DE4041608A1 - Sensitive and selective nucleic acid detection - Google Patents

Sensitive and selective nucleic acid detection

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DE4041608A1
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Ruediger Rueger
Rudolf Seibl
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Abstract

Specific detection of a nucleic acid (A) in a sample comprises (a) reacting the sample with 1 or more labelled mononucleotide triphosphates (I) and one or more enzymes which catalyse prepn. of labelled nucleic acid (B) contg. (I); (b) recting the sample with a nucleic acid probe (C) which is adequately complementary to (B) and (c) detecting the hybrid (D) formed between (B) and (C). The new features are that (1) (C) contains at least one immobilisable gp. (2) after step (a) a non-thermal denaturation is carried out; (3) (D) is contacted with a solid phase which can bind specifically to immunoilisable probe (c); (4) the liq. and solid phases are sepd. and (5) the label is detected on the solid phase. Step (a) is carried out in presence of a specific initiator and the enzymes used produce a (B) essentially complementary to (A). The initiator is pref. a primer (P1) complementary to a a part of (A) and is extended in step (a). A second primer (P2) complementary to part of (B) can also be included and after extension reaction the prods. are sepd., reacted again with P1/P2 and used as template for extension of the corresp. primer.

Description

Gegenstand der Patentanmeldung ist ein Verfahren zum spezifischen Nachweis einer Nukleinsäure oder eines Teils davon.The subject of the patent application is a method for specific detection of a nucleic acid or a part from that.

Der Nachweis von Nukleinsäuren in der klinischen Diagnostik und der Molekularbiologie hat in jüngster Zeit gegenüber den klassischen Immuntests immer mehr an Bedeutung gewonnen. Dies hangt damit zusammen, daß Fortschritte im Hinblick auf die Erforschung der Nukleotid-Sequenz von Nukleinsäuren verschiedenen Ursprungs gemacht wurden.The detection of nucleic acids in clinical diagnostics and molecular biology has recently compared to classic immunoassays are becoming increasingly important. This is connected with the fact that progress towards the Research into the nucleotide sequence of nucleic acids of different origins.

Da die in der Nukleotidsequenz enthaltenen Informationen sehr differenziert sind, kann die Nukleinsäurediagnostik besonders vorteilhaft zur Unterscheidung geringster Merkmale eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise wichtig beim Nachweis von Mutationen und Unterschieden in künstlich erzeugten Sequenzen. Durch die Einführung von Amplifizierungsverfahren konnte die Empfindlichkeit von Nukleinsäurenachweisen erheblich gesteigert werden.Because the information contained in the nucleotide sequence is very are differentiated, nucleic acid diagnostics in particular advantageously used to distinguish the smallest features will. This is important, for example, when detecting Mutations and differences in artificially created sequences. Through the introduction of amplification processes, the Sensitivity of nucleic acid detection increased considerably will.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der EP-A-02 00 362 beschrieben. Der Amplifikationseffekt beruht im wesentlichen darauf, daß aus einer sogenannten target-Nukleinsäure als template mit Hilfe eines Primers und Mononukleotidtriphosphaten ein Verlängerungsprodukt des Primers gebildet wird, das entweder nachgewiesen wird oder selbst wieder als template- Nukleinsäure verwendet werden kann. Dabei kann in das Verlängerungsprodukt auch ein nachweisbares Nukleotid eingebaut werden. Das entstandene Verlängerungsprodukt kann elektrophoretisch nachgewiesen werden.Such a method is described, for example, in EP-A-02 00 362 described. The amplification effect is essentially based on the fact that from a so-called target nucleic acid as template using a primer and mononucleotide triphosphates an extension product of the primer is formed which is either verified or again as a template Nucleic acid can be used. It can in that  Extension product also incorporated a detectable nucleotide will. The resulting extension product can be detected electrophoretically.

Diese Nachweismethode ist jedoch wegen des umständlichen und zeitaufwendigen Elektrophoreseschritts nachteilig.However, this method of detection is cumbersome and time-consuming electrophoresis step disadvantageous.

Das nicht markierte Verlängerungsprodukt kann gemäß EP-A- 02 01 184 auch durch Hybridisierung mit einer nachweisbar markierten Nukleinsäuresonde nachgewiesen werden. Die Abtrennung des Hybrids aus Verlängerungsprodukt und Sonde von unumgesetzter Sonde ist jedoch mit dem dort beschriebenen Verfahren wegen unspezifischer Wechselwirkungen entweder ineffizient oder mit vielen Waschschritten verbunden, welche die Empfindlichkeit herabsetzen.The unmarked extension product can be according to EP-A- 02 01 184 also detectable by hybridization with a labeled nucleic acid probe can be detected. The Separation of the hybrid from extension product and probe from unreacted probe is however with that described there Non-specific interaction procedures either inefficient or associated with many washing steps, which reduce sensitivity.

In der WO 89/11 546 wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem amplifizierte, festphasengebundene Nukleinsäuren mit einem Primer und markierten Mononukleotiden umgesetzt werden, wobei die dabei gebildeten markierten Nukleinsäuren nachgewiesen werden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß alle maßgeblichen Reaktionen an der festen Phase ablaufen, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit beeinträchtigt ist. Auch in der EP-A-03 24 474 wird ein solches Verfahren vorgeschlagen, bei dem markierte Mononukleotide eingebaut und diese markierten Nukleinsäuren mit zur nachzuweisenden Nukleinsäure komplementären immobilisierten Nukleinsäuren abgefangen werden. Über die Methode der Denaturierung der amplifizierten Nukleinsäuren und die Hybridisierungsbedingungen ist nichts ausgesagt. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Herstellung effizient festphasengebundener Nukleinsäuren aufwendig ist. WO 89/11 546 proposes a method in which amplified, solid phase bound nucleic acids with a Primers and labeled mononucleotides are implemented, whereby the labeled nucleic acids formed are detected will. This method has the disadvantage that all significant reactions take place on the solid phase, whereby the reaction speed is impaired. Also in the EP-A-03 24 474 proposes such a method in which incorporated labeled mononucleotides and labeled them Nucleic acids with the nucleic acid to be detected complementary immobilized nucleic acids captured will. About the method of denaturing the amplified Nucleic acids and the hybridization conditions are nothing testified. Another disadvantage of this method is that the Production of efficiently solid-phase bound nucleic acids is complex.  

In der EP-A-03 57 011 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem in die Verlängerungsreaktion zwei Primer eingesetzt werden, von denen einer nachweisbar markiert und der andere zur Bindung an eine feste Phase geeignet ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es aufwendiger ist, nachweisbar markierte Oligonukleotide von den diese Oligonukleotide beinhaltenden Verlängerungsprodukten abzutrennen. Wenn keine Abtrennung vorgenommen wird, ist wegen Konkurrenzreaktionen eine verringerte Sensitivität zu erwarten.EP-A-03 57 011 describes a method in which two primers are used in the extension reaction, from one of which is demonstrably marked and the other for binding a solid phase is suitable. This procedure has the Disadvantage that it is more elaborately marked Oligonucleotides from those containing these oligonucleotides To separate extension products. If no partition is made because of competitive reactions reduced sensitivity to be expected.

In der EP-A-02 97 379 und der EP-A-03 48 529 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein immobilisierter oder immobilisierbarer Primer unter Zuhilfenahme der target-Nukleinsäure als template mit einem detektierbaren Mononukleotid zu einer immobilisierten und gleichzeitig nachweisbar markierten Nukleinsäure verlängert wird. Dieses Verfahren hat u. a. den Nachteil, daß die Spezifität des Nachweises nicht sehr hoch ist. Das ebenfalls in EP-A-02 97 379 beschriebene Verfahren, bei dem nur ein immobilisierter oder immobilisierbarer Primer eingesetzt wird, woraufhin die Verlängerungsprodukte mit einem markierten Oligonukleotid umgesetzt werden, hat den bei EP-A-03 57 011 beschriebenen Nachteil der erschwerten Abtrennbarkeit des Oligonukleotids.EP-A-02 97 379 and EP-A-03 48 529 describe a method described in which an immobilized or immobilizable Primer using the target nucleic acid as a template immobilized with a detectable mononucleotide and at the same time detectably labeled nucleic acid extended becomes. This method has u. a. the disadvantage that the Specificity of the proof is not very high. That also in Process described in EP-A-02 97 379, in which only one immobilized or immobilizable primer is used, whereupon the extension products with a marked Implemented oligonucleotide has the EP-A-03 57 011 described disadvantage of the difficult severability of the Oligonucleotide.

In der WO 89/09 281 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die beiden Primer dieselbe chemische Gruppe aufweisen, die einmal zur Immobilisierung und zum anderen zum Nachweis verwendet wird. Dies verstärkt den oben genannten Nachteil der schlechten Abtrennbarkeit noch.WO 89/09 281 describes a method in which the both primers have the same chemical group that once used for immobilization and the other for detection becomes. This exacerbates the above disadvantage of bad Detachability still.

In Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 86, pp 6230-6234 wird ebenfalls ein Verfahren geschildert, in dem ein nachweisbar markierter Primer verlängert wird. Der Nachweis erfolgt nach Bindung der Verlängerungsprodukte an eine Fangprobe. Auch hier ist die Abtrennung des nachweisbar markierten Primers nicht ohne Zusatzschritte möglich, und er stört daher die Nachweisreaktion.In Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 86, pp 6230-6234 also described a method in which a detectable marked primer is extended. Evidence is provided after Binding the extension products to a catch sample. Here too  is not the separation of the demonstrably labeled primer possible without additional steps, and it therefore interferes with the Detection reaction.

Es war daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Verfahrens des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein Nukleinsäurenachweisverfahren bereitzustellen, welches hohe Spezifität oder Selektivität mit geringem Hintergrundsignal verbindet.It was therefore an object of the invention the disadvantages of the method to avoid the prior art and in particular a To provide nucleic acid detection method, which is high Specificity or selectivity with a low background signal connects.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum spezifischen Nachweis einer Nukleinsäure in einer Probe, welches folgende Schritte umfaßt:The invention relates to a method for specific Detection of a nucleic acid in a sample, the following Steps include:

  • a) Reaktion der Probe mit einem oder mehreren markierten Mononukleosidtriphosphaten und einem oder mehreren Enzymen, welche die Herstellung einer markierten Nukleinsäure B katalysieren, die dieses Nukleotid enthält,a) Reaction of the sample with one or more labeled Mononucleoside triphosphates and one or more Enzymes that are used to produce a labeled Nucleic acid B catalyze this nucleotide contains
  • b) Reaktion der Probe mit einer Nukleinsäuresonde C, welche hinreichend komplementär zu der Nukleinsäure B ist,b) reaction of the sample with a nucleic acid probe C, which are sufficiently complementary to nucleic acid B is
  • c) Nachweis des aus markierter Nukleinsäure B und Nukleinsäuresonde C gebildeten Nukleinsäurehybrids D,c) detection of the from labeled nucleic acid B and Nucleic acid probe C formed nucleic acid hybrid D,
  • d) wobei die Nukleinsäuresonde mindestens eine immobilisierbare Gruppe enthält,d) wherein the nucleic acid probe is at least one contains immobilizable group,
  • e) die Reaktionsmischung nach Schritt a) einer nicht thermischen Denaturierung unterzogen wird, e) the reaction mixture after step a) not one undergoes thermal denaturation,  
  • f) das Nukleinsäurehybrid D mit einer festen Phase, welche die immobilisierbare Nukleinsäuresonde C spezifisch binden kann, in Kontakt gebracht wird,f) the nucleic acid hybrid D with a solid phase, which the immobilizable nucleic acid probe C can bind specifically, is brought into contact,
  • g) die flüssige von der festen Phase getrennt wird undg) the liquid is separated from the solid phase and
  • h) die an die feste Phase gebundene nachweisbare Gruppe nachgewiesen wird.h) the detectable group bound to the solid phase is proven.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um eine spezielle Ausführungsform der sogenannten Hybridisierungstests, die in ihren Grundzügen dem Fachmann auf dem Gebiet der Nukleinsäurediagnostik bekannt sind. Soweit experimentelle Details im folgenden nicht ausgeführt sind, wird dazu voll inhaltlich auf "Nucleic acid hybridisation", Herausgeber B.D. Hames und S.J. Higgins, IRL Press, 1986, in den Kapiteln 1 (Hybridisation Strategy), 3 (Quantitative Analysis of Solution Hybridisation) und 4 (Quantitative Filter Hybridisation), Current Protocols in Molecular Biology, Edt. F.M. Ausubel et al., J. Wiley and Son, 1987, 2.9.1.-2.9.10 und Molecular Cloning, Edt. J. Sambrook et al., CSH, 1989, 9.4.7.- 9.5.8. Bezug genommen. Dazu gehören insbesondere die bekannten Methoden zur Herstellung von markierten Nukleosidtriphosphaten, wie sie auch in EP-A-03 29 474 beschrieben sind, die chemische Synthese von modifizierten und unmodifizierten Oligonukleotiden, die Spaltung von Nukleinsäuren mittels Restriktionsenzymen, die Auswahl von Hybridisierungs­ bedingungen, durch welche eine Spezifität erreicht werden kann, die vom Ausmaß der Homologie zwischen den zu hybridisierenden Nukleinsäuren, deren GC-Gehalt und deren Länge abhängt, sowie die Bildung von Nukleinsäuren aus Nukleosidtriphosphaten mit Hilfe von Polymerasen, gegebenenfalls unter Verwendung von sogenannten Primern. The method according to the invention is a special embodiment of the so-called hybridization tests, the basic features of which are known to those skilled in the field of Nucleic acid diagnostics are known. So far experimental Details that are not detailed below will do so full content on "Nucleic acid hybridization", publisher B.D. Hames and S.J. Higgins, IRL Press, 1986, in Chapters 1 (Hybridization Strategy), 3 (Quantitative Analysis of Solution Hybridization) and 4 (quantitative filter hybridization), Current Protocols in Molecular Biology, Edt. F.M. Ausubel et al., J. Wiley and Son, 1987, 2.9.1.-2.9.10 and Molecular Cloning, Edt. J. Sambrook et al., CSH, 1989, 9.4.7.- 9.5.8. Referred. These include in particular the known ones Methods for the production of labeled nucleoside triphosphates, as also described in EP-A-03 29 474, the chemical synthesis of modified and unmodified Oligonucleotides using nucleic acids Restriction enzymes, the selection of hybridization conditions by which specificity can be achieved the degree of homology between those to be hybridized Nucleic acids, the GC content and length of which depend, and with the formation of nucleic acids from nucleoside triphosphates With the help of polymerases, optionally using so-called primers.  

Eine Markierung im Sinne der vorliegenden Erfindung besteht aus einer direkt oder indirekt nachweisbaren Gruppe L. Direkt nachweisbare Gruppen sind beispielsweise radioaktive (32P), farbige, oder fluoreszierende Gruppen oder Metallatome. Indirekt nachweisbare Gruppen sind beispielsweise immunologisch oder enzymatisch wirksame Verbindungen, wie Antikörper, Antigene, Haptene oder Enzyme oder enzymatisch aktive Teilenzyme. Diese werden in einer nachfolgenden Reaktion oder Reaktionssequenz detektiert. Besonders bevorzugt sind Haptene, da an mit ihnen markierte Nukleosidtriphosphate im allgemeinen besonders gut als Substrate von Polymerasen einsetzbar sind und eine anschließende Reaktion mit einem markierten Antikörper gegen das Hapten oder das haptenisierte Nukleosid leicht vorgenommen werden kann. Solche Nukleosidtriphosphate sind beispielsweise Brom-Nukleosidtriphosphate oder Digoxigenin-, Digoxin- oder Fluorescein-gekoppelte Nukleosidtriphosphate. Als besonders geeignet haben sich die in EP-A-03 24 474 genannten Steroide und deren Detektion erwiesen. Für deren Inkorporation in Nukleinsäuren wird hiermit auf die EP-A-03 24 474 verwiesen.A label in the sense of the present invention consists of a directly or indirectly detectable group L. Directly detectable groups are, for example, radioactive ( 32 P), colored or fluorescent groups or metal atoms. Indirectly detectable groups are, for example, immunologically or enzymatically active compounds such as antibodies, antigens, haptens or enzymes or enzymatically active partial enzymes. These are detected in a subsequent reaction or reaction sequence. Haptens are particularly preferred since nucleoside triphosphates labeled with them can generally be used particularly well as substrates for polymerases and a subsequent reaction with a labeled antibody against the hapten or the haptenized nucleoside can easily be carried out. Such nucleoside triphosphates are, for example, bromine nucleoside triphosphates or digoxigenin, digoxin or fluorescein-coupled nucleoside triphosphates. The steroids mentioned in EP-A-03 24 474 and their detection have proven to be particularly suitable. For their incorporation into nucleic acids, reference is hereby made to EP-A-03 24 474.

Nukleosidtriphosphate (NTP) sind Ribo (rNTP)- oder Desoxyribonukleosidtriphosphate (dNTP).Nucleoside triphosphates (NTP) are ribo (rNTP) - or Deoxyribonucleoside triphosphates (dNTP).

Unter einer target-Nukleinsäure wird eine Nukleinsäure verstanden, die Ziel des Nachweises und Ausgangsstoff des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.Under a target nucleic acid is a nucleic acid understood the aim of the proof and starting material of the is the inventive method.

Eine template-Nukleinsäure A ist eine Nukleinsäure, zu der ein im wesentlichen komplementärer Nukleinsäurestrang neu gebildet wird. In Bezug auf die Sequenzinformation dient die template- Nukleinsäure als Matrize und enthält die Sequenzformation, die in Reaktion a) in die Nukleinsäure B umgeschrieben wird. Die Nukleinsäure A ist entweder die target-Nukleinsäure oder eine davon abgeleitete Nukleinsäure. Sie kann beispielsweise ein Teil der target-Nukleinsäure sein oder einen Teil der target- Nukleinsäure neben anderen Teilen enthalten, beispielsweise hochkomplexe Nukleinsäuren. Sie kann auch einen Teil des zu der target-Nukleinsäure komplementären Stranges enthalten.A template nucleic acid A is a nucleic acid to which a essentially complementary nucleic acid strand newly formed becomes. With regard to the sequence information, the template Nucleic acid as a template and contains the sequence formation that in reaction a) is rewritten into nucleic acid B. The Nucleic acid A is either the target nucleic acid or a  nucleic acid derived therefrom. For example, it can be a Be part of the target nucleic acid or part of the target Contain nucleic acid among other parts, for example highly complex nucleic acids. It can also be part of the contain target nucleic acid complementary strand.

Denaturierung bedeutet Auftrennung von Nukleinsäuredoppelsträngen in Einzelstränge. Dem Fachmann stehen eine Vielzahl von Varianten zur Verfügung.Denaturation means separation of Nucleic acid double strands in single strands. The specialist a large number of variants are available.

Unter einem spezifischen Nachweis wird ein Verfahren verstanden, durch welches gewünschtenfalls selektiv bestimmte Nukleinsäuren auch in Gegenwart anderer Nukleinsäuren nachgewiesen werden können. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Nukleinsäuren oder eine Gruppe von Nukleinsäuren mit teilweise übereinstimmender oder ähnlicher Nukleotidsequenz oder mehrere Abschnitte einer Nukleinsäure in Gegenwart anderer Nukleinsäuren nachzuweisen. Zum Nachweis doppelsträngiger Nukleinsäuren kann jeder der beiden komplementären Stränge einbezogen werden.A specific proof is a procedure understood by which, if desired, selectively determined Nucleic acids also in the presence of other nucleic acids can be demonstrated. However, it is also possible to have several Partial nucleic acids or a group of nucleic acids matching or similar nucleotide sequence or more Sections of one nucleic acid in the presence of another Detect nucleic acids. For the detection of double-stranded Nucleic acids can be any of the two complementary strands be included.

Unter einer im wesentlichen komplementären Nukleinsäure oder Nukleinsäuresequenz werden Nukleinsäuren oder Sequenzen verstanden, die mit der entsprechenden Nukleinsäure hybridisieren können, deren Nukleotidsequenz im hybridisierenden Bereich entweder genau komplementär zu der anderen Nukleinsäure ist oder sich in wenigen Basen von der genau komplementären Nukleinsäure unterscheidet. Die Spezifität richtet sich dabei sowohl nach dem Grad der Komplementarität als auch nach den Hybridisierungsbedingungen.Under an essentially complementary nucleic acid or Nucleic acid sequences become nucleic acids or sequences understood that with the corresponding nucleic acid can hybridize, the nucleotide sequence in the hybridizing area either exactly complementary to that other nucleic acid or in a few bases from the distinguishes exactly complementary nucleic acid. The specificity depends on the degree of complementarity as well as the hybridization conditions.

Flüssige Phasen sind die üblicherweise bei Nukleinsäurenachweisen verwendeten wäßrigen Phasen mit gelösten organischen bzw. anorganischen Inhaltsstoffen, z. B. Hybridisierungspuffer, überschüssigen Nukleotiden, weiteren nicht nachzuweisenden Nukleinsäuren, Proteinen etc.Liquid phases are the most common Nucleic acid detections used aqueous phases with dissolved organic or inorganic ingredients, e.g. B.  Hybridization buffer, excess nucleotides, others undetectable nucleic acids, proteins etc.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Nachweis einer Nukleinsäure. Unter Nukleinsäuren sind hierbei Nukleinsäuren jeglichen Ursprungs zu verstehen, beispielsweise Nukleinsäuren viroiden, viralen, bakteriellen oder zellulären Ursprungs. Sie können in Lösung, Suspension, aber auch an Festkörpern fixiert oder in zellhaltigen Medien, Zellabstrichen, fixierten Zellen, Gewebsschnitten oder fixierten Organismen vorliegen. Bevorzugt liegen die Nukleinsäuren in Lösung vor. Die Reaktionssequenz wird meist gestartet durch Verfügbarmachung der zu untersuchenden Nukleinsäure mit entsprechenden Reagentien. Hierbei können sowohl Veränderungen des pHs (alkalisch), Hitze, Wiederholung extremer Temperaturveränderungen (Einfrieren/Auftauen), Veränderung der physiologischen Wachstumsbedingungen (Osmotischer Druck), Einwirkung von Detergentien, chaotropen Salzen oder Enzymen (z. B. Proteasen, Lipasen), alleine oder in Kombination zur Freisetzung der Nukleinsäuren beitragen. Da das erfindungsgemäße Verfahren sehr empfindlich und selektiv ist, können auch kleine Nukleinsäuremengen in Anwesenheit anderer Stoffe, beispielsweise Proteinen, Zellen, Zellfragmenten, aber auch nicht nachzuweisender Nukleinsäuren nachgewiesen werden. Eine Aufreinigung von Proben kann somit entfallen, wenn sichergestellt ist, daß die nachzuweisenden Nukleinsäuren für die eingesetzten Reagenzien ausreichend zugänglich sind.The method according to the invention serves to detect a Nucleic acid. Nucleic acids are nucleic acids to understand any origin, for example nucleic acids viroid, viral, bacterial or cellular origin. they can be fixed in solution, suspension, but also on solids or in cell-containing media, cell smears, fixed cells, Tissue sections or fixed organisms are present. Prefers the nucleic acids are in solution. The reaction sequence is usually started by making the investigating nucleic acid with appropriate reagents. Changes in pH (alkaline), heat, Repetition of extreme temperature changes (Freeze / thaw), change in physiological Growth conditions (osmotic pressure), exposure to Detergents, chaotropic salts or enzymes (e.g. proteases, Lipases), alone or in combination to release the Contribute nucleic acids. Since the method according to the invention is very sensitive and selective, even small ones can Amounts of nucleic acids in the presence of other substances, for example proteins, cells, cell fragments, but also not detectable nucleic acids. A Purification of samples can therefore be omitted if it is ensured that the nucleic acids to be detected for the reagents used are sufficiently accessible.

Die Nukleinsäuren können auch vorbehandelt sein. Zu den bekannten Vorbehandlungen gehört insbesondere die Fragmentierung, beispielsweise mittels Restriktionsenzymen oder die cDNS-Synthese aus RNS. Damit das erfindungsgemäße Verfahren seine Vorteile voll entfalten kann, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Nukleinsäure eine Größe von mindestens 40 bp aufweist.The nucleic acids can also be pretreated. To the known pretreatments include in particular the Fragmentation, for example using restriction enzymes or cDNA synthesis from RNA. The method according to the invention can fully unfold its advantages, it has proven to be useful  proven if the nucleic acid is at least 40 bp in size having.

Weiterhin ist die Nukleinsäure bevorzugt das Produkt einer vorgeschalteten spezifischen oder unspezifischen Nukleinsäurevermehrung. Solche Nukleinsäureamplifikations­ verfahren sind beispielsweise aus
EP-A-02 01 184, EP-A-02 72 098, DE-A-37 26 934,
EP-A-02 37 362, WO 88/10 315, WO 90/01 069, WO 87/06 270,
EP-A-03 00 796, EP-A-03 10 229, WO 89/09 835,
EP-A-03 70 694, EP-A-03 56 021, EP-A-03 73 960,
EP-A-03 79 369, WO 89/12 696 oder EP-A-03 61 983
bekannt. Die Nukleinsäure kann jedoch auch eine durch Klonierung und in-vivo-Vermehrung hergestellte Nukleinsäure sein.
Furthermore, the nucleic acid is preferably the product of an upstream specific or non-specific nucleic acid amplification. Such nucleic acid amplification processes are, for example, from
EP-A-02 01 184, EP-A-02 72 098, DE-A-37 26 934,
EP-A-02 37 362, WO 88/10 315, WO 90/01 069, WO 87/06 270,
EP-A-03 00 796, EP-A-03 10 229, WO 89/09 835,
EP-A-03 70 694, EP-A-03 56 021, EP-A-03 73 960,
EP-A-03 79 369, WO 89/12 696 or EP-A-03 61 983
known. However, the nucleic acid can also be a nucleic acid produced by cloning and in vivo propagation.

Die nachzuweisenden (target-)Nukleinsäuren können direkt als template-Nukleinsäuren A in Reaktion a) eingesetzt werden, wenn sie die für das gewählte Enzymsystem erforderlichen Bedingungen erfüllen. Dazu gehört für manche Enzyme, daß es sich um einzelsträngige Nukleinsäuren handelt, bei anderen ist es erforderlich, daß sie Erkennungsstellen bzw. Promotoren für das Enzymsystem beinhalten.The (target) nucleic acids to be detected can be used directly as template nucleic acids A are used in reaction a) if the conditions required for the chosen enzyme system fulfill. For some enzymes, this means that it is single-stranded nucleic acids, others are required that they have recognition sites or promoters for the Enzyme system include.

Ist dies nicht der Fall, so müssen die target-Nukleinsäuren in einem (Reaktion a) vorgeschalteten Schritt in derartige template-Nukleinsäuren A überführt werden.If this is not the case, the target nucleic acids must be in a (reaction a) upstream step in such template nucleic acids A are transferred.

Es kann sich bei A um eine Ribonukleinsäure oder eine Desoxyribonukleinsäure handeln. Besonders bevorzugt als Nukleinsäure A sind Desoxyribonukleinsäuren. A can be a ribonucleic acid or a Act deoxyribonucleic acid. Particularly preferred as Nucleic acid A are deoxyribonucleic acids.  

Das Enzym E im Sinne der Erfindung ist ein Enzym oder Enzymsystem, das die templatabhängige Synthese von Nukleinsäuren aus Mononukleosidtriphosphaten katalysiert. Bevorzugte Enzyme sind Polymerasen und Transskriptasen, die die Verknüpfung von Mononukleotiden bewirken. Solche Enzyme sind dem Fachmann bekannt.The enzyme E in the sense of the invention is an enzyme or Enzyme system that supports the templated synthesis of Catalyzed nucleic acids from mononucleoside triphosphates. Preferred enzymes are polymerases and transcriptases, which Link mononucleotides. Such enzymes are known to the expert.

In einem ersten Schritt wird aus der template-Nukleinsäure A eine markierte Nukleinsäure B hergestellt. Dies kann auf prinzipiell jede Art und Weise geschehen, solange nur die spezifische Information der Nukleotidsequenz der Nukleinsäure A oder eines Teils davon im wesentlichen erhalten bleibt.In a first step, the template nucleic acid A a labeled nucleic acid B is produced. This can be due to basically any way happen as long as only that specific information of the nucleotide sequence of nucleic acid A or part of it remains largely intact.

Eine Methode ist beispielsweise der Austausch von einzelnen Nukleotiden der Nukleinsäure A gegen markierte Nukleotide, beispielsweise durch Nick-Reparatur (J. Mol. Biol. 113, 237 (1977)). Das Enzym E bei dieser Reaktion ist E. coli DNA Polymerase oder Kornberg-Enzym. Dieses Verfahren ist jedoch nicht allzu vorteilhaft, da die Markierung relativ unspezifisch eingeführt wird, d. h. neben der Nukleinsäure A alle weiteren in der Probe vorliegenden Nukleinsäuren markiert werden. Es eignet sich daher für Reaktion a) insbesondere dann, wenn, wie oben geschildert, in einer vorgeschalteten Vermehrungsreaktion die nachzuweisenden Nukleinsäuren spezifisch amplifiziert wurden.One method is, for example, the exchange of individuals Nucleotides of nucleic acid A against labeled nucleotides, for example by Nick repair (J. Mol. Biol. 113, 237 (1977)). The enzyme E in this reaction is E. coli DNA Polymerase or Kornberg enzyme. However, this procedure is not too advantageous since the marking is relatively unspecific is introduced, d. H. in addition to nucleic acid A all others in nucleic acids present in the sample are marked. It is suitable therefore for reaction a) especially if, as above described in an upstream propagation reaction nucleic acids to be detected were specifically amplified.

In einer anderen Methode, welche ebenfalls den genannten Nachteil aufweist, wird die Nukleinsäure A unter Einbau von markierten Nukleotiden verlängert (tailing). Weitere Verfahren dieser Art sind Photomarkierung und Random Priming.In another method, which is also the one mentioned Disadvantage, the nucleic acid A with incorporation of labeled nucleotides extended (tailing). Other procedures of this kind are photo marking and random priming.

Bei den bisher geschilderten Schritten zur Herstellung der Nukleinsäure B wird in Reaktion A direkt die target- Nukleinsäure eingesetzt. Diese kann einzel- oder doppelsträngig vorliegen. In the previously described steps for producing the In reaction A, nucleic acid B is the target Nucleic acid used. This can be single or double-stranded are available.  

Die target-Nukleinsäuren der im folgenden aufgeführten bevorzugten Ausführungsvarianten müssen vor oder während der Reaktion a) einzelsträngig gemacht werden. Eine evtl. notwendige Strangtrennung kann durch Behandlung mit Alkali, aber auch thermisch, enzymatisch oder mittels chaotroper Salze geschehen.The target nucleic acids listed below preferred variants must be before or during the Reaction a) be made single-stranded. A possibly necessary strand separation can be achieved by treatment with alkali, but also thermally, enzymatically or using chaotropic salts happen.

Die Verwendung von Reaktionen a), die von der Anwesenheit eines spezifischen Starters abhängig sind, ist wegen der erhöhten Spezifität besonders bevorzugt. Solche spezifischen Starter bewirken, daß das Enzym nur auf die Nukleinsäure wirkt, welche diesen Starter gebunden hat. Der Starter ist bevorzugt ein sogenannter spezifischer Primer P1, ein Promotor oder eine Replikationsinitiationsregion.The use of reactions a) which are dependent on the presence of a specific starter is particularly preferred because of the increased specificity. Such specific starters have the effect that the enzyme acts only on the nucleic acid which has bound this starter. The starter is preferably a so-called specific primer P 1 , a promoter or a replication initiation region.

Spezifische Primer P1 sind besonders Oligonukleotide oder modifizierte Oligonukleotide, die eine im wesentlichen zu der Nukleinsäure A komplementäre Nukleotidsequenz aufweisen. Modifizierte Oligonukleotide sind beispielsweise Oligonukleotide, die am 3′-Ende ein Dideoxynukleotid enthalten. Solche Oligonukleotide können enzymatisch hergestellt werden. Als template-Nukleinsäure A kann direkt die target-Nukleinsäure eingesetzt werden.Specific primers P 1 are in particular oligonucleotides or modified oligonucleotides which have a nucleotide sequence essentially complementary to nucleic acid A. Modified oligonucleotides are, for example, oligonucleotides which contain a dideoxynucleotide at the 3'-end. Such oligonucleotides can be produced enzymatically. The target nucleic acid can be used directly as template nucleic acid A.

Die Verwendung solcher Primer P1 setzt also voraus, daß zumindest ein Teil der Sequenz der Nukleinsäure bekannt ist. Die Sequenz des Primers wird ferner so gewählt, daß er an einem seiner Enden, bevorzugt am 3′-Ende, kürzer ist als die Nukleinsäure. Diese weist daher über das 3′-Ende des Primers hinaus ein überstehendes einzelsträngiges Teilstück auf.The use of such primers P 1 therefore presupposes that at least part of the sequence of the nucleic acid is known. The sequence of the primer is also chosen so that it is shorter at one of its ends, preferably at the 3'-end, than the nucleic acid. This therefore has a single-strand protruding portion beyond the 3'-end of the primer.

In den Reaktionsschritt können pro nachzuweisendem Nukleinsäureeinzelstrang ein oder mehrere spezifische Primer eingesetzt werden. Im Fall mehrerer Primer überlappen sich die Bereiche auf der Nukleinsäure, mit denen die Primer hybridisieren können, bevorzugt nicht, und besonders bevorzugt liegen zwischen diesen Bereichen einzelsträngige Bereiche der Nukleinsäure A. Der Primer kann neben einem zu der template- Nukleinsäure A im wesentlichen komplementären Teil, bevorzugt am 5′-Ende, auch noch eine Nukleotidsequenz S1 beinhalten, die nicht mit der Nukleinsäure insbesondere dem an den komplementären Bereich anschließenden Bereich hybridisieren kann.One or more specific primers can be used in the reaction step for each nucleic acid single strand to be detected. In the case of several primers, the regions on the nucleic acid with which the primers can hybridize preferably do not overlap, and particularly preferably single-stranded regions of nucleic acid A lie between these regions. In addition to a part which is essentially complementary to template nucleic acid A, the primer can , preferably at the 5 'end, also contain a nucleotide sequence S 1 which cannot hybridize with the nucleic acid, in particular the region adjoining the complementary region.

Diese Sequenz S1 kann beispielsweise einzel- oder doppelsträngig sein und auch eine Erkennungssequenz für ein Enzym enthalten. Dies kann z. B. eine Restriktionsschnittstelle sein. Auch kann der Primer im Hinblick auf effektives Priming beispielsweise ein Protein gebunden enthalten, welches von einem Enzym E, vorzugsweise einer Polymerase, erkannt wird.This sequence S 1 can for example be single or double-stranded and also contain a recognition sequence for an enzyme. This can e.g. B. be a restriction site. With regard to effective priming, the primer can also contain, for example, a protein which is recognized by an enzyme E, preferably a polymerase.

Damit die Reaktion a) ablaufen kann, müssen die Nukleinsäure A und der Primer P1 im komplementären Bereich zunächst jeweils von gegebenenfalls anwesenden Komplementärsträngen getrennt werden. Diese Trennung kann nach bekannten Methoden, beispielsweise thermisch oder nichtthermisch erfolgen. Die nichtthermische Denaturierung ist bevorzugt. Reaktion a) wird dann unter Bedingungen gestartet, bei denen A und P1 miteinander hybridisieren können.In order for reaction a) to take place, the nucleic acid A and the primer P 1 must first be separated in the complementary region from any complementary strands which may be present. This separation can take place according to known methods, for example thermally or non-thermally. Non-thermal denaturation is preferred. Reaction a) is then started under conditions in which A and P 1 can hybridize with one another.

Bei Verwendung eines Primers als Starter wird der Probe außerdem ein Enzym E zugegeben, welches in einer primerabhängigen Reaktion zu A komplementäre Nukleinsäure synthetisieren kann. Dazu gehören insbesondere Polymerasen. When using a primer as a starter, the sample also added an enzyme E, which in a primer-dependent reaction to A complementary nucleic acid can synthesize. These include in particular polymerases.  

Ihre Substratspezifität richtet sich nach der Nukleinsäure A. Ist A RNA, so kommen insbesondere RNA-abhängige DNA- Polymerasen, wie reverse Transkriptase (z. B. aus AMV oder M- MuLV) in Frage. Ist A DNS, so sind DNS-abhängige DNS- Polymerasen, wie Klenow-Enzym der Taq-DNS-Polymerase bevorzugt.Their substrate specificity depends on nucleic acid A. If A is RNA, RNA-dependent DNA Polymerases, such as reverse transcriptase (e.g. from AMV or M- MuLV) in question. If A is DNS, then DNS-dependent DNS Polymerases, such as the Klenow enzyme of Taq DNA polymerase prefers.

Ebenfalls der Probe zugegeben werden Desoxyribonukleosid­ triphosphate (dNTP), von denen mindestens eines markiert ist.Deoxyribonucleoside is also added to the sample triphosphates (dNTP), at least one of which is labeled.

Produkt der Polymerasereaktion ist eine markierte Desoxyribonukleinsäure B, in welche der Primer P1 sowie das markierte Desoxyribonukleosidtriphosphat eingebaut sind. Diese Nukleinsäure B ist gleich groß oder kleiner als das template, weist jedoch einen Bereich auf, der zu mindestens einem Teil im wesentlichen komplementär zum template ist.The product of the polymerase reaction is a labeled deoxyribonucleic acid B, in which the primer P 1 and the labeled deoxyribonucleoside triphosphate are incorporated. This nucleic acid B is the same size or smaller than the template, but has an area which is at least in part substantially complementary to the template.

Diese Nukleinsäure B kann nun direkt in Schritt b) eingesetzt werden. Vorteilhaft wird sie jedoch nochmals als template- Nukleinsäure einer Reaktion analog zu Schritt a) unterworfen. Hierzu wird der Probe ein Primer P2 zugesetzt, der im wesentlichen komplementär zu einem Teil der Nukleinsäure B, bevorzugt zu einem Teil des neu aus dNTPs gebildeten Bereiches, ist. Das Primerpaar P1 und P2 erfüllen bevorzugt die in EP-A- 02 01 184 geschilderten Bedingungen. Bevorzugt werden P1 und P2 gleichzeitig zu dem template A zugegeben.This nucleic acid B can now be used directly in step b). However, it is advantageously subjected to a reaction analogous to step a) as template nucleic acid. For this purpose, a primer P 2 is added to the sample, which is essentially complementary to part of nucleic acid B, preferably part of the region newly formed from dNTPs. The primer pair P 1 and P 2 preferably meet the conditions described in EP-A-02 01 184. P 1 and P 2 are preferably added simultaneously to template A.

Um eine noch höhere Empfindlichkeit zu erlangen, ist es möglich, Reaktion a) noch mehrere Male, bevorzugt 1-60, besonders bevorzugt 20-60 mal, durchzuführen, wobei jeweils die Produkte der Reaktion erneut in Reaktion a) eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich theoretisch eine nahezu exponentielle Vermehrung an markierten Nukleinsäuren. Es werden dabei beide Nukleinsäurestränge gebildet, wobei die Länge durch die nicht verlängerbaren Enden der Primer P1 und P2 festgelegt ist. Es ist analog zu EP-A-02 01 184 möglich, in den späteren Durchläufen von Reaktion a) auch sogenannte nested Primer zu verwenden, deren Sequenz so gewählt ist, daß die entstehenden Nukleinsäuren kleiner sind als die zunächst gebildeten. Vor jedem Durchlauf von Reaktion a) ist es zweckmäßig, die in Reaktion a) gebildeten Doppelstränge aus A und B zu trennen. Dies kann thermisch oder nicht thermisch geschehen. Es müssen jeweils erneut Primer P1 und P2 anwesend sein.In order to achieve an even higher sensitivity, it is possible to carry out reaction a) a number of times, preferably 1-60, particularly preferably 20-60 times, the products of the reaction being used again in reaction a). Theoretically, this results in an almost exponential increase in labeled nucleic acids. Both strands of nucleic acid are formed, the length being determined by the non-extendable ends of the primers P 1 and P 2 . Analogously to EP-A-02 01 184, it is also possible to use so-called nested primers in the later runs of reaction a), the sequence of which is selected such that the nucleic acids formed are smaller than those initially formed. Before each run of reaction a), it is advantageous to separate the double strands of A and B formed in reaction a). This can be done thermally or not thermally. Primers P 1 and P 2 must be present again.

Der Starter kann auch ein Promotor sein. Ein Promotor ist eine Nukleotidsequenz, die von einer RNS-Polymerase erkannt wird und diese veranlaßt, einen zu der auf den Promotor folgenden Nukleotidsequenz komplementären Nukleinsäurestrang B zu synthetisieren. Dabei wird neben den nicht markierten NTPs auch das markierte NTP in den gebildeten Nukleinsäurestrang eingebaut.The starter can also be a promoter. A promoter is one Nucleotide sequence recognized by an RNA polymerase and this causes one to follow the promoter Nucleotide sequence complementary nucleic acid strand B to synthesize. In addition to the unmarked NTPs, the labeled NTP in the nucleic acid strand formed built-in.

Geeignete Promotoren sind bekannt, beispielsweise RNS-Polymerase Bindungsstellen aus Bakterienphagen wie T3, T7 oder SP6 (Melton et al.: NAR 12, 1984, 7035-56; Pfeiffer & Gilbert: Protein Sequences and DNA-Analysis I, 1988, 269-280; Uhlenbeck et al.: Nature 328, 1987, 596-600).Suitable promoters are known, for example RNA polymerase Binding sites from bacterial phages such as T3, T7 or SP6 (Melton et al .: NAR 12, 1984, 7035-56; Pfeiffer & Gilbert: protein Sequences and DNA Analysis I, 1988, 269-280; Uhlenbeck et al .: Nature 328, 1987, 596-600).

Der Promotor ist in einer bevorzugten Ausführungsform des Nachweisverfahrens Teil eines spezifischen Primers zur Herstellung der template-Nukleinsäure A aus der target- Nukleinsäure. Dieser Primer hat eine Nukleotidsequenz S1, die im wesentlichen komplementär zu einem Teil der target- Nukleinsäure ist, und eine Nukleotidsequenz S2, die von einer RNS-Polymerase erkannt wird und mindestens eine Promotor­ sequenz beinhaltet. In einer ersten Reaktion wird mit dem Primer und einer von der Art der target-Nukleinsäure abhängigen DNS-Polymerase und dNTPs ein zu der target-Nukleinsäure mindestens teilweise komplementärer Nukleinsäurestrang A1 gebildet, der den Primer mit dem Promotor beinhaltet. Falls nicht bereits mit dem Primer verbunden, wird das neu gebildete Nukleinsäurestück durch Zugabe eines weiteren Enzyms, bevorzugt einer Ligase, z. B. E.coli-DNS-Ligase mit dem Primer kovalent verknüpft. Die Ligase kann auch thermisch stabil sein. A1 ist bevorzugt kürzer als die target-Nukleinsäure.In a preferred embodiment of the detection method, the promoter is part of a specific primer for producing the template nucleic acid A from the target nucleic acid. This primer has a nucleotide sequence S 1 , which is essentially complementary to part of the target nucleic acid, and a nucleotide sequence S 2 , which is recognized by an RNA polymerase and contains at least one promoter sequence. In a first reaction, a nucleic acid strand A 1 which is at least partially complementary to the target nucleic acid and which contains the primer with the promoter is formed with the primer and a DNA polymerase and dNTPs which depend on the type of target nucleic acid. If not already connected to the primer, the newly formed nucleic acid piece is added by adding another enzyme, preferably a ligase, e.g. BEcoli DNA ligase covalently linked to the primer. The ligase can also be thermally stable. A 1 is preferably shorter than the target nucleic acid.

Bevorzugt wird in dieser Transkriptionsreaktion ein zweiter zum target-Nukleinsäurestrang komplementärer Primer P3 eingesetzt und die Lücke zwischen beiden Primern geschlossen, beispielsweise durch eine Gap-Filling-Reaktion. Der Einsatz markierter dNTPs ist hier noch nicht erforderlich, da sich diese Maßnahme im erfindungsgemäßen Verfahren in einer nur geringen Verstärkung des Meßsignals auswirkt, aber möglich.In this transcription reaction, a second primer P 3 which is complementary to the target nucleic acid strand is preferably used and the gap between the two primers is closed, for example by a gap filling reaction. The use of marked dNTPs is not yet necessary here, since this measure has an effect in the method according to the invention in only a slight amplification of the measurement signal, but is possible.

Ist die target-Nukleinsäure RNS, so wird diese bevorzugt in einem folgenden Schritt selektiv abgebaut. Dazu sind bekannte Verfahren geeignet, beispielsweise die Behandlung mit Alkali oder mit RNAsen. Anschließend wird ein zu A1 komplementärer Nukleinsäurestrang A2 gebildet. Dazu wird der Reaktionsmischung ein Primer P2 zugesetzt, der zu einem Teil, bevorzugt einem neu gebildeten Teil des Stranges A1 komplementär ist. Bevorzugt enthält der Primer P2 ebenfalls die Promotorsequenz S2. Dieser wird, wie oben bei A1 beschrieben zu A2 verlängert. Solche Verfahrensschritte sind z. B. in der EP-A-03 29 822, DE-A-37 26 934, WO 88/10 315, WO 87/06 270, EP-A-03 10 229 und EP-A-03 73 960 beschrieben, weshalb hier auf diese Offenbarungen vollinhaltlich Bezug genommen wird. Insbesondere in Bezug auf Details, die zur reversen Transkription von RNS oder Transkription von DNS hilfreich und erforderlich sind, wird auf diese Offenbarung verwiesen. If the target nucleic acid is RNA, it is preferably selectively degraded in a subsequent step. Known methods are suitable for this, for example treatment with alkali or with RNAsen. A nucleic acid strand A 2 complementary to A 1 is then formed. For this purpose, a primer P 2 is added to the reaction mixture, which is complementary to part, preferably a newly formed part of strand A 1 . The primer P 2 preferably also contains the promoter sequence S 2 . As described above for A 1 , this is extended to A 2 . Such process steps are e.g. B. in EP-A-03 29 822, DE-A-37 26 934, WO 88/10 315, WO 87/06 270, EP-A-03 10 229 and EP-A-03 73 960, which is why full reference is made here to these disclosures. Reference is made to this disclosure in particular with regard to details that are helpful and necessary for reverse transcription of RNA or transcription of DNA.

Besonders bevorzugt enthält die Probe bei dieser Ausführungsform außerdem den zu der target-Nukleinsäure komplementären Strang, wobei P1 und P2 gleichzeitig verlängert werden.In this embodiment, the sample particularly preferably also contains the strand which is complementary to the target nucleic acid, P 1 and P 2 being extended at the same time.

Bei der genannten Ausführungsform wird der so vorbehandelten Probe anschließend erfindungsgemäß eine Promotor-spezifisch gesteuerte DNS-abhängige RNS-Polymerase eingesetzt. Solche Polymerasen sind z. B. T3, T7 oder SP6 RNS-Polymerase. Mit ihrer Hilfe werden aus NTPs und dem markierten NTP markierte Nukleinsäuren B gebildet. Die doppelsträngige Nukleinsäure A1/A2 dient dabei als template-Nukleinsäure, bevorzugt mehrmals.In the embodiment mentioned, the sample pretreated in this way is then used, according to the invention, with a promoter-specifically controlled DNA-dependent RNA polymerase. Such polymerases are e.g. B. T3, T7 or SP6 RNA polymerase. With their help, labeled nucleic acids B are formed from NTPs and the labeled NTP. The double-stranded nucleic acid A 1 / A 2 serves as a template nucleic acid, preferably several times.

Bevorzugte NTPs sind Ribonukleotidtriphosphate. Da bei dieser Variante der Reaktion a) einzelsträngige Nukleinsäuren B gebildet werden, ist eine Denaturierung zur Strangtrennung nicht unbedingt erforderlich, aber möglich.Preferred NTPs are ribonucleotide triphosphates. Because with this Variant of the reaction a) single-stranded nucleic acids B is a denaturation for strand separation not absolutely necessary, but possible.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist das Vorgehen nach DE-A- 40 10 465, jedoch unter Verwendung nachweisbar markierter Ribonukleotidtriphosphate.A preferred embodiment is the procedure according to DE-A- 40 10 465, but using demonstrably marked Ribonucleotide triphosphates.

Der Starter ist bevorzugt eine Replikationsinitiationsregion (RIR). Eine Replikationsinitiationsregion ist beispielsweise eine Nukleotidsequenz, die von einem Replikationsenzym bzw. - enzymkomplex, beispielsweise einer DNS-abhängigen DNS- Polymerase, wie von ⌀29 (P2, P3) erkannt wird. Besonders bevorzugt ist der Fall, daß die RIR ein Teil eines spezifischen Primers ist. Dieser Primer hat eine Nukleotidsequenz S1, die im wesentlichen komplementär ist zu einem Teil der target- Nukleinsäure und daran anschließend eine Sequenz S2, welche eine Erkennungsstelle, bevorzugt Proteine, für einen Replikationskomplex, aufweist. Ein solcher Primer wird im folgenden Adaptor Ad genannt. Die Reaktion wird eingeleitet, indem die target-Nukleinsäure, welche die eigentlich nachzuweisende Spezies ist, mit Ad unter Hybridisierungsbedingungen umgesetzt wird. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von zwei Adaptoren Ad1 und Ad2 pro target- Nukleinsäureeinzelstrang, wobei die targetspezifischen Sequenzen mit voneinander räumlich getrennten Sequenzen der einzelsträngigen target-Nukleinsäure hybridisieren können und die targetspezifischen Sequenzen des Adaptoren auf der target- Nukleinsäure aufeinander zu gerichtet sind.The starter is preferably a replication initiation region (RIR). A replication initiation region is, for example, a nucleotide sequence that is recognized by a replication enzyme or - enzyme complex, for example a DNA-dependent DNA polymerase, as by ⌀29 (P 2 , P 3 ). It is particularly preferred that the RIR is part of a specific primer. This primer has a nucleotide sequence S 1 which is essentially complementary to part of the target nucleic acid and then a sequence S 2 which has a recognition site, preferably proteins, for a replication complex. Such a primer is called adapter Ad in the following. The reaction is initiated by reacting the target nucleic acid, which is actually the species to be detected, with Ad under hybridization conditions. The use of two adapters Ad 1 and Ad 2 per target nucleic acid single strand is particularly preferred, the target-specific sequences being able to hybridize with spatially separated sequences of the single-stranded target nucleic acid and the target-specific sequences of the adapter on the target nucleic acid being directed towards one another.

Die einzelsträngige Lücke zwischen den Adaptoren wird durch eine gap-filling Reaktion (Maniatis et al., Molecular Cloning, 1982, CSH) aufgefüllt. Der Einsatz von markierten NTPs ist nicht erforderlich, aber möglich. Dadurch entsteht ein Nukleinsäuredoppelstrang, welcher einen Strang der target- Nukleinsäure und einen Strang der neugebildeten Nukleinsäure A enthält. Dieser enthält mindestens eine, bevorzugt 2 Replikationsinitiationsregion, welche besonders bevorzugt in entgegengesetzter Replikationsrichtung angeordnet sind.The single-stranded gap between the adapters is defined by a gap-filling reaction (Maniatis et al., Molecular Cloning, 1982, CSH). The use of marked NTPs is not required, but possible. This creates a Nucleic acid duplex, which is one strand of the target Nucleic acid and a strand of the newly formed nucleic acid A contains. This contains at least one, preferably two Replication initiation region, which is particularly preferred in opposite direction of replication are arranged.

Aus diesem Doppelstrang kann nun auf erfindungsgemäße Weise durch Replikation ohne weiteren Zusatz von Adaptoren unter Verwendung von markierten und unmarkierten Nukleosidtriphosphaten in Reaktion a) eine markierte Nukleinsäure B hergestellt werden. Diese enthält wiederum mindestens eine, bevorzugt 2, Replikationsinitiationsregionen und kann daher erneut in Reaktion a) als template-Nukleinsäure eingesetzt werden. Somit wird eine erhebliche Vermehrung von B erreicht. Für den Fall, daß beide Adaptoren je eine RIR aufweisen, oder zwei zueinander komplementäre Nukleinsäuren A in Reaktion a) eingesetzt werden, können zwei zueinander komplementäre Nukleinsäuren B entstehen. Diese müssen vor Schritt b) voneinander durch Denaturierung getrennt werden.From this double strand can now according to the invention through replication without further addition of adapters Use of marked and unmarked Nucleoside triphosphates in reaction a) a labeled one Nucleic acid B can be produced. This in turn contains at least one, preferably 2, replication initiation regions and can therefore again in reaction a) as a template nucleic acid be used. A considerable increase in B reached. In the event that both adapters each have an RIR have, or two mutually complementary nucleic acids A  can be used in reaction a), two to each other complementary nucleic acids B arise. These must before step b) are separated from one another by denaturation.

Nach Schritt a) wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Reaktionsmischung einer nichtthermischen Denaturierung (Reaktion e)) unterzogen. Auch falls Schritt a) mehrfach durchgeführt wird, findet die nichtthermische Denaturierung direkt vor Schritt b) statt. Insbesondere werden dabei Nukleinsäuredoppelstränge voneinander getrennt. Nichtthermische Denaturierung bedeutet, daß die Temperatur zur Denaturierung nicht über 50°C, bevorzugt nicht über 37°C, bevorzugt in einem Bereich zwischen 22 und 37°C stattfindet. Bei der Denaturierung werden eventuell vorliegende Nukleinsäuredoppelstränge voneinander getrennt, so daß Nukleinsäure B als Einzelstrang vorliegt. Dies kann beispielsweise durch Veränderung der Stringenz geschehen aber auch durch Enzyme, beispielsweise Helicase, recA-Protein, E.coli ssb-Protein, Gen-32-Protein, und durch Alkali oder durch Zusatz von doppelstrangstabilisierenden Chemikalien, wie z. B. organischen Substanzen, wie Harnstoff, Formamid (Konzentration <70%, NAR 1977, Vol. 4, 5, 1539-1553) oder chaotropen Salzen. Chaotrope Salze sind in J. Biol. Chem. 1966, 241/17, 4030-4042 J. Amer. Chem. Soc. USA 1962, 84/8, 1329-1338 oder Anal. Biochem. 129, 357-364 (1983) beschrieben. Besonders bevorzugt im Sinne der Erfindung sind NaJ, Guanidinumthiocyanat oder NaClO4. Die zur Denaturierung erforderliche Konzentration dieser Salze kann durch einfache Versuche ermittelt werden. Sie beträgt jedoch z. B. für NaJ bevorzugt ca. 12.2 mol/l, für Guanidiniumsalze ca. 4 mol/l und für NaClO4 ca. 7 mol/l. After step a), the reaction mixture is subjected to a non-thermal denaturation (reaction e)) in the process according to the invention. Even if step a) is carried out several times, the non-thermal denaturation takes place directly before step b). In particular, nucleic acid double strands are separated from one another. Non-thermal denaturing means that the temperature for denaturing does not take place above 50 ° C., preferably not above 37 ° C., preferably in a range between 22 and 37 ° C. During denaturation, any double strands of nucleic acid present are separated from one another, so that nucleic acid B is present as a single strand. This can be done, for example, by changing the stringency, but also by enzymes, for example helicase, recA protein, E. coli ssb protein, Gen-32 protein, and by alkali or by adding double-strand-stabilizing chemicals, such as. B. organic substances such as urea, formamide (concentration <70%, NAR 1977, Vol. 4, 5, 1539-1553) or chaotropic salts. Chaotropic salts are described in J. Biol. Chem. 1966, 241/17, 4030-4042 J. Amer. Chem. Soc. USA 1962, 84/8, 1329-1338 or Anal. Biochem. 129, 357-364 (1983). NaI, guanidine thiocyanate or NaClO 4 are particularly preferred for the purposes of the invention. The concentration of these salts required for denaturation can be determined by simple experiments. However, it is z. B. for NaJ preferably about 12.2 mol / l, for guanidinium salts about 4 mol / l and for NaClO 4 about 7 mol / l.

Als besonders vorteilhaft hat sich hier die alkalische Denaturierung erwiesen. Dazu wird die Reaktionsmischung aus Reaktion a) auf einen pH im Bereich von 10 bis 14, bevorzugt von 12 bis 14, gebracht. Dies kann beispielsweise durch Zugabe einer Lösung von NaOH, KOH in Wasser geschehen.The alkaline has been found to be particularly advantageous Denaturation proven. For this, the reaction mixture is made Reaction a) to a pH in the range from 10 to 14, preferably from 12 to 14. This can be done, for example, by adding a solution of NaOH, KOH in water.

Die Temperatur der Mischung liegt während der Inkubation von 1 bis 30 min, bevorzugt von 5 bis 10 min, in einem Bereich von 17 bis 50°C, bevorzugt von 22 bis 37°C.The temperature of the mixture is during the incubation of 1 to 30 min, preferably 5 to 10 min, in a range of 17 to 50 ° C, preferably 22 to 37 ° C.

Im folgenden Reaktionsschritt b) wird Nukleinsäure B mit der Sonde C so zur Reaktion gebracht, daß sie zusammen ein Nukleinsäurehybrid D bilden.In the following reaction step b) nucleic acid B with the Probe C reacted so that it together Form nucleic acid hybrid D.

Als Nukleinsäuresonde C kommen insbesondere Oligo- bzw. Poly- Nukleotide mit einer Länge von 6 bis 5000, bevorzugt 15 bis 2000 in Frage. Die Sonde C kann ein Plasmid, ein Nukleinsäurefragment oder ein Oligonukleotid sein. Es kann sich um RNS oder DNS handeln. Nukleinsäuresonde C wird im Überschuß zu der erwarteten Menge an Nukleinsäure B zu der Reaktionsmischung vorteilhaft in Form einer wäßrigen Lösung zugegeben. Die Sonde C weist eine Nukleotidsequenz auf, die im wesentlichen komplementär zu B ist, und die für B spezifisch ist, also nicht oder nur in sehr geringem Umfang mit in der Probe vorhandenen oder neu gebildeten Nukleinsäuren hybridisiert, die nicht nachgewiesen werden sollen. Durch die Kombination der Verwendung spezifischer Primer und der Hybridisierung mit einer spezifischen Sonde wird das erfindungsgemäße Verfahren besonders selektiv. In particular, oligo- or poly- Nucleotides with a length of 6 to 5000, preferably 15 to 2000 in question. Probe C can be a plasmid Nucleic acid fragment or an oligonucleotide. It can are RNA or DNS. Nucleic acid probe C is in excess to the expected amount of nucleic acid B to the Reaction mixture advantageously in the form of an aqueous solution admitted. Probe C has a nucleotide sequence which is in the is essentially complementary to B, and which is specific for B. is, so not or only to a very small extent in the Sample existing or newly formed nucleic acids hybridized, which should not be detected. Through the Combination of the use of specific primers and the Hybridization with a specific probe will The method according to the invention is particularly selective.  

C kann eine doppelsträngige Nukleinsäure sein, deren einer Strang C1 komplementär zu einem Teil von B ist. Bevorzugt ist der andere Strang C2 der Nukleinsäuresonde zu anderen Nukleinsäuren B komplementär, insbesondere zu solchen, die bei Durchführung von Reaktion a) mit B als template-Nukleinsäure entstehen. Die Denaturierung von C kann dabei separat von B vorgenommen werden. Es ist jedoch bevorzugt, C zusammen mit B zu denaturieren. Dies gilt insbesondere für die alkalische Denaturierung. Dazu wird C bevorzugt vor der Alkalisierung der Reaktionsmischung aus a) zugegeben. Nach einer Inkubationszeit wird die Mischung auf einen pH von 5.0 bis 8.5, bevorzugt 7-8, gebracht, worauf sich die Nukleinsäurehybride D aus B und C1 bzw. C2 bilden.C may be a double-stranded nucleic acid, one strand of which C 1 is complementary to a portion of B. The other strand C 2 of the nucleic acid probe is preferably complementary to other nucleic acids B, in particular to those which arise when reaction a) is carried out with B as the template nucleic acid. C can be denatured separately from B. However, it is preferred to denature C together with B. This applies in particular to alkaline denaturation. For this purpose, C is preferably added before the alkalization of the reaction mixture from a). After an incubation period, the mixture is brought to a pH of 5.0 to 8.5, preferably 7-8, whereupon the nucleic acid hybrids D form B and C 1 or C 2 .

Bevorzugt ist der Fall, daß es sich bei C um eine einzelsträngige Nukleinsäuresonde C1 handelt und der zu C1 komplementäre Strang C2 nicht zugesetzt wird. Zwar ist es dann auch möglich, C1 vor Denaturierung von B zuzugeben. Besonders bevorzugt ist dann jedoch im Fall der alkalischen Denaturierung von B, zuerst nur B alkalisch zu inkubieren und danach eine saure Lösung der Sonde C1 zuzusetzen. Der pH der sauren Lösung von C1 liegt in einem Bereich von 3.0 bis 6.5, bevorzugt 4.5 bis 6.0, ohne daß eine merkliche Instabilität der Sonde festzustellen ist. Die schwach saure Lösung sollte nach Zugabe zur Hybridisierungslösung zur Einstellung eines pH von 5.0 bis 8.0 ausreichen. Die Lösung kann auch in diesem Bereich gepuffert sein und weitere zur Hybridisierung hilfreiche Reagenzien enthalten, wie z. B. SSC, Formamid oder Blockierungsreagenzien für nicht nachzuweisende Nukleinsäuren. Der pH der Mischung nach Zugabe von C1 sollte auch hier im Bereich von 5.0 bis 8.5 liegen. Die Feinregulierung des pHs kann beispielsweise durch die Menge an Hybridisierungslösung sowie deren pH vorgenommen werden. The preferred case is that C is a single-stranded nucleic acid probe C 1 and the strand C 2 complementary to C 1 is not added. It is then also possible to add C 1 before denaturing B. In the case of the alkaline denaturation of B, however, it is particularly preferred to first incubate only B in an alkaline manner and then to add an acidic solution to the probe C 1 . The pH of the acidic solution of C 1 is in the range from 3.0 to 6.5, preferably from 4.5 to 6.0, without the sensor being noticeably unstable. After addition to the hybridization solution, the weakly acidic solution should be sufficient to set a pH of 5.0 to 8.0. The solution can also be buffered in this area and contain other reagents useful for hybridization, such as. B. SSC, formamide or blocking reagents for undetectable nucleic acids. The pH of the mixture after addition of C 1 should also be in the range from 5.0 to 8.5. The pH can be finely regulated, for example, by the amount of hybridization solution and its pH.

Säuren, die zur Neutralisation bzw. als Bestandteil der Hybridisierungslösung verwendet werden können, sind beispielsweise Salzsäure oder Ameisensäure; bevorzugt sind jedoch Essigsäure oder Phosphorsäure. Der pH der Hybridisierungslösung vor Zugabe zur Probe liegt zwischen 3.0 und 6.5. Die Konzentration am Beispiel der Essigsäure liegt bevorzugt zwischen 0.05 und 0.5 mol/l, besonders bevorzugt 0.1 und 0.2 mol/l.Acids used for neutralization or as part of the Hybridization solution can be used for example hydrochloric acid or formic acid; are preferred however, acetic acid or phosphoric acid. The pH of the Hybridization solution before addition to the sample is between 3.0 and 6.5. The concentration is based on the example of acetic acid preferably between 0.05 and 0.5 mol / l, particularly preferably 0.1 and 0.2 mol / l.

Einzelsträngige Nukleinsäuresonden C1 können beispielsweise durch chemische Nukleinsäuresynthese gemäß DE-A-39 16 871 oder auch gemäß EP-B-01 84 056 hergestellt werden.Single-stranded nucleic acid probes C 1 can be produced, for example, by chemical nucleic acid synthesis according to DE-A-39 16 871 or also according to EP-B-01 84 056.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß durch Verwendung der Sondenlösung zur Neutralisation der Probenlösung ein Pipettierschritt eingespart werden kann. Außerdem hat es sich erwiesen, daß die Zugabe einer konzentrierten Säure zu der alkalibehandelten Probe mit hohem Proteingehalt zu Verklumpungen führt, weshalb die vorgeschlagene Vorgehensweise besonders vorteilhaft ist.This embodiment has the advantage that by using the Probe solution to neutralize the sample solution Pipetting step can be saved. Besides, it did proved that the addition of a concentrated acid to the alkali-treated sample with a high protein content Clumping leads, which is why the proposed approach is particularly advantageous.

Falls vor Schritt b) eine Denaturierung mittels doppelstrangdestabilisierenden Substanzen vorgenommen wurde, können Bedingungen für die Hybridisierung mit der Sonde C eingestellt werden, indem das Gemisch verdünnt wird.If denaturation is carried out using step b) double strand destabilizing substances was made, conditions for hybridization with probe C be adjusted by diluting the mixture.

Sonde C enthält pro Nukleinsäurestrang eine oder mehr zur Immobilisierung befähigende (immobilisierbare) Gruppen I.Probe C contains one or more for each strand of nucleic acid Immobilizing groups (immobilisable) I.

Zur Immobilisierung befähigende Gruppen I sind beispielsweise chemische Gruppen, die kovalent, beispielsweise über eine chemische oder eine Photoreaktion an eine feste Phase gebunden werden können, oder Gruppen bzw. Molekülteile, die über gruppenspezifische Wechselwirkungen von einem anderen Molekül oder Molekülteil erkannt und gebunden werden können. Solche Gruppen sind daher z. B. Haptene, Antigene und Antikörper, Nukleotidsequenzen, Rezeptoren, Regulationssequenzen, Glykoproteine, beispielsweise Lectine, oder auch die Bindungspartner von Bindeproteinen, wie Biotin oder Iminobiotin. Bevorzugt sind Vitamine und Haptene, besonders bevorzugt sind Biotin, Fluorescein oder Steroide, wie Digoxigenin oder Digoxin. Für die Erfindung ist es wichtig, daß in jedem Hybrid D die immobilisierbare Gruppe der Sonde sich von der nachweisbaren Gruppe der Nukleinsäure B unterscheidet.Groups I capable of immobilization are, for example chemical groups that are covalent, for example via a chemical or photoreaction bound to a solid phase can be, or groups or parts of molecules that over group-specific interactions from another molecule  or part of the molecule can be recognized and bound. Such Groups are therefore z. B. haptens, antigens and antibodies, Nucleotide sequences, receptors, regulatory sequences, Glycoproteins, for example lectins, or also Binding partner of binding proteins, such as biotin or Iminobiotin. Vitamins and haptens are particularly preferred preferred are biotin, fluorescein or steroids, such as Digoxigenin or digoxin. It is important for the invention that in each hybrid D the immobilizable group of the probe itself differs from the detectable group of nucleic acid B.

Die Mischung, welche das Nukleinsäurehybrid D enthält, wenn die nachzuweisende Nukleinsäure in der Probe vorhanden war, wird anschließend mit einer festen Phase in Kontakt gebracht, welche das Hybrid D über die immobilisierbaren Gruppen der Nukleinsäuresonde C spezifisch binden kann.The mixture which contains the nucleic acid hybrid D if the nucleic acid to be detected was present in the sample then brought into contact with a solid phase which the hybrid D via the immobilizable groups of Can specifically bind nucleic acid probe C.

Die Art der Festphase richtet sich nach der zur Immobilisierung befähigenden Gruppe I. Bevorzugt weist sie eine immobilisierende Gruppe R auf, die eine bindende Wechselwirkung mit I eingehen kann. Ist die immobilisierbare Gruppe beispielsweise ein Hapten, dann kann eine Festphase verwendet werden, die an ihrer Oberfläche Antikörper gegen dieses Hapten aufweist. Ist die immobilisierbare Gruppe ein Vitamin, wie z. B. Biotin, dann kann die Festphase bindende Proteine, wie Avidin oder Streptavidin immobilisiert enthalten. Besonders bevorzugte Reste I und R sind Biotin und Streptavidin. Die Immobilisierung über eine Gruppe an der modifizierten Nukleinsäure ist besonders vorteilhaft, da sie unter milderen Bedingungen stattfinden kann als beispielsweise Hybridisierungsreaktionen. The type of solid phase depends on that for immobilization enabling group I. It preferably has one immobilizing group R, which has a binding interaction can enter into with I. Is the immobilizable group for example a hapten, then a solid phase can be used that have antibodies against this hapten on their surface having. Is the immobilizable group a vitamin like e.g. B. biotin, then the solid phase binding proteins, such as Avidin or streptavidin immobilized included. Especially preferred residues I and R are biotin and streptavidin. The Immobilization via a group on the modified Nucleic acid is particularly beneficial because it is milder Conditions can take place as for example Hybridization reactions.  

Bevorzugt wird zur Immobilisierung der gebildeten Nukleinsäuren die Reaktionsmischung nach Bildung der Nukleinsäurehybride D in ein Gefäß gefüllt, welches an seiner Oberfläche mit der immobilisierbaren Gruppe reagieren kann. Bevorzugt findet die Hybridisierungsreaktion mit der Sonde gleichzeitig mit der Immobilisierung statt. Das Gefäß kann beispielsweise eine Küvette, ein Röhrchen oder eine Miktrotiterplatte sein. Es ist jedoch auch möglich, eine Festphase in Form eines porösen Materials, wie einer Membran, eines Gewebes oder eines Vlieses, zu verwenden, auf welche die Reaktionsmischung aufgegeben wird. Ebenso ist die Verwendung von Perlen, sogenannten beads, oder Latex-Partikeln möglich. Die feste Phase sollte mindestens so viele Bindungsstellen für die immobilisierbare Gruppe der Sonde haben, wie Nukleinsäurehybride D und damit Nukleinsäuren B vorhanden sind.Preference is given to immobilizing the nucleic acids formed the reaction mixture after formation of the nucleic acid hybrids D in a vessel filled with the surface of the immobilizable group can react. Preferably the Hybridization reaction with the probe simultaneously with the Immobilization instead. The vessel can be, for example Cuvette, a tube or a microtiter plate. It is however also possible a solid phase in the form of a porous Material, such as a membrane, a fabric or a fleece, to use, to which the reaction mixture is applied. Likewise, the use of beads, so-called beads, or Latex particles possible. The solid phase should at least so many binding sites for the immobilizable group of Have probes like nucleic acid hybrids D and thus nucleic acids B are present.

Die Herstellung einer bevorzugten festen Phase ist in der EP-A- 03 44 578 beschrieben, auf welche vollinhaltlich Bezug genommen wird.The preparation of a preferred solid phase is described in EP-A- 03 44 578, to which full reference is made becomes.

Nach einer Inkubationszeit, während der die Immobilisierungs­ reaktion stattfindet, wird die flüssige Phase aus dem Gefäß, dem porösen Material oder den pelletierten beads entfernt. Die Festphase kann anschließend mit einem geeigneten Puffer gewaschen werden, da die Bindung der Hybride D an der Festphase sehr effizient ist. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt dabei die Verwendung besonders weniger Waschschritte, da die schwer abtrennbaren Sonden im Gegensatz zu im Stand der Technik verwendeten detektierbaren Sonden nicht unbedingt vollständig entfernt werden müssen, oder führt zu vergleichsweise geringen Hintergrundsignalen. After an incubation period during which the immobilization reaction takes place, the liquid phase from the vessel, the porous material or the pelleted beads removed. The Solid phase can then with a suitable buffer be washed since the binding of the hybrid D to the solid phase is very efficient. The method according to the invention allows the use of particularly fewer washing steps, since the difficult to separate probes in contrast to in the prior art detectable probes used are not necessarily complete must be removed, or leads to comparatively small Background signals.  

Die Menge der an die Festphase gebundenen modifizierten Nukleinsäuren kann auf im Prinzip bekannte Weise bestimmt werden, wobei sich die durchzuführenden Schritte nach der Art der nachweisbaren Gruppe richten. Bei direkt nachweisbaren Gruppen, beispielsweise Fluoreszenzlabeln, wird die Menge an Label fluorometrisch bestimmt. Ist die nachweisbare Gruppe ein Hapten, so wird die modifizierte Nukleinsäure bevorzugt mit einem markierten Antikörper gegen das Hapten umgesetzt, wie analog in der EP-A-03 24 474 beschrieben. Die Markierung kann beispielsweise eine Enzymmarkierung, wie β-Galaktosidase, alkalische Phosphatase oder Peroxidase sein. Im Fall der Enzymmarkierung wird die Menge an Nukleinsäure über die meist photometrische, chemoluminometrische oder fluorometrische Verfolgung einer Reaktion des Enzyms mit einem chromogenen, chemoluminogenen oder fluorogenen Substrat gemessen. Es ist jedoch auch elektrochemische Verfolgung der Reaktion möglich, wenn ein Redoxenzym als Markierung verwendet wird, oder die Verfolgung einer pH-Wertänderung mittels einer pH-Elektrode. Das Meßsignal ist ein Maß für die Menge an ursprünglich vorhandener target-Nukleinsäure.The amount of modified bound to the solid phase Nucleic acids can be determined in a manner known in principle the steps to be carried out according to Art the detectable group. With directly detectable Groups, for example fluorescent labels, will change the amount Label determined fluorometrically. The detectable group is a Hapten, the modified nucleic acid is preferred with a labeled antibody against the hapten, such as described analogously in EP-A-03 24 474. The marking can for example an enzyme label, such as β-galactosidase, alkaline phosphatase or peroxidase. In the case of Enzyme labeling is the amount of nucleic acid over the most photometric, chemiluminometric or fluorometric Monitoring a reaction of the enzyme with a chromogenic, chemiluminogenic or fluorogenic substrate measured. It is however, electrochemical monitoring of the reaction is also possible, if a redox enzyme is used as a label, or the Tracking a pH change using a pH electrode. The measurement signal is a measure of the amount of originally existing target nucleic acid.

Der Nachweis der Nukleinsäure kann sowohl qualitativ als auch quantitativ geführt werden. Im Falle einer quantitativen Auswertung hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, mindestens einen Vergleichsversuch mit einer Probe bekannten Nukleinsäuregehalts durchzuführen. Die Erstellung einer Eichkurve ist möglich und empfehlenswert.The detection of nucleic acid can be both qualitative and be managed quantitatively. In the case of a quantitative Evaluation it turned out to be useful known at least one comparison test with a sample Perform nucleic acid content. The creation of a Calibration curve is possible and recommended.

In einer Ausführungsform des Verfahrens unter Verwendung der PCR werden der Probe als Primer P1 und P2 Oligonukleotide zugegeben. P1 ist hierbei komplementär zu einem Teil des Nukleinsäureeinzelstrangs A, welcher die target- und gleichzeitig die template-Nukleinsäure darstellt. P2 ist homolog zu einem davon entfernten Teil von A. Das Gemisch wird nun, wie in EP-A-02 01 184 beschrieben, behandelt, wobei jedoch neben den unmodifizierten Desoxymononukleotidtriphosphaten auch ein digoxigeninmarkiertes oder fluoresceinmarkiertes Desoxymononukleotidtriphosphat eingesetzt wird. Es werden bevorzugt 20-30 Amplifikationszyklen durchgeführt. Danach werden doppelsträngige biotinmarkierte Sonde C und Natronlauge zu einem pH von 10-14 zugegeben. Die Mischung wird bei ca. 37°C inkubiert und anschließend mit einer Lösung von Hybridisierungshilfsstoffen bei ca. pH 5 versetzt, so daß sich ein pH von ca. 7-8.5 ergibt. Die Mischung wird in ein Streptavidin-beschichtetes Gefäß umgefüllt und erneut inkubiert. Die Lösung wird entfernt und das Gefäß gewaschen. Es wird ein Konjugat aus Antikörper gegen Digoxigenin und einem Enzym zugegeben und erneut inkubiert. Nach Entfernen der Lösung und Waschen des Gefäßes wird mit einem chromogenen Substrat des Enzyms umgesetzt und die Farbbildung beobachtet.In one embodiment of the method using PCR, oligonucleotides are added to the sample as primers P 1 and P 2 . P 1 is complementary to part of the nucleic acid single strand A, which represents the target and at the same time the template nucleic acid. P 2 is homologous to a part of A removed therefrom. The mixture is now treated as described in EP-A-02 01 184, but in addition to the unmodified deoxymononucleotide triphosphates, a digoxigenin-labeled or fluorescein-labeled deoxymononucleotide triphosphate is also used. 20-30 amplification cycles are preferably carried out. Then double-stranded biotin-labeled probe C and sodium hydroxide solution are added to a pH of 10-14. The mixture is incubated at about 37 ° C. and then a solution of hybridization aids is added at about pH 5, so that a pH of about 7-8.5 results. The mixture is transferred to a streptavidin-coated vessel and incubated again. The solution is removed and the vessel is washed. A conjugate of antibodies against digoxigenin and an enzyme is added and incubated again. After removing the solution and washing the vessel, it is reacted with a chromogenic substrate of the enzyme and the color formation is observed.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist eine Variante des in DE-A- 39 29 030 beschriebenen Replikationsverfahrens. Auf die Offenbarung der DE-A-39 29 030 wird hiermit vollinhaltlich Bezug genommen. Zur Durchführung des Verfahrens wird die Probe, welche die einzelsträngige target-Nukleinsäure enthält, mit zwei Adaptoren, die zu dem gleichen Strang komplementär sind und deren mit A hybridisierenden Enden aufeinander zu gerichtet sind und deren nicht hybridisierenden Enden eine Replikationsinitationssequenz für ⌀29-Polymerase enthalten, versetzt. Unter Hybridisierungsbedingungen wird die zwischen den Adaptoren befindliche Lücke durch gap-filling mittels DNA- Polymerase oder reverse Transskriptase (als Enzym E1) und Ligase-Reaktion geschlossen. Die hierbei verwendeten Desoxy­ mononukleosidtriphosphate können unmodifiziert sein, aber bevorzugt jedoch ist eines von ihnen ein digoxigeninmarkiertes Monodesoxyribonukleosidtriphosphat. Zur Durchführung der Replikation wird das Replikationssystem von ⌀29 (P2, P3 und ATP) sowie neben unmodifizierten Mononukleosidtriphosphaten, falls nicht schon bei der gap-filling-Reaktion verwendet, ein digoxigenin- oder fluorescein-markiertes Monodesoxyribonukleo­ sidtriphosphat zugegeben. Die durch Replikation gebildeten nachweisbar markierten Nukleinsäuren B dienen ohne weitere Zugabe von Adaptoren erneut als template-Nukleinsäuren zur Bildung weiterer Nukleinsäuren B. Daher kommt es mit der Zeit theoretisch zu einer exponentiellen Vermehrung der nachweisbar markierten Nukleinsäuren B. Sobald genügend Nukleinsäuren entstanden sind, wird die Mischung einem nicht-thermischen Denaturierungsschritt unterzogen und mit einer bevorzugt einzelsträngigen biotinmarkierten Sonde C1 in einer Lösung mit Hybridisierungsreagenzien bei pH 3.0-6.5 bis zu einem pH von 5.0-8.5 bevorzugt 7.0-8.0 versetzt. Durch Einführung des nichtthermischen Denaturierungsschritts wird es möglich, das gesamte Nachweisverfahren in einem Temperaturbereich zwischen 17 und 50°C und bevorzugt bei einer einzigen Temperatur durchzuführen. Die Mischung wird in ein streptavidin­ beschichtetes Gefäß umgefüllt und inkubiert. Nach Absaugen der Flüssigkeit und Waschen des Gefäßes wird eine Lösung eines Konjugats aus einem enzymmarkierten Antikörper gegen Digoxigenin bzw. Fluorescein zugegeben und wieder inkubiert. Nach Absaugen der Lösung und Waschen wird mit einer Lösung eines chromogenen Substrats versetzt und die Farbbildung beobachtet.A preferred embodiment is a variant of the replication method described in DE-A-39 29 030. Reference is hereby made in full to the disclosure of DE-A-39 29 030. To carry out the method, the sample which contains the single-stranded target nucleic acid is provided with two adapters which are complementary to the same strand and whose ends hybridizing with A are directed towards one another and whose non-hybridizing ends contain a replication initiation sequence for ⌀29 polymerase , offset. Under hybridization conditions, the gap between the adapters is closed by gap-filling using DNA polymerase or reverse transcriptase (as enzyme E 1 ) and ligase reaction. The deoxy mononucleoside triphosphates used here can be unmodified, but preferably one of them is a digoxigenin-labeled monodeoxyribonucleoside triphosphate. To carry out the replication, the replication system of ⌀29 (P 2 , P 3 and ATP) and, in addition to unmodified mononucleoside triphosphates, if not already used in the gap-filling reaction, a digoxigenin- or fluorescein-labeled monodeoxyribonucleoside triphosphate are added. The detectably labeled nucleic acids B formed by replication serve again as template nucleic acids for the formation of further nucleic acids B without further addition of adapters. Therefore, theoretically there is an exponential increase in the number of detectably labeled nucleic acids B over time. As soon as sufficient nucleic acids have been formed, the Mixture subjected to a non-thermal denaturation step and mixed with a preferably single-stranded biotin-labeled probe C 1 in a solution with hybridizing reagents at pH 3.0-6.5 up to a pH of 5.0-8.5, preferably 7.0-8.0. By introducing the non-thermal denaturation step, it is possible to carry out the entire detection method in a temperature range between 17 and 50 ° C. and preferably at a single temperature. The mixture is transferred to a streptavidin-coated vessel and incubated. After sucking off the liquid and washing the vessel, a solution of a conjugate of an enzyme-labeled antibody against digoxigenin or fluorescein is added and incubated again. After the solution has been suctioned off and washed, a solution of a chromogenic substrate is added and the color formation is observed.

In den Verfahren des Standes der Technik wurden bisher immer nachweisbar markierte Sonden eingesetzt. Eine vollständige Abtrennung der nicht hybridisierenden Sonden war für die Genauigkeit des Meßergebnisses erforderlich, jedoch relativ aufwendig. In the prior art processes have always been detectably labeled probes are used. A complete Separation of the non-hybridizing probes was for the Accuracy of the measurement result required, but relative complex.  

Das erfindungsgemäße Verfahren umgeht diesen Nachteil, indem anstelle der Hybridisierung von markierten Sonden und deren Bestimmung die Anwesenheit eingebauter markierter Mononukleotide gemessen und als Maß für die Anwesenheit bzw. die Menge an nachzuweisenden Nukleinsäuren genommen wird. Die Abtrennung nicht eingebauter markierter Mononukleotide ist nach dem vorliegenden Verfahren besonders einfach und vollständig zu erreichen, da sie weder an die Nukleinsäuren noch an die Oberfläche gebunden werden. Ein Überschuß an immobilisierbarer Sonde C hingegen stört die Bestimmung nicht, da die immobilisierbaren Gruppen von Sonde C nicht als Markierung verwendet werden und somit nicht zum Meßergebnis beitragen. Insbesondere ist die Bindekapazität der festen Phase besser kalkulierbar als beim Einbau von immobilisierbaren NTPs.The method according to the invention circumvents this disadvantage by instead of hybridizing labeled probes and their Determining the presence of built-in marked Mononucleotides measured and as a measure of the presence or the amount of nucleic acids to be detected is taken. The Removal of unincorporated labeled mononucleotides is after the present method particularly simply and completely achieve since they do not affect the nucleic acids or the Surface bound. An excess of immobilizable However, probe C does not interfere with the determination, since the immobilizable groups from probe C not as a label are used and therefore do not contribute to the measurement result. In particular, the binding capacity of the solid phase is better calculable than when installing immobilizable NTPs.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher sehr sensitiv und selektiv, außerdem kann es in kurzer Zeit durchgeführt werden.The method according to the invention is therefore very sensitive and selective, it can also be done in a short time.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Nachweis von Nukleinsäuren als solchen, von nukleinsäurehaltigen Organismen z. B. Bakterien, Viren und Zellen und zum Nachweis von Nukleinsäureveränderungen, wie Mutationen oder Chromosomentranslokationen und zur Lokalisierung und zum Expressionsgrad von Genen. Sowohl Ribonukleinsäuren als auch Desoxyribonukleinsäuren können nachgewiesen werden. Auch die Identifizierung von punktuellen Unterschieden in Nukleinsäuren ist möglich, wenn die Ergebnisse von Experimenten verglichen werden, in denen in Reaktion a) einmal ein Primer eingesetzt wird, der an einem 3′-Ende zu der Nukleinsäure A komplementär ist, zum anderen ein Primer eingesetzt wird, der an seinem 3′- Ende gerade nicht zu Nukleinsäure A komplementär ist, aber dennoch mit ihr hybridisiert. Eine Verlängerung des Primers und damit Bildung der Nukleinsäure B wird nur im ersten Fall möglich sein. Die Auswahl solcher Primer ist beispielsweise in PNAS 86, 2757 (1980) beschrieben.The method according to the invention is suitable for the detection of Nucleic acids as such, from nucleic acid-containing organisms e.g. B. bacteria, viruses and cells and for the detection of Nucleic acid changes, such as mutations or Chromosome translocations and for localization and for Expression level of genes. Both ribonucleic acids as well Deoxyribonucleic acids can be detected. Also the Identification of point differences in nucleic acids is possible when comparing the results of experiments are used in which once a primer in reaction a) is complementary to the nucleic acid A at a 3'-end is, on the other hand, a primer is used, which is attached to its 3'- End just isn't complementary to nucleic acid A, however hybridized with her anyway. An extension of the primer and thus formation of nucleic acid B is only in the first case  to be possible. The selection of such primers is, for example, in PNAS 86, 2757 (1980).

Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf einer Ausführungsform unter Verwendung einer Primerelongation (Verwendung nur eines Primers P1) . Fig. 1 shows schematically the sequence of an embodiment using a primer elongation (using only one primer P 1).

Fig. 2 zeigt schematisch den Ablauf einer Ausführungsform unter Verwendung des PCR-Prinzips mit zwei Primern, wobei die zunächst gebildeten Nukleinsäuren B erneut als template- Nukleinsäure eingesetzt werden. Fig. 2 shows schematically the sequence of an embodiment using the PCR-principle with two primers, wherein the nucleic acids B initially formed are re-used as a template nucleic acid.

Fig. 3 zeigt schematisch den Ablauf der bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung einer Replikationsamplifikation. Fig. 3 shows schematically the sequence of the preferred embodiment using a Replikationsamplifikation.

Fig. 4 zeigt in Kurve I das Ergebnis eines Experiments nach Fig. 1. Aufgetragen sind gegeneinander die in der Lösung gemessene Extinktion gegen die Menge an nachzuweisender Nukleinsäure A; Kurve II gibt das Ergebnis ohne Anwesenheit der nachzuweisenden Nukleinsäure wieder. FIG. 4 shows in curve I the result of an experiment according to FIG. 1. The absorbance measured in the solution against the amount of nucleic acid A to be detected is plotted against one another; Curve II shows the result without the presence of the nucleic acid to be detected.

Fig. 5 zeigt eine Eichkurve 1 für eine Bestimmung von HBV-DNA mittels PCR und einem einzelsträngigen biotinmarkierten Oligonukleotid gemäß Beispiel 2. Kurve 2 zeigt den Leerwert (ohne Zugabe von Bio-Oli 25). Fig. 5 shows a calibration curve 1 for a determination of HBV-DNA by PCR, and a single stranded biotin-labeled oligonucleotide according to Example 2. Curve 2 shows the blank value (without addition of organic Oli 25).

Fig. 6 zeigt eine Eichkurve 3 für die Bestimmung von HBV in einem Verfahren gemäß Beispiel 3. Kurve 4 zeigt den Leerwert (ohne Zugabe von Bio-Oli 25). Fig. 6 shows a calibration curve 3 for the determination of HBV in a method according to Example 3. Curve 4 shows the blank value (without addition of organic Oli 25).

BezugszeichenReference numerals

A template-Nukleinsäure
A1 Gegenstrang von A
P1 zu A komplementärer Primer
E Enzym/Enzymkomplex
E1 DNA-Polymerase oder reverse Transskriptase
L nachweisbare Gruppen (Markierung)
B Produkt der Reaktion a)
C Nukleinsäuresonde
I immobilisierbare Gruppe
D Nukleinsäurehybrid aus B und C
R immobilisierende Gruppe
F feste Phase
S1 zu A komplementäre Sequenz
S1′ andere zu A komplementäre Sequenz
S2 Promotor- oder erste Replikationsinitiationssequenz (Replikationsursprung)
S2′ Promotor- oder zweite Replikationsinitiationssequenz (Replikationsursprung)
Ad1 Adaptor 1, komplementär zur target-Nukleinsäure
Ad2 Adaptor 2, komplementär zur target-Nukleinsäure
A template nucleic acid
A 1 counter strand of A
P 1 primer complementary to A.
E enzyme / enzyme complex
E 1 DNA polymerase or reverse transcriptase
L detectable groups (marking)
B product of reaction a)
C nucleic acid probe
I immobilizable group
D nucleic acid hybrid from B and C
R immobilizing group
F solid phase
S 1 sequence complementary to A.
S 1 ′ other sequence complementary to A.
S 2 promoter or first replication initiation sequence (origin of replication)
S 2 ′ promoter or second replication initiation sequence (origin of replication)
Ad 1 adapter 1 , complementary to the target nucleic acid
Ad 2 adapter 2 , complementary to the target nucleic acid

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:The invention is illustrated by the following examples explains:

Beispiel 1example 1 Amplifikation der tarqet-DNA unter Verwendung eines nachweisbar markierten Desoxvribonukleosidtriphosphats (Schritt a)Amplification of the tarqet DNA using a detectable labeled deoxvribonucleoside triphosphate (step a)

Polymerase chain reaction wird mit klonierten HBV-spezifischen Sequenzen durchgeführt. Die verwendeten Primer binden an die Position 1937-1960 und 2434-2460 im HBV-Genom, d. h. eine Sequenz von 523 Nukleotiden wird amplifiziert (R. Sumazaki et al., 1989, J. Med. Virol, 27, 304-308). Die Konzentration der zu amplifizierten DNA im Plasmid entspricht in der hier eingesetzten Verdünnungsreihe 100 ag bis 100 pg. 30 PCR-Zyklen (2′ 92°C; 2′ 50°C; 2′ 70°C) werden in 100 µl mit Primern, je 200 nM; KCl, 50 mM; Tris HCl pH 8,5, 10 mM; MgCl2, 1,5 mM; Gelatine 100 µg/ml; dATP, 200 µm; dCTP, 200 µm, dCTP, 200 µm; dTTP, 150 µM; Digoxigenin-11-2′-desoxy-uridin-5′-dUTP (DIG-[11]-dUTP, Boehringer Mannheim), 50 µm; 2.5 U Thermus acuaticus (Tag) DNA-Polymerase durchgeführt.Polymerase chain reaction is carried out with cloned HBV-specific sequences. The primers used bind to positions 1937-1960 and 2434-2460 in the HBV genome, ie a sequence of 523 nucleotides is amplified (R. Sumazaki et al., 1989, J. Med. Virol, 27, 304-308). The concentration of the DNA to be amplified in the plasmid corresponds to 100 ag to 100 pg in the dilution series used here. 30 PCR cycles (2 ′ 92 ° C; 2 ′ 50 ° C; 2 ′ 70 ° C) are performed in 100 µl with primers, 200 nM each; KCl, 50 mM; Tris HCl pH 8.5, 10 mM; MgCl 2 , 1.5 mM; Gelatin 100 µg / ml; dATP, 200 µm; dCTP, 200 µm, dCTP, 200 µm; dTTP, 150 µM; Digoxigenin-11-2'-deoxy-uridine-5'-dUTP (DIG- [11] -dUTP, Boehringer Mannheim), 50 µm; 2.5 U Thermus acuaticus (day) DNA polymerase performed.

Nichtthermische Denaturierung (Schritt e))Non-thermal denaturation (step e))

20 µl dieses Gemisches nach PCR und 40 ng Biotin-markierte Proben-DNA (random-geprimte, klonierte HBV-DNA zwischen Position 27 und 2604, doppelsträngig) werden in einem Gesamtvolumen von 44 µl in 0,5 M NaOH 10′ bei 37°C denaturiert.20 µl of this mixture after PCR and 40 ng of biotin-labeled Sample DNA (randomly primed, cloned HBV DNA between Positions 27 and 2604, double-stranded) are in one Total volume of 44 µl in 0.5 M NaOH 10 'at 37 ° C denatured.

Hybridisierunq mit Sonde C (Schritt b)) und Festphasenbindung (Schritt f))Hybridization with probe C (step b)) and solid phase binding (Step f))

Anschließend wird durch Zugabe von 156 µl Hybridisierungslösung von pH 5 neutralisiert und in eine Streptavidin-beschichtete Mikrotiterplatte umpipettiert (Hybridisierungslösung = 62,5 mM Natriumphosphat, 6,25 x SSC [1 x SSC = NaCl, 0,15 M; Natriumzitrat, 0,015 M] und Formamid 62,5%). Die Hybridisierung-/Wandbindungsreaktion wird 18 Stunden bei 37°C unter leichtem Schütteln durchgeführt.The mixture is then neutralized by adding 156 μl of hybridization solution of pH 5 and pipetted into a streptavidin-coated microtiter plate (hybridization solution = 62.5 mM sodium phosphate, 6.25 × SSC [ 1 × SSC = NaCl, 0.15 M; sodium citrate, 0.015 M ] and formamide 62.5%). The hybridization / wall binding reaction is carried out at 37 ° C for 18 hours with gentle shaking.

Detektion des Hybrids D (Schritte c), g) und h))Detection of hybrid D (steps c), g) and h))

Nach Entfernen der Flüssigkeit und 5x Waschen mit 0,025% NaCl und 100/0 Kupfersulfat werden 200 mU/ml Anti-Digoxigenin- Meerrettich-Peroxidase-Konjugat zugegeben und 60′ bei 37°C in Tris HCl, pH 7,5/10 mM; NaCL 0,9%; BSA, 1%; Pluronic T68 0,5% inkubiert. Nach 5x waschen (gleiche Bedingungen wie oben) wird mit 0,1% 2,2-Azino-di-[3-ethylbenzthiazol]-(ABTS) 60′ bei 37°C inkubiert und die Extinktion bei 405 nm gemessen.After removing the liquid and washing 5 times with 0.025% NaCl and 100/0 copper sulfate are 200 mU / ml anti-digoxigenin Horseradish-peroxidase conjugate added and 60 'at 37 ° C in Tris HCl, pH 7.5 / 10 mM; NaCL 0.9%; BSA, 1%; Pluronic T68 0.5% incubated. Wash after 5x (same conditions as above) is with 0.1% 2,2-azino-di- [3-ethylbenzthiazole] - (ABTS) 60 ' Incubated 37 ° C and the absorbance measured at 405 nm.

In Fig. 4 sind die Extinktionen für diese Reaktion und für die Kontrollreaktion mit biomarkierter Probe gezeigt. Fig. 4 shows the extinctions for this reaction and for the control reaction with biomarked sample.

Beispiel 2Example 2

Die Amplifikationsreaktion (Polymerase chain reaction) wird mit Kontrollserum (HBV-DNA negativ) durchgeführt, das mit HBV- spezifischer DNA angereichert ist. Aufgrund der Lage der gewählten PCR-Primer wird bei der Amplifikation ein 523 bp großes DNA-Fragment gebildet (PCR-Primer 1: Position 1937-1960, PCR-Primer 2: Position 2434-2460 im HBV-Genom, Literatur siehe Beispiel 1). Es wird eine Verdünnungsreihe des Plasmids in einem Bereich von 10 pg/ml bis 1,25 pg/ml in Kontrollserum hergestellt. Dies entspricht, bezogen auf den zu amplifizierenden DNA-Bereich des Plasmids, Mengen im Bereich von 40 ag bis 320 ag DNA, die in die Amplifikationsreaktion eingesetzt werden. Zur Alkalilyse werden 10 µl des mit Plasmid-DNA aufgestockten Kontrollserums mit 50 µl 10 mM Tris- HCl (pH 8,3) und 20 µl 0,5 N NaOH versetzt und 1 h bei 37°C inkubiert. Nach Neutralisation mit 20 µl 0,5 N HCl werden 10 µl des Lyseansatzes in die Amplifikationsreaktion eingesetzt. Die Reaktion erfolgt in einem Gesamtvolumen von 100 µl mit je 200 nM der PCR-Primer, je 200 µM dATP, dCTP und dGTP, 175 µM dTTP, 25 µM Digoxigenin-11-2′-dUTP (Boehringer Mannheim), 2,5 U Thermus acuaticus DNA-Polymerase, 50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl (pH 8,3), 1,5 mM MgCl2, 0,01% Gelatine. Nach Überschichten der Lösung mit 100 µl Mineralöl erfolgt die Inkubation in einem Thermocycler (Perkin Elmer): 30 sec 92°C, 30 sec 50°C, 60 sec 70°C, insgesamt 30 Zyklen. Nach Beendigung der Amplifikation werden 40 µl des Ansatzes mit 10 µl 0,5 N NaOH versetzt und 10 min bei Raumtemperatur inkubiert. Die Neutralisation erfolgt durch Zugabe von 450 µl Hybridisierungslösung (50 mM Na-Phosphatpuffer, 0,75 M NaCl, 0,075 M Na-Citrat, 0,05 H HCl, O,65% RSA, pH 5,4) dem 220 ng/ml Biotin-markiertes Oligonukleotid (Bio-Oli 25, Biotin-markiert, gemäß Applied Biosystems, User Bulletin, DNA- Synthesizer Nr. 49, 1988, Position 2327-2356 im HBV-Genom), das komplementär zu einer Region des amplifizierten DNA-Bereiches ist. 200 /ul des Hybridisierungsansatzes werden in einer Kavität einer mit Streptavidin beschichteten Mikrotiterplatte 3 h bei 37°C inkubiert. Nach Absaugen der Lösung wird anschließend 2×10 min bei 37°C mit 0,3 M NaCl, 0,03 M Na- Citrat, 0,2 96 SDS und 1 x kurz bei Raumtemperatur mit 0,9% NaCl gewaschen. 200 mU/ml anti-Digoxigenin-Antikörper- Meerrettichperoxidase-Konjugat in 100 mM Tris-HCl (pH 7,5), 0,9% NaCl, 1% RSA werden zugegeben und 30 min bei 37°C inkubiert. Nach 3maligem Waschen mit 0,9% NaCl wird die Substratlösung (1,9 mM ABTS®) zugefügt und die Extinktion bei 405 nm gemessen. The amplification reaction (polymerase chain reaction) is carried out with control serum (HBV-DNA negative), which is enriched with HBV-specific DNA. Due to the location of the selected PCR primers, a 523 bp DNA fragment is formed during the amplification (PCR primer 1: position 1937-1960, PCR primer 2: position 2434-2460 in the HBV genome, for literature see example 1) . A dilution series of the plasmid in a range from 10 pg / ml to 1.25 pg / ml in control serum is prepared. This corresponds, based on the DNA region of the plasmid to be amplified, to amounts in the range from 40 ag to 320 ag DNA, which are used in the amplification reaction. For alkali lysis, 10 µl of the control serum spiked with plasmid DNA are mixed with 50 µl 10 mM Tris-HCl (pH 8.3) and 20 µl 0.5 N NaOH and incubated for 1 h at 37 ° C. After neutralization with 20 µl 0.5 N HCl, 10 µl of the lysis batch are used in the amplification reaction. The reaction takes place in a total volume of 100 μl with 200 nM each of the PCR primers, 200 μM each of dATP, dCTP and dGTP, 175 μM dTTP, 25 μM digoxigenin-11-2′-dUTP (Boehringer Mannheim), 2.5 U Thermus acuaticus DNA polymerase, 50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl (pH 8.3), 1.5 mM MgCl 2 , 0.01% gelatin. After overlaying the solution with 100 µl mineral oil, the incubation takes place in a thermal cycler (Perkin Elmer): 30 sec 92 ° C, 30 sec 50 ° C, 60 sec 70 ° C, a total of 30 cycles. After the amplification has ended, 40 μl of the mixture are mixed with 10 μl of 0.5 N NaOH and incubated for 10 min at room temperature. The neutralization is carried out by adding 450 μl hybridization solution (50 mM Na phosphate buffer, 0.75 M NaCl, 0.075 M Na citrate, 0.05 H HCl, O, 65% RSA, pH 5.4) to the 220 ng / ml Biotin-labeled oligonucleotide (Bio-Oli 25, biotin-labeled, according to Applied Biosystems, User Bulletin, DNA Synthesizer No. 49, 1988, position 2327-2356 in the HBV genome), which is complementary to a region of the amplified DNA region is. 200 / ul of the hybridization mixture are incubated in a cavity of a microtiter plate coated with streptavidin at 37 ° C. for 3 h. After the solution has been suctioned off, it is then washed 2 × 10 min at 37 ° C. with 0.3 M NaCl, 0.03 M Na citrate, 0.2 96 SDS and 1 × briefly at room temperature with 0.9% NaCl. 200 mU / ml anti-digoxigenin-antibody-horseradish peroxidase conjugate in 100 mM Tris-HCl (pH 7.5), 0.9% NaCl, 1% RSA are added and incubated at 37 ° C. for 30 min. After washing three times with 0.9% NaCl, the substrate solution (1.9 mM ABTS®) is added and the absorbance measured at 405 nm.

In Fig. 5 sind die Ergebnisse der Reaktion graphisch dargestellt.The results of the reaction are shown graphically in FIG .

Beispiel 3Example 3

HBe-positives Human-Plasma mit einem Virustiter von 1×1010 Hepatitis B-Viren pro mol wird in Normalserum verdünnt, so daß der Virusgehalt der Verdünnungen zwischen 0,25×105/ml bis 2× 105/ml liegt. Zur Lyse der Viren werden 10 µl der Serumverdünnung mit 10 µl 0,2 N NaOH versetzt und 1 h bei 37°C inkubiert. Die anschließende Neutralisation erfolgt durch Zugabe von 30 µl Neutralisationslösung (100 mM KCl, 20 mM Tris-HCl (pH 8,3)), 3 mM MgCl2, 0,02% Gelatine, versetzt mit 10 µl des Lyseansatzes verwendet. Die Reaktion erfolgt in einem Gesamtvolumen von 100 µl mit je 200 nM der beiden PCR- Primer, je 200 µm dATP, dCTP und dGTP, 175 µM dTTP, 25 Digoxigenin-11-2′-dUTP (Boehringer Mannheim), 50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl (pH 8,3), 1,5 mM MgCl2, 0,01% Gelatine, 2,5 U Thermus acuaticus DNA-Polymerase. Der Reaktionsansatz wird mit 100 µl Mineralöl überschichtet und in einem Thermo-Cycler (Perkin Elmer) 30 Zyklen inkubiert: 30 sec 92°C, 30 sec 50°C und 1 min 70°C.HBe-positive human plasma with a virus titer of 1 × 10 10 hepatitis B viruses per mol is diluted in normal serum, so that the virus content of the dilutions is between 0.25 × 10 5 / ml to 2 × 10 5 / ml. For the lysis of the viruses, 10 ul of the serum dilution are mixed with 10 ul 0.2 N NaOH and incubated for 1 h at 37 ° C. The subsequent neutralization is carried out by adding 30 μl of neutralization solution (100 mM KCl, 20 mM Tris-HCl (pH 8.3)), 3 mM MgCl 2 , 0.02% gelatin, mixed with 10 μl of the lysis batch used. The reaction is carried out in a total volume of 100 μl with 200 nM each of the two PCR primers, 200 μm each of dATP, dCTP and dGTP, 175 μM dTTP, 25 digoxigenin-11-2′-dUTP (Boehringer Mannheim), 50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl (pH 8.3), 1.5 mM MgCl 2 , 0.01% gelatin, 2.5 U Thermus acuaticus DNA polymerase. The reaction mixture is overlaid with 100 μl of mineral oil and incubated in a thermal cycler (Perkin Elmer) for 30 cycles: 30 sec at 92 ° C., 30 sec at 50 ° C. and 1 min at 70 ° C.

Durch den Amplifikationsschritt wird ein 523 bp großes DNA- Fragment erzeugt (HBV-PCR-Primer 1: Position 1937-1960, HBV- PCR-Primer 2: Position 2434-2460 im HBV-Genom). Der spezifische Nachweis der PCR-Produkte erfolgt in einem Zwei-Komponenten- Testsystem an der Festphase. Zunächst werden 20 µl des Amplifikationsansatzes mit 20 µl TE-Puffer (10 mM Tris-HCl (pH 7,5) 1 mM EDTA) und 10 µl 0,5 N NaOH versetzt und 10 min bei Raumtemperatur inkubiert. Die Neutralisation erfolgt durch Zugabe von 450 µl angesäuerter Hybridisierungslösung (50 mM Na-Phosphatpuffer, 0,05 N HCl, 0,75 M NaCl, 0,075 M Na-Citrat, 0,05% RSA, pH 5,4), der 100 ng/ml eines Biotin-markierten Oligonukleotids zugesetzt ist, das einer Region des amplifizierten DNA-Bereiches entspricht (HBV-Biotin- Oligonukleotid, 30mer, 2fach Biotin-markiert, Position 2327-2356 im HBV-Genom, Bio-Oli 25, hergestellt durch Festphasensynthese, biotinmarkiert wie unter Beispiel 2 beschrieben). 200 µl dieses Hybridisierungsansatzes werden in einer Kavität einer mit Streptavidin beschichteten Mikrotiterplatte 3 h bei 37°C unter Schütteln inkubiert. Nach der Hybridisierungs- und Wandbindungsreaktion wird die Lösung abgesaugt und 2×10 min mit 0,3 M NaCl, 0,03 M Na-Citrat, 0,2% SDS bei 37°C und 1× kurz mit 0,9% NaCl bei Raumtemperatur gewaschen. Nach Zugabe von 200 mU/ml anti- Digoxigenin-Antikörper-Meerrettichperoxidase-Konjugat in 100 mM Tris-HCl (pH 7,5), 0,9% NaCl, 1% RSA wird 30 min bei 37°C unter Schütteln inkubiert. Ungebundenes Konjugat wird durch 3maliges Waschen mit 0,9% NaCl bei Raumtemperatur entfernt. Nach 30minütiger Inkubation mit 1,9 mM ABTS® (2,2′-Azino-di-[3- ethyl-benzthiazolin-sulfonsäure(6)]-diammoniumsalz) bei 37°C wird die Extinktion bei 405 nm mittels eines ELISA-Readers gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 6 dargestellt.A 523 bp DNA fragment is generated by the amplification step (HBV-PCR primer 1: position 1937-1960, HBV-PCR primer 2: position 2434-2460 in the HBV genome). The specific detection of the PCR products is carried out in a two-component test system on the solid phase. First 20 µl of the amplification mixture are mixed with 20 µl TE buffer (10 mM Tris-HCl (pH 7.5) 1 mM EDTA) and 10 µl 0.5 N NaOH and incubated for 10 min at room temperature. The neutralization is carried out by adding 450 μl acidified hybridization solution ( 50 mM Na phosphate buffer, 0.05 N HCl, 0.75 M NaCl, 0.075 M Na citrate, 0.05% RSA, pH 5.4), the 100 ng / ml of a biotin-labeled oligonucleotide is added which corresponds to a region of the amplified DNA region (HBV-biotin oligonucleotide, 30mer, 2-fold biotin-labeled, position 2327-2356 in the HBV genome, Bio-Oli 25, produced by solid-phase synthesis , biotin-labeled as described in Example 2). 200 μl of this hybridization mixture are incubated in a cavity of a microtiter plate coated with streptavidin for 3 hours at 37 ° C. with shaking. After the hybridization and wall binding reaction, the solution is suctioned off and 2 × 10 min with 0.3 M NaCl, 0.03 M Na citrate, 0.2% SDS at 37 ° C. and 1 × briefly with 0.9% NaCl Washed at room temperature. After adding 200 mU / ml anti-digoxigenin-antibody-horseradish peroxidase conjugate in 100 mM Tris-HCl (pH 7.5), 0.9% NaCl, 1% RSA, the mixture is incubated at 37 ° C. with shaking for 30 min. Unbound conjugate is removed by washing 3 times with 0.9% NaCl at room temperature. After 30 minutes of incubation with 1.9 mM ABTS® (2,2'-azino-di- [3-ethyl-benzothiazoline-sulfonic acid (6)] - diammonium salt) at 37 ° C, the absorbance at 405 nm is determined using an ELISA reader measured. The results are shown in Fig. 6.

Claims (24)

1. Verfahren zum spezifischen Nachweis einer Nukleinsäure in einer Probe, welches folgende Schritte umfaßt:
  • a) Reaktion der Probe mit einem oder mehreren markierten Mononukleosidtriphosphaten und einem oder mehreren Enzymen, welche die Herstellung einer markierten Nukleinsäure B katalysieren, die dieses Nukleotid enthält,
  • b) Reaktion der Probe mit einer Nukleinsäuresonde C, welche hinreichend komplementär zu der Nukleinsäure B ist, und
  • c) Nachweis des aus markierter Nukleinsäure B und Nukleinsäuresonde C gebildeten Nukleinsäurehybrids D,
1. A method for the specific detection of a nucleic acid in a sample, which comprises the following steps:
  • a) reaction of the sample with one or more labeled mononucleoside triphosphates and one or more enzymes which catalyze the production of a labeled nucleic acid B which contains this nucleotide,
  • b) reaction of the sample with a nucleic acid probe C, which is sufficiently complementary to nucleic acid B, and
  • c) detection of the nucleic acid hybrid D formed from labeled nucleic acid B and nucleic acid probe C,
dadurch gekennzeichnet, daß,
  • d) die Nukleinsäuresonde mindestens eine immobilisierbare Gruppe enthält,
  • e) die Reaktionsmischung nach Schritt a) einer nichtthermischen Denaturierung unterzogen wird,
  • f) das Nukleinsäurehybrid D mit einer festen Phase, welche die immobilisierbare Nukleinsäuresonde C spezifisch binden kann, in Kontakt gebracht wird,
  • g) die flüssige von der festen Phase getrennt wird und
  • h) die an die feste Phase gebundene nachweisbare Gruppe nachgewiesen wird.
characterized in that
  • d) the nucleic acid probe contains at least one immobilizable group,
  • e) the reaction mixture is subjected to a non-thermal denaturation after step a),
  • f) the nucleic acid hybrid D is brought into contact with a solid phase which can specifically bind the immobilizable nucleic acid probe C,
  • g) the liquid is separated from the solid phase and
  • h) the detectable group bound to the solid phase is detected.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktion a) in Anwesenheit eines spezifischen Starters abläuft.2. The method according to claim 1, characterized in that Reaction a) in the presence of a specific starter expires. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Enzym bzw. der Enzymkomplex die Polymerisation von Nukleosidtriphosphaten zu einer zu der Nukleinsäure A im wesentlichen komplementären Nukleinsäure B katalysiert.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the enzyme or the enzyme complex the polymerization of Nucleoside triphosphates to a nucleic acid A im essential complementary nucleic acid B catalyzed. 4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleosidtriphosphate Ribonukleosidtriphosphate umfassen.4. The method according to claim 3, characterized in that the nucleoside triphosphates ribonucleoside triphosphates include. 5. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reaktion a) als spezifischer Starter ein Primer P1 benutzt wird, der zu einem Teil der Nukleinsäure A im wesentlichen komplementär ist und von dem Enzym unter Einbau des Mononukleosidtriphosphats zu einer zu der Nukleinsäure A im wesentlichen komplementären Nukleinsäure B verlängert wird.5. The method according to claim 2, characterized in that a primer P 1 is used in reaction a) as a specific starter, which is essentially complementary to part of nucleic acid A and from the enzyme with incorporation of the mononucleoside triphosphate to one of nucleic acid A. essentially complementary nucleic acid B is extended. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Primer P2 benutzt wird, der zu einem Teil der Nukleinsäure B im wesentlichen komplementär ist.6. The method according to claim 5, characterized in that a primer P 2 is also used which is substantially complementary to a part of the nucleic acid B. 7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleosidtriphosphate Desoxyribonukleosidtriphosphate umfassen. 7. The method according to any one of claims 3 or 5, characterized characterized in that the nucleoside triphosphates Deoxyribonucleoside triphosphates include.   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachzuweisende Nukleinsäure einzelsträngig ist oder gemacht wird, der Probe dann mindestens ein Adaptor pro nachzuweisendem Einzelstrang zugegeben wird, welcher eine zu einem Teil der nachzuweisenden Nukleinsäure im wesentlichen komplementäre Nukleotidsequenz und eine Replikationsinitiationsregion enthält, der Adaptor um eine zu der Nukleinsäure komplementäre Sequenz verlängert wird, und die so gebildete Nukleinsäure als template-Nukleinsäure in Reaktion a) eingesetzt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the nucleic acid to be detected is single-stranded or is made, then the sample at least one adapter per single strand to be verified is added, which one to a part of the nucleic acid to be detected essentially complementary Nucleotide sequence and a replication initiation region contains, the adapter by one to the nucleic acid complementary sequence is extended, and so formed nucleic acid as a template nucleic acid in Reaction a) is used. 9. Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachzuweisende Nukleinsäure einzelsträngig ist oder gemacht wird, der Probe dann mindestens ein Primer pro nachzuweisendem Einzelstrang zugesetzt wird, welcher eine zu einem Teil der nachzuweisenden Nukleinsäure im wesentlichen komplementäre Nukleotidsequenz und eine Transkriptionsinitiationssequenz enthält, der Primer um eine zu der nachzuweisenden Nukleinsäure komplementäre Nukleotidsequenz verlängert und die so gebildete Nukleinsäure als template-Nukleinsäure in Reaktion a) eingesetzt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the nucleic acid to be detected is single-stranded or is made, then the sample at least one primer per single strand to be detected is added, which is a part of the nucleic acid to be detected essentially complementary Nucleotide sequence and a transcription initiation sequence contains, the primer to one to be detected Nucleic acid complementary nucleotide sequence extended and the nucleic acid thus formed as a template nucleic acid in Reaction a) is used. 10. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt a) gebildete Nukleinsäure B als template-Nukleinsäure erneut in Reaktion a) eingesetzt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the one formed in step a) Nucleic acid B as template nucleic acid again in Reaction a) is used. 11. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktion a) mehrmals hintereinander ausgeführt wird, wobei jeweils die Produkte der Reaktion wieder als Ausgangsstoffe der erneuten Reaktion dienen. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that reaction a) several times in succession is carried out, each of the products of the reaction again serve as starting materials for the new reaction.   12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Reaktion a) ein Nukleinsäurehybrid aus Nukleinsäure A und Nukleinsäure B gebildet wird.12. The method according to claim 10 or 11, characterized characterized in that in reaction a) a nucleic acid hybrid is formed from nucleic acid A and nucleic acid B. 13. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Denaturierung bei alkalischem pH stattfindet.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the denaturation at alkaline pH takes place. 14. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Denaturierung durch Zugabe chaotroper Salze vorgenommen wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the denaturation by addition chaotropic salts is made. 15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Denaturierung in einem Temperaturbereich zwischen 17°C und 50°C stattfindet.15. The method according to claim 13 or 14, characterized characterized in that the denaturation in one Temperature range between 17 ° C and 50 ° C takes place. 16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Nachweisverfahren in einem Temperaturbereich zwischen 17°C und 50°C stattfindet.16. The method according to any one of claims 13, 14 or 15, characterized in that the entire detection procedure in a temperature range between 17 ° C and 50 ° C takes place. 17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Nachweisverfahren bei einer einzigen Temperatur stattfindet.17. The method according to claim 16, characterized in that the entire detection procedure with a single Temperature takes place. 18. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleinsäuresonde in einer Lösung mit einem pH zwischen 3.0 und 6.5 zugegeben wird.18. The method according to claim 11, characterized in that the nucleic acid probe in a solution with a pH between 3.0 and 6.5 is added. 19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung außerdem alle für die Durchführung der Hybridisierung erforderlichen Reagenzien enthält. 19. The method according to claim 18, characterized in that the solution also all for carrying out the Contains the necessary reagents.   20. Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleinsäuresonde C eine einzelsträngige Nukleinsäure C1 ist, deren Gegenstrang nicht in der Lösung vorhanden ist.20. The method according to claim 18 or 19, characterized in that the nucleic acid probe C is a single-stranded nucleic acid C 1 , the opposite strand of which is not present in the solution. 21. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nukleinsäuresonde C in einer Lösung mit einem pH zwischen 10 und 14 zugegeben wird und anschließend mit der Hybridisierungslösung in der Mischung ein pH zwischen 5.0 und 8.5 eingestellt wird.21. The method according to claim 13, characterized in that the nucleic acid probe C in a solution with a pH between 10 and 14 is added and then with the Hybridization solution in the mixture a pH between 5.0 and 8.5 is set. 22. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Lösung der Sonde mit der Probe vereinigt, dann ein pH zwischen 10 und 14 eingestellt wird und anschließend in der Mischung ein pH zwischen 5.0 und 8.5 eingestellt wird.22. The method according to claim 13, characterized in that first a solution of the probe is combined with the sample, then a pH between 10 and 14 is set and then a pH between 5.0 and 8.5 in the mixture is set. 23. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Verlängerung der Primer P1 und P2 gebildeten Nukleinsäuren nach Strangtrennung erneut mit P1 und P2 umgesetzt werden, wobei die mit dem einen Primer neu gebildeten Stränge jeweils als template für die Verlängerung des anderen Primers dienen.23. The method according to claim 6, characterized in that the nucleic acids formed by extension of the primers P 1 and P 2 are reacted again with P 1 and P 2 after strand separation, the strands newly formed with the one primer each as a template for the extension serve the other primer.
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