EP3559275A1 - Two-part mediator probe - Google Patents

Two-part mediator probe

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Publication number
EP3559275A1
EP3559275A1 EP17826176.4A EP17826176A EP3559275A1 EP 3559275 A1 EP3559275 A1 EP 3559275A1 EP 17826176 A EP17826176 A EP 17826176A EP 3559275 A1 EP3559275 A1 EP 3559275A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mediator
molecule
detection
probe
fluorescence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17826176.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Trotter
Simon Wadle
Felix Von Stetten
Lisa BECHERER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Original Assignee
Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV, Albert Ludwigs Universitaet Freiburg filed Critical Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Publication of EP3559275A1 publication Critical patent/EP3559275A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C12Q2561/101Taqman

Definitions

  • the present invention relates to a mediator probe comprising at least two
  • a first oligonucleotide of the mediator probe according to the invention comprises a probe region and a
  • the probe region has an affinity for a target molecule and / or template molecule
  • the Mediatorbinderegion has an affinity for at least one mediator.
  • At least one further oligonucleotide of the mediator probe is a mediator bound via the mediator binding region to the first oligonucleotide of the mediator probe and having affinity for at least one detection molecule, the mediator upon release from the first oligonucleotide of the mediator probe by interaction with the detection molecule being a detectable signal triggers.
  • the present invention relates to a system comprising at least one mediator probe according to the invention and at least one detection molecule, and to a method for detecting at least one target molecule.
  • DNA amplifications are used, inter alia, in clinical diagnostics for the study of diseases. DNA amplification produces a high number of copies of the desired target sequence so that an initial small amount of DNA can be visualized.
  • the amplification of DNA can be carried out by various methods. In addition to the PCR, in which thermally between about 60 ° C and 95 ° C must be recycled, isothermal amplification methods, such as LAMP (62 ° C) or RPA (39 ° C), are used. For real-time DNA amplification and detection of DNA amplification
  • Amplification products have different approaches. bioluminescence,
  • Chemiluminescence, turbidity measurements and fluorescence-based detection methods make it possible, among other things, to detect and quantify the DNA to be examined. Much of the above methods are only capable of detecting the total amount of amplified DNA in the sample and can not distinguish between different target sequences. These methods are therefore only suitable for so-called single-plex detection. Fluorescence-based as well as luminescence and electrochemical and further detection methods open up further application possibilities. Next intercalating detection molecules, which interact nonspecifically with DNA strands, modified oligonucleotides are used. The latter can be used for target sequence-specific analyzes, while intercalating detection molecules often lead to false-positive detection of nonspecific by-products.
  • the activity determination of different marker and control genes allows the creation of an expression profile. This can be used, for example, to identify oncogenes that affect cell division and differentiation and are therefore closely correlated to cancers or to make predictions about the efficacy of certain drugs depending on the genotype of the patient (Personalized Medicine). Frequently represented hereditary diseases can also be detected in molecular biological (prenatal) diagnostics, which include u.a. Cystic fibrosis (cystic fibrosis), phenylketonuria (metabolic disorder) and thalassemia (erythrocyte degradation). Furthermore, the common detection of inflammatory markers, such as
  • the diagnostic problem requires the analysis of several target molecules, genetic loci or other markers, as well as internal controls or references, then methods that allow only the determination of a single parameter per analysis are generally less meaningful .
  • methods that allow only the determination of a single parameter per analysis are generally less meaningful .
  • different individual analyzes are carried out in parallel to record several parameters, this is uneconomical:
  • the sample solution must be divided into several reaction mixtures in which different target molecules are detected.
  • a problem that arises is that by dividing the sample solutions into n aliquots, the amount of substance in the Single reaction is reduced by a factor of 1 / n, whereby the sensitivity of the detection reaction is lowered accordingly.
  • homogeneous or heterogeneous reaction mixtures are prepared for the detection of several parameters, in which different target molecules are detected in parallel. Here are different, marked for the detection
  • Oligonucleotides are used which bind specifically to the target molecule to be detected.
  • the problem arises that the use of a new probe is required when a new experimental problem arises, e.g. a different genotype of a virus is to be detected. This makes it necessary for each new one
  • oligonucleotides can be immobilized on a solid phase for detection (heterogeneous detection). Depending on the signaling position on the solid phase can be deduced the presence of certain target sequences. In this case, again occurs in the direct dependence between labeled oligonucleotide and target molecule, the problem that the immobilized oligonucleotides must be adapted to the experimental question. Accordingly, new oligonucleotides must again be immobilized on a solid phase for each new experimental problem. This is very time consuming due to the complex manufacturing process.
  • Markers for detection or at different positions of a solid phase reveal the need for a universal detection method
  • the sequence of the signal-generating oligonucleotides is independent of the target sequence to be detected.
  • the same, already optimized, signal-generating oligonucleotides can be used. Consequently, working time and thus labor costs can be saved as the signal-generating oligonucleotides.
  • Oligonucleotides do not need to be readjusted for each detection reaction.
  • Sequence-specific, universal detection methods are already known, but they have some disadvantages.
  • enzymes are used which are compatible only with certain amplification methods, usually non-isothermal amplification methods. These include, for example, the multi-analyte reporter system according to Faltin et al. 2012 and the use of universal duplex probes according to Yang et al. 2008.
  • an enzyme such as a polymerase, with
  • WO 2013079307 A1 describes a method which can be used universally for the detection of at least one target molecule with the aid of a system which comprises a mediator probe and a universal reporter molecule.
  • a mediator release by cleavage an enzyme with nuclease activity is necessary.
  • a PCR has in most
  • US 2016/0312271 A1 describes a method which can be used universally for the detection of at least one target molecule with the aid of a system which comprises a cleavable probe and a universal detection molecule.
  • the detection reaction is analogous to WO 2013079307 A1 by cleavage of a
  • Triggered oligonucleotide Accordingly, the same drawback occurs that enzymes with nuclease activity are necessary.
  • the prior art also describes methods using primers comprising a hairpin sequence, as well as covalently bonded fluorophores or bound fluorescently labeled probes.
  • a second, fluorescently labeled probe is used, which can bind to the amplicon and interact with the first fluorophore.
  • the target sequence-specific hairpin sequence, as well as the target sequence-specific second probe lead to the disadvantage that the
  • Fluorophores are not attached to universal sequence sections and therefore none universal applicability of this method is given.
  • the signal generation must therefore be optimized separately for new detection reaction.
  • the additional second probe poses a risk when using Strand Displacement Polymerases, since a first probe bound to the primer can be extended and thus displace the second probe.
  • Amplification products hybridization of the universal primer can also lead to a false-positive signal generation.
  • detection methods are advantageous, which can detect different substance classes, such as proteins and nucleic acids, side by side.
  • the detection methods described in the literature, which permit the simultaneous detection of several classes of molecules, are either not universally applicable methods (Das et al., 2012) or additionally have the disadvantage that the detection reaction has to be carried out in several stages (Linardy et al. 2016), which requires a great deal of work and time in the implementation.
  • Detection method that can be used for various amplification methods, regardless of whether the latter is isothermal or non-isothermal.
  • the object was a mediator probe and a method
  • the present technical problem is solved by providing a two-part mediator probe for the detection of at least one target molecule.
  • a first oligonucleotide comprises a probe region and a mediator binding region, wherein
  • the probe region has an affinity for a target molecule and / or
  • the mediator binding region has an affinity for at least one mediator
  • At least one further oligonucleotide is a mediator
  • o is bound via the Mediatorbinderegion to the first oligonucleotide of the mediator probe
  • the mediator o has an affinity for at least one detection molecule, wherein the mediator triggers a detectable signal after release from the first oligonucleotide of the mediator probe by interaction with the detection molecule.
  • a mediator probe according to the invention thus comprises a first molecule or
  • An oligonucleotide comprising a mediator binding region and a probe region, and a second molecule or oligonucleotide, the mediator.
  • the probe region of the first molecule has an affinity for the target molecule and / or template molecule and the
  • Mediator binding region has an affinity for the mediator or mediators.
  • a template molecule is used when the probe region can not interact directly with the target molecule.
  • a template molecule serves as a mediator between the target molecule and the probe region.
  • the mediator is after binding of the probe region to a target molecule and / or
  • Template molecule of the Mediatorbinderegion by a molecule, preferably an enzyme with DNA strand-separating effect and in certain versions with additional
  • a strand displacement polymerase has strand displacement activity and displaces the strand complementary to the amplified strand during amplification. It was completely surprising that it was through skillful exploitation of the universal
  • the mediator probe according to the invention enables a universal sequence-dependent detection of any desired nucleic acid sequences of the target molecule and / or
  • a detection molecule can be used which has a solid design independent of the target sequence or probe region of the mediator probe.
  • the release of the mediator and the subsequent signal generation by interaction with a detection molecule can be applied to different amplification methods and are not limited to specific systems.
  • the above mediator release can easily be adapted to the respective system.
  • Nucleic acid target sequences based on labeled oligonucleotide probes or primers. However, these methods are in contrast to the one described here
  • Mediator probe according to the invention no universal detection methods that can be performed independently of the target sequence with different target-specific molecules.
  • the signal-generating modifications such as fluorophore and quencher, are attached to target sequence-specific oligonucleotides (primers).
  • the signal-generating molecule in these cases can not for different
  • Detection reactions are used because it must be individually designed and optimized for each target molecule.
  • a great advantage of the present invention over the prior art is therefore the universal applicability of the signal-generating universal detection molecules called in connection with the mediator probe according to the invention.
  • These universal reporter molecules contain signal generating molecules, but no target sequence specific sections.
  • the universal reporter molecules can be used to detect different target molecules without having to redesign or optimize the reporter molecules for this purpose. It just has to be the two-part one
  • mediator probe be adjusted.
  • the mediator probe according to the invention also has a simplified primer design.
  • the oligonucleotides used as primers do not have to be capable of fluorescence unlike prior art systems
  • the fluorophore and quencher-labeled residue of the primer is again displaced from the target molecule by the strand-displacing polymerase, thus reentering the signal
  • nuclease activity mandatory, for example, a polymerase, but with the preferred in the context of the present invention LAMP or RPA the used polymerases do not possess this nuclease activity. According to the invention, a nuclease activity is preferably not necessary, which is why isothermal
  • Amplification method can be used.
  • many prior art detection methods can not be used in the isothermal amplification method, e.g. LAMP can be used.
  • the cleavage of the mediator probe preferably does not occur in the method according to the invention.
  • the mediator probe is in two parts in contrast to the described system, so that the release of the mediator can be carried out without cleavage of a covalent bond by displacement. This advantageously provides real-time detection of a target molecule in an isothermal
  • Detection signal are amplified, and the different mediators of a probe can generate different detection signals. According to the invention, only a specific binding site to the target molecule is necessary even if several mediators are used per mediator probe. In contrast, prior art systems or methods of the prior art require the use of multiple complete mediator probe systems if multiple mediators are to be released.
  • the mediator of the two-part mediator probe according to the invention preferably carries no markings for signal generation. If a fluorophore is bound to a primer by hybridization through a separate probe, then the fluorophore may still be affected by the target sequence-specific portion of the primer. If guanine bases are present in the primer sequence, the
  • Fluorescence yield of the fluorophore are negatively affected by the guanine bases. This results in an influence / dependence of the fluorescence yield of the fluorophore on a separate probe by target sequence-specific sections in the primer sequence. In addition, in most cases no universal sequence detection molecule is used.
  • the prior art also describes primers having a hairpin-forming sequence and a fluororephor covalently or bound by a hybridized probe. Here, the hairpin sequence contains a second target sequence-specific region.
  • the first part of the mediator probe according to the invention preferably contains only one target sequence-specific region or sequence.
  • the mediator probe according to the invention preferably contains no hairpin sequence and only one target sequence. specific region.
  • known systems require next to a primer and often two additional labeled probes, where at least one probe is target sequence-specific.
  • primer / probe system consist of two or three molecules with target molecule specific sequence.
  • the mediator probe according to the invention preferably comprises only one molecule with a target molecule-specific sequence.
  • the mediator probe contains no label.
  • the mediator preferably also contains no target molecule-specific sequence.
  • the present invention in view of the known art, is a completely novel and surprising development.
  • the prior art does not disclose similar detection systems that work with strand-displacing activity of enzymes. Rather, detection methods are described there which can proceed under PCR conditions with polymerases which have no strand-displacing activity.
  • a target molecule is understood to mean that the presence of the target molecule in the sample to be examined is detected quantitatively or qualitatively.
  • a target molecule is a molecule whose
  • Presence should be detected or detected in a sample. It is a biomolecule such as, without limitation, a nucleic acid molecule, a protein, a peptide, a sugar molecule, a lipid, or combinations of these molecules such as glycosylated proteins or other glycosylated biomolecules.
  • nucleic acids includes, without limitation, DNA, RNA, PNA, ssDNA, dsDNA, RNA, mRNA, tRNA, IncRNA, ncRNA, microRNA, siRNA, rRNA, sgRNA, piRNA, rmRNA, snRNA, snoRNA, scaRNA , gRNA, viral RNA, or modified RNA, such as LNA.
  • Oligonucleotides for the purposes of the present invention are nucleic acid molecules of relatively short length, comprising approximately up to 200 nucleotides. Oligonucleotides can be combined with other molecules or chemical groups, e.g.
  • Sugar molecules for the purposes of the present invention are in particular carbohydrates or saccharides and include mono-, di-, oligo- and polysaccharides. Glycosylation describes a series of enzymatic or chemical reactions in which carbohydrates are bound to proteins, lipids or other aglycones. The resulting
  • glycoside in the case of proteins as glycoprotein or
  • Peptidoglycan in the case of lipids called glycolipids.
  • lipids designates water-insoluble (hydrophobic) substances that dissolve very well in hydrophobic (or lipophilic) solvents because of their low polarity
  • Most biological lipids are amphiphilic, ie have a lipophilic hydrocarbon radical and a polar hydrophilic head group, therefore they form micelles or membranes in polar solvents such as water
  • the group of lipids comprises in particular fatty acids, triacylglycerides (fats and fatty oils), waxes, phospholipids, sphingolipids, lipopolysaccharides and isoprenoids (steroids, carotenoids etc.).
  • the probe region is preferably complementary to a portion of the target molecule and / or template molecule.
  • the probe region of the first oligonucleotide of the mediator probe binds to a target molecule and / or template molecule. The binding occurs via the probe region of the mediator probe, since it has an affinity for the target molecule and / or template molecule.
  • the mediator binding region does not have an affinity to the
  • Template molecule does not have to have a complementary sequence section.
  • the mediator preferably has a complementary region to a portion of a detection molecule.
  • the mediator binds to a detection molecule, creating a detectable signal is triggered.
  • the detectable signal conclusions about the presence of the target molecule or template molecule can be drawn.
  • the template molecule itself may be the target molecule to be detected, or it may be associated with it, so that information about the presence of the target molecule can be generated via the template molecule.
  • the detection molecule according to the invention is an oligonucleotide with which the target molecule can interact indirectly and if necessary by processing a detection reaction (e.g.
  • a template molecule is a nucleic acid molecule that can be used when the reagents used for the detection method of the invention, e.g. Primer or probes or the mediator probe according to the invention, can not interact directly with the target molecule.
  • a template molecule can therefore be used as an intermediary between the target molecule and primer or probes. Most aptamers are used as template molecules.
  • Aptamers are oligonucleotides that, because of their structural properties, can interact with other molecules or molecular complexes or bind to them.
  • the molecules bound by aptamers may in particular be proteins, peptides,
  • An interaction in the sense of the present invention refers to the mutual interaction of different interacting molecules. This may be, for example, a covalent or non-covalent bond of two molecules, or an indirect bond mediated by one or more other molecules, for example within a molecular complex.
  • a detectable signal in the context of the present invention denotes any type of physically or chemically measurable change. These changes include, without limitation, cleavage, digestion, strand doubling, internal hybridization,
  • the first oligonucleotide of the mediator probe and / or the mediator does not comprise a marker for
  • the mediator probe consists of oligonucleotides which can be synthesized without technically complex modifications, e.g. Fluorescence donors and / or fluorescence acceptors and block groups can be synthesized inexpensively.
  • the term label refers preferably to any atom or molecule which can be used to detect a detectable (preferably
  • markers can provide signals which are expressed in particular by redox reactions, luminescence,
  • Fluorescence, radioactivity, colorimetry, gravimetry, X-ray diffraction or absorption, magnetism, enzymatic activity and the like are detectable.
  • the first oligonucleotide of the mediator probe and / or the mediator contains one or more labels for signal generation, preferably a fluorescence molecule, a redox molecule, a luminescent molecule or another signal-generating unit.
  • the mediator contains one or more labels for signal generation, preferably a fluorescence molecule, a redox molecule, a luminescent molecule or another signal-generating molecule or another signal-generating unit.
  • the mediator after displacement from the mediator probe, the mediator can bind to a detection molecule which also contains at least one signal generation label, which results in a detectable signal change.
  • the bound to the mediator probe mediator with a
  • Fluoreszenzdonor / acceptor be marked, which emits at a certain wavelength ⁇ . After displacement from the mediator probe, the mediator can turn on
  • Detection molecule which is labeled with a fluorescence acceptor / donor which emits at a second wavelength ⁇ 2 different from ⁇ 1.
  • Fluorescence acceptor leads to a detectable increase in the radiation intensity of the fluorescence acceptor, whereby the emission of ⁇ 2 can be detected.
  • chemiluminescent or bioluminescent donor molecules can be used.
  • non-emissive fluorescence acceptors can also be used.
  • the universal character of the described detection method is not lost, since the mediator is a universal, target sequence-independent molecule.
  • fluorescent dyes with different wavelength of light may be used.
  • Mediator probe during an amplification of the target molecule and / or template molecule takes place, to which the mediator probe is bound.
  • amplification or amplification reaction in the context of the present invention refers to the amplification of a biomolecule, preferably of a nucleic acid molecule.
  • the amplification of nucleic acids takes place with the aid of enzymes, which are called polymerases.
  • polymerases enzymes
  • the starting sequence is referred to as Amplikon and the product as Amplifikat.
  • the first oligonucleotide has 1 to 200, preferably 20 to 80, particularly preferably 35 to 65 nucleotides, and the mediator 1 to 60, preferably 10 to 50, particularly preferably 15 to 40 nucleotides.
  • the target molecule and / or the template molecule is a biomolecule selected from the group comprising nucleic acids, DNA, RNA, peptide, protein, aptamer and / or combinations thereof.
  • the target molecule is the template molecule. In other preferred embodiments, the target molecule interacts with the template molecule.
  • the 3'-terminus of the first oligonucleotide of the mediator probe serves as the starting point of a Amplification reaction and thus can act as a primer.
  • the 3'-terminus of the first oligonucleotide of the mediator probe does not serve as the starting point of an amplification reaction. In the absence of the target molecule, a corresponding
  • Mediator probe form a hairpin structure, so that it is present in a closed form, wherein the mediator is bound to the first oligonucleotide of the mediator probe.
  • Presence of the target molecule binds the mediator probe to the target molecule or
  • Mediator probe can bind.
  • the annealed primer can be extended with displacement of the mediator from the mediator probe.
  • the released mediator can with the help of a specific
  • Detection molecule can be detected.
  • a preferred embodiment is shown in Example 18.
  • Mediator probe comprise an aptamer region, a Mediatorbinderegion and a Primerbinderegion.
  • the target molecule to be detected may be, for example, a protein or peptide, but is not limited thereto.
  • Target molecule can bind a primer to the primer binding region of the first oligonucleotide of the mediator probe and by extension of the 3 'terminus of the primer by means of a suitable enzyme system, there is a release of the mediator of the
  • the released mediator can with the help of a specific
  • Detection molecule or a detection method trigger a detectable signal.
  • the aptamer region of the mediator probe binds to the
  • Target molecule whereby the primer attached to the Primerbinderegion primer can not be extended and the mediator is not released accordingly by the Mediatorsonde.
  • a signal drop is accordingly detected in comparison to the absence of the target molecule.
  • the invention relates to a system comprising at least one mediator probe according to the invention and at least one detection molecule, characterized in that the at least one detection molecule comprises one or more oligonucleotides, and
  • a first region interacting with at least one mediator, and a) a second region which has a fluorescence acceptor or a fluorescence donor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications, and / or
  • At least one fourth region interacting with at least one first probe having a fluorescent donor and / or a fluorescence acceptor, and / or
  • oligonucleotides have a fluorescence acceptor or a fluorescence donor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications
  • the probes interacting with the at least one detection molecule can be considered within the meaning of the invention as constituents of the detection molecule.
  • the detection molecule comprises more than one oligonucleotide.
  • the invention relates to a system comprising at least one
  • Mediator probe according to the invention and at least one detection molecule, characterized in that the at least one detection molecule one or more
  • oligonucleotides comprising at least a first region which interacts with at least one mediator, and a) a second region comprising a fluorescence acceptor or a fluorescence donor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a having chemical protecting group and / or redox modifications and / or luminescence modifications, and / or
  • At least one fourth region interacting with at least one first probe having a fluorescent donor and / or a fluorescence acceptor, and / or
  • the present invention relates to a system comprising at least one
  • the mediator probe according to the invention and at least one detection molecule wherein the at least one detection molecule is an oligonucleotide and comprises at least one first region which interacts with at least one mediator, and
  • a) a second region at a 5 'terminus of the at least one detection molecule comprising a fluorescence acceptor or a fluorescence donor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical
  • Detector molecule are bound and not to target sequence-specific molecules, the fluorescence yield and the fundamental signal is not influenced by the structure of the target molecule.
  • an optimized detection molecule can be used in different assays, without fluorescence yield or
  • a fluorescence acceptor or acceptor dye refers to a molecule that can absorb energy from a fluorescent donor.
  • a fluorescence acceptor may also be referred to as a quencher within the meaning of the invention.
  • the absorption efficiency depends on the distance between fluorescence acceptor and fluorescence donor.
  • a fluorescence acceptor can be excited by absorption of a photon with ⁇ for emission with ⁇ 2 or be non-emissive and lead to fluorescence quenching.
  • a fluorescent donor is a dye molecule or fluorophore that is capable of fluorescence.
  • a fluorescence donor which is excited by radiation, can transfer the energy to a fluorescence acceptor without radiation via dipole-dipole interactions. This quenches the fluorescence signal of the fluorescence donor.
  • the fluorescence signal of the fluorescent donor to be detected can be influenced by static and dynamic quenching.
  • a fluorophore (or fluorochrome, similar to a chromophore) is a fluorescent chemical compound that can re-emit light when excited by light.
  • Fluorophores for use as labels in constructing labeled oligonucleotides of the invention preferably comprise rhodamine and derivatives such as e.g. Texas Red, fluorescein and derivatives, e.g.
  • 5-bromomethyl fluorescein Lucifer Yellow
  • IAEDANS 7-Me2N-coumarin-4-acetate
  • 7-OH-4-CH3-coumarin-3-acetate 7-NH2-4CH3-coumarin-3-acetate (AMCA)
  • monobromobimanes Pyrenetrisulfonate, such as Cascade Blue
  • Quenching refers to any process that reduces the fluorescence intensity of a particular substance. Quenching is the basis for Förster Resonance Energy Transfer (FRET) Assays. FRET is a dynamic quenching mechanism because the energy transfer takes place while the donor is in the excited state. A “quencher” is a molecule which quenches the fluorescence over FRET emitted by the fluorophore when excited by a light source.
  • FRET Förster Resonance Energy Transfer
  • Quenchers for use as labels in constructing labeled oligonucleotides or probes of the invention preferably comprise DDQ-I, Dabcyl, Eclipse, TAMRA, Iowa Black FQ, BHQ-1, QSY-7, BHQ-2, DDQ-II, Iowa Black RQ, QSY-21, BHQ-3, QSY-35, BHQ-0, QSY-9, ElleQuencher, Iowa Black.
  • Those skilled in the art can select suitable reporter-quencher pairs as described in the literature [Johansson, MK Methods in Molecular Biology 335, 17-29 (2006); Marras, SA Methods in Molecular Biology 335, 3-16 (2006)].
  • the hairpin structure can be formed by the 5'-terminus of the detection molecule with an internal
  • Sequence complementary complementary hybridized and the 3 'terminus of the detection molecule comprises an unpaired sequence section.
  • a detection molecule can have at least one fluorescence modification or redox modification or luminescence modification at the 5'-terminus and / or within the hairpin structure.
  • a hairpin structure in the sense of the present invention denotes a
  • Fluorescence acceptor at the 5'-terminus (second region) and the fluorescence donor or fluorescence acceptor of the third region interact with each other, where it to a
  • FRET Fluorescence Activated fluorescence signal
  • Fluorescence donor and fluorescence acceptor modification of the detection molecule in the second and third regions may employ other signal generating modifications, such as, but not limited to, redox molecules, chemiluminescent resonance energy transfer (CRET) pairs, and intercalating molecules.
  • signal generating modifications such as, but not limited to, redox molecules, chemiluminescent resonance energy transfer (CRET) pairs, and intercalating molecules.
  • CRET chemiluminescent resonance energy transfer
  • the mediator is diffusively present in the reaction solution and can interact with the first region of the detection molecule which is located at the unpaired sequence segment at the 3 'end of the reaction. Terminus of the hairpin-shaped detection molecule is located, interact.
  • Detection molecule can be immobilized on a solid phase or freely present in solution.
  • a suitable auxiliary molecule for example the Strand Displacement Polymerase, an elongation of the mediator bound to the detection molecule can take place, the second region (5'-terminus) of the detection molecule having an internal molecule
  • Sequence portion of the detection molecule is hybridized complementary and so the
  • Hairpin structure is displaced by the polymerase or the extended 3'-Teminus the mediator is displaced.
  • the distance between fluorescence acceptor and fluorescence donor is increased by displacing the 5'-terminus and the previously suppressed fluorescence signal of the fluorescence donor is restored.
  • the mediator can through the auxiliary molecule described up to the 5 'terminus of the mediator
  • Detection molecule are complementarily extended.
  • the detection molecule has the structure of a molecular beacon and contains at least one
  • Molecular beacons are a special class of double-labeled detection molecules with self-complementary strand ends, which in their native state form a hairpin structure. At the strand ends, molecular beacons may carry labels such as a fluorescent donor and fluorescent acceptor, which labels may interact in preferred embodiments.
  • the hairpin structure brings the fluorescence donor and fluorescence acceptor in close proximity to each other, thereby suppressing the fluorescence signal.
  • the hybridization with the mediator spatially separates the fluorescent donor and the fluorescence acceptor, possibly in the context of an amplification reaction in which the mediator is extended, and a fluorescence signal is generated.
  • Detector molecules in the form of molecular beacons against detection molecules bearing internal labels are lower cost of synthesis for terminal labels, such as fluorescent labels.
  • the invention relates to a system comprising at least one mediator probe according to the invention and at least one detection molecule, characterized in that the at least one detection molecule comprises two oligonucleotides, the first oligonucleotide having a first region interacting with at least one mediator and a second region having a fluorescence acceptor or a fluorescent donor and / or a chemical group for binding to a
  • Solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications and the second oligonucleotide has a third region containing a fluorescence donor or a fluorescence acceptor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protecting group and / or redox
  • the detection molecule may consist of two hybridized, labeled oligonucleotides, wherein the two
  • Labels of the two oligonucleotides can each act on at least one attached at the ends of the oligonucleotides fluorescence acceptor or fluorescence donor, wherein the fluorescence signal in the dimer is attenuated or suppressed by the spatial proximity of the two markers.
  • One or both oligonucleotides additionally have a mediator binding region. By attachment of the mediator to the mediator binding region and subsequent extension, the labeled nucleotides are separated and the labeled 5 'and 3' ends are spatially separated, resulting in a detectable signal increase.
  • An advantage of this structure is the very low cost of synthesizing such terminally and simply fluorescently labeled oligonucleotides. A preferred variant of this
  • Embodiment of the detection molecule is shown in FIG.
  • the detection molecule comprises a sixth region at a 3'-terminus of the detection molecule which has a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical
  • Protective group has.
  • a protecting group within the meaning of the present invention refers to a substituent which is introduced into a molecule to temporarily protect a particular functional group and thus prevent an undesired reaction. After performing the desired reaction at another point of the molecule, the protective group can be cleaved again.
  • the detection molecule is free in a solution.
  • detection molecule is bound to a solid phase.
  • the detection molecule is immobilized on a solid phase in a reaction vessel suitable for the respective detection method.
  • the sample and the required reagents may be added to the reaction vessel and the mixture subsequently incubated at the appropriate conditions.
  • the sample can consist for example of DNA, RNA and / or peptides or proteins.
  • the mediator is displaced or released by the mediator probe and can diffuse in the reaction mixture to the immobilized detection molecule.
  • the detection molecule is immobilized on an electrode which simultaneously represents the solid phase.
  • the released mediator can hybridize to the mediator binding region of the detection molecule and be extended for example by a polymerase. After extension, redox molecules can intercalate into the dimer of detection molecule and extended mediator and generate an electrochemical signal that can be detected.
  • Detection molecule hybridized and not extended. Redox molecules can intercalate into the dimer of the detection molecule and mediator and generate an electrochemical signal. A variant of this embodiment is shown in FIG.
  • the mediator and / or the detection molecule is labeled with one or more redox molecules. If the mediator is labeled with a redox molecule, the binding of the released mediator to the immobilized detection molecule leads to a signal change due to the proximity of the redox modification and the electrode surface.
  • mediators per target molecule and / or template molecule may be advantageous to release multiple mediators per target molecule and / or template molecule to obtain a stronger signal.
  • the release of multiple mediators per target molecule can be realized, for example, by attaching mediators to several different primers.
  • a mediator labeled, for example, with a redox modification can be extended by hybridization with the detection molecule by a polymerase, whereby an advantageous stabilization of the double strand can be achieved (FIG. 22).
  • the mediator labeled, for example, with a redox modification may be attached to the strand end of the strand removed from the electrode surface
  • the mediator can be extended to a longer detection molecule or the mediator already has a similar length as the
  • the detection molecule may carry a redox molecule and the mediator may be label-free.
  • the released mediator can now bind to the detection molecule as shown in FIG. 24 and be lengthened.
  • an already sufficiently long mediator can bind to the detection molecule.
  • Signal change can be detected at the electrode.
  • the electrochemical detection can take place on the basis of the measurement of various parameters, including, for example, impedance changes,
  • the detection molecule is immobilized on a solid phase above a TIRF illumination device in this embodiment.
  • the evanescent field formed by total reflection penetrates into the
  • Sample volume and stimulates fluorescence molecules which are located on the detection molecule and / or on the mediator and / or on probes or intercalated in dimers, on, whereby a change in the fluorescence signal can be detected.
  • the binding of the released mediator to the detection molecule can be detected by surface plasmon resonance spectroscopy.
  • the detection molecules can be immobilized directly on the metal surface in which the plasmons are excited or, for example, in / on a membrane which is located directly on the metal surface.
  • the binding or immobilization of the detection molecule to a solid phase is also advantageous in order to detect the release and binding of the mediator to a detection molecule by gravimetric measurements.
  • the detection molecule is immobilized, for example, on a support surface whose weight can be determined inter alia with a quartz crystal. Changing the weight by binding the mediator to the detection molecule can thus be detected.
  • the detection molecules can be immobilized on magnetic particles. This allows the detection of target molecules by means of magnetic relaxometry. In magnetic relaxometry, the magnetic particles are magnetized by a short, magnetic pulse and thereby the degradation of the induced
  • the hydrodynamic resistance of particles, to which mediators are bound and extended via the detection molecules immobilized on the particles, is greater, ie the hydrodynamic resistance of particles to which no mediators bind.
  • the relaxation times of the induced magnetic moments of said particles are therefore different from each other, whereby the release of mediators can be detected.
  • the mediator and / or the detection molecule can be labeled with at least one fluorescent molecule, redox molecule, luminescent molecule or another signal-generating molecule.
  • the detection molecule can be a single-stranded nucleic acid molecule or nucleic acid derivative. To such a detection molecule can be several marked
  • Detection molecule and is extended. This releases the labeled probes hybridized to the detection molecule, making it a detectable one of the
  • the single-stranded detection molecule can be linear or circular it may be homogeneous in solution or immobilized on a solid phase and may have multiple mediator binding sites.
  • This embodiment of the invention is preferably used in isothermal amplification methods to ensure that the labeled probes in the absence of the target molecule to the
  • the detection molecule is performed circularly and several mediator binding sites are introduced, simultaneous binding of several mediators at different sites can result in a fast detection reaction in a good dynamic range.
  • An additional increase in sensitivity can be achieved by the circular structure of the detection molecule since, upon hybridization and extension of a mediator to a detection molecule, all bound, labeled probes are released, independently of the site to which the mediator binds.
  • probes with different fluorescence donors and fluorescence acceptors can be bound, which emit at different wavelengths.
  • Detection molecule is determined), the degree of multiplexing can be increased. Certain concentration ratios can be assigned to a defined detection molecule.
  • the system according to the invention additionally comprises at least one binding molecule to which at least one first and / or at least one second probe can bind after release of the detection molecule.
  • Bindemoleküle can be used to sustained, for example, with fluorescence donor or fluorescence acceptor labeled probes sustained at a re-binding to the
  • the detection molecule consists of several amino acids
  • Oligonucleotides wherein an unlabeled oligonucleotide is hybridized with shorter, fluorescently labeled oligonucleotides.
  • the unlabelled oligonucleotide may be hybridized with several fluorescently labeled oligonucleotides.
  • each fluorescence acceptor and / or fluorescence donor are attached. These are arranged so that the fluorophore and quencher are in close proximity to each other.
  • the released, unlabeled mediator has a higher binding energy to the unlabeled detection molecule as the fluorescence-labeled detection molecules and displaces thereby, for example, the labeled with the quencher, shorter oligonucleotide.
  • the binding energies can be adjusted and adjusted so that the mediator binds under reaction conditions preferably to the primer and not to the detection molecule.
  • a corresponding embodiment of the invention is shown in FIG.
  • the present invention relates to a method for the detection of at least one target molecule, comprising the following steps:
  • Mediator probe to a sequence of the template molecule and / or the target molecule, c) amplification of the first oligonucleotide of the at least one mediator probe
  • the amplification steps of the method according to the invention may comprise isothermal and / or non-isothermal amplification methods.
  • the respective reaction takes place at constant temperature (isothermal) with a strand-displacing polymerase. Since the isothermal amplification is carried out at a constant temperature, it can also be carried out without major equipment outlay.
  • Methods for isothermal amplification of DNA include, but are not limited to, multidisplacement amplification, isothermal assembly, recombinase polymerase amplification (RPA, recombinase polymerase amplification), loop mediated isothermal amplification (LAMP , loop-mediated isothermal amplification), nucleic acid sequence-based amplification (NASBA), helicase-dependent amplification (HDA, helicase-dependent amplification), the nicking enzyme amplification reaction (NEAR, single-strand-break enzyme amplification reaction) Rolling Circle Amplification (RCA, rolling circle replication) and the Strand Displacement Amplification (SDA).
  • RPA recombinase polymerase amplification
  • LAMP loop mediated isothermal amplification
  • NASBA nucleic acid sequence-based amplification
  • HDA helicase-dependent amplification
  • NEAR single-strand-break enzyme amplification reaction
  • Rolling Circle Amplification RCA, rolling circle replication
  • thermostable polymerase In non-isothermal amplification methods, a thermostable polymerase is used because the temperature varies during the reaction. Here, a thermal cycler can be used. Examples of non-isothermal amplification methods are the
  • PCR Polymerase chain reaction
  • PCDR Displacement reaction
  • Mediator release and the subsequent signal generation for example by interaction of the mediator with a detection molecule, at different
  • Amplification methods can be applied and not to special ones
  • the mediator release is not effected by cleavage of the mediator from the mediator probe by means of the nuclease activity of an enzyme, but by displacement. In this case, it is preferable not to cleave covalent bonds, since the mediator is not covalently bound to the first oligonucleotide of the mediator probe.
  • the mediator release preferably takes place without the cleavage of an oligonucleotide occurring.
  • the use of enzymes with nuclease activity is not required in the method according to the invention.
  • the mediator binds to the first region of the detection molecule, wherein the binding may be an indirect or direct interaction.
  • the binding may be an indirect or direct interaction.
  • At least one mediator binds to the first region of the detection molecule and is enzymatically extended by at least one auxiliary molecule, wherein the auxiliary molecule binds preferentially to the 3'-terminus of the bound mediator, whereby a physically or chemically measurable change of the detection molecule he follows.
  • alterations of the detection molecule include, without limitation, cleavage, digestion, strand doubling, internal hybridization, phosphorylation, dephosphorylation, amidation, attachment, or Cleavage of a chemical group, fluorescence, phosphorescence or luminescence change.
  • At least one mediator binds to the first region of the detection molecule, whereby a physically or chemically measurable change of the detection molecule takes place.
  • an enzymatic extension of the mediator is preferably not required for the generation of a measurable change.
  • the 3'-terminus of the first oligonucleotide of the mediator probe is preferred after binding of the probe region of the first
  • Oligonucleotide of the mediator probe to a sequence of the template molecule and / or the target molecule by an auxiliary molecule enzymatically extended.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the amplification of the first oligonucleotide of the mediator probe and / or the template molecule and / or target molecule is carried out by an isothermal or non-isothermal amplification method.
  • PCR, PCDR or real-time PCR are preferably used as non-isothermal amplification methods.
  • LAMP or RPA are preferably used as isothermal amplification methods.
  • one or more of the primers employed may be modified in a manner such that it or these constitute a mediator probe.
  • sample and the required reagents are presented and the mixture is incubated, wherein the amplification can take place.
  • the signal change for example a fluorescence signal, is detected in the reaction vessel.
  • Detection molecule via at least one fluorescence or luminescence modification, and after the reaction with the at least one mediator by means of an auxiliary molecule from the detection molecule, the fluorescence or luminescence modification is split off and / or the 5'-terminus of the hairpin structure of the detection molecule is removed and / or unfolds the hairpin structure and detects a change in the fluorescence or luminescence signal at the detection molecule.
  • the fluorescence or luminescence modification is split off and / or the 5'-terminus of the hairpin structure of the detection molecule is removed and / or unfolds the hairpin structure and detects a change in the fluorescence or luminescence signal at the detection molecule.
  • several mediators per mediator probe and / or several mediator probes and / or several detection molecules per target molecule are used.
  • Each target molecule to be detected may be assigned at least one mediator probe whose probe region specifically interacts with the target molecule or template molecule.
  • the Mediatorbinderegion and the mediator of each Mediatorsonde are not affine or complementary to the respective target molecule or template molecule.
  • the respective mediator represents a specific interaction partner for a defined detection molecule.
  • each target molecule is indirectly assigned at least one detection molecule whose assignment by the
  • Mediator probe takes place. The detection of different target molecules requires various detection molecules.
  • one detection molecule can also be correlated with another target molecule by linking and synthesizing the appropriate mediator binding region and mediator with any probe region.
  • the method according to the invention therefore allows the target molecule-independent design of the detection molecule.
  • different target molecules can be detected in a sample, whereby the reaction can be inexpensively adapted by adapting the mediator probe and using appropriate helper molecules (e.g., primers or aptamers) to the particular target molecule.
  • mediators which are part of a single mediator probe and bind to the mediator binding region of the same first oligonucleotide of the mediator probe, can bind to several different detection molecules.
  • the degree of multiplexing of the method according to the invention can be greatly increased.
  • a prerequisite is that the several different detection molecules
  • the number of detectable target molecules can be calculated for a given number of different detection molecules by generating two different signals, for example two fluorescence signals with two different wavelengths, but also by
  • Binomial coefficients are increased by n to calculate the maximum number of detectable target molecules. With four different detection molecules 10 different target molecules can thus be detected, while already five
  • Detection molecules allow the differentiation of 15 target molecules.
  • mediator probes per target molecule can be used, wherein a mediator probe can contain only one mediator.
  • one or more mediator probes which bind to the same target molecule or template molecule can be used, wherein the mediator or the mediators of these mediator probes can simultaneously bind to one detection molecule or to several detection molecules.
  • Detection molecules are distinguished. Through the use of n detection molecules and at least two mediators per detection molecule, "2" - 1 "different target molecules can be detected. According to this embodiment of the invention, the detection molecules each comprise at least two different ones
  • Mediatorbinderegionen wherein at least two mediators, which are linked to at least two different target sequences, in each case only a specific
  • Bind detection molecule This generates a specific signal per target molecule.
  • a third or more mediators linked to a third or more target sequences may be attached to at least the two
  • concentration should be released
  • Mediators in the order of the concentration of detection molecules are. A corresponding exemplary embodiment is shown in FIG. 5B. Furthermore, it is also possible to use detection molecules which contain more than two different mediators In addition, several different mediator probes can bind to the same target molecule.
  • mediator probes per target molecule or template molecule By using multiple mediator probes per target molecule or template molecule, several different mediators can be released upon detection of the target molecule.
  • a plurality of mediator probes each selectively to a
  • the mediator or the mediators of these mediator probes have different sequences.
  • mediators of different sequence can bind to one and the same detection molecule, whereby a detection reaction can be triggered only by binding several mediators.
  • the signal-generating reaction can be controlled and thus the specificity of the detection method can be increased. Specificity refers to the proportion of correctly classified negative events or the probability that the absence of a target molecule is also classified as a negative result. For example, two of different mediators of different sequence can bind to one and the same detection molecule, whereby a detection reaction can be triggered only by binding several mediators.
  • Specificity refers to the proportion of correctly classified negative events or the probability that the absence of a target molecule is also classified as a negative result. For example, two of different
  • Mediator probes released mediators interact on a detection molecule so that a signal change of the detection molecule occurs only when both mediators have bound to the detection molecule.
  • a corresponding exemplary embodiment is shown in FIG. 5C.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the target molecule and / or the template molecule is a biomolecule selected from the group comprising DNA, RNA, peptide, protein, aptamer and / or a combination thereof.
  • a great advantage of the method according to the invention is that, in contrast to the prior art, the parallel detection of different molecules and classes of molecules, such as e.g.
  • Proteins and nucleic acids in one step and within a reaction approach is made possible, with which a combined DNA-RNA-protein profile of a sample can be created.
  • the detection method according to the invention can be used for example as a target molecule for the detection of a specific RNA molecule, wherein the RNA by means of
  • target molecule-specific aptamers can be used as template molecules for the detection of target molecules.
  • the target molecule to be detected may be, for example, a protein or peptide, but is not limited thereto.
  • An aptamer binds to the target molecule and changes its structure, so that after
  • Interaction can attach an aptamer-specific mediator probe and primer to the aptamer.
  • primers attached to the aptamer can be extended, thereby achieving amplification of an aptamer sequence that lies outside the protein binding region of the aptamer.
  • a mediator probe according to the invention can interact with the aptamer or the amplified aptamer sequence.
  • the probe can be opened, with the aid of further primers displacing the mediator from the mediator probe.
  • the released mediator can be detected using a specific detection molecule or a suitable detection method.
  • target molecule-specific aptamers can be used as template molecules for the detection of a target molecule
  • Target binding region flanked by primer binder regions include.
  • at least one mediator probe according to the invention is used whose probe region specifically binds to one of the primer binder regions of the aptamer.
  • the target molecule binding region of the aptamer can be amplified using the mediator probe and another primer, resulting in the release of the mediator from the mediator probe, whereby a signal change can be detected.
  • Presence of the target molecule binds the aptamer to the target molecule and the primer or the first oligonucleotide of the mediator probe can bind to each other due to binding
  • This method according to the invention allows an exponential detection reaction.
  • Auxiliary molecule selected from the group comprising polymerases, RNA polymerases, DNA polymerases, ligases, ribozymes, catalysts, proteins, nucleic acids, natural products,
  • the auxiliary molecule is preferably a molecule consisting of a nucleic acid amplification system and / or a restriction enzyme system.
  • Ligases are enzymes that link DNA strands. They form an ester bond between a phosphate residue and the sugar deoxyribose. It is also known that
  • Ribozymes are catalytically active RNA molecules that, like enzymes, catalyze chemical reactions. It is known that certain ribozymes can extend and amplify nucleic acid molecules, much like polymerases. In addition, ribozymes can also catalyze other reactions, such as the formation of peptide bonds and the splicing / splicing of RNA molecules.
  • the at least one auxiliary molecule has a DNA-strand-separating action and / or a
  • auxiliary molecule is preferably a Strand Displacement Polymerase. It has surprisingly been found that using a polymerase with Strand Displacement activity requires no additional enzymes, such as enzymes with nuclease activity, which is a great advantage compared to prior art methods.
  • auxiliary molecules can be used for different process steps within the process of the invention. Procedural steps with the help of
  • Helper molecules may include, without limitation, the amplification of the first oligonucleotide of the mediator probe according to the invention, the amplification of the target molecule and / or the template molecule, the cleavage, release or displacement of the mediator of the mediator probe, the enzymatic extension of the mediator after binding to a Detection molecule and the change of the detection molecule.
  • Detection molecule and at least one mediator a measurable change in fluorescence, phosphorescence, luminescence, mass, absorption, scattering of light, electrical conductivity, enzymatic activity and / or affinity, electrochemical potential or signal, refractive index, excitation of wristnplasmonen or magnetic
  • Detection molecule and at least one mediator a measurable change in fluorescence, phosphorescence, luminescence, mass, absorption, scattering of light, electrical conductivity, enzymatic activity and / or affinity, electrochemical potential or signal, refractive index, excitation of surface plasmons, magnetic relaxation, magnetic property , Impedance or capacity.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the release of the at least one mediator by a
  • Amplification of the at least one mediator is detected by means of an isothermal or non-isothermal amplification method.
  • the released mediator in the presence of appropriate amplification enzymes, for example, trigger a rolling circle amplification.
  • the target molecule can be identified by detecting the rolling circle amplification products.
  • Amplification products of a rolling circle amplification can, for example, be detected sequence-specifically via probes or also via pH changes, gel electrophoresis or colorimetry.
  • the at least one released mediator is detected by sequencing.
  • any number of target molecules can be identified in a sample simultaneously.
  • Sequencing is the determination of the nucleotide sequence in a nucleic acid molecule, in particular DNA. Sequencing methods for the purposes of the present invention include, without limitation, the method of Maxam and Gilbert, the Danger method according to Sanger, pyrosequencing, sequencing by hybridization, the ion-semiconductor DNA sequencing system, sequencing with bridge synthesis, two-base sequencing, sequencing with paired ends and nanopore sequencing. For example, detection can be detected by next generation sequencing (NGS).
  • NGS next generation sequencing
  • An example of an NGS method is nanopore sequencing, in which potential changes on a pore-containing membrane can be measured by the passage of molecules, such as nucleic acids, and thus the sequence of the nucleic acid can be determined.
  • the simultaneous release of any number of mediators, which each signal the presence of a specific target molecule, can be detected.
  • the degree of multiplexing increases greatly compared to conventional methods, such as fluorescence measurements.
  • the sequencing method is not limited to nanopore sequencing.
  • the at least one released mediator binds to the detection molecule by hybridization, is optionally extended after binding to the detection molecule by an auxiliary molecule, and then a melting curve analysis is carried out. This can be an additional
  • sequence-specific or sequence-unspecific probes which are fluorogenic and / or chromogenic labeled, or fluorescent dyes interact with the mediator and / or the detection molecule.
  • At least one target molecule is an RNA
  • the RNA is transcribed into cDNA
  • the cDNA serves as a template molecule.
  • Umschreibere risk / reverse transcription of the RNA can be used in cDNA, and the probe region of the mediator probe can bind to a region containing both at least a portion of the cDNA and a part of the sequence overhang.
  • at least one target molecule is a peptide or a protein and the template molecule is an aptamer, the aptamer binding to the peptide or the protein, and binding of the aptamer to the target molecule the binding site for the probe region of the mediator probe becomes accessible at the aptamer.
  • sequence-specific or sequence-nonspecific probes, fluorescent dyes, or redox molecules can interact with at least one mediator and / or the detection molecule.
  • the present invention relates to the use of the system according to the invention and / or the method according to the invention for the detection of one or more identical or different biomolecules in a mixture.
  • the detection molecule according to the invention can have a chemical protecting group at the 3 " -terminal region, the protective group being split off from the detection molecule after the reaction with the mediator by means of an auxiliary molecule and a 3'-terminal OH group being generated
  • a kit comprising at least one
  • Detection molecule and optionally at least one mediator according to the invention, polymerases and dNTPs.
  • Figure 1 Schematic representation of the structure of a Mediatorsonde in one
  • Figure 2 Schematic flow of mediator displacement during a
  • Figure 3 Schematic representation of a possible detection molecule.
  • FIG. 4 Schematic representation of the enzymatic Mediatorver.
  • FIG. 5 Arrangement possibilities when using a plurality of mediators and / or multiple mediator probes and / or multiple detection molecules per target molecule.
  • FIG. 6 Structure of a detection molecule with the structure of a molecular beacon.
  • Figure 7 Linear or circular detection molecule with fluorescence donor
  • FIG. 8 Electrochemical detection on a solid phase.
  • FIG. 9 Schematic sequence of a mediator displacement during a
  • FIG. 10 Mechanism of a mediator release and subsequent signal generation during a LAMP.
  • FIG. 11 Normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of E. coli (W31 10, complete genome) using mediator probes and detection molecules according to the invention.
  • FIG. 12 Normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of HIV-1 RNA using mediator probes and detection molecules according to the invention.
  • FIG. 13 Construction of a mediator probe, which does not function as a primer.
  • FIG. 14 Detection method for the detection of target molecules by target-molecule-specific aptamers.
  • FIG. 15. Detection method according to the invention for the detection of target molecules by mediator probes which additionally contain aptamer region and primer binding region.
  • FIG. 16 Detection method according to the invention for the detection of target molecules by mediator probes, which function as primers and enable an exponential detection reaction.
  • FIG. 17 Immobilization of a detection molecule on a solid phase.
  • FIG. 18 Immobilization of a labeled detection molecule on an electrode.
  • Figures 20-24 Electrochemical detection on a solid phase.
  • Figure 25 Detection molecule consists of several oligonucleotides.
  • FIG. 26 Normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of H. ducreyi.
  • FIG. 27 Normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of T. pallidum.
  • FIG. 28 Normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of HTLV-1.
  • FIG. 29 Normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of TMV.
  • Figure 30 Normalized fluorescence plot of a PCDR for the detection of 100 pg G3PDH fragment.
  • FIG. 31 Binding of the mediator to a magnetic or magnetizable nanoparticle.
  • FIG. 32 Functional proof of the electrochemical detection of electroactively labeled mediators.
  • Figure 1 shows the schematic representation of a possible structure of a mediator probe, which represents a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows the schematic sequence of a mediator displacement during a
  • FIG 3 shows the linear representation of a possible detection molecule.
  • Figure 4 shows the schematic representation of an enzymatic mediator extension, i) A detection molecule is free in solution or immobilized on a solid phase and assumes a defined secondary structure under reaction conditions. Two suitable
  • Fluorescence modifications F and Q interact with each other, suppressing the fluorescence signal from F, ii)
  • the mediator can be defined with the detection molecule Position (Mediatorbinderegion, Region 5) interact iii) - iv) and is thereby enzymatically extended by a Strand Displacement Polymerase.
  • region 1 together with fluorescence acceptor molecule Q is displaced from the detection molecule, whereby the
  • Displacement of Region 1 may be followed by a further extension of the mediator.
  • FIG. 5 (A-C) shows a plurality of arrangement possibilities when using a plurality of mediators and / or a plurality of mediator probes and / or a plurality of detection molecules per
  • Target molecule (A) Increasing the number of detectable target molecules using multiple mediators per mediator probe or multiple mediator probes per target molecule. The number of maximum detectable target molecules as a function of the number of
  • Detector molecules using multiple mediators per target molecule can be calculated using the binomial coefficient and the number of detection molecules. (B) increasing the number of detectable target molecules using
  • Detector molecule interact, so that one of the mediators extended and one of the mediators extended.
  • Detection reaction is triggered.
  • the interaction of a single mediator does not lead to a detection reaction.
  • Figure 6 shows the structure of a detection molecule that corresponds to the structure of a molecular beacon. At the 5'- and 3'-end fluorescence acceptor and fluorescence donor are attached and in the loop is the Mediatorbinderegion.
  • FIG. 7 shows a linear or circular detection molecule to which
  • Fluorescence donor and fluorescence acceptor labeled probes are hybridized.
  • Hybridization of the mediator to the detection molecule and extension releases the labeled probes, thereby detecting a signal change.
  • binding molecules can be used to which the labeled probes can bind after release.
  • FIG. 8 shows an embodiment of the invention in which electrochemical detection on a solid phase is used.
  • the detection molecules are immobilized on an electrode. After hybridization and extension of the mediator at the detection molecule redox molecules present in the solution in the dimer of detection molecule and prolonged Mediator intercalate, whereby a change of the electrochemical signal can be detected.
  • FIG. 9 shows the schematic sequence of a mediator displacement during a
  • the mediator and the detection molecule are each labeled with a fluorescent dye, whereby at
  • Hybridization of the mediator with the detection molecule by FRET energy transfer an increase in fluorescence intensity at one wavelength can be detected.
  • a melting curve analysis can be used to distinguish between different target molecules.
  • FIG. 10 shows the mechanism of mediator release and subsequent
  • the mediator binding region at the detection molecule and in the mediator probe is abbreviated to Medc (corresponds to the sequence complementary to the mediator).
  • the mediator probe serves in this embodiment of the present invention simultaneously as a loop primer, accordingly the mediator probe is composed of a Medc-extended loop primer (Loop_Medc) and a mediator (Med) hybridized thereon.
  • Loop_Medc Medc-extended loop primer
  • Med mediator
  • the mediator probe can bind.
  • the mediator probe By extending the mediator probe and reconnecting a primer to it, the mediator is displaced by the Strand Displacement Polymerase.
  • the released mediator can then generate a detectable signal by interacting with a detection molecule.
  • FIG. 11 shows a normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of E. coli DNA (W31 10, complete genome) using mediator probes and detection molecules according to the invention.
  • the plot shows a correlation between the amount of DNA and the course of fluorescence.
  • the fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min.
  • the number of DNA copies is given in copies per reaction (for example, 10 cp corresponds to 10 copies per reaction with a total volume of 10 ⁇ ).
  • the negative control contains 0 copies per reaction (NTC, no template control).
  • FIG. 12 shows the normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of HIV-1 RNA using mediator probes and detection molecules according to the invention.
  • the fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min.
  • FIG. 13 shows an embodiment of a mediator probe which does not serve as the starting point of an amplification.
  • FIG. 14 shows a detection method according to the invention for the detection of target molecules by target-molecule-specific aptamers.
  • FIG. 15 shows a detection method according to the invention for the detection of target molecules by mediator probes which additionally contain aptamer region and primer binding region. In the absence of the target molecule, the mediator probe is amplified while in
  • Target molecule is blocked. In the presence of the target molecule, therefore, no detectable signal is triggered, wherein in the absence of the target molecule, a detectable signal is generated.
  • FIG. 16 shows a detection method according to the invention for the detection of target molecules by mediator probes which function as primers and an exponential one
  • Enable detection reaction In the absence of the target molecule, the linear aptamer is amplified and released during amplification of the mediator, while in the presence of the target molecule, extension of the primer by the bound target molecule is blocked. In the presence of the target molecule, therefore, no detectable signal is triggered, wherein in the absence of the target molecule, a detectable signal is generated.
  • FIG. 17 shows an embodiment of the detection method according to the invention, in which the detection molecules are immobilized in a suitable reaction vessel on a solid phase.
  • FIG. 18 shows an embodiment of the detection method according to the invention, in which the detection molecules are immobilized on an electrode.
  • redox molecule By hybridization and extension of the mediator at the detection molecule bound to the detection molecule redox molecule is spatially separated from the electrode surface, whereby a change of the signal is generated.
  • Schemes a and b schematize possible binding sites of the mediator in two different regions of the detection molecule.
  • FIG. 19 shows a detection molecule consisting of two labeled hybridized oligonucleotides. At the 5 'and 3' end are respectively fluorescence acceptor and
  • one of the two oligonucleotides has a Mediatorbinderegion on.
  • Figure 20 shows a possibility of electrochemical detection on a solid phase.
  • the detection molecules are immobilized on an electrode. After hybridization of the mediator At the detection molecule, redox molecules present in the solution can intercalate into the dimer of detection molecule and mediator, resulting in a change of the
  • electrochemical signal can be detected.
  • FIG. 21 shows electrochemical detection on a solid phase with the aid of a labeled mediator.
  • the detection molecules are immobilized on an electrode.
  • Hybridization of the labeled mediator on the detection molecule a change of the electrochemical signal can be detected.
  • FIG. 22 shows the electrochemical detection on a solid phase.
  • the detection molecules are immobilized on an electrode. By hybridization and extension of the labeled mediator on the detection molecule, a change in the electrochemical signal can be detected.
  • FIG. 23 shows a possibility of electrochemical detection on a solid phase.
  • the detection molecules are immobilized on an electrode.
  • FIG. 24 shows an electrochemical detection on a solid phase.
  • the detection molecules are immobilized on an electrode.
  • By hybridization and extension of the mediator on the labeled detection molecule a change in the electrochemical signal can be detected.
  • the electrical charge transport between the redox molecule and the electrode takes place through the formation of a double strand.
  • FIG. 25 The detection molecule consists of several oligonucleotides, wherein an unlabeled oligonucleotide is hybridized with shorter, fluorescently labeled oligonucleotides. At the shorter oligonucleotides each fluorescence acceptor and / or fluorescence donor are attached. These are arranged to be fluorophore and
  • Quencher are in close proximity to each other.
  • the released mediator has a higher binding energy to the unlabeled detection molecule, thereby displacing, for example, the quencher labeled, shorter oligonucleotide.
  • FIG. 26 shows a normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of
  • FIG. 27 shows a normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of Treponema pallidum (T. pallidum) using mediator probes according to the invention and
  • Detection molecules The fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min.
  • the negative control (NTC, no template control) contains no T. pallidum DNA, the positive control was treated with purified T. pallidum DNA.
  • FIG. 28 shows a normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of HTLV-1 using mediator probes and detection molecules according to the invention.
  • the fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min.
  • Negative control (NTC, no template control) contains no HTLV-1 RNA, the positive control was treated with purified HTLV-1 RNA.
  • FIG. 29 shows a normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of TMV using mediator probes and detection molecules according to the invention.
  • the fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min.
  • Negative control (NTC, no template control) contains no TMV RNA, the positive control was treated with purified TMV RNA.
  • FIG. 30 shows a normalized fluorescence plot of a PCDR for the detection of 100 .mu.g mice G3PDH DNA using mediator probes according to the invention
  • Figure 31 shows a mediator bound to a magnetic or magnetizable nanoparticle. After release in the presence of the target molecule, the mediator can bind to the detection molecule, whereby a change in the magnetic property on the surface of the solid phase can be detected.
  • FIG. 32 shows a functional verification of the electrochemical detection of electroactively labeled mediators.
  • the mediators are displaced during the LAMP reaction and can subsequently hybridize to the detection molecule.
  • the labeled mediator here with methylene blue
  • the electrode surface which leads to the formation of a characteristic peak at -0.39 V in the case of electrochemical analysis (in this case square-wave voltammetry).
  • the missing peak in the NTC indicates that no significant
  • mediators can be connected to one bind special primer or first oligonucleotide of the mediator probe according to the invention and / or it can be provided with mediators several different primers and / or Mediatorsonden to increase the mediator concentration in the sample.
  • Example 1 Mediator Probe Exemplary embodiments of the invention include a mediator probe for the detection of at least one target molecule, wherein the mediator probe comprises at least two oligonucleotides.
  • a first oligonucleotide has a mediator binding region and a
  • the mediator binding region is located at the 5 'terminus and the probe region is located at the 3' terminus of the oligonucleotide.
  • Oligonucleotides are chemically, biologically and / or physically attached to the mediator binding region of the first oligonucleotide.
  • a mediator may be constructed of DNA, RNA, PNA or modified RNA, such as LNA.
  • Probe region of the first oligonucleotide has an affinity for the target molecule and / or template molecule and the mediator binding region has an affinity for the mediator or the mediators ( Figure 1).
  • the mediator or mediators have an affinity for at least one detection molecule.
  • the mediator is displaced from the mediator binding region after binding of the probe region to a target molecule and / or template molecule, for example, using a strand dispersing polymerase. This process can take place during an amplification process of the target molecule and / or template molecule.
  • the probe region of the mediator probe may function as a primer in a DNA amplification. After binding the probe region to a
  • the target molecule and / or template molecule prolongs the mediator probe.
  • a second primer can be attached to the extended mediator probe and extended.
  • the mediator or mediators are released from the mediator binding region and trigger a detectable signal through interaction with one or more detection molecules ( Figure 2).
  • Example 3 Detection molecule with 6 regions The detection of the released, unlabelled mediator takes place with the aid of a detection reaction.
  • the reaction mechanism described below can be carried out in parallel with the described amplification of the target molecule and / or template molecule.
  • a detection molecule of a Oligonucleotide exist, which is divided into six regions ( Figure 3).
  • Region 1 comprises the 5 'terminus of the detection molecule, which consists of a sequence segment and a fluorescence acceptor Q.
  • Region 3 is a reverse-complementary
  • Region 4 separates Region 3 and Region 5, which can specifically interact with a mediator molecule.
  • Region 6 comprises the 3'-terminal sequence region, which optionally has a chemical modification and thus allows a directed immobilization of the oligonucleotide.
  • a fluorescent donor F is suitably associated with a region from region 2 to region 6, for example, region 4.
  • Detection molecules form a defined secondary structure (hairpin structure) under reaction conditions, in which the 5 'terminus hybridizes with an internal sequence segment (FIG. 3 B). Upon formation of this structure, fluorescence donor F and fluorescence acceptor Q interact with each other, suppressing the fluorescence signal of F (FRET).
  • FRET fluorescence signal of F
  • other signal-generating modifications may be used, these include, for example, redox molecules,
  • CRET Chemiluminescent resonance energy transfer
  • the mediator is diffusively present in the reaction solution after release and can interact with the mediator binding sequence (region 5) of the detection molecule (FIG. 4 i) + ii)).
  • the detection molecule can be immobilized on a solid phase or freely present in solution.
  • a suitable auxiliary molecule for example the strand displacement polymerase, the mediator is elongated, whereby region 1 of the detection molecule is displaced by the polymerase.
  • the distance between fluorescence acceptor Q and fluorescence donor F is increased by displacement of the 5'-terminus and the previously suppressed fluorescence signal of the fluorescence donor F is restored (FIG. 4 (iii) + iv)).
  • the detection reaction must be designed in such a way that, in contrast to the mediator, the initial mediator probe does not trigger a signal-generating reaction and thus no false-positive results are generated.
  • the mediator is bound to the first oligonucleotide of the mediator probe, for example by hydrogen bonding.
  • Oligonucleotide of the mediator probe and binding of the mediator to the detection molecule can be adjusted accordingly.
  • the interaction event of the mediator with the detection molecule produces a local, detectable signal. Become a sufficient number of detection molecules through the
  • Mediatorver asrung with resulting displacement of the 5'-terminus activated, the signal is amplified and can be detected by means of suitable detection devices. This allows detection in the presence of the reaction mixture and requires no processing steps.
  • Multiplex analyzes require the detection of several different analytes in one
  • Target molecules provided. Each target molecule to be detected may be assigned a mediator probe whose probe region is specific to the target molecule or
  • Mediator probe are not affine or complementary to the target molecule or template molecule. But the mediator provides a specific interaction partner for a defined
  • Detection molecule dar. This is each target molecule indirectly assigned a detection molecule, which is assigned by the Mediatorsonde. The detection
  • one detection molecule can also be correlated with another target molecule by linking and synthesizing the appropriate mediator binding region and mediator with any probe region.
  • the method according to the invention therefore allows the target molecule-independent design of the detection molecule.
  • different target molecules can be targeted a sample can be detected, whereby the reaction can be inexpensively adapted by adapting the mediator probe and using suitable auxiliary molecules (eg primer or aptamers) to the respective target molecule.
  • Embodiments of the invention may include multiple mediators and / or multiple
  • Mediator probes and / or multiple detection molecules per target molecule include. The following constellations are possible.
  • mediators that bind to the same mediator probe may be attached
  • Detection molecules produce fluorescence signals with different wavelengths. By using n detection molecules and two mediators per mediator probe and target molecule, "n over 2" + n different target molecules can be detected
  • the number of detectable target molecules can be calculated. Since a target molecule not only by generating two
  • the value of the binomial coefficient must be increased by n in order to calculate the maximum number of detectable target molecules.
  • Detection molecules can thus be detected 10 different target molecules, while even five detection molecules allows the differentiation of 15 target molecules ( Figure 5 A).
  • mediator probes per target molecule can be used, wherein a mediator probe can contain only one mediator.
  • mediator probes which bind to the same target molecule or template molecule can be used, the mediator or the
  • Detection molecules can bind simultaneously.
  • the Mediatorbinderegionen in the detection molecules for example, between three
  • Target molecules can be distinguished using only two detection molecules. By using n detection molecules and at least two
  • Mediators per detection molecule can be detected "2" - 1 "different target molecules.
  • Several different mediator probes can bind to the same target molecule.
  • the detection molecules can each have two different
  • Mediatorbinderegionen include. Two mediators, which are linked to two different target sequences, bind to only one specific detection molecule at a time. This generates a specific signal per target molecule.
  • the third mediator which is linked to the third target sequence, binds to both detection molecules and thus triggers two different signals.
  • the concentration of released mediators should be on the order of the concentration of detection molecules
  • detection molecules can also be used which can bind more than two different mediators.
  • mediator probes there may be several mediator probes, each selectively to a common
  • Bind target molecule or template molecule can be used, wherein the mediator or the mediators of these mediator probes have different sequences.
  • mediators can bind to one and the same detection molecule, whereby a detection reaction can be triggered only by binding several mediators. With this method, the specificity of the detection reaction can be increased.
  • a possible reaction sequence is shown in FIG. 5C. So that the probability that two released mediators at the same time to the same
  • the concentration of released mediators should be of the order of the concentration of detection molecules.
  • melting curve analysis of the hybridized with the extended mediators may be performed
  • Detection molecules are performed. As a result, an additional increase in the degree of multiplexing can be achieved when using different detection molecules which are labeled, for example, with different, signal-generating molecules.
  • the detection molecule has the structure of a molecular beacon in which the mediator binding region is in a loop (FIG. 6).
  • Example 8 Detection molecule consisting of two labeled oligonucleotides
  • the detection molecule consists of a plurality of fluorescently labeled oligonucleotides.
  • two oligonucleotides labeled with quencher and fluorophore can be hybridized with one another and separated on interaction with a mediator, whereby a signal change can be detected.
  • the detection molecule described can be constructed as shown in FIG.
  • the detection molecule may consist of single-stranded DNA to which a plurality of fluorescence donor and fluorescence acceptor labeled probes are hybridized. After release of the mediator this binds to the detection molecule and is extended, whereby the labeled probes released and thus fluorescence donor and fluorescence acceptor are spatially separated, resulting in a
  • the detection molecule may be linear or circular, it may be homogeneously in solution or immobilized on a solid phase and may have several
  • mediator binding sites If the detection molecule is performed circularly and several mediator binding sites are introduced, simultaneous binding of several mediators at different sites can result in a fast detection reaction in a good dynamic range. An additional increase in sensitivity can be achieved by the circular structure of the detection molecule since, upon hybridization and extension of a mediator to a detection molecule, all bound, labeled probes are released, independently of the site to which the mediator binds. At a detection molecule probes with different fluorescence donors and
  • concentration ratios can be defined
  • Detector molecule can be assigned. To be released, with fluorescence donor or
  • Fluorescence acceptor-labeled probes lasting on a renewed binding to the
  • Detector molecule can be used binding molecules can be used, to which the labeled probes can bind after release ( Figure 7).
  • the described Embodiment is preferably used in isothermal amplification methods, it is ensured that the labeled probes in the absence of the target molecule to the
  • Fluorescence acceptor labeled probes are not separated by extension of the mediator of the detection molecule, but displaced by adjusting the equilibrium in the presence of released mediators.
  • the released mediator has a higher
  • Binding energy to the unlabelled detection molecule as the labeled probe thereby displacing, for example, the shorter probe labeled with the fluorescence acceptor ( Figure 25).
  • Example 10 Detection by Total Internal Reflectance Fluorescence Microscopy (TIRF) or Surface Plasmon Resonance Spectroscopy
  • detection may be by total internal reflection fluorescence microscopy (TIRF).
  • TIRF total internal reflection fluorescence microscopy
  • Detection molecule is immobilized in this method on a glass or polymer test carrier above the TIRF illumination device.
  • the evanescent field formed by total reflection penetrates into the sample volume and thereby excites fluorescence molecules which are located on the detection molecule and / or on the mediator and / or on probes or intercalated in dimers, whereby a change of the fluorescence signal can be detected.
  • the binding of the mediator to the detection molecule is detected by surface plasmon resonance spectroscopy. By the release and subsequent binding of the mediator to the detection molecule immobilized on a surface, a change in the refractive index in the sample can be detected.
  • the detection molecules can be directly on the
  • Metal surface in which the plasmons are excited or, for example, in / on a membrane, which is located directly on the metal surface, immobilized.
  • Example 1 Detection by gravimetric measurements
  • the release and binding of the mediator to a detection molecule can be detected by gravimetric measurements.
  • the detection molecule is immobilized, for example, on a support surface whose weight can be determined inter alia with a quartz crystal. Changing the weight by binding the mediator to the detection molecule can thus be detected.
  • Example 12 Detection via Rolling Circle Amplification
  • Presence of appropriate amplification enzymes trigger a rolling circle amplification and thus the target molecule by detecting the rolling circle
  • Amplification products are identified.
  • Amplification products of a rolling circle amplification can, for example, be detected sequence-specifically via probes or also via pH changes, gel electrophoresis or colorimetry.
  • the released mediator can be analyzed by sequencing and thus identified.
  • next-generation sequencing is nanopore sequencing, in which potential changes on a pore-containing membrane can be measured by the passage of molecules, such as nucleic acids, and thus the sequence of the nucleic acid can be determined.
  • sequencing can thus be the simultaneous release of any number of mediators, each containing the presence of a specific target molecule
  • the degree of multiplexing increases greatly compared to conventional methods, such as fluorescence measurements.
  • the sequencing method is not limited to nanopore sequencing, as any sequencing method can be used to detect released mediators.
  • the mediator bound to the mediator probe may be labeled with a fluorescence donor / fluorescence acceptor which emits ⁇ i at a particular wavelength.
  • Mediator probe the mediator to a detection molecule that with a
  • Fluorescence acceptor / fluorescence donor which at a second ⁇ 2 different wavelength emitted to ⁇ 2, is labeled bind.
  • chemiluminescent or bioluminescent donor molecules are used.
  • Embodiments can also be used fluorescence acceptors, which are non-emissive.
  • detection molecules with different numbers of Nucleotides can be differentiated into different target molecules by means of a melting curve analysis simultaneously in a sample.
  • the universal character of the described detection method is not lost, since the mediator is a universal, target sequence-independent molecule.
  • Example 15 Use of an Isothermal Amplification Method In this embodiment, the detection method according to the invention is described for
  • Detection of DNA in an isothermal amplification method for example, the LAMP used.
  • the mechanism of mediator release during a LAMP is detailed in FIG.
  • the initial amplification steps of a LAMP lead to a dumbbell-like structure of an intermediate amplification product.
  • the mediator probe which in this example acts as a primer, can bind to this intermediate
  • Bind amplification product and be extended in a next step By displacing the intermediate amplification product, another primer can bind to the extended mediator probe and be extended. During this process, the mediator is displaced by the Strand Displacement Polymerase. The released
  • Mediator can now bind to a detection molecule with hairpin structure and also be extended. During extension of the mediator, the 5 'end of the closed hairpin structure of the detection molecule is displaced from the complementary region, generating a fluorescence signal.
  • the primers listed in Table 1 were used.
  • the LAMP primers were taken from (Tanner et al., 2012) and partially modified.
  • the mediator probe was combined with the LoopF primer by attaching a mediator binding region to the 5 'end of the primer, where
  • Mediator can hybridize with a mediator.
  • Mediator, Mediator Binding Region LoopF and the detection molecule were generated manually and using VisualOMP (DNA
  • the LAMP reaction was performed with Bst 2.0 Warmstart DNA Polymerase in 1 x isothermal
  • 1 x Isothermal Amplification Buffer contains 20 mM Tris-HCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4, 50 mM KCl, 2 mM MgSC-4 and 0.1% Tween® 20 (pH 8.8 at 25 ° C.).
  • the buffer was spiked with MgSO 4 (New England Biolabs, Frankfurt, Germany), final concentration 8.0 mM, and with dNTP Mix (Qiagen, Hilden, Germany), final concentration 1 .4 mM.
  • the LAMP reaction consisted of 1.6 ⁇ FIP and BIP, 0.2 ⁇ F3 and B3, 0.8 ⁇ LoopB, 0.6 ⁇ LoopF, 0.2 ⁇ LoopF with mediator binding region, 0.1 ⁇ mediator, 0.05 ⁇ detection molecule, 320 U / ml Bst 2.0 Warmstart DNA Polymerase, 1 x Isothermal Amplification Buffer and 1 g / L BSA.
  • the reaction was carried out in a Rotor-Gene 6000 (Corbett, Mortlake, Australia, now Qiagen, Hilden, Germany) at 62 ° C in triplicates. The fluorescence data were normalized to the initial value at 0 min (FIG. 11).
  • the detection method was also used in a LAMP of Haemophilus ducreyi (H. ducreyi) and Treponema pallidum (T pallidum).
  • H. ducreyi Haemophilus ducreyi
  • T pallidum Treponema pallidum
  • Example 16 Process according to the invention using an RT-LAMP
  • the detection method according to the invention can be used for the detection of RNA, whereby the RNA is rewritten by means of reverse transcription (RT) or by another suitable enzymatic system into cDNA and then the cDNA is amplified.
  • RT reverse transcription
  • the exemplary embodiment will be described in detail with reference to an RT-LAMP:
  • RT-LAMP for detection of HIV-1 RNA, the primers listed in Table 2 were used.
  • the RT-LAMP primers were taken from (Curtis et al., 2008) and partially modified.
  • the mediator probe was combined with the LoopF primer by attaching a mediator binding region to the 5 'end of the primer, the latter being able to hybridize to a mediator.
  • Detection molecule were created manually and using VisualOMP.
  • Detector molecules were synthesized by Biomers (biomers.net, Ulm, Germany) and the primers FIP, BIP, F3, B3, LoopF and LoopB were synthesized by Ella Biotech (Martinsried, Germany).
  • the template RNA (HIV, VR-3245SD) was synthesized by ATCC, LGC Standards GmbH (Wesel, Germany).
  • Table 2 Primer, Mediator and Detector Sequences for a real-time RT-LAMP for the detection of HIV-1 RNA.
  • the RT-LAMP reaction was performed with Bst 2.0 Warmstart DNA Polymerase (New England Biolabs, Frankfurt, Germany) and Transcriptor Reverse Transcriptase (Roche
  • Isothermal Amplification Buffer 1 x Isothermal Amplification Buffer (New England Biolabs, Frankfurt, Germany).
  • 10 mM 2 mM contains 1 x Isothermal Amplification Buffer 20 mM Tris-HCl, (NH 4) 2 S0 4, 50 mM KCl, MgS0 4 and 0.1% Tween ® 20 (pH 8.8 at 25 ° C).
  • the buffer was spiked with MgSO 4 (New England Biolabs, Frankfurt, Germany), final concentration 8.0 mM, and with dNTP Mix (Qiagen, Hilden, Germany), final concentration 1 .4 mM.
  • the RT-LAMP reaction consisted of 1 .6 ⁇ FIP and BIP, 0.2 ⁇ F3 and B3, 0.8 ⁇ LoopB, 0.6 ⁇ LoopF, 0.2 ⁇ LoopF with
  • Amplification buffer The reaction was carried out in a Rotor-Gene 6000 (Corbett, Mortlake, Australia, now Qiagen, Hilden, Germany) at 63 ° C in triplicates.
  • the positive control contained 3,400 copies / reaction of synthetic HIV-1 RNA, the negative control contained no HIV-1 RNA.
  • the fluorescence data were normalized to the initial value at 0 min ( Figure 12).
  • the detection method was also successfully used in a RT-LAMP of human T-lymphotropic virus (HTLV-1) and tobacco mosaic virus (TMV) RNA.
  • HTLV-1 human T-lymphotropic virus
  • TMV tobacco mosaic virus
  • the procedure and reaction conditions were identical to the previously described RT-LAMP of HIV-1, but with sequence-specific primers for HTLV-1 and TMV.
  • the fluorescence data were normalized to the initial value at 0 min ( Figures 28 and 29).
  • Detection method for the detection of DNA in a non-isothermal amplification reaction such as PCR or PCDR, are used.
  • one of the primers or a plurality of primers is modified in such a way that this or this one
  • the primers listed in Table 3 were used for a real-time PCDR for detection of mouse DNA.
  • the PCDR primer for the amplification of G3PDH DNA were taken from (Ignatov et al., 2014) and partially modified.
  • the mediator probe was generated using the F3 primer by placing a primer at the 5 'end of the primer
  • Mediatorbinderegion was added, the latter can hybridize with a mediator.
  • Mediator, F3 with mediator binding region, and the detection molecule were created manually and using VisualOMP.
  • the primers, as well as the synthetic oligonucleotides mediator, F3 with mediator binding sequence and detection molecule were from Biomers
  • mice.net The mouse G3PDH DNA sequence to be amplified was taken from (Ignatov et al., 2014) and the G3PDH fragment was synthesized by Integrated DNA Technologies (IDT, Coralville, IA). Table 3: Primer, Mediator and Detector Molecule Sequences for a real-time PCDR for the detection of mice G3PDH DNA.
  • PCDR was performed with SD Hotstart DNA Polymerase in 1X SD buffer (Bioron, Ludwigshafen, Germany). In addition, the buffer was treated with MgC (Bioron, Ludwigshafen, Germany), final concentration 2.75 mM, and dNTPs (New England Biolabs, Frankfurt,
  • the PCDR response consisted of 0.1 ⁇ F3 and F3 each with mediator binding region, 0.2 ⁇ R3, 0.1 ⁇ F2 and R2, 0.05 ⁇ F1 and R1, 0.05 ⁇ mediator, 0.05 ⁇ detection molecule, 200 U / ml SD Hotstart DNA polymerase and 1 ⁇ SD Buffer.
  • the reaction was performed in a Rotor-Gene 6000 (Corbett, Mortlake, Australia, now Qiagen, Hilden, Germany) according to the following protocol (Ignatov et al., 2014): initial denaturation at 92 ° C for 2 min, followed by 45 cycles 92 ° C (15 sec) and 66 ° C (40 sec).
  • the fluorescence data were normalized to the initial value at 0 cycles ( Figure 30).
  • the positive control contained 100 pg of G3PDH fragment per reaction, the negative control contained no template DNA.
  • Example 18 Mediator probe according to the invention, which does not function as a primer
  • the detection method according to the invention can be used for
  • Detection of DNA or RNA with increased specificity can be used. It does not serve as a primer Mediatorsonde, but it is a special probe used, which does not serve as a starting point of an amplification. In the absence of the target molecule, the probe is present in closed form. Once the target molecule is in the reaction mixture, the mediator probe binds to the target molecule or template molecule, allowing a primer to bind to the 3 'end of the now opened mediator probe. By processing with a suitable enzyme system, the annealed primer can be extended with displacement of the mediator from the mediator probe. The released mediator can be detected by a specific detection molecule. The enzymatic
  • Amplification process may include, but is not limited to isothermal methods (Figure 13).
  • Target molecule-specific aptamers the sample to be examined and detection molecules are added to a suitable reaction vessel.
  • the target molecule to be detected may be, for example, but not limited to, a protein or peptide.
  • An aptamer binds to the target molecule and alters its structure so that after interaction, an aptamer-specific mediator probe and primer can anneal.
  • primers attached to the aptamer FIG. 14: white label in the aptamer
  • the probe By binding a mediator probe to a linear amplification product, the probe is opened, with the aid of further primers displacement of the mediator from the mediator probe.
  • the released mediator can be detected using a specific detection molecule or a suitable detection method.
  • the enzymatic amplification process may include, but is not limited to isothermal methods ( Figure 14).
  • Example 20 Modified mediator probes containing an aptamer region, a
  • the detection method according to the invention can be used to detect target molecules by modified mediator probes which have a
  • the target molecule to be detected may be, for example, a protein or peptide but is not limited thereto.
  • the primer binds to the mediator probe and can be extended by processing with a suitable enzyme system, with displacement of the mediator from the mediator probe.
  • the released mediator can trigger a detectable signal with the help of a specific detection molecule or a detection method. If the target molecule is present, the aptamer region of the mediator probe binds to the target molecule, causing the at the
  • Primerbinderegion annealed primer can not be extended (Figure 15).
  • Presence of the target molecule is therefore a signal drop compared to
  • the enzymatic amplification process may include, but is not limited to, isothermal methods.
  • Example 21 Use of an aptamer comprising a protein binding region flanked by primer binding regions
  • a mediator probe consisting of a primer with a mediator hybridization sequence at the 5 'end and a mediator hybridized thereto is used.
  • an aptamer which is a
  • Protein binding region flanked by primer binder regions In the presence of the target molecule, the aptamer binds to the target molecule. Primers that now bind to the aptamer can not be extended due to binding to the target molecule. Consequently, the mediator is not released and, in the presence of the target molecule, a signal drop is thus detected compared to the absence of the target molecule. In the absence of the target molecule, primers can bind to the aptamer and be extended by
  • the enzymatic amplification process may include, but is not limited to isothermal methods ( Figure 16).
  • the detection molecules can be immobilized in a suitable reaction vessel on a solid phase. Subsequently, the sample and the required reagents are the
  • the sample may consist of DNA, RNA and / or peptides or proteins.
  • Presence of the target molecule displaces the mediator from the mediator probe and can diffuse in the reaction mixture to the immobilized detection molecule.
  • the Method includes but is not limited to isothermal amplification methods ( Figure 17).
  • Combination with magnetic relaxometry can be used for the detection of target molecules.
  • the detection molecules can be bound to magnetic particles and allow detection by magnetic relaxometry. At the magnetic
  • the magnetic particles are magnetized by a short, magnetic pulse and thereby detects the degradation of the induced magnetic moment.
  • the hydrodynamic resistance of particles, to which mediators are bound and extended via the detection molecules immobilized on the particles is greater, ie the hydrodynamic resistance of particles to which no mediators bind. Particles to which mediators bind and extend, therefore, reduce their induced magnetic moment more slowly than particles to which no mediators bind.
  • Particles therefore differ from each other, whereby the release of mediators can be detected.
  • the method includes, but is not limited to, isothermal amplification methods.
  • Target molecules are used ( Figure 31).
  • the mediators are bound to magnetic or magnetizable nanoparticles.
  • Several mediators can be simultaneously bound to a particle.
  • the mediators initially hybridize with primers.
  • the mediator is displaced from the primer and can subsequently hybridize with a detection molecule immobilized on the solid phase.
  • the binding between the released mediator and the detection molecule causes the nanoparticles to reach the surface of the solid phase
  • Magnetic field sensors which, for example, but not exclusively, are based on galvanomagnetic, magneto-resistive, magneto-optical effects or on the Josephson effect can be used for the detection of a signal change on the surface of the solid phase. False-positive signals by attaching the non- To prevent released mediator / particle units on the solid phase, the non-released mediator / particle units can be separated from the solid phase by applying a weak magnetic field.
  • Example 25 Electrochemical detection with detection molecules containing a
  • the detection molecule is immobilized on an electrode which simultaneously constitutes the solid phase.
  • the released mediator can hybridize to the detection molecule in the mediator binding region and be extended by a polymerase.
  • the mediator binding region may be in different regions of the detection molecule.
  • the detection molecule may have a hairpin structure and be labeled at the 5 'end with a redox molecule.
  • Example 26 Detection by electrochemical detection on a solid phase
  • Detection take place on a solid phase.
  • the detection molecule is immobilized on an electrode which simultaneously constitutes the solid phase.
  • the released mediator can hybridize to the detection molecule in the mediator binding region and be extended by a polymerase. After extension, redox molecules can intercalate and intercalate into the dimer of detection molecule and extended mediator
  • the mediator can be label-free and intercalating redox molecules can be used and / or the mediator can be labeled with one or more redox molecules. If the mediator is labeled with a redox molecule, binding of the released mediator and optionally subsequent extension of the mediator to the detection molecule will result in signal generation as described in Figures 21-23.
  • the detection molecule is with one or marked several redox molecules. The binding of the released mediator and optionally subsequent extension of the mediator to the detection molecule leads to a signal change according to FIG. 24. It may be advantageous to release several mediators per target molecule and / or amplicon in order to obtain a stronger signal. The release of several mediators per target molecule can be realized, for example, by attaching mediators to several different mediator probes.
  • the mediator is labeled with (a) redox molecule (s) and released during amplification.
  • the unlabeled detection molecule is on one
  • Electrode which simultaneously represents the solid phase, immobilized and the liberated
  • Mediator can hybridize to the detection molecule in the mediator binding region. Due to the spatial proximity between the redox molecule at the mediator and the electrode surface, a signal change can be detected. The detection can be done in real time during the
  • Amplification products take place on the electrode surface.
  • the embodiment will be described below with reference to the electrochemical endpoint detection of
  • the reaction mixture was transferred into a chamber with an electrode on which the detection molecules are immobilized. Electrochemical detection of released mediators in The positive control reaction (60,000 copies of E. coli DNA) was performed by square-wave voltammetry ( Figure 32). In the positive control, the mediators are displaced during the LAMP reaction and can hybridize to the detection molecule after transferring the reaction mixture into the electrode chamber. Accordingly, the labeled mediator (here with methylene blue) accumulates on the electrode surface, which leads to the formation of a characteristic peak at -0.39 V in the case of electrochemical analysis (in this case square-wave voltammetry).
  • DNA, RNA and peptides or proteins or another combination of the mentioned substance classes are detected in parallel by the described methods in one batch.
  • the method includes, but is not limited to, isothermal amplification methods.

Abstract

The invention relates to a mediator probe for detecting at least one target molecule, comprising at least two oligonucleotides. A first oligonucleotide of the mediator probe according to the invention comprises a probe region and a mediator binding region, wherein the probe region has an affinity for a target molecule and/or template molecule, and the mediator binding region has an affinity for at least one mediator. At least one additional oligonucleotide of the mediator probe is a mediator which is bound to the first oligonucleotide of the mediator probe via the mediator binding region and has an affinity for at least one detection molecule. The mediator triggers a detectable signal after the first oligonucleotide of the mediator probe is released by interacting with the detection molecule. The invention additionally relates to a system comprising at least one mediator probe according to the invention and at least one detection module and to a method for detecting at least one target molecule.

Description

ZWEITEILIGE MEDIATORSONDE  SECONDARY MEDIATOR PROBE
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Einleitung introduction
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mediatorsonde umfassend mindestens zwei The present invention relates to a mediator probe comprising at least two
Oligonukleotide zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül. Ein erstes Oligonukleotid der erfindungsgemäßen Mediatorsonde umfasst eine Sondenregion und eine Oligonucleotides for the detection of at least one target molecule. A first oligonucleotide of the mediator probe according to the invention comprises a probe region and a
Mediatorbinderegion, wobei die Sondenregion eine Affinität zu einem Zielmolekül und/oder Vorlagemolekül aufweist, und die Mediatorbinderegion eine Affinität zu mindestens einem Mediator aufweist. Mindestens ein weiteres Oligonukleotid der Mediatorsonde ist ein Mediator, der über die Mediatorbinderegion an das erste Oligonukleotid der Mediatorsonde gebunden ist, und eine Affinität zu mindestens einem Nachweismolekül aufweist, wobei der Mediator nach Freisetzung vom ersten Oligonukleotid der Mediatorsonde durch Interaktion mit dem Nachweismolekül ein detektierbares Signal auslöst. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein System umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Mediatorsonde und mindestens ein Nachweismolekül, sowie ein Verfahren zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül. Mediatorbinderegion, wherein the probe region has an affinity for a target molecule and / or template molecule, and the Mediatorbinderegion has an affinity for at least one mediator. At least one further oligonucleotide of the mediator probe is a mediator bound via the mediator binding region to the first oligonucleotide of the mediator probe and having affinity for at least one detection molecule, the mediator upon release from the first oligonucleotide of the mediator probe by interaction with the detection molecule being a detectable signal triggers. In addition, the present invention relates to a system comprising at least one mediator probe according to the invention and at least one detection molecule, and to a method for detecting at least one target molecule.
Stand der Technik State of the art
DNA-Amplifikationen werden unter anderem in der klinischen Diagnostik zur Untersuchung von Krankheiten eingesetzt. Bei der DNA-Amplifikation wird eine hohe Anzahl an Kopien der gewünschten Zielsequenz hergestellt, sodass eine anfänglich geringe Menge an DNA sichtbar gemacht werden kann. DNA amplifications are used, inter alia, in clinical diagnostics for the study of diseases. DNA amplification produces a high number of copies of the desired target sequence so that an initial small amount of DNA can be visualized.
Die Amplifikation von DNA kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden. Neben der PCR, bei der thermisch zwischen etwa 60°C und 95°C gecycelt werden muss, werden auch isotherme Amplifikationsmethoden, wie beispielsweise LAMP (62°C) oder RPA (39°C), verwendet. Für die Echtzeitverfolgung der DNA-Amplifikation und zur Detektion der The amplification of DNA can be carried out by various methods. In addition to the PCR, in which thermally between about 60 ° C and 95 ° C must be recycled, isothermal amplification methods, such as LAMP (62 ° C) or RPA (39 ° C), are used. For real-time DNA amplification and detection of DNA amplification
Amplifikationsprodukte sind verschiedene Ansätze vorhanden. Biolumineszenz, Amplification products have different approaches. bioluminescence,
Chemolumineszenz, Trübungsmessungen, sowie fluoreszenzbasierte Nachweismethoden ermöglichen unter anderem den Nachweis und die Quantifizierung der zu untersuchenden DNA. Ein Großteil der genannten Methoden ist nur zur Detektion der gesamten Menge an amplifizierter DNA in der Probe fähig und kann nicht zwischen verschiedenen Zielsequenzen unterscheiden. Diese Methoden sind daher nur für so genannte Singleplex-Nachweise geeignet. Fluoreszenzbasierte, sowie Lumineszenz- und elektrochemische und weitere Nachweismethoden eröffnen darüber hinaus weitere Einsatzmöglichkeiten. Neben interkalierenden Nachweismolekülen, welche unspezifisch mit DNA-Strängen wechselwirken, werden modifizierte Oligonukleotide eingesetzt. Letztere können für Zielsequenz-spezifische Analysen eingesetzt werden, während interkalierende Nachweismoleküle oftmals auch zu einem falsch-positiven Nachweis von unspezifischen Nebenprodukten führen. In der klinischen Analytik und in vitro-Diagnostik ist es sinnvoll, mehrere Zielmoleküle innerhalb einer Reaktion parallel nachweisen zu können, da beispielsweise viele Erkrankungen durch verschiedene Bakterien oder Viren verursacht werden können. Demnach besitzen Multianalyt-Nachweise große Bedeutung, wozu im Folgenden einige Beispiele aufgeführt werden: Beispielsweise ist für die Blutgruppenbestimmung nicht nur die AB0- Genotypisierung relevant, sondern auch die Erstellung des Humanen Neutrophilen Antigen- Profils (HNA), welches für Blut- und Gewebetransfusionen ermittelt werden muss. Auch die parallele Überprüfung von Blutspenderproben auf HIV-Varianten und Hepatitis-B bzw. -C- Viren wird routinemäßig mit Immunoassays oder Nukleinsäure-basierten Techniken durchgeführt. Der spezifische Nachweis von Pathogenen bedingt die Bestimmung mehrerer genomischer Loci, um eine davon abgeleitete Diagnose nach kurzen Analysezeiten zu ermöglichen. Chemiluminescence, turbidity measurements and fluorescence-based detection methods make it possible, among other things, to detect and quantify the DNA to be examined. Much of the above methods are only capable of detecting the total amount of amplified DNA in the sample and can not distinguish between different target sequences. These methods are therefore only suitable for so-called single-plex detection. Fluorescence-based as well as luminescence and electrochemical and further detection methods open up further application possibilities. Next intercalating detection molecules, which interact nonspecifically with DNA strands, modified oligonucleotides are used. The latter can be used for target sequence-specific analyzes, while intercalating detection molecules often lead to false-positive detection of nonspecific by-products. In clinical analysis and in vitro diagnostics, it makes sense to be able to detect several target molecules in parallel within a reaction, since, for example, many diseases can be caused by different bacteria or viruses. Accordingly, multianalyte proofs are of great importance, for which a few examples are listed below: For example, not only ABO genotyping is relevant for blood group determination, but also the creation of the human neutrophil antigen profile (HNA), which determines blood and tissue transfusions must become. Parallel testing of blood donor samples for HIV variants and hepatitis B and C viruses is also routinely performed using immunoassays or nucleic acid-based techniques. The specific detection of pathogens requires the determination of several genomic loci in order to enable a diagnosis derived from this after short analysis times.
Die Aktivitätsbestimmung verschiedener Marker- und Kontrollgene erlaubt die Erstellung eines Expressionsprofils. Dies kann beispielsweise verwendet werden, um Onkogene, welche Zellteilung und Zelldifferenzierung beeinflussen und daher in enger Korrelation zu Krebserkrankungen stehen, zu identifizieren oder Vorhersagen über die Wirksamkeit bestimmter Medikamente abhängig vom Genotyp des Patienten zu treffen (Personalisierte Medizin). Auch häufig vertretene Erbkrankheiten lassen sich in der molekularbiologischen (Pränatal-) Diagnostik nachweisen, dazu zählen u.a. Zystische Fibrose (Mukoviszidose), Phenylketonurie (Stoffwechselstörung) und Thalassämie (Degradation der Erythrozyten). Des Weiteren erlaubt die gemeinsame Detektion von Entzündungsmarkern, wie The activity determination of different marker and control genes allows the creation of an expression profile. This can be used, for example, to identify oncogenes that affect cell division and differentiation and are therefore closely correlated to cancers or to make predictions about the efficacy of certain drugs depending on the genotype of the patient (Personalized Medicine). Frequently represented hereditary diseases can also be detected in molecular biological (prenatal) diagnostics, which include u.a. Cystic fibrosis (cystic fibrosis), phenylketonuria (metabolic disorder) and thalassemia (erythrocyte degradation). Furthermore, the common detection of inflammatory markers, such as
Procalcitonin oder Cytokine, einen Rückschluss auf den Schweregrad einer Infektion.  Procalcitonin or cytokines, a conclusion on the severity of an infection.
Wenn, wie in den oben aufgezeigten Beispielen, die diagnostische Fragestellung die Analyse mehrerer Zielmoleküle, genetischer Loci oder anderer Marker sowie interner Kontrollen bzw. Referenzen erforderlich macht, sind Methoden, die nur die Bestimmung eines einzelnen Parameters pro Analyse erlauben, in der Regel wenig aussagekräftig. Werden zur Erfassung mehrerer Parameter verschiedene Einzelanalysen parallel durchgeführt, ist das andererseits unökonomisch: Die Probenlösung muss in mehrere Reaktionsansätze aufgeteilt werden, in denen unterschiedliche Zielmoleküle nachgewiesen werden. Ein auftretendes Problem dabei ist, dass durch das Aufteilen der Probenlösungen in n Aliquote die Stoffmenge in der Einzelreaktion um Faktor 1/n reduziert wird, wobei sich die Sensitivität der Nachweisreaktion entsprechend erniedrigt. If, as in the above examples, the diagnostic problem requires the analysis of several target molecules, genetic loci or other markers, as well as internal controls or references, then methods that allow only the determination of a single parameter per analysis are generally less meaningful , On the other hand, if different individual analyzes are carried out in parallel to record several parameters, this is uneconomical: The sample solution must be divided into several reaction mixtures in which different target molecules are detected. A problem that arises is that by dividing the sample solutions into n aliquots, the amount of substance in the Single reaction is reduced by a factor of 1 / n, whereby the sensitivity of the detection reaction is lowered accordingly.
Um diese Nachteile zu umgehen, werden zur Erfassung mehrerer Parameter homogene oder heterogene Reaktionsansätze erstellt, in denen unterschiedliche Zielmoleküle parallel nachgewiesen werden. Hierbei werden verschiedene, für den Nachweis markierte To circumvent these disadvantages, homogeneous or heterogeneous reaction mixtures are prepared for the detection of several parameters, in which different target molecules are detected in parallel. Here are different, marked for the detection
Oligonukleotide eingesetzt, welche spezifisch an das nachzuweisende Zielmolekül binden. Bei der beschriebenen direkten Abhängigkeit zwischen markiertem Oligonukleotid und Zielmolekül tritt das Problem auf, dass die Verwendung einer neuen Sonde erforderlich ist, wenn sich eine neue experimentelle Fragestellung ergibt, z.B. ein abweichender Genotyp eines Virus nachgewiesen werden soll. Dadurch ist es notwendig, für jede neue  Oligonucleotides are used which bind specifically to the target molecule to be detected. In the described direct dependence between labeled oligonucleotide and target molecule, the problem arises that the use of a new probe is required when a new experimental problem arises, e.g. a different genotype of a virus is to be detected. This makes it necessary for each new one
experimentelle Fragestellung neue, markierte Oligonukleotide für die Detektion zu entwickeln. Dies ist zeitaufwendig und aufgrund der für den Nachweis benötigten experimental problem to develop new, labeled oligonucleotides for detection. This is time consuming and required for the proof
Modifikationen an den Oligonukleotiden mit hohen Kosten verbunden. Modifications to the oligonucleotides are associated with high costs.
Alternativ zum parallelen Nachweis verschiedener Zielsequenzen in homogenen Reaktions- ansätzen können Oligonukleotide für die Detektion an einer Festphase immobilisiert werden (heterogener Nachweis). Je nach signalgebender Position an der Festphase kann auf das Vorhandensein bestimmter Zielsequenzen zurückgeschlossen werden. Hierbei tritt wieder bei der direkten Abhängigkeit zwischen markiertem Oligonukleotid und Zielmolekül das Problem auf, dass die immobilisierten Oligonukleotide auf die experimentelle Fragestellung angepasst werden müssen. Für jede neue experimentelle Fragestellung müssen demnach wieder neue Oligonukleotide an einer Festphase immobilisiert werden. Dies ist aufgrund des aufwändigen Herstellungsprozesses sehr zeitaufwendig. As an alternative to the parallel detection of different target sequences in homogeneous reaction mixtures, oligonucleotides can be immobilized on a solid phase for detection (heterogeneous detection). Depending on the signaling position on the solid phase can be deduced the presence of certain target sequences. In this case, again occurs in the direct dependence between labeled oligonucleotide and target molecule, the problem that the immobilized oligonucleotides must be adapted to the experimental question. Accordingly, new oligonucleotides must again be immobilized on a solid phase for each new experimental problem. This is very time consuming due to the complex manufacturing process.
Aus der nachteilhaften Verwendung Zielsequenz-spezifischer Oligonukleotide mit From the disadvantageous use of target sequence-specific oligonucleotides with
Markierungen für den Nachweis oder an verschiedenen Positionen einer Festphase erschließt sich die Notwendigkeit einer universellen Nachweismethode, welche Markers for detection or at different positions of a solid phase reveal the need for a universal detection method which
sequenzspezifisch und dennoch kostengünstig ist. Bei einer universellen Methode ist die Sequenz der signalgenerierenden Oligonukleotide (Nachweismoleküle) unabhängig von der nachzuweisenden Zielsequenz. Für verschiedene Zielsequenzen können die gleichen, bereits optimierten, signalgenerierenden Oligonukleotide verwendet werden. Folglich können Arbeitszeit und damit Arbeitskosten gespart werden, da die signalgenerierenden sequence-specific and yet cost-effective. In a universal method, the sequence of the signal-generating oligonucleotides (detection molecules) is independent of the target sequence to be detected. For different target sequences, the same, already optimized, signal-generating oligonucleotides can be used. Consequently, working time and thus labor costs can be saved as the signal-generating
Oligonukleotide nicht für jede Nachweisreaktion neu angepasst werden müssen. Oligonucleotides do not need to be readjusted for each detection reaction.
Sequenzspezifische, universelle Nachweismethoden sind bereits bekannt, jedoch sind diese mit einigen Nachteilen behaftet. Vor allem werden Enzyme eingesetzt, die nur mit bestimmten Amplifikationsmethoden, meist nicht-isothermen Amplifikationsmethoden kompatibel sind. Dazu zählen beispielsweise das Multianalyt Reportersystem nach Faltin et al. 2012 und die Verwendung von universellen Duplex-Sonden nach Yang et al. 2008. Bei den genannten Methoden ist ein Enzym, beispielsweise eine Polymerase, mit Sequence-specific, universal detection methods are already known, but they have some disadvantages. Above all, enzymes are used which are compatible only with certain amplification methods, usually non-isothermal amplification methods. These include, for example, the multi-analyte reporter system according to Faltin et al. 2012 and the use of universal duplex probes according to Yang et al. 2008. In the above methods, an enzyme, such as a polymerase, with
Nukleaseaktivität zwingend notwendig, wobei jedoch bei der LAMP oder RPA die Nuclease activity mandatory, but with the LAMP or RPA the
verwendeten Polymerasen diese Nukleaseaktivität nicht besitzen. Sogenannte Strand Displacement Polymerasen kommen bei der sequenzspezifischen, universellen Detektion bisher kaum zum Einsatz. Zudem besteht bei dem Verfahren nach Yang et al. 2008 die Gefahr, dass falsch-positive Signale erzeugt werden. used polymerases do not possess this nuclease activity. So-called beach displacement polymerases are rarely used in sequence-specific, universal detection. In addition, in the method according to Yang et al. 2008, the danger that false-positive signals are generated.
Die WO 2013079307 A1 beschreibt ein universell einsetzbares Verfahren zum Nachweis von mindestens einem Zielmolekül mit Hilfe eines Systems, welches eine Mediatorsonde und ein universelles Reportermolekül umfasst. Bei einer Mediatorfreisetzung durch Spaltung ist ein Enzym mit Nukleaseaktivität notwendig. Bei einer PCR besitzt in den meisten WO 2013079307 A1 describes a method which can be used universally for the detection of at least one target molecule with the aid of a system which comprises a mediator probe and a universal reporter molecule. In a mediator release by cleavage, an enzyme with nuclease activity is necessary. In a PCR has in most
Ausführungsformen die Polymerase diese Nukleaseaktivität, weshalb bei dieser Embodiments, the polymerase this nuclease activity, which is why in this
Amplifikationsmethode keine zusätzlichen Enzyme benötigt werden. Bei isothermen Amplification method no additional enzymes are needed. At isothermal
Amplifikationsmethoden allerdings, wie beispielsweise bei der LAMP oder RPA, oder bei einer PCDR besitzen die verwendeten Polymerasen diese Nukleaseaktivität nicht. Folglich ist eine Mediatorfreisetzung durch Spaltung nur durch Zugabe von Enzymen möglich, welche eine Nukleaseaktivität aufweisen. Ein Nachteil dabei ist, dass zusätzliche Enzyme mit anderen Komponenten im Reaktionsmix interagieren und somit die Effizienz der Amplification methods, however, such as in LAMP or RPA, or in a PCDR, the polymerases used do not have this nuclease activity. Thus, mediator release by cleavage is possible only by the addition of enzymes which have nuclease activity. A disadvantage is that additional enzymes interact with other components in the reaction mix and thus the efficiency of the
Nachweisreaktion beeinflussen können. Darüber hinaus erhöht der Bedarf an zusätzlichen Enzymen die Kosten des Reaktionsmixes für die Nachweisreaktion. Zudem tritt durch den Einsatz zusätzlicher Enzyme ein zusätzlicher Arbeitsaufwand für das Optimieren der Nachweisreaktion unter den veränderten Bedingungen auf. Can affect detection reaction. In addition, the need for additional enzymes increases the cost of the reaction mix for the detection reaction. In addition, the use of additional enzymes adds additional work to optimizing the detection reaction under the altered conditions.
Die US 2016/0312271 A1 beschreibt ein universell einsetzbares Verfahren zum Nachweis von mindestens einem Zielmolekül mit Hilfe eines Systems, welches eine spaltbare Sonde und ein universelles Nachweismolekül umfasst. Im Verfahren gemäß US 2016/0312271 A1 wird die Nachweisreaktion analog zu WO 2013079307 A1 durch Spaltung eines US 2016/0312271 A1 describes a method which can be used universally for the detection of at least one target molecule with the aid of a system which comprises a cleavable probe and a universal detection molecule. In the method according to US 2016/0312271 A1, the detection reaction is analogous to WO 2013079307 A1 by cleavage of a
Oligonukleotids ausgelöst. Entsprechend tritt der gleiche Nachteil auf, dass Enzyme mit Nukleaseaktivität notwendig sind. Triggered oligonucleotide. Accordingly, the same drawback occurs that enzymes with nuclease activity are necessary.
Im Stand der Technik sind zudem Verfahren beschrieben, bei denen Primer eingesetzt werden, welche eine Haarnadelbildungssequenz, sowie kovalent gebundene Fluorophore oder gebundene, fluoreszenzmarkierte Sonden umfassen. Zudem wird eine zweite, fluoreszenzmarkierte Sonde verwendet, welche an das Amplikon binden und mit dem ersten Fluorophor wechselwirken kann. Die Zielsequenz-spezifische Haarnadelbildungssequenz, sowie die Zielsequenz-spezifische zweite Sonde führen zu dem Nachteil, dass die The prior art also describes methods using primers comprising a hairpin sequence, as well as covalently bonded fluorophores or bound fluorescently labeled probes. In addition, a second, fluorescently labeled probe is used, which can bind to the amplicon and interact with the first fluorophore. The target sequence-specific hairpin sequence, as well as the target sequence-specific second probe lead to the disadvantage that the
Fluorophore nicht an universellen Sequenzabschnitten angebracht sind und dadurch keine universelle Einsetzbarkeit dieser Methode gegeben ist. Die Signalgenerierung muss demnach für neue Nachweisreaktion separat optimiert werden. Zudem birgt die zusätzliche zweite Sonde ein Risiko bei Verwendung von Strand Displacement Polymerasen, da eine erste, am Primer gebundene Sonde verlängert werden und somit die zweite Sonde verdrängen kann. Fluorophores are not attached to universal sequence sections and therefore none universal applicability of this method is given. The signal generation must therefore be optimized separately for new detection reaction. In addition, the additional second probe poses a risk when using Strand Displacement Polymerases, since a first probe bound to the primer can be extended and thus displace the second probe.
An dieser Stelle ist die sequenzspezifische Detektion von Amplifikationsprodukten unter Verwendung von Strand Displacement Polymerasen in einer LAMP nach Tanner et al. 2012 zu erwähnen. Bei dieser Nachweismethode sind Fluoreszenzdonor und Fluoreszenzakzeptor an Zielsequenz-spezifische Oligonukleotide gebunden, weshalb diese Methode nicht universell ist und dementsprechend den Nachteil aufweist, dass für jede neue At this point, the sequence-specific detection of amplification products using Strand Displacement polymerases in a LAMP according to Tanner et al. To mention 2012. In this detection method, fluorescence donor and fluorescence acceptor are bound to target sequence-specific oligonucleotides, which is why this method is not universal and therefore has the disadvantage that for each new
Nachweisreaktion die Detektion optimiert werden muss. Detection reaction the detection must be optimized.
Weiterhin wurden Detektionsverfahren auf Basis von Molecular Beacons beschrieben, welche Primersequenzen enthalten und somit Zielsequenz-spezifische Bereiche aufweisen. Ein Nachteil ergibt sich erneut aus der Abhängigkeit von der Zielsequenz, denn die signalgenerierenden Markierungen befinden sich an Zielsequenz-spezifischen Furthermore, detection methods based on molecular beacons have been described which contain primer sequences and thus have target sequence-specific regions. A disadvantage arises again from the dependence on the target sequence, because the signal-generating labels are located on target sequence-specific
Oligonukleotiden, weshalb diese Detektionsmethode nicht universell einsetzbar ist. Zudem hängt die Fluoreszenzausbeute sowie das Gleichgewicht zwischen geschlossener und geöffneter Konformation des Molecular Beacons von der Primersequenz ab. Die  Oligonucleotides, which is why this detection method is not universally applicable. In addition, the fluorescence yield as well as the equilibrium between closed and open conformation of the molecular beacon depends on the primer sequence. The
Detektionsreaktion muss somit für jede neue Nachweisreaktion separat optimiert werden. Die in der Literatur beschriebenen universellen Technologien, die Strand Displacement Polymerasen verwenden, sind ebenfalls noch mit einigen Nachteilen behaftet. Detection reaction must therefore be optimized separately for each new detection reaction. The universal technologies described in the literature using Strand Displacement polymerases also have some disadvantages.
Beispielsweise besteht unter Verwendung eines an einen Primer hybridisierten Molecular Beacon nach Li et al. 2006 oder CN 101328498 A die Gefahr, dass es aufgrund der Stabilität der Haarnadelstruktur des Molecular Beacon zur Generierung eines falsch-positiven Signals in Abwesenheit des Zielmoleküls kommt (Li et al. 2007). Zudem wurde diese For example, using a primer-hybridized molecular beacon according to Li et al. 2006 or CN 101328498 A there is a risk that the stability of the hairpin structure of the Molecular Beacon will lead to the generation of a false-positive signal in the absence of the target molecule (Li et al., 2007). In addition, this was
Nachweismethode bisher nur bei Amplifikationsreaktionen via PCR angewendet. Die  Detection method previously used only in amplification reactions via PCR. The
Funktion bei Verwendung isothermer Amplifikationsmethoden ist nicht erwiesen und die Stabilität der Haarnadelstruktur, welche bei niedrigeren Temperaturen (LAMP, RPA) noch stärker ausgeprägt ist, spricht gegen die Verwendung dieser Methode in Kombination mit isothermer Amplifikation. Der Einsatz von universellen, fluoreszenzmarkierten Primern nach G.J. Nuovo et al. 1999 wiederrum birgt das Risiko, dass bei unspezifischen Function when using isothermal amplification methods is not proven and the stability of the hairpin structure, which is even more pronounced at lower temperatures (LAMP, RPA), argues against the use of this method in combination with isothermal amplification. The use of universal, fluorescently labeled primers according to G.J. Nuovo et al. 1999 again entails the risk of being unspecific
Amplifikationsprodukten eine Hybridisierung des universellen Primers ebenfalls zu einer falsch-positiven Signalgenerierung führen kann. Amplification products hybridization of the universal primer can also lead to a false-positive signal generation.
Keine der Methoden des Standes der Technik ermöglicht die parallele Detektion None of the prior art methods allow parallel detection
verschiedener Moleküle und Molekülklassen, wie z.B. Proteine und Nukleinsäuren in einem Arbeitsschritt, womit ein kombiniertes DNA-RNA-Protein-Profil einer Probe erstellt werden könnte. various molecules and classes of molecules, such as proteins and nucleic acids in one A step in which a combined DNA-RNA-protein profile of a sample could be generated.
Für diagnostische Fragestellungen, die Analysen mehrerer verschiedener Zielmoleküle aus unterschiedlichen Stoffklassen erforderlich machen, sind Nachweismethoden vorteilhaft, die unterschiedliche Stoffklassen, wie Proteine und Nukleinsäuren, nebeneinander nachweisen können. Die in der Literatur beschriebenen Nachweismethoden, welche den simultanen Nachweis von mehreren Molekülklassen zulassen, sind entweder keine universell einsetzbaren Methoden (Das et al. 2012) oder weisen zusätzlich den Nachteil auf, dass die Nachweisreaktion in mehreren Stufen ausgeführt werden muss (Linardy et al. 2016), was einen großen Arbeits- und Zeitaufwand bei der Durchführung mit sich bringt. For diagnostic questions that require analyzes of several different target molecules from different substance classes, detection methods are advantageous, which can detect different substance classes, such as proteins and nucleic acids, side by side. The detection methods described in the literature, which permit the simultaneous detection of several classes of molecules, are either not universally applicable methods (Das et al., 2012) or additionally have the disadvantage that the detection reaction has to be carried out in several stages (Linardy et al. 2016), which requires a great deal of work and time in the implementation.
Somit ergibt sich der Bedarf einer sequenzspezifischen, universellen Nachweismethode, mit welcher mehrere Analyten simultan nachgewiesen werden können und welche die Nachteile der Methoden aus dem Stand der Technik umgeht. Zusätzlich bedarf es einer Thus, there is a need for a sequence-specific, universal detection method that can simultaneously detect multiple analytes and obviate the disadvantages of the prior art methods. In addition, it requires one
Nachweismethode, welche für verschiedene Amplifikationsmethoden eingesetzt werden kann, unabhängig davon, ob letztere isotherm oder nicht-isotherm ablaufen. Detection method that can be used for various amplification methods, regardless of whether the latter is isothermal or non-isothermal.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Mediatorsonde, sowie ein System und ein Verfahren zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül bereitzustellen, das die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. It is therefore an object of the present invention to provide a mediator probe, as well as a system and a method for the detection of at least one target molecule, which does not have the disadvantages of the prior art described above.
Entsprechend bestand die Aufgabe darin, eine Mediatorsonde und ein Verfahren Accordingly, the object was a mediator probe and a method
bereitzustellen, durch die im Wesentlichen eine simultane, universelle und/oder provide, by essentially a simultaneous, universal and / or
sequenzspezifische Detektion mehrerer Analyten unterschiedlicher Molekülklassen ermöglicht wird. sequence-specific detection of multiple analytes of different classes of molecules is made possible.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung General description of the invention
Gelöst wird die Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte The problem is solved by the independent claims. advantageous
Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Embodiments emerge from the subclaims.
Erfindungsgemäß wird die vorliegende technische Aufgabe durch die Bereitstellung einer zweiteiligen Mediatorsonde zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül gelöst. According to the invention, the present technical problem is solved by providing a two-part mediator probe for the detection of at least one target molecule.
Die erfindungsgemäße Mediatorsonde zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül umfasst mindestens zwei Oligonukleotide und ist dadurch gekennzeichnet, dass The mediator probe according to the invention for the detection of at least one target molecule comprises at least two oligonucleotides and is characterized in that
a) ein erstes Oligonukleotid eine Sondenregion und eine Mediatorbinderegion umfasst, wobei  a) a first oligonucleotide comprises a probe region and a mediator binding region, wherein
o die Sondenregion eine Affinität zu einem Zielmolekül und/oder  the probe region has an affinity for a target molecule and / or
Vorlagemolekül aufweist, und o die Mediatorbinderegion eine Affinität zu mindestens einem Mediator aufweist, und Having template molecule, and the mediator binding region has an affinity for at least one mediator, and
b) mindestens ein weiteres Oligonukleotid ein Mediator ist, der  b) at least one further oligonucleotide is a mediator which
o über die Mediatorbinderegion an das erste Oligonukleotid der Mediatorsonde gebunden ist, und  o is bound via the Mediatorbinderegion to the first oligonucleotide of the mediator probe, and
o eine Affinität zu mindestens einem Nachweismolekül aufweist, wobei der Mediator nach Freisetzung vom ersten Oligonukleotid der Mediatorsonde durch Interaktion mit dem Nachweismolekül ein detektierbares Signal auslöst.  o has an affinity for at least one detection molecule, wherein the mediator triggers a detectable signal after release from the first oligonucleotide of the mediator probe by interaction with the detection molecule.
Eine erfindungsgemäße Mediatorsonde umfasst somit ein erstes Molekül oder A mediator probe according to the invention thus comprises a first molecule or
Oligonukleotid, welches eine Mediatorbinderegion sowie eine Sondenregion umfasst, und ein zweites Molekül oder Oligonukleotid, den Mediator. Die Sondenregion des ersten Moleküls weist eine Affinität zum Zielmolekül und/oder Vorlagemolekül auf und die An oligonucleotide comprising a mediator binding region and a probe region, and a second molecule or oligonucleotide, the mediator. The probe region of the first molecule has an affinity for the target molecule and / or template molecule and the
Mediatorbinderegion weist eine Affinität zu dem Mediator oder den Mediatoren auf. Ein Vorlagemolekül wird eingesetzt, wenn die Sondenregion nicht direkt mit dem Zielmolekül wechselwirken kann. Folglich dient ein Vorlagemolekül als Vermittler zwischen Zielmolekül und Sondenregion. Mediator binding region has an affinity for the mediator or mediators. A template molecule is used when the probe region can not interact directly with the target molecule. Thus, a template molecule serves as a mediator between the target molecule and the probe region.
Der Mediator wird nach der Bindung der Sondenregion an ein Zielmolekül und/oder The mediator is after binding of the probe region to a target molecule and / or
Vorlagemolekül von der Mediatorbinderegion durch ein Molekül, bevorzugt ein Enzym mit DNA-strangtrennender Wirkung sowie in bestimmten Ausführungen mit zusätzlich Template molecule of the Mediatorbinderegion by a molecule, preferably an enzyme with DNA strand-separating effect and in certain versions with additional
polymerisierender Wirkung, bevorzugt einer Strand Displacement Polymerase, verdrängt. Durch Interaktion des Mediators mit einem Nachweismolekül wird ein detektierbares Signal ausgelöst. Eine Strand Displacement Polymerase besitzt eine Strangverdrängungsaktivität und verdrängt während der Amplifikation den zum amplifizierten Strang komplementären Strang. Es war völlig überraschend, dass es durch geschicktes Ausnutzen der universellen polymerizing effect, preferably a Strand Displacement Polymerase, displaced. Interaction of the mediator with a detection molecule triggers a detectable signal. A strand displacement polymerase has strand displacement activity and displaces the strand complementary to the amplified strand during amplification. It was completely surprising that it was through skillful exploitation of the universal
Einsetzbarkeit der Mediatorsonde möglich ist, diese zur Detektion von unterschiedlichen Zielmolekülen einzusetzen. Hierbei ist es überraschenderweise möglich unter Verwendung mehrerer erfindungsgemäßer Mediatorsonden mehrere Zielmoleküle simultan in einer Probe nachzuweisen. Die erfindungsgemäße Mediatorsonde ermöglicht eine universelle sequenzabhängige Detektion von beliebigen Nukleinsäuresequenzen des Zielmoleküls und/oder  Applicability of the mediator probe is possible to use these for the detection of different target molecules. It is surprisingly possible to detect several target molecules simultaneously in a sample using several mediator probes according to the invention. The mediator probe according to the invention enables a universal sequence-dependent detection of any desired nucleic acid sequences of the target molecule and / or
Vorlagemoleküls. Hierbei kann ein Nachweismolekül verwendet werden, welches ein festes Design unabhängig von der Zielsequenz bzw. Sondenregion der Mediatorsonde hat. Template molecule. In this case, a detection molecule can be used which has a solid design independent of the target sequence or probe region of the mediator probe.
Überraschenderweise ist es möglich, dass die Freisetzung des Mediators und die darauffolgende Signalgenerierung durch Interaktion mit einem Nachweismolekül bei unterschiedlichen Amplifikationsmethoden angewandt werden kann und nicht auf spezielle Systeme beschränkt sind. Durch geschicktes Ausnutzen der jeweiligen Bedingungen bei verschiedenen Amplifikationsmethoden kann die oben genannte Mediatorfreisetzung leicht auf das jeweilige System angepasst werden. Surprisingly, it is possible that the release of the mediator and the subsequent signal generation by interaction with a detection molecule can be applied to different amplification methods and are not limited to specific systems. By skillfully exploiting the respective conditions in various amplification methods, the above mediator release can easily be adapted to the respective system.
Im Stand der Technik gibt es verschiedene Systeme zur Detektion von In the prior art there are various systems for the detection of
Nukleinsäurezielsequenzen, die auf markierten Oligonukleotid-Sonden oder Primern beruhen. Diese Methoden sind aber im Gegensatz zu der hier beschriebenen Nucleic acid target sequences based on labeled oligonucleotide probes or primers. However, these methods are in contrast to the one described here
erfindungsgemäßen Methode, die auf dem erfindungsgemäßen System und der method according to the invention, based on the system according to the invention and the
erfindungsgemäßen Mediatorsonde beruhen, keine universellen Detektionsmethoden, die unabhängig von der der Zielsequenz mit verschiedenen Zielspezifischen Molekülen durchgeführt werden können. Mediator probe according to the invention, no universal detection methods that can be performed independently of the target sequence with different target-specific molecules.
Oft sind im Stand der Technik die signalgenerierenden Modifikationen, wie Fluorophor und Quencher, an Zielsequenz-spezifischen Oligonukleotiden (Primern), angebracht. Das signalgenerierende Molekül kann in diesen Fällen nicht für verschiedene Often, in the prior art, the signal-generating modifications, such as fluorophore and quencher, are attached to target sequence-specific oligonucleotides (primers). The signal-generating molecule in these cases can not for different
Nachweisreaktionen verwendet werden, da es für jedes Zielmolekül individuell designt und optimiert werden muss. Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist daher die universelle Einsetzbarkeit der signalgenerierenden universellen Nachweismoleküle genannt im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Mediatorsonde. Diese universellen Reportermoleküle enthalten signalgenerierende Moleküle, jedoch keine Zielsequenz-spezifischen Abschnitte. Die universellen Reportermoleküle können für den Nachweis verschiedener Zielmoleküle eingesetzt werden, ohne dass die Reportermoleküle hierfür neu designt oder optimiert werden müssen. Es muss lediglich die zweiteilige  Detection reactions are used because it must be individually designed and optimized for each target molecule. A great advantage of the present invention over the prior art is therefore the universal applicability of the signal-generating universal detection molecules called in connection with the mediator probe according to the invention. These universal reporter molecules contain signal generating molecules, but no target sequence specific sections. The universal reporter molecules can be used to detect different target molecules without having to redesign or optimize the reporter molecules for this purpose. It just has to be the two-part one
Mediatorsonde angepasst werden. Die erfindungsgemäße Mediatorsonde weißt zudem ein vereinfachtes Primerdesign auf. Die als Primer verwendeten Oligonukleotide müssen im Gegensatz zu Systemen des Standes der Technik weder zur Fluoreszenz befähigte Mediator probe be adjusted. The mediator probe according to the invention also has a simplified primer design. The oligonucleotides used as primers do not have to be capable of fluorescence unlike prior art systems
Moleküle oder Linker-Moleküle enthalten, noch enthalten sie eine zweite Zielsequenzspezifische Region. Contain molecules or linker molecules, nor do they contain a second target sequence specific region.
Während des Amplifikationsvorganges wird bei Verfahren des Standes der Technik der mit Fluorophor und Quencher markierte Rest des Primers wieder vom Zielmolekül durch die strangverdrängende Polymerase verdrängt und somit das Signal wieder in den During the amplification process, in prior art methods, the fluorophore and quencher-labeled residue of the primer is again displaced from the target molecule by the strand-displacing polymerase, thus reentering the signal
ursprünglichen Zustand versetzt und damit keine nachhaltige Signaländerung garantiert. Zudem ist bei vielen Detektionsverfahren des Standes der Technik ein Enzym mit initial state and thus does not guarantee a sustainable signal change. In addition, in many detection methods of the prior art, an enzyme with
Nukleaseaktivität zwingend notwendig, beispielsweise eine Polymerase, wobei jedoch bei der im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt genutzten LAMP oder RPA die verwendeten Polymerasen diese Nukleaseaktivität nicht besitzen. Erfindungsgemäß ist eine Nukleaseaktivität bevorzugter Weise nicht notwendig, weshalb auch isothermale Nuclease activity mandatory, for example, a polymerase, but with the preferred in the context of the present invention LAMP or RPA the used polymerases do not possess this nuclease activity. According to the invention, a nuclease activity is preferably not necessary, which is why isothermal
Amplifikationsverfahren verwendet werden. Viele Detektionsmethoden des Standes der Technik können hingegen nicht bei der isothermalen Amplifikationsmethode, wie z.B. LAMP eingesetzt werden. Amplification method can be used. On the other hand, many prior art detection methods can not be used in the isothermal amplification method, e.g. LAMP can be used.
Im Gegensatz zu Verfahren des Standes der Technik kommt es im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt nicht zu einer Spaltung der Mediatorsonde. Die Mediatorsonde ist im Gegensatz zu beschriebenen System zweiteilig, so dass die Freisetzung des Mediators ohne Spaltung einer kovalenten Bindung durch Verdrängung erfolgen kann. Hierdurch ist vorteilhafterweise der Echtzeitnachweis eines Zielmoleküls in einer isothermen In contrast to methods of the prior art, the cleavage of the mediator probe preferably does not occur in the method according to the invention. The mediator probe is in two parts in contrast to the described system, so that the release of the mediator can be carried out without cleavage of a covalent bond by displacement. This advantageously provides real-time detection of a target molecule in an isothermal
Amplifikationsreaktion möglich, bei der keine Polymerase mit Nukleaseaktivität eingesetzt wird. Zudem kann durch den Einsatz mehrerer Mediatoren pro Mediatorsonde das  Amplification reaction possible in which no polymerase is used with nuclease activity. In addition, the use of multiple mediators per Mediatorsonde the
Detektionssignal verstärkt werden, und die verschiedenen Mediatoren einer Sonde können unterschiedliche Detektionssignale generieren. Erfindungsgemäß ist auch bei Verwendung mehrerer Mediatoren pro Mediatorsonde nur eine spezifische Bindestelle zum Zielmolekül notwendig. Für bekannte System oder Verfahren des Standes der Technik müssen dagegen mehrere komplette Mediatorsondensysteme eingesetzt werden, falls mehrere Mediatoren freigesetzt werden sollen. Detection signal are amplified, and the different mediators of a probe can generate different detection signals. According to the invention, only a specific binding site to the target molecule is necessary even if several mediators are used per mediator probe. In contrast, prior art systems or methods of the prior art require the use of multiple complete mediator probe systems if multiple mediators are to be released.
Im Stand der Technik sind Systeme bekannt, die Primer mit einer Zielmolekül-spezifischen Sequenz enthalten und mit einer Fluorophor-markierten Sonde hybridisieren können. ImSystems are known in the art which contain primers with a target molecule-specific sequence and can hybridize with a fluorophore-labeled probe. in the
Gegensatz zu diesen Verfahren trägt aber der Mediator der erfindungsgemäßen zweiteiligen Mediatorsonde bevorzugt keine Markierungen zur Signalgenerierung. Ist ein Fluorophor durch eine separate Sonde an einen Primer durch Hybridisierung gebunden, so kann das Fluorophor dennoch von dem Zielsequenz-spezifischen Abschnitt des Primers beeinflusst werden. Befinden sich Guanin-Basen in der Primersequenz, so kann die In contrast to these methods, however, the mediator of the two-part mediator probe according to the invention preferably carries no markings for signal generation. If a fluorophore is bound to a primer by hybridization through a separate probe, then the fluorophore may still be affected by the target sequence-specific portion of the primer. If guanine bases are present in the primer sequence, the
Fluoreszenzausbeute des Fluorophors durch die Guanin-Basen negativ beeinflusst werden. Somit entsteht eine Beeinflussung/Abhängigkeit der Fluoreszenzausbeute des Fluorophores an einer separaten Sonde durch Zielsequenz-spezifische Abschnitte in der Primersequenz. Zudem werden zumeist keine Nachweismolekül mit universelle Sequenz verwendet. Im Stand der Technik werden zudem Primer mit einer Haarnadelbildungssequenz und einem kovalent oder durch eine hybridisierte Sonde gebundenen Flurorophor beschrieben. Hierbei enthält die Haarnadelbildungssequenz eine zweite Zielsequenz-spezifische Region.  Fluorescence yield of the fluorophore are negatively affected by the guanine bases. This results in an influence / dependence of the fluorescence yield of the fluorophore on a separate probe by target sequence-specific sections in the primer sequence. In addition, in most cases no universal sequence detection molecule is used. The prior art also describes primers having a hairpin-forming sequence and a fluororephor covalently or bound by a hybridized probe. Here, the hairpin sequence contains a second target sequence-specific region.
Bevorzugt enthält aber der erste Teil der erfindungsgemäßen Mediatorsonde nur eine Zielsequenz-spezifische Region oder Sequenz. Zudem enthält die erfindungsgemäße Mediatorsonde bevorzugt keine Haarnadelbildungssequenz und nur eine Zielsequenz- spezifische Region. Zudem benötigen bekannt Systeme neben einem Primer und oft zwei zusätzlichen markierte Sonden, wobei mindestens eine Sonde Zielsequenz-spezifisch ist. Solche Primer/Sonden-System bestehen also aus zwei oder drei Molekülen mit Zielmolekülspezifischer Sequenz. Im Gegensatz dazu umfasst die erfindungsgemäße Mediatorsonde bevorzugt aber nur ein Molekül mit einer Zielmolekül-spezifischen Sequenz. Zudem enthält die Mediatorsonde in bestimmten Ausführungsformen keine Markierung. Bevorzugt enthält der Mediator zudem keine Zielmoleküle-spezifische Sequenz. However, the first part of the mediator probe according to the invention preferably contains only one target sequence-specific region or sequence. In addition, the mediator probe according to the invention preferably contains no hairpin sequence and only one target sequence. specific region. In addition, known systems require next to a primer and often two additional labeled probes, where at least one probe is target sequence-specific. Thus, such primer / probe system consist of two or three molecules with target molecule specific sequence. In contrast, however, the mediator probe according to the invention preferably comprises only one molecule with a target molecule-specific sequence. In addition, in certain embodiments, the mediator probe contains no label. In addition, the mediator preferably also contains no target molecule-specific sequence.
Die vorliegende Erfindung ist im Anbetracht des bekannten Standes der Technik eine völlig neuartige und überraschende Entwicklung. Im Stand der Technik werden keine ähnlichen Detektionssystem offenbart, die mit strangverdrängender Aktivität von Enzyme arbeiten. Vielmehr werden dort Nachweismethoden beschrieben, die unter PCR-Bedingungen mit Polymerasen, die keine strangverdrängende Aktivität aufweisen, ablaufen können. The present invention, in view of the known art, is a completely novel and surprising development. The prior art does not disclose similar detection systems that work with strand-displacing activity of enzymes. Rather, detection methods are described there which can proceed under PCR conditions with polymerases which have no strand-displacing activity.
Es ist völlig überraschend, dass erfindungsgemäß eine Mediatorsonde, ein System und ein Verfahren entwickelt wurden, die sich das aktive Verdrängen des Mediators durch ein Enzym mit strangverdrängender Wirkung zu Nutze machen. Viele Verfahren des Standes der Technik beruhen gerade auf der Nukleaseaktivität der eingesetzten Polymerasen, die zwingend notwendig ist. Zwischen der Spaltungs- und Verdrängungsreaktion besteht kein naheliegender Zusammenhang. Zudem ist es für einen Fachmann nicht naheliegend oder trivial, bekannte Methoden, die die Nukleaseaktivität von Polymerasen nutzen, so anzupassen, dass sie mit verdrängenden Enzymen funktionieren, da hierfür eine Vielzahl an Reaktionsbedingungen unterschiedlich verändert oder neu kombiniert werden müssen. It is quite surprising that according to the invention a mediator probe, a system and a method have been developed which make use of the active displacement of the mediator by an enzyme with strand-displacing action. Many prior art processes rely on the nuclease activity of the polymerases used, which is imperative. There is no obvious correlation between the cleavage and displacement reaction. In addition, it is not obvious or obvious for a person skilled in the art to adapt known methods which use the nuclease activity of polymerases to function with displacing enzymes, since a large number of reaction conditions must be changed or recombined differently for this purpose.
Es ist für einen Fachmann zudem nicht naheliegend, bekannte universelle It is also not obvious to a person skilled in the art, known universal
Detektionsmethoden mit bekannten Methoden zu kombinieren, bei denen miteinander hybridisierte Zielsequenz-spezifische Primer und Zielsequenz-spezifische Sonden verwenden werden, ohne das ein universelles Detektionsprinzip angewendet wird. To combine detection methods with known methods in which hybridized target sequence-specific primers and target sequence-specific probes will be used without a universal detection principle is applied.
Die hier dargestellten Vorteile der erfindungsgemäßen Mediatorsonde treffen insbesondere auf die bevorzugten Ausführungsformen der Mediatorsonde, des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Verfahrens zu. The advantages of the mediator probe according to the invention presented here apply in particular to the preferred embodiments of the mediator probe, the system according to the invention and the method according to the invention.
Unter Detektion eines Zielmoleküls ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass das Vorhandensein des Zielmoleküls in der zu untersuchenden Probe quantitativ oder qualitativ nachgewiesen wird. Erfindungsgemäß ist ein Zielmolekül ein Molekül, dessen Within the scope of the invention, detection of a target molecule is understood to mean that the presence of the target molecule in the sample to be examined is detected quantitatively or qualitatively. According to the invention, a target molecule is a molecule whose
Vorhandensein in einer Probe nachgewiesen bzw. detektiert werden soll. Es handelt sich hierbei um ein Biomolekül, wie beispielsweise, ohne Limitierung, ein Nukleinsäuremolekül, ein Protein, ein Peptid, ein Zuckermolekül, ein Lipid, oder Kombinationen dieser Moleküle wie beispielsweise glykosylierte Proteine oder andere glykosylierte Biomoleküle. Presence should be detected or detected in a sample. It is a biomolecule such as, without limitation, a nucleic acid molecule, a protein, a peptide, a sugar molecule, a lipid, or combinations of these molecules such as glycosylated proteins or other glycosylated biomolecules.
Der Begriff Nukleinsäuren im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst, ohne Limitierung, DNA, RNA, PNA, ssDNA, dsDNA, RNA, mRNA, tRNA, IncRNA, ncRNA, microRNA, siRNA, rRNA, sgRNA, piRNA, rmRNA, snRNA, snoRNA, scaRNA, gRNA, virale RNA, oder modifizierte RNA, wie z.B. LNA. Oligonukleotide im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Nukleinsäuremoleküle von relativ kurzer Länge, umfassend ungefähr bis zu 200 Nukleotide. Oligonukleotide können mit anderen Molekülen oder chemischen Gruppen, wie z.B. The term nucleic acids according to the present invention includes, without limitation, DNA, RNA, PNA, ssDNA, dsDNA, RNA, mRNA, tRNA, IncRNA, ncRNA, microRNA, siRNA, rRNA, sgRNA, piRNA, rmRNA, snRNA, snoRNA, scaRNA , gRNA, viral RNA, or modified RNA, such as LNA. Oligonucleotides for the purposes of the present invention are nucleic acid molecules of relatively short length, comprising approximately up to 200 nucleotides. Oligonucleotides can be combined with other molecules or chemical groups, e.g.
Fluoreszenzdonoren und/oder Fluoreszenzakzeptoren und Blockgruppen, kovalent und nicht kovalent verbunden sein. Zuckermoleküle im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Kohlenhydrate oder Saccharide und umfassen Mono-, Di-, Oligo- und Polysaccharide. Glykosylierung beschreibt eine Reihe enzymatischer oder chemischer Reaktionen, bei denen Kohlenhydrate an Proteine, Lipide oder andere Aglykone gebunden werden. Das so entstandene Fluoreszenzdonoren and / or fluorescence acceptors and block groups, covalently and non-covalently connected. Sugar molecules for the purposes of the present invention are in particular carbohydrates or saccharides and include mono-, di-, oligo- and polysaccharides. Glycosylation describes a series of enzymatic or chemical reactions in which carbohydrates are bound to proteins, lipids or other aglycones. The resulting
Reaktionsprodukt wird als Glykosid, im Falle von Proteinen als Glykoprotein oder Reaction product is called glycoside, in the case of proteins as glycoprotein or
Peptidoglycan, im Falle von Lipiden als Glykolipide bezeichnet. Peptidoglycan, in the case of lipids called glycolipids.
Der Begriff„Lipide" bezeichnet im Sinne der Erfindung ganz oder zumindest größtenteils wasserunlösliche (hydrophobe) Substanzen, die sich aufgrund ihrer geringen Polarität sehr gut in hydrophoben (oder lipophilen) Lösungsmitteln lösen. Lipide sind Strukturkomponenten in Zellmembranen, und werden in lebenden Organismen auch als Energiespeicher oder als Signalmoleküle gebraucht. Die meisten biologischen Lipide sind amphiphil, besitzen also einen lipophilen Kohlenwasserstoff-Rest und eine polare hydrophile Kopfgruppe, deshalb bilden sie in polaren Lösungsmitteln wie Wasser Micellen oder Membranen. Die Gruppe der Lipide umfasst insbesondere Fettsäuren, Triacylglyceride (Fette und fette Öle), Wachse, Phospholipide, Sphingolipide, Lipopolysaccharide und Isoprenoide (Steroide, Carotinoide etc.). For the purposes of the invention, the term "lipids" designates water-insoluble (hydrophobic) substances that dissolve very well in hydrophobic (or lipophilic) solvents because of their low polarity Most biological lipids are amphiphilic, ie have a lipophilic hydrocarbon radical and a polar hydrophilic head group, therefore they form micelles or membranes in polar solvents such as water The group of lipids comprises in particular fatty acids, triacylglycerides (fats and fatty oils), waxes, phospholipids, sphingolipids, lipopolysaccharides and isoprenoids (steroids, carotenoids etc.).
Die Sondenregion ist bevorzugt komplementär zu einem Abschnitt des Zielmoleküls und/oder Vorlagemoleküls. Die Sondenregion des ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde bindet dabei an ein Zielmolekül und/oder Vorlagemolekül. Die Bindung erfolgt über die Sondenregion der Mediatorsonde, da diese eine Affinität zu dem Zielmolekül und/oder Vorlagemolekül aufweist. Die Mediatorbinderegion muss keine Affinität zu dem The probe region is preferably complementary to a portion of the target molecule and / or template molecule. The probe region of the first oligonucleotide of the mediator probe binds to a target molecule and / or template molecule. The binding occurs via the probe region of the mediator probe, since it has an affinity for the target molecule and / or template molecule. The mediator binding region does not have an affinity to the
Vorlagemolekül aufweisen und muss nicht über einen komplementären Sequenzabschnitt verfügen.  Template molecule and does not have to have a complementary sequence section.
Der Mediator verfügt bevorzugt über einen komplementären Bereich zu einem Abschnitt eines Nachweismoleküls. Der Mediator bindet an ein Nachweismolekül, wodurch ein detektierbares Signal ausgelöst wird. Durch das detektierbare Signal können so Rückschlüsse auf das Vorhandensein des Zielmoleküls bzw. Vorlagemoleküls gezogen werden. Dabei kann das Vorlagemolekül selbst das zu detektierende Zielmolekül sein, oder aber mit diesem assoziiert sein, so dass sich über das Vorlagemolekül Informationen über das Vorhandensein des Zielmoleküls generieren lassen. The mediator preferably has a complementary region to a portion of a detection molecule. The mediator binds to a detection molecule, creating a detectable signal is triggered. By the detectable signal conclusions about the presence of the target molecule or template molecule can be drawn. In this case, the template molecule itself may be the target molecule to be detected, or it may be associated with it, so that information about the presence of the target molecule can be generated via the template molecule.
Das erfindungsgemäße Nachweismolekül ist ein Oligonukleotid, mit dem das Zielmolekül indirekt interagieren kann und ggf. durch Prozessierung eine Nachweisreaktion (z.B. The detection molecule according to the invention is an oligonucleotide with which the target molecule can interact indirectly and if necessary by processing a detection reaction (e.g.
Änderung eines Fluoreszenzsignals, elektrochemischen Signals oder einer Masse) hervorrufen kann. Ein Vorlagemolekül ist ein Nukleinsäuremolekül, das eingesetzt werden kann, wenn die für das erfindungsgemäße Nachweisverfahren eingesetzten Reagenzien, z.B. Primer oder Sonden oder die erfindungsgemäße Mediatorsonde, nicht direkt mit dem Zielmolekül wechselwirken können. Ein Vorlagemolekül kann daher als Vermittler zwischen Zielmolekül und Primer bzw. Sonden eingesetzt werden. Meist werden Aptamere als Vorlagemoleküle eingesetzt. Change a fluorescence signal, electrochemical signal or mass). A template molecule is a nucleic acid molecule that can be used when the reagents used for the detection method of the invention, e.g. Primer or probes or the mediator probe according to the invention, can not interact directly with the target molecule. A template molecule can therefore be used as an intermediary between the target molecule and primer or probes. Most aptamers are used as template molecules.
Aptamere sind Oligonukleotide, die aufgrund ihrer strukturellen Eigenschaften mit anderen Molekülen oder Molekülkomplexen interagieren bzw. an diese binden können. Bei den von Aptameren gebunden Molekülen kann es sich insbesondere um Proteine, Peptide, Aptamers are oligonucleotides that, because of their structural properties, can interact with other molecules or molecular complexes or bind to them. The molecules bound by aptamers may in particular be proteins, peptides,
Zuckermoleküle, Lipidmoleküle, Nukleinsäuremoleküle oder aus diesen Molekülen geformte Molekülkomplexe handeln. Aptamere können im gebundenen und ungebundenen Zustand unterschiedliche Konformationen annehmen, so dass je nach Konformation beispielsweise unterschiedliche Sequenzbereiche eines Aptamers für Interaktionen mit komplementären Oligonukleotiden wie beispielsweise Primer oder Sonden, zugänglich sind. Sugar molecules, lipid molecules, nucleic acid molecules or molecule complexes formed from these molecules act. Aptamers can adopt different conformations in the bound and unbound state, so that depending on the conformation, for example, different sequence regions of an aptamer for interactions with complementary oligonucleotides such as primers or probes, are accessible.
Eine Interaktion im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet das wechselseitige aufeinander Einwirken verschiedener miteinander interagierender Moleküle. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine kovalente oder nicht-kovalente Bindung von zwei Molekülen handeln, oder um eine indirekte Bindung, die durch eines oder mehrere andere Moleküle vermittelt wird, beispielsweise innerhalb eines Molekülkomplexes. An interaction in the sense of the present invention refers to the mutual interaction of different interacting molecules. This may be, for example, a covalent or non-covalent bond of two molecules, or an indirect bond mediated by one or more other molecules, for example within a molecular complex.
Ein detektierbares Signal bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede Art von physikalisch oder chemisch messbarer Veränderung. Diese Veränderungen umfassen, ohne Limitierung, Spaltung, Verdau, Strangverdoppelung, interne Hybridisierung, A detectable signal in the context of the present invention denotes any type of physically or chemically measurable change. These changes include, without limitation, cleavage, digestion, strand doubling, internal hybridization,
Phosphorylierung, Dephosphorylierung, Amidierung, Anbindung oder Abspaltung einer chemischen Gruppe, Fluoreszenz-, Phosphoreszenz- oder Lumineszenzänderung. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mediatorsonde umfasst das erste Oligonukleotid der Mediatorsonde und/oder der Mediator keine Markierung zur Phosphorylation, dephosphorylation, amidation, attachment or elimination of a chemical group, fluorescence, phosphorescence or luminescence change. In a preferred embodiment of the mediator probe according to the invention, the first oligonucleotide of the mediator probe and / or the mediator does not comprise a marker for
Signalgenerierung. Ein entscheidender Vorteil einer solchen unmarkierten Mediatorsonde ist, dass diese in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül eingesetzt werden kann, ohne dass dabei Arbeits- und Kostenaufwand für das Optimieren des neuen Assays entstehen. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung besteht die Mediatorsonde im Gegensatz zum Stand der Technik aus Oligonukleotiden, welche ohne technisch komplexe Modifikationen wie z.B. Fluoreszenzdonoren und/oder Fluoreszenzakzeptoren und Blockgruppen kostengünstig synthetisiert werden können. Der Begriff Markierung bezieht sich im Sinne der Erfindung bevorzugt auf jedes Atom oder Molekül, das verwendet werden kann, um ein detektierbares (vorzugsweise Signal generation. A decisive advantage of such an unlabeled mediator probe is that it can be used in a method according to the invention for the detection of at least one target molecule, without incurring labor and cost expenditure for optimizing the new assay. According to this embodiment of the invention, in contrast to the prior art, the mediator probe consists of oligonucleotides which can be synthesized without technically complex modifications, e.g. Fluorescence donors and / or fluorescence acceptors and block groups can be synthesized inexpensively. For the purposes of the invention, the term label refers preferably to any atom or molecule which can be used to detect a detectable (preferably
quantifizierbares) Signal bereitzustellen, und das an eine Nukleinsäure oder ein Protein oder ein anderes Biomolekül kovalent oder nicht-kovalent gebunden werden kann. Markierungen können Signale liefern, die insbesondere durch Redoxreaktionen, Lumineszenz, quantifiable) signal, and which can be covalently or non-covalently bound to a nucleic acid or protein or other biomolecule. Markers can provide signals which are expressed in particular by redox reactions, luminescence,
Fluoreszenz, Radioaktivität, Kolorimetrie, Gravimetrie, Röntgendiffraktion oder Absorption, Magnetismus, enzymatische Aktivität und dergleichen nachweisbar sind. Fluorescence, radioactivity, colorimetry, gravimetry, X-ray diffraction or absorption, magnetism, enzymatic activity and the like are detectable.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das erste Oligonukleotid der Mediatorsonde und/oder der Mediator eine oder mehrere Markierungen zur Signalgenerierung, bevorzugt ein Fluoreszenzmolekül, ein Redoxmolekül, ein Lumineszenzmolekül oder eine andere signalgenerierende Einheit. In a preferred embodiment, the first oligonucleotide of the mediator probe and / or the mediator contains one or more labels for signal generation, preferably a fluorescence molecule, a redox molecule, a luminescent molecule or another signal-generating unit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Mediator eine oder mehrere Markierungen zur Signalgenerierung, bevorzugt ein Fluoreszenzmolekül, ein Redoxmolekül, ein Lumineszenzmolekül oder ein anderes signalgenerierendes Molekül oder eine andere signalgenerierende Einheit. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann der Mediator nach Verdrängung von der Mediatorsonde an ein Nachweismolekül, das ebenfalls mindestens eine Markierung zur Signalgenerierung enthält, binden, wodurch es zu einer detektierbaren Signalveränderung kommt. In a further preferred embodiment of the invention, the mediator contains one or more labels for signal generation, preferably a fluorescence molecule, a redox molecule, a luminescent molecule or another signal-generating molecule or another signal-generating unit. According to this embodiment of the invention, after displacement from the mediator probe, the mediator can bind to a detection molecule which also contains at least one signal generation label, which results in a detectable signal change.
Beispielsweise kann der an der Mediatorsonde gebundene Mediator mit einem For example, the bound to the mediator probe mediator with a
Fluoreszenzdonor/akzeptor markiert sein, welcher bei einer bestimmten Wellenlänge λι emittiert. Nach Verdrängung von der Mediatorsonde kann der Mediator an ein Fluoreszenzdonor / acceptor be marked, which emits at a certain wavelength λι. After displacement from the mediator probe, the mediator can turn on
Nachweismolekül, das mit einem Fluoreszenzakzeptor/donor, welcher bei einer zweiten, zu λι verschiedenen Wellenlänge λ2 emittiert, markiert ist, binden. Die über den FRET- Mechanismus stattfindende Energieübertragung von Fluoreszenzdonor auf  Detection molecule which is labeled with a fluorescence acceptor / donor which emits at a second wavelength λ 2 different from λ 1. The energy transfer of fluorescence donor via the FRET mechanism
Fluoreszenzakzeptor führt zu einer detektierbaren Zunahme der Strahlungsintensität des Fluoreszenzakzeptors, wodurch die Emission von λ2 detektiert werden kann. Alternativ können chemilumineszente oder biolumineszente Donormoleküle verwendet werden. In bevorzugten Ausführungsformen können auch nicht-emissive Fluoreszenzakzeptoren eingesetzt werden. Durch Verwendung von Nachweismolekülen mit unterschiedlicher Anzahl an Nukleotiden können verschiedene Zielmoleküle mit Hilfe einer Schmelzkurvenanalyse simultan in einer Probe unterschieden werden. Fluorescence acceptor leads to a detectable increase in the radiation intensity of the fluorescence acceptor, whereby the emission of λ2 can be detected. alternative For example, chemiluminescent or bioluminescent donor molecules can be used. In preferred embodiments, non-emissive fluorescence acceptors can also be used. By using detection molecules with different numbers of nucleotides, different target molecules can be distinguished by means of a melting curve analysis simultaneously in a sample.
Durch die Markierung des Mediators geht der universelle Charakter der beschriebenen Nachweismethode nicht verloren, da der Mediator ein universelles, Zielsequenz- unabhängiges Molekül ist. In weiteren Ausführungsformen können auch mehrere Sonden oder Primer pro Zielmolekül eingesetzt werden, an welche markierte Mediatoren gebunden sind, wobei sich die Sequenzen der Mediatoren und die Markierungen unterscheiden können. Beispielsweise können Fluoreszenzfarbstoffe mit unterschiedlichen By labeling the mediator, the universal character of the described detection method is not lost, since the mediator is a universal, target sequence-independent molecule. In further embodiments, it is also possible to use a plurality of probes or primers per target molecule to which labeled mediators are bound, wherein the sequences of the mediators and the markings may differ. For example, fluorescent dyes with different
Emissionswellenlängen eingesetzt werden. Emission wavelengths are used.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mediatorsonde ist dadurch gekennzeichnet, dass die Freisetzung des Mediators vom ersten Oligonukleotid der A preferred embodiment of the mediator probe according to the invention is characterized in that the release of the mediator from the first oligonucleotide of the
Mediatorsonde während einer Amplifikation des Zielmoleküls und/oder Vorlagemoleküls erfolgt, an das die Mediatorsonde gebunden ist. Mediator probe during an amplification of the target molecule and / or template molecule takes place, to which the mediator probe is bound.
Der Begriff Amplifikation oder Amplifikationsreaktion bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung die Vervielfältigung eines Biomoleküls, bevorzugt eines Nukleinsäuremoleküls. Die Vervielfältigung von Nukleinsäuren erfolgt mit Hilfe von Enzymen, die als Polymerasen bezeichnet werden. Im Rahmen einer Amplifikation wird die Ausgangssequenz als Amplikon und das Erzeugnis als Amplifikat bezeichnet. The term amplification or amplification reaction in the context of the present invention refers to the amplification of a biomolecule, preferably of a nucleic acid molecule. The amplification of nucleic acids takes place with the aid of enzymes, which are called polymerases. In the context of an amplification, the starting sequence is referred to as Amplikon and the product as Amplifikat.
In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mediatorsonde weist das erste Oligonukleotid 1 bis 200, bevorzugt 20 bis 80, besonders bevorzugt 35 bis 65 Nukleotide auf, und der Mediator 1 bis 60, bevorzugt 10 bis 50, besonders bevorzugt 15 bis 40 Nukleotide. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mediatorsonde ist das Zielmolekül und/oder das Vorlagemolekül ein Biomolekül, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Nukleinsäuren, DNA, RNA, Peptid, Protein, Aptamer und/oder Kombinationen hieraus. In preferred embodiments of the mediator probe according to the invention, the first oligonucleotide has 1 to 200, preferably 20 to 80, particularly preferably 35 to 65 nucleotides, and the mediator 1 to 60, preferably 10 to 50, particularly preferably 15 to 40 nucleotides. According to preferred embodiments of the mediator probe according to the invention, the target molecule and / or the template molecule is a biomolecule selected from the group comprising nucleic acids, DNA, RNA, peptide, protein, aptamer and / or combinations thereof.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Zielmolekül das Vorlagemolekül. In anderen bevorzugten Ausführungsformen interagiert das Zielmolekül mit dem Vorlagemolekül. In preferred embodiments of the present invention, the target molecule is the template molecule. In other preferred embodiments, the target molecule interacts with the template molecule.
In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mediatorsonde dient der 3'- Terminus des ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde als Startpunkt einer Amplifikationsreaktion und kann somit als Primer fungieren. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber bekannten Lösungen des Standes der Technik, denn somit muss die Mediatorsonde für neue Zielmoleküle nicht komplett neu designt und eine Sondenregion im Zielmolekül gewählt werden, sondern es kann problemlos ein schon vorhandener Primer so modifiziert werden, dass er als erfindungsgemäße Mediatorsonde fungieren kann. In preferred embodiments of the mediator probe according to the invention, the 3'-terminus of the first oligonucleotide of the mediator probe serves as the starting point of a Amplification reaction and thus can act as a primer. This is a decisive advantage over known solutions of the prior art, because thus the mediator probe for new target molecules does not have to be completely redesigned and a probe region in the target molecule has to be selected, but it is easily possible to modify an already present primer such that it acts as a mediator probe according to the invention can act.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mediatorsonde dient der 3'-Terminus des ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde nicht als Startpunkt einer Amplifikationsreaktion. In Abwesenheit des Zielmoleküls kann eine entsprechende In another preferred embodiment of the mediator probe according to the invention, the 3'-terminus of the first oligonucleotide of the mediator probe does not serve as the starting point of an amplification reaction. In the absence of the target molecule, a corresponding
Mediatorsonde eine Haarnadelstruktur bilden, so dass sie in geschlossener Form vorliegt, wobei der Mediator an das erste Oligonukleotid der Mediatorsonde gebunden ist. In Mediator probe form a hairpin structure, so that it is present in a closed form, wherein the mediator is bound to the first oligonucleotide of the mediator probe. In
Gegenwart des Zielmoleküls bindet die Mediatorsonde an das Zielmolekül oder Presence of the target molecule binds the mediator probe to the target molecule or
Vorlagemolekül, wodurch ein Primer das erste Oligonukleotid der nun geöffneten Template molecule, whereby a primer, the first oligonucleotide of the now open
Mediatorsonde binden kann. Durch Prozessierung mit einem geeigneten Enzymsystem kann der angelagerte Primer verlängert werden, wobei eine Verdrängung des Mediators von der Mediatorsonde erfolgt. Der freigesetzte Mediator kann mit Hilfe eines spezifischen Mediator probe can bind. By processing with a suitable enzyme system, the annealed primer can be extended with displacement of the mediator from the mediator probe. The released mediator can with the help of a specific
Nachweismoleküls detektiert werden. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in Beispiel 18 dargestellt.  Detection molecule can be detected. A preferred embodiment is shown in Example 18.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das erste Oligonukleotid einer In a preferred embodiment, the first oligonucleotide of a
erfindungsgemäßen Mediatorsonde eine Aptamerregion, eine Mediatorbinderegion und eine Primerbinderegion umfassen. Hierbei kann das nachzuweisende Zielmolekül beispielsweise ein Protein oder Peptid sein, ist aber nicht darauf beschränkt. In Abwesenheit des Mediator probe according to the invention comprise an aptamer region, a Mediatorbinderegion and a Primerbinderegion. Here, the target molecule to be detected may be, for example, a protein or peptide, but is not limited thereto. In the absence of
Zielmoleküls kann ein Primer an die Primerbinderegion des ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde binden und durch Verlängerung des 3'-Terminus des Primers mit Hilfe eines geeigneten Enzymsystems kommt es zu einer Freisetzung des Mediators von der Target molecule can bind a primer to the primer binding region of the first oligonucleotide of the mediator probe and by extension of the 3 'terminus of the primer by means of a suitable enzyme system, there is a release of the mediator of the
Mediatorsonde. Der freigesetzte Mediator kann mit Hilfe eines spezifischen Mediator probe. The released mediator can with the help of a specific
Nachweismoleküls oder einer Nachweismethode ein detektierbares Signal auslösen. In Gegenwart des Zielmoleküls bindet die Aptamerregion der Mediatorsonde an das  Detection molecule or a detection method trigger a detectable signal. In the presence of the target molecule, the aptamer region of the mediator probe binds to the
Zielmolekül, wodurch der an der Primerbinderegion angelagerte Primer nicht verlängert werden kann und der Mediator entsprechend nicht von der Mediatorsonde freigesetzt wird. Bei Vorhandensein des Zielmoleküls wird entsprechend ein Signalabfall im Vergleich zur Abwesenheit des Zielmoleküls detektiert. Target molecule, whereby the primer attached to the Primerbinderegion primer can not be extended and the mediator is not released accordingly by the Mediatorsonde. In the presence of the target molecule, a signal drop is accordingly detected in comparison to the absence of the target molecule.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein System umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Mediatorsonde und mindestens ein Nachweismolekül, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Nachweismolekül ein oder mehrere Oligonukleotide umfasst und Furthermore, the invention relates to a system comprising at least one mediator probe according to the invention and at least one detection molecule, characterized in that the at least one detection molecule comprises one or more oligonucleotides, and
mindestens eine erste Region umfasst, die mit mindestens einem Mediator interagiert, und a) eine zweite Region, die einen Fluoreszenzakzeptor oder einen Fluoreszenzdonor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische Schutzgruppe und/oder Redox-Modifikationen und/oder Lumineszenz- Modifikationen aufweist, und/oder includes at least a first region interacting with at least one mediator, and a) a second region which has a fluorescence acceptor or a fluorescence donor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications, and / or
b) eine dritte Region, die einen Fluoreszenzdonor oder einen Fluoreszenzakzeptor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische Schutzgruppe und/oder Redox-Modifikationen und/oder Lumineszenz- Modifikationen aufweist,  b) a third region which has a fluorescence donor or a fluorescence acceptor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications,
oder  or
c) mindestens eine vierte Region, die mit mindestens einer ersten Sonde interagiert, die einen Fluoreszenzdonor und/oder einen Fluoreszenzakzeptor aufweist, und/oder  c) at least one fourth region interacting with at least one first probe having a fluorescent donor and / or a fluorescence acceptor, and / or
d) mindestens eine fünfte Region, die mit mindestens einer zweiten Sonde  d) at least one fifth region containing at least one second probe
interagiert, die einen Fluoreszenzdonor und/oder einen Fluoreszenzakzeptor, aufweist  which has a fluorescence donor and / or a fluorescence acceptor
oder e) aus zwei Oligonukleotiden besteht, wobei beide oder nur eines der beiden  or e) consists of two oligonucleotides, both or only one of the two
oligonukleotide einen Fluoreszenzakzeptor oder einen Fluoreszenzdonor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische Schutzgruppe und/oder Redox-Modifikationen und/oder Lumineszenz- Modifikationen aufweisen  oligonucleotides have a fluorescence acceptor or a fluorescence donor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications
Die mit dem mindestens einen Nachweismolekül interagierenden Sonden können im Sinne der Erfindung als Bestandteile des Nachweismoleküls angesehen werden. In diesem Fall umfasst das Nachweismoleküle mehr als ein Oligonukleotid. The probes interacting with the at least one detection molecule can be considered within the meaning of the invention as constituents of the detection molecule. In this case, the detection molecule comprises more than one oligonucleotide.
Die verschiedenen Regionen der hier beschriebenen Nachweismoleküle können in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung miteinander überlappen oder identisch sein. The various regions of the detection molecules described herein may overlap or be identical to each other in preferred embodiments of the invention.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System umfassend mindestens eine Moreover, the invention relates to a system comprising at least one
erfindungsgemäße Mediatorsonde und mindestens ein Nachweismolekül, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Nachweismolekül ein oder mehrere Mediator probe according to the invention and at least one detection molecule, characterized in that the at least one detection molecule one or more
Oligonukleotide umfasst und mindestens eine erste Region umfasst, die mit mindestens einem Mediator interagiert, und a) eine zweite Region, die einen Fluoreszenzakzeptor oder einen Fluoreszenzdonor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische Schutzgruppe und/oder Redox-Modifikationen und/oder Lumineszenz- Modifikationen aufweist, und/oder And oligonucleotides comprising at least a first region which interacts with at least one mediator, and a) a second region comprising a fluorescence acceptor or a fluorescence donor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a having chemical protecting group and / or redox modifications and / or luminescence modifications, and / or
b) eine dritte Region, die einen Fluoreszenzdonor oder einen Fluoreszenzakzeptor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische Schutzgruppe und/oder Redox-Modifikationen und/oder Lumineszenz- Modifikationen aufweist,  b) a third region which has a fluorescence donor or a fluorescence acceptor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications,
oder  or
c) mindestens eine vierte Region, die mit mindestens einer ersten Sonde interagiert, die einen Fluoreszenzdonor und/oder einen Fluoreszenzakzeptor aufweist, und/oder  c) at least one fourth region interacting with at least one first probe having a fluorescent donor and / or a fluorescence acceptor, and / or
d) mindestens eine fünfte Region, die mit mindestens einer zweiten Sonde  d) at least one fifth region containing at least one second probe
interagiert, die einen Fluoreszenzdonor und/oder einen Fluoreszenzakzeptor, aufweist.  which has a fluorescence donor and / or a fluorescence acceptor.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein System umfassend mindestens eine  In addition, the present invention relates to a system comprising at least one
erfindungsgemäße Mediatorsonde und mindestens ein Nachweismolekül, wobei das mindestens eine Nachweismolekül ein Oligonukleotid ist und mindestens eine erste Region umfasst, die mit mindestens einem Mediator interagiert, und The mediator probe according to the invention and at least one detection molecule, wherein the at least one detection molecule is an oligonucleotide and comprises at least one first region which interacts with at least one mediator, and
a) eine zweite Region an einem 5'-Terminus des mindestens einen Nachweismoleküls, die einen Fluoreszenzakzeptor oder einen Fluoreszenzdonor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische  a) a second region at a 5 'terminus of the at least one detection molecule comprising a fluorescence acceptor or a fluorescence donor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical
Schutzgruppe und/oder Redox-Modifikationen und/oder Lumineszenz-Modifikationen aufweist, und  Having protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications, and
b) eine dritte Region, die einen Fluoreszenzdonor oder einen Fluoreszenzakzeptor und/oder Redox-Modifikationen und/oder Lumineszenz-Modifikationen und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische  b) a third region containing a fluorescent donor or a fluorescence acceptor and / or redox modifications and / or luminescence modifications and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical
Schutzgruppe aufweist,  Having protective group,
oder  or
c) mindestens eine vierte Region, die mit mindestens einer ersten Sonde interagiert, die einen Fluoreszenzdonor und/oder einen Fluoreszenzakzeptor aufweist, und/oder d) mindestens eine fünfte Region, die mit mindestens einer zweiten Sonde interagiert, die einen Fluoreszenzdonor und/oder einen Fluoreszenzakzeptor, aufweist.  c) at least a fourth region interacting with at least one first probe having a fluorescent donor and / or a fluorescence acceptor, and / or d) at least a fifth region interacting with at least one second probe comprising a fluorescent donor and / or a fluorescence donor Fluorescence acceptor, has.
Durch geschicktes Ausnutzen der universellen Einsetzbarkeit der erfindungsgemäßen Mediatorsonde ist es möglich, das vorliegende System zur Detektion von unterschiedlichen Zielmolekülen einzusetzen. Unter Verwendung mehrerer universeller Mediatorsonden können mehrere Zielmoleküle simultan in einer Probe nachgewiesen werden. Da die Fluoreszenzdonoren und Fluoreszenzakzeptoren an das universelle By skillful exploitation of the universal applicability of the mediator probe according to the invention, it is possible to use the present system for the detection of different target molecules. Using multiple universal mediator probes, multiple target molecules can be detected simultaneously in one sample. Since the fluorescence donors and fluorescence acceptors to the universal
Nachweismolekül gebunden sind und nicht an Zielsequenz-spezifische Moleküle, wird die Fluoreszenzausbeute und das Grundsignal nicht von der Struktur des Zielmoleküls beeinflusst. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann ein optimiertes Nachweismolekül in unterschiedlichen Assays angewendet werden, ohne an Fluoreszenzausbeute oder Detector molecule are bound and not to target sequence-specific molecules, the fluorescence yield and the fundamental signal is not influenced by the structure of the target molecule. In contrast to the prior art, an optimized detection molecule can be used in different assays, without fluorescence yield or
Grundsignal einbüßen zu müssen. To lose basic signal.
Ein Fluoreszenzakzeptor oder Akzeptorfarbstoff bezeichnet ein Molekül, das Energie von einem Fluoreszenzdonor absorbieren kann. Ein Fluoreszenzakzeptor kann im Sinne der Erfindung auch als Quencher bezeichnet werden. Die Absorptionseffizienz ist unter anderem abhängig von der Distanz zwischen Fluoreszenzakzeptor und Fluoreszenzdonor. Ein Fluoreszenzakzeptor kann durch Absorption eines Photons mit λι zur Emission mit λ2 angeregt werden oder dabei nicht-emissiv sein und zur Fluoreszenzlöschung führen. A fluorescence acceptor or acceptor dye refers to a molecule that can absorb energy from a fluorescent donor. A fluorescence acceptor may also be referred to as a quencher within the meaning of the invention. Among other things, the absorption efficiency depends on the distance between fluorescence acceptor and fluorescence donor. A fluorescence acceptor can be excited by absorption of a photon with λι for emission with λ2 or be non-emissive and lead to fluorescence quenching.
Ein Fluoreszenzdonor ist ein Farbstoffmolekül oder Fluorophor, das zur Fluoreszenz befähigt ist. Ein Fluoreszenzdonor, welcher durch Strahlung angeregt wird, kann die Energie strahlungslos über Dipol-Dipol-Wechselwirkungen auf einen Fluoreszenzakzeptor übertragen. Dadurch wird das Fluoreszenzsignal des Fluoreszenzdonors gequencht. A fluorescent donor is a dye molecule or fluorophore that is capable of fluorescence. A fluorescence donor, which is excited by radiation, can transfer the energy to a fluorescence acceptor without radiation via dipole-dipole interactions. This quenches the fluorescence signal of the fluorescence donor.
Alternativ kann das zu detektierende Fluoreszenzsignal des Fluoreszenzdonors durch statisches und dynamisches Quenching beeinflusst werden. Alternatively, the fluorescence signal of the fluorescent donor to be detected can be influenced by static and dynamic quenching.
Ein Fluorophor (oder Fluorochrom, ähnlich wie ein Chromophor) ist eine fluoreszierende chemische Verbindung, die Licht bei Lichtanregung wieder emittieren kann. Fluorophore zur Verwendung als Markierungen beim Konstruieren von markierten Oligonukleotiden der Erfindung umfassen bevorzugt, Rhodamin und Derivate wie z.B. Texas Red, Fluorescein und Derivative, wie z.B. 5-bromomethyl Fluorescein, Lucifer Yellow, IAEDANS, 7-Me2N- coumarin-4-acetate, 7-OH-4-CH3-coumarin-3-acetate, 7-NH2-4CH3-coumarin-3-acetate (AMCA), Monobromobimane, Pyrenetrisulfonate, wie beispielsweise Cascade Blue, undA fluorophore (or fluorochrome, similar to a chromophore) is a fluorescent chemical compound that can re-emit light when excited by light. Fluorophores for use as labels in constructing labeled oligonucleotides of the invention preferably comprise rhodamine and derivatives such as e.g. Texas Red, fluorescein and derivatives, e.g. 5-bromomethyl fluorescein, Lucifer Yellow, IAEDANS, 7-Me2N-coumarin-4-acetate, 7-OH-4-CH3-coumarin-3-acetate, 7-NH2-4CH3-coumarin-3-acetate (AMCA), monobromobimanes , Pyrenetrisulfonate, such as Cascade Blue, and
Monobromotrimethylammoniobimane, FAM, TET, CAL Fluor Gold 540, HEX, JOE, VIC, CAL Fluor Orange 560, Cy3, NED, Quasar 570, Oyster 556, TMR, CAL Fluor Red 590, ROX, LC red 610, CAL Fluor Red 610, Texas red, LC red 610, CAL Fluor Red 610, LC red 640, CAL Fluor Red 635, Cy5, LC red 670, Quasar 670, Oyster 645, LC red 705, Cy5.5, BODIPY FL, Oregon Green 488, Rhodamine Green, Oregon Green 514, Cal Gold, BODIPY R6Gj, Yakima Yellow, JOE, HEX, Cal Orange, BODIPY TMR-X, Quasar-570 /Cy3, TAMRA, Rhodamine Red-X, Redmond Red, BODIPY 581/591 , Cy3.5, Cal Red/Texas Red, BODIPY TR-X, BODIPY 630/665-X, Pulsar-650, Quasar-670/Cy5. Monobromotrimethylammoniobimanes, FAM, TET, CAL Fluorine Gold 540, HEX, JOE, VIC, CAL Fluorine Orange 560, Cy3, NED, Quasar 570, Oyster 556, TMR, CAL Fluorine Red 590, ROX, LC red 610, CAL Fluorine Red 610, Texas Red, LC red 610, CAL Fluor Red 610, LC red 640, CAL Fluor Red 635, Cy5, LC red 670, Quasar 670, Oyster 645, LC red 705, Cy5.5, BODIPY FL, Oregon Green 488, Rhodamine Green , Oregon Green 514, Cal Gold, BODIPY R6Gj, Yakima Yellow, JOE, HEX, Cal Orange, BODIPY TMR-X, Quasar-570 / Cy3, TAMRA, Rhodamine Red-X, Redmond Red, BODIPY 581/591, Cy3.5 Cal Red / Texas Red, BODIPY TR-X, BODIPY 630/665-X, Pulsar-650, Quasar-670 / Cy5.
"Quenchen" bezieht sich auf jeden Prozess, der die Fluoreszenzintensität einer bestimmten Substanz verringert. Quenching ist die Basis für Förster Resonance Energy Transfer (FRET) Assays. FRET ist ein dynamischer Löschmechanismus, weil die Energieübertragung stattfindet, während der Donor im angeregten Zustand ist. Ein„Quencher" ist ein Molekül, das die Fluoreszenz über FRET auslöscht, die von dem Fluorophor emittiert wird, wenn es durch eine Lichtquelle erregt wird. Quencher zur Verwendung als Markierungen beim Konstruieren von markierten Oligonukleotiden oder Sonden der Erfindung umfassen bevorzugt DDQ-I, Dabcyl, Eclipse, TAMRA, Iowa Black FQ, BHQ-1 , QSY-7, BHQ-2, DDQ-II, Iowa Black RQ, QSY-21 , BHQ-3, QSY-35, BHQ-0, QSY-9, ElleQuencher, Iowa Black. Der Fachmann kann geeignete Reporter-Quencher-Paare auswählen, wie dies in der Literatur beschrieben worden ist [Johansson, M.K. Methods in Molecular Biology 335, 17 - 29 (2006); Marras, S.A. Methods in Molecular Biology 335, 3-16 (2006)]. "Quenching" refers to any process that reduces the fluorescence intensity of a particular substance. Quenching is the basis for Förster Resonance Energy Transfer (FRET) Assays. FRET is a dynamic quenching mechanism because the energy transfer takes place while the donor is in the excited state. A "quencher" is a molecule which quenches the fluorescence over FRET emitted by the fluorophore when excited by a light source. Quenchers for use as labels in constructing labeled oligonucleotides or probes of the invention preferably comprise DDQ-I, Dabcyl, Eclipse, TAMRA, Iowa Black FQ, BHQ-1, QSY-7, BHQ-2, DDQ-II, Iowa Black RQ, QSY-21, BHQ-3, QSY-35, BHQ-0, QSY-9, ElleQuencher, Iowa Black. Those skilled in the art can select suitable reporter-quencher pairs as described in the literature [Johansson, MK Methods in Molecular Biology 335, 17-29 (2006); Marras, SA Methods in Molecular Biology 335, 3-16 (2006)].
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist das In a preferred embodiment of the system according to the invention that has
Nachweismolekül eine Haarnadelstruktur auf. Hierbei kann die Haarnadelstruktur ausgebildet sein, indem der 5'-Terminus des Nachweismoleküls mit einem internen Detection molecule on a hairpin structure. Here, the hairpin structure can be formed by the 5'-terminus of the detection molecule with an internal
Sequenzabschnitt komplementär hybridisiert und der 3'-Terminus des Nachweismoleküls einen ungepaarten Sequenzabschnitt umfasst. Sequence complementary complementary hybridized and the 3 'terminus of the detection molecule comprises an unpaired sequence section.
Zudem kann ein Nachweismolekül erfindungsgemäß mindestens eine Fluoreszenz- Modifikation oder Redox-Modifikation oder Lumineszenz-Modifikation am 5'-Terminus und/oder innerhalb der Haarnadelstruktur aufweisen. In addition, according to the invention, a detection molecule can have at least one fluorescence modification or redox modification or luminescence modification at the 5'-terminus and / or within the hairpin structure.
Eine Haarnadelstruktur im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet eine A hairpin structure in the sense of the present invention denotes a
Sekundärstruktur eines linearen Nukleinsäuremoleküls oder Oligonukleotids, welches durch interne Basenpaarung aneinander ausgerichtete Sequenzabschnitte besitzt. Diese Secondary Structure of a Linear Nucleic Acid Molecule or Oligonucleotide Having Sequences Aligned by Internal Base Pairing. These
Strukturen treten auf, wenn zwei Regionen des gleichen Moleküls - für gewöhnlich mit einer palindromischen Nukleotid-Sequenz - eine Doppelhelix bilden, die am Ende durch eine ungepaarte Schleife abgeschlossen wird. Nach Ausbildung der Haarnadelstruktur können der Fluoreszenzdonor oder Structures occur when two regions of the same molecule, usually with a palindromic nucleotide sequence, form a double helix that ends up with an unpaired loop. After formation of the hairpin structure, the fluorescence donor or
Fluoreszenzakzeptor am 5'-Terminus (zweite Region) und der Fluoreszenzdonor oder Fluoreszenzakzeptor der dritten Region miteinander interagieren, wobei es zu einer  Fluorescence acceptor at the 5'-terminus (second region) and the fluorescence donor or fluorescence acceptor of the third region interact with each other, where it to a
Unterdrückung des Fluoreszenzsignals kommen kann(FRET). Alternativ zu einer Suppression of the fluorescence signal may come (FRET). Alternatively to a
Fluoreszenzdonor- und Fluoreszenzakzeptormodifikation des Nachweismoleküls in der zweiten und dritten Region können andere signalgenerierende Modifikationen eingesetzt werden, wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Redoxmoleküle, Chemolumineszenz- Resonanz Energietransfer (CRET) Paare und interkalierende Moleküle. Fluorescence donor and fluorescence acceptor modification of the detection molecule in the second and third regions may employ other signal generating modifications, such as, but not limited to, redox molecules, chemiluminescent resonance energy transfer (CRET) pairs, and intercalating molecules.
Der Mediator liegt nach der Freisetzung diffusiv in der Reaktionslösung vor und kann mit der ersten Region des Nachweismoleküls, die am ungepaarten Sequenzabschnitt am 3'- Terminus des haarnadelförmigen Nachweismoleküls liegt, interagieren. Das After release, the mediator is diffusively present in the reaction solution and can interact with the first region of the detection molecule which is located at the unpaired sequence segment at the 3 'end of the reaction. Terminus of the hairpin-shaped detection molecule is located, interact. The
Nachweismolekül kann an einer Festphase immobilisiert oder frei in Lösung vorhanden sein. Durch ein geeignetes Hilfsmolekül, beispielsweise der Strand Displacement Polymerase, kann eine Elongation des am Nachweismolekül gebundenen Mediators erfolgen, wobei die zweite Region (5'-Terminus) des Nachweismoleküls, die mit einem internen Detection molecule can be immobilized on a solid phase or freely present in solution. By means of a suitable auxiliary molecule, for example the Strand Displacement Polymerase, an elongation of the mediator bound to the detection molecule can take place, the second region (5'-terminus) of the detection molecule having an internal molecule
Sequenzabschnitt des Nachweismoleküls komplementär hybridisiert ist und so die  Sequence portion of the detection molecule is hybridized complementary and so the
Haarnadelstruktur ausbildet, durch die Polymerase bzw. den verlängerten 3'-Teminus des Mediators verdrängt wird. Hierdurch wird der Abstand zwischen Fluoreszenzakzeptor und Fluoreszenzdonor durch Verdrängung des 5'-Terminus vergrößert und das zuvor unter- drückte Fluoreszenzsignal des Fluoreszenzdonors wird wiederhergestellt. Alternativ kommt es zu einer Abstandsänderung eines Redoxmoleküls am 5'-Terminus des Nachweismoleküls in Relation zum 3'-Terminus des Nachweismoleküls oder zu einer Änderung der Effizienz von CRET oder zu einer Änderung der Interkalation von Molekülen durch die Ausbildung einer Duplexstruktur aus Mediator bzw. dessen Verlängerungsprodukt und dem Hairpin structure is displaced by the polymerase or the extended 3'-Teminus the mediator is displaced. As a result, the distance between fluorescence acceptor and fluorescence donor is increased by displacing the 5'-terminus and the previously suppressed fluorescence signal of the fluorescence donor is restored. Alternatively, there is a change in the distance of a redox molecule at the 5'-terminus of the detection molecule in relation to the 3'-terminus of the detection molecule or a change in the efficiency of CRET or a change in the intercalation of molecules by the formation of a duplex structure of mediator or its Extension product and the
Nachweismolekül. Durch die Verdrängung des hybridisierten 5'-Terminus wird die Detection molecule. By displacing the hybridized 5'-terminus, the
Ausbildung der Sekundärstruktur bzw. Haarnadelstruktur aufgehoben. In diesem Fall kann der Mediator durch das beschriebene Hilfsmolekül bis zum 5'-Terminus des  Training the secondary structure or hairpin structure repealed. In this case, the mediator can through the auxiliary molecule described up to the 5 'terminus of the
Nachweismoleküls komplementär verlängert werden. Detection molecule are complementarily extended.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems hat das Nachweismolekül die Struktur eines Molecular Beacon und enthält mindestens eine According to a preferred embodiment of the system according to the invention, the detection molecule has the structure of a molecular beacon and contains at least one
Mediatorbinderegion. Molecular Beacons sind eine spezielle Klasse doppelt markierter Nachweismoleküle mit selbst-komplementären Strangenden, welche in ihrem nativen Zustand eine Haarnadelstruktur ausbilden. An den Strangenden können Molecular Beacons Markierungen wie beispielsweise einen Fluoreszenzdonor und Fluoreszenzakzeptor tragen, wobei die Markierungen in bevorzugten Ausführungsformen miteinander wechselwirken können. Die Haarnadelstruktur bringt Fluoreszenzdonor und Fluoreszenzakzeptor in räumliche Nähe zueinander, wodurch das Fluoreszenzsignal unterdrückt wird. Durch die Hybridisierung mit dem Mediator werden Fluoreszenzdonor und Fluoreszenzakzeptor räumlich voneinander getrennt, ggf. im Rahmen einer Amplifikationsreaktion, bei der der Mediator verlängert wird, und es wird ein Fluoreszenzsignal erzeugt. Ein Vorteil von Mediator binding region. Molecular beacons are a special class of double-labeled detection molecules with self-complementary strand ends, which in their native state form a hairpin structure. At the strand ends, molecular beacons may carry labels such as a fluorescent donor and fluorescent acceptor, which labels may interact in preferred embodiments. The hairpin structure brings the fluorescence donor and fluorescence acceptor in close proximity to each other, thereby suppressing the fluorescence signal. The hybridization with the mediator spatially separates the fluorescent donor and the fluorescence acceptor, possibly in the context of an amplification reaction in which the mediator is extended, and a fluorescence signal is generated. An advantage of
Nachweismolekülen in Form von Molecular Beacons gegenüber Nachweismolekülen, die interne Markierungen tragen, sind niedrigere Synthesekosten für endständige Markierungen, wie beispielsweise Fluoreszenzmarkierungen.  Detector molecules in the form of molecular beacons against detection molecules bearing internal labels are lower cost of synthesis for terminal labels, such as fluorescent labels.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein System umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Mediatorsonde und mindestens ein Nachweismolekül, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Nachweismolekül zwei Oligonukleotide umfasst, wobei das erste Oligonukleotid eine erste Region, die mit mindestens einem Mediator interagiert, und eine zweite Region, die einen Fluoreszenzakzeptor oder einen Fluoreszenzdonor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eineIn a further preferred embodiment, the invention relates to a system comprising at least one mediator probe according to the invention and at least one detection molecule, characterized in that the at least one detection molecule comprises two oligonucleotides, the first oligonucleotide having a first region interacting with at least one mediator and a second region having a fluorescence acceptor or a fluorescent donor and / or a chemical group for binding to a
Festphase und/oder eine chemische Schutzgruppe und/oder Redox- Modifikationen und/oder Lumineszenz-Modifikationen aufweist, und das zweite Oligonukleotid eine dritte Region, die einen Fluoreszenzdonor oder einen Fluoreszenzakzeptor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische Schutzgruppe und/oder Redox-Solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications, and the second oligonucleotide has a third region containing a fluorescence donor or a fluorescence acceptor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protecting group and / or redox
Modifikationen und/oder Lumineszenz-Modifikationen aufweist, wobei das erste und das zweite Oligonukletoid miteinander hybridisierende Regionen aufweisen. Modifications and / or luminescence modifications, wherein the first and the second oligonucleotide having mutually hybridizing regions.
Gemäß dieser Ausführungsform kann das Nachweismolekül aus zwei miteinander hybridisierten, markierten Oligonukleotiden bestehen, wobei es sich bei den beiden According to this embodiment, the detection molecule may consist of two hybridized, labeled oligonucleotides, wherein the two
Markierungen der zwei Oligonukleotide um jeweils mindestens einen an den Enden der Oligonukleotide angebrachten Fluoreszenzakzeptor oder Fluoreszenzdonor handeln kann, wobei das Fluoreszenzsignal im Dimer durch die räumliche Nähe der beiden Markierungen abgeschwächt oder unterdrückt wird. Ein oder beide Oligonukleotide besitzen zusätzlich eine Mediatorbinderegion. Durch Anlagerung des Mediators an die Mediatorbinderegion und anschließender Verlängerung werden die markierten Nukleotide separiert und die markierten 5'- und 3'-Enden räumlich voneinander entfernt, was zu einem detektierbaren Signalanstieg führt. Ein Vorteil dieser Struktur sind sehr niedrige Synthesekosten für solche endständig und einfach fluoreszenzmarkierte Oligonukleotide. Eine bevorzugte Variante dieser  Labels of the two oligonucleotides can each act on at least one attached at the ends of the oligonucleotides fluorescence acceptor or fluorescence donor, wherein the fluorescence signal in the dimer is attenuated or suppressed by the spatial proximity of the two markers. One or both oligonucleotides additionally have a mediator binding region. By attachment of the mediator to the mediator binding region and subsequent extension, the labeled nucleotides are separated and the labeled 5 'and 3' ends are spatially separated, resulting in a detectable signal increase. An advantage of this structure is the very low cost of synthesizing such terminally and simply fluorescently labeled oligonucleotides. A preferred variant of this
Ausführungsform des Nachweismoleküls ist in Figur 19 dargestellt. Embodiment of the detection molecule is shown in FIG.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems umfasst das Nachweismolekül eine sechste Region an einem 3'-Terminus des Nachweismoleküls, die eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische According to a preferred embodiment of the system according to the invention, the detection molecule comprises a sixth region at a 3'-terminus of the detection molecule which has a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical
Schutzgruppe aufweist. Eine Schutzgruppe im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet einen Substituent, der in ein Molekül einbracht wird, um eine bestimmte funktionelle Gruppe vorübergehend zu schützen und so eine unerwünschte Reaktion zu verhindern. Nach der Durchführung der gewünschten Reaktion an anderer stelle des Moleküls kann die Schutzgruppe wieder abgespalten werden. Protective group has. A protecting group within the meaning of the present invention refers to a substituent which is introduced into a molecule to temporarily protect a particular functional group and thus prevent an undesired reaction. After performing the desired reaction at another point of the molecule, the protective group can be cleaved again.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Nachweismolekül frei in einer Lösung vor. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist Nachweismolekül an eine Festphase gebunden. Hierbei ist das Nachweismolekül in einem für die jeweilige Nachweismethode geeigneten Reaktionsgefäß an einer Festphase immobilisiert. Die Probe und die benötigten Reagenzien können dem Reaktionsgefäß zugegeben werden und das Gemisch kann anschließend bei den entsprechenden Bedingungen inkubiert werden. Die Probe kann beispielsweise aus DNA, RNA und/oder Peptiden bzw. Proteinen bestehen. Bei In a preferred embodiment, the detection molecule is free in a solution. In another preferred embodiment, detection molecule is bound to a solid phase. In this case, the detection molecule is immobilized on a solid phase in a reaction vessel suitable for the respective detection method. The sample and the required reagents may be added to the reaction vessel and the mixture subsequently incubated at the appropriate conditions. The sample can consist for example of DNA, RNA and / or peptides or proteins. at
Vorhandensein des Zielmoleküls wird der Mediator von der Mediatorsonde verdrängt bzw. freigesetzt und kann im Reaktionsgemisch zum immobilisierten Nachweismolekül diffundieren. If the target molecule is present, the mediator is displaced or released by the mediator probe and can diffuse in the reaction mixture to the immobilized detection molecule.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt der Nachweis einer In preferred embodiments of the invention, the detection of a
Signalveränderung nach Freisetzung des Mediators und Bindung an ein Nachweismolekül durch elektrochemische Detektion auf einer Festphase. Hierbei ist das Nachweismolekül auf einer Elektrode, welche gleichzeitig die Festphase darstellt, immobilisiert. Der freigesetzte Mediator kann an die Mediatorbinderegion des Nachweismoleküls hybridisieren und beispielsweise durch eine Polymerase verlängert werden. Nach erfolgter Verlängerung können Redoxmoleküle in das Dimer aus Nachweismolekül und verlängertem Mediator interkalieren und ein elektrochemisches Signal generieren, welches detektiert werden kann. Signal change after release of the mediator and binding to a detection molecule by electrochemical detection on a solid phase. In this case, the detection molecule is immobilized on an electrode which simultaneously represents the solid phase. The released mediator can hybridize to the mediator binding region of the detection molecule and be extended for example by a polymerase. After extension, redox molecules can intercalate into the dimer of detection molecule and extended mediator and generate an electrochemical signal that can be detected.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass ein ausreichend langer Mediator mit dem In addition, it is also possible that a sufficiently long mediator with the
Nachweismolekül hybridisiert und nicht verlängert wird. Redoxmoleküle können in das Dimer aus Nachweismolekül und Mediator interkalieren und ein elektrochemisches Signal generieren. Eine Variante dieser Ausführungsform ist in Figur 20 dargestellt. In weiteren Ausführungsformen ist der Mediator und/oder das Nachweismolekül mit einem oder mehreren Redoxmolekülen markiert. Ist der Mediator mit einem Redoxmolekül markiert, so führt die Bindung des freigesetzten Mediators an das immobilisierte Nachweismolekül durch die räumliche Nähe von Redox-Modifikation und Elektrodenoberfläche zu einer Signaländerung. Eine Variante dieser Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 21 dargestellt. Detection molecule hybridized and not extended. Redox molecules can intercalate into the dimer of the detection molecule and mediator and generate an electrochemical signal. A variant of this embodiment is shown in FIG. In further embodiments, the mediator and / or the detection molecule is labeled with one or more redox molecules. If the mediator is labeled with a redox molecule, the binding of the released mediator to the immobilized detection molecule leads to a signal change due to the proximity of the redox modification and the electrode surface. A variant of this embodiment of the invention is shown in FIG.
Es kann von Vorteil sein, mehrere Mediatoren pro Zielmolekül und/oder Vorlagemolekül freizusetzen um ein stärkeres Signal zu erhalten. Die Freisetzung mehrerer Mediatoren pro Zielmolekül kann beispielsweise durch Anbringen von Mediatoren an mehrere, verschiedene Primer realisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann ein beispielsweise mit einer Redox-Modifikation markierter Mediator nach Hybridisierung mit dem Nachweismolekül durch eine Polymerase verlängert werden, wodurch eine vorteilhafte Stabilisierung des Doppelstranges erreicht werden kann (Figur 22). In weiteren Ausführungsformen kann der beispielsweise mit einer Redox-Modifikation markierte Mediator an das von der Elektrodenoberfläche entfernte Strangende des It may be advantageous to release multiple mediators per target molecule and / or template molecule to obtain a stronger signal. The release of multiple mediators per target molecule can be realized, for example, by attaching mediators to several different primers. In a further embodiment, a mediator labeled, for example, with a redox modification can be extended by hybridization with the detection molecule by a polymerase, whereby an advantageous stabilization of the double strand can be achieved (FIG. 22). In further embodiments, the mediator labeled, for example, with a redox modification, may be attached to the strand end of the strand removed from the electrode surface
Nachweismoleküls binden. Dabei kann der Mediator an einem längeren Nachweismolekül verlängert werden oder der Mediator besitzt bereits eine ähnliche Länge wie das Bind detection molecule. In this case, the mediator can be extended to a longer detection molecule or the mediator already has a similar length as the
Nachweismolekül und wird nicht verlängert. Der elektrische Ladungstransfer zwischen dem Redoxmolekül und der Elektrode erfolgt über die elektrische Leitfähigkeit der DNA, wobei die Leitfähigkeit durch Ausbildung eines Doppelstranges zunimmt. Eine Variante einer solchen Ausführungsform ist in Figur 23 dargestellt. Detection molecule and will not be extended. The electrical charge transfer between the redox molecule and the electrode takes place via the electrical conductivity of the DNA, wherein the conductivity increases by forming a double strand. A variant of such an embodiment is shown in FIG.
In weiteren Ausführungsformen kann das Nachweismolekül ein Redoxmolekül tragen und der Mediator markierungsfrei sein. Der freigesetzte Mediator kann nun wie in Figur 24 dargestellt an das Nachweismolekül binden und verlängert werden. Alternativ kann auch ein bereits ausreichend langer Mediator an das Nachweismolekül binden. Durch Ausbildung eines Doppelstranges nimmt die elektrische Leitfähigkeit der DNA aufgrund von möglichen intra- und intermolekularen Ladungstransfermechanismen zu. Folglich kann eine In further embodiments, the detection molecule may carry a redox molecule and the mediator may be label-free. The released mediator can now bind to the detection molecule as shown in FIG. 24 and be lengthened. Alternatively, an already sufficiently long mediator can bind to the detection molecule. By forming a double strand, the electrical conductivity of the DNA increases due to possible intra- and intermolecular charge transfer mechanisms. Consequently, a
Signaländerung an der Elektrode detektiert werden. Die elektrochemische Detektion kann anhand der Messung verschiedener Parameter erfolgen, dazu zählen unter anderem beispielsweise Impedanzänderungen, Signal change can be detected at the electrode. The electrochemical detection can take place on the basis of the measurement of various parameters, including, for example, impedance changes,
Cyclovoltammetrie, Square-Wave-Voltammetrie oder Kapazitätsänderungen. Cyclic voltammetry, square wave voltammetry or capacitance changes.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt der Nachweis einer In preferred embodiments of the invention, the detection of a
Signalveränderung nach Freisetzung des Mediators und Bindung an ein Nachweismolekül über interne Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (TIRF). Das Nachweismolekül ist bei dieser Ausführungsform auf einer Festphase oberhalb einer TIRF-Beleuchtungsvorrichtung immobilisiert. Das durch Totalreflexion gebildete evaneszente Feld dringt in das Signal change after release of the mediator and binding to a detection molecule via total internal reflection fluorescence microscopy (TIRF). The detection molecule is immobilized on a solid phase above a TIRF illumination device in this embodiment. The evanescent field formed by total reflection penetrates into the
Probenvolumen ein und regt dabei Fluoreszenzmoleküle, welche sich am Nachweismolekül und/oder am Mediator und/oder an Sonden befinden oder in Dimeren interkaliert sind, an, wodurch eine Änderung des Fluoreszenzsignals detektiert werden kann. Sample volume and stimulates fluorescence molecules, which are located on the detection molecule and / or on the mediator and / or on probes or intercalated in dimers, on, whereby a change in the fluorescence signal can be detected.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Bindung des freigesetzten Mediators an das Nachweismolekül durch Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie detektiert werden. Durch die Freisetzung und anschließende Bindung des Mediators an das auf einer Oberfläche immobilisierte Nachweismolekül kann eine Änderung des Brechungsindexes in der Probe detektiert werden. Die Nachweismoleküle können unter anderem direkt auf der Metalloberfläche, in welcher die Plasmonen angeregt werden, oder beispielsweise in/auf einer Membran, welche sich direkt auf der Metalloberfläche befindet, immobilisiert werden. In other preferred embodiments, the binding of the released mediator to the detection molecule can be detected by surface plasmon resonance spectroscopy. By the release and subsequent binding of the mediator to the detection molecule immobilized on a surface, a change of the refractive index in the sample can be detected. Among other things, the detection molecules can be immobilized directly on the metal surface in which the plasmons are excited or, for example, in / on a membrane which is located directly on the metal surface.
Die Bindung oder Immobilisierung des Nachweismoleküls an einer Festphase ist zudem vorteilhaft, um die Freisetzung und Bindung des Mediators an ein Nachweismolekül durch gravimetrische Messungen nachzuweisen. Dabei ist das Nachweismolekül beispielsweise auf einer Trägeroberfläche, deren Gewicht unter anderem mit einem Schwingquarz bestimmt werden kann, immobilisiert. Änderung des Gewichts durch Bindung des Mediators an das Nachweismolekül können somit detektiert werden. Alternativ können die Nachweismoleküle an magnetischen Partikeln immobilisiert sein. Dies ermöglicht die Detektion von Zielmolekülen mittels magnetischer Relaxometrie. Bei der magnetischen Relaxometrie werden die magnetischen Partikel durch einen kurzen, magnetischen Impuls magnetisiert und dabei der zeitliche Abbau des induzierten The binding or immobilization of the detection molecule to a solid phase is also advantageous in order to detect the release and binding of the mediator to a detection molecule by gravimetric measurements. In this case, the detection molecule is immobilized, for example, on a support surface whose weight can be determined inter alia with a quartz crystal. Changing the weight by binding the mediator to the detection molecule can thus be detected. Alternatively, the detection molecules can be immobilized on magnetic particles. This allows the detection of target molecules by means of magnetic relaxometry. In magnetic relaxometry, the magnetic particles are magnetized by a short, magnetic pulse and thereby the degradation of the induced
magnetischen Momentes detektiert. Der hydrodynamische Widerstand von Partikel, an welche Mediatoren über die auf den Partikel immobilisierten Nachweismoleküle binden und verlängert werden, ist größer, also der hydrodynamische Widerstand von Partikel, an welche keine Mediatoren binden. Partikel, an welche Mediatoren binden und optional verlängert werden, bauen ihr induziertes magnetisches Moment demnach langsamer ab, als Partikel, an welche keine Mediatoren binden. Die Relaxationszeiten der induzierten magnetischen Momente der genannten Partikel unterscheidet sich demnach voneinander, wodurch die Freisetzung von Mediatoren detektiert werden kann. Durch Kombination der magnetischen Relaxometrie mit einer Schmelzkurvenanalyse können verschiedene Zielmoleküle nebeneinander in einer Probe nachgewiesen werden. detected magnetic moment. The hydrodynamic resistance of particles, to which mediators are bound and extended via the detection molecules immobilized on the particles, is greater, ie the hydrodynamic resistance of particles to which no mediators bind. Particles to which mediators bind and are optionally extended lengthen their induced magnetic moment accordingly slower than particles to which bind no mediators. The relaxation times of the induced magnetic moments of said particles are therefore different from each other, whereby the release of mediators can be detected. By combining magnetic relaxometry with melting curve analysis, different target molecules can be detected side by side in a sample.
Erfindungsgemäß können der Mediator und/oder das Nachweismolekül markiert sein mit mindestens einem Fluoreszenzmolekül, Redoxmolekül, Lumineszenzmolekül oder einem anderen signalgenerierenden Molekül. According to the invention, the mediator and / or the detection molecule can be labeled with at least one fluorescent molecule, redox molecule, luminescent molecule or another signal-generating molecule.
Das Nachweismolekül kann erfindungsgemäß ein einzelsträngiges Nukleinsäuremolekül oder Nukleinsäurederivat sein. An ein solches Nachweismolekül können mehrere markierteAccording to the invention, the detection molecule can be a single-stranded nucleic acid molecule or nucleic acid derivative. To such a detection molecule can be several marked
Sonden hybridisiert sein. Nach Freisetzung des Mediators bindet dieser an das Probes hybridized. After release of the mediator this binds to the
Nachweismolekül und wird verlängert. Hierdurch werden die an das Nachweismolekül hybridisierten markierten Sonden freigesetzt, wodurch es zu einer detektierbaren von denDetection molecule and is extended. This releases the labeled probes hybridized to the detection molecule, making it a detectable one of the
Markierungen der Sonden ausgehenden Signalveränderung kommt. Beispielsweise führt dieMarkings of the probes outgoing signal change comes. For example, the leads
Freisetzung von mit Fluoreszenzdonor und Fluoreszenzakzeptor markierten Sonden durch die räumliche Trennung von Fluoreszenzdonor und Fluoreszenzakzeptor zu einer Release of fluorescence donor and fluorescence acceptor labeled probes by the spatial separation of fluorescence donor and fluorescence acceptor into one
Fluoreszenzzunahme. Das einzelsträngige Nachweismolekül kann linear oder zirkulär ausgeführt werden, es kann homogen in Lösung vorliegen oder an einer Festphase immobilisiert sein und kann mehrere Mediatorbindestellen besitzen. Diese Ausführungsform der Erfindung wird bevorzugt bei isothermalen Amplifikationsmethoden angewendet, um zu gewährleisten, dass die markierten Sonden in Abwesenheit des Zielmoleküls an das Fluorescence increase. The single-stranded detection molecule can be linear or circular it may be homogeneous in solution or immobilized on a solid phase and may have multiple mediator binding sites. This embodiment of the invention is preferably used in isothermal amplification methods to ensure that the labeled probes in the absence of the target molecule to the
Nachweismolekül binden und nicht aufgrund hoher thermischen Energie, welche Detecting molecule bind and not due to high thermal energy, which
beispielsweise bei PCR generiert wird, vom Nachweismolekül wegdissoziieren. Beispiele der hier dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind in Beispiel 9 dargestellt. For example, when PCR is generated, dissociate away from the detection molecule. Examples of the embodiment of the invention shown here are shown in Example 9.
Wird das Nachweismolekül zirkulär ausgeführt und werden mehrere Mediatorbindestellen eingebracht, so kann durch das gleichzeitige Binden mehrerer Mediatoren an verschiedenen Stellen eine schnelle Nachweisereaktion in einem guten dynamischen Bereich stattfinden. Durch den zirkulären Aufbau des Nachweismoleküls kann zusätzlich eine Steigerung der Sensitivität erreicht werden, da bei Hybridisierung und Verlängerung eines Mediators an einem Nachweismolekül alle gebundenen, markierten Sonden freigesetzt werden, unabhängig von der Stelle, an die der Mediator bindet. An ein Nachweismolekül können Sonden mit unterschiedlichen Fluoreszenzdonoren und Fluoreszenzakzeptoren gebunden sein, welche bei unterschiedlichen Wellenlängen emittieren. Durch Kombination If the detection molecule is performed circularly and several mediator binding sites are introduced, simultaneous binding of several mediators at different sites can result in a fast detection reaction in a good dynamic range. An additional increase in sensitivity can be achieved by the circular structure of the detection molecule since, upon hybridization and extension of a mediator to a detection molecule, all bound, labeled probes are released, independently of the site to which the mediator binds. To a detection molecule probes with different fluorescence donors and fluorescence acceptors can be bound, which emit at different wavelengths. By combination
verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe, die auch in unterschiedlichen Konzentrationen eingesetzt werden können (was durch die Anzahl an markierten Sonden pro different fluorescent dyes, which can also be used in different concentrations (which by the number of labeled probes per
Nachweismolekül bestimmt wird), kann der Multiplexgrad erhöht werden. Dabei können bestimmte Konzentrationsverhältnisse einem definierten Nachweismolekül zugeordnet werden. Detection molecule is determined), the degree of multiplexing can be increased. Certain concentration ratios can be assigned to a defined detection molecule.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System zudem mindestens ein Bindemolekül, an das mindestens eine erste und/oder mindestens eine zweite Sonde nach Freisetzung vom Nachweismolekül binden können. Bindemoleküle können eingesetzt werden, um freigesetzte, beispielsweise mit Fluoreszenzdonor oder Fluoreszenzakzeptor markierte Sonden nachhaltig an einer erneuten Bindung am In a preferred embodiment, the system according to the invention additionally comprises at least one binding molecule to which at least one first and / or at least one second probe can bind after release of the detection molecule. Bindemoleküle can be used to sustained, for example, with fluorescence donor or fluorescence acceptor labeled probes sustained at a re-binding to the
Nachweismolekül zu hindern. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 7 dargestellt. Prevent detection molecule. A corresponding embodiment of the invention is shown in FIG.
In bestimmten Ausführungsformen besteht das Nachweismolekül aus mehreren In certain embodiments, the detection molecule consists of several
Oligonukleotiden, wobei ein unmarkiertes Oligonukleotid mit kürzeren, fluoreszenzmarkierten Oligonukleotiden hybridisiert ist. Das unmarkierte Oligonukleotid kann mit mehreren fluoreszenzmarkierten Oligonukleotiden hybridisiert sein. An den kürzeren Oligonukleotiden sind jeweils Fluoreszenzakzeptor und/oder Fluoreszenzdonor angebracht. Diese sind so angeordnet, dass sich Fluorophor und Quencher in räumlicher Nähe zueinander befinden. Der freigesetzte, unmarkierte Mediator weißt eine höhere Bindungsenergie zu dem unmarkierten Nachweismolekül auf als die fluoreszenz-markierten Nachweismoleküle und verdrängt dadurch beispielsweise das mit dem Quencher markierte, kürzere Oligonukleotid. Die Bindungsenergien können so eingestellt und angepasst werden, dass der Mediator unter Reaktionsbedingungen bevorzugt an den Primer und nicht an das Nachweismolekül bindet. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 25 dargestellt. Oligonucleotides, wherein an unlabeled oligonucleotide is hybridized with shorter, fluorescently labeled oligonucleotides. The unlabelled oligonucleotide may be hybridized with several fluorescently labeled oligonucleotides. At the shorter oligonucleotides each fluorescence acceptor and / or fluorescence donor are attached. These are arranged so that the fluorophore and quencher are in close proximity to each other. The released, unlabeled mediator has a higher binding energy to the unlabeled detection molecule as the fluorescence-labeled detection molecules and displaces thereby, for example, the labeled with the quencher, shorter oligonucleotide. The binding energies can be adjusted and adjusted so that the mediator binds under reaction conditions preferably to the primer and not to the detection molecule. A corresponding embodiment of the invention is shown in FIG.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül, umfassend folgende Schritte: In addition, the present invention relates to a method for the detection of at least one target molecule, comprising the following steps:
a) Bereitstellen mindestens einer Mediatorsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder eines Systems nach Anspruch 4 oder 5,  a) providing at least one mediator probe according to one of claims 1 to 3 and / or a system according to claim 4 or 5,
b) Bindung der Sondenregion des ersten Oligonukleotids der mindestens einen  b) binding of the probe region of the first oligonucleotide of the at least one
Mediatorsonde an eine Sequenz des Vorlagemoleküls und/oder des Zielmoleküls, c) Amplifikation des ersten Oligonukleotids der mindestens einen Mediatorsonde  Mediator probe to a sequence of the template molecule and / or the target molecule, c) amplification of the first oligonucleotide of the at least one mediator probe
und/oder des Vorlagemoleküls und/oder des Zielmoleküls,  and / or the template molecule and / or the target molecule,
d) Freisetzung des mindestens einen Mediators durch mindestens ein Hilfsmolekül, e) optional die Bindung des mindestens einen freigesetzten Mediators an das  d) release of the at least one mediator by at least one auxiliary molecule, e) optionally the binding of the at least one released mediator to the
mindestens eine Nachweismolekül, und  at least one detection molecule, and
f) Detektion einer Signalveränderung.  f) detection of a signal change.
Die Amplifikationsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können isotherme und/oder nicht-isotherme Amplifikationsmethoden umfassen. The amplification steps of the method according to the invention may comprise isothermal and / or non-isothermal amplification methods.
Bei der isothermen oder isothermalen Amplifikation erfolgt die jeweilige Reaktion bei gleichbleibender Temperatur (isothermal) mit einer strangversetzenden Polymerase. Da die isotherme Amplifikation bei gleichbleibender Temperatur durchgeführt wird, kann sie auch ohne größeren gerätetechnischen Aufwand durchgeführt werden. Die strangversetzende Polymerase, z. B. die 029-DNA-Polymerase aus dem Bakteriophagen Φ29, verdrängt einen bestehenden zweiten Strang von doppelsträngiger DNA, während sie anhand des ersten Stranges einen neuen Strang herstellt, mit gleicher Sequenz zum zweiten Strang. In isothermal or isothermal amplification, the respective reaction takes place at constant temperature (isothermal) with a strand-displacing polymerase. Since the isothermal amplification is carried out at a constant temperature, it can also be carried out without major equipment outlay. The strand displacing polymerase, z. B. the 029 DNA polymerase from the bacteriophage Φ29, displaces an existing second strand of double-stranded DNA, while making a new strand from the first strand, with the same sequence to the second strand.
Methoden zur isothermalen Amplifikation von DNA umfassen, ohne hierauf limitiert zu sein, die Multidisplacement Amplification (strangversetzende Amplifikation), die Isothermal Assembly (isothermaler Zusammenbau), die Recombinase Polymerase Amplification (RPA, Rekombinase Polymerase Amplifikation), die Loop-mediated Isothermal Amplification (LAMP, schleifenvermittelte isothermale Amplifikation), nucleic acid sequence-based amplification (NASBA, Nukleinsäuresequenz-basierte Amplifikation), die Helicase-dependent Amplification (HDA, Helikase-abhängige Amplifikation), die Nicking Enzyme Amplification Reaction (NEAR, die Einzelstrangbruchsenzym-Amplifikationsreaktion), die Rolling Circle Amplification (RCA, Replikation per rolling circle) und die Strand Displacement Amplification (SDA). Methods for isothermal amplification of DNA include, but are not limited to, multidisplacement amplification, isothermal assembly, recombinase polymerase amplification (RPA, recombinase polymerase amplification), loop mediated isothermal amplification (LAMP , loop-mediated isothermal amplification), nucleic acid sequence-based amplification (NASBA), helicase-dependent amplification (HDA, helicase-dependent amplification), the nicking enzyme amplification reaction (NEAR, single-strand-break enzyme amplification reaction) Rolling Circle Amplification (RCA, rolling circle replication) and the Strand Displacement Amplification (SDA).
Bei nicht-isothermen Amplifikationsmethoden wird eine thermostabile Polymerase verwendet, da während der Reaktion die Temperatur variiert. Hierbei kann ein Thermocycler verwendet werden. Beispiele für nicht-isotherme Amplifikationsmethoden sind die In non-isothermal amplification methods, a thermostable polymerase is used because the temperature varies during the reaction. Here, a thermal cycler can be used. Examples of non-isothermal amplification methods are the
Polymerase-Kettenreaktion (PCR), die real-time PCR und die Polymerase Chain Polymerase chain reaction (PCR), the real-time PCR and the polymerase chain
Displacement reaction (PCDR). Displacement reaction (PCDR).
Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens basiert darauf, dass die An important advantage of the method according to the invention is based on the fact that the
Mediatorfreisetzung und die darauffolgende Signalgenerierung, beispielsweise durch Interaktion des Mediators mit einem Nachweismolekül, bei unterschiedlichen Mediator release and the subsequent signal generation, for example by interaction of the mediator with a detection molecule, at different
Amplifikationsmethoden angewandt werden kann und nicht auf spezielle Amplification methods can be applied and not to special ones
Amplifikationssysteme beschränkt ist. Durch geschicktes Ausnutzen der jeweiligen Amplification systems is limited. By skillful exploitation of the respective
Bedingungen bei verschiedenen Amplifikationsmethoden kann die oben genannte Conditions in different amplification methods can be the above
Mediatorfreisetzung leicht auf das jeweilige System angepasst werden. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Mediatorfreisetzung nicht durch Abspaltung des Mediators von der Mediatorsonde mit Hilfe der Nukleaseaktivität eines Enzyms, sondern durch Verdrängung. Hierbei kommt es bevorzugt nicht zur Spaltung von kovalenten Bindungen, da der Mediator nicht kovalent an das erste Oligonukleotid der Mediatorsonde gebunden ist. Bevorzugt erfolgt die Mediatorfreisetzung, ohne dass es zur Spaltung eines Oligonukleotids kommt. Bevorzugt ist die Verwendung von Enzymen mit Nukleaseaktivität im erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich. Mediator release easily adapted to the particular system. In preferred embodiments of the invention, the mediator release is not effected by cleavage of the mediator from the mediator probe by means of the nuclease activity of an enzyme, but by displacement. In this case, it is preferable not to cleave covalent bonds, since the mediator is not covalently bound to the first oligonucleotide of the mediator probe. The mediator release preferably takes place without the cleavage of an oligonucleotide occurring. Preferably, the use of enzymes with nuclease activity is not required in the method according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bindet der Mediator an die erste Region des Nachweismoleküls, wobei es sich bei der Bindung um eine indirekte oder direkte Interaktion handeln kann. Durch diese Interaktion des Mediators mit der ersten Region des Nachweismoleküls kann eine physikalische oder chemisch messbare Veränderung des Nachweismoleküls erfolgen. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the mediator binds to the first region of the detection molecule, wherein the binding may be an indirect or direct interaction. Through this interaction of the mediator with the first region of the detection molecule, a physically or chemically measurable change of the detection molecule can take place.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bindet mindestens ein Mediator an die erste Region des Nachweismoleküls und wird durch mindestens ein Hilfsmolekül enzymatisch verlängert, wobei das Hilfsmolekül bevorzugt an den 3'-Terminus des gebundenen Mediators bindet, wodurch eine physikalisch oder chemisch messbare Veränderung des Nachweismoleküls erfolgt. Diese Veränderungen des Nachweismoleküls umfassen, ohne Limitierung, Spaltung, Verdau, Strangverdoppelung, interne Hybridisierung, Phosphorylierung, Dephosphorylierung, Amidierung, Anbindung oder Abspaltung einer chemischen Gruppe, Fluoreszenz-, Phosphoreszenz- oder Lumineszenzänderung. In a preferred embodiment of the method according to the invention at least one mediator binds to the first region of the detection molecule and is enzymatically extended by at least one auxiliary molecule, wherein the auxiliary molecule binds preferentially to the 3'-terminus of the bound mediator, whereby a physically or chemically measurable change of the detection molecule he follows. These alterations of the detection molecule include, without limitation, cleavage, digestion, strand doubling, internal hybridization, phosphorylation, dephosphorylation, amidation, attachment, or Cleavage of a chemical group, fluorescence, phosphorescence or luminescence change.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bindet mindestens ein Mediator an die erste Region des Nachweismoleküls, wodurch eine physikalisch oder chemisch messbare Veränderung des Nachweismoleküls erfolgt. According to another preferred embodiment of the method according to the invention, at least one mediator binds to the first region of the detection molecule, whereby a physically or chemically measurable change of the detection molecule takes place.
Bevorzugt ist hierbei für die Generierung einer messbaren Veränderung eine enzymatische Verlängerung des Mediators nicht erforderlich.  In this case, an enzymatic extension of the mediator is preferably not required for the generation of a measurable change.
Bevorzugt wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der 3'-Terminus des ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde nach Bindung der Sondenregion des ersten Within the scope of the method according to the invention, the 3'-terminus of the first oligonucleotide of the mediator probe is preferred after binding of the probe region of the first
Oligonukleotids der Mediatorsonde an eine Sequenz des Vorlagemoleküls und/oder des Zielmoleküls durch ein Hilfsmolekül enzymatisch verlängert. Oligonucleotide of the mediator probe to a sequence of the template molecule and / or the target molecule by an auxiliary molecule enzymatically extended.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Amplifikation des ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde und/oder des Vorlagemoleküls und/oder Zielmoleküls durch eine isotherme oder nicht- isotherme Amplifikationsmethode erfolgt. A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the amplification of the first oligonucleotide of the mediator probe and / or the template molecule and / or target molecule is carried out by an isothermal or non-isothermal amplification method.
Erfindungsgemäß werden als nicht-isotherme Amplifikationsmethoden bevorzugt PCR, PCDR oder real-time PCR eingesetzt. Als isotherme Amplifikationsmethoden werden bevorzugt LAMP oder RPA eingesetzt. According to the invention, PCR, PCDR or real-time PCR are preferably used as non-isothermal amplification methods. As isothermal amplification methods LAMP or RPA are preferably used.
Bei einer nicht-isothermen Amplifikationsreaktion, wie beispielsweise der PCR oder PCDR, kann einer oder mehrere der eingesetzten Primer in einer Weise modifiziert werden, sodass dieser oder diese eine Mediatorsonde darstellen. In einem geeigneten Reaktionsgefäß werden Probe und die benötigten Reagenzien vorgelegt und das Gemisch inkubiert, wobei die Amplifikation stattfinden kann. Während dieses Prozesses wird die Signalveränderung, beispielsweise eines Fluoreszenzsignals, im Reaktionsgefäß detektiert. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügt das In a non-isothermal amplification reaction, such as PCR or PCDR, one or more of the primers employed may be modified in a manner such that it or these constitute a mediator probe. In a suitable reaction vessel sample and the required reagents are presented and the mixture is incubated, wherein the amplification can take place. During this process, the signal change, for example a fluorescence signal, is detected in the reaction vessel. In a further embodiment of the method according to the invention has
Nachweismolekül über mindestens eine Fluoreszenz- oder Lumineszenz-Modifikation, und nach der Reaktion mit dem mindestens einen Mediator mittels eines Hilfsmoleküls von dem Nachweismolekül wird die Fluoreszenz- oder Lumineszenz-Modifikation abgespalten und/oder der 5'-Terminus der Haarnadelstruktur des Nachweismoleküls entfernt und/oder die Haarnadelstruktur entfaltet und eine Änderung des Fluoreszenz- oder Lumineszenzsignals am Nachweismolekül detektiert. In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere Mediatoren pro Mediatorsonde und/oder mehrere Mediatorsonden und/oder mehrere Nachweismoleküle pro Zielmolekül eingesetzt. Detection molecule via at least one fluorescence or luminescence modification, and after the reaction with the at least one mediator by means of an auxiliary molecule from the detection molecule, the fluorescence or luminescence modification is split off and / or the 5'-terminus of the hairpin structure of the detection molecule is removed and / or unfolds the hairpin structure and detects a change in the fluorescence or luminescence signal at the detection molecule. In preferred embodiments of the method according to the invention, several mediators per mediator probe and / or several mediator probes and / or several detection molecules per target molecule are used.
Hierdurch werden komplexe Multiplex-Analysen, die den Nachweis von mehreren Analyten gleichzeitig in einem experimentellen Ansatz erlauben, ermöglicht. Multiplex-Analysen ermöglichen die Detektion mehrerer verschiedener Zielmoleküle und/oder Vorlagemoleküle in einem Reaktionsgemisch. Für die Erhöhung des Multiplexgrads des erfindungsgemäßen Verfahrens können n verschiedenartige Mediatorsonden für die Detektion von n This allows complex multiplex analyzes that allow the detection of multiple analytes simultaneously in an experimental approach. Multiplex analyzes allow the detection of several different target molecules and / or template molecules in a reaction mixture. For increasing the degree of multiplexing of the method according to the invention, n different mediator probes for the detection of n
unterschiedlichen Zielmolekülen eingesetzt werden. Jedem zu detektierenden Zielmolekül kann mindestens eine Mediatorsonde zugeordnet werden, deren Sondenregion spezifisch mit dem Zielmolekül oder Vorlagemolekül interagiert. Die Mediatorbinderegion und der Mediator der jeweiligen Mediatorsonde sind nicht affin bzw. komplementär zum jeweiligen Zielmolekül oder Vorlagemolekül. Der jeweilige Mediator stellt aber einen spezifischen Interaktionspartner für ein definiertes Nachweismolekül dar. Dadurch ist jedem Zielmolekül indirekt mindestens ein Nachweismolekül zugewiesen, dessen Zuordnung durch die different target molecules are used. Each target molecule to be detected may be assigned at least one mediator probe whose probe region specifically interacts with the target molecule or template molecule. The Mediatorbinderegion and the mediator of each Mediatorsonde are not affine or complementary to the respective target molecule or template molecule. However, the respective mediator represents a specific interaction partner for a defined detection molecule. As a result, each target molecule is indirectly assigned at least one detection molecule whose assignment by the
Mediatorsonde erfolgt. Die Detektion verschiedener Zielmoleküle bedingt verschiedenartige Nachweismoleküle.  Mediator probe takes place. The detection of different target molecules requires various detection molecules.
Da Sondenregion und Mediatorbinderegion der Mediatorsonde voneinander unabhängig frei kombiniert werden können, kann ein Nachweismolekül auch mit einem anderen Zielmolekül korreliert werden, indem die passende Mediatorbinderegion und Mediator mit einer beliebigen Sondenregion verknüpft und synthetisiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt daher die Zielmolekül-unabhängige Gestaltung des Nachweismoleküls. Somit können mit einem standardisierten Satz von Nachweismolekülen unterschiedliche Zielmoleküle in einer Probe nachgewiesen werden, wodurch die Reaktion kostengünstig durch Anpassen der Mediatorsonde und Verwendung geeigneter Hilfsmoleküle (z.B. Primer oder Aptamere) an das jeweilige Zielmolekül adaptiert werden kann. Since the probe region and mediator binding region of the mediator probe can be freely combined independently of each other, one detection molecule can also be correlated with another target molecule by linking and synthesizing the appropriate mediator binding region and mediator with any probe region. The method according to the invention therefore allows the target molecule-independent design of the detection molecule. Thus, with a standardized set of detection molecules, different target molecules can be detected in a sample, whereby the reaction can be inexpensively adapted by adapting the mediator probe and using appropriate helper molecules (e.g., primers or aptamers) to the particular target molecule.
Erfindungsgemäß können mehrere verschiedene Mediatoren, welche Teil einer einzigen Mediatorsonde sind und an die Mediatorbinderegion desselben ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde binden, an mehrere verschiedene Nachweismoleküle binden. Durch geschicktes Kombinieren mehrerer Mediatoren einer Mediatorsonde mit unterschiedlichen Nachweismolekülen kann der Multiplexgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens stark erhöht werden. Voraussetzung ist, dass die mehreren verschiedenen Nachweismoleküle According to the invention, several different mediators, which are part of a single mediator probe and bind to the mediator binding region of the same first oligonucleotide of the mediator probe, can bind to several different detection molecules. By cleverly combining several mediators of a mediator probe with different detection molecules, the degree of multiplexing of the method according to the invention can be greatly increased. A prerequisite is that the several different detection molecules
unterschiedliche Signale erzeugen, die unterscheidbar sind und bevorzugt parallel oder gleichzeitig detektiert werden können. Beispielsweise können durch Einsatz von n Nachweismolekülen und zwei Mediatoren pro Mediatorsonde und Zielmolekül„n über 2" + n verschiedene Zielmoleküle nachgewiesen werden. Mit Hilfe des Binomialkoeffizienten kann bei gegebener Anzahl an unterschiedlichen Nachweismolekülen die Anzahl an nachweisbaren Zielmolekülen berechnet werden. Da ein Zielmolekül nicht nur durch Erzeugung zweier unterschiedlicher Signale, beispielsweise zwei Fluoreszenzsignale mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen, sondern auch durch generate different signals that are distinguishable and preferably can be detected in parallel or simultaneously. For example, by using n detection molecules and two mediators, different target molecules can be detected for each mediator probe and target molecule "n over 2" + n With the aid of the binomial coefficient, the number of detectable target molecules can be calculated for a given number of different detection molecules by generating two different signals, for example two fluorescence signals with two different wavelengths, but also by
Erzeugung eines einzigen Signals identifiziert werden kann, muss der Wert des Generation of a single signal can be identified, the value of the
Binomialkoeffizienten um n erhöht werden, um die maximale Anzahl an nachweisbaren Zielmolekülen berechnen zu können. Mit vier unterschiedlichen Nachweismolekülen können somit 10 verschiedene Zielmoleküle detektiert werden, während schon fünf Binomial coefficients are increased by n to calculate the maximum number of detectable target molecules. With four different detection molecules 10 different target molecules can thus be detected, while already five
Nachweismoleküle die Unterscheidung von 15 Zielmolekülen ermöglichen. Ein Detection molecules allow the differentiation of 15 target molecules. On
entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 A dargestellt. corresponding embodiment is shown in Figure 5 A.
Alternativ können auch mehrere Mediatorsonden pro Zielmolekül eingesetzt werden, wobei eine Mediatorsonde nur einen Mediator enthalten kann. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können eine oder mehrere Mediatorsonden, welche an das gleiche Zielmolekül oder Vorlagemolekül binden, eingesetzt werden, wobei der Mediator oder die Mediatoren dieser Mediatorsonden an ein Nachweismolekül oder an mehrere Nachweismoleküle gleichzeitig binden können. Durch geschicktes Kombinieren der Mediatorbinderegionen in den Nachweismolekülen kann beispielsweise zwischen drei Zielmolekülen unter Verwendung von nur zwei Alternatively, several mediator probes per target molecule can be used, wherein a mediator probe can contain only one mediator. In a preferred embodiment of the method according to the invention, one or more mediator probes which bind to the same target molecule or template molecule can be used, wherein the mediator or the mediators of these mediator probes can simultaneously bind to one detection molecule or to several detection molecules. By skillfully combining the mediator binding regions in the detection molecules, for example, between three target molecules using only two
Nachweismolekülen unterschieden werden. Durch den Einsatz von n Nachweismolekülen und mindestens zwei Mediatoren pro Nachweismolekül können„2" - 1 " verschiedene Zielmoleküle nachgewiesen werden. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung beinhalten die Nachweismoleküle jeweils mindestens zwei verschiedene  Detection molecules are distinguished. Through the use of n detection molecules and at least two mediators per detection molecule, "2" - 1 "different target molecules can be detected. According to this embodiment of the invention, the detection molecules each comprise at least two different ones
Mediatorbinderegionen, wobei mindestens zwei Mediatoren, welche mit mindestens zwei unterschiedlichen Zielsequenzen verknüpft sind, an jeweils nur ein bestimmtes Mediatorbinderegionen, wherein at least two mediators, which are linked to at least two different target sequences, in each case only a specific
Nachweismolekül binden. Es wird dabei pro Zielmolekül ein bestimmtes Signal generiert. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann ein dritter oder mehr Mediatoren, welche mit einer dritten oder mehr Zielsequenzen verknüpft sind, an mindestens die zwei Bind detection molecule. This generates a specific signal per target molecule. According to this embodiment of the invention, a third or more mediators linked to a third or more target sequences may be attached to at least the two
Nachweismoleküle binden und somit mindestens zwei unterschiedliche Signale auslösen. Damit die Wahrscheinlichkeit, dass zwei freigesetzte Mediatoren gleichzeitig an dasselbe Nachweismolekül binden, hoch genug ist, sollte die Konzentration an freigesetzten Bind detection molecules and thus trigger at least two different signals. In order for the probability that two released mediators simultaneously bind to the same detection molecule to be high enough, the concentration should be released
Mediatoren in der Größenordnung der Konzentration an Nachweismolekülen liegen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 B dargestellt. Des Weiteren können auch Nachweismoleküle eingesetzt werden, welche mehr als zwei verschiedene Mediatoren binden können und zusätzlich können mehrere verschiedene Mediatorsonden an das gleiche Zielmolekül binden. Mediators in the order of the concentration of detection molecules are. A corresponding exemplary embodiment is shown in FIG. 5B. Furthermore, it is also possible to use detection molecules which contain more than two different mediators In addition, several different mediator probes can bind to the same target molecule.
Durch Verwendung mehrerer Mediatorsonden pro Zielmolekül oder Vorlagemolekül können mehrere, verschiedene Mediatoren bei Detektion des Zielmoleküls freigesetzt werden. By using multiple mediator probes per target molecule or template molecule, several different mediators can be released upon detection of the target molecule.
Beispielsweise können mehrere Mediatorsonden, welche jeweils selektiv an ein For example, a plurality of mediator probes, each selectively to a
gemeinsames Zielmolekül oder Vorlagemolekül binden, eingesetzt werden, wobei der Mediator oder die Mediatoren dieser Mediatorsonden unterschiedliche Sequenzen aufweisen. Dabei können mehrere verschiedene Mediatoren unterschiedlicher Sequenz an ein und dasselbe Nachweismolekül binden, wobei erst durch Bindung mehrerer Mediatoren eine Nachweisreaktion ausgelöst werden kann. Durch geschicktes Ausnutzen der Interaktion zwischen freiwerdenden Mediatoren untereinander kann die signalgenerierende Reaktion gesteuert und somit die Spezifität der Nachweismethode erhöht werden. Spezifität bezeichnet hierbei den Anteil der korrekt als negativ klassifizierten Ereignisse oder die Wahrscheinlichkeit, dass das Nichtvorhandensein eines Zielmoleküls auch als negatives Ergebnis klassifiziert wird. Beispielsweise können zwei von unterschiedlichen bind common target molecule or template molecule, are used, wherein the mediator or the mediators of these mediator probes have different sequences. Several different mediators of different sequence can bind to one and the same detection molecule, whereby a detection reaction can be triggered only by binding several mediators. By skillfully exploiting the interaction between released mediators among themselves, the signal-generating reaction can be controlled and thus the specificity of the detection method can be increased. Specificity refers to the proportion of correctly classified negative events or the probability that the absence of a target molecule is also classified as a negative result. For example, two of different
Mediatorsonden freigesetzte Mediatoren an einem Nachweismolekül so interagieren, dass eine Signalveränderung des Nachweismoleküls nur auftritt, wenn beide Mediatoren an das Nachweismolekül gebunden haben. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 C dargestellt. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zielmolekül und/oder das Vorlagemolekül ein Biomolekül ist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend DNA, RNA, Peptid, Protein, Aptamer und/oder einer Kombination hieraus.  Mediator probes released mediators interact on a detection molecule so that a signal change of the detection molecule occurs only when both mediators have bound to the detection molecule. A corresponding exemplary embodiment is shown in FIG. 5C. A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the target molecule and / or the template molecule is a biomolecule selected from the group comprising DNA, RNA, peptide, protein, aptamer and / or a combination thereof.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die parallele Detektion verschiedener Moleküle und Molekülklassen, wie z.B. A great advantage of the method according to the invention is that, in contrast to the prior art, the parallel detection of different molecules and classes of molecules, such as e.g.
Proteine und Nukleinsäuren, in einem Arbeitsschritt und innerhalb eines Reaktionsansatzes ermöglicht wird, womit ein kombiniertes DNA-RNA-Protein-Profil einer Probe erstellt werden kann.  Proteins and nucleic acids, in one step and within a reaction approach is made possible, with which a combined DNA-RNA-protein profile of a sample can be created.
Die erfindungsgemäße Nachweismethode kann beispielsweise zum Nachweis eines spezifischen RNA-Moleküls als Zielmolekül eingesetzt werden, wobei die RNA mittelsThe detection method according to the invention can be used for example as a target molecule for the detection of a specific RNA molecule, wherein the RNA by means of
Reverser Transkription (RT) oder durch ein anderes geeignetes enzymatisches System in cDNA umgeschrieben und anschließend die cDNA amplifiziert wird, wobei die cDNA als Vorlagemolekül eingesetzt wird. Erfindungsgemäß können zur Detektion von Zielmolekülen Zielmolekül-spezifische Aptamere als Vorlagemoleküle eingesetzt werden. Hierbei kann das nachzuweisende Zielmolekül beispielsweise ein Protein oder Peptid sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein Aptamer bindet an das Zielmolekül und verändert seine Struktur, so dass sich nach erfolgter Reversed transcription (RT) or by another suitable enzymatic system into cDNA rewritten and then the cDNA is amplified, wherein the cDNA is used as a template molecule. According to the invention, target molecule-specific aptamers can be used as template molecules for the detection of target molecules. Here, the target molecule to be detected may be, for example, a protein or peptide, but is not limited thereto. An aptamer binds to the target molecule and changes its structure, so that after
Interaktion eine Aptamer-spezifische Mediatorsonde und Primer an das Aptamer anlagern können. Durch Prozessierung mit einem geeigneten Enzymsystem können am Aptamer angelagerte Primer verlängert werden, wodurch eine Amplifikation einer Aptamersequenz, die außerhalb der Proteinbinderegion des Aptamers liegt, erreicht wird. Hierbei kann eine erfindungsgemäße Mediatorsonde mit dem Aptamer oder der amplifizierten Aptamersequenz interagieren. Beispielsweise kann durch die Bindung einer Mediatorsonde an ein lineares Amplifikationsprodukt die Sonde geöffnet werden, wobei mit Hilfe weiterer Primer eine Verdrängung des Mediators von der Mediatorsonde erfolgt. Der freigesetzte Mediator kann mit Hilfe eines spezifischen Nachweismoleküls oder einer geeigneten Nachweismethode detektiert werden. Erfindungsgemäß können zum Nachweis eines Zielmoleküls Zielmolekül- spezifische Aptamere als Vorlagemoleküle eingesetzt werden, die eine Interaction can attach an aptamer-specific mediator probe and primer to the aptamer. By processing with a suitable enzyme system, primers attached to the aptamer can be extended, thereby achieving amplification of an aptamer sequence that lies outside the protein binding region of the aptamer. In this case, a mediator probe according to the invention can interact with the aptamer or the amplified aptamer sequence. For example, by binding a mediator probe to a linear amplification product, the probe can be opened, with the aid of further primers displacing the mediator from the mediator probe. The released mediator can be detected using a specific detection molecule or a suitable detection method. According to the invention, target molecule-specific aptamers can be used as template molecules for the detection of a target molecule
Zielmolekülbinderegion, die von Primerbinderegionen flankiert wird, umfassen. Zudem wird mindestens eine erfindungsgemäße Mediatorsonde eingesetzt, deren Sondenregion spezifisch an eine der Primerbinderegionen des Aptamers bindet. In Abwesenheit des Zielmoleküls kann die Zielmolekülbinderegion des Aptamers mit Hilfe der Mediatorsonde und eines weiteren Primers amplifiziert werden, wobei es zur Freisetzung des Mediators von der Mediatorsonde kommt, wodurch eine Signalveränderung detektiert werden kann. In  Target binding region flanked by primer binder regions include. In addition, at least one mediator probe according to the invention is used whose probe region specifically binds to one of the primer binder regions of the aptamer. In the absence of the target molecule, the target molecule binding region of the aptamer can be amplified using the mediator probe and another primer, resulting in the release of the mediator from the mediator probe, whereby a signal change can be detected. In
Anwesenheit des Zielmoleküls bindet das Aptamer an das Zielmolekül und die Primer bzw. das erste Oligonukleotid der Mediatorsonde können aufgrund der Bindung zwischen Presence of the target molecule binds the aptamer to the target molecule and the primer or the first oligonucleotide of the mediator probe can bind to each other due to binding
Aptamer und Zielmolekül nicht verlängert werden und es kommt nicht zur Freisetzung des Mediators. Bei Vorhandensein des Zielmoleküls wird entsprechend ein Signalabfall imAptamer and target molecule are not prolonged and there is no release of the mediator. In the presence of the target molecule is correspondingly a signal drop in
Vergleich zur Abwesenheit des Zielmoleküls detektiert. Dieses erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine exponentielle Nachweisreaktion. Comparison to the absence of the target molecule detected. This method according to the invention allows an exponential detection reaction.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das According to a further embodiment of the method according to the invention
Hilfsmolekül ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polymerasen, RNA-Polymerasen, DNA- Polymerasen, Ligasen, Ribozyme, Katalysatoren, Proteine, Nukleinsäuren, Naturstoffe,Auxiliary molecule selected from the group comprising polymerases, RNA polymerases, DNA polymerases, ligases, ribozymes, catalysts, proteins, nucleic acids, natural products,
Enzyme, Enzym-Systeme, Zell-Lysate, Zell-Bestandteile, aus Zell-Bestandteilen abgeleitete Derivate und/oder synthetische Moleküle. Bevorzugt ist das Hilfsmolekül ein Molekül aus einem Nukleinsäureamplifikationssystem und/oder einem Restriktionsenzymsystem. Enzymes, enzyme systems, cell lysates, cell components, cell derived derivatives and / or synthetic molecules. The auxiliary molecule is preferably a molecule consisting of a nucleic acid amplification system and / or a restriction enzyme system.
Ligasen sind Enzyme, die DNA-Stränge verknüpfen. Sie bilden dabei eine Esterbindung zwischen einem Phosphatrest und dem Zucker Desoxyribose aus. Zudem ist bekannt, dassLigases are enzymes that link DNA strands. They form an ester bond between a phosphate residue and the sugar deoxyribose. It is also known that
Ligasen auch die Fähigkeit haben Nukleinsäuremoleküle an ihrem 3'-Ende zu verlängern. Ribozyme sind katalytisch aktive RNA-Moleküle, die wie Enzyme chemische Reaktionen katalysieren. Es ist bekannt, dass bestimmte Ribozyme Nukleinsäuremoleküle verlängern und amplifizieren können, ähnlich wie Polymerasen. Zudem können Ribozyme auch andere Reaktionen katalysieren, wie beispielsweise die Knüpfung von Peptidbindungen und das Spleißen/Splicing von RNA Molekülen. Ligases also have the ability to extend nucleic acid molecules at their 3'-end. Ribozymes are catalytically active RNA molecules that, like enzymes, catalyze chemical reactions. It is known that certain ribozymes can extend and amplify nucleic acid molecules, much like polymerases. In addition, ribozymes can also catalyze other reactions, such as the formation of peptide bonds and the splicing / splicing of RNA molecules.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das mindestens eine Hilfsmolekül eine DNA-strangtrennende Wirkung und/oder eine According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the at least one auxiliary molecule has a DNA-strand-separating action and / or a
polymerisierende Wirkung auf, wobei es sich bei dem Hilfsmolekül bevorzugt um eine Strand Displacement Polymerase handelt. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass bei Verwendung einer Polymerase mit Strand Displacement Aktivität keine zusätzlichen Enzyme, wie beispielsweise Enzyme mit Nukleaseaktivität, benötigt werden, was einen großen Vorteil im Vergleich zu Verfahren des Standes der Technik darstellt. polymerizing effect, wherein the auxiliary molecule is preferably a Strand Displacement Polymerase. It has surprisingly been found that using a polymerase with Strand Displacement activity requires no additional enzymes, such as enzymes with nuclease activity, which is a great advantage compared to prior art methods.
Für verschiedene Verfahrensschritte innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens können verschiedene Hilfsmoleküle eingesetzt werden. Verfahrensschritte, die mit Hilfe von Various auxiliary molecules can be used for different process steps within the process of the invention. Procedural steps with the help of
Hilfsmolekülen durchgeführt werden können, umfassen, ohne Limitierung, die Amplifikation des ersten Oligonukleotids der erfindungsgemäßen Mediatorsonde, die Amplifikation des Zielmoleküls und/oder des Vorlagemoleküls, die Abspaltung, Freisetzung oder Verdrängung des Mediators von der Mediatorsonde, die enzymatische Verlängerung des Mediators nach Bindung an ein Nachweismolekül und die Veränderung des Nachweismoleküls.  Helper molecules may include, without limitation, the amplification of the first oligonucleotide of the mediator probe according to the invention, the amplification of the target molecule and / or the template molecule, the cleavage, release or displacement of the mediator of the mediator probe, the enzymatic extension of the mediator after binding to a Detection molecule and the change of the detection molecule.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens tritt durch direkte oder indirekte Interaktion zwischen immobilisiertem oder nicht-immobilisiertem In a preferred embodiment of the method according to the invention occurs by direct or indirect interaction between immobilized or non-immobilized
Nachweismolekül und mindestens einem Mediator eine messbare Änderung in Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Lumineszenz, Masse, Absorption, Streuung des Lichts, elektrische Leitfähigkeit, enzymatische Aktivität und/oder der Affinität, elektrochemisches Potential oder Signal, Brechungsindex, Anregung von Oberflächenplasmonen oder magnetischer Detection molecule and at least one mediator a measurable change in fluorescence, phosphorescence, luminescence, mass, absorption, scattering of light, electrical conductivity, enzymatic activity and / or affinity, electrochemical potential or signal, refractive index, excitation of Oberflächenplasmonen or magnetic
Relaxation auf. Relaxation on.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens tritt durch direkte oder indirekte Interaktion zwischen immobilisiertem oder nicht-immobilisiertem In a preferred embodiment of the method according to the invention occurs by direct or indirect interaction between immobilized or non-immobilized
Nachweismolekül und mindestens einem Mediator eine messbare Änderung in Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Lumineszenz, Masse, Absorption, Streuung des Lichts, elektrische Leitfähigkeit, enzymatische Aktivität und/oder der Affinität, elektrochemisches Potential oder Signal, Brechungsindex, Anregung von Oberflächenplasmonen, magnetischer Relaxation, magnetischer Eigenschaft, Impedanz oder Kapazität auf. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Freisetzung des mindestens einen Mediators durch eine Detection molecule and at least one mediator a measurable change in fluorescence, phosphorescence, luminescence, mass, absorption, scattering of light, electrical conductivity, enzymatic activity and / or affinity, electrochemical potential or signal, refractive index, excitation of surface plasmons, magnetic relaxation, magnetic property , Impedance or capacity. A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the release of the at least one mediator by a
Amplifikation des mindestens einen Mediators mittels einer isothermen oder nicht-isothermen Amplifikationsmethode nachgewiesen wird. Hierbei kann der freigesetzte Mediator in Anwesenheit entsprechender Amplifikationsenzyme beispielsweise eine Rolling Circle Amplification auslösen. Somit kann das Zielmolekül durch den Nachweis der Rolling Circle Amplifikationsprodukte identifiziert werden. Amplifikationsprodukte einer Rolling Circle Amplification können beispielsweise sequenzspezifisch über Sonden oder auch über pH- Wertveränderungen, Gelelektrophorese oder Kolorimetrie nachgewiesen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mindestens eine freigesetzte Mediator durch Sequenzierung nachgewiesen. Durch Amplification of the at least one mediator is detected by means of an isothermal or non-isothermal amplification method. Here, the released mediator in the presence of appropriate amplification enzymes, for example, trigger a rolling circle amplification. Thus, the target molecule can be identified by detecting the rolling circle amplification products. Amplification products of a rolling circle amplification can, for example, be detected sequence-specifically via probes or also via pH changes, gel electrophoresis or colorimetry. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the at least one released mediator is detected by sequencing. By
Sequenzierung der freien Mediatoren können beliebig viele Zielmoleküle in einer Probe gleichzeitig identifiziert werden. Sequencing of the free mediators, any number of target molecules can be identified in a sample simultaneously.
Sequenzierung ist die Bestimmung der Nukleotid-Abfolge in einem Nukleinsäuremolekül, insbesondere DNA. Sequenziermethoden im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen, ohne Limitierung, die Methode von Maxam und Gilbert, die Didesoxymethode nach Sanger, Pyrosequenzierung, Sequenzierung durch Hybridisierung, das lonen-Halbleiter-DNA- Sequenzierungssystem, Sequenzierung mit Brückensynthese, Zwei-Basen-Sequenzierung, Sequenzierung mit gepaarten Enden und Nanoporen-Sequenzierung. Der Nachweis kann beispielsweis über eine Sequenzierung der nächsten Generation (next generation sequencing - NGS) nachgewiesen werden. Ein Beispiel für eine NGS-Methode ist die Nanoporen-Sequenzierung, bei welcher Potentialänderungen an einer mit Poren versehenen Membran beim Durchfluss von Molekülen, wie beispielsweise Nukleinsäuren, gemessen werden und somit die Sequenz der Nukleinsäure bestimmt werden kann. Durch Sequenzierung kann die simultane Freisetzung von beliebig vielen Mediatoren, welche jeweils die Anwesenheit eines speziellen Zielmoleküls signalisieren, nachgewiesen werden. Dabei erhöht sich der Multiplexgrad im Vergleich zu konventionellen Methoden, wie beispielsweise Fluoreszenzmessungen, stark. Die Sequenzierungsmethode ist dabei nicht auf die Nanoporen-Sequenzierung beschränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bindet der mindestens eine freigesetzte Mediator durch Hybridisierung an das Nachweismolekül, wird optional nach Bindung an das Nachweismolekül durch ein Hilfsmolekül verlängert, und anschließend wird eine Schmelzkurvenanalyse durchgeführt. Dadurch kann eine zusätzlicheSequencing is the determination of the nucleotide sequence in a nucleic acid molecule, in particular DNA. Sequencing methods for the purposes of the present invention include, without limitation, the method of Maxam and Gilbert, the Danger method according to Sanger, pyrosequencing, sequencing by hybridization, the ion-semiconductor DNA sequencing system, sequencing with bridge synthesis, two-base sequencing, sequencing with paired ends and nanopore sequencing. For example, detection can be detected by next generation sequencing (NGS). An example of an NGS method is nanopore sequencing, in which potential changes on a pore-containing membrane can be measured by the passage of molecules, such as nucleic acids, and thus the sequence of the nucleic acid can be determined. By sequencing, the simultaneous release of any number of mediators, which each signal the presence of a specific target molecule, can be detected. In this case, the degree of multiplexing increases greatly compared to conventional methods, such as fluorescence measurements. The sequencing method is not limited to nanopore sequencing. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the at least one released mediator binds to the detection molecule by hybridization, is optionally extended after binding to the detection molecule by an auxiliary molecule, and then a melting curve analysis is carried out. This can be an additional
Erhöhung des Multiplexgrades bei Verwendung unterschiedlicher Nachweismoleküle, die beispielsweise mit unterschiedlichen, signalgenierenden Molekülen markiert sind, erreicht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung interagieren sequenzspezifische oder sequenz-unspezifische Sonden, die fluorogen und/oder chromogen markiert sind, oder Fluoreszenzfarbstoffe mit dem Mediator und/oder dem Nachweismolekül. Increasing the degree of multiplexing when using different detection molecules, which are marked, for example, with different signal-generating molecules achieved become. According to a preferred embodiment of the invention, sequence-specific or sequence-unspecific probes which are fluorogenic and / or chromogenic labeled, or fluorescent dyes interact with the mediator and / or the detection molecule.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mindestens ein Zielmolekül eine RNA, und die RNA wird in cDNA umgeschrieben, und die cDNA dient als Vorlagemolekül. Hierbei kann ein Primer mit Sequenzüberhang für die In a preferred embodiment of the method according to the invention at least one target molecule is an RNA, and the RNA is transcribed into cDNA, and the cDNA serves as a template molecule. Here, a primer with sequence overhang for the
Umschreibereaktion/ reverse Transkription der RNA in cDNA eingesetzt werden, und die Sondenregion der Mediatorsonde kann an einen Bereich binden, der sowohl mindestens einen Teil der cDNA als auch einen Teil des Sequenzüberhangs enthält. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mindestens ein Zielmolekül ein Peptid oder ein Protein und das Vorlagemolekül ist ein Aptamer, wobei das Aptamer an das Peptid oder das Protein bindet und durch die Bindung des Aptamers an das Zielmolekül die Bindestelle für die Sondenregion der Mediatorsonde am Aptamer zugänglich wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung können sequenzspezifische oder sequenz-unspezifische Sonden, Fluoreszenzfarbstoffe oder Redoxmoleküle mit mindestens einem Mediator und/oder dem Nachweismolekül interagieren. Umschreibereaktion / reverse transcription of the RNA can be used in cDNA, and the probe region of the mediator probe can bind to a region containing both at least a portion of the cDNA and a part of the sequence overhang. According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, at least one target molecule is a peptide or a protein and the template molecule is an aptamer, the aptamer binding to the peptide or the protein, and binding of the aptamer to the target molecule the binding site for the probe region of the mediator probe becomes accessible at the aptamer. In accordance with the present invention, sequence-specific or sequence-nonspecific probes, fluorescent dyes, or redox molecules can interact with at least one mediator and / or the detection molecule.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von einem oder mehreren gleichartigen oder verschiedenen Biomolekülen in einem Gemisch. Hierbei kann das erfindungsgemäße Nachweismolekül über eine chemische Schutzgruppe am 3"-terminalen Bereich verfügen, wobei die Schutzgruppe nach der Reaktion mit dem Mediator mittels eines Hilfsmoleküls von dem Nachweismolekül abgespalten wird und eine 3'-terminale OH-Gruppe generiert wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Kit umfassend mindestens ein In addition, the present invention relates to the use of the system according to the invention and / or the method according to the invention for the detection of one or more identical or different biomolecules in a mixture. In this case, the detection molecule according to the invention can have a chemical protecting group at the 3 " -terminal region, the protective group being split off from the detection molecule after the reaction with the mediator by means of an auxiliary molecule and a 3'-terminal OH group being generated Invention a kit comprising at least one
Nachweismolekül, sowie optional mindestens einen Mediator im Sinne der Erfindung, Polymerasen und dNTPs.  Detection molecule, and optionally at least one mediator according to the invention, polymerases and dNTPs.
Spezielle Beschreibung der Erfindung Specific description of the invention
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen erläutert werden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Es zeigen: In the following, the invention will be explained with reference to figures and embodiments, but without being limited thereto. Show it:
Figur 1 : Schematische Darstellung der Struktur einer Mediatorsonde in einer Figure 1: Schematic representation of the structure of a Mediatorsonde in one
Ausführungsform der Erfindung. Figur 2: Schematischer Ablauf einer Mediatorverdrängung während eines Embodiment of the invention. Figure 2: Schematic flow of mediator displacement during a
Amplifikationsvorganges in Anwesenheit einer Strand Displacement Polymerase. Amplification process in the presence of a Strand Displacement Polymerase.
Figur 3: Schematische Darstellung eines möglichen Nachweismoleküls. Figure 3: Schematic representation of a possible detection molecule.
Figur 4: Schematische Darstellung der enzymatischen Mediatorverlängerung. Figur 5: Anordnungsmöglichkeiten bei Einsatz von mehreren Mediatoren und/oder mehreren Mediatorsonden und/oder mehreren Nachweismolekülen pro Zielmolekül. Figure 4: Schematic representation of the enzymatic Mediatorverlängerung. FIG. 5: Arrangement possibilities when using a plurality of mediators and / or multiple mediator probes and / or multiple detection molecules per target molecule.
Figur 6: Struktur eines Nachweismoleküls mit dem Aufbau eines Molecular Beacon. FIG. 6: Structure of a detection molecule with the structure of a molecular beacon.
Figur 7: Lineares oder zirkuläres Nachweismolekül mit Fluoreszenzdonor- und Figure 7: Linear or circular detection molecule with fluorescence donor and
Fluoreszenzakzeptor-markierten hybridisierten Sonden. Figur 8: Elektrochemische Detektion auf einer Festphase. Fluorescence acceptor-labeled hybridized probes. FIG. 8: Electrochemical detection on a solid phase.
Figur 9: Schematischen Ablauf einer Mediatorverdrängung während eines FIG. 9: Schematic sequence of a mediator displacement during a
Amplifikationsvorganges in Anwesenheit einer Strand Displacement Polymerase. Amplification process in the presence of a Strand Displacement Polymerase.
Figur 10: Mechanismus einer Mediatorfreisetzung und anschließender Signalgenerierung während einer LAMP. Figur 1 1 : Normierter Fluoreszenz-Plot einer LAMP zur Detektion von E. coli (W31 10, komplettes Genom) unter Verwendung von erfindungsgemäßen Mediatorsonden und Nachweismolekülen. FIG. 10: Mechanism of a mediator release and subsequent signal generation during a LAMP. FIG. 11: Normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of E. coli (W31 10, complete genome) using mediator probes and detection molecules according to the invention.
Figur 12: Normierter Fluoreszenz-Plot einer RT-LAMP zur Detektion von HIV-1 RNA unter Verwendung von erfindungsgemäßen Mediatorsonden und Nachweismolekülen. Figur 13: Aufbau einer Mediatorsonde, welche nicht als Primer fungiert. FIG. 12: Normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of HIV-1 RNA using mediator probes and detection molecules according to the invention. FIG. 13: Construction of a mediator probe, which does not function as a primer.
Figur 14: Nachweismethode zur Detektion von Zielmolekülen durch Zielmolekül-spezifische Aptamere. FIG. 14: Detection method for the detection of target molecules by target-molecule-specific aptamers.
Figur 15. Erfindungsgemäße Nachweismethode zur Detektion von Zielmolekülen durch Mediatorsonden, welche zusätzlich Aptamerregion und Primerbinderegion enthalten. Figur 16: Erfindungsgemäße Nachweismethode zur Detektion von Zielmolekülen durch Mediatorsonden, welche als Primer fungieren und eine exponentielle Nachweisreaktion ermöglichen. FIG. 15. Detection method according to the invention for the detection of target molecules by mediator probes which additionally contain aptamer region and primer binding region. FIG. 16: Detection method according to the invention for the detection of target molecules by mediator probes, which function as primers and enable an exponential detection reaction.
Figur 17: Immobilisierung eines Nachweismoleküls auf einer Festphase. Figur 18: Immobilisierung eines markierten Nachweismoleküls auf einer Elektrode. FIG. 17: Immobilization of a detection molecule on a solid phase. FIG. 18: Immobilization of a labeled detection molecule on an electrode.
Figur 19: Nachweismolekül besteht aus zwei markierten, miteinander hybridisierten Figure 19: Detection molecule consists of two labeled, hybridized with each other
Oligonukleotiden. Oligonucleotides.
Figuren 20-24: Elektrochemische Detektion auf einer Festphase. Figur 25: Nachweismolekül besteht aus mehreren Oligonukleotiden. Figures 20-24: Electrochemical detection on a solid phase. Figure 25: Detection molecule consists of several oligonucleotides.
Figur 26: Normierter Fluoreszenz-Plot einer LAMP zur Detektion von H. ducreyi. FIG. 26: Normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of H. ducreyi.
Figur 27: Normierter Fluoreszenz-Plot einer LAMP zur Detektion von T. pallidum. FIG. 27: Normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of T. pallidum.
Figur 28: Normierter Fluoreszenz-Plot einer RT-LAMP zur Detektion von HTLV-1. FIG. 28: Normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of HTLV-1.
Figur 29: Normierter Fluoreszenz-Plot einer RT-LAMP zur Detektion von TMV. Figur 30: Normierter Fluoreszenz-Plot einer PCDR zur Detektion von 100 pg G3PDH Fragment. FIG. 29: Normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of TMV. Figure 30: Normalized fluorescence plot of a PCDR for the detection of 100 pg G3PDH fragment.
Figur 31 : Bindung des Mediators an ein magnetisches oder magnetisierbares Nanopartikel. FIG. 31: Binding of the mediator to a magnetic or magnetizable nanoparticle.
Figur 32: Funktionsnachweis der elektrochemischen Detektion von elektroaktiv markierten Mediatoren. Figur 1 zeigt die schematische Darstellung einer möglichen Struktur einer Mediatorsonde, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. FIG. 32: Functional proof of the electrochemical detection of electroactively labeled mediators. Figure 1 shows the schematic representation of a possible structure of a mediator probe, which represents a preferred embodiment of the invention.
Figur 2 zeigt den schematischen Ablauf einer Mediatorverdrängung während eines FIG. 2 shows the schematic sequence of a mediator displacement during a
Amplifikationsvorganges in Anwesenheit einer Strand Displacement Polymerase von einer Mediatorsonde, die als Primer in einer DNA-Amplifikation fungiert. Figur 3 (A) zeigt die lineare Darstellung eines möglichen Nachweismoleküls. (B) Darstellung eines 3'-immobilisierten Nachweismoleküls unter Ausbildung der Sekundärstruktur. Die revers-komplementären Sequenzabschnitte, durch deren Interaktion die Sekundärstruktur des Nachweismoleküls entsteht, sind als schwarze Bereiche, die Mediatorbindesequenz als diagonal-gestreifter Bereich dargestellt. Figur 4 zeigt die schematische Darstellung einer enzymatischen Mediatorverlängerung, i) Ein Nachweismolekül liegt frei in Lösung oder immobilisiert an einer Festphase vor und nimmt unter Reaktionsbedingungen eine definierte Sekundärstruktur an. Zwei geeignete Amplification process in the presence of a Strand Displacement Polymerase from a mediator probe, which acts as a primer in a DNA amplification. Figure 3 (A) shows the linear representation of a possible detection molecule. (B) Preparation of a 3'-immobilized detection molecule to form the secondary structure. The reverse-complementary sequence segments, through the interaction of which the secondary structure of the detection molecule is formed, are shown as black areas, the mediator binding sequence as a diagonal-striped area. Figure 4 shows the schematic representation of an enzymatic mediator extension, i) A detection molecule is free in solution or immobilized on a solid phase and assumes a defined secondary structure under reaction conditions. Two suitable
Fluoreszenz-Modifikationen F und Q interagieren miteinander, wobei das Fluoreszenzsignal von F unterdrückt wird, ii) Der Mediator kann mit dem Nachweismolekül an definierter Position (Mediatorbinderegion, Region 5) interagieren iii) - iv) und wird dabei von einer Strand Displacement Polymerase enzymatisch verlängert. Dabei wird Region 1 samt Fluoreszenzakzeptormolekül Q vom Nachweismolekül verdrängt, womit die Fluorescence modifications F and Q interact with each other, suppressing the fluorescence signal from F, ii) The mediator can be defined with the detection molecule Position (Mediatorbinderegion, Region 5) interact iii) - iv) and is thereby enzymatically extended by a Strand Displacement Polymerase. In this case, region 1 together with fluorescence acceptor molecule Q is displaced from the detection molecule, whereby the
Fluoreszenzintensität des Fluoreszenzdonors F wiederhergestellt wird, vi) Nach Fluorescence intensity of the fluorescent donor F is restored, vi) After
Verdrängung von Region 1 kann eine weitere Verlängerung des Mediators erfolgen. Displacement of Region 1 may be followed by a further extension of the mediator.
Figur 5 (A-C) zeigt mehrere Anordnungsmöglichkeiten bei Einsatz von mehreren Mediatoren und/oder mehreren Mediatorsonden und/oder mehreren Nachweismolekülen pro FIG. 5 (A-C) shows a plurality of arrangement possibilities when using a plurality of mediators and / or a plurality of mediator probes and / or a plurality of detection molecules per
Zielmolekül. (A) Erhöhung der Anzahl an nachweisbaren Zielmolekülen unter Verwendung mehrerer Mediatoren pro Mediatorsonde oder mehrerer Mediatorsonden pro Zielmolekül. Die Anzahl an maximal nachweisbaren Zielmolekülen in Abhängigkeit der Anzahl an Target molecule. (A) Increasing the number of detectable target molecules using multiple mediators per mediator probe or multiple mediator probes per target molecule. The number of maximum detectable target molecules as a function of the number of
Nachweismolekülen bei Einsatz von mehreren Mediatoren pro Zielmolekül kann mit Hilfe des Binomialkoeffizienten und der Anzahl an Nachweismolekülen berechnet werden. (B) Erhöhung der Anzahl an nachweisbaren Zielmolekülen unter Verwendung von  Detector molecules using multiple mediators per target molecule can be calculated using the binomial coefficient and the number of detection molecules. (B) increasing the number of detectable target molecules using
Nachweismolekülen mit mehreren Mediatorbinderegionen. (C) Steigerung der Spezifität einer Nachweisreaktion unter Verwendung mehrerer Mediatoren pro Zielmolekül und Ausnutzen der Interaktion zwischen den Mediatoren. Durch die Freisetzung beider Detector molecules with multiple mediator binding regions. (C) increasing the specificity of a detection reaction using multiple mediators per target molecule and exploiting the interaction between the mediators. By the release of both
Mediatoren können diese in einer Art untereinander und gleichzeitig mit dem Mediators can do this in a way with each other and at the same time with the
Nachweismolekül interagieren, sodass einer der Mediatoren verlängert und eine Detector molecule interact, so that one of the mediators extended and one
Nachweisreaktion ausgelöst wird. Die Interaktion eines einzelnen Mediators führt dabei nicht zu einer Nachweisreaktion. Detection reaction is triggered. The interaction of a single mediator does not lead to a detection reaction.
Figur 6 zeigt die Struktur eines Nachweismoleküls, das dem Aufbau eines Molecular Beacon entspricht. Am 5'- und 3'-Ende sind Fluoreszenzakzeptor und Fluoreszenzdonor angebracht und im Loop befindet sich die Mediatorbinderegion. Figure 6 shows the structure of a detection molecule that corresponds to the structure of a molecular beacon. At the 5'- and 3'-end fluorescence acceptor and fluorescence donor are attached and in the loop is the Mediatorbinderegion.
Figur 7 zeigt ein lineares oder zirkuläres Nachweismolekül, an welches mit FIG. 7 shows a linear or circular detection molecule to which
Fluoreszenzdonor und Fluoreszenzakzeptor markierte Sonden hybridisiert sind. DurchFluorescence donor and fluorescence acceptor labeled probes are hybridized. By
Hybridisierung des Mediators an das Nachweismolekül und Extension werden die markierten Sonden freigesetzt, wodurch eine Signaländerung detektiert werden kann. Um freigesetzte, mit Fluoreszenzdonor oder Fluoreszenzakzeptor markierte Sonden nachhaltig an einer erneuten Bindung am Nachweismolekül zu hindern, können Bindemoleküle eingesetzt werden, an welche die markierten Sonden nach der Freisetzung binden können. Hybridization of the mediator to the detection molecule and extension releases the labeled probes, thereby detecting a signal change. To prevent released probes labeled with fluorescence donor or fluorescence acceptor from binding again to the detection molecule, binding molecules can be used to which the labeled probes can bind after release.
Figur 8 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der elektrochemische Detektion auf einer Festphase genutzt wird. Die Nachweismoleküle sind auf einer Elektrode immobilisiert. Nach Hybridisierung und Extension des Mediators am Nachweismolekül können in der Lösung vorhandene Redoxmoleküle in das Dimer aus Nachweismolekül und verlängertem Mediator interkalieren, wodurch eine Änderung des elektrochemischen Signals detektiert werden kann. FIG. 8 shows an embodiment of the invention in which electrochemical detection on a solid phase is used. The detection molecules are immobilized on an electrode. After hybridization and extension of the mediator at the detection molecule redox molecules present in the solution in the dimer of detection molecule and prolonged Mediator intercalate, whereby a change of the electrochemical signal can be detected.
Figur 9 zeigt den schematischen Ablauf einer Mediatorverdrängung während eines FIG. 9 shows the schematic sequence of a mediator displacement during a
Amplifikationsvorganges in Anwesenheit einer Strand Displacement Polymerase von einer Mediatorsonde, die als Primer in einer DNA-Amplifikation fungiert. Der Mediator und das Nachweismolekül sind jeweils mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert, wodurch bei Amplification process in the presence of a Strand Displacement Polymerase from a mediator probe, which acts as a primer in a DNA amplification. The mediator and the detection molecule are each labeled with a fluorescent dye, whereby at
Hybridisierung des Mediators mit dem Nachweismolekül durch FRET-Energietransfer eine Zunahme der Fluoreszenzintensität bei einer Wellenlänge detektiert werden kann. Bei Verwendung von Nachweismolekülen mit unterschiedlicher Anzahl an Nukleotiden kann anhand einer Schmelzkurvenanalyse zwischen verschiedenen Zielmolekülen unterschieden werden. Hybridization of the mediator with the detection molecule by FRET energy transfer an increase in fluorescence intensity at one wavelength can be detected. When using detection molecules with different numbers of nucleotides, a melting curve analysis can be used to distinguish between different target molecules.
Figur 10 zeigt den Mechanismus einer Mediatorfreisetzung und anschließender Figure 10 shows the mechanism of mediator release and subsequent
Signalgenerierung während einer LAMP. Die Mediatorbinderegion am Nachweismolekül und in der Mediatorsonde wird mit Medc (entspricht der zum Mediator komplementären Sequenz) abgekürzt. Die Mediatorsonde dient in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig als Loop-Primer, dementsprechend setzt sich die Mediatorsonde aus einem um Medc verlängerten Loop-Primer (Loop_Medc) und einem daran hybridisierten Mediator (Med) zusammen Nach den initialen LAMP-Schritten bildet sich ein hantelartiges Signal generation during a LAMP. The mediator binding region at the detection molecule and in the mediator probe is abbreviated to Medc (corresponds to the sequence complementary to the mediator). The mediator probe serves in this embodiment of the present invention simultaneously as a loop primer, accordingly the mediator probe is composed of a Medc-extended loop primer (Loop_Medc) and a mediator (Med) hybridized thereon. A dumbbell-like one is formed after the initial LAMP steps
Amplifikationsprodukt, an welches die Mediatorsonde binden kann. Durch Verlängerung der Mediatorsonde und erneute Anbindung eines Primers an diese wird der Mediator durch die Strand Displacement Polymerase verdrängt. Der frei werdende Mediator kann anschließend durch Interaktion mit einem Nachweismolekül ein detektierbares Signal generieren. Amplification product to which the mediator probe can bind. By extending the mediator probe and reconnecting a primer to it, the mediator is displaced by the Strand Displacement Polymerase. The released mediator can then generate a detectable signal by interacting with a detection molecule.
Figur 1 1 zeigt einen normierten Fluoreszenz-Plot einer LAMP zur Detektion von E. coli DNA (W31 10, komplettes Genom) unter Verwendung erfindungsgemäßer Mediatorsonden und Nachweismoleküle. Der Plot zeigt eine Korrelation zwischen der DNA-Menge und dem Fluoreszenzverlauf. Die Fluoreszenzintensitäten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert. Die Anzahl an DNA-Kopien wird in Kopien pro Reaktion angegeben (beispielsweise entsprechen 10 cp 10 Kopien pro Reaktion mit einem Gesamtvolumen von 10 μΙ). Die Negativkontrolle enthält 0 Kopien pro Reaktion (NTC, no template control). Figur 12 zeigt den normierten Fluoreszenz-Plot einer RT-LAMP zur Detektion von HIV-1 RNA unter Verwendung erfindungsgemäßer Mediatorsonden und Nachweismoleküle. Die Fluoreszenzintensitäten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert. Die Anzahl an RNA-Kopien werden in Kopien pro Reaktion angegeben (3.400 cp entsprechen 3.400 Kopien pro Reaktion mit einem Gesamtvolumen von 10 μΙ). Die Negativkontrolle enthält 0 Kopien pro Reaktion (NTC, no template control). Figur 13 zeigt eine Ausführungsform einer Mediatorsonde, welche nicht als Startpunkt einer Amplifikation dient. FIG. 11 shows a normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of E. coli DNA (W31 10, complete genome) using mediator probes and detection molecules according to the invention. The plot shows a correlation between the amount of DNA and the course of fluorescence. The fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min. The number of DNA copies is given in copies per reaction (for example, 10 cp corresponds to 10 copies per reaction with a total volume of 10 μΙ). The negative control contains 0 copies per reaction (NTC, no template control). FIG. 12 shows the normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of HIV-1 RNA using mediator probes and detection molecules according to the invention. The fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min. The number of RNA copies are given in copies per reaction (3,400 cp corresponds to 3,400 copies per reaction with a total volume of 10 μΙ). The negative control contains 0 copies per reaction (NTC, no template control). FIG. 13 shows an embodiment of a mediator probe which does not serve as the starting point of an amplification.
Figur 14 zeigt eine erfindungsgemäße Nachweismethode zur Detektion von Zielmolekülen durch Zielmolekül-spezifische Aptamere. Figur 15 zeigt eine erfindungsgemäße Nachweismethode zur Detektion von Zielmolekülen durch Mediatorsonden, welche zusätzlich Aptamerregion und Primerbinderegion enthalten. In Abwesenheit des Zielmoleküls wird die Mediatorsonde amplifiziert, während in FIG. 14 shows a detection method according to the invention for the detection of target molecules by target-molecule-specific aptamers. FIG. 15 shows a detection method according to the invention for the detection of target molecules by mediator probes which additionally contain aptamer region and primer binding region. In the absence of the target molecule, the mediator probe is amplified while in
Anwesenheit des Zielmoleküls die Verlängerung des Primers durch das gebundene Presence of the target molecule extension of the primer by the bound
Zielmolekül blockiert wird. In Anwesenheit des Zielmoleküls wird folglich kein detektierbares Signal ausgelöst, wobei in Abwesenheit des Zielmoleküls ein detektierbares Signal erzeugt wird. Target molecule is blocked. In the presence of the target molecule, therefore, no detectable signal is triggered, wherein in the absence of the target molecule, a detectable signal is generated.
Figur 16 zeigt eine erfindungsgemäße Nachweismethode zur Detektion von Zielmolekülen durch Mediatorsonden, welche als Primer fungieren und eine exponentielle FIG. 16 shows a detection method according to the invention for the detection of target molecules by mediator probes which function as primers and an exponential one
Nachweisreaktion ermöglichen. In Abwesenheit des Zielmoleküls wird das lineare Aptamer amplifiziert und während der Amplifikation der Mediator freigesetzt, während in Anwesenheit des Zielmoleküls die Verlängerung des Primers durch das gebundene Zielmolekül blockiert wird. In Anwesenheit des Zielmoleküls wird folglich kein detektierbares Signal ausgelöst, wobei in Abwesenheit des Zielmoleküls ein detektierbares Signal erzeugt wird. Enable detection reaction. In the absence of the target molecule, the linear aptamer is amplified and released during amplification of the mediator, while in the presence of the target molecule, extension of the primer by the bound target molecule is blocked. In the presence of the target molecule, therefore, no detectable signal is triggered, wherein in the absence of the target molecule, a detectable signal is generated.
Figur 17 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nachweismethode, bei der die Nachweismoleküle in einem geeigneten Reaktionsgefäß an einer Festphase immobilisiert werden. FIG. 17 shows an embodiment of the detection method according to the invention, in which the detection molecules are immobilized in a suitable reaction vessel on a solid phase.
Figur 18 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nachweismethode, bei der die Nachweismoleküle auf einer Elektrode immobilisiert werden. Durch Hybridisierung und Extension des Mediators am Nachweismolekül wird das am Nachweismolekül gebundene Redoxmolekül von der Elektrodenoberfläche räumlich getrennt, wodurch eine Änderung des Signals generiert wird. Schema a und b schematisieren mögliche Bindungsstellen des Mediators in zwei unterschiedlichen Regionen des Nachweismoleküls. FIG. 18 shows an embodiment of the detection method according to the invention, in which the detection molecules are immobilized on an electrode. By hybridization and extension of the mediator at the detection molecule bound to the detection molecule redox molecule is spatially separated from the electrode surface, whereby a change of the signal is generated. Schemes a and b schematize possible binding sites of the mediator in two different regions of the detection molecule.
Figur 19 zeigt ein Nachweismolekül besteht aus zwei markierten, miteinander hybridisierten Oligonukleotiden. Am 5'- und 3'-Ende sind jeweils Fluoreszenzakzeptor und FIG. 19 shows a detection molecule consisting of two labeled hybridized oligonucleotides. At the 5 'and 3' end are respectively fluorescence acceptor and
Fluoreszenzdonor angebracht, zusätzlich weist eines der beiden Oligonukleotide eine Mediatorbinderegion auf. In addition, one of the two oligonucleotides has a Mediatorbinderegion on.
Figur 20 zeigt eine Möglichkeit der elektrochemische Detektion auf einer Festphase. Die Nachweismoleküle sind auf einer Elektrode immobilisiert. Nach Hybridisierung des Mediators am Nachweismolekül können in der Lösung vorhandene Redoxmoleküle in das Dimer aus Nachweismolekül und Mediator interkalieren, wodurch eine Änderung des Figure 20 shows a possibility of electrochemical detection on a solid phase. The detection molecules are immobilized on an electrode. After hybridization of the mediator At the detection molecule, redox molecules present in the solution can intercalate into the dimer of detection molecule and mediator, resulting in a change of the
elektrochemischen Signals detektiert werden kann. electrochemical signal can be detected.
Figur 21 zeigt elektrochemische Detektion auf einer Festphase mit Hilfe eines markierten Mediators. Die Nachweismoleküle sind auf einer Elektrode immobilisiert. Durch FIG. 21 shows electrochemical detection on a solid phase with the aid of a labeled mediator. The detection molecules are immobilized on an electrode. By
Hybridisierung des markierten Mediators am Nachweismolekül kann eine Änderung des elektrochemischen Signals detektiert werden kann.  Hybridization of the labeled mediator on the detection molecule, a change of the electrochemical signal can be detected.
Figur 22 zeigt die Elektrochemische Detektion auf einer Festphase. Die Nachweismoleküle sind auf einer Elektrode immobilisiert. Durch Hybridisierung und Extension des markierten Mediators am Nachweismolekül kann eine Änderung des elektrochemischen Signals detektiert werden. FIG. 22 shows the electrochemical detection on a solid phase. The detection molecules are immobilized on an electrode. By hybridization and extension of the labeled mediator on the detection molecule, a change in the electrochemical signal can be detected.
Figur 23 zeigt eine Möglichkeit der elektrochemische Detektion auf einer Festphase. Die Nachweismoleküle sind auf einer Elektrode immobilisiert. Durch Hybridisierung und FIG. 23 shows a possibility of electrochemical detection on a solid phase. The detection molecules are immobilized on an electrode. By hybridization and
Extension des markierten Mediators am Nachweismolekül kann eine Änderung des elektrochemischen Signals detektiert werden. Der elektrische Ladungstransport zwischen Redoxmolekül und Elektrode erfolgt durch die Ausbildung eines Doppelstranges. Extension of the labeled mediator at the detection molecule, a change of the electrochemical signal can be detected. The electrical charge transport between the redox molecule and the electrode takes place through the formation of a double strand.
Figur 24 zeigt eine elektrochemische Detektion auf einer Festphase. Die Nachweismoleküle sind auf einer Elektrode immobilisiert. Durch Hybridisierung und Extension des Mediators am markierten Nachweismolekül kann eine Änderung des elektrochemischen Signals detektiert werden. Der elektrische Ladungstransport zwischen Redoxmolekül und Elektrode erfolgt durch die Ausbildung eines Doppelstranges. FIG. 24 shows an electrochemical detection on a solid phase. The detection molecules are immobilized on an electrode. By hybridization and extension of the mediator on the labeled detection molecule, a change in the electrochemical signal can be detected. The electrical charge transport between the redox molecule and the electrode takes place through the formation of a double strand.
Figur 25: Das Nachweismolekül besteht aus mehreren Oligonukleotiden, wobei ein unmarkiertes Oligonukleotid mit kürzeren, fluoreszenzmarkierten Oligonukleotiden hybridisiert ist. An den kürzeren Oligonukleotiden sind jeweils Fluoreszenzakzeptor und/oder Fluoreszenzdonor angebracht. Diese sind so angeordnet, dass sich Fluorophor und FIG. 25: The detection molecule consists of several oligonucleotides, wherein an unlabeled oligonucleotide is hybridized with shorter, fluorescently labeled oligonucleotides. At the shorter oligonucleotides each fluorescence acceptor and / or fluorescence donor are attached. These are arranged to be fluorophore and
Quencher in räumlicher Nähe zueinander befinden. Der freigesetzte Mediator weist eine höhere Bindungsenergie zu dem unmarkierten Nachweismolekül auf und verdrängt dadurch beispielsweise das mit dem Quencher markierte, kürzere Oligonukleotid.  Quencher are in close proximity to each other. The released mediator has a higher binding energy to the unlabeled detection molecule, thereby displacing, for example, the quencher labeled, shorter oligonucleotide.
Figur 26 zeigt einen normierten Fluoreszenz-Plot einer LAMP zur Detektion von FIG. 26 shows a normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of
Haemophilus ducreyi (H. ducreyi) unter Verwendung erfindungsgemäßer Mediatorsonden und Nachweismolekülen. Die Fluoreszenzintensitäten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert. Die Negativkontrolle (NTC, no template control) enthält keine H. ducreyi DNA, die Positivkontrolle wurde mit aufgereinigter H. ducreyi DNA versetzt. Figur 27 zeigt einen normierten Fluoreszenz-Plot einer LAMP zur Detektion von Treponema pallidum (T. pallidum) unter Verwendung erfindungsgemäßer Mediatorsonden und Haemophilus ducreyi (H. ducreyi) using inventive mediator probes and detection molecules. The fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min. The negative control (NTC, no template control) contains no H. ducreyi DNA, the positive control was mixed with purified H. ducreyi DNA. FIG. 27 shows a normalized fluorescence plot of a LAMP for the detection of Treponema pallidum (T. pallidum) using mediator probes according to the invention and
Nachweismolekülen. Die Fluoreszenzintensitäten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert. Die Negativkontrolle (NTC, no template control) enthält keine T. pallidum DNA, die Positivkontrolle wurde mit aufgereinigter T. pallidum DNA versetzt. Detection molecules. The fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min. The negative control (NTC, no template control) contains no T. pallidum DNA, the positive control was treated with purified T. pallidum DNA.
Figur 28 zeigt einen normierter Fluoreszenz-Plot einer RT-LAMP zur Detektion von HTLV-1 unter Verwendung erfindungsgemäßer Mediatorsonden und Nachweismolekülen. Die Fluoreszenzintensitäten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert. Die FIG. 28 shows a normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of HTLV-1 using mediator probes and detection molecules according to the invention. The fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min. The
Negativkontrolle (NTC, no template control) enthält keine HTLV-1 RNA, die Positivkontrolle wurde mit aufgereinigter HTLV-1 RNA versetzt. Negative control (NTC, no template control) contains no HTLV-1 RNA, the positive control was treated with purified HTLV-1 RNA.
Figur 29 zeigt einen normierten Fluoreszenz-Plot einer RT-LAMP zur Detektion von TMV unter Verwendung erfindungsgemäßer Mediatorsonden und Nachweismolekülen. Die Fluoreszenzintensitäten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert. Die FIG. 29 shows a normalized fluorescence plot of an RT-LAMP for the detection of TMV using mediator probes and detection molecules according to the invention. The fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 min. The
Negativkontrolle (NTC, no template control) enthält keine TMV RNA, die Positivkontrolle wurde mit aufgereinigter TMV RNA versetzt. Negative control (NTC, no template control) contains no TMV RNA, the positive control was treated with purified TMV RNA.
Figur 30 zeigt einen normierter Fluoreszenz-Plot einer PCDR zur Detektion von 100 pg Mäuse G3PDH DNA unter Verwendung erfindungsgemäßer Mediatorsonden und FIG. 30 shows a normalized fluorescence plot of a PCDR for the detection of 100 .mu.g mice G3PDH DNA using mediator probes according to the invention and FIG
Nachweismolekülen. Die Fluoreszenzintensitäten wurden auf den Anfangswert bei 0 Zyklen normiert. Figur 31 zeigt einen Mediator, der an ein magnetisches oder magnetisierbares Nanopartikel gebunden ist. Nach der Freisetzung in Anwesenheit des Zielmoleküls kann der Mediator an das Nachweismolekül binden, wodurch eine Änderung der magnetischen Eigenschaft an der Oberfläche der Festphase detektiert werden kann. Detection molecules. The fluorescence intensities were normalized to the initial value at 0 cycles. Figure 31 shows a mediator bound to a magnetic or magnetizable nanoparticle. After release in the presence of the target molecule, the mediator can bind to the detection molecule, whereby a change in the magnetic property on the surface of the solid phase can be detected.
Figur 32 zeigt einen Funktionsnachweis der elektrochemischen Detektion von elektroaktiv markierten Mediatoren. In der Positivkontrolle (60.000 Kopien E.coli DNA) werden die Mediatoren während der LAMP Reaktion verdrängt und können anschließend an das Nachweismolekül hybridisieren. Dementsprechend reichert sich der markierte (hier mit Methylenblau) Mediator an der Elektrodenoberfläche an, was bei elektrochemischer Analyse (hier Square-Wave Voltammetrie) zur Ausbildung eines charakteristischen Peaks bei -0.39 V führt. Dagegen zeigt der ausbleibende Peak bei der NTC an, dass keine signifikante FIG. 32 shows a functional verification of the electrochemical detection of electroactively labeled mediators. In the positive control (60,000 copies of E. coli DNA), the mediators are displaced during the LAMP reaction and can subsequently hybridize to the detection molecule. Accordingly, the labeled mediator (here with methylene blue) accumulates on the electrode surface, which leads to the formation of a characteristic peak at -0.39 V in the case of electrochemical analysis (in this case square-wave voltammetry). In contrast, the missing peak in the NTC indicates that no significant
Freisetzung von Mediatoren stattgefunden hat. Release of mediators.
A usführungsbeispiele: Exemplary embodiments:
In den im Folgenden genannten Ausführungen können mehrere Mediatoren an einen speziellen Primer bzw. erstes Oligonukleotid der erfindungsgemäßen Mediatorsonde binden und/oder es können mehrere verschiedene Primer und/oder Mediatorsonden mit Mediatoren versehen werden, um die Mediatorkonzentration in der Probe zu erhöhen. In the following, several mediators can be connected to one bind special primer or first oligonucleotide of the mediator probe according to the invention and / or it can be provided with mediators several different primers and / or Mediatorsonden to increase the mediator concentration in the sample.
Beispiel 1 : Mediatorsonde Ausführungsbeispiele der Erfindung enthalten eine Mediatorsonde zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül, wobei die Mediatorsonde mindestens zwei Oligonukleotide umfasst. Ein erstes Oligonukleotid besitzt eine Mediatorbinderegion sowie eine Example 1 Mediator Probe Exemplary embodiments of the invention include a mediator probe for the detection of at least one target molecule, wherein the mediator probe comprises at least two oligonucleotides. A first oligonucleotide has a mediator binding region and a
Sondenregion. Die Mediatorbinderegion ist am 5'-Terminus und die Sondenregion am 3'- Terminus des Oligonukleotids angeordnet. Ein zweites oder mehrere weitere Probe region. The mediator binding region is located at the 5 'terminus and the probe region is located at the 3' terminus of the oligonucleotide. A second or more
Oligonukleotide, der Mediator oder die Mediatoren, sind chemisch, biologisch und/oder physikalisch an die Mediatorbinderegion des ersten Oligonukleotids gebunden. Ein Mediator kann aus DNA, RNA, PNA oder modifizierter RNA, wie LNA, aufgebaut sein. Die Oligonucleotides, the mediator or mediators, are chemically, biologically and / or physically attached to the mediator binding region of the first oligonucleotide. A mediator may be constructed of DNA, RNA, PNA or modified RNA, such as LNA. The
Sondenregion des ersten Oligonukleotids weist eine Affinität zum Zielmolekül und/oder Vorlagemolekül auf und die Mediatorbinderegion weist eine Affinität zu dem Mediator oder den Mediatoren auf (Figur 1 ). Der Mediator oder die Mediatoren weisen eine Affinität zu mindestens einem Nachweismolekül auf. Probe region of the first oligonucleotide has an affinity for the target molecule and / or template molecule and the mediator binding region has an affinity for the mediator or the mediators (Figure 1). The mediator or mediators have an affinity for at least one detection molecule.
Beispiel 2: Ablauf einer Mediatorverdrängung Example 2: Course of Mediator Displacement
Der Mediator wird nach der Bindung der Sondenregion an ein Zielmolekül und/oder Vorlagemolekül von der Mediatorbinderegion beispielsweise unter Verwendung einer Strand Dis- placement Polymerase verdrängt. Dieser Vorgang kann während eines Amplifikationsvor- ganges des Zielmoleküls und/oder Vorlagemoleküls stattfinden. In den The mediator is displaced from the mediator binding region after binding of the probe region to a target molecule and / or template molecule, for example, using a strand dispersing polymerase. This process can take place during an amplification process of the target molecule and / or template molecule. In the
Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Sondenregion der Mediatorsonde als Primer in einer DNA-Amplifikation fungieren. Nach der Bindung der Sondenregion an ein In embodiments of the invention, the probe region of the mediator probe may function as a primer in a DNA amplification. After binding the probe region to a
Zielmolekül und/oder Vorlagemolekül wird die Mediatorsonde verlängert. Anschließend kann ein zweiter Primer an die verlängerte Mediatorsonde angelagert und verlängert werden. Während des Amplifikationsvorganges werden der Mediator oder die Mediatoren von der Mediatorbinderegion freigesetzt und lösen durch Interaktion mit einem oder mehreren Nachweismolekülen ein detektierbares Signal aus (Figur 2). The target molecule and / or template molecule prolongs the mediator probe. Subsequently, a second primer can be attached to the extended mediator probe and extended. During the amplification process, the mediator or mediators are released from the mediator binding region and trigger a detectable signal through interaction with one or more detection molecules (Figure 2).
Beispiel 3: Nachweismolekül mit 6 Regionen Die Detektion des frei werdenden, unmarkierten Mediators erfolgt mit Hilfe einer Nachweisreaktion. Der im Folgenden beschriebene Reaktionsmechanismus kann parallel zu der beschriebenen Amplifikation des Zielmoleküls und/oder Vorlagemoleküls erfolgen. Example 3 Detection molecule with 6 regions The detection of the released, unlabelled mediator takes place with the aid of a detection reaction. The reaction mechanism described below can be carried out in parallel with the described amplification of the target molecule and / or template molecule.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Nachweismolekül aus einem Oligonukleotid bestehen, welches in sechs Regionen unterteilt ist (Figur 3). Region 1 um- fasst den 5'-Terminus des Nachweismoleküls, welcher aus einem Sequenzabschnitt und einem Fluoreszenzakzeptor Q besteht. Region 3 ist eine revers-komplementäre In a preferred embodiment of the invention, a detection molecule of a Oligonucleotide exist, which is divided into six regions (Figure 3). Region 1 comprises the 5 'terminus of the detection molecule, which consists of a sequence segment and a fluorescence acceptor Q. Region 3 is a reverse-complementary
Sequenzabfolge von Region 1 und wird durch Region 2 davon abgetrennt. Region 4 trennt Region 3 und Region 5, welche spezifisch mit einem Mediatormolekül interagieren kann. Region 6 umfasst den 3'-terminalen Sequenzbereich, welcher ggf. über eine chemische Modifikation verfügt und somit eine gerichtete Immobilisierung des Oligonukleotids ermöglicht. Ein Fluoreszenzdonor F ist in geeigneter Weise an einen Bereich der Region 2 bis Region 6, beispielsweise Region 4, assoziiert. Region 1 und Region 3 des Sequence sequence of region 1 and separated by region 2 thereof. Region 4 separates Region 3 and Region 5, which can specifically interact with a mediator molecule. Region 6 comprises the 3'-terminal sequence region, which optionally has a chemical modification and thus allows a directed immobilization of the oligonucleotide. A fluorescent donor F is suitably associated with a region from region 2 to region 6, for example, region 4. Region 1 and Region 3 of the
Nachweismoleküls bilden unter Reaktionsbedingungen eine definierte Sekundärstruktur (Haarnadelstruktur), bei welcher der 5'-Terminus mit einem internen Sequenzabschnitt hybridisiert (Figur 3 B). Nach Ausbildung dieser Struktur interagieren Fluoreszenzdonor F und Fluoreszenzakzeptor Q miteinander, wobei das Fluoreszenzsignal von F unterdrückt wird (FRET). Alternativ zu einer Fluoreszenzdonor- und Fluoreszenzakzeptormodifikation des Nachweismoleküls in Region 1 und Region 4 können andere signalgenerierende Modifikationen eingesetzt werden, diese umfassen beispielsweise Redoxmoleküle, Detection molecules form a defined secondary structure (hairpin structure) under reaction conditions, in which the 5 'terminus hybridizes with an internal sequence segment (FIG. 3 B). Upon formation of this structure, fluorescence donor F and fluorescence acceptor Q interact with each other, suppressing the fluorescence signal of F (FRET). Alternatively to a fluorescence donor and fluorescence acceptor modification of the detection molecule in region 1 and region 4, other signal-generating modifications may be used, these include, for example, redox molecules,
Chemolumineszenz-Resonanz Energietransfer (CRET) Paare und interkalierende Moleküle. Chemiluminescent resonance energy transfer (CRET) pairs and intercalating molecules.
Beispiel 4: Mediatorverlängerung führt zu Signalveränderung des Nachweismoleküls Example 4: Mediator prolongation leads to signal change of the detection molecule
Der Mediator liegt nach der Freisetzung diffusiv in der Reaktionslösung vor und kann mit der Mediatorbindesequenz (Region 5) des Nachweismoleküls interagieren (Figur 4 i) + ii)). Das Nachweismolekül kann an einer Festphase immobilisiert oder frei in Lösung vorhanden sein. Durch ein geeignetes Hilfsmolekül, beispielsweise der Strand Displacement Polymerase, erfolgt eine Elongation des Mediators, wobei Region 1 des Nachweismoleküls durch die Polymerase verdrängt wird. Dabei wird der Abstand zwischen Fluoreszenzakzeptor Q und Fluoreszenzdonor F durch Verdrängung des 5'-Terminus vergrößert und das zuvor unterdrückte Fluoreszenzsignal des Fluoreszenzdonors F wiederhergestellt (Figur 4 iii) + iv)). Alternativ kommt es zu einer Abstandsänderung eines Redoxmoleküls am 5'-Terminus des Nachweismoleküls in Relation zum 3'-Terminus des Nachweismoleküls oder zu einer Änderung der Effizienz von CRET oder zu einer Änderung der Interkalation von Molekülen durch Ausbildung des Duplexes aus Mediator bzw. dessen Verlängerungsprodukt und dem Nachweismolekül. Wird durch die beschriebene Verdrängung die Interaktion von Region 1 und Region 3 unterbunden, wird die Ausbildung der Sekundärstruktur aufgehoben. In diesem Fall kann der Mediator durch das beschriebene Hilfsmolekül unter bestimmten Bedingungen bis zum neu entstehenden 5'-Terminus des Nachweismoleküls komplementär verlängert werden (Figur 4 v) + vi)). Durch diese vollständige Verlängerung besitzt der verlängerte Mediator einen Sequenzabschnitt, der komplementär zu Region 1 , 2 und Region 3 des Nachweismoleküls ist. The mediator is diffusively present in the reaction solution after release and can interact with the mediator binding sequence (region 5) of the detection molecule (FIG. 4 i) + ii)). The detection molecule can be immobilized on a solid phase or freely present in solution. By means of a suitable auxiliary molecule, for example the strand displacement polymerase, the mediator is elongated, whereby region 1 of the detection molecule is displaced by the polymerase. The distance between fluorescence acceptor Q and fluorescence donor F is increased by displacement of the 5'-terminus and the previously suppressed fluorescence signal of the fluorescence donor F is restored (FIG. 4 (iii) + iv)). Alternatively, there is a change in the distance of a redox molecule at the 5'-terminus of the detection molecule in relation to the 3'-terminus of the detection molecule or a change in the efficiency of CRET or a change in the intercalation of molecules by forming the duplex from mediator or its extension product and the detection molecule. If the interaction of region 1 and region 3 is suppressed by the described displacement, the formation of the secondary structure is canceled. In this case, the mediator can be complementarily extended by the auxiliary molecule described under certain conditions to the newly arising 5'-terminus of the detection molecule (Figure 4 v) + vi)). Through this complete extension has the extended Mediator a sequence portion that is complementary to Region 1, 2 and Region 3 of the detection molecule.
Die Nachweisreaktion muss derartig ausgelegt sein, dass im Gegensatz zum Mediator die initiale Mediatorsonde keine Signal-generierende Reaktion auslöst und somit keine falsch- positiven Ergebnisse erzeugt werden. Initial ist der Mediator an das erste Oligonukleotid der Mediatorsonde gebunden, beispielsweise durch Wasserstoffbrücken. Um eine Signalgenerierende Reaktion durch Bindung des Mediators an das Nachweismolekül zu The detection reaction must be designed in such a way that, in contrast to the mediator, the initial mediator probe does not trigger a signal-generating reaction and thus no false-positive results are generated. Initially, the mediator is bound to the first oligonucleotide of the mediator probe, for example by hydrogen bonding. To induce a signal-generating reaction by binding the mediator to the detection molecule
verhindern, kann das Gleichgewicht zwischen Bindung des Mediators an das erste can prevent the balance between binding of the mediator to the first
Oligonukleotid der Mediatorsonde und Bindung des Mediators an das Nachweismolekül entsprechend eingestellt werden. Oligonucleotide of the mediator probe and binding of the mediator to the detection molecule can be adjusted accordingly.
Durch das Interaktionsereignis des Mediators mit dem Nachweismolekül entsteht ein lokales, detektierbares Signal. Werden ausreichend viele Nachweismoleküle durch die The interaction event of the mediator with the detection molecule produces a local, detectable signal. Become a sufficient number of detection molecules through the
Mediatorverlängerung mit resultierender Verdrängung des 5'-Terminus aktiviert, wird das Signal verstärkt und kann mittels geeigneter Detektionsvorrichtungen nachgewiesen werden. Dies erlaubt die Detektion in Anwesenheit des Reaktionsgemisches und bedarf keiner Prozessierungssch ritte. Mediatorverlängerung with resulting displacement of the 5'-terminus activated, the signal is amplified and can be detected by means of suitable detection devices. This allows detection in the presence of the reaction mixture and requires no processing steps.
Beispiel 5: Multiplexanalysen Example 5: Multiplex Analyzes
Multiplex-Analysen bedingen die Detektion mehrerer verschiedener Analyte in einem Multiplex analyzes require the detection of several different analytes in one
Reaktionsgemisch. Für die Erhöhung des Multiplexgrads der erfindungsgemäßen Reaktion ist die Verwendung von n verschiedenartiger Mediatorsonden für n unterschiedliche Reaction mixture. For increasing the degree of multiplexing of the reaction according to the invention, the use of n different mediator probes is different for n
Zielmoleküle vorgesehen. Jedem zu detektierenden Zielmolekül kann eine Mediatorsonde zugeordnet werden, deren Sondenregion spezifisch mit dem Zielmolekül oder  Target molecules provided. Each target molecule to be detected may be assigned a mediator probe whose probe region is specific to the target molecule or
Vorlagemolekül interagiert. Die Mediatorbinderegion und der Mediator der jeweiligen Template molecule interacts. The Mediatorbinderegion and the mediator of each
Mediatorsonde sind nicht affin bzw. komplementär zum Zielmolekül oder Vorlagemolekül. Der Mediator stellt aber einen spezifischen Interaktionspartner für ein definiertes Mediator probe are not affine or complementary to the target molecule or template molecule. But the mediator provides a specific interaction partner for a defined
Nachweismolekül dar. Dadurch ist jedem Zielmolekül indirekt ein Nachweismolekül zugewiesen, dessen Zuordnung durch die Mediatorsonde erfolgt. Die Detektion Detection molecule dar. This is each target molecule indirectly assigned a detection molecule, which is assigned by the Mediatorsonde. The detection
verschiedener Zielmoleküle bedingt verschiedenartige Nachweismoleküle. different target molecules requires various types of detection molecules.
Da Sondenregion und Mediatorbinderegion der Mediatorsonde voneinander unabhängig frei kombiniert werden können, kann ein Nachweismolekül auch mit einem anderen Zielmolekül korreliert werden, indem die passende Mediatorbinderegion und Mediator mit einer beliebigen Sondenregion verknüpft und synthetisiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt daher die Zielmolekül-unabhängige Gestaltung des Nachweismoleküls. Somit können mit einem standardisierten Satz von Nachweismolekülen unterschiedliche Zielmoleküle in einer Probe nachgewiesen werden, wodurch die Reaktion kostengünstig durch Anpassen der Mediatorsonde und Verwendung geeigneter Hilfsmoleküle (z.B. Primer oder Aptamere) an das jeweilige Zielmolekül adaptiert werden kann. Since the probe region and mediator binding region of the mediator probe can be freely combined independently of each other, one detection molecule can also be correlated with another target molecule by linking and synthesizing the appropriate mediator binding region and mediator with any probe region. The method according to the invention therefore allows the target molecule-independent design of the detection molecule. Thus, with a standardized set of detection molecules, different target molecules can be targeted a sample can be detected, whereby the reaction can be inexpensively adapted by adapting the mediator probe and using suitable auxiliary molecules (eg primer or aptamers) to the respective target molecule.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können mehrere Mediatoren und/oder mehrere Embodiments of the invention may include multiple mediators and / or multiple
Mediatorsonden und/oder mehrere Nachweismoleküle pro Zielmolekül beinhalten. Dabei sind die folgenden Konstellationen möglich. Mediator probes and / or multiple detection molecules per target molecule include. The following constellations are possible.
A. Es können mehrere Mediatoren, welche an dieselbe Mediatorsonde binden, an A. Multiple mediators that bind to the same mediator probe may be attached
mehrere Nachweismoleküle binden. Durch geschicktes Kombinieren mehrerer Mediatoren einer Mediatorsonde mit unterschiedlichen Nachweismolekülen kann der Multiplexgrad eines Assays stark erhöht werden. Voraussetzung ist, dass die  bind several detection molecules. By cleverly combining several mediators of a mediator probe with different detection molecules, the degree of multiplexing of an assay can be greatly increased. Condition is that the
Nachweismoleküle Fluoreszenzsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugen. Durch Einsatz von n Nachweismolekülen und zwei Mediatoren pro Mediatorsonde und Zielmolekül können„n über 2" + n verschiedene Zielmoleküle nachgewiesen werden. Mit Hilfe des Binomialkoeffizienten kann bei gegebener Anzahl an  Detection molecules produce fluorescence signals with different wavelengths. By using n detection molecules and two mediators per mediator probe and target molecule, "n over 2" + n different target molecules can be detected
unterschiedlichen Nachweismolekülen die Anzahl an nachweisbaren Zielmolekülen berechnet werden. Da ein Zielmolekül nicht nur durch Erzeugung zweier  different detection molecules, the number of detectable target molecules can be calculated. Since a target molecule not only by generating two
Fluoreszenzsignale mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen, sondern auch durch Erzeugung eines einzigen Fluoreszenzsignals identifiziert werden kann, muss der Wert des Binomialkoeffizienten um n erhöht werden, um die maximale Anzahl an nachweisbaren Zielmolekülen berechnen zu können. Mit vier unterschiedlichen To identify fluorescence signals with two different wavelengths but also by generating a single fluorescence signal, the value of the binomial coefficient must be increased by n in order to calculate the maximum number of detectable target molecules. With four different ones
Nachweismolekülen können somit 10 verschiedene Zielmoleküle detektiert werden, während schon fünf Nachweismoleküle die Unterscheidung von 15 Zielmolekülen ermöglicht (Figur 5 A). Analog dazu können auch mehrere Mediatorsonden pro Zielmolekül eingesetzt werden, wobei eine Mediatorsonde nur einen Mediator enthalten kann. Detection molecules can thus be detected 10 different target molecules, while even five detection molecules allows the differentiation of 15 target molecules (Figure 5 A). Similarly, several mediator probes per target molecule can be used, wherein a mediator probe can contain only one mediator.
B. Es können eine oder mehrere Mediatorsonden, welche an das gleiche Zielmolekül oder Vorlagemolekül binden, eingesetzt werden, wobei der Mediator oder die B. One or more mediator probes which bind to the same target molecule or template molecule can be used, the mediator or the
Mediatoren dieser Mediatorsonden an ein Nachweismolekül oder an mehrere  Mediators of these mediator probes to a detection molecule or to several
Nachweismoleküle gleichzeitig binden können. Durch geschicktes Kombinieren der Mediatorbinderegionen in den Nachweismolekülen kann beispielsweise zwischen drei Detection molecules can bind simultaneously. By skillfully combining the Mediatorbinderegionen in the detection molecules, for example, between three
Zielmolekülen unter Verwendung von nur zwei Nachweismolekülen unterschieden werden. Durch den Einsatz von n Nachweismolekülen und mindestens zwei Target molecules can be distinguished using only two detection molecules. By using n detection molecules and at least two
Mediatoren pro Nachweismolekül können„2" - 1 " verschiedene Zielmoleküle nachgewiesen werden. Dabei können mehrere verschiedene Mediatorsonden an das gleiche Zielmolekül binden. In dem erwähnten Beispiel, bei dem zwischen drei Zielmolekülen unter Verwendung von nur zwei Nachweismolekülen unterschieden werden kann, können die Nachweismoleküle jeweils zwei verschiedene Mediators per detection molecule can be detected "2" - 1 "different target molecules. Several different mediator probes can bind to the same target molecule. In the example mentioned, in which between three Target molecules can be distinguished using only two detection molecules, the detection molecules can each have two different
Mediatorbinderegionen beinhalten. Dabei binden zwei Mediatoren, welche mit zwei unterschiedlichen Zielsequenzen verknüpft sind, an jeweils nur ein bestimmtes Nachweismolekül. Es wird dabei pro Zielmolekül ein bestimmtes Signal generiert. Der dritte Mediator, welcher mit der dritten Zielsequenz verknüpft ist, bindet an beide Nachweismoleküle und löst somit zwei unterschiedliche Signale aus. Damit die Wahrscheinlichkeit, dass zwei freigesetzte Mediatoren gleichzeitig an das selbe Nachweismolekül binden, hoch genug ist, sollte die Konzentration an freigesetzten Mediatoren in der Größenordnung der Konzentration an Nachweismolekülen liegen Mediatorbinderegionen include. Two mediators, which are linked to two different target sequences, bind to only one specific detection molecule at a time. This generates a specific signal per target molecule. The third mediator, which is linked to the third target sequence, binds to both detection molecules and thus triggers two different signals. In order for the probability of two released mediators simultaneously binding to the same detection molecule to be high enough, the concentration of released mediators should be on the order of the concentration of detection molecules
(Figur 5 B). Des Weiteren können auch Nachweismoleküle eingesetzt werden, welche mehr als zwei verschiedene Mediatoren binden können. (Figure 5 B). Furthermore, detection molecules can also be used which can bind more than two different mediators.
C. Es können mehrere Mediatorsonden, welche jeweils selektiv an ein gemeinsamesC. There may be several mediator probes, each selectively to a common
Zielmolekül oder Vorlagemolekül binden, eingesetzt werden, wobei der Mediator oder die Mediatoren dieser Mediatorsonden unterschiedliche Sequenzen aufweisen. Dabei können mehrere verschiedene Mediatoren an ein und dasselbe Nachweismolekül binden, wobei erst durch Bindung mehrerer Mediatoren eine Nachweisreaktion ausgelöst werden kann. Mit dieser Methode kann die Spezifität der Nachweisreaktion erhöht werden. Ein möglicher Reaktionsablauf ist in Figur 5 C dargestellt. Damit die Wahrscheinlichkeit, dass zwei freigesetzte Mediatoren gleichzeitig an das selbeBind target molecule or template molecule can be used, wherein the mediator or the mediators of these mediator probes have different sequences. Several different mediators can bind to one and the same detection molecule, whereby a detection reaction can be triggered only by binding several mediators. With this method, the specificity of the detection reaction can be increased. A possible reaction sequence is shown in FIG. 5C. So that the probability that two released mediators at the same time to the same
Nachweismolekül binden, hoch genug ist, sollte die Konzentration an freigesetzten Mediatoren in der Größenordnung der Konzentration an Nachweismolekülen liegen. High enough, the concentration of released mediators should be of the order of the concentration of detection molecules.
Beispiel 6: Schmelzkurvenanalyse Example 6: Melting curve analysis
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann nach der Amplifikationsreaktion eine Schmelzkurvenanalyse der mit den verlängerten Mediatoren hybridisierten In certain embodiments of the invention, after the amplification reaction, melting curve analysis of the hybridized with the extended mediators may be performed
Nachweismoleküle durchgeführt werden. Dadurch kann eine zusätzliche Erhöhung des Multiplexgrades bei Verwendung unterschiedlicher Nachweismoleküle, die beispielsweise mit unterschiedlichen, signalgenierenden Molekülen markiert sind, erreicht werden.  Detection molecules are performed. As a result, an additional increase in the degree of multiplexing can be achieved when using different detection molecules which are labeled, for example, with different, signal-generating molecules.
Beispiel 7: Nachweismolekül in Form eines Molecular Beacon In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung besitzt das Nachweismolekül die Struktur eines Molecular Beacon, in welcher sich die Mediatorbinderegion im Loop befindet (Figur 6). Durch Anlagerung des Mediators an das beschriebene Nachweismolekül und Example 7 Detection Molecule in the Form of a Molecular Beacon In one possible embodiment of the invention, the detection molecule has the structure of a molecular beacon in which the mediator binding region is in a loop (FIG. 6). By addition of the mediator to the described detection molecule and
anschließender Verlängerung wird das Molecular Beacon geöffnet und die markierten 5'- und 3'-Enden separiert, was zu einem detektierbaren Signalanstieg führt. Ein Vorteil dieser Struktur gegenüber der bisher betrachteten Struktur (Figur 3) sind niedrigere Synthesekosten für endständige Fluoreszenzmarkierungen. following extension, the Molecular Beacon is opened and the labeled 5 'and 3' ends separated, resulting in a detectable signal increase. An advantage of this Structure compared to the previously considered structure (Figure 3) are lower synthesis costs for terminal fluorescent labels.
Beispiel 8: Nachweismolekül bestehend aus zwei markierten Oligonukleotiden Example 8 Detection molecule consisting of two labeled oligonucleotides
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Nachweismolekül aus mehreren, fluoreszenzmarkierten Oligonukleotiden. Dabei können zwei mit Quencher und Fluorophor markierte Oligonukleotide miteinander hybridisiert sein und bei Interaktion mit einem Mediator separiert werden, wodurch eine Signaländerung detektiert werden kann. Das beschriebene Nachweismolekül kann wie in Figur 19 gezeigt aufgebaut sein. In a further embodiment of the invention, the detection molecule consists of a plurality of fluorescently labeled oligonucleotides. In this case, two oligonucleotides labeled with quencher and fluorophore can be hybridized with one another and separated on interaction with a mediator, whereby a signal change can be detected. The detection molecule described can be constructed as shown in FIG.
Beispiel 9: Nachweismolekül aus einzelsträngiger DNA mit hybridisierten Sonden In dieser Ausführungsform kann das Nachweismolekül aus einzelsträngiger DNA bestehen, an welche mehrere mit Fluoreszenzdonor und Fluoreszenzakzeptor markierte Sonden hybridisiert sind. Nach Freisetzung des Mediators bindet dieser an das Nachweismolekül und wird verlängert, wodurch die markierten Sonden freigesetzt und somit Fluoreszenzdonor und Fluoreszenzakzeptor räumlich voneinander getrennt werden, was zu einer Example 9: Detector molecule of single-stranded DNA with hybridized probes In this embodiment, the detection molecule may consist of single-stranded DNA to which a plurality of fluorescence donor and fluorescence acceptor labeled probes are hybridized. After release of the mediator this binds to the detection molecule and is extended, whereby the labeled probes released and thus fluorescence donor and fluorescence acceptor are spatially separated, resulting in a
Fluoreszenzzunahme führt. Die mehrfache Hybridisierung des Nachweismoleküls mit mehreren markierten Sonden führt zu einer Multiplikationswirkung der Signalgenerierung. Das Nachweismolekül kann linear oder zirkulär ausgeführt werden, es kann homogen in Lösung vorliegen oder an einer Festphase immobilisiert sein und kann mehrere Fluorescence increase leads. The multiple hybridization of the detection molecule with several labeled probes leads to a multiplication effect of the signal generation. The detection molecule may be linear or circular, it may be homogeneously in solution or immobilized on a solid phase and may have several
Mediatorbindestellen besitzen. Wird das Nachweismolekül zirkulär ausgeführt und werden mehrere Mediatorbindestellen eingebracht, so kann durch das gleichzeitige Binden mehrerer Mediatoren an verschiedenen Stellen eine schnelle Nachweisereaktion in einem guten dynamischen Bereich stattfinden. Durch den zirkulären Aufbau des Nachweismoleküls kann zusätzlich eine Steigerung der Sensitivität erreicht werden, da bei Hybridisierung und Verlängerung eines Mediators an einem Nachweismolekül alle gebundenen, markierten Sonden freigesetzt werden, unabhängig von der Stelle, an die der Mediator bindet. An ein Nachweismolekül können Sonden mit unterschiedlichen Fluoreszenzdonoren und Possess mediator binding sites. If the detection molecule is performed circularly and several mediator binding sites are introduced, simultaneous binding of several mediators at different sites can result in a fast detection reaction in a good dynamic range. An additional increase in sensitivity can be achieved by the circular structure of the detection molecule since, upon hybridization and extension of a mediator to a detection molecule, all bound, labeled probes are released, independently of the site to which the mediator binds. At a detection molecule probes with different fluorescence donors and
Fluoreszenzakzeptoren gebunden sein, welche bei unterschiedlichen Wellenlängen emittieren. Durch Kombination verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe, die auch in Be bound fluorescence acceptors which emit at different wavelengths. By combination of different fluorescent dyes, which also in
unterschiedlichen Konzentrationen eingesetzt werden können (was durch die Anzahl an markierten Sonden pro Nachweismolekül bestimmt wird), kann der Multiplexgrad erhöht werden. Dabei können bestimmte Konzentrationsverhältnisse einem definierten different concentrations can be used (which is determined by the number of labeled probes per detection molecule), the degree of multiplexing can be increased. Certain concentration ratios can be defined
Nachweismolekül zugeordnet werden. Um freigesetzte, mit Fluoreszenzdonor oder  Detector molecule can be assigned. To be released, with fluorescence donor or
Fluoreszenzakzeptor markierte Sonden, nachhaltig an einer erneuten Bindung am  Fluorescence acceptor-labeled probes, lasting on a renewed binding to the
Nachweismolekül zu hindern, können Bindemoleküle eingesetzt werden, an welche die markierten Sonden nach der Freisetzung binden können (Figur 7). Die beschriebene Ausführung wird bevorzugt bei isothermen Amplifikationsmethoden angewendet, so wird gewährleistet, dass die markierten Sonden in Abwesenheit des Zielmoleküls an das Detector molecule can be used binding molecules can be used, to which the labeled probes can bind after release (Figure 7). The described Embodiment is preferably used in isothermal amplification methods, it is ensured that the labeled probes in the absence of the target molecule to the
Nachweismolekül binden und nicht aufgrund hoher thermischer Energie, welche Detecting molecule bind and not due to high thermal energy, which
beispielsweise bei PCR generiert wird, vom Nachweismolekül wegdissoziieren. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die mit Fluoreszenzdonor und For example, when PCR is generated, dissociate away from the detection molecule. In a preferred embodiment, the fluorescence donor and
Fluoreszenzakzeptor markierten Sonden nicht durch Verlängerung des Mediators von dem Nachweismolekül separiert, sondern durch Einstellung des Gleichgewichtes in Anwesenheit freigesetzter Mediatoren verdrängt. Der freigesetzte Mediator weist eine höhere  Fluorescence acceptor labeled probes are not separated by extension of the mediator of the detection molecule, but displaced by adjusting the equilibrium in the presence of released mediators. The released mediator has a higher
Bindungsenergie zu dem unmarkierten Nachweismolekül als die markierte Sonde auf und verdrängt dadurch beispielsweise die mit dem Fluoreszenzakzeptor markierte, kürzere Sonde (Figur 25). Binding energy to the unlabelled detection molecule as the labeled probe, thereby displacing, for example, the shorter probe labeled with the fluorescence acceptor (Figure 25).
Beispiel 10: Nachweis über interne Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (TIRF) oder Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie Example 10: Detection by Total Internal Reflectance Fluorescence Microscopy (TIRF) or Surface Plasmon Resonance Spectroscopy
In bestimmten Ausführungsformen kann ähnlich zur elektrochemischen Detektion der Nachweis über interne Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (TIRF) erfolgen. Das In certain embodiments, similar to electrochemical detection, detection may be by total internal reflection fluorescence microscopy (TIRF). The
Nachweismolekül ist bei dieser Methode auf einem Glas- oder Polymer-Testträger oberhalb der TIRF-Beleuchtungsvorrichtung immobilisiert. Das durch Totalreflexion gebildete evaneszente Feld dringt in das Probenvolumen ein und regt dabei Fluoreszenzmoleküle, welche sich am Nachweismolekül und/oder am Mediator und/oder an Sonden befinden oder in Dimeren interkaliert sind, an, wodurch eine Änderung des Fluoreszenzsignals detektiert werden kann. In weiteren Ausführungsformen wird die Bindung des Mediators an das Nachweismolekül durch Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie detektiert. Durch die Freisetzung und anschließende Bindung des Mediators an das auf einer Oberfläche immobilisierte Nachweismolekül kann eine Änderung des Brechungsindexes in der Probe detektiert werden. Die Nachweismoleküle können unter anderem direkt auf der  Detection molecule is immobilized in this method on a glass or polymer test carrier above the TIRF illumination device. The evanescent field formed by total reflection penetrates into the sample volume and thereby excites fluorescence molecules which are located on the detection molecule and / or on the mediator and / or on probes or intercalated in dimers, whereby a change of the fluorescence signal can be detected. In further embodiments, the binding of the mediator to the detection molecule is detected by surface plasmon resonance spectroscopy. By the release and subsequent binding of the mediator to the detection molecule immobilized on a surface, a change in the refractive index in the sample can be detected. The detection molecules can be directly on the
Metalloberfläche, in welcher die Plasmonen angeregt werden, oder beispielsweise in/auf einer Membran, welche sich direkt auf der Metalloberfläche befindet, immobilisiert werden.  Metal surface in which the plasmons are excited, or, for example, in / on a membrane, which is located directly on the metal surface, immobilized.
Beispiel 1 1 : Nachweis durch gravimetrische Messungen Example 1 1: Detection by gravimetric measurements
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann die Freisetzung und Bindung des Mediators an ein Nachweismolekül durch gravimetrische Messungen nachgewiesen werden. Dabei ist das Nachweismolekül beispielsweise auf einer Trägeroberfläche, deren Gewicht unter anderem mit einem Schwingquarz bestimmt werden kann, immobilisiert. Änderung des Gewichts durch Bindung des Mediators an das Nachweismolekül können somit detektiert werden. Beispiel 12: Nachweis über Rolling Circle Amplification In preferred embodiments of the invention, the release and binding of the mediator to a detection molecule can be detected by gravimetric measurements. In this case, the detection molecule is immobilized, for example, on a support surface whose weight can be determined inter alia with a quartz crystal. Changing the weight by binding the mediator to the detection molecule can thus be detected. Example 12: Detection via Rolling Circle Amplification
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der freigesetzte Mediator in In preferred embodiments of the invention, the released mediator in
Anwesenheit entsprechender Amplifikationsenzymen eine Rolling Circle Amplification auslösen und somit das Zielmolekül durch den Nachweis der Rolling Circle Presence of appropriate amplification enzymes trigger a rolling circle amplification and thus the target molecule by detecting the rolling circle
Amplifikationsprodukte identifiziert werden. Amplifikationsprodukte einer Rolling Circle Amplification können beispielsweise sequenzspezifisch über Sonden oder auch über pH- Wertveränderungen, Gelelektrophorese oder Kolorimetrie nachgewiesen werden. Amplification products are identified. Amplification products of a rolling circle amplification can, for example, be detected sequence-specifically via probes or also via pH changes, gel electrophoresis or colorimetry.
Beispiel 13: Nachweis über Sequenzierung Example 13: Proof of sequencing
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der freigesetzte Mediator durch Sequenzierung analysiert und somit identifiziert werden. Beispiel einer Sequenzierung der nächsten Generation ist die Nanoporen-Sequenzierung, bei welcher Potentialänderungen an einer mit Poren versehenen Membran beim Durchfluss von Molekülen, wie beispielsweise Nukleinsäuren, gemessen werden und somit die Sequenz der Nukleinsäure bestimmt werden kann. Durch Sequenzierung kann somit die simultane Freisetzung von beliebig vielen Mediatoren, welche jeweils die Anwesenheit eines speziellen Zielmoleküls In preferred embodiments of the invention, the released mediator can be analyzed by sequencing and thus identified. An example of next-generation sequencing is nanopore sequencing, in which potential changes on a pore-containing membrane can be measured by the passage of molecules, such as nucleic acids, and thus the sequence of the nucleic acid can be determined. By sequencing can thus be the simultaneous release of any number of mediators, each containing the presence of a specific target molecule
signalisieren, nachgewiesen werden. Dabei erhöht sich der Multiplexgrad im Vergleich zu konventionellen Methoden, wie beispielsweise Fluoreszenzmessungen, stark. Die signal, be detected. In this case, the degree of multiplexing increases greatly compared to conventional methods, such as fluorescence measurements. The
Sequenzierungsmethode ist dabei nicht auf die Nanoporen-Sequenzierung beschränkt, denn für den Nachweis von freigesetzten Mediatoren kann eine beliebige Sequenzierungsmethode gewählt werden. The sequencing method is not limited to nanopore sequencing, as any sequencing method can be used to detect released mediators.
Beispiel 14: Verwendung eines markierten Mediators Example 14: Use of a labeled mediator
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der an der Mediatorsonde gebundene Mediator mit einem Fluoreszenzdonor/Fluoreszenzakzeptor markiert sein, welcher bei einer bestimmten Wellenlänge λ i emittiert. Nach Verdrängung von der In preferred embodiments of the invention, the mediator bound to the mediator probe may be labeled with a fluorescence donor / fluorescence acceptor which emits λ i at a particular wavelength. After displacement from the
Mediatorsonde kann der Mediator an ein Nachweismolekül, das mit einem Mediator probe, the mediator to a detection molecule that with a
Fluoreszenzakzeptor/Fluoreszenzdonor, welcher bei einer zweiten, zu λ i verschiedenen Wellenlänge λ 2 emittiert, markiert ist, binden. Die über den FRET-Mechanismus  Fluorescence acceptor / fluorescence donor, which at a second λ 2 different wavelength emitted to λ 2, is labeled bind. The over the FRET mechanism
stattfindende Energieübertragung von Fluoreszenzdonor auf Fluoreszenzakzeptor führt zu einer detektierbaren Zunahme der Strahlungsintensität des Fluoreszenzakzeptors, wodurch die Emission von λ 2 detektiert werden kann. In weiteren Ausführungen können The transfer of energy from fluorescence donor to fluorescence acceptor leads to a detectable increase in the radiation intensity of the fluorescence acceptor, whereby the emission of λ 2 can be detected. In other versions can
chemilumineszente oder biolumineszente Donormoleküle verwendet werden. In chemiluminescent or bioluminescent donor molecules are used. In
Ausführungen können auch Fluoreszenzakzeptoren eingesetzt werden, welche nicht-emissiv sind. Durch Verwendung von Nachweismolekülen mit unterschiedlicher Anzahl an Nukleotiden können verschiedene Zielmoleküle mit Hilfe einer Schmelzkurvenanalyse simultan in einer Probe unterschieden werden. Durch die Markierung des Mediators geht der universelle Charakter der beschriebenen Nachweismethode nicht verloren, da der Mediator ein universelles, Zielsequenz-unabhängiges Molekül ist. In weiteren Ausführungsformen können auch mehrere Sonden oder Primer pro Zielmolekül eingesetzt werden, an welche mit Fluoreszenzfarbstoffen markierte Mediatoren gebunden sind, wobei sich die Sequenzen der Mediatoren und die Emissionswellenlängen der Fluoreszenzfarbstoffe unterscheiden können (Figur 9). Embodiments can also be used fluorescence acceptors, which are non-emissive. By using detection molecules with different numbers of Nucleotides can be differentiated into different target molecules by means of a melting curve analysis simultaneously in a sample. By labeling the mediator, the universal character of the described detection method is not lost, since the mediator is a universal, target sequence-independent molecule. In further embodiments, it is also possible to use a plurality of probes or primers per target molecule to which mediators labeled with fluorescent dyes are bound, wherein the sequences of the mediators and the emission wavelengths of the fluorescent dyes may differ (FIG. 9).
Beispiel 15: Verwendung einer isothermen Amplifikationsmethode In diesem Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Nachweismethode zum Example 15: Use of an Isothermal Amplification Method In this embodiment, the detection method according to the invention is described for
Nachweis von DNA in einer isothermen Amplifikationsmethode, beispielsweise der LAMP, eingesetzt. Der Mechanismus einer Mediatorfreisetzung während einer LAMP wird in Figur 10 detailliert aufgeführt. Die initialen Amplifikationsschritte einer LAMP führen zu einer hantelartigen Struktur eines intermediären Amplifikationsproduktes. Die Mediatorsonde, welche in diesem Beispiel als Primer fungiert, kann an dieses intermediäre  Detection of DNA in an isothermal amplification method, for example, the LAMP used. The mechanism of mediator release during a LAMP is detailed in FIG. The initial amplification steps of a LAMP lead to a dumbbell-like structure of an intermediate amplification product. The mediator probe, which in this example acts as a primer, can bind to this intermediate
Amplifikationsprodukt binden und in einem nächsten Schritt verlängert werden. Durch Verdrängung des intermediären Amplifikationsproduktes kann ein weiterer Primer an die verlängerte Mediatorsonde binden und verlängert werden. Während dieses Vorgangs wird der Mediator durch die Strand Displacement Polymerase verdrängt. Der freigesetzte  Bind amplification product and be extended in a next step. By displacing the intermediate amplification product, another primer can bind to the extended mediator probe and be extended. During this process, the mediator is displaced by the Strand Displacement Polymerase. The released
Mediator kann nun an ein Nachweismolekül mit Haarnadelstruktur binden und ebenfalls verlängert werden. Während der Verlängerung des Mediators wird das 5'-Ende der geschlossenen Haarnadelstruktur des Nachweismoleküls von dem komplementären Bereich verdrängt, wodurch ein Fluoreszenzsignal generiert wird. Mediator can now bind to a detection molecule with hairpin structure and also be extended. During extension of the mediator, the 5 'end of the closed hairpin structure of the detection molecule is displaced from the complementary region, generating a fluorescence signal.
In einem geeigneten Reaktionsgefäß werden Probe und die benötigten Reagenzien vorgelegt und das Gemisch inkubiert (zwischen 10 min und 60 min bei etwa 62 °C). Während dieses Prozesses wird die Fluoreszenz im Reaktionsgefäß detektiert. Im Folgenden wird die beschriebene Ausführung am Beispiel einer LAMP im Detail beschrieben: In a suitable reaction vessel sample and the required reagents are presented and the mixture is incubated (between 10 min and 60 min at about 62 ° C). During this process the fluorescence in the reaction vessel is detected. In the following, the described embodiment is described in detail using the example of a LAMP:
Für eine real-time LAMP zur Detektion von E. coli DNA (W31 10, komplettes Genom) wurden die in Tabelle 1 aufgeführten Primer verwendet. Die LAMP Primer wurden aus (Tanner et al. 2012) entnommen und teilweise modifiziert. Die Mediatorsonde wurde mit dem LoopF Primer kombiniert, indem am 5'-Ende des Primers eine Mediatorbinderegion angefügt wurde, wobeiFor a real-time LAMP for the detection of E. coli DNA (W31 10, complete genome), the primers listed in Table 1 were used. The LAMP primers were taken from (Tanner et al., 2012) and partially modified. The mediator probe was combined with the LoopF primer by attaching a mediator binding region to the 5 'end of the primer, where
Letztere mit einem Mediator hybridisieren kann. Mediator, LoopF mit Mediatorbinderegion und das Nachweismolekül wurden manuell und unter Benutzung von VisualOMP (DNAThe latter can hybridize with a mediator. Mediator, Mediator Binding Region LoopF and the detection molecule were generated manually and using VisualOMP (DNA
Software, USA) erstellt. Die synthetischen Oligonukleotide aus Tabelle 1 wurden von Biomers (biomers.net, Ulm, Deutschland) synthetisiert. Tabelle 1: Sequenzen von Primer, Mediator und Nachweismolekül für eine real-time LAMP zur Detektion von E. coli DNA. Software, USA). The synthetic oligonucleotides of Table 1 were synthesized by Biomers (biomers.net, Ulm, Germany). Table 1: Sequences of primer, mediator and detection molecule for a real-time LAMP for the detection of E. coli DNA.
Die LAMP Reaktion wurde mit Bst 2.0 Warmstart DNA Polymerase in 1 x Isothermal The LAMP reaction was performed with Bst 2.0 Warmstart DNA Polymerase in 1 x isothermal
Amplification Buffer (New England Biolabs, Frankfurt, Deutschland) durchgeführt. Dabei enthält 1 x Isothermal Amplification Buffer 20 mM Tris-HCI, 10 mM (NH4)2S04, 50 mM KCl, 2 mM MgSC-4 und 0.1 % Tween® 20 (pH 8.8 bei 25 °C). Zusätzlich wurde der Puffer mit MgS04 (New England Biolabs, Frankfurt, Deutschland), Endkonzentration 8.0 mM, und mit dNTP Mix (Qiagen, Hilden, Deutschland), Endkonzentration 1 .4 mM, versetzt. Die LAMP Reaktion bestand aus 1.6 μΜ FIP und BIP, 0.2 μΜ F3 und B3, 0.8 μΜ LoopB, 0.6 μΜ LoopF, 0.2 μΜ LoopF mit Mediatorbinderegion, 0.1 μΜ Mediator, 0.05 μΜ Nachweismolekül, 320 U/ml Bst 2.0 Warmstart DNA Polymerase, 1 x Isothermal Amplification Buffer und 1 g/l BSA. Die Reaktion wurde in einem Rotor-Gene 6000 (Corbett, Mortlake, Australien, jetzt Qiagen, Hilden, Deutschland) bei 62 °C in Triplikaten durchgeführt. Die Fluoreszenzdaten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert (Figur 1 1 ). Amplification Buffer (New England Biolabs, Frankfurt, Germany). 1 x Isothermal Amplification Buffer contains 20 mM Tris-HCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4, 50 mM KCl, 2 mM MgSC-4 and 0.1% Tween® 20 (pH 8.8 at 25 ° C.). In addition, the buffer was spiked with MgSO 4 (New England Biolabs, Frankfurt, Germany), final concentration 8.0 mM, and with dNTP Mix (Qiagen, Hilden, Germany), final concentration 1 .4 mM. The LAMP reaction consisted of 1.6 μΜ FIP and BIP, 0.2 μΜ F3 and B3, 0.8 μΜ LoopB, 0.6 μΜ LoopF, 0.2 μΜ LoopF with mediator binding region, 0.1 μΜ mediator, 0.05 μΜ detection molecule, 320 U / ml Bst 2.0 Warmstart DNA Polymerase, 1 x Isothermal Amplification Buffer and 1 g / L BSA. The reaction was carried out in a Rotor-Gene 6000 (Corbett, Mortlake, Australia, now Qiagen, Hilden, Germany) at 62 ° C in triplicates. The fluorescence data were normalized to the initial value at 0 min (FIG. 11).
Die Detektionsmethode wurde ebenfalls in einer LAMP von Haemophilus ducreyi (H. ducreyi) und Treponema pallidum (T pallidum) verwendet. Die Durchführung, sowie The detection method was also used in a LAMP of Haemophilus ducreyi (H. ducreyi) and Treponema pallidum (T pallidum). The implementation, as well
Reaktionsbedingungen waren identisch zur bereits beschriebenen LAMP von E. coli, jedoch mit sequenzspezifischen Primern für H. ducreyi und T. pallidum. Die Fluoreszenzdaten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert (Figuren 26 und 27). Reaction conditions were identical to the LAMP of E. coli already described, but with sequence-specific primers for H. ducreyi and T. pallidum. The fluorescence data were normalized to the initial value at 0 min (Figures 26 and 27).
Beispiel 16: Erfindungsgemäßes Verfahren unter Verwendung einer RT-LAMP In weiteren Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Nachweismethode zum Nachweis von RNA eingesetzt werden, wobei die RNA mittels Reverser Transkription (RT) oder durch ein anderes geeignetes enzymatisches System in cDNA umgeschrieben und anschließend die cDNA amplifiziert wird. Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel anhand einer RT-LAMP im Detail beschrieben: Example 16: Process according to the invention using an RT-LAMP In further embodiments, the detection method according to the invention can be used for the detection of RNA, whereby the RNA is rewritten by means of reverse transcription (RT) or by another suitable enzymatic system into cDNA and then the cDNA is amplified. In the following, the exemplary embodiment will be described in detail with reference to an RT-LAMP:
Für eine RT-LAMP zum Nachweis von HIV-1 RNA wurden die in Tabelle 2 aufgeführten Primer verwendet. Die RT-LAMP Primer wurden aus (Curtis et al. 2008) entnommen und teilweise modifiziert. Die Mediatorsonde wurde mit dem LoopF Primer kombiniert, indem am 5'-Ende des Primers eine Mediatorbinderegion angefügt wurde, wobei Letztere mit einem Mediator hybridisieren kann. Mediator, LoopF mit Mediatorbinderegion und das For RT-LAMP for detection of HIV-1 RNA, the primers listed in Table 2 were used. The RT-LAMP primers were taken from (Curtis et al., 2008) and partially modified. The mediator probe was combined with the LoopF primer by attaching a mediator binding region to the 5 'end of the primer, the latter being able to hybridize to a mediator. Mediator, LoopF with Mediatorbinderegion and the
Nachweismolekül wurden manuell und unter Benutzung von VisualOMP erstellt. Die synthetischen Oligonukleotide Mediator, LoopF mit Mediatorbindesequenz und  Detection molecule were created manually and using VisualOMP. The synthetic oligonucleotides Mediator, LoopF with mediator binding sequence and
Nachweismolekül wurden von Biomers (biomers.net, Ulm, Deutschland) und die Primer FIP, BIP, F3, B3, LoopF und LoopB wurden von Ella Biotech (Martinsried, Deutschland) synthetisiert. Die Template RNA (HIV, VR-3245SD) wurde von ATCC, LGC Standards GmbH (Wesel, Deutschland) synthetisiert. Detector molecules were synthesized by Biomers (biomers.net, Ulm, Germany) and the primers FIP, BIP, F3, B3, LoopF and LoopB were synthesized by Ella Biotech (Martinsried, Germany). The template RNA (HIV, VR-3245SD) was synthesized by ATCC, LGC Standards GmbH (Wesel, Germany).
Tabelle 2: Primer, Mediator und Nachweismolekül Sequenzen für eine real-time RT- LAMP zur Detektion von HIV-1 RNA. Table 2: Primer, Mediator and Detector Sequences for a real-time RT-LAMP for the detection of HIV-1 RNA.
Die RT-LAMP Reaktion wurde mit Bst 2.0 Warmstart DNA Polymerase (New England Biolabs, Frankfurt, Deutschland) und Transcriptor Reverse Transcriptase (Roche The RT-LAMP reaction was performed with Bst 2.0 Warmstart DNA Polymerase (New England Biolabs, Frankfurt, Germany) and Transcriptor Reverse Transcriptase (Roche
Diagnostics, Mannheim, Deutschland) in 1 x Isothermal Amplification Buffer (New England Biolabs, Frankfurt, Deutschland) durchgeführt. Dabei enthält 1 x Isothermal Amplification Buffer 20 mM Tris-HCI, 10 mM (NH4)2S04, 50 mM KCl, 2 mM MgS04 und 0.1 % Tween® 20 (pH 8.8 bei 25 °C). Zusätzlich wurde der Puffer mit MgS04 (New England Biolabs, Frankfurt, Deutschland), Endkonzentration 8.0 mM, und mit dNTP Mix (Qiagen, Hilden, Deutschland), Endkonzentration 1 .4 mM, versetzt. Die RT-LAMP Reaktion bestand aus 1 .6 μΜ FIP und BIP, 0.2 μΜ F3 und B3, 0.8 μΜ LoopB, 0.6 μΜ LoopF, 0.2 μΜ LoopF mit Diagnostics, Mannheim, Germany) in 1 x Isothermal Amplification Buffer (New England Biolabs, Frankfurt, Germany). In this case, 10 mM 2 mM contains 1 x Isothermal Amplification Buffer 20 mM Tris-HCl, (NH 4) 2 S0 4, 50 mM KCl, MgS0 4 and 0.1% Tween ® 20 (pH 8.8 at 25 ° C). In addition, the buffer was spiked with MgSO 4 (New England Biolabs, Frankfurt, Germany), final concentration 8.0 mM, and with dNTP Mix (Qiagen, Hilden, Germany), final concentration 1 .4 mM. The RT-LAMP reaction consisted of 1 .6 μΜ FIP and BIP, 0.2 μΜ F3 and B3, 0.8 μΜ LoopB, 0.6 μΜ LoopF, 0.2 μΜ LoopF with
Mediatorbinderegion, 0.1 μΜ Mediator, 0.05 μΜ Nachweismolekül, 320 U/ml Bst 2.0  Mediator binding region, 0.1 μΜ mediator, 0.05 μΜ detection molecule, 320 U / ml Bst 2.0
Warmstart DNA Polymerase, 400 U/ml Transcriptor Reverse Transcriptase und 1x Warmstart DNA polymerase, 400 U / ml transcriptor reverse transcriptase and 1x
Amplification Buffer. Die Reaktion wurde in einem Rotor-Gene 6000 (Corbett, Mortlake, Australien, jetzt Qiagen, Hilden, Deutschland) bei 63 °C in Triplikaten durchgeführt. Die Positivkontrolle enthielt 3.400 Kopien/Reaktion synthetische HIV-1 RNA, die Negativkontrolle enthielt keine HIV-1 RNA. Die Fluoreszenzdaten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert (Figur 12). Amplification buffer. The reaction was carried out in a Rotor-Gene 6000 (Corbett, Mortlake, Australia, now Qiagen, Hilden, Germany) at 63 ° C in triplicates. The positive control contained 3,400 copies / reaction of synthetic HIV-1 RNA, the negative control contained no HIV-1 RNA. The fluorescence data were normalized to the initial value at 0 min (Figure 12).
Die Detektionsmethode wurde ebenfalls in einer RT-LAMP von Humaner T-lymphotropen Virus (HTLV-1 ) und Tabakmosaikvirus (TMV) RNA erfolgreich eingesetzt. Die Durchführung, sowie Reaktionsbedingungen waren identisch zur bereits beschriebenen RT-LAMP von HIV- 1 , jedoch mit sequenzspezifischen Primern für HTLV-1 und TMV. Die Fluoreszenzdaten wurden auf den Anfangswert bei 0 min normiert (Figuren 28 und 29). The detection method was also successfully used in a RT-LAMP of human T-lymphotropic virus (HTLV-1) and tobacco mosaic virus (TMV) RNA. The procedure and reaction conditions were identical to the previously described RT-LAMP of HIV-1, but with sequence-specific primers for HTLV-1 and TMV. The fluorescence data were normalized to the initial value at 0 min (Figures 28 and 29).
Beispiel 17: Erfindungsgemäßes Verfahren unter Verwendung von nicht-isothermen Example 17 Method According to the Invention Using Non-Isothermal
Amplifikationsreaktionen In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die erfindungsgemäße Amplification Reactions In further embodiments of the invention, the inventive
Nachweismethode zur Detektion von DNA in einer nicht-isothermen Amplifikationsreaktion, wie beispielsweise der PCR oder PCDR, eingesetzt werden. Dabei wird einer der Primer oder mehrere Primer in einer Weise modifiziert, sodass dieser oder diese eine  Detection method for the detection of DNA in a non-isothermal amplification reaction, such as PCR or PCDR, are used. In this case, one of the primers or a plurality of primers is modified in such a way that this or this one
Mediatorsonde darstellen. In einem geeigneten Reaktionsgefäß werden Probe und die benötigten Reagenzien vorgelegt und das Gemisch inkubiert. Während diesem Prozess wird die Fluoreszenz im Reaktionsgefäß detektiert. Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel anhand einer PCDR im Detail beschrieben: Represent mediator probe. Sample and the required reagents are placed in a suitable reaction vessel and the mixture is incubated. During this process the fluorescence in the reaction vessel is detected. In the following, the embodiment will be described in detail with reference to a PCDR:
Für eine real-time PCDR zum Nachweis von Mäuse-DNA wurden die in Tabelle 3 aufgeführten Primer verwendet. Die PCDR Primer für die Amplifikation von G3PDH DNA wurden aus (Ignatov et al. 2014) entnommen und teilweise modifiziert. Die Mediatorsonde wurde mithilfe des F3 Primers erstellt, indem am 5'-Ende des Primers eine For a real-time PCDR for detection of mouse DNA, the primers listed in Table 3 were used. The PCDR primer for the amplification of G3PDH DNA were taken from (Ignatov et al., 2014) and partially modified. The mediator probe was generated using the F3 primer by placing a primer at the 5 'end of the primer
Mediatorbinderegion angefügt wurde, wobei Letztere mit einem Mediator hybridisieren kann. Mediator, F3 mit Mediatorbinderegion und das Nachweismolekül wurden manuell und unter Benutzung von VisualOMP erstellt. Die Primer, sowie die synthetischen Oligonukleotide Mediator, F3 mit Mediatorbindesequenz und Nachweismolekül wurden von Biomers Mediatorbinderegion was added, the latter can hybridize with a mediator. Mediator, F3 with mediator binding region, and the detection molecule were created manually and using VisualOMP. The primers, as well as the synthetic oligonucleotides mediator, F3 with mediator binding sequence and detection molecule were from Biomers
(biomers.net, Ulm, Deutschland) synthetisiert. Die zu amplifizierende Mäuse G3PDH DNA Sequenz wurde aus (Ignatov et al. 2014) entnommen und das G3PDH Fragment von Integrated DNA Technologies (IDT, Coralville, IA) synthetisiert. Tabelle 3: Primer, Mediator und Nachweismolekül Sequenzen für eine real-time PCDR zur Detektion von Mäuse G3PDH DNA. (biomers.net, Ulm, Germany). The mouse G3PDH DNA sequence to be amplified was taken from (Ignatov et al., 2014) and the G3PDH fragment was synthesized by Integrated DNA Technologies (IDT, Coralville, IA). Table 3: Primer, Mediator and Detector Molecule Sequences for a real-time PCDR for the detection of mice G3PDH DNA.
Die PCDR wurde mit SD Hotstart DNA Polymerase in 1 x SD Puffer (Bioron, Ludwigshafen, Deutschland) durchgeführt. Zusätzlich wurde der Puffer mit MgC (Bioron, Ludwigshafen, Deutschland), Endkonzentration 2.75 mM, und dNTPs (New England Biolabs, Frankfurt,PCDR was performed with SD Hotstart DNA Polymerase in 1X SD buffer (Bioron, Ludwigshafen, Germany). In addition, the buffer was treated with MgC (Bioron, Ludwigshafen, Germany), final concentration 2.75 mM, and dNTPs (New England Biolabs, Frankfurt,
Deutschland), Endkonzentration 0.25 mM , versetzt. Die PCDR Reaktion bestand aus jeweils 0.1 μΜ F3 und F3 mit Mediatorbinderegion, 0.2 μΜ R3, 0.1 μΜ F2 und R2, 0.05 μΜ F1 und R1 , 0.05 μΜ Mediator, 0.05 μΜ Nachweismolekül, 200 U/ml SD Hotstart DNA Polymerase und 1 x SD Puffer. Die Reaktion wurde in einem Rotor-Gene 6000 (Corbett, Mortlake, Australien, jetzt Qiagen, Hilden, Deutschland) nach folgendem Protokoll (Ignatov et al. 2014) durchgeführt: Initiale Denaturierung bei 92 °C für 2 min, gefolgt von 45 Zyklen mit 92 °C (15 sek) und 66 °C (40 sek). Die Fluoreszenzdaten wurden auf den Anfangswert bei 0 Zyklen normiert (Figur 30). Die Positivkontrolle enthielt 100 pg G3PDH Fragment pro Reaktion, die Negativkontrolle enthielt keine Template DNA. Germany), final concentration 0.25 mM. The PCDR response consisted of 0.1 μΜ F3 and F3 each with mediator binding region, 0.2 μΜ R3, 0.1 μΜ F2 and R2, 0.05 μΜ F1 and R1, 0.05 μΜ mediator, 0.05 μΜ detection molecule, 200 U / ml SD Hotstart DNA polymerase and 1 × SD Buffer. The reaction was performed in a Rotor-Gene 6000 (Corbett, Mortlake, Australia, now Qiagen, Hilden, Germany) according to the following protocol (Ignatov et al., 2014): initial denaturation at 92 ° C for 2 min, followed by 45 cycles 92 ° C (15 sec) and 66 ° C (40 sec). The fluorescence data were normalized to the initial value at 0 cycles (Figure 30). The positive control contained 100 pg of G3PDH fragment per reaction, the negative control contained no template DNA.
Beispiel 18: Erfindungsgemäße Mediatorsonde, die nicht als Primer fungiert In weiteren Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Nachweismethode zurExample 18: Mediator probe according to the invention, which does not function as a primer In further exemplary embodiments, the detection method according to the invention can be used for
Detektion von DNA oder RNA mit erhöhter Spezifität eingesetzt werden. Dabei dient nicht ein Primer als Mediatorsonde, sondern es wird eine spezielle Sonde eingesetzt, welche nicht als Startpunkt einer Amplifikation dient. In Abwesenheit des Zielmoleküls liegt die Sonde in geschlossener Form vor. Sobald sich das Zielmolekül im Reaktionsgemisch befindet, bindet die Mediatorsonde an das Zielmolekül oder Vorlagemolekül, wodurch ein Primer an das 3'- Ende der nun geöffneten Mediatorsonde binden kann. Durch Prozessierung mit einem geeigneten Enzymsystem kann der angelagerte Primer verlängert werden, wobei eine Verdrängung des Mediators von der Mediatorsonde erfolgt. Der freigesetzte Mediator kann mit Hilfe eines spezifischen Nachweismoleküls detektiert werden. Der enzymatische Detection of DNA or RNA with increased specificity can be used. It does not serve as a primer Mediatorsonde, but it is a special probe used, which does not serve as a starting point of an amplification. In the absence of the target molecule, the probe is present in closed form. Once the target molecule is in the reaction mixture, the mediator probe binds to the target molecule or template molecule, allowing a primer to bind to the 3 'end of the now opened mediator probe. By processing with a suitable enzyme system, the annealed primer can be extended with displacement of the mediator from the mediator probe. The released mediator can be detected by a specific detection molecule. The enzymatic
Amplifikationsprozess kann isotherme Verfahren beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt (Figur 13). Amplification process may include, but is not limited to isothermal methods (Figure 13).
Beispiel 19: Verwendung von Zielmolekül-spezifischen Aptameren Example 19: Use of Target Molecule-Specific Aptamers
In weiteren Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Nachweismethode zur In further embodiments, the detection method according to the invention for
Detektion von Zielmolekülen durch Zielmolekül-spezifische Aptamere angewendet werden. In ein geeignetes Reaktionsgefäß werden Zielmolekül-spezifische Aptamere, die zu untersuchende Probe und Nachweismoleküle gegeben. Das nachzuweisende Zielmolekül kann beispielsweise ein Protein oder Peptid sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein Aptamer bindet an das Zielmolekül und verändert seine Struktur, so dass sich nach erfolgter Interaktion eine Aptamer-spezifische Mediatorsonde und Primer anlagern können. Durch Prozessierung mit einem geeigneten Enzymsystem können am Aptamer (Figur 14: weiße Markierung im Aptamer) angelagerte Primer verlängert werden, wodurch eine Amplifikation der Aptamersequenz außerhalb der Proteinbinderegion erreicht wird. Durch die Bindung einer Mediatorsonde an ein lineares Amplifikationsprodukt wird die Sonde geöffnet, wobei mit Hilfe weiterer Primer eine Verdrängung des Mediators von der Mediatorsonde erfolgt. Der freigesetzte Mediator kann mit Hilfe eines spezifischen Nachweismoleküls oder einer geeigneten Nachweismethode detektiert werden. Der enzymatische Amplifikationsprozess kann isotherme Verfahren beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt (Figur 14). Detection of target molecules can be applied by target-specific aptamers. Target molecule-specific aptamers, the sample to be examined and detection molecules are added to a suitable reaction vessel. The target molecule to be detected may be, for example, but not limited to, a protein or peptide. An aptamer binds to the target molecule and alters its structure so that after interaction, an aptamer-specific mediator probe and primer can anneal. By processing with a suitable enzyme system, primers attached to the aptamer (FIG. 14: white label in the aptamer) can be extended, as a result of which amplification of the aptamer sequence outside the protein binding region is achieved. By binding a mediator probe to a linear amplification product, the probe is opened, with the aid of further primers displacement of the mediator from the mediator probe. The released mediator can be detected using a specific detection molecule or a suitable detection method. The enzymatic amplification process may include, but is not limited to isothermal methods (Figure 14).
Beispiel 20: Modifizierte Mediatorsonden, welche eine Aptamerregion, eine Example 20: Modified mediator probes containing an aptamer region, a
Mediatorbinderegion und eine Primerbinderegion besitzen. In bevorzugten Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Nachweismethode zum Nachweis von Zielmolekülen durch modifizierte Mediatorsonden, welche eine Possess mediator binding region and a primer binder region. In preferred embodiments, the detection method according to the invention can be used to detect target molecules by modified mediator probes which have a
Aptamerregion, eine Mediatorbinderegion und eine Primerbinderegion besitzen, angewendet werden. Das nachzuweisende Zielmolekül kann beispielsweise ein Protein oder Peptid sein ist aber nicht darauf beschränkt. In Abwesenheit des Zielmoleküls bindet der Primer an die Mediatorsonde und kann durch Prozessierung mit einem geeigneten Enzymsystem verlängert werden, wobei eine Verdrängung des Mediators von der Mediatorsonde erfolgt. Der freigesetzte Mediator kann mit Hilfe eines spezifischen Nachweismoleküls oder einer Nachweismethode ein detektierbares Signal auslösen. Ist das Zielmolekül vorhanden, bindet die Aptamerregion der Mediatorsonde an das Zielmolekül, wodurch der an der Aptamer region, a mediator binding region and a primer binder region. The target molecule to be detected may be, for example, a protein or peptide but is not limited thereto. In the absence of the target molecule, the primer binds to the mediator probe and can be extended by processing with a suitable enzyme system, with displacement of the mediator from the mediator probe. The released mediator can trigger a detectable signal with the help of a specific detection molecule or a detection method. If the target molecule is present, the aptamer region of the mediator probe binds to the target molecule, causing the at the
Primerbinderegion angelagerte Primer nicht verlängert werden kann (Figur 15). Bei  Primerbinderegion annealed primer can not be extended (Figure 15). at
Vorhandensein des Zielmoleküls wird demnach ein Signalabfall im Vergleich zur Presence of the target molecule is therefore a signal drop compared to
Abwesenheit des Zielmoleküls detektiert. Der enzymatische Amplifikationsprozess kann isotherme Verfahren beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispiel 21 : Verwendung eines Aptamers umfassend eine Proteinbinderegion, die von Primerbinderegionen flankiert wird Absence of the target molecule detected. The enzymatic amplification process may include, but is not limited to, isothermal methods. Example 21: Use of an aptamer comprising a protein binding region flanked by primer binding regions
Um eine exponentielle Nachweisreaktion zu generieren wird eine Mediatorsonde eingesetzt, welche aus einem Primer mit einer Mediatorhybridisierungssequenz am 5'-Ende und einem daran hybridisierten Mediator, besteht. Zusätzlich wird ein Aptamer, welches eine To generate an exponential detection reaction, a mediator probe consisting of a primer with a mediator hybridization sequence at the 5 'end and a mediator hybridized thereto is used. In addition, an aptamer, which is a
Proteinbinderegion, die von Primerbinderegionen flankiert wird, verwendet. In Anwesenheit des Zielmoleküls bindet das Aptamer an das Zielmolekül. Primer, die nun an das Aptamer binden, können aufgrund der Bindung zum Zielmolekül nicht verlängert werden. Folglich wird der Mediator nicht freigesetzt und es wird bei Vorhandensein des Zielmoleküls demnach ein Signalabfall im Vergleich zur Abwesenheit des Zielmoleküls detektiert. Bei Abwesenheit des Zielmoleküls können Primer an das Aptamer binden und verlängert werden, was durchProtein binding region flanked by primer binder regions. In the presence of the target molecule, the aptamer binds to the target molecule. Primers that now bind to the aptamer can not be extended due to binding to the target molecule. Consequently, the mediator is not released and, in the presence of the target molecule, a signal drop is thus detected compared to the absence of the target molecule. In the absence of the target molecule, primers can bind to the aptamer and be extended by
Mediatorfreisetzung zu einem Signalanstieg führt. Der enzymatische Amplifikationsprozess kann isotherme Verfahren beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt (Figur 16). Mediator release leads to a signal increase. The enzymatic amplification process may include, but is not limited to isothermal methods (Figure 16).
Beispiel 22: Immobilisierung der Nachweismoleküle Example 22 Immobilization of Detection Molecules
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Nachweismethode können die Nachweismoleküle in einem geeigneten Reaktionsgefäß an einer Festphase immobilisiert werden. Anschließend werden die Probe und die benötigten Reagenzien demIn further preferred embodiments of the detection method according to the invention, the detection molecules can be immobilized in a suitable reaction vessel on a solid phase. Subsequently, the sample and the required reagents are the
Reaktionsgefäß zugegeben und das Gemisch bei den entsprechenden Bedingungen inkubiert. Die Probe kann aus DNA, RNA und/oder Peptiden bzw. Proteinen bestehen. BeiReaction vessel added and the mixture incubated under the appropriate conditions. The sample may consist of DNA, RNA and / or peptides or proteins. at
Vorhandensein des Zielmoleküls wird der Mediator von der Mediatorsonde verdrängt und kann im Reaktionsgemisch zum immobilisierten Nachweismolekül diffundieren. Das Verfahren umfasst isotherme Amplifikationsverfahren, ist aber nicht auf diese beschränkt (Figur 17). Presence of the target molecule displaces the mediator from the mediator probe and can diffuse in the reaction mixture to the immobilized detection molecule. The Method includes but is not limited to isothermal amplification methods (Figure 17).
Beispiel 23: Verwendung von Relaxometrie Example 23: Use of Relaxometry
In weiteren Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Nachweismethode in In further embodiments, the detection method according to the invention in
Kombination mit magnetischer Relaxometrie zur Detektion von Zielmolekülen eingesetzt werden. Die Nachweismoleküle können an magnetische Partikel gebunden sein und den Nachweis durch magnetische Relaxometrie ermöglichen. Bei der magnetischen Combination with magnetic relaxometry can be used for the detection of target molecules. The detection molecules can be bound to magnetic particles and allow detection by magnetic relaxometry. At the magnetic
Relaxometrie werden die magnetischen Partikel durch einen kurzen, magnetischen Impuls magnetisiert und dabei der zeitliche Abbau des induzierten magnetischen Momentes detektiert. Der hydrodynamische Widerstand von Partikel, an welche Mediatoren über die auf den Partikel immobilisierten Nachweismoleküle binden und verlängert werden, ist größer, also der hydrodynamische Widerstand von Partikel, an welche keine Mediatoren binden. Partikel, an welche Mediatoren binden und verlängert werden, bauen ihr induziertes magnetisches Moment demnach langsamer ab, als Partikel, an welche keine Mediatoren binden. Die Relaxationszeiten der induzierten magnetischen Momente der genanntenRelaxometry, the magnetic particles are magnetized by a short, magnetic pulse and thereby detects the degradation of the induced magnetic moment. The hydrodynamic resistance of particles, to which mediators are bound and extended via the detection molecules immobilized on the particles, is greater, ie the hydrodynamic resistance of particles to which no mediators bind. Particles to which mediators bind and extend, therefore, reduce their induced magnetic moment more slowly than particles to which no mediators bind. The relaxation times of the induced magnetic moments of said
Partikel unterscheidet sich demnach voneinander, wodurch die Freisetzung von Mediatoren detektiert werden kann. Durch Kombination der magnetischen Relaxometrie mit einer Schmelzkurvenanalyse können verschiedene Zielmoleküle nebeneinander in einer Probe nachgewiesen werden. Das Verfahren beinhaltet isotherme Amplifikationsverfahren, ist aber nicht auf diese beschränkt. Particles therefore differ from each other, whereby the release of mediators can be detected. By combining magnetic relaxometry with melting curve analysis, different target molecules can be detected side by side in a sample. The method includes, but is not limited to, isothermal amplification methods.
Beispiel 24: Verwendung von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln Example 24: Use of Magnetic or Magnetisable Particles
In weiteren Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Nachweismethode in In further embodiments, the detection method according to the invention in
Kombination mit magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln zur Detektion von Combination with magnetic or magnetizable particles for the detection of
Zielmolekülen eingesetzt werden (Figur 31 ). Die Mediatoren sind an magnetischen oder magnetisierbaren Nanopartikeln gebunden. Dabei können mehrere Mediatoren gleichzeitig an einem Partikel gebunden sein. Erfindungsgemäß hybridisieren die Mediatoren initial mit Primern. Während der Amplifikation des Ziel- oder Vorlagemoleküls wird der Mediator vom Primer verdrängt und kann anschließend mit einem auf der Festphase immobilisierten Nachweismolekül hybridisieren. Durch die Bindung zwischen dem freigesetzten Mediator und Nachweismolekül werden die Nanopartikel an die Oberfläche der Festphase Target molecules are used (Figure 31). The mediators are bound to magnetic or magnetizable nanoparticles. Several mediators can be simultaneously bound to a particle. According to the invention, the mediators initially hybridize with primers. During amplification of the target or template molecule, the mediator is displaced from the primer and can subsequently hybridize with a detection molecule immobilized on the solid phase. The binding between the released mediator and the detection molecule causes the nanoparticles to reach the surface of the solid phase
herangeführt, wodurch eine Änderung der magnetischen Eigenschaften detektiert werden kann. Für die Detektion einer Signaländerung an der Oberfläche der Festphase können unter anderem Magnetfeldsensoren eingesetzt werden, welche beispielsweise, aber nicht ausschließlich, auf galvanomagnetischen, magneto-resistiven, magneto-optischen Effekten oder auf dem Josephson-Effekt, beruhen. Um falsch positive Signale durch Anlagerung der nicht- freigesetzten Mediator/Partikel-Einheiten an der Festphase zu verhindern, können die nicht- freigesetzten Mediator/Partikel-Einheiten durch Anlegen eines schwach magnetischen Feldes von der Festphase separiert werden. introduced, whereby a change in the magnetic properties can be detected. Magnetic field sensors which, for example, but not exclusively, are based on galvanomagnetic, magneto-resistive, magneto-optical effects or on the Josephson effect can be used for the detection of a signal change on the surface of the solid phase. False-positive signals by attaching the non- To prevent released mediator / particle units on the solid phase, the non-released mediator / particle units can be separated from the solid phase by applying a weak magnetic field.
Beispiel 25: Elektrochemische Detektion mit Nachweismolekülen, welche eine Example 25: Electrochemical detection with detection molecules containing a
Haarnadelstruktur aufweisen Have hairpin structure
In weiteren Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Nachweismethode in In further embodiments, the detection method according to the invention in
Kombination mit elektrochemischer Detektion zum Nachweis von Zielmolekülen eingesetzt werden. In dieser Ausführung ist das Nachweismolekül auf einer Elektrode, welche gleichzeitig die Festphase darstellt, immobilisiert. Der freigesetzte Mediator kann in der Mediatorbinderegion mit dem Nachweismolekül hybridisieren und durch eine Polymerase verlängert werden. Die Mediatorbinderegion kann sich in unterschiedlichen Regionen des Nachweismoleküls befinden. Das Nachweismolekül kann eine Haarnadelstruktur aufweisen und am 5'-Ende mit einem Redoxmolekül markiert sein. Durch die Verlängerung des Combination with electrochemical detection can be used for the detection of target molecules. In this embodiment, the detection molecule is immobilized on an electrode which simultaneously constitutes the solid phase. The released mediator can hybridize to the detection molecule in the mediator binding region and be extended by a polymerase. The mediator binding region may be in different regions of the detection molecule. The detection molecule may have a hairpin structure and be labeled at the 5 'end with a redox molecule. By extending the
Mediators wird das 5'-Ende des Nachweismoleküls verdrängt und Letzteres klappt auf. Mediators displaces the 5 'end of the detection molecule and the latter works.
Durch die Verdrängung des markierten 5'-Endes nimmt der Abstand zwischen Redoxmolekül und Elektrodenoberfläche zu, wodurch eine detektierbare Signaländerung stattfindet. Das Verfahren beinhaltet isotherme Amplifikationsverfahren, ist aber nicht auf diese beschränkt (Figur 18). Beispiel 26: Nachweis durch elektrochemische Detektion auf einer Festphase  By displacing the labeled 5'-end, the distance between the redox molecule and the electrode surface increases, whereby a detectable signal change takes place. The method involves, but is not limited to, isothermal amplification methods (Figure 18). Example 26: Detection by electrochemical detection on a solid phase
In dieser bevorzugten Ausführungsform kann der Nachweis durch elektrochemische In this preferred embodiment, the detection by electrochemical
Detektion auf einer Festphase stattfinden. In dieser Ausführung ist das Nachweismolekül auf einer Elektrode, welche gleichzeitig die Festphase darstellt, immobilisiert. Der freigesetzte Mediator kann in der Mediatorbinderegion mit dem Nachweismolekül hybridisieren und durch eine Polymerase verlängert werden. Nach erfolgter Verlängerung können Redoxmoleküle in das Dimer aus Nachweismolekül und verlängertem Mediator interkalieren und ein Detection take place on a solid phase. In this embodiment, the detection molecule is immobilized on an electrode which simultaneously constitutes the solid phase. The released mediator can hybridize to the detection molecule in the mediator binding region and be extended by a polymerase. After extension, redox molecules can intercalate and intercalate into the dimer of detection molecule and extended mediator
elektrochemisches Signal generieren, welches detektiert werden kann (Figur 8). Eine Signalgenerierung kann ebenfalls ohne Verlängerung des Mediators nach Figur 20 stattfinden. Dabei kann der Mediator markierungsfrei sein und es können interkalierende Redoxmoleküle verwendet werden und/oder der Mediator kann mit einem oder mehreren Redoxmolekülen markiert sein. Ist der Mediator mit einem Redoxmolekül markiert, so führt die Bindung des freigesetzten Mediators und gegebenenfalls nachfolgende Verlängerung des Mediators an dem Nachweismolekül zu einer Signalgenerierung wie in den Figuren 21 - 23 beschrieben. In einer weiteren Ausführungsform ist das Nachweismolekül mit einem oder mehreren Redoxmolekülen markiert. Die Bindung des freigesetzten Mediators und gegebenenfalls nachfolgende Verlängerung des Mediators an dem Nachweismolekül führt zu einer Signaländerung nach Figur 24. Es kann von Vorteil sein, mehrere Mediatoren pro Zielmolekül und/oder Amplikon freizusetzen um ein stärkeres Signal zu erhalten. Die Freisetzung mehrere Mediatoren pro Zielmolekül kann beispielsweise durch Anbringen von Mediatoren an mehreren, verschiedenen Mediatorsonden realisiert werden. generate electrochemical signal which can be detected (Figure 8). Signal generation may also take place without extension of the mediator of FIG. 20. In this case, the mediator can be label-free and intercalating redox molecules can be used and / or the mediator can be labeled with one or more redox molecules. If the mediator is labeled with a redox molecule, binding of the released mediator and optionally subsequent extension of the mediator to the detection molecule will result in signal generation as described in Figures 21-23. In a further embodiment, the detection molecule is with one or marked several redox molecules. The binding of the released mediator and optionally subsequent extension of the mediator to the detection molecule leads to a signal change according to FIG. 24. It may be advantageous to release several mediators per target molecule and / or amplicon in order to obtain a stronger signal. The release of several mediators per target molecule can be realized, for example, by attaching mediators to several different mediator probes.
Im Folgenden wird speziell auf die elektrochemische Detektion nach Figur21 eingegangen. Der Mediator ist mit (einem) Redoxmolekül(en) markiert und wird während der Amplifikation freigesetzt. In dieser Ausführung ist das nicht-markierte Nachweismolekül auf einer In the following, particular attention is paid to the electrochemical detection according to FIG. The mediator is labeled with (a) redox molecule (s) and released during amplification. In this embodiment, the unlabeled detection molecule is on one
Elektrode, welche gleichzeitig die Festphase darstellt, immobilisiert und der freigesetzteElectrode, which simultaneously represents the solid phase, immobilized and the liberated
Mediator kann in der Mediatorbinderegion mit dem Nachweismolekül hybridisieren. Durch die räumliche Nähe zwischen Redoxmolekül am Mediator und Elektrodenoberfläche kann eine Signaländerung detektiert werden. Die Detektion kann in Real-time während der Mediator can hybridize to the detection molecule in the mediator binding region. Due to the spatial proximity between the redox molecule at the mediator and the electrode surface, a signal change can be detected. The detection can be done in real time during the
Amplifikationsreaktion oder als Endpunktdetektion durch Überführen der Amplification reaction or as endpoint detection by transferring the
Amplifikationsprodukte auf die Elektrodenoberfläche stattfinden. Das Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der elektrochemischen Endpunkts-Detektion der Amplification products take place on the electrode surface. The embodiment will be described below with reference to the electrochemical endpoint detection of
Amplifikationsprodukte einer LAMP von E. coli im Detail beschrieben: Amplification products of a LAMP of E. coli described in detail:
Die LAMP-Reaktion wurde analog wie in Beispiels 15 beschrieben durchgeführt. Jedoch wurden für die elektrochemische Detektion Mediator, LoopF mit Mediatorbindesequenz und Nachweismolekül entsprechend angepasst (Tabelle 1 ). LoopF mit Mediatorbindesequenz und Nachweismolekül wurden von Biomers (biomers.net, Ulm, Deutschland) und der Mediator, welcher mit einem Methylenblau-Derivat (Atto MB2) modifiziert ist, von IBA Lifesciences (Göttingen, Deutschland) synthetisiert. The LAMP reaction was carried out analogously as described in Example 15. However, for electrochemical detection, mediator, mediator binding loop and detector molecule were adjusted accordingly (Table 1). Mediator binding sequence and detection molecule were synthesized by Biomers (biomers.net, Ulm, Germany) and the mediator modified with a methylene blue derivative (Atto MB2) by IBA Lifesciences (Göttingen, Germany).
Tabelle 1 LoopF_mit Mediatorbindesequenz, Mediator und Nachweismolekül Sequenzen für die elektrochemische Detektion einer LAMP von E. coli. Table 1 LoopF_with mediator binding sequence, mediator and detection molecule Sequences for the electrochemical detection of a LAMP of E. coli.
Nach Durchführung der wie in Beispiels 15 beschriebenen LAMP von £. coli DNA wurde der Reaktionsmix in eine Kammer mit einer Elektrode, auf welcher die Nachweismoleküle immobilisiert sind, überführt. Der elektrochemische Nachweis der freigesetzten Mediatoren in der positiven Kontrollreaktion (60.000 Kopien E.coli DNA) wurde mit Hilfe der Square-Wave Voltammetrie durchgeführt (Figur 32). In der Positivkontrolle werden die Mediatoren während der LAMP Reaktion verdrängt und können nach dem Transferieren des Reaktionsmixes in die Elektrodenkammer an das Nachweismolekül hybridisieren. Dementsprechend reichert sich der markierte (hier mit Methylenblau) Mediator an der Elektrodenoberfläche an, was bei elektrochemischer Analyse (hier Square-Wave Voltammetrie) zur Ausbildung eines charakteristischen Peaks bei -0.39 V führt. Dagegen zeigt der ausbleibende Peak bei der Negativkontrolle (NTC) an, dass keine signifikante Freisetzung von Mediatoren stattgefunden hat. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Nachweismethode in Kombination mit der elektrochemischen Detektion erweist sich hier als besonders vorteilhaft, da nach der Amplifikationsreaktion keine Notwendigkeit besteht, weitere Modifikationen oder After performing the LAMP of £ as described in Example 15. coli DNA, the reaction mixture was transferred into a chamber with an electrode on which the detection molecules are immobilized. Electrochemical detection of released mediators in The positive control reaction (60,000 copies of E. coli DNA) was performed by square-wave voltammetry (Figure 32). In the positive control, the mediators are displaced during the LAMP reaction and can hybridize to the detection molecule after transferring the reaction mixture into the electrode chamber. Accordingly, the labeled mediator (here with methylene blue) accumulates on the electrode surface, which leads to the formation of a characteristic peak at -0.39 V in the case of electrochemical analysis (in this case square-wave voltammetry). In contrast, the absence of a negative control (NTC) peak indicates that no significant release of mediators has occurred. The application of the detection method according to the invention in combination with the electrochemical detection proves to be particularly advantageous since there is no need after the amplification reaction, further modifications or
Reaktionsschritte vorzunehmen. To carry out reaction steps.
Beispiel 27: Parallele Detektion von DNA, RNA, Peptiden und/oder Proteinen Example 27: Parallel Detection of DNA, RNA, Peptides and / or Proteins
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden DNA, RNA und Peptide bzw. Proteine oder eine andere Kombination der genannten Stoffklassen durch die beschriebenen Verfahren in einem Ansatz parallel detektiert. Das Verfahren beinhaltet isotherme Amplifikationsverfahren, ist aber nicht auf diese beschränkt. In a preferred embodiment of the method according to the invention, DNA, RNA and peptides or proteins or another combination of the mentioned substance classes are detected in parallel by the described methods in one batch. The method includes, but is not limited to, isothermal amplification methods.
Referenzen references
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Claims

Patentansprüche claims
1 . Mediatorsonde zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül, wobei die 1 . Mediator probe for the detection of at least one target molecule, wherein the
Mediatorsonde mindestens zwei Oligonukleotide umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass  Mediator probe comprises at least two oligonucleotides, characterized in that
a) ein erstes Oligonukleotid eine Sondenregion und eine Mediatorbinderegion  a) a first oligonucleotide, a probe region and a mediator binding region
umfasst, wobei  includes, where
i. die Sondenregion eine Affinität zu einem Zielmolekül und/oder  i. the probe region has an affinity for a target molecule and / or
Vorlagemolekül aufweist, und  Having template molecule, and
ii. die Mediatorbinderegion eine Affinität zu mindestens einem Mediator aufweist, und  ii. the mediator binding region has an affinity for at least one mediator, and
b) mindestens ein weiteres Oligonukleotid ein Mediator ist, der  b) at least one further oligonucleotide is a mediator which
i. über die Mediatorbinderegion an das erste Oligonukleotid der  i. via the mediator binding region to the first oligonucleotide of the
Mediatorsonde gebunden ist, und  Mediator probe is bound, and
ii. eine Affinität zu mindestens einem Nachweismolekül aufweist, wobei der Mediator nach Freisetzung vom ersten Oligonukleotid der Mediatorsonde durch Interaktion mit dem Nachweismolekül ein detektierbares Signal auslöst.  ii. has an affinity for at least one detection molecule, wherein the mediator triggers a detectable signal after release from the first oligonucleotide of the mediator probe by interaction with the detection molecule.
2. Mediatorsonde nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste 2. mediator probe according to claim 1, characterized in that the first
Oligonukleotid der Mediatorsonde und/oder der Mediator keine Markierung zur  Oligonucleotide of the mediator probe and / or the mediator no mark to
Signalgenerierung umfasst.  Signal generation includes.
3. Mediatorsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Oligonukleotid der Mediatorsonde und/oder der Mediator eine oder mehrere 3. Mediator probe according to claim 1 or 2, characterized in that the first oligonucleotide of the mediator probe and / or the mediator one or more
Markierungen zur Signalgenerierung enthält, bevorzugt ein Fluoreszenzmolekül, ein Redoxmolekül, ein Lumineszenzmolekül oder eine andere signalgenerierende Einheit.  Contains labels for signal generation, preferably a fluorescent molecule, a redox molecule, a luminescent molecule or another signal-generating unit.
4. System umfassend mindestens eine Mediatorsonde gemäß eines der Ansprüche 1 bis 3 und mindestens ein Nachweismolekül, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Nachweismolekül ein oder mehrere Oligonukleotide umfasst und mindestens eine erste Region umfasst, die mit mindestens einem Mediator interagiert, und 4. System comprising at least one mediator probe according to one of claims 1 to 3 and at least one detection molecule, characterized in that the at least one detection molecule comprises one or more oligonucleotides and comprises at least a first region which interacts with at least one mediator, and
a) eine zweite Region, die einen Fluoreszenzakzeptor oder einen Fluoreszenzdonor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische Schutzgruppe und/oder Redox-Modifikationen und/oder Lumineszenz- Modifikationen aufweist, und/oder b) eine dritte Region, die einen Fluoreszenzdonor oder einen Fluoreszenzakzeptor und/oder eine chemische Gruppe zur Bindung an eine Festphase und/oder eine chemische Schutzgruppe und/oder Redox-Modifikationen und/oder Lumineszenz- Modifikationen aufweist, a) a second region which has a fluorescence acceptor or a fluorescence donor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications, and / or b) a third region which has a fluorescence donor or a fluorescence acceptor and / or a chemical group for binding to a solid phase and / or a chemical protective group and / or redox modifications and / or luminescence modifications,
oder  or
c) mindestens eine vierte Region, die mit mindestens einer ersten Sonde interagiert, die einen Fluoreszenzdonor und/oder einen Fluoreszenzakzeptor aufweist, und/oder  c) at least one fourth region interacting with at least one first probe having a fluorescent donor and / or a fluorescence acceptor, and / or
d) mindestens eine fünfte Region, die mit mindestens einer zweiten Sonde  d) at least one fifth region containing at least one second probe
interagiert, die einen Fluoreszenzdonor und/oder einen Fluoreszenzakzeptor, aufweist.  which has a fluorescence donor and / or a fluorescence acceptor.
5. System nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das 5. System according to the preceding claim, characterized in that the
Nachweismolekül eine Haarnadelstruktur aufweist.  Detection molecule has a hairpin structure.
6. Verfahren zur Detektion von mindestens einem Zielmolekül, umfassend folgende 6. A method for detecting at least one target molecule, comprising the following
Schritte:  Steps:
a) Bereitstellen mindestens einer Mediatorsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder eines Systems nach Anspruch 4 oder 5,  a) providing at least one mediator probe according to one of claims 1 to 3 and / or a system according to claim 4 or 5,
b) Bindung der Sondenregion des ersten Oligonukleotids der mindestens einen  b) binding of the probe region of the first oligonucleotide of the at least one
Mediatorsonde an eine Sequenz des Vorlagemoleküls und/oder des Zielmoleküls, c) Amplifikation des ersten Oligonukleotids der mindestens einen Mediatorsonde und/oder des Vorlagemoleküls und/oder des Zielmoleküls,  Mediatorsonde to a sequence of the template molecule and / or the target molecule, c) amplification of the first oligonucleotide of the at least one Mediatorsonde and / or the template molecule and / or the target molecule,
d) Freisetzung des mindestens einen Mediators durch mindestens ein Hilfsmolekül, e) optional die Bindung des mindestens einen freigesetzten Mediators an das  d) release of the at least one mediator by at least one auxiliary molecule, e) optionally the binding of the at least one released mediator to the
mindestens eine Nachweismolekül, und  at least one detection molecule, and
f) Detektion einer Signalveränderung.  f) detection of a signal change.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Method according to the preceding claim, characterized in that
mindestens ein Mediator an die erste Region des Nachweismoleküls bindet und durch mindestens ein Hilfsmolekül enzymatisch verlängert wird, wobei das Hilfsmolekül bevorzugt an den 3'-Terminus des gebundenen Mediators bindet, wodurch eine physikalisch oder chemisch messbare Veränderung des Nachweismoleküls erfolgt.  at least one mediator binds to the first region of the detection molecule and is enzymatically extended by at least one auxiliary molecule, wherein the auxiliary molecule preferably binds to the 3'-terminus of the bound mediator, whereby a physically or chemically measurable change of the detection molecule takes place.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der 3'- Terminus des ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde nach Bindung der Sondenregion des ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde an eine Sequenz des Vorlagemoleküls und/oder des Zielmoleküls durch ein Hilfsmolekül enzymatisch verlängert wird. 8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the 3'-terminus of the first oligonucleotide of the mediator probe after binding of the probe region the first oligonucleotide of the mediator probe is enzymatically extended to a sequence of the template molecule and / or the target molecule by an auxiliary molecule.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die 9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the
Amplifikation des ersten Oligonukleotids der Mediatorsonde und/oder des  Amplification of the first oligonucleotide of the mediator probe and / or the
Vorlagemoleküls und/oder Zielmoleküls durch eine isotherme oder nicht-isotherme Amplifikationsmethode erfolgt.  Template molecule and / or target molecule by an isothermal or non-isothermal amplification method is carried out.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the
Nachweismolekül über mindestens eine Fluoreszenz- oder Lumineszenz-Modifikation verfügt und nach der Reaktion mit dem mindestens einen Mediator mittels eines Detection molecule has at least one fluorescence or luminescence modification and after the reaction with the at least one mediator by means of a
Hilfsmoleküls von dem Nachweismolekül die Fluoreszenz- oder Lumineszenz- Modifikationen abgespalten und/oder der 5'-Terminus der Haarnadelstruktur des  Helper molecule of the detection molecule cleaved off the fluorescence or luminescence modifications and / or the 5'-terminus of the hairpin structure of the
Nachweismoleküls entfernt und/oder die Haarnadelstruktur entfaltet wird und eine Änderung des Fluoreszenzsignals oder Lumineszenzsignals am Nachweismolekül detektiert wird.  Detective molecule removed and / or the hairpin structure is unfolded and a change of the fluorescence signal or luminescence signal is detected at the detection molecule.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mediatoren pro Mediatorsonde und/oder mehrere Mediatorsonden und/oder mehrere Nachweismoleküle pro Zielmolekül eingesetzt werden. 1 1. Method according to one of claims 6 to 10, characterized in that a plurality of mediators per mediator probe and / or a plurality of mediator probes and / or a plurality of detection molecules per target molecule are used.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hilfsmolekül eine DNA-strangtrennende Wirkung und/oder eine polymerisierender Wirkung aufweist, wobei es sich bei dem Hilfsmolekül bevorzugt um eine Strand Displacement Polymerase handelt. 12. The method according to any one of claims 6 to 1 1, characterized in that the at least one auxiliary molecule has a DNA strand-separating action and / or a polymerizing effect, wherein it is preferably a Strand Displacement Polymerase in the auxiliary molecule.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielmolekül und/oder das Vorlagemolekül ein Biomolekül ist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend DNA, RNA, Peptid, Protein, Aptamer und/oder einer Kombination hieraus. 13. The method according to any one of claims 6 to 12, characterized in that the target molecule and / or the template molecule is a biomolecule selected from the group comprising DNA, RNA, peptide, protein, aptamer and / or a combination thereof.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmolekül ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polymerasen, Katalysatoren, Proteine, Nukleinsäuren, Naturstoffe, Enzyme, Enzym-Systeme, Zell-Lysate, Zell- Bestandteile, aus Zell-Bestandteilen abgeleitete Derivate und/oder synthetische 14. The method according to any one of claims 6 to 13, characterized in that the auxiliary molecule is selected from the group comprising polymerases, catalysts, proteins, nucleic acids, natural products, enzymes, enzyme systems, cell lysates, cell components, from cell Ingredients derived derivatives and / or synthetic
Moleküle.  Molecules.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch direkte oder indirekte Interaktion zwischen immobilisiertem oder nicht-immobilisiertem Nachweismolekül und mindestens einem Mediator eine messbare Änderung in 15. The method according to any one of claims 6 to 14, characterized in that by direct or indirect interaction between immobilized or non-immobilized detection molecule and at least one mediator, a measurable change in
Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Lumineszenz, Masse, Absorption, Streuung des Lichts, elektrische Leitfähigkeit, enzymatische Aktivität und/oder der Affinität, elektrochemisches Potential oder Signal, Brechungsindex, Anregung von Oberflächenplasmonen, magnetischer Relaxation, magnetischer Eigenschaft, Impedanz oder Kapazität auftritt. Fluorescence, phosphorescence, luminescence, mass, absorption, scattering of light, electrical conductivity, enzymatic activity and / or affinity, electrochemical potential or signal, refractive index, excitation of surface plasmons, magnetic relaxation, magnetic property, impedance or capacitance.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die16. The method according to any one of claims 6 to 15, characterized in that the
Freisetzung des mindestens einen Mediators durch eine Amplifikation des mindestens einen Mediators mittels einer isothermen oder nicht-isothermen Amplifikationsmethode nachgewiesen wird. Release of the at least one mediator is detected by an amplification of the at least one mediator by means of an isothermal or non-isothermal amplification method.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine freigesetzte Mediator durch Sequenzierung nachgewiesen wird. 17. The method according to any one of claims 6 to 16, characterized in that the at least one liberated mediator is detected by sequencing.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine freigesetzte Mediator durch Hybridisierung an das Nachweismolekül bindet, optional nach Bindung an das Nachweismolekül durch ein Hilfsmolekül verlängert wird, und anschließend eine Schmelzkurvenanalyse durchgeführt wird. 18. The method according to any one of claims 6 to 17, characterized in that the at least one released mediator binds by hybridization to the detection molecule, is optionally extended by binding to the detection molecule by an auxiliary molecule, and then a melting curve analysis is performed.
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