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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sind Sicherheits-Marker zur Markierung
von Gegenständen
und Personen, Methoden der Marker-Verwendung, Methoden zur Feststellung
der Marker und Sicherheitsvorrichtungen, die aus solchen Markern
bestehen. Sie bezieht sich insbesondere auf ein fehlerfreies System,
das sich in einem Gerichtshof behaupten kann und der Polizei und
den Gerichten bei der Verhaftung von Verbrechern hilft und das ein
Produkt mit ausgezeichneter Abschreckung bildet. Die verwendeten
Sicherheits-Marker beinhalten insbesondere ein Nukleinsäuremolekül, das mit
besonderem Blick auf Sicherheitsaspekte entwickelt wurde, sodass
es in dieser Branche eingesetzt werden kann. Es lässt sich
auf eine spezifische Quelle des Sicherheits-Markers und somit auf
Ort, Zeitpunkt und Datum zurückführen.
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Sicherheits-Marker
zur Identifizierung des Besitztums eines Artikels sind in der Fachwelt
bekannt. Manche Marker bedienen sich einer spezifischen Formulierung
unterschiedlicher chemischer Verbindungen als Identifizierung dafür, dass
ein Gegenstand im Besitz einer Person oder an einem bestimmten Ort
war. Solche chemischen Marker sind beispielsweise in
GB 2245583 gezeigt. Solche Systeme
verfügen
nur über
eine begrenzte Anzahl von identifizierenden Verbindungen, wodurch
die einmalige Identifizierung einer großen Anzahl von Orten erschwert
wird. Desweiteren ist es notwendig, einen Großteil der Substanz zu dispergieren,
was sie unordentlich und unpraktisch macht und Probleme mit einer
Kreuzkontamination hervorruft.
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Sicherheits-Marker,
bestehend aus der Verwendung von Nukleinsäuremolekülen, sind ebenfalls in der
Fachwelt bekannt, wie dies beispielsweise in WO 94/04918, WO 87/06383
und WO 95/02702 gezeigt ist.
US
5,763,176 beschreibt die Verwendung von multiplen DNA-Sequenzen,
die zur Markierung eines soliden Artikels oder Gegenstands an ein
Bead gebunden sind. Die Verwendung von multiplen DNA-Sequenzen erlaubt
die Einführung
einer Marker-Vielfalt. Solche Sicherheits-Marker können durch die
Verwendung eines geeigneten Musters einfach identifiziert werden,
die die Nukleinsäure
innerhalb des Markers hybridisieren kann. Die Verwendung einer Polymerase-Kettenreaktion
(PCR) zur Isolierung und Multiplizierung eines Nukleinsäure-Musters
innerhalb eines Sicherheits-Markers ist bekannt, wie dies in WO
90/14441 gezeigt wird. Dank der PCR-Technologie muss ein wesentlich
geringerer Anteil des Markers freigesetzt werden, weswegen das Spray
ein feiner Nebel sein kann.
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Ein
Vorteil der Verwendung eines Nukleinsäuremoleküls als Sicherheits-Marker besteht
darin, dass eine einmalige Nukleotid-Sequenz für jeden Anwender des Sicherheits-Markers
oder für
jeden Ort verwendet werden kann, an dem ein Sicherheits-Marker verwendet
wird. Die Verwendung von Oligonukleotiden mit willkürlichen
Nukleinsäure-Sequenzen
ist in
US 5,139,812 dargelegt.
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Die
Erfinder haben einen Markt für
verbesserte Sicherheits-Marker aufgetan, die speziell im Rahmen
von Sicherheitsvorrichtungen entwickelt werden. Solche Sicherheits-Marker
können
bei Aktivierung eines geeigneten Aktivators auf den Eindringling
gesprüht
werden. In einem solchen Fall können
solche Sicherheits-Marker mit entsprechend konzipierten Aktivatoren
und Ausfallsicherungen von der Polizei und den Gerichten eingesetzt
werden, um zu beweisen, dass ein Eindringling tatsächlich zu
einem bestimmten Zeitpunkt an besagtem Tatort war.
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Dort,
wo ein solcher Marker speziell zum Zweck der Aufdeckung von Verbrechen
eingesetzt wird, ist es wichtig, dass das den Marker umgebende System
so weitgehend wie möglich
fehlerfrei ist, um die Wahrscheinlichkeit einer irrtümlichen
Verhaftung zu senken. Noch wichtiger ist, dass die Detektion des Markers
so weitgehend wie möglich
fehlerfrei ist, d. h. dass von der Möglichkeit einer Kreuzkontamination des
Markers an Dritte und, als Gegenstand der gleichzeitig rechtshängigen Anwendung PCT/GB00/04419,
eine Kontamination der nicht-Marker DNA. Außerdem muss der Marker so ausgelegt sein,
dass er flexibel genug ist, um den aktuellen polizeilichen Verfahren
gerecht zu werden, z. B. den Zeit- und Festnahme von Verdächtigten-Gesetzen, um
für die
Polizei und die Gerichte in Sicherheitsaspekten von Nutzen zu sein.
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Die
Erfinder erkannten, dass die Polymerase-Kettenreaktion eines Nukleinsäure-Strangs
mit Hilfe eines geeigneten Primers, gefolgt von der Sequenzierung
von diesem Primer, nicht notwendigerweise eine konsistente Sequenz
für eine
Marker-DNA ergibt. Deshalb ist es in einem Sicherheitskontext wichtig,
einen Backup zu haben, um die Sequenz einer einzigartigen Sequenz
eines Marker-Bereichs des Sicherheits-Markers zu bestätigen. Deshalb
haben die Erfinder einen zweiten Primer-Bereich auf dem Sicherheits-Marker
vorgesehen, mit dem die Sequenz des Marker-Bereichs bestätigt werden
kann, indem der komplementäre
Strang von der PCR produziert werden und dann mit einem zweiten Primer
sequenziert werden kann.
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Diese
Erfahrung hat außerdem
den Sicherheitsvorteil, dass die viel beschäftigte Polizei und die gerichtsmedizinischen
Behörden
diese Einrichtung nutzen können,
um in erster Linie zu prüfen
und zu bestätigen,
dass ein Markeroligo zurückgewonnen wurde,
indem diese komplementären
Primer angepasst wurden und die Länge des unbekannten Marker-Bereichs
abgelesen werden kann, um der Polizei so mehr Beweise zu liefern.
Die Senkung falscher Positive infolge einer Kontaminierung der DNA
bedeutet, dass wenn ein DNA-Band mit der korrekten Größe für den Marker
produziert wird, hängt
dies fast ausnahmslos damit zusammen, dass der Sicherheits-Marker
anwesend ist, und nicht mit der DNA-Kontaminierung. So kann die
Polizei einen Verdächtigen
für die
Dauer der Sequenzierung festnehmen, was in einem echten Untersuchungslabor
nicht unbedingt sofort sein muss. Damit befasst sich die gleichzeitig
rechtshängige
Anmeldung Nr. PCT/GB00/04419.
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Ein
Problem, das bei Sicherheits-Markern möglicherweise auftritt, ist
die Kreuzkontamination von Dritten, d. h. wenn der Marker von einer
Person oder einem Gegenstand, die/der mit einem Tatort verbunden
ist, an damit unverbundene Dritte weitergegeben wird. Damit der
Sicherheits-Marker in einem Sicherheitskontext effektiv ist, muss
er effizient an einer Person oder einem Gegenstand haften bleiben.
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Die
Erfinder haben ein System entwickelt, das am Ende des Sicherheits-Markers
befestigt ist, das den Marker sicher am Subjekt befestigt.
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Bei
solchen Systemen ist es schwierig, den Sicherheits-Marker zu entfernen,
um ihn testen und identifizieren zu können. Die Erfinder haben einen
Sicherheits-Marker entwickelt, dessen Marker-Bereich vom Bindungsbereich
losgelöst
werden kann.
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Dementsprechend
sorgt ein erster Aspekt der Erfindung für die Verwendung eines Sicherheits-Markers
wie in Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung dargelegt.
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In
einer Ausbildungsform ist der Sicherheits-Marker ein einzelsträngiges Nukleinsäuremolekül, das als
ein Oligonukleotid hergestellt werden kann. Das Nukleinsäuremolekül kann DNA,
RNA oder ein synthetisches Nukleotidmolekül sein.
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Die
Bezeichnungen „im
wesentlichen identisch mit einem zweiten Primer" oder „im wesentlichen das reverse
Komplement eines ersten Primers" sollen
bedeuten, dass ausreichend Homologie besteht, um es dem ersten Primer
oder dem zweiten Primer sowie dem Bereich, in dem sie sich am Sicherheits-Marker
oder einem Nukleinsäuremolekül komplementär zum Sicherheits-Marker
befestigen, zu ermöglichen,
sich unter verschärften
Bedingungen zu hybridisieren. Solche Bedingungen sind vorzugsweise
unter typischen PCR-Bedingungen.
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Der
erste Primer wird vorzugsweise im Gebrauch verwendet, sodass sich
das Nukleinsäuremolekül durch
PCR nachbilden und somit einen zweiten komplementären Nukleinsäurestrang
produzieren kann. Der komplementäre
Strang umfasst dann einen Primer-Bereich mit der korrekten Sequenz,
sodass der zweite Primer sich daran befestigen kann. Der zweite
Primer kann dann verwendet werden, um den komplementären Nukleinsäurestrang
zu multiplizieren.
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Der
komplementäre
Primer-Bereich befindet sich nach Möglichkeit nachgelagert vom
Marker-Bereich.
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Die
Erfinder haben ferner festgestellt, dass an der Stelle, an der ein
Marker beispielsweise an einem Gegenstand oder einem Eindringling
befestigt ist, sich oftmals große
Mengen kontaminierender DNA-Fragmente befinden, z. B. von Menschen und/oder
Haustieren wie Hunden oder Katzen, die sich in der Nähe des Gegenstands
oder Eindringlings aufhalten.
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Dementsprechend
werden die Nukleinsäure-Sequenz
des ersten Primers und die Nukleinsäure-Sequenz des zweiten Primers
gewählt,
sodass die Bindungsbereiche der jeweiligen Primer nicht mit 150,
120 oder 100 Basen voneinander in der nativen DNA auftreten. Das
sind natürlich
auftretende Sequenzen, an die sich die Primer, die mit den Sicherheits-Markern
auftreten, unter strengsten Bedingungen befestigen können, die
normalerweise nicht innerhalb eines Abstands von 150 Basen zueinander
in der nativen DNA auftreten.
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Unter
strengsten Bedingungen verstehen wir beispielsweise 1,5 mM MgCl2, 53°C
Glühtemperatur.
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Dies
wurde erzielt, indem die Primer, die gegen öffentlich verfügbare Datenbanken
mit Nukleotid-Sequenzen verwendet werden, vorsichtig ausgewählt werden.
Die native DNA ist vorzugsweise prokaryotisch oder eukaryotisch,
insbesondere die DNA von Menschen, Hunden, Katzen, Mäusen, Ratten und/oder
Insekten.
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Das
hat den Vorteil in einem Sicherheitskontext, dass es möglich ist,
amplifizierte DNA-Fragmente, die den Marker-Bereich nach Größe umfassen, schnell
zu identifizieren. Der eine oder andere Primer kann sich an die
nicht-Sicherheits-Marker-DNA binden. Um aber ein PCR-Produkt herzustellen,
müssen sich
beide Primer binden, wobei diese wahrscheinlich nur eine DNA unterschiedlicher
Größe zur Sicherheits-Marker-DNA
bilden und es somit ermöglichen,
dass solche Fragmente leicht unberücksichtigt bleiben. Auf diese
Weise kann auch eine gerichtsmedizinische Agentur leicht und schnell
bestätigen,
ob sie eine Markeroligolänge
haben, mit der sie auf Sequenz übergehen
können.
Auf diese Weise stehen der Polizei schnelle Informationen zur Verfügung, dank
derer sie den mutmaßlichen
Täter eventuell
länger
festhalten können,
während
entschieden wird, welche Sequenzierung durchgeführt wird, die aber möglicherweise
erst nach ein paar Tagen erfolgt. Außerdem regen sie den mutmaßlichen
Täter vielleicht an,
seine Schuld zu gestehen, bevor die Sequenzierung überhaupt
stattfindet.
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Sobald
ein Muster, das einen Sicherheits-Marker enthält, identifiziert ist, kann
der Sicherheits-Marker sequenziert werden, um die exakte Sequenz
des Marker-Bereichs zu ermitteln. Diese wird dann der Datenbank
angepasst und dann den besuchten Geländen, um die Zeit und das Datum
der Sprühung
zu ermitteln.
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Vorzugsweise
sind die Primer und die Bereiche, in denen sie sich an die Sicherheits-Marker
anlagern, oder ein komplementäres
Molekül
ihrem Bindungsbereich 100% komplementär. Auf diese Weise kann die
Präsenz
von Markern unter verschärften
Bedingungen untersucht werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausbildungsform haben die Erfinder Nukleinsäure vom Braunkehlfaultier
(Bradypus variegatus) verwendet. Die besonders bevorzugte Sequenz
des Braunkehlfaultiers ist eine Nukleinsäure-Sequenz entsprechend der
mitochondrialen ND1-Gene des Faultiers.
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Unter
Nukleinsäure
verstehen wir die einzel- oder doppelsträngige DNA oder RNA von natürlichem
oder synthetischem Ursprung oder die davon abgeleiteten synthetischen
Derivate, die sich gänzlich
oder teilweise aus seltenen oder modifizierten Basen zusammensetzen.
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Die
Primer-Bereiche sind auf der Nukleinsäure angeordnet, sodass ein
geeigneter Nukleinsäure-Primer
sich selektiv an den Primer-Bereich hybridisieren kann, wodurch
wiederum der Sicherheits-Marker, der den Marker-Bereich umfasst,
aus einem Muster amplifiziert werden kann.
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Der
Primer-Bereich besteht vorzugsweise aus zwischen 15 und 50 Nukleotiden,
noch besser aus 17–30
und insbesondere aus 18 Nukleotiden, die eine ausreichend strenge
Hybridisierung mit einem geeigneten Primer ermöglichen, der zur Identifizierung
der Präsenz
des Sicherheits-Markers verwendet wird. Der Primer selbst kann verwendet
werden, um den Sicherheits-Marker beispielsweise durch eine Polymerase-Kettenreaktion
direkt zu amplifizieren.
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Der
erste und zweite Primer können
gleich oder unterschiedlich sein.
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Der
Marker-Bereich umfasst eine vorgegebene Nukleinsäure-Sequenz, die vorzugsweise
einmalig für
den Besitzer eines bestimmten Sicherheits-Markers für einen
bestimmten Ort wie Industrieanlagen oder Autos ist. Die primäre Verwendung
dieses Markers ist das Sprühen
eines Eindringlings mit dem einzigartigen Sicherheits-Marker.
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Der
Begriff „komplementär" definiert die Beziehung
zwischen zwei DNA-Strängen
oder DNA und RNA, wo sie sich gegenüber komplementär sind, wenn
ihre Sequenzen durch Regeln für
Basispaare verbunden sind. So ist die Abfolge ATCG komplementär zur Sequenz
TAGC und mit ihr durch eine Wasserstoffbindung gepaart. Dementsprechend kann
die Präzision
der Sequenzierung des Marker-Bereichs ermittelt werden, indem sie
mit der Sequenz verglichen wird, die für den Marker aus dem zweiten
Primer erhalten wurde, und indem ermittelt wird, ob die zwei Sequenzen
komplementär
zueinander sind. Dieser doppelte Prüfmechanismus ist aus Sicherheitsgründen wichtig.
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Der
Marker-Bereich besteht vorzugsweise aus zwischen 10 und 30 Nukleotiden,
insbesondere aus zwischen 15 und 25, besser noch aus 20 Nukleotiden
in der Länge.
So kann eine große
Anzahl von einzigartigen Sequenzen, die jede einzigartig für eine bestimmte
Anmeldung des Sicherheits-Markers sind, generiert werden.
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Einer
oder jeder Primer kann durch einen Abstand von bis zu 50 vom Marker-Bereich
getrennt sein, insbesondere zwischen 20 und 40, noch besser durch
einen Abstand von 20 bis 30 Nukleotiden in der Länge. Der Nukleotidabstand zwischen
dem Primer und dem Marker-Bereich hat laut Erfinder die Präzision der
Sequenzierung der Sicherheits-Marker verbessert, was in diesem Kontext
offensichtlich von besonderer Bedeutung ist.
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Es
ist wichtig, dass die Produktion des Oligos nicht so unerschwinglich
teuer ist, dass der Markt für den
Marker schrumpft und seine abschreckende Wirkung abnimmt. Die Verwendung
eines kürzeren
niedrigvolumigen Oligos ist vorzuziehen, da es leichter und billiger
produziert werden kann. Da die Werte der Sequenzierungsreaktionen
in der Regel nach ca. 200 mer deutlicher werden, müssen die
Sequenzierungsergebnisse weiter amplifiziert werden, damit dieses Verfahren überhaupt
effizient sein kann. Dies kann durch eine Vielzahl von Methoden
erreicht werden.
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Wenn
das Oligo so stark an den Gegenstand gebunden wird, muss eine Methode
zu dessen Entfernung angewandt werden. Dies kann unter Zuhilfenahme
einer Haarnadelschleife und einer zuvor festgelegten Schnittstelle
erfolgen. Der Sicherheits-Marker umfasst vorzugsweise mindestens
einen Bereich mit doppelsträngiger
Nukleinsäure.
Der Bereich der doppelsträngigen
Nukleinsäure
kann die Form einer Haarnadelschleife annehmen. Haarnadelschleifen sind
in der Regel kurze doppelsträngige
Bereiche, die aufgrund der Komplementarität von benachbarten Sequenzen
in einem einzelsträngigen
Nukleinsäuremolekül ermöglicht werden.
Die Haarnadelschleife wird vorzugsweise gebildet, weil ein Ende
eines einzelsträngigen
Nukleinsäuremoleküls zwei
Bereiche mit komplementären
Nukleinsäuren
hat, sodass sich eine Schleife an einem Ende des Sicherheits-Markers
bildet.
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Die
vorher festgelegte Schnittstelle ist vorzugsweise eine chemisch
labile Bindung wie eine säurelabile
Bindung oder eine chemisch reduzierbare Bindung wie eine Disulfidbindung.
Die Spaltung einer solchen Bindung ermöglicht die Trennung des Anteils
des Sicherheits-Markers, bestehend aus dem ersten Primer-Bereich,
Marker-Bereich und optional dem zweiten Primer-Bereich vom Bindungsbereich. Dies
ermöglicht
die Freisetzung des Anteils des Nukleinsäuremoleküls von einem Gegenstand, an
den es gebunden ist. Der freigesetzte Anteil des Sicherheits-Markers
kann dann einer Polymerase-Kettenreaktion unterworfen werden, und
die Sequenz des Marker-Bereichs wird festgelegt.
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Wahlweise
kann die vorher festgelegte Schnittstelle auch eine Nuklease-Schnittstelle
sein, insbesondere für
eine Restriktions-Endonuklease. Bakterien bilden Enzyme namens Restriktions-Nukleasen,
die sie schützen,
indem sie fremde DNA-Moleküle
degenerieren. Jedes Enzym erkennt eine spezifische Sequenz von 4–6 Nukleotiden
in der DNA. Viele Restriktions-Nukleasen wurden von verschiedenen
Bakterienspezies gereinigt, und mehr als 100 – von denen die meisten verschiedene
Nukleotid-Sequenzen erkennen – sind
jetzt im Handel erhältlich. Beispiele
von gängigen
Restriktions-Endonukleasen umfassen Hpa I, Eco RI und Hind III.
Wie bereits erwähnt,
sind solche Enzyme und die Stellen, an denen sie die DNA schneiden,
sehr bekannt. Sie sind beispielsweise bei Promega in Southampton/Großbritannien
erhältlich.
Die Protokolle für
die Verwendung der Restriktions-Endonukleasen zum Schneiden von Nukleinsäuremolekülen sind
ebenfalls sehr bekannt und gut belegt (siehe beispielsweise „Promega
Protocols and Applications Guide",
dritte Ausgabe, 1996, Seiten 2–24).
Diese Referenz nennt auch eine umfassende Liste mit vielen der bekannten
handelsüblichen
Endonukleasen.
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Die
meisten Restriktions-Endonukleasen benötigen eine doppelsträngige DNA.
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Dementsprechend
umfasst der Sicherheits-Marker vorzugsweise mindestens einen Bereich
mit einer doppelsträngigen
DNA, die eine Restriktions-Endonukleasestelle umfasst.
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Wenn
die Nukleinsäuremoleküle der Oberfläche eines
Gegenstands ausgesetzt sind, können sie
durch natürlich
auftretende Nukleasen wie 3'- oder
5'-Exonukleasen
degeneriert werden. Solche Nukleasen können auf der Haut einer Person
auftreten oder aus Bakterien auf der Oberfläche des Gegenstands entstehen.
Von daher ist es wünschenswert,
den Widerstand des Sicherheits-Markers gegenüber Angriffen solcher Enzyme
zu verbessern. Dementsprechend umfasst vorzugsweise das Nukleinsäuremolekül an einem
Ende oder an beiden Enden einen Blocker. Solche Blocker umfassen
auch die Mittel wie Phosphorthioat-Bindung, nicht-natürliche Nukleoside,
Dendrimer oder Aminoalkylgruppen, die einem Nuklease-Angriff bekanntlich
widerstehen.
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Phosphorthioate
sind nützliche
Bindemittel, weil das Phosphorthioat Disulfid-Bindungen mit natürlich auftretenden
Cysteinresten in Proteinen wie Wolle, Haare, Fingernägel usw.
eingeht.
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Die
Erfinder haben ferner festgestellt, dass es möglich wäre, einen Sicherheits-Marker
zu konstruieren, mit Informationen, die innerhalb der Nukleinsäure-Sequenz
des Markers codiert sind, um das Ursprungsland eines Artikels zu
identifizieren.
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Der
Marker-Bereich umfasst also in einer Ausbildungsform zwei oder mehrere
ausgeprägte
kodierende Bereiche, denen verschiedene Bezeichner zugeordnet werden
können.
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Der
Sicherheits-Marker umfasst vorzugsweise 3, 4, 5 oder mehr ausgeprägte kodierende
Bereiche.
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Verschiedene
kodierende Bereiche ermöglichen
die Codierung mehrerer verschiedener Informationsarten auf dem Sicherheits-Marker.
Das ist dann besonders nützlich,
wenn die Polizei beispielsweise Diebesgut sichergestellt hat und
gerne das Ursprungsland und den Besitzer des Diebesguts ermitteln
möchte.
Wenn eine Lösung
während
eines Einbruchs oder eines Autodiebstahls auf einen Dieb gesprüht wurde,
kann anhand der kodierenden Bereiche am Dieb die Quelle des Sicherheits-Markers identifiziert
werden.
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Dementsprechend
kann der erste kodierende Bereich zur Identifizierung des Sicherheits-Markers
zugeordnet werden. Ein zweiter kodierender Bereich kann zugeordnet
werden, um den Verwendungszweck des Sicherheits-Markers zu identifizieren,
z. B. als Sicherheits-Marker für
Schmuck, in einem Auto (beispielsweise für eine bestimmte Automarke
oder einen bestimmten Autotyp), in einer bestimmten Art von Fabrik,
Bank, Geschäftseinrichtung oder
Haus usw. Ein dritter kodierender Bereich kann verwendet werden,
um eine bestimmte Nukleotid-Sequenz zu codieren, die sich auf eine
spezielle Firma, Person oder Anwendung beschränkt.
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Wenn
ein Sicherheits-Marker gefunden wird, kann die Quelle des Sicherheits-Markers
dank der Verwendung separater kodierender Bereiche schnell nach
der PCR und Sequenzierung des Markers identifiziert werden, indem
man in einer geeigneten Datenbank nachschlägt.
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Das
Nukleinsäuremolekül innerhalb
des Sicherheits-Markers der Erfindung kann gekennzeichnet werden,
z. B. mit einem sichtbaren Farbstoff, der den Sicherheits-Marker
auch für
das bloße
Auge sichtbar macht. Die Markierung kann aber auch ein Fluoreszenzfarbstoff
sein, durch den das Nukleinsäuremolekül unter
UV-Licht identifiziert werden kann.
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Anderenfalls
kann der Sicherheits-Marker einen oder mehrere separate Markierungen
wie farbmetrische und/oder fluoreszierende Kennungen umfassen.
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Wenn
die Nukleinsäuremoleküle der Oberfläche eines
Gegenstands ausgesetzt sind, können sie
durch natürlich
auftretende Nukleasen wie 3'- oder
5'-Exonukleasen
degeneriert werden. Solche Nukleasen können auf der Haut einer Person
auftreten oder aus Bakterien auf der Oberfläche des Gegenstands entstehen.
Von daher ist es wünschenswert,
den Widerstand des Sicherheits-Markers gegenüber Angriffen solcher Enzyme
zu verbessern. Dementsprechend umfasst vorzugsweise das Nukleinsäuremolekül an einem
Ende oder an beiden Enden einen Blocker. Solche Blocker umfassen
auch die Mittel wie Phosphorthioat-Bindung, nicht-natürliche Nukleoside,
Dendrimer oder Aminoalkylgruppen, die einem Nuklease-Angriff bekanntlich
widerstehen.
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Ferner
ist es wünschenswert,
wenn der Sicherheits-Marker an einem Gegenstand haftet, an den er
sich befestigt hat. Das Nukleinsäuremolekül umfasst
vorzugsweise ein oder mehrere Bindemittel, die es dem Nukleinsäuremolekül erleichtern,
sich an einem Gegenstand zu befestigen. Die Bindemittel können Biotin,
Vitamin E, Cholesterin und Phosphorthioat umfassen. Biotin, Vitamin
E und Cholesterin können
verwendet werden, da sie fettlösliche
Moleküle
sind, dank derer das Nukleinsäuremolekül sich an
die Haut eines Eindringlings binden kann. Biotin ist besonders nützlich,
weil die Nukleinsäuremoleküle, die
Biotin enthalten und aus einem Muster gewonnen wurden, leicht isoliert
werden können,
indem eine aus dem Muster hergestellte Lösung eine Avidin-Säule durchläuft. Das
biotinhaltige Nukleinsäuremolekül kann sich
an das Avidin auf der Säule
binden, wodurch es isoliert und gereinigt wird.
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Phosphorthioate
sind nützliche
Bindemittel, weil das Phosphorthioat Disulfid-Bindungen mit natürlich auftretenden
Cysteinresten in Proteinen wie Wolle, Haare, Fingernägel usw.
eingeht.
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Im
Einsatz wird der Sicherheits-Marker vorzugsweise durch die Spaltung
einer vorher festgelegten Schnittstelle freigesetzt. Anderenfalls
kann der Sicherheits-Marker durch geeignete Methoden von der Oberfläche eines
Gegenstands beseitigt werden. So haben sich beispielsweise Abstriche
mit Ethanol bewährt.
Hautschrammen können
auch verwendet werden. Dithiothreitol (DTT) hat sich bei der Isolierung
von Sicherheits-Markern bewährt,
die Phosphorthioat im Nukleinsäuremolekül umfassen.
DTT denaturiert jede Disulfid-Bindung zwischen dem Phosphorthioat
und Proteinen auf dem gekennzeichneten Gegenstand und setzt somit
den Sicherheits-Marker frei.
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Die
Behandlung eines Musters mit einer Proteinase wie mit Proteinase
K hat sich bei der Freisetzung der Sicherheits-Marker als nicht
besonders hilfreich erwiesen. Proteinase K, das von dem Pilz Tritirachium
album produziert wird, legt eine sehr breite Spaltungsspezifizität an den
Tag und digeriert Protein in dem Muster. Auf diese Art und Weise
wird der Sicherheits-Marker freigesetzt, der somit dann für die PCR
zur Verfügung
steht. Es digeriert auch DNasen, die sich möglicherweise in dem Muster
befinden, und verhindert somit die Degradierung des Markers.
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Farblich
unterschiedliche oder fluoreszent unterschiedlich gekennzeichnete
Sicherheits-Marker können
auch für
verschiedene Situationen verwendet werden. So kann beispielsweise
eine bestimmte Farbe in einen Land, dafür aber nicht in einem anderen Land
verwendet werden, was die Identifizierung von mutmaßlichen
Verbrechern beispielsweise am Zoll ermöglicht. Anderenfalls können verschiedene
Farben für
unterschiedliche Situationen verwendet werden, um beispielsweise
zu beweisen, ob eine Person einen Autodiebstahl begangen hat oder
in ein Fabrikgelände
eingebrochen ist und dieses unbefugt betreten hat.
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Der
Farbstoff kann kovalent an das Nukleinsäuremolekül gebunden oder separat sein.
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In
einer bevorzugten Ausbildungsform setzt sich der Farbstoff aus zwei
Farben zusammen, eine mit einer kürzeren Lebensdauer oder einer
niedrigeren Stabilität
als die andere – so
ergeben die roten und blauen Farbstoffe zusammen beispielsweise
ein violettes Erscheinungsbild. Der rote Farbstoff ist mehrere Tage
lang auf der Haut nachweisbar, der blaue mehrere Wochen. Wenn der
mutmaßliche
Täter den
violetten Farbstoff aufweist, weiß die Polizei genau, dass das
Spray erst wenige Tage zuvor dispergiert worden war. Ein blauer
Farbstoff ist ein Hinweis darauf, dass das Spray noch früher aktiviert worden
war. Verschiedene Farben können
auch auf eine andere Art von Alarmsystem hinweisen. So können Gewerbeeinrichtungen
einen violetten Farbstoff haben und Fahrzeuge einen orangefarbenen
(rot und gelb). Während
die Polizei auf die Ergebnisse der Gerichtsmedizin wartet, kann
sie ihre Aufzeichnungen nach dem jeweiligen Zeitraum und der Art
des begangenen Verbrechens prüfen.
Die Farbstoffe sind vorzugsweise nur unter UV-Licht sichtbar.
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Anderenfalls
können
infrarote Farbstoffe verwendet werden. Sie sind in natürlichem
Licht unsichtbar, leuchten bei infrarotem Licht aber grün. Sie sind vor
allem in Verbindung mit infraroten LEDs besonders nützlich,
z. B. in Videoüberwachungsanlagen, wenn
es darum geht, einen mutmaßlichen
Täter zu verfolgen,
der mit dem Farbstoff gekennzeichnet ist.
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Eine
Methode der Kennung eines Gegenstands mit Auftrag eines Sicherheits-Markers
auf einen Gegenstand ist ebenso vorgesehen. Ein Sicherheits-Marker
kann auf vielerlei Art aufgetragen werden, wie z. B. mit einer Bürste, einem
Spray, einem Aerosol oder fließend.
Der Gegenstand ist vorzugsweise ein Mensch wie z. B. ein Eindringling.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Methode der Feststellung
eines Sicherheits-Markers wie in Anspruch 18 dargelegt vorgesehen.
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Der
Sicherheits-Marker kann beispielsweise vor der Sequenzierung des
ersten Marker-Bereichs durch eine PCR amplifiziert werden.
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Der
Sicherheits-Marker kann zusätzlich
mit einer zweiten Sonde untersucht werden, die in der Lage ist,
an den zweiten Primer-Bereich zu hybridisieren, sobald der Marker
reproduziert worden ist, um beispielsweise mittels PCR einen komplementären Strang
zu bilden. Daraufhin wird der zweite Marker-Bereich sequenziert.
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Die
Marker-Bereiche können
durch eine beliebige, in der Fachwelt bekannte Methode sequenziert
werden, wie die Dideoxy-Sequenzierung, MS-Sequenzierung oder andere,
in der Fachwelt bekannte Techniken.
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Eine
solche Sequenzierung kann nach der ersten Amplifizierung durch PCR
oder direkt auftreten, z. B. durch die Verwendung einer Minisequenzierung.
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Die
Sequenz des Marker-Bereichs kann mit einer Datenbank verglichen
werden, um die Quelle des Sicherheits-Markers zu bestimmen. So können beispielsweise
der Besitzer des Gegenstands oder der Ort identifiziert werden,
wo ein Hauptverdächtiger dem
Sicherheits-Marker ausgesetzt ist.
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Ein
Sicherheits-Marker nach dem ersten Aspekt der Erfindung kann in
einem Sicherheits-Kit enthalten sein. Das Sicherheits-Kit kann aus
einem Sicherheits-Marker innerhalb einer geeigneten Lösung bestehen
oder z. B. innerhalb eines Fettes. Das Fett kann nützlich sein,
um sicherzustellen, dass ein Gewebemuster erfolgreich markiert ist.
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Das
Kit kann aus Aerosols für
den Auftrag des Sicherheits-Markers als Spray oder Aerosol auf einen
Gegenstand bestehen. Das Sicherheitssystem kann darüber hinaus
aus einem Raucherzeuger bestehen. Solche Raucherzeuger bedienen
sich z. B. eines Glykols, um einen Raum, wie z. B. ein Zimmer oder
den Passagierraum eines Autos, schnell mit einem chemischen Rauch
zu füllen.
Der so disorientierte Eindringling wird daran gehindert, sich mit
Gegenständen
oder dem Auto aus dem Staub zu machen. Das Sicherheitssystem kann
auch aus geeigneten Sensoren und Stellern bestehen, mit denen der
Auftrag des Sicherheits-Markers auf einen Eindringling aktiviert
wird. Der Steller kann auch fernbedient werden, z. B. aus einem
Kontrollraum.
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Die
Erfinder haben ferner festgestellt, dass es möglich ist, die Schicht eines Gegenstands
oder einer Person zu verbessern, die einem Spray oder Aerosol eines
Sicherheits-Markers nach der Erfindung unterliegen. Sie haben herausgefunden,
dass dies durch die Anwendung einer elektrostatischen Ladung beim
Aerosol oder Rauch möglich
ist. Dementsprechend sieht ein weiterer Aspekt der Erfindung einen
Applikator für
einen Sicherheits-Marker vor, wie in Anspruch 15 dargelegt.
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Der
Marker kann in einer Lösung,
einer Dispersion oder in einem Pulver vorkommen.
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Ein
Mittel für
die Erzeugung einer elektrostatischen Ladung kann eine geladene
Platte sein, über die
der Sicherheits-Marker vor Austritt aus der Düse des Applikators gelangt.
Die geladene Platte kann eine negative oder positive Ladung haben,
um Elektronen aus dem Spray oder Aerosol hinzuzufügen oder
zu entfernen.
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Durch
eine Aufladung des Sprays oder Aerosols haftet das Spray oder Aerosol
an Gegenständen,
wodurch sich das Erfassungsvermögen
des Sicherheits-Markers verbessert.
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Angaben
darüber,
wo ein Sicherheits-Marker nach der Erfindung in Gebrauch ist sowie
eine Aufstellung der Nukleinsäure-Sequenz,
die den Marker-Bereich des Sicherheits-Markers codiert, können im
Rahmen einer Datenbank mit eingeschlossen werden. So kann die Quelle
eines Sicherheits-Markers nach der Erfindung identifiziert werden.
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Ein
Steller kann im Rahmen einer Sicherheitsvorrichtung zwecks Freisetzung
von Nukleinsäure
nach der Erfindung eingesetzt werden, und zusätzlich kann er aus einem einmalig
beschreibbaren Festwertspeicher (ROM) bestehen, um das Datum und
den Zeitpunkt einer Aktivierung des Stellers aufzuzeichnen. Mit
einer solchen Vorrichtung können das
Datum und der Zeitpunkt des Einbruchs genau ermittelt werden. Dies
ist gerade in einem Sicherheitskontext hilfreich, da die Aufzeichnung
nach dem Ereignis mit abgeändert
werden kann. Dadurch steigert sich die Wahrscheinlichkeit, dass
der Eindringling erfolgreich bestraft wird, da eine exakte Aufzeichnung
der Umstände
bzgl. der Abdeckung des Eindringlings mit dem Sicherheits-Marker
vorliegt.
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Auch
mit einer Kamera- und bildregistrierenden Vorrichtung, dem sogenannten
Snapshot, können
das eine oder andere Bild der Freisetzung des Sicherheits-Markers
nach der Erfindung auf eine Person oder einen Gegenstand gemacht
werden.
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Dies
geht einher mit der DNA-Aktivierung, d. h. die Person wird nicht
nur markiert, sondern auch mitten im Kennungsverfahren fotografiert.
Da der Snapshot Board keine beweglichen Teile hat, ist er äußerst zuverlässig. Er
zeichnet Bilder kontinuierlich in einer zyklischen Schleife auf,
auf die erst dann zugegriffen werden kann, wenn sich etwas ereignet – dass die
DNA z. B. gesprüht
wird. Dann wird eine Anzahl von Bildern vor, während und nach dem Sprühvorgang
gespeichert und mit Uhrzeit, Datum und ID-Nummer der verknüpften DNA-Lösung versehen, wie
in der Datenbank gezeigt. Nur die zuständigen Behörden wie z. B. die Polizei
können
dann die Bilder abrufen. Die Behörden
können
dieses Tool auf zweierlei Weise einsetzen. Der Snapshot verrät der Polizei,
wie der mutmaßliche
Täter aussieht.
Sein Aussehen kann in einer Datenbank gespeichert werden. Wenn ein
mutmaßlicher
Täter festgenommen
wird, noch bevor die DNA überhaupt
erfasst ist, und der UV-Farbstoff an ihm haftet, können die
jeweiligen Behörden
nicht nur auf die Datenbank zugreifen und ein Foto des mutmaßlichen
Täters
auf dem Gelände
abrufen, sondern ihn auch gleich verurteilen. Sollte das Bild auf
irgendeine Weise zu dunkel sein, kann man immer noch auf das DNA-Beweismaterial
von Tatort zurückgreifen,
sobald dieses sequenziert ist.
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Die
Erfindung wird jetzt in Form eines Beispiels nur mit Bezug auf folgende
Abbildungen beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung von einem Sicherheits-Marker nach
dem ersten Aspekt der Erfindung.
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2 zeigt
Beispiele von Restriktions-Endonukleasestellen für Hpa I, Eco RI und Hind III.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung von einem Sicherheits-Marker nach
dessen Abtrennung vom Bindungsbereich.
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1 zeigt
einen Sicherheits-Marker nach dem ersten Aspekt der Erfindung. Er
besteht aus einer einzelsträngigen
Nukleinsäure,
bestehend aus einem Haarnadelschleifen-Bereich. Die Haarnadelschleife
wird geformt, weil das einzelsträngige
Nukleinsäuremolekül aus zwei
Sequenzen Nukleinsäuren besteht,
die komplementär
zueinander sind. Dadurch kann sich das einzelsträngige Nukleinsäuremolekül um sich
selbst herum falten und eine Haarnadelschleife bilden. Die Haarnadelschleife
wird in ihrer Struktur von Wasserstoffbindungen zwischen komplementären Nukleinsäuren (G-C
und A-T) gewahrt. Die Struktur der Haarnadelschleife besteht außerdem aus
mehreren Phosphorthioat-Bindungen (als tttt gezeigt). Phosphorthioat
kann sich nachweislich an die Haut von Menschen und an Fasern (z.
B. Wolle) binden. Somit kann der Sicherheits-Marker auf Gegenstände aufgetragen
werden und beispielsweise auf Diebe oder andere Menschen, die eine
Sicherheitsvorrichtung, bestehend aus dem Sicherheits-Marker, ausgelöst haben.
Die „palindromische" Nukleinsäure-Sequenz
(gaattc-cttaag) codiert für eine
Eco RI Restriktions-Endonukleasestelle. Das heißt, dass dort, wo ein Stoffmuster
oder beispielsweise ein Hautabstrich am Tatort sichergestellt worden
ist, Eco RI verwendet werden kann, um den Bereich der Nukleinsäure abzutrennen,
der den ersten und den zweiten Primer-Bereich codiert, gemeinsam mit
dem Marker zur Verwendung in der Polymerase-Kettenreaktion zur Multiplizierung
des Musters auf eine Größe, die
sich zur Sequenzierung eignet. Es wird darauf hingewiesen, dass
das in 1 gezeigte Beispiel nicht einschränkend ist
und dass möglicherweise
andere Restriktions-Endonukleasestellen verwendet werden.
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Ein
Beispiel einer Konstruktion nach 1 ist im
folgenden gezeigt:
5'_GAATTCGAGCATAATACCCACGATTCCGCTACGATCAACTA/ATACACTTGGTATGAAACAATTT/CCTCCCACTCACCCTGGCCCTATGCACGTGACACATAACCGAATTCTTttttTTGAATTC_3'
doppelsträngiger Schleifenbereich
wobei
tttt eine Phosphorthioat-Bindung darstellt.
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Dies
wurde von den Erfindern mit Hilfe von Standard-Restriktions-Endonukleaseprotokollen
erfolgreich von Haut und Stoff entfernt. Zu den gezeigten Restriktions-Endonukleaseprotokollen
zählt beispielsweise
der „Protocols
and Applications Guide" von
Promega (Supra). Restriktions-Endonukleasestellen sind ebenfalls
dargestellt, z. B. in 2.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung von der Verwendung eines abgetrennten
Bereichs des Nukleinsäuremoleküls zur Sequenz
und identifiziert eine spezifische Marker-Sequenz. Ein typisches Protokoll
für die
Identifizierung der Marker-Sequenz ist im folgenden aufgeführt:
3a zeigt ein einzelsträngiges Nukleinsäuremolekül. Das Nukleinsäuremolekül kann der
DNA oder RNA entstammen. Der Strang besteht aus einem ersten Primer-Bereich
und, dem Primer-Bereich nachgelagert, einem Marker-Bereich und einem
komplementären
Primer-Bereich. Nach der Durchführung der
PCR mit einem Primer, der in der Lage ist, den zweiten Primer-Bereich
an sich zu binden, wird ein komplementärer Strang (1b) produziert.
Der komplementäre
Strang hat einen funktionellen ersten Primer-Bereich, der von einem
ersten Primer gebunden werden kann. Er hat auch einen Marker-Bereich,
der mit dem Marker-Bereich auf dem Original-Marker komplementär ist.
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Die
Erfinder haben festgestellt, dass eine besonders nützliche
Primer-Sequenz eventuell vom Braunkehlfaultier erhalten werden kann.
Es hat folgende Sequenz:
5'-ta
cccacgattccgctacgatc aactaataca cttgctatga aaaaatttcc tcccactcac
cctggccctatgca cgtgacacataacc-3'
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Man
erhält
sie vom mitochondrialen ND1-Gen des Organismus.
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Es
wurde zur Gestaltung folgender Primer verwendet:
- 1.
5'-ta cccacgattccgctac-3'
- 2. 5'-ggttatgtgtcacgtgca-3'
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Die
Primer-Sequenzen wurden an einzigartige Marker-Sequenzen befestigt,
zum Beispiel zur Sequenz:
ga aaaatttecteccactcac,
die
durch einen Abstand von 22 Basen von einem Primer-Bereich und einen
Abstand von 10 Basen von einem zweiten Primer-Bereich von den Primer-Sequenzen
abgetrennt waren.
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Die
Nukleinsäuremoleküle können durch konventionelle
Solid-Phase-Methoden vorbereitet werden, in der Regel mit einem
automatisierten DNA-Synthesiser. Die gängigste Methode ist die Verwendung
der -Cyanoethyl-Phosphoramidit-Chemie, wie sie folgende Publikationen
beschreiben:
- The synthesis of chemically labelled PCR Primers.
D. J. S. Brown and T. Brown (1995 "PCR: essential data" Wiley, ed. C. R. Newton. Chapter 7,
pp 57–70.
- Preparation of synthetic oligodeoxynucleotide probes. T. Brown
and J. Grzybowski (1995) "Gene
probes: a Practical Approach".
IRL press. chapter 5, 146–167.
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Oligonukleotide
können
auch mit manuellen Solid-Phase-Methoden oder Lösungs-Phase-Methoden synthetisiert
werden, wobei die automatisierte Solid-Phase-Methode den Vorteil
einer hohen Durchsatzleistung hat.
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Die
aus biologischen Quellen isolierte DNA kann auch verwendet werden.
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Polymerase-Kettenreaktions-Protokoll
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Konventionelle
PCR-Techniken wurden zur Identifizierung und Multiplizierung der
Sequenzen verwendet. Eine typische 50 μL Reaktionsmischung umfasst:
10 × PCR Puffer,
entwickelt für
SYBR Green-Reaktionen auf dem ABI Prism Sequence Detektionssystem
7700, das von Genesys erhalten wurde
200 μM dNTP's (mittels einer Mischung aus dUTP und
dTTP)
0,5 mM Konzentration beider Primer
1,5 mM MgCl2
1 Einheit Hot GoldStar-Enzym (eine
TAQ-Polymerase)
0,5 Einheiten UNG.
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Typische
Zyklusbedingungen waren 53°C
für 2 Minuten,
95°C für 10 Minuten,
40 Zyklen mit 95° für 30 Sekunden,
mit 50° für 30 Sekunden
und dann mit 72°C
für 30
Sekunden. Eine endgültige
Erweiterung wurde 7 Minuten lang bei 72°C durchgeführt.
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Die
Marker-DNA kann dann mittels konventioneller Sequenzierungstechniken
sequenziert werden.
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Proteinase
K-Freisetzungsprotokoll
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Die
Sicherheits-Marker, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind,
wurden erfolgreich mittels Proteinase K aus Haut-, Faser- und Haarmustern freigesetzt.
Das Enzym wird u. a. von Promega UK in Southampton/Großbritannien
vertrieben. In der Regel wird Proteinase K 0,2 mg/ml hinzugefügt, das über Nacht
bei 56°C
inkubiert und dann ethanolpräzipitiert
wird, um den Sicherheits-Marker zu identifizieren.
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Farbstoffe
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Geeignete
Farbstoffe sind organische oder anorganische Farbstoffe.