DE19581489B4 - Mit Energieübertragungs-gekuppelten Farbstoffen markierte Sonden - Google Patents
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Abstract
Kombination aus verschiedenen fluoreszierenden Markern, wobei jeder Marker ein an verschiedene Atome einer Kette von Atomen kovalent gebundenes fluoreszierendes Donor-Akzeptor-Paar mit wirksamer Energieübertragung von dem Donor zu dem Akzeptor aufweist und wobei jeder der Marker eine einzige Molekülart darstellt und kovalent an eine nachzuweisende Komponente gebunden werden kann und im. wesentlichen bei der gleichen Wellenlänge absorbiert und bei einer unterschiedlichen Wellenlänge emittiert.
Description
- Technisches Gebiet
- Das Gebiet der Erfindung betrifft fluoreszierende Marker und ihre Verwendung.
- Hintergrund
- Es besteht ein wachsendes Bedürfnis dafür, in der Lage zu sein, Komponenten oder Bestandteile von Mischungen zu identifizieren und quantitativ zu bestimmen. Je komplexer die Mischung ist, um so größer ist das Interesse, dazu in der Lage zu sein, gleichzeitig eine Vielzahl der vorhandenen Komponenten nachzuweisen. Ein Beispiel für diese Situation ist die Sequenzierung von DNA, wo es erwünscht ist, mit einer Laserquelle bei einer einzigen Wellenlänge in wirksamer Weise eine bis vier Fluoreszenz-markierte Komponenten anzuregen und eine Fluoreszenzsignalemission bei einer Vielzahl von unterscheidbaren Wellenlängen zu erzeugen. Bei dieser Situation sollten die verschiedenen Marker (Sonden oder Label) die elektrophoretische Beweglichkeit der Sequenzen, an welche sie gebunden sind, nicht beeinträchtigen.
- Derzeit werden vier Methoden für die automatisierte DNA-Sequenzierung angewandt: (1) Die DNA-Fragmente werden mit einem Fluorphor markiert, wonach man die Fragmente in benachbarten Sequenzierungsbahnen laufen läßt (Ansorge et al., Nucleic Acids Res. 15 (1987), 4593-4602); (2) die DNA-Fragmente werden mit vier verschiedenen Fluorophoren markiert und sämtliche Fragmente werden in einer einzigen Bahn elektrophoretisch getrennt und nachgewiesen (Smith et al., Nature 321 (1986), 674-679); (3) jedes der Dideoxynucleoside bei der Terminationsreaktion wird mit einem unterschiedlichen Fluorophor markiert und die vier Gruppen von Fragmenten werden in der gleichen Bahn laufen gelassen (Prober et al., Science 238 (1987), 336-341); oder (4) die Gruppen von DNA-Fragmenten werden mit zwei verschiedenen Fluorophoren markiert und die DNA-Sequenzen mit den Farbstoffverhältnissen codiert (Huang et al., Anal. Chem. 64 (1992), 2149-2154).
- All diese Methoden besitzen signifikante Nachteile. Die Methode 1 besitzt die möglichen Probleme von unterschiedlichen Beweglichkeiten in den verschiedenen Bahnen sowie einen geringen Durchsatz. Die Methoden 2 und 3 machen es erforderlich, daß die vier Farbstoffe durch eine Laserquelle gut angeregt werden und daß sie deutlich unterschiedliche Emissionsspektren besitzen. In der Praxis ist es sehr schwierig, zwei oder mehrere Farbstoffe zu finden, welche in wirksamer Weise mit einem einzigen Laser angeregt werden können und die gut getrennte Fluoreszenzsignale emittieren.
- Wenn man Farbstoffe auswählt, die deutlich Rot-verschobene Emissionsspektren besitzen, werden deren Absorptionsmaxima ebenfalls in den roten Bereich bewegt, so daß sämtliche Farbstoffe nicht mehr in wirksamer Weise mit der gleichen Laserquelle angeregt werden können. Weiterhin wird es in dem Maße, in dem mehr unterschiedliche Farbstoffe ausgewählt werden, schwieriger, alle Farbstoffe derart auszuwählen, daß sie die gleiche Beweglichkeitsverschiebung der markierten Moleküle verursachen.
- Die nachveröffentlichte WO 94/17397 beschreibt einen Reagenzsatz, welcher mindestens zwei fluoreszierende Multimere umfaßt, die mindestens zwei Fluorophore aufweisen, die bei unterschiedlichen Wellenlängen absorbieren und emittieren. Die fluoreszierenden Multimere können durch Intercalation stark an dsDNA binden und können für die gelelektrophoretische Trennung von DNA und bei der Herstellung von stark fluoreszierenden, markierten Sonden mit starker Stokes'scher Verschiebung eingesetzt werden. Die Fluorophore werden also nicht durch kovalente Bindung an die nachzuweisenden oder zu trennenden Komponenten gebunden.
- Die
US 4,996,143 beschreibt fluoreszierende Polynucleotid-Sonden mit Stokes'scher Verschiebung für Hybridisierungs-Assays, welche Sonden Donor- und Akzeptor-Fluorophore für die nicht-strahlende Energieübertragung enthalten. Auch diese Marker werden nicht kovalent an die nachzuweisende Komponente, beispielsweise eine Nucleinsäure, gebunden. - P.A. Cardullo et al. (Proc. Natl. Acad Sci. USA, 85 (1988), 8790 bis 8794, befassen sich mit der Untersuchung der Hybridisierung von komplementären Oligonucleotiden durch Fluoreszenz-Energieübertragung. Keine der beschriebenen Ausführungsformen umfaßt Donor- und Akzeptor-Reste, welche kovalent an das gleiche Ende eines Nucleinsäuremoleküls gebunden sind.
- L. Stryer, Ann. Rev. Biochem., 47 (1978), 819 bis 846, zeigt in der
7 ein Kleeblatt-Diagramm einer mit fluoreszierenden Gruppen in den inneren Positionen und gegebenenfalls an den endständigen Positionen markierten tRMa, ohne daß jedoch offenbart wird, daß man diese tRMA als Marker verwenden kann, der kovalent an eine Komponente einer zu trennenden oder zu untersuchenden Vielkomponenten-Mischung gebunden werden könnte. - L. G. Lee et al., Nucleic Acids Research, Vol. 20, No. 10 (1992), 2471 bis 2483, beschreibt die Entwicklung und die Untersuchung einer Kombination aus mit Farbstoffen markierten Terminatoren für die Verwendung beim Sequenzieren unter Verwendung einer modifizierten T7 DNA-Polymerase. Dabei sind einzelne Fluorophore an Dideoxynucleotide gebunden. Allerdings wird nicht mehr als ein solcher Farbstoff zur Verwendung bei einem Sequenzierverfahren offenbart.
- Die WO 93/09128 A1 offenbart die Hybridisierung von mit Chromophoren und Fluorophoren konjugierten Polynucleotiden zur Erzeugung eines Donor-Donor-Energieübertragungssystems, bei dem ein Energietransfer zwischen zwei Fluorophoren auf einem Oligonucleotid erfolgt. Es wird angegeben, daß eine Übertragung zwischen dem gleichen Donor (gleiche Absorptionswellenlänge) und verschiedenen Akzeptoren (verschiedene Emissionswellenlängen) erfolgen kann, wobei sich eine vorteilhafte große Stokes'sche Verschiebung ergibt.
- Gegenstand der
US 4,855,225 A sind Kombinationen von Oligonucleotiden, die einzelne verschiedene Fluorophore tragen, und die über Primer-Verlängerungsreaktionen zur Sanger-Sequenzierung in "Ein-Spur"-Trennungsverfahren verwendet werden. Nach der Lehre dieses Standes der Technik werden also unterschiedlich fluoreszierende Primer eingesetzt, die die gleiche Mobilität aufweisen. - Es besteht daher ein wesentliches Interesse dafür, verbesserte Methoden zu schaffen, mit denen ein Multiplexing der Proben möglich wird, so daß eine Vielzahl der Bestanteile oder Komponenten in dem gleichen System und in einem einzigen Lauf bestimmt werden kann. Es ist weiterhin erwünscht, daß jeder Marker eine starke Absorption bei einer gemeinsamen Wellenlänge besitzt, eine hohe Quantenausbeute der Fluoreszenz aufweist, eine starke Stokes-Verschiebung der Emission zeigt, daß die verschiedenen Emissionen unterscheidbar sind und daß die Marker die gleiche Mobilitätsverschiebung verursachen. Es ist schwierig, diese widersprüchlichen Ziele lediglich durch Markieren der Moleküle mit einem einzigen Farbstoff zu erreichen.
- Die vorliegende Erfindung schafft Zusammensetzungen und Verfahren zur Analyse einer Mischung unter Verwendung einer Vielzahl von fluoreszierenden Markern (Sonden oder Label). Zur Erzeugung der Marker werden Paare oder Familien von Fluorophoren an ein Grundgerüst gebunden, insbesondere ein Nucleinsäure-Grundgerüst, wobei eines der Mitglieder der Familien bei etwa der gleichen Wellenlänge angeregt wird. Durch Ausnutzen des Phänomens der Energieübertragung wird erreicht, daß die anderen Mitglieder einer jeden Familie bei einer nachweisbar unterschiedlichen Wellenlänge emittieren. Der Bereich der Abstände zwischen den Donor- und Akzeptor-Chromophoren wird derart ausgewählt, daß eine wirksame Energieübertragung erreicht wird. Weiterhin werden gemeinsam verwendete Marker derart ausgewählt, daß sie in einem Trennsystem ungefähr die gleiche Mobilität besitzen. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Mobilität der markierten Einheit verändert, indem man den Abstand zwischen den zwei oder mehreren Mitgliedern der Familie der Fluorophore variiert und Marker mit der gleichen Mobilität auswählt. Die vorliegende Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Sequenzieren, wo die Fluorophore an universale oder andere Primer gebunden werden und unterschiedliche Fluorophor-Kombinationen für die unterschiedlichen Dideoxynucleoside verwendet werden. Es werden auch Reagenssätze (Kits) von Marker-Kombinationen geschaffen.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 verdeutlicht die Absorptions- und Emissionsspektren von FAM-3-TAM in 1xTBE; -
2 zeigt ein CE-Elektropherogramm von FAM-3-TAM. Die Probe wurde durch typische Kapillarelektrophorese-DNA-Sequenzierungsbedingungen mit einer Anregung bei 488 nm analysiert. Die grüne Spur ist das in dem grünen Kanal (525 nm) nachgewiesene Fluoreszenzsignal, während die rote Spur das in dem roten Kanal (590 nm) nachgewiesene Fluoreszenzsignal darstellt. Beide Kanäle werden gleichzeitig nachgewiesen; -
3 zeigt die Darstellung des Absorptions- und Emissionsspektrums von FAM-4-ROX in 1xTBE; -
4 zeigt ein CE-Elektropherogramm von FAM-4-ROX. Die Probe wurde unter typischen Kapillarelektrophorese-DNA-Sequenzierungsbedingungen mit einer Anregung bei 488 nm analysiert. Die grüne Spur ist das im grünen Kanal (525 nm) nachgewiesene Fluoreszenzsignal, während die rote Spur das in dem roten Kanal (590 nm) nachgewiesene Fluoreszenzsignal betrifft. Beide Kanäle werden gleichzeitig nachgewiesen; -
5 zeigt ein CE-Elektropherogramm von FAM-4-ROX und ROX-Primern. Die beiden Primer werden in gleichen Konzentrationen in 80% Formamid vermischt und in die Kapillare injiziert. Die Fluoreszenzsignale werden bei einer Anregung bei 476 nm gleichzeitig in den grünen und roten Kanälen nachgewiesen; -
6 zeigt ein CE-Elektropherogramm einer Mischung aus FAM-3-ROX, FAM-4-ROX und FAM-10-ROX und verdeutlicht die Abhängigkeit der Mobilität vom Abstand zwischen Donor und Akzeptor. Die Probe wurde unter typischen Kapillarelektrophorese-DNA-Sequenzierungsbedingungen bei einer Anregung von 488 nm analysiert; und -
7 zeigt einen Vergleich der Mobilitätsverschiebung unterschiedlicher Farbstoffprimer an M13 mp 18 A-Fragment-DNA-Proben. - BESCHREIBUNG SPEZIFISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Es werden neue fluoreszierende Marker, Kombinationen von fluoreszierenden Markern und deren Verwendung bei Trennungssystemen, welche die Trennung einer Vielzahl von Komponenten umfassen, bereitgestellt. Insbesondere umfassen die fluoreszierenden Marker Paare von Fluorophoren, welche, mit einer Ausnahme, gemäß der die Fluorophore die gleichen sind, unterschiedliche Fluorophore mit überlappenden Spektren umfassen, wobei die Donoremission die Akzeptorabsorption überlappt, so daß sich eine Energieübertragung von dem angeregten Fluorphor auf das andere Mitglied des Paares ergibt. Es ist nicht wesentlich, daß der angeregte Fluorophor tatsächlich fluoresziert, da es genügt, daß der angeregte Fluorophor dazu in der Lage ist, die Anregungsenergie in wirksamer Weise zu absorbieren und sie in wirksamer Weise auf den emittierenden Fluorophor zu übertragen.
- Die Donor-Fluorophore der verschiedenen Familien von Fluorophoren können gleichartig oder verschieden sein, sind jedoch dazu in der Lage, in wirksamer Weise durch eine einzige Lichtquelle mit enger Bandbreite, insbesondere eine Laserquelle, angeregt zu werden. Die Donor-Fluorophore besitzen eine signifikante Absorption von im allgemeinen mindestens etwa 10%, vorzugsweise mindestens etwa 20% des Absorptionsmaximums innerhalb von 20 nm voneinander, im allgemeinen innerhalb 10 nm und noch allgemeiner innerhalb 5 nm voneinander. Die emittierenden oder Akzeptor-Fluorophore werden so ausgewählt, daß sie in der Lage sind, die Energie von den Donor-Fluorophoren aufzunehmen und Licht zu emittieren, welches unterscheidbar und nachweisbar unterschiedlich ist. Demzufolge ist man in der Lage, zwischen den Komponenten der Mischung, an die die verschiedenen Marker gebunden worden sind, zu unterscheiden. Im allgemeinen emittieren die Marker bei Emissionsmaxima, die um mindestens 10 nm, vorzugsweise mindestens 15 nm und noch bevorzugter mindestens 20 nm voneinander getrennt sind.
- Im allgemeinen absorbieren die Donor-Fluorophore im Bereich von etwa 350 bis 800 nm und noch allgemeiner im Bereich von etwa 350 bis 600 nm oder 500 bis 750 nm, während die Akzeptor-Fluorophore Licht im Bereich von etwa 450 bis 1000 nm, im allgemeinen im Bereich von etwa 450 bis 800 nm emittieren. Wie nachfolgend noch erläutert werden wird, kann mehr als ein Paar von absorbieren den Molekülen angewandt werden, so daß man drei oder mehr Moleküle einsetzen kann, wobei die Energie bei höheren Wellenlängen von einem Molekül zum nächsten übertragen wird, um in dieser Weise den Wellenlängenunterschied zwischen der Absorption und der beobachteten Emission im starkem Maße zu vergrößern.
- Die beiden Fluorophore sind über ein Grundgerüst oder eine Kette, im allgemeinen eine Polymerkette, verbunden, wobei der Abstand zwischen den beiden Fluorophoren variiert werden kann. Die physikalischen Grundlagen der Auslegung der Marker sind so, daß die Übertragung der optischen Anregung von dem Donor auf den Akzeptor von der Beziehung 1/R6 abhängt, worin R für den Abstand zwischen den beiden Fluorophoren steht. Somit muß der Abstand derart ausgewählt werden, daß sich eine wirksame Energieübertragung gemäß dem gut bekannten Foerster-Mechanismus von dem Donor zu dem Akzeptor ergibt. Somit kann der Abstand zwischen den beiden Fluorophoren, der durch die Anzahl der Atome in der die beiden Fluorophore trennenden Kette bestimmt wird, in Abhängigkeit von der Art der Kette variiert werden. Man kann unterschiedliche Ketten oder Grundgerüste verwenden, beispielsweise Nucleinsäuren, sowohl DNA als auch RNA, modifizierte Nucleinsäuren, beispielsweise solche, bei denen Sauerstoffatome durch Schwefel, Kohlenstoff oder Stickstoff, Phosphate durch Sulfat oder Carboxylat etc. ersetzt sind, Polypeptide, Polysaccharide, verschiedene Gruppen, die stufenweise angefügt werden können, wie difunktionelle Gruppen, beispielweise Halogenamine oder dergleichen. Die Fluorophore können durch geeignete Funktionalisierung der verschiedenen, den Marker bildenden Blöcke substituiert sein, wobei der Fluorophor je nachdem, auf dem zur Bildung des Markers verwendeten Block vorliegen oder später angefügt werden kann. Man kann unterschiedliche herkömmliche chemische Verfahren anwenden, um sicherzustellen, daß der geeignete Abstand zwischen den beiden Fluorophoren erreicht wird.
- Die Molekulargewichte der Marker (Fluorophore plus Grundgerüst, an die sie gebunden sind) betragen im allgemeinen mindestens etwa 250 Dalton und nicht mehr als etwa 5.000 Dalton, im allgemeinen nicht mehr als etwa 2.000 Dalton. Das Molekulargewicht des Fluorophors liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 250 bis 1.000 Dalton, wobei die Molekulargewichte der Akzeptor-Donor-Paare auf unterschiedlichen Markern, die gemeinsam verwendet werden, im allgemeinen um nicht mehr als etwa 20% differieren. Die Fluorophore können im Inneren der Kette, an den Enden oder einer an einem Ende und der andere an einer Innen position gebunden sein. Die Fluorophore können derart ausgewählt werden, daß sie aus einer ähnlichen chemischen Familie stammen, wie Cyaninfarbstoffe, Xanthene oder dergleichen. Somit kann man die Donoren aus der gleichen chemischen Familie, jedes Donor-Akzeptor-Paar aus der gleichen chemischen Familie oder jeden Akzeptor aus der gleichen Familie auswählen.
- Die erfindungsgemäßen Marker finden insbesondere Anwendung bei verschiedenen Trennungsmethoden, wie der Elektrophorese, der Chromatographie oder dergleichen, bei denen man darauf abzielt, optimierte spektroskopische Eigenschaften, hohe Empfindlichkeit und einen vergleichbaren Einfluß der Marken auf das Wanderungsverhalten der zu analysierenden Komponenten vorliegen zu haben. Von besonderem Interesse ist die Elektrophorese, wie die Gelelektrophorese, die Kapillarelektrophorese etc. Beispiele für chromatographische Methoden sind die HPLC-Chromatographie, die Affinitätschromatographie, die Dünnschichtchromatographie, die Papierchromatographie und dergleichen.
- Es hat sich gezeigt, daß der Abstand zwischen den beiden Fluorophoren die Beweglichkeit des Markers beeinflußt. Demzufolge kann man unterschiedliche Farbstoffpaare verwenden und durch Variation des Abstands zwischen den verschiedenen Farbstoffpaaren, innerhalb eines Bereichs, der noch eine gute Energieübertragung ermöglicht, eine im wesentlichen konstante Beweglichkeit oder Mobilität der Marken sicherstellen. Die Mobilität steht zu dem spezifischen Abstand nicht in Beziehung, so daß die Wirkung des Abstands auf die Mobilität eines besonderen Markers empirisch bestimmt werden muß. Jedoch kann man aufgrund der Flexibilität des Abstands der Fluorophore in den Markern durch Synthese einiger unterschiedlicher Marker mit unterschiedlichen Abständen und unterschiedlichen Farbstoffpaaren eine Familie von fluoreszierenden Markern schaffen, welche eine gemeinsame Anregung, eine starke und unterscheidbare Emission und im wesentlichen eine gemeinsame Mobilität besitzen. Im allgemeinen unterscheidet sich die Mobilität der Marker voneinander um nicht mehr als etwa 20%, vorzugsweise nicht mehr als etwa 10% und noch bevorzugter nicht mehr als etwa 5%, wenn sie für eine besondere Trennung eingesetzt werden. Die Mobilität kann im allgemeinen dadurch bestimmt werden, daß man die Trennung der Marker als solche durchführt oder die Trennung der Marker, die an ein gemeinsames Molekül gebunden sind, welches für die besondere Trennung wesentlich ist, beispielsweise ein Nucleinsäuremolekül der geeigneten Größe, wenn die angestrebte Anwendung die Sequenzierung ist.
- Man kann eine große Vielzahl von fluoreszierenden Farbstoffen verwenden. Diese Farbstoffe fallen in verschiedenartige Klassen, wobei Kombinationen von Farbstoffen, die der gleichen Klasse oder unterschiedlichen Klassen angehören, eingesetzt werden können. Eingeschlossen hierin sind Farbstoffe, wie die Xanthenfarbstoffe, beispielsweise Fluoresceine und Rhodamine, Cumarine, beispielsweise Umbelliferon, Benzimidfarbstoffe, beispielsweise Hoechst 33258, Phenanthridinfarbstoffe, beispielsweise Texas Red, und Ethidiumfarbstoffe, Acridinfarbstoffe, Cyaninfarbstoffe, wie Thiazolorange, Thiazolblau, Cy 5 und Cyfr, Carbazolfarbstoffe, Phenoxazinfarbstoffe, Porphyrinfarbstoffe, Chinolinfarbstoffe oder dergleichen. Somit können die Farbstoffe im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Bereich absorbieren. In der Mehrzahl der Fälle besitzen die fluoreszierenden Moleküle ein Molekulargewicht von weniger als etwa 2 kDalton und im allgemeinen weniger als etwa 1,5 kDalton.
- Der Energiedonor sollte einen starken molaren Absorptionskoeffizienten bei der angestrebten Anregungswellenlänge besitzen, der wünschenswerterweise größer als 104, vorzugsweise größer als etwa 105 cm–1 M–1 ist. Das Anregungsmaximum des Donors und das Emissionsmaximum des Akzeptors (Fluoreszor) sind um mindestens 15 nm oder mehr getrennt. Das spektrale Überlappungsintegral zwischen dem Emissionsspektrum des Donor-Chromophors und dem Absorptionsspektrum des Akzeptor-Chromophors und der Abstand zwichen den Chromophoren werden derart ausgewählt, daß die Wirksamkeit der Energieübertragung von dem Donor auf den Akzeptor sich von 20 bis 100% erstreckt.
- Die Trennung von Donor und Akzeptor auf der Grundlage der Anzahl der Atome in der Kette variiert in Abhängigkeit von der Art des Grundgerüsts, davon, ob es starr oder flexibel ist oder ob es Ringstrukturen oder nicht-cyclische Strukturen oder dergleichen umfaßt. Im allgemeinen liegt die Anzahl der Atome in der Kette (wobei die Atome in den Ringstrukturen als die niedrigste Zahl von Atomen der Seite des Rings, der in die Kette eingeschlossen ist, gerechnet wird) unterhalb etwa 200, im allgemeinen unterhalb etwa 150 Atomen, vorzugsweise unterhalb etwa 100 Atomen, wobei die Art des Grundgerüsts die Wirksamkeit der Energieübertragung zwischen Donor und Akzeptor beeinflußt.
- Wenngleich im allgemeinen Paare von Fluorophoren verwendet werden, können sich auch Situationen ergeben, bei denen bis zu vier unterschiedliche, im allgemeinen nicht mehr als drei unterschiedliche Fluorophore, die an das gleiche Grundgerüst gebunden sind, Anwendung finden. Durch die Verwendung mehrerer Fluorophore kann man die Stokes-Verschiebung in starkem Maße vergrößern, so daß man die Anregung im sichtbaren Wellenlängenbereich bewirken und die Emission im infraroten Wellenlängenbereich im allgemeinen unterhalb etwa 1.000 nm und allgemeiner unterhalb etwa 900 nm erreichen kann. Der Nachweis von Licht im infraroten Wellenlängenbereich besitzt viele Vorteile, da es keine Beeinflussung durch sich aus dem anregenden Licht ergebendem Raman- und Rayleigh-Licht unterliegt. Um die Mobilität konstant zu halten, kann man die gleiche Anzahl von Fluorophoren auf den Markern verwenden, die eine Vielzahl des gleichen Fluorophors aufweisen, welche der Anzahl der Fluorophore auf Markern mit unterschiedlichen Fluorophoren zur Erzeugung einer großen Stokes-Verschiebung entspricht.
- Die vorliegende Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Nucleinsäureketten, welche Nucleinsäureketten als Primer beim Sequenzieren, der Polymerasekettenreaktion, insbesondere für das Sizing, oder andere Systeme, bei denen Primer für die Nucleinsäureverlängerung verwendet werden und angestrebt wird, zwischen den verschiedenen Komponenten der Mischung in Abhängigkeit von den besonderen Markern zu unterscheiden. Beispielsweise kann man beim Sequenzieren universale Primer verwenden, wobei für jedes der bei der Ausdehnung während des Sequenzierens verwendeten verschiedenen Dideoxynucleoside ein unterschiedliches Paar von Fluorophoren eingesetzt wird.
- Es ist eine große Vielzahl von Nucleosiden erhältlich, welche funktionalisiert sind und bei der Synthese eines Polynucleotids verwendet werden können. Durch Synthese der vorliegenden Nucleinsäure-Marker kann man die spezifischen Stellen definieren, an denen die Fluorophore vorhanden sind. Man kann im Handel erhältliche Syntheseeinrichtungen unter Anwendung üblicher Verfahrensweisen anwenden, so daß man irgendeine Sequenz erhalten kann, bei der das Paar der Fluorophore den geeigneten Abstand aufweist.
- Wenn unterschiedliche Primer bei der PCR verwendet werden, kann jeder der Primer erfindungsgemäß markiert werden, so daß es ohne weiteres möglich ist, die Anwesenheit der Target-Sequenz, die für jeden der verschiedenen Primer komplementär ist, nachzuweisen. Weitere Anwendungen ergeben sich bei der Identifizierung von Isozymen unter Verwendung von spezifischen Antikörpern, bei der Identifizierung von Lectinen unter Verwendung unterschiedlicher Polysaccharide und dergleichen.
- Wie bereits angegeben worden ist, finden die in Rede stehenden Marker insbesondere Anwendung beim Sequenzieren. Beispielsweise kann man universale Primer herstellen, wobei der Primer irgendeiner der universalen Primer ist, der durch Binden der beiden Fluorophore an den Primer modifiziert worden ist. So sind verschiedene handelsübliche Primer erhältlich, wie Primer aus pUC/M13, Rgt10, Rgt11 und dergleichen. Siehe auch Sambrook et al. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2. Aufl., CSHL (1989), Sektion 13. Die DNA-Sequenzen werden in einem geeigneten Vektor geklont, welcher eine Primer-Sequenz aufweist, die an die zu sequenzierende Sequenz gebunden ist. Es werden unterschiedliche 2',3'-ddNTP verwendet, so daß die Termination an unterschiedlichen Stellen erfolgt in Abhängigkeit von dem besonderen ddNTP, welches in der Kettenverlängerung vorhanden ist. Durch Verwendung der in Rede stehenden Primer wird jedes ddNTP mit einem bestimmten Marker assoziiert. Nach der Extension mit dem Klenow-Fragment können die sich ergebenden Fragmente dann in einer einzigen Bahn durch Elektrophorese oder in einer einzigen Kapillare durch Elektrophorese getrennt werden, wobei man das endständige Nucleotid durch die Fluoreszenz des Markers nachweisen kann.
- Man kann die in Rede stehenden Marker auch mit Immunkomplexen verwenden, bei denen die Liganden oder Rezeptoren, beispielsweise Antikörper, markiert werden können, um die verschiedenen Komplexe oder Mitglieder der Komplexe nachzuweisen. Wenn die Liganden bei der Trennungsmethode die gleiche Wanderungsfähigkeit besitzen, kann man zur Bestimmung der Anwesenheit eines oder mehrerer solcher Liganden die verschiedenen Antikörper mit den unterschiedlichen Markern, die bei unterschiedlichen Wellenlängen fluoreszieren, markieren, so daß sie auch dann nachweisbar sind, wenn sich eine Überlappung der Zusammensetzungen bei der Trennung ergibt.
- Es werden Reagenssätze oder Kits geschaffen, welche Kombinationen von Markern, im allgemeinen mindestens zwei, umfassen. Jeder der Marker besitzt das Akzeptor-Donor-Paar, im allgemeinen mit vergleichbaren Grundgerüsten, wobei die Marker längs des Grundgerüsts in der Weise getrennt sind, daß sich eine vergleichbare Mobilität bei der anzuwendenden Trennungsmethode ergibt: Jeder der Marker in einer Gruppe, die gemeinsam verwendet werden sollen, absorbiert etwa die gleiche Wellenlänge und emittiert bei unterschiedlichen Wellenlängen. Jeder der Marker in der Gruppe besitzt etwa die gleiche Wirkung auf die Mobilität bei der Trennungsmethode als Ergebnis einer Variation der Anordnung der unterschiedlichen Fluorophore längs des Grundgerüsts.
- Die Reagenssätze umfassen im allgemeinen bis zu etwa sechs, allgemein bis zu etwa vier unterschiedliche Marker, die zueinander passen, können jedoch auch zwei oder mehr Sätze von aufeinander angepaßten Markern mit zwei bis sechs unterschiedlichen Markern umfassen.
- Von besonderem Interesse sind Marker mit einem Nucleinsäure-Grundgerüst, wobei die Marker im allgemeinen mindestens etwa 10 Nucleotide und nicht mehr als etwa 50 Nucleotide, im allgemeinen nicht mehr als etwa 30 Nucleotide aufweisen. Die Marker können auf den Nucleotiden vorliegen, welche zu der komplementären Sequenz hybridisieren, oder können von diesen Nucleotiden getrennt vorliegen. Die Fluorophore sind im allgemeinen über eine geeignete Verbindungskette von etwa 2 bis 20, allgemein 4 bis 16 Atomen in der Kette an das Nucleotid gebunden. Die Kette kann eine Vielzahl von funktionellen Gruppen aufweisen, insbesondere Non-oxocarbonylgruppen, insbesondere Ester- und Amid-, Amino-, Oxygruppen und dergleichen. Die Kette kann aliphatisch, alicyclisch, aromatisch, heterocyclisch oder eine Kombination davon sein und umfaßt im allgemeinen Kohlenstoff-, Stickstoff-, Sauerstoff-, Schwefelatome oder dergleichen in der Kette.
- Die gesamte Nucleinsäuresequenz kann zu der 5'-Primersequenz komplementär sein oder kann lediglich zu dem 3'-Abschnitt der Sequenz komplementär sein. Im allgemeinen sind mindestens etwa 4 Nucleotide vorhanden, allgemeiner mindestens etwa 5 Nucleotide, welche bezüglich der zu kopierenden Sequenz komplementär sind. Die Primer werden mit der zu kopierenden Sequenz in dem geeigneten Plasmid kombiniert, welches die Primersequenz am 3'-Ende des zu kopierenden Strangs aufweist und zugesetztes dNTP mit einer geringen Menge des geeigneten ddntp. Nach der Extension kann die DNA isoliert und zur Trennung auf ein Gel oder eine Kapillare übertragen werden.
- Die zu verwendenden Reagenssätze oder Kits umfassen mindestens zwei der in Rede stehenden Marker, welche derart aufeinander angepaßt sind, daß sie im wesentlichen die gleiche Absorption des Donor-Moleküls, unterschiedliche Emissionsspektren und im wesentlichen die gleiche Mobilität besitzen. Im allgemeinen beträgt bei einsträngigen Nucleinsäuren der Abstand zwischen den Fluorophoren etwa 1 bis 15, allgemeiner 1 bis 12 und vorzugsweise etwa 2 bis 10 Nucleoside.
- Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie jedoch einzuschränken.
- Auslegung und Synthese von mit Energie-Übertraguns-Fluoreszenzfarbstoffen markierten Oligonucleotid-Markern für die Genanalyse
- Man synthetisiert Deoxyoligonucleotide (mit einer Länge von 12 Basen) mit der Sequenz 5'-GTTTTCCCAGTC-3', welche aus dem universalen Primer M13 ausgewählt ist, mit Donor-Akzeptor-Fluorophor-Paaren, die mit unterschiedlichen Abständen voneinander getrennt sind. Insbesondere enthält das 12-mer eine modifizierte Base, welche durch die Verwendung von 5'-Dimethoxytrityl-5-[N-(trifluoracetylaminohexyl)-3-acrylimido)-2'-deoxyuridin, 3'-[(2-Cyanoethyl)-(N,N-diisopropyl)]-phosphoramidit (Amino-Modifizierungsmittel C6 dT) (Struktur 1) eingeführt worden ist, welche in der C-5-Position eine Verbindungskette (Linker) mit primärem Amin aufweist.
- Der Donor-Farbstoff wird an das 5'-Ende des Oligomers gebunden und der Akzeptor-Farbstoff wird an die primäre Aminogruppe an dem modifizierten T gebunden. Die Abstände zwischen Donor und Akzeptor werden durch Variieren der Position des modifizierten T in dem Oligomer geändert. Die Primer werden als D-N-A bezeichnet, worin D für den Donor, A für den Akzeptor und N für die Anzahl der Basen zwischen D und A stehen. In sämtlichen hergestellten Primern handelt es sich bei D um den Farbstoff FAM, ein Fluorescein-Derivat, der Firma Applied Biosystems Inc. ("ABI"), während als A die Farbstoffe TAM oder ROX der Firma ABI eingesetzt werden, welches beide Rhodamin-Derivate sind. Als repräsentatives Beispiel ist im folgenden die Struktur von FAM-3-TAM dargestellt (Struktur 2).
- Die Vorteile des hierin beschriebenen Ansatzes der Energieübertragung sind darin zu sehen, daß (1) mit einer Anregung bei 488 nm eine große Stokes-Verschiebung und wesentlich stärkere Fluoreszenzsignale erzeugt werden können und daß (2) die Mobilität der Primer durch Variation der Abstände zwischen dem Do nor und dem Akzeptor derart eingestellt werden können, daß die gleiche Mobilität erreicht wird. Das sichtbare Spektrum von FAM-3-TAM besitzt sowohl die Absorption von FAM (495 nm) und von TAM (560 nm), wobei jedoch mit einer Anregung bei 488 nm annähernd die gesamte Emission von T ausgeht mit einem Maximum bei 579 nm (
1 ). Dies verdeutlicht die wirksame Fluoreszenzenergieübertragung von FAM auf TAM. Dies kann auch dadurch verdeutlicht werden, daß man den Primer durch eine Kapillarelektrophorese (CE)-Säule führt und den Nachweis in roten und grünen Kanälen bewirkt. Mit einem FAM- und TAM-markierten Primer tritt annähernd die gesamte Emission in dem roten Kanal (590 nm) auf (2 ), was darauf hinweist, daß die Energie von dem Donor FAM annähernd vollständig auf den Akzeptor TAM übertragen worden ist, wodurch sich eine Stokes-Verschiebung von 91 nm ergibt. Die Beobachtung eines einzigen Peaks weist darauf hin, daß der Primer rein ist. Das gleiche Ergebnis ergibt sich mit FAM-4-ROX, welcher eine noch größere Stokes-Verschiebung von 114 nm erzeugt (3 und4 ). Man beobachtet eine Verstärkung der Fluoreszenzsignale bei den Energieübertragungs-Primern im Vergleich zu Primern, die mit einem einzigen Farbstoff markiert worden sind, wobei in diesem Fall ein ABI ROX-Primer in der gleichen Konzentration wie FAM-4-ROX (durch UV gemessen) in die gleiche Kapillare injiziert worden ist. Es ist ersichtlich, daß das sich ergebende Fluoreszenzsignal von FAM-4-ROX mehr als 10-mal größer ist als das des ROX-Primers (5 ). - Für die erfolgreiche Anwendung der mit Donor-Akzeptor-Fluorophoren markierten Primer beim DNA-Sequenzieren ist es wesentlich, daß die Primer die gleiche Mobilitäts-Verschiebung der DNA-Fragmente ergeben und unterschiedliche Fluoreszenzsignale zeigen. Es hat sich gezeigt, daß die Mobilität der Primer von dem Abstand zwischen Donor und Akzeptor abhängt (
6 ). FAM-4-ROX, FAM-3-ROX und FAM-10-ROX wurden auf einer Kapillare getrennt und in den roten und grünen Kanälen nachgewiesen. Im Fall von FAM-10-ROX verringert der vergrößerte Abstand zwischen den Farbstoffen die Menge der Energieübertragung, was zu annähernd gleichen Signalen in beiden Kanälen führt. In dem Maß, in dem der trennende Abstand verringert wird, nimmt das Ausmaß der Energieübertragung zu, was durch das verringerte relative grüne Signal verdeutlicht wird. FAM-3-ROX und FAM-4-ROX zeigen jeweils eine ausgezeichnete Energieübertragung, jedoch sind ihre Mobilitäten deutlich verschieden, was die Möglichkeit eröffnet, die Mobilitätsverschiebung durch Variieren des Abstands gezielt einzustellen. Um eine genaue Anpassung der Mobilität zweier Primer mit unterschiedlichen Emis sionsspektren zu erreichen, wurden auch FAM-3-FAM, FAM-4-FAM und FAM-10-FAM hergestellt. In einer Bibliothek von hergestellten Primern (FAM-N-FAM, FAM-N-TAM, FAM-N-ROX) hat sich gezeigt, daß A-Endgruppen aufweisende sequenzierende Fragmente, die mit FAM-10-FAM und FAM-3-ROX unter Verwendung von Sequenase2 hergestellt worden sind, sehr ähnliche Mobilitätsverschiebungen zeigen (7 ), was ihr Potential für die DNA-Sequenzanalyse verdeutlicht. Die Emissionen von FAM-10-FAM bzw. FAM-3-ROX liegen bei 525 nm bzw. 605 nm. Die Raman-Signale von Wasser sind bei diesen beiden Wellenlängen zu vernachlässigen. Somit ergibt sich ein dramatisch gesteigertes Signal/Untergrund-Verhältnis. - I. Herstellung von 12-mer Oligonucleotiden, welche ein modifiziertes T und einen FAM-Marker an der 5'-Stellung besitzen
- Die folgenden drei Primer wurden mit einer DNA-Synthetisiereinrichtung Modell 394 der Firma ABI im 0,2 μMol-Maßstab hergestellt: Die modifizierte Base T*, die eine Amino-Verbindungskette aufweist, wird unter Verwendung des Amino-Modifizierungsmittels C6 dT Phosphoramidite (Glen Research) an der definierten Position eingeführt und FAM wird unter Verwendung von 6-FAM-Amidite (ABI) in der letzten Stufe der Synthese eingeführt. Nachdem die Basensequenzen vollständig sind, werden die Oligonucleotide mit 1 ml konzentrierter NH4OH von dem festen Träger (CPG) abgespalten. Die Aminoschutzgruppen an den Basen (A, G, C und T*) werden durch Erhitzen der NH4OH-Lösung während 4 Stunden auf 55°C entfernt. Die Analyse durch Kapillarelektrophorese zeigt, daß die Oligomere zu etwa 80% rein waren und sie wurden direkt in dem nächsten Farbstoff-Kupplungsschritt eingesetzt.
- II. Befestigung des zweiten Fluoreszenzfarbstoffs an die Amino-Verbindungskette der Oligomeren 1, 2 und 3
- Als repräsentatives Beispiel ist das Reaktionsschema zur Kupplung des zweiten Farbstoffs (TAM) an das Oligomer im folgenden dargestellt: Die mit FAM markierten Oligonucleotide (1, 2 und 3) werden über Nacht bei Raumtemperatur in 40 μl 0,5 mol/l eines Na2CO3/NaHCO3-Puffers mit dem etwa 150-fachen Überschuß von entweder TAM-NHS-Ester, ROX-NHS-Ester oder FAM-NHS-Ester in 12 μl DMSO inkubiert. Der nicht umgesetzte Farbstoff wird durch Größenausschluß-Chromatographie auf einer Sephadex G-25-Säule entfernt. Die mit den beiden Farbstoffen markierten Oligonucleotide wurden dann durch 6 mol/l Harnstoff-TBE, 20% Acrylamidgel-Elektrophorese (40 cm × 0,8 cm) gereinigt. Die reinen Primer wurden von dem Gel gewonnen und mit einer Oligonucleotid-Purification Cartridge entsalzt. Die Kapillargelelektrophorese zeigt, daß die Reinheit der Primer >99% beträgt.
- III. Herstellung von DNA-Sequenzierungsfragmenten mit FAM-3-ROX und FAM-10-FAM
- Unter Verwendung von Sequenase 2.0 (USB) wurden M 13mp 18 DNA-Sequenzierungsfragmente mit A-Endgruppen hergestellt. Es wurden zwei Bindungslösungen in 600 μl-Fläschchen hergestellt: (1) 10 μl Reaktionspuffer, 40 μl einsträngiger M 13mp 18-DNA und 6 μl FAM-3-ROX; (2) 6 μl Reaktionspuffer, 20 μl einsträngiger M 13mp 18-DNA und 3 μl FAM-10-FAM. Jedes Fläschchen wurde während 5 Minuten auf 65°C erhitzt und dann während 30 Minuten auf Raumtemperatur ab kühlen gelassen und anschließend während 20 Minuten auf Eis gestellt, um sicherzustellen, daß die kürzeren Primer vollständig zu der Matrize hybridisiert worden sind. Dann gibt man zu jedem auf Eis stehenden Fläschchen 3 μl DTT, 20 μl der ddA-Terminationsmischung und 12 μl verdünnte Sequenase 2.0. Man inkubiert die Reaktionsmischungen anfänglich während 20 Minuten bei 20°C und dann während weiterer 20 Minuten bei 37°C. Man unterbricht die Reaktion durch Zugabe von 50 μl 50 mmol/l EDTA, 40 μl 4 mol/l NH4OH und 300 μl 95% EtOH. Man vermischt die Lösungen gut und stellt während 20 Minuten auf Eis. Man entsalzt die Fragmente zweimal mit 75%-iger kalter EtOH, trocknet im Vakuum und löst in 4 μl 95%-igem (V/V) Formamid und 50 mmol/l EDTA. Man erhitzt die Probe während 3 Minuten zur Denaturierung der DNA und stellt dann bis zur Injektion der Probe in das Kapillarelektrophoresegerät auf Eis. Die elektrokinetische Injektion wird während 30 Sekunden bei 10 kV durchgeführt.
- Aus den obigen Ergebnissen ist ersichtlich, daß man verwandte Zusammensetzungen, beispielsweise mit zwei Fluorophoren funktionalisierte Polynucleotide derart einstellen kann, daß sich unterschiedliche Emissionswellenlängen bei hohen Emissionsquantenausbeuten ergeben bei im wesentlichen dergleichen Anregungs-Lichtabsorption und Mobilität. In dieser Weise können Mischungen von Komponenten unabhängig voneinander analysiert werden, wenn die unterschiedlichen Komponenten mit Markern, welche unterschiedliche Fluoreszenz-Emissionsbanden aufweisen, unterschiedlich markiert werden können. Weiterhin können die Zusammensetzungen ohne weiteres hergestellt und für eine Vielzahl von Anwendungszwecken eingesetzt werden und zeigen eine gute Stabilität und verbesserte Fluoreszenzeigenschaften.
- Sämtliche in diese Beschreibung genannten Veröffentlichungen und Patentanmeldungen sind hierin so als Referenz eingefügt, als wenn jede einzelne Veröffentlichung oder Patentanmeldung spezifisch und individuell als Referenz anzufügen angegeben worden wäre.
- Wenngleich die obige Erfindung aus Gründen der Klarheit und des Verständnisses im Detail durch Erläuterung und mit Beispielen beschrieben worden ist, ist für den Fachmann ersichtlich, daß im Lichte der Lehre der vorliegenden Erfindung bestimmte Änderungen und Modifizierungen gemacht werden können, ohne daß der Geist oder der Umfang der beigefügten Ansprüche verlassen wird.
Claims (49)
- Kombination aus verschiedenen fluoreszierenden Markern, wobei jeder Marker ein an verschiedene Atome einer Kette von Atomen kovalent gebundenes fluoreszierendes Donor-Akzeptor-Paar mit wirksamer Energieübertragung von dem Donor zu dem Akzeptor aufweist und wobei jeder der Marker eine einzige Molekülart darstellt und kovalent an eine nachzuweisende Komponente gebunden werden kann und im. wesentlichen bei der gleichen Wellenlänge absorbiert und bei einer unterschiedlichen Wellenlänge emittiert.
- Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Donor-Fluorophore gleichartig oder verschieden sind.
- Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Donor-Fluorophore Licht im Wellenlängenbereich von 350 bis 800 nm absorbiert und jeder der Akzeptoren Licht im Wellenlängenbereich von 450 bis 1000 nm emittiert.
- Kombination nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekulargewicht des an die Kette gebundenen fluoreszierenden Donor-Akzeptor-Paars weniger als 5000 Dalton beträgt.
- Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Akzeptor-Donor-Paare Xanthen-Farbstoffe sind.
- Kombination nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Xanthen-Farbstoffe Farbstoffe aus der Fluorescein- und Rhodamin-Farbstoffklasse umfassen.
- Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette eine Polymerkette ist.
- Kombination nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerkette eine Nukleinsäurekette ist.
- Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette ein difunktionelles Molekül ist.
- Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das difunktionelle Molekül ein Halogenamin ist.
- Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette weniger als 100 Atome aufweist.
- Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette ein Halogenamin ist.
- Kombination gemäß den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der fluoreszierenden Marker zusätzlich einen dritten Fluorophor aufweist, so daß die Energie von einem Molekül zu dem nächsten mit einer größeren Wellenlänge übertragen wird und die Anregung des ersten Fluorophors die Fluoreszenz des dritten Fluorophors verursacht.
- Verfahren zur Identifizierung und zum Nachweis von Komponenten in einer Vielkomponenten-Mischung unter Verwendung unterschiedlicher fluoreszierender Marker zum. Nachweis von mindestens zwei interessierenden Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß (i) jeder der Marker ein an unterschiedliche Atome einer Kette von Atomen kovalent gebundenes fluoreszierendes Donor-Akzeptor-Paar mit wirksamer Energieübertragung von dem Donor zu dem Akzeptor aufweist; und (ii) jeder der Marker eine einzige Molekülart darstellt und im wesentlichen bei der gleichen Wellenlänge absorbiert und bei einer unterschiedlichen Wellenlänge emittiert; welches Verfahren darin besteht: die unterschiedlichen Marker kovalent an verschiedene Komponenten der Vielkomponenten-Mischung zu binden und jede der markierten Komponenten nachzuweisen durch Bestrahlen mit Licht bei der Absorptions-Wellenlänge des Donors und Nachweis der Fluoreszenz jedes der Marker. 15: Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Donor-Fluorophore gleichartig oder verschieden sind.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Donoren Licht im Wellenlängenbereich von 350 bis 800 nm absorbiert und jeder der Akzeptoren im Wellenlängenbereich von 450 bis 1000 nm emittiert.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Akzeptor-Donor-Paar Xanthen-Farbstoffe sind.
- Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Xanthen-Farbstoffe Farbstoffe aus der Fluorescein- und Rhodamin-Farbstoffklasse umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Marker Oligonucleotide sind.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Sequenzieren von DNA verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielkomponenten-Mischung eine DNA-Didesoxy-Sequenzierungs-Mischung ist.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette ein Polymerkette ist.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerkette eine Nucleinsäurekette ist.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerkette keine Nucleinsäurekette ist.
- Verfahren zur Trennung von Bestandteilen einer Vielkomponenten-Mischung, in der jede der unterschiedlichen interessierenden Komponenten mit unterschiedlichen Markern markiert ist, welche Marker dadurch gekennzeichnet sind, daß: (i) jeder Marker ein an verschiedene Atome einer Oligonucleotid-Kette kovalent gebundenes fluoreszierendes Donor-Akzeptor-Paar mit wirksamer Energieübertragung von dem Donor zu dem Akzeptor aufweist; (ii) jeder der Marker eine einzige Molekülart darstellt und im wesentlichen bei der gleichen Wellenlänge absorbiert und bei einer unterschiedlichen Wellenlänge emittiert; und (iii) jeder der unterschiedlichen Marker im wesentlichen die gleiche Mobilität bei der Trennung aufweist als Ergebnis der Variation des Abstands des Do nor-Akzeptor-Paares längs der Oligonucleotid-Kette; welches Verfahren darin besteht: die unterschiedlichen Marker kovalent an verschiedene Komponenten der Vielkomponenten-Mischung zu binden, die Komponenten in einzelne Fraktionen zu trennen und jede der markierten Komponenten nachzuweisen durch Bestrahlen mit Licht bei der Absorptions-Wellenlänge des Donors und Nachweis der Fluoreszenz jedes der Marker.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung durch Elektrophorese erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Donor-Fluorophore gleichartig oder verschieden sind.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Donor Licht im Wellenlängenbereich von 350 bis 800 nm absorbiert und der Akzeptor Licht im Wellenlängenbereich von 450 bis 1000 nm emittiert.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Akzeptor-Donor-Paar Xanthen-Farbstoffe sind.
- Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Xanthen-Farbstoffe Farbstoffe aus der Fluorescein- und Rhodamin-Farbstoffklasse umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Sequenzieren von DNA verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielkomponenten-Mischung eine DNA-Didesoxy-Sequenzierungs-Mischung ist.
- Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht eine einzige Wellenlänge aufweist.
- Verfahren zum Sequenzieren einer Nucleinsäuresequenz unter Verwendung von Primern durch Incubieren einer einsträngigen Nucleinsäure mit Didesoxynucleotiden zur Terminierung der durch das Incubieren an ein beson deres Nucleotid gebildeten Kette,. welches Verfahren darin besteht: (i) Incubieren der Nucleinsäuresequenz mit einer DNA-Polymerase in Gegenwart des Primers, von dNTP und eines andersartigen Didesoxynucleotids in unterschiedlichen Reaktionsgefäßen zur Erzeugung von einsträngigen DNA-Fragmenten; und (ii) Trennen der einsträngigen DNA-Fragmente aus der erhaltenen Mischung und Bestimmen der Sequenz mit Hilfe der auf dem Gel vorhandenen Banden; dadurch gekennzeichnet, daß die DNA-Sequenzierungs-Fragmente Primer aufweisen, welche ein kovalent an verschiedene Atome einer Kette von Atomen gebundenes fluoreszierendes Donor-Akzeptor-Paar mit wirksamer Energieübertragung von dem Donor zu dem Akzeptor aufweisen, wobei jeder der Primer eine einzige Molekülart darstellt und jeder der Primer bei im wesentlichen der gleichen Wellenlänge absorbiert und bei einer unterschiedlichen Wellenlänge emittiert und jeder der Primer im wesentlichen die gleiche Mobilität bei der Trennung zeigt, was sich durch Variation des Abstands und der Fluorophore des Donor-Akzeptor-Paars längs der Nucleinsäurekette ergibt.
- Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Mitglieder des fluoreszierenden Donor-Akzeptor-Paars an das 5'-Ende des Primers gebunden ist.
- Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß vier Primer mit unterschiedlichen Donor-Akzeptor-Paaren eingesetzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das fluoreszierende Donor-Akzeptor-Paar durch nicht mehr als 30 Nucleotide getrennt ist.
- Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei fluoreszierende Donor-Akzeptor-Paare Xanthen-Farbstoffe sind.
- Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Xanthen-Farbstoffe Farbstoffe aus der Fluorescein- und Rhodamin-Farbstoffklasse umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung durch Elektrophorese erfolgt.
- Verfahren zum Sequenzieren einer Nucleinsäure unter Verwendung von Primern zum Incubieren einer einsträngigen Nucleinsäure und unter Verwendung von mindestens zwei unterschiedlich markierten Didesoxynucleotiden zur Terminierung der durch das Incubieren an ein besonderes Nucleotid gebildeten Kette, welche Methode darin besteht: (i) Incubieren der Nucleinsäure mit einer DNA-Polymerase in Gegenwart eines Primers, von dNTP und eines der mindestens zwei unterschiedlich markierten Didesoxynucleotide in unterschiedlichen Reaktionsgefäßen; (ii) Trennen der erhaltenen Mischung aus einsträngigen DNA-Sequenzierungs-Fragmenten und Bestimmen der Sequenz mit Hilfe der auf dem Gel vorhandenen Banden; dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlich markierten Didesoxynucleotiden kovalent an Marker gebunden sind, die ein kovalent an verschiedene Atome einer Kette von Atomen gebundenes fluoreszierendes Donor-Akzeptor-Paar mit wirksamer Energieübertragung von dem Donor zu dem Akzeptor aufweisen, worin jeder der Marker bei im wesentlichen der gleichen Wellenlänge absorbiert und bei einer unterschiedlichen Wellenlänge emittiert.
- Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß vier markierte Didesoxynucleotide mit unterschiedlichem Akzeptor-Donor-Paaren eingesetzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette ein difunktionelles Molekül ist.
- Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das difunktionelle Molekül ein Halogenamin ist.
- Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette eine Verbindungskette aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskette ein Halogenamin ist.
- Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet; daß mindestens zwei fluoreszierende Donor-Akzeptor-Paare Xanthen-Farbstoffe sind.
- Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Xanthen-Farbstoffe Farbstoffe aus der Fluorescein- und Rhodamin-Farbstoffklasse umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung durch Elektrophorese erfolgt.
- Reagenzsatz zur Verwendung bei einem der Verfahren gemäß den Ansprüchen 14 bis 49, umfassend eine Kombination von unterschiedlichen fluoreszierenden Markern nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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