JP2002533097A - Detection of specific nucleic acid sequences by polymerase nucleotide incorporation - Google Patents

Detection of specific nucleic acid sequences by polymerase nucleotide incorporation

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JP2002533097A
JP2002533097A JP2000589733A JP2000589733A JP2002533097A JP 2002533097 A JP2002533097 A JP 2002533097A JP 2000589733 A JP2000589733 A JP 2000589733A JP 2000589733 A JP2000589733 A JP 2000589733A JP 2002533097 A JP2002533097 A JP 2002533097A
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nucleotides
target dna
rna
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nucleotide
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JP2000589733A
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カストロ、アロンソ
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THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF CARIFORNIA
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686Polymerase chain reaction [PCR]

Abstract

(57)【要約】 標的DNAまたはRNA配列の迅速で効果的な検出方法が提供される。一端に3′−ヒドロキシル基を有し、かつ標的DNAにおけるヌクレオチドの同定配列と充分相同するヌクレオチド配列を有するプライマーが選択される。プライマーは標的DNAまたはRNA配列上の同定ヌクレオチド配列にハイブリダイズされ、リポーター分子は、相補的ヌクレオチドをプライマーに次第に結合させることによって合成される。その際、相補的ヌクレオチドは蛍光発光団で標識化されたヌクレオチドを含む。単一レポーター分子上の蛍光発光団によって発せられる蛍光は標的DNAまたはRNA配列を同定するために検出される。   (57) [Summary] A rapid and effective method of detecting a target DNA or RNA sequence is provided. A primer having a 3'-hydroxyl group at one end and a nucleotide sequence sufficiently homologous to the nucleotide identification sequence in the target DNA is selected. The primer is hybridized to the identified nucleotide sequence on the target DNA or RNA sequence, and the reporter molecule is synthesized by gradually attaching complementary nucleotides to the primer. The complementary nucleotides here comprise nucleotides labeled with a fluorophore. The fluorescence emitted by the fluorophore on a single reporter molecule is detected to identify the target DNA or RNA sequence.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [関連出願] 本出願は、1999年12月18日に出願されたUS仮出願S.N.60/11
3,139の利益を主張する。
[Related Application] This application is a US provisional application SN 60/11 filed on December 18, 1999.
Claim 3,139 benefits.

【0002】 [連邦政府の権利に関する声明] 本発明は、合衆国エネルギー省が認めた契約番号W−7405−ENG−36
の下で政府援助によってなされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。
STATEMENT REGARDING FEDERAL RIGHTS This invention is subject to United States Department of Energy, Contract No. W-7405-ENG-36.
Made with government assistance under The government has certain rights in the invention.

【0003】 [発明の属する技術分野] 本発明は一般的に、核酸配列の検出に関し、そしてさらにとくには、核酸配列
を検出するための蛍光マーカーの選択的な混合に関する。
[0003] The present invention relates generally to the detection of nucleic acid sequences, and more particularly, to the selective mixing of fluorescent markers for detecting nucleic acid sequences.

【0004】 [発明の背景] 生体試料における特定核酸配列の迅速で効果的な検出は、分子生物学、バイオ
テクノロジー、免疫学、医療診断、法医学的な分析および食品の品質管理を含む
様々な分野において中心的な役割を果たす。特定核酸配列の検出用に最も一般的
に用いられる技術の1つはサザンブロットである。これは、調査されるべきフラ
グメントをゲル電気泳動によりサイズ別に分離し、そしてそのゲルからナイロン
ニトロセルロースフィルターに転写するハイブリダイゼーション技術である。つ
いで放射活性プローブを、ハイブリダイゼーションを行なうためにフィルターに
添加する。過剰なプローブを洗い流したのち、標的核酸を含むバンドはX線フィ
ルムをそのフィルターに曝すことにより検出される。
BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] The rapid and effective detection of specific nucleic acid sequences in biological samples is in a variety of fields including molecular biology, biotechnology, immunology, medical diagnostics, forensic analysis and food quality control. Plays a central role in One of the most commonly used techniques for detecting a particular nucleic acid sequence is a Southern blot. This is a hybridization technique in which the fragments to be investigated are separated by size by gel electrophoresis and transferred from the gel to a nylon nitrocellulose filter. The radioactive probe is then added to the filter for performing the hybridization. After washing away excess probe, the band containing the target nucleic acid is detected by exposing the X-ray film to the filter.

【0005】 その一般性にもかかわらず、サザンブロッティングはいくつかの制限を被って
いる。それは、無人で行なうことができず、容易に自動化できない一連の手動の
集中的な手法を含む。ゲル電気泳動によってフラグメントを分離し、そののちオ
ートラジオグラフィーによってバンドを検出する方法は、定量的な精度に乏しく
なりやすく、また再現性が低くなりやすい時間のかかる仕事である。
[0005] Despite its generality, Southern blotting suffers from several limitations. It involves a series of manual, intensive approaches that cannot be performed unattended and that cannot be easily automated. The method of separating fragments by gel electrophoresis and then detecting bands by autoradiography is a time-consuming task that tends to have poor quantitative accuracy and low reproducibility.

【0006】 放射活性プローブの使用は、安全性および環境問題のセットを提起する。適当
な感度の欠如がもう1つの制限であり、それはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)
および関連標的増幅法の開発によって一部取り組まれている。PCRは、試料中
の標的DNA配列の選択的な増幅からなっている。増幅産物は通常、核酸を染色
する色素によって、または配列特異的プローブとのハイブリダイゼーションによ
って検出される。増幅方法は、しかしながら、コンタミネーションまたは増幅能
力における可変性より生ずる不明瞭性を誘導し得る。したがって、標的DNAま
たはRNAに対する正確な定量性および分子量評価を提供する強力な分析方法が
必要とされている。
[0006] The use of radioactive probes poses a set of safety and environmental concerns. Lack of adequate sensitivity is another limitation, which is the polymerase chain reaction (PCR).
And the development of related target amplification methods. PCR consists of the selective amplification of a target DNA sequence in a sample. Amplification products are usually detected by a dye that stains the nucleic acid, or by hybridization with a sequence-specific probe. Amplification methods, however, can induce ambiguity resulting from variability in contamination or amplification capacity. Therefore, there is a need for powerful analytical methods that provide accurate quantification and molecular weight assessment for target DNA or RNA.

【0007】 本発明の様々な目的、利点および新規な特性は、以下の記載に一部示し、そし
て一部は以下の試験において当業者に明らかなものとなり、または本発明の実施
によって確認してもよい。本発明の目的および利点は、とくに添付の特許請求の
範囲に示した手段および組合わせによって理解され達成されてもよい。
[0007] Various objects, advantages and novel features of the present invention are set forth in part in the description which follows, and in part will become apparent to those skilled in the art in the following tests, or as determined by the practice of the invention. Is also good. The objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instruments and combinations particularly pointed out in the appended claims.

【0008】 [発明の要旨] 前記およびほかの目的を達成するために、本発明の目的にもとづき、本明細書
に具体化され広く記載されたように、本発明は標的DNAまたはRNA配列を同
定するための方法を含む。一端に3′−ヒドロキシル基を有し、標的DNAまた
はRNA中の同定ヌクレオチド配列とハイブリダイズするために充分相同するヌ
クレオチド配列を有するプライマーが選択される。プライマーはヌクレオチドの
同定配列にハイブリダイズされ、DNAまたはRNA配列の対応ヌクレオチドに
相補的なプライマーに、相補的ヌクレオチドが次第に結合されることによるプラ
イマーの伸張によって標的配列上にリポーター分子が合成される。このとき相補
的ヌクレオチドは蛍光発光団で標識化されたヌクレオチドを含む。各リポーター
分子上の蛍光発光団によって発せられた蛍光は標的DNAまたはRNA配列を同
定するために検出される。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above and other objects, the present invention, as embodied and broadly described herein, identifies a target DNA or RNA sequence based on the object of the present invention. Includes a method for A primer having a 3'-hydroxyl group at one end and having a nucleotide sequence sufficiently homologous to hybridize to the identified nucleotide sequence in the target DNA or RNA is selected. The primer is hybridized to the identifying sequence of nucleotides and a reporter molecule is synthesized on the target sequence by extension of the primer by progressively binding the complementary nucleotide to a primer complementary to the corresponding nucleotide of the DNA or RNA sequence. At this time, the complementary nucleotide includes a nucleotide labeled with a fluorophore. The fluorescence emitted by the fluorophore on each reporter molecule is detected to identify the target DNA or RNA sequence.

【0009】 [発明の詳細な説明] 本発明によると、新規の方法が生物試料中の特定核酸配列の直接的検出を可能
にする。研究方法の基礎は、細菌、ヒト、植物またはほかの起源の特定核酸配列
の存在を観測することである。核酸配列はDNAまたはRNA配列であってよく
、また特定分類群、特定生理機能、または特定遺伝特性の特徴を有していてよい
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the present invention, a novel method allows for the direct detection of a specific nucleic acid sequence in a biological sample. The basis of the research method is to observe the presence of specific nucleic acid sequences from bacteria, humans, plants or other sources. A nucleic acid sequence may be a DNA or RNA sequence and may have characteristics of a particular taxon, a particular physiology, or a particular genetic characteristic.

【0010】 方法は図1A〜1Eに示されるものと同様の鋳型である標的の比較的短い配列
を用いて、インビトロで蛍光核酸リポーター分子を合成することからなる。DN
A標的(図1A)はよく知られた方法にしたがって変性され、1本鎖DNA標的
(図1B)を形成する。標的に特異的で相補的である短いオリゴヌクレオチドプ
ライマーが、ついで1本鎖DNA標的にハイブリダイズする。好適なポリメラー
ゼおよび遊離ヌクレオチドが試料中に添加される。これらのオリゴヌクレオチド
の1つは、少なくとも部分的に蛍光発光団で標識化される。標的が試料中に存在
する場合、プライマーは標的の同定配列に結合し、(図1C)そしてポリメラー
ゼは標識化されたおよび標識化されていないヌクレオチドを組み込み(図1D)
、図1Eに示されるように標的の相補配列を再構築する。標識化されたヌクレオ
チド濃度が標識化されていないヌクレオチド濃度以下に保たれる場合、標識化ヌ
クレオチドのほとんどは、リポーターDNA分子に組み込まれるであろう。それ
でもなお、いくぶんかの遊離(つまり結合していない)標識化ヌクレオチドは反
応混合物中に残るが、各合成リポーター分子からの蛍光は、単分子検出時間の間
、遊離ヌクレオチドバックグラウンドの蛍光より非常に強いであろう。
The method consists of synthesizing a fluorescent nucleic acid reporter molecule in vitro using a relatively short sequence of the target, a template similar to that shown in FIGS. 1A-1E. DN
The A target (FIG. 1A) is denatured according to well-known methods to form a single-stranded DNA target (FIG. 1B). A short oligonucleotide primer that is specific and complementary to the target then hybridizes to the single-stranded DNA target. A suitable polymerase and free nucleotides are added to the sample. One of these oligonucleotides is at least partially labeled with a fluorophore. If the target is present in the sample, the primer binds to the identifying sequence of the target (FIG. 1C) and the polymerase incorporates labeled and unlabeled nucleotides (FIG. 1D).
, Reconstruct the complement of the target as shown in FIG. 1E. If the concentration of labeled nucleotides is kept below the concentration of unlabeled nucleotides, most of the labeled nucleotides will be incorporated into the reporter DNA molecule. Nevertheless, some free (ie, unbound) labeled nucleotide remains in the reaction mixture, but the fluorescence from each synthetic reporter molecule is much more than the fluorescence of the free nucleotide background during the single molecule detection time. Will be strong.

【0011】 当技術分野でよく知られ記載されているように、試料は単分子検出装置におい
て分析される。合成リポーター分子の検出は、探している標的の存在を示す。反
応はリポーター分子が100または1000塩基長になるまで進行するので、リ
ポーター分子からの蛍光シグナルは、遊離標識化ヌクレオチドに由来するバック
グラウンドの蛍光より非常に強い。本明細書に記載される新規な方法は、フロー
−ベースの分析システムの利点(システム自動化、スピード、再現性)と単分子
検出の卓越した感度とをあわせもっている。この方法の感度は、PCRなどの増
幅方法を用いる必要なく特定遺伝子の直接的な検出を可能とし、感度、スピード
および分析あたりの費用の点から最近の方法論を超えた利点を示す。本明細書に
記載される特定配列の超感度検出のための非放射活性アプローチは、遺伝子同定
、遺伝子マッピング、医療診断およびバイオテクノロジーなどの広範囲の様々な
分野で適用されている。
As is well known and described in the art, a sample is analyzed in a single molecule detector. Detection of a synthetic reporter molecule indicates the presence of the target sought. Since the reaction proceeds until the reporter molecule is 100 or 1000 bases in length, the fluorescent signal from the reporter molecule is much stronger than the background fluorescence from the free labeled nucleotide. The novel methods described herein combine the advantages of flow-based analytical systems (system automation, speed, reproducibility) with the outstanding sensitivity of single molecule detection. The sensitivity of this method allows for the direct detection of specific genes without having to use amplification methods such as PCR, and represents an advantage over recent methodologies in terms of sensitivity, speed, and cost per analysis. The non-radioactive approaches described herein for ultrasensitive detection of specific sequences have been applied in a wide variety of fields, such as gene identification, gene mapping, medical diagnostics and biotechnology.

【0012】 実施例 実施例として実験をpUC19DNA(2686塩基対プラスミド)の検出に
対して行なった。すべての実験の前に、pUC19DNAを、長さ1568bp
および1118bpの2つのフラグメントを生じる制限エンドヌクレアーゼBg
lIで消化した。対照として、pUC19DNAをラムダDNAで置き換えたこ
とを除いて同一の実験が実施された。1568bp pUC19フラグメントの
特定配列を単分子レベルの感度で検出した。ラムダDNA対照は陰性の結果をも
たらした。
EXAMPLES As examples, experiments were performed on the detection of pUC19 DNA (2686 base pair plasmid). Prior to all experiments, pUC19 DNA was converted to 1568 bp in length.
And the restriction endonuclease Bg resulting in two fragments of 1118 bp
Digested with II. As a control, the same experiment was performed, except that pUC19 DNA was replaced with lambda DNA. A specific sequence of the 1568 bp pUC19 fragment was detected with a sensitivity of a single molecule level. The lambda DNA control gave a negative result.

【0013】 a プライマーの設計。プライマー配列は、探索すべき標的に特異的であるべ
きである。プライマーは一般的に15〜30ヌクレオチド長である。15ヌクレ
オチドより長いプライマーの長さは、非標的核酸に特異的にアニールしないであ
ろうことを確実にする。一般的に、プライマー配列は以下の特性を有する。 1 ハイブリダイゼーションおよび伸張を妨げる内部二次構造でない。 2 高G/CおよびA/Tドメインの平均分布(45〜55%)。 3 実施例に対して、我々はpUC19のヌクレオチド352〜375にアニー
ルする以下の24−merプライマーを使用した。 5′−d(CGC−CAG−GGT−TTT−CCC−AGT−CAC−GA
C)−3′(配列番号1)
A Design of primers. Primer sequences should be specific to the target being sought. Primers are generally 15-30 nucleotides in length. Primer lengths longer than 15 nucleotides ensure that they will not specifically anneal to non-target nucleic acids. Generally, a primer sequence has the following properties. 1 Not an internal secondary structure that interferes with hybridization and extension. 2 Average distribution of high G / C and A / T domains (45-55%). 3 For the example, we used the following 24-mer primers that anneal to nucleotides 352-375 of pUC19. 5'-d (CGC-CAG-GGT-TTT-CCC-AGT-CAC-GA
C) -3 '(SEQ ID NO: 1)

【0014】 b 核酸の抽出および単離。フェノール抽出のような一般的な抽出方法が、検
査下の試料からのDNA単離に使用できる。たとえば核酸抽出プロトコールに関
しては参考文献1を参照されたい。
B Extraction and isolation of nucleic acids. Common extraction methods, such as phenol extraction, can be used for DNA isolation from the sample under test. See, for example, Reference 1 for nucleic acid extraction protocols.

【0015】 c リポーターの合成。 i 試薬C Reporter synthesis. i reagent

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】 ii 95℃で5分間標的DNAの変性 iii 全試薬をゆっくり完全に混合。最後に酵素を添加。チューブの底に試
料を集めるために簡単に遠心。
Ii. Denaturation of target DNA for 5 minutes at 95 ° C. iii. Slow and complete mixing of all reagents. Finally add the enzyme. Centrifuge briefly to collect the sample at the bottom of the tube.

【0018】 iv 伸張:72℃で3時間インキュベート。 適切な温度は、標的DNA分子に沿ってプライマーが伸張するためのdNTP
のハイブリダイゼーションに対して選択される。温度が低すぎると非特異的アニ
ーリングが増加する。最適なハイブリダイゼーション温度は、ザ ホワイトヘッ
ド インスティチュート フォー バイオケミカル リサーチ(The Whi
tehead Institute for Biomedical Rese
arch)によって開発された、たとえばPRIMERのような、使用できるソ
フトウエアルーチンと与えられたプライマー/標的対に対して予測される。この
実施例については、TaqDNAポリメラーゼ活性の最適温度は72℃である。
Iv extension: incubate at 72 ° C. for 3 hours. The appropriate temperature is the dNTP for the primer to extend along the target DNA molecule.
Selected for hybridization. If the temperature is too low, non-specific annealing will increase. The optimal hybridization temperature is determined by The Whitehead Institute for Biochemical Research (The Whi
head Institute for Biomedical Rese
arch), which can be used for a given software routine, such as PRIMER, for a given primer / target pair. For this example, the optimal temperature for Taq DNA polymerase activity is 72 ° C.

【0019】 v 任意:酵素活性を終結させるための「停止」液の添加。反応が停止せず
、標的が安定なサイズになった場合は、組み込まれる色素の量つまり、リポータ
ー蛍光強度がフラグメントのサイズに比例するであろう。
V Optional: Addition of a "stop" solution to terminate enzyme activity. If the reaction did not stop and the target reached a stable size, the amount of dye incorporated, ie, the reporter fluorescence intensity, would be proportional to the size of the fragment.

【0020】 vi 任意:遊離の、組み込まれていない標識化ヌクレオチドを物理的手段(
たとえば沈澱、ろ過、クロマトグラフィー)により除去。本明細書に報告される
模範的な結果において、組み込まれていない標識化ヌクレオチドの大画分をQl
Aquick Nucleotide Removal Kit(Quagen
、バレンシア、CA)を用いて、製品のプロトコールにしたがって除去した。逆
にいえば、プライマーは、リポーターの物理的手段(たとえば、固体支持体、磁
気ビーズ)による単離を可能とする適当な固定基(たとえばビオチン)で標識す
ることができる。
Vi Optional: Free, unincorporated labeled nucleotides can be removed by physical means (
For example, removal by precipitation, filtration, chromatography). In the exemplary results reported herein, a large fraction of unincorporated labeled nucleotides was
Quick Nucleotide Removal Kit (Quagen)
, Valencia, CA) according to the product protocol. Conversely, the primer can be labeled with a suitable anchoring group (eg, biotin) that allows isolation of the reporter by physical means (eg, a solid support, magnetic beads).

【0021】 d 単分子検出による分析 参考文献2および3または1993年5月11日に発表されたU.S.特許5,
209,834に記載されたもののような単分子検出装置がリポーター分子から
の蛍光検出のために使用される。単分子検出に関する好適なフローサイトメータ
ー装置および方法は、参考文献として組み込まれている1996年9月24日に
公表されたU.S.特許5,558,998および1998年10月9日に出願さ
れたU.S.特許出願09/169,025に見られる。初期ヌクレオチド濃度お
よび温度などの反応条件によって、手順の欄で説明したように組み込まれていな
い標識化ヌクレオチドを除去することが必要であってもよいし、必要でなくても
よい。この実施例において、反応混合物を1000倍の50mlに希釈した。こ
の希釈によりナノモル範囲の組み込まれていないヌクレオチド濃度およびピコモ
ル範囲のリポーター濃度を生じる。したがって、試料を単分子検出によって分析
する場合、組み込まれていないヌクレオチドは一定のバックグラウンドシグナル
を産生し、数百の標識を含むリポーターはバックグラウンドのそれより強い振幅
で単一蛍光バーストを生ずる。図2はこの実施例におけるpUC19の検出に対
する実験結果を示す。図3は標的としてラムダDNAを用いた対照実験を示す。
D Analysis by Single Molecule Detection References 2 and 3 or US Pat.
Single molecule detectors such as those described in 209,834 are used for fluorescence detection from reporter molecules. Suitable flow cytometer devices and methods for single molecule detection are described in US Pat. No. 5,558,998, published Sep. 24, 1996, and filed Oct. 9, 1998, which are incorporated by reference. See U.S. Patent Application Serial No. 09 / 169,025. Depending on reaction conditions such as initial nucleotide concentration and temperature, it may or may not be necessary to remove unincorporated labeled nucleotides as described in the Procedures section. In this example, the reaction mixture was diluted 1000-fold to 50 ml. This dilution results in unincorporated nucleotide concentrations in the nanomolar range and reporter concentrations in the picomolar range. Thus, when a sample is analyzed by single-molecule detection, unincorporated nucleotides produce a constant background signal, and reporters containing hundreds of labels produce a single fluorescent burst with a stronger amplitude than that of the background. FIG. 2 shows the experimental results for the detection of pUC19 in this example. FIG. 3 shows a control experiment using lambda DNA as a target.

【0022】 リポーター合成反応が終了まで進行される場合、組み込まれる標識化ヌクレオ
チドの量は同一の標的に対して同じになるであろう。したがって、各単一分子バ
ーストは図4のシミュレーションで示すように同じ振幅を示すであろう。
If the reporter synthesis reaction proceeds to completion, the amount of labeled nucleotide incorporated will be the same for the same target. Thus, each single molecule burst will show the same amplitude as shown in the simulation of FIG.

【0023】 e 単一分子電気泳動による分析 遊離ヌクレオチドに妨害される検出を避けるためのもう1つの方法は、参考文
献3および参考文献として組み込まれているU.S.特許5,209,834に記
載されているように「単一分子電気泳動」を行なうことである。この方法におい
て、蛍光標識化分子(遊離標識化ヌクレオチドおよびこの場合リポーター分子)
の電気泳動の移動度は単分子感度で決定される。単ヌクレオチドは核酸標的の移
動度とは非常に異なる電気泳動移動度を示し、遊離ヌクレオチドからの妨害が除
外される。したがって、各単一分子バーストは図4のシミュレーションに示した
ように同じ振幅を示す。バーストの振幅の棒グラフは探索されるべき標的の大き
さを表わすであろう。この方法はまた、反応が完了されなかったとしても標的の
サイズの決定を可能にした。
E Analysis by Single Molecule Electrophoresis Another method to avoid detection hindered by free nucleotides is described in ref. 3 and US Pat. No. 5,209,834, which is incorporated by reference. Perform "single molecule electrophoresis" as described. In this method, a fluorescently labeled molecule (freely labeled nucleotide and in this case a reporter molecule)
Is determined by single molecule sensitivity. Single nucleotides exhibit electrophoretic mobilities that are very different from the mobilities of the nucleic acid targets, eliminating interference from free nucleotides. Therefore, each single molecule burst shows the same amplitude as shown in the simulation of FIG. A bar graph of the amplitude of the burst will indicate the size of the target to be searched. This method also allowed the size of the target to be determined, even if the reaction was not completed.

【0024】 参考文献(参考文献として本明細書に組み込まれる) 1 「DNAプローブ」、ジー ケラーおよびエム マナック、ストックトン出
版、ニューヨーク、1993年、第2章。 2 「非増幅遺伝子DNAにおける特定の核酸配列の単一分子検出」、エイ カ
ストロおよびジェイ ジー ケイ ウイリアムス、Anal.Chem.69巻
、3915〜3920頁(1997年)。 3 「単一分子電気泳動」エイ カストロおよびイー ビー シェラ、Anal
.Chem.67巻、3138頁(1995年)
References (incorporated herein by reference) 1 “DNA Probes”, G. Keller and M. Mannack, Stockton Press, New York, 1993, Chapter 2. 2 "Single-molecule detection of specific nucleic acid sequences in unamplified gene DNA", Ekastro and JK Williams, Anal. Chem. 69, 3915-3920 (1997). 3. "Single-molecule electrophoresis," Ekastro and EB Schera, Anal
.Chem. 67, 3138 (1995)

【0025】 本発明の前述の記載は、説明および記載の意味を示したものであり、完全なも
のを意図したものではなく、開示されたそのものに本発明を限定することを意図
したものでもない。そして明らかに多くの改変および変化が前記教示を考慮して
可能である。
The foregoing description of the present invention has been set forth in an illustrative and descriptive sense, and is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise disclosure. . And obviously many modifications and variations are possible in light of the above teaching.

【0026】 実施態様は、本発明の原理を最もよく説明するために選択され記載された。そ
の実用化は、それにより当業者が考えた特定の用途に合うように様々な実施態様
でおよび様々な改変を加えて本発明を最も好適に利用できるようにする。本発明
の範囲は本明細書に添付されたクレームによって定義されることを意味する。
Embodiments have been chosen and described in order to best explain the principles of the invention. Its implementation will enable the present invention to be most suitably utilized in various embodiments and with various modifications to suit the particular application contemplated by those skilled in the art. It is meant that the scope of the invention is defined by the claims appended hereto.

【0027】 本明細書に組み込まれ、その一部を形成している添付の図面は、その説明と共
に本発明の実施態様を図示しており、本発明の原理を説明するために役立つ。
The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

【配列表】 [Sequence list]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の方過程を表わす模式図である。FIG. 1 is a schematic view illustrating a process of the present invention.

【図2】 本発明の1つの実施態様によって単一分子感度レベルでpUC19DNAの特
異的配列検出に対する実験結果を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing experimental results for detecting specific sequences of pUC19 DNA at a single molecule sensitivity level according to one embodiment of the present invention.

【図3】 標的をラムダDNAで置き換えたほかは、図2に示した実験結果に対応するも
のと同様の同定条件下で行なった対照実験に対する結果を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing results for a control experiment performed under the same identification conditions as those corresponding to the experimental results shown in FIG. 2, except that the target was replaced with lambda DNA.

【図4】 本発明の第2の実施態様にもとづくリポーター分子からの単一分子蛍光シグナ
ルのシミュレーションを示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a simulation of a single molecule fluorescent signal from a reporter molecule according to a second embodiment of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 33/566 C12N 15/00 ZNAA (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C U,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE ,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IS,JP, KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,L S,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW ,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD, SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,T T,UA,UG,UZ,VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 2G045 AA35 CB17 CB20 CB21 DA12 DA13 DA14 FB02 FB05 FB15 GC15 JA20 4B024 AA11 CA01 CA11 HA09 HA13 HA14 4B063 QA01 QA13 QA18 QQ07 QQ08 QQ09 QQ42 QQ52 QR08 QR32 QR42 QR62 QR66 QS25 QS34 QS36 QX02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 33/566 C12N 15/00 ZNAA (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK) , ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR) , NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV , MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZWF terms (reference) 2G045 AA35 CB17 CB20 CB21 DA12 DA13 DA14 FB02 FB05 FB15 GC15 JA20 4B024 AA11 CA01 CA11 HA09 HA13 HA14 4B063 QA01 QA13 QA18 QQ07 QQ08 QQ32 QR66 QQ32 QS36 QX02

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 標的DNAまたはRNA配列の同定方法であって、 一端に3′−ヒドロキシル基を有し、かつ標的DNAにおけるヌクレオチドの同
定配列とハイブリダイズするのに充分相同するヌクレオチド配列を有するプライ
マーを選択する工程、 プライマーを標的DNAまたはRNA配列の同定ヌクレオチド配列にハイブリダ
イズする工程、 リポーター分子を形成するため、標的配列上の対応するヌクレオチドに相補的で
あるプライマーにヌクレオチドを次第に結合させることによってプライマーを標
的配列に沿って伸張する工程であって、相補的ヌクレオチドが蛍光発光団で標識
化されたヌクレオチドを含む工程、および 標的DNAまたはRNA配列を同定するために個々のリポーター分子上の発蛍光
団によって発せられた蛍光を検出する工程 からなる方法。
1. A method for identifying a target DNA or RNA sequence, comprising: a primer having a 3'-hydroxyl group at one end and having a nucleotide sequence sufficiently homologous to hybridize with an identification sequence of a nucleotide in the target DNA. Selecting a primer, hybridizing the primer to an identifying nucleotide sequence of the target DNA or RNA sequence, by gradually binding nucleotides to a primer that is complementary to the corresponding nucleotide on the target sequence to form a reporter molecule. Extending the primers along the target sequence, wherein the complementary nucleotides comprise nucleotides labeled with a fluorophore, and fluorescence on individual reporter molecules to identify the target DNA or RNA sequence Fluorescence emitted by the group Method comprising the steps of.
【請求項2】 標的DNAまたはRNAに対するヌクレオチドの同定配列に
特異的にハイブリダイズするために、プライマーが少なくとも約15ヌクレオチ
ドである請求項1記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein the primers are at least about 15 nucleotides to specifically hybridize to an identifying sequence of nucleotides for the target DNA or RNA.
【請求項3】 請求項1記載の方法であって、 1以上のヌクレオチド型が少なくとも部分的に蛍光ラベルで標識化された、dA
TP、dGTP、dCTP、およびdUTPヌクレオチドの混合物を形成する工
程、 標的DNAまたはRNAを変性する工程、 ヌクレオチドの混合物からのリポーター分子の合成を触媒するために有効なポリ
メラーゼを添加する工程、および ヌクレオチドの混合物、標的DNAまたはRNA、およびポリメラーゼを、プラ
イマーを目的の長さに伸張するために有効な時間インキュベートする工程 を含む方法。
3. The method of claim 1, wherein the one or more nucleotide types are at least partially labeled with a fluorescent label.
Forming a mixture of TP, dGTP, dCTP, and dUTP nucleotides; denaturing the target DNA or RNA; adding a polymerase effective to catalyze the synthesis of a reporter molecule from the mixture of nucleotides; and Incubating the mixture, the target DNA or RNA, and the polymerase for a time effective to extend the primers to the desired length.
【請求項4】 蛍光ラベルを有するヌクレオチドの混合物におけるヌクレオ
チド濃度が蛍光ラベルなしのヌクレオチド濃度より小さい請求項3記載の方法。
4. The method according to claim 3, wherein the nucleotide concentration in the mixture of nucleotides having a fluorescent label is lower than the nucleotide concentration without the fluorescent label.
【請求項5】 さらに、結合反応が完了したのち遊離の、組み込まれていな
いヌクレオチドを分離する工程を含む請求項1記載の方法。
5. The method of claim 1, further comprising the step of separating free, non-incorporated nucleotides after the completion of the coupling reaction.
【請求項6】 標的DNAまたはRNAに対するヌクレオチドの同定配列に
特異的にハイブリダイズするために、プライマーが少なくとも約15ヌクレオチ
ドである請求項5記載の方法。
6. The method of claim 5, wherein the primers are at least about 15 nucleotides to specifically hybridize to an identifying sequence of nucleotides for the target DNA or RNA.
【請求項7】 請求項5記載の方法であって、 1以上のヌクレオチド型が少なくとも部分的に蛍光ラベルで標識化された、dA
TP、dGTP、dCTP、およびdUTPヌクレオチドの混合物を形成する工
程、 標的DNAまたはRNAを変性する工程、 ヌクレオチドの混合物からのリポーター分子の合成を触媒するために有効なポリ
メラーゼを添加する工程、および ヌクレオチドの混合物、標的DNAまたはRNA、およびポリメラーゼを、プラ
イマーを目的の長さに伸張するために有効な時間インキュベートする工程 を含む方法。
7. The method of claim 5, wherein the one or more nucleotide types are at least partially labeled with a fluorescent label.
Forming a mixture of TP, dGTP, dCTP, and dUTP nucleotides; denaturing the target DNA or RNA; adding a polymerase effective to catalyze the synthesis of a reporter molecule from the mixture of nucleotides; and Incubating the mixture, the target DNA or RNA, and the polymerase for a time effective to extend the primers to the desired length.
【請求項8】 蛍光ラベルを有するヌクレオチドの混合物におけるヌクレオ
チド濃度が蛍光ラベルなしのヌクレオチド濃度より小さい請求項7記載の方法。
8. The method according to claim 7, wherein the nucleotide concentration in the mixture of nucleotides having a fluorescent label is lower than the nucleotide concentration without the fluorescent label.
【請求項9】 さらに、単分子電気泳動によってリポーター分子から遊離の
、組み込まれていないヌクレオチドを分離する工程を含む請求項1記載の方法。
9. The method of claim 1, further comprising the step of separating free, non-incorporated nucleotides from the reporter molecule by single molecule electrophoresis.
【請求項10】 標的DNAまたはRNAに対するヌクレオチドの同定配列
に特異的にハイブリダイズするために、プライマーが少なくとも約15ヌクレオ
チドである請求項9記載の方法。
10. The method of claim 9, wherein the primers are at least about 15 nucleotides to specifically hybridize to an identifying sequence of nucleotides for the target DNA or RNA.
【請求項11】 請求項9記載の方法であって、 1以上のヌクレオチド型が少なくとも部分的に蛍光ラベルで標識化された、dA
TP、dGTP、dCTP、およびdUTPヌクレオチドの混合物を形成する工
程、 標的DNAまたはRNAを変性する工程、 ヌクレオチドの混合物からのリポーター分子の合成を触媒するために有効なポリ
メラーゼを添加する工程、および ヌクレオチドの混合物、標的DNAまたはRNA、およびポリメラーゼを、プラ
イマーを目的の長さに伸張するために有効な時間インキュベートする工程 を含む方法。
11. The method of claim 9, wherein the one or more nucleotide types are at least partially labeled with a fluorescent label.
Forming a mixture of TP, dGTP, dCTP, and dUTP nucleotides; denaturing the target DNA or RNA; adding a polymerase effective to catalyze the synthesis of a reporter molecule from the mixture of nucleotides; and Incubating the mixture, the target DNA or RNA, and the polymerase for a time effective to extend the primers to the desired length.
【請求項12】 蛍光ラベルを有するヌクレオチドの混合物におけるヌクレ
オチド濃度が蛍光ラベルなしのヌクレオチド濃度より小さい請求項11記載の方
法。
12. The method according to claim 11, wherein the nucleotide concentration in the mixture of nucleotides having a fluorescent label is lower than the nucleotide concentration without the fluorescent label.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7875440B2 (en) 1998-05-01 2011-01-25 Arizona Board Of Regents Method of determining the nucleotide sequence of oligonucleotides and DNA molecules
US6780591B2 (en) 1998-05-01 2004-08-24 Arizona Board Of Regents Method of determining the nucleotide sequence of oligonucleotides and DNA molecules
WO2002038806A2 (en) * 2000-11-13 2002-05-16 Gnothis Holding Sa Detection of nucleic acid polymorphisms
US7169560B2 (en) 2003-11-12 2007-01-30 Helicos Biosciences Corporation Short cycle methods for sequencing polynucleotides
JP4508632B2 (en) * 2003-12-25 2010-07-21 キヤノン株式会社 Nucleic acid detection method and liquid composition
WO2005080605A2 (en) 2004-02-19 2005-09-01 Helicos Biosciences Corporation Methods and kits for analyzing polynucleotide sequences
US7666593B2 (en) 2005-08-26 2010-02-23 Helicos Biosciences Corporation Single molecule sequencing of captured nucleic acids
US11499962B2 (en) 2017-11-17 2022-11-15 Ultima Genomics, Inc. Methods and systems for analyte detection and analysis
US10344328B2 (en) * 2017-11-17 2019-07-09 Ultima Genomics, Inc. Methods for biological sample processing and analysis

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4683195A (en) * 1986-01-30 1987-07-28 Cetus Corporation Process for amplifying, detecting, and/or-cloning nucleic acid sequences
US5518900A (en) * 1993-01-15 1996-05-21 Molecular Tool, Inc. Method for generating single-stranded DNA molecules
US6004744A (en) * 1991-03-05 1999-12-21 Molecular Tool, Inc. Method for determining nucleotide identity through extension of immobilized primer

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