DE102014010333A1 - Method for detecting at least one target analyte in a sample - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis wenigstens eines Zielanalyten in einer Probe, wobei A) ein an eine feste Oberfläche immobilisierter Komplex ausgebildet wird, umfassend a) ein Fänger-Bindemolekül, das den Zielanalyten spezifisch bindet; b) den nachzuweisenden Zielanalyten; c) ein Reporter-Bindemolekül, wobei das Reporter-Bindemolekül (aa) ein Bindemolekül und (bb) eine daran gebundene doppelsträngige Reporter DNA aufweist, wobei die Reporter DNA in zumindest einem ihrer Stränge i) eine erste Sequenz mit einer Erkennungssequenz für eine Nicking-Endonuklease aufweist, und ii) 3' davon eine zweite Sequenz aufweist, die als für das Reporter-Bindemolekül spezifischer Sequenz-Tag dient; B) der gebildete Komplex gewaschen wird; und C) eine Nicking-Endonuklease und eine Polymerase, die eine Strang-Verdrängungs-Aktivität aber keine 5' nach 3 Exonuklease-Aktivität aufweist, zugegeben wird und eine isothermale Amplifikation des Sequenz-Tags erfolgt, indem wiederholt die Nicking-Endonuklease ihre Erkennungssequenz erkennt und einen Nick in die erste Sequenz der Reporter DNA einführt, so dass ein freies 3' OH Ende erzeugt wird, das 5' des Sequenz-Tags liegt und der Nick durch die Polymerase mit zum Gegenstrang komplementären Nukleotiden unter gleichzeitiger Verdrängung des Sequenz-Tags aus dem Doppelstrang aufgefüllt wird; D) der verdrängte Sequenz-Tag detektiert wird, wodurch der Nachweis des Zielanalyten in der Probe erfolgt. Ferner werden Kits und Systeme zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt.The invention relates to a method for detecting at least one target analyte in a sample, wherein A) a complex immobilized on a solid surface is formed comprising a) a scavenger binding molecule that specifically binds the target analyte; b) the target analyte to be detected; c) a reporter binding molecule, wherein the reporter binding molecule (aa) has a binding molecule and (bb) a double-stranded reporter DNA bound thereto, the reporter DNA in at least one of its strands i) having a first sequence with a recognition sequence for a nicking And ii) 3 'thereof has a second sequence serving as the reporter binding molecule specific sequence tag; B) the complex formed is washed; and C) adding a nicking endonuclease and a polymerase which has strand displacement activity but no 5 'to 3% exonuclease activity and isothermal amplification of the sequence tag by repeatedly recognizing the recognition sequence of the nicking endonuclease and introduce a nick into the first sequence of the reporter DNA to produce a free 3 'OH end that is 5' of the sequence tag and the nick through the polymerase with complementary nucleotides to the complementary strand, with concomitant displacement of the sequence tag the double strand is filled up; D) the displaced sequence tag is detected, thereby detecting the target analyte in the sample. Furthermore, kits and systems for carrying out the method are provided.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis wenigstens eines Zielanalyten in einer Probe, das auf dem Prinzip eines Immunoassays basiert. Das Verfahren kann auf einfache Weise automatisiert durchgeführt und bspw. auch in bestehende automatisierte Systeme/Geräte zum Nachweis von Nukleinsäuren integriert werden. Dies ermöglicht es, für eine Probe auf einer Automationsplattform sowohl einen Nachweis auf Nukleinsäurebasis (NAT = nucleic acid testing) als auch einen Immunoassaybasierten Nachweis wenigstens eines Zielanalyten durchzuführen. Ferner werden ein Kit sowie ein entsprechendes automatisiertes System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt.The present invention relates to a method for detecting at least one target analyte in a sample based on the principle of an immunoassay. The method can be carried out automatically in a simple manner and, for example, can also be integrated into existing automated systems / devices for the detection of nucleic acids. This makes it possible to carry out nucleic acid-based (NAT) detection as well as immunoassay-based detection of at least one target analyte for a sample on an automation platform. Furthermore, a kit and a corresponding automated system for carrying out the method according to the invention are provided.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Bekannte Verfahren zum Nachweis von Zielanalyten wie beispielsweise Proteinen, Metaboliten, Pathogenen u. ä., basieren oftmals auf dem Prinzip eines Immunoassays. Die bekannteste Ausführungsform ist der enzyme-linked immuno absorbent assay (ELISA). Bei einem ELISA werden Fänger-Antikörper (oder andere geeignete Fänger-Bindemoleküle) an eine feste Oberfläche immobilisiert, um spezifisch einen Zielanalyten aus einer komplexen Probe zu binden. Die feste Oberfläche kann beispielsweise das Innere eines Reaktionsgefäßes, wie beispielsweise einer Mikrotiterplatte, sein. Die ungebundene Probe wird weggewaschen und im Anschluss wird ein Reporter-Antikörper zugegeben, der den Zielanalyten spezifisch bindet (direkter ELISA). Oder es wird ein Detektions-Antikörper, der spezifisch für den Zielanalyten ist sowie ein Reporter-Antikörper, der den Detektions-Antikörper bindet, zugegeben (indirekter ELISA). Bei beiden Varianten wird ein Komplex ausgebildet, der das Fänger-Bindemolekül, den Zielanalyten und den Reporter-Antikörper aufweist. Diese Verfahren werden auch „Sandwich” Verfahren genannt. Im klassischen ELISA ist der Reporter-Antikörper mit einem Enzym markiert (bspw. Peroxidase oder alkalische Phosphatase), mit dem eine Nachweisreaktion durchgeführt wird. Die Enzymaktivität wird bestimmt und ist direkt proportional zu der Menge an gebundenen Zielanalyten. Eine Vielzahl von Varianten dieses Verfahrens sind im Stand der Technik bekannt.Known methods for the detection of target analytes such as proteins, metabolites, pathogens u. Ä., Are often based on the principle of an immunoassay. The best known embodiment is the enzyme-linked immunoabsorbent assay (ELISA). In an ELISA, capture antibodies (or other suitable capture binding molecules) are immobilized on a solid surface to specifically bind a target analyte from a complex sample. The solid surface may be, for example, the interior of a reaction vessel, such as a microtiter plate. The unbound sample is washed away and subsequently a reporter antibody is added which specifically binds the target analyte (direct ELISA). Or, a detection antibody specific for the target analyte and a reporter antibody that binds the detection antibody are added (indirect ELISA). In both variants, a complex is formed which has the capture binding molecule, the target analyte and the reporter antibody. These methods are also called "sandwich" methods. In the classical ELISA, the reporter antibody is labeled with an enzyme (for example peroxidase or alkaline phosphatase) with which a detection reaction is carried out. The enzyme activity is determined and is directly proportional to the amount of bound target analyte. A variety of variations of this process are known in the art.
Eine Weiterentwicklung des klassischen ELISA ist bspw. die Immuno-PCR, bei der der Enzym-markierte Reporter-Antikörper durch einen Oligonukleotid (beispielsweise DNA) markierten Antikörper ersetzt wurde. Das Oligonukleotid dient anstelle des Enzyms als Marker. Das Oligonukleotid wird im Anschluss an die Komplexbildung mittels einer PCR amplifiziert und nachgewiesen (siehe beispielsweise
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher, ein alternatives Verfahren zum Nachweis wenigstens eines Zielanalyten bereitzustellen. Auch war es eine Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das auf einfache Weise automatisiert werden kann und bspw. auch in bestehende automatisierte Systeme, die Nukleinsäuren aufreinigen können, integriert werden kann.An object of the present invention was therefore to provide an alternative method for detecting at least one target analyte. It was also an object to provide a method that can be easily automated and, for example, can also be integrated into existing automated systems that can purify nucleic acids.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Nachweis wenigstens eines Zielanalyten in einer Probe bereit, bei der ein mit einer doppelsträngigen Reporter DNA markiertes Reporter-Bindemolekül eingesetzt wird. Die doppelsträngige Reporter DNA weist in zumindest einem ihrer Stränge eine erste Sequenz mit einer Erkennungssequenz für eine Nicking-Endonuklease und 3' davon eine zweite Sequenz auf, die als ein für das Reporter-Bindemolekül spezifischer Sequenz-Tag dient. Dieser Sequenz-Tag wird mittels eines speziellen isothermalen Amplifikationsverfahrens vervielfältigt und detektiert, wodurch die Anwesenheit (oder Abwesenheit) des Zielanalyten nachgewiesen wird. Das Verfahren hat den Vorteil, dass es hochspezifisch ist, für Multiplex-Analysen geeignet und aufgrund seiner einfachen Verfahrensführung auch gut in bestehende automatisierte Systeme integriert werden kann. Es ist ferner für Lab an Chip (LoC) Anwendungen und entsprechende Systeme einsetzbar. Im Unterschied zur Immuno-PCR sind unterschiedliche Temperaturstufen bei der Amplifikation nicht erforderlich, was erhebliche Vorteile mit sich bringt. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit, die doppelsträngige DNA für die Amplifikation aufzuschmelzen und verschiedene Temperaturstufen einzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist hinsichtlich der Anforderungen für die Prozessierung Ähnlichkeiten mit einer Nukleinsäurepräparation auf und kann aus diesem Grund auf einfache Weise in bestehende automatisierte Systeme, die für die Isolierung und ggf. Nachweis von Nukleinsäuren ausgerichtet sind, integriert werden. Dadurch wird ferner auch ein automatisiertes System bereitgestellt, das es ermöglicht, sowohl Nukleinsäuren als auch andere Zielanalyten nachzuweisen. Dies ermöglicht den automatisierten Nachweis mehrerer diagnostischer Targets, wie bspw. Nukleinsäuren, Proteine, Metabolite und Organismen mittels automatisierter Prozessabläufe. Das Verfahren kann beispielsweise zur Detektion von Mikroorganismen, insbesondere Pathogenen, eingesetzt werden. Damit wird u. a. auch ein diagnostisches System bereitgestellt, das die Durchführung einer Vielzahl von unterschiedlichen Tests erlaubt. Die Flexibilität bezüglich der Anwendungsvielfalt ist ein bedeutender Vorteil im klinischen Labor.The present invention provides a method for detecting at least one target analyte in a sample using a reporter binding molecule labeled with a double-stranded reporter DNA. The double-stranded reporter DNA has in at least one of its strands a first sequence with a recognition sequence for a nicking endonuclease and 3 'of which has a second sequence which serves as a sequence tag specific for the reporter binding molecule. This sequence tag is amplified and detected by a specific isothermal amplification method, thereby detecting the presence (or absence) of the target analyte. The method has the advantage that it is highly specific, suitable for multiplex analysis and, due to its simple process control, can also be integrated well into existing automated systems. It is also applicable to Lab to Chip (LoC) applications and related systems. In contrast to immuno-PCR, different temperature levels are not required during the amplification, which brings considerable advantages. In particular, there is no need to melt the double-stranded DNA for amplification and to set different temperature levels. With regard to the requirements for the processing, the method according to the invention has similarities with a nucleic acid preparation and for this reason can be integrated in a simple manner into existing automated systems which are oriented for the isolation and if necessary detection of nucleic acids. This also makes an automated A system is provided which makes it possible to detect both nucleic acids and other target analytes. This allows the automated detection of multiple diagnostic targets, such as nucleic acids, proteins, metabolites and organisms by means of automated processes. The method can be used for example for the detection of microorganisms, in particular pathogens. Among other things, it provides a diagnostic system that allows you to perform a variety of different tests. Flexibility in application diversity is a significant advantage in the clinical laboratory.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Nachweis wenigstens eines Zielanalyten in einer Probe bereitgestellt, wobei bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
- A) ein an eine feste Oberfläche immobilisierter Komplex ausgebildet wird, umfassend
- a) ein Fänger-Bindemolekül, das den Zielanalyten spezifisch bindet;
- b) den nachzuweisenden Zielanalyten;
- c) ein Reporter-Bindemolekül, wobei das Reporter-Bindemolekül (aa) ein Bindemolekül und (bb) eine daran gebundene doppelsträngige Reporter DNA aufweist, wobei die Reporter DNA in zumindest einem ihrer Stränge i) eine erste Sequenz mit einer Erkennungssequenz für eine Nicking-Endonuklease aufweist, und ii) 3' davon eine zweite Sequenz aufweist, die als für das Reporter-Bindemolekül spezifischer Sequenz-Tag dient;
- B) der gebildete Komplex gewaschen wird; und
- C) eine Nicking-Endonuklease und eine Polymerase, die eine Strang-Verdrängungs-Aktivität aber keine 5' nach 3' Exonuklease-Aktivität aufweist, zugegeben wird und eine isothermale Amplifikation des Sequenz-Tags erfolgt, indem wiederholt die Nicking-Endonuklease ihre Erkennungssequenz erkennt und einen Nick in die erste Sequenz der Reporter DNA einführt, so dass ein freies 3' OH Ende erzeugt wird, das 5' des Sequenz-Tags liegt und der Nick durch die Polymerase mit zum Gegenstrang komplementären Nukleotiden unter gleichzeitiger Verdrängung des Sequenz-Tags aus dem Doppelstrang aufgefüllt wird; und
- D) der verdrängte Sequenz-Tag detektiert wird, wodurch der Nachweis des Zielanalyten in der Probe erfolgt.
- A) a complex immobilized on a solid surface is formed, comprising
- a) a capture binding molecule that specifically binds the target analyte;
- b) the target analyte to be detected;
- c) a reporter binding molecule, wherein the reporter binding molecule (aa) has a binding molecule and (bb) a double-stranded reporter DNA bound thereto, the reporter DNA in at least one of its strands i) having a first sequence with a recognition sequence for a nicking And ii) 3 'thereof has a second sequence serving as the reporter binding molecule specific sequence tag;
- B) the complex formed is washed; and
- C) adding a nicking endonuclease and a polymerase which has strand displacement activity but no 5 'to 3' exonuclease activity and isothermal amplification of the sequence tag by repeatedly recognizing the recognition sequence of the nicking endonuclease and introduce a nick into the first sequence of the reporter DNA to produce a free 3 'OH end that is 5' of the sequence tag and the nick through the polymerase with complementary nucleotides to the complementary strand, with concomitant displacement of the sequence tag the double strand is filled up; and
- D) the displaced sequence tag is detected, thereby detecting the target analyte in the sample.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Kit zum Nachweis wenigstens eines Zielanalyten in einer Probe bereitgestellt, enthaltend:
- A) wenigstens ein Fänger-Bindemolekül, das den Zielanalyten spezifisch bindet und
- B) wenigstens ein Reporter-Bindemolekül, wobei das Reporter-Bindemolekül (aa) ein Bindemolekül und (bb) eine daran gebundene doppelsträngige Reporter DNA aufweist, wobei die Reporter DNA in zumindest einem ihrer Stränge i) eine erste Sequenz mit einer Erkennungssequenz für eine Nicking-Endonuklease aufweist, und ii) 3' davon eine zweite Sequenz aufweist, die als für das Reporter-Bindemolekül spezifischer Sequenz-Tag dient.
- A) at least one capture binding molecule that specifically binds to the target analyte, and
- B) at least one reporter binding molecule, wherein the reporter binding molecule (aa) comprises a binding molecule and (bb) a double-stranded reporter DNA bound thereto, the reporter DNA in at least one of its strands i) having a first sequence with a recognition sequence for a nicking And ii) 3 'thereof has a second sequence serving as the reporter binding molecule specific sequence tag.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines automatisierten Systems zum Nachweis eines oder mehrerer Zielanalyten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens.According to a third aspect, the present invention relates to the use of an automated system for detecting one or more target analytes by means of the method according to the invention.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Verfahren zum Nachweis wenigstens eines Zielanalyten in einer Probe Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Nachweis wenigstens eines Zielanalyten in einer Probe gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Der Begriff „Nachweis” umfasst die Bestimmung der An- oder Abwesenheit des Zielanalyten in der Probe und erlaubt in Ausführungsformen auch eine quantitative Bestimmung der Menge des Zielanalyten in einer Probe. Die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend erläutert.Method for detecting at least one target analyte in a sample According to a first aspect, a method for detecting at least one target analyte in a sample according to
Schritt A)Step A)
In Schritt A) wird ein an eine feste Oberfläche immobilisierter Komplex ausgebildet, umfassend
- a) ein Fänger-Bindemolekül, das den Zielanalyten spezifisch bindet;
- b) den nachzuweisenden Zielanalyten;
- c) ein Reporter-Bindemolekül, wobei das Reporter-Bindemolekül (aa) ein Bindemolekül und (bb) eine daran gebundene doppelsträngige Reporter DNA aufweist, wobei die Reporter DNA in zumindest einem ihrer Stränge i) eine erste Sequenz mit einer Erkennungssequenz für eine Nicking-Endonuklease aufweist, und ii) 3' davon eine zweite Sequenz aufweist, die als für das Reporter-Bindemolekül spezifischer Sequenz-Tag dient.
- a) a capture binding molecule that specifically binds the target analyte;
- b) the target analyte to be detected;
- c) a reporter binding molecule, wherein the reporter binding molecule (aa) has a binding molecule and (bb) a double-stranded reporter DNA bound thereto, the reporter DNA in at least one of its strands i) having a first sequence with a recognition sequence for a nicking And ii) 3 'thereof has a second sequence serving as the reporter binding molecule specific sequence tag.
Die Ausbildung des Komplexes kann analog den im Stand der Technik bekannten Immunoassay-Verfahren erfolgen. Nicht-beschränkende Ausführungsformen werden nachfolgend erläutert.The formation of the complex can be carried out analogously to the immunoassay method known in the prior art. Non-limiting embodiments are explained below.
Das Fänger-Bindemolekül erkennt und bindet den Zielanalyten spezifisch. Als Fänger-Bindemolekül kann bspw. ein Antikörper eingesetzt werden. Geeignete Alternativen für zielanalytspezifische Bindemoleküle sind dem Fachmann bekannt und nicht beschränkende Beispiele werden auch nachfolgend beschrieben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fänger-Bindemolekül an die feste Oberfläche eines Trägermaterials, wie beispielsweise eines Reaktionsgefäßes, eines „Wells” einer Mikrotiterplatte, eines Partikels oder ähnliches angebunden und ist entsprechend an dieser Oberfläche immobilisiert. Die Bindung des Fänger-Bindemoleküls an die Oberfläche kann kovalent oder nicht kovalent sein. Die feste Oberfläche kann beispielsweise mit dem Fänger-Bindemolekül beschichtet sein. Entsprechende Ausführungsformen zur Immobilisierung eines Fänger-Bindemoleküls (bspw. einen Antikörper) an eine feste Oberfläche, wie bspw. das Innere eines Reaktionsgefäßes (bspw. Boden und/oder Seitenwände) oder an einen Partikel, insbesondere einen magnetischen Partikel, sind dem Fachmann auch aus den Immunoassay Verfahren des Standes der Technik bekannt. Diese können auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommen.The capture binding molecule specifically recognizes and binds the target analyte. For example, an antibody can be used as catcher binding molecule. Suitable alternatives for target-analyte-specific binding molecules are known to the person skilled in the art and nonlimiting examples are also described below. According to a preferred embodiment, the scavenger binding molecule is attached to the solid surface of a support material, such as a reaction vessel, a "well" of a microtiter plate, a particle or the like and is correspondingly on this surface immobilized. The binding of the scavenger binding molecule to the surface may be covalent or non-covalent. The solid surface may, for example, be coated with the scavenger binding molecule. Corresponding embodiments for immobilizing a scavenger binding molecule (for example an antibody) on a solid surface, such as, for example, the interior of a reaction vessel (for example bottom and / or side walls) or on a particle, in particular a magnetic particle, are also known to the person skilled in the art the immunoassay method of the prior art. These can also be used in the context of the method according to the invention.
Das Reporter-Bindemolekül weist (aa) ein Bindemolekül (beispielsweise einen Antikörper) und (bb) eine daran gebundene doppelsträngige Reporter DNA auf. Die Reporter DNA weist in zumindest einem ihrer Stränge eine erste Sequenz mit einer Erkennungssequenz für eine Nicking-Endonuklease auf. Vorzugsweise liegt diese erste Sequenz im 3' Bereich des Stranges (siehe auch Figuren). Vorzugsweise weist die gesamte Reporter DNA nur eine entsprechende Erkennungssequenz auf. Ferner weist die Reporter DNA 3' von der ersten Sequenz eine zweite Sequenz auf, die als für das Reporter-Bindemolekül spezifischer Sequenz-Tag dient. Der Nachweis erfolgt über eine isothermale Amplifikation dieses Sequenz-Tags, wie nachfolgend im Detail erläutert wird. Der Sequenz-Tag ist eine die Reporter DNA charakterisierende Kennzeichnungssequenz. Beispielsweise kann der Sequenz-Tag eine Länge von mindestens 12 Nukleotiden, beispielsweise 15 bis 100 Nukleotide, 18 bis 50 Nukleotide oder 25 bis 35 Nukleotide aufweisen. Der Sequenz-Tag weist vorzugsweise keine Dimere oder Haarnadeln ausbildende Sequenzmotive auf. Dieser Sequenz-Tag wird in Schritt D) spezifisch detektiert. Das Reporter-Bindemolekül kann auch zwei oder entsprechende Reporter-DNAs aufweisen, um die Signalstärke zu erhöhen. Eine solche Ausführungsform ist von dem Begriff „Reporter-Bindemolekül” umfasst.The reporter binding molecule has (aa) a binding molecule (for example, an antibody) and (bb) a double-stranded reporter DNA bound thereto. The reporter DNA has a first sequence with a recognition sequence for a nicking endonuclease in at least one of its strands. Preferably, this first sequence is in the 3 'region of the strand (see also figures). Preferably, the entire reporter DNA has only one corresponding recognition sequence. Further, the reporter DNA 3 'from the first sequence has a second sequence which serves as a specific sequence tag for the reporter binding molecule. The detection is carried out via an isothermal amplification of this sequence tag, as explained in detail below. The sequence tag is a tag sequence characterizing the reporter DNA. For example, the sequence tag may have a length of at least 12 nucleotides, for example 15 to 100 nucleotides, 18 to 50 nucleotides or 25 to 35 nucleotides. The sequence tag preferably has no dimers or hairpin forming sequence motifs. This sequence tag is specifically detected in step D). The reporter binding molecule may also have two or corresponding reporter DNAs to increase signal strength. Such an embodiment is encompassed by the term "reporter binding molecule".
Die doppelsträngige Reporter DNA kann eine beliebige Länge aufweisen, sofern die nachfolgende Amplifikation ermöglicht wird. Wichtig ist, dass sie die erste Sequenz und die zweite Sequenz aufweist, um eine Erkennungssequenz für die Nicking-Endonuklease und den Sequenz-Tag bereitzustellen. Sie kann grundsätzlich auch aus diesen Sequenzen bestehen. Gemäß einer Ausführungsform liegen die erste und zweite Sequenz im 3' Bereich des entsprechenden Stranges der Reporter DNA. Vorzugsweise weist die doppelsträngige Reporter DNA eine Länge von 25 bis 500 bp auf, bspw. 35 bis 350 bp oder 50 bis 250 bp. Der Begriff „doppelsträngige Reporter DNA” umfasst selbstverständlich auch Ausführungsformen, bei der zusätzlich einzelsträngige Bereiche vorliegen. Wichtig ist, dass der Bereich der Reporter DNA, der die erste Sequenz (enthaltend die Erkennungssequenz für eine Nicking-Endonuklease) und die zweite Sequenz (Sequenz-Tag) bereitstellt, doppelsträngig vorliegt. Die doppelsträngige Reporter DNA ist an das Bindemolekül angebunden, um so das Reporter-Bindemolekül bereitzustellen.The double-stranded reporter DNA can be of any length, provided the subsequent amplification is possible. Importantly, it has the first sequence and the second sequence to provide a recognition sequence for the nicking endonuclease and the sequence tag. In principle, it can also consist of these sequences. In one embodiment, the first and second sequences are in the 3 'region of the corresponding strand of the reporter DNA. Preferably, the double-stranded reporter DNA has a length of 25 to 500 bp, for example 35 to 350 bp or 50 to 250 bp. Of course, the term "double-stranded reporter DNA" also encompasses embodiments in which additionally single-stranded regions are present. Importantly, the portion of the reporter DNA that provides the first sequence (containing the recognition sequence for a nicking endonuclease) and the second sequence (sequence tag) is double-stranded. The double-stranded reporter DNA is attached to the binding molecule to provide the reporter binding molecule.
Verschiedene Verfahren sind im Stand der Technik bekannt, die es ermöglichen, DNA an ein Bindemolekül, wie beispielsweise einen Antikörper, zu koppeln. Die Anheftung der Reporter DNA an das Bindemolekül kann kovalent oder nicht kovalent erfolgen. Sie sollte ausreichend stabil sein, um die nachfolgende Prozessierung durchführen zu können. Solche Verfahren sind bspw. im Zusammenhang mit den bekannten Immuno-PCR Verfahren beschrieben und können zum Einsatz kommen, um die erfindungsgemäße Reporter DNA an das Bindemolekül zu heften. Bspw. kann eine mit Biotin markierte Reporter DNA eingesetzt werden. Das Bindemolekül (bspw. Antikörper) wird mit einem Biotin bindenden Molekül markiert (bspw. Avidin oder Streptavidin), so dass dieses die mit Biotin versehende Reporter DNA binden kann. Ferner können linkerbasierte Systeme zum Einsatz kommen. Geeignete Verfahren zur Anheftung einer als Marker dienenden DNA sind beispielsweise auch in der
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bindet das Reporter-Bindemolekül den nachzuweisenden Zielanalyten ebenfalls spezifisch, analog einem direkten ELISA-Prinzip. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich noch ein weiteres Bindemolekül wie bspw. einen weiteren Antikörper einzusetzen, der den Zielanalyten spezifisch bindet sowie ein Reporter-Bindemolekül, das dann dieses weitere Bindemolekül spezifisch bindet, analog einem indirekten ELISA-Prinzip. Auch können zwei oder mehr Reporter-Bindemoleküle eingesetzt werden, die gegen den gleichen Zielanalyten (bzw. den gleichen weiteren Antikörper) gerichtet sind, aber bspw. einen anderen Bereich des Zielanalyten erkennen. Entsprechende Reporter-Bindemoleküle, die den gleichen Zielanalyten erkennen, weisen vorzugsweise den gleichen Sequenz-Tag bzw. die gleiche Reporter DNA auf. Auch solche Ausführungsformen sind erfindungsgemäß umfasst.According to a preferred embodiment, the reporter binding molecule also specifically binds the target analyte to be detected, analogously to a direct ELISA principle. However, it is also possible to additionally use another binding molecule such as, for example, another antibody which specifically binds the target analyte and a reporter binding molecule which then specifically binds this further binding molecule, analogously to an indirect ELISA principle. It is also possible to use two or more reporter binding molecules which are directed against the same target analyte (or the same further antibody, respectively) but, for example, recognize a different region of the target analyte. Appropriate Reporter binding molecules that recognize the same target analyte preferably have the same sequence tag or reporter DNA. Such embodiments are also included according to the invention.
Gemäß einer Ausführungsform bindet zunächst das Fänger-Bindemolekül den nachzuweisenden Zielanalyten und, sofern das Fänger-Bindemolekül bereits immobilisiert an eine feste Oberfläche vorliegt, immobilisiert dadurch den nachzuweisenden Zielanalyten an der festen Oberfläche, wie bspw. dem Inneren eines Reaktionsgefäßes oder die äußere Oberfläche eines Partikels. Bereits an dieser Stelle können ein oder mehrere Waschschritte durchgeführt werden, um bspw. überschüssiges Probenmaterial zu entfernen. Im Anschluss kann dann das korrespondierende Reporter-Bindemolekül hinzu gegeben werden, um den entsprechenden Komplex enthaltend alle drei Komponenten auszubilden. Es ist jedoch auch möglich, zunächst das Reporter-Bindemolekül zu der Probe zu geben oder das Fänger-Bindemolekül und das Reporter-Bindemolekül werden zur gleichen Zeit zugegeben. Sofern die Komplexbildung zunächst in Lösung erfolgte, kann auch im Anschluss die Immobilisierung des Komplexes an eine feste Oberfläche erfolgen. Wenn das Fänger-Bindemolekül nicht bereits an eine feste Oberfläche immobilisiert vorliegt, kann bspw. auch der ausgebildete Komplex an einen festen Träger immobilisiert werden, beispielsweise über das Reporter-Bindemolekül oder weitere Bindemoleküle, die den Komplex bzw. einzelne Komponenten davon erkennen und dadurch an eine feste Oberfläche immobilisieren können, sofern sie bspw. selber immobilisiert vorliegen. Es ist jedoch bevorzugt, dass das den Zielanalyten spezifisch bindende Fänger-Bindemolekül bereits an einen festen Träger gebunden und damit immobilisiert vorliegt. Hier kann letztlich auf die bekannten Verfahrensführungen aus dem Bereich ELISA und Immuno-PCR zurückgegriffen werden.In one embodiment, the scavenger binding molecule first binds the target analyte to be detected and, if the scavenger binding molecule is already immobilized on a solid surface, immobilizes the target analyte to be detected on the solid surface, such as the inside of a reaction vessel or the outside surface of a particle , Already at this point, one or more washing steps can be carried out to remove, for example, excess sample material. Subsequently, the corresponding reporter binding molecule can then be added to form the corresponding complex containing all three components. However, it is also possible to first add the reporter binding molecule to the sample, or the capture binding molecule and the reporter binding molecule are added at the same time. If the complex formation initially took place in solution, the immobilization of the complex on a solid surface can also take place subsequently. If the capture binding molecule is not already immobilized on a solid surface, for example, the complex formed can also be immobilized on a solid support, for example via the reporter binding molecule or other binding molecules which recognize the complex or individual components thereof and thereby immobilize a solid surface, provided they are, for example, immobilized itself. However, it is preferred that the capture analyte binding specifically to the target analyte is already bound to a solid support and thus immobilized. In the end, it is possible to make use of the known process guides from the field of ELISA and immuno-PCR.
Der Begriff „Bindemolekül” bezieht sich insbesondere auf jegliche Moleküle, die in der Lage sind, eine Zielsubstanz spezifisch zu binden. Im Falle des Fänger-Bindemoleküls ist das der Zielanalyt. Üblicherweise bindet ein solches Bindemolekül seine Zielsubstanz mit einer höheren Bindungsaffinität, als es an andere Substanzen bindet. Geeignete Ausführungsformen sind dem Fachmann wohlbekannt. Beispiele umfassen bspw. Antikörper, wobei der Begriff ”Antikörper” wie hier verwendet neben Antikörpern voller Länge auch Antikörperfragmente, wie beispielsweise Fab, F(ab'), Sub.2, ScFv, Fv Diabodies, lineare Antikörper sowie monoklonale Antikörper, polyklonale Antikörper und single-chain Antikörper umfasst. Auch andere Bindemoleküle können eingesetzt werden, sofern sie in der Lage sind, einen Zielanalyten spezifisch zu binden, beispielsweise genannt seien Nukleinsäure Liganden sowie Lipokaline, wie beispielsweise Antikaline. Geeignete Bindemoleküle sind auch in
Der Zielanalyt kann von unterschiedlicher Natur sein. Der Zielanalyt ist ein Molekül, gegen das ein Bindemolekül, wie beispielsweise ein Antikörper, generiert werden kann. Der Zielanalyt kann beispielsweise ein Protein, Polypeptid, Hapten, Kohlenhydrat, Lipid, Zelle, Mikroorganismus, Bakterien, Plasmodien, Viren, Viroide, Prionen, Hefen, Pilze, Metaboliten, Pathogene oder ähnliches sein oder von den vorstehenden Materialien abgeleitet sein. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Zielanalyten um eine Substanz, die aus Pilzen, Viren, Mikroorganismen, Hefen, Pflanzen, Tieren oder Menschen generiert wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch eingesetzt werden, um kleinere organische Verbindungen wie beispielsweise Medikamente, Metabolite, Farbstoffe oder ähnliches nachzuweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann letztlich die gleichen Zielanalyten wie ein ELISA oder eine Immuno-PCR nachweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher insbesondere in der Diagnostik eingesetzt werden.The target analyte can be of a different nature. The target analyte is a molecule against which a binding molecule, such as an antibody, can be generated. The target analyte may be, for example, a protein, polypeptide, hapten, carbohydrate, lipid, cell, microorganism, bacteria, plasmodia, viruses, viroids, prions, yeasts, fungi, metabolites, pathogens or the like or derived from the above materials. In one embodiment, the target analyte is a substance generated from fungi, viruses, microorganisms, yeasts, plants, animals or humans. However, the method of the invention can also be used to detect smaller organic compounds such as drugs, metabolites, dyes or the like. The method according to the invention can ultimately detect the same target analytes as an ELISA or an immuno-PCR. The method according to the invention can therefore be used in particular in diagnostics.
Die den Zielanalyten enthaltende Probe kann beispielsweise eine biologische Probe sein. Nicht abschließende Beispiele sind nachfolgend genannt. Beispielsweise kann die Probe eine Körperflüssigkeit sein, ein Zellkulturmedium, eine Gewebeprobe, oder aber auch ein Lysat, Homogenat oder Extrakt, sowie teilweise oder ganz aufgereinigte Proteine oder andere biologische Moleküle und Mischungen davon. Die Probe kann beispielsweise aus einem Menschen, Tier, Pflanze oder Mikroorganismus stammen. Beispielhaft zu nennen sind als Proben zum Beispiel Körperflüssigkeiten, Blut, Serum, Plasma, Leukozytenfraktion, Sputum, Sperma, Faeces, forensische Proben, Abstriche, Punktate, Biopsien, Gewebeproben, Gewebeteiler, Organe, Lebensmittelproben, Umweltproben, Pflanzen, Tumorgewebe, Zerebrospinalflüssigkeit, Urin, Lymphe und andere Sekretionen des respiratorischen Systems oder des Magen-Darm-Traktes, Tränen, Spucke, Milch, weiße Blutzellen, Mylomas und ähnliches, sowie Fragmente, Bestandteile oder daraus abgeleitete Zusammensetzungen, die den/die Zielanalyten enthalten bzw. in Verdacht stehen, diesen enthalten zu können.The sample containing the target analyte may be, for example, a biological sample. Non-exhaustive examples are listed below. For example, the sample may be a body fluid, a cell culture medium, a tissue sample, or else a lysate, homogenate or extract, and partially or completely purified proteins or other biological molecules and mixtures thereof. The sample may be derived from, for example, a human, animal, plant or microorganism. Examples which may be mentioned are, for example, body fluids, blood, serum, plasma, leukocyte fraction, sputum, sperm, faeces, forensic samples, smears, punctates, biopsies, tissue samples, tissue separators, organs, food samples, environmental samples, plants, tumor tissue, cerebrospinal fluid, urine , Lymph and others Secretions of the respiratory system or gastrointestinal tract, tears, sputum, milk, white blood cells, myomas and the like, as well as fragments, components or derived compositions containing or suspected of containing the target analyte (s) ,
Die feste Oberfläche wird durch ein geeignetes Trägermaterial bereitgestellt. Hierfür kann jegliches Trägermaterial genutzt werden, welches dazu geeignet ist, das Fänger-Bindemolekül bzw. die gebildeten Komplexe zu immobilisieren. Geeignete feste Oberflächen werden beispielsweise durch Wells einer Platte, wie beispielsweise einer Mikrotiterplatte, das Innere von Reaktionsgefäßen (bspw. Innenwände und/oder Boden), Partikel, Membrane und ähnliches bereitgestellt. Dem Fachmann sind entsprechende feste Oberflächen und Trägermaterialien aus den im Stand der Technik eingesetzten Immunoassays (bspw. ELISA und Immuno-PCR) bekannt.The solid surface is provided by a suitable carrier material. For this purpose, any support material can be used which is suitable for immobilizing the capture binding molecule or the complexes formed. Suitable solid surfaces are provided, for example, by wells of a plate, such as a microtiter plate, the interior of reaction vessels (eg, interior walls and / or bottom), particles, membranes, and the like. The person skilled in the art is aware of corresponding solid surfaces and carrier materials from the immunoassays used in the prior art (for example ELISA and immuno-PCR).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Fänger-Bindemolekül vorzugsweise immobilisiert, bspw. gebunden, an magnetischen Partikeln vor. Dies erlaubt die Prozessierung des an das Fänger-Bindemolekül gebundenen Zielanalyten mittels eines Magneten, was Vorteile bei der Prozessführung hat. So können bspw. automatisierte Systeme eingesetzt werden, die Magnetpartikel prozessieren können. Geeignete Systeme sind dem Fachmann bekannt.According to a preferred embodiment, the capture binding molecule is preferably immobilized, for example bound, to magnetic particles. This allows the processing of the target analyte bound to the capture binding molecule by means of a magnet, which has advantages in process control. Thus, for example, automated systems can be used that can process magnetic particles. Suitable systems are known to the person skilled in the art.
Nach Schritt A) liegt ein entsprechender Komplex enthaltend das Fänger-Bindemolekül, den Zielanalyten und das Reporter-Bindemolekül vor, so dass die Anwesenheit des Zielanalyten nachfolgend auf Basis der Reporter DNA des gebundenen Reporter-Bindemoleküls nachgewiesen werden kann.After step A), a corresponding complex containing the capture binding molecule, the target analyte and the reporter binding molecule is present, so that the presence of the target analyte can subsequently be detected on the basis of the reporter DNA of the bound reporter binding molecule.
Schritt B)Step B)
In Schritt B) wird der gebildete Komplex zunächst gewaschen, um Verunreinigungen, wie beispielsweise ungebundene Reporter-Bindemoleküle und etwaige Probenreste etc. wegzuwaschen. Geeignete Waschpuffer sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus Sandwich Immuno-PCR-Verfahren. Vorzugsweise werden zwei oder mehr Waschschritte durchgeführt.In step B), the complex formed is first washed to wash away contaminants such as unbound reporter binding molecules and any sample residues, etc. Suitable washing buffers are known to the person skilled in the art, for example from sandwich immuno-PCR methods. Preferably, two or more washing steps are performed.
Schritt C)Step C)
In Schritt C) wird die Reporter DNA durch isothermale Amplifikation des Sequenz-Tags nachgewiesen. Hierzu wird bspw. der gebildete Komplex enthaltend das Fänger-Bindemolekül, den Zielanalyten und das Reporter-Bindemolekül mit einer Nicking-Endonuklease sowie einer Polymerase in Kontakt gebracht. Hierfür können die gewaschenen Komplexe zunächst in einen geeigneten Puffer aufgenommen werden, in welchem die Polymerase und die Nicking-Endonuklease aktiv sind und entsprechend die Amplifikation durchgeführt werden kann. Die eingesetzte Polymerase weist eine Strang-Verdrängungs-Aktivität aber keine 5' nach 3' Exonuklease-Aktivität auf. Die isothermale Amplifikation des Sequenz-Tags erfolgt indem die Nicking-Endonuklease ihre Erkennungssequenz erkennt und einen Nick und damit einen Einzelstrangbruch in die erste Sequenz der Reporter DNA einführt, wodurch ein freies 3' OH Ende in dem Strang erzeugt wird. Der Nick liegt 5' des Sequenz-Tags. Dieser Nick wird dann durch die Polymerase mit zum Gegenstrang komplementären Nukleotiden aufgefüllt, wodurch der Sequenz-Tag aus dem Doppelstrang verdrängt wird. Dies läuft wiederholt ab, so dass es zu einer Amplifikation des Sequenz-Tags kommt, der nach der Freisetzung (Verdrängung) aus dem Doppelstrang dann in einzelsträngiger Form vorliegt.In step C) the reporter DNA is detected by isothermal amplification of the sequence tag. For this purpose, for example, the complex formed containing the scavenger binding molecule, the target analyte and the reporter binding molecule is brought into contact with a nicking endonuclease and a polymerase. For this purpose, the washed complexes can first be taken up in a suitable buffer in which the polymerase and the nicking endonuclease are active and, accordingly, the amplification can be carried out. The polymerase used has a strand displacement activity but no 5 'to 3' exonuclease activity. The isothermal amplification of the sequence tag is accomplished by the nicking endonuclease recognizing its recognition sequence and introducing a nick, and thus a single strand break, into the first sequence of the reporter DNA, thereby creating a free 3 'OH end in the strand. The nick is 5 'of the sequence tag. This nick is then filled in by the polymerase with complementary nucleotides to the complementary strand, whereby the sequence tag is displaced from the duplex. This is repeated, so that there is an amplification of the sequence tag, which is then in single-stranded form after the release (displacement) from the duplex.
Die eingesetzte Nicking-Endonuklease erkennt eine Erkennungssequenz, die in der ersten Sequenz der Reporter–DNA liegt. 3' von dieser ersten Sequenz liegt der Sequenz-Tag. Wie ausgeführt, liegt zumindest dieser Bereich der Reporter DNA doppelsträngig vor. Je nach Art der Nicking-Endonuklease wird in oder neben dieser Erkennungssequenz ein Nick in den Doppelstrang eingeführt, wodurch die 5'-3' Phosphodiester-Bindung zwischen zwei Nukleotiden hydrolytisch gespalten wird. Die Nicking-Endonuklease wirkt also als Phosphodiesterase, so dass in den Doppelstrang ein Einzelstrangbruch vor dem Sequenz-Tag eingefügt wird. Dadurch wird ein freies 3'-OH Ende erzeugt, welches als Ansatzpunkt für die Polymerase dient. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird immer nur ein Strang des Doppelstranges geschnitten, und zwar der Strang, auf dem sich die Erkennungssequenz für die Nicking-Endonuklease sowie der zu verdrängende Sequenz-Tag befindet. Der andere (komplementäre) Strang bleibt intakt. Endonukleasen, die nicht nur einen Strang des Doppelstranges, sondern beide schneiden, sind für das erfindungsgemäße Verfahren nicht geeignet. Geeignete Nicking-Endonuklease sind im Stand der Technik bekannt, bspw. Nt.BstNBI, Nt.BspQI, Nb.BbvCI, Nb.BsmI, Nb.BsrDI, Nb.BtsI, Nt.AlwI, Nt.BbvCI, Nt.CviPII, Nt.BsmAI, Nb.Bpu10I und Nt.Bpu10I. Weitere Ausführungsformen sind dem Fachmann bekannt.The inserted nicking endonuclease recognizes a recognition sequence located in the first sequence of the reporter DNA. 3 'of this first sequence is the sequence tag. As stated, at least this portion of the reporter DNA is double-stranded. Depending on the type of nicking endonuclease, a nick is introduced into or in addition to this recognition sequence in the double strand, whereby the 5'-3 'phosphodiester bond between two nucleotides is hydrolytically cleaved. The nicking endonuclease thus acts as a phosphodiesterase, so that a single-strand break is inserted in the double strand before the sequence tag. This produces a free 3'-OH end which serves as a starting point for the polymerase. In the process according to the invention, only one strand of the double strand is cut at a time, namely the strand on which the recognition sequence for the nicking endonuclease and the sequence tag to be displaced are located. The other (complementary) strand remains intact. Endonucleases that cut not only one strand of the double strand, but both are not suitable for the process according to the invention. Suitable nicking endonucleases are known in the art, for example Nt.BstNBI, Nt.BspQI, Nb.BbvCI, Nb.BsmI, Nb.BsrDI, Nb.BtsI, Nt.AlwI, Nt.BbvCI, Nt.CviPII, Nt .BsmAI, Nb.Bpu10I and Nt.Bpu10I. Further embodiments are known to the person skilled in the art.
Der eingeführte Nick wird von einer Polymerase, die eine Strang-Verdrängungs-Aktivität besitzt aber keine 5' nach 3'-Exonuklease-Aktivität aufweist, erkannt. Eine Polymerase im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Enzym zur Nukleinsäure-Replikation und/oder zur Nukleinsäure-Reparatur. Die Polymerase füllt den Nick am freien 3'OH Ende beginnend mit Nukleotiden auf, die komplementär zum ungeschnittenen Gegenstrang sind. Die Polymerisationsreaktion erfolgt immer in 5' nach 3'-Richtung. Während dieses Prozesses wird durch die Strangverdrängungsaktivität der Polymerase der 3' vom Nick liegende Sequenz-Tag aus dem Doppelstrang verdrängt. Der Sequenz-Tag liegt dadurch unhybridisiert als Einzelstrang vor. Geeignete Polymerasen sind beispielsweise alle Polymerasen, die eine Strangverdrängungsaktivität, aber gleichzeitig keine 5' nach 3'-Exonuklease-Aktivität besitzen. Die Polymerase ist eine DNA-Polymerase. Geeignete Beispiele umfassen Vent exo-, Deep Vent exo-, Bst exo-, dem Klenow Fragment der DNA Polymerase I, Phi29 DNA Polymerase und 9° Nm DNA Polymerase. Weitere geeignete DNA-Polymerasen sind dem Fachmann auch geläufig.The introduced nick is recognized by a polymerase that has strand displacement activity but no 5 'to 3' exonuclease activity. A polymerase in the context of the present invention is an enzyme for nucleic acid replication and / or for nucleic acid repair. The polymerase fills the nick at the free 3'OH end starting with nucleotides that are complementary to the uncut counterstrand. The polymerization reaction always takes place in 5 'to 3' direction. During this process is through the Strand displacement activity of the polymerase displaces the 3 'of the Nick sequence tag from the double strand. The sequence tag is thus unhybridized as a single strand. Suitable polymerases are, for example, all polymerases which have a strand displacement activity but at the same time have no 5 'to 3' exonuclease activity. The polymerase is a DNA polymerase. Suitable examples include Vent exo, Deep Vent exo, Bst exo, the Klenow fragment of DNA polymerase I, Phi29 DNA polymerase and 9 ° Nm DNA polymerase. Other suitable DNA polymerases are also familiar to the person skilled in the art.
Nachdem der Nick durch die Polymerase erkannt und mit zum ungeschnittenen Gegenstrang komplementären Nukleotiden aufgefüllt wurde (was zur Verdrängung des Sequenz-Tags führt), liegt die Reporter DNA nun wieder als in diesem Bereich intakter Doppelstrang vor und besitzt wieder eine Erkennungssequenz für eine Nicking-Endonuklease sowie einen Sequenz-Tag. Die Reporter DNA weist folglich in diesem Bereich wieder dieselbe Nukleinsäuresequenz auf wie vor der Einführung des Nicks durch die Nicking-Endonuklease, so dass der Vorgang der Einführung eines Nicks durch die Nicking-Endonuklease, das Auffüllen des Nicks und die Verdrängung des Sequenz-Tags durch die Polymerase beliebig oft wiederholt werden kann (was bspw. durch die Reaktionsdauer gesteuert werden kann), was zur isothermalen Amplifikation des Sequenz-Tags führt. Die Amplifikation ist dabei linear.After the nick has been recognized by the polymerase and filled in with nucleotides complementary to the uncut counterstrand (which leads to the displacement of the sequence tag), the reporter DNA is again present as a double strand that is intact in this region and again has a recognition sequence for a nicking endonuclease as well as a sequence tag. The reporter DNA thus again has the same nucleic acid sequence in this region as before the introduction of the nick by the nicking endonuclease, so that the process of introducing a nick by the nicking endonuclease, the filling of the nick and the displacement of the sequence tag by the polymerase can be repeated as often as desired (which, for example, can be controlled by the duration of the reaction), resulting in isothermal amplification of the sequence tag. The amplification is linear.
Vorzugsweise arbeiten die Nicking-Endonuklease und die Polymerase in einem ähnlichen Temperaturbereich, was bei der isothermalen Amplifikation aufgrund der leichten Prozessführung vorteilhaft ist. Geeignete Temperaturbereiche für eine isothermale Amplifikation sind dem Fachmann bekannt und ergeben sich aus der hiesigen Beschreibung.Preferably, the nicking endonuclease and the polymerase work in a similar temperature range, which is advantageous in isothermal amplification because of the ease of process control. Suitable temperature ranges for an isothermal amplification are known to those skilled in the art and will be apparent from the description herein.
Die Menge des isothermal amplifizierten und freigesetzten Sequenz-Tags kann durch mehrere Einflussfaktoren moduliert werden. Einen großen Einfluss auf die erzielte Menge hat die Reaktionszeit, während der die isothermale Amplifikation des Sequenz-Tags abläuft. Je länger die Reaktionszeit, desto mehr Sequenz-Tags können normalerweise gebildet und entsprechend freigesetzt werden. Einen weiteren wichtigen Einflussfaktor stellt die Reaktionstemperatur dar. Wie bei allen enzymatischen Reaktionen erfolgt die Umsetzung umso effektiver und damit schneller, je mehr die Reaktionstemperatur mit dem Temperaturoptimum für die Aktivität der beteiligten Enzyme übereinstimmt. Die isothermale Amplifikation des Sequenz-Tags ist folglich umso effizienter, je ähnlicher die Temperaturoptima der beteiligten Enzyme, also der Nicking-Endonuklease und der Polymerase sind, und je besser die Reaktionstemperatur mit diesen Temperaturoptima übereinstimmt. Die Wahl der Reaktionstemperatur spielt auch noch in anderer Hinsicht eine Rolle für die Amplifikation des Sequenz-Tags. Liegt die Reaktionstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Sequenz-Tags an seinen Gegenstrang, so kann der Sequenz-Tag nach Einfügen des Nicks nur durch eine Polymerase mit Strang-Verdrängungs-Aktivität freigesetzt werden. Liegt die Reaktionstemperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Sequenz-Tags an seinen Gegenstrang, so ist dieses Hybrid nach Einfügen des Nicks ggf. so instabil, dass der Sequenz-Tag auch ohne eine Polymerase mit Strang-Verdrängungs-Aktivität freigesetzt werden kann. In diesem Fall wird der Sequenz-Tag nicht aktiv verdrängt, sondern passiv freigesetzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reaktionstemperatur für die isothermale Amplifikation so gewählt, dass der Sequenz-Tag durch die Strang-Verdrängungs-Aktivität der Polymerase freigesetzt wird, um zu gewährleisten, dass parallel zur Freisetzung des Sequenz-Tags der Nick mit komplementären Nukleotiden wieder aufgefüllt worden ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Reaktionstemperatur bei der isothermalen Amplifikation so gewählt, dass der Sequenz-Tag durch die Strang-Verdrängungs-Aktivität der Polymerase freigesetzt wird und dass die Reaktionstemperatur mit den Temperaturoptima der Nicking-Endonuklease und der Polymerase übereinstimmt. Entsprechende Bedingungen sind beispielsweise auch in der
Schritt D)Step D)
In Schritt D) erfolgt die Detektion des verdrängten Sequenz-Tags, wodurch auch der Nachweis des Zielanalyten in der Probe erfolgt. Die spezifische Detektion des amplifizierten Sequenz-Tags in Schritt D) erlaubt somit den spezifischen Nachweis der Reporter DNA und ermöglicht damit den spezifischen Nachweis der Anwesenheit (oder Abwesenheit) des Zielanalyten in der Probe. Auch sind quantitative Bestimmungen möglich.In step D) the detection of the displaced sequence tag takes place, whereby also the detection of the target analyte in the sample takes place. The specific detection of the amplified sequence tag in step D) thus allows the specific detection of the reporter DNA and thus allows specific detection of the presence (or absence) of the target analyte in the sample. Also, quantitative determinations are possible.
Gemäß einer Ausführungsform wird der isothermal amplifizierte Sequenz-Tag mittels einer Sonde, die gegen den Sequenz-Tag gerichtet ist, spezifisch detektiert. Die Sonde muss demzufolge zumindest in einem Teilbereich komplementär zum freigesetzten einzelsträngigen Sequenz-Tag sein, um an diesen hybridisieren zu können. Möglichkeiten zur Detektion des Hybrids aus Sequenz-Tag und Sonde sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik geläufig. Die Sonde ist vorzugsweise markiert, um die Detektion zu erleichtern. Sie kann hierfür unterschiedliche Modifikationen zwecks Markierung aufweisen, bspw. mittels eines oder mehrerer Fluoreszenzfarbstoffe, Quantum-Dots oder Gold-Nanopartikel. Weitere Möglichkeiten der Modifikation von Sonden, die die Detektion ermöglichen, sind dem Fachmann geläufig.In one embodiment, the isothermal amplified sequence tag is specifically detected by means of a probe directed against the sequence tag. The probe must therefore be complementary to the liberated single-stranded sequence tag at least in a partial region in order to be able to hybridize to it. Possibilities for detecting the hybrid of sequence tag and probe are known to those skilled in the art. The probe is preferably labeled to facilitate detection. For this purpose, it can have different modifications for the purpose of labeling, for example by means of one or more fluorescent dyes, quantum dots or gold nanoparticles. Other possibilities of modification of Probes which enable detection are familiar to the person skilled in the art.
Die Sonde ist vorzugsweise ein Oligonukleotid, vorzugsweise eine DNA-Sonde. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Sonde einen GC-gehalt von 40% bis 60%. Sie kann bspw. eine Schmelztemperatur von 48°C bis 74°C aufweisen. Sie kann auch modifizierte Nukleotide umfassen, sofern sie spezifisch an den Sequenz-Tag hybridisieren kann. Die Sonde kann beispielsweise eine Länge von mindestens 12 Nukleotiden, vorzugsweise wenigstens 15 Nukleotiden aufweisen. Geeignete Längen umfassen beispielsweise 10 bis 50 Nukleotide, 15 bis 40 Nukleotide, 20 bis 35 Nukleotide sowie 25 bis 30 Nukleotide. Es ist wie ausgeführt ausreichend, wenn die Sonde nur an einen Teilbereich des Sequenz-Tags hybridisiert. Sie kann auch länger als der Sequenz-Tag sein.The probe is preferably an oligonucleotide, preferably a DNA probe. In a further preferred embodiment, the probe has a GC content of 40% to 60%. It may, for example, have a melting temperature of 48 ° C to 74 ° C. It may also comprise modified nucleotides, provided that it can specifically hybridize to the sequence tag. The probe may, for example, have a length of at least 12 nucleotides, preferably at least 15 nucleotides. Suitable lengths include, for example, 10 to 50 nucleotides, 15 to 40 nucleotides, 20 to 35 nucleotides and 25 to 30 nucleotides. As stated, it is sufficient if the probe hybridizes only to a subarea of the sequence tag. It can also be longer than the sequence tag.
In einer Ausführungsform ist die Sonde mit wenigstens einem Fluoreszenzfarbstoff markiert und die Detektion erfolgt über die Messung der Fluoreszenzänderung, nachdem die Sonde an den freigesetzten Sequenz-Tag gebunden hat. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gehört die Sonde zur Klasse der Dual-labelled Probes. Dies sind Oligonukleotide, die mit einem Reporter-Fluorophor und einem Quencher gekoppelt sind. Die Nukleotide am 5'-Ende der Sonde sind zu denen am 3'-Ende komplementär, so dass sich eine charakteristische Sekundärstruktur wie beispielsweise eine Haarnadelstruktur ausbilden kann. Dieses Prinzip ist beispielsweise von Molecular Beacons bekannt, andere Beispiele sind Hydrolyse-Sonden, Taqman®-Sonden, Scorpion Primer und ähnliches. Entsprechende Ausführungsformen sind dem Fachmann geläufig.In one embodiment, the probe is labeled with at least one fluorescent dye and detection is via measurement of the fluorescence change after the probe has bound to the released sequence tag. In a preferred embodiment, the probe belongs to the class of dual-labeled probes. These are oligonucleotides coupled to a reporter fluorophore and a quencher. The nucleotides at the 5'-end of the probe are complementary to those at the 3'-end, so that a characteristic secondary structure such as a hairpin structure can form. This principle is known, for example, molecular beacons, other examples are hydrolysis probes Taqman ® probes, Scorpion primers and the like. Corresponding embodiments are familiar to the person skilled in the art.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Detektion des Sequenz-Tags durch eine Sonde mittels Schmelzkurvenanalyse. Bei einer Schmelzkurvenanalyse wird die doppelsträngige Nukleinsäure aufgeschmolzen, indem die Temperatur langsam und kontinuierlich erhöht wird. Bei einer für das Hybrid aus Sonde und Sequenz-Tag spezifischen Schmelztemperatur denaturiert der Doppelstrang zu zwei Einzelstrangmolekülen. Dadurch, dass einzelsträngige Nukleinsäuren bei 260 nm anderer Absorptionseigenschaften besitzen als doppelsträngige, lässt sich eine Schmelzkurvenanalyse bei 260 nm durchführen, ohne dass Farbstoffmarkierungen an der Sonde oder in doppelsträngige Nukleinsäuren interkalierende Substanzen zur Detektion erforderlich wären. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Schmelzkurvenanalyse mit Hilfe von für doppelsträngige DNA spezifische Farbstoffe, beispielsweise mit Hilfe von interkalierenden Fluoreszenzfarbstoffen. Bei der Schmelztemperatur denaturiert der Doppelstrang, der aus der Sonde und dem Sequenz-Tag gebildet wird, zu zwei einzelsträngigen Molekülen. Dabei wird der Fluoreszenzfarbstoff freigesetzt, und es wird eine Fluoreszenzabnahme registriert. Beispiele für doppelsträngige DNA interkalierende Fluoreszenzfarbstoffe sind SYBR® Green und EVAGREEN®. Dem Fachmann sind weitere Doppelstrang-DNA spezifische Fluoreszenzfarbstoffe bekannt, die für eine entsprechende Schmelzkurvenanalyse geeignet sind. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Schmelzkurvenanalyse mit Hilfe einer markierten Sonde. Beispiele für solch eine Markierung sind Fluoreszenzfarbstoffe oder Quantum-Dots. Dem Fachmann sind weitere Möglichkeiten zur Markierung der Sonde geläufig. In einer bevorzugten Ausführungsform wird mehr als ein Sequenz-Tag (und damit mehr als ein Zielanalyt) in einem Multiplexing-Ansatz detektiert. Gemäß einer Ausführungsform, werden entsprechend zwei oder mehr, bspw. wenigstens drei, wenigstens vier, wenigstens fünf oder wenigstens zehn unterschiedliche Zielanalyten in einem Multiplexing-Ansatz detektiert. In einer bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich die Nukleotidsequenz der Sequenz-Tags in ihrer Nukleotid-Abfolge in dem Maße, dass im Multiplexing-Ansatz entsprechend unterschiedliche Sonden spezifisch an ihre Sequenz-Tags hybridisieren und somit mehrere verschiedene Sequenz-Tags (und damit Zielanalyten) gleichzeitig in einem Reaktionsgefäß spezifisch detektiert werden können. Kreuz-Hybridisierungen können dadurch vermieden werden.In one embodiment, the detection of the sequence tag by a probe is performed by melting curve analysis. In a melting curve analysis, the double-stranded nucleic acid is melted by raising the temperature slowly and continuously. At a melting point that is specific for the hybrid of probe and sequence tag, the double strand denatures into two single-stranded molecules. By having single-stranded nucleic acids at 260 nm of absorption properties other than double-stranded, melting curve analysis at 260 nm can be performed without the need for dye labels on the probe or intercalating substances for detection in double-stranded nucleic acids. In a particularly preferred embodiment, the melting curve analysis is carried out with the aid of dyes which are specific for double-stranded DNA, for example with the aid of intercalating fluorescent dyes. At the melting temperature, the duplex formed from the probe and sequence tag denatures into two single-stranded molecules. In this case, the fluorescent dye is released, and it is registered a fluorescence decrease. Examples of double-stranded DNA intercalating fluorescent dyes SYBR ® Green and EvaGreen ®. The person skilled in the art is familiar with further double-stranded DNA-specific fluorescent dyes which are suitable for a corresponding melting curve analysis. In a further embodiment, the melting curve analysis is carried out with the aid of a labeled probe. Examples of such a label are fluorescent dyes or quantum dots. The skilled person is familiar with further possibilities for marking the probe. In a preferred embodiment, more than one sequence tag (and thus more than one target analyte) is detected in a multiplexing approach. According to one embodiment, correspondingly two or more, for example at least three, at least four, at least five or at least ten different target analytes are detected in a multiplexing approach. In a preferred embodiment, the nucleotide sequence of the sequence tags differs in their nucleotide sequence to the extent that in the multiplexing approach correspondingly different probes hybridize specifically to their sequence tags and thus several different sequence tags (and hence target analytes) simultaneously in a reaction vessel can be specifically detected. Cross hybridizations can be avoided.
Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich die Sequenz-Tags der verschiedenen Reporter-Bindemoleküle in ihrer Schmelztemperatur mit der dazugehörigen komplementären Sonde, so dass in einem Multiplexing-Ansatz aufgrund unterschiedlicher Schmelztemperaturen mehrere verschiedene Sequenz-Tags gleichzeitig detektiert werden können.According to one embodiment, the sequence tags of the various reporter binding molecules differ in their melting temperature with the associated complementary probe, so that in a multiplexing approach due to different melting temperatures several different sequence tags can be detected simultaneously.
Die Anzahl der in einem Multiplexing-Ansatz parallel analysierbaren Zielanalyten ergibt sich bspw. aus der Anzahl der unterschiedlichen Schmelztemperaturen, die durch das entsprechende Analysegerät voneinander unterschieden werden können, kombiniert mit der Anzahl der verschiedenen Fluoreszenzfarbstoffe, die bei unterschiedlichen Wellenlängen vom jeweiligen Analysegerät voneinander unterschieden werden können. Besitzen zwei Sequenz-Tags dieselbe Schmelztemperatur, wenn die komplementäre Sonde gebunden ist, so können diese dennoch gemeinsam in einem Multiplexing-Ansatz spezifisch detektiert und voneinander unterschieden werden, wenn ihre jeweiligen zugehörigen Sonden unterschiedliche Fluoreszenzfarbstoffe aufweisen, die bei unterschiedlicher Wellenlänge die Fluoreszenz emittieren, so dass diese in unterschiedlichen Fluoreszenzkanälen detektiert werden können. Dieses Prinzip ist selbstverständlich auch anwendbar, wenn sich die Sequenz-Tags in ihrer Schmelztemperatur unterscheiden. Umgekehrt können Sonden, die mit unterschiedlichen Sequenz-Tags hybridisieren, dieselbe Fluoreszenzmarkierung besitzen, wenn sich die Schmelztemperaturen der Hybride dieser Sonden mit ihrem zugehörigen Sequenz-Tag unterscheiden. Diese können dann im selben Fluoreszenzkanal detektiert werden, können aber durch ihre unterschiedlichen Schmelztemperaturen dennoch voneinander unterschieden werden.The number of target analytes which can be analyzed in parallel in a multiplexing approach results, for example, from the number of different melting temperatures which can be distinguished from one another by the corresponding analyzer, combined with the number of different fluorescent dyes which are distinguished from one another at different wavelengths by the respective analyzer can. If two sequence tags have the same melting temperature when the complementary probe is bound, they can nevertheless be specifically detected together and distinguished from one another in a multiplexing approach if their respective associated probes have different fluorescent dyes which emit the fluorescence at different wavelengths that these can be detected in different fluorescence channels. Of course, this principle is also applicable if the sequence tags differ in their melting temperature. Conversely, probes that hybridize with different sequence tags can have the same fluorescent label when the melting temperatures of the hybrids of these probes differ with their associated sequence tag. These can then be detected in the same fluorescence channel, but can still be distinguished from each other by their different melting temperatures.
Im Prinzip sind zur Detektion des Sequenz-Tags bspw. mittels einer geeigneten Sonde alle Vorrichtungen geeignet, die in der Lage sind, im entsprechenden Wellenlängenbereich Änderungen zu detektieren. Im Falle einer Schmelzkurvenanalyse ohne die Zugabe von Farbstoffen sind bspw. Geräte geeignet, die in der Lage sind, Absorptionsunterschiede in einem Wellenlängenbereich von etwa 260 nm zu messen. Als Beispiel sei ein UV-Spectrophotometer genannt. Dem Fachmann sind weitere geeignete Geräte geläufig. Erfolgt die Detektion des Sequenz-Tags mit Hilfe eines Fluoreszenzfarbstoffes, bspw. mittels einer entsprechend farbstoffmarkierte Sonde, so sind zur Detektion alle Geräte geeignet, die in der Lage sind, die Fluoreszenz der entsprechenden Wellenlänge zu messen. Zu diesen gehören bspw. Real-Time PCR-Cycler, deren Detektionseinheiten oder auch Spectrophotometer. Weitere geeignete technische Geräte sind dem Fachmann wohl bekannt. Entsprechende Einzelheiten zu möglichen einzusetzenden Sonden zwecks Nachweis eines freigesetzten Sequenz-Tags sowie Detektionsmöglichkeiten sind auch in der
Weitere AusführungsformenFurther embodiments
Gemäß einer Ausführungsform werden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei oder mehr unterschiedliche Zielanalyten parallel nachgewiesen. Hierfür werden für jeden nachzuweisenden Zielanalyten jeweils (wenigstens) ein spezifisches Fänger-Bindemolekül und (wenigstens) ein korrespondierendes Reporter-Bindemolekül eingesetzt. Wie ausgeführt bindet das Reporter-Bindemolekül vorzugsweise ebenfalls spezifisch an den Zielanalyten (analog einem direkten ELISA), es sind aber auch Varianten denkbar, bei denen wenigstens eine weiteres Bindemolekül eingesetzt wird, das die Bindung zwischen dem Zielanalyten und dem Reporter-Bindemolekül vermittelt (analog einem indirekten ELISA). Um die Bindung und damit Anwesenheit der verschiedenen Zielanalyten unterscheiden zu können, weisen die verschiedenen, parallel eingesetzten Reporter-Bindemoleküle unterschiedliche Reporter DNAs auf, die sich zumindest im Bereich des später zu detektierenden Sequenz-Tags voneinander unterscheiden. Dadurch wird für jedes eingesetzte Reporter-Bindemolekül jeweils ein anderer Sequenz-Tag freigesetzt, was eine Unterscheidung der verschiedenen gebundenen Zielanalyten innerhalb einer Reaktion ermöglicht. Dieses Prinzip ist auch in den Figuren erläutert. Zur Detektion der freigesetzten unterschiedlichen Sequenz-Tags werden vorzugsweise Sonden eingesetzt, die jeweils ihren Sequenz-Tag spezifisch binden. Die Sonden können unterschiedlich markiert sein, so dass sie entsprechend unterschiedliche Signale geben. Geeignete Ausführungsformen, die die parallele Detektion verschiedener Sequenz-Tags mittels geeigneter Sonden erlauben, wurden bereits oben beschrieben. Dies ermöglicht auf einfache Weise die parallele Detektion verschiedener Zielanalyten. Dies ist beispielsweise ein besonderer Vorteil, wenn man unterschiedliche Zielanalyten, bspw. unterschiedliche Pathogene, in einer Probe nachweisen möchte. So können beispielsweise in einem Fluoreszenzmessgerät mehrere Fluoreszenzen unter Echtzeitbedingungen gleichzeitig pro Kavität und damit Reaktion detektiert werden. Kombiniert mit einer DNA-Schmelzpunktanalyse wäre es auch möglich, 20 bis 30 unterschiedliche Zielanalyten pro Kavität zu bestimmen. Die Fähigkeit, eine Vielzahl unterschiedlicher Zielanalyten parallel in einer Probe nachzuweisen, ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.According to one embodiment, two or more different target analytes are detected in parallel by means of the method according to the invention. For this purpose, (at least) one specific capture binding molecule and (at least) one corresponding reporter binding molecule are used for each target analyte to be detected. As stated, the reporter binding molecule preferably also binds specifically to the target analyte (analogously to a direct ELISA), but variants are also conceivable in which at least one further binding molecule is used which mediates the binding between the target analyte and the reporter binding molecule (analogously an indirect ELISA). In order to be able to distinguish the binding and thus the presence of the various target analytes, the various reporter binding molecules used in parallel have different reporter DNAs which differ from each other at least in the region of the sequence tag to be detected later. This releases a different sequence tag for each reporter binding molecule used, allowing different bound target analytes to be distinguished within a single reaction. This principle is also explained in the figures. To detect the released different sequence tags preferably probes are used, each of which specifically bind their sequence tag. The probes can be labeled differently so that they give correspondingly different signals. Suitable embodiments which permit the parallel detection of different sequence tags by means of suitable probes have already been described above. This allows in a simple way the parallel detection of different target analytes. This is for example a particular advantage if you want to detect different target analytes, for example. Different pathogens in a sample. For example, in a fluorescence meter several fluorescences can be detected under real-time conditions simultaneously per cavity and thus reaction. Combined with a DNA melting point analysis, it would also be possible to determine 20 to 30 different target analytes per well. The ability to detect a variety of different target analytes in parallel in a sample is a particular advantage of the method of the invention.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erkennungssequenz für die Nicking-Endonuklease in den Reporter DNAs der verschiedenen Reporter-Bindemoleküle identisch, so dass in einem entsprechenden Multiplex-Ansatz nur eine Art Nicking-Endonuklease benötigt wird. Auch kann die gesamte erste Sequenz bzw. die gesamte Reporter DNA der verschiedenen Bindemoleküle – bis auf den charakteristischen Bereich des Sequenz-Tags – identisch sein.According to one embodiment, the recognition sequence for the nicking endonuclease in the reporter DNAs of the different reporter binding molecules is identical, so that in a corresponding multiplexing approach only one kind of nicking endonuclease is needed. Also, the entire first sequence or the entire reporter DNA of the various binding molecules - except for the characteristic area of the sequence tag - be identical.
Wie ausgeführt, ist das Fänger-Bindemolekül vorzugsweise an eine feste Oberfläche immobilisiert. Dies erleichtert die Prozessierung und damit Automatisierung des Verfahrens. Vorzugsweise ist das Fänger-Bindemolekül an magnetische Partikel immobilisiert, was die Prozessierung des gebundenen Zielanalyten erleichtert, wie sich auch aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ergibt. Die magnetischen Partikel können beispielsweise superparamagnetische, paramagnetische, ferrimagnetische oder ferromagnetische Eigenschaften aufweisen. Die magnetischen Partikel können auf einfache Weise durch Anlegen eines magnetischen Feldes prozessiert werden. Im Stand der Technik sind verschiedene Prozessierungsvarianten bekannt. So können die magnetischen Partikel beispielsweise am Boden oder an der Seite eines Reaktionsgefäßes gesammelt werden und der verbleibende Überstand wird abgenommen. Alternativ kann ein Magnet in die Probe eingeführt werden, an den die Magnetpartikel binden und so zusammen mit dem Magneten aus der Probe entfernt werden. Entsprechende Systeme, die auch aus der Prozessierung von Nukleinsäuren mittels magnetischer Partikel bekannt sind, können hier zum Einsatz kommen.As stated, the scavenger binding molecule is preferably immobilized on a solid surface. This facilitates the processing and thus automation of the process. Preferably, the scavenger binding molecule is immobilized on magnetic particles, which facilitates the processing of the bound target analyte, as is also apparent from the following examples. The magnetic particles may have, for example, superparamagnetic, paramagnetic, ferrimagnetic or ferromagnetic properties. The magnetic particles can be processed in a simple manner by applying a magnetic field. Various processing variants are known in the prior art. For example, the magnetic particles may be collected at the bottom or side of a reaction vessel and the remaining supernatant removed. Alternatively, a magnet may be introduced into the sample to which the magnetic particles bind and thus be removed from the sample along with the magnet. Corresponding systems, which are also known from the processing of nucleic acids by means of magnetic particles, can be used here.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- – Sammeln der Proben in einem Probenbehälter, der magnetische Partikel enthält, an die ein Fänger-Bindemolekül gebunden und damit immobilisiert vorliegt. Das Fänger-Bindemolekül, bei dem es sich vorzugsweise um einen Antikörper handelt, kann beispielsweise in getrockneter Form vorliegen, wodurch es für eine Lagerung geeignet ist. Eine entsprechende Ausführungsform eignet sich insbesondere auch für einen Einsatz in einem Kit-Format.
- – Inkubieren, so dass der Zielanalyt an das Fänger-Bindemolekül bindet. Sofern getrocknete magnetische Partikel eingesetzt werden, können diese durch die Zufuhr des Probenmaterials resuspendiert werden und das Fänger-Bindemolekül kann im Rahmen der Inkubation den in der Probe vorliegenden Zielanalyten binden.
- – Abtrennen des an die magnetischen Partikel immobilisierten Zielanalyten vom Rest der Probe durch Einsatz eines Magneten. Wie ausgeführt, können die magnetischen Partikel auf verschiedenste Art und Weise bei der Prozessierung gesammelt werden, gemäß einer Ausführungsform am Boden oder Rand des Probensammelgefäßes. Optional können die eingesammelten magnetischen Partikel ein oder mehrmals gewaschen werden, um Probenreste und entsprechend etwaige Verunreinigungen zu entfernen.
- – Die gesammelten magnetischen Partikel mit dem an das Fänger-Bindemolekül gebundenen Zielanalyten werden dann mit einem Reporter-Bindemolekül in Kontakt gebracht, wodurch der Komplex aus Fänger-Bindemolekül, Zielanalyten und Reporter-Bindemolekül ausgebildet wird, der entsprechend an die magnetischen Partikel gebunden vorliegt. Wie oben ausgeführt, kann die Bindung des Reporter-Bindemoleküls an den Zielanalyten entweder direkt oder indirekt über mindestens ein weiteres Bindemolekül erfolgen, wie es auch aus den klassischen ELISA-Verfahren bekannt ist. Um das Inkontaktbringen des Reporter-Bindemoleküls mit dem an das Fänger-Bindemolekül gebundenen Zielanalyten zu erleichtern, können die zuvor eingesammelten magnetischen Partikel beispielsweise zunächst in einem kleineren Volumen einer geeigneten Lösung, beispielsweise einem Puffer, resuspendiert werden. Hierfür können aus dem ELISA und Immuno-PCR Verfahren bekannte Puffer eingesetzt werden.
- – Abtrennen der an die magnetischen Partikel immobilisierten Komplexe durch Einsatz eines Magneten und Waschen der Komplexe.
- – Zugabe der Polymerase und der Nicking-Endonuklease zur isothermalen Amplifikation des Sequenz-Tags gemäß Schritt C) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die entsprechenden Komponenten sowie ferner Nukleotide und ein mit den eingesetzten Enzymen kompatibler Puffer können in beliebiger Reihenfolge hinzugegeben werden. Details zu dem Amplifikationsverfahren, wodurch die Anwesenheit des Zielanalyten nachgewiesen wird, wurden bspw. bereits oben geschildert.
- Collecting the samples in a sample container containing magnetic particles to which a scavenger binding molecule is bound and thus immobilized. The scavenger binding molecule, which is preferably an antibody, may be in dried form, for example, whereby it is suitable for storage. A corresponding embodiment is particularly suitable for use in a kit format.
- - Incubate so that the target analyte binds to the capture binding molecule. If dried magnetic particles are used, they can be resuspended by supplying the sample material and the capture binding molecule can bind the target analyte present in the sample as part of the incubation.
- Separating the target analyte immobilized on the magnetic particles from the remainder of the sample by use of a magnet. As stated, the magnetic particles may be collected in a variety of ways during processing, according to one embodiment at the bottom or edge of the sample collection vessel. Optionally, the collected magnetic particles may be washed one or more times to remove sample residue and, accordingly, any contaminants.
- The collected magnetic particles with the target analyte bound to the capture binding molecule are then contacted with a reporter binding molecule, thereby forming the complex of capture binding molecule, target analyte and reporter binding molecule that is appropriately bound to the magnetic particles. As stated above, the binding of the reporter binding molecule to the target analyte can be done either directly or indirectly via at least one other binding molecule, as is known from classical ELISA methods. For example, to facilitate contacting the reporter binding molecule with the target analyte bound to the capture binding molecule, the previously collected magnetic particles may first be resuspended in a smaller volume of a suitable solution, such as a buffer. For this purpose, known from the ELISA and immuno-PCR method known buffers can be used.
- - Separating the immobilized on the magnetic particles complexes by using a magnet and washing the complexes.
- - Addition of the polymerase and the nicking endonuclease for isothermal amplification of the sequence tag according to step C) of the method according to the invention. The corresponding components as well as further nucleotides and a buffer compatible with the enzymes used can be added in any order. For example, details of the amplification method to detect the presence of the target analyte have been described above.
Wie ausgeführt, dient das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer Ausführungsform dem Nachweis der An- oder Abwesenheit zwei oder mehr verschiedener Zielanalyten in einer Probe. Hierfür wird pro nachzuweisendem Zielanalyten jeweils ein Set umfassend (wenigstens) ein für den Zielanalyten spezifisches Fänger-Bindemolekül sowie (wenigstens) ein Reporter-Bindemolekül mit charakteristischem Sequenz-Tag eingesetzt. Die Reporter-Bindemoleküle, die jeweils dem Nachweis eines anderen Zielanalyten dienen, weisen folglich eine doppelsträngige Reporter DNA auf, bei denen sich zumindest der Sequenz-Tag von den Sequenz-Tags der anderen Reporter-Bindemoleküle, die parallel in einer Reaktion zum Einsatz kommen, unterscheidet. Dies ermöglicht eine Unterscheidung der amplifizierten Sequenz-Tags. Dadurch wird eine Unterscheidung zwischen den verschiedenen Reporter DNAs ermöglicht, so dass verschiedene Zielanalyten spezifisch nachgewiesen werden können. Zum Nachweis der verschiedenen amplifizierten Sequenz-Tags werden korrespondierende Sonden zugegeben, die jeweils spezifisch an ihren Sequenz-Tag hybridisieren können, aber nicht an die Sequenz-Tags der anderen Reporter DNAs. Einzelheiten zu den Proben und der Möglichkeiten zur Unterscheidung der verschiedenen Sonden, wie bspw. unterschiedliche Markierungen und/oder Schmelztemperaturen, wurden bereits oben beschrieben.As stated, according to one embodiment, the method according to the invention serves to detect the presence or absence of two or more different target analytes in a sample. For this purpose, one set comprising (at least) one capture binding molecule specific for the target analyte and (at least) one reporter binding molecule with a characteristic sequence tag are used per target analyte to be detected. The reporter binding molecules, which each serve to detect another target analyte, thus have a double-stranded reporter DNA in which at least the sequence tag of the sequence tags of the other reporter binding molecules used in parallel in a reaction, different. This allows differentiation of the amplified sequence tags. This allows differentiation between the different reporter DNAs so that different target analytes can be specifically detected. To detect the different amplified sequence tags, corresponding probes are added, each of which can hybridize specifically to its sequence tag, but not to the sequence tags of the other reporter DNAs. Details of the samples and the possibilities of distinguishing the various probes, such as different markings and / or melting temperatures, have already been described above.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden magnetische Partikel eingesetzt, die mit unterschiedlichen Fänger-Bindemolekülen, die jeweils unterschiedliche Zielanalyten binden können, versehen sind. Wie ausgeführt, können die magnetischen Partikel bspw. mit den Fänger-Bindemolekülen beschichtet werden, auch andere Ausführungsformen sind dem Fachmann bekannt, um Fänger-Bindemoleküle, wie bspw. Antikörper, an magnetische Partikel zu immobilisieren. Auf einem magnetischen Partikel können auch unterschiedliche Fänger-Bindemoleküle aufgebracht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden jedoch unterschiedliche Arten magnetischer Partikel eingesetzt, wobei die magnetischen Partikel jeweils nur mit einer Art Fänger-Bindemolekül versehen, bspw. beschichtet sind, wie es auch in den Ausführungsbeispielen beschrieben ist. Wie ausgeführt, handelt es sich bei den Bindemolekülen vorzugsweise um Antikörper.According to a preferred embodiment, magnetic particles are used which are provided with different scavenger binding molecules, each of which can bind different target analytes. As stated, the magnetic particles can be coated, for example, with the scavenger binding molecules, and other embodiments are known to those skilled in the art to immobilize scavenger binding molecules, such as antibodies, to magnetic particles. On a magnetic particle also different capture binding molecules can be applied. According to a preferred embodiment, however, different types of magnetic particles are used, wherein the magnetic particles each provided with only one type of capture binding molecule, for example. Coated, as it is also described in the embodiments. As stated, the binding molecules are preferably antibodies.
Sofern das Fänger-Bindemolekül nicht bereits immobilisiert an einer festen Oberfläche vorliegt, kann auch der Komplex aus Fänger-Bindemolekül und Zielanalyten, oder der finale Komplex umfassend das Fänger-Bindemolekül, den Zielanalyten und das Reporter-Bindemolekül nachträglich an eine feste Oberfläche immobilisiert werden. Entsprechende Ausführungsformen sind aus klassischen ELISA-Verfahren oder Immuno-PCR Verfahren bekannt und können auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden.If the capture binding molecule is not already immobilized on a solid surface, then the complex of capture binding molecule and target analyte, or the final complex comprising the capture binding molecule, the target analyte and the reporter binding molecule are subsequently immobilized on a solid surface. Corresponding embodiments are known from classical ELISA methods or immuno-PCR methods and can also be used in the context of the method according to the invention.
KitKit
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Kit zum Nachweis wenigstens eines Zielanalyten in einer Probe enthaltend:
- A) wenigstens ein Fänger-Bindemolekül, das den Zielanalyten spezifisch bindet und
- B) wenigstens ein Reporter-Bindemolekül, wobei das Reporter-Bindemolekül (aa) ein Bindemolekül und (bb) eine daran gebundene doppelsträngige Reporter DNA aufweist, wobei die Reporter DNA in zumindest einem ihrer Stränge i) eine erste Sequenz mit einer Erkennungssequenz für eine Nicking-Endonuklease aufweist, und ii) 3' davon eine zweite Sequenz aufweist, die als für das Reporter-Bindemolekül spezifischer Sequenz-Tag dient.
- A) at least one capture binding molecule that specifically binds to the target analyte, and
- B) at least one reporter binding molecule, wherein the reporter binding molecule (aa) comprises a binding molecule and (bb) a double-stranded reporter DNA bound thereto, the reporter DNA in at least one of its strands i) having a first sequence with a recognition sequence for a nicking And ii) 3 'thereof has a second sequence serving as the reporter binding molecule specific sequence tag.
Ein entsprechendes Kit ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt geeignet. Einzelheiten zu dem Fänger-Bindemolekül, dem Reporter-Bindemolekül, den Zielanalyten, der doppelsträngigen Reporter DNA, der ersten Sequenz und der zweiten Sequenz bzw. dem Sequenz-Tag sind oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert und wir verweisen auf die obige Offenbarung.A corresponding kit is suitable for carrying out the method according to the invention according to the first aspect. Details of the capture binding molecule, the reporter binding molecule, the target analyte, the double-stranded reporter DNA, the first sequence, and the second sequence are described above in the context of the method of the invention, and we refer to the above disclosure.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fänger-Bindemolekül, das einen Zielanalyten spezifisch bindet, an eine feste Oberfläche eines Trägers immobilisiert. Geeignete Ausführungsformen sind oben beschrieben und umfassen beispielsweise das Innere (bspw. Boden und/oder Wände) von Reaktionsgefäßen, Mikrotiterplatten, Partikel, Membrane o. ä.. Entsprechende Ausführungsformen sind dem Fachmann auch aus dem ELISA und Immuno-PCR Verfahren geläufig. Vorzugsweise ist das Fänger-Bindemolekül an Partikel gebunden, besonders bevorzugt an magnetische Partikel. Geeignete Ausführungsformen für entsprechende magnetische Partikel sind dem Fachmann bekannt.In a preferred embodiment, the capture binding molecule that specifically binds a target analyte is immobilized on a solid surface of a support. Suitable embodiments are described above and include, for example, the interior (eg bottom and / or walls) of reaction vessels, microtiter plates, particles, membranes or the like. Corresponding embodiments are also familiar to the person skilled in the art from the ELISA and immuno-PCR methods. Preferably, the scavenger binding molecule is bound to particles, more preferably magnetic particles. Suitable embodiments for corresponding magnetic particles are known to the person skilled in the art.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erlaubt das Kit den Nachweis von zwei oder mehr unterschiedlichen Zielanalyten. Dafür weist das Kit für jeden nachzuweisenden Zielanalyten ein für diesen Zielanalyten spezifisches Set umfassend ein Fänger-Bindemolekül, das den nachzuweisenden Zielanalyten spezifisch bindet, sowie ein korrespondierendes Reporter-Bindemolekül auf. Die verschiedenen Reporter-Bindemoleküle, die parallel zum Einsatz kommen, weisen jeweils eine doppelsträngige Reporter DNA auf, die sich zumindest im Bereich des Sequenz-Tags von den Reporter DNAs anderer im Kit enthaltender Reporter-Bindemoleküle, die parallel in einer Nachweisreaktion zum Einsatz kommen sollen, unterscheidet. Details zu dieser Ausführungsform wurden bereits oben beschrieben. Die sich unterscheidenden Sequenz-Tags erlauben es, zwischen den verschiedenen Reporter-Bindemolekülen und damit zwischen den verschiedenen in der Probe vorhandenen Zielanalyten zu unterscheiden. Vorzugsweise sind die bei der Amplifikation genutzten Erkennungssequenzen für die Nicking-Endonuklease in den verschiedenen Reporter DNAs identisch, so dass die gleiche Nicking-Endonuklease eingesetzt werden kann. Ferner umfasst ein solches für einen Zielanalyten spezifisches Set vorzugsweise wenigstens eine Sonde, die für den Sequenz-Tag der korrespondierenden Reporter DNA spezifisch ist.In a preferred embodiment, the kit allows the detection of two or more different target analytes. For this purpose, the kit has, for each target analyte to be detected, a kit specific for this target analyte, comprising a capture binding molecule that specifically binds the target analyte to be detected, and a corresponding reporter binding molecule. The various reporter binding molecules used in parallel each have a double-stranded reporter DNA which, at least in the region of the sequence tag, is to be used by the reporter DNAs of other reporter binding molecules contained in the kit, which are to be used in parallel in a detection reaction differentiates. Details of this embodiment have already been described above. The differing sequence tags make it possible to differentiate between the different reporter binding molecules and thus between the different target analytes present in the sample. Preferably, the recognition sequences used for the amplification for the nicking endonuclease in the different reporter DNAs are identical, so that the same nicking endonuclease can be used. Further, such set specific to a target analyte preferably comprises at least one probe specific for the sequence tag of the corresponding reporter DNA.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Kit zusätzlich eine Nicking-Endonuklease. Geeignete Ausführungsformen wurden im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben und sind dem Fachmann auch bekannt. Gemäß einer Ausführungsform weist das Kit ferner eine Polymerase auf, die eine Strang-Verdrängungs-Aktivität, aber keine 5' nach 3'-Exonuklease-Aktivität aufweist. Geeignete Polymerasen wurden oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben und können entsprechend in dem Kit enthalten sein. Vorzugsweise weist das Kit eine entsprechende Nicking-Endonuklease und eine entsprechende Polymerase auf.In one embodiment, the kit additionally comprises a nicking endonuclease. Suitable embodiments have been described in connection with the method according to the invention and are also known to the person skilled in the art. In one embodiment, the kit further comprises a polymerase having strand displacement activity but no 5 'to 3' exonuclease activity. Suitable polymerases have been described above in connection with the method according to the invention and may be included accordingly in the kit. Preferably, the kit has a corresponding nicking endonuclease and a corresponding polymerase.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kit ferner wenigstens eine gegen den Sequenz-Tag gerichtete Sonde auf. Diese ist vorzugsweise markiert, um eine einfache Detektion und ggf. auch Unterscheidung zwischen verschiedenen Sonden zu ermöglichen, bspw. wenn das Kit dem Nachweis von zwei oder mehr Zielanalyten dient. Gemäß einer Ausführungsform ist die Sonde mit wenigstens einem Fluorophor markiert. Geeignete Fluorophore sind dem Fachmann geläufig und können hier entsprechend zum Einsatz kommen. Sofern das Kit mehrere unterschiedliche Sonden zwecks Nachweises unterschiedlicher Sequenz-Tags aufweist, weisen diese vorzugsweise unterschiedliche Markierungen und/oder unterschiedliche Schmelztemperaturen im Hybrid mit dem korrespondierenden Sequenz-Tag auf, um eine Unterscheidung zu ermöglichen.In a preferred embodiment, the kit further comprises at least one probe directed against the sequence tag. This is preferably labeled to allow easy detection and possibly differentiation between different probes, for example when the kit is used to detect two or more target analytes. In one embodiment, the probe is labeled with at least one fluorophore. Suitable fluorophores are familiar to the person skilled in the art and can be used accordingly here. If the kit has several different probes for the purpose of detecting different sequence tags, these preferably have different markers and / or different melting temperatures in hybrid with the corresponding sequence tag in order to enable differentiation.
Ferner kann das Kit auch weitere Verbrauchsmaterialien enthalten, so beispielsweise Nukleotide für die Amplifikationsreaktion und/oder ein oder mehrere Puffer, bspw. Waschpuffer, Resuspensionspuffer und/oder Amplifikationspuffer.Furthermore, the kit may also contain other consumables, such as nucleotides for the amplification reaction and / or one or more buffers, for example washing buffer, resuspension buffer and / or amplification buffer.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Kit auch wenigstens ein Probensammelgefäß mit magnetischen Partikeln und daran gebundenen wenigstens ein Fänger-Bindemoleküle, wie bspw. einen Antikörper, auf. Sofern das Kit für den Nachweis eines Zielanalyten ausgerichtet ist, sind an die magnetischen Partikel eine Art Fänger-Bindemolekül gebunden, das entsprechend spezifisch für den Zielanalyten ist. Jedoch könnten auch unterschiedliche Fänger-Bindemoleküle eingesetzt werden, sofern diese jeweils spezifisch für den nachzuweisenden Zielanalyten sind (beispielsweise verschiedene Antikörper gegen das gleiche Target). Auch dies wird hier als Ausführungsform diskutiert, wo die magnetischen Partikel mit einem oder einer Art Fänger-Bindemolekül ausgestattet, beispielsweise beschichtet, sind, weil diese einen bestimmten Zielanalyten spezifisch binden.According to one embodiment, the kit also includes at least one sample collecting vessel magnetic particles and at least one scavenger binding molecule bound thereto, such as an antibody. Where the kit is designed to detect a target analyte, the magnetic particles are bound to a type of capture binding molecule that is specific for the target analyte. However, different capture binding molecules could also be used, as long as they are specific for the target analyte to be detected (for example, different antibodies to the same target). Again, this is discussed as an embodiment where the magnetic particles are endowed, for example coated, with one or one type of capture binding molecule, because they specifically bind a particular target analyte.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Probensammelgefäß zwei oder mehrere Arten magnetischer Partikel auf, die jeweils unterschiedliche Fänger-Bindemoleküle zum Nachweis verschiedener Zielanalyten aufweisen. Hierdurch wird ein Kit bereitgestellt, das es auf einfache Weise erlaubt, verschiedene Zielanalyten in einer Probe parallel zu detektieren. Gemäß einer Ausführungsform weist ein entsprechendes Probensammelgefäß folglich unterschiedliche Arten magnetischer Partikel auf, wobei jede Art Magnetpartikel mit einer Art Fänger-Bindemolekül funktionalisiert ist. Wie ausgeführt, können die Fänger-Moleküle beispielsweise an die magnetischen Partikel gebunden werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden die Magnetpartikel mit verschiedenen Arten Fänger-Bindemolekülen beschichtet, die gegen unterschiedliche Zielanalyten gerichtet sind. Gemäß dieser Ausführungsform können daher auch unterschiedliche Zielanalyten an einen Magnetpartikel binden.According to one embodiment, the sample collection vessel comprises two or more types of magnetic particles each having different capture binding molecules for detecting various target analytes. This provides a kit that allows you to easily detect different target analytes in a sample in parallel. Thus, according to one embodiment, a corresponding sample collection vessel has different types of magnetic particles, each type of magnetic particle being functionalized with a type of capture binding molecule. As stated, the capture molecules can be bound to the magnetic particles, for example. According to an alternative embodiment, the magnetic particles are coated with different types of capture binding molecules directed against different target analytes. Therefore, according to this embodiment, different target analytes can also bind to a magnetic particle.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Kit eine Kassette (cartridge) auf, die in ein automatisches System eingeführt werden kann, auf dem das erfindungsgemäße Verfahren ablaufen kann. Die entsprechende Kassette kann Probenbehältnisse mit folgenden Materialien aufweisen, die vorzugsweise auch in dieser Reihenfolge in der Kassette angeordnet sind:
- 1. Waschlösung;
- 2. Reporter-Bindemolekül, dieses liegt vorzugsweise in getrockneter und damit lagerungsfähiger Form vor;
- 3. Resuspensionslösung zur Resuspension der magnetischen Partikel; die Resuspensionslösung ist kompatibel mit den eingesetzten Bindemolekülen;
- 4. Waschlösung;
- 5. Reagenzienmischung enthaltend die Nicking-Endonuklease, die Polymerase mit Strang-Verdrängungs-Aktivität aber ohne 5'
nach 3 Exonuklease-Aktivität und ein oder mehrere Detektions-Sonden, sowie optional Nukleotide; vorzugsweise liegt die Reagenzienmischung in getrockneter Form vor; - 6. Resuspensionspuffer, dieser ist vorzugsweise kompatibel mit der Reagenzienmischung und den dort enthaltenen Enzymen, so dass dieser Puffer zur Resuspension der Reagenzienmischung genutzt werden kann, wenn diese in getrockneter Form vorliegt.
- 1. washing solution;
- 2. reporter binding molecule, this is preferably present in dried and thus storable form;
- 3. Resuspension solution for resuspending the magnetic particles; the resuspension solution is compatible with the binding molecules used;
- 4. washing solution;
- 5. reagent mixture containing the nicking endonuclease, the polymerase with strand displacement activity but without 5 'to 3 exonuclease activity and one or more detection probes, and optionally nucleotides; Preferably, the reagent mixture is in dried form;
- 6. Resuspension buffer, this is preferably compatible with the reagent mixture and the enzymes contained therein, so that this buffer can be used for resuspension of the reagent mixture when it is in dried form.
Automatisiertes System und VerwendungAutomated system and use
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines automatisierten Systems zum Nachweis eines oder mehrerer Zielanalyten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Einzelheiten wurden bereits erläutert und es wird auf die entsprechende Offenbarung verwiesen.According to a third aspect, the present invention relates to the use of an automated system for detecting one or more target analytes by means of the method according to the first aspect of the present invention. Details have already been explained and reference is made to the corresponding disclosure.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund der einfachen Verfahrensführung gut automatisierbar. Eine entsprechende automatisierte Prozessierung erlaubt eine CLIA (clinical laboratory improvement amendment) ”Waiver” oder eine ”Medium Complexity” Einstufung, was eine wesentliche Grundvoraussetzung für das Betreiben von diagnostischen Systemen beispielsweise in den USA darstellt.The inventive method is easy to automate due to the simple procedure. Corresponding automated processing permits a CLIA (clinical laboratory improvement amendment) "Waiver" or a "Medium Complexity" classification, which is an essential prerequisite for the operation of diagnostic systems, for example in the USA.
Gemäß einer Ausführungsform weist das automatisierte System mindestens eine Einheit zur Probenprozessierung auf, bspw. um die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Pipettierschritte durchführen zu können. Wie ausgeführt liegt das Fänger-Bindemolekül vorzugsweise an magnetische Partikel gebunden vor, um eine Prozessierung mittels eines magnetischen Feldes zu erlauben. Daher weist das Gerät gemäß einer Ausführungsform wenigstens einen Magneten auf, der es erlaubt, die magnetischen Partikel zu prozessieren.According to one embodiment, the automated system has at least one unit for sample processing, for example in order to be able to carry out the pipetting steps required for carrying out the method according to the invention. As stated, the scavenger binding molecule is preferably bound to magnetic particles to permit processing by means of a magnetic field. Therefore, according to one embodiment, the device has at least one magnet which allows the magnetic particles to be processed.
Ferner weist das automatisierte System wenigstens ein Heizmodul auf, bspw. um die Temperatureinstellung für die isothermale Amplifikation und ggf. eine Schmelzkurvenanalyse zu ermöglichen.Furthermore, the automated system has at least one heating module, for example in order to enable the temperature setting for the isothermal amplification and possibly a melting curve analysis.
Ferner weist das automatisierte System ein Detektions-Modul auf. Das Detektions-Modul ist auf die Art des Nachweises abgestimmt. Vorzugsweise werden zur Detektion wie ausgeführt markierte (bspw. fluoreszenzmarkierte) Sonden eingesetzt. Das Detektions-Modul ermöglicht die Detektion des freigesetzten amplifizierten Sequenz-Tags bzw. ermöglicht die Detektion der eingesetzten markierten Sonde. Geeignete Detektions-Module sind oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben. Bspw. kann das System einen integrierten Real Time PCR Cycler als Detektions-Modul aufweisen.Furthermore, the automated system has a detection module. The detection module is tuned to the type of proof. Preferably, as indicated, labeled (eg fluorescently labeled) probes are used for the detection. The detection module allows the detection of the released amplified sequence tag or allows the detection of the inserted labeled probe. Suitable detection modules are described above in connection with the method according to the invention. For example. The system can have an integrated Real Time PCR Cycler as a detection module.
Das Design der dazugehörigen Verbrauchsmaterialien kann so ausgestaltet sein, dass der Anwender neben dem Verbrauchsmaterial nur seine Probe in das Gerät einsetzen muss. Die Probe kann bis zu dem resultierenden diagnostischen Ergebnis automatisiert abgearbeitet werden. Dies insbesondere, wenn magnetische Partikel mit ein oder mehreren daran immobilisierten Fänger-Bindemolekülen eingesetzt werden, wie es oben beschrieben wurde. Entsprechende Verbrauchsmaterialien sind im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kit beschrieben und können in den für solche automatisierten Systeme üblichen Kassetten (cartridges), welche die Verbrauchsmaterialien enthalten, vorgelegt sein. The design of the associated consumables can be designed in such a way that the user only has to insert his sample into the device in addition to the consumables. The sample can be processed automatically until the resulting diagnostic result. This is especially true when magnetic particles are used with one or more scavenger binding molecules immobilized thereon, as described above. Corresponding consumables are described in connection with the kit according to the invention and can be presented in the usual for such automated systems cartridges containing the consumables.
Ferner weist das automatisierte System vorzugsweise wenigstens eine Einheit zur Aufreinigung wenigstens einer Nukleinsäure aus der Probe auf. Das erfindungsgemäße Verfahren ist so ausgestaltet, dass es auf einfach strukturierten Geräten/Systemen durchgeführt werden kann, so dass Verfahren auf Nukleinsäurebasis (NAT = nucleic acid testing) und Immunoassay-basierte Verfahren gleichzeitig bzw. mit einem System abgearbeitet werden können.Furthermore, the automated system preferably has at least one unit for purifying at least one nucleic acid from the sample. The method according to the invention is designed such that it can be carried out on simply structured devices / systems, so that methods based on nucleic acid (NAT) and immunoassay-based methods can be executed simultaneously or with one system.
Das automatisierte System weist gemäß einer Ausführungsform eine Einheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem ersten Aspekt sowie mindestens eine Einheit zur Aufreinigung mindestens einer Nukleinsäure aus einer Probe auf. Sofern bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Prozessierung magnetische Partikel eingesetzt werden, ist es vorteilhaft, magnetische Partikel, wie bspw. magnetische Silikapartikel o. ä., auch für die Isolierung der Nukleinsäuren einzusetzen.According to one embodiment, the automated system has a unit for carrying out the method according to the invention according to the first aspect and at least one unit for purifying at least one nucleic acid from a sample. If magnetic particles are used for the processing according to the invention in the process, it is advantageous to use magnetic particles, such as magnetic silica particles or the like, also for the isolation of the nucleic acids.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es durch seine Einfachheit einen Nachweis auf Basis eines Immunoassays in ein automatisiertes System zu integrieren, das auch einen Nachweis auf Nukleinsäure-Basis (NAT) durchführen kann. Dies ist ein besonderer Vorteil, weil ein automatisiertes System hinsichtlich der Prozessabläufe für mehrere diagnostische Targets, wie beispielsweise Nukleinsäuren, Proteine, Metabolite, Organismen, insbesondere pathogene Organismen, genutzt werden kann. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlichen Schritte sind hinsichtlich der Anforderungen an das Gerät sehr ähnlich zu einer Nukleinsäurepräparation oder dem Nachweis einer Nukleinsäure. Durch die ähnliche Prozessierung wird die Durchführung beider Arten von Assays (Nukleinsäureaufreinigung (sowie ggf. anschließender Detektion) und parallel Nachweis von anderen Targets (Zielanalyten), insbesondere Targets, die keine Nukleinsäuren sind) erheblich erleichtert. Der Vorteil eines derartigen automatisierten Systems ist es, dass es eine diagnostische Plattform bereitstellt, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Tests erlaubt. Diese Flexibilität ist ein bedeutender Vorteil.The method according to the invention makes it possible by its simplicity to integrate detection based on an immunoassay in an automated system which can also perform nucleic acid-based detection (NAT). This is a particular advantage because an automated system can be used in terms of process flows for multiple diagnostic targets, such as nucleic acids, proteins, metabolites, organisms, especially pathogenic organisms. The steps required by the method according to the invention are very similar to a nucleic acid preparation or the detection of a nucleic acid with respect to the requirements of the device. By similar processing, the implementation of both types of assays (nucleic acid purification (and optionally subsequent detection) and parallel detection of other targets (target analytes), especially targets that are not nucleic acids) is greatly facilitated. The advantage of such an automated system is that it provides a diagnostic platform that allows for a variety of different tests. This flexibility is a significant advantage.
Begriffe, die in der Einzahl verwendet werden, wie beispielsweise „ein” Fänger-Bindemolekül, „eine” Reporter DNA, „ein” Puffer und dergleichen sind im Sinne von „wenigstens ein”, „wenigstens eine” und dergleichen zu verstehen und umfassen damit auch die Mehrzahl und umgekehrt, soweit nicht ausdrücklich etwas anderes vorgesehen ist oder sich aus dem Sachzusammenhang ergibt.Terms used in the singular, such as "a" scavenger binding molecule, "a" reporter DNA, "a" buffer, and the like, are intended to encompass "at least one," "at least one," and the like also the majority and vice versa, unless expressly provided otherwise or results from the context.
Es ist bevorzugt, bevorzugte Ausführungsformen wie sie hierin beschrieben sind auszuwählen und zu kombinieren und der spezifische Gegenstand, der aus einer solchen Kombination an bevorzugten Ausführungsformen ergibt, gehört ebenfalls zu der vorliegenden Offenbarung.It is preferred to select and combine preferred embodiments as described herein, and the specific subject matter resulting from such combination of preferred embodiments is also within the scope of the present disclosure.
Die Erfindung wird nicht durch die beispielhaften Verfahren und Ausführungsformen wie sie hierin beschrieben sind beschränkt. Nummerische Bereiche schließen die Ziffern, die den Bereich definieren, mit ein. Die hierin verwendeten Überschriften stellen keine Beschränkung der verschiedenen Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung dar welche als Gesamtoffenbarung anzusehen ist.The invention is not limited by the example methods and embodiments described herein. Numeric ranges include the digits that define the range. The headings used herein are not a limitation of the various aspects or embodiments of the invention which are to be regarded as overall disclosure.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE UND FIGURENBESCHREIBUNGEMBODIMENTS AND FIGURE DESCRIPTION
Die Beispiele dienen ausschließlich der Illustration und beschränken die Erfindung nicht.The examples are for illustration only and do not limit the invention.
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2008/122310 [0015, 0018, 0069] WO 2008/122310 [0015, 0018, 0069]
- WO 2011/020588 [0030, 0038] WO 2011/020588 [0030, 0038]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Sano et al. (2000), ”Immuno-PCR: Very sensitive antigen detection by means of specific antibody-DNA conjugates”, Science 258 (5079): 120–122 [0003] Sano et al. (2000), "Immuno-PCR: Very sensitive antigen detection by means of specific antibody-DNA conjugates", Science 258 (5079): 120-122 [0003]
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WO2011020588A1 (en) | 2009-08-21 | 2011-02-24 | Qiagen Gmbh | Method for detecting target nucleic acids |
-
2014
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Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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Sano et al. (2000), "Immuno-PCR: Very sensitive antigen detection by means of specific antibody-DNA conjugates", Science 258 (5079): 120-122 |
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