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Die
vorliegende Erfindung betrifft Nukleinsäuresequenzen die auf dem Gebiet
der Virusdiagnostik, im spezifischen in der Diagnose von Infektionen
durch den AIDS-verursachenden Human Immunodeficiency Virus (HIV).
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Während sich
konventionelle Virusdiagnose vorwiegend auf den Nachweis von viralen
Antigenen oder deren spezifische Antikörper gestützt hat, hat sich in letzter
Zeit die Aufmerksamkeit mehr zu Methoden zum direkten Nachweis des
Genoms von Viren oder davon hergeleiteten Nukleinsäurensequenzen,
RNA wie auch DNA, verlagert. Diese Methoden basieren gewöhnlich auf
Nukleinsäurehybridisierung.
Nukleinsäurehybridisierung
basiert auf der Fähigkeit
zweier komplementäre
Sequenzen enthaltenden Nukleinsäurenstränge unter den
geeigneten Bedingungen aneinander zu anelieren, und dadurch eine
Dopplestrangstruktur zu bilden. Wenn der Komplementärstrang
markiert ist, kann die Markierung nachgewiesen werden und ist kennzeichnend
für die
Vorliegen der Zielsequenz. Vor allem in Kombination mit Methoden
zur Amplifikation von Nukleinsäuresequenzen
sind diese Methoden ein bedeutendes Hilfsmittel in der viralen Diagnose
geworden, insbesondere für
den Nachweis des Human Immunodeficiency Virus (HIV).
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Nukleinsäurenamplifikationsmethoden
sind vor allem nützlich
als zusätzliche
Methode in Fällen,
in denen serologische Methoden zweifelhafte Resultate ergeben oder
in Fällen,
in denen eine beachtliche Zeitspannne zwischen Infektion und der
Entwicklung von Antikörpern
gegen das Virus liegt. Im Falle von HIV kann die Serokonversion
gewöhnlich
3–6 Monate
nach der Virusexposition auf treten. Demnach kann, während mittels
konventioneller Immunoassays keine Antikörper nachgewiesen werden können, provirale
DNA oder zirkulierende, virale RNA bereits nachweisbar sein. Zudem
besitzen Methoden basierend auf Nukleinsäurenamplifikation bei der Überwachung
antiviraler Therapie einige Vorteile gegenüber serologischen Methoden.
Vor allem quantitative Amplifikationsmethoden stellen ein gewichtiges
Hilfsmittel bei der Einschätzung
der Änderungen
in der Menge des Virus, die vor und nach der Therapie vorhanden
ist, dar.
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Die
Wahl der Oligonukleotide, die zum Gebrauch als Primer oder Proben
bei der Amplifikation und Nachweis von Nukleinsäuresequenzen vorgesehen sind,
ist kritisch für
die Sensitivität
und Spezifizität
des Assays. Die zu amplifizierende Sequenz ist in einer Probe (zum
Beispiel einer Blutprobe, die von einem Patienten, der unter Verdacht
steht eine virale Infektion zu haben, erhalten wurde) für gewöhnlich nur
in kleinsten Mengen vorhanden. Die Primer sollten in ausreichendem
Masse komplementär
zur Zielsequenz sein, um effiziente Amplifikation der in der Probe
vorhandenen viralen Nukleinsäure
zu ermöglichen.
Falls die Primer nicht angemessen an die Zielsequenz anelieren (auf
Grund von Fehlpaarung der Basen in den Nukleotiden beider Stränge), ist
die Amplifikation ernstlich beeinträchtigt. Dies wird sich auf
die Sensitivität
des Assays auswirken und kann falsche negative Testresultate zur
Folge haben. Auf Grund der Heterogeneität viraler Genome können falsche
negative Testresultate erhalten werden, falls die Primer und Sonden
nur in einem Teil der Varianten des Virus vorhandene Sequenzen erkennen
können.
Der HIV Virus besitzt eine hohe Heterogeneität. Genetische Variabilität wurde
unter Isolaten von verschiedenen Kontinenten, wie auch zwischen
Individuen und zwischen unterschiedlichen Krankheitsstadien veranschaulicht.
Basierend auf Sequenzanalysen wurden zwei Gruppen innerhalb HIV-1
identifiziert: die Gruppe M (M für „major") und die Gruppe
O (O für „outlier"). Innerhalb der
Gruppe M wurden Subtypen (A-H) zugeordnet, wovon jeder einen phylogenetischen,
separaten Satz von Sequenzen darstellt, und weitere werden identifiziert.
Diese Sequenzvariation verteilt sich nicht gleichmässig über das
ganze Genom. Das HIV-1 Genom, wie alle retroviralen Genome, besteht
annähernd
aus den folgenden Regionen: das gag-Gen des HIV-1 Genoms ist die Region,
die die Kernproteine des Virus kodiert (zum Beispiel p24). Das env-Gen
kodiert ein grosses Precursorprotein, gp160, welches in die envelop-Proteine gp120
und gp41 prozessiert wird. Das pol-Gen kodiert die Polymerase des
Virus (Reverse Transkriptase). Die Long Terminal Repeat Regions
(LTR's) sind die
Regionen des viralen Genoms die an der Integration des Virus in
die Wirtszelle und an der Regulierung der Transkription der viralen
Gene teilhaben. Manche Regionen sind mehr anfällig für Sequenzvariationen als andere.
Vor allem im env-Bereich kann die Sequenzvariation zwischen den
Mitgliedern der verschiedenen Subtypen so hoch wie 30% sein. Idealerweise
sollte sich die Selektion der Primer auf die Erkenntnis der Variabilität von Primersequenzkandidaten
zwischen den Stämmen
und den Konsequenzen von Fehlpaarungen an Primerstellen stützen. McCutchan
et al, J. AIDS, 4, 1241–1250, 1991
verwendete PCR um einen genetischen Vergleich zwischen verschiedenen
HIV-1 Isolaten zu ziehen. Mittels eingebetteter PCR (variierende
Sense-Primer wurden mit einem gleichbleibenden Antisense-Primer
verwendet, die Primer wurden von verhältnismäßig konservierten Regionen
in gag, env und LTR ausgewählt).
Der Effekt von Primer-Fehlpaarungen
auf die Menge des erhaltenen PCR-Produktes wurde ebenfalls untersucht. Fehlpaarung
am 3'-Ende des Primer
reduzierte die Produktmenge manchmal um mehr als das 100-fache.
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Der
Nachweis von derzeit allen bekannten HIV-1 Subtypen ist von grösster Bedeutung,
vor allem in Hinblick auf Patientenbehandlung, Gewißheit bezüglich des
Blutes und Blutprodukten und in klinischen und epidemiologischen
Studien. Gegenwärtige
Assays für
die Amplifikation und den nachfolgenden Nachweis von HIV-1 hergeleiteten
Nukleinsäurensequenzen
basieren gewöhnlich
auf der Amplifikation der Sequenzen in der gag-Region des viralen
Genoms. Diese Assays wurden für
den Subtyp B, der den grössten
Subtyp in europäischen
Ländern
und den Vereinigten Staaten darstellt, entwickelt. Jedoch nimmt
die Existenz von anderen, zuvor geographisch begrenzten Subtypen
auf Grund häufiger
Reisen zwischen diesen Ländern
und zum Beispiel afrikanischen Ländern
zu. Demzufolge sind empfindliche Assays, die so viele Varianten
des HIV-1-Virus wie möglich
(vorzugsweise alle) nachweisen können,
erforderlich.
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Während der
letzten Jahre wurde gezielte Forschung zur Identifikation von Primersets,
die für
eine zuverlässige
Amplifikation von HIV-1 abgeleiteten Nukleinsäuresequenzen geeignet betrieben.
Engelbrecht et al., J. Virol. Meth., 55, 391–400, 1995, beschreibt eine
auf die Entwicklung eines spezifischen und empfindlichen PCR-Protokolls
gezielte Studie unter Verwendung von env-, gag- und LTR-Primerpaaren,
um Subtypen, die im Western Cape, Südafrika, vorkommen, nachzuweisen.
Vierundzwanzig Stämme,
von welchen bekannt war, dass sie zu den Subtypen B, C und D gehören, wurden
analysiert. Man stellte fest, dass die Leistungsfähigkeit
der Primerpaare enorm von der Optimisierung der Reaktionsbedingungen
für die
verschiedenen Primerpaare abhängig
war. Nur wenn weniger harte Bedingungen gebraucht wurden (zum Beispiel
waren für
das LTR Primerpaar eine erhöhte
Zykluszeit und tiefere Anelierungstemperaturen notwendig), konnten
diese besonderen HIV-Stämme
mit genügender
Sensitivität
und Reproduzierbarkeit mittels aller Primerpaare ermittelt werden.
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Zazzi
et al., J. Med. Virol., 38, 172–174,
1992, entwickelte eine Zwei-Schritt PCR-Reaktion (unter Verwendung
von verschachtel ten Primer) zur Ermittlung von HIV-1 DNA in klinischen
Proben. Die für
die Amplifikation verwendeten Primer wurden vom gag-Gen und der
LTR-Region hergeleitet. Die in dieser Studie getesteten Patienten
waren alle von benachbarten Regionen, wodurch es wahrscheinlich
ist, dass sie nur eine limitierte Anzahl von verschiedenen, viralen
Stämmen
repräsentieren.
Andere Beispiele von PCR-Primer zur Ermittlung von HIV sind in EP-A-0
617 132,
US 5,629,413 und
Ep-A-0 331 939 enthalten.
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Eine
quantitative PCR Methode, die LTR-hergeleitete, verschachtelte Primer
verwendet wurde von Vener et al. in BioTechniques, 21, 248–255, 1996
beschrieben. Diese Methode wurde nur an HIV-1MN- infizierten, peripheren
Blut-mononukleären
Zellen (peripheral blood mononuclear cells, PBMC) getestet. Somit
kann keine Aussage über
die Eignung der verwendeten Primer zur Ermittlung verschiedener
Virus-Subtypen gemacht werden.
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In
der vorliegenden Erfindung werden Nukeotidsequenzen bereitgestellt,
die als Primer und Sonden bei der Amplifikation und Nachweis von
HIV-1 Nukleinsäuren
gebraucht werden kann. Die in der vorliegenden Erfindung vorgegebenen
Nukleinsäuresequenzen
sind im LTR Teil des HIV viralen Genoms lokalisiert. Es wurde festgestellt,
dass unter Verwendung der erfindungsgemässen Sequenzen in den Methoden
zur Amplifikation und Nachweis von Nukleinsäuren ein empfindlicher und
spezifischer Nachweis für
HIV-1 erhalten werden kann. Der Nutzen der erfindungsgemässen Sequenzen
besteht primär
in der Tatsache, dass die Nukleinsäuren von allen derzeit bekannten
HIV-1-Subtypen mit Hilfe von Primer und Sonden, die die erfindungsgemässen Sequenzen
umfassen, mit grosser Präzision
und Sensitivität
nachgewiesen werden kann. Bis jetzt wurden keine Primerpaare oder
Hybridisierungssonden entwickelt, die eine Ermittlung eines so breiten
Bereichs von HIV-1 Varianten ermöglichen
würde.
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Die
erfindungsgemässen
Oligonukleotidsequenzen sind vor allem nützlich für Methoden zur Amplifikation
von Nukleinsäuren.
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In
Fachkreisen sind verschiedene Methoden zur Amplifikation von Nukleinsäuren bekannt.
Ein Beispiel einer Methode zur Amplifikation eines DNA-Zielsegmentes
ist die sogenannte „Polymerase
Kettenreaktion" (PCR).
Mittels der PCR-Methode nimmt die Nummer der Kopien eines bestimmten
Zielsegmentes exponentiell mit der Anzahl von Zyklen zu. Ein Primerpaar
wird verwendet und in jedem Zyklus wird ein DNA-Primer an die 3'-Seite jedes der
zwei Stränge
der doppelsträngigen
DNA-Zielsequenz aneliert. Die Primer werden mittels einer DNA Polymerase
in Gegenwart von verschiedenen Mononukleotiden verlängert, um
wiederum doppelsträngige
DNA zu erzeugen. Die Stränge
der doppelsträngigen
DNA werden voneinander mittels thermaler Denaturierung getrennt
und jeder Strang dient als Matrize zur Primer-Anelation und anschliessender
Verlängerung
in einem anschliessenden Zyklus. Die PCR Methode wurde in Saiki
et al., Science 230, 135, 1985 und in den Europäischen Patenten Nr.
EP 200362 und
EP 201184 beschrieben.
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Eine
andere Methode zur Amplifikation von Nukleinsäuren ist das sogenannte Transkriptions-basierende
Amplifikationssystem (TAS). Die TAS Methode wird in der internationalen
Patentanmeldung Nr. WO 88/10315 beschrieben. Transkriptions-basierende
Amplifikationsmethoden umfassen gewöhnlich die Behandlung von Zielnukleinsäuren mit
zwei Oligonukleotiden, von denen eines eine Promotorsequenz enthält, um eine
einen funktionellen Promotor enthaltende Matrize zu erzeugen. Mehrfache
RNA-Kopien werden von besagter Matrize transkribiert und können als
Basis für
weitere Amplifikationen dienen.
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Eine
isothermale, kontinuierliche Transkriptions-basierende Amplifikationsmethode
ist der sogenannte NASBA-Prozess („NASBA") wie im Europäischen Patent Nr.
EP 329822 beschrieben. NASBA beinhaltet
den Gebrauch von T7 RNA Polymerase um mehrfache RNA Kopien von einer
einen funktionellen Promotor enthaltenden Matrize zu transkribieren.
Andere Transkriptions-basierende Amplifikationsmethoden werden in
EP 408295 beschrieben.
EP 408295 befasst sich vor
allem mit einer Zwei-Enzym Transkriptions-basierenden Amplifikationsmethode.
Transkriptions-basierende Amplifikationsmethoden, wie zum Beispiel
die in
EP 329822 beschriebene
NASBA-Methode, werden
für gewöhnlich mit
einem Satz Oligonukleotiden verwendet, von denen eines mit einer
DNA-Promotorsequenz versehen ist, die von einer DNA-abhängigen RNA-Polymerase,
wie zum Beispiel T7 Polymerase, erkannt wird. Mehrere Modifikationen
der Transkriptions-basierenden Methoden sind in Fachkreisen bekannt.
Diese Modifikationen umfassen, zum Beispiel, den Gebrauch von blockierten
Oligonukleotiden (die mit einer Promotorsequenz versehen sein können). Diese
Oligo's sind blockiert
um eine von ihnen ausgehende Verlängerungsreaktion zu verhindern
(
US 5,554,516 ). Ein
oder mehrere „Promotor-Primer" (Oligonukleotide
versehen mit einer Promotorsequenz) können in Transkriptions-basierenden Amplifikationsmethoden
verwendet werden, gegebenenfalls in Kombination mit der Verwendung
von einem oder mehreren Oligonukleotiden, die nicht mit einer Promotorsequenz
versehen sind. Im Falle von RNA-Amplifikation ist eine Transkriptions-basierende Amplifikationsmethode
eine bevorzugte Technologie. Amplifikation mit Hilfe von PCR kann
auch auf einer RNA-Matrize basieren. Der eigentlichen PCR muss ein
Reverser-Transkriptions-Schritt
vorangehen, um die RNA in DNA zu kopieren (RT-PCR). Jedoch ist,
falls RT-PCR für
den Nachweis von viralen Transkripten gebraucht wird, eine Differenzierung
von mRNA- und DNA-hergeleiteten
PCR-Produkten notwendig. Eine DNAse Behandlung vor RT-PCR kann verwendet
werden (Bitsch, A. et al., J. Infect. Dis. 167, 740–743, 1993;
Meyer, T. et al., Mol. Cell Probes. 8, 261– 271, 1994), diese scheitert
jedoch manchmal verunreinigte DNA hinreichend zu entfernen.
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Im
Gegensatz zu RT-PCR benötigt
NASBA, die auf RNA-Transkription mittels T7 RNA Polymerase basiert
(Kievits et al., 1991; Compton, 1991) keine Differenzierung zwischen
RNA- und DNA-abgeleiteten
Amplifikationsprodukten, da sie RNA als ihr erstes Ziel verwendet.
NASBA ermöglicht
spezifische Amplifikation von RNA-Zielen sogar vor einem DNA-Hintergrund.
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Der
Gebrauch der erfindungsgemässen
Oligonukleotide ist nicht auf eine bestimmte Amplifikationsmethode
oder eine bestimmte Modifikation davon beschränkt. Es ist offenbar, dass
die erfindungsgemässen
Oligonukleotide in vielen verschiedenen Nukleinsäurensequenz-Amplifikationsmethoden
und in verschiedenen Methoden zum Nachweis der Anwesenheit von (amplifizierten)
HIV-Nukleinsäuren zur
Anwendung kommen. Die erfindungsgemässen Oligonukleotide können gleichermassen
in quantitativen Amplifikationsmethoden gebraucht werden. Ein Beispiel
solch einer quantitativen Amplifikationsmethode wird in
EP 525882 beschrieben.
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Der
Begriff „Oligonukleotid", wie er hierin gebraucht
wird, bezieht sich auf ein Molekül,
das zwei oder mehr Desoxyribonukleotide oder Ribonukleotide umfasst.
Solche Oligonukleotide können
als Primer oder Sonden gebraucht werden.
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Natürlich können auch
Oligonukleotidanaloge, basierend auf den Sequenzen der erfindungsgemässen Oligonukleotide,
hergestellt werden. Solche Analoge können alternative Strukturen,
wie zum Beispiel „PNA" (Moleküle mit einem
Peptid-ähnlichen
Rückgrat
anstatt eines Zuckerphosphatrückgrates
einer normalen Nukleinsäure)
oder ähnliche
Strukturen darstellen. Es ist offenbar, dass diese alternativen
Strukturen, die die erfindungsgemässen Se quenzen repräsentieren,
gleichermassen Teil dieser Erfindung sind.
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Der
Begriff „Primer", wie er hierin gebraucht
wird, bezieht sich entweder auf ein natürlich vorkommendes (zum Beispiel
in Form eines Restriktionsfragmentes) oder ein synthetisch hergestelltes
Oligonukleotid, das fähig
ist als Synthese-Ausgangspunkt eines Primer-Verlängerungsproduktes, das komplementär zu einem
Nukleinsäurestrang
(einer Matrize oder Zielsequenz) ist, zu wirken, im Falle von geeigneten
Bedingungen (wie zum Beispiel Puffer, Salz, Temperatur und pH) und
in Gegenwart von Nukleotiden und eines Hilfsmittels zur Nukleinsäurepolymerisation,
wie zum Beispiel einer DNA-abhängigen
oder RNA-abhängigen
Polymerase. Ein Primer muss genügend
lang sein, um die Synthese der Verlängerungsprodukte in Gegenwart
eines Hilfsmittels zur Polymerisation vorzubereiten. Ein typischer
Primer besteht in der Länge
aus mindestens 10 Nukleotiden einer Sequenz, die im wesentlichen
komplementär
oder homolog zur Zielsequenz ist, jedoch werden etwas längerer Primer
bevorzugt. Für
gewöhnlich
bestehen Primer aus etwa 15–26
Nukleotiden, jedoch werden auch längere Primer verwendet, vor
allem wenn die Primer zusätzliche
Sequenzen, wie zum Beispiel eine Promotorsequenz für eine bestimmte
Polymerase enthalten.
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Üblicherweise
besteht ein Satz von Primer aus mindestens zwei Primer, ein „upstream" und ein „downstream" Primer, welche zusammen
das Amplifikat (die mittels der Primer zu amplifizierende Sequenz) definieren.
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Vor
allem für
den Gebrauch in Transkriptions-basierenden Amplifikationsmethoden
können
die erfindungsgemässen
Oligonukleotiden auch an eine Promotorsequenz geknüpft werden.
Der Begriff „Promotorsequenz" definiert eine Region
einer Nukleinsäuresequenz, die
spezifisch von einer RNA Polymerase erkannt wird, die an eine erkannte
Sequenz bindet und den Transkriptionsprozess, bei welchem ein RNA
Transkript erzeugt wird, initiiert. Prinzipiell kann jegliche Promotorsequenz
verwendet werden, für
welche eine bekannte und erhältliche
Polymerase existiert, die fähig
ist, eine Initiationssequenz zu erkennen. Bekannte und nützliche Promotoren
sind diejenigen die von gewissen Bakteriophagen RNA-Polymerasen, wie
zum Beispiel Bakteriophage T3, T7 oder SP6, erkannt werden. Oligonukleotide,
die an eine Promotorsequenz verknüpft sind, werden im allgemeinen
als „Promotor-Primer" bezeichnet. Deren
Funktion als Primer, i. e. der Ausgangspunkt für eine Verlängerungsreaktion, kann jedoch
in gewissen Variationen der Transkriptions-basierenden Amplifikationsreaktionen
entweder, wie zuvor schon erwähnt,
blockiert sein oder fehlen.
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Ein
Oligonukleotid gemäss
der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen komplementär zu einer
Sequenz der LTR Region einer Nukleinsäuresequenz eines HIV-Genoms,
wobei besagtes Oligonukleotid 10–50 Nukleotide in der Länge aufweist
und wenigstens ein Fragment von 10 Nukleotiden einer Sequenz umfasst, die
ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus:
oder deren
komplementären
Sequenz.
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Es
versteht sich, dass aus erfindungsgemässen Sequenzen bestehende Oligonukleotide
geringfügige Deletionen,
Additionen und/oder Substitutionen von Nukleinsäurebasen enthalten können, soweit
dass sich solche Änderungen
nicht in bedeutendem Grad negativ auf die erhaltene Ausbeute oder
das Produkt auswirken. Wenn erfindungsgemässen Oligonukleotide als Sonden
gebraucht werden, sollten die Änderungen
nicht eine Verminderung der Hybridisierungseffizienz der Sonde zur
Folge haben. Zum Beispiel kann im Falle von Transkriptions-basierenden
Amplifikationsreaktionen, wobei einer oder mehrere der Primer mit
einer Promotorsequenz versehen sein kann, die Einführung einer
Purin-reichen (= G oder A) hybridisierenden Sequenz gleich nach
der Promotorsequenz positive Auswirkungen auf die Transkription
haben (falls C's
und T's vorhanden
sind, kann eine missglückte
Transkription vorkommen). Falls keine solche Sequenz in der Zielnukleinsäure erhältlich ist,
kann eine Purin-reiche Sequenz gleich anschliessend an die drei
letzten G-Reste der Promotorsequenz in das Oligonukleotid eingefügt werden.
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Die
erfindungsgemässen
Sequenzen werden als DNA Sequenzen wiedergegeben. Die RNA-Äquivalente
dieser Sequenzen sind gleichermassen Teil der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte
Oligonukleotide der Erfindung sind Oligonukleotide die im wesentlichen
aus einer Sequenz bestehen, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus:
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SEQ
ID 9–11
umfassen eigentlich die in SEQ ID 1–3 wiedergegebenen Sequenzen.
In SEQ ID 9–11 sind
die Sequenzen von SEQ ID 1–3
funktionell mit einer Promotorsequenz (der T7 Promotorsequenz) verbunden.
Dadurch werden die Sequenzen besonders geeignet für den Gebrauch
als Upstream-Primer in einer Transkriptions-basierenden Amplifikationsmethode, wie
zum Beispiel NASBA.
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Eine
bevorzugte Variante der vorliegenden Erfindung ist eine Kombination
zweier erfindungsgemässen
Oligonukleotiden zum Gebrauch als ein Satz bei der Nukleinsäure-Amplifikation.
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Solch
ein Oligonukleotidpaar vorgesehen zum Gebrauch als ein Satz bei
der Amplifikation einer, innerhalb des LTR-Bereichs des Genoms von
HIV-1 lokalisierten Zielsequenz, besteht aus einem ersten Oligonukleotid,
das 10–50
Nukleotide in der Länge
aufweist und wenigstens ein Fragment von 10 Nukleotiden einer Sequenz
umfasst, die ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus:
und einem zweiten Oligonukleotid,
das 10–50
Nukleotide in der Länge
aufweist und wenigstens ein Fragment von 10 Nukleotiden einer Sequenz
umfasst, die ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus:
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Eines
der Oligonukleotide kann bei der Amplifikation als „Upstream-Oligonukleotid", d. h. als Upstream-Primer,
dienen, während
das zweite Oligonukleotid als Downstream-Oligonukleotid, d. h. als Downstream-Primer,
dienen. Die Stelle im HIV Genom (oder die dazu komplementäre Sequenz)
an welche beide erfindungsgemässen,
in diesem Paar enthaltenden Oligonukleotide anelieren können, definiert
zusammen die Nukleinsäuresequenz,
die amplifiziert wir. Die amplifizierte Sequenz ist zwischen den „Primer-bindenden Stellen" innerhalb des LTR-Bereichs
des Genoms von HIV-1 lokalisiert. Es wurde festgestellt, dass durch
den Gebrauch eines erfindungsgemässen
Oliginukleotidpaares bei einer Amplifikationsreaktion eine exakte
und zuverlässige
Amplifikation von Nukleinsäuren,
die von allen derzeit bekannten HIV-Subtypen abgeleitet wurden, erzielt
werden kann.
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Ein
besonders bevorzugtes erfindungsgemässes Oligonukleotidpaar besteht
aus einem ersten Primer umfassend die Sequenz SEQ ID NO 1 und einem
zweiten Primer umfassend die Sequenz SEQ ID NO 5. Für den Gebrauch
in einer Transkriptions-basierenden Amplifikationsmethode werden
Oligonukleotide der SEQ ID NO 9 bevorzugt, in Kombination mit einem
Oligonukleotid der Sequenz SEQ ID NO 5.
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Ein
Teil der erfindungsgemässen
Oligonukleotide sind vor allem geeignet für deren Verwendung als Sonde
bei der Ermittlung von Nukleinsäuren,
die mittels eines erfindungsgemässen
Oligonukleo tidpaares amplifiziert wurden. Falls sie als Sonde gebraucht
werden, können
besagte Oligonukleotide mit einer nachweisbaren Markierung versehen
werden. Erfindungsgemässe
Oligonukleotide die als Probe vor allem geeignet sind bestehen im
wesentlichen aus der Sequenz
versehen mit einer nachweisbaren
Markierung. Insofern ist ein besonders bevorzugtes Oligonukleotid
ein Oligonukleotid mit einer Sequenz wie in SEQ ID NO 6 beschrieben.
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In
Fachkreisen sind verschiedene Markierungsgruppen bekannt. Besagte
Gruppen können
zum Beispiel entweder eine radioaktive Verbindung, ein nachweisbares
Enzym (z. Bsp. Meerrettich-Peroxidase (horse radish peroxidase,
HRP)), ein Hapten wie zum Beispiel Biotin oder jede andere Gruppe,
die fähig
ist ein nachweisbares Signal, wie zum Beispiel ein colorimetrisches,
fluoreszierendes, chemielumineszierendes oder electrochemielumineszierendes
Signal zu erzeugen, sein.
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Hybride
von erfindungsgemässen
Oligonukleotiden und (amplifizierten) Zielnukleinsäuren können ebenso
mittels in Fachkreisen wohlbekannten Methoden nachgewiesen werden.
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Selbstverständlich sind
Methoden zur Amplifikation von Nukleinsäuren, wie die hierin zuvor
beschriebenen, unter Verwendung der erfindungsgemässen Oligonukleotiden
ebenfalls Teil der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner Testkits zur Amplifikation und
Ermittlung von HIV Nukleinsäuren vor.
Der Gebrauch besagter Testkits ermöglicht ein exaktes und empfindliches
Screening von Proben, von denen vermutet wird, dass sie HIV-abgeleitete
Nukleinsäuren
enthalten. Solche Testkits können
ein erfindungsgemässes
Oligonukleotidpaar beinhalten und gegebenenfalls auch ein erfindungsgemässes Oligonukleotid, das
als Sonde zur Ermittlung von amplifiziertem Material gebraucht werden
kann.
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Zudem
kann das Testkit geeignete Amplifikationsreagenzien umfassen. Ein
für den
Gebrauch mit NASBA geeignetes Kit kann zum Beispiele angemessene
Mengen an Reverser Transkriptase, RNase H und T7 RNA Polymerase
enthalten. Besagte Enzyme können
im Kit in einer gepufferten Lösung
vorhanden sein, sie können
jedoch gleichermassen auch als lyophilisiertes Gemisch vorliegen,
zum Beispiel als lyophilisiertes, sphärisches Partikel. Solche lyophilisierten
Partikel wurden in PCT Anmeldung Nr. EP 95/01268 offenbart. Das Kit
kann ferner mit Puffermischungen versehen werden, die zur Durchführung einer
Amplifikationsreaktion geeignet sind. Besagte Puffer können für eine bestimmte
Amplifikationsmethode, für
welche das Kit vorgesehen ist, wie auch für den Gebrauch bestimmter Oligonukleotide,
die mit dem Kit zur Verfügung
gestellt werden, optimisiert werden. Im Falle von Transkriptions-basierenden
Amplifikationsmethoden, wie zum Beispiel NASBA, können diese
Puffer beispielsweise DMSO, das die Amplifikationsreaktion verstärkt, enthalten
(wie in PCT Anmeldung Nr. US 90/04733 beschrieben).
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Zudem
kann das Kit mit einer internen Kontrolle zur Überprüfung der Amplifikationsmethode
oder um ein Vorkommen von falschen negativen Testresultaten aufgrund
von Fehlschlägen
in der Amplifikationsmethode zu verhindern, versehen werden. Der
Gebrauch von internen Kontrollen im Falle von Transkriptions-basierenden
Amplifikationsmethoden ist in PCT Anmeldung Nr. EP 93/02248 beschrieben.
Eine optimale Kontrollsequenz wird so ausgewählt, dass sie nicht mit der
Zielnukleinsäure
in der Amplifikations reaktion konkurriert. Kits können auch
Reagenzien zur Isolierung von Nukleinsäuren biologischer Proben vor
der Amplifiziering beinhalten. Eine geeignete Methode zur Isolierung
von Nukleinsäuren
ist in
EP 389063 offenbart.
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Kurze Beschreibung der
Figuren
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Amplifikationsprodukte
nach Blotting und Nachweis mittels enhanced Chemiluminescence, die
nach Amplifikation in Gegenwart (Tafel A) oder in Abwesenheit (Tafel
B) von HIV-1 RNA unter Verwendung folgender Primerpaare erhalten
wurden: Bahn 1: SEQ ID 9–SEQ
ID 10, Bahn 2: SEQ ID 9–SEQ
ID 5, Bahn 3: SEQ ID 10–SEQ
ID 4, Bahn 4: SEQ ID 10–SEQ
ID 5, Bahn 5: SEQ ID 3–SEQ
ID 12.
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Beispiele
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Beispiel 1: Amplifikation
und Nachweis von genomischer RNA von HIV-1
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Die
folgenden Vorgehensweisen wurden angewendet um genomische RNA von
HIV-1 von Proben zu amplifizieren und nachzuweisen, wie in den folgenden
Beispielen beschrieben.
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Probezubereitung und Nukleinsäurenisolierung
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Die
Isolierung von Nukleinsäuren
wurde gemäss
Boom et al., 1990, Journal of Clinical Microbiology 28, 495–503 und
gemäss
Europäischem
Patent Nr.
EP 0389063 durchgeführt. In
Kürze:
ein Volumen von 200 μl
gesammelten Plasmas von gesunden Spendern (negativ für HbsAg,
anti-HIV und anti-HCV) wurde zu 900 μl Lyse-Puffer (47 mM Tris-HCl
pH 7.2, 20 mM EDTA, 1.2% Triton X-100, 4.7 M Guanidin-Thiocyanat
(GuSCN, Fluka, Buchs, Schweiz)) gegeben. Nach Vortexieren und Zentrifugation
(30 Sekunden, 13'000
rpm) wurde eine Verdünnungsserie
des HIV-1 RNA Subtyp B Standards (charakterisiert und beschrieben
von Layne et al., 1992, Virolo gy 189, 695–714) oder von HIV-1 positiven
Proben zugegeben. Nach Zugabe von 50 μl aktiviertem Silikon (0.4 g/ml
Suspension in 0.1 N HCl) wurde die Suspension für 10 Minuten bei Raumtemperatur
und regelmässigem
Vortexieren inkubiert. Nach Zentrifugation (30–60 Sekunden, 13'000 rpm) wurde das
Silikon-Pellet zweimal mit 1 ml Waschpuffer (5.25 M GuSCN, 50 mM
Tris-HCl pH 6.4) gewaschen, gefolgt von zwei Waschgängen mit
70% Ethanol und einem Waschschritt mit Aceton. Danach wurden die
Silikon-pellets während
10 Minuten in einem 56°C
warmen Heizblock getrocknet. Die Nukleinsäuren wurden vom Silikon durch Zugabe
von 50 μl
Elutionspuffer (1.0 mM Tris-HCl, pH 8.5) und Inkubation bei 56°C für 10 Minuten
ausgewaschen. Danach wurden 5 μl
Eluat vom Pellet genommen zum weiteren Gebrauch in der Amplifikationsreaktion. Das
restliche Eluat wurde bei –70°C aufbewahrt.
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NASBA Amplifikation
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Die
Amplifikationen wurden in einem Reaktionsvolumen von 20 μl, das sich
aus 10 μl
eines Primergemischs, 5 μl
(isolierten) Nukleinsäuren
und 5 μl
eines Enzymgemischs zusammensetzte, durchgeführt. Das Primergemisch wurde
durch Rekonstitution einer lyophilisierten Accusphäre in 50 μl Accusphären-Verdünnungsmittel,
51.6 μl
Wasser, 8.4 μl
2 M KCl und 5 μl
jedes Primers (10 μM)
hergestellt. Das Gemisch wurde vor Gebrauch gründlich gevortext. Von diesem
Primergemisch wurden 10 μl
zu 5 μl
der (isolierten) HIV-1 RNA (Standard) gegeben. Dieses Gemisch wurde
für 5 Minuten
bei 65°C
inkubiert und anschliessend bei 41°C für weitere 5 Minuten inkubiert.
Nach diesen Inkubationen wurde 5 μl
Enzym hinzugegeben und das Gemisch wurde für 5 Minuten bei 41°C inkubiert.
Die Röhrchen
wurden zum Detektionsbereich transferiert und für 90 Minuten bei 41°C inkubiert.
Nach der Amplifikationsreaktion wurden die Röhrchen bis zu weiterem Gebrauch
bei –20°C aufbewahrt.
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Jede
Amplifikationsreaktion enthält
die folgenden Reagenzien:
40 mM Tris-HCl, pH 8.5
12 mM
MgCl2
70 mM KCl
15% v/v Dimethylsulfoxid
5 mM Dithiotreitol
1
mM jedes Deoxynukleosidtriphosphates
2 mM der Nukleoside rATP,
rCTP, rUTP
1.5 mM rGTP
0.5 mM ITP
0.105 μg/μl BSA
0.08
Einheiten RNaseH
32 Einheiten T7 RNA Polymerase
6.4 Einheiten
Rreverse Ttranskriptase des Avian Myeloblastosis Virus (Seikagaku,
USA)
0.2 μM
jedes Primer
375 mM Sorbitol
45.6 mM Sukrose
28.5
mM Mannitol
0.13 mM Dextran T40
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Nachweis der
amplifizierten Produkte
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A. Gelelektrophorese
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Das
Vorliegen von amplifizierten Produkten wurde mittels eines Agarose
Gels (100 ml 2% Pronarose und 0.5 μg/ml Ethidiumbromid) analysiert,
unter Verwendung von 1 × TAE
(40 mM Tris-acetat, 1 mM EDTA pH 8.0) als Laufpuffer. Elektrophorese
wurde bei 100 Volt während
ungefähr
30 Minuten durchgeführt.
Die Ethidiumbromidgefärbten
Banden der amplifizierten Produkte wurden mittels UV-Bestrahlung veranschaulicht.
Der Blot wurde mit einer Biotin-Sonde
(3 μM) im
Hybridisierungsmix (750 mM NaCl, 75 mM Natrium citrat, 20 mM Na2HPO4/NaH2PO4 (pH 6.7), 10 × Denhardts)
hybridisiert indem der Blot für
4 Stunden bei 50°C
inkubiert wurde. Nach der Hybridisierung wurde der Blot zweimal
für 5 Minuten
bei 50°C
mit 450 mM NaCl, 45 mM Natriumcitrat pH 6.4 (2 × SSPE) und 1 Natriumdodecylsulfat
(SDS) und einmal für
10 Minuten mit 20 mM Na2HPO4 pH
7.4, 360 mM NaCl, 2 mM EDTA und 0.1% SDS bei Raumtemperatur gewaschen.
Danach wurde der Blot für
30 Minuten mit 2 μl
einer Streptavidin/Meerrettich-Peroxidase-Lösung (500 U/ml des enhanced
Chemiluminescence Nachweiskits von Amersham Life Science) in 10
ml 50 mM Na2HPO4,
900 mM NaCl, 5 mM EDTA pH 7.4 und 0.5 SDS inkubiert. Nach anschliessenden
Waschgängen
mit je zweimal für
5 Minuten in 2 × SSPE, 0.1%
SDS respektive einmal für
10 Minuten in 2 × SSPE
bei Raumtemperatur, wurde der Blot zwischen Filterpapier getrocknet,
entwickelt und auf einen Film gemäss des Amershamkit-Protokolls
belichtet.
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B. Elektrochemielumineszenz
(ECL)-Sondenhybridisierung
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Die
Amplifikationsprodukte wurden zweimal in Detektionsverdünnungsmittel
(1.0 mM Tris/HCl, pH 8.5 und 0.2 g/l 2-Methylisothiazolon HCl) verdünnt. Danach
wurden 5 μl
des verdünnten
Amplifikationsproduktes für
30 Minuten bei 41°C
mit 0.084 μM
der HIV-1 spezifischen Biotin-Sonde, gebunden an 5 μg Streptavidin-beschichtete,
magnetische Beads (Durchschnittsgrösse 2.8 μm ± 0.2 μm, Dynal, Great Neck, NY, USA)
und 2 × 1011 Molekülen
einer ECL (Tris[2,2-bipyridin]ruthenium[II]Komplex)markierten Sonde
in einem Gesamtvolumen von 25 μl
750 mM NaCl, 75 mM Natriumcitrat, pH 6.4 (5 × SSC) inkubiert. Als negative
Kontrollen wurde ebenfalls Nachweis-Verdünnungsmittel mit den Bead-Sonden
und ECL-Sonden Gemischen inkubiert. Während der Inkubation wurden
die Röhrchen
alle 10 Minuten geschüttelt,
um die Beads in Suspension zu halten. Danach wurde 300 μl der Assaypufferlösung (100
mM Tripropylamin, pH 7.5) hinzugegeben und die Röhrchen wurden in ein ECL-Detektions-Instrument
(NASBA QR- System
von Organon Teknika BV) gestellt, um die emittierten ECL-Signale zu messen.
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Beispiel 2: Amplifikation
und Nachweis von genomischer RNA von HIV-1
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Die
folgenden Primerpaare wurden an 104 Kopien
(wie mittels Spektrophotometrie bei 260 nm bestimmt) des HIV-1 RNA
Standards getestet. Die RNA wurde direkt zu der Amplifikation hinzugegeben.
Die Analyse der Amplifikationsprodukte wurde mittels Gelelektrophorese
wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Die Resultate sind In 1 wiedergegeben.
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Alle
Primerpaare und Sonden der vorliegenden Erfindung konnten HIV-1
RNA vom Subtyp B in ähnlichem
Ausmass nachweisen. Die analytische Sensitivität ist für zwei Primerpaare (SEQ ID
9/SEQ ID 5 und SEQ ID 11/SEQ ID 5) unter Verwendung einer Verdünnungsserie
des HIV-1 RNA Standards, der eine anfängliche Konzentration von 5.5 × 109 Kopien/ml hat, aufgezeigt. Der Nachweis
wurde mit Sonden, die die in SEQ ID 7 und SEQ ID 6 illustrierten
Sequenzen besitzen, durchgeführt.
Die Amplifikation und der Nachweis wurde wie in Beispiel 1 beschrieben
durchgeführt.
Tabelle 1 führt
die mit beiden Primerpaaren erhaltenen Resultate auf.
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Beide
Primerpaare haben ungefähr
die gleiche Sensitivität
gegenüber
des HIV-1 RNA Standards, beziehungsweise eine Nachweisrate von 70%
für das
Primerpaar SEQ ID 9/SEQ ID 5 und eine Nachweisrate von 63% für das Primerpaar
SEQ ID 3/SEQ ID 5.
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Beispiel 3: Amplifikation
und Nachweis von HIV-1 RNA in Gegenwart einer internen Kontrolle
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IN
diesem Beispiel wurde das Primerpaar SEQ ID 9/SEQ ID 5 und die Sonde
mit der Sequenz von SED ID 7 in einer Verdünnungsserie des HIV-1 RNA Standards
in Gegenwart einer internen Kontrolle (ic-) RNA getestet. Die ic-RNA
ist ein in vitro Transkript, welches einen Teil der LTR-Sequenz
von HIV-1 HXB-2 enthält, und
104 Kopien (wie mittels Spektrophotometrie
bei 260 nm bestimmt) wurden vor der Nukleinsäureisolierung hinzugegeben.
Die Isolierung, Amplifikation und ECL-Nachweis wurde wie in Beispiel
1 durchgeführt.
Als Vergleich wurde eine separate Amplifikation und Nachweis mit
einem Primerpaar durchgeführt,
das in der HIV-1 gag-Region
lokalisiert (P1/P2) ist, wie zuvor von Van Gemen et al, 1993, Journal
of Virological Methods, 43, 177–188
beschrieben. Die Sonden, die zum Nachweis der Amplifikationsprodukte,
die durch das auf gag-basierende Primerpaar erzeugt wurden, waren:
Biotin
Sonde: 5'-TGTTAAAAGAGACCATCAATGAGGA
ECL
Sonde: 5'-GAATGGGATAGAGTGCATCCAGTG
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Die
Resultate sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Sowohl
das LTR-Primerpaar dieses Beispiels wie auch das gag-Primerpaar konnten
einen vergleichbare Menge an HIV-1 RNA in einem Assay, der durch
eine in vitro erzeugte RNA, die vor der Nukleinsäureisolierung hinzugegeben
wurde, kontrolliert wurde, nachweisen.
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Beispiel 4: Nachweis von
HIV.1 RNA in HIV-1 positiven Proben
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In
diesem Beispiel wurden 40 HIV-1 positive Proben von verschiedenen
geographischen Orten auf das Vorliegen von HIV-1 RNA analysiert.
Alle Proben wurden mittels der Nukleinsäureisolierungsmethode beschrieben
in Beispiel 1 isoliert. Amplifikation und Nachweis wurden wie in
Beispiel 1 beschrieben unter Verwendung des Primerpaars SEQ ID 9/SED
ID 5 und der Sonde mit der Sequenz SEQ ID 7 oder der Sonde mit der
Sequenz SEQ ID 8 durchgeführt.
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Als
Vergleich wurden separate Amplifikation und Nachweis unter Verwendung
des gag-Primerpaars und Proben wie in Beispiel 3 beschrieben durchgeführt. Das
Vorliegen von amplifizierten Produkten wurde mittels ECL-Sondenhybridisierung
gemäss
der Methode von Beispiel 1 nachgewiesen. Die Resultate sind in Tabelle
3 aufgeführt.
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Beide
Primersondenkombinationen, die von der LTR Region von HIV-1 wie in diesem Beispiel
beschrieben hergeleitet wurden, konnten HIV-1 in allen getesteten
Proben nachweisen. Im Gegensatz dazu misslang es der Primersondenkombination
des gag-Assays genomische RNA von HIV-1 in einer beträchtlichen
Anzahl von Proben nachzuweisen.
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Beispiel 5: Amplifikation
und Nachweis von HIV-1 RNA mit definierten Subtypen
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In
diesem Beispiel wurden 33 Proben enthaltend HIV-1 RNA von bekannten
envelope-basierenden Subtypen getestet. Die Proben stammten von
in Zellkultur fortgepflanzten Subtyp-Viren. Proben der Zellkultur-Überstände von
beiden Varianten der Gruppe M Subtypen A bis H und Varianten der
Gruppe O wurden zu HIV-1 negativem menschlichem Plasma gegeben und
gemäss
der Methode von Beispiel 1 behandelt. Amplifikation und Nachweis
wurden im wesent lichen wie in Beispiel 4 durchgeführt.
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Die
Resultate sind in Tabelle 4 als die Anzahl von Proben jedes Typs,
in welchem HIV-1 RNA nachgewiesen wurde, bezogen auf die Gesamtzahl
jedes getesteten Typs, wiedergegeben.
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HIV-1
RNA wurde in allen 33 HIV-1 Proben nachgewiesen, unter Verwendung
des LTR Primerpaars SEQ ID 9/SEQ ID 5 und der Sonde mit der Sequenz
SEQ ID 7. Im Gegensatz dazu misslang es im Assay, der die wie in
Beispiel 3 beschriebene gag-Primersondenkombination
verwendete, sowie Subtyp A wie auch Subtyp E von je einem der Proben
und allen Proben, die HIV-1 RNA von Mitgliedern der Gruppe O enthielten,
nachzuweisen.
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Beispiel 6: Amplifikation
und Nachweis von klinischen Proben von HIV-1
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In
diesem Beispiel wurden 7 Proben, die von seropositiven, von Afrika,
Südamerika
und Asien stammenden Patienten erhalten wurden, auf das Vorliegen
von genomischer RNA von HIV-1 geprüft. Trotz der Tatsache, dass
die Blutproben dieser Patienten sowie anti-p24 Antikörper (Abbott
Laboratories, Abbott Park IL) wie auch Western Blot (Genelabs) positiv
sind, wurden alle Proben im NASBA HIV-1 RNA QL Assay (Organon Teknika
BV), der das gag-Primerpaar
und die Sondenkombination von Beispiel 3 verwendet, als negativ
bewertet und nur eine einzige Probe (R9612222) wurde mittels des
Quantiplex HIV-1 RNA 2.0 (Chiron) Assay unter Ver wendung eines Probenvolumens
von 50 μl
nachgewiesen und quantifiziert (29'500 RNA Kopien/ml). Im Gegensatz dazu
wies das Primerpaar SEQ ID 9/SEQ ID 5 und die Sonde mit der Sequenz
SEQ ID 7, unter Verwendung eines gleichen Probevolumens, vier von
sieben Proben nach (Tabelle 5).
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Die
der LTR-Primerpaar-Kombination entgangenen Proben wurden aufgrund
einer tiefen, unter der Ermittlungsgrenze liegenden viralen Beladung
nicht nachgewiesen, da der Quantiplex HIV-1 RNA 2.0 (Chiron) Assay
beim Gebrauch einer Probe von einem ml HIV-1 RNA-Niveaus von 30
oder unter 30 HIV-1 RNA Kopien pro 50 μl dieser Proben quantifizierte.
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