplex-Quantifizierung von Targetsequenzen zu. Alternativ kann für alle Mikropartikel am Ende der PCR eine Schmelzkurve aufgezeichnet werden (siehe auch Beispiel 2).Becomes the (eg rhodamine) fluorescence during each PCR cycle measured, if PCR and detection occur simultaneously, is the sample evaluated as positive if the FRET signal breaks the background intensity (Threshold Cycle). The more amplified target sequence in the sample is, the higher the signal intensity or the earlier the threshold cycle is reached. Especially the determination of the threshold cycle allows accurate multiplex quantification of target sequences too. Alternatively, for all microparticles At the end of the PCR, a melting curve is recorded (see also Example 2).

4b: schematische Darstellung des Nachweises eines Polymorphismus' an Amplifikat, welches durch Festphasen-PCR auf der Oberfläche von Mikropartikeln immobilisiert wird (am Bespile eines Polymorphismus im Faktor 2-Gen) 4b : Schematic representation of the detection of a polymorphism on amplificate which is immobilized on the surface of microparticles by solid-phase PCR (on a polymorphism in the factor 2 gene)

Als feste Phase für die Immobilisierung von Amplifikat unterschiedlicher oder ein und der selben Nukleotidsequenz an in ihrer Sequenz verschiedener, mit über ihr 5'-Ende kovalent immobilisierter Fangprimer dienen fluoreszenzkodierte Mikropartikel. Die verwendeten Mikropartikel zeichnen sich dadurch aus, daß sie bevorzugt aus 2 Schichten und einem Kern bestehen, die sich fluoreszenzoptisch unterscheiden und wobei wenigstens die äußere Schicht temperaturbeständig ist und z. B. aus Melamin besteht. Die mittlere und äußere Schicht bestehen hier ebenfalls aus Melamin. Die mittlere Schicht enthält Partikel wie z. B. Magnetpartikel, mit deren Hilfe eine sichere Immobilisierung der Partikel während der Messung gewährleistet ist. Der Einfachheit halber wurde hier nur ein Partikel aus Partikelpopulation 1 dargestellt, wobei für die Detektion mehrerer Polymorphismen auch mehrere Partikelpopulationen mit jeweils targetspezifischen Fangsonden eingesetzt werden können.When solid phase for the immobilization of amplificate different or one and the same nucleotide sequence different in their sequence, with covalently immobilized capture primer over its 5 'end serve fluorescence-coded microparticles. The used microparticles are characterized by the fact that they are preferably made of 2 layers and a nucleus that differ fluorescence optics and wherein at least the outer layer is temperature resistant is and z. B. consists of melamine. The middle and outer layers here are also made of melamine. The middle layer contains Particles such. B. magnetic particles, with the help of a safe Immobilization of the particles ensured during the measurement is. For the sake of simplicity, here only one particle from particle population 1, wherein for the detection of multiple polymorphisms also several particle populations each with target specific Capture probes can be used.

Partikel aus Partikelpopulation 1,Particle from particle population 1,

Der Kern enthält 100 Teile Aminocumarin und 20 Teile Nilblau (100/20). Die mittlere Schicht enthält 100 Teile Fluorescein und die äußere Schicht enthält 50 Teile Aminocumarin und 100 Teile Nilblau.Of the Core contains 100 parts of aminocoumarin and 20 parts of Nile Blue (100/20). The middle layer contains 100 parts fluorescein and the outer layer contains 50 parts Aminocoumarin and 100 parts Nile Blue.

Farbstoff 1 im immobilisierten Amplifikat ist Fluorescein und Farbstoff 2 am 3'-Ende der Fangsonde ist Rhodamin, so daß ein FREI-Paar entsteht.dye 1 in the immobilized amplificate is fluorescein and dye 2 rhodamine is at the 3 'end of the capture probe, so a FREE pair arises.

Nachdem die Probe mit den Mikropartikeln in Kontakt gebracht und thermozyklisch amplifiziert wurde, werden vor dem Meßvorgang mittels mikroskopischer Optik, um die Hybridisierung des Amplifkates an unterschiedliche Mikropartieklpopulationen zu messen, alle Mikropartikel im Ansatz sedimentiert oder wie hier im Beispiel durch einen permanenten oder elektrischen Magneten am Gefäßboden fixiert.After this the sample contacted with the microparticles and thermocyclic was amplified, before the measurement by means of microscopic Optics to hybridize the amplification to different To measure microparticle populations, all microparticles in the batch sedimented or as here in the example by a permanent or electric magnet fixed to the bottom of the vessel.

Durch Fluoreszenzspektroskopie werden die Mikropartikelpopulationen ortsaufgelöst identifiziert und damit festgestellt, welcher Fangprimer sich an welchem Mikropartikel befindet und ob fluoreszierendes Amplifikat immobilisiert wurde. Dazu erfolgt die Anregung des Aminocumarin bei einer Wellenlänge von 350 nm, um die erste Kodierungsfluoreszenz der Partikel in der äußeren und in der inneren Schicht zu erfassen. Anschließend wird Fluorescein bei einer Wellenlänge von 480 nm angeregt und bei 520 nm gemessen, um die zweite Kodierungs/Referenzfluoreszenz der Partikel zu bestimmen und simultan, bei dehybridisierter Sonde, um immobilisiertes Amplifikat zu detektieren. Für die Analyse etwaiger Polymorphismen wird anschließend bei 480 nm Anregungswellenlänge und bei 560 nm Emissionswellenlänge ortsaufgelöst detektiert um das FREI-Signal (Rhodaminfluoreszenz) der an das Amplifikat hybridisierten Sonde über einen Temperaturstufengradienten zu erfassen. Durch nachfolgende Anregung bei 680 nm und Detektion bei 720 nm wird Nilblau angeregt und detektiert, um die zweite Kodierungsfluoreszenz des Kerns bzw. der äußeren Schicht zu bestimmen. Die Verrechnung der ortsaufgelöst detektierten Fluoreszenzsiganle erfolgt nach folgenden Regeln:Fluorescence spectroscopy identifies the microparticle populations spatially resolved and thus determines which capture primer is on which microparticle and whether fluorescence amplificate has been immobilized. For this purpose, the excitation of the aminocoumarin takes place at a wavelength of 350 nm in order to detect the first coding fluorescence of the particles in the outer and in the inner layer. Subsequently, fluorescein is excited at a wavelength of 480 nm and measured at 520 nm to the second To determine coding / reference fluorescence of the particles and simultaneously, in dehybridized probe, to detect immobilized amplicon. For the analysis of any polymorphisms, it is then spatially resolved at 480 nm excitation wavelength and at 560 nm emission wavelength to detect the FREI signal (rhodamine fluorescence) of the probe hybridized to the amplificate via a temperature step gradient. By subsequent excitation at 680 nm and detection at 720 nm, Nile blue is excited and detected to determine the second coding fluorescence of the core and the outer layer, respectively. The offsetting of the spatially resolved fluorescence signals takes place according to the following rules:

Kern:Core:

  • – Ermittlung des Quotienten 1 aus Aminocumarin- und Nilblau-Fluoreszenz- Determination of the quotient 1 from Aminocoumarin and Nile Blue fluorescence
  • – Ermittlung des Kerndurchmessers- Determination of the core diameter

Mittlere Schicht:Middle layer:

  • – Ermittlung des Quotienten 2 aus Fluoresceinfluoreszenz und Quotienten 1- Determination of the quotient 2 from Fluorescein fluorescence and quotients 1
  • – Ermittlung der Dicke von Schicht 2Determination of the thickness of layer 2

Äußere Schicht:Outer layer:

  • – Ermittlung des Quotienten 3 aus Aminocumarin- und Nilblau-Fluoreszenz- Determination of the quotient 3 from Aminocoumarin and Nile Blue fluorescence
  • – Ermittlung der Dicke von Schicht 3Determination of the thickness of layer 3

Nachdiesen Regeln können die Mikropartikel des vorliegenden Beispiels dadurch unterschieden werden, daß Quotient 3 beider Partikel sich meßbar unterscheidet.After these Rules may be the microparticles of the present example be distinguished by quotient 3 of both particles measurably different.

Quotient 3Quotient 3

  • Partikelpopulation 1: 0,5Particle population 1: 0.5
  • Partikelpopulation 2: 1Particle population 2: 1

Alle übrigen Quotienten und alle anderen Durchmesser und Schichtdicken der Partikel unterscheiden sich nicht.The rest Quotients and all other diameters and layer thicknesses of the particles do not differ.

Die Amplifikat-Fluoreszenz, die der Emission des Rhodamin-FREI-Signals entspricht kann als Intensität ausgegeben werden oder gegen einen konstant gehaltenen Parameter wie den Partikelgesamtdurchmesser der über das Fluorescein- oder Rhodaminsignal erfaßt werden kann, referenziert werden.The Amplificate fluorescence indicating the emission of rhodamine free signal equivalent can be spent as intensity or against a constant parameter such as the total particle diameter the detected via the fluorescein or rhodamine signal can be referenced.

Obwohl der Nachweis von Nukleisäurepolymorphismen auch entsprechend 4a durchgeführt werden kann, wird man bevorzugt folgendermaßen vorgehen. Nachdem durch die PCR ausreichend Amplifikat auf den Mikropartikeln immobilisiert wurde, wird eine Schmelzkurve gefahren, d. h., im kritischen Temperaturbereich zwischen 50°C und 70°C werden Messungen im Stufengradienten mit einem Abstand zwischen Stufen den von 2°C durchgeführt. Alternativ genügt es, eine Zweipunktmessung im Bereich des Schmelzkurvenpeaks jedes Amplikons (Sondenbereich oder Stambereich der Haarnadel) durchzuführen oder aber die Signale über den Stufengradienten in kleineren Schritten oder kontinuierlich zu detektieren. Die Signale, die für einen Mikropartikelpopulation erfaßt werden, können gemittelt oder einzeln analysiert und dargestellt werden.Although the detection of Nukleiäurepolymorphismen also accordingly 4a can be carried out, it is preferable to proceed as follows. After sufficient amplificate has been immobilized on the microparticles by the PCR, a melting curve is run, ie, in the critical temperature range between 50 ° C and 70 ° C, measurements are carried out in the step gradient with a distance between steps of 2 ° C. Alternatively, it is sufficient to carry out a two-point measurement in the region of the melting curve peak of each amplicon (probe area or stem area of the hairpin) or else to detect the signals via the step gradient in smaller steps or continuously. The signals acquired for a microparticle population can be averaged or individually analyzed and displayed.

Erfolgt die Schmelzpunktpunktbestimmung für einen Polymorphismus an einem Partikel an zwei Punkten, dann können die Absolutwerte der Signale miteinander verglichen werden oder ein Quotient aus beiden Signalen gebildet werden. Wird ein Signal detektiert, bedeutet dies die Anwesenheit des entsprechenden Polymorphismus in der Probe.He follows the melting point determination for a polymorphism on a particle at two points, then the absolute values of the signals are compared with each other or a quotient two signals are formed. If a signal is detected, means this is the presence of the corresponding polymorphism in the sample.

Das Signal entsteht dann, wenn ausreichend Amplifikat über die Fangprimer an der Partikeloberfläche immobilisiert wird, die Sonde an das Amplifikat hybridisiert und das 5'-Ende des targetspezifischen Abschnittes des Fangprimers unter Ausbildung einer Haarnadel mit der/den Nukleotidposition(en) des Polymorphismus hybridisiert. Fehlpaarungen im Stamm der Haarnadel können über die Schmelzpunktanalyse erfaßt werden. Während das im Schema dargestellte Amplikon ohne Fehlpaarung eine Haarnadel bildet, tritt mit Variation der Stammsequenz der Haarnadel im polymorphen Nukleotid an dieser Stelle eine Fehlpaarung auf, so daß bei der gleichen Temperatur sich die Haarnadel nicht ausbildet.The Signal arises when sufficient amplificate over the capture primer immobilized on the particle surface the probe is hybridized to the amplificate and the 5 'end of the Target specific section of the catch primer under training a hairpin with the nucleotide position (s) of the polymorphism hybridized. Mismatches in the trunk of the hairpin can over the melting point analysis are detected. While the amplicon shown in the diagram without mismatch a hairpin forms, occurs with variation of the stem sequence of the hairpin in the polymorphic Nucleotide at this point on a mismatch, so that in the same temperature, the hairpin does not form.

Durch Kombination mehrerer Partikelpopulationen in einer Nachweisreaktion, können mehrere Amplifikate unterschiedlicher oder gleicher Genfragmente gleichzeitig auf Polymorphismen untersucht werden.By Combination of several particle populations in a detection reaction, may have multiple amplificates of different or the same Gene fragments are examined simultaneously for polymorphisms.

5: Schematische Darstellung eines Gerätesystems (A) und einer Reaktionsumgebung (B) zur kombinierten Amplifikation von Targetsequenzen und Detektion der Amplifikate am Mikropartikelarray 5 : Schematic representation of a device system (A) and a reaction environment (B) for the combined amplification of target sequences and detection of the amplicons at the microparticle array

  • (A) Das vollautomatisch computergesteuerte Gerät stellt von seinen Leistungsparametern her eine Kombination aus Fluoreszenzmikroskop und Thermocycler dar. An einem Stativ 6 mit motorisiertem (z-Trieb) befinden sich die optischen Komponenten mindestens bestehend aus einer Long-Distanz-Optik 5 für die Fluoreszenzdetektion mit einem 20er-Objektiv und Elementen zur Strahlführung und zum Bildaufbau ausgestattet. Die Anregung erfolgt über mindestens drei verschiedene LED 3 oder LASER 4 in den Spektralbereichen 350–400 nm; 450–500 nm; 550–600 nm. Die konkrete Wellenlängen des Anregungslichtes richten sich nach den verwendeten Fluoreszenzfarbstoffen und werden bei Bedarf durch passende Filter 2 feinjustiert. Das von den Fluoreszenzfarbstoffen emittierte Licht wird durch entsprechende Emissionsfilter 1 vom Anregungslicht getrennt und durch eine sensitivierte CCD-Kamera aufgezeichnet 3. Der Objekttisch besitzt einen x/y-Antrieb der eine Genauigkeit von unter 0,1 mm aufweist und den Thermocycler mit Probenhalterung (hier für 96 Reaktionsgefäße mit 0,2 ml Fassungsvermögen) aufnimmt. Unter den Reaktionsgefäßen, die einen planaren Boden aufweisen, ist ein Magnet 11 (Dauermagent oder ein Elektromagnet) positioniert, so dass paramagnetische Mikropartikel während des Messvorganges gut immobilisiert werden. Eine automatische Computersteuerung umfasst das PCR-Programm und damit das Temperaturprofil der PCR-Reaktion, die Filterwechsler, die CCD-Kamera, die Bildakquise und Bildverarbeitung, denx/y/z-Antrieb und die Steuerung des Anregungslichtes, so dass während der PCR-Reaktion sowie die Ausgabe der Amplifikat-Fluoreszenzen für die verschiedenen Partikelpopulationen gewährleistet werden kann.(A) The fully automatic computer-controlled device is a combination of fluorescence microscope and thermocycler based on its performance parameters. On a tripod 6 with motorized (z-drive), the optical components are at least consisting of a long-distance optics 5 equipped with a 20 mm objective and elements for beam guidance and image composition for fluorescence detection. The excitation takes place via at least three different LEDs 3 or laser 4 in the spectral ranges 350-400 nm; 450-500 nm; 550-600 nm. The specific wavelengths of the excitation light depend on the fluorescent dyes used and, if required, are matched by suitable filters 2 fine-tuned. The light emitted by the fluorescent dyes is emitted through appropriate emission filters 1 separated from the excitation light and recorded by a sensitized CCD camera 3 , The stage has an x / y drive with an accuracy of less than 0.1 mm and accommodates the thermocycler with sample holder (here for 96 reaction vessels with 0.2 ml capacity). Among the reaction vessels, which have a planar bottom, is a magnet 11 (Permanent agent or an electromagnet) positioned so that paramagnetic microparticles are well immobilized during the measurement process. An automatic computer control includes the PCR program and thus the temperature profile of the PCR reaction, the filter changer, the CCD camera, the image acquisition and image processing, the xx / y / z drive and the control of the excitation light, so that during the PCR reaction as well as the output of the amplificate fluorescence for the different particle populations can be guaranteed.
  • (B) Als Reaktionsgefäße werden z. B. Nukleosorb 8er-Riegel 12 verwendet, die mit einem Glasdeckglas verschlossen werden.(B) As reaction vessels z. B. Nucleosorb 8-bar 12 used, which are closed with a glass cover glass.
  • (C) Der PCR-Mastermix wird zusammen mit der Proben-DNS 16 in das Reaktionsgefäß pipiettiert und mit Öl überschichtet. Danach wird das Reaktionsgefäß mit einem Deckglas verschlossen und der PCR-/Messvorgang gestartet. Während die PCR-Zyklen ablaufen erfolgt die Messung der Fluoreszenzen bevorzugt in der Phase des Annealings bei isothermen Bedingungen. Alternativ erfolgt das Aufzeichnen einer Schmelzkurve am Ende der PCR. Die Mikropartikel sind während der PCR bevorzugt ständig immobilisiert durch kovalente Kopplung, Sedimentation oder magnetische Anziehung. Bei Verwendung von Elektromagneten können die Partikel während der PCR immobilisiert oder frei flottierend vorliegen und werden für jede Messung neu immobilisiert.(C) The PCR master mix is used together with the sample DNA 16 pipetted into the reaction vessel and covered with oil. Thereafter, the reaction vessel is closed with a coverslip and the PCR / measurement process started. As the PCR cycles proceed, fluorescence measurements are preferably at the annealing stage under isothermal conditions. Alternatively, a melting curve is recorded at the end of the PCR. The microparticles are preferably permanently immobilized during the PCR by covalent coupling, sedimentation or magnetic attraction. When electromagnets are used, the particles can be immobilized or free-floating during the PCR and are re-immobilized for each measurement.

11
Emissionsfilteremission filter
22
Filter für Anregungslichtfilter for excitation light
33
CCD-KameraCCD camera
44
LED oder Laser zur AnregungLED or laser for stimulation
55
Long-Distanz-OptikLong-distance optics
66
Stativtripod
77
z-Antriebz drive
88th
Thermocyclerthermocycler
99
x/y-Antriebx / y-drive
1010
Ausschnittsmarkierungcrop mark
1111
Magnetmagnet
1212
Nukleosorb 8er RiegelNukleosorb 8 bars
1313
Reaktionsgefäßaufnahme im ThermoblockReaction vessel receiving in the thermoblock
1414
Deckelcover
1515
ÖlüberschichtungOil overlay
1616
Master-Mix + Proben-DNSMaster Mix + Sample DNA

Beispiel 1example 1

Nachweis des Erregers Herpes simplex Virus in einer Probe Ein Volumen von 5 μl aus Abstrichen von Lippenbläschen gereinigter Proben-DNS wird zu 15 μl Master-Mix folgender Zusammensetzung gegeben: Primer 1 400 nM Primer 2 300 nM Sonde 100 nM in Taq-DNS-Polymerase, Nukleotide, Magnesiumchlorid, Tris/HCl-Puffer und Tween 20 gelöst.Detection of herpes simplex virus in a sample A volume of 5 μl of smears from lip blisters of purified sample DNA is added to 15 μl of master mix of the following composition: Primer 1 400nM Primer 2 300 nM probe 100nM in Taq DNA polymerase, nucleotides, magnesium chloride, Tris / HCl buffer and Tween 20.

Der Reaktionsansatz wird in eine LightCycler-Kapillare pipettiert und anschließend in den LightCycler überführt und thermocyclisch amplifiziert. Das Verfahren ist schematisch in 1 dargestellt. Primer 1 trägt ein kovalent gebundenes Fluorescein am 4. Nukleotid vom 3'-Ende aus gezählt, bindet mit seiner Targetbindungssequenz 1 am 3'-Ende an die Targetsequenz des Herpes simplex-Virus-Genoms und wird durch eine DNS-Polymerase unter geeigneten Bedingungen komplementär zum Target verlängert. Nach Denaturierung des Doppelstranges kann die Sonde, die eine Rhodamin-Markierung am 3'-Ende trägt an den komplementär zum Target verlängerten Primer hybridisieren. Durch Bestrahlung des Reaktionsgemisches mit Licht einer Wellenlänge von 480 nm wird ein über Fluorescein vermittelter FREI ausgelöst und die Emission bei 560 nm korreliert mit der im Reaktionsgemisch befindlichen Menge an Template.The reaction batch is pipetted into a LightCycler capillary and then transferred to the LightCycler and thermocyclically amplified. The procedure is schematic in 1 shown. Primer 1 carries a covalently bound fluorescein at the 4th nucleotide from the 3 'end, binds with its target binding sequence 1 at the 3' end to the target sequence of the herpes simplex virus genome and becomes complementary by a DNA polymerase under appropriate conditions extended to the target. After denaturation of the double strand, the probe bearing a rhodamine label at the 3 'end can hybridize to the primer extended to complement the target. By irradiation of the reaction mixture with light of a wavelength of 480 nm, a fluorescein-mediated FREI is triggered and the emission at 560 nm correlates with the amount of template present in the reaction mixture.

Nach Abschluß der Amplifikation wird für alle Proben, die ein ausreichend hohes Meßsignal aufweisen, eine Schmelzkurve aufgezeichnet.To Completion of the amplification is for all samples, which have a sufficiently high measurement signal, a melting curve recorded.

Sequenzensequences

  • Primer 1: 5'-CAT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C-3'Primer 1: 5'-CAT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C-3 '
  • G an Position 20 (grau hinterlegt) trägt kovalent ein FITC-Molekül.G at position 20 (shaded gray) enters covalently FITC molecule.
  • Primer 2: 5'-GGG CCA GGC GCT TGT TGG TGT A-3'Primer 2: 5'-GGG CCA GGC GCT TGT TGG TGT A-3 '
  • Sonde: 5'-GGTGAGGACAAAGTCCTGGAT-3'-RhodaminProbe: 5'-GGTGAGGACAAAGTCCTGGAT-3'-Rhodamine

Beispiel 2:Example 2:

Nachweis eines Faktor 2-PolymorphismusDetection of a factor 2 polymorphism

Ein Volumen von 5 μl aus Patientenblut gereinigter Proben-DNS wird zu 15 μl Master-Mix folgender Zusammensetzung gegeben: Primer 1 (FITC-modifiziert) 300 nM Primer 2 300 nM Sonde 100 nM in Taq-DNS-Polymerase, Nukleotide, Magnesiumchlorid, Tris/HCl-Puffer und Tween 20 gelöst.A volume of 5 μl of patient blood purified sample DNA is added to 15 μl of master mix of the following composition: Primer 1 (FITC-modified) 300 nM Primer 2 300 nM probe 100nM in Taq DNA polymerase, nucleotides, magnesium chloride, Tris / HCl buffer and Tween 20.

Der Reaktionsansatz wird in eine LightCycler-Kapillare pipettiert und anschließend in den LightCycler überführt und thermocyclisch amplifiziert. Das Verfahren ist schematisch in 2 dargestellt. Primer 1 trägt ein kovalent am 5'-Ende gebundenes Fluorescein sowie eine Targetbindungssequenz 2, bindet mit der Targetbindungssequenz 1 seines 3'-Endes an die Targetsequenz des humanen Faktor 2-Gens und wird durch eine DNS-Polymerase unter geeigneten Bedingungen komplementär zum Target verlängert. Nach Denaturierung des Doppelstranges bildet das 5'-Ende von Primer 1 eine Haarnadel mit der Targetsequenz zwei die den Polymorphismus umfaßt. Außerdem bindet die Sonde, die eine Rhodamin-Markierung am 3'-Ende trägt an den komplementär zum Target verlängerten Primer unmittelbar anschließend an die Haarnadel. Durch Bestrahlung des Reaktionsgemisches mit Licht einer Wellenlänge von 480 nm wird ein über Fluorescein vermittelter FREI ausgelöst und eine Emission von Rhodamin bei 560 nm gemessen. Diese Emission korreliert mit der im Reaktionsgemisch befindlichen Menge an Template, die den Polymorphismus umfaßt. Zur besseren Unterscheidung von Targetsequenzen mit Polymorphismus und von Targetsequenzen ohne, die sich nur geringfügig in ihrer Targetsequenz 2 unterscheiden wird eine Schmelzkurve erstellt. Sind beide Targetsequenzen im Reaktionsgemisch enthalten, resultieren zwei Peaks in der Darstellung der 1. Ableitung der Schmelzkurve.The reaction batch is pipetted into a LightCycler capillary and then transferred to the LightCycler and thermocyclically amplified. The procedure is schematic in 2 shown. Primer 1 carries a covalently bound fluorescein at the 5 'end and a target binding sequence 2, binds with the target binding sequence 1 of its 3' end to the target sequence of the human factor 2 gene and is extended by a DNA polymerase under suitable conditions complementary to the target , After denaturation of the double strand, the 5 'end of primer 1 forms a hairpin with the target sequence two comprising the polymorphism. In addition, the probe, which carries a rhodamine label at the 3 'end, binds to the complementary to the target-extended primer immediately following the hairpin. Irradiation of the reaction mixture with 480 nm wavelength light initiates a fluorescein-mediated FREI and measures emission of rhodamine at 560 nm. This emission correlates with the amount of template in the reaction mixture which comprises the polymorphism. To better distinguish target sequences with polymorphism and target sequences without, which differ only slightly in their target sequence 2, a melting curve is created. If both target sequences are contained in the reaction mixture, two peaks result in the representation of the first derivative of the melting curve.

Nach Abschluß der Amplifikation wird für alle Proben, die ein ausreichend hohes Meßsignal aufweisen, eine Schmelzkurve aufgezeichnet.To Completion of the amplification is for all samples, which have a sufficiently high measurement signal, a melting curve recorded.

Alternativ ist die Unterscheidung der gebildeten Amplifikate auf Grund des Längenmarkers in Primer 1b elektrophoretisch möglich.alternative is the distinction of the formed amplicons due to the Length marker in primer 1b electrophoretically possible.

Sequenzensequences

  • Primer 1 (FITC-modifiziert): FITC-5'-ggctcgctccaataaa agtgactctc a-3'Primer 1 (FITC-modified): FITC-5'-ggctcgctccaataaa agtgactctc a-3 '
  • Primer 2: 5'-ccaggtggtggattcttaagtc-3'Primer 2: 5'-ccaggtggtggattcttaagtc-3 '
  • Sonde: 5'-gctgcccatgaatagcactgggagcatt-3'-RhodaminProbe: 5'-gctgcccatgaatagcactgggagcatt-3'-rhodamine

Beispiel 3:Example 3:

Simultaner Nachweis von Herpes simplex DNS und interner Standard in einer ProbeSimultaneous detection of herpes simplex DNS and internal standard in a sample

Ein Volumen von 5 μl aus Patientenblut gereinigter Proben-DNS wird zu 15 μl Master-Mix folgender Zusammensetzung gegeben: Primer 1a 10 nM Primer 1b 10 nM Primer 2 300 nM Primer 3 (FITC-modifiziert) 300 nM Sonde 1 100 nM Sonde 2 100 nM Interner Stan dard 100 fM in Taq-DNS-Polymerase, Nukleotide, Magnesiumchlorid, Tris/HCl-Puffer und Tween 20 gelöst.A volume of 5 μl of patient blood purified sample DNA is added to 15 μl of master mix of the following composition: Primer 1a 10nM Primer 1b 10nM Primer 2 300 nM Primer 3 (FITC-modified) 300 nM Probe 1 100nM Probe 2 100nM Internal Stan dard 100 fm in Taq DNA polymerase, nucleotides, magnesium chloride, Tris / HCl buffer and Tween 20.

Der Reaktionsansatz wird in eine LightCycler-Kapillare pipettiert und anschließend in den LightCycler überführt und thermocyclisch amplifiziert. Das Verfahren ist schematisch in 3 dargestellt. Nach Abschluß der Amplifikation wird für alle Proben, die ein ausreichend hohes Meßsignal aufweisen, eine Schmelzkurve aufgezeichnet, um Amplifikat des internen Standards und, bei HSV-positiven Proben, HSV-Amplifikat zu detektieren.The reaction batch is pipetted into a LightCycler capillary and then transferred to the LightCycler and thermocyclically amplified. The procedure is schematic in 3 shown. Upon completion of the amplification, a melting curve is recorded for all samples having a sufficiently high measurement signal to detect amplicon of the internal standard and, for HSV positive samples, HSV amplicon.

Sequenzensequences

  • Primer 1a: 5'-actgcacgctcacacggacg gtgcagtaagtcctgg CAT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C-3'Primer 1a: 5'-actgcacgctcacacggacg gtgcagtaagtcctgg CAT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C-3 '
  • Primer 1b: 5'-actgcacgctcacacggacgttgttgttgt tgttgttgtt gttgttgttg ttgttgttgt gcgtgcagt gcggtccacPrimer 1b: 5'-actgcacgctcacacggacgttgttgttgt tgttgttgtt gttgttgttg ttgttgttgt gcgtgcagt gcggtccac
  • CATCACCGAC CCGGACAGCC CA-3'CATCACCGAC CCGGACAGCC CA-3 '
  • Primer 2: 5'-GGG CCA GGC GCT TGT TGG TGT A-3'Primer 2: 5'-GGG CCA GGC GCT TGT TGG TGT A-3 '
  • Primer 3: FITC-5'-actgcacgctcacacggacg-3'Primer 3: FITC-5'-actgcacgctcacacggacg-3 '
  • Sonde 1: 5'-tcagttcggcggtgaggaca-3'-RhodaminProbe 1: 5'-tcagttcggcggtgaggaca-3'-rhodamine
  • Interner Standard: 5'-CATCACCGAC CCGGACAGCC CACCAGCGTG GACCGCTGT CCT CAC CGC CGA ACT GA GGCCAG GCGGTGAAGG GCAATCAGCT GTTGCCCGTC TCGCTGGTGA AAAGAAAAAC CACCCTGGCG CCCAATACGC AAACCGCCTA CACCAACAAG CGCCTGGCCC-3'Internal standard: 5'-CATCACCGAC CCGGACAGCC CACCAGCGTG GACCGCTGT CCT CAC CGC CGA ACT GA GGCCAG GCGGTGAAGG GCAATCAGCT GTTGCCCGTC TCGCTGGTGA AAAGAAAAAC CACCCTGGCG CCCAATACGC AAACCGCCTA CACCAACAAG CGCCTGGCCC-3 '

Beispiel 4:Example 4:

Kombination aus Sondensystem für die Real-time-PCR mit einem Mikropartikelarray zum simultanen Nachweis verschiedener Targetsequenzen eines Faktor 2- und eines Faktor 5-Polymorphismus'. Das Verfahren ist schematisch in 4 dargestellt.Combination of probe system for real-time PCR with a microparticle array for the simultaneous detection of different target sequences of a factor 2 and a factor 5 polymorphism. The procedure is schematic in 4 shown.

Ein Volumen von 5 μl aus Patientenblut gereinigter Proben-DNS wird zu 15 μl Master-Mix folgender Zusammensetzung gegeben (Oligonukleotidsequenzen für Faktor 5 und Faktor 2 siehe unten): Primer 1 (Flüssigphase) 300 nM Primer 1 (FITC-markierter Fangprimer zur Beschichtung der Mikorpartikel mittels EDC-Kopplung: 100 nM Primer 2 (Flüssigphase) 300 nM Sonde (Rhodamin-markiert) 100 nM in Taq-DNS-Polymerase, Nukleotide, Magnesiumchlorid, Tris/HCl-Puffer und Tween 20 gelöst.A volume of 5 μl of patient blood purified sample DNA is added to 15 μl master mix of the following composition (oligonucleotide sequences for factor 5 and factor 2 see below): Primer 1 (liquid phase) 300 nM Primer 1 (FITC-labeled capture primer for coating the microparticles by EDC coupling: 100nM Primer 2 (liquid phase) 300 nM Probe (rhodamine-labeled) 100nM in Taq DNA polymerase, nucleotides, magnesium chloride, Tris / HCl buffer and Tween 20.

Der Reaktionsansatz wird in einem Nukleosorb (schwarz)-8er-Riegel pipettiert und anschließend in den Thermocycler der Meßstation (5) überführt, mit Öl überschichtet, mit einem Glasdeckglas verschlossen, thermocyclisch amplifiziert und nach der Amplifikation mittels Schmelzkurvenanalyse detektiert (siehe 4 und 5).The reaction mixture is pipetted in a nucleosorb (black) -8er bar and then in the thermocycler of the measuring station ( 5 ), covered with oil, closed with a glass cover glass, thermocyclically amplified and detected after the amplification by melting curve analysis (see 4 and 5 ).

Mirkopartikel:Microparticles:

Es werden die Partikel mit den Eigenschaften aus 4a entsprechend mit Fangprimer für spezifisch für die Amplifikat-Sequenzen von Faktor 5 und Faktor 2-Gen mittels EDC-Kopplung beschichtet.It will be the particles with the properties 4a coated accordingly with capture primer for specific for the amplicon sequences of factor 5 and factor 2 gene by means of EDC coupling.

Sequenzensequences

Faktor 2:Factor 2:

  • Primer 1 (FITC-modifiziert, zur Festphasenimmobilisierung): Aminohexyl-5'-ttgttgttgttgttgggctcgctccaataaa agtgactctc a-3'Primer 1 (FITC-modified, for solid-phase immobilization): Aminohexyl-5'-ttgttgttgttgttgggctcgctccaataaa agtgactctc a-3 '
  • Grau unterlegt: PolymorphismusGray background: polymorphism
  • Fett-kursiv: FITC-MarkierungBold italics: FITC marking

  • Primer 1 (Flüssigphase): ggctcgctccaataaaagtgactctca-3'Primer 1 (liquid phase): ggctcgctccaataaaagtgactctca-3 '
  • Grau unterlegt: PolymorphismusGray background: polymorphism

  • Primer 2 (Flüssigphase): 5'-ccaggtggtggattcttaagtc-3'Primer 2 (liquid phase): 5'-ccaggtggtggattcttaagtc-3 '
  • Sonde: 5'-gctgcccatgaatagcactgggagcatt-3'-RhodaminProbe: 5'-gctgcccatgaatagcactgggagcatt-3'-rhodamine

Faktor 5:Factor 5:

  • Primer 1 (FITC-modifiziert, zur Festphasenimmobilisierung): Aminohexyl-5'-ttgttgttgttgaggaccggagatccctggacaggc-3'Primer 1 (FITC-modified, for solid-phase immobilization): Aminohexyl-5'-ttgttgttgttgaggaccggagatccctggacaggc-3 '
  • Grau unterlegt: PolymorphismusGray background: polymorphism
  • Fett-kursiv: FITC-MarkierungBold italics: FITC marking

  • Primer 1 (Flüssigphase): 5'-aggaccggagatccctggacaggc-3'Primer 1 (liquid phase): Aggaccggagatccctggacaggc 5'-3 '
  • Grau unterlegt: PolymorphismusGray background: polymorphism

  • Primer 2 (Flüssigphase): 5'-cttgaaggaaa tgccccatta tttag-3'Primer 2 (liquid phase): 5'-cttgaaggaaa tgccccatta tttag-3 '
  • Sonde: 5'-ctgaaaggtt acttcaagga caaaatacct gtat-3'-RhodaminProbe: 5'-ctgaaaggtt acttcaagga caaaatacct gtat-3'-rhodamine

Legende zu den Abbildungen

Figure 00290001
Legend to the pictures
Figure 00290001

Sequenzensequences

  • Primer 1: 5'-CAT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C-3'Primer 1: 5'-CAT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C-3 '
  • G an Position 20 (grau hinterlegt) trägt kovalent ein FITC-Molekül.G at position 20 (shaded gray) enters covalently FITC molecule.
  • Primer 2: 5'-GGG CCA GGC GCT TGT TGG TGT A-3'Primer 2: 5'-GGG CCA GGC GCT TGT TGG TGT A-3 '
  • Sonde: 5'-GGTGAGGACAAAGTCCTGGAT-3'-RhodaminProbe: 5'-GGTGAGGACAAAGTCCTGGAT-3'-Rhodamine

Beispiel 2:Example 2:

Nachweis eines Faktor 2-PolymorphismusDetection of a factor 2 polymorphism

Ein Volumen von 5 μl aus Patientenblut gereinigter Proben-DNS wird zu 15 μl Master-Mix folgender Zusammensetzung gegeben: Primer 1 (FITC-modifiziert) 300 nM Primer 2 300 nM Sonde 100 nM in Taq-DNS-Polymerase, Nukleotide, Magnesiumchlorid, Tris/HCl-Puffer und Tween 20 gelöst.A volume of 5 μl of patient blood purified sample DNA is added to 15 μl of master mix of the following composition: Primer 1 (FITC-modified) 300 nM Primer 2 300 nM probe 100nM in Taq DNA polymerase, nucleotides, magnesium chloride, Tris / HCl buffer and Tween 20.

Der Reaktionsansatz wird in eine LightCycler-Kapillare pipettiert und anschließend in den LightCycler überführt und thermocyclisch amplifiziert. Das Verfahren ist schematisch in 2 dargestellt. Primer 1 trägt ein kovalent am 5'-Ende gebundenes Fluorescein sowie eine Targetbindungssequenz 2, bindet mit der Targetbindungssequenz 1 seines 3'-Endes an die Targetsequenz des humanen Faktor 2-Gens und wird durch eine DNS-Polymerase unter geeigneten Bedingungen komplementär zum Target verlängert. Nach Denaturierung des Doppelstranges bildet das 5'-Ende von Primer 1 eine Haarnadel mit der Targetsequenz zwei die den Polymorphismus umfaßt. Außerdem bindet die Sonde, die eine Rhodamin-Markierung am 3'-Ende trägt an den komplementär zum Target verlängerten Primer unmittelbar anschließend an die Haarnadel. Durch Bestrahlung des Reaktionsgemisches mit Licht einer Wellenlänge von 480 nm wird ein über Fluorescein vermittelter FREI ausgelöst und eine Emission von Rhodamin bei 560 nm gemessen. Diese Emission korreliert mit der im Reaktionsgemisch befindlichen Menge an Template, die den Polymorphismus umfaßt. Zur besseren Unterscheidung von Targetsequenzen mit Polymorphismus und von Targetsequenzen ohne, die sich nur geringfügig in ihrer Targetsequenz 2 unterscheiden wird eine Schmelzkurve erstellt. Sind beide Targetsequenzen im Reaktionsgemisch enthalten, resultieren zwei Peaks in der Darstellung der 1. Ableitung der Schmelzkurve.The reaction batch is pipetted into a LightCycler capillary and then transferred to the LightCycler and thermocyclically amplified. The procedure is schematic in 2 shown. Primer 1 carries a covalently bound fluorescein at the 5 'end and a target binding sequence 2, binds with the target binding sequence 1 of its 3' end to the target sequence of the human factor 2 gene and is extended by a DNA polymerase under suitable conditions complementary to the target , After denaturation of the double strand, the 5 'end of primer 1 forms a hairpin with the target sequence two comprising the polymorphism. In addition, the probe, which carries a rhodamine label at the 3 'end, binds to the complementary to the target-extended primer immediately following the hairpin. Irradiation of the reaction mixture with 480 nm wavelength light initiates a fluorescein-mediated FREI and measures emission of rhodamine at 560 nm. This emission correlates with the amount of template in the reaction mixture which comprises the polymorphism. To better distinguish target sequences with polymorphism and target sequences without, which differ only slightly in their target sequence 2, a melting curve is created. If both target sequences are contained in the reaction mixture, two peaks result in the representation of the first derivative of the melting curve.

Nach Abschluß der Amplifikation wird für alle Proben, die ein ausreichend hohes Meßsignal aufweisen, eine Schmelzkurve aufgezeichnet.To Completion of the amplification is for all samples, which have a sufficiently high measurement signal, a melting curve recorded.

Alternativ ist die Unterscheidung der gebildeten Amplifikate auf Grund des Längenmarkers in Primer 1b elektrophoretisch möglich.alternative is the distinction of the formed amplicons due to the Length marker in primer 1b electrophoretically possible.

Sequenzensequences

  • Primer 1 (FITC-modifiziert): FITC-5'-ggctcgctccaataaa agtgactctc a-3'Primer 1 (FITC-modified): FITC-5'-ggctcgctccaataaa agtgactctc a-3 '
  • Primer 2: 5'-ccaggtggtggattcttaagtc-3'Primer 2: 5'-ccaggtggtggattcttaagtc-3 '
  • Sonde: 5'-gctgcccatgaatagcactgggagcatt-3'-RhodaminProbe: 5'-gctgcccatgaatagcactgggagcatt-3'-rhodamine

Beispiel 3:Example 3:

Simultaner Nachweis von Herpes simplex DNS und interner Standard in einer ProbeSimultaneous detection of herpes simplex DNS and internal standard in a sample

Ein Volumen von 5 μl aus Patientenblut gereinigter Proben-DNS wird zu 15 μl Master-Mix folgender Zusammensetzung gegeben: Primer 1a 10 nM Primer 1b 10 nM Primer 2 300 nM Primer 3 (FITC-modifiziert) 300 nM Sonde 1 100 nM Sonde 2 100 nM Interner Stan dard 100 fM in Taq-DNS-Polymerase, Nukleotide, Magnesiumchlorid, Tris/HCl-Puffer und Tween 20 gelöst.A volume of 5 μl of patient blood purified sample DNA is added to 15 μl of master mix of the following composition: Primer 1a 10nM Primer 1b 10nM Primer 2 300 nM Primer 3 (FITC-modified) 300 nM Probe 1 100nM Probe 2 100nM Internal Stan dard 100 fm in Taq DNA polymerase, nucleotides, magnesium chloride, Tris / HCl buffer and Tween 20.

Der Reaktionsansatz wird in eine LightCycler-Kapillare pipettiert und anschließend in den LightCycler überführt und thermocyclisch amplifiziert. Das Verfahren ist schematisch in 3 dargestellt. Nach Abschluß der Amplifikation wird für alle Proben, die ein ausreichend hohes Meßsignal aufweisen, eine Schmelzkurve aufgezeichnet, um Amplifikat des internen Standards und, bei HSV-positiven Proben, HSV-Amplifikat zu detektieren.The reaction batch is pipetted into a LightCycler capillary and then transferred to the LightCycler and thermocyclically amplified. The procedure is schematic in 3 shown. Upon completion of the amplification, a melting curve is recorded for all samples having a sufficiently high measurement signal to detect amplicon of the internal standard and, for HSV positive samples, HSV amplicon.

Sequenzensequences

  • Primer 1a: 5'-actgcacgctcacacggacg gtgcagtaagtcctgg CAT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C-3'Primer 1a: 5'-actgcacgctcacacggacg gtgcagtaagtcctgg CAT CAC CGA CCC GGA GAG GGA C-3 '
  • Primer 1b: 5'-actgcacgctcacacggacgttgttgttgt tgttgttgtt gttgttgttg ttgttgttgt gcgtgcagt gcggtccac CATCACCGAC CCGGACAGCC CA-3'Primer 1b: 5'-actgcacgctcacacggacgttgttgttgt tgttgttgtt gttgttgttg ttgttgttgt gcgtgcagt gcggtccac CATCACCGAC CCGGACAGCC CA-3 '
  • Primer 2: 5'-GGG CCA GGC GCT TGT TGG TGT A-3'Primer 2: 5'-GGG CCA GGC GCT TGT TGG TGT A-3 '

  • Primer 3: FITC-5'-actgcacgctcacacggacg-3'Primer 3: FITC-5'-actgcacgctcacacggacg-3 '
  • Sonde 1: 5'-tcagttcggcggtgaggaca-3'-RhodaminProbe 1: 5'-tcagttcggcggtgaggaca-3'-rhodamine
  • Interner Standard: 5'-CATCACCGAC CCGGACAGCC CACCAGCGTG GACCGCTGT CCT CAC CGC CGA ACT GA GGCCAG GCGGTGAAGG GCAATCAGCT GTTGCCCGTC TCGCTGGTGA AAAGAAAAAC CACCCTGGCG CCCAATACGC AAACCGCCTA CACCAACAAG CGCCTGGCCC-3'Internal standard: 5'-CATCACCGAC CCGGACAGCC CACCAGCGTG GACCGCTGT CCT CAC CGC CGA ACT GA GGCCAG GCGGTGAAGG GCAATCAGCT GTTGCCCGTC TCGCTGGTGA AAAGAAAAAC CACCCTGGCG CCCAATACGC AAACCGCCTA CACCAACAAG CGCCTGGCCC-3 '

Beispiel 4:Example 4:

Kombination aus Sondensystem für die Real-time-PCR mit einem Mikropartikelarray zum simultanen Nachweis verschiedener Targetsequenzen eines Faktor 2- und eines Faktor 5-Polymorphismus'. Das Verfahren ist schematisch in 4 dargestellt.Combination of probe system for real-time PCR with a microparticle array for the simultaneous detection of different target sequences of a factor 2 and a factor 5 polymorphism. The procedure is schematic in 4 shown.

Ein Volumen von 5 μl aus Patientenblut gereinigter Proben-DNS wird zu 15 μl Master-Mix folgender Zusammensetzung gegeben (Oligonukleotidsequenzen für Faktor 5 und Faktor 2 siehe unten): Primer 1 (Flüssigphase) 300 nM Primer 1 (FITC-markierter Fangprimer zur Beschichtung der Mikorpartikel mittels EDC-Kopplung: 100 nM Primer 2 (Flüssigphase) 300 nM Sonde (Rhodamin-markiert) 100 nM in Taq-DNS-Polymerase, Nukleotide, Magnesiumchlorid, Tris/HCl-Puffer und Tween 20 gelöst.A volume of 5 μl of patient blood purified sample DNA is added to 15 μl master mix of the following composition (oligonucleotide sequences for factor 5 and factor 2 see below): Primer 1 (liquid phase) 300 nM Primer 1 (FITC-labeled capture primer for coating the microparticles by EDC coupling: 100nM Primer 2 (liquid phase) 300 nM Probe (rhodamine-labeled) 100nM in Taq DNA polymerase, nucleotides, magnesium chloride, Tris / HCl buffer and Tween 20.

Der Reaktionsansatz wird in einem Nukleosorb (schwarz)-8er-Riegel pipettiert und anschließend in den Thermocycler der Meßstation (5) überführt, mit Öl überschichtet, mit einem Glasdeckglas verschlossen, thermocyclisch amplifiziert und nach der Amplifikation mittels Schmelzkurvenanalyse detektiert (siehe 4 und 5).The reaction mixture is pipetted in a nucleosorb (black) -8er bar and then into the thermocycler of the measuring station ( 5 ), covered with oil, closed with a glass cover glass, thermocyclically amplified and detected after the amplification by melting curve analysis (see 4 and 5 ).

Mirkopartikel:Microparticles:

Es werden die Partikel mit den Eigenschaften aus 4a entsprechend mit Fangprimer für spezifisch für die Amplifikat-Sequenzen von Faktor 5 und Faktor 2-Gen mittels EDC-Kopplung beschichtet.It will be the particles with the properties 4a coated accordingly with capture primer for specific for the amplicon sequences of factor 5 and factor 2 gene by means of EDC coupling.

Sequenzensequences

Faktor 2:Factor 2:

  • Primer 1 (FITC-modifiziert, zur Festphasenimmobilisierung): Aminohexyl-5'-ttgttgttgttgttgggctcgctccaataaa agtgactctc a-3'Primer 1 (FITC-modified, for solid-phase immobilization): Aminohexyl-5'-ttgttgttgttgttgggctcgctccaataaa agtgactctc a-3 '
  • Grau unterlegt: PolymorphismusGray background: polymorphism
  • Fett-kursiv: FITC-MarkierungBold italics: FITC marking

  • Primer 1 (Flüssigphase): ggctcgctccaataaaagtgactctca-3'Primer 1 (liquid phase): ggctcgctccaataaaagtgactctca-3 '
  • Grau unterlegt: PolymorphismusGray background: polymorphism

  • Primer 2 (Flüssigphase): 5'-ccaggtggtggattcttaagtc-3'Primer 2 (liquid phase): 5'-ccaggtggtggattcttaagtc-3 '
  • Sonde: 5'-gctgcccatgaatagcactgggagcatt-3'-RhodaminProbe: 5'-gctgcccatgaatagcactgggagcatt-3'-rhodamine

Faktor 5:Factor 5:

  • Primer 1 (FITC-modifiziert, zur Festphasenimmobilisierung): Aminohexyl-5'-ttgttgttgttgaggaccggagatccctggacaggc-3'Primer 1 (FITC-modified, for solid-phase immobilization): Aminohexyl-5'-ttgttgttgttgaggaccggagatccctggacaggc-3 '
  • Grau unterlegt: PolymorphismusGray background: polymorphism
  • Fett-kursiv: FITC-MarkierungBold italics: FITC marking

  • Primer 1 (Flüssigphase): 5'-aggaccggagatccctggacaggc-3''Primer 1 (liquid phase): 5'-aggaccggagatccctggacaggc-3 ''
  • Grau unterlegt: PolymorphismusGray background: polymorphism

  • Primer 2 (Flüssigphase): 5'-cttgaaggaaa tgccccatta tttag-3'Primer 2 (liquid phase): 5'-cttgaaggaaa tgccccatta tttag-3 '
  • Sonde: 5'-ctgaaaggtt acttcaagga caaaatacct gtat-3'-RhodaminProbe: 5'-ctgaaaggtt acttcaagga caaaatacct gtat-3'-rhodamine

SEQUENZPROTOKOLL

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SEQUENCE LISTING
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Figure 00350001
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 6150097 A [0003] - US 6150097 A [0003]
  • - DE 69907630 T2 [0044] - DE 69907630 T2 [0044]

Claims (32)

Verfahren zum „real-time" Nachweis von Nukleinsäuretargets als Produkte einer Nukleinsäure-Amplifikationsreaktion mittels einem Primer/Sondensystem umfassend die Schritte: a) Einsatz von mindestens einem Primer, der mindestens eine für die zu amplifizierende Nukleinsäure spezifische Sequenz – Targetbindungssequenz(en) (TBS) – umfasst und der am 3'-Ende Modifikationen trägt, die eine enzymatische Verlängerung komplementär zum Target gestatten, b) Einführung eines Fluophors 1, c) zum Nachweis Einsatz von mindestens einer Sonde, die mindestens am 3'-Ende ein Fluorophor 2 trägt, wobei die mindestens eine Sonde mit dem Komplementärstrang des zur Targetsequenz am 3'-Ende verlängerten Primers oder bei Verwendung mehrerer Primer mit dem Targetstrang hybridisieren kann, wobei einer der beiden Fluorophore durch Licht geeigneter Wellenlänge angeregt wird, so dass zwischen Fluorophor 1 und 2 ein FREI stattfindet, der fluoreszenzoptisch detektiert wird.Method for "real-time" detection of Nucleic acid targets as products of a nucleic acid amplification reaction by means of a primer / probe system comprising the steps: a) Use of at least one primer containing at least one for the nucleic acid-specific sequence to be amplified - target binding sequence (s) (TBS) - includes and carries at the 3'-end modifications, which complements one enzymatic extension allow to the target, b) Introduction of a fluorophore 1, c) for the detection use of at least one probe, the at least at the 3 'end carries a fluorophore 2, wherein the at least one probe with the complementary strand of the Target sequence at the 3'-end extended primer or at Using multiple primers can hybridize to the target strand, in which one of the two fluorophores by light of suitable wavelength is excited, so that a FREI takes place between fluorophore 1 and 2, which is detected by fluorescence optics. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Primer am 5'-Ende zusätzlich einen zum Target unspezifischen Schwanz aufweist.Method according to claim 1, characterized in that that the at least one primer at the 5 'end additionally one to the target unspecific tail. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorophor 1 sich an einem Primer oder an einer weiteren Sonde befindet oder eingebracht wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the fluorophore 1 is attached to one primer or to another Probe is located or introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluorophore 1 und 2 kovalent gebunden an Primern und Sonden vorliegen.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fluorophores 1 and 2 are covalent bound to primers and probes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Primer eine für die zu amplifizierende Targetsequenz spezifische Sequenz (TBS), im 5'-Bereich teilweise komplementär zum 3'-Bereich umfasst, so dass sie eine Haarnadel bildet.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one primer a sequence specific for the target sequence to be amplified (TBS), in the 5 'region partially complementary to the 3' region so that it forms a hairpin. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorophor 1 an den spezifischen oder unspezifischen Teil eines ersten Primers oder an einem weiteren Primer vorliegt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fluorophore 1 to the specific or unspecific part of a first primer or on another Primer present. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Primer das Fluorophor am 5'-Ende aufweist, wobei zum Nachweis des Targets der Primer am 5'-Ende partiell oder vollständig eine Haarnadel mit sich selbst oder der komplementär zum Target verlängerten Primersequenz bildet.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one primer is the fluorophore at the 5 'end, wherein for the detection of the target, the primer on 5'-end partially or completely a hairpin with it itself or the complementary to the target extended Forms primer sequence. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Primer verwendet werden, und das die folgenden Schritte umfasst: – in einer ersten Reaktion Einsatz eines Primerpaares 1 und 2, wobei der Vorwärtsprimer 1 mindestens eine Targetbindungssequenz 1 (TBS 1) und und mindestens eine Targetbindungssequenz 2 (TBS 2) umfasst, so dass TBS 1 an das zu amplifizierende Target bindet, anschließend Primer 1 komplementär zum Target verlängert wird, Rückwärtsprimer 2 an das komplementäre Target bindet und ebenfalls verlängert wird, – in einer weiteren Reaktion zwischen Primer 3, welcher mit dem 5'-Bereich von Primer 1 identisch oder teilweise identisch ist und der gegebenenfalls das Fluorophor 1 am 5'-Ende trägt, und Primer 2 die Amplifikation stattfindet, wobei Primer 3 so konstruiert ist, dass er eine Haarnadel 1 vollständig oder teilweise mit sich selbst oder mit komplementären Abschnitten der Primer 1-Sequenz bildet, und wobei die mindestens eine TBS 2 an mindestens einen weiteren Targetbindungsabschnitt bindet(en), welche(r) zwischen verlängertem Primer 1 und der komplementären Sequenz von Primer 2 liegt(en), wodurch eine Haarnadel 2 entsteht, – dann eine mit dem Fluorophor 2 markierte Sonde mit dem Amplifikat in Kontakt gebracht wird und dass das mit dem Fluorophor 1 gebildete FREI-Signal detektiert wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least three primers used and that includes the following steps: - in a first reaction use of a primer pair 1 and 2, wherein the forward primer 1 at least one target binding sequence 1 (TBS 1) and and at least one target binding sequence 2 (TBS 2) comprises, so that TBS 1 binds to the target to be amplified, then primer 1 complementary to the target is extended, reverse primer 2 on the complementary target binds and also prolongs becomes, In a further reaction between primers 3 which is identical or partial to the 5 'region of primer 1 is identical and optionally the fluorophore 1 at the 5'-end carries, and primer 2 the amplification takes place, wherein Primer 3 is designed to complete a hairpin 1 or partially with itself or with complementary ones Sections of the primer 1 sequence forms, and wherein the at least a TBS 2 to at least one other target binding section binds (s) between extended primer 1 and the complementary sequence of primer 2 is (s), whereby a hairpin 2 is created, - then one with the fluorophore 2 labeled probe is contacted with the amplificate and that the FREI signal formed with the fluorophore 1 is detected. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Primer 3 Fluorophor 1 trägt und die Sonde mit Fluorophor 2 am 3'-Ende vollständig an der Targetsbstanz hybridisiert.Method according to claim 8, characterized in that that primer 3 carries fluorophore 1 and the probe with fluorophore 2 at the 3 'end completely hybridized to the Targetsbstanz. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Primer 3 Fluorophor 1 trägt und die Sonde mit Fluorophor 2 am 3'-Ende über Haarnadel 2 und Primer 1 an der Targetsubstanz hybridisiert.Method according to claim 8, characterized in that that primer 3 carries fluorophore 1 and the probe with fluorophore 2 at the 3 'end via hairpin 2 and primer 1 to the target substance hybridized. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Sonden verwendet werden, die jeweils Fluorophor 1 und 2 tragen, wobei Sonde 1 Primer 1-spezifisch ist und Sonde 2 Target-spezifisch ist.Method according to claim 8, characterized in that that two probes are used, each containing fluorophore 1 and 2, where probe 1 is primer 1 specific and probe 2 is target specific is. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluophore 1 und 2 ausgewählt sind aus Fluoreszenzfarbstoffmolekülen, wobei das Licht, das vom ersten Fluorophor absorbiert und remittiert wird, vom zweiten, nach Bindung der Sonde(n) dem ersten Fluorophor räumlich nahen zweiten Fluorophor erneut absorbiert und remittiert wird.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the Fluophore 1 and 2 are selected from fluorescent dye molecules, wherein the light which is absorbed and remitted by the first fluorophore is reabsorbed and remitted by the second second fluorophore spatially close to the first fluorophore after binding of the probe (s) to the first fluorophore. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Fluorophore verwendet werden: Fluorophor 1 Fluorophor 2 Fluorescein LC Red 640 oder LC Red 705 Aminocumarin Fluorescein Fluorescein Rhodamin oder Tetramethylrhodamin Fluorescein Cy3 Cy3 Cy5 Cy3 Tetramethylrhodamin Europium Cy5 Terbium Rhodamin Bodipy Bodipy Dansyl Fluorescein Naphtalen Dansyl Ruthenium Cy5.
Process according to claim 12, characterized in that the following fluorophores are used: Fluorophore 1 Fluorophore 2 fluorescein LC Red 640 or LC Red 705 amino coumarin fluorescein fluorescein Rhodamine or tetramethylrhodamine fluorescein Cy3 Cy3 Cy5 Cy3 tetramethylrhodamine europium Cy5 terbium rhodamine Bodipy Bodipy dansyl fluorescein naphthalene dansyl ruthenium Cy5.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplifikationsreaktion eine homogene Flüssigphasen-PCR, eine Multiplex-PCR, eine assymmetrische PCR, eine Festphasen-PCR, eine RT-PCR, eine in situ-PCR, eine immuno-PCR oder eine nested PCR ist.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the amplification reaction a homogeneous liquid-phase PCR, a multiplex PCR, an asymmetric PCR, a solid-phase PCR, an RT-PCR, an in situ PCR, an immuno-PCR or a nested PCR. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Unterscheidung von mehreren Targetsequenzen, die Targetsequenzen im Sondenbindungsbereich, im Primerbindungsbereich, im Stamm der Haarnadel(n) durch Schmelzkurvenanalyse oder durch den Einsatz mehrerer Fluorophore oder Längenmarker unterschieden werden.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that for the simultaneous distinction of several target sequences, the target sequences in the probe binding area, in the primer binding region, in the stem of the hairpin (s) by melting curve analysis or by using multiple fluorophores or length markers be differentiated. Primer/Sondensystem zum Nachweis von Nukleinsäuren umfassend: a) mindestens einen Primer, der mindestens eine für das nachzuweisende Nukleinsäuretarget spezifische Sequenz umfasst und am 3'-Ende Modifikationen aufweist, die eine enzymatische Verlängerung gestatten, wobei gegebenenfalls einer der Primer mit einem Fluorophor 1 markiert ist, b) mindestens eine Sonde, wobei mindestens eine ein Fluorophor 2 trägt und ggf. eine weitere, die Fluorophor 1 aufweist.Primer / probe system for the detection of nucleic acids full: a) at least one primer containing at least one specific for the nucleic acid target to be detected Sequence comprises and at the 3 'end has modifications that a allow enzymatic extension, optionally one of the primers is labeled with a fluorophore 1, b) at least a probe, at least one carrying a fluorophore 2 and optionally another, the fluorophore 1 has. Primer/Sondensystem nach Anspruch 16 umfassend: a) einen Primer, der mindestens eine für das nachzuweisende Nukleinsäuretarget spezifische Sequenz umfasst und am 3'-Ende Modifikationen aufweist, die eine enzymatische Verlängerung gestatten, wobei dieser Primer mit dem Fluorophor 1 markiert ist, b) eine Sonde, die am 3'-Ende das Fluorophor 2 trägt und die für den 3'-verlängerten Komplentärstrang von a) spezifisch ist.The primer / probe system of claim 16 comprising: a) a primer containing at least one for the Nucleic acid target specific sequence and at the 3 'end Has modifications that allow enzymatic extension allow this primer to be labeled with the fluorophore 1, b) a probe carrying the fluorophore 2 at the 3 'end and the for the 3'-extended complement strand of a) is specific. Primer/Sondensystem nach Anspruch 16 umfassend: a) drei Primer, wobei – ein Primerpaar 1 und 2 als Vorwärts- und Rückwärtsprimer fungieren und wobei Primer 1 mindestens zwei für das nachzuweisende Nukleinsäuretarget spezifische Sequenzen umfasst und beide Modifikationen aufweisen, die eine enzymatische Verlängerung gestatten, und – Primer 3, der mit dem 5'-Bereich von Primer 1 teilweise oder vollständig identisch ist, ebenfalls enzymatisch verlängerbar ist und Fluorophor 1 trägt, wobei er so konstruiert ist, dass er eine Haarnadel 1 vollständig oder partiell mit sich selbst, mit komplementären Abschnitten der Primer 1-Sequenz oder komplementären Abschnitten des Targets bilden kann, b) eine Sonde, die am 3'-Ende Fluorophor 2 trägt und die vollständig für die Targetsequenz spezifisch ist, oder die für die Targetsequenz und Primer 1 spezifisch ist.The primer / probe system of claim 16 comprising: a) three primers, where A primer pair 1 and 2 as forward and reverse primers, and wherein primers 1 at least two for the nucleic acid target to be detected comprises specific sequences and both have modifications, which allow an enzymatic extension, and - primer 3, which is partial or complete with the 5 'region of primer 1 is identical, is also enzymatically extendable and Fluorophore 1 carries, being designed so that it a hairpin 1 completely or partially with itself, with complementary sections of the primer 1 sequence or can form complementary sections of the target, b) a probe which carries fluorophore 2 at the 3 'end and which is complete is specific for the target sequence, or for the target sequence and primer 1 is specific. Primer/Sondensystem nach Anspruch 16 umfassend: a) drei Primer, wobei – ein Primerpaar 1 und 2 als Vorwärts- und Rückwärtsprimer fungieren und wobei Primer 1 mindestens zwei für das nachzuweisende Nukleinsäuretarget spezifische Sequenzen umfasst und beide Modifikationen aufweisen, die eine enzymatische Verlängerung gestatten, und – Primer 3, der mit dem 5'-Bereich von Primer 1 teilweise oder vollständig identisch ist, ebenfalls enzymatisch verlängerbar ist, b) zwei Sonden, die jeweils Fluorophor 1 und 2 tragen und die vollständig für die Targetsequenz spezifisch sind, oder die für die Targetsequenz und Primer 1 spezifisch sind.A primer / probe system according to claim 16 comprising: a) three primers, wherein - a primer pair 1 and 2 function as forward and reverse primer and wherein primer 1 comprises at least two sequences specific for the nucleic acid target to be detected and both have modifications permitting enzymatic extension, and Primer 3, which is partially or completely identical to the 5 'region of primer 1, is also enzymatically extendable, b) two probes, each carrying fluorophore 1 and 2, which are completely specific for the target sequence, or which are specific for the target sequence Target sequence and primer 1 are specific. Reagenzienkit zum Nachweis von Nukleinsäuren umfassend a) mindestens ein Primer/Sondensystem gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, b) geeignete Puffer und gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe.Reagent kit for the detection of nucleic acids full a) at least one primer / probe system according to a of claims 16 to 19, b) suitable buffers and, if appropriate other auxiliaries. Verwendung eines Primer/Sondenystems nach einem der Ansprüche 16 bis 19 oder eines Reagenzienkits gemäß Anspruch 20 zur gleichzeitigen Unterscheidung von mehreren Targetsequenzen, wobei mehrere Primer-/Sondensysteme eingesetzt werden, die sich mindestens teilweise oder vollständig in den targetsequenzspezifischen Abschnitten und den Emissionswellenlängen der emittierenden Fluophore unterscheiden, so dass diese durch Mehrfarbenfluoreszenzdetektion differentiell erfasst werden können.Use of a primer / probe system after a of claims 16 to 19 or a reagent kit according to claim 20 for the simultaneous differentiation of several target sequences, wherein several primer / probe systems are used which are at least partially or completely in the target sequence specific Sections and the emission wavelengths of the emitting Fluophors differ so that these can be detected by multicolor fluorescence detection can be detected differentially. Verwendung eines Primer/Sondenystems nach einem der Ansprüche 16 bis 19 oder eines Reagenzienkits gemäß Anspruch 20 zum Nachweis von mehreren Targetsequenzen, wobei die targetspezifischen Primer sich im 3'-Bereich unterscheiden und dadurch vollständig oder unvollständig komplementär mit der Targetsequenz in der jeweiligen Probe sind und dadurch detektiert oder nicht detektiert werden.Use of a primer / probe system after a of claims 16 to 19 or a reagent kit according to claim 20 for the detection of multiple target sequences, wherein the target-specific Primers differ in the 3 'range and thereby completely or incompletely complementary to the target sequence in the respective sample and thereby detected or not detected become. Verwendung eines Primer/Sondenystems nach einem der Ansprüche 16 bis 19 oder eines Reagenzienkits gemäß Anspruch 20 zum gleichzeitigen Nachweis von mehreren Targetsequenzen unter Verwendung unterschiedlicher Detektionssysteme, wobei die einzusetzenden targetspezifischen Primer Längenpolymorphismen enthalten und Fluorszenzmarkierungen enthalten können.Use of a primer / probe system after a of claims 16 to 19 or a reagent kit according to claim 20 for the simultaneous detection of multiple target sequences under Use of different detection systems, wherein the used target-specific primer length polymorphisms and may contain fluorescent labels. Verwendung eines Primer/Sondenystems nach einem der Ansprüche 16 bis 19 oder eines Reagenzienkits gemäß Anspruch 20, wobei die Targetsequenzen durch Echtzeitfluoreszenzanalyse, durch Elektrophorese oder durch Hybridisierung ohne Amplifikation der Targetsequenz, durch Hybridisierung nach der Amplifikation der Targetsequenz oder durch Hybridisierung während der Amplifikation der Targetsequenz erfasst werden.Use of a primer / probe system after a of claims 16 to 19 or a reagent kit according to claim 20, where the target sequences are determined by real-time fluorescence analysis, by electrophoresis or by hybridization without amplification the target sequence, by hybridization after amplification of the Target sequence or by hybridization during amplification the target sequence are detected. Verwendung eines Primer/Sondenystems nach einem der Ansprüche 16 bis 19 oder eines Reagenzienkits gemäß Anspruch 20, in einem Mikroarray, welches die Sonden als Fangsonden oder eine Teilmenge eines Primers als Fangprimer immobilisiert umfasst.Use of a primer / probe system after a of claims 16 to 19 or a reagent kit according to claim 20, in a microarray, which uses the probes as capture probes or a subset of a primer immobilized as capture primer comprises. Gerätesystem zur Durchführung von Real-Time PCR-Reaktionen, das vollautomatisch computermäßig steuerbar ist, umfassend: – Thermocycler, der einen Reaktionsbereich mit mehreren temperierbaren Aufnahmen für Reaktionsgefäße aufweist, – gegebenenfalls ein Immobilisierungsystem für Mikropartikel, – dem Reaktionsbereich zugeordnete Beleuchtungseinrichtungen (LED und/oder Laser) mit denen Anregungslicht strahlbar ist, – Detektoreinrichtung, die in Abhängigkeit von einer gemessenen Lichtintensität Messwerte erzeugt, mit Optikeinrichtungen, – ggf. eine Referenzeinrichtung, die einen Referenzwert erzeugt, – Auswerteeinrichtungen, wobei Reaktionsgefäße verwendet werden, die einen optisch transparenten Gefäßboden und/oder Gefäßdeckel mit geringer Eigenfluoreszenz umfassen, welche die fluoreszenzoptische Auswertung während der thermozyklischen oder isothermischen Durchführung der Nachweisreaktion ermöglichen.Device system for implementation Real-time PCR reactions that can be controlled fully automatically by computer is, comprising: - Thermocycler, which has a reaction area with several temperature-sensitive receptacles for reaction vessels, - possibly an immobilization system for microparticles, - the Reaction area associated lighting devices (LED and / or Laser) with which excitation light can be radiated, - detector device, depending on a measured light intensity Generated measured values, with optical devices, - possibly. a reference device that generates a reference value, - evaluation facilities, in which Reaction vessels are used which have an optical transparent vessel bottom and / or tube lid with low intrinsic fluorescence, which are the fluorescence optical Evaluation during the thermocyclic or isothermal Enable the detection reaction. Gerätesystem zur simultanen Detektion von Targetsequenzen während der Amplifikation der Targetsequenzen nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgefäße einen Mikroarray darstellen, welches die Sonden als Fangsonden immobilisiert über zufällig oder systematisch in der Reaktionsumgebung verteilte Messpunkte umfasst, an die die Targetsequenzen über die immobilisierten Fangsonden hybridisieren, bildgebend fluoreszenzoptisch erfasst, dekodiert und vermessen werden und wobei die Reaktionsumgebung thermozyklisch steuerbar ist, vorzugsweise mittels Peltierelementen, Luftstrom, Wasserbad, Wärmestrahlung oder Mikrowellen.Device system for the simultaneous detection of Target sequences during the amplification of the target sequences according to claim 26, characterized in that the reaction vessels represent a microarray which immobilizes the probes as capture probes distributed randomly or systematically in the reaction environment Measuring points to which the target sequences on the immobilized capture probes hybridize, imaging fluorescence optics be detected, decoded and measured and the reaction environment thermocyclic is controllable, preferably by means of Peltier elements, air flow, Water bath, heat radiation or microwaves. Gerätesystem nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgefäße Messpunkte umfassen, wobei als Messpunkte Mikropartikel, vorzugsweise fluoreszenzkodierte, eingesetzt werden, die Fangsonden tragen und durch Schwerkraft, magnetische Kräfte oder durch chemische oder physikalische Bindung am Gefäßboden permanent oder während der Dauer des Messvorganges immobilisiert sind.Device system according to claim 26 or 27, characterized in that the reaction vessels comprise measuring points, with microparticles, preferably fluorescence-coded, being used as measuring points, carry the capture probes and are immobilized by gravity, magnetic forces or by chemical or physical bonding to the vessel bottom permanently or for the duration of the measurement process. Gerätesystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefäßboden transparent oder nichttransparent ist und der Gefäßdeckel transparent, wobei die Messung durch den transparenten Gefäßboden von unten oder von oben und durch den nichttransparenten Gefäßboden von oben durchgeführt wird.Device system according to one of the claims 26 to 28, characterized in that the vessel bottom is transparent or non-transparent and the vessel lid transparent, with the measurement through the transparent vessel bottom from below or from above and through the non-transparent vessel bottom from above. Reaktionsgefäß zur PCR mit transparentem Gefäßboden.Reaction vessel for PCR with transparent Vessel bottom. Verwendung eines Gerätesystems gemäß einem der Ansprüche 26 bis 30 zur fluoreszenzoptischen Auswertung während der thermozyklischen oder isothermischen Durchführung der Nachweisreaktion mittels Auflicht und Durchlichtfluoreszenz.Use of a device system according to a of claims 26 to 30 for fluorescence optical evaluation during thermocyclic or isothermal conduct the detection reaction by incident light and transmitted light fluorescence. Immuno-PCR bei der die Multiplex-Immunreaktion unter Verwendung nicht fluoreszierenden Beads, porösen oder nichtporösen flächigen oder stäbchenförmigen Trägermaterialien erfolgt und in einem zweiten Reaktionsschritt die Analytspezifischen Amplifikationsprodukte an fluoreszenzkodierten Mikropartikeln entsprechend Anspruch 1–27 nachgewiesen werden.Immuno-PCR in the multiplex immune reaction under Use non-fluorescent beads, porous or non-porous flat or rod-shaped carrier materials takes place and in a second reaction step the analyte-specific Amplification products of fluorescence-coded microparticles accordingly Claims 1-27 be demonstrated.
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