JP2017504039A - 高精度での単一分子解析 - Google Patents
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Abstract
Description
WO2006/013110は、固定化形態で核酸分解および/または核酸合成酵素分子を提供するステップ、固定化酵素をフリーの核酸分子と接触させるステップ、および、核酸ビルディングブロックが、核酸分子に取り込まれるとき、および/または、核酸分子から切断されるときに生じる時間依存的な蛍光変化に基づき、複数の核酸分子の塩基配列を同時に決定するステップを含む、多重シーケンスプロセスを開示する。
WO2013/131888は、特に単一分子での、核酸分子のパラレルハイスループットシーケンスのためのプロセスを開示し、環状核酸テンプレート分子の使用を含む。
−支持体上に解析すべき単一分子を配置するための少なくとも1つのサンプルスポットを備える支持体、
−支持体上の少なくとも1つの単一分子の位置に少なくとも1つの照らされたボリュームエレメント(例えば共焦点ボリュームエレメント)を提供する、光源(具体的には多点レーザー)、および
−支持体上の個々の単一分子からの単一光子の検出を可能にする検出器(具体的には多ピクセル検出器)。
必要なシーケンス回数=Log(1−ε)/Log(1−pN) (1)
pseq=pN (2)
これは、以下と等しい。
これは、以下と等しい。
(a)支持体上の個々のサンプルスポットに配置された解析すべき少なくとも1つの単一分子を提供するステップ、ここで、前記スポットは、約1〜20nmの範囲の直径を有し、各個々のスポットの間の距離は、スポットの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍である、
(b)個々のサンプルスポットにおいて光源を用いて単一分子を個々に照らすステップ、ここで前記光源は、サンプルスポットにおいて少なくとも1つの照らされたボリュームエレメントを提供する、
(c)少なくとも1つの検出ピクセルを備える光検出器を用いて前記単一分子からの光を個々に検出するステップ、ここで、検出器上の前記検出ピクセルは、約0.5μm〜50μmの範囲の直径を有し、各検出ピクセル間の距離は、検出ピクセルの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍、具体的には少なくとも3倍または少なくとも5倍である、および
(d)個々の検出ピクセルからの検出光を、個々のスポット上に配置された単一分子と関連する事象と関連付けるステップ、
ここで、支持体上の検出ピクセルの光学投射は、約100nm〜5μmの範囲の直径を有し、個々のサンプルスポットは、支持体上の単一検出ピクセルの投射(具体的には、支持体上の単一検出ピクセルの投射の中央)に並べられる。
(a)支持体上の個々のサンプルスポットにそれぞれ配置された複数の解析すべき単一分子を提供するステップ、ここで、前記スポットは、約1〜20nmの範囲の直径を有し、個々のスポットの間の距離は、スポットの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍である
(b)個々のサンプルスポットにおいて光源を用いて単一分子を個々に照らすステップ、ここで前記光源は、サンプルスポットにおいて複数の個々の照らされたボリュームエレメントを提供する
(c)前記単一分子から放射される光を、光検出器を用いて個々に検出するステップ、ここで、光検出器は、複数の検出ピクセルを備え、検出器上の前記検出ピクセルは、約0.5μm〜50μmの範囲の直径を有し、前記検出ピクセルの間の距離は、検出ピクセルの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍、具体的には少なくとも3倍または少なくとも5倍である、および
(d)個々の検出ピクセルからの検出光を、個々のスポット上に配置された単一分子と関連する事象と関連付けるステップ
ここで、支持体上の検出ピクセルの光学投射は、約100nm〜5μmの範囲の直径を有し、個々のサンプルスポットは、支持体上の単一検出ピクセルの投射(具体的には、支持体上の単一検出ピクセルの投射の中央)に並べられる。
−支持体の個々のサンプルスポットにおいて、(i)単一核酸分子、(ii)核酸合成酵素分子および/または核酸分解酵素分子、および(iii)フリーの形態および/または核酸分子内の取り込まれた蛍光標識ヌクレオチドビルディングブロックを、提供するステップ、
−酵素反応を行なうステップ、ここで、ヌクレオチドビルディングブロックは、前記単一核酸分子内に取り込まれる、および/または、前記単一核酸分子から切断される、および
−ヌクレオチドビルディングブロックが、前記単一核酸分子に取り込まれるとき、および/または、前記単一核酸分子から切断されるときに生じる、時間依存的蛍光変化に基づき、核酸分子の塩基配列を個々に決定するステップ。
(a)固定化形態の少なくとも1つの核酸合成酵素分子、環状または線状の核酸テンプレート、前記テンプレートにアニールしたプライマーまたは前記核酸テンプレートにアニールすることが可能なプライマー、および蛍光標識ヌクレオチドビルディングブロックを、提供するステップ、
(b)前記固定化核酸合成酵素分子により触媒されるプライマー伸長において、前記ヌクレオチドビルディングブロックを取り込んだ、核酸テンプレート分子の配列と相補の核酸分子を生産するステップ、
(c)場合により、前記の生産された核酸分子を核酸分解酵素分子と接触させて、前記核酸分解酵素分子により触媒されるヌクレアーゼ消化において、個々のヌクレオチドビルディングブロックを前記の生産された核酸分子から切断するステップ、および
(d)ヌクレオチドビルディングブロックが、プライマー伸長中に取り込まれるとき、および/または、ヌクレアーゼ消化中に切断されるときに生じる、時間依存的蛍光変化に基づき、前記核酸テンプレート分子の塩基配列を決定するステップ。
(a)核酸合成酵素、固定化形態の環状または線状の核酸テンプレート分子、前記テンプレートにアニールしたプライマーまたは前記核酸テンプレートにアニールすることが可能なプライマー、および蛍光標識ヌクレオチドビルディングブロックを、提供するステップ、
(b)前記核酸合成酵素分子により触媒されるプライマー伸長において、前記ヌクレオチドビルディングブロックを取り込んだ、前記固定化核酸テンプレートの配列に相補の核酸分子を生産するステップ、
(c)場合により、前記の生産された核酸分子を核酸分解酵素分子と接触させて、前記核酸分解酵素分子により触媒されるヌクレアーゼ消化において、個々のヌクレオチドビルディングブロックを前記の生産された核酸分子から切断するステップ、および
(d)ヌクレオチドビルディングブロックが、プライマー伸長中に取り込まれるとき、および/または、ヌクレアーゼ消化中に切断されるときに生じる、時間依存的蛍光変化に基づき、前記核酸テンプレートの塩基配列を決定するステップ。
(a)固定化形態の少なくとも1つの核酸分解酵素分子、蛍光標識ヌクレオチドビルディングブロックを含む核酸分子を提供するステップ、
(b)前記核酸分解酵素分子を前記核酸分子と接触させて、前記核酸分解酵素分子により触媒されるヌクレアーゼ消化において、個々のヌクレオチドビルディングブロックを前記核酸分子から切断するステップ、および
(c)ヌクレアーゼ消化中にヌクレオチドビルディングブロックが切断されるときに生じる時間依存的蛍光変化に基づいて、前記核酸分子の塩基配列を決定するステップ。
(a)固定化形態の蛍光標識ヌクレオチドビルディングブロックを含む少なくとも1つの核酸分子、および、核酸分解酵素分子を提供するステップ、
(b)核酸分子を核酸分解酵素分子と接触させて、前記核酸分解酵素分子により触媒されるヌクレアーゼ消化において、個々のヌクレオチドビルディングブロックを前記核酸分子から切断するステップ、および
(c)ヌクレアーゼ消化中にヌクレオチドビルディングブロックが切断されるときに生じる時間依存的蛍光変化に基づき、前記核酸分子の塩基配列を決定するステップ。
(b)個々のスポットで単一分子を個々に照らすための、支持体上のサンプルスポットにおいて少なくとも1つの個々の照らされたボリュームエレメントを提供する光源
(c)個々のスポットにおいて単一分子から放射される光を個々に検出するための、少なくとも1つの検出ピクセルを備える光検出器、ここで、前記検出ピクセルは、約0.5μm〜50μmの範囲の直径を有し、前記検出ピクセルの間の距離は、検出ピクセルの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍である、および
(d)個々の検出ピクセルからの検出シグナルを、個々のスポット上に配置された単一分子と関連する事象と関連付けるための手段、
ここで、支持体上の検出ピクセルの光学投射は、約100nm〜5μmの範囲の直径を有し、個々のサンプルスポットは、支持体上の単一検出ピクセルの投射(具体的には、支持体上の単一検出ピクセルの投射の中央)に並べられる。
(a)解析すべき単一分子を個々のスポット上に配置するための複数のサンプルスポットを備える支持体、ここで、前記スポットは、約1〜20nmの範囲の直径を有し、個々のスポットの間の距離は、スポットの直径の少なくとも約10倍、好ましくは約20〜500倍である、
(b)個々のスポットで単一分子を個々に照らすための、支持体上のスポットにおいて複数の個々の照らされたボリュームエレメントを提供する光源
(c)個々のスポットにおいて単一分子から放射される光を個々に検出するための、複数の検出ピクセルを備える光検出器、ここで、検出器上の前記検出ピクセルは、約0.5μm〜50μmの範囲の直径を有し、前記検出ピクセルの間の距離は、検出ピクセルの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍である、および
(d)個々の検出ピクセルからの検出光を、個々のスポット上に配置された単一分子と関連する事象と関連付けるための手段、
ここで、スポットは、支持体表面上の領域、例えば、金属、半金属またはシランの領域を含んでよい。
p(二本鎖DNAを用いた方法により一塩基が正確に決定される)=p(2−p) (6)
Claims (30)
- 単一分子を解析するためのプロセスであって、
以下のステップ:
(a)支持体上の個々のサンプルスポットに配置された解析すべき少なくとも1つの単一分子を提供するステップ、ここで、前記スポットは、約1〜20nmの範囲の直径を有し、各個々のスポットの間の距離は、前記スポットの直径の少なくとも約10倍、好ましくは約20〜500倍である、
(b)個々のサンプルスポットにおいて光源を用いて単一分子を個々に照らすステップ、ここで、前記光源は、前記サンプルスポットにおいて少なくとも1つの照らされたボリュームエレメントを提供する、
(c)少なくとも1つの検出ピクセルを備える光検出器を用いて前記単一分子からの光を個々に検出するステップ、ここで、前記検出器上の前記検出ピクセルは、約0.5μm〜50μmの範囲の直径を有し、各検出ピクセル間の距離は、前記検出ピクセルの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍である、および
(d)個々の検出ピクセルからの検出光を、個々のスポット上に配置された単一分子と関連する事象と関連付けるステップ、
を含み、
ここで、前記支持体上の検出ピクセルの光学投射は、約100nm〜5μmの範囲の直径を有し、個々のサンプルスポットは、前記支持体上の単一検出ピクセルの投射(具体的には、前記支持体上の単一検出ピクセルの投射の中央)に並べられる、
プロセス。 - 単一分子を解析するためのプロセスであって、
以下のステップ:
(a)支持体上の個々のサンプルスポットにそれぞれ配置された複数の解析すべき単一分子を提供するステップ、ここで、前記スポットは、約1〜20nmの範囲の直径を有し、個々のスポットの間の距離は、前記スポットの直径の少なくとも約10倍、好ましくは約20〜500倍である
(b)個々のスポットにおいて光源を用いて単一分子を個々に照らすステップ、ここで、前記光源は、前記サンプルスポットにおいて複数の個々の照らされたボリュームエレメントを提供する
(c)前記単一分子から放射される光を、光検出器を用いて個々に検出するステップ、ここで、前記光検出器は、複数の検出ピクセルを備え、前記検出器上の前記検出ピクセルは、約0.5μm〜50μmの範囲の直径を有し、各検出ピクセル間の距離は、前記検出ピクセルの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍である、
および
(d)個々の検出ピクセルからの検出光を、個々のスポット上に配置された単一分子と関連する事象と関連付けるステップ
を含み、
ここで、前記支持体上の検出ピクセルの光学投射は、約100nm〜5μmの範囲の直径を有し、個々のサンプルスポットは、前記支持体上の単一検出ピクセルの投射(具体的には、前記支持体上の単一検出ピクセルの投射の中央)に並べられる、
プロセス。 - 請求項1または2のプロセスであって、
個々のサンプルスポットの中央は、前記支持体上の単一検出ピクセルの投射の中央に、≦5nm、≦2nmまたは≦1nmの位置精度で並べられる、
プロセス。 - 請求項1から3のいずれか一項のプロセスであって、
前記支持体上の個々のサンプルスポットの間の距離は、前記支持体上の検出ピクセルの光学投射の間の距離と同等である、
プロセス。 - 請求項1から4のいずれか一項のプロセスであって、
前記検出光は、場合により検出可能な標識基から、具体的には蛍光標識基から、放射される、
プロセス。 - 請求項1から5のいずれか一項のプロセスであって、
単一核酸分子をシーケンスするため、具体的には、複数の単一核酸分子を並行してシーケンスするための、
プロセス。 - 請求項1から6のいずれか一項のプロセスであって、
以下のステップ:
−前記支持体の個々のスポットにおいて、(i)単一核酸分子、(ii)核酸合成酵素分子および/または核酸分解酵素分子、および(iii)フリーの形態および/または前記核酸分子に取り込まれた蛍光標識ヌクレオチドビルディングブロック、を提供するステップ、
−酵素反応を行なうステップ、ここで、ヌクレオチドビルディングブロックは、前記単一核酸分子に取り込まれる、および/または、前記単一核酸分子から切断される、および
−ヌクレオチドビルディングブロックが、前記単一核酸分子に取り込まれるとき、および/または、前記単一核酸分子から切断されるときに生じる、時間依存的蛍光変化に基づき、前記核酸分子の塩基配列を個々に決定するステップ、
を含む、
プロセス。 - 請求項6または7のプロセスであって、
前記単一核酸分子は環状であるか、または、前記単一核酸分子は線状である、
プロセス。 - 請求項7から8のいずれか一項のプロセスであって、
前記核酸合成酵素分子および/または前記核酸分解酵素分子は、固定化形態である、
プロセス。 - 請求項7から8のいずれか一項のプロセスであって、
前記核酸分子は、固定化形態である、
プロセス。 - 請求項1から10のいずれか一項のプロセスであって、
前記支持体は平面を有する、
プロセス。 - 請求項1から11のいずれか一項のプロセスであって、
前記支持体は、ガラス、プラスチック、金属、石英、半金属、金属酸化物または複数の前記材料を含む複合材料から選択される表面を有する、
プロセス。 - 請求項1から12のいずれか一項のプロセスであって、
サンプルスポットは、前記支持体上の被覆された表面領域、または、前記支持体上の表面上に蒸着された粒子を備える、
プロセス。 - 請求項1から13のいずれか一項のプロセスであって、
サンプルスポットおよび/またはその上に蒸着された粒子の表面は、Au、Ag、Cr、NiまたはAlなどの金属、半金属またはシランである、
プロセス。 - 請求項1から14のいずれか一項のプロセスであって、
サンプルスポットおよび/またはその上に蒸着された粒子の表面は、捕捉試薬、例えばビオチン、ストレプトアビジンまたはその他の高親和性捕捉試薬により修飾される、
プロセス。 - 請求項1から15のいずれか一項のプロセスであって、
前記支持体上の検出ピクセルの投射は、前記検出器上の検出ピクセルよりも約10〜200倍小さい、
プロセス。 - 請求項1から16のいずれか一項のプロセスであって、
前記検出器は、多点シングルフォトンアバランシェ検出器(SPAD)である、
プロセス。 - 請求項1から17のいずれか一項のプロセスであって、
前記検出器は、103〜106の個々の検出ピクセルを備える、
プロセス。 - 請求項1から18のいずれか一項のプロセスであって、
検出ピクセルに対するサンプルスポットの位置は、調節素子(例えば、圧電調節素子)により並べられる、
プロセス。 - 請求項1から19のいずれか一項のプロセスであって、
前記光源は、多点レーザーである、
プロセス。 - 請求項1から20のいずれか一項のプロセスであって、
前記の複数の個々の照らされたボリュームエレメントは、回折光学素子により提供される、
プロセス。 - 請求項1から21のいずれか一項のプロセスであって、
解析すべき前記分子は、少なくとも部分的に光透過性の支持体を通して照らされ、
ここで、前記支持体を通して放射される放射光が決定される、
プロセス。 - 請求項22のプロセスであって、
光は、前記支持体を通して放射され、エバネッセント励起域の形成は、照らされたサンプルスポットの領域内の支持体表面での内反射により、具体的には全内反射(TIR)により生じる、
プロセス。 - 請求項1から23のいずれか一項のプロセスであって、
回折光学素子が、TIRセットアップにおいて励起光ビームに導入される、
プロセス。 - 請求項1から24のいずれか一項のプロセスであって、
前記検出は、場合により波長特異的な検出と組み合わせて、励起状態の寿命の検出を含む、
プロセス。 - 請求項1から25のいずれか一項のプロセスの使用であって、
配列の集団内のサブシーケンスの度数および/または分布を決定するための、
使用。 - 請求項26の使用であって、
前記集団は、少なくとも10、少なくとも102、少なくとも103、または少なくとも104の個々のメンバーを含む、
集団。 - 少なくとも1つの個々の単一分子を解析するため、例えば、少なくとも1つの核酸分子をシーケンスするための、デバイスであって:
(a)解析すべき単一分子を個々のスポット上に配置するための少なくとも1つのサンプルスポットを備える支持体、ここで、前記スポットは、約1nm〜20nmの範囲の直径を有し、個々のスポットの間の距離は、前記スポットの直径の少なくとも約10倍、好ましくは約20〜500倍である、
(b)個々のスポットで単一分子を個々に照らすための、前記支持体上のサンプルスポットにおいて少なくとも1つの個々の照らされたボリュームエレメントを提供する光源
(c)個々のスポットで単一分子から放射される光を個々に検出するための、少なくとも1つの検出ピクセルを備える光検出器、ここで、前記検出ピクセルは、約0.5μm〜50μmの範囲の直径を有し、前記検出ピクセルの間の距離は、前記検出ピクセルの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍である、および
(d)個々の検出ピクセルからの検出シグナルを、個々のスポット上に配置された単一分子と関連する事象と関連付けるための手段、
を備え、
ここで、前記支持体上の検出ピクセルの光学投射は、約100nm〜5μmの範囲の直径を有し、個々のサンプルスポットは、前記支持体上の単一検出ピクセルの投射(具体的には、前記支持体上の単一検出ピクセルの投射の中央)に並べられる、
デバイス。 - 単一分子を解析するためのデバイスであって:
(a)解析すべき単一分子を個々のスポット上に配置するための複数のサンプルスポットを備える支持体、ここで、前記スポットは、約1〜20nmの範囲の直径を有し、個々のスポットの間の距離は、前記スポットの直径の少なくとも約10倍、好ましくは約20〜500倍である、
(b)個々のスポットで単一分子を個々に照らすための、前記支持体上の前記スポットにおいて複数の個々の照らされたボリュームエレメントを提供する光源
(c)個々のスポットで単一分子から放射される光を個々に検出するための、複数の検出ピクセルを備える光検出器、ここで、前記光検出器上の前記検出ピクセルは、約0.5μm〜50μmの範囲の直径を有し、前記検出ピクセルの間の距離は、前記検出ピクセルの直径の少なくとも約2倍、好ましくは約3〜10倍である、および
(d)個々の検出ピクセルからの検出光を、個々のスポット上に配置された単一分子と関連する事象と関連付けるための手段、
を備え、
ここで、前記支持体上の検出ピクセルの光学投射は、約100nm〜5μmの範囲の直径を有し、個々のサンプルスポットは、前記支持体上の単一検出ピクセルの投射(具体的には、前記支持体上の単一検出ピクセルの投射の中央)に並べられる、
デバイス。 - 請求項28または29のデバイスの使用であって、
請求項1から25のいずれか一項のプロセスのための、
使用。
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