DE19914808A1 - Information-bearing polymers - Google Patents

Information-bearing polymers

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DE19914808A1
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Udo Feldkamp
Wolfgang Banzhaf
Jonathan Howard
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Abstract

The invention relates to methods for producing information-carrying polymers, information-carrying polymers obtained using these methods, and to methods for isolating, duplicating, and selecting such information-carrying polymers. The invention also relates to polymeric data memories and DNA computers which contain the information-carrying polymers, and to the use of information-carrying polymers for producing molecular weight standards, as markers or signatures, for encoding information, as molecular-scale adhesives, or for producing or processing the smallest molecular structures.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung informationstragender Polymere, nach diesen Verfahren erhältliche informationstragende Polymere; Verfahren zur Isolierung, zur Vervielfältigung und zum Auslesen solcher informationstragender Polymere; polymere Datenspeicher und DNA-Computer, die informationstragende Polymere umfassen sowie die Verwendung informationstragender Polymere zur Herstellung von Molekulargewichtsstandards, als Marker oder Signaturen, zur Verschlüsselung von Information, als molekulare Kleber oder zur Herstellung oder Bearbeitung kleinster molekularer Strukturen.The invention relates to methods for producing information-carrying polymers, according to these Process-available information-carrying polymers; Process for isolation, for Duplication and reading of such information-carrying polymers; polymers Data storage and DNA computers, which comprise information-carrying polymers, as well as the Use of information-bearing polymers for the production of Molecular weight standards, as markers or signatures, for the encryption of Information, as molecular glue or for the manufacture or processing of the smallest molecular structures.

Es ist bekannt, Nukleinsäuren wie DNA (Deoxiribonucleic Acid = Desoxyribonukleinsäure) und RNA (Ribonucleic Acid = Ribonukleinsäure) auch außerhalb von Organismen zur Informationsverarbeitung zu verwenden. Es wurden bisher verschiedene Ansätze, DNA Moleküle zur Informationsverarbeitung zu verwenden, vorgestellt. Die WO 97/07 440 und [L. M. Adleman, Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems, Science, 266, 1021-1024, (1994)] beschreiben ein Verfahren, einen Graphen- Algorithmus ("Hamiltonian-Pfad-Problem") als Entscheidungsproblem mit Hilfe von DNA Molekülen zu berechnen. Der Algorithmus wird implementiert, indem die Kanten und Knoten des Graphen als DNA Sequenzen repräsentiert werden. Die Berechnung des Algorithmus wird dadurch vorgenommen, daß durch die Hybridisierung komplementärer DNA Sequenzen eine Menge von Pfaden des Graphen erzeugt werden.It is known to use nucleic acids such as DNA (deoxiribonucleic acid = deoxyribonucleic acid) and RNA (Ribonucleic Acid = Ribonucleic Acid) also outside of organisms for Use information processing. So far there have been different approaches, DNA Using molecules to process information is presented. WO 97/07 440 and [L. M. Adleman, Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems, Science, 266, 1021-1024, (1994)] describe a method, a graphene Algorithm ("Hamiltonian path problem") as a decision problem with the help of DNA To calculate molecules. The algorithm is implemented by the edges and nodes of the graph are represented as DNA sequences. The calculation of the algorithm will in that by hybridizing complementary DNA sequences Set of paths of the graph are generated.

Aus dieser Menge von Pfaden werden dann mit Hilfe molekularbiologischer Verfahren alle Pfade entfernt, die eine falsche oder keine Lösung des Algorithmus sind. Wurden alle Schritte erfolgreich ausgeführt, so muß am Ende entweder mindestens ein DNA Strang übrigbleiben, der die richtige Lösung des Problems enthält, oder es bleibt kein DNA Strang übrig, was bedeutet, daß der Algorithmus keine Lösung hat.This set of paths then becomes all using molecular biological methods Removed paths that are an incorrect or no solution to the algorithm. Were all steps successfully executed, at least one DNA strand must remain at the end, that contains the correct solution to the problem, or there is no DNA strand left, what means that the algorithm has no solution.

Das beschriebene Verfahren setzt voraus, daß genügend viele Moleküle zur Verfügung stehen, damit jede mögliche Lösung der jeweiligen Probleminstanz statistisch mindestens einmal in der Ausgangsmenge von Pfaden vorkommt. Dies kann aufgrund der statistischen Natur der Hybridisierungsvorgänge jedoch nicht garantiert werden. Außerdem können im ersten Schritt auch zyklische Graphen entstehen, was von vorneherein die Menge falscher Lösungen vergrößert.The method described assumes that enough molecules are available stand so that every possible solution to the respective problem instance is statistically at least occurs once in the initial set of paths. This can be due to the statistical However, the nature of the hybridization processes cannot be guaranteed. In addition, in First step also cyclic graphs are created, which is wrong from the start Solutions enlarged.

Der in WO 97/07 440 beschriebene Ansatz zeigt, daß Symbolverarbeitung überhaupt in vitro mit DNA Molekülen vorgenommen werden kann. Jedoch ist der beschriebene Ansatz in der Praxis kaum verwendbar: Ein Problem ist, daß der Algorithmus nicht deterministisch, sondern nur stochastisch ist, das gefundene Ergebnis ist damit nur mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit korrekt. Ein weiteres Problem ist, daß die Implementierung des Algorithmus nicht effizient (Laufzeit-optimal) ist, dadurch wird die Berechnung langsam. Es wird dargelegt, daß das verwendete Verfahren zur Lösung NP-vollständiger Probleme (einer Klasse von Problemen, für die nur deterministische Lösungsalgorithmen mit exponentieller Laufzeit bekannt sind und von der vermutet wird, daß es keine effizienten deterministischen Lösungsalgorithmen gibt) besonders gut geeignet sei, weil der Algorithmus aufgrund der Parallelität der ausgeführten Operationen nur lineare Laufzeit benötige. Diese Argumentation ist jedoch insofern fehlerhaft, als die lineare Laufzeit durch eine exponentielle Anzahl von Molekülen kompensiert wird. Die exponentielle Problemgröße bleibt also unverändert bestehen.The approach described in WO 97/07 440 shows that symbol processing is in vitro at all can be done with DNA molecules. However, the approach described is in the Practically hardly usable: One problem is that the algorithm is not deterministic, but is only stochastic, the result found is therefore only with a certain one  Probability correct. Another problem is that the implementation of the Algorithm is not efficient (runtime optimal), so the calculation is slow. It is stated that the method used to solve NP-complete problems (a class of problems for which only deterministic solution algorithms with exponential term are known and are believed to be not efficient deterministic solution algorithms) are particularly well suited because the algorithm due to the parallelism of the executed operations only need linear runtime. This However, reasoning is flawed in that the linear term is exponential Number of molecules is compensated. The exponential problem size remains exist unchanged.

Insgesamt ist das in der WO 97/07 440 beschriebene Verfahren zu sehr eingeschränkt, um für molekulare Informationsverarbeitung über den beschriebenen Algorithmus hinaus verwendbar zu sein: Das Hamiltonian-Pfad-Problem ist fest kodiert, andere Algorithmen können damit nicht berechnet werden, jede Probleminstanz muß neu kodiert werden. Programmierung ist nicht vorgesehen, alle Schritte des Algorithmus werden von Hand ausgeführt. Ein Input- /Output-System ist nicht vorgesehen. Insgesamt ist das Verfahren zur Programmierung von Algorithmen oder zur Implementierung eines Computers nicht geeignet. Die WO 97/29 117 und [Frank Guarnieri, Makiko Fliss, Carter Bancroft, Making DNA Add, Science, 273, 220-223, (1996)] beschreiben ein Verfahren, Additionen mit Hilfe von DNA Molekülen auszuführen. Die Addition erfolgt als Schiebeoperation mit Überlauf-Übertrag in vitro mit DNA Molekülen und Primer-Elongation.Overall, the method described in WO 97/07 440 is too restricted to be suitable for molecular information processing can be used beyond the described algorithm to be: The Hamiltonian path problem is hard-coded, other algorithms can use it are not calculated, every problem instance has to be recoded. Programming is not provided, all steps of the algorithm are carried out by hand. An input / Output system is not provided. Overall, the procedure for programming Algorithms or not suitable for the implementation of a computer. WO 97/29 117 and [Frank Guarnieri, Makiko Fliss, Carter Bancroft, Making DNA Add, Science, 273, 220-223, (1996)] describe a method of addition using DNA Molecules. The addition takes place as a shift operation with overflow carry in in vitro with DNA molecules and primer elongation.

Das beschriebene Verfahren beschreibt ausschließlich Additionen. Jedoch ist selbst die Verwendung als Addierer aus mindestens zwei Gründen ungünstig: Zum einen ist Addition mit dem beschriebenen Verfahren nicht effizient (Laufzeit-optimal) implementiert. Zum anderen ist das verwendete System formal unvollständig, weil die durch Addition erzeugten Ergebnisse ihrerseits nicht mehr als Zahlen für Berechnungen verwendet werden können. Über die Addition hinausgehende Konzepte fehlen. Insgesamt ist das Verfahren zur Programmierung von Algorithmen oder zur Implementierung eines Computers nicht geeignet.The described method only describes additions. However, even that Use as an adder is unfavorable for at least two reasons: First, addition is with the method described is not implemented efficiently (optimal runtime). Second is the system used is formally incomplete because of the results generated by addition in turn, can no longer be used as numbers for calculations. About the No additional concepts are available. Overall, the procedure for programming algorithms or to implement a computer.

In [Qi Ouyang, Peter D. Kaplan, Shumao Liu, Albert Libchaber, DNA Solution of the Maximal Clique Problem, Science, 278, 446-449, (1997)] wird ein Verfahren beschrieben, einen Algorithmus zur Lösung des "Max-Clique-Problem"s zu implementieren. Der Algorithmus stammt aus der Graphentheorie und fällt unter die NP-vollständigen Probleme. Wie in [L. M. Adleman, Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems, Science, 266, 1021-1024, (1994)] ist das Verfahren nur in der Lage, einen fest kodierten Lösungsalgorithmus zu berechnen. Auch hier wird das Ergebnis nur mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit erhalten. Das von den Autoren beschriebene Verfahren enthält keine weiterführenden Konzepte (etwa in Hinsicht der Implementierung auch anderer Algorithmen). Insgesamt ist das Verfahren zur Programmierung von Algorithmen oder zur Implementierung eines Computers nicht geeignet.In [Qi Ouyang, Peter D. Kaplan, Shumao Liu, Albert Libchaber, DNA Solution of the Maximal Clique Problem, Science, 278, 446-449, (1997)] describes a method, a Implement algorithm for solving the "Max Clique problem". The algorithm comes from graph theory and falls under the NP-complete problems. As in [L. M. Adleman, Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems, Science, 266, 1021-1024, (1994)] the method is only capable of a hard-coded Calculate solution algorithm. Again, the result is only with a certain one Get probability. The procedure described by the authors does not contain any advanced concepts (e.g. with regard to the implementation of other algorithms). Overall, the procedure for programming algorithms or for implementation not suitable for a computer.

In [Erik Winfree, Xiaoping Yang, Nadrian C. Seeman, Universal Computation via Self­ assembly of DNA: Some Theory and Experiments, Proceedings of the 2nd DIMACS Meeting on DNA Based Computers, Princeton University, June 20-12, (1996)] wird erörtert, reguläre Grammatiken in DNA durch Verknüpfung von Oligonukleotiden mit "sticky ends" zu implementieren. Die Ausführungen sind jedoch rein theoretischer Natur und scheitern an wesentlichen, bisher ungelösten Problemen. Insbesondere wird nicht dargelegt, wie die zur Implementierung von Grammatiken benötigten Sequenzen konstruiert werden müssen. Gerade dies ist aber das entscheidende Problem, ohne dessen Lösung Grammatiken nicht implementiert werden können. Der Grund dafür liegt darin, daß die Sequenzen, die die Variablen und Terminale einer Grammatik repräsentieren, sowohl eindeutig, als auch untereinander hinreichend unähnlich sein müssen. Außerdem müssen sie bestimmte strukturelle, chemische und physikalische Eigenschaften erfüllen. Andernfalls sind Fehlhybridisierungen zwischen Sequenzen zwangsläufig, die bei der Polymerisierung zu ungewollten Kettenverlängerungen und Kettenabbrüchen führen und damit das Funktionieren des Verfahrens unmöglich machen. Dieses Problem verschärft sich mit der Anzahl der benötigten Sequenzen exponentiell.In [Erik Winfree, Xiaoping Yang, Nadrian C. Seeman, Universal Computation via Self assembly of DNA: Some Theory and Experiments, Proceedings of the 2nd DIMACS Meeting  on DNA Based Computers, Princeton University, June 20-12, (1996)] is discussed, regular Grammars in DNA by linking oligonucleotides with "sticky ends" to implement. However, the explanations are purely theoretical in nature and fail essential, as yet unsolved problems. In particular, it is not explained how the Implementation of grammars required sequences must be constructed. But this is precisely the crucial problem, without which grammars cannot be solved can be implemented. The reason for this is that the sequences that the Represent variables and terminals of a grammar, both clearly and as well must be sufficiently dissimilar to one another. They also have to be certain meet structural, chemical and physical properties. Otherwise are Incorrect hybridizations between sequences inevitably result in the polymerization lead to unwanted chain extensions and chain breaks and thus the functioning make the procedure impossible. This problem worsens with the number of required sequences exponentially.

Das beschriebene Verfahren wird von den Autoren selbst wieder verworfen, bzw. insofern als unzureichend bezeichnet, als es keine sonderlich interessanten Berechnungen erlaube (Erik Winfree, Xiaoping Yang, Nadrian C. Seeman, Universal Computation via Self-assembly of DNA: Some Theory and Experiments, Proceedinsrs of the 2nd DIMACS Meeting on DNA Based Computers, Princeton University, June 20-12, (1996), S. 8, 2. Absatz, 1. Zeile). Weiterführende Experimente der Autoren stützen sich entsprechend auch nicht weiter auf reguläre Grammatiken und lineare Polymere, sondern auf kontextsensitive Grammatiken zur Erzeugung von DNA Gitterstrukturen [Erik Winfree, Furong Liu, Lisa A. Wenzler & Nadrian C. Seeman, Design and self-assembly of two-dimensional DNA crystals, Nature, 394, 539-544, (1998)]. Der von den Autoren beschriebene Ansatz ist womöglich zur Erzeugung DNA­ basierter Nanostrukturen (Herstellung von Katalysatoren usw.) geeignet. Zur Informationsverarbeitung eignet er sich hingegen nicht, hier sind die erzeugten Gitterstrukturen eher hinderlich.The described method is rejected by the authors themselves, or in so far as insufficiently designated as it does not allow any particularly interesting calculations (Erik Winfree, Xiaoping Yang, Nadrian C. Seeman, Universal Computation via Self-assembly of DNA: Some Theory and Experiments, Proceedinsrs of the 2nd DIMACS Meeting on DNA Based Computers, Princeton University, June 20-12, (1996), p. 8, 2nd paragraph, 1st line). Further experiments by the authors are therefore not based on any further regular grammars and linear polymers, but based on context-sensitive grammars Generation of DNA lattice structures [Erik Winfree, Furong Liu, Lisa A. Wenzler & Nadrian C. Seeman, Design and self-assembly of two-dimensional DNA crystals, Nature, 394, 539-544, (1998)]. The approach described by the authors may be to generate DNA based nanostructures (production of catalysts, etc.). For On the other hand, it is not suitable for information processing, here are the generated ones Lattice structures rather a hindrance.

Zwar sprechen die Autoren von der Möglichkeit, das mathematische Konzept der "Wang tiles" durch die erzeugten Gitterstrukturen zu realisieren und damit potentiell auch für Berechnungen zu verwenden, sie bleiben aber bei der bloßen Erwähnung einer solchen Möglichkeit, ohne zu beschreiben, wie dies im Sinne einer Informationsverarbeitung genutzt werden kann.Although the authors speak of the possibility of using the mathematical concept of "Wang tiles" through the generated lattice structures and thus potentially also for To use calculations, but they remain at the mere mention of such Possibility without describing how this is used in terms of information processing can be.

Es ist überhaupt zweifelhaft, ob der von den Autoren beschriebene Ansatz überhaupt zu einer Informationsverarbeitung geeignet ist: Die Gitterstrukturen verhindern die Vervielfältigung informationstragender Sequenzen (z. B. durch Klonierung oder PCR = Polymerase Chain Reaction = Polymerase Kettenreaktion) und machen es unmöglich, die erzeugten Strukturen als Daten zu verwenden, weil diese nicht mehr, etwa durch PCR, ausgelesen werden können. Entsprechend sieht der gewählte Ansatz in der jetzigen Form konzeptionell gar keine Möglichkeit vor, die erzeugten Strukturen im Sinne einer Informationsverarbeitung, etwa als Daten, zu nutzen. It is doubtful at all whether the approach described by the authors actually becomes one Information processing is suitable: The lattice structures prevent duplication information-carrying sequences (e.g. by cloning or PCR = polymerase chain Reaction = polymerase chain reaction) and make it impossible to generate the structures to be used as data because it can no longer be read out, for example by PCR. Accordingly, the chosen approach does not see any concept in its current form Possibility to use the generated structures in the sense of information processing, such as Data.  

Aus dem Stand der Technik ist bisher kein Verfahren bekannt, das es erlaubt, DNA Moleküle für die Implementierung effizienter Algorithmen zu verwenden. Es ist kein Verfahren bekannt, Berechnungen automatisch (etwa in Art eines molekularen Computers) durchzuführen. Es ist auch kein Verfahren bekannt, Programme in Form von regulären Grammatiken mit molekularen Verfahren so zu implementieren, daß damit
To date, no method is known from the prior art which allows DNA molecules to be used for the implementation of efficient algorithms. No method is known for performing calculations automatically (for example in the manner of a molecular computer). There is also no known method for implementing programs in the form of regular grammars with molecular methods in such a way that

  • a) unterschiedliche (im Idealfall beliebige) reguläre Grammatiken implementiert werden könnena) different (ideally any) regular grammars are implemented can
  • b) die mit regulären Grammatiken erzeugten Wörter einer Sprache ausgelesen werden könnenb) the words of a language generated with regular grammars are read out can
  • c) die mit regulären Grammatiken erzeugten Wörter einer Sprache für technische Zwecke (z. B. Informationsverarbeitung, Polymerchemie) weiterverwendet werden können.c) the words of a language generated with regular grammars for technical purposes (e.g. information processing, polymer chemistry) can continue to be used.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt, Informationsverarbeitung auf molekularer Basis mithilfe regulärer Grammatiken vorzunehmen, ohne dabei auf eine oder wenige Grammatiken eingeschränkt zu sein. Das Verfahren soll kompatibel zu herkömmlichen Computern sein und eine Informationsverarbeitung erlauben, die teilweise auf molekularer Basis und teilweise auf der Basis herkömmlicher Computer stattfindet. Das Verfahren soll programmierbar und weitgehend automatisierbar sein. Die innerhalb des Verfahrens erzeugten Polymere sollen lesbar und für weiterführende Anwendungen und Verfahren verwendbar sein.The present invention is therefore based on the object of providing a method which allows information processing on a molecular basis using regular Make grammars without being limited to one or a few grammars his. The method is said to be compatible with conventional computers and one Allow information processing, partly on a molecular basis and partly on the Basis of conventional computers takes place. The process is said to be programmable and be largely automated. The polymers produced within the process are said to readable and usable for further applications and processes.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung informationstragender Polymere, das umfaßt,
This object is achieved by a method for producing information-carrying polymers, which comprises

  • A) eine reguläre Grammatik G = (Σ, V, R, S) mit einem endlichen Terminalalphabet Σ, einer endlichen Variablenmenge V, einer endlichen Regelmenge R und einem Startsymbol S zu definieren;A) a regular grammar G = (Σ, V, R, S) with a finite terminal alphabet Σ, a finite set of variables V, a finite rule set R and one Define start symbol S;
  • B) das NFR-Verfahren (Niehaus-Feldkamp-Rauhe-Verfahren) zur Herstellung von Monomersequenzen (Oligo- oder Polymere);B) the NFR process (Niehaus-Feldkamp-Rauhe process) for the production of Monomer sequences (oligo- or polymers);
  • C) mit dem NFR-Verfahren eine in Schritt I definierte Grammatik zu implementieren, indem damit Monomersequenzen hergestellt werden, die die Regelmenge R einer Grammatik G eindeutig darstellen;C) to implement a grammar defined in step I using the NFR method, by producing monomer sequences that the control set R one Display grammar G clearly;
  • D) aus den in Schritt III hergestellten Monomersequenzen für jede Regel der Regelmenge R von G ein die Regel repräsentierendes Oligomer (Algomer) zusammenzusetzen (Algomer-Assemblierung);D) from the monomer sequences prepared in step III for each rule of Standard set R of G an oligomer (algomer) representing the standard assemble (algomer assembly);
  • E) die in Schritt IV zusammengesetzten Oligomere (Algomere) zu informationstragenden Polymeren zu verknüpfen (Symbolpolymerisation).E) the oligomers (algomers) assembled in step IV to be information-carrying Linking polymers (symbol polymerization).

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden folgende Definitionen und Abkürzungen verwendet:
Algomer: Doppelsträngiges Oligomer, das eine Regel einer gegebenen Grammatik repräsentiert. Algomere können miteinander zu Logomeren verknüpft werden.
Auslese-PCR: PCR, die zum Auslesen der in Logomeren enthaltenen Information verwendet wird.
Bitpolymerisation: Prozeß des Verkettens von Algomeren zu Logomeren, wenn es nur zwei verschiedene Elongatoren gibt.
Elongator: Algomer mit zwei Überhangsequenzen; kann mit Terminator oder Elongator ligieren und führt zu einer Kettenverlängerung.
Grammatik: Formalismus, der Sprachen beschreibt. Er basiert auf der formalen Theorie von Sprachen [Chomsky, N., Three models for the description of language, JACM, 2 : 3, 113-124, (1956)], [Chomsky, N., On certain formal properties of grammars, lnf. and Control, 2 : 2, 137-167, (1959)], [Chomsky, N., Formal properties of grammars, Handbook of Math. Psych., 2, 323-418, (1963)].
Eine Grammatik G beschreibt eine Sprache L (G), das Alphabet dieser Sprache und deren Syntax. Nach einer Grammatik G können alle Wörter dieser Sprache erzeugt werden.
Eine Grammatik G ist ein Quadrupel (Σ, V, R, S) mit Terminalalphabet Z, Variablenmenge V, Startsymbol S und Regelmenge R.
Logomer: Polymer, das symbolische Informationen trägt und durch die Verkettung von Algomeren erzeugt wurde. Entsprechend besteht ein Logomer aus sich wiederholenden Einheiten von Algomeren. Ein Logomer repräsentiert ein Wort einer Sprache L (G), die von der entsprechenden Grammatik G erzeugt wird.
Monomer: Einzelmolekül. Mehrere Monomere können zu längeren Ketten verknüpft werden und so Oligomere und Polymere bilden.
Monomere sind im Fall von Desoxyribonukleinsäure die Nukleotide (Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin wie auch sog. Basenanaloga wie Hypoxanthin etc.).
Oligomer: Kurzkettiges Molekül aus sich wiederholenden Einheiten (Monomeren). Auch kurze doppelsträngige Moleküle werden als Oligomere bezeichnet.
PCR: Polymerase Chain Reaction = Polymerase Kettenreaktion; Verfahren zur exponentiellen Vervielfältigung von DNA.
Die PCR benötigt ein DNA Template, das vervielfältigt wird, und zwei Primer, die jeweils gegenläufig im Template ansetzen und als Startpunkte einer DNA Polymerisation fungieren. Durch iterative Wiederholung von Schmelzen-Hybridisierung-Polymerisations-Zyklen wird das DNA Template vervielfältigt.
Polymer: Langkettiges Molekül aus sich wiederholenden Einheiten (Monomeren).
Regel: auch: Produktionsregel, Ersetzungsregel oder Ableitungsregel.
Beschreibt die Ersetzung von Symbolen durch andere. Durch die wiederholte Anwendung von Regeln können Symbolketten erzeugt werden.
Sequenz: Informatik: Abfolge von Zeichen;
Chemie: Abfolge kovalent verbundener Monomere;
Molekularbiologie: Abfolge kovalent verbundener Nukleotide.
Komplementarität: Zwei Sequenzen sind dann komplementär, wenn sie miteinander hybridisieren können. Im Falle von DNA sind z. B. die Sequenzen 5'attt3' und 5'aaat3' komplementär, die Sequenz 5'acgt3' ist zu sich selbst komplementär.
Startsymbol: Variable innerhalb einer Grammatik, von der ausgehend, durch Anwendung der Regeln der Grammatik, eine Symbolkette erzeugt werden kann.
Symbolpolymerisation: Prozeß des Verkettens von Algomeren zu Logomeren.
Terminal: Symbol einer Grammatik. Ein Terminal kann nicht weiter ersetzt (substituiert) werden. Terminale sind die "Buchstaben" der Worte einer Sprache L (G).
Terminator: Algomer mit einer Überhangsequenz. Kann nur mit Elongator ligieren. Führt zum Kettenabbruch bei einer Symbolpolymerisation.
Variable: Symbol einer Grammatik. Eine Variable kann gemäß der Regel einer Grammatik von Terminalen, Variablen oder Kombinationen von Terminalen und Variablen ersetzt werden.
The following definitions and abbreviations are used in the context of the present invention:
Algomer: double-stranded oligomer that represents a rule of a given grammar. Algomers can be linked together to form logomers.
Readout PCR: PCR used to read out the information contained in logomers.
Bit polymerization: process of chaining algomers to logomers if there are only two different elongators.
Elongator: Algomer with two overhang sequences; can ligate with terminator or elongator and leads to a chain extension.
Grammar: formalism that describes languages. It is based on the formal theory of languages [Chomsky, N., Three models for the description of language, JACM, 2: 3, 113-124, (1956)], [Chomsky, N., On certain formal properties of grammars, lnf. and Control, 2: 2, 137-167, (1959)], [Chomsky, N., Formal properties of grammars, Handbook of Math. Psych., 2, 323-418, (1963)].
A grammar G describes a language L (G), the alphabet of this language and its syntax. All words of this language can be generated according to a grammar G.
A grammar G is a quadruple (Σ, V, R, S) with terminal alphabet Z, variable set V, start symbol S and rule set R.
Logomer: polymer that carries symbolic information and was created by the chaining of algomers. Accordingly, a logomer consists of repeating units of algomers. A logomer represents a word of a language L (G) generated by the corresponding grammar G.
Monomer: single molecule. Several monomers can be linked to form longer chains and thus form oligomers and polymers.
In the case of deoxyribonucleic acid, monomers are the nucleotides (adenine, cytosine, guanine, thymine as well as so-called base analogues such as hypoxanthine etc.).
Oligomer: Short-chain molecule made up of repeating units (monomers). Short double-stranded molecules are also called oligomers.
PCR: polymerase chain reaction = polymerase chain reaction; Exponential DNA amplification method.
The PCR requires a DNA template that is duplicated and two primers, each of which starts in the opposite direction in the template and acts as starting points for DNA polymerization. The DNA template is duplicated by iterative repetition of melt hybridization-polymerization cycles.
Polymer: Long-chain molecule made up of repeating units (monomers).
Rule: also: production rule, replacement rule or derivation rule.
Describes the replacement of symbols by others. By repeatedly applying rules, symbol chains can be created.
Sequence: computer science: sequence of characters;
Chemistry: sequence of covalently linked monomers;
Molecular biology: sequence of covalently linked nucleotides.
Complementarity: Two sequences are complementary if they can hybridize with each other. In the case of DNA, e.g. B. the sequences 5'attt3 'and 5'aaat3' complementary, the sequence 5'acgt3 'is complementary to itself.
Start symbol: Variable within a grammar, from which a symbol chain can be generated by applying the rules of the grammar.
Symbol polymerization: Process of chaining algomers to logomers.
Terminal: symbol of a grammar. A terminal can no longer be replaced. Terminals are the "letters" of the words of a language L (G).
Terminator: Algomer with an overhang sequence. Can only ligate with elongator. Leads to chain termination during symbol polymerization.
Variable: symbol of a grammar. A variable can be replaced according to the rule of a grammar of terminals, variables or combinations of terminals and variables.

Kurzbeschreibung der AbbildungenBrief description of the pictures

Abb. 1: Algomere, wie in der Erläuterung zu Schritt IV des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Die Algomere besitzen jeweils eine doppelsträngige Kernsequenz, die ein Terminal einer gegebenen Grammatik darstellt und mindestens eine einzelsträngige Überhangsequenz, die eine Variable der gegebenen Grammatik darstellt, so daß jeweils ein Algomer genau eine Regel der gegebenen Grammatik repräsentiert. X und Y sind keine Variablen, sondern Überhangsequenzen, die z. B. für eine Klonierung benutzt werden können. Mit Überstrichen dargestellte Buchstaben kennzeichnen Komplementarität. Gemäß der Definition sind A0A und A1A Elongatoren, XsA und AeY Terminatoren. Die hier dargestellten Algomere repräsentieren die im Folgenden beschriebenen Grammatik zur Erzeugung binärer Zufallszahlen. Fig. 1: Algomers, as described in the explanation of step IV of the method according to the invention. The algomers each have a double-stranded core sequence that represents a terminal of a given grammar and at least one single-stranded overhang sequence that represents a variable of the given grammar, so that each algomer represents exactly one rule of the given grammar. X and Y are not variables, but overhang sequences that e.g. B. can be used for cloning. Letters with overlines indicate complementarity. By definition, A0A and A1A are elongators, XsA and AeY terminators. The algomers shown here represent the grammar described below for generating binary random numbers.

Abb. 2: Symbolpolymerisation, wie in der Erläuterung zum erfindungsgemäßen Schritt V beschrieben. Algomere werden durch Verkettung (im Falle von DNA: Hybridisierung und Ligation) zu Logomeren verknüpft. Das Logomer Xs01010101eY beinhaltet eine terminierte Bitfolge, die durch die Überhänge X und Y in einer definierten Orientierung vervielfältigt werden kann. Fig. 2: Symbol polymerization, as described in the explanation of step V according to the invention. Algomers are linked to logomers by chaining (in the case of DNA: hybridization and ligation). The logomer Xs01010101eY contains a terminated bit sequence, which can be reproduced in a defined orientation by the overhangs X and Y.

Abb. 3: Muster, das die Symbolpolymerisation für binäre Zufallszahlen nach Gelelektrophorese und Färbung zeigt (Spuren 1-3). Aufgrund der zufälligen Länge der binären Zufallszahlen ergibt sich ein regelmäßiges Leitermuster. Spur 4 zeigt einen 50 bp Molekulargewichtsstandard (Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr. 10416-014). Fig. 3: Pattern showing symbol polymerization for binary random numbers after gel electrophoresis and staining (lanes 1-3 ). Due to the random length of the binary random numbers, there is a regular conductor pattern. Lane 4 shows a 50 bp molecular weight standard (Gibco BRL, Life Technologies, Catalog No. 10416-014).

Abb. 4: Klonierung eines durch Symbolpolymerisation erhaltenen Logomers in einem Vektor, wie zu Vervielfältigung und Isolierung von Logomeren im Folgenden beschrieben. Fig. 4: Cloning of a logomer obtained by symbol polymerization in a vector, as described below for the amplification and isolation of logomers.

Abb. 5: Schematische Darstellung eines Bandenmusters, das durch Auslesen eines binären Logomers durch PCR und nachfolgende Gelelektrophorese erhalten wird (im Folgenden beschrieben). Im gezeigten Beispiel haben die Algomere eine Länge von 30 bp (Überhangsequenzen nur ½ gerechnet). Bei bekannter Länge des Logomers reicht es, jeweils nur 0en oder nur 1en auszulesen. Beide Bits auszulesen dient der Kontrolle. Das Verfahren kann auch für mehrwertige Logomere (mehr als 2 Elongatoren) verwendet werden. Fig. 5: Schematic representation of a band pattern which is obtained by reading out a binary logomer by PCR and subsequent gel electrophoresis (described below). In the example shown, the algomers have a length of 30 bp (overhang sequences calculated only ½). If the length of the logomer is known, it is sufficient to read out only 0s or only 1s. Reading out both bits is for control purposes. The process can also be used for multivalent logomers (more than 2 elongators).

Abb. 6: Bandenmuster einer Gelelektrophorese nach PCR zum Auslesen von drei verschiedenen Logomeren. Die Logomere wurden nach der im Folgenden beschriebenen Grammatik für Zufallszahlen beliebiger Länge erhalten. Als Zufallszahlen von unten nach oben gelesen ist a = 262, b = 97, c = 329. M (Spur 5) ist ein 50 bp Molekulargewichtsstandard (Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr. 10416-014). Fig. 6: Band pattern of a gel electrophoresis after PCR for reading out three different logomers. The logomers were obtained according to the grammar described below for random numbers of any length. Read as random numbers from bottom to top is a = 262, b = 97, c = 329. M (lane 5 ) is a 50 bp molecular weight standard (Gibco BRL, Life Technologies, Catalog No. 10416-014).

Abb. 7: Schematische Darstellung des Auslesens von Logomeren durch Restriktionsverdau wie im Folgenden beschrieben. Die Elongatoren tragen Restriktionsschnittstellen, die derart asymmetrisch angeordnet sind, daß der Restriktionsverdau von Logomeren in einem eindeutigen Schnittmuster von Fragmenten resultiert. Das Schnittmuster entspricht Banden verschiedener Länge, und kann durch Gelelektrophorese sichtbar gemacht werden. R1 und R2 sind unterschiedliche Restriktionsenzyme, x und y bezeichnen die Länge der nach Restriktionsverdau erhaltenen Fragmente. Zweckmäßig ist z. B. ein Verhältnis x : y von 1 : 2. Fig. 7: Schematic representation of reading out logomers by restriction digestion as described below. The elongators carry restriction sites which are arranged asymmetrically in such a way that the restriction digestion of logomers results in a clear cutting pattern of fragments. The pattern corresponds to bands of different lengths and can be made visible by gel electrophoresis. R1 and R2 are different restriction enzymes, x and y denote the length of the fragments obtained after restriction digestion. Appropriately z. B. a ratio x: y of 1: 2.

Abb. 8: Bandenmuster, die durch Gelelektrophorese nach dem Auslesen von Logomeren durch Restriktionsverdau erhalten werden. Spur 7 und 8 enthalten Molekulargewichtsstandards (Spur 7: 50 pb Leiter, Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr. 10416-014; Spur 8: 10 bp Leiter) Fig. 8: Band patterns obtained by gel electrophoresis after reading out logomers by restriction digestion. Lanes 7 and 8 contain molecular weight standards (lane 7 : 50 pb ladder, Gibco BRL, Life Technologies, Catalog No. 10416-014; lane 8 : 10 bp ladder)

Abb. 9: Schematische Darstellung eines polymeren Datenspeichers auf der Basis von Algomeren und Symbolpolymerisation wie im Nachfolgenden beschrieben. Algomere können an Ankermoleküle (AM), die an einem festen Träger (C) gebunden ist, polymerisieren. Das Schreiben (W) erfolgt durch die wiederholte Abfolge (ReW) von Hybridisierungs-Ligations- Restriktionszyklen (Hyb, Lig, Res). Durch Denaturieren oder Restriktion (Den/Dig) können die erhaltenen Logomere abgetrennt und ausgelesen werden. Fig. 9: Schematic representation of a polymeric data storage medium based on algomers and symbol polymerization as described in the following. Algomers can polymerize on anchor molecules (AM) bound to a solid support (C). The writing (W) is carried out by the repeated sequence (ReW) of hybridization-ligation restriction cycles (Hyb, Lig, Res). The logomers obtained can be separated and read out by denaturing or restriction (Den / Dig).

Abb. 10: Vereinfachte Darstellung der Bestandteile eines DNA Desktop Computers wie im Nachfolgenden beschrieben. Im Einzelnen sind:
A: Oligo-Synthesizer, B: Thermozykler, C: Reaktionskammern, D: Pipettiervorrichtung, E: Gel,
F: Scanner, G: Steuerungscomputer
Fig. 10: Simplified representation of the components of a DNA desktop computer as described below. The details are:
A: oligo synthesizer, B: thermal cycler, C: reaction chambers, D: pipetting device, E: gel,
F: scanner, G: control computer

Es kennzeichnen:
1: Zugabe von Oligonukleotiden, 2: Zugabe synthetisierter Oligomere in Reaktionskammern des Thermozyklers, 3: Zugabe von Lösungen und Molekülen, die zur Algomer-Assemblierung, Symbolpolymerisation, zur Isolierung von Logomeren und zum Auslesen benötigt werden.
Characterize it:
1 : addition of oligonucleotides, 2 : addition of synthesized oligomers in reaction chambers of the thermal cycler, 3 : addition of solutions and molecules which are required for algomer assembly, symbol polymerization, for the isolation of logomers and for reading.

Abb. 11: Verschlüsselung von Logomeren wie im Folgenden beschrieben. Sind die Terminatoren und die darin primenden Primer unbekannt, so ist das jeweilige Logomer verschlüsselt und kann nicht ausgelesen werden (A). Ist dagegen ein in einem Terminator primender Primer verfügbar oder die Sequenz eines Terminators bekannt, so kann das jeweilige Logomer gelesen werden (B). Fig. 11: Encryption of logomers as described below. If the terminators and the primers priming in them are unknown, the respective logomer is encrypted and cannot be read out (A). If, on the other hand, a primer priming in a terminator is available or the sequence of a terminator is known, the respective logomer can be read (B).

Abb. 12: Y-förmiges Molekül, das als Terminator bei der asymmetrischen Verschlüsselung von Logomeren verwendet werden kann. Elongatoren können an das mit 2 markierte Ende angeknüpft werden, weitere, z. B. Y-förmige, Moleküle an die mit 1 und 3 bezeichneten Enden. Werden mehrere Y-förmige Moleküle miteinander verknüpft, so erhält man baumartige Strukturen. Fig. 12: Y-shaped molecule that can be used as a terminator for the asymmetric encryption of logomers. Elongators can be attached to the end marked with 2 , others, e.g. B. Y-shaped, molecules at the ends labeled 1 and 3 . If several Y-shaped molecules are linked together, tree-like structures are obtained.

Abb. 13: Logomer mit Terminatoren s und e, die als baumartige Strukturen realisiert sind. Fig. 13: Logomer with terminators s and e, which are implemented as tree-like structures.

Abb. 14: Mit einem Vektor V verknüpftes Logomer L mit baumartigen Terminatoren. Die Terminatoren sind so konstruiert, daß jeweils nur ein Ast des Terminators mit dem Vektor verknüpft werden kann. Fig. 14: Logomer L linked with a vector V with tree-like terminators. The terminators are designed so that only one branch of the terminator can be linked to the vector.

Abb. 15: Markierung von Nukleinsäuren mit Logomeren wie im Nachfolgenden beschrieben: Um gentechnisch hergestellte oder veränderte Produkte zu markieren, wird ein Logomer mithilfe rekombinativer Techniken in einen nicht-transkribierten Bereich, z. B. vor den Promotor (P) eines zu markierenden Genes (G), eingesetzt. Fig. 15: Labeling of nucleic acids with logomers as described below: In order to label genetically engineered or modified products, a logomer is inserted into a non-transcribed area, e.g. B. before the promoter (P) of a gene to be labeled (G) used.

Abb. 16: Markierung von Dokumenten mit Logomeren wie im Nachfolgenden beschrieben. Spur 1 zeigt den verwendeten Molekulargewichtsstandard (50 bp, Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr. 10416-014), Spur 2 (0-Bits) und Spur 3 (1-Bits) das Bandenmuster des Auslesens von Logomer Nr. 330 durch PCR aus wässriger Lösung, die Spuren 4 und 5 dasselbe wie die Spuren 2 und 3, wobei hierbei jedoch das Logomer Nr. 330 nicht aus wässriger Lösung, sondern in ca. 109 Molekülen/µl getrocknet auf Papier (3M Post- lt, 1 Stunde getrocknet) als Papierschnipsel (ca. 1 mm2) in die Auslese-PCR einging. Fig. 16: Marking documents with logomeres as described below. Lane 1 shows the molecular weight standard used (50 bp, Gibco BRL, Life Technologies, catalog No. 10416-014), lane 2 (0-bits) and lane 3 (1-bits) the band pattern of reading out logomer No. 330 by PCR from aqueous solution, lanes 4 and 5 are the same as lanes 2 and 3 , but here logomer no. 330 is not dried from aqueous solution but in approx. 10 9 molecules / µl dried on paper (3M Postlt, 1 hour dried) was used as a piece of paper (approx. 1 mm 2 ) in the readout PCR.

Abb. 17: Herstellung von Molekulargewichtsstandards durch Auslese-PCR, die ein unäres Logomer als Template enthält, wie im Nachfolgenden beschrieben. 1 zeigt die Anordnung verschachtelter Primer in der Auslese-PCR, 2 das nach Gelelektrophorese der PCR-Fragmente erhaltene Bandenmuster. Fig. 17: Preparation of molecular weight standards by readout PCR, which contains a unary logomer as a template, as described in the following. 1 shows the arrangement of nested primers in the readout PCR, FIG. 2 shows the band pattern obtained after gel electrophoresis of the PCR fragments.

Abb. 18: Verkleben von Flächen mit Nukleinsäuren wie im Nachfolgenden beschrieben. C bezeichnet die zu verklebende Fläche, Log die Logomere, die zum Verkleben an die Flächen gebunden werden. 1 zeigt das Verhalten von Flächen mit nicht-komplementären, 2 das Verhalten von Flächen mit komplementären Logomeren. Fig. 18: Gluing surfaces with nucleic acids as described below. C denotes the surface to be glued, Log the logomeres that are bound to the surfaces for gluing. 1 shows the behavior of surfaces with non-complementary, 2 the behavior of surfaces with complementary logomers.

Abb. 19: Verkleben von Flächen mit Logomeren, Antikörpern und Liganden wie im Nachfolgenden beschrieben: C0 und C1 bezeichnen die zu verklebenden Flächen, die aus gleichem oder unterschiedlichem Material bestehen können. Die zu verklebenden Flächen sind mit Logomeren (Log) versetzt. An die Logomere können Proteine, z. B. Antikörper vom Typ Ab A und Ab B binden, wobei Ab A und Ab B gleich oder verschieden sein können. Ab A und Ab B sind ihrerseits durch einen Liganden (Li) miteinander verbunden. Fig. 19: Gluing surfaces with logomers, antibodies and ligands as described below: C 0 and C 1 denote the surfaces to be glued, which can consist of the same or different material. The surfaces to be glued are offset with logomeres (log). Proteins, e.g. B. Bind antibodies of type Ab A and Ab B, where Ab A and Ab B can be the same or different. From A and Ab B are in turn connected to one another by a ligand (Li).

Abb. 20: Verkleben von Flächen mit Proteinen z. B. Antikörpern ohne Verwendung von Logomeren. C0 und C1 bezeichnen die zu verklebenden Flächen, die aus gleichem oder unterschiedlichem Material bestehen können. Die Proteine vom Typ Ab A und Ab B binden direkt an die zu verklebenden Flächen und sind ihrerseits durch einen Liganden (Li) miteinander verbunden. Fig. 20: Bonding surfaces with proteins e.g. B. Antibodies without the use of logomers. C 0 and C 1 denote the surfaces to be glued, which can consist of the same or different material. The proteins of type Ab A and Ab B bind directly to the surfaces to be glued and are in turn connected to one another by a ligand (Li).

Erläuterung zu IExplanation to I Wahl von GrammatikenChoice of grammars

Eine Grammatik ist ein Quadrupel G = (Σ, V, R, S) mit einem endlichen Terminalalphabet Σ, einer endlichen Variablenmenge V, einer endlichen Regelmenge R und einem Startsymbol S. Für eine Sprache L (G), die durch G beschrieben wird, können alle Wörter aus L als Wörter über dem Terminalalphabet Σ gebildet werden, indem man das Startsymbol S entsprechend den Regeln aus R ableitet.A grammar is a quadruple G = (Σ, V, R, S) with a finite terminal alphabet Σ, a finite set of variables V, a finite set of rules R and a start symbol S. For a language L (G) described by G, all words from L can be words be formed over the terminal alphabet Σ by using the start symbol S accordingly derives the rules from R.

Die Definition einer Grammatik G nach Schritt I des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insofern frei, als beliebige, endliche Mengen von Terminalen und Variablen kodiert werden können. Erfindungsgemäß bevorzugt ist jedoch die Definition von Grammatiken, die die Binärdarstellung von Daten gestattet, insbesondere von Grammatiken mit
The definition of a grammar G after step I of the method according to the invention is free in that any finite sets of terminals and variables can be encoded. According to the invention, however, the definition of grammars which allows the binary representation of data, in particular of grammars with, is preferred

Σ: = {0, 1, s0, s1, s2, . . ., sn-1, sn, e0, e1, e2, . . ., em-1, em} mit n, m ∈ N und n, m ≧ 0.
Σ: = {0, 1, s 0 , s 1 , s2,. . ., s n-1 , s n , e 0 , e 1 , e 2,. . ., e m-1 , e m } with n, m ∈ N and n, m ≧ 0.

Diese ermöglichen die Herstellung binärer Logomere.These enable the production of binary logomers.

Zur Veranschaulichung wird im Folgenden eine erfindungsgemäß definierte reguläre Grammatik zur Erzeugung von Zufallszahlen beliebiger endlicher Länge in Binärdarstellung gezeigt:
Es sei eine Grammatik G = (Z, V, R, S) mit Terminalalphabet Σ: = {0, 1, s, e}, Variablenmenge V: = {A}, Startsymbol S und Regelmenge) R: =
{
S: = sA
A → 0A
A → 1A
A → e
},
wobei
s: = Start
e: = Ende
sind.
For illustration purposes, a regular grammar defined in accordance with the invention for generating random numbers of any finite length is shown in binary form below:
Let there be a grammar G = (Z, V, R, S) with terminal alphabet Σ: = {0, 1, s, e}, set of variables V: = {A}, start symbol S and rule set) R: =
{
S: = sA
A → 0A
A → 1A
A → e
},
in which
s: = start
e: = end
are.

Mit dieser Grammatik können Wörter über dem Terminalalphabet
With this grammar, words can be placed above the terminal alphabet

Σ: = {0, 1, s, e}
Σ: = {0, 1, s, e}

gebildet werden. Alle Wörter der Sprache L beginnen mit "s" und hören mit "e" auf, dazwischen befindet sich eine zufällige Anzahl (auch 0) zufälliger Bits ("0" und "1"). Wörter aus der Sprache L, die nach R gebildet werden, sind beispielsweise:
be formed. All words of the language L begin with "s" and end with "e", in between there is a random number (also 0) of random bits ("0" and "1"). Words from the language L, which are formed after R, are for example:

  • a) S → sA → se a) S → sA → se  
  • b) S → sA → s1A → s1eb) S → sA → s1A → s1e
  • c) S → sA → s0A → s00A → s001A → s0010A → s0010ec) S → sA → s0A → s00A → s001A → s0010A → s0010e
  • d) S → sA → s1A → s10A → s100A → s1000A → s10000A → s100000A → s100000ed) S → sA → s1A → s10A → s100A → s1000A → s10000A → s100000A → s100000e

Die als Wörter der Spache L erzeugten Binärmuster können als beliebige jedoch eindeutige Darstellung von Datentypen, z. B. als Buchstaben, Zahlen, alphanumerische Zeichen oder Zeichenketten gelesen werden. Liest man sie als die Binärdarstellung von Zahlen, so sind die obigen Wörter in Dezimaldarstellung:
The binary patterns generated as words of language L can be any, but unambiguous, representation of data types, e.g. B. read as letters, numbers, alphanumeric characters or strings. If you read them as the binary representation of numbers, the above words are in decimal notation:

  • a) ∅ (leer)a) ∅ (empty)
  • b) 1b) 1
  • c) 2c) 2
  • d) 32.d) 32.
Erläuterung zu IIExplanation to II Das NFR-Verfahren zur Herstellung von MonomersequenzenThe NFR process for the production of monomer sequences

Das NFR-Verfahren (Niehaus-Feldkamp-Rauhe-Verfahren) ist ein Verfahren zur Herstellung von Monomersequenzen (Oligo- und Polymeren, z. B. Nukleinsäuren), das gewährleistet, daß die mithilfe des Verfahrens hergestellten Monomersequenzen:
The NFR process (Niehaus-Feldkamp-Rauhe process) is a process for the production of monomer sequences (oligomers and polymers, e.g. nucleic acids), which ensures that the monomer sequences produced using the process:

  • a) eine eindeutige und einzigartige Abfolge von Monomeren haben;a) have a unique and unique sequence of monomers;
  • b) zueinander möglichst unähnlich sind und daher möglichst keine Fehlhybridisierungen untereinander eingehen;b) are as similar as possible to one another and therefore, if possible, no incorrect hybridizations enter into one another;
  • c) bestimmte strukturelle Eigenschaften aufweisen, z. B. ein bestimmtes Verhältnis der verschiedenen Monomere zueinander, das Enthaltensein oder Nicht-Enthaltensein bestimmter Teilsequenzen und eine maximale Übereinstimmung (Homologie) untereinander;c) have certain structural properties, e.g. B. a certain ratio of different monomers to each other, being included or not certain partial sequences and maximum agreement (homology) among themselves;
  • d) bestimmte chemische Eigenschaften aufweisen, z. B. das Vorkommen bestimmter chemisch aktiver Teilsequenzen, die Einfluß auf chemische Reaktionen, im Falle von Nukleinsäuren insbesondere die Wechselwirkung mit Proteinen haben (Proteinbindungsstellen, Restriktionsschnittstellen, Stopcodons);d) have certain chemical properties, e.g. B. the occurrence of certain chemically active partial sequences that influence chemical reactions, in the case of Nucleic acids in particular interact with proteins (Protein binding sites, restriction sites, stop codons);
  • e) bestimmte physikalische Eigenschaften aufweisen, z. B. eine bestimmte Schmelztemperatur.e) have certain physical properties, e.g. B. a specific Melting temperature.

Das NFR-Verfahren erlaubt die Herstellung eindeutiger, möglichst unähnlicher Monomersequenzen mit vordefinierbaren strukturellen, chemischen und physikalischen Eigenschaften. Es eignet sich zur Herstellung von Monomersequenzen für kontrollierte chemische Reaktionen, wie sie z. B. für eine molekularen Informationsverarbeitung benötigt werden. Es wird in Schritt III des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Implementierung regulärer Grammatiken verwendet.The NFR process allows the production of clear, possibly dissimilar Monomer sequences with predefinable structural, chemical and physical Characteristics. It is suitable for the production of monomer sequences for controlled chemical reactions such as z. B. needed for molecular information processing become. It is in step III of the inventive method for implementation regular grammars are used.

Das NFR-Verfahren ist eine erfindungsgemäße Fortbildung des Niehaus-Verfahrens zur Erzeugung eindeutiger, möglichst unähnlicher Sequenzen, das in [Jens Niehaus, DNA Computing: Bewertung und Simulation, Diplomarbeit am Fachbereich Informatik der Universität Dortmund, Lehrstuhl XI, 116-123, (1998)] beschrieben ist, und worauf hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.The NFR method is a further development of the Niehaus method according to the invention Generation of clear, possibly dissimilar sequences, that in [Jens Niehaus, DNA  Computing: Evaluation and simulation, diploma thesis at the computer science department of the University of Dortmund, Chair XI, 116-123, (1998)], and what herewith in full reference is made.

Das NFR-Verfahren ist insofern eine erfindungsgemäße Fortbildung des Niehaus-Verfahrens, als erst das NFR-Verfahren die Herstellung von Monomersequenzen erlaubt, wie sie für eine Herstellung in vitro, z. B. zur Implementierung von Grammatiken, benötigt werden. Die Gründe sind im Einzelnen:
The NFR process is a further development of the Niehaus process according to the invention, since only the NFR process allows the production of monomer sequences, such as those required for production in vitro, e.g. B. to implement grammars. The reasons are:

  • a) Das Niehaus-Verfahren beschreibt nur die Konstruktion von Sequenzen aus Basissequenzen der Länge 6. Da die Länge von Basissequenzen die maximal zwischen verschiedenen Monomersequenzen möglichen Überlappungen beschreibt, daher unmittelbaren Einfluß auf das Hybridisierungsverhalten von Sequenzen und das Funktionieren der erfindungsgemäßen Schritte IV und V hat, muß das Verfahren jedoch für Basissequenzen beliebiger Länge verallgemeinert werden, was im NFR-Verfahren vorgenommen wurde.a) The Niehaus method only describes the construction of sequences Base sequences of length 6. Since the length of base sequences is the maximum between different monomer sequences describes possible overlaps, therefore direct influence on the hybridization behavior of sequences and that Functioning of steps IV and V according to the invention, the method must, however, for Base sequences of any length can be generalized, which in the NFR method was made.
  • b) Das Niehaus-Verfahren erlaubt nur die Erzeugung von Sequenzen gleicher Länge, wohingegen das NFR-Verfahren Sequenzen unterschiedlicher Länge und unterschiedlicher Anzahl erzeugen kann. Letzteres ist für ein korrektes Hybridisierungsverhalten von Sequenzen und das Funktionieren der erfindungsgemäßen Schritte IV und V unerläßlich.b) The Niehaus method only allows the generation of sequences of the same length, whereas the NFR method sequences of different lengths and different Number can generate. The latter is for a correct hybridization behavior of Sequences and the functioning of steps IV and V according to the invention are essential.
  • c) Das Niehaus-Verfahren gewährleistet Eindeutigkeit und maximale Unähnlichkeit von Sequenzen nur für Sequenzen, die durch eine einmalige Anwendung des Verfahrens erzeugt wurden. Zwingend erforderlich ist jedoch, auch zu schon existierenden Sequenzen jeweils kompatible, d. h. eindeutige und maximal unähnliche Sequenzen erzeugen zu können. Das NFR-Verfahren kann im Gegensatz zum Niehaus-Verfahren zu beliebig vorgegebenen Sequenzen kompatible (d. h. eindeutige und maximal unähnliche) neue Sequenzen erzeugen. Dabei kann das Verfahren beliebig oft auf dieselbe Menge von Sequenzen angewendet werden.c) The Niehaus method ensures uniqueness and maximum contrast between Sequences only for sequences created by a single application of the procedure were generated. However, it is imperative to include existing sequences each compatible, d. H. generate clear and maximally dissimilar sequences can. In contrast to the Niehaus method, the NFR method can be too arbitrary predefined sequences compatible (i.e. unique and maximally dissimilar) new ones Generate sequences. The method can be applied to the same amount of as often as required Sequences can be applied.
  • d) Das Niehaus-Verfahren beschränkt zwar die maximale Länge gemeinsamer Teilsequenzen, jedoch nicht deren Anzahl. Daher können 2 beliebige nach dem Niehaus- Verfahren konstruierte Sequenzen mehrere gemeinsame Teilsequenzen beinhalten, was ungewollt zu einer hohen Homologie (Sequenzübereinstimmung) führen kann. Die Homolgie hat ihrerseits unmittelbaren Einfluß auf das Hybridisierungsverhalten von Sequenzen und das Funktionieren der erfindungsgemäßen Schritte IV und V. Das NFR- Verfahren dagegen führt bei der Konstruktion von Sequenzen auch einen Homologievergleich durch und vermeidet dadurch ungewollte Fehlhybridisierungen.d) The Niehaus method limits the maximum length of common Partial sequences, but not their number. Therefore, any 2 can be Process constructed sequences contain several common partial sequences, what can unintentionally lead to high homology (sequence agreement). The Homology in turn has a direct influence on the hybridization behavior of Sequences and the functioning of steps IV and V according to the invention. By contrast, a method also leads to the construction of sequences Homology comparison and thereby avoids unwanted incorrect hybridizations.
  • e) Das Niehaus-Verfahren erlaubt nicht die Integration bestimmter, vorgebbarer Sequenzen und Teilsequenzen. Solche Sequenzen sind jedoch für die Ausführung und Kontrolle bestimmter chemischer Reaktionen, z. B. kontrollierter enzymatischer Wechselwirkungen, zwingend notwendig. Beispiele für solche Sequenzen sind im Falle von Nukleinsäuren Proteinbindungsstellen, Restriktionsschnittstellen und Stopcodons. Dagegen erlaubt das NFR-Verfahren die Integration beliebiger Sequenzen und Teilsequenzen in die Herstellung von Monomersequenzen und gewährleistet gleichzeitig Eindeutigkeit und maximale Unähnlichkeit.e) The Niehaus method does not allow the integration of certain, predeterminable sequences and partial sequences. However, such sequences are for execution and control certain chemical reactions, e.g. B. controlled enzymatic interactions, mandatory. Examples of such sequences are in the case of nucleic acids Protein binding sites, restriction sites and stop codons. In contrast, this allows NFR process the integration of any sequences and partial sequences in the production  of monomer sequences while ensuring uniqueness and maximum Dissimilarity.
  • f) Das Niehaus-Verfahren sieht keine Möglichkeit vor, Sequenzen mit bestimmten strukturellen, chemischen oder physikalischen Eigenschaften zu erzeugen. Dagegen enthält das NFR-Verfahren die Möglichkeit, Sequenzen mit bestimmten strukturellen, chemischen und physikalischen Eigenschaften herzustellen. Dazu zählen u. a. das Verhältnis verschiedener Monomere zueinander und die Schmelztemperatur. Auch dies ist für die Implementierung von Grammatiken in vitro eine unbedingte Voraussetzung.f) The Niehaus method does not allow for sequences with certain to generate structural, chemical or physical properties. On the other hand does the NFR method contain the possibility of sequences with certain structural, manufacture chemical and physical properties. These include u. a. the Ratio of different monomers to each other and the melting temperature. This too is an essential requirement for the implementation of grammars in vitro.
  • g) Das Niehaus-Verfahren erlaubt keine direkte Erzeugung regelrepräsentierender Sequenzen, wie sie zur Implementierung von Grammatiken benötigt werden. Dagegen ermöglicht das NFR-Verfahren die Erzeugung symbolrepräsentierender Sequenzen, die zu den für die Implementierung einer Grammatik benötigten regelrepräsentierenden Sequenzen verknüpft werden können.g) The Niehaus method does not allow direct generation of rule-representative ones Sequences as needed to implement grammars. On the other hand enables the NFR method to generate symbol-representative sequences that to the rule-representative required for the implementation of a grammar Sequences can be linked.
  • h) Nur mithilfe des NFR-Verfahrens können Sequenzen auch so konstruiert werden, daß die Eigenschaften der Eindeutigkeit, maximalen Unähnlichkeit sowie strukturelle, chemische und physikalische Eigenschaften auch für Teilsequenzen gelten. Z. B. lassen sich im Falle von Nukleinsäuren Monomersequenzen so herstellen, daß sowohl die Gesamtsequenz, als auch z. B. das erste Drittel der Sequenz einen 50%igen GC-Anteil haben. Diese Eigenschaft ist z. B. für das Funktionieren der Verkettung von Sequenzen, die pro Molekül für mehrere Hybridisierungsereignisse vorgesehen sind (wie z. B. die im Folgenden beschriebenen Algomere), eine unbedingte Voraussetzung. Nur so lassen sich z. B. Sequenzen so konstruieren, daß unterschiedliche Hybridisierungsereignisse pro Molekül gleichwahrscheinlich sind.h) Sequences can only be constructed using the NFR method so that the Characteristics of uniqueness, maximum dissimilarity as well as structural, chemical and physical properties also apply to partial sequences. For example, in the case of nucleic acids to produce monomer sequences so that both the entire sequence and also z. B. the first third of the sequence have a 50% GC content. This Property is e.g. B. for the functioning of the concatenation of sequences per molecule are intended for multiple hybridization events (such as those below Algomers described), an unconditional requirement. This is the only way B. Construct sequences so that different hybridization events per molecule are equally likely.
  • i) Nur das NFR-Verfahren erlaubt die unmittelbare, automatische Herstellung von Monomersequenzen, z. B. duch einen Oligonukleotidsynthesizer.i) Only the NFR process allows the immediate, automatic production of Monomer sequences, e.g. B. by an oligonucleotide synthesizer.

Zur Herstellung von Monomersequenzen werden diese durch das NFR-Verfahren konstruiert und synthetisiert. Zur Herstellung von n Monomersequenzen wird das NFR-Verfahren, wie im Folgenden beschrieben, durchgeführt, wobei zur Beschreibung des Verfahrens folgende Abkürzungen benutzt werden:
A: = Alphabet der Mächtigkeit a ∈ N;
Im Falle von DNA ist A: = {a, c, g, t} und a = 4.
Si: = Sequenz.
Folge von Elementen des Alphabets A, das einer Sequenz aus Monomeren entspricht.
Iseq: = Länge der pro Verfahrenszyklus zu konstruierenden Sequenzen.
Sseq: = Sequenz der Länge Iseq.
Sseq.k: = (k-1)-tes Monomer der Sequenz Sseq (k ∈ N k < = Iseq).
Ibas: = Länge der pro Verfahrenszyklus zur Konstruktion von Sequenzen verwendeten Basissequenzen.
Es gilt: 0 < Ibas < = Iseq.
Sbas: = Sequenz der Länge Ibas Basissequenz; Sequenzen der Länge Iseq werden aus Basissequenzen konstruiert.
Iov: = maximale Länge der Kette aufeinanderfolgender Monomere, die jeweils zwei durch das Verfahren erzeugte Sequenzen gemeinsam haben ("overlap").
Ibas - 1.
Iov/Iseq = Verhältnis von maximal erlaubter Sequenzwiederholung zu Sequenzgesamtlänge;
1. Maß für die Fehlhybridisierungswahrscheinlichkeit.
Ibas/Iseq = Verhältnis von Basissequenzlänge zu Sequenzgesamtlänge;
2. Maß für die Fehlhybridisierungswahrscheinlichkeit.
Mseq: = Menge von Sequenzen.
Mbas: = Menge aller Basissequenzen der Länge Ibas.
Mnobas: = Teilmenge der Menge von Basissequenzen der Länge Ibas, die durch Dekomposition aus Mseq erhalten würd.
|Mnobas|: = Mächtigkeit von Mnobas = Anzahl der Basissequenzen in Mnobas.
n: = Anzahl pro Verfahrenszyklus zu konstruierender Sequenzen.
ntot: = Anzahl insgesamt in allen Verfahrernszyklen hergestellter Sequenzen.
nmax: = maximale Anzahl pro Verfahrenszyklus konstruierbarer Sequenzen.
h: = Homologie. Ein Maß für die Übereinstimmung zwischen zwei Sequenzen.
Es gilt:0 < = h < = 1.
tm: = Schmelztemperatur. Für eine DNA-Sequenz wird die Schmelztemperatur nach dem Nearest Neighbour Verfahren (siehe Breslauer, K. J., Frank, R., Blocker, H., Marky, L. A., Proc. Natl. Acad. Sci., 83, 3746-3750, 1989) bestimmt:
tm = ΔH / (ΔS + R × In(C/4)) - 273,15°C
Dabei sind ΔH und ΔS Enthalpie und Entropie der DNA-Helix, R die molare Gaskonstante und C die Konzentraition der DNA-Sequenz.
To produce monomer sequences, these are constructed and synthesized using the NFR method. To prepare n monomer sequences, the NFR process is carried out as described below, the following abbreviations being used to describe the process:
A: = alphabet of thickness a ∈ N;
In the case of DNA, A: = {a, c, g, t} and a = 4.
S i : = sequence.
Sequence of elements of the alphabet A, which corresponds to a sequence of monomers.
I seq : = length of the sequences to be constructed per process cycle.
S seq : = sequence of length I seq .
S seq.k : = (k-1) th monomer of the sequence S seq (k ∈ N k <= I seq ).
I bas : = length of the base sequences used for the construction of sequences per process cycle.
The following applies: 0 <I bas <= I seq .
S bas : = sequence of length I bas base sequence; Sequences of length I seq are constructed from basic sequences.
I ov : = maximum length of the chain of successive monomers, each of which has two sequences generated by the process in common ("overlap").
I bas - 1.
I ov / I seq = ratio of the maximum permitted sequence repetition to total sequence length;
1. Measure of the probability of incorrect hybridization.
I bas / I seq = ratio of base sequence length to total sequence length;
2. Measure of the probability of incorrect hybridization.
M seq : = set of sequences.
M bas : = set of all base sequences of length I bas .
M nobas : = subset of the set of base sequences of length I bas that would be obtained from M seq by decomposition.
| M nobas |: = thickness of M nobas = number of base sequences in M nobas .
n: = number of sequences to be constructed per process cycle.
n tot : = total number of sequences produced in all traversing cycles.
n max : = maximum number of sequences that can be constructed per process cycle.
h: = homology. A measure of the match between two sequences.
The following applies: 0 <= h <= 1.
t m : = melting temperature. For a DNA sequence, the melting temperature is determined by the nearest neighbor method (see Breslauer, KJ, Frank, R., Blocker, H., Marky, LA, Proc. Natl. Acad. Sci., 83, 3746-3750, 1989) certainly:
t m = ΔH / (ΔS + R × In (C / 4)) - 273.15 ° C
ΔH and ΔS are the enthalpy and entropy of the DNA helix, R the molar gas constant and C the concentration of the DNA sequence.

Das Herstellungverfahren erfolgt als ein Abfolge beliebig, jedoch endlich vieler Verfahrensryklen, in denen ntot Sequenzen konstruiert werden, und einer nachfolgenden Synthese, in der alle ntot Sequenzen in vitro erzeugt werden.The production process is carried out as a sequence of any, but finitely many, process cycles in which n dead sequences are constructed and a subsequent synthesis in which all n dead sequences are generated in vitro.

Die maximale Anzahl nmax der pro Verfahrenszyklus konstruierbaren Sequenzen errechnet sich entsprechend den oben gegebenen Definitionen nach
The maximum number n max of the sequences that can be constructed per process cycle is calculated according to the definitions given above

nmax = (a, Ibas, Iseq): = ∟(½.((aIbas - (aIbas/2 - |Mnobas|))/(Iseq - Iov)┘.n max = (a, I bas , I seq ): = ∟ (½. ((a Ibas - (a Ibas / 2 - | M nobas |)) / (I seq - I ov ) ┘.

D. h. es lassen sich maximal nmax Sequenzen der Länge Iseq aus Elementen eines Alphabetes A der Größe a (im Falle von DNA ist a:- 4) konstruieren, die in maximal Iov zusammenhängenden Ketten von Monomeren übereinstimmen. Die Anzahl der tatsächlich pro Verfahrenszyklus erhaltenen Sequenzen kann geringer sein, wenn diese bestimmte physikalische, chemische oder strukturelle Eigenschaften aufweisen sollen, oder wenn zusätzlich zu bereits vorhandenen Sequenzen weitere Sequenzen hergestellt werden.That is, a maximum of n max sequences of length I seq can be constructed from elements of an alphabet A of size a (in the case of DNA a is: - 4), which correspond in chains of monomers that are connected in a maximum of I ov . The number of sequences actually obtained per process cycle can be lower if they are to have certain physical, chemical or structural properties, or if additional sequences are produced in addition to existing sequences.

Im Einzelnen sind folgende Verfahrensschritte nötig:
The following procedural steps are necessary:

  • 1. Es werden ntot Sequenzen in z Verfahrenszyklen konstruiert und in einer Menge Mseq gesammelt. Man beginnt mit der leeren Sequenzmenge Mseq.1. n tot sequences are constructed in z process cycles and collected in a quantity M seq . You start with the empty sequence set M seq .
  • 2. Zur Sequenzmenge Mseq können einmalig, vor Beginn des Verfahrenszyklus, beliebige, jedoch eindeutige, Sequenzen hinzugefügt werden. Dies kann nützlich sein, um bestimmte Sequenzen hinzuzufügen, die aus Gründen der weiteren Anwendung in der Menge der hergestellten Monomersequenzen enthalten sein sollen. Es empfiehlt sich dabei, nicht zu viele und nicht zu lange Sequenzen hinzuzufügen, da das Verfahren für diese Sequenzen nicht dieselben Eigenschatten garantiert wie für die im Folgenden konstruierten Sequenzen.2. Any, but unambiguous, sequences can be added once to the sequence set M seq before the start of the process cycle. This can be useful to add certain sequences that should be included in the amount of monomer sequences produced for further use. It is advisable not to add too many and not too long sequences, since the procedure does not guarantee the same characteristics for these sequences as for the sequences constructed below.
  • 3. Beginn des Verfahrenszyklus: Es werden die strukturellen, chemischen und physikalischen Eigenschaften festgelegt, die die herzustellenden Sequenzen erfüllen müssen. Strukturelle Eigenschaften sind zumindest das Enthaltensein oder Nicht- Enthaltensein bestimmter Teilsequenzen (ggfs. auch die Positionen, an denen die Teilsequenzen in den zu erzeugenden Sequenzen enthalten oder nicht enthalten sein sollen) und das Verhältnis der Anzahl der verschiedenen Monomere zueinander (im Falle von DNA: Verhältnis GC/AT). Chemische Eigenschaften sind mindestens das Vorkommen bestimmter Teilsequenzen, die Einfluß auf die chemische Wechselwirkung mit eigenen oder anderen Substanzen haben (im Falle von DNA z. B. bestimmte Proteinbindungsstellen, Restriktionsschnittstellen wie z. B. 5'gatatc3' für EcoRV, die Stopcodons 5'tca3', 5'tta3', 5'cta3' usw.). Zu den festzulegenden physikalischen Eigenschaften zählt zumindest die Schmelztemperatur tm der herzustellenden Sequenzen. 3. Beginning of the process cycle: The structural, chemical and physical properties that the sequences to be produced must fulfill are specified. Structural properties are at least the presence or absence of certain partial sequences (possibly also the positions at which the partial sequences are or should not be contained in the sequences to be generated) and the ratio of the number of different monomers to one another (in the case of DNA: GC / AT ratio). Chemical properties are at least the occurrence of certain partial sequences which have an influence on the chemical interaction with own or other substances (in the case of DNA e.g. certain protein binding sites, restriction sites such as 5'gatatc3 'for EcoRV, the stop codons 5' tca3 ', 5'tta3', 5'cta3 'etc.). The physical properties to be determined include at least the melting temperature t m of the sequences to be produced.
  • 4. Es werden jetzt die Anzahl der pro Zyklus gewünschten Sequenzen n < = nmax, nach obiger Formel Iseq der zu konstruierenden Sequenzen und Ibas der zur Konstruktion benötigten Basissequenzen festgelegt. Iseq und Ibas werden nach der oben angegebenen Formel so gewählt, daß die gewünschte Anzahl n zu konstruierender Sequenzen erreicht werden kann. Da Ibas/Iseq proportional zur Fehlhybridisierungswahrscheinlichkeit ist, werden Ibas und Iseq so gewählt, daß das Verhältnis Ibas/Iseq möglichst gering ist (Werte unter 0,3 sind empfehlenswert) und Werte für Iseq gute Hybridisierungsbedingungen garantieren. Für DNA sind temperaturabhängig beliebige Werte für Iseq < 0 möglich.4. The number of sequences n <= n max desired per cycle is now determined, according to the above formula I seq of the sequences to be constructed and I bas of the basic sequences required for the construction. I seq and I bas are chosen according to the formula given above so that the desired number n sequences to be constructed can be achieved. Since I bas / I seq is proportional to the probability of incorrect hybridization, I bas and I seq are chosen so that the ratio I bas / I seq is as low as possible (values below 0.3 are recommended) and values for I seq guarantee good hybridization conditions. Depending on the temperature, any values for I seq <0 are possible for DNA.
  • 5. Es wird die Menge Mbas aller Sequenzen des Alphabetes A der Länge Ibas erzeugt. Die solcherart erzeugten Sequenzen werden als Basissequenzen bezeichnet. Es gibt dabei immer aIbas Basissequenzen. Diese Basissequenzen dienen der Konstruktion der herzustellenden Sequenzen. Jede Basissequenz bekommt einen Status "benutzt" oder "unbenutzt" zugewiesen. Es werden zunächst alle als unbenutzt markiert.5. The set M bas of all sequences of the alphabet A of length I bas is generated. The sequences generated in this way are referred to as base sequences. There are always a Ibas base sequences. These basic sequences serve to construct the sequences to be produced. Each base sequence is assigned a status of "used" or "unused". First, all are marked as unused.
  • 6. Selbst-komplementäre Basissequenzen aus Mbas werden nun als benutzt markiert. Dabei gibt es genau aIbas/2 zu sich selbst komplementäre Basissequenzen.6. Self-complementary base sequences from M bas are now marked as used. There are exactly a Ibas / 2 basic sequences complementary to themselves.
  • 7. Sollten bereits Sequenzen in der Menge Mseq vorhanden sein, so können entweder dazu kompatible neue Sequenzen konstruiert werden oder die Sequenzen einer Teilmenge von Mseq kompatibel verlängert wenden. Dazu wird innerhalb eines Dekompositionsverfahrens aus den bereits vorhandenen Sequenzen aus Mseq eine Menge Mnobas aller Teilsequenzen der in Schritt 4 vorgegebenen Länge Ibas der Sequenzen aus Mseq gebildet:
    Setze Mnobas = {}.
    Jede Sequenz Sseq aus Mseq wird nun in (Iseq - Iov) Dekompositionsschritten zerlegt:
    Beginne mit i = 0 mit dem Dekompositionsschritt:
    Solange i < (Iseq - Iov):
    Bilde als neue Sequenz Sneu als Sequenz der Länge Ibas bestehend aus den Monomeren Sseg.i bis Sseq,i+Ibas: Sneu: = Sseq,i, . . ., Sseq.i+Ibas. Füge Sneu der Menge Mnobas hinzu.
    Setze i: = i + 1.
    7. If sequences already exist in the set M seq , new compatible sequences can either be constructed or the sequences of a subset of M seq can be extended in a compatible manner. For this purpose, a set M nobas of all partial sequences of the length I bas of the sequences from M seq specified in step 4 is formed from the already existing sequences from M seq within a decomposition process:
    Set M nobas = {}.
    Each sequence S seq from M seq is now broken down into (I seq - I ov ) decomposition steps:
    Start with i = 0 with the decomposition step:
    As long as i <(I seq - I ov ):
    Form as new sequence S new as a sequence of length I bas consisting of the monomers S seg.i to S seq, i + Ibas : S new : = S seq, i ,. . ., S seq.i + Ibas . Add S to the set M nobas .
    Set i: = i + 1.
  • 8. Die auf diese Weise erhaltene Menge Mnobas ist definitionsgemäß eine Teilmenge von Mbas.8. The set M nobas obtained in this way is by definition a subset of M bas .
  • 9. Alle Basissequenzen der Menge Mbas, die auch in Mnobas vorkommen, werden als benutzt markiert, so daß für die Konstruktion von Sequenzen genau (aIbas - aIbas/2 - |Mnobas|) unbenutzte Basissequenzen übrig bleiben, aus denen nun maximal
    verschiedene neue Sequenzen konstruiert werden können, die untereinander und zu den bereits vorhandenen Sequenzen keine Basissequenzen bzw. deren Komplemente gemeinsam haben.
    9. All base sequences of the set M bas , which also occur in M nobas , are marked as used, so that exactly unused base sequences are left from which to construct sequences (a Ibas - a Ibas / 2 - | M nobas |) now maximum
    Various new sequences can be constructed that do not have any base sequences or their complements in common with each other and with the existing sequences.
  • 10. Aus den Basissequenzen wird ein gerichteter Graph konstruiert, dessen Knoten bestimmte Basissequenzen repräsentieren: Der Graph enthält genau aIbas Knoten, von denen bereits (aIbas/2 + |Mnobas|) Knoten als benutzt markiert sind. Jeder Knoten ist mit einer Basissequenz Sb(i) assoziiert, die nicht zu sich selbst komplementär ist (im weiteren wird es keine Unterscheidung von Knoten und assoziierter Basissequenz geben). Es existiert eine Kante von Sb(i) nach Sb(k), wenn die Iov letzten Buchstaben von Sb(i) den Iov ersten Buchstaben von Sb(k) entsprechen, wenn also gilt:
    Sb(i),2, . . ., Sb(i),Ibas = Sb(k),1, . . ., Sb(k),Ibas-1. Der Knoten Sb~(k) wird Nachfolgeknoten von Sb(i) genannt. Der Knoten, der mit dem Komplement der Basissequenz assoziiert ist, die durch den Knoten Sb(i) kodiert wird, wird Komplementknoten zu Knoten Sb(i) genannt. Sequenzen der Länge Iseq werden gefunden, indem ein Pfad mit (Iseq - Iov) Knoten gesucht wird. Jeder Knoten darf maximal einmal benutzt werden. Außerdem darf für jeden Knoten, der in einem der Pfade liegt, der Komplementknoten in keinem Pfad vorkommen. Der Anfangsknoten des Pfades trägt wie die Sequenz einen Status "benutzt" bzw. "unbenutzt".
    10. A directed graph is constructed from the base sequences, the nodes of which represent certain base sequences: The graph contains exactly a Ibas nodes, of which (a Ibas / 2 + | M nobas |) nodes are already marked as used. Each node is associated with a base sequence S b (i) that is not complementary to itself (furthermore, there will be no distinction between nodes and associated base sequence). There is an edge from S b (i) to S b (k) if the I ov last letters of S b (i ) correspond to the I ov first letters of S b (k) , so if:
    S b (i), 2,. . ., S b (i), Ibas = S b (k), 1 ,. . ., S b (k), Ibas-1 . The node Sb ~ (k) is called the successor node of Sb (i). The node associated with the complement of the base sequence encoded by node S b (i) is called the complement node to node S b (i) . Sequences of length I seq are found by searching for a path with (I seq - I ov ) nodes. Each node can only be used once. In addition, for each node that lies in one of the paths, the complement node must not appear in any path. Like the sequence, the start node of the path has a status of "used" or "unused".
  • 11. Aus dem Graphen konstruiert man Sequenzen nach folgendem Verfahren:
    Kennzeichne alle unbenutzten Knoten des Graphen als unbenutzte Anfangsknoten. Für jedes s zwischen 1 und n:
    Solange Knoten Sb(k) existiert, der noch nicht als benutzter Anfangsknoten markiert ist:
    Wähle einen unbenutzten Knoten Sb(k) aus.
    Markiere Knoten Sb(k) als benutzten Anfangsknoten; außerdem:
    Markiere Sequenz Sb(k) und sein Komplement als benutzt.
    Nun wird eine neue Sequenz Sneu konstruiert, die neues Element für Mseq ist oder eine bestehenden Sequenz Ssub aus Mseq verlängert:
    Setze Sneu,o: = Sb(k),1.
    Falls sie als neue Sequenz konstruiert wird, setze i: = 0.
    Falls sie als Verlängerung einer bereits bestehenden Sequenz Ssub konstruiert wird, setze i: = Isub.
    Solange i < Iseq - (Iov-1) und i < = 0 gilt:
    Existiert kein unbenutzter Nachfolgeknoten Sb(m) von Knoten Sb(k), so markiere Knoten Sb(k) und dessen Komplementknoten als unbenutzt und setze i: = i-1.
    Sonst wähle per Zufall einen unbenutzten Nachfolgeknoten Sb(m) von Knoten Sb(k) aus und markiere bm und dessen Komplementknoten als benutzt. Setze zusätzlich: i: = i+1, k: = m, Sneu,i := Sb(m),1.
    Wenn i = Iseq - (Iov-1) ist, ist die Sequenz Sneu fertig: sie besteht aus den Buchstaben Sneu,0 bis Sneu,(Iseq - Iov).
    11. Sequences are constructed from the graph using the following procedure:
    Mark all unused nodes in the graph as unused starting nodes. For every s between 1 and n:
    As long as node S b (k) exists that has not yet been marked as the used starting node:
    Select an unused node S b (k) .
    Mark node S b (k) as the used starting node; Moreover:
    Mark sequence S b (k) and its complement as used.
    Now a new sequence S is newly constructed, the new element for M seq or an existing sub sequence S of M seq extended:
    Set S new, o : = S b (k), 1 .
    If it is constructed as a new sequence, set i: = 0.
    If it is constructed as an extension of an existing sequence S sub , set i: = I sub .
    As long as i <I seq - (I ov -1) and i <= 0:
    If there is no unused successor node S b (m) of node S b (k) , then mark node S b (k) and its complement node as unused and set i: = i-1.
    Otherwise, randomly select an unused successor node S b (m) from node S b (k) and mark b m and its complement node as used. Also set: i: = i + 1, k: = m, S new, i : = S b (m), 1 .
    If i = I seq - (I ov -1), the sequence S is newly completed: it consists of the letter S new, 0 to S new (ISEQ - ov).
  • 12. Zu jeder der in Schritt 10 erhaltenen Sequenzen werden die jeweiligen strukturellen, chemischen und physikalischen Eigenschaften im Vergleich zu den in Schritt 3 festgelegten Bedingungen ermittelt. Genügt die jeweilige Sequenz nicht den vorgegebenen Bedingungen, so wird sie gelöscht und die von ihr benutzten Knoten und Komplementknoten wieder als unbenutzt markiert.12. For each of the sequences obtained in step 10 , the respective structural, chemical and physical properties are determined in comparison to the conditions specified in step 3 . If the respective sequence does not meet the specified conditions, it is deleted and the nodes and complement nodes used by it are again marked as unused.
  • 13. Wenn die Anzahl der konstruierten Sequenzen nicht ausreicht, kann der Verfahrenszyklus von Schritt 3 oder 4 an beliebig oft wiederholt werden. Insbesondere ist es möglich, die strukturellen, chemischen und physikalischen Kriterien und die Werte für n, Iseq, Ibas pro Verfahrenszyklus jeweils neu zu setzen. So ist es möglich, Sequenzen mit unterschiedlichen strukturellen, chemischen und physikalischen Eigenschaften, sowie unterschiedlicher Länge zu konstruieren, die trotzdem kompatibel, also eindeutig und maximal unähnlich sind. Ansonsten geht man zum nächsten Schritt, der in vitro Synthese.13. If the number of sequences constructed is insufficient, the process cycle from step 3 or 4 can be repeated any number of times. In particular, it is possible to reset the structural, chemical and physical criteria and the values for n, I seq , I bas for each process cycle. In this way it is possible to construct sequences with different structural, chemical and physical properties, as well as different lengths, which are nonetheless compatible, i.e. unambiguous and maximally dissimilar. Otherwise you go to the next step, the in vitro synthesis.
  • 14. Die konstruierten Sequenzen werden in vitro, im Falle von Nukleinsäuren vorzugsweise mittels eines Oligonukleotidsynthezisers (z. B. ABI 392, ABI 398, ABI 3948 von Perkin- Elmer Applied Biosystems), synthetisiert. Dazu werden die Sequenzdaten der Steuerungseinheit des Oligonukleotidsynthesizers übermittelt und die Sequenzen als einzelsträngige Nukleinsäuren hergestellt. Die Sequenzen können auch kommerziell bestellt werden. Zweckmäßig sind PAGE-gereinigte Oligonukleotide (z. B. von ARK Scientific GmbH Biosystems, 64293 Darmstadt, erhältlich).14. The constructed sequences are preferred in vitro, in the case of nucleic acids by means of an oligonucleotide synthesizer (e.g. ABI 392, ABI 398, ABI 3948 from Perkin- Elmer Applied Biosystems), synthesized. The sequence data of the Control unit of the oligonucleotide synthesizer transmitted and the sequences as single-stranded nucleic acids. The sequences can also be commercial be ordered. PAGE-purified oligonucleotides (e.g. from ARK Scientific GmbH Biosystems, 64293 Darmstadt, available).
Erläuterung zu IIIExplanation to III Implementierung regulärer Grammatiken mit dem NFR-VerfahrenImplementation of regular grammars with the NFR method

Die Herstellung von Monomersequenzen zur Darstellung der Regelmenge von Grammatiken in Schritt III des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt mit Hilfe des NFR-Verfahrens (Niehaus-Feldkamp-Rauhe-Verfahren) nach Schritt II des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Implementierung von Grammatiken werden nach dem NFR-Verfahren für r Regeln einer Grammatik G genau 2r Monomersequenzen hergestellt, so daß die Monomersequenzen für die s dargestellten Symbole (Terminale und Variaiblen) und die Regeln R der Grammatik G eindeutig und. zueinander möglichst unähnlich sind, sowie die geforderten strukturellen, chemischen und physikalischen Eigenschaften aufweisen.The production of monomer sequences to represent the regular set of grammars in step III of the method according to the invention is carried out using the NFR method (Niehaus-Feldkamp-Rauhe method) after step II of the method according to the invention. For the implementation of grammars according to the NFR procedure for r rules Grammar G produced exactly 2r monomer sequences, so that the monomer sequences for the s symbols shown (terminals and variables) and the rules R of the grammar G clearly and. are as different as possible from each other, as well as the required structural, have chemical and physical properties.

Die Monomersequenzen werden dazu nach dem INFR-Verfahren so hergestellt, daß sie wie im Folgenden beschrieben zu Algomeren zusammengesetzt werden können. Es werden dabei jeweils 2 Monomersequenzen zu einem Algomer zusammengesetzt, das genau eine Regel R einer Grammatik G repräsentiert. Dabei enthalten beide Monomersequenzen jeweils Sequenzen, die die nach der Regel R erforderlichen zusammengehörenden Symbole (Terminale oder Variablen) enthalten.The monomer sequences are prepared according to the INFR process so that they are like described below to form algomers. It will be there each composed 2 monomer sequences to an algomer, which exactly one rule R represented a grammar G. Both contain monomer sequences  Sequences containing the related symbols required by R rule (Terminals or variables) included.

Der Entwurf der Oligomere nach Schritt III des erfindungsgemäßen Verfahrens ist abhängig von der chemischen Natur der eingesetzten Monomere. Im bevorzugten Fall der aus Nukleotiden aufgebauten Oligomere wird folgendermaßen vorgegangen:
Algomere sind doppelsträngig und haben einen 5"-Strang (Oberstrang) und einen 3'-Strang (Unterstrang). Oberstrang und Unterstrang können die Verknüpfung jeweils einer Terminal- und einer Variablensequenz sein.
The design of the oligomers after step III of the process according to the invention depends on the chemical nature of the monomers used. In the preferred case of the oligomers constructed from nucleotides, the procedure is as follows:
Algomers are double-stranded and have a 5 ″ strand (top strand) and a 3′-strand (bottom strand). The top strand and the bottom strand can be the linkage of a terminal sequence and a variable sequence.

Es seien X, Z beliebige Variablen, S eine Variable, die als Startsymbol fungiert, y, z beliebige Terminalsymbole. Dann wird für jede Regel der Form:
Let X, Z be any variables, S be a variable that acts as a start symbol, y, z be any terminal symbols. Then for each rule the form is:

  • a) S: = yX ein Algomer konstruiert, das eine eindeutige doppelsträngige Kernsequenz y enthält, an die am 3'-Ende eine eindeutige einzelsträngige Überhangsequenz X angehängt ist; ": =" bedeutet in diesem Fall, daß S und yX identisch sind, d. h. yX als Startermolekül fungiert.a) S: = yX constructed an algomer that contains a unique double-stranded core sequence y to which a unique single-stranded overhang sequence X is attached to the 3 'end; ": =" means in this case that S and yX are identical, i. H. yX acts as a starter molecule.
  • b) X → yZ ein Algomer konstruiert, das eine eindeutige doppelsträngige Kernsequenz y enthält, an die am 5'-Ende eine eindeutige einzelsträngige Überhangsequenz X und am 3'-Ende eine eindeutige einzelsträngige Überhangsequenz Z angehängt ist. X kann dabei identisch mit Z sein.b) X → yZ constructed an algomer that contains a unique double-stranded core sequence y to which a unique single-stranded overhang sequence X at the 5 'end and one at the 3' end unique single-stranded overhang sequence Z is attached. X can be identical to Z his.
  • c) X → z ein Algomer konstruiert, das eine eindeutige doppelsträngige Kernsequenz z enthält, an die am 5'-Ende eine eindeutige einzelsträngige Überhangsequenz X angehängt ist.c) X → z constructed an algomer that contains a unique double-stranded core sequence z to which a unique single-stranded overhang sequence X is attached to the 5 'end.

Algomere der Form S: = yX und X → z heißen Terminaforen ("Start", "Ende"), da sie zum Kettenabbruch während der Polymerisation im erfindungsgemäßen Verknüpfungsschritt V führen, der im Folgenden beschrieben wird; Algomere der Form X → yZ heißen Elongatoren, weil sie zu einer Kettenverlängerung während der Polymerisation im erfindungsgemäßen Verknüpfungsschritt V führen.Algomer of the form S: = yX and X → z are called term forums ("start", "end"), because they are for Chain termination during the polymerization in linking step V according to the invention lead, which is described below; Algomers of the form X → yZ are called elongators, because they lead to a chain extension during the polymerization in the invention Link step V lead.

Vorzugsweise umfassen die in den Schritten II und III des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Monomersequenzen Nukleotide, insbesondere Ribonukleotide, besonders bevorzugt Desoxyribonukleotide. Die in Schritt II des erfindungsgemäßen Verfahrens konstruierten Monomersequenzen können vorteillhafterweise bestimmte Sequenzen, z. B. Stopcodons, Erkennungssequenzen für Nukleinsäuren spaltende Enzyme (Restriktionsnukleasen), Erkennungssequenzen für Nukleinsäure-bindende Proteine u. a. enthalten, wie sie beispielsweise in [J. Sambrook, E. F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)], [Rolf Knippers, Molekulare Genetik, Georg Thieme Verlag, (1997)] und [Benjamin Lewin, Genes V, Oxford University Press, (1994)] beschrieben werden. Preferably include those in steps II and III of the method according to the invention prepared monomer sequences nucleotides, especially ribonucleotides, particularly preferably deoxyribonucleotides. The in step II of the method according to the invention Constructed monomer sequences can advantageously certain sequences, e.g. B. Stop codons, recognition sequences for enzymes that cleave nucleic acids (Restriction nucleases), recognition sequences for nucleic acid binding proteins and the like. a. contained, as for example in [J. Sambrook, E.F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)], [Rolf Knippers, Molecular Genetics, Georg Thieme Verlag, (1997)] and [Benjamin Lewin, Genes V, Oxford University Press, (1994)] become.  

Erläuterung zu IVExplanation to IV Algomer-AssemblierungAlgomer assembly

Das Assemblieren der in Schritt III synthetisierten Sequenzen erfolgt in Schritt IV des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind zur Durchführung des Schrittes IV alle dem Fachmann bekannten Techniken, Oligomersequenzen zusammenzusetzen, einsetzbar. Im erfindungsgemäß bevorzugten Fall des Einsatzes von Nukleotidsequenzen ist es zweckmäßig folgendermaßen vorzugehen:
The sequences synthesized in step III are assembled in step IV of the method according to the invention. In the context of the present invention, all of the techniques known to those skilled in the art of assembling oligomer sequences can be used to carry out step IV. In the preferred case according to the invention of using nucleotide sequences, it is advisable to proceed as follows:

  • a) Die zu Elongatoren gehörenden einzelsträngigen Sequenzen werden phosphoryliert. Dazu sind verschiedene dem Fachmann bekannte Protokolle möglich, z. B. das Folgende:
    In einem 20 µl Ansatz werden 16 µl einer synthetisierten 100 µM Sequenz, 2 µl Ligationspuffer (z. B. 50 mM Tris-HCl pH 7.5, 10 mM MgCl2, 10 mM Dithiothreitol, 1 mM ATP, 25 µg/ml BSA Bovine Serum Albumin, New England Biolabs) und 2 µ1 PNK (Polynukleotidkinase, z. B. von New England Biolabs, Katalognr. #201 S oder #201 L) 1 Stunde bei 37°C inkubiert. Volumina, Inkubationszeit und -temperatur können in dem Fachmann bekannter Weise variiert werden.
    a) The single-stranded sequences belonging to elongators are phosphorylated. Various protocols known to the person skilled in the art are possible for this purpose, e.g. B. the following:
    In a 20 µl batch, 16 µl of a synthesized 100 µM sequence, 2 µl ligation buffer (e.g. 50 mM Tris-HCl pH 7.5, 10 mM MgCl 2 , 10 mM dithiothreitol, 1 mM ATP, 25 µg / ml BSA Bovine Serum Albumin, New England Biolabs) and 2 μl PNK (polynucleotide kinase, e.g. from New England Biolabs, catalog number # 201 S or # 201 L) were incubated at 37 ° C. for 1 hour. Volumes, incubation time and temperature can be varied in a manner known to the person skilled in the art.
  • b) Jeweils in einem Ansatz werden die zu einem Algomer gehörenden Einzelstränge (Ober- und Unterstrang) zu einem fertigen Algomer hybridisiert. Für Elongatoren können einfach die Phosphorylierungsansätze von Ober- und Unilerstrang verwendet werden. Für die Hybridisierung sind mehrere Protokolle möglich; bevorzugt ist ein Denaturierungsschrift bei etwa 95°C zu Anfang (dieser deaktiviert gleiclhzeitig die PNK in den Ansätzen der Elongatoren) und eine langsame Hybridisierung. Z. B. kann für Oligomere der Länge 30 folgendes Protokoll verwendet werden, das gemäß den Kenntnissen des Fachmanns variiert werden kann:
    In einem 40 µl Ansatz werden jeweils 20 µl des Oberstranges (100 µM) und 20 µl des Unterstranges (100 µM) in einem Thermozykler 5 Minuten auf 95°C erhitzt, 5 Minuten auf 72°C inkubiert und dann 25 Minuten jeweils 1°C pro Minute abgekühlt.
    b) In one batch, the single strands (upper and lower strand) belonging to an algomer are hybridized to a finished algomer. The phosphorylation batches from the upper and uniler strands can simply be used for elongators. Several protocols are possible for hybridization; Preferred is a denaturation at about 95 ° C at the beginning (this deactivates the PNK in the approaches of the elongators at the same time) and a slow hybridization. For example, the following protocol can be used for oligomers of length 30, which can be varied according to the knowledge of the person skilled in the art:
    In a 40 µl batch, 20 µl of the top strand (100 µM) and 20 µl of the bottom strand (100 µM) are heated in a thermocycler for 5 minutes at 95 ° C, incubated for 5 minutes at 72 ° C and then 25 ° C for 1 minute cooled down per minute.
Erläuterung zu VExplanation to V Herstellung von Logomeren durch Verkettung von AlgomerenProduction of logomers by chaining algomers SymbolpolymerisationSymbol polymerization

In Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Algomere zu längerkettigen, informationstragenden Polymeren (Logomeren) verknüpft. Da Algomere die Regelmenge R einer Grammatik G darstellen, entsprechen alle dabei erzeugten Logomere Wörtern der Sprache L(G), die durch die Grammatik G beschrieben wird.In step V of the process according to the invention, the algomers become longer-chain, linked information-carrying polymers (logomers). Since algomers are the rule set R represent a grammar G, all logomer words generated thereby correspond to Language L (G), which is described by the grammar G.

Der geregelte Prozeß der Verkettung von Algomeren zu Logomeren wird als "Symbolpolymerisation" bezeichnet, im Falle, daß die Terminalsymbole Bits repräsentieren, das heißt, im Falle, daß gilt:
The regulated process of linking algomers to logomers is referred to as "symbol polymerization" if the terminal symbols represent bits, that is, if:

Σ: = {0, 1, s0, s1, s2, . . .,sn-1, sn, e0, e1, e2, . . .,em-1, em} mit n,m ∈ e N und n, m < 0
Σ: = {0, 1, s 0 , s 1 , s2,. . ., s n-1 , s n , e 0 , e 1 , e2,. . ., e m-1 , e m } with n, m ∈ e N and n, m <0

wird der Prozeß als "Bitpolymerisation" bezeichnet. the process is referred to as "bit polymerization".  

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind zur Durchführung des Schrittes V alle dem Fachmann bekannten Techniken, Oligomere zu Polymeren zu verknüpfen, einsetzbar. Im erfindungsgemäß bevorzugten Fall des Einsatzes von Oligonukleotiden ist es zweckmäßig, die zu verknüpfenden Algomere in Gegenwart von Ligase zu inkubieren. Beispielsweise kann nach folgendem Protokoll vorgegangen werden, das gemäß den Kenntnissen des Fachmanns variiert werden kann:
In einem 27 µl Ansatz werden 1 µl 50 µM "Start"-Algomer, 1 µl 50 µM "Ende"-Algomer und 2× jeweils 10 µl 40 µM Elongator-Algomere (aus Schritt IV des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten), 1,5 µl 10 mM rATP und 3,5 µl T4 DNA Ligase mit 400 NEB Units/µl (z. B. Katalognr. #202S und #202L NEB) zwischen 4°C und 25°C für 2 bis 24 Stunden inkubiert. Andere Reaktionsvolumina funktionieren analog. Inkubationszeit und -temperatur können in dem Fachmann bekannter Weise variiert werden.
In the context of the present invention, all techniques known to those skilled in the art to link oligomers to polymers can be used to carry out step V. In the preferred case according to the invention when using oligonucleotides, it is expedient to incubate the algomers to be linked in the presence of ligase. For example, the following protocol can be used, which can be varied according to the knowledge of the person skilled in the art:
In a 27 µl batch, 1 µl 50 µM "start" algomer, 1 µl 50 µM "end" algomer and 2 × 10 µl 40 µM elongator algomers (obtained from step IV of the method according to the invention), 1.5 µl 10 mM rATP and 3.5 µl T4 DNA ligase with 400 NEB units / µl (e.g. catalog numbers # 202S and # 202L NEB) incubated between 4 ° C and 25 ° C for 2 to 24 hours. Other reaction volumes work analogously. Incubation time and temperature can be varied in a manner known to those skilled in the art.

Abb. 3 zeigt das Resultat einer solchen Symbolpolymerisation. Fig. 3 shows the result of such symbol polymerization.

Es können dabei grundsätzlich beliebig viele Algomere, die keine Terminatoren sind, verknüpft werden. Der Polymerisationsvorgang kommt für jedes einzelne Logomer dann zu einem Stillstand, wenn das entsprechende Molekül an seinen Enden jeweils ein Algomer trägt, das als Terminatormolekül ("Start", "Ende") fungiert.In principle, any number of algomers that are not terminators can be linked. The polymerization process then occurs for each individual logomer a standstill when the respective molecule carries an algomer at its ends, that acts as a terminator molecule ("start", "end").

Vereinzelung und Vervielfältigung von Logomeren durch KlonierungSeparation and duplication of logomers by cloning

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Isolierung und Vervielfältigung von informationstragenden Polymeren, die nach einem der vorhergehenden Ansprüche erhalten wurden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in Schritt V erhaltene informationstragende Polymere in Klonierungsvektoren ligiert, kompetente Zellen mit diesen Vektoren transformiert und die erfolgreich transformierten Bakterien anhand von Selektionsmarkern selektioniert.Another object of the present invention is a method for isolation and Reproduction of information-bearing polymers according to one of the preceding Claims were obtained which are characterized in that obtained in step V. information-carrying polymers ligated into cloning vectors, competent cells with them Transformed vectors and the successfully transformed bacteria using Selection markers selected.

Die aus Schritt V des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens (Symbolpolymerisation) erhaltenen Logomere können zum Zwecke der Vereinzelung und Vervielfältigung kloniert werden.The from step V of the method according to the invention described above (Symbol polymerization) obtained logomers can be used for the purpose of separation and Duplication to be cloned.

Dazu wird der verwendete Klonierungsvektor mit Restriktionsenzymen aufgeschnitten und ein Logomer hineinligiert. Das Verfahren stellt sicher, daß nur fertig polymerisierte (mit Terminatoren versehene) Logomere mit dem Zielvektor ligiert werden können. Korrekt in den Zielvektor ligierte Logomere bilden ein wieder ringförmiges Molekül. Die Vereinzelung von Logomeren erfolgt durch die Transformation von Bakterien mit dem Molekülgemisch, das das Resultat der Ligation ist. Die Vektoren tragen Selektionsmarker (vorzugsweise Antibiotika- Resistenz z. B. Ampicillin-Resistenz), mit denen erfolgreich transformierte Bakterien ausgewählt werden können. Da jedes Bakterium nur ein Plasmid exprimiert, ist jedes erfolgreich transformierte Bakterium Träger genau eines Logomers. Solcherart klonierte Logomere können dann zur weiteren Verwendung einfach und in großen Mengen (auf Fest- oder in Flüssigmedium, Fermentern) vervielfältigt werden. For this purpose, the cloning vector used is cut open with restriction enzymes and a Logomer ligated into it. The process ensures that only fully polymerized (with Terminators) can be ligated to the target vector. Correct in the Logomers ligated to the target vector form a ring-shaped molecule again. The separation of Logomeres occur through the transformation of bacteria with the mixture of molecules that the The result of the ligation is. The vectors carry selection markers (preferably antibiotic Resistance e.g. B. ampicillin resistance) with which successfully transformed bacteria can be selected. Since each bacterium expresses only one plasmid, each is successfully transformed bacterium carrier of exactly one logomer. Such cloned Logomers can then be used easily and in large quantities (on solid or reproduced in liquid medium, fermenters).  

Die aus Schritt V des erfindungsgemäßen Verfalhrens erhaltenen Logomere werden zum Zwecke der Vereinzelung und Vervielfältigung in einem beliebigen Klonierungsvektor (Plasmid) kloniert, der Restriktionsschnittstellen trägt, die zu den Sequenzüberhängen der Terminatoren der Logomere kompatibel sind (z. B. HindIII, BamHI Erkennungssequenzen im Klonierungsvektor pBluescript II KS +/-, Stratagene, Katalog Nr. #212207). Die Klonierung erfolgt nach üblichen Laborprotokollen, wie z. B. in [J. Sambrook, E. F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)] beschrieben. Z. B. kann folgendes Protokoll verwendet werden, das gemäß den Kenntnissen des Fachmanns variiert werden kann:The logomers obtained from step V of the procedure according to the invention become Purpose of isolation and duplication in any cloning vector (Plasmid) cloned, which carries restriction sites which depend on the sequence of the Terminators of the logomers are compatible (e.g. HindIII, BamHI recognition sequences in the Cloning vector pBluescript II KS +/-, Stratagene, catalog no. # 212207). The cloning takes place according to usual laboratory protocols, such as. B. in [J. Sambrook, E.F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)]. For example, the following protocol can be used, which can be varied according to the knowledge of the person skilled in the art:

a) Restriktion und Präparation des Klonierungsvektorsa) Restriction and preparation of the cloning vector

Zur Klonierung können beliebige Klonierungsvektoren verwendet werden, wie sie für molekularbiologische Verfahren üblich sind. (Geeignet ist z. B. das Plasmid pBluescript II KS +/-, Stratagene, Katalog Nr. #212207). Das Plasmid wird einem Restriktionsverdau mit zwei Restriktionsenzymen unterworfen, die Überhänge erzeugen, die zu den Terminatoren der Logomere kompatibel sind. Als Restriktionsenzyme können z. B. BamHI und HindIII (z. B. von NEB, New England Biolabs, Katalog Nr.: #136S und #104S) verwendet werden. Dazu kann ein übliches Restriktionsprotokoll verwendet werden, das gemäß den Kenntnissen des Fachmanns variiert werden kann, z. B. das Folgende:
In einem 50 µl Ansatz werden 30 µl Plasmid (0,7 µg/µl), 5 µl 10× Puffer (z. B. NEB2, New England Biolabs), 5 µl BamHI (100 units), 5 µl HindIII (100 units) und Spl BSA 10× für 1-2 Stunden bei 37°C inkubiert. Zur Kontrolle wird 1 µl des Ansatzes, sowie eine entsprechende Menge ungeschnittenes Plasmid auf einem 1% Agarose Gel (z. B. UItraPure™ von Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr.: 15510-027) elektrophoretisch aufgetrennt. Zur Präparation der DNA wird der Restriktionsansatz phenolisiert, die DNA gefällt und wiederaufgenommen:
Arbitrary cloning vectors can be used for cloning, as are common for molecular biological methods. (The plasmid pBluescript II KS +/-, Stratagene, catalog no. # 212207 is suitable, for example). The plasmid is subjected to a restriction digest with two restriction enzymes that produce overhangs that are compatible with the terminators of the logomers. As restriction enzymes z. B. BamHI and HindIII (e.g. from NEB, New England Biolabs, Catalog #: # 136S and # 104S) can be used. A conventional restriction protocol can be used for this, which can be varied according to the knowledge of the person skilled in the art, e.g. B. the following:
In a 50 µl batch, 30 µl plasmid (0.7 µg / µl), 5 µl 10 × buffer (e.g. NEB2, New England Biolabs), 5 µl BamHI (100 units), 5 µl HindIII (100 units) and Spl BSA incubated 10 × for 1-2 hours at 37 ° C. As a control, 1 μl of the mixture and a corresponding amount of uncut plasmid are electrophoresed on a 1% agarose gel (eg UItraPure ™ from Gibco BRL, Life Technologies, catalog no .: 15510-027). To prepare the DNA, the restriction mixture is phenolized, the DNA is precipitated and resumed:

  • - Ansatz auf 200 µl mit Aqua dest. auffüllen- Mix to 200 µl with distilled water. fill up
  • - 200 µl Phenol zugeben, vortexen, bei 10000 g 3 Minuten zentrifugieren- Add 200 µl phenol, vortex, centrifuge at 10000 g for 3 minutes
  • - Überstand aufnehmen und 200 µl Chloroform zugeben, vortexen, bei 10000 g 3 Minuten zentrifugieren- Take up the supernatant and add 200 µl chloroform, vortex, at 10000 g for 3 minutes centrifuge
  • - Überstand aufnehmen, mit 1/10 Vol. 3M NaAc ansäuern und mit 2,5× Volumen 100% EtOH versetzen, vortexen, für mindestens 15 Minuten auf -70°C- Absorb the supernatant, acidify with 1/10 vol. 3M NaAc and with 2.5 × volume 100% Add EtOH, vortex, for at least 15 minutes at -70 ° C
  • - mindestens 15 Minuten auf 10000 g zentrifugieren, Überstand abnehmen und verwerfen- Centrifuge at 10,000 g for at least 15 minutes, remove and discard the supernatant
  • - mit ca. 500 µl 70% EtOH waschen, für 5-10 Minuten auf 10000 g zentrifugieren, Überstand abnehmen und verwerfen- Wash with approx. 500 µl 70% EtOH, centrifuge at 10,000 g for 5-10 minutes, supernatant remove and discard
  • - Pellet trocknen und in Aqua dest. wiederaufnehmen, so daß das geschnittene Plasmid mit 100 ng/µl bis 1 µg/µl vorliegt (höhere Konzentrationen sind auch möglich). Plasmid kann für weitere Ligationen nötigenfalls verdünnt werden.- Dry the pellet and soak in aqua dest. resume so that the cut plasmid with 100 ng / µl to 1 µg / µl is present (higher concentrations are also possible). Plasmid can be used for further ligations are diluted if necessary.
b) Ligation des Logomers in den Klonierungsvektorb) Ligation of the logomer into the cloning vector

Die in Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Logomere und die präparierten Klonierungsvektoren werden ligiert. Durch die Art und Weise der Präparation ist gewährleistet, daß möglichst nur die gewünschten Ligationen stattfinden: Die Terminatoren der Logomere tragen zwei verschiedene Überhangsequenzen, die zu den durch Restriktion entstandenen Überhangsequenzen des Klonierungsvektors kompatibel sind. Dadurch können die Logomere nur in einer definierten Richtung in clen Klonierungsvektor ligieren. Außerdem sind die Terminatoren der Logomere nicht phosphoryliert, weshalb Logomere ausschließlich mit den Überhangsequenzen des Klonierungsvektors ligieren können. Die Ligation erfolgt nach einem üblichen Ligationsprotokoll wie z. B. in [J. Sambrook, E. F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)] beschrieben, das gemäß den Kenntnissen des Fachmanns variiert werden kann, beispielsweise wie folgt:
Das molare Verhältnis Logomere/Klonierungsvektor kann z. B. 500 betragen, in 10 µl Gesamtvolumen werden:
The logomers obtained in step V of the method according to the invention and the prepared cloning vectors are ligated. The manner in which the preparation is carried out ensures that, if possible, only the desired ligations take place: the terminators of the logomers carry two different overhang sequences which are compatible with the overhang sequences of the cloning vector which were created by restriction. As a result, the logomers can only ligate into the cloning vector in a defined direction. In addition, the terminators of the logomers are not phosphorylated, which is why logomers can only ligate with the overhang sequences of the cloning vector. The ligation is carried out according to a customary ligation protocol such as e.g. B. in [J. Sambrook, EF Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)], which can be varied according to the knowledge of the person skilled in the art, for example as follows:
The molar ratio of logomers / cloning vector can e.g. B. 500, in 10 µl total volume:

1 µl Plasmid (10 ng/µl = 5 nM)
0,5 µl 4 µM Logomere aus Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens
1 µl 10× Ligationspuffer
0,5 µl T4 DNA Ligase (400 u/µl)
7 µl H2O
1 µl plasmid (10 ng / µl = 5 nM)
0.5 µl 4 µM logomers from step V of the method according to the invention
1 µl 10 × ligation buffer
0.5 µl T4 DNA ligase (400 u / µl)
7 µl H 2 O

für 12 Stunden auf 16°C ligiert.ligated to 16 ° C for 12 hours.

Das Protokoll kann gemäß den Kenntnissen des Fachmanns variiert werden. Z. B. ist es möglich, ein Protokoll zur TCL (Temperature Cycle Ligation, [Lund, A. H., Duch, M., Pedersen, F. S. Increased cloning efficency by temperature-cycle ligation, Nucleic Acids Research, 24: (4), 800-801, (1996)]) zu verwenden.The protocol can be varied according to the knowledge of the person skilled in the art. For example, it is possible a protocol for TCL (Temperature Cycle Ligation, [Lund, A. H., Duch, M., Pedersen, F. S. Increased cloning efficiency by temperature-cycle ligation, Nucleic Acids Research, 24: (4), 800-801, (1996)]).

Der erhaltene Ligationsansatz wird nun für die Transformation kompetenter Zellen verwendet, wie nachfolgend beispielhaft gezeigt:The ligation mixture obtained is now used for the transformation of competent cells, as shown below as an example:

c) Transformation kompetenter Zellenc) transformation of competent cells

Die Transformation von Bakterien (kompetente Zelllen, Hoststamm z. B. dH5α, GIBCO BRL, Katalog Nr.: 18258-012) mit dem Ligationsansatz aus b) erfolgt nach einem der üblichen Protokolle, wie z. B. in [J. Sambrook, E. F, Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)] beschrieben wird und das gemäß den Kenntnissen des Fachmanns variiert werden kann, z. B. wie folgt:
The transformation of bacteria (competent cells, host strain e.g. dH5α, GIBCO BRL, catalog no .: 18258-012) with the ligation approach from b) is carried out according to one of the usual protocols, such as B. in [J. Sambrook, E. F, Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)] and which can be varied according to the knowledge of the person skilled in the art, e.g. B. as follows:

  • - 200 µl kompetenter Zellen (∿ 5×107 CFU = Colony Forming Units, bei -70°C gelagert) werden aufgetaut und auf Eis gestellt- 200 µl of competent cells (∿ 5 × 10 7 CFU = Colony Forming Units, stored at -70 ° C) are thawed and placed on ice
  • - Etwa 1 ng des Ligationsansatzes aus b) wird dazu pipettiert und 20-30 Minuten auf Eis stehen gelassen, alle 5 Minuten vorsichtig mixen- About 1 ng of the ligation mixture from b) is pipetted into this and placed on ice for 20-30 minutes let stand, mix gently every 5 minutes
  • - Hitzeschock: Ansatz 2 Minuten auf 42°C, zurück auf Eis- Heat shock: batch at 42 ° C for 2 minutes, back on ice
  • - 0,8 ml LB-Medium (+ 0,02 M MgSO4 + 0,01 M KCl) zugeben- Add 0.8 ml LB medium (+ 0.02 M MgSO 4 + 0.01 M KCl)
  • - Ansatz 20-60 Minuten im Reagenzglas auf 37°C rollen- Roll the batch in a test tube at 37 ° C for 20-60 minutes
  • - 0,1-1 ml auf Agarplatte (mit Antibiotikum, z. B. Ampicillin) ausplattieren und über Nacht auf 37°C- Plate 0.1-1 ml on an agar plate (with antibiotic, e.g. ampicillin) and overnight to 37 ° C

Die Transformation fungiert dabei als Selektionsverfahren auf erfolgreich klonierte Logomere und als Isolationsverfahren einzelner Logomere, weil jede Bakterienzelle genau ein Plasmid exprimiert.The transformation acts as a selection process for successfully cloned logomers and as an isolation process for individual logomers, because each bacterial cell has exactly one plasmid expressed.

Außer dem genannten Verfahren der Klonierung, das erfindungsgemäß bevorzugt ist, können die in Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen informationstragenden Polymere (Logomere) mit folgenden Verfahren isoliert und vervielfältigt werden:In addition to the mentioned cloning method, which is preferred according to the invention, can the information-bearing ones obtained in step V of the method according to the invention Polymers (logomers) can be isolated and reproduced using the following methods:

Isolation durch Hybridisierung und chromatographische MethodenIsolation through hybridization and chromatographic methods

Hierbei wird das aus einer Symbolpolymerisation erhaltene Molekülgemisch über ein Trägermaterial gegeben, an das Oligomere ("Ankersequenzen") gebunden sind, die ihrerseits an die Terminatoren der Logomere binden können. Die gebundenen Logomere werden dann einzeln aufgenommen und können nach Bedarf vervielfältigt werden. Es sind hierzu verschiedene Verfahren einsetzbar:
Here, the molecular mixture obtained from a symbol polymerization is passed over a carrier material to which oligomers ("anchor sequences") are bound, which in turn can bind to the terminators of the logomers. The bound logomers are then taken up individually and can be reproduced as required. Various methods can be used for this:

  • a) Affinitätschromatographie; dabei werden Ankersequenzen, die zu den überhängenden Enden der Terminatoren kompatible Enden besitzen, z. B. an eine Hydroxylapatit-Säule gebunden. Die aus Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Logomere werden über die Säule gegeben, wodurch die Logomere durch Hybridisierung an die Ankersequenzen binden können. Die solcherart gebundenen Logomere werden dann einzeln aufgenommen.a) affinity chromatography; thereby anchor sequences become the overhanging ones Ends of terminators have compatible ends, e.g. B. on a hydroxyapatite column bound. The logomers obtained from step V of the process according to the invention are passed over the column, whereby the logomers are hybridized to the Can tie anchor sequences. The logomers bound in this way then become recorded individually.
  • b) Ankersequenzen werden an eine Membran (z. B. Gene Screen Plus, DuPont, Biotechnology Systems; Hybond-N, Amersharn Life Sciences) kovalent gebunden. Die Membran ist gerastert, d. h. in einzelne Felder unterteilt. Pro Feld wird genau eine Ankersequenz kovalent an die Membran gebunden. Danach werden die aus Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Logomere über die Membran gegeben und mit den Ankersequenzen hybridisiert. Die Membran wird daraufhin in die einzelnen Felder des Rasters zerschnitten. Die einzelnen Felder, die nun maximal ein an die jeweilige Ankersequenz gebundenes Logomer enthalten, können jetzt in separate Gefäße (z. B. Eppendorf Tubes) überführt werden. Sodann Ikönnen die Logomere durch Denaturieren von der Membran getrennt werden. Beim Denaturieren ist zu beachten, daß die Denaturierungstemperatur so gewählt ist, daß sie hoch genug ist, um Logomer und Ankersequenz zu trennen, jedoch nicht so hoch, daß das Logomer selbst vollständig aufschmilzt.b) anchor sequences are attached to a membrane (e.g. Gene Screen Plus, DuPont, Biotechnology systems; Hybond-N, Amersharn Life Sciences) covalently bound. The Membrane is rasterized, i. H. divided into individual fields. Exactly one is per field Anchor sequence covalently bound to the membrane. Then the from step V of the Logomers obtained according to the invention given over the membrane and hybridized with the anchor sequences. The membrane is then in the individual fields of the grid cut. The individual fields, which are now a maximum of one for each Anchor sequence containing bound logomer can now be placed in separate vessels (e.g. Eppendorf Tubes) are transferred. The logomers can then be denatured be separated from the membrane. When denaturing, please note that the Denaturation temperature is chosen so that it is high enough to logomer and Separate anchor sequence, but not so high that the logomer itself is complete melts.
Isolation durch VerdünnungIsolation by dilution

Bei der Isolation durch Verdünnung werden die Logomere, die als Gemisch aus einer Symbolpolymerisation erhalten werden, soweit verdünnt, daß in einem jeweiligen Zielvolumen statistisch genau ein Molekül enthalten ist. Dieses kann dann mit Hilfe der PCR aufgespürt und vervielfältigt werden. Die Verdünnung des Ausgangsvolumens in Zielvolumina kann dabei gleichzeitig geschehen, so daß ein Ausgangsvolumen auf n Zielvolumina verdünnt wird. Dazu wird erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen:
Zu einem, aus Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen, Gemisch von Logomeren in einem Ausgangsvolumen Va wird ein Verdünnungsfaktor ermittelt, der n in Va enthaltene Logomere so auf n Zielvolumina Vz verdünnt, daß in jedem Zielvolumen Vz statistisch genau ein Logomer enthalten ist. Um den Verdünnungsfaktor zu ermitteln wird ein Aliquot des Ausgangsvolumens (z. B. 1 µl) in einer Verdünnungsreihe austitriert. Von jeder Verdünnung der Reihe wird dann ein Aliquot (z. B. 1 µl) als Template einer PCR-Reaktion verwendet, um zu ermitteln, in welchen Verdünnungen noch Logomere detektierbar sind. Erhält man solcherart die letzte Verdünnung, die noch Logomere enthält, und die Verdünnung, die schon keine mehr enthält, läßt sich ein ungefährer Verdünnungsfaktor angeben, der gerade noch ungefähr ein Logomer enthält. Gegebenenfalls kann dieser Verdünnungsfaktor durch Austitrieren der letzten Verdünnung, die noch Logomere enthält, genauer bestimmt werden. Dabei verwendet man entsprechend kleinere Verdünnungsschritte (verdünnt man z. B. in der ersten Verdünnungsreihe immer 1 : 10, so kann man in der 2. Verdünnungsreihe z. B. 1 : 2 verdünnen; das Verfahren der genaueren Bestimmung des Verdünnungsfaktors kann dabei prinzipiell mit beliebiger Genauigkeit angewendet werden).
In the case of isolation by dilution, the logomers, which are obtained as a mixture from a symbol polymerization, are diluted to such an extent that exactly one molecule is statistically contained in a respective target volume. This can then be detected and reproduced using the PCR. The dilution of the initial volume in target volumes can take place simultaneously, so that an initial volume is diluted to n target volumes. To this end, the procedure according to the invention is as follows:
Obtained at a, from step V of the method according to the invention, mixture of Logomeren in an initial volume V a is determined a dilution factor of n in V a given Logomere so diluted to n target volumes V z, that in each target volume V z statistically exactly one Logomer contain is. To determine the dilution factor, an aliquot of the initial volume (e.g. 1 µl) is titrated in a dilution series. An aliquot (eg 1 µl) of each dilution in the series is then used as a template for a PCR reaction in order to determine the dilutions in which logomers can still be detected. If the last dilution which still contains logomers is obtained in this way, and the dilution which already contains no more, an approximate dilution factor can be specified which just about still contains a logomer. If necessary, this dilution factor can be determined more precisely by titrating out the last dilution, which still contains logomers. Correspondingly smaller dilution steps are used (e.g. if you dilute 1:10 in the first series of dilutions, you can dilute 1: 2 in the second series of dilutions; the method of determining the dilution factor more precisely can also be used arbitrary accuracy can be applied).

Da die PCR der Verdünnungen dazu dient, festzustellen, ob sich überhaupt noch Logomere in der Verdünnung befinden, kann die PCR auf mindestens zweierlei Weise durchgeführt werden:
Since the PCR of the dilutions serves to determine whether there are any logomers in the dilution, the PCR can be carried out in at least two ways:

  • a) Als Primer dienen zwei gegenläufige, in den Terminatoren primende Primer, z. B. der 5'- Strang des Start-Terminators und der 3-Strancfdes Ende-Terminators. Ansonsten sind die PCR-Bedingungen wie weiter unten unter Vervielfältigung von Logomeren durch PCR beschrieben.a) Two opposing primers, z. B. the 5'- Strand of the start terminator and the 3-strand of the end terminator. Otherwise are the PCR conditions as below with amplification of logomers by PCR described.
  • b) Die PCR wird wie die zum Auslesen der Logomere durchgeführt, es reicht jedoch ein Ansatz mit einem Paar von Primern wie unter Auslesen von Logomeren mittels PCR im Folgenden beschrieben.b) The PCR is carried out like that for reading out the logomers, but it is sufficient Approach with a pair of primers as with reading out logomers by means of PCR in Described below.

Zur Kontrolle werden die durch PCR erhaltenen DNA Fragmente durch Gelelektrophorese sichtbar gemacht. Dazu wird z. B. ein 2-4%iges Agarose-Gel (z. B. UltraPure™ von Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr.: 15510-027) und als Molekulargewichtsstandard z. B. eine 50 bp-Leiter (Gibco BRL, Life Technologies, Katalog INr. 10416-014) verwendet. Das erhaltene Gel wird 5 Minuten in 0,001% Ethidiumbromid gefärbt und unter UV sichtbar gemacht.The DNA fragments obtained by PCR are checked by gel electrophoresis made visible. For this, z. B. a 2-4% agarose gel (e.g. UltraPure ™ from Gibco BRL, Life Technologies, catalog no .: 15510-027) and as a molecular weight standard e.g. Legs 50 bp conductor (Gibco BRL, Life Technologies, catalog INr. 10416-014) is used. The received Gel is stained in 0.001% ethidium bromide for 5 minutes and visualized under UV.

Vervielfältigung von LogomerenDuplication of logomeres

Die aus einer Symbolpolymerisation erhaltenen Logomere können - je nach ihrer beabsichtigten Verwendung - vervielfältigt werden. Dies ist beispielsweise für die Visualisierung der gespeicherten Information oder die Weiterverwendung der Logomere als Marker zur Kennzeichnung von Stoffen und Gegenständen nötig.The logomers obtained from a symbol polymerization can - depending on their Intended use - may be reproduced. This is for example for the Visualization of the stored information or the further use of the logomer as Markers are necessary to identify substances and objects.

Vervielfältigung von Logomeren durch PCRDuplication of logomeres by PCR

Bei diesem Verfahren werden Logomere durch FCR vervielfältigt. Das zu vervielfältigende Logomer dient als Template, die benötigten Primer primen jeweils gegenläufig in den Terminatoren (entweder 5'-Start und 3'-Ende, oder 5'-Ende und 3-Start), so daß das Logomer vollständig vervielfältigt wird. Alternativ können die Primer, sofern das zu vervielfältigende Logomer von weiterer DNA umgeben ist, auch weiter außerhalb des Logomers primen.In this process, logomers are reproduced by FCR. That to be reproduced Logomer serves as a template, the required primers prime in opposite directions in the Terminators (either 5'-start and 3'-end, or 5'-end and 3-start) so that the logomer is completely reproduced. Alternatively, the primers, provided that the material to be reproduced The logomer is surrounded by further DNA, also priming further outside the logomer.

Für die PCR-Ansätze, die in dem Fachmann bekannter Weise variiert werden können, werden z. B. folgende Reagentien und Bedingungen verwendet:
dNTPs (z. B. Pharmacia Biotech, Katalog Nr.: 27-2035-01/2/3), Taq-Polymerase (z. B. Gibco- BRL, Katalog Nr.: 18038-034, 18038-042, 18038-067), PCR-Puffer, MgCl2 (z. B. GIBCO- BRL, Katalog Nr.: 18067-017)
For the PCR approaches, which can be varied in a manner known to the person skilled in the art, e.g. B. The following reagents and conditions are used:
dNTPs (e.g. Pharmacia Biotech, catalog no .: 27-2035-01 / 2/3), Taq polymerase (e.g. Gibco- BRL, catalog no .: 18038-034, 18038-042, 18038- 067), PCR buffer, MgCl 2 (e.g. GIBCO-BRL, catalog no .: 18067-017)

Als PCR-Programm kann beispielsweise folgendes Protokoll (Primer: 30-mere) verwendet werden:
For example, the following protocol (primer: 30-mer) can be used as the PCR program:

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind informationstragende Polymere, die gemäß den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich sind.Another object of the invention are information-carrying polymers which according to the The inventive methods described above are available.

Auslesen der in Logomeren enthaltenen InformationReading out the information contained in logomeres

Fertige Logomere können entweder mittels PCR (Polymerase Chain Reaction = Polymerasekettenreaktion), was erfindungsgemäß bevorzugt ist, oder mittels Restriktionsverdau gelesen werden. Dabei hat die PCR-Methode den Vorzug, bereits geringste Mengen DNA solcherart vervielfältigen zu können, daß die Logomere direkt nach der PCR und einer Gel-Auftrennung gelesen werden können. Im Falle von binären Logomeren kann das durch die PCR-Methode auf einem Gel erhaltene Bandenmuster unmittelbar als Binärcode gelesen werden.Finished logomers can either be by means of PCR (Polymerase Chain Reaction = Polymerase chain reaction), which is preferred according to the invention, or by means of Restriction digest can be read. The PCR method has the advantage, already to be able to reproduce the smallest amounts of DNA in such a way that the logomers directly after PCR and gel separation can be read. In the case of binary logomers can the band pattern obtained by the PCR method on a gel immediately as Binary code can be read.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Auslesen von Information aus informationstragenden Polymeren, die wie oben beschrieben erhalten und/oder isoliert und vervielfältigt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß man
The invention therefore furthermore relates to a method for reading out information from information-carrying polymers which have been obtained and / or isolated and reproduced as described above, characterized in that

  • a) n das informationstragende Polymer enthaltende Lösungen mit jeweils einem Paar gegenläufiger Primer versetzt, wobei n für die Zahl der als Elongatoren in dem Polymer enthaltenen Oligomere steht;a) n solutions containing the information-carrying polymer, each with a pair opposed primer, where n for the number of elongators in the Polymer-containing oligomers;
  • b) mindestens n-1 PCR-Ansätze durchführt, wobei n für die Zahl der als Elongatoren in dem Polymer enthaltenen Oligomere steht Lind jeweils ein Primer eines jeden Paares in dem dem Elongator gegenüberliegenden Terminator primt und der andere Primer in dem Elongator selbst primt;b) carries out at least n-1 PCR batches, n being the number of elongators in the polymer containing oligomers, Lind is a primer of each pair primes in the terminator opposite the elongator and the other primer primes in the elongator itself;
  • c) die aus der PCR erhaltenen Polymer-Fragmente nach ihrer Länge durch Elektrophorese auftrennt und d) das aus der Elektrophorese erhaltene Muster optisch ausliest.c) the length of the polymer fragments obtained from the PCR Electrophoresis and d) optically reads the pattern obtained from electrophoresis.

Das Verfahren kann auch unter Verwendung verschiedenfarbiger fluoreszenzmarkierter Primer oder Nukleotide durchgeführt werden. Dadurch wird es möglich, mehrere Ansätze verschiedenfarbig zu markieren und mehrere Ansätze in einer Spur gelelektrophoretisch zu lesen. Überdies kann der Ausleseprozeß dadurch mit modernen Sequenziermaschinen (z. B. von ABI erhältlich) automatisiert werden.The method can also be done using different colored fluorescent labels Primers or nucleotides can be performed. This makes it possible to have multiple approaches to mark different colors and to gelelectrophoretically several approaches in one track read. Furthermore, the reading process can be carried out with modern sequencing machines (e.g. available from ABI).

Auslesen von Logomeren mittels PCRReading out logomers using PCR

Um die in Logomeren enthaltenen Informationen sichtbar zu machen, können die Logomere mithilfe der PCR ausgelesen werden. Die Methode des Auslesens binärer Muster mit PCR wurde als DNA Typing bereits von [Jeffreys, Minisatellite reapeat coding as a digital approach to DNA typing, Nature, 354, 204-­ 209, (1991)] beschrieben. Die dort beschriebene Methode wird hier in einer abgewandelten Form als Auslese-PCR zum Auslesen der Logomere benutzt. Unterschiede zu der in [Jeffreys, Minisatellite reapeat coding as a digital approach to DNA typing, Nature, 354, 204-209, (1991)] beschriebenen Methode bestehen darin, daß hier synthetisch erzeugte Templates verwendet werden, die nicht notwendig binäre Muster enthallen. Außerdem werden PCR- und Gel- Elektrophorese-Bedingungen so gewählt, daß das Ergebnis direkt vom Gel gelesen werden kann, ohne daß die als Bandenmuster erhaltenen Signale zusätzlich durch Blotting verstärkt werden müssen. To make the information contained in logomeres visible, the logomers can can be read out using the PCR. The method of reading binary patterns with PCR was already used as DNA typing by [Jeffreys, Minisatellite reapeat coding as a digital approach to DNA typing, Nature, 354, 204- 209, (1991)]. The method described there is modified here Form used as readout PCR for reading out the logomeres. Differences to that in [Jeffreys, Minisatellite reapeat coding as a digital approach to DNA typing, Nature, 354, 204-209, (1991)] The method described is that synthetically generated templates are used here that do not necessarily contain binary patterns. In addition, PCR and gel Electrophoresis conditions are chosen so that the result can be read directly from the gel can, without the signals obtained as a band pattern being additionally amplified by blotting Need to become.  

a) PCRa) PCR

Für das Auslesen eines Logomers werden für n Elongatoren der zugrundeliegenden Grammatik mindestens n-1, meistens aber n PCR-Ansätze gebraucht. Jeder PCR-Ansatz enthält das zu lesende Logomer als Template und außerdem ein Paar gegenläufiger Primer, von denen einer im Elongator, der andere im, dem Elongator gegenüberliegenden, Terminator primt (z. B. 5'-"Start" und 3'-0, siehe Abb. 5). Für die PCR kann jeder handelsübliche Thermozykler (z. B. PTC-100, MJ Research) verwendet werden. Als zweckmäßig für die Länge der Primer haben sich 20-30 bp erwiesen, jedoch sind auch andere Längen verwendbar. Je nach Primerlänge muß die Annealing-Temperatur entsprechend gewählt werden (kann z. B. mithilfe des Programmes Oligo 5.0 bestimmt werden). Zweckmäßige Annealingtemperaturen sind für 20-mere ca. 55°C, für 30-mere etwa 65°C bis 74°C. Für die PCR-Ansätze werden z. B. folgende Reagentien und Protokolle verwendet, die in dem Fachmann bekannter Weise variiert werden können:
dNTPs (Pharmacia Biotech, Katalog Nr.: 27-2035-01/213), Taq-Polymerase (Gibco-BRL, Katalog Nr.: 18038-034, 18038-042, 18038-067), PCR-Puffer, MgCl2 (GIBCO-BRL, Katalog Nr.: 18067-017)
To read out a logomer, at least n-1, but mostly n PCR approaches are used for n elongators of the underlying grammar. Each PCR approach contains the logomer to be read as a template and also a pair of opposing primers, one of which primes in the elongator, the other in the terminator opposite the elongator (e.g. 5 '- "Start" and 3'-0 , see Fig. 5). Any commercially available thermal cycler (e.g. PTC-100, MJ Research) can be used for the PCR. 20-30 bp have proven to be expedient for the length of the primers, but other lengths can also be used. Depending on the primer length, the annealing temperature must be selected accordingly (can be determined using the Oligo 5.0 program, for example). Appropriate annealing temperatures are approx. 55 ° C for 20-mers and approx. 65 ° C to 74 ° C for 30-mers. For the PCR approaches, e.g. B. uses the following reagents and protocols, which can be varied in a manner known to those skilled in the art:
dNTPs (Pharmacia Biotech, catalog no .: 27-2035-01 / 213), Taq polymerase (Gibco-BRL, catalog no .: 18038-034, 18038-042, 18038-067), PCR buffer, MgCl 2 ( GIBCO-BRL, catalog no .: 18067-017)

Um genügend DNA zu erhalten, so daß das erhaltene Bandenmuster nach der Gelelektrophorese direkt vom Gel gelesen werden kann, kann jeder PCR-Ansatz m mal angesetzt werden. Z. B. kann m = 4 sein. In order to obtain enough DNA so that the band pattern obtained after the Gel electrophoresis can be read directly from the gel, any PCR approach m times can be scheduled. For example, m = 4.  

Als PCR-Programm kann folgendes Protokoll (Primer: 30-mere) verwendet werden:
The following protocol (primer: 30-mer) can be used as the PCR program:

Nach durchgeführter PCR ist es für die Lesbarkeit der Bandenmuster der nachfolgenden Gelelektrophorese evtl. zweckmäßig, möglichst viel amplifizierte DNA in möglichst geringem Volumen zu halten, das dann auf ein Gel geladen werden kann. Dazu können die Volumina auf geeignete Weise (z. B. mit einer SpeedVac, z. B. SpeedVac Concentrator, Savant) eingeengt werden.After the PCR has been carried out, it is for the readability of the band patterns of the following ones Gel electrophoresis may be useful, as much amplified DNA as possible in as little as possible Hold volume that can then be loaded onto a gel. To do this, the volumes in a suitable manner (e.g. with a SpeedVac, e.g. SpeedVac Concentrator, Savant) be restricted.

b) Gelelektrophoreseb) Gel electrophoresis

Die für jeden Elongator aus der PCR erhaltenen DNA Fragmente haben verschiedene Länge. Werden sie durch Elektrophorese aufgetrennt, so ergeben die unterschiedlichen Längenfragmente ein spezifisches Muster, anhand dessen sich das zu lesende Logomer identifizieren läßt (siehe Abb. 5 und Abb. 6). Für die Gelelektrophorese kann ein 4% Agarose-Gel (z. B. UltraPure™ von Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr.: 15510- 027), als Molekulargewichtsstandard z. B. eine 50 bp-Leiter (Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr.: 10416-014) verwendet werden. Die Auftrennung der DNA erfolgt in einer Gelkammer in geeigneter Weise, z. B. 1 : 45 Stunden bei 60 V. Hier sind die Parameter jedoch relativ frei wählbar, insbesondere kann die Gel-Laufzeit weiter verkürzt werden.The DNA fragments obtained from the PCR for each elongator have different lengths. If they are separated by electrophoresis, the different length fragments result in a specific pattern, on the basis of which the logomer to be read can be identified (see Fig. 5 and Fig. 6). For gel electrophoresis, a 4% agarose gel (e.g. UltraPure ™ from Gibco BRL, Life Technologies, catalog no .: 15510-027) can be used as the molecular weight standard e.g. B. a 50 bp conductor (Gibco BRL, Life Technologies, catalog no .: 10416-014) can be used. The DNA is separated in a gel chamber in a suitable manner, e.g. B. 1: 45 hours at 60 V. Here, however, the parameters can be selected relatively freely, in particular the gel runtime can be shortened further.

Das erhaltene Gel wird 5 Minuten in 0,001% Ethidliumbromid gefärbt und unter UV sichtbar gemacht.The gel obtained is stained in 0.001% ethidlium bromide for 5 minutes and visible under UV made.

Ein Beispiel für ein solcherart erhaltenes Gel findet sich exemplarisch unter Abb. 6.An example of a gel obtained in this way can be found in Fig. 6.

Auslesen von Logomeren durch RestriktionsverdauReading out logomers by restriction digestion

Logomere können durch Restriktionsverdau ausgelesen werden. Dazu müssen die Elongatoren so konstruiert sein, daß sie asymmetrisch versetzte Restriktionsschnittstellen tragen. Jeder Elongator trägt dabei eine spezifische Restriktionsschnittstelle. Beispielsweise kann das Restriktionsenrym EcoRV (z. B. NEB, Katalog Nr. #195S) für 0-Elongatoren und Smal (z. B. NEB, Katalog Nr. #141S) für 1-Elongatoren verwendet werden.Logomers can be read out by restriction digestion. To do this, the Elongators should be designed to have asymmetrically offset restriction sites wear. Each elongator has a specific restriction interface. For example the restriction enzyme EcoRV (e.g. NEB, catalog no. # 195S) for 0-elongators and Smal (e.g. NEB, Catalog No. # 141S) can be used for 1-elongators.

Zum Lesen wird das zu lesende Logomer in verschiedenen Restriktionsansätzen geschnitten. Dazu wird pro Elongator ein Restriktionsansatz mit dem jeweiligen Restriktionsenzym gebildet. Die aus der Restriktion erhaltenen DNA Fragmente sind von verschiedener Länge. Werden sie durch Elektrophorese aufgetrennt, so ergeben clie unterschiedlichen Längenfragmente ein spezifisches Muster, anhand dessen sich das zu lesende Logomer identifizieren läßt.For reading, the logomer to be read is cut in various restriction approaches. For this purpose, a restriction approach with the respective restriction enzyme is formed for each elongator. The DNA fragments obtained from the restriction are of different lengths. Become  separated by electrophoresis, they result in different length fragments specific pattern on the basis of which the logomer to be read can be identified.

Das folgende Beispiel zeigt die DNA-Fragmentlängen aller binären Logomere mit 4 Bit ohne Terminatoren mit Elongatorlänge = 30 bp; Restriktionsschnittstelle pro Elongator nach 10 bp.
The following example shows the DNA fragment lengths of all binary logomers with 4 bits without terminators with elongator length = 30 bp; Restriction interface per elongator after 10 bp.

Im obigen Beispiel (4 Bits) erkennt man, daß die Längenmuster der Zahlen 0010 und 0100 bei Restriktion des 0-Bits nicht eindeutig ist. 0010 und 0100 lassen sich jedoch anhand der Längenmuster bei Restriktion des 1-Bits unterscheiden.In the above example (4 bits) you can see that the length pattern of the numbers 0010 and 0100 at Restriction of the 0 bit is not unique. 0010 and 0100 can, however, be based on the Differentiate length pattern with restriction of the 1 bit.

Im Einzelnen wurde zur Durchführung des obigen Beispiels folgendermaßen vorgegangen, wobei sich die Protokolle gemäß den Kenntnissen des Fachmanns variieren lassen:In detail, the following example was used to carry out the above example: the protocols can be varied according to the knowledge of the person skilled in the art:

a) DNA Extraktiona) DNA extraction

Eine z. B. durch Vereinzelung und Vervielfältigung von Logomeren durch Klonierung erhaltene Bakterienkolonie wird zum Animpfen von 2-5 ml einer 37°C Übernachtkultur verwendet (z. B. LB-Medium mit 10 µg/l Ampicillin wie in [J. Sambrook, E. F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)] beschrieben). Als Klonierungsvektor können hier z. B. pGEM-T Easy (Promega, Katalog Nr. A1360) und binäre Logomere auch ohne Terminatoren verwendet werden. Aus der Übernachtkultur wird die das Logomer enthaltende Plasmid-DNA isoliert (z. B. mithilfe des Qiagen Plasmid Miniprep Kit, Qiagen, Katalog Nr. 12123, oder durch alkalische Lyse wie in [J. Sambrook, E. F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)] beschrieben).A z. B. obtained by isolation and duplication of logomers by cloning Bacterial colony is used to inoculate 2-5 ml of a 37 ° C overnight culture (e.g. LB medium with 10 µg / l ampicillin as in [J. Sambrook, E.F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)]). As a cloning vector z. B. pGEM-T Easy (Promega, Catalog No. A1360) and binary logomers also without terminators be used. The overnight culture becomes the plasmid DNA containing the logomer isolated (e.g. using the Qiagen Plasmid Miniprep Kit, Qiagen, Catalog No. 12123, or by alkaline lysis as in [J. Sambrook, E.F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)]).

b) Restriktionb) restriction

Die aus a) erhaltene Plasmid DNA wird für n Elongatoren in n Restriktionsansätzen geschnitten. Jeder Restriktionsansatz enthält ein Restriktionsenzym, das in einem spezifischen Elongator schneidet und ein Restriktlionsenzym, das das Logomer aus der Klonierungssite ausschneidet. Im verwendeten Beispiel wurden folgende Ansätze verwendet:
The plasmid DNA obtained from a) is cut in n restriction batches for n elongators. Each restriction approach contains a restriction enzyme that cuts in a specific elongator and a restriction enzyme that cuts out the logomer from the cloning site. The following approaches were used in the example used:

Die angegebenen Ansätze werden 1 Stunde auf 37°C inkubiert.The indicated batches are incubated at 37 ° C. for 1 hour.

c) Gelelektrophoresec) Gel electrophoresis

Die aus b) erhaltenen DNA Fragmente werden elektrophoretisch aufgetrennt (z. B. 4% Agarose UltraPure™ von Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr.: 15510-027), mit Ethidiumbromid (0,001%) gefärbt und unter UV sichtlbar gemacht (siehe Abb. 8).The DNA fragments obtained from b) are separated electrophoretically (for example 4% Agarose UltraPure ™ from Gibco BRL, Life Technologies, catalog no .: 15510-027), stained with ethidium bromide (0.001%) and made visible under UV (see Fig. 8).

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Implementierung binärer Logomere:
Binäre Logomere werden mit Grammatiken erzeugt, in denen gilt:
The methods described above enable the implementation of binary logomers, for example:
Binary logomers are generated with grammars in which:

Σ: = {0, 1, s0, s1, s2, . . ., sn-1, sn, e0, e1, e2, . . ., em-1, em} mit n, m ∈ e N und n, m ≧ 0.Σ: = {0, 1, s 0 , s 1 , s 2,. . ., s n-1 , s n , e 0 , e 1 , e 2,. . ., e m-1 , e m } with n, m ∈ e N and n, m ≧ 0.

Sie ermöglichen die einfachste und universellste Darstellung von Daten, wie sie auch von herkömmlichen Datenverarbeitungsmaschinen eingesetzt wird. Binäre Logomere sind Resultat einer Bitpolymerisation. Da abhängig von der jeweils gewählten Grammatik nahezu beliebige Symbole und Regeln kodiert werden können, können damit ebenso beliebige Daten und Datentypen erzeugt werden. They enable the simplest and most universal representation of data, like that of conventional data processing machines is used. Binary logomers are Result of bit polymerization. Because almost depending on the grammar chosen Any symbols and rules can be encoded, so can any data and data types are generated.  

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Implementierung von Zeichenalphabeten:
Logomere können eingesetzt werden, um die Zeichen eines gewählten Alphabetes zu kodieren. Die Zeichenlänge kann dabei unterschiedlich gewählt werden, sinnvoll ist es jedoch, die auch für herkömmliche Datenverarbeitungsanlagen benutzten Zeichenlängen (Halbbyte, 1-Byte, 2-Byte, 4-Byte, 8-Byte usw.) zu verwenden. Ebenso ist die Konvention für die Interpretation der dargestellten Zeichen wahlfrei. Gie Zeichen können Zahlen, Buchstaben, alphanumerische Zeichen oder beliebige andere Datenstrukturen sein.
The methods described above enable the implementation of character alphabets, for example:
Logomeres can be used to encode the characters of a chosen alphabet. The character length can be selected differently, but it makes sense to use the character lengths (nibble, 1-byte, 2-byte, 4-byte, 8-byte, etc.) that are also used for conventional data processing systems. The convention for the interpretation of the characters shown is also optional. Characters can be numbers, letters, alphanumeric characters or any other data structure.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Implementierung eines 1-Byte Alphabetes:
Es sei eine Grammatik G = (Σ, V, R, S) mit Terminalalphabet Σ: = {0, 1, s, e}, Variablenmenge
For example, the methods described above enable the implementation of a 1-byte alphabet:
Let there be a grammar G = (Σ, V, R, S) with terminal alphabet Σ: = {0, 1, s, e}, set of variables

V: = { S0, S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8}, Startsymbol S und Regelmenge) R: =
V: = {S 0 , S 1 , S 2 , S 3 , S 4 , S 5 , S 6 , S 7 , S 8 }, start symbol S and rule set) R: =

{
S: = sS0
S0 → 0S1
S0 → 1S1
S1 → 0S2
S1 → 1S2
S2 → 0S3
S2 → 1S3
S3 → 0S4
S3 → 1S4
S4 → 0S5
S4 → 1S5
S5 → 0S6
S5 → 1S6
S6 → 0S7
S6 → 1S7
S7 → 0S8
S7 → 1S8
S8 → e
}
{
S: = sS 0
S 0 → 0S 1
S 0 → 1S 1
S 1 → 0S 2
S 1 → 1S 2
S 2 → 0S 3
S 2 → 1S 3
S 3 → 0S 4
S 3 → 1S 4
S 4 → 0S 5
S 4 → 1S 5
S 5 → 0S 6
S 5 → 1S 6
S 6 → 0S 7
S 6 → 1S 7
S 7 → 0S 8
S 7 → 1S 8
S 8 → e
}

wobei:
s := Start
e := Ende Beispiel:
nach den Regeln der angegebenen Grammatik können alle 8-Bit Zeichen erzeugt werden:
z. B.: Erzeugung der 8-Bit 0, 00000000:
in which:
s: = start
e: = end example:
All 8-bit characters can be generated according to the rules of the specified grammar:
e.g. E.g .: generation of 8-bit 0, 00000000:

S → sS0 → s0S1 → s00S2 → s000S3 → s0000S4 → s00000S5 → s000000S6 → s0000000S7 → s00000000S8 → s00000000e
S → sS 0 → s0S 1 → s00S 2 → s000S 3 → s0000S 4 → s00000S 5 → s000000S 6 → s0000000S 7 → s00000000S 8 → s00000000e

z. B.: Erzeugung der 8-Bit 255, 11111111:
e.g. E.g .: generation of 8-bit 255, 11111111:

S → sS1 → s1S1 → s11S2 → s111S3 → s1111S4 → s11111S5 → s111111S6 → s1111111S7 → s11111111S8 -< s11111111e
S → sS 1 → s1S 1 → s11S 2 → s111S 3 → s1111S 4 → s11111S 5 → s111111S 6 → s1111111S 7 → s11111111S 8 - <s11111111e

z. B.: Erzeugung der 8-Bit 85, 01010101:
e.g. E.g .: generation of 8-bit 85, 01010101:

S → sS0 → s0S1 → s01S2 → s010S3 → s0101S4 → s01010S5 → s010101S6 → s0101010S7 → s01010101S8 → s01010101eS → sS 0 → s0S 1 → s01S 2 → s010S 3 → s0101S 4 → s01010S 5 → s010101S 6 → s0101010S 7 → s01010101S8 → s01010101e

Die für die Implementierung in vitro benötigten Sequenzen werden nach dem NFR-Verfahren, wie in den erfindungsgemäßen Schritten II und III beschrieben, hergestellt. Algomere und Logomere werden, wie in den erfindungsgemäßen Schritten IV-V beschrieben, hergestellt und die erhaltenen Logomere vorzugsweise mittels des unter Vereinzelung und Vervielfältigung von Logomeren durch Klonierung beschriebenen Verfahrens isoliert und vervielfältigt. Die solcherart erzeugten alphanumerischen Zeichen können jetzt für verschiedene technische Zwecke (z. B. die Markierung und Identifizierung von Stoffen) eingesetzt werden und, evtl. nach zusätzlichen technischen Schritten, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Auslesen von Information aus informationstragenden Polymeren (wie oben beschrieben) ausgelesen werden.The sequences required for the implementation in vitro are according to the NFR method, as described in steps II and III according to the invention. Algomers and Logomers are prepared as described in steps IV-V according to the invention and the logomers obtained are preferably separated by means of and Duplication of logomers isolated by cloning and described method reproduced. The alphanumeric characters created in this way can now be used for various technical purposes (e.g. marking and identification of substances) are used and, possibly after additional technical steps, in accordance with Method according to the invention for reading out information from information carriers Polymers (as described above) can be read out.

Da die hier erzeugten Binärmuster wahlfrei als Daten und Symbole gelesen werden können, können sie z. B. als alphanumerische Zeichen interpretiert werden. Werden sie als Zahlen interpretiert, so erzeugt die angegebene Grammatik 3-Bit Zufallszahlen. Aus einer genügend großen Menge zufälliger 8-Bit Binärmuster können alle 8-Bit Muster isoliert und als Bibliothek (z. B. zur Darstellung aller alphanumerischen Zeichen) angelegt werden.Since the binary patterns generated here can be read optionally as data and symbols, can you e.g. B. interpreted as alphanumeric characters. They are numbers interpreted, the specified grammar generates 3-bit random numbers. All 8-bit patterns can be made from a sufficiently large amount of random 8-bit binary patterns isolated and created as a library (e.g. to display all alphanumeric characters) become.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Darstellung von Zeichenketten:
Da Algomere so hergestellt werden können, daß sich unterschiedlich lange Logomere erzeugen lassen, ist es möglich, auch Zeichenketten darzustellen. Aus praktischen Gründen ist es jedoch zweckmäßig, nur wenige Zeichen pro Logomer vorzusehen. Z. B. kann ein einzelnes Logomer 4 Bit (Halbbyte) oder 8 Bit (1 Byte) enthalten. (Falls mehr Bit erforderlich sind, sollten zweckmäßigerweise immer Vielfache von 8 Bit = 1 Byte verwendet werden.) In Binärdarstellung können dann beliebige alphanumerische Zeichen in beliebiger Kodierung (z. B. ASCII, ANSI, ISO 8859-x, Unicode) dargestelltt werden. Dabei kann sich ein Zeichen auch über mehrere Logomere erstrecken (Bsp.: Halbbyte-Darstellung, bei der sich jeweils ein 1-Byte Zeichen über zwei Logomere erstreckt, oder Unicode, bei der sich ein 16-Bit Zeichen über zwei 8-Bit oder vier 4-Bit Logomere erstreckt). Für die Darstellung von Zeichenketten ist es dann nötig, die einzelnen Zeichen mit Positionsinformation zu versehen. Dazu reicht es, in den jeweiligen Grammatiken verschiedene Terminatoren (z. B. verschiedene "Start"- Terminatoren) zu verwenden, deren Sequenzen jeweils die Positionsinformation repräsentieren. Beispiel: Es sei eine Grammatik G = (Σ, V, R, S) mit Terminalalphabet Σ: = (0, 1, e, s0, s1, s2, . . ., sn-1, sn}, Variablenmenge V: = (S0, S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8}, Startsymbol S und Regelmenge R: =
The methods described above enable the display of strings, for example:
Since algomers can be produced in such a way that logomers of different lengths can be generated, it is also possible to display character strings. For practical reasons, however, it is advisable to provide only a few characters per logomer. For example, a single logomer can contain 4 bits (nibbles) or 8 bits (1 byte). (If more bits are required, multiples of 8 bits = 1 byte should always be used.) In binary representation, any alphanumeric characters can be displayed in any coding (e.g. ASCII, ANSI, ISO 8859-x, Unicode). A character can also span several logomers (e.g. half-byte representation, in which a 1-byte character extends over two logomers, or Unicode, in which a 16-bit character spans two 8-bit or four 4-bit logomer stretches). To display character strings, it is then necessary to provide the individual characters with position information. To do this, it is sufficient to use different terminators (eg different "start" terminators) in the respective grammars, the sequences of which each represent the position information. Example: Let us have a grammar G = (Σ, V, R, S) with terminal alphabet Σ: = (0, 1, e, s 0 , s 1 , s 2 ,..., S n-1 , s n } , Variable set V: = (S 0 , S 1 , S 2 , S 3 , S 4 , S 5 , S 6 , S 7 , S 8 }, start symbol S and rule set R: =

{
S := siS0
S0 → 0S1
S0 → 1S1
S1 → 0S2
S1 → 1S2
S2 → 0S3
S2 → 1S3
S3 → 0S4
S3 → 154
S4 → 0S5
S4 → 1S5
S5 → 0S6
S5 → 1S6
S6 → 0S7
S6 → 1S7
S7 → 0S8
S7 → 1S8
S8 → e
}
{
S: = s i S 0
S0 → 0S 1
S0 → 1S 1
S1 → 0S 2
S1 → 1S 2
S2 → 0S 3
S2 → 1S 3
S3 → 0S 4
S3 → 15 4
S4 → 0S 5
S4 → 1S 5
S5 → 0S 6
S5 → 1S 6
S6 → 0S 7
S6 → 1S 7
S7 → 0S 8
S7 → 1S 8
S8 → e
}

wobei:
s; : = Start, mit i = {0, . . ., n}
e: = Ende.
in which:
s; : = Start, with i = {0,. . ., n}
e: = end.

Das mit dieser Grammatik erzeugte 1-Byte Alphabet reicht z. B. für alle alphanumerischen Zeichen des ASCII, ANSI oder ISO 8859-x Standards. Für eine Zeichenkette der Längen werden n verschiedene Terminatoren benötigt, so daß die mit dieser Grammatik erzeugten Zeichenketten wie folgt aufgebaut sind:
s0xe, s1xe, . . ., sn-1xe, snxe
wobei x eine beliebige Binärdarstellung mit, in diesem Fall, 8 Bit ist.
The 1-byte alphabet generated with this grammar is sufficient e.g. B. for all alphanumeric characters of the ASCII, ANSI or ISO 8859-x standards. N different terminators are required for a string of lengths, so that the strings generated with this grammar are structured as follows:
s 0 xe, s 1 xe,. . ., s n-1 xe, s n xe
where x is any binary representation with, in this case, 8 bits.

Es bedeutet dann:
s0xe: = Zeichen x an Position 0 (0.tes Zeichen)
s1xe: = Zeichen x an Position 1 (1.tes Zeichen)
s2xe: = Zeichen x an Position 2 (2.tes Zeichen)
usw.
It then means:
s 0 xe: = character x at position 0 (0th character)
s 1 xe: = character x at position 1 (1st character)
s 2 xe: = character x at position 2 (2nd character)
etc.

Mit der Grammatik läßt sich beispielsweise die Zeichenkette "Elisabeth" im ASCII-Code darstellen:
With the grammar, for example, the character string "Elisabeth" can be represented in ASCII code:

s001000101e, s101101100e, s201101001e, s301110011e, s401100001e, s501100010e, s601100101e, s701110100e, s801101000es 0 01000101e, s 1 01101100e, s 2 01101001e, s 3 01110011e, s 4 01100001e, s 5 01100010e, s 6 01100101e, s 7 01110100e, s 8 01101000e

Alternativ kann auch Σ: = {0, 1, s, e0, e1, e2, . . ., en-1, en} gewählt werden, wodurch die Zeichenkette "Elisabeth" im ASCII-Code als:
Alternatively, Σ: = {0, 1, s, e 0 , e 1 , e 2,. . ., e n-1 , e n } can be selected, whereby the character string "Elisabeth" in ASCII code as:

s01000101e0, s01101100e1, s01101001e2, s01110011e3, s01100001e4, s01100010e5, s01100101e6, s01110100e7, s01101000e8
s01000101e 0 , s01101100e 1 , s01101001e 2 , s01110011e 3 , s01100001e 4 , s01100010e 5 , s01100101e 6 , s01110100e 7 , s01101000e 8

dargestellt wird. Eine weitere Möglichkeit ist Σ: = {0, 1, s0, s1, s2, . . ., sn-1, sn, e0, e1, e2, . . ., en-1, en}, womit die Zeichenkette "Elisabeth" im ASCII-Cade als:
is pictured. Another possibility is Σ: = {0, 1, s 0 , s 1 , s 2,. . ., s n-1 , s n , e 0 , e 1 , e 2,. . ., e n-1 , e n }, with which the string "Elisabeth" in ASCII-Cade as:

s001000101e0, s101101100e0, s201101001e2, s301110011e3, s401100001e4, s501100010e5, s601100101e6, s701110100e7, s801101000e8
s 0 01000101e 0 , s 1 01101100e 0 , s 2 01101001e 2 , s 3 01110011e 3 , s 4 01100001e 4 , s 5 01100010e 5 , s 6 01100101e 6 , s 7 01110100e 7 , s 8 01101000e 8

dargestellt wird.is pictured.

In Halbbyte-Darstellung mit Positionsinformation würde die Zeichenkette "Elisabeth" im ASCII- Code dargestellt als:
In a half-byte representation with position information, the character string "Elisabeth" would be displayed in ASCII code as:

s0100e, s10101e, s20110e, s31100e, s40110e, s51001e, s60111e, s70011e, s80110e, s90001e, s100110e, s110010e, s120110e, s130101e, s140111e, s150100e, s160110e, s171000es 0 100e, s 1 0101e, s 2 0110e, s 3 1100e, s 4 0110e, s 5 1001e, s 6 0111e, s 7 0011e, s 8 0110e, s 9 0001e, s 10 0110e, s 11 0010e, s 12 0110e, s 13 0101e, s 14 0111e, s 15 0100e, s 16 0110e, s 17 1000e

Aufgrund der Positionsinformation, die durch die Sequenz der Terminatoren repräsentiert wird, können die einzelnen Zeichen völlig unabhängig voneinander verarbeitet werden und z. B. getrennt voneinander gelesen werden. Mit einem solchen Alphabet ist die Darstellung beliebiger Datentypen möglich. Z. B. können z. B. jeweils zwei Byte (0. + 1., 2. + 3., . . ., n. + n+1.) zu einem 2-Bytecode (z. B. Unicode) zusammengefaßt werden. Alphanumerische Zeichenketten können verwendet werden, um beliebige Bezeichner (Namen, Zahlen, Datum usw.) darzustellen.Due to the position information represented by the sequence of the terminators the individual characters can be processed completely independently of each other and e.g. B. read separately. With such an alphabet, the representation of any data types is possible. For example, you can e.g. B. two bytes each (0. + 1., 2. + 3.,..., N. + N + 1.) To a 2-byte code (e.g. Unicode) be summarized. Alphanumeric strings can be used to display any identifier (name, number, date, etc.).

Die für die Implementierung in vitro benötigten Sequenzen werden nach dem NFR-Verfahren, wie in den erfindungsgemäßen Schritten II und III beschrieben, hergestellt. Algomere und Logomere werden, wie in den erfindungsgemäßen Schriften IV-V beschrieben, hergestellt, die erhaltenen Logomere vorzugsweise mittels des unter Vereinzelung und Vervielfältigung von Logomeren durch Klonierung beschriebenen Verfahrens isoliert und vervielfältigt. Die solcherart erzeugten alphanumerischen Zeichen und Zeichenketten können jetzt für verschiedene technische Zwecke (z. B. die Markierung und Identifizierung von Stoffen) eingesetzt werden und, evtl. nach zusätzlichen technischen Schritten, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Auslesen von Information aus informationstragenden Polymeren (wie oben beschrieben) ausgelesen werden. The sequences required for the implementation in vitro are according to the NFR method, as described in steps II and III according to the invention. Algomers and Logomers are produced as described in the documents IV-V according to the invention, the logomers obtained preferably by means of separation and duplication isolated from logomers by cloning and reproduced. The alphanumeric characters and strings generated in this way can now be used for various technical purposes (e.g. marking and identification of substances) are used and, possibly after additional technical steps, in accordance with Method according to the invention for reading out information from information carriers Polymers (as described above) can be read out.  

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Implementierung eines Zufallszahlengenerators:
Für bestimmte Probleme der Informatik (z. B. Simulationen) und der Mathematik werden Zufallszahlen benötigt. Diese werden im allgemeinen rechnergestützt durch Algorithmen erzeugt. Da diese Algorithmen jedoch deterministisch sind, handelt es sich bei den erzeugten Zufallszahlen nur um Pseudo-Zufallszahlen. Überdies sind die erzeugten Zahlenreihen aufgrund der unterschiedlichen Güte der Algorithmen unterschiedlich gut randomisiert. Für manche Anwendungen werden daher echte Zufallszahlen benötigt. Ist dies der Fall, muß ein physikalischer Prozeß in die Erzeugung von Zufallszahlen einbezogen werden. Ein solcher Prozeß ist etwa das Rauschen der Soundkarte in einem PC, das von entsprechender Software verarbeitet wird.
Mithilfe der hier beschriebenen Verfahren kann ein echter Zufallszahlengenerator implementiert werden, der Zufallszahlen sehr viel schneller erzeugt, als es mit herkömmlichen Verfahren möglich ist.
Der Zufallszahlengenerator wird mit folgender Grammatik implementiert (Grammatik für binäre Zufallszahlen beliebiger Länge):
The methods described above enable, for example, the implementation of a random number generator:
Random numbers are required for certain problems in computer science (e.g. simulations) and mathematics. These are generally generated with the aid of algorithms. However, since these algorithms are deterministic, the generated random numbers are only pseudo-random numbers. In addition, due to the different quality of the algorithms, the number series generated are randomized to different extents. Real random numbers are therefore required for some applications. If this is the case, a physical process must be included in the generation of random numbers. One such process is the noise of the sound card in a PC, which is processed by appropriate software.
Using the methods described here, a real random number generator can be implemented that generates random numbers much faster than is possible with conventional methods.
The random number generator is implemented with the following grammar (grammar for binary random numbers of any length):

G = (Σ, V, R, S) mit Σ: = {0, 1, s, e}, V: = {S},
R: =
{
S: = sA
A → 0A
A → 1A
A → e
}
G = (Σ, V, R, S) with Σ: = {0, 1, s, e}, V: = {S},
R: =
{
S: = sA
A → 0A
A → 1A
A → e
}

wobei
s: = Start
e: = Ende
in which
s: = start
e: = end

Mit dieser Grammatik können Wörter über dem oben angegebenen Terminalalphabet L = {0, 1, s, e} gebildet werden. Alle Wörter der Sprache L beginnen mit "s" und hören mit "e" auf, dazwischen befindet sich eine zufällige Anzahl (auch 0) zufälliger Bits ("0" und "1").With this grammar, words can be placed above the terminal alphabet given above L = {0, 1, s, e} be formed. All L language words begin with "s" and end with "e", in between is a random number (also 0) of random bits ("0" and "1").

Beispiel: Wörter aus der Sprache L, die nach R gebildet werden:
Example: Words from the language L that are formed after R:

S → sA → se
S → sA → s1A → s1e
S → sA → s0A → s00A → s001A → s0010A → s0010e
S → sA → s1A → s10 62137 00070 552 001000280000000200012000285916202600040 0002019914808 00004 62018A → s100A → s1000A → s10000A → s100000A → s100000e
S → sA → se
S → sA → s1A → s1e
S → sA → s0A → s00A → s001A → s0010A → s0010e
S → sA → s1A → s10 62137 00070 552 001000280000000200012000285916202600040 0002019914808 00004 62018A → s100A → s1000A → s10000A → s100000A → s100000e

Die als Wörter der Spache L erzeugten Binärmuster können als Buchstaben, Zahlen, alphanumerische Zeichen oder Zeichenketten gelesen werden. Liest man sie als die Binärdarstellung von Zahlen, so sind diese Binärmuster in Dezimaldarstellung:
The binary patterns generated as words of language L can be read as letters, numbers, alphanumeric characters or character strings. If you read them as the binary representation of numbers, these binary patterns are in decimal representation:

∅3 (leer)
1
2
32
∅3 (empty)
1
2nd
32

und können als Zufallszahlen verwendet werden. Zur in vitro Implementierung eignen sich prinzipiell beliebige Sequenzen, solange sie eindeutig und zueinander maximal unähnlich sind. Z. B. können folgende Algomere verwendet werden:
and can be used as random numbers. In principle, any sequences are suitable for in vitro implementation, as long as they are clear and maximally dissimilar to one another. For example, the following algomers can be used:

Die dazu benötigten Sequenzen sind handelsüblich. Sie können z. B. bestellt werden als 40 nmol, PAGE gereinigt (ARK-Scientific, Darmstadt) und z. B. 100 µM in Aqua dest. aufgenommen werden (empfohlene Lagerung bei -20°C). Aus den Sequenzen werden, wie im erfindungsgemäßen Schritt IV beschrieben, Algomere hergestellt. Diese Algomere werden, wie im erfindungsgemäßen Schritt V beschrieben, zu Logomeren polymerisiert und können gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Auslesen von Information aus informationstragenden Polymeren (wie oben beschrieben) ausgelesen werden. Derart erzeugte Zufallszahlen sind in Abb. 6 zu sehen.The sequences required for this are commercially available. You can e.g. B. ordered as 40 nmol, PAGE cleaned (ARK-Scientific, Darmstadt) and z. B. 100 uM in aqua dest. be included (recommended storage at -20 ° C). As described in step IV according to the invention, algomers are prepared from the sequences. As described in step V according to the invention, these algomers are polymerized to logomers and can be read out according to the method according to the invention for reading information from information-carrying polymers (as described above). Random numbers generated in this way can be seen in Fig. 6.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Verschlüsselung von Logomeren:
Die in Logomeren enthaltene Information kann verschlüsselt werden. Dazu fungiert mindestens einer der für die Auslese-PCR benötigten Primer als geheimer Schlüssel (siehe Abb. 11). Bevorzugt ist dies einer der in den Terminatoren primenden Primer. Ist die Sequenz dieses Primers (Schlüsselsequenz) und der Primer selbst nur autorisierten Zugreifern bekannt, so ist die in den derart verschlüsselten Logomeren enthaltene Information auch nur autorisierten Zugriffen zugänglich.
The methods described above enable, for example, the encryption of logomers:
The information contained in logomers can be encrypted. For this purpose, at least one of the primers required for the readout PCR acts as a secret key (see Fig. 11). This is preferably one of the primers priming in the terminators. If the sequence of this primer (key sequence) and the primer itself are only known to authorized accesses, the information contained in the logomers encrypted in this way is also only accessible to authorized accesses.

Um ein Auslesen der in den Logomeren enthaltenen Information ohne diesen Schlüssel zu verhindern, müssen weitere Vorkehrungen getroffen werden. Versuche, die Verschlüsselung zu brechen, können darauf beruhen, über die Vervielfältigung nicht-geheimer Sequenzen auch die Logomere zu lesen. Sofern bakterielle Vektoren zur Klonierung von Logomeren verwendet werden, könnte ein potentieller Angreifer z. B. versuchen, die gesamte Klonierungssite mit PCR zu vervielfältigen und dann mit Sequenzierung zu lesen oder über die zur Selektion benötigten Resistenzgene in die Klonierungssite "hineinzulesen". Auch könnten die Elongatoren selbst als Ansatzpunkte für ein PCR-basiertes Lesen der geheimen Sequenz(en) dienen.To read out the information contained in the logomer without this key prevent further precautions must be taken. Try encryption to break can also be based on duplicating non-secret sequences to read the logomeres. If bacterial vectors are used to clone logomers a potential attacker could e.g. B. try using the entire cloning site Reproduce PCR and then read with sequencing or through the for selection "read" the required resistance genes into the cloning site. They could also Elongators themselves as starting points for PCR-based reading of the secret sequence (s) serve.

Solchen Angriffsversuchen ist gemein, daß sie über nicht-geheime Sequenzen versuchen könnten, die Schlüsselsequenz zu entschlüsseln und darüber die verschlüsselte Sequenz zu lesen. Eine Abwehr derartiger Angriffsversuche kann dadurch erfolgen, daß zum Informationstransport über Logomere immer nur vollständig geheime Sequenzen verwendet werden. Jedoch ist dies evtl. zu aufwendig und kostenträchtig. Stattdessen oder ergänzend dazu können die informationstragenden Logomere mit Sequenzen (Scheinsequenzen) versetzt werden, die dieselben potentiellen Angriffspunkte (z. B. Bits, Resistenzgene) enthalten, jedoch jeweils andere Schlüsselsequenzen. Durch diese Scheinsequenzen laufen potentielle Angiffsversuche ins Leere, weil für den nicht-autorisierten Zugreifer alle Einzelsequenzen ununterscheidbar und dadurch die verschlüsselten Informationen verborgen sind. Mit je mehr Scheinsequenzen ein Logomer versetzt ist, um so schwieriger wird es, die Schlüsselsequenz zu brechen.Common to such attempts to attack is that they attempt over non-secret sequences could decrypt the key sequence and use it to encrypt the sequence read. A defense against such attacks can be done in that Information transport via logomers only ever uses completely secret sequences become. However, this may be too complex and costly. Instead or in addition the information-bearing logomers with sequences (sham sequences) that have the same potential points of attack (e.g. bits, resistance genes) included, but different key sequences. Run through these sham sequences potential attempts at attack in vain, because all for the unauthorized attacker Individual sequences indistinguishable and therefore the encrypted information is hidden are. The more fake sequences a logomer is mixed with, the more difficult it becomes Key sequence to break.

Das Verfahren entspricht einer molekularen Steganografie und wird exemplarisch anhand der Verschlüsselung von Zeichen eines 1-Byte Alphabetes gezeigt:
Es sei die verwendete Grammatik G = (Σ, V, R, S) nmt Terminalalphabet Σ: = {0, 1, skey, s0, s1, s2, . . ., sf-1, sf, e}, wobei f ∈ N, f ≧ 1. skey ist der geheime Schlüssel. Für eine Schlüssellänge von I ist dann die maximale theoretische Verschlüsselung Keymax = aI, die maximal verwendbare Verschlüsselung Keyeff = aI-d, wobei d die Anzahl der Basen angibt, in der sich ein Scheinschlüssel von dem richtigen Schlüssel unterscheiden muß, damit in der Auslese- PCR kein Scheinschlüssel die richtige Sequenz lesen und umgekehrt der richtige Schlüssel kein Scheinlogomer (sondern nur das Ziellogomer) auslesen kann. Für hochspezifische PCR Konditionen kann d ≧ 1 werden. Weiterhin gibt Keyimp = Anzahl Scheinschlüssel + 1 die tatsächlich verwendete Verschlüsselung und Keymin = 1 + x die minimale Verschlüsselung an. Dabei ist x die zu einer minimalen Verschlüsselung nötige Anzahl von Scheinlogomeren. Diese kann im Falle der Verwendung von n Logomeren als Informationsträger größer als n gewählt werden.
The procedure corresponds to a molecular steganography and is shown as an example using the encryption of characters from a 1-byte alphabet:
Let the grammar used be G = (Σ, V, R, S) with terminal alphabet Σ: = {0, 1, s key , s 0 , s 1 , s 2 ,. . ., s f-1 , s f , e}, where f ∈ N, f ≧ 1. s key is the secret key. For a key length of I, the maximum theoretical encryption Key max = a I , the maximum usable encryption Key eff = a Id , where d indicates the number of bases in which a dummy key must differ from the correct key, so that in the Read out PCR no dummy key read the correct sequence and vice versa the correct key cannot read a dummy logomer (only the target logomer). For highly specific PCR conditions, d ≧ 1 can become. Key imp = number of bogus keys + 1 indicates the encryption actually used and Key min = 1 + x the minimum encryption. Here x is the number of dummy logomers required for minimal encryption. If n logomers are used as information carriers, this can be chosen to be greater than n.

Für Zeichenketten ergibt sich automatisch eine zusätzliche Verschlüsselung, weil hier die für einen potentiellen Angreifer unbekannte Reihenfolge der Zeichen zusätzlich verschlüsselnd wirkt. Additional encryption automatically results for character strings, because here the for additionally encrypting a potential attacker unknown sequence of characters works.  

Beispiel: Für eine Grammatik mit Zeichenketten von n 1-Byte Zeichen wird folgende Grammatik G verwendet:
Es sei G = (Σ, V, R, S) mit Terminalalphabet Σ: = {0, 1, skey0, skey1, skey2, . . ., skeyn-1, skeyn, s0, s1, s2, . . ., sf-1, sf, e}, wobei n, f ∈ N, n ≧ 1. n gibt dabei die Anzahl der verwendeten echten Schlüssel, f die Anzahl der verwendeten Scheinschlüssel an; die verwendete Variablenmenge V und die verwendete Regelmenge R sind dabei wahlfrei und abhängig von der zu kodierenden Information.
Example: The following grammar G is used for a grammar with strings of n 1-byte characters:
Let G = (Σ, V, R, S) with terminal alphabet Σ: = {0, 1, s key0 , s key1 , s key2,. . ., s keyn-1 , s keyn , s 0 , s 1 , s 2 ,. . ., s f-1 , s f , e}, where n, f ∈ N, n ≧ 1. n indicates the number of real keys used, f the number of dummy keys used; the set of variables V used and the set of rules R used are optional and depend on the information to be encoded.

Grammatiken mit anderer Zeichenkodierung funktionieren analog. Die für die Implementierung in vitro benötigten Sequenzen werden nach dem NFR-Verfahren, wie in den erfindungsgemäßen Schritten II und III beschrieben, hergestellt. Algomere und Logomere werden, wie in den erfindungsgemäßen Schritten IV-V beschrieben, hergestellt, die erhaltenen Logomere vorzugsweise mittels des unter Vereinzelung und Vervielfältigung von Logomeren durch Klonierung beschriebenen Verfahrens isoliert und vervielfältigt. Die solcherart erzeugten Logomere können, wie bereits als Auslese-PCR beschrieben, ausgelesen werden, wobei - wie beschrieben - einer der zum Auslesen benötigten Primer, bevorzugt einer der in den Terminatoren primenden Primer, als geheimer Schlüssel fungiert. Mit der oben beschriebenen Grammatik werden zusätzlich zu den informationstragenden Logomeren "Scheinsequenzen" ("Scheinlogomere") erzeugt, die einen nicht-autorisierten Auslese-Zugriff auf die in den Logomeren enthaltenen Informationen verhindern sollen. Das Verfahren kann für alle Anwendungen von Logomeren benutzt werden und hat u. a. den Vorzug, durch die Spezifität des als geheimer Schlüssel benutzten Primers sehr effektiv zu sein.Grammars with other character encodings work analogously. The sequences required for the implementation in vitro are according to the NFR method, as described in steps II and III according to the invention. Algomers and Logomers are prepared as described in steps IV-V according to the invention, the logomers obtained preferably by means of separation and duplication isolated from logomers by cloning and reproduced. The logomers generated in this way, as already described as readout PCR, can be read out, with - as described - one of the primers required for reading out, preferably one of the primers priming in the terminators acts as a secret key. With the grammar described above, in addition to the information-bearing Logomeric "sham sequences" ("sham logomers") that generate an unauthorized Read access to the information contained in the logomer should prevent. The Process can be used for all logomer applications and has u. a. the Advantage, very effective due to the specificity of the primer used as a secret key his.

Basierend auf der beschriebenen Methode können symmetrische und asymmetrische Verschlüsselungsverfahren implementiert werden. Für ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren reicht es, daß sich die Teilnehmer A und B einer Kommunikation auf eine geheimgehaltene Schlüsselsequenz einigen. Teilnehmer B verschlüsselt eine als Logomer gespeicherte Nachricht an A, indem B Logomere nur mit den geheimen Terminatoren herstellt und seine Nachricht mit zusätzlichen Logomeren versetzt, die andere Terminatoren tragen. Nur A ist es dann möglich, das zum Auslesen benötigte Primerpaar bereitzustellen, da nur A die benötigte Terminatorsequenz kennt.Based on the method described, symmetrical and asymmetrical Encryption methods are implemented. For a symmetrical Encryption methods suffice for participants A and B to communicate agree on a secret key sequence. Subscriber B encrypts one as Logomer saved message to A by B logomer only with the secret Terminators produces and its message with additional logomeres, the other Wear terminators. Only A is then able to read the primer pair required for reading to be provided, since only A knows the terminator sequence required.

Ein asymmetrisches Verschlüsselungsverfahren erfordert dagegen zusätzlichen Aufwand, z. B. den Einsatz von Molekülen mit irregulären Formen (siehe z. B. Abb. 12 und Abb. 13): Will ein Kommunikationsteilnehmer B eine verschlüsselte Nachricht an A schicken, so bekommt er von A einen öffentlichen Schlüssel, den er zur Verschlüsselung der als Logomer repräsentierten Nachricht verwenden kann. Der öffentliche Schlüssel von A besteht aus einem Paar von Terminatoren und einem Pool zusätzlicher Scheinterminatoren mit ähnlichen Eigenschaften, jedoch abweichenden Sequenzen und anderen 3'-Überhangsequenzen. Von den echten Terminatoren ist lediglich die 3' Überhangsequenz bekannt, mit der sie an die - öffentlich bekannten - Elongatoren verknüpft werden kann. Zur Verschlüsselung einer Nachricht erzeugt B Logomere, wobei er in der Symbolpolymerisationsreaktion den von A öffentlich bereitgestellten Schlüssel (enthaltend Terminatoren und Scheinterminatoren) verwendet. Die Art und Weise der Terminatoren gewährleistet nun, daß lediglich A in der Lage ist, die solcherart verschlüsselte Nachricht wieder zu lesen: Da nur A die tatsächliche Sequenz der echten Terminatoren kennt, ist nur A in der Lage, die als Logomere verschlüsselte Nachricht über Auslese-PCR wieder zu lesen.An asymmetrical encryption method, on the other hand, requires additional effort, e.g. B. the use of molecules with irregular shapes (see e.g. Fig. 12 and Fig. 13): If a communication subscriber B wants to send an encrypted message to A, he receives a public key from A, which he uses to encrypt the as Logomer represented message can use. A's public key consists of a pair of terminators and a pool of additional dummy terminators with similar properties, but different sequences and other 3 'overhang sequences. Of the real terminators, only the 3 'overhang sequence is known, with which it can be linked to the - publicly known - elongators. To encrypt a message, B creates logomers, using the key (containing terminators and dummy terminators) made publicly available by A in the symbol polymerization reaction. The nature of the terminators now ensures that only A is able to read the message encrypted in this way: since only A knows the actual sequence of the real terminators, only A is able to read the message encrypted as logomers -PCR read again.

Weil der öffentliche Schlüssel potentiell über die bekannte Überhangsequenz zu den Elongatoren angreifbar ist (weil die Scheinterminatoren diese Überhangsequenz nicht besitzen dürfen, kann ein potentieller Angreifer eine beliebige Sequenz an die echten Terminatoren knüpfen, wodurch die Sequenz der Terminatoren identifiziert werden kann), werden als Terminatoren Moleküle auf der Basis irregulärer Formen, z. B. auf der Basis der in Abb. 12 gezeigten Y-förmigen Moleküle verwendet. Die gezeigten Y-förmigen Moleküle lassen sich zu weiter verzweigten baumartigen Molekülen zusammensetzen. Die Wurzel eines solchen als Baum realisierten Terminatormoleküls enthält dann die zu den Elongatoren kompatible Überhangsequenz, während nur eine der Äste des Baumes die echte Terminatorsequenz enthält. Da die verschlüsselte Nachricht wie oben beschrieben zusätzlich mit Scheinlogomeren versetzt ist, kann dann nur A, der die echte Terminatorsequenz kennt, aus der Menge der Moleküle die richtige Nachricht durch Verknüpfen mit dem kompatiblen Vektor herausfiltern, wohingegen ein potentieller Angreifer ohne Kenntnis der echten Terminatorsequenz dies nicht kann.Because the public key is potentially vulnerable to the elongators via the known overhang sequence (because the fake terminators must not have this overhang sequence, a potential attacker can link any sequence to the real terminators, whereby the sequence of the terminators can be identified) are termed terminators Molecules based on irregular shapes, e.g. B. used on the basis of the Y-shaped molecules shown in Fig. 12. The Y-shaped molecules shown can be assembled into further branched tree-like molecules. The root of such a terminator molecule implemented as a tree then contains the overhang sequence compatible with the elongators, while only one of the branches of the tree contains the real terminator sequence. Since the encrypted message is also supplemented with dummy logomers as described above, only A who knows the real terminator sequence can filter out the correct message from the set of molecules by linking it to the compatible vector, whereas a potential attacker without knowledge of the real terminator sequence can can not.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Verschlüsselung mit Echtzeit-Identifizierung:
Ohne das Auslesen der in verschlüsselten Logomeren enthaltenen Informationen kann das Vorhandensein der Schlüsselsequenz selbst Auskunft darüber geben, ob ein gekennzeichnetes Produkt echt ist, oder nicht. Die Information über die Authentizität des gekennzeichneten Produktes kann dabei über einen Prozeß, bei dem der Schlüsselprimer als Hybridisierungssonde einer Fluoreszenz-Nachweisreaktion dient, verifiziert oder falsifiziert werden.
The methods described above enable encryption with real-time identification, for example:
Without reading out the information contained in encrypted logomers, the presence of the key sequence itself can provide information as to whether a labeled product is genuine or not. The information about the authenticity of the labeled product can be verified or falsified using a process in which the key primer serves as a hybridization probe for a fluorescence detection reaction.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung informationstragender Polymere, insbesondere der erfindungsgemäß erhältlichen informationstragenden Polymere, zur Verschlüsselung von Information.Another object of the present invention is therefore the use information-carrying polymers, in particular those obtainable according to the invention information-carrying polymers, for encrypting information.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise einen Test der Qualität von Oligonukleotiden:
Ein typisches Problem bei der Herstellung von Oligonukleotiden, z. B. für molekularbiologische Zwecke, ist die Qualitätskontrolle derselben, die aufgrund des Herstellungsprozesses und der schwankenden Qualität der verwendeten Chemikalien problematisch ist.
The methods described above allow, for example, a test of the quality of oligonucleotides:
A typical problem in the production of oligonucleotides, e.g. B. for molecular biological purposes, the quality control is the same, which is problematic due to the manufacturing process and the fluctuating quality of the chemicals used.

Das in den erfindungsgemäßen Schritten I-V beschriebene Verfahren kann benutzt werden, die Qualität von Oligonukleotiden zu testen. Dazu wird eine binäre Grammatik wie die für den Zufallszahlengenerator (s. o.) oder eine unäre Grammatik wie die zur Herstellung von Molekulargewichtsstandards (s. u.) zur Erzeugung beliebig langer Logomere verwendet. Bei ansonsten identischen Bedingungen ist dann die Länge der aus einer Symbolpolymerisation (Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens) erhaltenen Logomere direkt proportional zur Qualität der verwendeten Oligonukleotide: Je länger die elektrophoretisch sichtbar gemachten Logomere sind, desto besser ist die Qualität der verwendeten Oligonukleotide. Ein Beispiel für die aus einer Symbolpolymerisation erhaltene Leiter unterschiedlich langer Logomere findet sich unter Abb. 3.The method described in steps IV according to the invention can be used to test the quality of oligonucleotides. For this purpose, a binary grammar such as that for the random number generator (see above) or a unary grammar such as that for the production of molecular weight standards (see below) is used to generate logomers of any length. Under otherwise identical conditions, the length of the logomers obtained from a symbol polymerization (step V of the method according to the invention) is directly proportional to the quality of the oligonucleotides used: the longer the logomers made electrophoretically visible, the better the quality of the oligonucleotides used. An example of the conductors of different lengths of logomer obtained from symbol polymerization can be found in Fig. 3.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung informationstragender Polymere, insbesondere der erfindungsgemäß erhältlichen informationstragenden Polymere, zur Qualitätskontrolle synthetisch hergestellter Oligonukleotide.Another object of the present invention is therefore the use information-carrying polymers, in particular those obtainable according to the invention information-bearing polymers, for quality control of synthetically manufactured Oligonucleotides.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Herstellung von Logomeren als Marker und Signaturen:
Aufgrund der Fähigkeit, prinzipiell beliebige Informationen darzustellen, lassen sich die hier beschriebenen Logomere als Marker verwenden, um Erzeugnisse, Produkte, Stoffe und Geräte zu kennzeichnen.
The methods described above enable, for example, the production of logomers as markers and signatures:
Due to the ability to display any information in principle, the logomers described here can be used as markers to identify products, products, substances and devices.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung informationstragender Polymere, insbesondere der erfindungsgemäß erhältlichen informationstragenden Polymere, als Marker oder Signaturen.Another object of the present invention is therefore the use information-carrying polymers, in particular those obtainable according to the invention information-bearing polymers, as markers or signatures.

Die Logomere können als "binäres Etikett" verwendet werden, das einem Erzeugnis hinzugefügt wird und Informationen über das derart gekennzeichnete Erzeugnis enthält. Die Logomere können dabei z. B. Informationen über
The logomers can be used as a "binary label" that is added to a product and contains information about the product so labeled. The logomers can z. B. Information about

  • a) Herstellera) Manufacturer
  • b) Produkt (z. B. Seriennummer)b) Product (e.g. serial number)
  • c) Verwendungszweckc) Intended use
  • d) Stoffklassed) substance class
  • e) Gefahrenklassee) Hazard class
  • f) Qualitätf) quality
  • g) Reinheitg) purity
  • h) Produktions- und Verfallsdatumh) Date of production and expiry

enthalten. Es lassen sich damit nahezu beliebige Produkte und Erzeugnisse mit nahezu beliebigen Informationen versehen. Da die Logomere ungiftig und biologisch abbaubar sind, können sie auch für hochsensible Produkte wie Nahrungsmittel, Medikamente und pharmazeutische Erzeugnisse eingesetzt werden.contain. It can be used with almost any product and product any information. Since the logomers are non-toxic and biodegradable,  They can also be used for highly sensitive products such as food, medication and pharmaceutical products are used.

Gekennzeichnete Erzeugnisse können z. B. sein:
Labeled products can e.g. B. be:

  • a) chemische Erzeugnisse, z. B. Lacke, Farben, Öle, Schmier- und Treibstoffe, Lösungsmittel, Tinte usw.a) chemical products, e.g. B. paints, paints, oils, lubricants and fuels, Solvents, ink, etc.
  • b) flüssige Materialien: Lösungen, Suspensionen, Emulsionenb) liquid materials: solutions, suspensions, emulsions
  • c) gentechnische Erzeugnissec) genetic engineering products
  • d) Nahrungsmittel, z. B. zur Kennzeichnung gentechnisch veränderter Bestandteile oder dem Monitoring von Nahrungsmitteln während des Produktionsprozessesd) food, e.g. B. to identify genetically modified components or the Monitoring of food during the production process
  • e) Medikamente und pharmazeutische Erzeugnissee) Medicines and pharmaceutical products
  • f) Papiererzeugnisse, Dokumente, Geldf) Paper products, documents, money
  • g) Geräteg) devices

Der Bedarf zur Kennzeichnung von Produkten besteht in den unterschiedlichsten Bereichen und aufgrund unterschiedlicher Anforderungen. Gründe für eine Kennzeichnung können z. B. sein: Qualitätssicherung beim Produktionsprozeß, Überwachung der Produktreinheit und Vermeidung von Kontaminationen, Schutz vor Fälschung und Produktpiraterie, Nachweis bestimmter Produktbestandteile, Produktkennzeichnung mit beliebigen Produktinformationen. Dieser Bedarf stellt sich auch in besonders sensiblen Bereichen, etwa bei der Kennzeichnung von Nahrungsmitteln, medizinischen und pharmazeutischen Erzeugnissen und gentechnisch hergestellten oder veränderten Erzeugnissen. Hier ist es wünschenswert, daß Informationen über das jeweilige Produkt direkt am Produkt verfügbar sind, insbesondere wenn Verwechselungen oder Fälschungen vermieden werden sollen und auch die Identifikation unterschiedlicher Bestandteile eines Erzeugnisses gewünscht ist.The need to label products exists in a wide variety of areas and due to different requirements. Reasons for labeling can e.g. B. be: quality assurance in the production process, monitoring of product purity and Avoidance of contamination, protection against counterfeiting and product piracy, proof certain product components, product labeling with any product information. This need also arises in particularly sensitive areas, such as labeling of food, medical and pharmaceutical products and genetic engineering manufactured or modified products. Here it is desirable that information are available directly on the product via the respective product, especially if Confusion or falsification should be avoided and also identification different components of a product is desired.

Es gibt zahlreiche Beispiele für den Bedarf von Produktkennzeichnungen. Z. B. können Logomere als Seriennummern eingesetzt werden, die in Autolacke gemischt werden, wodurch der Fahrzeughalter im Versicherungsfall (z. B. Unfall oder Diebstahl) identifiziert werden kann. Durch Produktkennzeichnungen könnte die Qualität und Reinheit chemischer Erzeugnisse überwacht und Kontaminationen vermieden werden. Ein permanentes Problem ist die Fälschung von Dokumenten, Unterschriften und Geld, die hochentwickelte Kennzeichnungsverfahren nötig macht.There are numerous examples of the need for product labeling. For example, you can Logomeres can be used as serial numbers, which are mixed in car paints, thereby the vehicle owner can be identified in the event of an insurance claim (e.g. accident or theft). Product labeling could improve the quality and purity of chemical products monitored and contamination avoided. This is a permanent problem Falsification of documents, signatures and money, the most sophisticated Labeling process necessary.

Vor allem vor dem Hintergrund von Tierkrankheiten und -seuchen (BSE, Schweinepest, Salmonellenvergiftungen usw.) stellt sich das Problem der Qualitätssicherung von Nahrungsmitteln und der Kennzeichnung von Endprodukten, um kontaminierte Produkte vom Verbrauch fernzuhalten. Ein weiteres Problem sind Nahrungsmittel, die gentechnisch hergestellte Bestandteile enthalten. Diese Bestandteile können ohne ein Kennzeichnungsverfahren im Endprodukt überhaupt nicht oder nur sehr schwer nachgewiesen werden. Das Problem stellt sich insbesondere dadurch, daß viele Nahrungsmittel Bestandteile unterschiedlicher Herkunft enthalten und die Produktionswege teilweise undurchschaubar sind. Especially against the background of animal diseases and diseases (BSE, swine fever, Salmonella poisoning, etc.) raises the problem of quality assurance Food and labeling of end products to contaminated products from Keep consumption away. Another problem is food that is genetically engineered manufactured ingredients included. These components can be used without one Labeling process in the end product not at all or only with great difficulty be detected. The problem arises in particular because many Foods contain ingredients of different origins and the production routes are partially obscure.  

Das Problem der Kennzeichnung stellt sich z. B. auch im Bereich von Blutprodukten, wo z. B. durch Pooling Kontaminationen auftreten können. Auch wäre es hier z. T. wünschenswert, Informationen über Identität, Herkunft, Produktions- und Verfallsdatum direkt mit dem Produkt verfügbar zu haben. Ähnliches gilt auch für Medikamente und pharmazeutische Produkte.The problem of labeling arises e.g. B. also in the field of blood products, where, for. B. Contamination can occur through pooling. It would also be z. T. desirable Information about identity, origin, production and expiry date directly with the product to have available. The same applies to medicines and pharmaceutical products.

Bisher verwendet man zur Kennzeichnung und Markierung von Farben, Lacken, Treibstoffen, usw. verschiedene Kohlenstoffverbindungen, Polyaniline, Flüssigkristalle oder andere chemische Verbindungen. Diese Stoffe und Verbindungen haben unterschiedliche Schwächen: sie sind z. T. toxisch, nur schwer biologisch abbaubar, die verfügbare Informationskapazität ist stark eingeschränkt, sie wechselwirken chemisch mit bestimmten Stoffen oder sind nur teuer und aufwendig herzustellen.So far, one used for the marking and marking of paints, varnishes, fuels, etc. various carbon compounds, polyanilines, liquid crystals or others chemical compounds. These substances and compounds have different Weaknesses: they are z. T. toxic, difficult to biodegrade, the available Information capacity is severely limited, they interact chemically with certain ones Fabrics or are only expensive and expensive to manufacture.

Für den Einsatz zur Kennzeichnung von sensiblen und hochsensiblen Erzeugnissen wie Nahrungsmitteln oder Medikamenten sind die genannten Stoffe und Verbindungen aufgrund der genannten Nachteile überhaupt nicht geeignet.For use in labeling sensitive and highly sensitive products such as Food or medication are the substances and compounds mentioned due to of the disadvantages mentioned not suitable at all.

Die Anforderungen, die sich für ein Kennzeichnungsverfahren von beliebigen Erzeugnissen stellen umfassen zumindest:
The requirements for a labeling process for any product include at least:

  • - Die Kennzeichnung sollte direkt im oder am Erzeugnis verfügbar sein;- The label should be available directly in or on the product;
  • - die Kennzeichnung sollte gut nachweisbar sein;- the labeling should be clearly demonstrable;
  • - die Kennzeichnung muß gesundheitlich unbedenklich sein.- The labeling must be harmless to health.

Gegenüber den bisher verwendeten Verbindungen haben die hier beschriebenen Logomere folgende Vorzüge:
The logomers described here have the following advantages over the previously used compounds:

  • - Kodierung beliebiger Informationen,- coding of any information,
  • - hohe Speicherkapazität,- high storage capacity,
  • - gesundheitlich unbedenklich,- no risk to health,
  • - chemisch, biologisch, pharmakologisch und genetisch neutral,- chemically, biologically, pharmacologically and genetically neutral,
  • - leicht biologisch abbaubar (Biomoleküle),- readily biodegradable (biomolecules),
  • - keine Umweltbelastung,- no environmental pollution,
  • - sehr gute Nachweisbarkeit,- very good traceability,
  • - hohe Kompatibilität zu bestehenden Techniken der Informatik und Molekularbiologie (PCR),- High compatibility with existing techniques in computer science and molecular biology (PCR),
  • - Informationen können verschlüsselt werden und eignen sich auch zu Authentifizierung und Verschlüsselung,- Information can be encrypted and is also suitable for authentication and encryption,
  • - Identifikation einzelner Bestandteile in Produktmischungen,- Identification of individual components in product mixtures,
  • - billig in großen Mengen herzustellen (Klonierung, Vervielfältigung mit Bakterien in Fermentern).- cheap to produce in large quantities (cloning, reproduction with bacteria in Fermenters).

Diese Eigenschaften machen Logomere für die genannten Aufgaben sehr viel besser geeignet als die bestehenden Techniken. Überdies erschließen sich Einsatzbereiche, die mit den bisherigen Techniken nicht möglich waren. These properties make logomeres much better for the tasks mentioned suitable as the existing techniques. In addition, areas of application open up with the previous techniques were not possible.  

Aufgrund der Eigenschaften nukleinsäurebasierler Logomere können diese auch zur Kennzeichnung von besonders sensiblen Produkten wie Nahrungsmitteln und pharmazeutischen Erzeugnissen verwendet werden.Due to the properties of nucleic acid-based logomers, these can also be used for Labeling of particularly sensitive products such as food and pharmaceutical products are used.

Die Gründe dafür liegen zum einen in der chemischen Beschaffenheit nukleinsäurebasierter Logomere und zum anderen in der Kodierung von Informationen in Logomeren:
The reasons for this lie on the one hand in the chemical nature of nucleic acid-based logomers and on the other hand in the coding of information in logomers:

  • 1. Als Grundbausteine des Lebens" sind Nukleinsäuren Elementarbausteine aller bisher bekannten biologischen Lebensformen. Daher können sie aufgrund ihrer chemischen Beschaffenheit für keinen bekannten biologischen Organismus schädlich sein ("biochemische Kompatibilität"). Aufgrund der enthaltenen genetischen Informationen (des enthaltenen Programmes) können Nukleinsäuren jedoch sehr wohl potentiell schädlich sein, wenn sie in einem Organismus abgelesen werden: Falls sie etwa für giftige Proteine kodieren oder (wie im Falle viralen Erbgutes) einen jeweiligen Zielorganismus "umprogrammieren" können. Die hier verwendeten Logomere können jedoch aus den im Folgenden genannten Gründen keine für einen Organismus schädlichen Informationen enthalten.1. As basic building blocks of life "nucleic acids are elementary building blocks of all so far known biological life forms. Therefore, due to their chemical nature No harmful biological condition ("biochemical compatibility"). Based on the genetic information it contains (the contained programs), however, nucleic acids can very well be potentially harmful if they are read in an organism: if they are for toxic proteins encode or (as in the case of viral genetic material) a respective target organism can "reprogram". However, the logomers used here can be derived from the im The following reasons are not harmful to an organism contain.
  • 2. Logomere enthalten keine genetischen, d. h. biologisch relevanten Informationen ("semantische Inkompatibilität"): Bezüglich der enthaltenen Informationen entsprechen Logomere Buchstaben, Zahlen oder Folgen von Buchstaben und Zahlen in Binärkodierung, die für uns oder einen Computer, jedoch nicht für den genetischen Apparat eines Organismus lesbar sind. Für einen biologischen Organismus sind sie schlicht "Unsinnscode".2. Logomeres do not contain any genetic, i.e. H. biologically relevant information ("Semantic incompatibility"): Correspond to the information contained Logomeric letters, numbers or sequences of letters and numbers in Binary encoding for us or a computer, but not for genetic Apparatus of an organism are legible. They are for a biological organism simply "nonsense code".
  • 3. Logomere, insbesondere die Algomere, aus denen sie aufgebaut sind, sind zu kurz um auch nur zufällig biologisch relevante Informationen zu enthalten.3. Logomers, especially the algomers from which they are built, are too short to contain biologically relevant information by chance.
  • 4. Um jede Eventualität (der unwahrscheinliche Fall, daß die Binärinformationen der Logomere auf irgendeine Weise von irgendeinem Organismus als genetisch relevante Information interpretiert wird) auszuschließen, werden die zur Kodierung von Symbolen verwendeten Sequenzen im Falle sensibler Anwendungsbereiche mit Stopcodons versehen, so daß sie niemals von einem biologischen Organismus abgelesen werden können.4. Any eventuality (the unlikely event that the binary information of the Logomers in any way from any organism as genetically relevant Information is interpreted) to exclude those for coding symbols used sequences in the case of sensitive areas of application with stop codons provided so that they are never read by a biological organism can.
  • 5. Als elementare Bestandteile aller biologischen Organismen sind Nukleinsäuren in unserer Umwelt allgegenwärtig. Sie werden in kürzester Zeit abgebaut.5. Nucleic acids are part of all biological organisms in ours Environment omnipresent. They will be dismantled in no time.

Um als Marker eingesetzt zu werden, können Logomere nach den in den erfindungsgemäßen Schritten I-V beschriebenen Verfahren erzeugt und nach den erfindungsgemäßen oben beschriebenen Verfahren vervielfältigt werden. Je nach Einsatzbereich können zur Vervielfältigung der Logomere verschiedene Verfahren und verschiedene Aufarbeitungsprozesse vorgenommen werden. Zur Kennzeichnung petrochemischer Erzeugnisse z. B. können Logomere durch Klonierung in Bakterien vervielfältigt werden. Um unnötige Kontaminationen zu vermeiden, können die erhaltenen Bakterien lysiert werden. Eine spezielle Aufreinigung der Logomer-DNA ist im Allgemeinen nicht nötig. In order to be used as a marker, logomers according to the in the invention Steps I-V generated method and according to the invention according to the above described procedures are reproduced. Depending on the area of application Duplication of logomers different procedures and different Refurbishment processes are carried out. For marking petrochemical Products e.g. For example, logomers can be replicated in bacteria by cloning. Around The bacteria obtained can be lysed to avoid unnecessary contamination. A special purification of the logomer DNA is generally not necessary.  

Zur Herstellung von Logomeren für sensible und hochsensible Produkte ist dagegen ein aufwendigeres Vervielfältigungs- und Aufreinigungsverfahren nötig. Ziel ist dabei der Erhalt möglichst reiner Logomere. Um biologische Zwischenschritte zu vermeiden, kann die Vervielfältigung - wie erfindungsgemäß beschrieben - mit PCR vorgenommen werden. Sollte eine Vervielfältigung durch Klonierung vorgenommen werden, so ist die Aufreinigung der erhaltenen DNA aus Bakterien nötig. Sind die Logomere in bakteriellen Vektoren kloniert, so ist ein gezielter Abbau dieser Resistenzgene (z. B. durch Restriktionsenzyme) Bestandteil einer weiteren Aufarbeitung.For the production of logomeres for sensitive and highly sensitive products, however, is a more complex duplication and purification process necessary. The goal is preservation as pure a logomer as possible. To avoid biological intermediate steps, the Duplication - as described according to the invention - can be carried out using PCR. Should if a duplication is carried out by cloning, the purification of the DNA obtained from bacteria is necessary. If the logomers are cloned in bacterial vectors, so is a targeted breakdown of these resistance genes (e.g. by restriction enzymes) component a further workup.

Logomere können zur Kennzeichnung eines Produktes unmittelbar mit diesem verbunden werden. Sie können z. B. in flüssige Stoffe gemischt werden oder auf feste Stoffe aufgebracht werden. Im Falle gentechnischer Erzeugnisse können die Logomere mithilfe von Rekombinations- und Klonierungstechniken kovalent mit dem zu kennzeichnenden Produkt verbunden werden.Logomers can be directly connected to a product to identify it become. You can e.g. B. mixed in liquid substances or applied to solid substances become. In the case of genetic engineering products, the logomers can be identified using Recombination and cloning techniques covalently with the product to be labeled get connected.

Die Kennzeichnung von Stoffen und Produkten durch Logomere ermöglichen u. a. das Monitoring von Produktionsprozessen, die Qualitätskontrolle, die Identifikation einzelner Bestandteile und den quantitativen und qualitativen Nachweis von Kontaminationen.The labeling of substances and products by logomers enables u. a. the Monitoring of production processes, quality control, the identification of individual Components and the quantitative and qualitative detection of contamination.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Kennzeichnung gentechnisch hergestellter oder veränderter Erzeugnisse:
Die hier beschriebenen Logomere können zur Kennzeichnung gentechnisch hergestellter oder veränderter Erzeugnisse verwendet werden.
The methods described above enable, for example, the labeling of genetically engineered or modified products:
The logomers described here can be used to label genetically engineered or modified products.

Bisher werden insbesondere zur Identifikation gentechnisch hergestellter oder veränderter Erzeugnisse in Nahrungsmitteln "klassische" melekularbiologische Methoden wie PCR, Restriktionsverdau, Southernblot-Hybridisierung und Sequenzierung verwendet. Mit diesen Methoden ist jedoch eine Charakterisierung gentechnischer Erzeugnisse und Bestandteile noch sehr aufwendig und erfordert für jedes zu charakterisierende Erzeugnis eigene Methoden und Verfahren.So far, genetically engineered or modified ones have been used to identify them Products in food "classic" molecular biological methods such as PCR, Restriction digestion, Southern blot hybridization and sequencing were used. With these However, methods is a characterization of genetic engineering products and components still very complex and requires its own for each product to be characterized Methods and procedures.

Insgesamt gibt es bisher kein universelles Kennzeichnungsverfahren für gentechnisch hergestellte Erzeugnisse. Ein solches Kennzeichnungsverfahren muß mehrere Kriterien erfüllen:
So far there is no universal labeling method for genetically engineered products. Such a labeling process must meet several criteria:

  • - die Kennzeichnung muß gesundheitlich absolut unbedenklich sein,- the labeling must be absolutely harmless to health,
  • - die Kennzeichnung sollte untrennbar mit dem gekennzeichneten Produkt verbunden sein,- the label should be inextricably linked to the labeled product,
  • - die Kennzeichnung sollte fälschungssicher sein,- the labeling should be tamper-proof,
  • - die Kennzeichnung sollte genügend Informationen speichern können,- the label should be able to store enough information,
  • - die Kennzeichnung sollte in geringen Mengen nachweisbar und lesbar sein.- The labeling should be detectable and legible in small quantities.

Der Einsatz nukleinsäurebasierter Logomere zur Kennzeichnung gentechnischer Erzeugnisse erfüllt diese Kriterien und hat darüber hinaus folgende Vorzüge:
The use of nucleic acid-based logomers for labeling genetic engineering products fulfills these criteria and also has the following advantages:

  • - Logomere können nahezu beliebige Informationen speichern;- Logomers can store almost any information;
  • - einzelne Bestandteile können schnell und hochempfindlich nachgewiesen werden; - Individual components can be detected quickly and with high sensitivity;  
  • - zum Auslesen der Informationen kann eine bis ins Detail standardisierte Methode eingesetzt werden (Ausleseverfahren nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens, dabei können standardisierte Primer verwendet werden);- A detailed method can be used to read out the information are used (readout method according to the inventive method, thereby standardized primers can be used);
  • - die Sequenz der gesuchten Gene kann vollkommen unbekannt sein;- The sequence of the genes sought can be completely unknown;
  • - die Sequenz der nachgewiesenen Gene kann geheim sein, ohne daß die Identifizierung oder Authentifizierung eingeschränkt ist;- The sequence of the genes detected can be secret without the identification or authentication is restricted;
  • - zusätzliche Sicherheitsmechanismen können zusätzlich durch Verschlüsselung implementiert werden.- Additional security mechanisms can additionally by encryption be implemented.

Im Einzelnen geht man zur Kennzeichnung von gentechnisch erzeugten oder veränderten Erzeugnissen beispielsweise folgendermaßen vor:
Zur Herstellung von Markern wird eine beliebige geeignete Grammatik, z. B. wie die für den Zufallszahlengenerator, das 1-Byte Alphabet oder für Zeichenketten bereits beschriebene, verwendet. Aus den mit der Grammatik erzeugten Zeichen werden die zur Darstellung von Markern benötigten Zeichen entnommen und dem zu kennzeichnenden Erzeugnis hinzugefügt. Dazu können die als Logomere hergestellten Zeichen auf folgende Weise in das zu kennzeichnende Erzeugnis eingebracht werden:
Specifically, the procedure for labeling genetically engineered or modified products is as follows:
Any suitable grammar, e.g. B. as that for the random number generator, the 1-byte alphabet or for character strings already described used. The characters required for the representation of markers are taken from the characters generated with the grammar and added to the product to be labeled. For this purpose, the characters produced as logomers can be introduced into the product to be labeled in the following way:

  • a) durch Beimischung; hierbei werden Logomere, wie in den erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, hergestellt, isoliert und vervielfältigt.a) by admixture; Here, logomers are used, as in the method according to the invention described, produced, isolated and reproduced.
  • b) durch Klonierung, wie im erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben; Abb. 6 zeigt z. B. die Kennzeichnung bakterieller Klone durch Logomere, die durch Verwendung der bereits beschriebenen Grammatik für den Zufallszahlengenerator hergestellt wurden.b) by cloning, as described in the process according to the invention; Fig. 6 shows e.g. B. the identification of bacterial clones by logomers, which were produced by using the grammar already described for the random number generator.
  • c) durch den Einsatz rekombinativer Techniken; hierbei werden Logomere erfindungsgemäß hergestellt, isoliert und vervielfältigt. Die solcherart gewonnenen Logomere werden jetzt durch den Einsatz rekombinativer Techniken in das zu kennzeichnende Erzeugnis eingebracht. Dazu kann z. B. die Methoden des Gene-Targeting durch homologe Rekombination [Capecchi M. R., Altering the genome by homologous recombination. Science, 244(4910), 1288-1292, (1989)] oder z. B. das Cre-loxP System [Kilby, N. J., Snaith, M. R. & Murray, J. A., Site-specific recombinases: tools for genome engineering, Trends Genet., 9, 413-421, (1993)] verwendet werden. Z. B. können erfindungsgemäß erhaltene Logomere mit Hilfe dieser Techniken vor oder hinter eine bestimmte Nukleinsäuresequenz (Gen) gesetzt werden, die sie bezeichnen sollen. In diesem Falle wird ein Logomer gewissermaßen als "Etikett" an ein gentechnisches Produkt "angeheftet" und kann Auskunft über Hersteller, Produktgruppe, Gefahrenklasse, Verfallsdatum o. ä. geben (siehe Abb. 15).c) through the use of recombinant techniques; Here, logomers are produced, isolated and reproduced according to the invention. The logomers obtained in this way are now introduced into the product to be labeled using recombinant techniques. For this, e.g. B. the methods of gene targeting by homologous recombination [Capecchi MR, Altering the genome by homologous recombination. Science, 244 (4910), 1288-1292, (1989)] or e.g. B. the Cre-loxP system [Kilby, NJ, Snaith, MR & Murray, JA, Site-specific recombinases: tools for genome engineering, Trends Genet., 9, 413-421, (1993)] can be used. For example, logomers obtained according to the invention can be placed with the aid of these techniques in front of or behind a specific nucleic acid sequence (gene) which they are intended to denote. In this case, a logomer is "attached" to a genetic product as a kind of "label" and can provide information about the manufacturer, product group, hazard class, expiry date or similar (see Fig. 15).

Das Verfahren eignet sich z. B. für alle Organismen (Mikroorganismen, Pflanzen, Tiere). Z. B. lassen sich Klone von Mikroorganismen oder Pflanzen kennzeichnen. Das Verfahren eignet sich z. B. auch für die Kennzeichnung von Rindern zur Bekämpfung der Rinderseuche BSE. The method is suitable for. B. for all organisms (microorganisms, plants, animals). E.g. clones of microorganisms or plants can be labeled. The procedure is suitable z. B. also for the labeling of cattle to combat BSE.  

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Kennzeichnung von Nahrungsmitteln:
Aufgrund von Krankheiten, Seuchen oder Kontaminationen können Nahrungsmittel gesundheitsschädlich oder gefährlich sein. Beispiele sind Krankheiten wie BSE, Schweinepest, Salmonellenvergiftungen. Es kann wünschenswert sein, Produkt und Hersteller identifizieren zu können, um notfalls bestimmte Produkte und Produktreihen umgehend aus dem Handel zu nehmen, untersuchen zu können und geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen.
For example, the methods described above enable food to be labeled:
Due to illnesses, epidemics or contamination, food can be harmful or dangerous. Examples are diseases such as BSE, swine fever, salmonella poisoning. It may be desirable to be able to identify the product and manufacturer in order to be able to immediately take certain products and product series out of the market, to examine them and to take appropriate countermeasures.

Für hochsensible Erzeugnisse wie Nahrungsmittel gelten dabei die Kriterien für die Kennzeichnung gentechnischer Erzeugnisse insbesondere (siehe: Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Kennzeichnung gentechnisch hergestellter oder veränderter Erzeugnisse).For highly sensitive products such as food, the criteria for Labeling of genetic engineering products in particular (see: The above described For example, methods enable the labeling of genetically engineered or modified products).

Insgesamt gibt es auch für gentechnisch hergestellte Nahrungsmittel bisher kein universelles Kennzeichnungsverfahren. Bisher ist die Identifikation gentechnisch hergestellter oder veränderter Bestandteile in Nahrungsmitteln daher roch schwierig und aufwendig. Es werden dazu "klassische" molekularbiologische Methoden wie PCR, Restriktionsverdau, Southernblot- Hybridisierung und Sequenzierung verwendet, um diese Erzeugnisse zu charakterisieren.Overall, there is still no universal one for genetically engineered foods Labeling process. So far, the identification is genetically engineered or modified components in food therefore smelled difficult and expensive. It will "classic" molecular biological methods such as PCR, restriction digestion, Southern blot Hybridization and sequencing are used to characterize these products.

Aufgrund der Rinderseuche BSE wurde speziell für dlie Kennzeichnung von Rindern und deren Produkten (Rindfleisch und Milch) ein immunologisches Kennzeichnungsverfahren vorgeschlagen, das auf der Immunisierung der zu markierenden Tiere mit spezifischen Proteinen basiert ("Ohrmarke im Blut soll BSE Rinder aufspüren", Süddeutsche Zeitung Nr. 283, 08.12.1998, Seite v2/9). Durch die dadurch verursachte Produktion spezifischer Antikörper im jeweils gekennzeichneten Zieltier, die mutmaßlich in allen Geweben nachzuweisen ist, kann die Kennzeichnung über einen Immun-Assay (ELISA) wieder gelesen werden. Ein solches Verfahren ist jedoch prinzipiell auf höhere Wirbeltiere beschränkt. Außerdem ist die für das Verfahren verfügbare Informationsmenge sehr begrenzt, die informationstragenden Proteine sind nicht hitzebeständig und das Verfahren erfordert vergleichsweise hohe Mengen Substanz für Immunisierung und Nachweisreaktion.Due to the BSE epidemic was specially designed for the identification of cattle and their Products (beef and milk) an immunological labeling process proposed that on the immunization of the animals to be labeled with specific Proteins based ("Ear tag in the blood should detect BSE cattle", Süddeutsche Zeitung Nr. 283, 08.12.1998, page v2 / 9). Through the production caused thereby more specific Antibodies in the identified target animal, which are presumably in all tissues can be verified, the label can be read again using an immunoassay (ELISA) become. In principle, however, such a method is limited to higher vertebrates. In addition, the amount of information available for the process is very limited Information-carrying proteins are not heat-resistant and the process requires them comparatively high amounts of substance for immunization and detection reaction.

Auch im Fall von Nahrungsmitteln können Logomere auf Nukleinsäurebasis, wie bereits unter "Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Kennzeichnung gentechnisch hergestellter oder veränderter Erzeugnisse" beschrieben, zur Kennzeichnung eingesetzt werden. Logomere können dabei Informationen über Hersteller, Verfallsdatum, Seriennummer u. a. enthalten. Das Verfahren zur Kennzeichnung von Nahrungsmitteln ist dabei dasselbe, wie bereits unter "Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Kennzeichnung gentechnisch hergestellter oder veränderter Erzeugnisse" beschrieben. Mithilfe der dort aufgeführten gentechnischen Rekombinations- und Klonierungstechniken können einzelne Organismen gekennzeichnet werden, sodaß ein einzelner Organismus sowie alle seine Nachfahren identifizierbar sind.In the case of food, too, logomers based on nucleic acids can be used, as already mentioned under "For example, the methods described above enable labeling genetically engineered or modified products "for labeling be used. Logomers can provide information about the manufacturer, expiry date, Serial number u. a. contain. The procedure for labeling food is doing the same as already possible under "The methods described above for example the labeling of genetically engineered or modified products " described. With the help of the recombinant and Cloning techniques can be used to identify individual organisms, so that a individual organism and all of its descendants are identifiable.

Das Kennzeichnungsverfahren durch Logomere ermöglicht dadurch:
The labeling process using logomers enables:

  • - ein Monitoring des Zielproduktes über den gesamten Herstellungs- und Verarbeitungsprozesses bis zum Endverbraucher,- Monitoring of the target product across the entire manufacturing and Processing to the end user,
  • - eine einheitliche, schnelle und einfache Identifikation einzelner Bestandteile.- Uniform, quick and easy identification of individual components.

Als Beimischung eignen sich Logomere auf Nukleinsäurebasis zur Kennzeichnung von Getränken.As an admixture, logomers based on nucleic acids are suitable for labeling Drinks.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Kennzeichnung medizinischer und pharmazeutischer Produkte:
Aufgrund der Nichttoxizität eignen sich Logomere auf Nukleinsäurebasis zur Kennzeichnung sensibler und hochsensibler Erzeugnisse. Neben Nahrungsmitteln sind dies auch medizinische und pharmazeutische Produkte. Um Verwechselungen, Kontaminationen und Fälschungen ausschließen zu können, können Logomere z. B. medizinischen und pharmazeutischen Produkten beigemischt werden.
The methods described above enable, for example, the labeling of medical and pharmaceutical products:
Due to the non-toxicity, logomers based on nucleic acids are suitable for labeling sensitive and highly sensitive products. In addition to food, these are also medical and pharmaceutical products. In order to rule out mix-ups, contamination and counterfeiting, logomers can e.g. B. medical and pharmaceutical products.

Der Vorteil der Kennzeichnung durch Logomere ist dabei, daß die Kennzeichnung unmittelbar mit dem gekennzeichneten Erzeugnis verbunden ist und daß sich Erzeugnisse z. B. individuell kennzeichnen lassen. Auf diese Weise ist ein Monitoring des Herstellungsprozesses möglich, Erzeugnisse lassen sich auch nach mehrmaligem Umfüllen eindeutig identifizieren und Kontaminationen sowie das Poolen von Proben können nachgewiesen werden. Mithilfe von Logomeren läßt sich z. B. im Falle von Blutkonserven Herstellungs- und Verfallsdatum, Blutgruppe und Hersteller kennzeichnen.The advantage of labeling with logomers is that the labeling is immediate is associated with the marked product and that products z. B. individually have it marked. In this way it is possible to monitor the manufacturing process, Products can be clearly identified even after repeated decanting Contamination and pooling of samples can be detected. With the help of Logomeres can e.g. B. in the case of preserved blood, date of manufacture and expiry, Identify blood group and manufacturer.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise Authentifizierung und Fälschungssicherung:
Logomere können zur Authentifizierung von Erzeugnissen, Gegenständen und Geräten verwendet werden. Dazu werden Logomere vorzugsweise erfindungsgemäß erzeugt und vervielfältigt.
The methods described above enable authentication and counterfeit protection, for example:
Logomeres can be used to authenticate products, objects and devices. For this purpose, logomers are preferably generated and reproduced according to the invention.

Werden solcherart erhaltene Logomere auf Erzeugnisse, Gegenstände und Geräte an-/­ aufgebracht oder zugemischt, so können die in Logomeren enthaltenen erfindungsgemäß jederzeit wieder ausgelesen werden. Sollten zur Erzeugung der Logomere Verschlüsselungstechniken verwendet werden, wie bereits beschrieben, so erfordert das Auslesen autorisierten Zugriff.If logomers obtained in this way are applied to products, objects and devices applied or admixed, so that contained in logomers according to the invention can be read out again at any time. Should be used to generate the logomeres Encryption techniques are used, as already described, so it requires Read out authorized access.

Beispielsweise können erfindungsgemäß erhaltene Logomere in wässriger Lösung (vorzugsweise zu 103 bis 1018 Molekülen/µl) unmittelbar zur Kennzeichnung auf Dokumente aufgebracht werden. Als solches können sie als Echtheitszertifikat des solcherart markierten Dokumentes dienen. Zum Auslesen der als Kennzeichner dienenden Logomere wird einfach ein kleines Schnipsel des Papiers (1 mm2 ist ausreichend) als Template einer erfindungsgemäßen PCR-Auslesereaktion verwendet. Ein Beispiel findet sich in Abb. 16.For example, logomers obtained according to the invention can be applied in aqueous solution (preferably at 10 3 to 10 18 molecules / μl) directly to documents for identification. As such, they can serve as a certificate of authenticity for the document marked in this way. To read out the logomers used as identifiers, a small snippet of paper (1 mm 2 is sufficient) is used as a template for a PCR readout reaction according to the invention. An example can be found in Fig. 16.

In dem zugrundeliegenden Ausleseexperiment wurde zum Test des Prinzips ein Logomer in wässriger Lösung in ca. 109 Molekülen/µl auf 3M Postlt Papier ca. 1 Stunde getrocknet und 1 mm2 des Post-lts als Template einer Auslese-PCR verwendet. Es können Dokumente beliebiger Papierqualität verwendet werden, z. B. 80 g/m2 Standardkopierpapier.In the underlying readout experiment, a logomer in aqueous solution in approx. 10 9 molecules / µl on 3M Postlt paper was dried for approx. 1 hour and 1 mm 2 of the Post-lts was used as a template for a readout PCR to test the principle. Documents of any paper quality can be used, e.g. B. 80 g / m 2 standard copy paper.

Dasselbe Verfahren eignet sich auch zur Kennzeichnung von Geld oder Geldscheinen, wobei hier Vorteile darin bestehen,
The same procedure is also suitable for marking money or banknotes, with the following advantages being that

  • - auch bereits gedruckte Scheine markieren zu können,- to be able to mark already printed notes,
  • - Seriennummern vergeben zu können,- to be able to assign serial numbers,
  • - Verschlüsselung einzusetzen.- Use encryption.

Um Dokumente möglichst in Echtzeit auf Authentizität prüfen zu können, kann einer der zum Auslesen in der PCR benutzten Primer auch als Hybridisierungsonde für eine nachfolgende Färbe-Nachweisreaktion (z. B. mit einem interkalierenden Farbstoff, z. B. Ethidiumbromid) verwendet werden.In order to be able to check documents for authenticity in real time, one of the Reading out in the PCR also used primers as a hybridization probe for a subsequent one Staining detection reaction (e.g. with an intercalating dye, e.g. ethidium bromide) be used.

Ein weiteres Beispiel ist die Authentifizierung flüssiger Lösungen, Suspensionen und Emulsionen mit Logomeren. So kann etwa Tinte mit Logomeren individuell markiert werden, so daß Unterschriften damit auf Echtheit überprüft werden können.Another example is the authentication of liquid solutions, suspensions and Emulsions with logomeres. For example, ink can be individually marked with logomers, so that signatures can be checked for authenticity.

Ein weiteres Beispiel ist die Kennzeichnung von Automobilen durch das Versetzen des Autolackes mit Logomeren. Dabei werden Logomere dem Autolack (oder anderen Bestandteilen des KFZ) als Beimischung zugesetzt. Die zugesetzten Logomere können dabei Informationen über Seriennummer, Hersteller, Fahrzeugtyp o. a. Angaben enthalten. Aufgrund dieser Informationen kann im Falle von Unfall, Diebstahl oder illegaler Entsorgung ein Fahrzeug identifiziert werden. Ein Vorteil der hier beschriebenen Methode liegt darin, daß schon Lackspuren zur Identifikation des Fahrzeuges ausreichen, was insbesondere bei Unfällen von Interesse sein kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Identität eines Fahrzeuges nur sehr aufwendig zu fälschen ist. Dazu müßten erstens alle gekennzeichneten Bestandteile entfernt, zweitens eine gefälschte Identität eingerichtet werden. Dieses Unterfangen ist alleine durch den mechanischen Aufwand sehr schwierig, außerdem läßt sich durch den Einsatz kryptografischer Methoden das Nachmachen und Nachahmen von Kennungen beliebig erschweren. Zum Auslesen der als Logomere enthaltenen Informationen, werden die Logomere aus dem Lack isoliert und können dann wie in der Beschreibung zum Auslesen der in Logomeren enthaltenen Information, vorzugsweise durch PCR, ausgelesen werden. Dazu wird eine Probe des Lackes entnommen, mit einem geeigneten Lösungsmittel (Terpentin o. ä.) gelöst und mit gleichem Volumen Wasser versetzt. Durch nachfolgende Zentrifugation werden hydrophile und hydrophobe Bestandteile getrennt. Daraufhin nimmt man die wässrige Phase auf (worin sich die hydrophilen nukleinsäurebasierten Logomere befinden) und fällt die enthaltenen Logomere nach den üblichen Methoden (z. B. wie in [J. Sambrook, E. F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)] beschrieben). Nach der Fällung können die erhaltenen Logomere nach den erfindungsgemäßen Verfahren, z. B. durch Auslese-PCR, ausgelesen werden. Another example is the marking of automobiles by moving the Car paints with logomeres. Logomeres are used in car paint (or others Components of the vehicle) added as an admixture. The added logomers can Information about serial number, manufacturer, vehicle type etc. Information included. Because of This information can be used in the event of an accident, theft or illegal disposal Vehicle can be identified. An advantage of the method described here is that traces of paint are sufficient to identify the vehicle, which is particularly the case with Accidents may be of interest. Another advantage is that the identity of a vehicle is difficult to fake. To do this, first of all would have to have all the labeled components removed, secondly a fake identity can be established. This endeavor is alone very difficult due to the mechanical effort, and can also be used cryptographic methods of copying and imitating identifiers as desired complicate. To read out the information contained as logomers, the Logomers isolated from the paint and can then be read out as described in the description information contained in logomers, preferably by PCR, can be read out. To a sample of the lacquer is taken with a suitable solvent (turpentine or similar) dissolved and mixed with the same volume of water. By subsequent centrifugation hydrophilic and hydrophobic components separated. Then you take the aqueous phase on (where the hydrophilic nucleic acid based logomers are) and the contained logomers by the usual methods (e.g. as in [J. Sambrook, E. F. Fritsch, T. Maniatis, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, (1989)]). After the precipitation the resulting logomers can be obtained by the processes according to the invention, e.g. B. by Readout PCR to be read out.  

Daher sind weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung die Verwendungen informationstragender Polymere, insbesondere der erfindungsgemäß erhältlichen informationstragenden Polymere, zum Zwecke der Qualitätssicherung, der Fälschungssicherung, der Kennzeichnung von Lebensmitteln, der Kennzeichnung gentechnischer, chemischer, medizinischer und pharmazeutischer Erzeugnisse, der Kennzeichnung von Organismen, der Kennzeichnung von Dokumenten, der Kennzeichnung von Geld, der Kennzeichnung von Gegenständen und Maschinen, der Kennzeichnung von Lösungen, Suspensionen und Emulsionen sowie der Authentifizierung von Personen und Gegenständen.Therefore, further objects of the present invention are the uses information-carrying polymers, in particular those obtainable according to the invention information-bearing polymers, for the purpose of quality assurance, the Anti-counterfeiting, food labeling, labeling genetic engineering, chemical, medical and pharmaceutical products, the Labeling organisms, labeling documents, labeling of money, the marking of objects and machines, the marking of Solutions, suspensions and emulsions as well as the authentication of people and Objects.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Herstellung von Molekulargewichtsstandards:
Zu den typischen Verfahren der molekularbiologischen Analytik gehört die elektrophoretische Längenauftrennung von DNA- und RNA-Fragmenten. Um die Länge solcher Fragmenten bei der Elektrophorese zu bestimmen, verwendet man üblicherweise einen Molekulargewichtsstandard ("Leiter"), der Fragmente bekannter Länge enthält und zum Vergleich mit den Fragmenten der zu analysierenden Proben dient.
The methods described above enable, for example, the production of molecular weight standards:
The typical methods of molecular biological analysis include the electrophoretic length separation of DNA and RNA fragments. In order to determine the length of such fragments in electrophoresis, a molecular weight standard (“ladder”) is usually used, which contains fragments of known length and is used for comparison with the fragments of the samples to be analyzed.

Bisher gibt es Molekulargewichtsstandards, die entweder unregelmäßige Leitern enthalten (z. B. Boehringer V, Boehringer Mannheim, Katalog Nr.: 821 705) oder regelmäßige Leitern mit regelmäßigen Fragment-Längenabständen (z. B. 50 bp Leiter Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr. 10416-014). Keine der bisherigen Leitern hat dabei kürzere Längenabstände als 10 bp (z. B. 10 bp Leiter Gibco BRL, Life Technologies, Katalog Nr. 10821-015).So far there have been molecular weight standards that either contain irregular conductors (e.g. Boehringer V, Boehringer Mannheim, catalog no .: 821 705) or regular ladders with regular fragment length spacings (e.g. 50 bp conductor Gibco BRL, Life Technologies, Catalog No. 10416-014). None of the previous conductors has shorter lengths than 10 bp (e.g. 10 bp head of Gibco BRL, Life Technologies, Catalog No. 10821-015).

Mit den hier beschriebenen Verfahren können gezielt DNA Fragmente verschiedener Länge und definierter Längenabstände hergestellt werden. Diese Fragmente können als Molekulargewichtsstandards genutzt werden, wobei das Verfahren erlaubt, prinzipiell beliebige Längen und beliebige Längenabstände zu realisieren. Insbesondere sind Längenabstände bis hinab zu 1 bp Abstand, also Molekulargewichtsstandards höchster Auflösung, möglich.With the methods described here, DNA fragments of different lengths can be targeted and defined distances between lengths. These fragments can be used as Molecular weight standards are used, the method allowing, in principle, any Realize lengths and any length distances. In particular, length distances are up to down to 1 bp distance, that is, molecular weight standards of the highest resolution.

Das Verfahren beruht darauf, Logomere als Template einer Auslese-PCR zu verwenden, deren Resultat ein Gemisch von DNA Fragmenten definierter Länge und definierter Längenabstände ist. Es basiert auf den bereits beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung und dem Auslesen von Logomeren.The method is based on using logomers as a template for a readout PCR, the result of which is a mixture of DNA fragments of defined length and defined Length distances is. It is based on the inventive method already described for generating and reading out logomers.

DNA Fragmente verschiedener Länge in sehr kurzen, regelmäßigen Abständen können erhalten werden, wenn ein unäres Polymer als Template einer Auslese-PCR mit verschachtelten Primern fungiert. Der 5'-Primer primt in der Start-Sequenz des Polymers. Als gegenläufige 3' Primer fungiert eine Gruppe von Primern, die verschachtelt in dem Elongator ansetzt (in Abb. 17 dargestellt als 3 Ebenen gegeneinander versetzter Primer). Da das Polymer aus Wiederholungen nur eines Elongator-Moleküls besteht, erhält man für n Wiederholungen und m verschachtelte 3' Primer n.m Banden. Das Verfahren funktioniert auch spiegelbildlich mit einem im Ende-Terminator primenden Primer und dementsprechen gegenläufigen 5' Primern. Die erhaltenen Banden können als Molekulargewichtsstandards z. B. in Elektrophoresen eingesetzt werden.DNA fragments of different lengths at very short, regular intervals can be obtained if a unary polymer acts as a template for a readout PCR with nested primers. The 5 'primer primes in the start sequence of the polymer. A 3 'primer acts as an opposing 3' primer, which is nested in the elongator (shown in Fig. 17 as 3 levels of primers offset against each other). Since the polymer consists of repetitions of only one elongator molecule, nm bands are obtained for n repetitions and m nested 3 'primers. The process also works in mirror image with a primer priming in the end terminator and correspondingly opposite 5 'primers. The bands obtained can be used as molecular weight standards e.g. B. used in electrophoresis.

Für hochauflösende Molekulargewichtsstandards ist die Verwendung unärer Logomere und verschachtelter Primer am zweckmäßigsten. Jedoch ist das Verfahren nicht darauf beschränkt, da im Prinzip alle im erfindungsgemäßen Schritt I beschriebenen Grammatiken verwendet werden können.For high resolution molecular weight standards, the use of unary logomers and nested primer most appropriate. However, the procedure is not on that limited, since in principle all grammars described in step I according to the invention can be used.

Unäre Logomere beliebiger Länge können mit einer Grammatik G = (Σ, V, R, S) mit Terminalalphabet Σ: = {0, s, e}, Variablenmenge V: = {A}, Startsymbol S und Regelmenge
R: =
{
S: = sA
A → aA
A → e
}
hergestellt werden. Sollte es nötig sein, unäre Logomere definierter Länge herzustellen, muß dementsprechend die Variablenmenge und damit auch die Zahl der Elongatoren größer gewählt werden (wie z. B. in der Grammatik zur Implementierung eines 1-Byte Alphabets bereits beschrieben). Je nach gewünschter Länge der zu erzeugenden DNA Fragmente kann außerdem die Länge der Algomere variiert werden.
Unary logomers of any length can be written with a grammar G = (Σ, V, R, S) with terminal alphabet Σ: = {0, s, e}, set of variables V: = {A}, start symbol S and rule set
R: =
{
S: = sA
A → aA
A → e
}
getting produced. If it is necessary to produce unary logomers of a defined length, the number of variables and thus the number of elongators must be selected accordingly (as already described in the grammar for implementing a 1-byte alphabet). Depending on the desired length of the DNA fragments to be generated, the length of the algomers can also be varied.

Die so erzeugten Logomere können nach den erfindungsgemäßen Verfahren vereinzelt und vervielfältigt werden.The logomers produced in this way can be separated and be reproduced.

Das Erzeugen von DNA-Fragmenten definierter Länge und definierter Längenabstände erfolgt vorzugsweise mit PCR analog dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Auslesen von Logomeren. Für hochauflösende Molekulargewichtsstandards wird pro Elongator mindestens ein Primer, meistens sogar eine Anzahl mehrerer Primer verwendet, die gegeneinander verschoben sind. Die Anzahl der Primer pro Elongator ist abhängig von den gewünschten Längenabständen. Ist etwa gewünscht, Algomere der Länge 30 bp zu verwenden und sollen die Längen der erzeugten DNA Fragmente jeweils 10 bp Unterschied haben, so sind pro Elongator drei Primer, die jeweils genau 10 bp gegeneinander verschoben sind, eingesetzt werden.DNA fragments of defined length and defined length spacings are generated preferably with PCR analogous to the method according to the invention for reading out Logomeres. For high-resolution molecular weight standards at least one elongator one primer, mostly even a number of several primers used against each other are moved. The number of primers per elongator depends on the desired Length distances. For example, it is desirable to use algomers of length 30 bp the lengths of the DNA fragments generated each have a 10 bp difference, so are pro Elongator three primers, each exactly 10 bp shifted, used become.

Für die Synthese von Sequenzen zur Herstellung von Algomeren und Logomeren müssen die Anforderungen erfüllt werden, die bereits unter Schritt II des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wurden. Insbesondere gewährleistet das verwendete NFR-Verfahren dadurch, daß die jeweils als Template dienenden Teilsequenzen einen gleichen GC-Anteil besitzen können, den Einsatz verschachtelter Primer und die Ausgewogenheit des AT/GC Verhältnisses der erzeugten DNA Fragmente. Letzteres ist insbesondere angesichts dessen entscheidend, daß das Laufverhalten von DNA Fragmenten in der Elektrophorese nicht nur von der Länge, sondern auch von der Zusammensetzung der Fragmente abhängt. Dies gilt insbesondere für hochauflösende Molekulargewichtsstandards in denen es nur sehr geringe Längenabstände gibt.For the synthesis of sequences for the production of algomers and logomers, the Requirements are met that already under step II of the method according to the invention have been described. In particular, the NFR method used ensures that that the partial sequences serving as templates each have the same GC component can, the use of nested primers and the balance of the AT / GC Ratio of DNA fragments generated. The latter is especially so given this crucial that the running behavior of DNA fragments in electrophoresis not only depends on the length, but also on the composition of the fragments. this applies  especially for high resolution molecular weight standards in which there are only very low There are length distances.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung informationstragender Polymere, insbesondere der erfindungsgemäß erhältlichen informationstragenden Polymere, zur Herstellung von Molekulargewichtsstandards.Another object of the present invention is therefore the use information-carrying polymers, in particular those obtainable according to the invention information-bearing polymers, for the production of molecular weight standards.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Herstellung polymerer Datenspeicher:
Die beschriebenen Logomere können als RAM (Lesen und Schreiben) und ROM (nur Lesen) Datenspeicher hoher Kapazität und niedrigen Energieverbrauchs genutzt werden. Um eine möglichst hohe Informationsdichte zu gewährleisten und die Handhabung des Speichers möglichst einfach zu machen, werden die Logomere an einen festen Träger gebunden. Dies gewährleistet, daß die Logomere einzeln adressiert, d. h. einzeln geschrieben, gelesen und gelöscht werden können (siehe Abb. 9).
The methods described above enable, for example, the production of polymeric data storage media:
The described logomers can be used as RAM (read and write) and ROM (read only) data storage of high capacity and low energy consumption. To ensure the highest possible density of information and to make the handling of the memory as easy as possible, the logomers are bound to a solid support. This ensures that the logomers can be addressed individually, ie written, read and deleted individually (see Fig. 9).

Die benötigten Schreib- und Leseoperationen werden auf der Basis der im erfindungsgemäßen Schritt V und der unter Auslesen der in Logomeren enthaltenen Information beschriebenen enzymatischen Reaktionen durchgeführt, die ihrerseits durch Temperaturänderungen gesteuert werden. Die Temperaturänderungen können entweder per Laser oder durch Erhitzen und Abkühlen des festen Trägers z. B. in einem Thermozykler durchgeführt werden.The write and read operations required are based on the im Step V according to the invention and the step of reading out those contained in logomers Information described enzymatic reactions carried out by themselves Temperature changes can be controlled. The temperature changes can either be per Laser or by heating and cooling the solid support z. B. in a thermal cycler be performed.

Zum Schreiben wird eine Modifikation des oben beschriebenen Verfahrens der Symbolpolymerisation verwendet. Die Polymerisation findet an einem festen Träger statt, die Algomere werden durch wiederholte Restriktions-Ligationszyklen miteinander verkettet.For writing, a modification of the above-described method of Symbol polymerization used. The polymerization takes place on a solid support, the Algomers are linked together by repeated restriction ligation cycles.

Um einzelne, adressierbare Speicherzellen herzustellen, werden in bestimmten Abständen einzelsträngige "Ankermoleküle" irreversibel (durch UV-Bestrahlung oder im Ofen) an den Träger gebunden. Der solcherart mit Ankermolekülen versehene Träger kann nun reversibel mit Logomeren beschrieben werden, die in einem Löschvorgang wieder davon entfernt werden können.In order to manufacture individual, addressable memory cells, at certain intervals single-stranded "anchor molecules" irreversibly (by UV radiation or in the oven) to the Carrier tied. The carrier thus provided with anchor molecules can now be reversed be described with logomeres that are removed in a delete process can be.

Bei einem Schreibvorgang werden zuerst spezifische Algomere ("Starter-Algomere") durch Hybridisierung an die Ankermoleküle gebunden. Diese Starter-Algomere sind ihrerseits Ausgangspunkt einer Symbolpolymerisation, bei der weitere Algomere miteinander verkettet werden. Die Verkettung der Algomere erfolgt dabei, abweichend von dem im Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Vorgehen, durch wiederholte Zyklen von Restriktion und Ligation. Bei jedem Zyklus wird das jeweils letzte Algomer einer polymerisierenden Kette mit einem Restriktionsenzym geschnitten, so daß eine einzelsträngige Überhangsequenz (Elongationspunkt) entsteht, an die seinerseits das nächstfolgende Algomer durch Ligation gebunden werden kann. In a writing process, specific algomers ("starter algomers") are carried out first Hybridization bound to the anchor molecules. These starter algomers are in turn Starting point for a symbol polymerization in which further algomers are linked together become. The algomers are linked, in a manner different from that in step V of the Procedure described inventive procedure, by repeated cycles of Restriction and ligation. In each cycle, the last algomer becomes one polymerizing chain cut with a restriction enzyme so that a single-stranded overhang sequence (elongation point), to which in turn the next algomer can be bound by ligation.  

Für den solcherart beschriebenen Schreibvorgang müssen die Algomere ein spezifisches Design aufweisen:
For the writing process described in this way, the algomers must have a specific design:

  • a) Jedes zu schreibende Algomer besitzt eine einzelsträngige Überhangsequenz, mit der es an den Elongationspunkt eines Logomers binden kann.a) Each algomer to be written has a single-stranded overhang sequence with which it can bind to the elongation point of a logomer.
  • b) Ein Algomer, das nur eine einzelsträngige Überhangsequenz besitzt mit der es an einen Elongationspunkt binden kann, selbst aber keine Restriktionsschnittstelle besitzt, durch die es von Restriktionsenzymen erkannt werden kann und damit nicht als Elongationspunkt dienen kann, heißt Ende-Algomer.b) An algomer that has only a single-stranded overhang sequence with which it is attached to one Can bind the elongation point, but does not itself have a restriction interface which it can be recognized by restriction enzymes and therefore not as Elongation point can be called the end Algomer.
  • c) Jedes zu schreibende Algomer, das nicht das Ende-Algomer ist, besitzt ein doppelsträngiges Ende, worin sich die Erkennungssequenz für das jeweils gewählte Restriktionsenzym befindet. Bei einer Restriktion spaltet das Enzym das Algomer, so daß eine einzelsträngige Überhangsequenz entsteht, die ihrerseits selbst wieder als Elongationspunkt dienen kann.c) Every algomer to be written that is not the end algomer has one double-stranded end, in which the recognition sequence for the selected one Restriction enzyme is located. When restricted, the enzyme cleaves the algomer so that a single-stranded overhang sequence is created, which in turn is again as Elongation point can serve.
  • d) Jedes fertige Logomer besitzt genau ein Starter- und ein Ende-Algomer. Starter- und Ende-Algomere sind, entsprechend der oben gegebenen Definition, Terminatoren.d) Each finished logomer has exactly one starter and one end algomer. Starter and End algomers are, according to the definition given above, terminators.
  • e) Die Überhangsequenzen der Algomere sind kompatibel zu einem jeweils gewählten Restriktionsenzym, so daß ein zu verkettendes Algomer an den Elongationspunkt eines Logomers binden kann und der nachfolgend durch Restriktion entstehende Elongationspunkt identisch zu seinem Vorläufer ist.e) The overhang sequences of the algomers are compatible with a selected one Restriction enzyme, so that an algomer to be linked to the elongation point of a Can bind logomers and the subsequent one that results from restriction Elongation point is identical to its predecessor.
  • f) Die im Algomer auf die Überhangsequenz folgende Sequenz ist solcherart gewählt, daß ein verkettetes Algomer durch einen nachfolgenden Restriktionsvorgang nicht wieder abgespalten werden kann.f) The sequence following the overhang sequence in the algomer is chosen such that a chained algomer cannot be restored by a subsequent restriction process can be split off.

Als fester Träger eignen sich Membranen wie Gene Screen Plus (DuPont, Biotechnology Systems, Katalog Nr.: NEF-986 oder NEF-987), Hybond-N (Amersham Life Sciences, Katalog Nr.: RPN 82N oder RPN 137 N), Silizium-, Silicat-Oberflächen oder Glas. Die Ankermoleküle werden jeweils kovalent daran gebunden (UV-Bestrahlung oder Hitze).Membranes such as Gene Screen Plus (DuPont, Biotechnology Systems, catalog no .: NEF-986 or NEF-987), Hybond-N (Amersham Life Sciences, catalog No .: RPN 82N or RPN 137 N), silicon, silicate surfaces or glass. The anchor molecules are each covalently bound to it (UV radiation or heat).

Damit die Moleküle einzeln adressierbar sind, müssen sie in regelmäßigen Abständen auf dem Träger angebracht werden.So that the molecules can be addressed individually, they have to be opened at regular intervals be attached to the carrier.

Als Restriktionsenzyme eignen sich handelsübliche Enzyme, vorzugsweise solche, die nicht bei 65°C deaktiviert werden (z. B. HindIII).Suitable restriction enzymes are commercially available enzymes, preferably those which are not be deactivated at 65 ° C (e.g. HindIII).

Die Schreiboperationen basieren darauf, daß die zum Schreiben verwendeten Enzyme unterschiedliche Temperaturoptima haben. So liegt das Temperaturoptimum der zum Verketten von Symbolen verwendeten Ligase bei 16°C, wohingegen die benötigten Restriktionsenzyme nur bei 37°C funktionieren. Dadurch ist das getaktete Schreiben von Symbolen in Zyklen von Restriktion und Ligation möglich.The write operations are based on the fact that the enzymes used for writing have different temperature optima. So is the temperature optimum for Chain of symbols used ligase at 16 ° C, whereas the required Restriction enzymes only work at 37 ° C. This is the timed writing of Symbols possible in cycles of restriction and ligation.

Da alle Lese- und Schreiboperationen mithilfe von Enzymen durchgeführt werden, ist es nötig, den Träger temperieren zu können. Dabei können, bei der Verwendung eines Thermozyklers und thermomanipulierbaren Materials, alle Speicherzellen simultan derselben Operation unterworfen werden. Alternativ können Speicherzelllen einzeln und unabhängig voneinander zugegriffen werden, wenn ein entsprechend kleiner Schreib-/Lesekopf eingesetzt wird. Dieser Schreib-/Lesekopf muß einerseits als Pipettiervorrichtung für die benötigten Moleküle (Enzyme, Algomere) dienen und andererseits die für eine bestimmte Manipulation benötigte Temperatur erzeugen (z. B. mit Hilfe eines Lasers).Since all read and write operations are performed using enzymes, it is necessary to to be able to temper the carrier. Thereby, when using a thermal cycler and thermo-manipulable material, all memory cells simultaneously in the same operation be subjected. Alternatively, memory cells can be used individually and independently of one another be accessed if a correspondingly small read / write head is used. This  The read / write head must be used as a pipetting device for the required molecules (Enzymes, algomers) and on the other hand those required for a specific manipulation Generate temperature (e.g. using a laser).

Beim Löschvorgang wird ein Logomer durch Denaturierung vom jeweiligen Ankermolekül gelöst. Das Ankermolekül steht danach wieder für einen Schreibvorgang zur Verfügung. Für einen Lesevorgang wird ein Logomer durch Denaturierung von einem Ankermolekül gelöst. Es kann dann nach den erfindungsgemäßen Verfahren ausgelesen werden.During the deletion process, a logomer is created by denaturing the respective anchor molecule solved. The anchor molecule is then available again for a writing process. For During a reading process, a logomer is detached from an anchor molecule by denaturation. It can then be read out using the method according to the invention.

Die beschriebenen Operationen Schreiben, Löschen, Lesen werden durch Enzyme bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt. Dabei können, bei der Verwendung eines thermomanipulierbaren Materials, alle Speicherzellen simultan derselben Operation unterworfen werden. Alternativ können Speicherzelllen einzeln und unabhängig voneinander zugegriffen werden, wenn ein entsprechend kleiner Schreib-/Lesekopf eingesetzt wird. Dieser Schreib-/Lesekopf muß einerseits als Pipettiervorrichtung dienen und andererseits die für eine bestimmte Manipulation benötigte Temperatur erzeugen.The operations described writing, erasing, reading are carried out by enzymes different temperatures. Here, when using a material that can be manipulated thermally, all storage cells simultaneously in the same operation be subjected. Alternatively, memory cells can be used individually and independently of one another be accessed if a correspondingly small read / write head is used. This Read / write head must serve on the one hand as a pipetting device and on the other hand that for one generate certain manipulation required temperature.

Der Vorteil des hier vorgestellten Polymerspeichers besteht gegenüber den bisher verwendeten Materialien in einer höheren Speichendichte (DNA Moleküle haben eine Größe, die bei 10-10 m liegt), und einem sehr viel geringeren Energieverbrauch (zur Berechnung der in enzymatischen Reaktionen benötigten Energie siehe [L. M. Adleman, Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems, Science, 266, 1021-1024, (1994)]). Außerdem ergibt sich eine erheblich verbesserte Umweltverträglichkeit, weil die hier beschriebenen Polymere Biomoleküle ohne jegliche Toxizität sind.The advantage of the polymer memory presented here is that compared to the materials previously used, it has a higher spoke density (DNA molecules have a size of 10 -10 m) and a much lower energy consumption (for the calculation of the energy required in enzymatic reactions, see [LM Adleman, Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems, Science, 266, 1021-1024, (1994)]). In addition, there is a considerably improved environmental compatibility because the polymers described here are biomolecules without any toxicity.

Der hier beschriebene Ansatz hat gegenüber den bisher für das DNA Computing verwendeten wässrigen Lösungen den Vorzug höherer Speichendichte und der Adressierbarkeit einzelner Polymere.The approach described here has compared to those previously used for DNA computing aqueous solutions the advantage of higher spoke density and the addressability of individual Polymers.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein polymerer Datenspeicher, umfassend erfindungsgemäße informationstragende Polymere, erfindungsgemäße Verfahren zur Verknüpfung von Molekülen, erfindungsgemäße Ausleseverfahren oder erfindungsgemäße Isolierungs- und Vervielfältigungsverfahren. Another object of the present invention is therefore a polymeric data storage device, comprising information-carrying polymers according to the invention, methods according to the invention for linking molecules, readout method according to the invention or Isolation and duplication methods according to the invention.  

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Herstellung eines DNA Computers:
Mithilfe der bereits beschriebenen Informationsdarstellung durch Algomere und Logomere kann ein DNA Computer konstruiert werden. Der DNA Computer umfaßt (s. Abb. 10):
The methods described above enable the production of a DNA computer, for example:
A DNA computer can be constructed using the information representation by algomers and logomers already described. The DNA computer includes (see Fig. 10):

  • a) Oligonukleotidsynthesizera) Oligonucleotide synthesizer
  • b) Thermozyklerb) Thermocycler
  • c) Pipettiervorrichtungc) pipetting device
  • d) Vorrichtung zur Isolation von Polymerend) Device for isolating polymers
  • e) Vorrichtung zur Auftrennung von Nukleinsäuren, z. B. Elektrophoresesysteme) Device for the separation of nucleic acids, eg. B. electrophoresis system
  • f) Scannerf) scanner
  • g) Steuerungsrechner (Workstation, z. B. PC)g) control computer (workstation, e.g. PC)

Der DNA Computer ist konstruiert als ein Hybridsystem, bei dem einfache, rechenintensive Algorithmen oder die Speicherung von Daten mithilfe von DNA und den dazu benötigten Geräten (Geräte a) bis e)) vorgenommen werden und ein herkömmlicher Computer (vorzugsweise Workstation, z. B. PC) als Host und Steuerungsrechner dient.The DNA computer is constructed as a hybrid system in which simple, computation-intensive Algorithms or the storage of data using DNA and the necessary Devices (devices a) to e)) are made and a conventional computer (preferably workstation, e.g. PC) serves as host and control computer.

Der DNA Computers beinhaltet mindestens einen Thermozykler, der als "Informationsreaktor" dient und über den Steuerungsrechner gesteuert werden kann (z. B. MJ Research PTC-100, Eppendorf Mastercycler). In den Tubes oder Mikrotiterplatten des Thermozyklers befinden sich Molekülgemische aus Nukleinsäuren, Enzymean und weiteren chemischen Substanzen (z. B. Puffer, Nukleotide), die für die Algomer-Assemblierung (Schritt IV des erfindungsgemäßen Verfahrens) und die Symbolpolymerisation (Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens) benötigt werden. Programmiert wird der DNA Computer durch die Implementierung von Algorithmen als Grammatiken (Schritt I des erfindungsgemäßen Verfahrens). Die für dlie Grammatiken jeweils benötigten Monomersequenzen werden durch das NFR-Verfahren und die Benutzung eines Oligonukleotidsynthesizers (z. B. ABI 392, ABI 398, ABI 3948 von Perkin-Elmer Applied Biosystems) hergestellt (Schritte II und III des erfindungsgemäßen Verfahrens). Diese Monomersequenzen gehen als Input in den Thermozykler ein, in dem die Algomer- Assemblierung (Schritt IV des erfindungsgemäßen Verfahrens) stattfindet.The DNA computer contains at least one thermal cycler, which acts as an "information reactor" serves and can be controlled via the control computer (e.g. MJ Research PTC-100, Eppendorf Mastercycler). Located in the tubes or microtiter plates of the thermal cycler Molecular mixtures of nucleic acids, enzymes and other chemical substances (e.g. buffers, nucleotides) which are necessary for the algomer assembly (step IV of the inventive method) and the symbol polymerization (step V of inventive method) are required. The DNA computer is programmed by implementing algorithms as grammars (step I of the inventive method). The one required for each grammar Monomer sequences are generated by the NFR method and the use of a Oligonucleotide synthesizers (e.g. ABI 392, ABI 398, ABI 3948 from Perkin-Elmer Applied Biosystems) produced (steps II and III of the method according to the invention). This Monomer sequences are used as input in the thermocycler in which the algomer Assembly (step IV of the method according to the invention) takes place.

Die so gewonnenen Algomere werden in eine oder mehrere Reaktionskammern des Thermozyklers überführt, wo sie zu Logomeren verknüpft werden (Symbolpolymerisation, Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens). Die so gewonnen Logomere werden in einer eigenen Vorrichtung isoliert und vervielfältigt. Diese Vorrichtung kann nach den Prinzipien arbeiten, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind. Nach Isolierung und Vervielfältigung können die Logomere gelesen werden. Dazu werden sie wiederum in einem Thermozykler erfindungsgemäß ausgelesen. Die aus dem Ausleseverfahren resultierenden Nukleinsäurefragmente können, wie bereits beschrieben, durch Gelelektrophorese gelesen werden. Hier dient das Gelelektrophoresegerät als Ausgabegerät des DNA Computers, die solcherart erhaltenen Bandenmuster werden von einem Scanner in den Steuerungsrechner eingelesen. The algomers thus obtained are placed in one or more reaction chambers of the Thermocycler transferred where they are linked to logomeres (symbol polymerization, Step V of the method according to the invention). The logomers obtained in this way are stored in one own device isolated and reproduced. This device can operate on the principles work that have been described in the inventive method. After isolation and reproduction, the logomeres can be read. To do this, they will turn in read out a thermocycler according to the invention. Those from the selection process resulting nucleic acid fragments can, as already described, by Gel electrophoresis can be read. Here the gel electrophoresis device serves as an output device of the DNA computer, the band patterns obtained in this way are scanned in by a scanner read the control computer.  

Der Steuerungsrechner nimmt jetzt seinerseits aufgrund der solcherart erhaltenen Ergebnisse weitere Berechnungen und Steuerungen vor und setzt ggfs. weitere molekulare Reaktionen in Gang. Z. B. kann der Steuerungscomputer aufgrund erhaltener Ergebnisse die Neuimplementierung von Grammatiken (Herstellung von Oligomeren mit dem NFR- Verfahren) veranlassen. Auf diese Weise können die durch molekulare Verfahren als Logomere erhaltenen Informationen nicht nur als passive Daten sondern auch als Instruktionen (und Adressen) dienen. Dadurch ist ein sich selbst steuernder Prozeß verschiedener Algorithmen möglich, der für eine universelle Datenverarbeitung nötig ist.The control computer in turn now takes on the basis of the results obtained in this way further calculations and controls and, if necessary, implements further molecular reactions in Gear. For example, the control computer can use the results obtained New implementation of grammars (production of oligomers with the NFR- Procedure). In this way, the by molecular methods as Logomeres receive information not only as passive data but also as Instructions (and addresses) serve. This is a self-governing process different algorithms possible, which is necessary for universal data processing.

Der DNA Computer verarbeitet dabei Informationen als Oligo- und Polymere. Als Speicherzellen der Daten dienen Klonierungsvektonen (Plasmide), die sich in flüssiger Lösung oder auf einem festen, adressierbaren Träger befinden.The DNA computer processes information as oligo- and polymers. As Data storage cells are used for cloning vectons (plasmids) that are in liquid solution or are on a solid, addressable carrier.

Der DNA Computer ist wie oben beschrieben mittels Grammatiken programmierbar und kann von einem herkömmlichen Computer, der als Steuerungsrechner und Host-System fungiert, gesteuert werden. Da der DNA Computer bestimmte Operationen in molaren Größenordnungen (z. B. die Symbolpolymerisation, wie in Schritt V des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, in 1012-1020 Elementaroperationen pro Sekunde) vornehmen kann, ist eine mögliche Anwendung die Berechnung einfacher, rechenintensiver Algorithmen. Jedoch kann der DNA Computer auch für andere Anwendungen, z. B. die Erzeugung bestimmter, regelmäßiger DNA Strukturen, die z. B. innerhalb der Nanotechnologie interessant sind, verwendet werden.The DNA computer is programmable as described above using grammars and can be controlled by a conventional computer, which acts as a control computer and host system. Since the DNA computer can perform certain operations in molar orders of magnitude (e.g. symbol polymerization, as described in step V of the method according to the invention, in 10 12 -10 20 elementary operations per second), one possible application is the calculation of simple, computationally intensive algorithms. However, the DNA computer can also be used for other applications, e.g. B. the generation of certain, regular DNA structures z. B. are interesting within nanotechnology can be used.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein DNA-Computer, umfassend erfindungsgemäße informationstragende Polymere. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein DNA-Computer, in dem ein erfindungsgemäßes Ausleseverfahren und/oder erfindungsgemäße Isolierungs- und Vervielfältigungsverfahren eingesetzt werden.Another object of the present invention is therefore a DNA computer comprising Information-bearing polymers according to the invention. Another subject of The present invention is a DNA computer in which an inventive Selection method and / or isolation and duplication method according to the invention be used.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen beispielsweise die Herstellung kleinster molekularer Strukturen mit Logomeren:
Mit den hier beschriebenen Logomeren lassen sich kleinste molekulare Strukturen (Nanostrukturen) herstellen. Bausteine solcher Strukturen sind Algomere, die zu regelmäßigen Mustern von Logomeren zusammengefügt werden können. Z. B. können verschiedene Algomere mit unterschiedlichen Fremdmolekülen (Liganden) dotiert werden, um regelmäßige, höhermolekulare Muster der jeweiligen Liganden zu erhalten. Die Logomere fungieren dabei als "Skelett" molekularer Baugruppen von Liganden.
The processes described above enable, for example, the production of the smallest molecular structures with logomers:
With the logomers described here, the smallest molecular structures (nanostructures) can be produced. The building blocks of such structures are algomers, which can be combined to form regular patterns of logomers. For example, different algomers can be doped with different foreign molecules (ligands) in order to obtain regular, high molecular weight patterns of the respective ligands. The logomers act as a "skeleton" of molecular assemblies of ligands.

Z. B. könnte ein binäres Logomer alternierende Muster leitfähiger und nicht-leitfähiger Liganden enthalten. Durch die Anordnung vieler Logomere auf einem festen Träger können so Leiterbahnen im Nanometerbereich entstehen. For example, a binary logomer could alternate patterns more conductive and non-conductive Contain ligands. By arranging many logomers on a solid support this creates conductor tracks in the nanometer range.  

Als Liganden können aber auch Biomoleküle, Antikörper, optisch aktive Moleküle o.a. verwendet werden.Biomolecules, antibodies, optically active molecules or the like can also be used as ligands. be used.

Logomere können als "intelligenter" Klebstoff eingesetzt werden (siehe Abb. 18). Dabei macht man sich die Hybridisierung komplementärer Nukleotide zunutze. Bringt man auf die zu verklebenden Flächen Logomere auf, die etwa kovalent an die zu verklebenden Flächen gebunden werden, so können ansonsten völlig identische Flächen nur dann verkleben, wenn sie komplementäre Sequenzen aufweisen, da nur jeweils Flächen komplementärer Nukleinsäuren Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Die "Intelligenz" des Klebstoffes besteht also in einer durch die jeweils verwendeten Sequenzen hochselektiven Adhäsionswirkung. Dabei kann auch die Adhäsionsstärke für zu verklebende Flächen genau eingestellt werden: Zum einen kann über die Dichte der Logomere auf den jeweiligen Flächen deren Adhäsionsstärke eingestellt werden, zum anderen kann über das AT/GC Verhältnis der Logomere deren Schmelzpunkt variiert werden, so daß verklebte Flächen bei unterschiedlichen Temperaturen ihre Adhäsion verlieren. Aufgrund der Tatsache, daß hier unschädliche, leicht abbaubare Biomoleküle als Klebstoff verwendet werden, können derartige Klebstoffe auch zur medizinische Verwendung (z. B. Chirurgie, Mikrochirugie) eingesetzt werden. Eine andere Verwendung ist die Nutzung des beschriebenen Verfahrens in Hochpräzisions- und Authentifizierungsanwendungen.Logomeres can be used as an "intelligent" adhesive (see Fig. 18). The hybridization of complementary nucleotides is used here. If logomers are applied to the surfaces to be bonded, which are covalently bound to the surfaces to be bonded, otherwise completely identical surfaces can only be bonded if they have complementary sequences, since only surfaces of complementary nucleic acids form hydrogen bonds. The "intelligence" of the adhesive therefore consists in a highly selective adhesive effect due to the sequences used in each case. The adhesive strength for surfaces to be bonded can also be set precisely: on the one hand, the density of the logomers on the respective surfaces can be used to set their adhesive strength, and on the other hand, the melting point can be varied via the AT / GC ratio of the logomers, so that bonded surfaces lose their adhesion at different temperatures. Due to the fact that harmless, easily degradable biomolecules are used as an adhesive, such adhesives can also be used for medical use (e.g. surgery, micro-surgery). Another use is the use of the described method in high-precision and authentication applications.

Versetzt man die zur Herstellung von Logomeren verwendeten Algomeren mit Sequenzen zur Bindung von Liganden, so können stärkere Adhäsionswirkungen erreicht werden. Solche Liganden können im Falle von DNA DNA-bindenden Proteinen, z. B. spezifische, gegen DNA- Sequenzen gerichtete Antikörper sein. Diese können z. B. jeweils über einen weiteren Liganden untereinander verbunden werden (siehe Abb. 19). Eine einfache, nicht­ programmierbare Adhäsionswirkung kann auch ohne Logomere erreicht werden, wenn die verwendeten Proteine (z. B. Antikörper) ihrerseits an die zu verklebenden Flächen binden können (wie z. B. Antikörper, wenn die zu verklebende Fläche ihr Antigen ist). Siehe dazu auch Abb. 20. Einfachere Klebstoffe sind möglich, wenn, an bestimmte Flächen spezifisch bindende, Proteine gentechnisch hergestellt werden.If the algomers used for the production of logomers are mixed with sequences for binding ligands, stronger adhesion effects can be achieved. Such ligands can in the case of DNA DNA binding proteins, e.g. B. specific antibodies against DNA sequences. These can e.g. B. can be connected to each other via another ligand (see Fig. 19). A simple, non-programmable adhesive effect can also be achieved without logomers if the proteins used (e.g. antibodies) can in turn bind to the surfaces to be bonded (such as antibodies if the surface to be bonded is their antigen). See also Fig. 20. Simpler adhesives are possible if proteins that bind specifically to certain surfaces are genetically engineered.

Mit Logomeren können Oberflächen unterschiedlichster Struktur und unterschiedlichster physikalischer Eigenschaften hergestellt werden. Den Anwendungen ist gemein, daß sich mit den Logomeren nahezu beliebige Muster im Nanometerbereich bilden lassen, die das Skelett kleinster molekularer Bauelemente sein können.With logomeres, surfaces of the most varied structure and most varied can be created physical properties are produced. The applications have in common that with let the logomer form almost any pattern in the nanometer range that the skeleton smallest molecular devices can be.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung informationstragender Polymere, insbesondere der erfindungsgemäß erhältlichen informationstragenden Polymere, zur Herstellung oder Bearbeitung kleinster molekularer Strukturen oder als molekularer Kleber. Another object of the present invention is therefore the use information-carrying polymers, in particular those obtainable according to the invention information-bearing polymers, for the manufacture or processing of the smallest molecular Structures or as molecular glue.  

Referenzen credentials

Patente Patents

VeröffentlichungenPublications

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Claims (31)

1. Verfahren zur Herstellung von informationstragenden Polymeren, das umfaßt,
  • A) eine reguläre Grammatik G = (Σ, V, R, S) mit einem endlichen Terminalalphabet Σ, einer endlichen Variablenmenge V, einer endlichen Regelmenge R und einem Startsymbol S zu definieren;
  • B) das NFR-Verfahren (Niehaus-Feldkamp-Rauhe-Verfahren) zur Herstellung von Monomersequenzen;
  • C) mit dem NFR-Verfahren eine in Schritt I definierte Grammatik zu implementieren, indem damit Monomersequenzen hergestellt werden, die die Regelmenge R einer Grammatik G eindeutig darstellen;
  • D) aus den in Schritt III hergestellten Monomersequenzen für jede Regel der Regelmenge R von G ein die Regel repräsentierendes Oligomer zusammenzusetzen;
  • E) die in Schritt IV zusammengesetzten Oligomere zu informationstragenden Polymeren zu verknüpfen.
1. A process for the preparation of information-bearing polymers which comprises
  • A) to define a regular grammar G = (Σ, V, R, S) with a finite terminal alphabet Σ, a finite set of variables V, a finite set of rules R and a start symbol S;
  • B) the NFR process (Niehaus-Feldkamp-Rauhe process) for the production of monomer sequences;
  • C) using the NFR method to implement a grammar defined in step I by producing monomer sequences which uniquely represent the rule set R of a grammar G;
  • D) from the monomer sequences prepared in step III for each rule of the rule set R of G an oligomer representing the rule;
  • E) to link the oligomers assembled in step IV to form information-carrying polymers.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Terminalalphabet Σ einer Grammatik G die Terminale 0, 1, n Startterminale s (s0, s1, . . ., sn) und m Endterminale e (e0, e1, . . ., em), enthält, wobei n und m jeweils größer oder gleich 0 sind und eine natürliche Zahl darstellen.2. The method according to claim 1, characterized in that the terminal alphabet Σ a grammar G, the terminals 0, 1, n start terminals s (s 0 , s 1 ,..., S n ) and m end terminals e (e 0 , e 1 ,..., e m ), where n and m are each greater than or equal to 0 and represent a natural number. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt III konstruierte Monomersequenz Nukleotide, insbesondere Ribonukleotide, besonders bevorzugt Desoxyribonukleotide umfaßt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in step III constructed monomer sequence nucleotides, especially ribonucleotides, especially preferably comprises deoxyribonucleotides. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt III konstruierte Monomersequenz Proteinerkennungssequenzen (z. B. Restriktionsschnittstellen, Proteinbindungsstellen, Stopcodons) umfaßt.4. The method according to claim 3, characterized in that the constructed in step III Monomer sequence Protein recognition sequences (e.g. restriction sites, Protein binding sites, stop codons). 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Synthese der Monomersequenzen in Schritt II und III in vitro, vorzugsweise mittels eines Oligonukleotid-Synthezisers vornimmt. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the synthesis of the monomer sequences in step II and III in vitro, preferably by means of a Oligonucleotide synthesizer.   6. Verfahren zur Isolierung und Vervielfältigung von informationstragenden Polymeren, die nach einem der vorhergehenden Ansprüche erhalten wurden, dadurch gekennzeichnet, daß man in Schritt V erhaltene informationstragende Polymere in Klonierungsvektoren ligiert, kompetente Zellen mit diesen Vektoren transformiert und die erfolgreich transformierten Bakterien anhand von Selektionsmarkern selektioniert.6. Process for the isolation and duplication of information-carrying polymers, the were obtained according to one of the preceding claims, characterized in that ligating information-carrying polymers obtained in step V into cloning vectors, competent cells transformed with these vectors and the successfully transformed Bacteria selected using selection markers. 7. Verfahren zum Auslesen von Information aus informationstragenden Polymeren, die nach einem der vorhergehenden Ansprüche erhalten oder isoliert und vervielfältigt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß man
  • a) mindestens n-1 das informationstragende Polymer enthaltende Lösungen mit jeweils einem Paar gegenläufiger Primer versetzt, wobei n für die Zahl der als Elongatoren in dem Polymer enthaltenen Oligomere steht;
  • b) mindestens n-1 PCR-Ansätze durchführt, wobei n für die Zahl der als Elongatoren in dem Polymer enthaltenen Oligomere steht und jeweils ein Primer eines jeden Paares in dem dem Elongator gegenüberliegenden Terminator primt und der andere Primer in dem Elongator selbst primt;
  • c) die aus der PCR erhaltenen Polymer-Fragmente nach ihrer Länge durch Elektrophorese auftrennt und
  • d) das aus der Elektrophorese erhaltene Muster optisch ausliest.
7. A method for reading information from information-carrying polymers, which have been obtained or isolated and reproduced according to one of the preceding claims, characterized in that
  • a) at least n-1 solutions containing the information-carrying polymer are each mixed with a pair of opposing primers, where n stands for the number of oligomers contained in the polymer as elongators;
  • b) carries out at least n-1 PCR runs, where n stands for the number of oligomers contained as elongators in the polymer and one primer of each pair primes in the terminator opposite the elongator and the other primer primes in the elongator itself;
  • c) the polymer fragments obtained from the PCR are separated according to their length by electrophoresis and
  • d) optically reads the pattern obtained from electrophoresis.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen in Schritt d) automatisiert durch einen Scanner oder eine Sequenziermaschine erfolgt.8. The method according to claim 7, characterized in that the reading in step d) automated by a scanner or a sequencing machine. 9. Informationstragendes Polymer, erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 6.9. Information-carrying polymer, obtainable according to one of claims 1 to 6. 10. Zufallszahlengenerator, umfassend informationstragende Polymere, insbesondere Polymere nach Anspruch 9.10. random number generator, comprising information-carrying polymers, in particular Polymers according to claim 9. 11. Polymerer Datenspeicher, umfassend informationstragende Polymere nach Anspruch 9.11. A polymer data storage device comprising information-carrying polymers according to claim 9. 12. DNA-Computer, umfassend informationstragende Polymere nach Anspruch 9.12. DNA computer, comprising information-carrying polymers according to claim 9. 13. Verwendung von informationstragenden Polymeren nach Anspruch 9 zur Herstellung von Molekulargewichtsstandards. 13. Use of information-carrying polymers according to claim 9 for the production of Molecular weight standards.   14. Verwendung von informationstragenden Polymeren nach Anspruch 9 zur Darstellung von Datenstrukturen.14. Use of information-carrying polymers according to claim 9 for the representation of Data structures. 15. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 als Marker oder Signaturen.15. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 as markers or signatures. 16. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Qualitätssicherung.16. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of quality assurance. 17. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Fälschungssicherung.17. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of preventing counterfeiting. 18. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Kennzeichnung gentechnischer Erzeugnisse.18. Use of information-carrying polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of labeling genetic engineering products. 19. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Kennzeichnung von Lebensmitteln.19. Use of information-bearing polymers, in particular polymers according to Claim 9 for the purpose of labeling food. 20. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Kennzeichnung von Organismen.20. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of labeling organisms. 21. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Kennzeichnung chemischer Erzeugnisse.21. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of labeling chemical products. 22. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Kennzeichnung medizinischer und pharmazeutischer Erzeugnisse. 22. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of labeling medical and pharmaceutical Products.   23. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Kennzeichnung von Dokumenten.23. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of marking documents. 24. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Kennzeichnung von Geld.24. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of labeling money. 25. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Kennzeichnung von Gegenständen und Maschinen.25. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of labeling objects and machines. 26. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Kennzeichnung von Flüssigkeiten, Lösungen, Suspensionen oder Emulsionen.26. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of labeling liquids, solutions, suspensions or emulsions. 27. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zur Verschlüsselung von Information.27. Use of information-carrying polymers, in particular of polymers Claim 9 for encryption of information. 28. Verwendung von informationstragenden Polymeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 zum Zwecke der Authentisierung von Personen und Gegenständen.28. Use of information-bearing polymers, in particular of polymers Claim 9 for the purpose of authenticating people and objects. 29. Verwendung von informationstragenden Polymeeren, insbesondere von Polymeren nach Anspruch 9 als molekulare Kleber.29. Use of information-carrying polyesters, in particular polymers Claim 9 as a molecular adhesive. 30. Verwendung von informationstragenden Polynneren nach Anspruch 9 zur Herstellung oder Bearbeitung kleinster molekularer Strukturen.30. Use of information-carrying polymers according to claim 9 for the production or processing of the smallest molecular structures. 31. Verwendung von informationstragenden Polymeren nach Anspruch 9 zur Qualitätskontrolle synthetisch hergestellter Oligonukleotide.31. Use of information-carrying polymers according to claim 9 for Quality control of synthetically produced oligonucleotides.
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