JP2015523073A - 目的の流体の存在を判定するためのシステム、方法およびキット - Google Patents
目的の流体の存在を判定するためのシステム、方法およびキット Download PDFInfo
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Abstract
流体の存在を検出するためのDNAトレーサーの使用についてのシステム、方法およびキットが提供され、さらに供給源特異的トレーサーの作成方法が含まれる。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2012年6月30日に出願された米国出願第61/666,843号の利益を主張する2012年11月26日に出願された一部継続米国出願第13/684,679号であり、その両者は参照によりその全体が組み込まれる。
本出願は、2012年6月30日に出願された米国出願第61/666,843号の利益を主張する2012年11月26日に出願された一部継続米国出願第13/684,679号であり、その両者は参照によりその全体が組み込まれる。
本発明は、目的の流体の存在を判定することに関するものであり、より具体的には、そのような判定はDNAトレーサーの使用を介して行われる。
一例として、および本発明の背景として、地下水中の汚染物質の存在は、水圧破砕能力の上昇のために注目すべき関心事となっている。水圧破砕は、長年、活用されており、天然ガス、石油、シェールガス、および他の地下からのそのような物質を放出するために使用される。特に、従来の掘削方法のみを用いる生産が経済的に実現可能であるためには十分な伝導度がない領域における天然ガスまたは石油生産を刺激するために、坑井に地下注入された流体を使用する水圧破砕。通常、これらの流体は、砂および掘削会社間で異なる種々の化学混合物と混合した水または他の溶媒からなる。この混合物は、地下水および飲料水の供給を汚染すると疑われている。これらのケースについての汚染供給源を解決しようとする試みはあったが、ベースライン水質検査の不備または欠如および汚染の可能性のある他の供給源の存在のために多大な不確実性があるままである。
この水圧破砕プロセスは、そのような物質を抽出するための良い方法であるが、なお議論の余地がある。その議論は、地下水の汚染の可能性だけでなく、空気の汚染や他の様々な健康リスクを中心に展開している。現在、この水圧破砕プロセスで使用される方法および化合物の多くは、営業秘密の保護の下であり、したがって、汚染の可能性を評価するために利用可能な最小限の試験がある。
一般に、掘削会社がトレーサーサービスを利用することが知られているが、現在は、掘削の探索フェーズの間においては破砕診断の目的のみであり、水圧破砕フェーズの間においては水の汚染を判定する目的のためではない。
トレーサー技術は、水圧破砕からの逆流の試験から流体の出力に至るまでの、多くの機能を有している。剪断力に耐えるのに十分なほど安定であり、特に水圧破砕を目的とした、無毒性である、地下水を試験するためのDNAトレーサー技術を具体化すると思われる特許のアイデアが、現在、欠如している。水圧破砕に関連するほとんどの特許および特許出願は、油回収および逆流の測定を扱っている。
技術分野内の関連文献の例としては、下記のものが含まれる:
2008年4月18日に出願され、2012年3月27日に発行された、Soderbundらによる、「混合物中のポリヌクレオチドの定量のための方法および試験キット、」についての、米国特許第8,143,388号は、混合物中のポリヌクレオチドの量または相対比率の定量のための方法および試験キットを記載している。試験キットは、1つ以上のプローブプールを含み、各々のプールは:複数の可溶性トレーサータグ付きポリヌクレオチドプローブであって、各々の単一のトレーサータグ付きポリヌクレオチドプローブはサンプル中の個々の標的ポリヌクレオチド配列に相補的であり;各々のポリヌクレオチドプローブのプールがその容器内に配置されている複数の容器であって、複数の容器が準備されるときは、それらは別々であってもまたは一緒に接合されていてもよく;前記トレーサータグ付きポリヌクレオチドプローブを分離する装置、を含む。また、ポリヌクレオチドプローブは、DNAフラグメント、合成ペプチド核酸(PNA)、およびロックト核酸(LNA)からなる群から選択される。試験キットは、細胞または組織サンプル中に存在する複数の分析ポリヌクレオチドの量を定量するための方法においても使用される。
「カプセル化されたトレーサーの使用」として、2009年6月3日に出願され、2010年12月9日に公開された、Lafitteらによる米国特許出願公開番号第20100307745号は、水脈内および/または単一の領域から延びる異なる水脈の異なる場所での識別可能な粒子のセットを配置することにより、水圧破砕で使用される地下貯水池におけるトレーサー粒子の識別可能なセットを使用する際のプロセスを記載しており、各々のトレーサーのセット内の粒子がトレーサーの1セットを互いに区別するユニークな物質を含有している。また、トレーサー粒子はカプセル化され、トレーサーは10ミクロンから100ミクロンの範囲のサイズである異なる粒子サイズと重量であり、そしてトレーサーは、坑井を経由して水圧破砕中に放出される。
2000年11月29日に出願され、2003年11月11日に発行された「貯水池のモニタリング」についてのTayebiらによる米国特許第6,645,769号には、ゾーン/領域特有のものであり、その領域に固有であるトレーサーを使用することによる、pH、組成、塩分、微生物の変化を検出するための、領域およびゾーンからの炭化水素と水の生産をモニタリングするための方法が記載されている。この方法は、水のブレークスルーのための、または水平生産および注入井において改善された石油およびガス回収(IOR)のための、ローカル警報システムにおける応用のために教示されている。様々な現象を検出するための特定の領域/ゾーンのために使用される監視システムであって、その領域またはゾーンに固有の特定のトレーサーを注入することを含み、トレーサーは固定化されており、化学的にインテリジェントであり、油またはガスと接触するときに放出され、そしてDNA、蛍光、微生物、燐光、または磁性粒子もしくは流体から構成されているものである、監視システムも開示されている。この方法は、蛍光や燐光などによる特定の刺激に反応するゾーンまたは領域における微生物の検出に焦点を当てて、検出は下流で測定される。
2005年6月30日に出願され、2009年7月14日に発行された、「流体輸送システムにおけるトレーサーの送達のためのシステムおよびその使用」についての、Strayらによる米国特許第7,560,690号には、液体系にトレーサー化合物をゆっくり放出するために使用される様々なトレーサー材料でドープしたメラミンホルムアルデヒド樹脂(MFR)で構成される、特定のトレーサーの送達システムが記載されている。MFRは、様々なタイプのトレーサーでドープすることができ、それによって上流のいくつかの異なる位置で異なるトレーサーの配置を可能にし、様々な標識されたゾーンからの生産は、下流の1つのサンプルを分析することにより検証することができる。放射性および非放射性の両方であり得るトレーサー材料と組み合わせたMFRは、上流で測定され、後に下流で測定される。放射性トレーサーは、充填剤、可塑剤、安定剤、および着色剤で充填させることができる一方で、非放射性トレーサーは、ナフタレンスルホン酸、アミノナフタレンスルホン酸、フッ素化安息香酸またはその塩を含んでいてもよく、さらに充填剤、可塑剤、安定剤および/または着色剤で構成され得る。ポリマートレーサーは、最大1年間、上流と下流の両方のシステムで活性である。
2003年11月19日に出願され、2008年3月4日に発行された「坑内水の化学的性質を分析するための装置および方法」についての、Raghuramanらによる米国特許第7,339,160号は、水の化学的性質を分析するための地下で使用される装置が記載されており、水サンプルの化学的性質を示す水サンプルへの着色剤を提供する。さらに、装置は、フローラインに導入されるインジェクタを有し、フローラインには、その後、色素を注入するものであり、その後に比色分析器によって水の化学的性質を決定するために、二重らせんの混合物と混合される。また、上記のように水の化学的性質を決定するために、汚染された水にトレーサーを添加し、さらに着色剤を添加することによる、「坑内」水汚染の監視システムが開示されている。
さらに、核酸の検出は特定の遺伝子と既知の配列の存在およびコピー数を決定するために、広く用いられる。核酸の重要な特徴は、相補的な塩基配列を有する核酸との配列特異的水素結合を形成する能力である。核酸の相補鎖にハイブリダイズする核酸のこの能力は、ハイブリダイゼーションアッセイとして知られているものであり、DNA精製技術において有利に使用されてきた。ハイブリダイゼーションアッセイにおいては、既知の配列を有する核酸は、相補的な核酸配列を有する標的核酸にハイブリダイズするプローブとして使用される。プローブを標識することは、ハイブリッドの検出と、それに対応して、標的核酸の検出を可能にする。
本発明のように、サンプリングされた液体自体を汚染することなく、サンプリング液体中の供給源特異的な目的の流体の存在を検出するためのDNAトレーサーを提供する先行技術は知られていない。したがって、当該技術分野において、安全かつ効果的な方法で液体サンプル中の目的の流体の存在を検出するための方法およびシステムを提供する必要性が依然として存在する。
バイオポリマーを使用して、汚染の疑いのある領域における目的の流体を検出するためのトレーサーを使用するための方法およびシステムを提供することが本発明の主要な目的である。
本発明のさらなる目的は、トレーサーのバリエーションが発生供給源と互いに区別されることを可能にする、目的の流体を検出するためのトレーサーを使用するための方法およびシステムを提供することである。
本発明の別の目的は、流体の毒性または放射能を増大させることなく、検出のために目的の流体に生体高分子を添加する方法を提供することである。
本発明の別の目的は、DNA配列を生成するための方法、システム、およびキットを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、高い塩分、高い温度(約70℃超)、高い圧力、剪断力、またはそれらの組み合わせに耐えることができるトレーサーを提供することである。
本発明のこれらおよび他の目的および態様は、それらが特許請求される本発明をサポートするように、図面と共に考慮されるとき、好ましい実施形態の以下の説明を読む後に当業者に明らかになるであろう。
一般に図面を参照する際には、図は本発明の好ましい実施形態を説明するためのものであり、本発明をそれに限定することを意図するものではない。
本発明は、安全かつ効果的な方法で、液体サンプル中の目的の流体の検出に使用するためのシステム、方法、およびキットを提供する。本発明の一実施形態では、トレーサーと地下水または飲料水のモニタリングに関連する水圧破砕と共に使用するためのシステム、方法、およびキットを含む。先行技術は、液体を試験および測定する際に使用するDNAトレーサーの改善について提供するが、いずれも水を汚染しないままに飲料水の安全性レベルを測定することに適用可能であるものは知られていない。
本発明は、目的の流体を検出するためのDNAトレーサーを使用するためのシステム、方法、およびキットを提供し、供給源特異的トレーサーを生成する方法を含み、さらに供給源流体へのトレーサーの適用後のトレーサーを含んでもよい液体サンプルを適用し、解釈する方法を含む。本発明のいくつかの例示的実施形態は、水利権を分析し、地質学的または環境的修復を研究し、工業化学物質、廃棄物または流出物を追跡し、液化炭酸ガスの漏洩を検知し、生体試料により液体の流れを追跡し、その起源を決定するために燃料をマーキングし、エネルギー発生供給源を追跡するための、トレーサーの使用を含む。
トレーサーは、糖、リン酸基および核酸塩基または核酸塩基類似体からなる生体高分子であるヌクレオチド鎖からなる。好ましい実施形態では、ヌクレオチドがヌクレオチド類似体の代わりに用いられる。核酸塩基は、DNAにおいては、2つのヌクレオチド鎖間の架橋を形成する水素結合対を形成する、窒素系分子である。核酸塩基類似体はお互いに結合しない場合、非窒素系塩基が含まれるが、それでもヌクレオチド鎖の長さに沿った配列を形成することができる。ヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体はまた、五炭糖、リボースまたは2−デオキシリボースのいずれか、およびリン酸基、P043−を含む。このように得られたヌクレオチド鎖は、特定の供給源用に設計された個々のトレーサーの各々にユニークなタグとしてカスタマイズすることができる配列を含有する。得られた鎖はまた、配列から形成された特定の水素結合を介して三次元(3−D)構造を形成することができ、コンパクトさを増加させる。
ヘアピン構造、ループ、またはスキャフォールディング構成を含むことができ、3−D構造は、高い剪断力への露出度を減少させ、温度または化学的分解に対する耐性を増加させる。好ましくは、単一のヘアピン構造は、耐久性と弾力性を付与する塩基ステップのループ部と、識別のために使用されるダングリング(dangling)末端の一対を含むように設けられている。鎖の長さおよび核酸塩基の特定の種類への分布も鎖の強度を高める。本発明の一実施形態の方法によれば、発生供給源の液体またはシステムに注入される前に、トレーサーは、水と混合し、目的の流体に添加される。他の実施形態においては、トレーサーは目的の流体と混合するためにより適切な他の液体と混合してもよい。一実施形態では、水圧破砕流体によって汚染されることが疑われるサンプルからの材料は、後にトレーサーについて分析される。このような実施形態では、個々のトレーサー配列は、個々の坑井にマッチングされ、汚染供給源である正確な坑井を同定し、したがって、水圧破砕流体による汚染を識別するための坑井特異的トレーサーを提供する。
本発明の一実施形態では、水圧破砕に使用される炭化水素貯留層に関連付けられた流体の存在を判定するための方法であって、下記の段階:ヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体鎖を含むトレーサーを合成する段階であって、トレーサーは、水圧破砕条件を生存できる能力がある段階;トレーサーの配列を特定の坑井にマッチさせる段階;水でトレーサーを希釈し、そのようにして得られた混合物を水圧破砕流体中に挿入する段階;トレーサーが存在するかどうかを判定するために、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)またはアレイベースの電気検出のような方法によって、地下水などのような環境サンプルを分析する段階、を含む。
また、トレーサーは本質的に、各々の供給源について独自のトレーサーを有するように十分な多様なバリエーションを可能にするヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体配列からなる。好ましくは、トレーサーを水で希釈してもよく、水よりも毒性の任意の他の追加の材料を必要とせずに、目的の流体に直接添加してもよい。トレーサー自体は、生物学的に不活性であり、生物学的システムに重大な害をもたらすものではない材料からなる。本発明の一実施形態においては、そのようなトレーサーは、それが追加される水圧破砕流体よりも環境への毒性がないであろう。また、本発明のトレーサーは、それが添加された発生供給源流体内に見出される可能性がある高塩分、酸性pH、および高金属イオン含有量に耐えることができる。さらに、トレーサーは約70℃超の検出温度を可能にするために十分な長さと、したがって、十分な耐久性がある。別の実施形態では、トレーサーは、約70℃から100℃の間の検出温度を可能にするために十分な長さと十分な耐久性がある。また、好ましくは、トレーサーは、糖およびリン酸鎖をアンフォールディングさせた長さに引き離すことが可能な剪断力に耐えることを可能とする三次元構成を形成することができる。
図1は、mfoldソフトウェアを使用して、トレーサーの二次構造の描写を示す、本発明の一実施形態の図である。図2は、トレーサー構造の自由エネルギー(ΔG)を示す、図1に示す本発明の実施形態の図である。図2に示す例において、37℃でのトレーサー1の折り目、下部三角は最適エネルギーを示し、プロットされた上部三角の塩基対は22であり、最適エネルギーは−35.6であり、プロットファイルにおけるデルタGは0.0kcal/molである。図3は、DNAトレーサー構造を示す、本発明の一実施形態の三次元図を示す図である。特に、示されるように、本発明は、サンプル中の目的の流体の存在を検出するために使用されるDNAトレーサーの方法、システム、およびキットを独自に提供するが、ここでトレーサーは、少なくとも60%のG−C塩基対含量を含む。また、トレーサーは、配列の中央での極めて強い「ループ」と剪断力に耐えるのに十分なほど構造をコンパクトにしつつも、耐久性を付与する二本鎖ステムによって特徴付けられる。トレーサーは、供給源特異的トレーサーを提供するために様々な供給源について切り替えることができるユニークな識別子ダングリング末端を有している。特に、100℃近辺でアンフォールディングするトレーサーのヘアピン構造がある;また、それは、より高い温度で分解しない。
本発明による分子特定するための方法において、トレーサーがDNA配列、核酸からなる、少なくとも1つのDNAトレーサーが提供される。このような配列は、人工的に合成され、国立衛生研究所の簡易局所的アラインメント検索ツール(BLAST)に基づくと、自然には見られない。DNAトレーサーは、図1、2および3に示すように、その一部が鎖の他の一部との二重鎖であって、折り畳み部分がループである約半分に折られた一本鎖であり、「ヘアピン」構造を形成し、他の末端とは対形成しない末端部分がダングリングし、浮遊している一本鎖DNAである。
本発明の一実施形態では、方法段階はさらに、例えば、限定ではなく一例として、水圧破砕作業の混合プロセスのような、特定の工業用途の正規プロセス中に目的の流体にトレーサーを加えることを含む。工業システム内に、混合から注入へ、連続的な流れがある場合には、注入の初期近くの流体にトレーサーを混合する。本発明の一実施形態では、フローバックまたは水圧破砕システムの生成水を、サンプリングのためおよびトレーサーが水中に存在することを確認するために提供する。
トレーサーを使用する方法の一実施形態においては、試験流体のためのシステムおよびキットが提供される。本発明の別の実施形態では、水サンプルはPCR阻害物質を除去するためにエタノールリンスで洗浄され、配列は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅され、その結果は、例えば、ゲル電気泳動などの検出方法を用いて検出される。2つのセットの試験が提供される:PCRにおける複数のプライマーの組み合わせを介するかまたはそのDNAトレーサーと相互作用するユニバーサルトレーサーのいずれかを介して、本明細書に上述のように、本発明に記載のDNAトレーサーの存在または不在を検出するための第1のセットの試験;ならびに、陽性結果または第1のセットの試験が不確実な結果であった場合のみに実施される第2のセットの試験。第2のセットの試験は、どのダングリング末端のセットが、検出されたDNAトレーサーとともに使用されたかを識別する。ダングリング末端のセットを識別する段階は、PCRにおける各々の対のプライマーの試験を分離し、特定の坑井に一致する結果を絞り込むか減少させる(すなわち、坑井特異的トレーサーを検出する)ことを含む。
シーケンス生成。DNA配列は、生物学的環境でのトレーサー成分として安全に使用するために設計された。生物学的環境のいくつかの例は、生体試料、注射可能な医薬品のような注射のために意図された製品、および生命の生態系に入ることができる物質を含む。
DNA配列設計の第1の方法は、天然のDNAでまれあるいは全く出現しない配列の選択を伴うものであった。DNAは、生物学的分子を生成するために生体によって使用される情報をコードしているため、自然界に見出される配列類似性を最小化しているDNAトレーサー配列は比較的に生物学的に不活性であり、したがって、天然に存在する配列よりも安全であると期待される。
DNA配列設計の第2の方法は、1つまたは複数の終止コドンをDNA配列に組み込まれることを追加要件として組み込んだ。終止コドンはDNA配列からのタンパク質翻訳を終結させ、したがって、それらの存在は、生物学的に不活性と、それゆえそれらの安全性を高めることが期待される。実証の目的のために、以下に同定された配列は、配列に対していくつかの異なる位置における終止コドンを含む。
配列セット番号1:天然に存在するDNA配列に対する最小類似性について設計されたDNA配列。R言語で書かれたソフトウェアを使用して、大気雑音に基づいたランダムな整数を生成するために乱数サーバ(random.org)を使用した。1と4の間の整数である、これらの数値は、その後、核酸塩基(「A、」「T、」「G、」「C」)に翻訳され、ユーザーが指定した長さ(この場合、35ヌクレオチド長)に連結された。配列はユニークであって自然界には存在してなかったことを確認するために、配列は、既知の生物学的配列の国立衛生研究所BLASTデータベースに対してバッチ−スクリーニングし、これらの配列から最も少ないアラインメントを持つ4つを保持した。
配列セット番号2:天然のDNA配列に対する最小類似性と、全体に分散した終止コドンを有することの両方について設計されたDNA配列。R言語を用いて、ユーザー指定の長さ(この場合、51ヌクレオチド長)のランダムなDNA配列を生成するために、ソフトウェアが開発された。3つのランダムDNA終止コドン(「TAG」、「TAA」または「TGA」)の1つがその後、指定された点において配列に意図的に挿入された。そのソフトウェアは6つの方法の1つを使用して終止コドンを挿入するように設計され(図4参照)、各々のカテゴリーに名前が与えられた。
第1(400):終止コドン(401)は配列の最前部3分の1内のランダムな点において挿入される。
第3(402):終止コドン(403)は配列の後方部3分の1内のランダムな点において挿入される。
第2(404):終止コドン(405)は配列の中央部3分の1内のランダムな点において挿入される。
第1第3(406):終止コドンは配列の最前部(407)および後方部(408)3分の1内のランダムな点において挿入される。
相補配列(409):終止コドン相補配列(「ATC、」「ATT、」または「ACT」)は配列の最前部および後方部3分の1内のランダムな点(410)において挿入される。
3フレーム(411):ランダムな終止コドンは各々の3つのリーディングフレーム(−1、0、および+1)中に挿入される(412)。
非類似性要件および終止コドン要件のいずれかの両方を満たす配列は、追加の望ましい特性についてスクリーニングされ、次のセクションで説明され、図5に示したフローチャートによりまとめられた。
配列スクリーニング。
ステップ1(500−ランダム):120ランダム配列はRソフトウェアのコードを使用して3回を超える実行を施して生成した。配列は、その後、4つのフィルタに通過させた:NIHのBLASTアラインメントアルゴリズムツール、挿入および付加的なバックグラウンドの終止コドンについての手動チェック、連続したモノヌクレオチド(塩基反復配列)、および二次構造の一般的な分析。
ステップ1(500−ランダム):120ランダム配列はRソフトウェアのコードを使用して3回を超える実行を施して生成した。配列は、その後、4つのフィルタに通過させた:NIHのBLASTアラインメントアルゴリズムツール、挿入および付加的なバックグラウンドの終止コドンについての手動チェック、連続したモノヌクレオチド(塩基反復配列)、および二次構造の一般的な分析。
ステップ2(501−挿入終止コドン):Rによって生成されたすべてのランダムな配列は、その後、6つの終止コドンの位置構成のいずれかにおいて終止コドンを含むように変更された。
ステップ3(502−非重複):ステップ2からの配列は、国立衛生研究所の簡易局所的アラインメント検索ツール(BLAST)に入力した。既知の生物学的配列について1つまたは少数のアラインメントを有する配列のみを、ステップ4に渡した。
ステップ4(503−手動終止コドン検索):アラインメントを1つだけ持つ配列について、そのアラインメントの長さをヌクレオチド塩基換算カウントについて決定した。次に、各々の終止コドン位置カテゴリーについて標的コドンを手動検索し、全コドン数についてカウントした。このカウントは、後で参照するために記録した。
ステップ5(504−連続塩基対検索およびスコア):長いヌクレオチドの並び(run;ラン)を含有する配列をスクリーニングした。A、T、C、およびG塩基対の各々の並びの数を数えた。各塩基対について、最長の並びの長さを記録した;単一の候補配列のための並びの長さの合計は、予備非加重スコアを作成するために使用された。低いスコアを持つ候補配列は、我々の目的について、より高い適合性を有するとみなした。適格な配列は、その後、次のフィルタに渡された。
ステップ6(505−二次構造スコア):標準状態(37℃、1M Na+)での二次構造について候補配列を分析した。より少ない二次構造(ループ、擬似ノット)を示す配列がより好ましいと考えられ、これらの構造の数を、各々の配列について記録した。最終スコアは、各々の候補配列について、全塩基対のスコアおよび二次構造のスコアを合計することによって計算した。最も低いスコアを有する各々のカテゴリーからの代表的な配列が、承認された配列として選択された。
一実施形態では、1つまたは複数のトレーサーオリゴヌクレオチドは、試料採取時の生体試料に関連している。別の実施形態において、1つまたは複数のトレーサーオリゴヌクレオチドは、試料採取時の生物学的薬剤と関連している。トレーサーオリゴヌクレオチドは、特定のアイデンティティと関連している。採取後の時点では、試料は、既知の生物学的配列と重複が最小であるトレーサー配列からの干渉無しに、臨床的に関連する分析アッセイを受けることができる。さらに、試料のアイデンティティは、限定することなく一例として、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)検出方法を用いて、生体試料の分析を行うことによって決定することができる。
別の実施形態では、少なくとも1つのトレーサーオリゴヌクレオチドは、識別のための採取時の試料と関連している。一例として、PCR増幅プロセスの任意の時点において、試料の一部を採取してもよく、2つ以上のヌクレオチド配列:トレーサーオリゴヌクレオチドおよびPCR産物内の天然に存在するヌクレオチド配列、について試験してもよい。トレーサーおよびPCR産物オリゴヌクレオチドの検出は、いくつかの方法を用いて同時に行うことができる;そのような方法の1つは、相補的なオリゴヌクレオチド配列の使用である。
一実施形態では、認証で使用するための核酸配列を構築する方法は、以下の段階が含まれる:(1)ユーザーが指定した長さの複数の核酸配列をランダムに生成する段階;(2)複数の核酸配列を既知の生物学的配列と比較する段階;および(3)比較に基づいて、既知の生物学的配列について1つまたは0個のアラインメントを有する核酸配列を選択する段階。さらに、本実施形態は、複数の核酸配列のそれぞれに少なくとも1つの終止コドンを組み込む付加的な段階を含んでもよい。それとは別に、付加的な段階は、複数の核酸配列のそれぞれに少なくとも1つの終止コドンの相補配列を組み込むことを含んでもよい。それとは別に、付加的な段階は、核酸配列と既知の生物学的配列との間のアラインメントの長さを決定すること、および既知の生物学的配列とのアラインメントのうち、所定の長さを超えたアラインメントを有する核酸配列を除くことを、含んでもよい。それとは別に、付加的な段階は、核酸配列中の各ヌクレオチドについて連続したモノヌクレオチドの並びの長さを決定すること、および所定の長さを超えた、少なくとも1つの連続したモノヌクレオチドの並びを有する核酸配列を除くことを、含んでもよい。それとは別に、付加的な段階は、複数の核酸配列の各々の二次構造を決定すること、および所定の数を超えた、二次構造の数を有する核酸配列を除くことを、含んでもよい。以前の代替例において、二次構造は、一実施形態においては、ループおよび擬似ノットからなる群から選択され得る。
ある種の修飾および改良は、前述の記載を読む際に当業者に想起される。本発明に記載の方法、システム、およびキットは、特定の用途について記載されている一方で、限定ではなく一例として、水権を検出および追跡すること、科学的分析のために地下水や地表水システムをトレースすること、および例えば、環境修復のための地質学の研究のためにトレースすること、他の分野での説明責任のために化学物質、廃棄物または他の流体をトレースすること、炭素隔離、液化炭酸ガスの漏洩を検出すること、燃料をトレースすること、生命の生態系や生体試料を通る流体を追跡すること、またはエネルギー発生システムにトレーサーを埋め込むこと、に適用されてもよい。上記の実施例は、本発明の態様を明確にする目的に供するために提供されるものであり、それらは本発明の範囲を限定するものではないことは、当業者には明らかであろう。すべての修飾および改良は、簡潔性と可読性のために本明細書から削除されているが、適切に本発明の範囲内である。
Claims (20)
- 流体の汚染を判定するための方法であって、
流体のサンプルを準備する工程;
サンプルを洗浄する工程;
DNAトレーサーの存在または不在を検出するための第1のセットの試験を行う工程であって、DNAトレーサーはヘアピン構成およびダングリング末端のセットを含み、それによって、試験する流体中にDNAトレーサーが存在することを検出することにより流体の汚染を判定するための試験段階を準備する工程を含む、方法。 - DNAトレーサーの存在を検出する工程が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)において複数のプライマーの混合物を使用することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- DNAトレーサーの存在を検出する工程が、DNAトレーサーと相互作用するユニバーサルトレーサーを使用することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 第1のセットの試験から肯定的な結果が得られる場合に実行される第2のセットの試験を行う工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 第1のセットの試験から不確実な結果が得られる場合に実施される第2のセットの試験を行う工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- PCRにおける各々のプライマーの対の単離試験をさらに含むダングリング末端のセットを識別する工程をさらに含む、請求項4に記載の方法。
- 特定の流体供給源と一致するように、第2のセットの試験の結果を減少させる工程をさらに含む、請求項6に記載の方法。
- サンプルが配列増幅のためにエタノールリンスまたはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)阻害剤除去で洗浄される、請求項1に記載の方法。
- 検出方法がゲル電気泳動を含む、請求項1に記載の方法。
- 流体の汚染を判定するためのトレーサーであって、トレーサーがヘアピンおよびダングリング末端を含むDNA構造を含み、構造が耐久性であり、および構造が供給源の検出のために提供されるものである、トレーサー。
- ヘアピンが、およそ半分に折り畳まれた一本鎖のDNAを含み、一本鎖の一部分が一本鎖の別の部分とともに二本鎖化され、その折り畳まりにおいてループを有し、ループがヘアピンを形成するものである、請求項10に記載のトレーサー。
- ダングリング末端がDNA構造の一本鎖の他端と対形成しない、請求項10に記載のトレーサー。
- ダングリング末端が自由に浮遊した一本鎖DNA構造を有する、請求項10に記載のトレーサー。
- トレーサーの配列が、天然に見出される現存のDNA配列から区別可能であり、終止コドン配列を含むものである、請求項10に記載のトレーサー。
- 少なくとも1つのトレーサーを含む、流体の汚染を判定するためのシステムであって、少なくとも1つのトレーサーがヘアピンおよびダングリング末端を含むDNA構造を含み、構造が耐久性であり、および構造が供給源の検出のために提供されるものである、システム。
- ヘアピンが、およそ半分に折り畳まれた一本鎖のDNAを含み、一本鎖の一部分が一本鎖の別の部分とともに二本鎖化され、その折り畳まりにおいてループを有し、ループがヘアピンを形成するものである、請求項15に記載のシステム。
- ダングリング末端がDNA構造の一本鎖の他端と対形成しない、請求項15に記載のシステム。
- ダングリング末端が自由に浮遊した一本鎖DNA構造を有する、請求項15に記載のシステム。
- 少なくとも1つのトレーサーが、1つの流体供給源特異的トレーサーをさらに含む、請求項15に記載のシステム。
- 少なくとも1つの流体供給源特異的トレーサーが、地下水供給源、地表水供給源、流体汚染の潜在的な供給源、閉ループ工業活動システム、または閉ループエネルギー生成システムと関連している、請求項19に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (5)
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