JP2002537778A - Method for purifying DNA using immobilized capture probe - Google Patents

Method for purifying DNA using immobilized capture probe

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JP2002537778A
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medium
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アダムス,クリストファー,ピー.
ボールズ,ティー.,クリスチャン
ウェア,ローレンス
ダーンダ,ラウル,ケイ.
サマーズ,ネヴィン,エム.
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モザイク テクノロジーズ
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Abstract

(57)【要約】 DNA精製のための固定化捕捉プローブを含む電気泳動用媒体を含有する精製装置を使用する方法が開示される。 (57) Abstract: A method for using a purification apparatus containing an electrophoresis medium containing an immobilized capture probe for DNA purification is disclosed.

Description

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

【0001】 発明の背景 核酸配列情報は、基礎と応用の両者のバイオメディカル研究において重要な役
目を果たしている。DNAの特定部分のヌクレオチド配列は、ハンチントン病な
どの特定の疾患の分子機構に関して有益でありうる。ゲノムの一部分が特定の障
害の原因となっている可能性があることが判明すれば、ヌクレオチド配列を解明
することが極めて重要になる。配列が一度わかれば、遺伝子治療の場合などにお
いて提供される治療方式において何らかの役目を果たしうる。このことは、疾患
の原因が正常遺伝子の遺伝子突然変異である場合に、最も顕著である。遺伝子突
然変異に起因する疾患を治療するために使用される方法論の1つに、野生型ヌク
レオチド配列の導入がある。しかしながら、まずは、実際に遺伝子または遺伝子
の異常型が特定の疾患または症候群の病因となっていることを確認しなければな
らない。この情報は、推定異常遺伝子の単離およびキャラクタライゼーションに
よって得られることが最も多い。キャラクタライゼーションは、対象の遺伝子を
規定するヌクレオチド配列そのものの配列分析を伴うことが多い。これには、野
生型すなわち生理学的に正常な遺伝子と変異体遺伝子の両者の理解を要すること
が多い。
BACKGROUND OF THE INVENTION Nucleic acid sequence information plays an important role in both basic and applied biomedical research. The nucleotide sequence of a particular portion of DNA may be beneficial with respect to the molecular mechanism of a particular disease, such as Huntington's disease. Once it is determined that a portion of the genome may be responsible for a particular disorder, elucidating the nucleotide sequence becomes crucial. Once the sequence is known, it can play a role in the therapeutic regimes provided, such as in the case of gene therapy. This is most pronounced when the cause of the disease is a gene mutation of a normal gene. One of the methodologies used to treat diseases caused by genetic mutations is the introduction of a wild-type nucleotide sequence. However, first, it must be confirmed that the gene or the abnormal form of the gene actually causes the specific disease or syndrome. This information is most often obtained by isolation and characterization of putative abnormal genes. Characterization often involves sequence analysis of the nucleotide sequence itself that defines the gene of interest. This often requires an understanding of both the wild-type or physiologically normal and mutant genes.

【0002】 実際には、配列分析の品質は、一部には、出発物質の品質を反映している。配
列分析に付される調製物は高品質のもの、すなわち比較的純度が高く、配列分析
によって高品質の結果の取得を妨げる可能性があるタンパク質および塩などの小
型分子のような汚染物質を含んでいないものであることが重要である。最新のプ
ロトコルでは、配列分析に先立ち、たとえば伸長産物から未取り込みのヌクレオ
チドや塩を除去するためのエタノール沈殿法を行う。また、伸長産物に関しては
、配列分析に先立ち、一切の鋳型DNAおよび過剰プライマーを調製物から除去
しておくのが望ましいことが多い。沈殿は時間がかかる上に、一定の産物収量を
得るためには配慮が必要である。にもかかわらず、標的ヌクレオチド配列につい
て有益な配列分析をうまく行うためには、標的配列調製物ができるだけ汚染分子
を含んでいないことが重要である。さらに、複合的な配列決定反応の産物を選び
分けることができる精製系があると有利である。
[0002] In practice, the quality of sequence analysis reflects, in part, the quality of the starting materials. Preparations subjected to sequence analysis are of high quality, i.e., relatively pure, and contain contaminants such as small molecules such as proteins and salts that may interfere with obtaining high quality results by sequence analysis. It is important that they are not. Current protocols use ethanol precipitation prior to sequence analysis, for example, to remove unincorporated nucleotides and salts from extension products. For extension products, it is often desirable to remove any template DNA and excess primer from the preparation prior to sequence analysis. Precipitation takes time and care must be taken to obtain a constant product yield. Nevertheless, for successful sequence analysis of the target nucleotide sequence, it is important that the target sequence preparation be as free of contaminating molecules as possible. Further, it would be advantageous to have a purification system that could select the products of a complex sequencing reaction.

【0003】 発明の要約 本発明は、被検試料に含まれている標的分子を精製する方法に関する。通常、
被検試料中の標的分子は核酸分子、とりわけたとえばサンガー法、サンガーら(
Sanger, F., et al.)、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74:5463-5467 (1977) ま
たはサイクル配列決定法、カロザーズ(Carothers )、Biotechniques, 7:494-4
99 (1989) などのジデオキシ配列決定反応の1本鎖DNAプライマー伸長配列決
定反応産物であるが、これらの文献の開示内容は引例により全て本明細書に含ま
れるものとする。精製されると、これらの精製核酸分子は、DNA配列分析のた
めの毛細管またはスラブゲル電気泳動に供するなど様々な方法に使用することが
できる。5’−アクリルアミド基で修飾された核酸分子捕捉プローブを、ポリア
クリルアミドゲルなどの電気泳動ゲル内で共重合させる。1本鎖の標的核酸分子
は、2つの分子の間に十分な相補性がある場合には、捕捉プローブ内に含まれて
いる相補的配列に結合しうる。2本鎖の標的核酸分子は、相補的配列に結合して
3本鎖構造を形成することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION [0003] The present invention relates to a method for purifying a target molecule contained in a test sample. Normal,
The target molecule in the test sample is a nucleic acid molecule, in particular, for example, the Sanger method, Sanger et al.
Natl. Acad. Sci. USA, 74: 5463-5467 (1977) or cycle sequencing, Carothers, Biotechniques, 7: 494-4.
These are the products of single-stranded DNA primer extension sequencing reactions of dideoxy sequencing reactions such as 99 (1989), the disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entirety. Once purified, these purified nucleic acid molecules can be used in a variety of ways, including subjecting them to capillary or slab gel electrophoresis for DNA sequence analysis. The nucleic acid molecule-capturing probe modified with a 5′-acrylamide group is copolymerized in an electrophoresis gel such as a polyacrylamide gel. A single-stranded target nucleic acid molecule can bind to a complementary sequence contained within a capture probe if there is sufficient complementarity between the two molecules. A double-stranded target nucleic acid molecule can bind to a complementary sequence to form a triple-stranded structure.

【0004】 被検試料中に存在する単数または複数の標的分子は、固定化捕捉プローブを含
んでいる電気泳動ゲルに入れて、電気泳動に供することができる。標的分子は、
相補的な固定化捕捉プローブと接触するまで、ゲル媒体中を移動する。標的と捕
捉プローブが互いに接触したら、ハイブリダイズして複合体を形成しうる。被検
試料中に含まれている標的以外の分子は電気泳動し続けることができ、標的分子
から効率的に除去される。
[0004] One or more target molecules present in a test sample can be subjected to electrophoresis in an electrophoresis gel containing immobilized capture probes. The target molecule is
Run through the gel medium until it contacts the complementary immobilized capture probe. Once the target and capture probe have contacted each other, they can hybridize to form a complex. Molecules other than the target contained in the test sample can continue to be electrophoresed, and are efficiently removed from the target molecule.

【0005】 本発明の1つの態様においては、標的分子は、プライマー伸長配列決定反応時
に形成されたDNA伸長産物である。プライマー伸長配列決定反応でできた反応
混合物を、たとえば多数のウエルを含んでいるマイクロタイタープレート(たと
えば6、12、96、または384個のウエルを有するもの)などの精製装置中
に負荷する。精製装置は、標的分子内に含まれている少なくとも1つのヌクレオ
チド配列領域に対して相補的な固定化捕捉プローブを含んでいる電気泳動ゲルを
含む。全ての負荷電分子が電気泳動ゲル中を正荷電電極に向かって移動するよう
な電場をかけることが好ましい。正荷電電極は、正荷電電極バッファーチャンバ
ーに内蔵することができる。このチャンバーを用いて、電気泳動移動の結果とし
て電気泳動用媒体から出る分子を集めることができる。標的分子は、ゲル内にあ
る相補的な固定化捕捉プローブによって捕捉される。被検試料に含まれている標
的以外の分子はゲルを素通りして、正荷電電極バッファー(本明細書中では収集
チャンバーと呼ぶこともある)に入る。次いで、収集チャンバーを、新しい正荷
電電極バッファーと交換することができる。標的分子と捕捉プローブとで形成さ
れたハイブリダイゼーション複合体を変性させて標的分子を遊離させるのに十分
な電圧をかけることができる。電場は、初めにかけたものと同じ極性を用いてか
けることができ、これにより、遊離標的分子を新しい正荷電電極バッファーを含
んでいる収集チャンバー中に移動させ続けることができる。あるいは、電場を逆
転させて、遊離標的分子を精製装置の被検試料ウエル中に引き戻すことができる
。精製された標的分子は、この時点で評価され、配列分析のための毛細管または
スラブゲル電気泳動法などのさらなる分析に供することができる。
[0005] In one aspect of the invention, the target molecule is a DNA extension product formed during a primer extension sequencing reaction. The reaction mixture resulting from the primer extension sequencing reaction is loaded into a purification device, such as a microtiter plate containing multiple wells (eg, having 6, 12, 96, or 384 wells). The purification device comprises an electrophoresis gel containing immobilized capture probes complementary to at least one nucleotide sequence region contained within the target molecule. It is preferable to apply an electric field such that all negatively charged molecules move in the electrophoresis gel toward the positively charged electrode. The positively charged electrode can be contained in a positively charged electrode buffer chamber. This chamber can be used to collect molecules exiting the electrophoretic medium as a result of electrophoretic migration. The target molecule is captured by a complementary immobilized capture probe in the gel. Non-target molecules contained in the test sample pass through the gel and enter a positively charged electrode buffer (sometimes referred to herein as a collection chamber). The collection chamber can then be replaced with a new positively charged electrode buffer. A sufficient voltage can be applied to denature the hybridization complex formed by the target molecule and the capture probe to release the target molecule. The electric field can be applied using the same polarity as originally applied, which allows the free target molecule to continue to move into the collection chamber containing the new positively charged electrode buffer. Alternatively, the electric field can be reversed and the free target molecules can be drawn back into the test sample well of the purification device. The purified target molecule can be evaluated at this point and subjected to further analysis such as capillary or slab gel electrophoresis for sequence analysis.

【0006】 本発明のもう1つの態様は、プライマー伸長配列決定反応を精製するためのキ
ットである。このキットは、1つの捕捉プローブまたは捕捉プローブのセットを
含む電気泳動用媒体を含んでいる。少なくとも1つの捕捉プローブが、少なくと
も1つのプライマー伸長配列決定反応産物の一部に少なくともヌクレオチド5個
分の長さの相補的な配列を実質的に有する。
[0006] Another aspect of the invention is a kit for purifying a primer extension sequencing reaction. The kit includes an electrophoresis medium containing one capture probe or a set of capture probes. At least one capture probe has a complementary sequence substantially at least 5 nucleotides in length to a portion of the at least one primer extension sequencing reaction product.

【0007】 さらに別の態様においては、キットは、複数のプライマー伸長配列決定反応を
精製するための複数の電気泳動用媒体を含んでいる。キット中のそれぞれの電気
泳動用媒体は、1つの捕捉プローブまたは捕捉プローブのセットを含んでいる。
各媒体中の少なくとも1つの捕捉プローブは、少なくとも1つのプライマー伸長
配列決定反応産物の一部に少なくともヌクレオチド5個分の長さの相補的な配列
を実質的に有する。
[0007] In yet another aspect, the kit includes a plurality of electrophoretic media for purifying a plurality of primer extension sequencing reactions. Each electrophoretic medium in the kit contains one capture probe or set of capture probes.
At least one capture probe in each medium has a complementary sequence substantially at least 5 nucleotides in length to a portion of the at least one primer extension sequencing reaction product.

【0008】 本発明の方法を用いれば、現行のDNA配列決定プロトコルにおいて通常必要
な時間のかかる濃縮または沈殿工程なしに、プライマー伸長配列決定反応産物を
直接的に精製することができる。また、本発明の方法を用いて、適切な捕捉プロ
ーブを選択することによって、同じ反応混合物中で実施された複数のプライマー
伸長配列決定反応で得られたプライマー伸長配列決定反応産物を選び分けること
ができる。すなわち、本発明の方法は、多くのプライマー伸長配列決定反応をま
とめて実施することで、複数の独立した配列決定反応を行うのに要する準備時間
を短縮することができる。
[0008] Using the method of the present invention, primer extension sequencing reaction products can be directly purified without the time-consuming concentration or precipitation steps typically required in current DNA sequencing protocols. In addition, by using the method of the present invention, by selecting an appropriate capture probe, it is possible to select primer extension sequencing reaction products obtained in a plurality of primer extension sequencing reactions performed in the same reaction mixture. it can. That is, the method of the present invention can shorten the preparation time required to perform a plurality of independent sequencing reactions by performing many primer extension sequencing reactions collectively.

【0009】 発明の詳細な説明 本発明は、標的分子を含んでなる被検試料を精製するために用いられる方法と
装置の両者を提供する。「標的分子(target molecule )」という単数形用語の
使用は本願における簡便化のために使用されているに過ぎず、これには「標的分
子(target molecules)」という複数形が包含されるものとする。本明細書で説
明する方法は、電気泳動用媒体内に固定化された核酸分子(たとえばオリゴヌク
レオチド)捕捉プローブを使用する。捕捉プローブは、電気泳動用媒体中に分散
させてもよいし、米国出願第08/971,845号に説明されているようにし
て媒体の異なる層内に固定化させてもよく、この文献の全教示は参照により全て
本願に含まれるものとする。この電気泳動用媒体は、マイクロタイタープレート
などの精製装置内に含まれている。捕捉プローブは、被検試料に含まれている標
的分子と特異的に相互作用してハイブリダイズするように設計することができる
。標的および標的以外の分子を含有してなる被検試料は、装置、たとえば固定化
捕捉プローブを含んでなる電気泳動用媒体を含有してなるマイクロタイタープレ
ートに導入することができる。被検試料中の荷電分子が電気泳動用媒体中を適切
な電極に向かって移動するような電場を精製装置にかけることができる。たとえ
ば実施例1で使用した装置の場合には、捕捉電圧は0.1〜200Vの範囲、よ
り好ましくは50〜100Vの間に入る。通常、対象の分子は負電荷を持ってい
るので、正荷電電極に向かって移動する。標的分子は、その特定の標的分子に対
して特異的な固定化捕捉プローブと接触するまで移動し続ける。次いで、ハイブ
リダイゼーション複合体が固定化捕捉プローブと標的分子の間に形成されうる(
図1参照)。このハイブリダイゼーション複合体は、標的分子のそれ以上の移動
を妨げ、標的以外の分子の移動を継続させることで、被検試料に含まれている標
的分子の精製が実施される。標的以外の分子としては、酵素などのタンパク質、
塩のような小型分子、標的以外のヌクレオチド、ならびにその他の標的以外の分
子、すなわちそれ以上のプロセシングに対する標的とならない分子が挙げられる
(図2参照)。続いて、十分な電圧または温度を適用して標的分子を捕捉プロー
ブから放出させ、ゲルから出してさらに分析に供することができる。たとえば実
施例1で使用した装置を用いれば、標的分子を250V以上の電圧で捕捉層(す
なわち、固定化捕捉プローブを含んでなる電気泳動用媒体中の層)から溶出させ
ることができる。溶出電圧は250〜1000V、より好ましくは250〜30
0Vの範囲に入っていることが好ましい。本明細書で説明する精製装置を用いる
捕捉および溶出に適した電圧は、当業者であれば容易に決めることができる。実
施例4および5は、標的分子が様々な長さの捕捉プローブから遊離される温度を
測定するための方法を提供する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides both methods and devices used to purify a test sample comprising a target molecule. The use of the singular term "target molecule" is used only for simplicity in this application, and includes the plural form of "target molecule". I do. The methods described herein use a nucleic acid molecule (eg, oligonucleotide) capture probe immobilized within an electrophoretic medium. The capture probe may be dispersed in the electrophoretic medium, or may be immobilized in different layers of the medium as described in U.S. application Ser. No. 08 / 971,845. All teachings are incorporated herein by reference in their entirety. This electrophoresis medium is contained in a purification device such as a microtiter plate. The capture probe can be designed to specifically interact with and hybridize with a target molecule contained in the test sample. A test sample containing a target and a molecule other than the target can be introduced into a device, for example, a microtiter plate containing an electrophoresis medium containing an immobilized capture probe. An electric field can be applied to the purification device such that charged molecules in the test sample move through the electrophoresis medium toward an appropriate electrode. For example, in the case of the device used in Example 1, the capture voltage falls in the range of 0.1 to 200 V, more preferably between 50 and 100 V. Usually, the molecule of interest has a negative charge and moves towards a positively charged electrode. The target molecule continues to move until it contacts an immobilized capture probe specific for that particular target molecule. A hybridization complex can then be formed between the immobilized capture probe and the target molecule (
(See FIG. 1). The hybridization complex prevents further movement of the target molecule and continues movement of molecules other than the target molecule, thereby purifying the target molecule contained in the test sample. Non-target molecules include proteins such as enzymes,
Examples include small molecules such as salts, non-target nucleotides, and other non-target molecules, ie, molecules that are not targeted for further processing (see FIG. 2). Subsequently, a sufficient voltage or temperature can be applied to release the target molecule from the capture probe and exit the gel for further analysis. For example, using the apparatus used in Example 1, the target molecule can be eluted from the capture layer (that is, the layer in the electrophoresis medium containing the immobilized capture probe) at a voltage of 250 V or more. The elution voltage is 250-1000 V, more preferably 250-30.
It is preferable to be in the range of 0V. Suitable voltages for capture and elution using the purification apparatus described herein can be readily determined by one skilled in the art. Examples 4 and 5 provide methods for measuring the temperature at which target molecules are released from capture probes of various lengths.

【0010】 本発明の方法は、3つの領域を含有してなる精製装置を使用する。第1の領域
は、与えられた被検試料を受容する被検試料収容部を含有する。被検試料収容部
は、被検試料(たとえばプライマー伸長配列決定反応に由来する反応混合物)の
送達を可能にする少なくとも1つのオリフィスに対して近位となるような位置に
置くことができる。1つの態様においては、このオリフィスはマイクロタイター
ウェルの上端の開口部である。精製装置の第2の領域は電気泳動用媒体を含有す
る。電気泳動用媒体は媒体内に固定化された捕捉プローブを含有してなるもので
あることが好ましい。この第2の領域は物理的に第1の領域に隣接した位置に置
かれることが好ましい。1つの態様においては、第2の領域は基本的に第1の領
域の位置に置かれ、また第1の領域に隣接する。好ましい態様においては、この
第2の領域は、第1の領域が被検試料を受容および保存することができる状態を
保ったままで、1つまたはそれ以上のマイクロタイターウェル内に形成される。
精製装置の第3の領域は精製装置の第2の領域と物理的に連続すなわち付着して
いてもよい。第3の領域は、第2の領域から出る分子を収集することができるチ
ャンバーを内蔵することができ、この場合には、チャンバーは収集チャンバーと
呼ばれる。チャンバーは、緩衝液を内蔵するなど上記以外の機能を果たすことも
できる。精製装置は、DC電圧を発生する電源(たとえば蓄電池)に取り付けた
り、またはそれに接続するためのキャパシティー(capacity)を有した
りすることもできる。
[0010] The method of the present invention uses a purification device comprising three regions. The first area contains a test sample receiving section that receives a given test sample. The test sample receptacle can be located such that it is proximal to at least one orifice that allows delivery of a test sample (eg, a reaction mixture from a primer extension sequencing reaction). In one embodiment, the orifice is an opening at the top of the microtiter well. The second region of the purification device contains a medium for electrophoresis. The electrophoresis medium preferably contains a capture probe immobilized in the medium. This second region is preferably located physically adjacent to the first region. In one aspect, the second region is located essentially at the location of the first region and is adjacent to the first region. In a preferred embodiment, the second region is formed in one or more microtiter wells, while the first region remains capable of receiving and storing a test sample.
The third region of the purifier may be physically continuous or attached to the second region of the purifier. The third region can house a chamber capable of collecting molecules emanating from the second region, in which case the chamber is referred to as a collection chamber. The chamber can also perform other functions, such as incorporating a buffer. The refining device can also have capacity to attach to or connect to a power source (eg, a battery) that produces a DC voltage.

【0011】 1つの態様においては、精製装置は複数ウエルのセット、たとえば6、12、
48、96、または384個のウエルを含んでいるマイクロタイタープレートで
ある。マイクロタイタープレートの単数または複数のウエルは、精製装置のため
の上記の3つの領域を含む。第1の領域は、被検試料を収容するための被検試料
収容部を含む。第2の領域は、固定化捕捉プローブを含んでいる電気泳動用媒体
を含む。第3の領域は、ウエルの底部支持体を切り取ることで口(orifice )を
生じせしめることによって形成することができ、場合によってはマイクロタイタ
ーウエルは、切断して開口部を作ることができる尖ったチップを有する。この底
部口(orifice )は、必要に応じて多孔性膜を用いてゲル層(第2の領域)を支
持するように被覆することもできる。この多孔質膜は、15,000ダルトンを
超える分子量カットオフ値を有することが好ましい。分子量カットオフ値は約3
,000ダルトンであることがさらに好ましい。多孔質膜は核酸分子の結合が無
視できるものであることが好ましい。この底部口を用いて、ウエルそのものと物
理的に付着させたり脱着させたりすることができる第3の領域へのアクセスを確
保することができる。第3の領域は、バッファーを含むことができる収集チャン
バーを含みうる。
In one embodiment, the purification device is a multi-well set, eg, 6, 12,
Microtiter plates containing 48, 96, or 384 wells. The well or wells of the microtiter plate contain the three regions described above for the purification device. The first region includes a test sample storage section for storing a test sample. The second region contains an electrophoretic medium containing an immobilized capture probe. A third area can be formed by cutting out the bottom support of the well to create an orifice, and in some cases the microtiter well can be cut to create an opening. With chips. The bottom orifice can be coated to support the gel layer (second region) with a porous membrane if desired. Preferably, the porous membrane has a molecular weight cut-off value of greater than 15,000 daltons. The molecular weight cutoff is about 3
More preferably, it is 2,000 daltons. Preferably, the porous membrane has negligible binding of nucleic acid molecules. The bottom opening can be used to ensure access to a third area that can be physically attached to or detached from the well itself. The third region can include a collection chamber that can include a buffer.

【0012】 本明細書で説明する精製装置を用いて、プライマー伸長配列決定反応からプラ
イマー伸長配列決定反応産物を精製する方法が具体的に本発明に含まれる。標的
分子は、DNA配列決定プロトコルの特定の段階で形成される1つまたはそれ以
上のプライマー伸長配列決定反応産物である。通常、プライマー伸長配列決定反
応産物は、長さが約20〜約2000ヌクレオチドのサイズを有しうる。たとえ
ば、ヌクレオチド配列決定のために運命づけられた(destine )DNA分子を、
M13ファージベクターなど適当な配列決定ベクターに配置することができる。
当業者に周知の適切な条件下では、このベクターを用いて、好ましくはサイクル
配列決定法を用いて、伸長核酸産物を製造することができる(図1 参照;カロザ
ーズ(Carothers )、Biotechniques, 7:494-499 (1989) 、およびムレイ(Murr
ay)、Nucleic Acid Res., 17:8889 (1989) )。このプライマー伸長配列決定反
応で使用される反応体のいくらかは、DNAポリメラーゼ、プライマー、デオキ
シヌクレオチド、および適切な塩である。当業者は、標準的なDNA配列決定プ
ロトコルを熟知している(アウスベルら(Ausbel, F.M., et al.)編、Current
Protocols in Molecular Biology, vol. 1, ch. 7 (1995)参照)。続いて、標的
分子(プライマー伸長配列決定反応産物)を、精製装置を用いる精製に供するこ
とができる。
A method for purifying a primer extension sequencing reaction product from a primer extension sequencing reaction using the purification apparatus described in the present specification is specifically included in the present invention. The target molecule is one or more primer extension sequencing reaction products formed at a particular stage of the DNA sequencing protocol. Typically, a primer extension sequencing reaction product can have a size from about 20 to about 2000 nucleotides in length. For example, a DNA molecule destined for nucleotide sequencing is
It can be located on a suitable sequencing vector such as the M13 phage vector.
Under suitable conditions well known to those skilled in the art, extended nucleic acid products can be produced using this vector, preferably using cycle sequencing (see FIG. 1; Carothers, Biotechniques, 7: 494-499 (1989), and Murr
ay), Nucleic Acid Res., 17: 8889 (1989)). Some of the reactants used in this primer extension sequencing reaction are DNA polymerase, primers, deoxynucleotides, and appropriate salts. Those skilled in the art are familiar with standard DNA sequencing protocols (Ausbel, FM, et al. Eds., Current
Protocols in Molecular Biology, vol. 1, ch. 7 (1995)). Subsequently, the target molecule (primer extension sequencing reaction product) can be subjected to purification using a purification device.

【0013】 本発明のもう1つの態様は、プライマー伸長配列決定反応物を精製するための
キットである。キットは、1つの捕捉プローブまたは捕捉プローブのセットを有
する電気泳動用媒体を含む。少なくとも1つの捕捉プローブは、少なくとも1つ
のプライマー伸長配列決定反応産物の一部に対して実質的に相補的な少なくとも
5ヌクレオチドの長さの配列を有する。キットは、試料収容部および収集チャン
バーを含むものであってよい。1つの態様においては、試料収容部および収集チ
ャンバーは電気泳動用媒体の反対の末端に位置する。
[0013] Another aspect of the invention is a kit for purifying a primer extension sequencing reaction. The kit includes an electrophoresis medium having one capture probe or a set of capture probes. At least one capture probe has a sequence at least 5 nucleotides in length that is substantially complementary to a portion of the at least one primer extension sequencing reaction product. The kit may include a sample container and a collection chamber. In one embodiment, the sample reservoir and collection chamber are located at opposite ends of the electrophoresis medium.

【0014】 さらなる態様においては、キットは、複数のプライマー伸長配列決定反応物を
精製するための複数の電気泳動用媒体を含む。電気泳動用媒体は互いから分離さ
せることができる。キット中のそれぞれの電気泳動用媒体は、1つの捕捉プロー
ブまたは捕捉プローブのセットを含んでいる。各媒体中の少なくとも1つの捕捉
プローブは、少なくとも1つのプライマー伸長配列決定反応産物の一部に対して
実質的に相補的な少なくとも5ヌクレオチドの長さの配列を有する。それぞれの
電気泳動用媒体は、同一の捕捉プローブまたは捕捉プローブのセットを含むこと
ができる。このタイプのキットを用いて、別の反応容器中で複数の試料に対して
行なわれた同一プライマー伸長配列決定反応に由来する反応産物を精製すること
ができる。あるいは、キット中のそれぞれの電気泳動用媒体は、異なる1つの捕
捉プローブまたは捕捉プローブのセットを有することができる。このタイプのキ
ットを用いて、同じ反応容器中で実施された複数のプライマー伸長配列決定反応
物を精製することができる。
[0014] In a further aspect, the kit includes a plurality of electrophoresis media for purifying a plurality of primer extension sequencing reactions. The electrophoretic media can be separated from each other. Each electrophoretic medium in the kit contains one capture probe or set of capture probes. At least one capture probe in each medium has a sequence at least 5 nucleotides in length that is substantially complementary to a portion of the at least one primer extension sequencing reaction product. Each electrophoretic medium can contain the same capture probe or set of capture probes. This type of kit can be used to purify reaction products from the same primer extension sequencing reaction performed on multiple samples in separate reaction vessels. Alternatively, each electrophoretic medium in the kit can have a different capture probe or set of capture probes. This type of kit can be used to purify multiple primer extension sequencing reactions performed in the same reaction vessel.

【0015】 キットが複数の電気泳動用媒体を含んでいる場合には、各媒体を、マイクロタ
イタープレートのウエル中の他の電気泳動用媒体から分離させることができる。
それぞれの電気泳動用媒体を独立した試料収容部および独立した収集チャンバー
に付着(attach)させることができる。
If the kit contains more than one electrophoresis medium, each medium can be separated from other electrophoresis media in the wells of a microtiter plate.
Each electrophoretic medium can be attached to a separate sample compartment and a separate collection chamber.

【0016】 本発明の1つの態様においては、DNA鋳型の第1末端(たとえば5´末端ま
たはその近傍)および第2末端(たとえば3´末端またはその近傍)の両者を同
時に用いて、標的分子を合成することによって形成させた複数のプライマー伸長
配列決定反応産物(プライマー伸長配列決定反応産物)を精製する方法が説明さ
れる。プライマー伸長配列決定は、鋳型の両方向で同時に起こる。本態様におい
ては、第1末端プライマーと第2末端プライマーが同時に鋳型DNAにアニーリ
ングされて、1つの鋳型DNAを用いて両方向の伸長が可能になる。次いで、プ
ライマー伸長配列決定反応が起こり、DNA鋳型の第1末端および第2末端の両
者から生じたプライマー伸長配列決定反応産物ができる。次いで、プライマー伸
長配列決定反応産物を、合成が第1末端プライマーを用いたのか第2末端プライ
マーを用いたのかに基づいて標的分子を精製することができる精製装置に添加す
ることができる。
In one embodiment of the invention, the target molecule is used simultaneously with both the first end (eg, at or near the 5 ′ end) and the second end (eg, at or near the 3 ′ end) of the DNA template. A method for purifying a plurality of primer extension sequencing reaction products (primer extension sequencing reaction products) formed by synthesis is described. Primer extension sequencing occurs simultaneously in both directions of the template. In this embodiment, the first terminal primer and the second terminal primer are simultaneously annealed to the template DNA, and extension in both directions is possible using one template DNA. A primer extension sequencing reaction then occurs, producing a primer extension sequencing reaction product generated from both the first and second ends of the DNA template. The primer extension sequencing reaction product can then be added to a purification device that can purify the target molecule based on whether the synthesis used a first or second terminal primer.

【0017】 本態様においては、精製装置は、一体化させて2つのカートリッジ間に連続体
を形成させうる少なくとも2つの電気泳動ゲルカートリッジを含む。ゲルカート
リッジとは、電気泳動用媒体を内蔵(house )および支持することができる装置
をいう。ゲルカートリッジは、媒体内に固定化された捕捉プローブを含んでいる
電気泳動用媒体を含む。しかしながら、各カートリッジは、異なる固定化捕捉プ
ローブを含んでいる電気泳動用媒体を含む。たとえば、一方のカートリッジは、
鋳型の第1末端に隣接または近接するヌクレオチド配列に対して実質的に同一の
ヌクレオチド配列を含んでいる固定化捕捉プローブを含んでいる電気泳動用媒体
を含み得(捕捉プローブ「A」)、第2のカートリッジは、鋳型の第2末端に隣
接または近接するヌクレオチド配列に対して実質的に同一のヌクレオチド配列を
含んでいる固定化捕捉プローブを含んでいる電気泳動用媒体を含み得る(捕捉プ
ローブ「B」)。「実質的に同一の」とは、70%を超える配列同一性および/
または類似性(たとえば75%、80%、85%、90%、もしくは95%また
はそれを超える相同性)を有するヌクレオチド配列を意味する。実質的に同一の
ヌクレオチド配列の最初の探索は、BLASTネットワークサービスを利用して
、NCBIにおいて、GenBank(リリース87.0)、EMBL(リリー
ス39.0)、およびSwissProt(リリース30.0)データベースに
対して行うことができる。アルトシュルら(Altshul, S.F., et al. )、Basic
Local Alignment Search Tool, J. Mol. Biol., 215:403 (1990);この文献の開
示内容は参考として全て本願に引用される。ヌクレオチド配列のコンピューター
解析を、MOTIFSおよびGenetics Computing Grou
p(GCG、バージョン8.0)ソフトウエアのFindPatternsサブ
ルーチンを用いて行うことができる。ヌクレオチド比較は、ヒギンスとシャープ
の方法に従い行うこともできる(ヒギンスとシャープ(Higgins, D.G. and P.M.
Sharp)、Description of the Method used in CLUSTAL, Gene, 73:237-244 (1
998))。
In this aspect, the purification device includes at least two electrophoresis gel cartridges that can be integrated to form a continuum between the two cartridges. A gel cartridge is a device that can house and support an electrophoretic medium. The gel cartridge includes an electrophoretic medium that includes a capture probe immobilized within the medium. However, each cartridge contains an electrophoretic medium containing a different immobilized capture probe. For example, one cartridge is
An electrophoresis medium comprising an immobilized capture probe comprising a nucleotide sequence substantially identical to the nucleotide sequence adjacent or adjacent to the first end of the template (capture probe "A"); The second cartridge may comprise an electrophoretic medium comprising an immobilized capture probe comprising a nucleotide sequence substantially identical to the nucleotide sequence adjacent or adjacent to the second end of the template (capture probe " B "). "Substantially identical" means greater than 70% sequence identity and / or
Or nucleotide sequences having similarity (eg, 75%, 80%, 85%, 90%, or 95% or more homology). An initial search for substantially identical nucleotide sequences was performed using the BLAST network service at the NCBI in the GenBank (release 87.0), EMBL (release 39.0), and SwissProt (release 30.0) databases. Can be done against Altshul, SF, et al., Basic
Local Alignment Search Tool, J. Mol. Biol., 215: 403 (1990); the disclosures of this document are all incorporated herein by reference. Computer analysis of nucleotide sequences was performed using MOTIFS and Genetics Computing Group.
This can be done using the FindPatterns subroutine of the p (GCG, version 8.0) software. Nucleotide comparisons can also be made according to the Higgins and Sharp method (Higgins, DG and PM
Sharp), Description of the Method used in CLUSTAL, Gene, 73: 237-244 (1
998)).

【0018】 2個のカートリッジは、標的分子が一方のカートリッジから次のカートリッジ
に移動できるよう配置することができる。
The two cartridges can be arranged such that the target molecule can move from one cartridge to the next.

【0019】 例えば、「A」捕捉プローブをもつカートリッジを、最初に試料を受け入れる
ような位置に置き、「B」捕捉プローブをもつ第2カートリッジを、最初のカー
トリッジから移動してきた試料を受け入れるような位置に置く。標的分子の不均
一な混合物を含む被験試料(第1末端プライマーと、第2末端プライマーを用い
たものを用いて合成されたもの)を、この精製装置に加え、次に、標的分子を合
成するために使用したプライマーに基づいて、該標的分子を精製または分離する
ことができる。この精製装置に電場を与えると、被験試料中の標的分子が電気泳
動して移動する。合成に第1末端プライマーを使用した標的分子は、捕捉プロー
ブとして「A」(適切な捕捉プローブ)を含む最初のカートリッジの中で捕捉さ
れるが、第2末端プライマーを使用したそれらの標的分子は、最初のカートリッ
ジを通り過ぎて、「B」捕捉プローブ(適切な捕捉プローブ)を含む第2の捕捉
カートリッジの中で捕捉される。電気泳動による移動を行なった後、カートリッ
ジを切り離して、別の収集チャンバーの中に入れ、それによって、第1末端プラ
イマー標的分子と第2末端プライマー標的分子が別々に回収されるようにするこ
とができる。
For example, a cartridge with an “A” capture probe is initially positioned to receive a sample, and a second cartridge with a “B” capture probe is configured to receive a sample that has moved from the first cartridge. Put in position. A test sample containing a heterogeneous mixture of target molecules (synthesized using a first end primer and a second end primer) is added to the purification device, and then the target molecule is synthesized. The target molecule can be purified or separated based on the primers used for the purification. When an electric field is applied to this purification device, the target molecules in the test sample move by electrophoresis. Target molecules using the first end primer for synthesis are captured in the first cartridge containing "A" (a suitable capture probe) as the capture probe, whereas those target molecules using the second end primer are , Past the first cartridge and captured in a second capture cartridge containing a "B" capture probe (a suitable capture probe). After performing the electrophoretic transfer, the cartridge may be detached and placed in a separate collection chamber, such that the first and second terminal primer target molecules are separately recovered. it can.

【0020】 本発明の方法では、電気泳動に適した電気泳動用基質を使用することができる
。適当な基質には、アクリルアミドとアガロースが含まれるが、どちらも核酸電
気泳動に広く用いられている。しかし、別の材料を使用してもよい。例としては
、化学修飾されたアクリルアミド、デンプン、デキストラン、セルロースを材料
とするポリマーなどがある。その他の例には、修飾されたアクリルアミドとアク
リル酸エステル(例えば、ペンシルバニア州ウォリントン(Warringto
n、PA)のポリサイエンス社(Polysciences,Inc.)のポリ
マー・モノマーカタログ(Polymer & Monomer catalo
g.)1996−1997を参照)、デンプン(Smithies,Bioch
em. J.,71:585(1959);ミズーリ州セントルイス(St.
Louis,MO)のシグマ・ケミカル社(Sigma Chemical C
o.)の製品番号S5651)、デキストラン(例えば、ペンシルバニア州ウォ
リントンにあるポリサイエンス社のポリマー・モノマーカタログ1996−19
97を参照)、およびセルロースを基材とするポリマー(例えば、Quesad
a,Current Opin.in Biotechnology,8:82
−93(1997))。上に挙げたこれらのポリマーのいずれかを化学修飾して
、本発明で使用する捕捉プローブを特異的に付着させることができる。
In the method of the present invention, an electrophoresis substrate suitable for electrophoresis can be used. Suitable substrates include acrylamide and agarose, both of which are widely used for nucleic acid electrophoresis. However, other materials may be used. Examples include chemically modified acrylamide, starch, dextran, cellulose-based polymers, and the like. Other examples include modified acrylamides and acrylates (eg, Warringto, PA).
n, PA) from Polymer Sciences, Inc. (Polymer & Monomer catalo).
g. ) 1996-1997), starch (Smithies, Bioch).
em. J. 71: 585 (1959); St. Louis, MO (St.
(Louis, MO) Sigma Chemical Company
o. ) Product number S5651), dextran (e.g., Polymer Monomer Catalog 1996-19 from Polyscience, Inc., Warrington, PA).
97, and cellulose-based polymers (eg, Quesad).
a, Current Opin. in Biotechnology, 8:82
-93 (1997)). Any of these polymers listed above can be chemically modified to specifically attach capture probes for use in the present invention.

【0021】 本発明の捕捉プローブは、一般的に、核酸、修飾された核酸、または核酸類似
体である。捕捉プローブは、プライマー伸長配列決定反応産物に相補的であるが
、プライマー伸長配列決定用プライマーには相補的でない。核酸を結合させて、
核酸含有ゲルを作出する方法は当業者に公知である。臭化シアン活性化または塩
化シアヌール酸活性化を用いて、核酸、修飾された核酸、および核酸類似体をア
ガロース、デキストラン、セルロース、およびデンプンポリマーに結合させるこ
とができる。カルボキシル基を含むポリマーは、カルボジイミド結合を用いて、
一級アミン基を有する合成捕捉プローブに結合させることができる。一級アミン
を有するポリマーは、グルタルアルデヒドまたは塩化シアヌール酸によってアミ
ン含有プローブに結合することができる。多くのポリマーは、チオール含有合成
プローブに結合可能なチオール反応基によって修飾することができる。この他に
も適当な方法が、文献中に多く見られる。(概説としては、Wong、「タンパ
ク質結合および架橋の化学(Chemistry of Protein Co
njugation and Cross−linking)」フロリダ州ボー
カラトーン(Boca Raton)のCRCプレス(Press)社、199
3を参照)
[0021] The capture probes of the present invention are generally nucleic acids, modified nucleic acids, or nucleic acid analogs. A capture probe is complementary to a primer extension sequencing reaction product, but not to a primer for sequencing primer extension. Bind nucleic acids,
Methods for making nucleic acid-containing gels are known to those skilled in the art. Nucleic acids, modified nucleic acids, and nucleic acid analogs can be attached to agarose, dextran, cellulose, and starch polymers using cyanogen bromide activation or cyanuric chloride activation. The polymer containing a carboxyl group, using a carbodiimide bond,
It can be attached to a synthetic capture probe having a primary amine group. Polymers with primary amines can be attached to amine-containing probes by glutaraldehyde or cyanuric chloride. Many polymers can be modified with thiol-reactive groups that can bind to thiol-containing synthetic probes. Many other suitable methods are found in the literature. (For an overview, see Wong, “Chemistry of Protein Co.
njugation and Cross-linking ", CRC Press, Boca Raton, Florida, 199.
(See 3)

【0022】 本発明の方法では、さまざまな捕捉プローブを使用することができる。一般的
には、本発明の捕捉プローブは、標的分子内に含まれるヌクレオチド配列領域に
実質的に相補的なヌクレオチド配列を有する核酸(例えば、ヌクレオチド)を含
み、ここで標的分子は捕捉プローブにハイブリダイズする。捕捉プローブは、プ
ライマー伸長配列決定反応で使用されるプライマーには相補的でないことに注意
することが重要である。捕捉プローブの標的分子に対する相補性は、標的分子に
特異的に結合し、反応混合液中で標的分子の精製が行なわれる程度でありさえす
れば十分である。本発明で使用するのに適したプローブには、RNA、DNA、
核酸アナログ(PNAなど)、修飾核酸、および別の有機成分を有する核酸、例
えば、ペプチド核酸(PNA)を含む混合種のキメラプローブなどがある。捕捉
プローブは、一本鎖または二本鎖の核酸でありうる。一般的には、捕捉プローブ
の長さは少なくとも5塩基長であり、より一般的には、5塩基から50塩基であ
るが、数千塩基長でもよい。
Various capture probes can be used in the method of the present invention. Generally, a capture probe of the invention comprises a nucleic acid (eg, a nucleotide) having a nucleotide sequence substantially complementary to a nucleotide sequence region contained within the target molecule, wherein the target molecule hybridizes to the capture probe. Soy. It is important to note that the capture probe is not complementary to the primer used in the primer extension sequencing reaction. The complementarity of the capture probe to the target molecule is sufficient as long as it specifically binds to the target molecule and purifies the target molecule in the reaction mixture. Probes suitable for use in the present invention include RNA, DNA,
There are nucleic acid analogs (such as PNA), modified nucleic acids, and nucleic acids having another organic component, such as mixed species chimeric probes that include peptide nucleic acids (PNA). Capture probes can be single-stranded or double-stranded nucleic acids. Generally, the length of the capture probe is at least 5 bases in length, more typically from 5 to 50 bases, but may be thousands of bases in length.

【0023】 重合可能な化学基に本明細書記載の捕捉プローブを共有結合的に付着させる方
法も開発されている。重合可能なモノマー化合物の適当な混合液で共重合させる
と、高濃度の固定化核酸を含むマトリックスを作製することができる。核酸を重
合可能な化学基に共有結合的に付着させる方法の例が、米国特許出願第08/8
12,105号;米国特許出願第08/971,845号;およびRehman
,F.N.ら、Nucleic Acid Res.,27:649−655(
1999)に記載されており、これらの教示内容は、参照として本明細書に引用
される。
Methods have also been developed for covalently attaching a capture probe as described herein to a polymerizable chemical group. A matrix containing a high concentration of immobilized nucleic acid can be prepared by copolymerization with an appropriate mixture of polymerizable monomer compounds. An example of a method of covalently attaching a nucleic acid to a polymerizable chemical group is described in US patent application Ser.
U.S. Patent Application Serial No. 08 / 971,845; and Rehman.
, F. N. Et al., Nucleic Acid Res. , 27: 649-655 (
1999), the teachings of which are incorporated herein by reference.

【0024】 いくつかの方法では、2種類以上のマトリックス形成物質の混合物を含む複合
マトリックスを使用することが有用であるかもしれない。その一例が複合アクリ
ルアミド−アガロースゲルである。これらのゲルは、一般的に、2〜5%のアク
リルアミドと0.5〜1%のアガロースを含む。これらのゲルでは、アクリルア
ミドが、主なふるい機能を提供するが、アガロースがないと、アクリルアミドゲ
ルの濃度が低すぎて、都合よく取り扱うには物理的な強度が不足する。アガロー
スは、アクリルアミドのふるい特性を有意に変更することなく、物理的な支持を
提供する。この場合、ゲルのふるい機能を付与する成分が、液相にある核酸標的
にもっとも密接に接触するため、核酸がこの成分に結合しうることが好ましい。
In some methods, it may be useful to use a composite matrix that includes a mixture of two or more matrix-forming substances. One example is a composite acrylamide-agarose gel. These gels generally contain 2-5% acrylamide and 0.5-1% agarose. In these gels, acrylamide provides the main sieving function, but without agarose, the concentration of the acrylamide gel is too low and lacks physical strength for convenient handling. Agarose provides physical support without significantly altering the sieving properties of acrylamide. In this case, it is preferred that the nucleic acid can bind to the component that imparts the sieving function of the gel, because the component most closely contacts the nucleic acid target in the liquid phase.

【0025】 多くの応用のために、アガロースおよび架橋したポリアクリルアミドなどのゲ
ル形成マトリックスが好適である。しかし、キャピラリー電気泳動(CE)に応
用するときには、電気泳動用マトリックスとして可溶性ポリマーを使用するのが
便利で再現性がある。CE解析にとって有用であることが分かっている可溶性ポ
リマーの例は、Quesada(Current Opinion.in Bi
otechnology,8:82−93(1997))に記載されているよう
なポリアクリルアミド、ポリ(N,N−ジメチルアクリルアミド)、ポリ(ヒド
ロキシエチルセルロース)、ポリ(エチレンオキシド)およびポリ(ビニルアル
コール)の直鎖ポリマーである。これらの可溶性マトリックスもまた、本発明の
方法を実施するために使用されうる。固定化した捕捉プローブを含む可溶性ポリ
マーマトリックスを調製するためには、「核酸を含有する、重合可能な複合物質
(Nucleic Acid−Containing Plymerizabl
e Complex)」という名称の米国特許出願第08/812,105号に
記載された方法を使用するのが特に便利である。予め形成されたポリアクリルア
ミドゲルに核酸分子プローブを付着させる別の方法が、Timofeevら、N
ucleic Acids Res.,24:3142−3148(1996)
に記載されており、これも、捕捉プローブを予め重合された可溶性直鎖ポリアク
リルアミドに付着させるために使用することができる。
For many applications, gel-forming matrices such as agarose and cross-linked polyacrylamide are preferred. However, when applied to capillary electrophoresis (CE), it is convenient and reproducible to use a soluble polymer as the electrophoresis matrix. An example of a soluble polymer that has been found to be useful for CE analysis is Quesada (Current Opinion. In Bi).
polyacrylamide, poly (N, N-dimethylacrylamide), poly (hydroxyethylcellulose), poly (ethylene oxide) and linear chains of poly (vinyl alcohol) as described in O. Technology, 8: 82-93 (1997). It is a polymer. These soluble matrices can also be used to carry out the method of the invention. To prepare a soluble polymer matrix containing an immobilized capture probe, a “polymerizable complex containing nucleic acid (Nucleic Acid-Containing Plymerizable) is used.
It is particularly convenient to use the method described in US patent application Ser. No. 08 / 812,105 entitled “eComplex”. Another method of attaching nucleic acid molecule probes to preformed polyacrylamide gels is described by Timofevev et al., N.
ucleic Acids Res. , 24: 3142-3148 (1996).
Which can also be used to attach capture probes to prepolymerized soluble linear polyacrylamide.

【0026】 核酸を、それ自体が電気泳動用マトリックスに取り込まれうる粒子に付着させ
ることも可能である。この粒子は、肉眼で見えるものでも、微細なものでも、ま
たはコロイド状のものでもよい。(ウォリントン(Warrington)、P
A、ポリサイエンス社(Polysciences,Inc.)の1995−1
996粒子カタログ参照)。Cantorら、米国特許第5,482,863号
には、懸濁液や粒子を含む電気泳動ゲルを鋳造する(cast)方法が記載されている
。上記の方法と同様な方法を用いて、粒子を核酸に結合させ、ゲル形成化合物と
混合し、所望のマトリックスの形状になるように懸濁液として鋳型に流す(cast
)。
It is also possible to attach the nucleic acids to particles which themselves can be incorporated into an electrophoretic matrix. The particles may be macroscopic, fine, or colloidal. (Warrington, P
A, 1995-1 from Polysciences, Inc.
996 particle catalog). Cantor et al., US Pat. No. 5,482,863, describe a method of casting an electrophoretic gel containing suspensions and particles. Using methods similar to those described above, the particles are bound to the nucleic acids, mixed with the gel-forming compound, and cast into a template as a suspension to the desired matrix shape (cast).
).

【0027】 本明細書中に規定される、「核酸」という語は、DNA(デオキシリボ核酸)
またはRNA(リボ核酸)を含む。本明細書中で「単離された」と言われる核酸
は、その生成源(例えば、細胞中に存在するもの、またはライブラリーのような
核酸の混合物)である成分から分離された核酸を意味し、さらに処理されたもの
でもありうる。単離された核酸には、当業者に公知の方法によって得られるもの
などがある。これらの単離された核酸には、実質的に純粋な核酸、化学合成法に
より作製された核酸、および生物学的方法と化学的方法を組み合わせにより作製
された核酸、ならびに、単離された組換え核酸などがある。
As defined herein, the term “nucleic acid” refers to DNA (deoxyribonucleic acid)
Or RNA (ribonucleic acid). A nucleic acid that is referred to herein as "isolated" refers to a nucleic acid that has been separated from components that are its source (e.g., those present in a cell or a mixture of nucleic acids, such as a library). And may be further processed. Isolated nucleic acids include those obtained by methods known to those of skill in the art. These isolated nucleic acids include substantially pure nucleic acids, nucleic acids produced by chemical synthesis, and nucleic acids produced by a combination of biological and chemical methods, as well as isolated sets. There is a modified nucleic acid and the like.

【0028】 ここで、「核酸アナログ」としては、修飾された糖基、リン酸基、または修飾
塩基を含む核酸が挙げられる。修飾塩基をもつ核酸の例としては、例えば、アセ
チル化された塩基、カルボキシル化された塩基、またはメチル化された塩基が挙
げられる(例えば、4−アセチルシチジン、5−カルボキシメチルアミノメチル
ウリジン、1−メチルイノシン、ノルバリン、またはアロ−イソロイシン)。こ
のような核酸アナログは、当業者に既知である。有用な核酸アナログの一例は、
標準的なヌクレオチド塩基が、N−(2−アミノエチル)グリシン単位の繰り返
しからなる修飾ペプチド骨格に結合しているペプチド核酸(PNA)である(N
ielsenら、Science,254:1497−1500(1991))
。このペプチド骨格は、普通のDNAおよびRNAの一本鎖と塩基対合するよう
に、塩基を適正な距離に保つことができる。おそらく、PNA鎖には負に荷電し
たホスホジエステル結合がないという事実によって、PNA−DNAハイブリッ
ド二本鎖は、同等のDNA−DNA二本鎖よりもずっと長くなる。さらに、PN
Aは、独特な構造をもつために、ヌクレアーゼによる分解に対して非常に抵抗性
が強い。これらの理由によって、PNA核酸アナログは、固定化プローブアッセ
イ法に有用である。同様の設計法を用いて、固定化プローブアッセイ法に有用な
性質をもつ他の核酸アナログを構築できることも、当業者には明らかであろう。
修飾核酸分子を含むプローブも有用である。例えば、デアザグアニン(deaz
aguanine)塩基およびウラシル塩基を含む核酸分子を、グアニンおよび
チミン含有核酸分子の代わりに、ハイブリッド形成したプローブの熱安定性を低
下させるために用いることができる(Wetmur,Critical rev
iews in Biochemistry and Molecular B
iology,26:227−259(1991))。同様に、ハイブリッド形
成物の熱安定性を高めることが望まれる場合には、5−メチルシトシンをシトシ
ンの代わりに用いることができる(Wetmur,Critical revi
ews in Biochemistry and Molecular Bi
ology,26:227−259(1991))。2‘−O−メチル基の付加
など、リボースの糖基を修飾することによって、固定化RNAプローブのヌクレ
アーゼ感受性を低下させることができる(Wagner,Nature,372
:333−335(1994))。ホスホジエステル骨格から負電荷を除去する
ような修飾は、ハイブリッド形成物の熱安定性を高めうる(Moodyら、Nu
cleic Acids Res.,17:4769−4782(1989);
Iyerら、J.Biol.Chem.,270:14712−14717(1
995))。
Here, the “nucleic acid analog” includes a nucleic acid containing a modified sugar group, phosphate group, or modified base. Examples of nucleic acids having modified bases include, for example, acetylated bases, carboxylated bases, or methylated bases (eg, 4-acetylcytidine, 5-carboxymethylaminomethyluridine, -Methylinosine, norvaline, or allo-isoleucine). Such nucleic acid analogs are known to those skilled in the art. One example of a useful nucleic acid analog is
A standard nucleotide base is a peptide nucleic acid (PNA) attached to a modified peptide backbone consisting of repeating N- (2-aminoethyl) glycine units (N
Ielsen et al., Science, 254: 1497-1500 (1991)).
. This peptide backbone can keep the bases at the proper distance so that they base pair with the normal DNA and RNA single strands. Presumably, the fact that the PNA strand lacks a negatively charged phosphodiester bond makes the PNA-DNA hybrid duplex much longer than the equivalent DNA-DNA duplex. Furthermore, PN
A is very resistant to nuclease degradation due to its unique structure. For these reasons, PNA nucleic acid analogs are useful in immobilized probe assays. It will be apparent to one of skill in the art that similar design methods can be used to construct other nucleic acid analogs with properties useful for immobilized probe assays.
Probes containing modified nucleic acid molecules are also useful. For example, deazaguanine (deaz
Nucleic acid molecules containing aguanine and uracil bases can be used in place of guanine and thymine containing nucleic acid molecules to reduce the thermal stability of the hybridized probe (Wetmur, Critical rev)
eyes in Biochemistry and Molecular B
ology, 26: 227-259 (1991)). Similarly, if it is desired to increase the thermostability of the hybrid, 5-methylcytosine can be used instead of cytosine (Wetmur, Critical review).
ews in Biochemistry and Molecular Bi
ology, 26: 227-259 (1991)). Modification of the sugar group of ribose, such as addition of a 2'-O-methyl group, can reduce the nuclease sensitivity of the immobilized RNA probe (Wagner, Nature, 372).
: 333-335 (1994)). Modifications that remove the negative charge from the phosphodiester backbone can increase the thermal stability of the hybrids (Moody et al., Nu.
cleic Acids Res. , 17: 4769-4782 (1989);
Iyer et al. Biol. Chem. , 270: 14712-14717 (1
995)).

【0029】 ここで、「実質的に相補的」とは、捕捉プローブの核酸分子配列が、微生物の
標的分子の核酸分子配列を正確に反映している必要はないが、配列の同一性が、
特定の条件下で標的分子にハイブリダイズできる程度には十分に類似している必
要があることを意味している。例えば、ある配列が、ハイブリダイズするのに十
分相補的な塩基をもっていれば、非相補的な塩基、または付加的な核酸分子がそ
の配列中に分散していてもよい。一般的に、短い捕捉プローブ(約20ヌクレオ
チドの長さ)を用いるときの相補性の程度は約95%よりも高い。約15〜約2
0ヌクレオチドの長さの互いに相補的な連続的分節があれば、プローブが長くな
るほど、要求される相補性の程度は有意に低くなる。
Here, “substantially complementary” means that the nucleic acid molecule sequence of the capture probe does not need to accurately reflect the nucleic acid molecule sequence of the target molecule of the microorganism, but the identity of the sequence is
This means that it must be sufficiently similar to hybridize to the target molecule under certain conditions. For example, if a sequence has bases that are sufficiently complementary to hybridize, non-complementary bases or additional nucleic acid molecules may be dispersed throughout the sequence. Generally, the degree of complementarity when using short capture probes (about 20 nucleotides in length) is greater than about 95%. About 15 to about 2
With successive segments that are complementary to each other and 0 nucleotides in length, the longer the probe, the significantly lower the degree of complementarity required.

【0030】 ハイブリダイゼーションを行なう具体的な条件は、当業者が経験的に決めるこ
とができる。例えば、ストリンジェンシーの条件は、非特異的なハイブリダイゼ
ーション反応を有意に低下させる条件を選択しなければならない。核酸のハイブ
リダイゼーションを行うためのストリンジェンシー条件については、例えば、分
子生物学の最新プロトコール(Current Protocols in M
olecular Biology),Ausubel,F.M.ら編、Vol
.,Suppl.26,1991に記載されており;その教示するところは、全
体として参照により本明細書に組み込まれる。プローブの長さ、塩基組成、ハイ
ブリダイズする配列間の不一致の割合、温度、およびイオン強度などの要素が、
核酸ハイブリッドの安定性に影響する。例えば、中度ストリンジェンシーまたは
高度ストリンジェンシーなどストリンジェントな条件は、プローブおよび微生物
標的分子の特性の一部に応じて、経験的に決定することができる。
The specific conditions for carrying out the hybridization can be determined empirically by those skilled in the art. For example, conditions for stringency must be selected that significantly reduce non-specific hybridization reactions. The stringency conditions for performing nucleic acid hybridization are described, for example, in the latest protocol of molecular biology (Current Protocols in M).
olecular Biology), Ausubel, F. et al. M. Hen, Vol.
. , Suppl. 26, 1991; the teachings of which are incorporated herein by reference in their entirety. Factors such as probe length, base composition, percent mismatch between hybridizing sequences, temperature, and ionic strength
Affects nucleic acid hybrid stability. For example, stringent conditions, such as moderate or high stringency, can be determined empirically, depending on some of the properties of the probe and the microbial target molecule.

【0031】 発明の特徴およびその他の詳細を、以下で、より具体的に説明し、例示によっ
て明らかにする。本発明の特定の態様は、具体例によって示すためのものであっ
て、本発明を制約するものではないことを理解されたい。本発明の主な特徴は、
本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな態様に利用することができる。
The features and other details of the invention will be more specifically described below and made clear by way of example. It is to be understood that certain aspects of the invention are presented by way of example and not limitation. The main features of the present invention are:
It can be used in various aspects without departing from the scope of the invention.

【0032】 実施例 以下の実施例は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を実行するため
の具体的、実用的な手段を単に教示するにすぎない。
Examples The following examples do not limit the scope of the invention, but merely teach specific and practical means for carrying out the invention.

【0033】 実施例1:ゲルに基づくDNAの単離および溶出 配列決定反応産物は、−21M13フォワードプライマー(5’−色素1−ス
ペーサー−TGT* AAAACGACGGCCAGT−3’[配列番号:1])
を有するThermoSequenase(登録商標)DYEnamic直接サ
イクル配列決定キットを用いて調製した。* は4つの蛍光エネルギー移行色素の
1つで、製造業者の指示(Amersham Pharmacia Biote
ch, Piscataway,NJ)にしたがって、塩基を修飾する位置を示
す。4つの反応をそれぞれ、1mLのM13mp18一本鎖DNA(0.25m
g/mL,New England BioLabsカタログ#404−C)、
14mLの蒸留水、および2mLの製造元の反応混合物を混合することによって
調製した。4つの反応のそれぞれには、“色素1”、“色素2”、“色素3”お
よび“色素4”と称される色素でラベルされた異なるプライマーと、異なるdd
NTPヌクレオチド混合物とを使用した。次いで、これら4つの反応管を熱サイ
クル装置(PTC100, MJResearch, Watertown,M
A)に設置し、95℃で30秒間,45℃で15秒間および70℃で30秒間の
30サイクルに供した。次いで、この4つの反応物をプールして(総容量100
mL)、11mLの負荷緩衝液(総量10mLの蒸留水中、2.5%wt/vo
lのキシレンシアノール,2.5%wt/volのブロモフェノールブルー,2
0mMのEDTA,pH8.0,15%(wt/vol)Ficollの平均分
子量400,000)を添加した。
Example 1 Gel-Based DNA Isolation and Elution The sequencing reaction product was a −21M13 forward primer (5′-dye 1-spacer-TGT * AAAACGACGGCCAGT-3 ′ [SEQ ID NO: 1]).
Prepared using a ThermoSequenase® DYEnamic direct cycle sequencing kit with * Is one of the four fluorescent energy transfer dyes, as specified by the manufacturer (Amersham Pharmacia Biote)
ch, Piscataway, NJ). Each of the four reactions was performed with 1 mL of M13mp18 single-stranded DNA (0.25 m
g / mL, New England BioLabs catalog # 404-C),
Prepared by mixing 14 mL of distilled water and 2 mL of the manufacturer's reaction mixture. Each of the four reactions includes a different primer labeled with a dye called “dye 1”, “dye 2”, “dye 3” and “dye 4”, and a different dd
A mixture of NTP nucleotides was used. Next, these four reaction tubes were connected to a thermal cycler (PTC100, MJResearch, Watertown, M
A) and subjected to 30 cycles of 95 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 15 seconds and 70 ° C. for 30 seconds. The four reactants were then pooled (total volume 100
mL), 11 mL of loading buffer (2.5% wt / vo in a total volume of 10 mL of distilled water)
1 xylene cyanol, 2.5% wt / vol bromophenol blue, 2
0 mM EDTA, pH 8.0, average molecular weight of 15% (wt / vol) Ficoll, 400,000) was added.

【0034】 電気泳動的ハイブリダイゼーション精製用のポリアクリルアミドゲルを、1〜
200μLマイクロピペット用標準マイクロピペットチップ(Gilson P
200,Fisher Scientific, Pittsburgh,PA
用のFisher製黄色チップ)に溶填した。精製工程には、配列決定反応物が
それぞれのチップを通して一段階で順次電気泳動に供されることが可能となるよ
うに2つのゲルチップを重ねた(図4Aを参照)。上部チップのゲル(10)は
、1xTBE緩衝液(89mMのトリス−ホウ酸 pH8.3,2mMのEDT
A(Bio−Rad)に溶填した20μLの5%ポリアクリルアミドゲル(29
:1 モノマー:ビス wt/wt)を具備した。この上部ゲルは、伸長配列決
定反応産物を捕捉するために用いられる条件下において、ほとんど電気泳動の移
動度を設けない、高分子量のM13鋳型DNAを捕捉することを目的としている
。高分子量の鋳型を除去すると、Molecular Dynamics(Su
nnyvale, CA)社製のMegabaseのようなキャピラリー電気泳
動装置で、配列決定の結果の質を向上させる。
The polyacrylamide gel for electrophoretic hybridization purification was
Standard micropipette tip for 200 μL micropipette (Gilson P
200, Fisher Scientific, Pittsburgh, PA
(A yellow chip manufactured by Fisher Corporation). For the purification step, two gel chips were overlaid so that the sequencing reaction could be sequentially subjected to electrophoresis in one step through each chip (see FIG. 4A). The gel (10) in the upper chip was washed with 1 × TBE buffer (89 mM Tris-borate pH 8.3, 2 mM EDT).
A (Bio-Rad), 20 μL of 5% polyacrylamide gel (29
: 1 monomer: bis wt / wt). This upper gel is intended to capture high molecular weight M13 template DNA that provides little electrophoretic mobility under the conditions used to capture the extension sequencing reaction product. Upon removal of the high molecular weight template, Molecular Dynamics (Su
A capillary electrophoresis device such as Megabase (nnyvale, Calif.) improves the quality of the sequencing results.

【0035】 下部チップ(20)のゲルは、固定化核酸分子捕捉プローブ(5’−アクリル
アミド−GGG ATC CTC TAG AGT CGA CCT3’[配列
番号:3])を10μMの濃度(核酸分子鎖に関して)で包含することを除いて
、上部チップのゲルと同じである。この捕捉プローブは、図3に示すように、配
列決定プライマーの3’側すぐの所にある伸長産物内の配列に相補的である。
The gel of the lower chip (20) contains an immobilized nucleic acid molecule-capturing probe (5′-acrylamide-GGG ATC CTC TAG AGT CGA CCT3 ′ [SEQ ID NO: 3]) at a concentration of 10 μM (for nucleic acid molecular chains). Same as the gel on the top chip except for inclusion. This capture probe is complementary to the sequence in the extension product immediately 3 'to the sequencing primer, as shown in FIG.

【0036】 図3に示すように、配列決定されるべきクローン化された挿入物は、図示した
鋳型部分の5’側に位置する。したがって、図示するように、捕捉プローブは伸
長配列決定反応産物に相補的であるが、配列決定プライマーには相補的でない。
このようにして、下部チップのゲルでの伸長配列決定反応産物の電気泳動では、
過剰プライマーが電気泳動でチップを通過することを妨げることなく、伸長産物
をハイブリダイゼーションで捕捉することを可能にする。
As shown in FIG. 3, the cloned insert to be sequenced is located 5 ′ to the illustrated template portion. Thus, as shown, the capture probe is complementary to the extended sequencing reaction product, but not to the sequencing primer.
Thus, electrophoresis of the extension sequencing reaction product on the gel of the lower chip
The extension product can be captured by hybridization without preventing excess primer from passing through the chip in electrophoresis.

【0037】 捕捉プローブは、アクリルアミドホスホロアミダイト(Acrydite(登
録商標),Mosaic Technologies.Boston,MA)を
使用して、5’−アクリルアミド基で修飾された。プローブを、ポリマー化して
いないアクリルアミド混合物に加え、ゲルのチップ中で直接共重合させることに
よってゲルマトリクス上に固定化した。
The capture probe was modified with a 5′-acrylamide group using acrylamide phosphoramidite (Acrydite®, Mosaic Technologies. Boston, Mass.). Probes were immobilized on a gel matrix by adding the unpolymerized acrylamide mixture and copolymerizing directly in the gel tip.

【0038】 チップは、プローブ−含有チップ(20)が下側になるよう図4Aに示すよう
に重ね合わせた。上部ゲルチップ(40)の上方の領域のみならず、2つのチッ
プ(30)間の領域も、電気泳動緩衝液(89mM トリス−ホウ酸、pH8.
3,2mM EDTAである1xTBE)で満たす。下部チップ(10)を、緩
衝液を満たした1.5mLのマイクロ遠心管(50)に浸す。別個の白金電極(
60)を、上部の管のゲル上の緩衝液および遠心管(50)の緩衝液に設置する
。上部電極を電源の負リード線に接続するとともに、下部電極を正リード線に取
り付ける。
The tips were overlaid as shown in FIG. 4A, with the probe-containing tip (20) on the bottom. Not only the area above the upper gel chip (40) but also the area between the two chips (30) is electrophoresis buffer (89 mM Tris-borate, pH 8.0).
3,2 mM EDTA, 1xTBE). Immerse the lower tip (10) in a 1.5 mL microcentrifuge tube (50) filled with buffer. A separate platinum electrode (
60) is placed in the buffer on the gel in the top tube and the buffer in the centrifuge tube (50). The upper electrode is connected to the negative lead of the power supply, and the lower electrode is attached to the positive lead.

【0039】 図4Aに示す装置の上部チップには、プールした配列決定反応物を、10分ご
とに15μLのアリコートづつ、1時間で75μLを負荷した。一方、チップを
負荷過程の間、100Vの電圧で電気泳動にかけた。さらに3時間電場をかけて
、すべての配列決定反応産物が、下部チップ中のゲルに確実に捕捉されるように
する。下部ゲル中にある固定化した捕捉核酸分子プローブに相補的ではないプラ
イマー、ヌクレオチドおよび過剰の塩は、下部の管に向けてゲルを通過する。
The top chip of the device shown in FIG. 4A was loaded with 75 μL of the pooled sequencing reactions in 15 μL aliquots every 10 minutes for 1 hour. Meanwhile, the chip was subjected to electrophoresis at a voltage of 100 V during the loading process. An electric field is applied for an additional 3 hours to ensure that all sequencing reaction products are captured on the gel in the lower chip. Primers, nucleotides and excess salts that are not complementary to the immobilized capture nucleic acid molecule probe in the lower gel pass through the gel toward the lower tube.

【0040】 電気泳動後、泳動が遅い鋳型を包含する上部ゲルチップを廃棄し、その後下部
ゲルチップ(20)を、図4Bに描写した第2の装置に設置した。チップの下端
は、3000Daltonの分子量をカットオフする膜(75)(Microc
on3,Amicon/Millipore,Bedford,MA)を底面に
有する限外濾過装置(70)に入れた電気泳動緩衝液に入れられる。限外濾過ユ
ニットは、正荷電の白金電極(60)を含む1xTBEを満たしたマイクロ遠心
管(80)に部分的に浸漬される。負荷電の電極(60)は、チップのゲル上に
ある緩衝液(1xTBE)に浸漬される。溶出された配列決定反応産物が電極に
移動するのを防ぐために、限外濾過膜を用いた。電極では、産物は電気化学反応
によってダメージを受ける。配列決定反応産物を溶出するために、装置に3分間
300Vの電場を適用した。この電圧は、ゲルの捕捉プローブから配列決定反応
産物を溶出し、限外濾過ユニットに産物が集まるようにするのに十分であった。
After electrophoresis, the upper gel chip containing the slow-migrating template was discarded, and then the lower gel chip (20) was placed in the second device depicted in FIG. 4B. The lower end of the chip has a membrane (75) that cuts off the molecular weight of 3000 Dalton (Microc
on3, Amicon / Millipore, Bedford, Mass.) in an electrophoresis buffer in an ultrafiltration device (70) with a bottom surface. The ultrafiltration unit is partially immersed in a microcentrifuge tube (80) filled with 1xTBE containing a positively charged platinum electrode (60). The negatively charged electrode (60) is immersed in a buffer solution (1 × TBE) on the gel of the chip. An ultrafiltration membrane was used to prevent the eluted sequencing reaction products from migrating to the electrodes. At the electrode, the product is damaged by the electrochemical reaction. A 300 V electric field was applied to the device for 3 minutes to elute the sequencing reaction products. This voltage was sufficient to elute the sequencing reaction product from the capture probe of the gel and concentrate the product in the ultrafiltration unit.

【0041】 図5は、溶出電圧を変化させた際の効果を示す。上述のような電気泳動的ハイ
ブリダイゼーション捕捉法によって、配列決定反応産物を捕捉および精製した。
次にチップを、指示された電気泳動条件に供し、次に蛍光イメージング装置(F
luoroimager 595, Molecular Dynamics,
Sunnyvale, CA)で走査し、蛍光性の配列決定反応産物を視覚化
した。見て分かるように、250V以上の電圧は、蛍光性の配列決定反応産物を
完全に溶出させる。
FIG. 5 shows the effect of changing the elution voltage. The sequencing reaction products were captured and purified by electrophoretic hybridization capture as described above.
The chip is then subjected to the indicated electrophoresis conditions, and then the fluorescence imaging device (F
fluoroimager 595, Molecular Dynamics,
(Sunnyvale, CA) to visualize the fluorescent sequencing reaction products. As can be seen, voltages above 250 V completely elute the fluorescent sequencing reaction product.

【0042】 溶出された産物を特徴付けるために、精製および粗精製配列決定反応産物の試
料を、ゲルに固定化した捕捉プローブの異なる層をゲル幅一杯の水平帯として有
するポリアクリルアミドゲルの中で電気泳動にかけた(図6の「捕捉層」を参照
)。ゲルは、5%のポリアクリルアミド(29:1 モノマー:ビス wt/w
t)、1xTBEで構成された。捕捉層は、同じポリアクリルアミドおよび緩衝
液に加えて、10μMの5’−アクリルアミド捕捉プローブ(5’−アクリルア
ミド−GGG ATC CTC TAG AGT CGA CCT3’[配列番
号:3])を包含した。試料を、150Vで30分間(図6A)および60分間
(図6B)電気泳動にかけた。レーン1は、電気泳動的捕捉および溶出によって
精製された試料15μLを含み、レーン2は、未精製の配列決定反応産物5μL
を包む。図6Aは、ハイブリダイゼーション−精製産物(レーン1)が、レーン
2の底部の未精製の試料にみられる過剰のプライマーから精製されたことを示す
To characterize the eluted product, samples of purified and crudely purified sequencing reaction products were electrophoresed in a polyacrylamide gel having different layers of capture probes immobilized on the gel as horizontal bands full gel width. Electrophoresis (see “Capture layer” in FIG. 6). The gel was 5% polyacrylamide (29: 1 monomer: bis wt / w
t) Consisting of 1xTBE. The capture layer included 10 μM 5′-acrylamide capture probe (5′-acrylamide-GGG ATC CTC TAG AGT CGA CCT3 ′ [SEQ ID NO: 3]) in addition to the same polyacrylamide and buffer. The samples were subjected to electrophoresis at 150 V for 30 minutes (FIG. 6A) and 60 minutes (FIG. 6B). Lane 1 contains 15 μL of sample purified by electrophoretic capture and elution, and Lane 2 contains 5 μL of unpurified sequencing reaction product.
Wrap. FIG. 6A shows that the hybridization-purified product (lane 1) was purified from excess primer found in the crude sample at the bottom of lane 2.

【0043】 実施例2:M13mp18配列に相補的な単一DNA産物の精製 図7Aは、以下に説明するDNA配列決定反応の産物を精製し、随時濃縮する
ための方法および装置を概略説明図を示す。図7Bは、電気泳動後そして捕捉し
たヌクレオチド配列の溶出前の捕捉プローブ−ゲル−チップの写真を示す。
Example 2 Purification of a Single DNA Product Complementary to the M13mp18 Sequence FIG. 7A provides a schematic illustration of a method and apparatus for purifying and optionally enriching the products of the DNA sequencing reactions described below. Show. FIG. 7B shows a photograph of the capture probe-gel-chip after electrophoresis and before elution of the captured nucleotide sequence.

【0044】 図8は、プライマーと、塩と、DNA鋳型と、取り込まれなかったヌクレオチ
ドと、色素停止剤とを含むDNA配列決定反応から所望のオリゴヌクレオチド配
列の精製結果を示すゲルの写真を示す。最初に、DNA配列決定産物を、粗試料
を得るためにゲル−負荷チップによって精製し、次いで、その粗試料を捕捉用プ
ローブ−ゲル−チップによって精製した。レーン1は、精製前に得られるパター
ンを示す。レーン2は、ゲル−負荷チップを用いて精製した後に見られるパター
ンを示す。DNA鋳型の除去が証明されている。レーン3は、捕捉用プローブ−
ゲル−チップを用いて精製した後に見られるパターンを示す。DNA鋳型がなく
所望の配列の局在が明らかである。
FIG. 8 shows a photograph of a gel showing the results of purifying the desired oligonucleotide sequence from a DNA sequencing reaction containing primers, salts, DNA template, unincorporated nucleotides, and a dye terminator. . First, the DNA sequencing product was purified by a gel-loaded chip to obtain a crude sample, and then the crude sample was purified by a capture probe-gel-chip. Lane 1 shows the pattern obtained before purification. Lane 2 shows the pattern seen after purification using a gel-loaded chip. Removal of the DNA template has been demonstrated. Lane 3 shows the capture probe.
The pattern seen after purification using a gel-chip is shown. The lack of a DNA template reveals the localization of the desired sequence.

【0045】 A.固定化捕捉プローブを有するおよび有しない分離装置の作製 Acrydite(登録商標)オリゴヌクレオチドゲルを含む分離装置の作製
は以下のように実施した。Hybrigel溶液を、40%のアクリルアミド(
29:1アクリルアミドモノマー:ビス−アクリルアミド)および10%のTB
E(90mMのTris−Borate−EDTA緩衝液pH 8.3。試薬は
Biorad Laboratories. Inc,;Hercules,C
Aから購入)の貯蔵溶液から調製した。捕捉プローブ用のAcrydite(登
録商標)オリゴヌクレオチドを、オリゴヌクレオチド(Operon Tech
nologies,Inc.;Alameda,CAから入手)およびアクリル
アミドホスホルアミダイト(AcryditeポリマーはMosaic Tec
hnologies,Inc.; Boston,MAから入手)を用い、米国
特許番号5,641,658号,およびKenney, Ray,and Bo
les,Bio Techniques 25,516−521(1998)に
開示された方法に従って合成した。個々の開示は、本明細書に全て参照により取
り込まれている)。Hybrigelは、5%のアクリルアミド(29:1)と
、1xTBEと、以下の配列を有する10( MのAcrydite(登録商標)
オリゴヌクレオチド捕捉プローブ[配列番号:4]とを包含した。 5’−アクリルアミド−GCT GAG ATC TCC TAG GG3’[
配列番号:4] 本実施例に選択された捕捉用プローブは、標的分子であるDNA配列決定反応産
物を提供するベクターM13mp18のポリリンカーの一部に相補的である配列
を有するが、捕捉プローブはいかなるプライマー配列をも含まない。10%の過
硫酸アンモニウムと、N,N,N’N’−テトラメチルエチレンジアミン(TE
MED;BioRad,Hercules,CA)とをHybrigel溶液に
添加すると、重合が速くなった(2分以内)。
A. Preparation of Separation Devices With and Without Immobilized Capture Probes Preparation of separation devices containing Acrydite® oligonucleotide gels was performed as follows. Hybrigel solution was converted to 40% acrylamide (
29: 1 acrylamide monomer: bis-acrylamide) and 10% TB
E (90 mM Tris-Borate-EDTA buffer pH 8.3; reagents are from Biorad Laboratories. Inc .; Hercules, C
(Purchased from A). The Acrydite® oligonucleotide for the capture probe was replaced with the oligonucleotide (Operon Tech).
nologies, Inc. And Acrylamide phosphoramidite (Acrydite polymer is available from Mosaic Tec);
hnologies, Inc. US Pat. No. 5,641,658; and Kenney, Ray, and Bo.
les, BioTechniques 25, 516-521 (1998). The individual disclosures are all incorporated herein by reference). Hybrigel has 5% acrylamide (29: 1), 1 × TBE, and 10 (M Acrydite® having the following sequence:
An oligonucleotide capture probe [SEQ ID NO: 4] was included. 5'-acrylamide-GCT GAG ATC TCC TAG GG3 '[
SEQ ID NO: 4] The capture probe selected in this example has a sequence that is complementary to a part of the polylinker of the vector M13mp18 that provides a DNA sequencing reaction product that is the target molecule. Does not contain any primer sequences. 10% ammonium persulfate and N, N, N'N'-tetramethylethylenediamine (TE
(MED; BioRad, Hercules, Calif.) To the Hybrigel solution accelerated the polymerization (within 2 minutes).

【0046】 プローブ−ゲル−チップを調製するために、10%の過硫酸アンモミウム1μ
lと、TEMED0.5μlとを200μlのHybrigel溶液に添加した
。10μlの重合Hybrigelオリゴヌクレオチドを含む溶液を、素早く2
00μlのチップにピペットで移し、重合させた。プローブ−ゲル−チップを、
マルチピペット装置を用いて、一度に8個または12個作製した。貯蔵するため
に、プローブ−ゲル−チップを約0.3mlの1xTBEを包含するエッペンド
ルフチューブに噴出した。ゲルがチップから移動しないよう注意する必要がある
。次いで、プローブ−ゲル−チップを150μlの1xTBEで重層した。
To prepare the probe-gel-tip, 1 μm of 10% ammonium persulfate
1 and 0.5 μl of TEMED were added to 200 μl of the Hybrigel solution. A solution containing 10 μl of polymerized Hybridel oligonucleotide is quickly added to 2 μl.
Pipette to a 00 μl tip and polymerize. Probe-gel-chip
Eight or twelve were made at a time using a multipipette device. For storage, the probe-gel-tip was squirted into an Eppendorf tube containing about 0.3 ml of 1 × TBE. Care must be taken that the gel does not move off the chip. The probe-gel-chip was then overlaid with 150 μl of 1 × TBE.

【0047】 ゲル−負荷チップは、鋳型DNAを除去するのに使用した。アクリルアミド(
29:1)のみ(すなわち、Acrydite捕捉プローブがない)を含有する
ようにゲル−負荷チップを調製した。ゲル−負荷−チップは、上述のように40
%のアクリルアミド(29:1 モノマー:ビス)と10xTBEとの貯蔵溶液
から生成した5%のアクリルアミド(29:1),1xTBEを含有する溶液を
用いて調製した。10%の過硫酸アンモミウムとTEMEDとを前記溶液に加え
、200μlの最終溶液を各チップにピペットで移した。また、ゲル−負荷−チ
ップは上述のように貯蔵も可能である。
A gel-loaded chip was used to remove template DNA. Acrylamide (
The gel-loaded chip was prepared to contain only 29: 1) (ie, no Acrydite capture probe). The gel-load-tip is forty as described above.
% Acrylamide (29: 1 monomer: bis) and a solution containing 5% acrylamide (29: 1), 1 × TBE formed from a stock solution of 10 × TBE. 10% Ammonium persulfate and TEMED were added to the solution, and 200 μl of the final solution was pipetted to each tip. Gel-load-tips can also be stored as described above.

【0048】 B.DNA配列決定反応産物および捕捉用プローブの調製 PE−適用バイオシステムズ(PE−Applied Biosystems
)配列決定反応産物は、以下のPE適用バイオシステムズ・ビッグダイ・プライ
マー・サイクル・シーケンシング・キット(PE Applied Biosy
sstems BigDye Primer Cycle Sequencin
g Kit)(PE−Applied Biosystemsより入手可能)の
プロトコルに従って、PE Applied Biosystemsが推奨する
サイクリング条件を用いるGeneAmp2400で、−21 M13フォワー
ドプライマーを用いて調製した。ベクターM13mp18を使用した。既知の配
列を有するDNA部分を、プライマー部位の後ろに挿入した。伸長産物を調製し
た。捕捉プローブを、プライマーと挿入されたDNAとの間の領域に作製した。
フォワードプライマーからの伸長産物にハイブリダイズすることが可能な捕捉プ
ローブを選択した。捕捉プローブは、5’末端でAcrydite(登録商標)
を用いて合成されたオリゴヌクレオチドを含む。
B. Preparation of DNA sequencing reaction product and capture probe PE-Applied Biosystems (PE-Applied Biosystems)
) The sequencing reaction product was prepared using the following PE Applied Biosystems Big Dye Primer Cycle Sequencing Kit (PE Applied Biosy)
stems BigDye Primer Cycle Sequencer
g Kit) (available from PE-Applied Biosystems), prepared with the -21 M13 forward primer on GeneAmp2400 using cycling conditions recommended by PE Applied Biosystems. The vector M13mp18 was used. A portion of DNA having a known sequence was inserted after the primer site. An extension product was prepared. A capture probe was created in the region between the primer and the inserted DNA.
A capture probe capable of hybridizing to the extension product from the forward primer was selected. The capture probe was Acrydite® at the 5 ′ end.
And oligonucleotides synthesized using

【0049】 別方法として、Amersham−Pharmaciaのダイナミック・ET
・ターミネーター・サイクル・シーケンシング・キット(DYEnamic E
T Terminator Cycle Sequencing Kit)を用
いることも可能である。
Alternatively, Amersham-Pharmacia Dynamic ET
・ Terminator cycle sequencing kit (DYEnamic E)
It is also possible to use T Terminator Cycle Sequencing Kit.

【0050】 C.DNA配列決定用伸長産物の捕捉 選択した伸長産物(試験試料における標的)の電気泳動捕捉および分離を、以
下のように実施した。プライマー、塩、組み込まれていないヌクレオチド、色素
停止剤、および鋳型DNAを含有した10μlの配列決定反応溶液(すなわち、
一反応の1/2)と、鋳型DNAから合成された標的DNA伸長産物とを、1μ
lの10xフィコール負荷緩衝液(35%のフィコール400,0.1%のブロ
モフェノールブルー、0.1%のキシレンシアノール,100mMのEDTA)
に添加して試料溶液を得た。この試料溶液を、鋳型DNAを除去するために、ゲ
ル−負荷−チップ(すなわち、Acrydite捕捉プローブのない)中のゲル
表面に積層した。このチップは、図7Aに示すように、プローブ−ゲル−チップ
、Hybrigel包含チップの上に重ねた。少量の電気泳動緩衝液を、プロー
ブ−ゲル−チップ中のゲル表面に積層し、ゲル−負荷−チップを、電気泳動緩衝
液と接触するように設置した。したがって、電極および電源が入った際に、2つ
のゲル間に電気接続が可能となる液接続を形成した。
C. Capture of Extension Products for DNA Sequencing Electrophoretic capture and separation of selected extension products (targets in test samples) was performed as follows. 10 μl of the sequencing reaction solution containing primers, salts, unincorporated nucleotides, dye terminator, and template DNA (ie,
1 / of one reaction) and the target DNA extension product synthesized from the template DNA
l of 10x Ficoll loading buffer (35% Ficoll 400, 0.1% bromophenol blue, 0.1% xylene cyanol, 100 mM EDTA)
To obtain a sample solution. This sample solution was laminated to the gel surface in a gel-load-tip (ie, without the Acrydite capture probe) to remove template DNA. This chip was overlaid on a probe-gel-chip, a Hybridel-containing chip, as shown in FIG. 7A. A small amount of electrophoresis buffer was layered on the gel surface in the probe-gel-chip and the gel-load-chip was placed in contact with the electrophoresis buffer. Therefore, when the electrodes and power were turned on, a liquid connection was made between the two gels that allowed an electrical connection.

【0051】 試料溶液をゲル−負荷−チップのゲル表面に負荷した後、両方のチップを、1
xTBE電気泳動緩衝液を含有するエッペンドルフチューブ中に入れた。白金電
極を、重ねたゲルチップの上および下の電気泳動緩衝液中に設置して、100V
の電圧を10分間印可した。上側の電極を電源の負リード線に接続するとともに
、下側の電極を、電源の正電極に取り付けた。ゲル−負荷チップは、このように
して部分的に精製した試料溶液をプローブ−ゲル−チップに導入するために供し
た。より小さなDNA断片は緩衝液内を通過し、次いで、ゲル−負荷チップに保
持されているDNA鋳型及び色素より速くプローブ−ゲル−チップ内へ移行する
After loading the sample solution on the gel surface of the gel-load-tip, both tips were
Placed in Eppendorf tubes containing xTBE electrophoresis buffer. Platinum electrodes were placed in the electrophoresis buffer above and below the stacked gel chips and
Was applied for 10 minutes. The upper electrode was connected to the negative lead of the power supply, and the lower electrode was attached to the positive electrode of the power supply. The gel-loaded chip was used to introduce the partially purified sample solution into the probe-gel-chip. Smaller DNA fragments pass through the buffer and then migrate into the probe-gel-chip faster than the DNA template and dye retained on the gel-loaded chip.

【0052】 プローブ−ゲル−チップのゲル表面上に残留する電気泳動緩衝液を除去した。
電気泳動緩衝液を、4μlのホルムアミド負荷色素(5:1の脱イオン化ホルム
アミド、25mg/mlの青色デキストラン,25mMのEDTA)と置換した
。プローブ−ゲル−チップ中のゲル温度を55℃に上昇させ、下部緩衝液溜めを
包含するエッペンドルフチューブをドライバス(VWR)に設置することにより
、捕捉プローブから標的オリゴヌクレオチド配列の分離を容易にした。5%のア
クリル酸を含有する30%のアクリルアミドゲルを用いる清浄な第2のゲル−負
荷チップをホルムアミド負荷色素に入るように低下させた。白金電極を、一番上
のゲル−負荷チップ中に設置した。ハイブリダイゼーション複合体から解離され
たオリゴヌクレオチドを上方に押し上げるために電流の方向を逆にした。オリゴ
ヌクレオチドをプローブ−ゲル−チップから押し出し、ホルムアミド負荷色素に
押し入れるのには、40V、一分間で十分であった。4μlの試料をピペットで
除去し、配列分析のために保持した。電気泳動の後、プローブ−ゲル−チップ中
のゲルを、Molecular Dynamics Fluorimager
595を用いて視覚化した。図7Bに示す結果は、プローブ−ゲル−チップ中の
ゲルの上部表面で捕捉が起こることを示している。
The electrophoresis buffer remaining on the gel surface of the probe-gel-chip was removed.
The electrophoresis buffer was replaced with 4 μl of formamide-loaded dye (5: 1 deionized formamide, 25 mg / ml blue dextran, 25 mM EDTA). Raising the gel temperature in the probe-gel-chip to 55 ° C. and placing an Eppendorf tube containing the lower buffer reservoir in Dry Bath (VWR) facilitated separation of the target oligonucleotide sequence from the capture probe. . A clean second gel-loaded chip using a 30% acrylamide gel containing 5% acrylic acid was lowered to enter the formamide loaded dye. A platinum electrode was placed in the top gel-load tip. The current direction was reversed to push the oligonucleotides dissociated from the hybridization complex upward. One minute at 40 V was sufficient to push the oligonucleotide off the probe-gel-chip and into the formamide-loaded dye. 4 μl of sample was removed with a pipette and retained for sequence analysis. After the electrophoresis, the gel in the probe-gel-chip was subjected to Molecular Dynamics Fluorimager.
595 was used for visualization. The results shown in FIG. 7B indicate that capture occurs at the upper surface of the gel in the probe-gel-chip.

【0053】 D.配列決定用精製のハイブリゲルアッセイによる分析 垂直ポリアクリルアミドミニゲル用のガラス板(10x10cm、0.75m
mのスペーサ)を組み合わせ、そのサンドイッチ状のものを約半分ほど20%の
アクリルアミド(29:1;Bio−Rad),1xTBE(90mMのTri
s−ホウ酸緩衝液、pH8.3,2mMのEDTA)で満たした。ポリマー化を
、10%の過硫酸アンモニウム水溶液(APS)と、TEMEDとをそれぞれ1
/100および1/1000のゲル容積で加えることにより開始した。一捕捉層
を含むゲルの場合、最終濃度で10μMのAcryditeでラベルしたオリゴ
ヌクレオチドを含む600μlのゲル溶液(20%のポリアクリルアミド、1x
TBE、4μlで10%のAPSおよび4μlで10%のTEMED)を重合さ
せた。捕捉層の重合後、プレートサンドイッチの残余スペースに5%のゲルを満
たした。次いで、この複合ゲルを、1xTBEを含有するミニゲル装置内に取り
付け、100V〜150Vで約45分間電気泳動にかけた。電気泳動後、Mol
ecular Dynamics Fluorimager 595を用いて、
ゲルを視覚化した。この結果は、ハイブリゲルプローブにより捕捉された配列が
鋳型DNAの相補体であることを証明する。
D. Analysis of Sequencing Purification by Hybridgel Assay Glass Plates (10 × 10 cm, 0.75 m
m), and the sandwich is reduced to about half by 20% acrylamide (29: 1; Bio-Rad), 1 × TBE (90 mM Tri).
s-borate buffer, pH 8.3, 2 mM EDTA). Polymerization was performed by adding 10% aqueous ammonium persulfate solution (APS) and TEMED to each of 1
Started by adding at gel volumes of / 100 and 1/1000. For a gel with one capture layer, a final concentration of 600 μl gel solution containing 10 μM Acrydite-labeled oligonucleotide (20% polyacrylamide, 1 ×
TBE, 4 μl of 10% APS and 4 μl of 10% TEMED) were polymerized. After polymerization of the acquisition layer, the remaining space in the plate sandwich was filled with 5% gel. The composite gel was then mounted in a minigel device containing 1xTBE and subjected to electrophoresis at 100V-150V for about 45 minutes. After electrophoresis, Mol
Using e.g. dynamic Dynamics Fluorimager 595,
The gel was visualized. This result proves that the sequence captured by the hybrid gel probe is the complement of the template DNA.

【0054】 E.捕捉されたオリゴヌクレオチドの自動配列決定 上記工程に従い、本発明の装置によって精製されたオリゴヌクレオチド配列を
自動配列分析機で分析したところ、標準のベクターを用いた繰り返し実験で、最
初の500ヌクレオチドの配列決定の精度が常に99%以上であることが証明さ
れた。読み取り可能な配列は、少なくとも750ヌクレオチドに達する。
E. Automatic Sequencing of Captured Oligonucleotides The oligonucleotide sequence purified by the device of the present invention was analyzed by an automatic sequence analyzer according to the above steps. The accuracy of the decision proved always to be better than 99%. The readable sequence reaches at least 750 nucleotides.

【0055】 実施例3:多様なDNA配列決定反応産物の同時分離 本実施例は、 本発明の方法がプラスミドで複製されたオリゴヌクレオチドイン
サートを配列決定するのに有用であることを実証するものである。図9Aで示す
ように、フォワードおよびリバースのプライマーが用いられる。 大きいインサー
トを有するプラスミドを、1つの反応容器中で2つのプライマーを用いて同時に
配列決定した。異なる捕捉プローブをそれぞれ含有する2つのプローブ−ゲル−
チップを直列に配置した。プローブ配列を、使用されるフォワードおよびリバー
スのプライマーに基づいて設計した。図9Cに示すスラブゲルから、粗産物と比
較して、 被検試料中の2つのオリゴヌクレオチド標的の精製を実証する。注目す
べきは、リバース産物の配列(右)が、フォワード配列で夾雑されていないこと
を示すということである。DNA鋳型の夾雑物が、 除去されていることにも注目
すべきである。
Example 3: Simultaneous Separation of Various DNA Sequencing Reaction Products This example demonstrates that the method of the present invention is useful for sequencing plasmid-replicated oligonucleotide inserts. is there. As shown in FIG. 9A, forward and reverse primers are used. Plasmids with large inserts were sequenced simultaneously using two primers in one reaction vessel. Two probes each containing a different capture probe-gel-
The chips were placed in series. The probe sequence was designed based on the forward and reverse primers used. The slab gel shown in FIG. 9C demonstrates the purification of two oligonucleotide targets in the test sample compared to the crude product. Noteworthy is that the sequence of the reverse product (right) indicates that it is not contaminated with the forward sequence. It should also be noted that contaminants of the DNA template have been removed.

【0056】 A.固定化捕捉プローブを有するおよび有さない分離装置の調製 ゲル−負荷チップを実施例2で説明したように調製した。プローブ−ゲル−チ
ップは、実施例2で説明したように調製したが、図9Aに示すように、一方はフ
ォワード方向のプライマープローブを設け、他方はリバース方向のプライマープ
ローブを設けた。このようにして、2つの別々のハイブリゲルプローブ−ゲル−
チップを、一方がアクリダイトオリゴヌクレオチド(配列番号:5)を有し、他
方がアクリダイトオリゴヌクレオチド(配列番号:6)を有するように作製した
。ポリリンカーのXba1部位に3.8kbインサートを有するプラスミドベク
ターpGEM3Zf(−)(Promega Biotech, WI)である
プラスミドp698を使用した。2つのプローブは、ポリリンカー内のXba1
サイトのいずれかの側の配列に由来するものである。配列番号:5は、リバース
プライマーを用いて作製した配列決定反応産物に相補的であり、したがって捕捉
可能である。同様に、配列番号:6は、フォワードプライマーからの配列を捕捉
可能である。 (配列番号:5)5′アクリルアミド−TGCAGGCATGCAAGCTT (配列番号:6)5′アクリルアミド−GGGTACCGAGCTCGAATT
A. Preparation of Separation Devices With and Without Immobilized Capture Probes Gel-loaded tips were prepared as described in Example 2. The probe-gel-chip was prepared as described in Example 2, but as shown in FIG. 9A, one was provided with a forward-direction primer probe and the other was provided with a reverse-direction primer probe. Thus, two separate hybrid gel probes-gel-
The chip was made such that one had an acridite oligonucleotide (SEQ ID NO: 5) and the other had an acridite oligonucleotide (SEQ ID NO: 6). Plasmid p698, a plasmid vector pGEM3Zf (-) (Promega Biotech, WI) having a 3.8 kb insert at the Xbal site of the polylinker, was used. The two probes are Xbal in the polylinker.
It is derived from the sequence on either side of the site. SEQ ID NO: 5 is complementary to the sequencing reaction product generated using the reverse primer and is therefore captureable. Similarly, SEQ ID NO: 6 is capable of capturing a sequence from the forward primer. (SEQ ID NO: 5) 5 'acrylamide-TGCAGGCATGCAAGCTT (SEQ ID NO: 6) 5' acrylamide-GGGTACCGAGCTCGAATT
C

【0057】 このようにして、各オリゴヌクレオチドプライマープローブは、5′末端でA
cyditeを用いて合成され、伸長産物へハイブリダイズすることが可能であ
る。各捕捉プローブ配列は、伸長産物配列およびプライマーの両方に相補的であ
る。各捕捉プローブ配列は、プライマーサイトおよびインサートDNA間の領域
から由来した特定のベクターに対して特異的である。
Thus, each oligonucleotide primer probe has an A at the 5 ′ end.
It is synthesized using cydite and can be hybridized to the extension product. Each capture probe sequence is complementary to both the extension product sequence and the primer. Each capture probe sequence is specific for a particular vector derived from the region between the primer site and the insert DNA.

【0058】 B.複数(multiple)反応産物の精製 図9Aに示すように、配列番号:6を含むプローブ2−ゲル−チップを、配列
番号:5を含むプローブ3−ゲル−チップと直列(重ね合わせて)に配置した。
ランニング電気泳動バッファーをプローブ3−ゲル−チップの上部表面に設置し
て、電気接触を設けて乾燥を防いだ。複数(multiple)配列決定反応からの試験
試料を、プローブ2−ゲル−チップとプローブ3−ゲル−チップの両方を通して
電気泳動させた。図9Bは、2つの別々のチップにおける、2つの明確に異なっ
たプローブによる捕捉を示している。
B. Purification of Multiple Reaction Products As shown in FIG. 9A, a probe 2-gel-chip containing SEQ ID NO: 6 is placed in series (overlap) with a probe 3-gel-chip containing SEQ ID NO: 5. did.
A running electrophoresis buffer was placed on the upper surface of the probe 3-gel-chip to provide electrical contact to prevent drying. Test samples from multiple sequencing reactions were electrophoresed through both probe 2-gel-chip and probe 3-gel-chip. FIG. 9B shows capture by two distinct probes on two separate chips.

【0059】 実施例4:温度勾配を用いる捕捉プローブからの標的の溶出 ハイブリダイゼーション複合体の安定性は、温度に依存する。捕捉プローブの
ないゲル層間に挟持されたAcrydite(登録商標)捕捉プローブの層を含
む垂直スラブゲルを作製した。上部層および下部層用のゲルは、ゲル−負荷−チ
ップ用として使用した。Acryditeプローブ層を、実施例2で捕捉プロー
ブ配列(配列番号:5)を用いたプローブ−ゲル−チップ用に説明したように作
製した。この場合における試料は、配列番号:5に対して相補的配列を有する蛍
光オリゴヌクレオチドであった。同じ試料を、各ウエルに負荷した。ゲル全体を
、アルミニウムの背板および、 2つの水浴槽を用いて温度勾配に供した。左側の
ゲル温度は23℃である。温度は、 ゲルを横切って右側では53℃まで上昇した
。低温では、標的を、捕捉層の上部で効率よく捕捉した。温度が上昇するにした
がい、標的捕捉は、試料が層を通過するまでに阻害された(図10のゲル画像を
参照のこと)。遷移温度、すなわち標的が捕捉されなくなる温度はTmに関連す
るが、これだけが含まれると分かっている唯一の要素ではなかった。
Example 4: Elution of Target from Capture Probe Using Temperature Gradient The stability of the hybridization complex is temperature dependent. A vertical slab gel was prepared that included a layer of Acrydite® capture probe sandwiched between gel layers without the capture probe. The gels for the upper and lower layers were used for gel-load-tip. The Acrydite probe layer was prepared as described for the probe-gel-chip using the capture probe sequence (SEQ ID NO: 5) in Example 2. The sample in this case was a fluorescent oligonucleotide having a sequence complementary to SEQ ID NO: 5. The same sample was loaded into each well. The entire gel was subjected to a temperature gradient using an aluminum backplate and two water baths. The gel temperature on the left is 23 ° C. The temperature rose to 53 ° C on the right across the gel. At low temperatures, the target was efficiently captured on top of the capture layer. As the temperature increased, target capture was inhibited by the time the sample passed through the layer (see the gel image in FIG. 10). The transition temperature, ie, the temperature at which the target is no longer captured, is related to Tm, but was not the only factor known to be included alone.

【0060】 実施例5:配列溶出の温度及び捕捉プローブサイズの依存性 配列決定反応産物の捕捉および溶出の温度条件を規定するために、図11に示
す実験を行なった。この実験は、溶出温度が捕捉プローブのサイズによって影響
されることを実証するものである。溶出温度は、捕捉プローブのサイズにより影
響されることを示した。図11に示す5枚のパネルは、同じ垂直スラブゲルを2
3℃から5つの異なる温度での泳動を示し、ここでは5つの異なる捕捉プローブ
が用いられた。各プローブ配列における塩基の数は、図11(左から右)に示す
ように、 13、15、17、19および21ヌクレオタイドであった。各レーン
に、M13配列決定反応物(Dynamic(登録商標)ET)を負荷した。1
3マー捕捉プローブは、23℃では配列決定反応産物を効率よく捕捉しなかった
。その他すべての捕捉プローブ(即ち、長さ15、17、17および21を有す
る)は、23℃で、配列決定反応産物を捕捉した。30℃では15マーが配列を
放出し、35℃では17マーが放出を開始し、50℃ですべての標的配列が外れ
た。これらの結果は、配列決定反応産物の捕捉および溶出の温度条件を示してい
る。
Example 5: Dependence of Sequence Elution Temperature and Capture Probe Size To determine the temperature conditions for capture and elution of the sequencing reaction product, the experiment shown in FIG. 11 was performed. This experiment demonstrates that the elution temperature is affected by the size of the capture probe. Elution temperature was shown to be affected by the size of the capture probe. The five panels shown in FIG. 11 show two identical slab gels.
Shown are migrations from 3 ° C. to 5 different temperatures, where 5 different capture probes were used. The number of bases in each probe sequence was 13, 15, 17, 19 and 21 nucleotides as shown in FIG. 11 (from left to right). Each lane was loaded with an M13 sequencing reaction (Dynamic® ET). 1
The 3-mer capture probe did not efficiently capture the sequencing reaction product at 23 ° C. All other capture probes (ie, having lengths 15, 17, 17 and 21) captured the sequencing reaction products at 23 ° C. At 30 ° C., the 15-mer released the sequence, at 35 ° C. the 17-mer began to release, and at 50 ° C., all target sequences were released. These results indicate the temperature conditions for capture and elution of the sequencing reaction product.

【0061】 17マーAcryditeプローブは、45℃で溶出が生じる標準的な手順に
おける捕捉プローブとして選択された。
The 17-mer Acrydite probe was selected as the capture probe in a standard procedure where elution at 45 ° C. occurred.

【0062】 均等物 本発明は、本発明の好ましい態様を参照にして、詳細に示し、または説明した
が、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の主旨および範囲から逸脱す
ることなく形態および詳細における種々の変更が可能であることが当業者によっ
て理解される。
Equivalents Although the invention has been shown and described in detail with reference to the preferred embodiments of the invention, it is to be understood that the invention may be configured without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is understood by those skilled in the art that various changes in detail and details are possible.

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

【図1】 図1は、ゲルの領域内に捕捉プローブが固定化された電気泳動ゲルを用いて伸
長配列決定反応から標的核酸分子を精製する方法の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a method for purifying a target nucleic acid molecule from an extension sequencing reaction using an electrophoresis gel having a capture probe immobilized within the gel region.

【図2】 図2は、媒体内に固定化された捕捉プローブを含んでなる電気泳動用媒体を含
有してなるマイクロタイターウェルを用いて伸長産物を精製する方法に伴う工程
の概略図である。図2中、「ddNTPs」はジデオキシヌクレオチド三リン酸
を表し、「pol」はDNAポリメラーゼを表し、「伸長産物(ex. pro
ducts)」はプライマー伸長配列決定反応産物を表す。
FIG. 2 is a schematic diagram of steps involved in a method of purifying an extension product using a microtiter well containing an electrophoresis medium containing a capture probe immobilized in the medium. . In FIG. 2, “ddNTPs” represents dideoxynucleotide triphosphate, “pol” represents DNA polymerase, and “extension product (ex.
ducts) "represents the product of the primer extension sequencing reaction.

【図3】 図3は、実施例1で使用したフォワードプライマー(配列番号:1)、鋳型(
配列番号:2)、および捕捉プローブ(配列番号:3)の構成図である。
FIG. 3 shows the results of the forward primer (SEQ ID NO: 1) and template (SEQ ID NO: 1) used in Example 1.
It is a block diagram of SEQ ID NO: 2) and a capture probe (SEQ ID NO: 3).

【図4】 図4は、電気泳動用媒体を用いるDNA単離のための実験設計を説明する概略
図である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an experimental design for DNA isolation using an electrophoresis medium.

【図5】 図5は、溶出電圧を変えた場合の影響を示す。FIG. 5 shows the effect of changing the elution voltage.

【図6】 図6は、伸長配列決定反応産物を電気泳動用媒体が固定化捕捉プローブを含ん
でなる電気泳動に供して得られた結果を示す。図6Aは、ゲルを30分間にわた
り泳動させた後の実験結果を示す。図6Bは、60分後の実験結果を示す。
FIG. 6 shows the results obtained by subjecting the extension sequencing reaction product to electrophoresis in which the electrophoresis medium comprises an immobilized capture probe. FIG. 6A shows the experimental results after running the gel for 30 minutes. FIG. 6B shows the experimental result after 60 minutes.

【図7】 図7Aは、実施例2のプライマー伸長配列決定反応産物を精製するのに用いた
装置と方法の概略図である。 図7Bは、捕捉プローブを含んでなる下部ゲル−チップ中のプライマー伸長配
列決定反応産物の分布を示す。
FIG. 7A is a schematic diagram of an apparatus and a method used for purifying a primer extension sequencing reaction product of Example 2. FIG. 7B shows the distribution of primer extension sequencing reaction products in the lower gel-chip comprising the capture probe.

【図8】 図8は、精製前(レーン1)、上部ゲル−チップのみを用いた精製後(レーン
2)、および捕捉プローブを含んでなる下部ゲル−チップによる精製後(レーン
3)に撮影されたプライマー伸長配列決定反応の成分の分布を示す電気泳動ゲル
の写真である。レーン4〜6は、様々な濃度の精製M13 DNAを含んでいる
FIG. 8 shows images before purification (lane 1), after purification using only the upper gel-chip (lane 2), and after purification using the lower gel-chip comprising the capture probe (lane 3). FIG. 4 is a photograph of an electrophoresis gel showing the distribution of components of the primer extension sequencing reaction performed. Lanes 4-6 contain various concentrations of purified M13 DNA.

【図9】 図9Aは、実施例3で同時に実施されたフォワードおよびリバースプライマー
伸長配列決定反応の概略図である。 図9Bは、2つのゲル−チップを用いて分離されたフォワードおよびリバース
プライマー伸長配列決定反応産物の画像である。上部ゲル−チップはフォワード
プライマー伸長配列決定反応産物に対して相補的な捕捉プローブを含んでいる。
下部ゲル−チップはリバースプライマー伸長配列決定反応産物に対して相補的な
捕捉プローブを含んでいる。 図9Cは、2つの捕捉プローブを含んでいたスラブゲル上のフォワードおよび
リバースプライマー伸長配列決定反応産物の産物の分離の画像である(レーン1
)。フォワードプライマー伸長配列決定反応産物から分離した後のリバースプラ
イマー伸長配列決定反応産物の純度をレーン2に示す。一方の捕捉プローブはフ
ォワード配列決定反応の反応産物に対して相補的であって、他方の捕捉プローブ
はリバース配列決定反応の反応産物に対して相補的であった。 図9Dは、本発明の方法による精製後のリバース配列決定反応産物の分析結果
である。
FIG. 9A is a schematic diagram of the forward and reverse primer extension sequencing reactions performed simultaneously in Example 3. FIG. 9B is an image of the forward and reverse primer extension sequencing reaction products separated using two gel-chips. The upper gel-chip contains a capture probe that is complementary to the product of the forward primer extension sequencing reaction.
The lower gel-chip contains a capture probe that is complementary to the reverse primer extension sequencing reaction product. FIG. 9C is an image of the separation of the products of the forward and reverse primer extension sequencing reaction products on a slab gel that contained two capture probes (lane 1).
). Lane 2 shows the purity of the reverse primer extension sequencing reaction product after separation from the forward primer extension sequencing reaction product. One capture probe was complementary to the reaction product of the forward sequencing reaction and the other capture probe was complementary to the reaction product of the reverse sequencing reaction. FIG. 9D is an analysis result of the reverse sequencing reaction product after purification by the method of the present invention.

【図10】 図10は、標的が捕捉プローブから放出される温度を測定するのに用いる温度
勾配ゲルである。
FIG. 10 is a temperature gradient gel used to measure the temperature at which a target is released from a capture probe.

【図11】 図11は、標的が様々な長さの捕捉プローブから放出される温度を測定するの
に用いるゲルの画像である。
FIG. 11 is an image of a gel used to measure the temperature at which a target is emitted from capture probes of various lengths.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウェア,ローレンス アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01748 ホプキントン,グラニット スト リート 55 (72)発明者 ダーンダ,ラウル,ケイ. アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02143 サマヴィル,リンデン アべニュ ー ナンバーツー 27 (72)発明者 サマーズ,ネヴィン,エム. アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02446 ブルックリン,モンマス ストリ ート 75 Fターム(参考) 4B024 AA20 CA01 CA09 FA18 HA14 4B029 AA07 AA23 BB20 CC03 CC08 FA12 4B063 QA13 QQ42 QR32 QR55 QR62 QS25 QS34 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Ware, Lawrence USA Massachusetts 01748 Hopkinton, Granite Street 55 (72) Inventor Daranda, Raul, Kay. United States Massachusetts 02143 Somerville, Linden Avenue Number Two 27 (72) Inventor Summers, Nevin, M. United States Massachusetts 02446 Brooklyn, Monmouth Street 75 F-term (Reference) 4B024 AA20 CA01 CA09 FA18 HA14 4B029 AA07 AA23 BB20 CC03 CC08 FA12 4B063 QA13 QQ42 QR32 QR55 QR62 QS25 QS34

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a) 固定化捕捉プローブを含んでなる電気泳動用媒体を
含有してなる精製装置にプライマー伸長配列決定反応混合物を導入する工程、 (b) 工程(a)の電気泳動用媒体を電場に供して、標的分子が結合する固定
化捕捉プローブを含んでなる電気泳動用媒体の少なくとも1つの領域への1つま
たはそれ以上の標的分子の電気泳動的移動を生じる工程、 (c) 工程(b)の標的分子を収集する工程、 を含む、精製装置を用いるプライマー伸長配列決定反応からの標的分子の精製方
法。
(A) introducing a primer extension sequencing reaction mixture into a purification device containing an electrophoresis medium containing an immobilized capture probe; (b) electrophoresis in step (a) Subjecting the medium to an electric field to cause electrophoretic migration of one or more target molecules to at least one region of the electrophoretic medium comprising an immobilized capture probe to which the target molecules bind, (c) A method for purifying a target molecule from a primer extension sequencing reaction using a purification device, comprising: collecting the target molecule in step (b).
【請求項2】 精製装置がマイクロタイタープレートである請求項1記載の
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the purification device is a microtiter plate.
【請求項3】 マイクロタイタープレートが、複数のウェルを含有してなる
請求項2記載の方法。
3. The method of claim 2, wherein the microtiter plate contains a plurality of wells.
【請求項4】 マイクロタイタープレートに含まれるウェルの数が、6、1
2、48、96および384からなる群より選ばれる請求項3記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the number of wells contained in the microtiter plate is 6, 1
4. The method according to claim 3, wherein the method is selected from the group consisting of 2, 48, 96 and 384.
【請求項5】 工程(c)において、標的分子をその相補的な捕捉プローブ
から放出させるのに十分な電圧が適用され、標的分子が電場の影響下で電気泳動
的移動を続け、電気泳動用媒体を出て、それが収集チャンバーに集まる請求項1
記載の方法。
5. In step (c), a voltage is applied sufficient to release the target molecule from its complementary capture probe, and the target molecule continues to move electrophoretically under the influence of the electric field, 2. The medium exiting the medium and collecting in a collection chamber.
The described method.
【請求項6】 電場の極性が逆転し、放出された標的分子が被検試料収容部
へ移動して戻り、それが収集に供される請求項5記載の方法。
6. The method according to claim 5, wherein the polarity of the electric field is reversed, and the released target molecule moves back to the test sample receiving portion and is subjected to collection.
【請求項7】 捕捉プローブが核酸分子である請求項1記載の方法。7. The method according to claim 1, wherein the capture probe is a nucleic acid molecule. 【請求項8】 捕捉プローブが、プライマー伸長配列決定反応産物に相補的
である請求項7記載の方法。
8. The method of claim 7, wherein the capture probe is complementary to a primer extension sequencing reaction product.
【請求項9】 捕捉プローブが、約20〜約2000ヌクレオチドの長さで
ある請求項8記載の方法。
9. The method of claim 8, wherein the capture probe is about 20 to about 2000 nucleotides in length.
【請求項10】 (a) 固定化捕捉プローブのユニーク(unique)
なセットを含む電気泳動用媒体をそれぞれ含有してなる少なくとも2つのカート
リッジを含有してなる精製装置にプライマー伸長配列決定反応混合物を導入する
工程、 (b) 工程(a)の電気泳動用媒体を電場に供して、電気泳動用媒体をそれぞ
れ含んでなる少なくとも2つのカートリッジへの1つまたはそれ以上のプライマ
ー伸長配列決定反応産物の電気泳動的移動を生じる工程、ここで各媒体は固定化
捕捉プローブのユニークなセットを含み、プライマー伸長配列決定反応産物は適
切な固定化捕捉プローブに結合する、および (c) 工程(b)の標的分子を収集する工程、 を含む、DNA鋳型の第1末端および第2末端の両方を使用してプライマー伸長
配列決定反応産物を合成することにより形成される複数のプライマー伸長配列決
定反応産物の精製方法。
10. (a) Unique of immobilized capture probe
Introducing the primer extension sequencing reaction mixture into a purification device containing at least two cartridges each containing an electrophoresis medium containing a suitable set, (b) using the electrophoresis medium of step (a). Subjecting to an electric field to cause electrophoretic migration of one or more primer extension sequencing reaction products to at least two cartridges each comprising an electrophoresis medium, wherein each medium is an immobilized capture probe Wherein the primer extension sequencing reaction product binds to an appropriate immobilized capture probe, and (c) collecting the target molecule of step (b). Multiple primer extension sequencing formed by synthesizing a primer extension sequencing reaction product using both of the second ends Method of purifying the reaction product.
【請求項11】 精製装置がマイクロタイタープレートである請求項10記
載の方法。
11. The method according to claim 10, wherein the purification device is a microtiter plate.
【請求項12】 マイクロタイタープレートが、複数のウェルを含有してな
る請求項11記載の方法。
12. The method according to claim 11, wherein the microtiter plate contains a plurality of wells.
【請求項13】 マイクロタイタープレートに含まれるウェルの数が、6、
12、48、96および384からなる群より選ばれる請求項12記載の方法。
13. The method according to claim 1, wherein the number of wells contained in the microtiter plate is 6,
13. The method of claim 12, wherein the method is selected from the group consisting of 12, 48, 96, and 384.
【請求項14】 工程(c)において、標的分子をその相補的な捕捉プロー
ブから放出させるのに十分な電圧が適用され、標的分子が電場の影響下で電気泳
動的移動を続け、電気泳動用媒体を出て、それが収集チャンバーに集まる請求項
10記載の方法。
14. In step (c), a voltage is applied sufficient to release the target molecule from its complementary capture probe, and the target molecule continues to move electrophoretically under the influence of an electric field, The method of claim 10, wherein the medium exits and collects in a collection chamber.
【請求項15】 電場の極性が逆転し、放出された標的分子が被検試料収容
部へ移動して戻り、それが収集に供される請求項14記載の方法。
15. The method according to claim 14, wherein the polarity of the electric field is reversed, and the released target molecule moves back to the test sample receiving portion and is subjected to collection.
【請求項16】 捕捉プローブが核酸分子である請求項10記載の方法。16. The method according to claim 10, wherein the capture probe is a nucleic acid molecule. 【請求項17】 捕捉プローブが、プライマー伸長配列決定反応産物に相補
的である請求項16記載の方法。
17. The method of claim 16, wherein the capture probe is complementary to a primer extension sequencing reaction product.
【請求項18】 捕捉プローブが、約20〜約2000ヌクレオチドの長さ
である請求項17記載の方法。
18. The method of claim 17, wherein the capture probe is between about 20 and about 2000 nucleotides in length.
【請求項19】 少なくとも1つのプライマー伸長配列決定反応産物の一部
に少なくとも5ヌクレオチド塩基の長さの相補的な配列を実質的に有する1つの
捕捉プローブまたは捕捉プローブのセットを含んでなる電気泳動用媒体を含有し
てなる、プライマー伸長配列決定反応物を精製するためのキット。
19. An electrophoresis comprising a capture probe or set of capture probes having a complementary sequence substantially at least 5 nucleotide bases in length as part of at least one primer extension sequencing reaction product. A kit for purifying a primer extension sequencing reaction product, comprising a medium for use.
【請求項20】 電気泳動用媒体の反対側の末端に被検試料収容部および収
集チャンバーをさらに含有してなる請求項19記載のキット。
20. The kit according to claim 19, further comprising a test sample storage part and a collection chamber at the opposite end of the electrophoresis medium.
【請求項21】 捕捉プローブが、約20〜約2000ヌクレオチド塩基の
長さである請求項20記載のキット。
21. The kit of claim 20, wherein the capture probe is about 20 to about 2000 nucleotide bases in length.
【請求項22】 少なくとも1つのプライマー伸長配列決定反応産物の一部
に少なくとも5ヌクレオチド塩基の長さの相補的な配列を実質的に有する1つの
捕捉プローブまたは捕捉プローブのセットをそれぞれ含んでなる複数の電気泳動
用媒体を含有してなる、複数のプライマー伸長配列決定反応物を精製するための
キット。
22. A plurality comprising a capture probe or a set of capture probes each having a complementary sequence substantially at least 5 nucleotide bases in length in a portion of at least one primer extension sequencing reaction product. A kit for purifying a plurality of primer extension sequencing reactions, comprising a medium for electrophoresis.
【請求項23】 電気泳動用媒体がマイクロタイタープレートのウェル中に
分離されている請求項22記載のキット。
23. The kit according to claim 22, wherein the electrophoresis medium is separated into wells of a microtiter plate.
【請求項24】 試料負荷収容部および試料収集チャンバーがそれぞれ電気
泳動用媒体の反対側の末端に位置する、複数の被検試料収容部および複数の収集
チャンバーをさらに含有してなる請求項23記載のキット。
24. The sample load storage section and the sample collection chamber each further comprising a plurality of test sample storage sections and a plurality of collection chambers located at opposite ends of the electrophoresis medium. Kit.
【請求項25】 捕捉プローブが、約20〜約2000ヌクレオチド塩基の
長さである請求項24記載のキット。
25. The kit of claim 24, wherein the capture probe is about 20 to about 2000 nucleotide bases in length.
【請求項26】 各電気泳動用媒体が同一の捕捉プローブまたは捕捉プロー
ブのセットを含んでなる請求項23記載のキット。
26. The kit of claim 23, wherein each electrophoretic medium comprises the same capture probe or set of capture probes.
【請求項27】 各電気泳動用媒体が異なる捕捉プローブまたは捕捉プロー
ブのセットを含んでなる請求項23記載のキット。
27. The kit of claim 23, wherein each electrophoretic medium comprises a different capture probe or set of capture probes.
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