DE3505287C2 - Verbesserte Nucleinsäure-Reagenzien und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Verbesserte Nucleinsäure-Reagenzien und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft verbesserte Nucleinsäure-Reagenzien,
die mindestens eine Reihe von Nucleinsäure-Fragmenten enthalten, und
Zusammenstellungen solcher verbesserter Reagenzien. Außer
dem betrifft die Erfindung gentechnologische Herstellungs
verfahren der Nucleinsäure-Reagenzien, die mindestens eine Reihe von
Klonen enthalten, und DNA-Rekombinationsverfahren zur Her
stellung von Kombinationen solcher Nucleinsäure-Reagenzien.
Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung der Nuclein
säure-Reagenzien zur Identifizierung von Nucleinsäuren durch
Hybridisierungs-Verfahren.
Verschiedene Hybridisierungs-Verfahren wurden bereits für
die Identifizierung und die Untersuchung von Nucleinsäuren
angewendet. Einige Beispiele sind die direkten Hybridisie
rungs-Verfahren, bei denen die die zu identifzierende Nuclein
säure enthaltende Probe entweder in einer Lösung (Brautigam
et al., J. Clin. Microbiol. 12, 226-234 (1980) und
GB-OS 20 19 408) oder an einen festen Träger gebunden vor
liegt (US-PSen 41 39 346, 43 02 204, 43 58 535, 43 95 486,
GB-OSen 20 34 323, 20 95 833, EP-A-62 286,
62 237 und 61 740) und mit einem markierten Nucleinsäure-
Reagenz nachgewiesen wird, das mit der zu identifizierenden
Nucleinsäure hybridisiert.
Zu weiteren bekannten Hybridisierungs-Verfahren gehören das
zweistufige "Sandwich"-Hybridisierungs-Verfahren von Dunn
und Hassell (Cell 12, 23-36 (1977)) und die einstufigen
"Sandwich"-Hybridisierungs-Verfahren der EP-A-79 139. Bei
der Identifizierung von Nucleinsäuren durch die "Sandwich"-
Verfahren werden zwei getrennte Nucleinsäure-Reagenzien
zum Nachweis der Nucleinsäuren in der Probenlösung benötigt.
Eines dieser Reagenzien ist an ein festes Trägermaterial ge
bunden, das andere ist markiert. Sowohl die Nucleinsäure-
Reagenzien, die an das feste Trägermaterial gebunden sind,
als auch die, die markiert sind, sind dadurch gekennzeich
net, daß ihre Nucleotidsequenz komplementär oder nahezu komplementär zu der
der zu identifizierenden Nucleinsäure ist, d. h. sie ist homolog.
Die verwendeten Nucleinsäure-Reagenzien sind entweder natür
liche Nucleinsäuren oder Fragmente von diesen. Die Fragmente
werden beispielsweise mit Restriktionsenzymen hergestellt.
Nucleinsäure-Reagenzien wurden auch bereits synthetisch oder
mit Hilfe von DNA-Rekombinations-Verfahren hergestellt.
Auch natürliche Plasmide (US-PS 43 58 535), Nucleinsäuren
aus Bakteriophagen (US-PS 45 43 535), Ribosomale-RNA und
Boten-RNA (US-PS 3 02 204) oder Nucleinsäuren aus verschie
denen Viren (Stålhandske et al., curr. top. Microbiol.
Virol. 104 (1983)) wurden bereits als Nucleinsäure-Reagen
zien verwendet. Das gesamte Virus-Genom wurde beispielswei
se bereits zur Identifizierung der Anteile verschiede
ner Viren in der mRNA eines Hybrid-Virus verwendet (Dunn
und Hassell, Cell 12, 23-36 (1977)). Ebenso wurden Nu
cleinsäure-Reagenzien bereits mit DNA-Rekombinationsver
fahren hergestellt (US-PS 43 95 486 und 43 95 535, EP-A-
79 139 und GB-OS 20 34 323 sowie EP-A-62 286). Mit DNA-
Rekombinations-Verfahren hergestellte Nucleinsäure-Rea
genzien wurden entweder als definierte, aus dem Vektor
herausgeschnittene und von dessen DNA abgetrennte DNA-Frag
mente oder als rekombinante DNA-Moleküle, also verbunden mit
verschiedenen Vektoren, hergestellt. Die im Stand der Technik
verwendeten, mit DNA-Rekombinations-Verfahren hergestellten
Nucleinsäure-Reagenzien bestehen aus einem kontinuierlichen,
zur Identifizierung verwendeten Nucleinsäure-Fragment oder aus
verschiedenen getrennten Klonen.
Erfindungsgemäß wurden neue, empfindlichere Nucleinsäure-
Reagenzien entwickelt, die mindestens eine "Reihe" von Nu
cleinsäure-Fragmenten enthalten, die aus zu der zu iden
tifizierenden Nucleinsäure homologen DNA-Segmenten gewonnen
werden. Aus verschiedenen zu der zu identifizierenden Nuclein
säure homologen DNA-Sequenzen gewonnene Reihe von Fragmen
ten können zu einer "Serie" zusammengestellt werden, wobei
die einzelnen Fragmente ganz oder zum Teil miteinander ver
bunden werden können. Das Nucleinsäure-
Reagenz der Erfindung enthält mindestens zwei derartige Serien, wobei
die Fragmente der Serien nicht miteinander hybridisieren.
Nucleinsäure-Reagenzien, die solche Reihen von Nucleinsäu
re-Fragmenten enthalten, sind bei "Sandwich"-Hybridisie
rungs-Verfahren mindestens doppelt so empfindlich wie die
im Stand der Technik verwendeten Nucleinsäure-Reagenzien.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Nucleinsäure-Reagenzien
oder ihrer Kombinationen ist es möglich, geringere Nuclein
säure-Mengen als früher nachzuweisen und sie sind besonders
gut für "Sandwich"-Hybridisierungs-Verfahren geeignet.
Die höhere Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Nuclein
säure-Reagenzien bei "Sandwich"-Hybridisierungs-Verfahren
beruht teilweise darauf, daß die Verwendung verschiedener
Sondenmoleküle die Menge der markierten Hybride auf dem fe
sten Trägermaterial erhöht. Jedes hybridisierende Sonden
molekül kann auch vom Vektor abgeleitete markierte Nuclein
säure enthalten (Fig. 1 und 2). In Fig. 1 und 2 ist Vektor-
DNA mit v gekennzeichnet, die zu identifizierende
Nucleinsäure mit x, die markierte Probe mit b, das an das
feste Trägermaterial gebundene identifizierende Nuclein
säure-Reagens mit a und der Filter mit F. Wenn mehrere Son
denmoleküle verwendet werden, steigt die Menge markierter,
vom Vektor abgeleiteter Nucleinsäure-Anteile und mehr Mar
kierung wird an die sich bildenden Hybride gebunden. Deshalb
sind die Hybride leichter nachzuweisen.
Wenn die Reihe der erfindungsgemäßen Nucleinsäure-Fragmente
bei "Sandwich"-Hybridisierungs-Verfahren verwendet wird, werden
mindestens zwei oder, wie in Fig. 1 abgebildet, drei identi
fizierende Nucleinsäure-Fragmente an das feste Trägermaterial
gebunden. Je nach Ausmaß der Reaktion können in diesem Fall
verschiedene Bereiche des nachzuweisenden Nucleinsäure-Stran
ges x an die an das feste Trägermaterial gebundenen Nuclein
säure-Fragmente, beispielsweise a₁, a₂ und a₃, an einem oder
mehreren Stellen hybridisieren. Wenn die Reaktion ihr End
stadium erreicht, kann eine Situation, wie sie in Fig. 1 be
schrieben ist, vorliegen. Dabei bildet der nachzuweisende
Strang eine oder mehrere Schleifen an die ein oder mehrere
Sondenmoleküle hybridisieren, in Fig. 1 sind dies beispiels
weise b₁ und b₂. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Entfernung
von vom Vektor abgeleiteten Nucleinsäure-Bereichen vom Hy
bridisierungs-Verbindungs-Punkt (1) (Fig. 1) ab und das Hy
brid ist stabiler als ein aus einem Reagenz-Paar gebildetes
(Stand der Technik, Fig. 2). Das einzelne Reagenz-Paar-
Hybrid hat dabei die gleiche Größe wie der Gesamtbereich der
Reihe von Nucleinsäure-Fragmenten. Die Vektorbereiche des
aus einem Reagenz-Paar gebildeten Hybrids werden beispiels
weise durch mechanische Beanspruchung (z. B. Schütteln) leicht
zerstört. Dabei wird die bereits an das Hybrid gebundene Mar
kierung freigesetzt.
Da die verbesserten erfindungsgemäßen Nucleinsäure-Reagen
zien empfindlicher sind als die im Stand der Technik ver
wendeten Nucleinsäure-Reagenzien, sind sie zum Nachweis von
Chromosomen-Umlagerungen und von Erbkrankheiten geeignet.
Die vorliegende Erfindung betrifft Nucleinsäure-Reagenzien
aus mindestens einer Reihe von Nucleinsäure-Fragmenten, ihre Kombina
tionen, ihre Herstellung und ihre Verwendung zum Nachweis
von Nucleinsäuren bei Hybridisierungs-Verfahren.
Die Beispiele und Zeichnungen erläutern die Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Reihe von "Sandwich"-Hybriden.
Fig. 2 zeigt ein "Sandwich"-Hybrid, das aus dem Stand der
Technik bekannt ist,
Fig. 3 zeigt die Bereiche von alternierenden Abschnitten
einer Nucleinsäure, die für die Herstellung von
zwei Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten (für zwei
verschiedene Serien) ausgewählt wurde.
Fig. 4 zeigt die entsprechenden Bereiche von Abschnitten
für die Herstellung von drei Reihen von Nucleinsäure-
Fragmenten (für drei verschiedene Serien).
Fig. 5 zeigt die in Fig. 3 beschriebenen Reihen von Nu
cleinsäure-Fragmenten, die getrennt (a), miteinan
der verbunden (b) und sowohl getrennt als auch mit
einander verbunden (c) vorliegen.
Fig. 6 zeigt verschiedene Ausführungen von "Sandwich"-
Hybriden.
Fig. 6a zeigt ein "Sandwich"-Hybrid, das bei der Verwendung
getrennter b-Fragmente entsteht,
Fig. 6b zeigt ein "Sandwich"-Hybrid, das bei Verwendung ver
bundener b-Fragmente entsteht und
Fig. 6c zeigt ein "Sandwich"-Hybrid, das bei Verwendung so
wohl getrennter als auch verbundener b-Fragmente ent
steht.
Fig. 7 zeigt eine aus drei Reihen bestehende Serie von
Nucleinsäure-Fragmenten zur Identifizierung verschie
dener Nucleinsäuren.
Fig. 8 zeigt "Sandwich"-Hybride, die bei Verwendung der in
Fig. 7 beschriebenen, verschiedene Nucleinsäuren
identifizierenden Serie von Nucleinsäure-Fragmenten
entstehen.
Fig. 9 zeigt Hybride, die bei direkter Hybridisierung ent
stehen.
Fig. 10 zeigt das rekombinante Plasmid pKTH 1220.
Fig. 11 zeigt ein "Sandwich"-Hybrid, das bei Verwendung
einer Reihe von Nucleinsäure-Fragmenten aus dem re
kombinanten Plasmid pKTH 1220 entsteht.
Fig. 12 zeigt das rekombinante Plasmid pKTH 1271.
Fig. 13 zeigt ein "Sandwich"-Hybrid, das bei der Verwendung
von Nucleinsäure-Fragmenten des rekombinanten Plas
mids pKTH H1271 entsteht.
Die Erfindung betrifft Nucleinsäure-Reagenzien, welche mindestens eine
Reihe von Nucleinsäure-Fragmenten enthalten. Vorzugsweise umfas
sen die Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten mindestens zwei, vor
zugsweise jedoch mehrere (bis zu zwanzig), alternierende
Nucleinsäure-Fragmente, die sich von einer oder mehreren
Nucleinsäuren ableiten, welche homolog genug zur zu identi
fizierenden Nucleinsäure sind. Dabei erhält man mindestens
zwei Serien alternierender Reihen von Nucleinsäure-Fragmen
ten, die nicht zueinander homolog sein dürfen.
Die Reihen von Nucleinsäure-Reagenzien können synthetisch
hergestellt werden. In diesem Fall dürfen die Fragmente der
beiden alternierenden Serien von Reihen von Nucleinsäure-
Fragmenten nicht miteinander homolog sein. Sie müssen jedoch
ausreichend homolog zu alternierenden Bereichen in den zu
identifizierenden Nucleinsäuren sein. Diese Fragmente kön
nen leicht durch vollautomatische Maschinen nach der Charak
terisierung der Nucleinsäure-Sequenz der zu identifizieren
den Nucleinsäure hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Nucleinsäure-Reagenzien setzen sich
aus einzelnen oder miteinander verbundenen oder sowohl aus
einzelnen und miteinander verbundenen Reihen von Nuclein
säure-Fragmenten zusammen. Die einzelnen oder miteinander ver
bundenen Nucleinsäure-Fragmente, die Reihen und/oder die
Serien von Nucleinsäure-Fragmenten können in einen Vektor
eingebaut sein, können Teile von Vektoren umfassen oder kön
nen ohne jegliche Vektor-Bereiche vorliegen.
Die verwendeten Nucleinsäure-Fragmente haben eine Mindest
länge von 15 Nucleotiden. Für die Länge gibt es keine obere
Grenze, vorzugsweise werden jedoch Fragmente mit einer Länge
von 20 bis 5000 Nucleotiden verwendet. Die erfindungsgemäßen
Nucleinsäure-Fragmente werden entweder vom zu identifizie
renden Genom oder von einem Teil des Genoms abgeleitet, bei
spielsweise von einem verhältnismäßig großen Clon, der einen
gewissen Teil des Genoms repräsentiert. Die erfindungsgemäßen
Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten können somit aus verschie
denen unabhängigen genomischen Bereichen hergestellt werden,
die nicht direkt benachbart sind. Die so hergestellten Rei
hen von Nucleinsäure-Fragmenten werden kombiniert und für
dasselbe Reagenz verwendet. Die Reihen von Nucleinsäure-
Fragmenten können ebenso aus DNA isoliert werden, die nicht
identisch, jedoch
ausreichend homolog mit der zu identifizierenden Nuclein
säure ist, so daß stabile Hybride zwischen dem Reagenz und
der zu identifizierenden Nucleinsäure gebildet werden. Die
Herstellung geeigneter Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten
ist nicht auf die Isolierung geeigneter Nucleinsäure-Frag
mente des Genoms beschränkt. Es gibt viele ebensogut geeig
nete Verfahren zur Herstellung solcher Reihen von Fragmenten.
Der Durchschnittsfachmann kann Reihen von Nucleinsäure-Frag
menten auch durch synthetische oder semisynthetische Ver
fahren gewinnen.
Die Reagenzien werden so isoliert, daß mindestens zwei Serien
alternierender Nucleinsäure-Fragmente erhalten werden, d. h.
a₁, a₂, a₃ usw. und b₁, b₂, b₃ usw. die Nucleinsäure-Fragmen
te der Serie a₁, a₂, a₃ usw. bestehen aus Fragmenten, die
sehr nahe beieinanderliegen, jedoch nicht direkt benachbart
sind. Die Nucleinsäure-Fragmente der Serie b₁, b₂, b₃ usw.
bestehen ebenfalls aus Nucleinsäure-Fragmenten, die nahe bei
einanderliegen, jedoch nicht direkt benachbart sind. Die Nu
cleinsäure-Fragmente der Serie a₁, a₂, a₃ usw. und die der
Serie b₁, b₂, b₃ usw. dürfen nicht miteinander homolog sein.
Vorzugsweise werden die Nucleinsäuren der Serie a₁, a₂, a₃
usw. und die der Serie b₁, b₂, b₃ usw. so isoliert, daß je
des zweite Fragment zur a-Serie und jedes zweite Fragment
zur b-Serie gehört (s. Fig. 3). In Fig. 3 sind a₁, a₂, a₃ usw.
und b₁, b₂, b₃ usw. Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten, die
ausreichend homolog zur zu identifizierenden Nucleinsäure
sind. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist es natürlich auch mög
lich, daß sogar eine dritte Nucleinsäure-Fragment-Serie, c₁,
c₂, c₃ usw. aus der gleichen Nucleinsäure isoliert wird.
Vorzugsweise folgen die alternierenden zwei Nucleinsäure-
Reagenzien direkt aufeinander, jedoch ist dies erfindungs
gemäß keine notwendige Voraussetzung.
Die vorstehend beschriebene Serie von Nucleinsäure-Fragmen
ten kann entweder als voneinander getrennte Fragmente a₁, a₂,
a₃ usw. und b₁, b₂, b₃ usw. (Fig. 5a) oder als miteinander
zu längeren Strängen verbundene Fragmente a₁, a₂, a₃, usw. und
b₁, b₂, b₃, usw. (Fig. 5b) verwendet werden. Natürlich ist es
auch möglich, alle Arten von Zwischenprodukten herzustellen,
wie beispielsweise eine a-Serie, in welcher a₁ ein getrenn
tes Fragment ist und a₂, a₃ miteinander verbunden sind sowie
solche der b-Serie, bei der beispielsweise b₁-b₂ miteinander
verbunden sind und b₃ getrennt vorliegt (Fig. 5c).
In Fig. 6 sind "Sandwich"-Hybride dargestellt, bei denen das
Reagenz aus zwei Serien mit je einer Reihe von Nucleinsäure-
Fragmenten besteht. Fig. 6a zeigt ein "Sandwich"-Hybrid,
bei dem die Fragmente in den Reihen getrennt vor
liegen. Fig. 6b zeigt ein Hybrid, bei dem die Fragmente der
markierten Reihe miteinander ver
bunden sind. In Fig. 6c ist ein Fall dargestellt, bei dem eine
Reihe von "Sandwich"-Hybriden sowohl aus miteinander verbun
denen als auch aus voneinander getrennten markierten
Fragmenten gebildet wird. In Fig. 6 ist x
die zu identifizierende Nucleinsäure; b₁, b₂ und b₃ sind
das markierte Sondenmolekül und a₁, a₂ und a₃ sind
die an ein festes Trägermaterial gebundenen Fragmente.
Zur b-Serie gehörende Nucleinsäure-Fragmente können bei
spielsweise so markiert werden, daß ein Sondenmolekül B als
markiertes Nucleinsäure-Reagenz erhalten wird. Die Nuclein
säurereihe der a-Serie kann so an ein festes Trägermate
rial gebunden werden, daß ein Nucleinsäure-Reagenz A erhal
ten wird. Umgekehrt ist es natürlich auch möglich ein mar
kiertes Nucleinsäure-Reagenz A herzustellen und das entspre
chende Nucleinsäure-Reagenz B an ein festes Trägermaterial
zu binden.
Solche Nucleinsäure-Paare A und B oder B und A, die markiert
und entsprechend an ein festes Trägermaterial gebunden sind,
können für einige verschiedene zu identifizierende Nuclein
säuren hergestellt werden. Sie können in geeigneten Nuclein
säure-Reagenz-Kombinationen miteinander kombiniert werden,
die verschiedene Nucleinsäure-Regenz-Paare A₁ und B₁, A₂ und
B₂, A₃ und B₃, usw. oder B₁ und A₁, B₂ und A₂, B₃ und A₃ usw.
enthalten. Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten-enthaltende
Reagenzien zur Identifizierung verschiedener Nucleinsäuren
können auch so kombiniert werden, daß ein Sondenmolekül
Ax-Ay-Az erhalten wird, welches beispielsweise eine Reihe
von Nucleinsäure-Fragmenten (a₁, a₂, a₃)x-(a₁, a₂, a₃)y-(a₁, a₂,
a₃)z enthalten (s. Fig. 7), in welcher a1x, a2x und a3x
Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten Ax sind, die die Nuclein
säure x identifizieren; a1y, a2y und a3y Reihen von Nuclein
säure-Fragmenten Ay sind, die die Nucleinsäure Ay identifi
zieren; a1z, a2z und a3z Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten Az
sind, die die Nucleinsäure z identifizieren und in der v ein
aus dem Vektor stammender Nucleinsäure-Bereich ist. Mitein
ander verbundene Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten können
natürlich ebenso als getrennte Fragmente in geeigneten Gemi
schen verwendet werden.
Die in Fig. 8 abgebildeten "Sandwich"-Hybride wer
den mit den in Fig. 7 abgebildeten Reagenzien erhalten. Wenn
gleichzeitig die Identifizierung mehrerer verschiedener Nu
cleinsäuren beabsichtigt wird, ist es selbstverständlich er
forderlich, wie in Fig. 8 abgebildet, verschiedene Filter zu
verwenden. Fig. 8a zeigt ein festes Trägermaterial, das die
Nucleinsäure x identifiziert, Fig. 8b ein festes Trägermate
rial, das die Nucleinsäure y identifiziert und Fig. 8c zeigt
ein festes Trägermaterial, das die Nucleinsäure z identifi
ziert. In den Fig. 8a, 8b und 8c sind b1x, b2x und b3x eine Reihe
von Nucleinsäure-Fragmenten, die an ein festes Trägermaterial
gebunden ist und die die Nucleinsäure x identifiziert; b1y, b2y
und b3y ist eine Reihe von Nucleinsäure-Fragmenten, die an
ein festes Trägermaterial gebunden ist und die die Nuclein
säure y identifiziert; b1z, b2z und b3z ist eine Reihe von
Nucleinsäure-Fragmenten, die an ein festes Trägermaterial gebunden
ist und die die Nucleinsäure z identifiziert und x, y und z
sind die zu identifizierenden Nucleinsäuren. Fx, Fy und Fz
sind die entsprechenden festen Trägermaterialien oder Fil
ter, Ax-Ay-Az ist ein Sondenmolekül, das gleichzeitig alle
drei Nucleinsäuren identifiziert, wenn verschiedene feste
Trägermaterialien verwendet werden.
Die vorstehend beschriebenen Nucleinsäure-Fragment- Reihen und -Serien,
Reagenzien und Reagenz-Kombinationen können durch an sich
bekannte DNA-Rekombinations-Verfahren hergestellt werden.
Eine Reihe unterschiedlich langer Nucleinsäure-Fragmente
kann mit Restriktionsenzymen aus der zu identifizierenden
Nucleinsäure oder aus einem sie repräsentierenden Bereich
ausgeschnitten werden. Wenn die Restriktionskarte des zu
identifizierenden Genoms bekannt ist, ist es möglich, aus
dem Genom geeignete benachbarte Fragmente auszuwählen. Die
se werden mit Restriktionsenzymen ausgeschnitten, isoliert
und mit DNA-Rekombinations-Verfahren vermehrt.
Wenn ein unbekanntes Genom untersucht wird, kann ein Zwi
schenprodukt für die Herstellung der Reagenzien verwendet
werden. In diesem Fall wird ein verhältnismäßig großes
Restriktions-Fragment cloniert, dieses Fragment wird kar
tiert und die Reihen von Nucleinsäure-Fragment-Serien a₁, a₂,
a₃ usw. und b₁, b₂, b₃ usw. werden auf Grundlage der so er
haltenen Information hergestellt.
Es ist natürlich möglich, Kombinationen der vorstehend ge
nannten Methoden einzusetzen und mehrere große, voneinander
getrennt clonierte Restriktions-Fragmente als Ausgangsmate
rial zu verwenden sowie mehrere getrennte Serien herzustel
len, die zu geeigneten Kombinationen zusammengestellt wer
den.
Erfindungsgemäß werden die Nucleinsäure-Fragment-Serien a₁,
a₂, a₃ usw. und b₁, b₂, b₃ usw. vorzugsweise mit DNA-Rekom
binations-Verfahren hergestellt. Dabei wird die Serie a in
einem Vektor cloniert, beispielsweise im Plasmid pBR 322.
Die Serie b dagegen wird in einem anderen geeigneten Vektor
cloniert, der keine zum vorstehenden Vektor homologen Se
quenzen enthält. Der Bakteriophage M13 ist ein Beispiel
eines solchen zweiten geeigneten Vektors. Die Fragmente,
die zu dieser Serie gehören, können miteinander verbunden
werden und die verbundene Serie kann in einem Vektor clo
niert werden. Beispielsweise können a₁, a₂ miteinander ver
bunden werden und als kontinuierliche Insertion im gleichen
Vektor, nämlich in pBR 322 cloniert werden. Entsprechend ist
es möglich, eine Reagenz-Serie b₁, b₂ herzustellen. Bei der
Clonierung werden vorzugsweise Vektoren verwendet, in die
man große Fremd-DNA-Insertionen einsetzen kann. Beispiels
weise sind für diese Zwecke der λ-Phage und Cosmid-Vektoren
geeignet.
Es werden also zwei Reagenz-Paare, die eine Reihe von Nucle
insäure-Fragmenten enthalten, bei dem "Sandwich"-Hybridisie
rungs-Verfahren der vorliegenden Erfindung benötigt, nämlich
ein Reagenz, das mit der zu identifizierenden Markersubstanz
markiert ist, d. h. ein Sondenmolekül und ein sogenanntes
Filter-Reagenz, das an ein festes Trägermaterial gebunden
ist.
Meistens werden radioaktive Isotope zur Markierung der Son
denmoleküle verwendet. Beispielsweise werden in der GB-OS
20 34 323, den US-PSen 43 58 535 und 43 02 204 die folgen
den Isotope verwendet: ³²P, ¹²⁵J, ¹³¹J und ³H. In der EP-A-
79 139 wird das Isotop ¹²⁵J verwendet. Nucleinsäure-Sonden
moleküle wurden auch anderweitig modifiziert und beispiels
weise mit Fluoreszenz-Markierungen versehen (FR-OS 25 18 755).
Auch enzymatische oder enzymatisch meßbare Markierungen wer
den verwendet (GB-OS 20 19 408, EP-A-63 879 und FR-OS
25 19 005). Die EP-A-70 685 und 70 687 beschreiben eine
Licht-emittierende Markierung und ein entsprechendes Markie
rungsverfahren. Die FR-OS 25 18 755 beschreibt eine immuno
logisch meßbare Markierung. Auch Lanthanidchelate (US-PS
43 74 120), insbesondere Europium, können als Markersubstan
zen verwendet werden. Ebenso ist die Biotin-Avidin-Markie
rung geeignet (Leary et al. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 80,
4045-4049 (1983)). Neben den vorstehend genannten, erfin
dungsgemäß verwendbaren Substanzen zur Markierung von Nu
cleinsäure-Reagenzien können selbstverständlich auch neu
entwickelte, verbesserte Markersubstanzen verwendet werden,
die ebenso für die erfindungsgemäße Markierung von Reihen
von Nucleinsäure-Fragmenten geeignet sind. Als Trägermaterial
für Filter-Reagenzien sind beispielsweise verschiedene Nitro
cellulose-Filter geeignet (US-PS 43 58 535 und GB-OS 20 95 833).
In der DD-OS 1 48 955 ist ein Verfahren zur chemischen Bin
dung von Nucleinsäuren an das Trägermaterial (Papier) be
schrieben. In den US-PSen 43 59 535 und 43 02 204 sind che
misch modifizierte Papierarten beschrieben, die als festes
Trägermaterial verwendet werden können. Auch Nylonmembranen
und modifizierte Nitrocellulose-Filter können verwendet wer
den. Natürlich können auch in Zukunft entwickelte Materialien,
die noch besser als festes Trägermaterial geeignet sind, er
findungsgemäß verwendet werden. Auch andere feste Träger
materialien, wie verschiedene Chromatographie-Matrizen (bei
spielsweise Triazin- oder Epoxy-aktivierte Cellulose) oder
Latex können erfindungsgemäß verwendet werden. Außer den
nachstehend beschriebenen Beschränkungen gibt es grundsätz
lich keine weiteren Beschränkungen für die Auswahl des fe
sten Trägermaterials. Es muß möglich sein, die Nucleinsäure
in einzelsträngiger Form so an das feste Trägermaterial zu
binden, daß diese einzelsträngigen Nucleinsäuren mit der
komplementären Nucleinsäure hybridisieren können. Das feste
Trägermaterial muß außerdem leicht aus der Hybridisierungs
lösung entfernt werden können oder die Hybridisierungslö
sung muß leicht vom festen Trägermaterial entfernt werden
können. Schließlich darf das Sondenmolekül nicht am Träger
material selbst anhaften, so daß es nicht mehr abgewaschen
werden kann.
Aus den vorstehend beschriebenen Kombinaationen von Reihen
von Nucleinsäure-Reagenz-Paaren A und B oder B und A, ent
sprechend markiert und an ein festes Trägermaterial gebun
den, und aus für die Identifizierung von verschiedenen nu
cleinsäuren hergestellten Nucleinsäure-Paaren kann eine
Kombination Ax und Bx, Ay und By, Az und Bz zusammengestellt
werden. Diese Kombinationen können für die gleichzeitige
Identifizierung der Nucleinsäuren x, y und z durch "Sand
wich"-Hybridisierungs-Verfahren verwendet werden.
Die Probe wird so behandelt, daß die Nucleinsäuren in die
Hybridisierungs-Lösung abgegeben werden und daß diese in
einzelsträngiger Form vorliegen. Die Hybridisierung wird in
einer Hybridisierungslösung durchgeführt, zu der sowohl die
an ein festes Trägermaterial gebundenen Nucleinsäure-Reagen
zien als auch die markierten Nucleinsäure-Reagenzien zuge
geben werden. Falls Filter als festes Trägermaterial verwen
det wurden, werden diese nach der Hybridisierung aus der hy
bridisierungslösung entnommen. Wenn Chromatographie-Matri
zen, Latex oder ein vergleichbares Material verwendet wur
de, wird die Hybridisierungslösung entnommen. Die festen
Trägermaterialien werden mit einer geeigneten Waschlösung
abgespült. Die Reihen gebildeter "Sandwich"-Hybride (Fig. 8a,
8b, 8c) werden in an sich bekannter Weise nachgewiesen. Bei
spielsweise wird die radioaktive Markierung durch Autoradio
graphie, mit einem Szintillations-Zähler oder einem Gamma-
Zähler bestimmt. Eine Enzym-Markierung kann beispielsweise
nach einer Farbreaktion, photometrisch oder durch Bestimmung
eines Niederschlags gemessen werden. Lanthanid-Chelate kön
nen mit dem sogenannten "time resolved fluorescence"-Verfah
ren nachgewiesen werden. Eine immunologische Markierung wird
mit geeigneten immunologischen Methoden nachgewiesen.
Einige verschiedene Gemische können als Hybridisierungs-
Lösung verwendet werden. Geeignet sind beispielsweise die in
der EP-A-79 139 und in der US-PS 43 02 204 genannten. Selbst
verständlich können auch andere Hybridisierungs-Gemische ver
wendet werden. Die Hybridisierung wird bei 0° bis 80°C durch
geführt, günstig ist eine Temperatur von 65°C. Eine ausrei
chende Hybridisierung kann schon nach einer sehr kurzen Zeit
spanne vorliegen, günstig ist jedoch eine Hybridisierungs-
Zeit von etwa 12 bis 20 Stunden.
Das zweistufige "Sandwich"-Hybridisierungs-Verfahren wird
an sich genauso durchgeführt, jedoch wird dabei das an das
feste Trägermaterial gebundene Nucleinsäure-Reagenz zuerst
zur Hybridisierungs-Lösung zugegeben. Wenn die Hybridisierung
abgeschlossen ist, wird das feste Trägermaterial gewaschen
und eine zweite Hybridisierung wird durchgeführt, bei der
das markierte Nucleinsäure-Reagenz verwendet wird.
Die vorstehend beschriebenen markierten Nucleinsäure-Reagen
zien oder Reagenz-Kombinationen Ax, Ay, Az usw. und Bx, By,
Bz usw. können natürlich auch für direkte Hybridisierungs
Verfahren verwendet werden. Dabei muß die in einer Lösung
vorliegende Nucleinsäure-Probe für jede zu identifizierende
Nucleinsäure x, y und z geteilt werden. Wenn die Probe an
ein festes Trägermaterial gebunden ist, muß für jede Probe
eine getrennte, an ein Trägermaterial gebundene Probe herge
stellt werden. Die gebildete Reihe von Hybriden (Fig. 9)
wird mit an sich bekannten Verfahren nachgewiesen. In Fig. 9
ist F das feste Trägermaterial, d. h. der Filter, x die zu
identifizierende Nucleinsäure und v kennzeichnet die vom
Vektor abgeleiteten Bereiche. Die verwendeten, markierten
Sondenmoleküle a₁, a₂ und a₃ (Fig. 9a), b₁ und b₂ (Fig. 9b)
und a₁, b₁, a₂, b₂; a₃ (Fig. 9c).
Wie bereits vorstehend beschrieben wurde, können erfindungs
gemäß verschiedene Kombinationen von Nucleinsäure-Reagenzien
aus den Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten zusammengestellt
werden. Mit diesen Kombinationen ist es möglich, einige ver
schiedene Nucleinsäuren gleichzeitig zu identifizieren. Die zu
den verschiedenen zu identifizierenden Nucleinsäuren homo
logen Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten können in den Gemi
schen als getrennte Fragmente oder als miteinander verbun
dene Fragmente so verwendet werden, daß ein Sondenmolekül
erhalten wird, mit dem einige verschiedene Nucleinsäuren
identifiziert werden können. Natürlich müssen an ein festes
Trägermaterial gebundene Nucleinsäure-Reagenzien für eine
erfolgreiche Identifizierung getrennt aufbewahrt werden.
Die Hybridisierung mit Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten
kann für die Identifizierung verschiedener menschlicher,
tierischer oder pflanzlicher pathogener Mikroorganismen
verwendet werden. Durch das Verfahren ist es möglich, Nah
rungsmittelvergiftungen hervorrufende Mikroorganismen in
Nahrungsmitteln nachzuweisen, beispielsweise Clostridien,
Salmonellen oder Staphylococcen. Das Verfahren ist auch für
die Identifizierung von Kontaminationen in Wasser, bei
spielsweise durch Enterobakterien oder Enteroviren, geeignet.
Da der "Sandwich"-Hybridisierungs-Test mit Reihen von Nu
cleinsäure-Fragmenten ein quantitatives Verfahren ist, kann
es beispielsweise auch für die Bestimmung und die Messung
von Genamplifikationen verwendet werden. Dieses Merkmal ist
beispielsweise für den Nachweis und die Behandlung von Krebs
von Bedeutung. Zur Bildung einer stabilen Reihe von Hybriden
sollten die homologen Sequenzen des Sondenmolekül-Reagenz
und des Filter-Reagenz im Proben-Strang mäßig voneinander
entfernt sein, vorzugsweise weniger als 5 kb (Kilobasen).
Zwischen diesen beiden Bereichen auftretende Entfernungsver
änderungen sind mit diesem Verfahren deutlich zu beobachten.
Deshalb ist das Verfahren ebenso für den Nachweis veränder
ter mRNA, von chromosomalen Umlagerungen, von bei Immunglo
bulin-Genen für die Exppression ablaufenden Umlagerungen und
von Erbkrankheiten geeignet. Es ist also möglich, verschie
dene Reagenz-Kombinationen aus den Reihen von Nucleinsäure-
Fragmenten zu konstruieren. Beispielsweise können für die
Identifizierung von Geschlechtskrankheiten-verursachenden
Stoffen Analysebestecke hergestellt werden, die ein Sonden
molekül mit Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten enthalten,
mit denen Gonorrhö, Syphilis, Herpes und Chlamydien nachge
wiesen werden können. In diesem Fall ist die Identifizierung
durch Verwendung getrennter Filter für Gonorrhö, Syphilis,
Herpes und Chlamydien möglich.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Reihen von Nuclein
säure-Fragmenten, die in den rekombinanten Plasmiden pKTH 1220
und pKTH 1271 enthalten sind. Das rekombinante Plasmid pKTH 1220
besteht aus dem Plasmid-Vektor pBR 322 und aus DNA von Chlamy
dia trachomatis L2, die für die Chlamydien spezifisch ist.
Dieses rekombinante Plasmid wird in Escherichia coli K12
HB101 cloniert. Das rekombinante Plasmid 1271 enthält im Plas
mid-Vektor pBR 325 DNA aus dem Cytomegalovirus AD169. Dieses
rekombinante Plasmid wird im Wirt Escherichia coli K12 HB101
cloniert. Die die rekombinanten Plasmide pKTH 1220 und
pKTH 1271 enthaltenden Wirte wurden bei der deutschen Samm
lung von Mikroorganismen (DSM), Griesebachstraße 8,
D-3400 Göttingen, Bundesrepublik Deutschland, hinterlegt.
Die Hinterlegungs-Nummer des rekombinanten Plasmids pKTH 1220
ist DSM2825 und die Hinterlegungs-Nummer des rekombinanten
Plasmids pKTH 1271 ist DSM2826.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher er
läutert. Die Struktur der Nucleinsäuren von Eucaryoten und
Procaryoten (DNA und RNA) ist ähnlich. Deshalb sind die nach
stehenden Beispiele auch mit Nucleinsäuren von Tieren (dazu
gehört in diesem Zusammenhang auch der Mensch), Pflanzen,
Mikroorganismen oder Viren ausführbar. Die erfindungsgemäßen
Reagenzien können also zum Nachweis von Nucleinsäuren des
Menschen, von Tieren, Pflanzen, Mikroorganismen und Viren
verwendet werden. Die Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten
können auch synthetisch hergestellt werden. Die zu identi
fizierende Nucleinsäure-Sequenz kann bestimmt werden, und
homologe Reihen von Fragmenten können mit geeigneten Maschi
nen automatisch hergestellt werden.
Für die Diagnose der Chlamydia trachomatis-Gruppe wurden ge
eignete DNA-Fragmente aus der DNA von Chlamydia trachomatis
Serotyp L2 hergestellt. Die DNA wurde isoliert, in an sich
bekannter Weise fragmentiert, die resultierenden DNA-Frag
mente wurden im Plasmid pBR 322 cloniert und in an sich be
kannter Weise in den Wirtsorganismus Escherichia coli K12
HB101 eingebracht. Das Ergebnis diese Clonierungsvorgangs
war eine Genbank des Bakteriums Chlamydia trachomatis L2,
d. h. eine große Anzahl rekombinanter Plasmide, die jeweils
ein bestimmtes BamHI-Restriktions-Fragment der Chlamydia-DNA
tragen. Zur Reagenz-Herstellung wurden aus der Chlamydia-
Genbank rekombinante Plasmide mit größtmöglichen DNA-In
sertionen ausgewählt. Eines dieser Plasmide wurde pKTH 1220
genannt. Es wurde bei der deutschen Sammlung von Mikroorga
nismen unter der Hinterlegungs-Nummer DSM 2825 hinterlegt.
Durch einen direkten Hybridisierungs-Test wurde gezeigt,
daß dieses Plasmid als Reagenz geeignet ist. In diesem Test
identifizierte pKTH 1220 alle aus Chlamydia trachomatis-
Serotypen gewonnenen Nucleinsäuren, jedoch keine anderen
Nucleinsäuren.
Die verwendbaren Fragmente wurden aus dem Plasmid pKTH 1220
mit verschiedenen Restriktions-Enzymen gewonnen. Einige die
ser Fragmente wurden im Plasmid pAT153 subcloniert (Maniatis
et al., Molecular Cloning. A Laboratory Manual, Cold String
Harbor Laboratory, S. 6, 1982). Andere Fragmente wurden im
Phagen M13 subcloniert. Fig. 10 zeigt das rekombinante Plas
mid pKTH 1220, das eine Länge von 14 kb hat. In Fig. 10 sind
BamHI, SalI und ClaI die verwendeten Restriktions-Enzyme, und
a₁, a₂, b₁, b₂ und b₃ kennzeichnen die Größe und die relative Lage
zueinander der mit den vorstehend genannten Restriktions-
Enzymen gewonnenen Fragmente. Die Fragmente der Serie b sind
markierte Sondenmoleküle. In Tabelle 1 sind die Größen der
Fragmente und die für die Subclonierung verwendeten Vektoren
die Namen der rekombinanten Plasmide und ihre Anwendung zu
sammengefaßt.
Die in Tabelle 1 aufgeführten Fragmente wurden durch Elek
troelution aus einem Agarosegel isoliert und in an sich
bekannter Weise in mit geeigneten Restriktions-Enzymen ge
spaltenen und in Tabelle 1 aufgeführten Vektoren subcloniert.
Das 2,1 kb-BamHI-BamHI-Fragment wurde folgendermaßen herge
stellt: Das 1,4 kb-BamHI-SalI-Fragment und das 0,7 kb-SalI-
BamHI-Fragment aus dem Plasmid pKTH 1220 wurden in einem
Agarosegel elektrophoretisch getrennt und anschließend aus
dem Gel isoliert. Die gereinigten Fragmente wurden mit T4-
Ligase miteinander verbunden. Von den dabei gebildeten 2,1 kb-
langen DNA-Fragmenten wurden die mit freien BamHI-Enden in
die BamHI-Restriktions-Spaltstelle doppelsträngiger DNA des
Phagen M13mp8 eingebaut. Die auf diese Weise hergestellte
rekombinante Phasen-DNA (mKTH 1245) enthält also zwei ver
schiedene DNA-Fragmente von Chlamydia trachomatis, die in
dessen Genom nicht benachbart sind. Sie liegen jedoch im
Chlamydia trachomatis Genom benachbart zu den DNA-Reagenzien
pKTH 1250 und pKTH 1252, die an den Filter gebunden werden
(Fig. 11). Fig. 11 zeigt eine Reihe von "Sandwich"-Hybriden,
die entstehen, wenn die in Tabelle 1 aufgeführten rekombi
nanten Plasmide und rekombinanten Phagen als Reihen von
Nucleinsäure-Reagenzien verwendet werden.
Die Empfindlichkeit einer Reihe von Nucleinsäure-Reagenzien,
verglichen mit einem einzelnen kontinuierlichen Reagenz-Paar,
wurde mit dem "Sandwich"-Hybridisierungs-Verfahren unter
sucht. Der Test wurde mit Filtern durchgeführt, die jeweils
10¹¹ Moleküle sowohl von pKTH 1250 (a₂)- als auch von pKTH 1252
(a₁)-Einzelstrang-DNA enthielten. Die zu untersuchende Probe
war das Plasmid pKTH 1220, welches für den Test durch 5minü
tiges Erhitzen in 0,17 M NaOH, anschließendes Abschrecken
bei 0°C und durch Neutralisierung mit einer äquimolaren Menge
Essigsäure in die Einzelstrangform überführt wurde. Die fol
genden mit ¹²⁵J markierten und in Tabelle 1 aufgeführten
Sondenmoleküle wurden bei den Tests verwendet: mKTH 1242(b₁),
mKTH 1239(b₂), mKTH 1248(b₃) und mKTH 1245(b₁-b₂).
Die Hybridisierung wurde 17 Stunden bei +65°C in einer Hybri
disierungs-Lösung der folgenden Zusammensetzung durchgeführt:
4×SSC, 0,02% Polyvinylpyrrolidon, 0,2% SDS
und 200 µg/ml Hering-Spermien DNA. Die Filter wurden 2 Stun
den bei 50°C mit einer Waschlösung der folgenden Zusammen
setzung gewaschen: 0,1×SSC, 0,2% SDS. Anschließend wurden
sie in einem Gamma-Zähler gezählt. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 2 zusammengefaßt und sind jeweils der Mittelwert von
fünf Parallelversuchen.
Bei der statistischen Berechnung wurden 95% der ohne Probe
durchgeführten Tests (=negative Kontrollen) als untere
Grenze für eine positive Reaktion gewertet. Diese Werte
waren 52-54 cpm, wenn das Sondenmolekül b₁, b₂ oder b₃ war,
58 cpm, wenn das Sondenmolekül b₁ oder b₂ war, 56 cpm, wenn
das Sondenmolekül b₁, b₂ war und 65 cpm, wenn das Sondenmolekül b₁, b₂, b₃ war.
Von drei an Urethritis leidenden Männern sowie von drei an
Cervicitis leidenden Frauen wurden Proben für den Test ge
nommen. Aus Urethra der Männer und Cerbix der Frauen wurde
Chlamydia trachomatis isoliert. Zusätzlich wurde eine Reihe
von ähnlichen Proben aus Patienten untersucht, aus denen
Chlamydia nicht isoliert wurde. Die zu untersuchenden Pro
ben wurden mit Wattestäbchen genommen, die in einen Chla
mydia-Probenaufnahme-Puffer eingetaucht waren, der 0,2 M
Saccharose, 20 mM Phosphatpuffer, 3% fötales Kälberserum,
10 µg/ml Gentamicin, 100 µg/ml Vancomycin und 25 IU/ml
Nystatin enthielt.
Aus den Proben wurde Chlamydia gezüchtet. Die ursprüngli
chen Proben wurden außerdem durch "Sandwich"-Hybridisierung
mit einer Reihe von Nucleinsäure-Fragmenten untersucht.
Die Proben wurden mit 2-Butanol konzentriert. Dabei wurde
soviel Flüssigkeit entfernt, daß das Endvolumen 80 µl be
trug und die Proben damit drei- bis siebenfach konzentriert
waren. Danach wurde den Proben 70 mM EDTA, 0,7% SDS,
200 µg/ml Proteinase K zugesetzt und sie wurden 15 Minuten
bei 55°C und 45 Minuten bei 37°C inkubiert. Die Proben wur
den dann 5 Minuten in 0,175 M NaOH gekocht. Die gekochten
Proben wurden bei 0°C abgeschreckt, mit einer äquimolaren Men
ge Essigsäure neutralisiert und getestet. Die in Beispiel 1b)
beschriebenen Filter und Hybridisierungs-Bedingungen
wurden bei diesem Test verwendet. Das bei der Hybridisie
rungs-Reaktion verwendete Sondenmolekül war mKTH 1245 (b₁, b₂)
mit einer Radioaktivität von 300 000 cpm/400 µl. Die Ergeb
nisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt.
Die Grenze für die positive Beurteilung des Tests war
104 cpm.
Die Ergebnisse aus Tabelle 3 zeigen, daß die "Sandwich"-
Hybridisierung mit einer Reihe von Nucleinsäure-Fragmenten
für die Diagnose von Geschlechtskrankheiten geeignet ist.
Proben mit negativem Ergebnis bei Kultur-Test zeigten
auch bei der "Sandwich"-Hybridisierung ein negatives Er
gebnis.
Für die Diagnose des Cytomegalovirus geeignete DNA-Fragmente
wurden aus dem Cytomegalovirus (AD 169, ATCC VR-538)-(CMV)
hergestellt. Die DNA wurde isoliert und in an sich bekannter
Weise fragmentiert. Das etwa 9 kb lange EcoRI-Fragment I
(definiert von Spector et al., J. Virol. 42, 558-582 (1982))
wurde nach der Größentrennung der EcoRI-Restriktions-Frag
mente auf einem Agarosegel durch Elektroelution isoliert.
Die eluierte DNA wurde mit Phenol extrahiert und anschließend
mit Äthanol gefällt. Die so gereinigte DNA wurde mit T4-Ligase
in mit dem Enzym EcoRI-gespaltene DNA des Plasmids pBR 325
ligiert. Die erhaltene rekombinante DNA wurde in
E. coli K12 HB101 überführt. Aus den Ampicillin- und Tetra
cyclin-resistenten, jedoch Chloramphenicol-sensitiven Clonen
wurde ein Clon mit einer Cytomegalovirus-DNA-Insertion der
richtigen Größe ausgewählt. Die Identität der Cytomegalovi
rus-DNA wurde durch einen Southern blot bestätigt. Der Test
zeigte, daß das beschriebene 9 kb-EcoRI-Fragment aus dem
HindIII-D-Fragment der Cytomegalovirus-DNA stammt (Oram et al.,
J. Gen. Virol. 59, 111-129 (1982)). Das genannte rekombi
nante Plasmid wurde als pKTH 1271 bezeichnet und bei der deut
schen Sammlung von Mikroorganismen unter der Hinterlegungs-
Nummer DSM 2826 hinterlegt. Das rekombinante Plasmid wurde
in an sich bekannter Weise vermehrt und gereinigt.
Weitere Clonierungsschritte wurden in an sich bekannter Wei
se unter Verwendung des Plasmids pBR 322 und der Phagen M13mp7
und M13mp8 durchgeführt. Fig. 12 zeigt das hybride Plasmid
pKTH 1271 mit einer Länge von etwa 9 kb. Die in Fig. 12 ge
zeigte Reihe von Nucleinsäure-Fragmenten wurde mit den Re
striktionsenzymen EcoRI, BamHI, ClaI und PstI hergestellt.
Fig. 12 zeigt die mit Restriktions-Enzymen erhaltenen Frag
menten und ihre relative Lage und Größe. In Tabelle 4 sind
die Größen der in Frage kommenden Fragmente und die für ihre
Subclonierung verwendeten Vektoren, die Bezeichnung der so
erhaltenen Plasmide und ihre Verwendung entweder als Filter-
Reagenzien oder als markierte Sondenmoleküle aufgeführt.
Fig. 13 zeigt eine Reihe von "Sandwich"-Hybriden, die gebil
det wird, wenn die in Tabelle 4 aufgeführte Reihe von Nu
cleinsäure-Fragmenten verwendet wird.
Die Empfindlichkeit einer Reihe von Nucleinsäure-Reagenzien
im Verhältnis zur Empfindlichkeit eines Paares kontinuier
licher Reagenzien wurde mit dem "Sandwich"-Hybridisierungs-
Verfahren untersucht. Die Proben bei den Tests waren CMV-DNA,
die in 0,17 M NaOH 5 Minuten gekocht wurde und anschließend
gemäß Beispiel 1b) neutralisiert wurde. Die Filter enthiel
ten alle 10¹¹ Moleküle sowohl von pKTH 1273(a₁)-DNA als auch
von pKTH 1274(a₂)-DNA, die in die einzelsträngige Form über
führt worden war. Die folgenden mit ¹²⁵J markierten, in Ta
belle 4 aufgeführten Sondenmoleküle wurden verwendet:
mKTH 1277(b₁), mKTH 1278(b₂) und mKTH 1279(b₃). Die Proben ent
hielten jeweils 10⁸ cpm/µg DNA. Die Hybridisierung wurde wie
in Beispiel 1b) beschrieben durchgeführt. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 5 zusammengefaßt.
Die untere Grenze für eine positive Beurteilung des Test
ergebnisses waren 51-55 cpm, wenn das Sondenmolekül b₁,
b₂ oder b₃ war, 59 cmp, wenn das Sondenmolekül b₁ oder b₂
war und 63 cpm, wenn das Sondenmolekül b₁, b₂ oder b₃ war.
Die in Tabelle 5 zusammengefaßten Ergebnisse zeigen, daß
bei einer "Sandwich"-Hybridisierung mit einem einzelnen
Sondenmolekül-Reagenz (b₁, b₂ oder b₃) jeweils 4×10⁶
CMV-DNA-Moleküle nachgewiesen werden. Andererseits wer
den bei einer Hybridisierung mit einem Reagenz aus b₁, b₂
oder b₁, b₂, b₃ nur 10⁶ Moleküle CMV-DNA nachgewiesen.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Reihe von Nucleinsäure-
Reagenzien viermal empfindlicher ist als ein einzelnes
Nucleinsäure-Reagenz.
Klinische Proben wurden durch "Sandwich"-Hybridisierung mit
einer Reihe von Reagenzien untersucht. Zu diesen Proben ge
hören auch zwei Urinproben von Kindern mit einem Alter von
weniger als einem Jahr. Es wurde angenommen, daß diese Kin
der an der congenitalen Cytomegalovirus-Erkrankung leiden.
Eine Lungenbiopsie-Probe aus einem Patienten mit einer CMV-
Pulmonar-Infektion wurde ebenso mit der "Sandwich"-Hybridi
sierung untersucht. Sowohl Cytomegalovirus-infizierte als
auch nicht-infizierte fötale menschliche Zellen wurden als
Proben beim Test verwendet.
Zu 10 ml einer Urin-Probe wurde eine Lösung mit 1% Sarcosyl
und 5 mM EDTA sowie 200 µg Kalbsthymus-DNA zugegeben. Da
durch wird die Virus-DNA freigesetzt. Durch Zugabe von 10 ml
Isopropanol bei Raumtemperatur wird die DNA zusammen mit dem
"carrier" (Kalbsthymus-DNA) ausgefällt. Der DNA-Niederschlag
wurde in 200 µl TE-Puffer gelöst. Die DNA wurde dann durch
5minütiges Kochen und Abschrecken bei 0°C in die Einzel
strangform überführt und zur Hybridisierungs-Lösung zugege
ben.
Die Lungenbiopsie-Probe (einige mm³) wurde mit einem Messer
zerkleinert und 200 µl TE-Puffer mit 1% SDS und 1 mg/ml Pro
teinase K wurden zugegeben. Bei +37°C wurde der Abbau 1 Stunde
durchgeführt, und die Probe wurde anschließend zweimal in
eine Injektions-Spritze mit einer dünnen Hypodermis-Nadel
aufgezogen. Die so homogenisierte Probe wurde gekocht und
anschließend zur Test-Lösung zugegeben.
Die mit Cytomegalovirus infizierten Zellen und die nicht
infizierten Zellen wurden wie vorstehend beschrieben durch
SDS, Proteinase K-Behandlung, Homogenisierung und Kochen
aufgeschlossen.
Als Filter-Reagenzien wurden beim Hybridisierungs-Test
pKTH 1273(a₁) und pKTH 1274(a₂) und als Sondenmoleküle
mKTH 1277(b₁), mKTH 1278(b₂) und mKTH 1279(b₃) mit jeweils
200 000 cpm/Reaktion verwendet. Ansonsten wurde die Hybri
disierung, das Waschen der Filter und das Auswerten der
Ergebnisse wie vorstehend in Beispiel 1b) beschrieben,
durchgeführt. Die Ergebnisse der vorliegenden Hybridisie
rung sind in Tabelle 6 aufgeführt.
Die in Tabelle 6 aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß es
möglich ist, mit einer Reihe von Nucleinsäure-Reagenzien
CMV in verschiedenen klinischen Proben, wie Urin, Lungen
biopsie-Proben und in Zellen nachzuweisen.
Der Test ist für Cytomegalovirus spezifisch. Er identifi
ziert keine menschliche DNA, d. h. der Test zeigt keine Inter
ferenzen mit der in der Probe vorhandenen menschlichen DNA.
Die Art der Probe spielt überhaupt keine Rolle für die Spe
zifität des Tests.
Claims (12)
1. Nucleinsäure-Reagenzien für die Anwendung in einem
"Sandwich"-Hybridisierungsverfahren, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie mindestens zwei Serien von alternie
renden Nucleinsäure-Fragmenten umfassen, die nicht homo
log zueinander sein dürfen, jedoch ausreichend homolog
zu alternierenden Bereichen der zu identifizierenden
Nucleinsäure sein müssen, wobei mindestens eine Serie
von Nucleinsäure-Fragmenten an einem festen Trägermate
rial gebunden ist und mindestens eine Serie von Nuclein
säure-Fragmenten markiert ist.
2. Nucleinsäure-Reagenzien nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sie entweder getrennte oder mitein
ander verbundene Reihen alternierender Nucleinsäure-
Fragmente enthalten.
3. Nucleinsäure-Reagenzien nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß sie Reihen von Nucleinsäure-
Fragmenten mit von Vektoren abgeleiteten Bereichen ent
halten.
4. Nucleinsäure-Reagenzien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß sie markierte Reihen von Nucleinsäure-
Fragmenten enthalten.
5. Nucleinsäure-Reagenzien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß sie an ein festes Trägermaterial ge
bundene Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten enthalten.
6. Nucleinsäure-Reagenzien nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sie das rekombinante Plasmid pKTH 1220
oder Derivate davon enthalten, welches DNA des Bakteriums
Chlamydia trachomatis L2 enthält.
7. Nucleinsäure-Reagenzien nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sie das rekombinante Plasmid pKTH 1271
oder Derivate davon enthalten, welches DNA des Cytomegalo
virus AD169 enthält.
8. Verfahren zur Herstellung der Nucleinsäure-Reagenzien
nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man
mit DNA-Rekombinations-Verfahren, oder auf synthetischem
oder semisynthetischem Weg Reihen von Nucleinsäure-Frag
menten herstellt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
man folgende Schritte durchführt:
- a) Isolierung einer ausgewählten Nucleinsäure mit geeig neter Länge,
- b) Clonierung der ausgewählten Nucleinsäure in einem ge eigneten Vektor,
- c) Fragmentierung der Nucleinsäure mit Restriktions- Enzymen,
- d) Zuordnung von nicht miteinander hybridisierenden Frag menten zu verschiedenen Reihen von Fragmenten, wobei die Fragmente gegebenenfalls kovalent miteinander ver bunden werden,
- e) gegebenenfalls Zuordnung geeigneter Reihen von Fragmen ten zu Serien, wobei die Reihen gegebenenfalls kovalent miteinander verbunden werden,
- f) Subclonierung der getrennt vorliegenden oder miteinan der verbundenen, zu einer Reihe zugeordneten Fragmente, oder der miteinander verbundenen, zu einer Serie zuge ordneten Reihen von Fragmenten in geeigneten Vektoren, wobei Fragmente oder Reihen von Fragmenten, die ver schiedenen Serien angehören, vorzugsweise in verschie denen, nicht miteinander hybridisierenden Vektoren sub cloniert werden,
- g) gegebenenfalls Bindung der getrennt vorliegenden oder miteinander verbundenen Fragmente einer Reihe oder Serie an ein festes Trägermaterial, und
- h) Markierung der getrennt vorliegenden oder miteiander verbundenen Fragmente einer anderen Reihe oder Serie.
10. Verwendung der Nucleinsäure-Reagenzien nach einem der Ansprüche 1 bis
7 zur Identifizierung von Nucleinsäuren in diagnostischen
Hybridisierungs-Verfahren.
11. Ausführungsform nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Identifizierung mehrerer verschiedener Nuclein
säuren geeignete Kombinationen von Nucleinsäure-Reagenzien
aus Reihen von Nucleinsäure-Fragmenten zusammengestellt
werden, die ausreichend homolog zu diesen verschiedenen
Nucleinsäuren sind.
12. Ausführungsform nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Identifizierung als diagnostisches
"Sandwich"-Hybridisierungs-Verfahren durchgeführt wird.
Applications Claiming Priority (1)
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