JP2020508661A - 核酸ベースのデータ保存 - Google Patents

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    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids

Abstract

保存される安全な生体分子ベースの情報の生成および使用のための組成物、デバイス、システム、および方法が本明細書で提供される。情報のバイオエンクリプションまたはバイオデクリプションのための組成物、デバイス、システム、および方法が本明細書でさらに記載される。デジタル配列の核酸ベースの配列への変換は、１つ以上のバイオエンクリプションの方法の選択の工程を含む。【選択図】４Ａ

Description

＜相互参照＞
本出願は、２０１７年２月２２日に出願された米国仮出願第６２／４６２，２８４の利益を主張し、参照によってその全体が本明細書に組込まれる。
＜配列表＞
本出願は、ＡＳＣＩＩフォーマットで電子的に提出された配列表を含み、その全体が引用によって本明細書に組み込まれる。２０１８年２月２０日に作成された上記のＡＳＣＩＩコピーは、４４８５４−７３８＿６０１＿ＳＬ．ｔｘｔのファイル名であり、８，６３６バイトの大きさである。
生体分子ベースの情報保存システム（例えば、ＤＮＡベースの）は、経時的に大きな保存容量および安定性を有している。しかし、拡張可能な、自動化された、非常に正確で、非常に効率的な情報の保存のための生体分子のシステムが必要とされる。加えて、そのような情報の安全性を保護する必要がある。
＜引用による組み込み＞
本明細書で言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、あたかも個々の刊行物、特許、または特許出願が参照により組み込まれるように具体的かつ個々に指示される程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、該方法は：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１つのアイテムを受け取る工程と；（ｂ）少なくとも１つのバイオエンクリプション（ｂｉｏｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ）の形式の選択のための指示を受け取る工程であって、ここで、該バイオエンクリプションの形式は、酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのバイオエンクリプションである、工程と；（ｃ）少なくとも１つのデジタル配列を、選択されたバイオエンクリプションの形式に基づいて複数のオリゴヌクレオチド配列に変換する工程と；（ｄ）オリゴヌクレオチド配列をコード化する複数のオリゴヌクレオチドを合成する工程と；（ｅ）複数のオリゴヌクレオチドを保存する工程とを含む。情報を保存するための方法が本明細書でさらに提供され、ここで、酵素ベースのバイオエンクリプションはＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓベースのバイオエンクリプションを含む。情報を保存するための方法が本明細書でさらに提供され、ここで、酵素ベースのバイオエンクリプションは、表１に示されるような酵素に対して感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む。情報を保存するための方法が本明細書でさらに提供され、ここで、電磁気ベースのバイオエンクリプションは、約０．０１ｎｍ〜約４００ｎｍの電磁波長に対して感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む。情報を保存するための方法が本明細書でさらに提供され、ここで、化学ベースのバイオエンクリプションは、気体のアンモニアまたはメチルアミンの投与に対して感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む。情報を保存するための方法が本明細書でさらに提供され、ここで、親和性ベースのバイオエンクリプションは、配列タグまたは親和性タグに対して感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む。情報を保存するための方法が本明細書でさらに提供され、ここで、親和性タグは、ビオチン、ジゴキシゲニン、Ｎｉ−ニトリロ三酢酸、脱硫ビオチン、ヒスチジン、ポリヒスチジン、ｍｙｃ、赤血球凝集素（ＨＡ）、ＦＬＡＧ、蛍光タグ、タンデムアフィニティー精製（ＴＡＰ）タグ、グルタチオンＳトランスフェラーゼ（ＧＳＴ）、ポリヌクレオチド、アプタマー、抗原、または抗体である。情報を保存するための方法が本明細書でさらに提供され、ここで、２、３、４、または５つのバイオエンクリプションの形式が使用される。情報を保存するための方法が本明細書でさらに提供され、ここで、複数のオリゴヌクレオチドは少なくとも１００，０００のオリゴヌクレオチドを含む。情報を保存するための方法が本明細書でさらに提供され、ここで、複数のオリゴヌクレオチドは少なくとも１００億のオリゴヌクレオチドを含む。
情報を検索するための方法が本明細書で提供され、該方法は、：（ａ）複数のオリゴヌクレオチドを表面から放出する工程と；（ｂ）酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのデクリプション（ｄｅｃｒｙｐｔｉｏｎ）を複数のオリゴヌクレオチドに適用する工程と；（ｃ）複数のオリゴヌクレオチドを濃縮する工程と；（ｄ）核酸配列を生成するために複数のオリゴヌクレオチドから濃縮されたオリゴヌクレオチドを配列決定する工程と；（ｅ）核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に変換する工程であって、ここで、少なくとも１つのデジタル配列は情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、工程とを含む。情報を検索する方法が本明細書でさらに提供され、ここで、複数のオリゴヌクレオチドのデクリプションは、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体を複数のオリゴヌクレオチドに適用することを含む。情報を検索する方法が本明細書でさらに提供され、ここで、酵素ベースのデクリプションは、表１に示されるような酵素を適用することを含む。情報を検索する方法が本明細書でさらに提供され、ここで、電磁気ベースのデクリプションは、約０．０１ｎｍ〜約４００ｎｍの波長を適用することを含む。情報を検索する方法が本明細書でさらに提供され、ここで、化学ベースのデクリプションは、気体のアンモニアまたはメチルアミンの投与を適用することを含む。情報を検索する方法が本明細書でさらに提供され、ここで、親和性ベースのデクリプションは、配列タグまたは親和性タグを適用することを含む。情報を検索する方法が本明細書でさらに提供され、ここで、親和性タグは、ビオチン、ジゴキシゲニン、Ｎｉ−ニトリロ三酢酸、脱硫ビオチン、ヒスチジン、ポリヒスチジン、ｍｙｃ、赤血球凝集素（ＨＡ）、ＦＬＡＧ、蛍光タグ、タンデムアフィニティー精製（ＴＡＰ）タグ、グルタチオンＳトランスフェラーゼ（ＧＳＴ）、ポリヌクレオチド、アプタマー、抗原、または抗体である。情報を検索する方法が本明細書でさらに提供され、ここで、デクリプションの２、３、４、または５つの形態が使用される。
情報を保存するためのシステムが本明細書で提供され、該システムは、：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１つのアイテムのための機械命令および少なくとも１つのバイオエンクリプションの形式の選択のための機械命令を受け取る受信ユニットであって、ここで、該バイオエンクリプションの形式は、酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのバイオエンクリプションである、受信ユニットと；（ｂ）選択されたバイオエンクリプションの形式に基づいて、少なくとも１つのデジタル配列を複数のオリゴヌクレオチド配列に自動的に変換するプロセッサーユニットと；（ｃ）オリゴヌクレオチド配列をコード化する複数のオリゴヌクレオチドを合成するのための機械命令を該プロセッサーユニットから受け取るためのシンセサイザーユニットと；（ｄ）該シンセサイザーユニットから堆積した複数のオリゴヌクレオチドを受け取るためのストレージユニットとを含む。情報を保存するためのシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、酵素ベースのバイオエンクリプションはＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓベースのバイオエンクリプションを含む。情報を保存するためのシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、酵素ベースのバイオエンクリプションは、表１に示されるような酵素に対して感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための機械命令を含む。情報を保存するためのシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、電磁気ベースのバイオエンクリプションは、約０．０１ｎｍ〜約４００ｎｍの電磁波長に対して感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための機械命令を含む。情報を保存するためのシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、化学ベースのバイオエンクリプションは、気体のアンモニアまたはメチルアミンの投与に対して感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための機械命令を含む。情報を保存するためのシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、親和性ベースのバイオエンクリプションは、配列タグまたは親和性タグに対して感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む。情報を保存するためのシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、親和性タグは、ビオチン、ジゴキシゲニン、Ｎｉ−ニトリロ三酢酸、脱硫ビオチン、ヒスチジン、ポリヒスチジン、ｍｙｃ、赤血球凝集素（ＨＡ）、ＦＬＡＧ、蛍光タグ、タンデムアフィニティー精製（ＴＡＰ）タグ、グルタチオンＳトランスフェラーゼ（ＧＳＴ）、ポリヌクレオチド、アプタマー、抗原、または抗体である。情報を保存するためのシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、複数のオリゴヌクレオチドは、少なくとも１００，０００のオリゴヌクレオチドを含む。情報を保存するためのシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、複数のオリゴヌクレオチドは、少なくとも１００億のオリゴヌクレオチドを含む。
情報を検索するためのシステムが本明細書で提供され、該システムは：（ａ）表面上の複数のオリゴヌクレオチドを含むストレージユニットと；（ｂ）酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのバイオエンクリプションを複数のオリゴヌクレオチドに適用するデポジション装置と；（ｃ）核酸配列を得るために、複数のオリゴヌクレオチドを配列決定するための配列決定装置と；（ｄ）核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に自動的に変換するプロセッサーユニットであって、ここで、少なくとも１つのデジタル配列は、情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、プロセッサーユニットとを含む。情報を検索するシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、デポジション装置は、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体を複数のオリゴヌクレオチドに適用する。情報を検索するシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、酵素ベースのバイオエンクリプションは、表１に示されるような酵素を適用する。情報を検索するシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、電磁気ベースのバイオエンクリプションは、約０．０１ｎｍ〜約４００ｎｍの波長を適用する。情報を検索するシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、化学ベースのバイオエンクリプションは、気体のアンモニアまたはメチルアミンの投与を適用する。情報を検索するシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、親和性ベースのバイオエンクリプションは、配列タグまたは親和性タグを含む。情報を検索するシステムが本明細書でさらに提供され、ここで、親和性タグは、ビオチン、ジゴキシゲニン、Ｎｉ−ニトリロ三酢酸、脱硫ビオチン、ヒスチジン、ポリヒスチジン、ｍｙｃ、赤血球凝集素（ＨＡ）、ＦＬＡＧ、蛍光タグ、タンデムアフィニティー精製（ＴＡＰ）タグ、グルタチオンＳトランスフェラーゼ（ＧＳＴ）、ポリヌクレオチド、アプタマー、抗原、または抗体である。
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、該方法は：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の少なくとも１つのアイテムの情報を受け取る工程と；（ｂ）バイオエンクリプションの少なくとも１つの形態のための指示を受け取る工程と；（ｃ）少なくとも１つのデジタル配列を複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列に変換する工程と；（ｄ）複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列を合成する工程と；（ｅ）複数のオリゴヌクレオチドを保存する工程とを含む。
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、該方法は：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１つのアイテムを受け取る工程と；（ｂ）酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのバイオエンクリプションのための指示を受け取る工程と；（ｃ）少なくとも１つのデジタル配列を複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列に変換する工程と；（ｄ）複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列を合成する工程と；（ｅ）複数のオリゴヌクレオチドを保存する工程とを含む。
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、該方法は：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１つのアイテムを受け取る工程と；（ｂ）少なくとも１つのデジタル配列を複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列に変換する工程であって、ここで、該バイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列の各々は、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体により除去されるコード化された追加の配列を含む、工程と；（ｃ）該複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列を合成する工程と；（ｄ）複数のオリゴヌクレオチドを保存する工程とを含む。
情報を検索するための方法が本明細書で提供され、該方法は：（ａ）複数のオリゴヌクレオチドを表面から放出する工程と；（ｂ）バイオデクリプション（ｂｉｏｄｅｃｒｙｐｔｉｏｎ）の少なくとも１つの形態を該複数のオリゴヌクレオチドに適用する工程と；（ｃ）該複数のオリゴヌクレオチドを濃縮し、それによって、複数の濃縮されたオリゴヌクレオチドを選択する工程と；（ｄ）核酸配列を生成するために該濃縮されたオリゴヌクレオチドを配列決定する工程と；（ｅ）該核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に変換する工程であって、ここで、該少なくとも１つのデジタル配列は情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、工程とを含む。
情報を検索するための方法が本明細書で提供され、該方法は、：（ａ）複数のオリゴヌクレオチドを表面から放出する工程と；（ｂ）酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのデクリプションを該複数のオリゴヌクレオチドに適用する工程と；（ｃ）該複数のオリゴヌクレオチドを濃縮し、それによって、複数の濃縮されたオリゴヌクレオチドを選択する工程と；（ｄ）核酸配列を生成するために該濃縮されたオリゴヌクレオチドを配列決定する工程と；（ｅ）該核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に変換する工程であって、ここで、該少なくとも１つのデジタル配列は情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、工程とを含む。
情報を検索するための方法が本明細書で提供され、該方法は、：（ａ）複数のオリゴヌクレオチドを表面から放出する工程と；（ｂ）該複数のオリゴヌクレオチドにＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体として適用する工程と；（ｃ）該複数のオリゴヌクレオチドを濃縮し、それによって、複数の濃縮されたオリゴヌクレオチドを選択する工程と；（ｄ）核酸配列を生成するために該濃縮されたオリゴヌクレオチドを配列決定する工程と；（ｅ）該核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に変換する工程であって、ここで、該少なくとも１つのデジタル配列は情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、工程とを含む。
情報を保存するためのシステムが本明細書で提供され、該システムは、：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１つのアイテムのための機械命令およびバイオエンクリプションの少なくとも１つの形態のための機械命令を受け取るための受信ユニットと；（ｂ）該少なくとも１つのデジタル配列を複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列に変換するためのプロセッサーユニットと；（ｃ）該複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列を合成するための機械命令を該プロセッサーユニットから受け取るためのシンセサイザーユニットと；（ｄ）該シンセサイザーユニットから堆積した複数のオリゴヌクレオチドを受け取るためのストレージユニットとを含む。
情報を保存するためのシステムが本明細書で提供され、該システムは、：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１つのアイテムのための機械命令および酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのバイオエンクリプションのための機械命令を受け取るための受信ユニットと；（ｂ）該少なくとも１つのデジタル配列を複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列に変換するためのプロセッサーユニットと；（ｃ）該複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列を合成するための機械命令をプ該ロセッサーユニットから受け取るためのシンセサイザーユニットと；（ｄ）該シンセサイザーユニットから堆積した複数のオリゴヌクレオチドを受け取るためのストレージユニットとを含む。
情報を保存するためのシステムが本明細書で提供され、該システムは、：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１つのアイテムのための機械命令およびＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体によるバイオエンクリプションのための機械命令を受け取るための受信ユニットと；（ｂ）少なくとも１つのデジタル配列を複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列に変換するためのプロセッサーユニットと；（ｃ）複数のバイオエンクリプトされたオリゴヌクレオチド配列を合成するための機械命令をプロセッサーユニットから受け取るためのシンセサイザーユニットと；（ｄ）シンセサイザーユニットから堆積した複数のオリゴヌクレオチドを受け取るためのストレージユニットとを含む。
情報を検索するためのシステムが本明細書で提供され、該システムは、：（ａ）表面上の複数のオリゴヌクレオチドを含むストレージユニットと；（ｂ）バイオデクリプションの少なくとも１つの形態を該複数のオリゴヌクレオチドに適用するためのデポジション装置と；（ｃ）核酸配列を得るために、該複数のオリゴヌクレオチドを配列決定するための配列決定装置と；（ｄ）該核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に変換するためのプロセッサーユニットであって、ここで、該少なくとも１つのデジタル配列が情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、プロセッサーユニットとを含む。
情報を検索するためのシステムが本明細書で提供され、該システムは、：（ａ）表面上の複数のオリゴヌクレオチドを含むストレージユニットと；（ｂ）少なくとも酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのバイオエンクリプションを、該複数のオリゴヌクレオチドに適用するためのデポジション装置と；（ｃ）核酸配列を得るために、該複数のオリゴヌクレオチドを配列決定するための配列決定装置と；（ｄ）該核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に変換するためのプロセッサーユニットであって、ここで、該少なくとも１つのデジタル配列が情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、プロセッサーユニットとを含む。
情報を検索するためのシステムが本明細書で提供され、該システムは、：（ａ）表面上の複数のオリゴヌクレオチドを含むストレージユニットと；（ｂ）ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体を複数のオリゴヌクレオチドに適用するためのデポジション装置と；（ｃ）核酸配列を得るために、複数のオリゴヌクレオチドを配列決定するための配列決定装置と；（ｄ）核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に変換するためのプロセッサーユニットであって、ここで、少なくとも１つのデジタル配列が情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、プロセッサーユニットとを含む。
本発明の新規な特徴は、とりわけ添付の特許請求の範囲において説明される。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理が用いられる実施形態を説明する以下の詳細な説明と、以下の添付図面とを引用することによって得られるであろう。
核酸ベースのデータ保存のための典型的なワークフローを例証する。 バイオエンクリプションの保存のための典型的なワークフローを例証する。 後続のバイオエンクリプションの検索のための典型的なワークフローを示す。 Ｃａｓ酵素を使用したバイオエンクリプションの方法を表す。 Ｃａｓ酵素を使用したバイオエンクリプションの方法を表す。 Ａ−Ｃは、様々なオリゴヌクレオチド配列設計のスキームを表す。 Ａ−Ｃは、様々なオリゴヌクレオチド配列設計のスキームを表す。 Ａ−Ｂは、バーコード設計スキームを表す。 各々が２５６のクラスタのアレイを有する２４の領域またはサブ領域を含む、オリゴヌクレオチド合成のために構成されるプレートを例示する。 １６×１６のクラスタを有する図８のサブ領域の拡大図を例示し、各クラスタは１２１の個別の座位を有する。 １２１の座位を有する図８のクラスタの詳細な図を例示する。 複数のチャネルを有するプレートの正面図を例証する。 複数のチャネルを有するプレートの断面図を例証する。 Ａ−Ｂは、可撓性構造のための連続的なループおよびオープンリール式の構成を表す。 Ａ−Ｃは、平面的な特徴（座位）、チャネル、またはウェルをそれぞれ有する可撓性構造の拡大図を表す。 本明細書に記載される構造の特徴の拡大図を例証する。 本明細書に記載される構造のマーキングを例証する。 本明細書に記載される構造のマーキングを例証する。 オリゴヌクレオチド合成の材料デポジション装置を例証する。 オリゴヌクレオチド合成のワークフローを例証する。 コンピュータシステムの例を示す。 コンピュータシステムのアーキテクチャーを例証するブロック図である。 複数のコンピュータシステム、複数の携帯電話および個人用携帯情報端末、ならびにネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）を組込むように構成されたネットワークを示す図である。 共有される仮想アドレスメモリ空間を使用したマルチプロセッサー・コンピュータシステムのブロック図である。
定義
別段の定めのない限り、本明細書で使用されるすべての技術的および科学的な用語は、これらの発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。
本開示の全体にわたって、様々な実施形態は範囲形式で提示される。範囲形式での記載は単に利便性と簡潔さのためのものに過ぎず、任意の実施形態の範囲に対する確固たる限定として解釈されてはならないということを理解されたい。これに応じて、範囲の記載は、文脈で別段の定めのない限り、すべての可能性のある下位範囲と、下限の単位の小数第２位までのその範囲内の個々の数値を具体的に開示したと考えられなければならない。例えば、１乃至６などの範囲の記載は、１乃至３、１乃至４、１乃至５、２乃至４、２乃至６、３乃至６などの下位範囲と、例えば、１．１、２、２．３、５、および５．９のその範囲内の個々の数値を具体的に開示したと考えられなければならない。これは、範囲の広さにかかわらず適用される。これらの介入する範囲の上限および下限は、より小さな範囲内に独立して含まれてもよく、また、定められた範囲内のあらゆる具体的に除外された限度に従って、本発明内に包含される。定められた範囲が上限および下限の１つ又はその両方を含む場合、これらの含まれた上限および下限のいずれかまたは両方を除く範囲もまた、文脈が明らかに他に指示しない限り、本発明内に包含される。
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、任意の実施形態を制限することを意図していない。本明細書では、単数形「ａ」「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明白にそうでないことを示さない限り、複数形も含むように意図される。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるとき、明示される特徴、整数、工程、操作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、操作、要素、構成要素、そのおよび／またはその群の存在や添加を妨げない。本明細書で使用されるように、用語「および／または」は、関連する列挙された項目の１つ以上のあらゆる組み合わせを含む。
別段の定めのない限り、あるいは文脈から明らかでない限り、本明細書で使用されるように、数あるいは数の範囲に関連して用語「約」とは、明示された数とその数＋／−１０％、あるいはある範囲の列挙された値について列挙された下限の１０％以下と列挙された１０％以上を意味する。
本明細書で用いられるように、用語「オリゴヌクレオチド」は「オリゴ核酸」と交換可能に用いられる。用語「オリゴヌクレオチド」および「オリゴ核酸」は、一本鎖分子と同様に、二本鎖または三本鎖核酸を包含する。
核酸ベース情報の保存
デバイス、組成物、システム、および核酸ベースの情報（データ）の保存のための方法が本明細書で提供される。典型的なワークフローが図１で提供される。第１の工程において、情報のアイテムをコード化するデジタル配列（つまり、コンピュータによる処理のための２進コード中のデジタル情報）が受け取られる（１０１）。エンクリプション（１０３）スキームは、デジタル配列を２進コードから核酸配列（１０５）に変換するために適用される。核酸伸長のための表面物質、核酸伸長のための座位の設計（別名、配置スポット）、および核酸合成のための試薬が選択される（１０７）。核酸合成のために構造の表面が準備される（１０８）。デノボ・オリゴヌクレオチド合成が行なわれる（１０９）。合成されたオリゴヌクレオチドは保存され（１１１）、続く放出（１１３）のために全体または一部が利用可能である。一旦放出されると、全体または一部のオリゴヌクレオチドは配列決定され（１１５）、デクリプションを受けて（１１７）、ヌクレイン酸配列をデジタル配列へと戻す。その後、元の情報のアイテムをコード化するアライメントを得るために、デジタル配列が構築される（１１９）。
情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する１以上のデジタル配列の受け取り（２０１）、該１以上のデジタル配列の核酸配列への変換（２０３）、該核酸配列のエンクリプション（２０５）、およびエンクリプトされた核酸配列のデノボ・オリゴヌクレオチド合成（２０７）を含む、安全なＤＮＡベースの情報保存のための方法およびシステムが本明細書でさらに提供される。図２を参照する。
核酸ベースの情報保存のためのデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供され、ここで、機械命令は、デジタル配列から核酸配列への変換、バイオエンクリプション、バイオデクリプション、またはこれらの工程の任意の組み合わせのために受け取られる。機械命令は、情報の所望のアイテムのために、変換のために、およびオプションのリストから選択された１以上の種類のバイオエンクリプションのために受け取られ得、例えば、限定されないが、酵素ベース（例えば、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体または制限酵素消化物）、電磁放射ベース（例えば、光分解または光検出）、化学的切断（例えば、チミジン−スクシニル ヘキサミド ＣＥＤ ホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓ社のＣＬＰ−２２４４）を切断するための気体のアンモニアまたはメチルアミンの処理）、および、親和性ベース（例えば、ハイブリダイゼーションのための配列タグ、または試薬を捉えるために増強した親和性を有する修飾されたヌクレオチドの取り込み）の形態のバイオエンクリプションを含む。特定のバイオエンクリプションの選択の受け取りに続いて、プログラムモジュールは、オリゴヌクレオチドのデノボ合成のための材料デポジション装置に合成指示を提供する前に、情報のアイテムを核酸配列に変換し、配列のバイオエンクリプトされたバージョンを設計するための設計指示を適用する工程を行なう。いくつかの例では、バイオエンクリプションのカテゴリー内の１以上の種を選択するのための機械命令が提供される。
表面からのオリゴヌクレオチドの放出（３０１）、所望のオリゴヌクレオチドの濃縮（３０３）、オリゴヌクレオチドの配列決定（３０５）、核酸配列のデクリプション（３０７）、および情報のアイテムをコード化する１以上のデジタル配列の構築（３０９）を含む、安全なＤＮＡベースの情報検索のための方法およびシステムが本明細書でさらに提供される。図３を参照する。
本明細書で記載されるような機械命令は、バイオデクリプションのために提供され得る。バイオデクリプションは機械命令の受け取りを含み得る。そのような指示は、オプションのリストから選択されたバイオデクリプションの１以上のフォーマットを含んでいてもよく、例えば、限定されないが、酵素ベース（例えば、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体または制限酵素消化物）、電磁放射ベース（例えば、光分解または光検出）、化学的切断（例えば、チミジン−スクシニル ヘキサミド ＣＥＤ ホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓ社のＣＬＰ−２２４４）を切断するための気体のアンモニアまたはメチルアミンの処理）、ならびに親和性ベース（例えば、ハイブリダイゼーションのための核酸配列、または試薬を捉えるために増強された親和性を有する修飾されたヌクレオチドの取り込み）のオリゴヌクレオチドのバイオデクリプションの形態を含む。特定のバイオデクリプションの選択の受け取りに続いて、プログラムモジュールは、オリゴヌクレオチドの濃縮のための調節因子を放出する工程を行なう。濃縮に続いて、オリゴヌクレオチドは配列決定され、より長い核酸配列に随意に整列し、情報のアイテムに対応するデジタル配列に変換される。いくつかの例では、バイオデクリプションカテゴリー内の１以上の種の選択のための機械命令が提供される。
情報のアイテム
随意に、本明細書に開示されるＤＮＡデータ保存プロセスの初期の工程は、初期のコード（例えば、デジタル配列）の形態の情報の１つ以上のアイテムを得るか受け取ることが含まれる。情報のアイテムとしては、限定されないが、テキスト情報、聴覚的情報、および視覚的情報が挙げられる。情報のアイテムの例示的なソースとしては、限定されないが、本、刊行物、電子データベース、医療記録、文字、形態、音声録音、動物記録、生体プロファイル、ブロードキャスト、フィルム、短い映像、電子メール、簿記電話ログ（ｂｏｏｋｋｅｅｐｉｎｇ ｐｈｏｎｅ ｌｏｇｓ）、インターネット活動ログ、図面、絵画、印刷物、写真、ピクセル処理されたグラフィックス、およびソフトウェアコードが挙げられる。情報のアイテムの例示的な生体プロファイルソースは、限定されないが、遺伝子ライブラリー、ゲノム、遺伝子発現データ、およびタンパク質アクティビティデータが挙げられる。情報のアイテムの例示的な形式は、限定されないが、．ｔｘｔ、．ＰＤＦ、．ｄｏｃ、．ｄｏｃｘ、．ｐｐｔ、．ｐｐｔｘ、．ｘｌｓ、．ｘｌｓｘ、．ｒｔｆ、．ｊｐｇ、．ｇｉｆ、．ｐｓｄ、．ｂｍｐ、．ｔｉｆｆ、．ｐｎｇ、および．ｍｐｅｇが挙げられる。デジタル形式の情報のアイテムをコード化する個々のファイルまたは情報のアイテムをコード化する複数のファイルのサイズの量は、限定されないが、最大１０２４バイト（１ＫＢに相当）、最大１０２４ＫＢ（１ＭＢに相当）、１０２４ＭＢ（１ＧＢに相当）、１０２４ＧＢ（１ＴＢに相当）、１０２４ＴＢ（１ＰＢに相当）、１エクサバイト、１ゼタバイト、１ヨタバイト、１ｘｅｎｏｔｔａｂｙｔｅ、または以上を含む。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも、または約１ギガバイト（ＧＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも、または約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００ギガバイト以上である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも、または約１テラバイト（ＴＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも、または約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００テラバイト、または１０００テラバイト以上である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも、または約１ペタバイト（ＰＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも、または約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００ペタバイト、または１０００ペタバイト以上である。
エンクリプション
バイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列の受け取り後の生体の暗号化（別名「バイオエンクリプション」）を含む、デバイス、組成物、システム、および方法が本明細書に記載される。本明細書に記載されるバイオエンクリプションおよびバイオデクリプションの個々の形態に加えて、生物学的配列をマスクする１以上のクラスまたは種の選択を情報保存および／または検索のワークフローに組込むプロセスもまた本明細書で提供される。
バイオエンクリプションを含む核酸配列のより大きな集団から対象の核酸配列を標的濃縮するデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。いくつかの例では、バイオエンクリプションは、ノイズから目標信号を強化するために使用される。いくつかの例では、目標信号は対象の核酸配列である。いくつかの例では、バイオエンクリプションは、既知の配列を有する核酸配列のより大きな集団に対象の核酸配列を導入することを含む。既知の核酸配列は、エンクリプション核酸配列と呼ぶことができる。いくつかの例では、エンクリプション核酸はデクリプションされる。いくつかの例では、既知の核酸配列のデクリプションは、対象の核酸配列の信号対雑音比の増加を結果としてもたらす。
情報保存および／または検索における生体分子のエンクリプションの取り込みを含むデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。バイオエンクリプションおよびバイオデクリプションの例示的な形態としては、限定されないが、酵素ベース、電磁放射ベース、化学的切断、ならびに親和性ベースのバイオエンクリプションおよびバイオデクリプションが挙げられる。
ヌクレアーゼ複合体活性ベースのエンクリプションの適用を含む、デバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。例示的なヌクレアーゼとしては、限定されないが、Ｃａｓヌクレアーゼ（ＣＲＩＳＰＲ関連）、Ｚｎフィンガーヌクレアーゼ（ＺＦＮ）、ＴＡＬエフェクターヌクレアーゼ、アルゴノートヌクレアーゼ、Ｓ１ヌクレアーゼ、マングビーンヌクレアーゼ、またはＤＮＡｓｅが挙げられる。例示的なＣａｓヌクレアーゼは、限定されないが、Ｃａｓ１、Ｃａｓ１Ｂ、Ｃａｓ２、Ｃａｓ３、Ｃａｓ４、Ｃａｓ５、Ｃａｓ６、Ｃａｓ７、Ｃａｓ８、Ｃａｓ９、Ｃａｓ１０、Ｃｓｙ１、Ｃｓｙ２、Ｃｓｙ３、Ｃｓｅ１、Ｃｓｅ２、Ｃｓｃ１、Ｃｓｃ２、Ｃｓａ５、Ｃｓｎ２、Ｃｓｍ２、Ｃｓｍ３、Ｃｓｍ４、Ｃｓｍ５、Ｃｓｍ６、Ｃｍｒ１、Ｃｍｒ３、Ｃｍｒ４、Ｃｍｒ５、Ｃｍｒ６、Ｃｓｂ１、Ｃｓｂ２、Ｃｓｂ３、Ｃｓｘ１７、Ｃｓｘ１４、Ｃｓｘ１０、Ｃｓｘ１６、ＣｓａＸ、Ｃｓｘ３、Ｃｓｘ１、Ｃｓｘ１Ｓ、Ｃｓｆ１、Ｃｓｆ２、ＣｓＯ、Ｃｓｆ４、Ｃｐｆ１、ｃ２ｃ１、およびｃ２ｃ３が挙げられる。いくつかの例では、ＣａｓヌクレアーゼはＣａｓ９である。いくつかの例では、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体は、１以上の核酸配列の予め決められた除去をもたらす。いくつかの例では、本明細書に記載される濃縮工程は、ハイブリダイゼーション（ＤＡＳＨ）による豊富な配列の枯渇を含む。いくつかの例では、ＤＡＳＨは、ヌクレアーゼの適用を含む。例えば、Ｃａｓ９などのヌクレアーゼは、ガイドＲＮＡ（「ｇＲＮＡ」）配列を含むＣＲＩＳＰＲ複合体に結合される場合、核酸配列のより長い形態がもはや完全ではなくなるように鎖切断を誘発する。いくつかの例では、切除された核酸は、濃縮に続く後の増幅に利用不可能である。いくつかの例では、ｇＲＮＡは、Ｃａｓ９酵素を核酸の特異的な伸張へと誘導する。代替的構成では、ｇＲＮＡは切断のための複数の部位を有する。ｇＲＮＡベースのシステムは、高特異性および選択性を有する暗号化コードの生成を可能にする。例えば、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９ベースのシステムが切断するための配列を同定するために２０ｂｐを使用するため、少なくとも約１０＾１２の様々な可能性が、４つのベースシステムを使用したデクリプションのための予め決められたｇＲＮＡ配列を設計するのに利用可能である。外来性（別名「ジャンク」）ＤＮＡの除去に続いて、標的配列をコード化する予め決められたオリゴヌクレオチドは、下流処理（例えば、増幅および配列決定）を受け、余分な（ジャンク）配列のない最終配列を結果としてもたらす。いくつかの例では、複数のオリゴヌクレオチドの各オリゴヌクレオチドは、複数の位置での修飾（例えば、切断、塩基交換、組換え）のために設計される。例えば、複数のオリゴヌクレオチドの各オリゴヌクレオチドは、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０以上のｇＲＮＡ配列に結合するための相補的な領域を伴って合成される。そのような構成では、複数のオリゴヌクレオチドの各々は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上の位置でのヌクレアーゼ（例えば、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ）複合体活性に続いて、切断、塩基交換、組換えを受ける。
ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９を使用したデータのエンクリプションのための標的濃縮の第１のプロセスが、図４Ａで例証される。ＤＮＡ配列の集団（４０１）は、ＤＮＡ情報（４０３）およびエンクリプトされたＤＮＡ（４０５）を含む。ＤＮＡ情報（４０３）およびエンクリプトされたＤＮＡ（４０５）は、アダプター配列（４０２）およびＤＮＡ配列（４０４、４０６）をそれぞれ含む。ガイドＲＮＡ（４０９）は、ＤＮＡ塩基配列（４０１）の集団に加えられる（４０７）。ガイドＲＮＡ（４０９）は、エンクリプトされたＤＮＡ（４０５）においてエンクリプトされる切断配列を認識することによって、エンクリプトされたＤＮＡ（４０５）を除去するために使用される。ガイドＲＮＡ（４０９）の添加に続いて、エンクリプトされたＤＮＡ（４０５）は切断され、もはや完全ではない核酸配列が結果としてもたらされる。したがって、エンクリプトされたＤＮＡ（４０５）は、例えば、もはや完全でない核酸配列を含む、エンクリプトされたＤＮＡ（４０５）が増幅することができない場合、集団から取り除かれ（４１１）、ＤＮＡ情報（４０３）を残す。
ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９を使用したデータエンクリプションのための標的濃縮の第２のプロセスが図４Ｂで例証される。ＤＮＡ配列（４２１）の集団は、ＤＮＡ情報（４２３）およびエンクリプトされたＤＮＡ（４２５）を含む。ＤＮＡ情報（４２３）およびエンクリプトされたＤＮＡ（４２５）は、アダプター配列（４２２）およびＤＮＡ配列（４２４、４２６）をそれぞれ含む。ガイドＲＮＡ（４２９）およびドナーＤＮＡ（４３１）は、ＤＮＡ配列（４２１）の集団に加えられる（４２７）。ガイドＲＮＡ（４２９）は、エンクリプトされたＤＮＡ（４２５）においてエンクリプトされた切断部位を認識し、ドナーＤＮＡ（４３１）の挿入のための切断部位を生成する。ドナーＤＮＡ（４３１）の挿入は、エンクリプトされたＤＮＡ（４２５）における挿入またはフレームシフトを結果としてもたらす。いくつかの例では、ドナーＤＮＡ（４３１）の挿入は、捕捉試薬（ｃａｐｔｕｒｅ ｒｅａｇｅｎｔ）に対して強化された親和性を有する修飾されたヌクレオチドのハイブリダイゼーションまたは取り込みのための配列タグの導入を結果としてもたらす。例えば、ドナーＤＮＡ（４３１）は、蛍光プローブによって認識される。いくつかの例では、ドナーＤＮＡ（４３１）は、電磁放射ベース（例えば、光分解または光検出）または化学的切断ベース（チミジン−スクシニル ヘキサミド ＣＥＤ ホスホラミダイト（例えば、ＣｈｅｍＧｅｎｅｓ社のＣＬＰ−２２４４）を切断するための気体のアンモニアまたはメチルアミンの処理）のバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのための配列を導入する。いくつかの例では、エンクリプトされたＤＮＡ（４２５）は増幅のためにもはや認識されず、ＤＮＡ情報（４２３）だけが増幅され、ＤＮＡ情報（４２３）の濃縮を結果としてもたらす。
本明細書で記載されるようなヌクレアーゼ複合体活性ベースのエンクリプションの適用を含むデバイス、組成物、システム、および方法は、塩基交換または配列交換を含み得る。例えば、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓを使用したバイオエンクリプションおよびバイオデクリプションは、塩基交換または配列交換を含む。いくつかの例では、バイオエンクリプションはＣＲＩＳＰＲ／ｄＣａｓ９を含み、ここで、無能なまたは「死んでいる」Ｃａｓ９（「ｄＣａｓ９」）はもはやスプライシング機能を有さないが、別の酵素活性の添加により、様々な標的分子の修飾機能を実行する。例えば、シチジンデアミナーゼのｄＣａｓ９への繋留は、Ｃ−Ｇ ＤＮＡ塩基対をＴ−Ａ塩基対へと変換する。他のｄＣａｓ９プロセスでは、ｄＣａｓ９に繋留された異なる酵素は、標的ＤＮＡ内で塩基ＣをＴへ、または塩基ＧをＡへと変更する。
制限酵素の適用を含むバイオエンクリプションおよびバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。いくつかの例では、制限酵素は酵素認識部位を標的とする。いくつかの例では、酵素認識部位は特異的なヌクレオチド配列である。いくつかの例では、制限酵素は、酵素認識部位でまたはその近くで、リン酸骨格を切断する。いくつかの例では、認識部位の切断は、非平滑末端または平滑末端結果としてもたらす。いくつかの例では、制限酵素は、ヌクレオチド（例えばＡ、Ｔ、Ｇ、Ｃ、Ｕ）を認識する。いくつかの例では、制限酵素は、限定されないが、メチル化、水酸化またはグリコシル化などの修飾を認識する。いくつかの例では、制限酵素は断片化を結果としてもたらす。いくつかの例では、断片化は、５’オーバーハング、３’オーバーハング、平滑末端、またはそれらの組み合わせを有する断片を生成する。いくつかの例では、断片は、例えば、大きさに基づいて選択される。いくつかの例では、制限酵素による断片化の後にライゲーションが行われる。例えば、制限酵素による断片化は、予測可能なオーバーハングを残すために使用され、続いて、核酸断片上の予測可能なオーバーハングに相補的なオーバーハングを含む１以上のアダプターオリゴヌクレオチドとのライゲーションを行う。例示的な制限酵素およびそれらの認識配列が表１で提供される。
修復酵素の適用を含み得るバイオエンクリプションおよびバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。いくつかの例において、ＤＮＡ修復酵素は、特定の生物またはウイルスに由来するか、あるいはそれらの非天然型変異体である。例示的なＤＮＡ修復酵素としては、限定されないが、大腸菌エンドヌクレアーゼＩＶ、ＴｔｈエンドヌクレアーゼＩＶ、ヒトＡＰエンドヌクレアーゼ、グリコシラーゼ（ＵＤＧ、大腸菌３−メチルアデニンＤＮＡグリコシラーゼ（ＡＩｋＡ）およびヒトＡａｇなどの）、グリコシラーゼ／リアーゼ（大腸菌エンドヌクレアーゼＩＩＩ、大腸菌エンドヌクレアーゼＶＩＩＩ、大腸菌Ｆｐｇ、ヒトＯＧＧｌ、およびＴ４ ＰＤＧなどの）、ならびにリアーゼが挙げらる。例示的な追加のＤＮＡ修復酵素が表２で列挙される。
核酸修飾を含むバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。いくつかの例では、核酸修飾は、シーケンシング反応における核酸配列の活性に影響を与える。例えば、核酸修飾は、エンクリプトされた核酸配列が増幅されるのを防ぐ。いくつかの例では、核酸修飾は、制限されないが、メチル化塩基、ＰＮＡ（ペプチド核酸）ヌクレオチド、ＬＮＡ（ロックド核酸）ヌクレオチド、および２’−Ｏ−メチル−修飾ヌクレオチドを含む。いくつかの例では、核酸修飾は、シトシン、グアニン、アデニン、またはチミンではない修飾核酸塩基を含む。非限定的な修飾核酸塩基としては、限定されないが、ウラシル、３−ｍｅＡ（３−メチルアデニン）、ヒポキサンチン、８−ｏｘｏＧ（７，８−ジヒドロ−８−オキソグアニン、ＦａｐｙＧ、ＦａｐｙＡ、Ｔｇ（チミン グリコール）、ｈｏＵ（ヒドロキシウラシル）、ｈｍＵ（ヒドロキシメチルウラシル、ｆＵ（ホルミルウラシル）、ｈｏＣ（ヒドロキシシトシン）、ｆＣ（ホルミルシトシン）、５−ｍｅＣ（５−メチルシトシン）、６−ｍｅＧ（Ｏ６−メチルグアニン）、７−ｍｅＧ（Ｎ７メチルグアニン）、εＣ（エテノシトシン）、５−ｃａＣ（５−カルボキシルシトシン）、２−ｈＡ、εＡ（エテノアデニン）、５−ｆＵ（５−フルオロウラシル）、３−ｍｅＧ（３−メチルグアニン）、およびイソ吉草酸が挙げられる。
核酸プローブ配列を含むバイオエンクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および使用が本明細書で提供される。いくつかの例では、核酸プローブ配列の一部に相補的な核酸配列は、その後、ヌクレアーゼによって除去される。例えば、ヌクレアーゼは、核酸プローブと核酸配列との間に形成される二本鎖核酸分子を認識する二重特異的ヌクレアーゼである。いくつかの例において、核酸プローブは、核酸配列の捕捉および単離を可能にする。いくつかの例では、核酸プローブは、少なくとも約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、または１００よりも多いヌクレオチド長さを含む。
いくつかの例では、核酸配列は、限定されないが、ビオチン、ジゴキシゲニン、Ｎｉ−ニトリロ三酢酸、脱硫ビオチン、ヒスチジン、ポリヒスチジン、ｍｙｃ、赤血球凝集素（ＨＡ）、ＦＬＡＧ、蛍光タグ、タンデムアフィニティー精製（ＴＡＰ）タグ、グルタチオンＳトランスフェラーゼ（ＧＳＴ）、ポリヌクレオチド、アプタマー、ポリペプチド（例えば、抗原または抗体）、あるいはそれらの誘導体などの、親和性タグのような標識を含む核酸プローブを使用して同定される。いくつかの例では、標識は、光吸収、蛍光、化学発光、電気化学発光、質量または負荷によって検出される。フルオロフォア非限定的な例は、Ａｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ ｄｙｅｓ（例えば、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ３５０、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ４０５、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ４３０、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ４８８、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ５００、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ５１４、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ５３２、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ５４６、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ５５５、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ５６８、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ５９４、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ６１０、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ６３３、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ６４７、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ６６０、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ６８０、アレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ７００、およびアレクサＦｌｕｏｒ（登録商標） ７５０）、ＡＰＣ、カスケードブルー（Ｃａｓｃａｄｅ Ｂｌｕｅ）、カスケードイエロー（Ｃａｓｃａｄｅ Ｙｅｌｌｏｗ）およびＲフィコエリトリン（ＰＥ）、ＤｙＬｉｇｈｔ ４０５、ＤｙＬｉｇｈｔ ４８８、ＤｙＬｉｇｈｔ ５５０、ＤｙＬｉｇｈｔ ６５０、ＤｙＬｉｇｈｔ ６８０、ＤｙＬｉｇｈｔ ７５５、ＤｙＬｉｇｈｔ ８００、ＦＩＴＣ、パシフィックブルー（Ｐａｃｉｆｉｃ Ｂｌｕｅ）、ＰｅｒＣＰ、ローダミン、Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄ、Ｃｙ５、Ｃｙ５．５、およびＣｙ７である。
核酸ハイブリダイゼーションベースの結合を含むバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。親和性タグを含む核酸プローブが使用されてもよい。いくつかの例において、親和性タグは、核酸配列がプルダウンされるのを可能にする。例えば、親和性タグビオチンは、核酸配列に相補的な核酸プローブに結合され、ストレプトアビジンを使用してプルダウンされる。いくつかの例では、親和性タグは、磁化性材料（ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）（例えば、磁石、磁化性金属（ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅ ｍｅｔａｌ））を含む。いくつかの例では、核酸配列はストレプトアビジンなどの固体支持体を使用してプルダウンされ、および該固体支持体によって固定化される。いくつかの例では、核酸配列は、ビーズなどを介して溶液中でプルダウンされる。いくつかの例では、核酸プローブは、大きさに基づいた排除を可能にする。例えば、核酸プローブは、他の核酸配列とは異なる大きさを有する核酸配列をもたらし、その結果、核酸配列は大きさに基づく枯渇によって除去される。
核酸ハイブリダイゼーションベースの結合を含むバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法は、抑制された増幅を含み得る。いくつかの例では、核酸ハイブリダイゼーションベースの結合戦略は、抑制された増幅を対象とし、複数の合成されたオリゴヌクレオチドが、結合するフォワードプライマーの類似領域を有するが、リバースプライマー領域は容易に同定できない。そのような例では、あらかじめ決められたリバースプライマーが必要となる。第１の例示的なワークフローにおいて、異なる合成したオリゴヌクレオチドの各々に結合する、あらかじめ選択された領域を有するリバースプライマーのプールが生成され、かつ伸長増幅反応（例えば、ＤＮＡポリメラーゼを用いた）で使用されて、下流処理（例えば、さらなる増幅またはＤＮＡ配列決定反応）のためにオリゴヌクレオチドを増幅する。随意に、リバースプライマーの各々は、伸長増幅反応（例えば、ＤＮＡポリメラーゼを用いた）によって一般的なリバースプライマー結合部位を組込むために、共通配列を含むアダプター領域を含む。そのような構成において、単一のフォワードプライマーまたはリバースプライマーのみが複数のオリゴヌクレオチドを増幅または配列決定するために必要とされるため、下流処理は単純化される。第２の例示的なワークフローにおいて、複数のオリゴヌクレオチドが合成され、各々は、ハイブリダイゼーションモチーフを含む１つまたは２つの領域を有し、このハイブリダイゼーションモチーフは、変動するが、合成されたオリゴヌクレオチドの各々の５’および３’領域の一方または両方に共通のプライマーを利用して複数のオリゴヌクレオチドの下流処理（例えば、増幅またはシーケンシング反応）を可能にするために共通のプライマーに対して十分なハイブリダイゼーション能力を有する。いくつかの例では、オリゴヌクレオチド集団は、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、またはそれより多くの共通のプライマーの核酸塩基にハイブリダイズされるように設計される。
電磁放射（ＥＭＲ）の使用を含むバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。いくつかの例では、電磁放射は、切断または核酸配列の画像キャプチャに基づく検出をもたらす。いくつかの例では、ＥＭＲは、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの波長で表面に適用される。いくつかの例では、ＥＭＲは、０．０１ｎｍより短い波長で表面に適用される。いくつかの例では、ＥＭＲは、約１０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約７００ｎｍ〜約１００，０００ｎｍの波長で表面に適用される。例えば、ＥＭＲは、紫外線（ＵＶ）波長または深ＵＶ波長で適用される。いくつかの例では、深紫外線は、表面からの結合剤を切断するために、約１７２ｎｍの波長で表面に適用される。いくつかの例では、ＥＭＲはキセノンランプを用いて適用される。曝露距離はランプと表面との間の測定値である。いくつかの例では、曝露距離は約０．１〜５ｃｍである。いくつかの例では、曝露距離は約０．５〜２ｃｍである。いくつかの例では、曝露距離は、約０．５、１、２、３、４、または５ｃｍである。いくつかの例では、ＥＭＲはレーザーで適用される。例示的なレーザーおよびその波長としては、限定されないが、Ａｒ２（１２６ｎｍ）、Ｋｒ２（１４６ｎｍ）、Ｆ２（１５７ｎｍ）、Ｘｅ２（１７２および１７５ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）が挙げられる。いくつかの例では、核酸配列は、特定部位に光切断可能（ｐｈｏｔｏｃｌｅａｖａｂｌｅ）である核酸塩基を含む。いくつかの例では、核酸配列は、光切断可能な修飾核酸塩基を含む。いくつかの例では、核酸配列は、光の特定波長の適用により光切断可能である。いくつかの例では、核酸配列は、多波長の光の適用により光切断可能である。
化学的溶解の使用を含むバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。いくつかの例では、核酸配列は、特定部位で化学的に切断可能である核酸塩基を含む。いくつかの例では、核酸配列は、化学的に切断可能な修飾核酸塩基を含む。いくつかの例では、修飾核酸塩基は、化学的に切断可能な修飾を含む。いくつかの例では、化学的溶解はアミン試薬を使用して行なわれる。いくつかの例では、アミン試薬は、液体、ガス、水性試薬、または無水試薬である。アミン試薬の非限定的な例は、水酸化アンモニウム、アンモニア気体、Ｃ１−Ｃ６アルキルアミン、またはメチルアミンである。
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションのためのデバイス、組成物、システムおよび方法は、デジタル配列の核酸配列への変換を含み得る。いくつかの例では、核酸配列はＤＮＡ配列である。いくつかの例では、ＤＮＡ配列は単鎖または二本鎖である。いくつかの例では、核酸配列はＲＮＡ配列である。いくつかの例では、ＲＮＡ配列は単鎖または二本鎖である。いくつかの例では、核酸配列は、核酸配列のより大きな集団においてエンクリプトされる。いくつかの例では、核酸配列のより大きな集団は、同種集団または異種集団である。いくつかの例では、核酸配列の集団はＤＮＡ配列を含む。いくつかの例では、ＤＮＡ配列は単鎖または二本鎖である。いくつかの例では、核酸配列の集団はＲＮＡ配列を含む。いくつかの例では、ＲＮＡ配列は単鎖または二本鎖である。
核酸配列の多くがエンクリプトされ得る。いくつかの例では、エンクリプトされる核酸配列の数は、約１０の配列〜約１００万以上の配列である。いくつかの例では、エンクリプトされる核酸配列の数は、少なくとも約１０、５０、１００、２００、５００、１，０００、２，０００、４，０００、８，０００、１０，０００、２５，０００、３０，０００、３５，０００、４０，０００、４５，０００、５０，０００、５５，０００、６０，０００、６５，０００、７０，０００、８０，０００、９０，０００、１００，０００、２００，０００、３００，０００、４００，０００、５００，０００、６００，０００、７００，０００、８００，０００、９００，０００、１００万、または１００万よりも多い配列である。いくつかの例では、エンクリプトされる核酸配列数は１兆より多い。
いくつかの例では、エンクリプトされる核酸配列は、少なくとも１０、２５、５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５、２５０、３００、または３００よりも多い塩基長さである。いくつかの例では、エンクリプトされる核酸配列は、１０塩基〜２５塩基、１０塩基〜５０塩基、１０塩基〜７５塩基、１０塩基〜１００塩基、１０塩基〜１２５塩基、１０塩基〜１５０塩基、１０塩基〜１７５塩基、１０塩基〜２００塩基、１０塩基〜２２５塩基、１０塩基〜２５０塩基、１０塩基〜３００塩基、２５の塩基〜５０塩基、２５塩基〜７５塩基、２５塩基〜１００塩基、２５塩基〜１２５塩基、２５塩基〜１５０塩基、２５塩基〜１７５塩基、２５塩基〜２００塩基、２５塩基〜２２５塩基、２５塩基〜２５０塩基、２５塩基〜３００塩基、５０塩基〜７５塩基、５０塩基〜１００塩基、５０塩基〜１２５塩基、５０塩基〜１５０塩基、５０塩基〜１７５塩基、５０塩基〜２００塩基、５０塩基〜２２５塩基、５０塩基〜２５０塩基、５０塩基〜３００塩基、７５塩基〜１００塩基、７５塩基〜１２５塩基、７５塩基〜１５０塩基、７５塩基〜１７５塩基、７５の塩基〜２００塩基、７５塩基〜２２５塩基、７５塩基〜２５０塩基、７５塩基〜３００塩基、１００塩基〜１２５塩基、１００塩基〜１５０塩基の、１００塩基〜１７５塩基、１００塩基〜２００塩基、１００塩基〜２２５塩基、１００塩基〜２５０塩基、１００塩基〜３００塩基、１２５塩基〜１５０塩基、１２５塩基〜１７５塩基、１２５塩基〜２００塩基、１２５塩基〜２２５塩基、１２５塩基〜２５０塩基、１２５塩基〜３００塩基、１５０塩基〜１７５塩基、１５０塩基〜２００塩基、１５０塩基〜２２５塩基、１５０塩基〜２５０塩基、１５０塩基〜３００塩基、１７５塩基〜２００塩基、１７５塩基〜２２５塩基、１７５塩基〜２５０塩基、１７５塩基〜３００塩基、２００塩基〜２２５塩基、２００の塩基〜２５０塩基、２００塩基〜３００塩基、２２５塩基〜２５０塩基、２２５塩基〜３００塩基、または２５０塩基〜３００塩基を含む。
いくつかの例では、エンクリプトされる核酸配列は、対象の核酸配列の、少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、または９５％を超える濃縮を結果としてもたらす。いくつかの例では、エンクリプトされる核酸配列は、対象の核酸配列の、約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、または９５％を超える濃縮を結果としてもたらす。
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システムおよび方法は、ＤＮＡあるいはＲＮＡベースのシステムを含み得る。基準ＤＮＡは、利用可能な４つの異なる核酸塩基を有する塩基４コーディングシステムである：Ａ、Ｔ、Ｃ、またはＧ（アデニン、チミン、シトシン、およびグアニン）。したがって、これらの４つの塩基は、塩基３（すべてを使用しない）、または４塩基コーディングシステムを可能にする。加えて、ＲＮＡ中で発見されるウラシル（Ｕ）の使用は、第５の塩基および塩基５コーディングシステムを可能にする。加えて、修飾核酸塩基は、４を超える核酸塩基コーディングに使用され得る。基準ＤＮＡ核酸塩基または修飾核酸塩基ではない核酸塩基としては、限定されないが、ウラシル、３−ｍｅＡ（３−メチルアデニン）、ヒポキサンチン、８−ｏｘｏＧ（７，８−ジヒドロ−８−オキソグアニン）、ＦａｐｙＧ、ＦａｐｙＡ、Ｔｇ（チミン グリコール）、ｈｏＵ（ヒドロキシウラシル）、ｈｍＵ（ヒドロキシメチルウラシル、ｆＵ（ホルミルウラシル）、ｈｏＣ（ヒドロキシシトシン）、ｆＣ（ホルミルシトシン）、５−ｍｅＣ（５−メチルシトシン）、６−ｍｅＧ（Ｏ６−メチルグアニン）、７−ｍｅＧ（Ｎ７−メチルグアニン）、εＣ（エテノシトシン）、５−ｃａＣ（５−カルボキシルシトシン）、２−ｈＡ、εＡ（エテノアデニン）、５−ｆＵ（５−フルオロウラシル）、３−ｍｅＧ（３−メチルグアニン）、ｈｍＣ（ヒドロキシメチルシトシン）、およびイソ吉草酸が挙げられる。コーディングスキームが本明細書でさらに提供され、ここで、機械命令は、最終的に最終核酸配列に変換される前に、２進配列の形態のデジタル情報の中間コードへの変換を提供する。
いくつかの例では、ＤＮＡの配列にデータを保存するために、情報は、２進コードの１および０から、ＤＮＡのＡ、Ｔ、Ｇ、およびＣの塩基のコードへと変換される。いくつかの例では、情報のアイテムは、デジタル情報の形態で初めにコード化される。場合によっては、デジタル情報の２進コードは、コードが表わす情報を保存しながら、生体分子ベースの（例えば、ＤＮＡベースの）コードに変換される。この変換されたコード（デジタル２進コードから生体分子コード）は、本明細書に開示される表面上の本明細書に開示される生体分子の堆積に対して「予め決められた」配列を結果としてもたらすものとして本明細書では言及される。予め決められた配列は、複数のオリゴヌクレオチドの配列をコード化し得る。
２進コード変換
通常、最初のコードはデジタル情報であり、典型的にコンピュータによって使用される２進コードの形態である。汎用コンピュータは、「０」および「１」の数によって表わされる「オン」または「オフ」状態を読み取る電子デバイスである。この２進コードは、コンピュータが複数タイプの情報のアイテムを読み取るためのアプリケーションである。二進法では、２という数字は１０と書き込まれる。例えば、「１０」は「２の１倍」を示す。数「３」は「１１」と書き込まれ、「２の１倍および１」を意味する。数「４」は「１００」、数「５」は「１０１」、「６」は「１１０」などと書き込まれる。２進コードの米国標準コードＩＩ（ＡＳＣＩＩ）の例が、小文字と大文字のアルファベットで表３において提供される。
初めのコードの形態の情報（例えば、２進数列）を核酸配列に変換するための方法が本明細書で提供される。そのプロセスは、塩基２コード（つまり、二進）からより高いベースコードへの直接変換を含んでいてもよい。例示的な塩基コードは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上を含む。表４は、様々な塩基番号付けスキーム間の典型的なアライメントを説明する。変換のための機械命令を受け取るコンピュータは、配列情報をあるコードから別のコードに自動的に変換することができる。
核酸配列
核酸配列が情報のアイテムの少なくとも一部をコードするように、本明細書に記載されるオリゴヌクレオチドの配列を設計する方法が本明細書で提供される。いくつかの例では、各オリゴヌクレオチド配列は、続く構築工程の間、配列アラインメントを促進し、さらにエラー訂正の手段を提供する設計特微を有する。いくつかの構成において、各オリゴヌクレオチド配列間の出口が集団中の別のものと重複するように、オリゴヌクレオチド配列が設計される。いくつかの例では、各オリゴヌクレオチド配列は、たった１つの他のオリゴヌクレオチド配列の一部と重複する（図５のＡ）。他の構成において、単一オリゴヌクレオチド内で各配列の２つのコピーが生成されるように、各オリゴヌクレオチド配列領域は２つの配列と重複する（図５のＢ）。さらに他の構成において、各オリゴヌクレオチド配列領域は、単一オリゴヌクレオチド内で各配列の３つのコピーが生成されるように、２つを超える配列と重複する（図５のＣ）。本明細書に記載されるオリゴヌクレオチドの配列は、１０−２０００、１０−５００、３０−３００、５０−２５０、または７５−２００の塩基長さをコード化することができる。いくつかの例では、オリゴヌクレオチド配列の各々は少なくとも１０、１５、２０、２５、３０、５０、１００、１５０、２００、５００、またはそれ以上の塩基長さである。
本明細書に記載される各オリゴヌクレオチド配列が、複数のコード領域および複数の非コード領域を含むように設計される、方法、システム、および組成物が本明細書で提供される（図６のＡ）。そのような構成において、各コード領域（例えば、（６０１、６０３、６０５））が情報のアイテムの少なくとも一部をコードする。随意に、同じオリゴヌクレオチド中の各コード領域は、同じ情報のアイテムからの配列コード化し、重複スキームが本明細書で記載されるように随意に使用される（図６のＢ）。さらなる例において、同じオリゴヌクレオチド中の各コード領域は、同じ配列をコード化する（図６のＣ）。本明細書に記載されるオリゴヌクレオチドの配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、またはそれ以上のコード領域をコード化することができる。本明細書に記載されるオリゴヌクレオチドの配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、またはそれ以上の同じコード領域をコード化することができる。いくつかの例では、複数のコード領域の各々は、１０−１０００、２０−５００、３０−３００、５０−２５０、または７５−２００の塩基長さである。いくつかの例では、複数のコード領域の各々は、少なくとも１０、１５、２０、２５、３０、５０、１００、１５０、２００、または２００以上の塩基長さである。いくつかの例では、各オリゴヌクレオチドは、分子を構造の表面（６０２）に連結するテザー領域（６１１）を含む。
複数のコード配列が同じオリゴヌクレオチド中に存在する構成において、切断領域（６０７）が各コード領域間に随意に存在する。切断領域（６０７）は、各コード領域間の接合部に存在するか、または各コード領域間に一連の配列を有するアダプター領域内に存在してもよい。切断領域（６０７）は、合成されると、切断信号の適用に続いて鎖から切断される配列特徴をコード化することができる。切断領域（６０７）は、制限酵素認識部位、すなわち、光に感受性があり、かつ電磁放射の適用下で切断するだろう修飾された核酸（例えば、＞３００ｎｍの光の波長に感受性がある塩基感受性Ｓ−ピバロイルチオメチル（ｔ−Ｂｕ−ＳＡＴＥ）ホスホトリエステル結合を担持する、オリゴデオキシヌクレオチド・ヘテロポリマー）、または特定の化学物質（例えば、アンモニア気体の適用後に切断する、チミジン−スクシニル ヘキサミド ＣＥＤ ホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓ社のＣＬＰ−２２４４）の適用に感受性がある修飾された核酸をコード化することができる。特定の切断スキームを有する配列の設計が合成オリゴヌクレオチドの配列決定から容易に明らかではない可能性があるため、切断スキームは、合成核酸ライブラリーによってコード化される配列の安全性のレベルを加えるための手段を提供する。本明細書に記載されるオリゴヌクレオチドの配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、またはそれ以上の切断領域をコード化することができる。いくつかの例では、切断領域の各々は、１−１００、１−５０、１−２０、１−１０、５−２５、または５−３０の塩基長さをコード化する。いくつかの例では、切断領域の各々は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、４０、５０ １００、またはそれ以上の塩基をコード化する。いくつかの構成において、各オリゴヌクレオチドについて、各コード領域は同一であり、各コード領域間の各切断領域は異なる。例えば、第１の切断領域（６０７）は第２の切断領域（６０９）とは異なる。いくつかの構成では、表面（６０２）に近い切断領域（６０７）は、次の遠位の切断領域（６０７）と同一である。
バーコードは、バーコードが関連するポリヌクレオチドのいくつかの特徴を特定することを可能にする典型的に既知の核酸配列である。図７のＡ−Ｂは、例示的なバーコード構成を提供する。図７のＡにおいて、第１のオリゴヌクレオチド（７０１）、第２のオリゴヌクレオチド（７０３）、および第３のオリゴヌクレオチド（７０５）の各コード領域は、以下の特徴（表面（７０２）から外側）を有する：テザー領域（７０２）、切断領域（７０７）、第１のプライマー結合領域（７０１）、バーコード領域（７０３）、コード領域（７０１、７０３、および７０５）、および第２のプライマー結合領域（７０４）。オリゴヌクレオチドは、第１および／または第２のプライマー結合領域を認識するプライマーの使用して増幅されてもよい。増幅は、表面に結合されるか、または表面から放出されるオリゴヌクレオチドに対して生じる得る（つまり、切断領域（７０７）での切断を介して）。配列決定後、バーコード領域（７０３）は、コード領域に関連する特徴を特定する指標を提供する。いくつかの例では、バーコードは、標的ポリヌクレオチドに連結された時、標的ポリヌクレオチドが由来するサンプルの識別子として機能する核酸配列を含む。バーコードは、十分な程度の同定、例えば、少なくとも３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、またはそれ以上の塩基長さを可能にするのに適切な長さで設計され得る。複数のバーコード（２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれより多くのバーコードなど）は、同じ分子上で使用されてもよく、随意に非バーコード配列によって分けられてもよい。いくつかの例では、バーコードは、１０、９、８、７、６、５、または４の塩基長さより短い。いくつかの例では、いくつかのポリヌクレオチドに関連するバーコードは、他のポリヌクレオチドに関連するバーコードとは異なる長さである。一般に、バーコードは十分な長さであり、それらが関連付けられるバーコードに基づくサンプルの同定を可能にするのに十分に異なる配列を含む。いくつかの構成において、バーコードおよびそれが関連するサンプルソースは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれより多くの塩基の突然変異、挿入、または欠失などの、バーコード配列中の１以上の塩基の突然変異、挿入、または欠失の後に、正確に同定され得る。いくつかの例では、複数のバーコードにおける各バーコードは、少なくとも３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれより多くの位置などの、少なくとも３つの塩基の位置だけ複数の他のすべてのバーコードと異なる。本明細書で提供される構成は、デジタル配列の特定の領域中の配列をコード化する核酸配列を示すバーコード配列を含み得る。例えば、バーコード配列は、大きなファイル内の特定のオリゴヌクレオチド配列をコード化する場所を示すことができる。いくつかの例では、バーコード配列は、特定のオリゴヌクレオチド配列がどのファイルと関連するかを示すことができる。いくつかの例では、バーコード配列は、特定の配列の変換スキームに関連する情報を含み、安全性の層が追加される。
オリゴヌクレオチド配列設計スキームが本明細書で提供され、ここで、オリゴヌクレオチド配列の集団中の各オリゴヌクレオチド配列は、その集団中のオリゴヌクレオチド配列の間で共通の少なくとも１つの領域を有するように設計される。例えば、同じ集団中のすべてのオリゴヌクレオチドは、１以上のプライマー領域を含み得る。配列特異的プライマー領域の設計は、複数のオリゴヌクレオチドの大きなライブラリーからの、選択されたバッチにおいて増幅されることになるオリゴヌクレオチドの選択を可能にする。各オリゴヌクレオチド配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれより多いプライマー結合配列を含んでもよい。オリゴヌクレオチド配列の集団は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２５、５０、１００、２００、５００、１０００、５０００、１００００、５００００、１０００００、またはそれ以上の同一ではない結合配列を含んでもよい。プライマー結合配列は、５−１００、１０−７５、７−６０、８−６０、１０−５０、または１０−４０の塩基長さを含んでもよい。
オリゴヌクレオチド合成の構造
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法と共に使用するための、オリゴヌクレオチド合成のための剛性構造または可撓性構造が本明細書で提供される。剛性構造の場合には、オリゴヌクレオチドのライブラリーを生成するための構造（例えば、プレート）を有するデバイスが本明細書で提供される。例示的な構造（８００）が図８で例証され、ここで、構造（８００）は、標準の９６ウェルプレートとほぼ同じサイズの寸法を有する：１４０ｍｍ×９０ｍｍ。構造（８００）は、２４の領域またはサブ領域（８０５）にグループ化されたクラスタを含み、各サブ領域（８０５）は２５６のクラスタ（８１０）のアレイを含む。例示的なサブ領域（８０５）の拡大図は、図９に示される。図８および図９で見られるように、構造は本質的に平面であってもよい。４つのクラスタの拡大図（図９）において、単一のクラスタ（９１０）は、１０７９．２１０ｕｍまたは１１４２．６９４ｕｍのＹ軸クラスタ勾配（ｃｌｕｓｔｅｒ ｐｉｔｃｈ）（中心から隣接したクラスタの中心までの距離）、および１１２５ｕｍのＸ軸クラスタの勾配を有する。例示的なクラスタ（１０１０）が図１０に示され、ここで、Ｙ軸座の勾配（中心から隣接した座位の中心までの距離）は６３．４８３ｕｍであり、Ｘ軸座位の勾配は７５ｕｍである。最長の部分の座位の幅（例えば、円形軌跡の直径）が５０ｕｍであり、座位間の距離が２４ｕｍである。図１０における例示的なクラスタ中の座位（１００５）の数は、１２１である。座位（「特徴」とも呼ばれる）は、平面、ウェル、またはチャネルであってもよい。例示的なチャネル構成が図１１Ａ−１１Ｂに例証され、ここで、メインチャンネル（１１１０）、および該メインチャンネル（１１１０）に接続された複数のチャネル（１１１５）を含むプレート（１１０５）が例証される。メインチャンネル（１１１０）と複数のチャネル（１１１５）との間の接続部は、メインチャンネル（１１１０）から複数のチャネル（１１１５）の各々への流路の流体連通をもたらす。本明細書に記載されるプレート（１１０５）は、複数のメインチャンネル（１１１０）を含むことができる。複数のチャネル（１１１５）は、メインチャンネル（１１１０）内のクラスタを合わせて形成する。
可撓性構造の場合には、該可撓性構造が、１以上の固定構造物（例えば、１対のローラー（１２０３））に巻きついた連続的なループ（１２０１）、または別々の固定構造物（例えば、ペアリール（１２０５）に巻きついた非連続的な可撓性構造（１２０７）を含むデバイスが本明細書で提供される。図１２のＡ−Ｂを参照する。オリゴヌクレオチド伸長のための複数の特徴（座位）の表面を有する可撓性構造が本明細書で提供される。可撓性構造（１３０１）の一部の各特徴は、本質的に平面の特徴（１３０３）（例えば、平坦）、チャネル（１３０５）、またはウェル（１３０７）であってもよい。図１３のＡ−Ｃを参照する。例示的な構成において、構造の各特徴は、約１０ｕｍの幅および約２１ｕｍの各構造の中心間の距離を有する。図１４Ａを参照する。特徴は、限定されないが、円形、長方形、テーパー状、または丸い形を含む。
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法と共に使用するためのオリゴヌクレオチド合成の構造は、チャネルを含み得る。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、１対０．０１の幅対深さ（または高さ）比を有し、ここで、幅は、マイクロチャネルの最も狭いセグメントでの幅の測定値である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、０．５対０．０１の幅対深さ（または高さ）の比を有し、ここで、幅は、マイクロチャネルの最も狭いセグメントでの幅の測定値である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、約０．０１、０．０５、０．１、０．１５、０．１６、０．２、０．５、または１の幅対深さ（または高さ）の比率を有する。
ポリヌクレオチド合成のための複数の分離した座位、チャネル、ウェル、または突出部を含むポリヌクレオチド合成のための構造が本明細書で提供される。本明細書に記載される構造は複数のクラスタを含み、各クラスタは複数のウェル、座位、またはチャネルを含む。代わりに、本明細書に記載される構造は、ウェル、座位、またはチャネルの均質の配置を含む。いくつかの例では、クラスタ内の複数の特徴（座位）に対応する複数のチャネルを含み構造が本明細書に記載され、ここで、該チャネルの高さまたは深さは、約５ｕｍ〜約５００ｕｍ、約５ｕｍ〜約４００ｕｍ、約５ｕｍ〜約３００ｕｍ、約５ｕｍ〜約２００ｕｍ、約５ｕｍ〜約１００ｕｍ、約５ｕｍ〜約５０ｕｍ、または約１０ｕｍ〜約５０ｕｍである。場合によっては、チャネルの高さまたは深さは、１００ｕｍ未満、８０ｕｍ未満、６０ｕｍ未満、４０ｕｍ未満、または２０ｕｍ未満である。場合によっては、チャネルの高さまたは深さは、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００ｕｍ、またはそれ以上である。いくつかの例では、チャネルの高さまたは深さは、少なくとも１０、２５、５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００ｎｍ、または１０００ｎｍを超える。いくつかの例では、チャネルの高さまたは深さは、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、約２５ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約７００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約５００の範囲である。いくつかの例では、チャネルの高さまたは深さは、約５０ｎｍ〜約１ｕｍの範囲である。
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システムおよび方法と共に使用するためのオリゴヌクレオチド合成の構造は、特徴を含み得る。いくつかの例では、特徴（例えば、本質的に平面の特徴、ウェル、チャネル、座位、または突出部）の幅は、約０．１ｕｍ〜約５００ｕｍ、約０．５〜ｕｍ〜約５００ｕｍ、約１ｕｍ〜約２００ｕｍ、約１ｕｍ〜約１００ｕｍ、約５ｕｍ〜約１００ｕｍ、または約０．１ｕｍ〜約１００ｕｍ、例えば、約９０ｕｍ、８０ｕｍ、７０ｕｍ、６０ｕｍ、５０ｕｍ、４０ｕｍ、３０ｕｍ、２０ｕｍ、１０ｕｍ、５ｕｍ、１ｕｍ、または０．５ｕｍである。いくつかの例では、特徴（例えば、マイクロチャネル）の幅は、約１００ｕｍ、９０ｕｍ、８０ｕｍ、７０ｕｍ、６０ｕｍ、５０ｕｍ、４０ｕｍ、３０ｕｍ、２０ｕｍ、または１０ｕｍより小さい。いくつかの例では、特徴の幅は、少なくとも１０、２５、５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００ｎｍ、または１０００ｎｍより大きい。いくつかの例では、特徴の幅は、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、約２５ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約７００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約５００の範囲である。いくつかの例では、特徴の幅は、約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲である。いくつかの例では、２つの隣接する特徴の中心間の距離は、約０．１ｕｍ〜約５００ｕｍ、約０．５ｕｍ〜約５００ｕｍ、約１ｕｍ〜約２００ｕｍ、約１ｕｍ〜約１００ｕｍ、約５ｕｍ〜約２００ｕｍ、約５ｕｍ〜約１００ｕｍ、約５ｕｍ〜約５０ｕｍ、または約５ｕｍ〜約３０ｕｍ、例えば、約２０ｕｍである。いくつかの例では、特徴の全幅は、約５ｕｍ、１０ｕｍ、２０ｕｍ、３０ｕｍ、４０ｕｍ、５０ｕｍ、６０ｕｍ、７０ｕｍ、８０ｕｍ、９０ｕｍ、または１００ｕｍである。いくつかの例では、特徴の全幅は、約１ｕｍ〜１００ｕｍ、約３０ｕｍ〜１００ｕｍ、または約５０ｕｍ〜７０ｕｍである。いくつかの例では、２つの隣接する特徴の中心間の距離は、約０．５ｕｍ〜約２ｕｍ、約０．５ｕｍ〜約２ｕｍ、約０．７５ｕｍ〜約２ｕｍ、約１ｕｍ〜約２ｕｍ、約０．２ｕｍ〜約１ｕｍ、約０．５ｕｍ〜約１．５ｕｍ、約０．５ｕｍ〜約０．８ｕｍ、または約０．５ｕｍ〜約１ｕｍ、例えば、約１ｕｍである。いくつかの例では、特徴の全幅は、約５０ｎｍ、０．１ｕｍ、０．２ｕｍ、０．３ｕｍ、０．４ｕｍ、０．５ｕｍ、０．６ｕｍ、０．７ｕｍ、０．８ｕｍ、０．９ｕｍ、１ｕｍ、１．１ｕｍ、１．２ｕｍ、１．３ｕｍ、１．４ｕｍ、または１．５ｕｍである。いくつかの例では、特徴の全幅は、約０．５ｕｍ〜２ｕｍ、０．７５ｕｍ〜１ｕｍ、または０．９ｕｍ〜２ｕｍである。
いくつかの例では、各特徴は、他の特徴上で成長したオリゴヌクレオチドの集団とは異なる配列を有するオリゴヌクレオチドの集団の合成を支援する。少なくとも１０、１００、２５６、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、１１０００、１２０００、１３０００、１４０００、１５０００、２００００、３００００、４００００、５００００、またはそれを超えるクラスタを含む表面が本明細書で提供される。２，０００；５，０００；１０，０００；２０，０００；３０，０００；５０，０００；１００，０００；２００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；５，０００，０００；または１０，０００，０００以上の別個の特徴を含む表面が本明細書で提供される。場合によっては、各クラスタは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１３０、１５０、２００、５００、またはそれを超える特徴を含む。いくつかの場合、各クラスタは、５０〜５００、５０〜２００、５０〜１５０、または１００〜１５０の特徴を含む。ある場合には、各々クラスタが１００〜１５０の特徴を含んでいる。例示的な構成において、各クラスタは、１０９、１２１、１３０、または１３７の特徴を含む。
５〜１００ｕｍの最長のセグメントの幅を有する特徴が本明細書で提供される。場合によっては、特徴は、約３０、３５、４０、４５、５０、５５、または６０ｕｍの最長のセグメントの幅を有する。場合によっては、特徴は、多数のセグメントを有するチャネルであり、ここで、各セグメントは５〜５０ｕｍの中心間距離を有する。場合によっては、各セグメントの中心間距離は、約５、１０、１５、２０、または２５ｕｍである。
いくつかの例では、本明細書に記載される構造の表面上で合成された別個のオリゴヌクレオチド数は、基質において利用可能な別個の特徴の数に依拠する。いくつかの例では、基質のクラスタ内の特徴の密度は、約１ｍｍ２当たり、少なくとも、または約１つの特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約１０の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約２５の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約５０の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約６５の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約７５の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約１００の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約１３０の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約１５０の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約１７５の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約２００の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約３００の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約４００の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約５００の特徴、１ｍｍ２当たり少なくとも、または約１，０００の特徴、あるいはそれより多い。場合によっては、基質は、１ｍｍ２当たり１０の特徴〜１ｍｍ２当たり約５００の特徴、１ｍｍ２当たり約２５の特徴〜１ｍｍ２当たり約４００の特徴、１ｍｍ２当たり約５０の特徴〜１ｍｍ２当たり約５００の特徴、１ｍｍ２当たり約１００の特徴〜１ｍｍ２当たり約５００の特徴、１ｍｍ２当たり約１５０の特徴〜１ｍｍ２当たり約５００の特徴、１ｍｍ２当たり約１０の特徴〜１ｍｍ２当たり約２５０の特徴、１ｍｍ２当たり約５０の特徴〜１ｍｍ２当たり約２５０の特徴、１ｍｍ２当たり約１０の特徴〜１ｍｍ２当たり約２００の特徴、または１ｍｍ２当たり約５０の特徴〜１ｍｍ２当たり約２００の特徴を含む。いくつかの例では、クラスタ内の２つの隣接する特徴の中心間の距離は、約１０ｕｍ〜約５００ｕｍ、約１０ｕｍ〜約２００ｕｍ、または約１０ｕｍ〜約１００ｕｍである。場合によっては、隣接する特徴の２つの中心間の距離は、約１０ｕｍ、２０ｕｍ、３０ｕｍ、４０ｕｍ、５０ｕｍ、６０ｕｍ、７０ｕｍ、８０ｕｍ、９０ｕｍ、または１００ｕｍより大きい。場合によっては、２つの隣接する特徴の中心間の距離は、約２００ｕｍ、１５０ｕｍ、１００ｕｍ、８０ｕｍ、７０ｕｍ、６０ｕｍ、５０ｕｍ、４０ｕｍ、３０ｕｍ、２０ｕｍ、または１０ｕｍより小さい。場合によっては、２つの隣接する特徴の中心の距離は、約１００００ｎｍ ８０００ｎｍ ６０００ｎｍ、４０００ｎｍ、２０００ｎｍ、１０００ｎｍ、８００ｎｍ、６００ｎｍ、４００ｎｍ、２００ｎｍ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、８０ｕｍ、７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、２０ｎｍ、または１０ｎｍである。いくつかの例では、本明細書に記載される構造の各平方メートルは、少なくとも約１０７、１０８、１０９、１０１０、１０１１の特徴を可能にし、ここで、各特徴は１つのオリゴヌクレオチドを支持する。いくつかの例では、１０９のオリゴヌクレオチドは、本明細書に記載される構造の約６、５、４、３、２、または１ｍ２未満で支持される。
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法と共に使用するためのオリゴヌクレオチド合成の構造は、オリゴヌクレオチドの数の合成を支援する。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、２，０００；５，０００；１０，０００；２０，０００；３０，０００；５０，０００；１００，０００；２００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；１，２００，０００；１，４００，０００；１，６００，０００；１，８００，０００；２，０００，０００；２，５００，０００；３，０００，０００；３，５００，０００；４，０００，０００；４，５００，０００；５，０００，０００；１０，０００，０００以上の同一ではないオリゴヌクレオチドの合成の支援を提供する。場合によっては、構造は、別個の配列をコード化する２，０００；５，０００；１０，０００；２０，０００；５０，０００；１００，０００；２００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；１，２００，０００；１，４００，０００；１，６００，０００；１，８００，０００；２，０００，０００；２，５００，０００；３，０００，０００；３，５００，０００；４，０００，０００；４，５００，０００；５，０００，０００；１０，０００，０００以上のオリゴヌクレオチドの合成の支援を提供する。いくつかの例では、オリゴヌクレオチドの少なくとも一部は、同一の配列を有するか、または同一の配列で合成されるように構成される。いくつかの例では、該構造は、少なくとも約５０、６０、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５、３５０、３７５、４００、４２５、４５０、４７５、５００、またはそれを超える塩基を有するオリゴヌクレオチドの成長のための表面環境を提供する。
いくつかの例では、オリゴヌクレオチドは、構造の別個の特徴上で合成され、ここで、各特徴は、オリゴヌクレオチドの集団の合成を支援する。場合によっては、各特徴は、別の座位上で成長するオリゴヌクレオチドの集団とは異なる配列を有するオリゴヌクレオチドの集団の合成を支援する。いくつかの例では、構造の特徴は、複数のクラスタ内に位置する。いくつかの例では、構造は、少なくとも１０、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、１１０００、１２０００、１３０００、１４０００、１５０００、２００００、３００００、４００００、５００００、またはそれを超えるクラスタを含む。いくつかの実例では、構造は、２，０００；５，０００；１０，０００；１００，０００；２００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；１，１００，０００；１，２００，０００；１，３００，０００；１，４００，０００；１，５００，０００；１，６００，０００；１，７００，０００；１，８００，０００；１，９００，０００；２，０００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；１，２００，０００；１，４００，０００；１，６００，０００；１，８００，０００；２，０００，０００；２，５００，０００；３，０００，０００；３，５００，０００；４，０００，０００；４，５００，０００；５，０００，０００；または１０，０００，０００以上の別個の特徴を含む。場合によっては、各々クラスタは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１３０、１５０、またはそれを超える特徴（座位）を含む。いくつかの例では、各クラスタは、５０〜５００、１００〜１５０、または１００〜２００の特徴を含む。いくつかの例では、各クラスタは、１０９、１２１、１３０、または１３７の特徴を含む。いくつかの例では、各クラスタは、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２の特徴を含む。いくつかの例では、１つのクラスタ内の別個の特徴からのオリゴヌクレオチドは、構築される時に、予め決められた配列の、近接したより長いオリゴヌクレオチドをコード化する配列を有する。
構造の大きさ
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法と共に使用するオリゴヌクレオチド合成の構造は、様々な大きさを含む。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、ほぼ標準の９６ウェルプレート（例えば、約１００〜２００ｍｍ×約５０〜１５０ｍｍ）の大きさである。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、約１０００ｍｍ、５００ｍｍ ４５０ｍｍ、４００ｍｍ、３００ｍｍ、２５０ｎｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ、１００ｍｍ、または５０ｍｍ以下の直径を有する。いくつかの例では、基質の直径は、約２５ｍｍ〜１０００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約８００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約６００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約５００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約４００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約３００ｍｍ、または約２５ｍｍ〜約２００である。基質の大きさの非限定的な例は、約３００ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ、１３０ｍｍ、１００ｍｍ、７６ｍｍ、５１ｍｍ、および２５ｍｍを含む。いくつかの例では、基質は、少なくとも約１００ｍｍ２；２００ｍｍ２；５００ｍｍ２；１０００ｍｍ２；２０００ｍｍ２；５０００ｍｍ２；１００００ｍｍ２；１２０００ｍｍ２；１５０００ｍｍ２；２００００ｍｍ２；３００００ｍｍ２；４００００ｍｍ２；５０，０００ｍｍ２またはそれ以上の平面の表面積を有している。いくつかの例では、基質の厚さは、約５０ｍｍ〜約２０００ｍｍ、約５０ｍｍ〜約１０００ｍｍ、約１００ｍｍ〜１０００ｍｍ、約２００ｍｍ〜約１０００ｍｍ、約２５０ｍｍ〜約１０００ｍｍである。基質の厚さの非限定的な例は、２７５ｍｍ、３７５ｍｍ、５２５ｍｍ、６２５ｍｍ、６７５ｍｍ、７２５ｍｍ、７７５ｍｍ、および９２５ｍｍを含む。いくつかの例では、基質の厚さは、直径によって変わり、基質の組成に依拠する。例えば、シリコン以外の材料を含む構造は、同じ直径のシリコンの構造とは異なる厚さを有し得る。構造の厚さは、使用される材料の機械的強度によって決定されることができ、該構造は、取扱い中に割れることなく、自重を支えるために十分に厚くなければならない。いくつかの例では、構造は、任意の１つの次元において、約１、２、３、４、５、１０、１５、３０、４０、５０フィートを超える。
材料
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システムおよび方法と共に使用するためのオリゴヌクレオチド合成のための構造は、様々な材料から作られてもよい。ある例では、本開示の基質／固体支持体が作られる材料は、低いレベルのオリゴヌクレオチド結合を示す。いくつかの状況では、可視光線および／または紫外線に対して透明な材料が使用される。十分に伝導性の材料、例えば、本明細書に記載されている基質／固形支持体のすべてまたは一部分にわたって均一の電場を形成し得るもの、が利用され得る。いくつかの例では、そのような材料は電気基底（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｒｏｕｎｄ）に接続されてもよい。いくつかの場合において、基質または固体支持体は、熱伝導性または熱絶縁性であり得る。材料は、一連のオリゴヌクレオチド合成反応などの化学反応または生化学反応を支援するために耐薬品性および熱耐性がある。可撓性材料について、対象の材料は、次のものを含み得る：ナイロン、修飾および非修飾の、ニトロセルロース、ポリプロピレンなど。
剛性材料について、対象の特定の材料は次のものを含む：ガラス；石英ガラス；シリコン、プラスチック（例えば、ポリテトラフロウロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｏｕｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびそれらの混合物など）；ならびに、金属（例えば、金、プラチナなど）。構造は、シリコン、ポリスチレン、アガロース、デキストラン、セルロースポリマー、ポリアクリルアミド、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、およびガラスからなる群から選択される材料から作られる。基質／固体支持体またはミクロ構造、そのリアクターは、本明細書において列挙される材料の組み合わせ、または当該技術分野において既知の任意の他の適切な材料で製造され得る。
用語「可撓性」は、曲げられたり、折り畳められたり、または破損することなく同様に操作され得る構造を指すために本明細書において使用される。ある場合には、可撓性構造は、ローラーのまわりで少なくとも３０度曲げられる。ある場合には、可撓性構造は、ローラーのまわりで少なくとも１８０度曲げられる。ある場合には、可撓性構造は、ローラーのまわりで少なくとも２７０度曲げられる。いくつかの例では、可撓性構造は、ローラーのまわりで約３６０度曲げられる。場合によっては、ローラーの半径は、約１０ｃｍ ５ｃｍ ３ｃｍ、２ｃｍ、または１ｃｍより小さい。いくつかの例では、可撓性構造は、破損（例えば、クラッキング）または２０°Ｃで変形することなく、いずれかの方向に少なくとも１００回、繰り返し曲げられ、真っすぐにされる。いくつかの例では、本明細書に記載される可撓性構造は、回転に適した厚さを有する。場合によっては、本明細書に記載される可撓性構造の厚さは、約５０ｍｍ、１０ｍｍ、１ｍｍ、または０．５ｍｍより小さい。
本明細書に記載される構造のための例示的な可撓性材料としては、限定されないが、ナイロン（未修飾のナイロン、修飾されたナイロン、透き通ったナイロン）、ニトロセルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、アセタール、アクリル、アクリロニトリル、ブタジエン スチレン（ＡＢＳ）、ポリエステル・フィルム（ポリエチレン テレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、または他のアクリルなどの）、ポリ塩化ビニルまたは他のビニル樹脂、透明なＰＶＣホイル、プリンターのための透明なホイル、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、メタクリレート・コポリマー、スチレン系ポリマー、高屈折率ポリマー、フッ素含有ポリマー、ポリエーテルスルフォン、脂環式構造を含むポリイミド、ゴム、布、金属箔、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。様々な可塑剤および改質剤が、選択された可撓性の特徴を達成するために、ポリマー基板材料と共に使用されてもよい。
本明細書に記載される可撓性構造は、プラスチック材料を含み得る。いくつかの実例では、可撓性構造は、熱可塑性プラスチック材料を含み得る。熱可塑性プラスチック材料の非限定的な例としては、アクリル、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ナイロン、ポリ乳酸、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテル エーテル ケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、およびポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。いくつかの例では、基質は、ポリアリールエーテルケトン（ＰＥＡＫ）ファミリーの熱可塑性プラスチック材料を含む。ＰＥＡＫ熱可塑性の非限定的な例は、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリ（エーテル エーテル ケトン・ケトン）（ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテル エーテル ケトン（ＰＥＥＫ）およびポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）を含む。いくつかの例では、可撓性構造は、トルエンと適合性のある熱可塑性プラスチック材料を含む。いくつかの例では、プラスチック材料の可撓性は、可塑剤の添加によって増加される。可塑剤の一例は、フタル酸塩などのエステルベースの可塑剤である。フタル酸エステル系可塑剤は、ビス（２−エチルヘキシル）フタル酸塩（ＤＥＨＰ）、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）、ジ−ｎ−ブチル フタル酸塩（ＤｎＢＰ、ＤＢＰ）、フタル酸ブチルベンジル（ＢＢｚＰ）、フタル酸ジイソデシル（ＤＩＤＰ）、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ、ＤｎＯＰ）、フタル酸ジイソオクチル（ＤＩＯＰ）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ）、フタル酸ジイソブチル（ＤＩＢＰ）、およびジ−ｎ−ヘキシル フタル酸塩を含む。いくつかの例では、共重合を介するか、重合前の単量体への非反応性の側鎖の添加を介する熱可塑性ポリマーの修飾は、可撓性さらに増加させる。
フッ素ゴムをさらに含む可撓性構造が本明細書で提供される。約８０％のフッ素ゴムを有する材料は、ＦＫＭと名づけられる。フッ素ゴムは、ペルフルオロ−エラストマー（ＦＦＫＭ）およびテトラフルオロエチレン／プロピレン・ゴム（ＦＥＰＭ）を含む。フッ素ゴムには５つの既知のタイプがある。タイプ１のＦＫＭは、弗化ビニリデン（ＶＤＦ）およびヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）で構成され、それらのフッ素含有量は典型的に約６６の重量％である。タイプ２のＦＫＭは、ＶＤＦ、ＨＦＰ、およびテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）で構成され、典型的に約６８％〜６９％のフッ素を有する。タイプ３のＦＫＭは、ＶＤＦ、ＴＦＥ、およびパーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）で構成され、典型的に約６２％〜６８％のフッ素を有する。タイプ４のＦＫＭは、プロピレン、ＴＦＥ、およびＶＤＦで構成され、典型的に約６７％のフッ素を有する。タイプ５のＦＫＭは、ＶＤＦ、ＨＦＰ、ＴＦＥ、ＰＭＶＥ、およびエチレンで構成される。
いくつかの例では、本明細書に開示される基質はコンピュータ可読材料を含む。コンピュータ可読材料としては、限定されないが、磁気メディア、オープンリール式テープ、カートリッジテープ、カセットテープ、フレキシブルディスク、紙媒体、フィルム、マイクロフィッシュ、連続的テープ（例えば、ベルト）、および電子指示を保存するのに適切な任意の媒体が挙げられる。ある場合には、基質は磁気オープンリール式テープまたは磁気ベルトを含む。いくつかの実例では、基質はフレキシブルプリント基板を含む。
本明細書に記載される構造は、可視光線および／または紫外線を通してもよい。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、構造のすべてまたは一部にわたって均一な電場を形成するのに十分な電導性がある。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、熱伝導性または熱絶縁性である。いくつかの例では、構造は、オリゴヌクレオチド合成反応などの化学反応を支援するために耐薬品性および熱耐性がある。いくつかの実例では、構造は磁気である。いくつかの例では、構造は金属または金属合金を含む。
オリゴヌクレオチド合成のための構造は、任意の次元において、１、２、５、１０、３０、５０フィート、またはそれを超える長さであってもよい。可撓性構造の場合には、可撓性構造が、巻かれた状態で、例えば、リールに随意に保存される。大きな剛性構造（例えば、１フィートを超える長さ）の場合には、剛性構造は垂直にまたは水平に保存され得る。
構造の表面上の暗号鍵マーキング
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法と共に使用されるオリゴヌクレオチド合成のための構造は、暗号化マーキングを含み得る。マーキング（１４０１）を有する構造が本明細書で提供され、ここで、マーキングは、近くのオリゴヌクレオチドの集団に関連付けられる情報のソースアイテム、近くのオリゴヌクレオチド集団の配列をデクリプションするための暗号化スキーム、近くのオリゴヌクレオチドの集団のコピー数、または任意のそれらの組み合わせに関連する情報を提供する。例えば、図１４Ｂ−１４Ｃを参照する。マーキングは、肉眼で見える場合もあれば、または顕微鏡を用いた拡大図で見える場合もある。いくつかの例では、表面上のマーキングは、熱、化学的、または光処理（例えば、マーキングを照らすためのＵＶまたはＩＲライト）などのマーキングを露光するための処理条件の後でのみ見ることができる。熱によって発展される例示的インクは、限定されないが、塩化コバルト（加熱されると青色に変わる）を含む。化学反応によって発展した例示的インクは、限定されないが、フェノールフタレイン、硫酸銅、硝酸鉛（ＩＩ）、塩化コバルト（ＩＩ）、および硫酸マンガンおよび過酸化水素によって発展されたシュウ酸セリウムを含む。
表面処理
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法と共に使用されるオリゴヌクレオチド合成のための構造は、オリゴヌクレオチド合成のための表面を含み得る。基質上で生体分子の固定化を支援する方法が本明細書で提供され、ここで、本明細書に記載される構造の表面は、材料を含み、および／または付着のための生体分子とのカップリング反応を促進する材料でコーティングされる。生体分子固定化のための構造を準備するために、基質の表面または選択された部位あるいは表面の領域の１つ以上の化学的および／または物理的特性を変更するためのアディティブ法あるいはサブトラクティブ法によって、化学的および／または物理的に基質の表面を変更する表面改質が利用され得る。例えば、表面改質は、（１）表面の湿潤性を変更すること、（２）表面を機能化する（つまり、表面の官能基を提供し、修飾し、または置換する）こと（３）表面を脱機能化する（つまり、表面の官能基を除去する）こと、（４）そうでなければ、表面の化学組成を変えること（例えば、エッチングによって）、（５）表面粗さを増加または減少させること、（６）表面上のコーティング（例えば、表面の湿潤性とは異なる湿潤性を示すコーティング）を提供すること、および／または（７）表面に粒子を堆積させることを含む。いくつかの例では、構造の表面は、構造上に２つ以上の別個の領域を生成するために選択的に機能化され、ここで、少なくとも１つの領域は、同じ構造の別の領域とは異なる表面または化学的性質を有する。そのような特性は、限定されないが、表面エネルギー、化学的終結、化学的部分表面濃度などを含む。
いくつかの例では、本明細書に開示される構造の表面は、基質および生体分子の両方の表面に結合されるように構成される１以上の能動的に機能化された表面を含むように修飾され、それによって、表面のカップリング反応を支援する。いくつかの例では、表面は、効率的に生体分子を結合しない受動性材料で機能化され、それによって、受動的機能化剤が結合される部位での生体分子の付着を防ぐ。場合によっては、表面は、生体分子の支持のための別個の特徴を定義するだけの活動層を含む。
いくつかの例では、表面は、任意の異なる比率の機能化基の混合物と接触する。いくつかの例では、混合物は、少なくとも２、３、４、５、またはそれ以上の異なる種類の機能化剤を含む。場合によっては、混合物における表面機能化剤の少なくとも２つの種類の比率は、約１：１、１：２、１：５、１：１０、２：１０、３：１０、４：１０、５：１０、６：１０、７：１０、８：１０、９：１０、または２つの基の所望の表面表示を達成するための任意の他の比率である。いくつかの例では、他の適切な溶媒の所望の表面張力、湿潤性、水接触角、および／または接触角は、機能化剤の適切な比率を有する基質表面を提供することによって達成される。場合によっては、混合物中の薬剤は、適切な反応性部分および不活性部分から選択され、したがって、反応性基の表面密度を下流反応のための所望のレベルに希釈する。いくつかの例では、機能化試薬の混合物は、生体分子に結合する１以上の試薬および生体分子に結合しない１以上の試薬を含む。したがって、試薬の調節は、機能化の別個の領域で生じる生体分子結合の量を制御することを可能にする。
いくつかの例では、基質の機能化のための方法は、基質の表面上へのシラン分子の堆積を含む。シラン分子は基質の高エネルギー表面に堆積されてもよい。いくつかの例では、高表面エネルギー領域は、受動的機能化試薬を含む。本明細書に記載される方法は、表面を結合するシラン基を提供するが、残りの分子は、表面からの距離および生体分子が付着する末端の遊離水酸基を提供する。いくつかの例では、シランは、有機官能性のアルコキシシラン分子である。有機官能性のアルコキシシラン分子の非限定的な例としては、ジメチルクロロ−オクトデシル−シラン、メチルジクロロ−オクトデシル−シラン、トリクロロ−オクトデシル−シラン、およびトリメチル−オクトデシル−シラン、トリエチル−オクトデシル−シランが挙げられる。いくつかの例では、シランはアミノシランである。アミノシランの例としては、限定されないが、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリメトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン、グリシジルオキシプロピル／トリメトキシシラン、およびＮ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミドが挙げられる。いくつかの例では、シランは、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリメトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン、グリシジルオキシプロピル／トリメトキシシラン、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミド、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの例では、能動的機能化薬剤は、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランを含む。いくつかの例では、能動的機能化薬剤は、ｎ−デシルトリエトキシシランを含む。ある場合には、能動的機能化薬剤は、グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン（ＧＯＰＳ）を含む。いくつかの例では、シランはフルオロシランである。いくつかの例では、シランは炭化水素シランである。場合によっては、シランは、３−ヨード−プロピルトリメトキシシランである。 場合によっては、シランはオクチルクロロシランである。
いくつかの例では、シラン処理は、有機官能性のアルコキシシラン分子との自己構築を介して表面上で行なわれる。有機官能性のアルコキシシランは、その有機官能基に応じて分類される。シロキサン機能化試薬の非限定的な例としては、ヒドロキシアルキルシロキサン（シリル化された表面、ジボランで機能化し、過酸化水素によってアルコールを酸化させる）、ジオール（ヒドロキシアルキル）シロキサン（シリル化された表面、およびジオールに加水分解すること）、アミノアルキルシロキサン（アミンは中間の機能化工程を必要としない）、グリシドキシシラン（３−グリシドキシプロピル−ジメチル−エトキシシラン、グリシドキシ−トリメトキシシラン、メルカプトシラン（３−メルカプトプロピル−トリメトキシシラン、３−４、エポキシシクロヘキシル−エチルトリメトキシシランまたは３−メルカプトプロピル−メチル−ジメトキシシラン）、ビシクロヘプタヘニル−トリクロロシラン、ブチル−アルデヒドル（ａｌｄｅｈｙｄｒ）−トリメトキシシラン、あるいは二量体の二次的アミノアルキルシロキサンが挙げられる。例示的なヒドロキシアルキルシロキサンは、３−ヒドロキシプロピルへと変わるアリルトリクロロクロロシラン、または８−ヒドロキシオクチルへと変わる７−オクト−１−エニルトリクロロクロロシランを含む。ジオール（ヒドロキシアルキル）シロキサンは、グリシジル、トリメトキシシラン由来（２，３−ジヒドロキシプロピルオキシ）プロピル（ＧＯＰＳ）を含む。アミノアルキルシロキサンは、３−アミノプロピル（３−アミノプロピル−トリエトキシシラン、３−アミノプロピル−ジエトキシ−メチルシラン、３−アミノプロピル−ジメチル−エトキシシラン、または３−アミノプロピル−トリメトキシシラン）へと変わる３−アミノプロピルトリメトキシシランを含む。場合によっては、二量体の二次的アミノアルキルシロキサンは、ビス（シリルオキシルプロピル）アミンへと変わるビス（３−トリメトキシシリルプロピル）アミンである。
能動的機能化領域は、１以上の異なる種のシラン、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれより多くのシランを含んでもよい。場合によっては、１以上のシランの１つは、別のシランより大きい量で機能化組成に存在する。例えば、２つのシランを含む混合シラン溶液は、９９：１、９８：２、９７：３、９６：４、９５：５、９４：６、９３：７、９２：８、９１：９、９０：１０、８９：１１、８８：１２、８７：１３、８６：１４、８５：１５、８４：１６、８３：１７、８２：１８、８１：１９、８０：２０、７５：２５、７０：３０、６５：３５、６０：４０、５５：４５の、あるシラン対別のシランの比率を含む。いくつかの例では、能動的機能化薬剤は、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランおよびｎ−デシルトリエトキシシランを含む。いくつかの例では、能動的機能化薬剤は、約２０：８０〜約１：９９、約１０：９０〜約２：９８、または約５：９５の比率で、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランおよびｎ−デシルトリエトキシシランを有する。
いくつかの例では、機能化は、任意の堆積技術による構造への機能化薬剤の堆積を含み、それは、制限されないが、化学蒸着法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、熱線ＣＶＤ（ＨＷＣＶＤ）、潜在性ＣＶＤ（ｉＣＶＤ）、修飾ＣＶＤ（ＭＣＶＤ）、気相軸付け法（ｖａｐｏｒ ａｘｉａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＶＡＤ）、気相外付け法（ＯＶＤ）、物理蒸着（例えば、スパッタリング、蒸着）および分子層堆積法（ＭＬＤ）を含む。
以下の機能化プロセスにおける任意の工程または構成要素は、最終的に機能化された基質の所望の特質に従って省略されるか、または変更される。ある場合には、付加的な構成要素および／またはプロセス工程が、本明細書で具体化されるプロセスワークフローに加えられる。いくつかの例では、基質は、例えば、ピラニア溶液を使用して最初に洗浄される。洗浄工程の一例としては、高温（例えば、１２０℃）でピラニア溶液（例えば、９０％のＨ２ＳＯ４、１０％のＨ２Ｏ２）に基質を浸し、基質を洗浄（例えば、水）および乾燥（例えば、窒素ガス）することを含む。該プロセスは、随意に、ピラニア処理された基質を塩基性溶液（例えば、ＮＨ４ＯＨ）浸し、その後、水性の洗浄（例えば、水）を行うことを含むピラニア後処理を含む。いくつかの例では、構造の表面は、ピラニア浸漬およびオプションのピラニア後処理に随意に続いて、プラズマ洗浄される。プラズマ洗浄プロセスの一例は、酸素プラズマエッチングを含む。いくつかの例では、表面は、蒸気療法に続いて、能動的機能化薬剤内で堆積する。いくつかの例では、基質は、洗浄に先立って、例えば、ピラニア処理および／またはプラズマ洗浄によって、能動的に機能化される。
表面の機能化のためのプロセスは、レジストコーティングおよびレジスト剥離を随意に含む。いくつかの例では、能動的な表面の機能化後に、基質は、レジスト（例えば、ＳＰＲ（商標）３６１２ポジティブ・フォトレジスト）でスピンコーティングされた。様々な例において、表面の機能化のためのプロセスは、パターン化した機能化を伴うリソグラフィーを含む。いくつかの例では、レジストコーティングに続いて、フォトリソグラフィーが行なわれる。いくつかの例では、リソグラフィー後、表面は、リソグラフィー欠損について視覚的に検査される。いくつかの例において、表面の機能化プロセスは洗浄工程を含み、それによって、例えば、プラズマ洗浄またはエッチングによって基質の残留物が除去される。いくつかの例では、プラズマ洗浄工程は、リソグラフィー工程後のある工程で行なわれる。
いくつかの例では、レジストでコーティングされた表面は、例えば、機能化の後および／またはリソグラフィーの後に、レジストを除去するために処理される。場合によっては、レジストは溶媒（例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを含む剥離溶液）で除去される。ある場合には、レジスト剥離は、音波処理または超音波処理を含む。いくつかの例では、レジストはコーティングされ、剥離され、続いて、暴露面の能動的な機能化を行って、所望の異なる機能化パターンを作成する。
いくつかの例では、本明細書に記載される方法および組成物は、選択的領域における修飾された表面特性の生成のためのフォトレジストの適用に関連し、ここで、フォトレジストの適用は、フォトレジストの空間分布を定義する表面の流体的性質に依拠する。理論に縛られることなく、適用された流体に関連する表面張力効果は、フォトレジストの流れを定義し得る。例えば、表面張力および／または毛管作用効果は、レジスト溶剤が蒸発する前に、抑制された方法でフォトレジストを小さな構造へと引き込むことを促進する可能性がある。いくつかの例では、レジスト接点は鋭いエッジで留められ、それによって、流体の進行を制御する。下位構造は、製造および機能化のプロセスの間にフォトレジストを適用するために使用される所望のフローパターンに基づいて設計され得る。溶媒が蒸発した後に残された固体の有機質層は、続く製造プロセスの工程を進めるために使用され得る。構造は、近隣の流体経路へのウィッキング効果を促進または阻害することによって、流体の流れを制御するように設計されてもよい。例えば、構造は、上部と下部のエッジの間の重複を回避するように設計され、それは、上部構造の流体の保持を容易にし、レジストの特定の配置を可能にする。他の例では、上部と下部のエッジは重複し、適用された流体の下部構造へのウィッキングをもたらす。したがって、適切な設計は、レジストの所望の適用に依存して選択され得る。
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、ヌクレオシドを結合できる反応性基を含む、少なくとも、または少なくとも約０．１ｎｍ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、または２５ｎｍの厚さを有する材料を含む表面を有する。典型的な表面は、限定されないが、二酸化ケイ素と窒化ケイ素などのガラスおよびケイ素を含む。いくつかの場合、例示的な表面はナイロンおよびＰＭＭＡを含む。
いくつかの例では、紫外線の形態の電磁放射は、表面のパターン化のために使用される。いくつかの例では、ランプは表面のパターン化に使用され、マスクは表面への紫外線の曝露位置を媒介する。いくつかの例では、レーザーは表面のパターン化のために使用され、シャッターの開閉状態が表面への紫外線の照射を制御する。レーザー構成は、移動可能な可撓性構造との組み合わせで使用されてもよい。そのような構成では、異なるヌクレオシドカップリング機能を有する１以上の薬剤のパターンを生成するために、レーザー露光および可撓性構造の移動の調整が使用される。
材料堆積システム
本明細書に記載される構造上での生体分子の堆積および保存のためのシステムおよびデバイスが本明細書で提供される。いくつかの例では、生体分子は、それらの配列においてコード化された情報を保存するオリゴヌクレオチドである。いくつかの例では、システムは、生体分子の付着を支援するために、構造の表面および／または基質の表面に生体分子を適用するのためのデバイスを含む。一例では、生体分子を適用するためのデバイスは、オリゴヌクレオチドシンセサイザーである。いくつかの例では、システムは、流体（例えば、フローセル）で基質を処理するためのデバイスを含む。いくつかの例では、システムは、適用デバイスと処理デバイスとの間の基質を移動させるためのデバイスを含む。例えば、基質がオープンリール式テープである場合、システムは、異なる時間で、適用デバイスおよびオプションの処理デバイスへの基質の様々な部分へのアクセスを可能にする２つ以上のリールを含み得る。
オリゴヌクレオチド合成のためのオリゴヌクレオチド材料堆積システムの第１の実施例が図１５で示される。システムは、基質の位置に整列させるために、Ｘ−Ｙ方向に移動する材料デポジション装置を含む。材料デポジション装置は、Ｚ方向にも移動して基質でふさぎ、分解された反応装置を形成することができる。分解された反応装置は、オリゴヌクレオチドおよび／または試薬を含む流体が、基質からキャッピング要素へおよび／またはその逆へと移動できるように構成される。図１５に示されるように、流体は、基質およびキャッピング要素の一方または両方を通過し、および、限定されないが、カップリング試薬、キャッピング試薬、酸化剤、脱ブロッキング薬剤、アセトニトリル、および窒素ガスを含む。高分解能の液滴堆積が可能なデバイスの例は、インクジェット・プリンターおよびレーザープリンターのプリントヘッドを含む。本明細書に記載されるシステムおよび方法に有用なデバイスは、約１００の１インチ当たりのドット（ＤＰＩ）〜約５０，０００ＤＰＩ；約１００ＤＰＩ〜約２０，０００ＤＰＩ；約１００ＤＰＩ〜約１０，０００ＤＰＩ；約１００ＤＰＩ〜約５，０００ＤＰＩ；約１，０００ＤＰＩ〜約２０，０００ＤＰＩ；または、約１，０００ＤＰＩ〜約１０，０００ＤＰＩの分解能を達成する。いくつかの例では、デバイスは、少なくとも約１，０００；２，０００；３，０００；４，０００；５，０００；１０，０００；１２，０００ＤＰＩ、または２０，０００ＤＰＩの分解能を有する。デバイスによって行われる高分解能の堆積は、基質の特徴に対応する各ノズルの数および密度に関連する。
オリゴヌクレオチドシンセサイザーを使用した基質上のオリゴヌクレオチドのデノボ合成のための例示的なプロセスワークフローが図１６に示される。オリゴヌクレオチド合成試薬を含む液滴は、材料デポジション装置から基質に段階的に放出され、ここで、材料デポジション装置は、電気信号を、液滴を放出するための機械信号に変換するためのピエゾセラミック材料および電極を有する。液滴は、１度に１つの核酸塩基ずつ、基質の表面上の特定位置で放出されて、データをコード化する予め決められた配列を有する複数の合成したオリゴヌクレオチドを生成する。ある場合には、合成されたオリゴヌクレオチドが、基質上で保存される。核酸試薬は、非連側的なまたはドロップオンデマンド方法で基質表面上に堆積されてもよい。そのような方法の例は、電気機械伝達法、電気熱伝達法、および静電気引力法を含む。電気機械伝達法では、電気パルスによって変形した圧電素子は液滴を放出する。電気熱伝達方法では、デバイスのチャンバーにおいて気泡が生成され、気泡の膨張力は液滴を放出させる。静電気引力法では、引力の静電力が、基質上に液滴を放出するために使用される。ある場合には、液滴の頻度は、約５ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚ；約５ＫＨｚ〜約１００ＫＨｚ；約１０ＫＨｚ〜約５００ＫＨｚ；約１０ＫＨｚ〜約１００ＫＨｚ；または、約５０ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚである。ある場合には、頻度は、約５００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、または５０ｋＨｚより少ない。
分配される液滴の大きさは、デバイスの分解能に相関する。いくつかの例では、デバイスは、約０．０１ｐｌ〜約２０ｐｌ、約０．０１ｐｌ〜約１０ｐｌ、約０．０１ｐｌ〜約１ｐｌ、約０．０１ｐｌ〜約０．５ｐｌ、約０．０１ｐｌ〜約０．０１ｐｌへの、または約０．０５ｐｌ〜約１ｐｌの大きさの試薬の液滴を堆積させる。いくつかの例では、液滴の大きさは、約１ｐｌ、０．５ｐｌ、０．２ｐｌ、０．１ｐｌ、または０．０５ｐｌより小さい。デバイスによって分配される液滴の大きさは、堆積ノズルの直径に相関し、ここで、各ノズルは、基質の特徴上に試薬を堆積させることができる。いくつかの例では、デポジション装置のオリゴヌクレオチドシンセサイザーは、約１００〜約１０，０００のノズル；約１００〜約５，０００のノズル；約１００〜約３，０００のノズル；約５００〜約１０，０００のノズル；または、約１００〜約５，０００のノズルを含む。場合によっては、デポジション装置は、１，０００；２，０００；３，０００；４，０００；５，０００；または、１０，０００を超えるノズルを含む。いくつかの例では、各材料デポジション装置は複数のノズルを含み、ここで、各ノズルは、基質上の特徴に対応するように随意に構成される。各ノズルは、別のノズルとは異なる試薬成分を堆積させる。いくつかの例では、各ノズルは、基質の１以上の特徴をカバーする液滴を堆積させる。いくつかの実例では、１以上のノズルは角度がついている。いくつかの例では、多数のデポジション装置は、スループットの倍増を達成するために、並んで積み重ねられる。場合によっては、増加は、２倍、４倍、８倍、またはそれ以上である。デポジション装置の一例は、Ｓａｍｂａ Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ（富士フィルム）である。Ｓａｍｂａ Ｐｒｉｎｔｈｅａｄは、Ｓａｍｂａ Ｗｅｂ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ（ＳＷＡＴ）と共に使用されてもよい。
堆積部位の数は、同じデポジション装置を使用し、かつ特定の角度またはサーベル角だけ回転させることによって、増加させることができる。デポジション装置を回転させることによって、各ノズルは、サーベル角に対応する一定量の遅延時間で噴射される。非同期に噴射は、ノズル間にクロストークを作成する。したがって、液滴が０度とは異なる特定のサーベル角度で噴射されている場合、ノズルからの液滴の体積は異なり得る。
いくつかの構成では、オリゴヌクレオチド合成システムの構成は、オープンリール型プロセスで移動するための基質の可撓性を活用する、連続的なオリゴヌクレオチド合成プロセス可能にする。この合成プロセスは、基質の位置を回転させるために１つ以上のリールを使用して、オリゴヌクレオチド合成の様々な工程を通過する基質を用いた連続生産ライン様式で作動する。典型的な実施形態では、オリゴヌクレオチド合成反応は基質を回転することを含み：溶剤槽、ホスホラミダイト堆積のためのデポジション装置の下、酸化剤槽、アセトニトリル水洗液槽、および非ブロック槽を通過する。随意に、テープはキャッピング槽も通過する。オープンリール型のプロセスは、合成オリゴヌクレオチドを含む基質の最終生成物が巻取りリール上で容易に集められることを可能にし、ここで、さらなる処理または保存のために移動される。
いくつかの構成では、オリゴヌクレオチド合成は、連続的な可撓性のテープがコンベヤーベルトシステムに沿って運搬されるため、連続生産方式で進行する。オープンリール型のプロセスと同様に、連続的なテープ上のオリゴヌクレオチド合成は、生産ライン様式で作動し、基質は運搬の間にオリゴヌクレオチド合成の様々な工程を通過する。しかし、コンベヤーベルトプロセスでは、連続的なテープは、オープンリール式のプロセスのように、テープのローリングおよびアンローリングなしのオリゴヌクレオチド合成工程を再検討する。いくつかの構成では、オリゴヌクレオチド合成の工程はゾーンに分割され、連続的なテープは、各ゾーンを介して１サイクルで１回以上運搬される。例えば、オリゴヌクレオチド合成反応は、（１）１サイクルで、溶媒槽、ホスホラミダイト堆積のためのデポジション装置の下、酸化剤槽、アセトニトリル水洗液槽、およびブロック槽を通って基質を運搬すること；その後、（２）予め決められた長さの合成オリゴヌクレオチドを達成するためにサイクルを繰り返すことを含む。オリゴヌクレオチド合成後、可撓性の基板はコンベヤーベルトシステムから取り除かれ、保存のために随意に回転される。ローリングは、保存のためにリールの周りで行われてもよい。
典型的な構成では、熱可塑性プラスチック材料を含む可撓性の基板は、ヌクレオシドカップリング試薬でコーティングされる。コーティングは、各特徴が約１０ｕｍの直径、約２１ｕｍの２つの隣接した特徴の間の中心間距離を有するように、特徴にパターン化される。この例では、特徴の大きさは、オリゴヌクレオチド合成の堆積工程の間に、０．２ｐｌの固着の液滴体積を収容するのに十分である。場合によっては、、特徴の密度は、ｍ２当たり約２２億の特徴である（１つの特徴／４４１×１０−１２ｍ２）。場合によっては、４．５ｍ２の基質は約１００億の特徴を含み、各々は１０ｕｍの直径を有する。
本明細書に記載されるデポジション装置は、約２，０４８のノズルを含むことができ、各々が１液滴当たり１核酸塩基で、毎秒１００，０００の液滴を堆積させる。各デポジション装置について、１日当たり少なくとも約１．７５×１０１３の核酸塩基が基質上に堆積される。いくつかの例では、１００〜５００の核酸塩基オリゴヌクレオチドが合成される。ある場合には、２００の核酸塩基オリゴヌクレオチドが合成される。随意に、３日にわたって、１日当たり１．７５×１０１３の塩基の割合で、少なくとも約２６２．５×１０９のオリゴヌクレオチドが合成される。
いくつかの構成では、合成反応中に１以上の試薬を基質に適用するためのデバイスは、ヌクレオシドホスホラミダイトベースの合成のための試薬および／またはヌクレオチド単量体を堆積させるように構成される。オリゴヌクレオチド合成のための試薬は、オリゴヌクレオチド伸長のための試薬、また洗浄バッファーを含む。非限定的な例として、デバイスは、洗浄試薬、カップリング試薬、キャッピング試薬、酸化剤、非ブロック薬剤、アセトニトリル、窒素ガスなどのガス、およびそれらの任意の組み合わせを堆積させる。加えて、デバイスは、基質の完全性を準備および／または維持するために試薬を随意に堆積させる。いくつかの例では、オリゴヌクレオチドシンセサイザーは、約１０００、５００、１００、５０、または２０ｐｌより小さい体積の、約２００ｕｍ、１００ｕｍ、または５０ｕｍより小さい直径を有する液滴を体積させる。場合によっては、オリゴヌクレオチドシンセサイザーは、毎秒約１〜１００００、１〜５０００、１００〜５０００、または１０００〜５０００の液滴を堆積させる。
いくつかの構成では、オリゴヌクレオチド合成の間に、基質はフローセル内に配置され、および／またはフローセル内に密封される。フローセルは、基質内での反応に必要な試薬（例えば、酸化剤および／または溶媒）を含むものなどの液体の連続的または非連続的なフローを提供する。フローセルは、典型的に揮発性の基質の増強した蒸発によって基質を乾燥させるために、窒素などのガスの連続的なまたは非連続的なフローを提供することができる。様々な補助デバイスが、乾燥を改善し、基質の表面上の残留湿気を減少させるのに有用である。そのような補助乾燥デバイスの例としては、限定されないが、真空源、減圧ポンプ、および真空タンクが挙げられる。場合によっては、オリゴヌクレオチド合成システムは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、または２０などの１以上のフローセル、および２、３、４、５、６、７、８、９、１０、または２０などの１以上の基質を含む。場合によっては、フローセルは、合成反応の１以上の工程中に、試薬を保持し、基質に提供するように構成される。いくつかの例では、フローセルは、基質の上部にわたってスライドする蓋を含み、および所定の位置に留められて、基質のエッジ周りに耐圧密封を形成する。適切な密封は、限定されないが、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０気圧を可能にする密閉を含む。場合によっては、フローセルの蓋を開けて、オリゴヌクレオチドシンセサイザーなどの適用デバイスへのアクセスを可能にする。場合によっては、オリゴヌクレオチド合成方法の１以上の工程は、基質の輸送なしにフローセル内の基質上で行なわれる。
いくつかの構成では、流体で基質を処理するためのデバイスは、スプレーバーを含む。ヌクレオチド単量体は基質表面上に塗布され、そして、スプレーバーは、スプレーバーのスプレーノズルを使用して、１以上の処理試薬で基質表面を噴霧する。いくつかの構成では、スプレーノズルは、オリゴヌクレオチド合成中に、異なる処理工程と相関するように連続して命じられる。様々なプロセス工程で使用される化学物質は、合成方法におけるまたは合成方法の工程間における変化に容易に適応するために、スプレーバーで変更され得る。いくつかの例では、スプレーバーは、基質がスプレーバーを通り過ぎる時に、所与の化学物質を連続的に基質の表面上に噴霧する。場合によっては、スプレーバーは、芝生のスプリンクラーに使用されるスプレーバーのように、基質の広範囲にわたって堆積させる。いくつかの例では、スプレーバーのノズルは、基質の所与の領域に処理材料の均一なコーティングを提供するように配置される。
いくつかの例では、オリゴヌクレオチド合成システムは、合成オリゴヌクレオチドの下流処理に有用な１つ以上の要素を含む。一例として、該システムは、熱サイクルデバイスなどの温度制御要素を含む。いくつかの例では、温度制御要素は、ＰＣＡなどの核酸構築および／またはＰＣＲなどの核酸増幅を実施するために、複数の分解された反応装置と共に使用される。
デノボ・オリゴヌクレオチド合成
本明細書で記載されるようなバイオエンクリプションおよび／またはバイオデクリプションのためのデバイス、組成物、システム、および方法と共に使用するための、短時間の基質上の高密度のオリゴヌクレオチドのオリゴヌクレオチド合成のためのシステムおよび方法が本明細書で提供される。いくつかの例では、基質は可撓性の基質である。いくつかの例では、少なくとも約１０１０、１０１１、１０１２、１０１３、１０１４、または１０１５の塩基が１日で合成される。いくつかの例では、少なくとも約１０×１０８、１０×１０９、１０×１０１０、１０×１０１１、または１０×１０１２のオリゴヌクレオチドが１日で合成される。ある場合には、合成された各オリゴヌクレオチドは、少なくとも約２０、５０、１００、２００、３００、４００、または５００の核酸塩基を含む。場合によっては、これらの塩基は、１００塩基に約１つ；２００塩基に約１つ；３００塩基に約１つ；４００塩基に約１つ；５００塩基に約１つ；１，０００塩基に約１つ；２，０００塩基に約１つ；５，０００塩基に約１つ；１０，０００塩基に約１つ；１５，０００塩基に約１つ；２００００塩基に約１つ未満の合計平均エラー率で合成される。いくつかの例では、これらのエラー率は、合成されたオリゴヌクレオチドの少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、またはそれ以上である。いくつかの例では、これらの合成されたオリゴヌクレオチドの少なくとも９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、またはそれより多くは、それらがコードする予め決められた配列と異ならない。いくつかの例では、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質上の合成オリゴヌクレオチドについてのエラー率は、約２００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質上の合成オリゴヌクレオチドについてのエラー率は、約１，０００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質上の合成オリゴヌクレオチドについてのエラー率は、約２，０００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質上の合成オリゴヌクレオチドについてのエラー率は、約３，０００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質上の合成オリゴヌクレオチドについてのエラー率は、約５０００分の１未満である。エラー率の個々の種類は、基質上で合成されたオリゴヌクレオチドのミスマッチ、欠失、挿入、および／または置換を含む。用語「エラー率」は、合成オリゴヌクレオチドの集合量と予め決められたオリゴヌクレオチド配列の集合体との比較を指す。いくつかの例では、本明細書に開示される合成オリゴヌクレオチドは、１２〜２５塩基のテザーを含む。いくつかの例では、テザーは、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、またはそれ以上の塩基を含む。
本開示の基質上のオリゴヌクレオチド合成のための適切な方法は、ホスホラミダイトビルディングブロックと基質に結合されるヌクレオシドとの間のホスファイトトリエステル結合を形成するカップリング工程での、成長オリゴヌクレオチド鎖へのホスホラミダイトビルディングブロック（つまり、ヌクレオシドホスホラミダイト）の抑制された添加を含むホスホラミダイト方法である。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトは活性化された基質に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトは活性化因子を有する基質に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトは、基質結合ヌクレオシドよりも１．５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００倍過剰に基質に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトの追加は、無水環境において、例えば、無水アセトニトリルにおいて実行される。カップリング工程でのヌクレオシドホスホラミダイトの添加および結合に続いて、基質は随意に洗浄される。いくつかの例では、結合工程は、随意に、基質にヌクレオシドホスホラミダイトを加える間の洗浄工程とともに、追加で１回以上繰り返される。いくつかの例では、本明細書で使用されるオリゴヌクレオチド合成方法は、１、２、３、またはそれより多く連続するカップリング工程を含む。カップリングに先立って、多くの場合、基質へのヌクレオシドの結合は、重合を防ぐように機能する保護基の除去によって脱保護される。共通の保護基は、４，４’−ジメトキシトリチル（ＤＭＴ）である。
カップリングに続いて、ホスホラミダイト・オリゴヌクレオチド合成方法は、随意にキャッピング工程を含む。キャッピング工程では、成長オリゴヌクレオチドはキャッピング薬剤で処理される。キャッピング工程は通常、さらなる鎖伸長からのカップリング後に、未反応の基質結合５’−ＯＨ基を遮断するのに役立ち、内部塩基欠失を伴うオリゴヌクレオチドの形成を防ぐ。さらに、１Ｈテトラゾールで活性化されたホスホラミダイトは、わずかな程度で、グアノシンのＯ６位置としばしば反応する。理論に縛られることなく、Ｉ２／水で酸化すると、この副産物は、おそらくＯ６−Ｎ７の移動を介して、脱プリン化を経験する。アプリン酸部位は、オリゴヌクレオチドの最終の脱保護の過程で切断される可能性があり、したがって、全長産物の収率を減少させる。Ｏ６修飾は、Ｉ２／水での酸化前のキャッピング試薬での処置によって除去され得る。いくつかの例では、オリゴヌクレオチド合成の間のキャッピング工程の封入体は、キャッピングなしの合成と比較してエラー率を減少させる。一例として、キャッピング工程は、無水酢酸および１−メチルイミダゾールの混合物で基質結合オリゴヌクレオチドを処理することを含む。キャッピング工程に続いて、基質は随意に洗浄される。
ヌクレオシドホスホラミダイの添加に続いて、および随意にキャッピング工程と１以上の洗浄の工程後、基質結合成長核酸は酸化し得る。酸化工程は、ホスファイトトリエステルを、平面四配位型リン酸塩トリエステル、自然発生のリン酸塩ジエステル・ヌクレオシド結合の防御された前駆体に酸化させる含む。いくつかの例では、成長オリゴヌクレオチドの酸化は、随意に、ピリジン、ルチジン、またはコリジンなどの弱塩基の存在下における、ヨウ素および水での処理によって達成される。酸化は、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシドまたは（１Ｓ）−（＋）−（１０−カンファースルホニル）−オキサジリジン（ＣＳＯ）を使用して、無水条件下で時々実行される。いくつかの方法では、キャッピング工程は、酸化に続いて実行される。持続することができる酸化からの残留水がその後のカップリングを抑制することができるので、第２のキャッピング工程は基質乾燥を可能にする。酸化に続いて、基質および成長オリゴヌクレオチドは随意に洗浄される。いくつかの例では、酸化の工程は、オリゴヌクレオチドホスホロチオエートを得る硫化工程に置き換えられ、ここでキャッピング工程は硫化後に実行され得る。多くの試薬が効率的に硫黄を輸送することができ、それは、限定されないが、３−（ジメチルアミノメチリデン）アミノ）−３Ｈ−１，２，４−ジチアゾール−３−チオン、ＤＤＴＴ、３Ｈ−１，２−ベンゾジチオール−３−オン１、１−ジオキシド（Ｂｅａｕｃａｇｅ試薬としても知られる）、およびＮ、Ｎ、Ｎ’Ｎ’−二硫化テトラエチルチウラム（ＴＥＴＤ）を含む。
ヌクレオシド取り込みの後続のサイクルがカップリングを介して生じるために、基質結合成長オリゴヌクレオチドの保護された５’末端は、一次ヒドロキシル基が次のヌクレオシドホスホラミダイトと反応させることができるように除去されなければならない。いくつかの例では、保護基はＤＭＴであり、ジクロロメタン中のトリクロル酢酸で非ブロック化が生じる。長期間または勧められるよりも強い酸の溶液での脱トリチル化を行うことは、固体支持体結合オリゴヌクレオチドの脱プリン化の増加につながり、したがって、所望の全長産物の収率を減少させる。本明細書に記載される方法および組成物は、望ましくない脱プリン反応を制限する、制御された非ブロック化を結果としてもたらす。いくつかの例では、基質結合オリゴヌクレオチドは、非ブロック化後に洗浄される。場合によっては、非ブロック化後の効率的な洗浄は、低いエラー率を有するオリゴヌクレオチドの合成に寄与する。
本明細書に記載される基質上のオリゴヌクレオチドの合成のための方法は、典型的に下記の工程の一連の繰り返しを含む：保護される単量体を、表面、リンカー、または予め脱保護した単量体のいずれかで結合するために、基質の特徴の表面へと適用すること；適用された保護される単量体でその後反応させることができるように、該適用された単量体を脱保護すること；および、連結のために別の保護された単量体を適用すること。１以上の中間の工程は、酸化および／または硫化を含む。いくつかの例では、１以上の洗浄工程は、工程の１つまたはすべてに先行するかまたはそれらに続く。
いくつかの例では、オリゴヌクレオチドは感光性保護基で合成され、ここで、表面上で生成されるヒドロキシル基は感光性保護基によって遮断される。表面がフォトリソグラフィーマスクなどを介して紫外線に暴露される場合、表面上で遊離ヒドロキシル基のパターンが生成され得る。これらのヒドロキシル基は、ホスホラミダイト化学物質に従って、光保護されたヌクレオシドホスホラミダイトと反応することができる。第２のフォトリソグラフィーマスクが適用され得、ヒドロキシル基の第２のパターンを生成するために表面が紫外線に暴露され、続いて、５’−光保護ヌクレオシドホスホラミダイトでカップリングを行う。同様に、パターンが生成され得、オリゴマー鎖は伸長され得る。理論に縛られることなく、光切断性基の不安定性は、使用される溶媒の波長および極性に依拠し、および光開裂性の割合は、露光時間および光度によって影響を受け得る。この方法は、マスクのアライメントの精度、光保護基の除去の効率、およびホスホラミダイトカップリング工程の収率などの多くの要因を活用することができる。さらに、近隣の部位への意図しない光漏れは最小限にされ得る。スポット当たりの合成オリゴマーの密度は、合成の表面上のリーダーヌクレオシドの負荷を調節することによってモニタリングされ得る。
オリゴヌクレオチド合成への支援を提供する基質の表面は、合成オリゴヌクレオチド鎖が表面から切断されるのを可能にするために、化学的に修飾されてもよい。いくつかの例では、オリゴヌクレオチドが脱保護されるのと同時に、オリゴヌクレオチド鎖が切断される。ある場合には、オリゴヌクレオチドが脱保護された後、オリゴヌクレオチド鎖が切断される。例示的なスキームにおいて、（ＣＨ３ＣＨ２Ｏ）３Ｓｉ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２などのトリアルコキシシリルアミンは、基質の表面ＳｉＯＨ基と反応させられ、続いて、アミンを有する無水コハク酸と反応させられて、アミド結合と核酸鎖増殖が支援される遊離ＯＨを生成する。切断は、アンモニアまたはメチルアミンでのガス切断を含む。いくつかの例では、オリゴヌクレオチドは、一旦表面から放出されると、配列決定およびデクリプションされるより大きな核酸へと構築されて、保存された情報を抽出する。
オリゴヌクレオチドは、情報をコード化する予め決められた配列の大きな領域に集合的に及ぶように設計され得る。いくつかの例では、より大きいオリゴヌクレオチドが連結反応によって生成されて、合成オリゴヌクレオチドを連結する。連結反応の一実施例は、ポリメラーゼ連鎖構築（ＰＣＡ）である。いくつかの例では、オリゴヌクレオチドの少なくとも一部は、ユニバーサルプライマー結合の基質である付加領域を含むように設計される。ＰＣＡ反応について、あらかじめ合成されたオリゴヌクレオチドは、互いの重複を含む（例えば、重複配列を有する４、２０、４０、またはそれを超える塩基）。ポリメラーサイクル中に、オリゴヌクレオチドは相補的な断片にアニール化されて、次に、ポリメラーゼによって充填される。したがって、各サイクルはオリゴヌクレオチドが互いを見つけるのに応じて、ランダムに様々な断片の長さ増加させる。断片中の相補性は、二本鎖ＤＮＡの完全な大スパンを形成することを可能にする。場合によっては、ＰＣＡ反応が完了した後、ミスマッチ修正検出酵素を使用してエラー訂正工程が行なわれ、配列中のミスマッチを除去する。一旦、標的配列のより大きい断片が生成されると、それらは増幅され得る。例えば、場合によっては、５’および３’末端アダプター配列を含む標的配列は、アダプター配列をハイブリダイズする修飾されたプライマーを含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）において増幅される。ある場合には、修飾されたプライマーは１以上のウラシル塩基を含む。修飾されたプライマーの使用は、修飾塩基および／または断片からの修飾塩基対を切断する酵素によって残されたギャップを標的とすることを中心に置く酵素反応を介して、プライマーの除去を可能にする。残っているのは、アダプター配列の残りを欠く二本鎖の増幅産物である。このように、多数の増幅産物は、二本鎖ＤＮＡの異なる断片を生成するために、同じセットのプライマーと平行して生成され得る。
エラー訂正は、合成されたオリゴヌクレオチドおよび／または構築された産物上で行われてもよい。エラー訂正のための例示的戦略は、エラーを訂正するために重複伸長ＰＣＲによる部位特異的変異導入を含み、それは、２以上のラウンドのクローニングおよび配列決定に随意に関連する。ある例では、ミスマッチ、バルジおよび小さなループ、化学的に変更された塩基、および／または他のヘテロ二本鎖を伴う二本鎖の核酸は、正確に合成された核酸の集団から選択的に除去される。いくつかの例では、エラー訂正は、二本鎖の核酸内のミスマッチの塩基または不対塩基を認識し、および二本鎖の核酸内のミスマッチの塩基または不対塩基に結合する、またはその隣に結合するタンパク質／酵素を使用して行なわれ、一本鎖あるいは二本鎖切断を作成するか、または鎖転移転位事象を開始する。エラー訂正のためのタンパク質／酵素の非限定的な例は、エンドヌクレアーゼ（Ｔ７エンドヌクレアーゼ Ｉ、大腸菌エンドヌクレアーゼＶ、Ｔ４エンドヌクレアーゼＶＩＩ、大豆ヌクレアーゼ、細胞、大腸菌エンドヌクレアーゼＩＶ、ＵＶＤＥ）、制限酵素、グリコシラーゼ、リボヌクレアーゼ、ミスマッチ修復酵素、リゾルバーゼ、ヘリカーゼ、リガーゼ、ミスマッチに特異的な抗体、およびそれらの変異体を含む。特異的なエラー訂正酵素の例は、Ｔ４エンドヌクレアーゼ７、Ｔ７エンドヌクレアーゼ１、Ｓ１、緑豆エンドヌクレアーゼ、ＭｕｔＹ、ＭｕｔＳ、ＭｕｔＨ、ＭｕｔＬ、クリベース（ｃｌｅａｖａｓｅ）、ＣＥＬＩ、およびＨＩＮＦ１を含む。場合によっては、ＤＮＡミスマッチ結合タンパク質ＭｕｔＳ（テルムス・アクウァーティクス）は、合成した生成物の集団から失敗生成物（ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ）を除去するために使用される。いくつかの例では、エラー訂正は、酵素Ｃｏｒｒｅｃｔａｓｅを使用して行なわれる。場合によっては、エラー訂正は、ＳＵＲＶＥＹＯＲエンドヌクレアーゼ（Ｔｒａｎｓｇｅｎｏｍｉｃ）、既知の突然変異および不明な突然変異を走査するミスマッチ特異的ＤＮＡエンドヌクレアーゼ、およびヘテロニ本鎖ＤＮＡの多型を使用して行なわれる。
放出、抽出、および構築
再現可能な情報保存のための方法およびデバイスが本明細書で提供される。いくつかの例では、同じコード領域（オリゴヌクレオチド）、同じクラスタ、オリゴヌクレオチドを含む構造の同じ部分、またはオリゴヌクレオチドを含む構造全体の複数のコピーが合成される。同じオリゴヌクレオチドの複数のコピーが合成され、オリゴヌクレオチドの各々が表面の別個の領域に付着され得る。別個の領域は、破壊または切断によって分離され得る。代わりに、オリゴヌクレオチドの各々が、スポット、ウェル、またはチャネルの形態で特徴に存在し、個々にアクセス可能であってもよい。例えば、特徴を切断試薬と接触させ、その後水と接触させることは、オリゴヌクレオチドの１つのコピーを遊離するが、他のコピーはそのまま残る。同様に、全領域または全プレート上のオリゴヌクレオチドの切断は、複製した集団の分画へのアクセスを可能にする。複製した集団は、別々のリール、プレート、ベルトなどに存在してもよい。テープなどの可撓性材料の場合には、複製した領域が切断され得、テープの残りの領域は元の状態にスプライスされ得る。代わりに、合成および保存されたオリゴヌクレオチドの核酸情報は、プライマーならびにＤＮＡポリメラーゼを使用して、構造の表面に付着したオリゴヌクレオチドの増幅を行なうことによって、獲得され得る。
いくつかの例では、水性またはガスの移動媒体は、構造中の１つまたは複数のチャネル上に置かれて、オリゴヌクレオチドを構造から受信ユニットへと移動させる。例えば、移動媒体は、構造中のチャネルを通過して、オリゴヌクレオチドを接着し、収集し、および構造中のチャネルを受信ユニットへと移動させる。いくつかの例では、電荷電導性の特徴および印加電圧は、構造中のチャネルに、または構造中のチャネルを介して、移動媒体を引きつけるか追い払うために使用される。いくつかの例では、スリップは、移動媒介を構造中のチャネルに向けるために使用される。場合によっては、圧力放出は、移動媒体を、構造中のチャネルにまたは構造中のチャネルを介して向けるために使用される。場合によっては、ノズルは、高圧の局部を形成するために使用され、それは、構造のチャネルにまたは構造のチャネルを介して移動媒体を無理に押し込む。いくつかの例では、ピンは、構造中のチャネルから受信ユニットの容器にオリゴヌクレオチドを移すために使用される。そのような実例では、ピンは、移動媒体の接着を容易にするために薬剤を含んでもよい。場合によっては、電導性の特徴と構造との間に潜在的な電圧を形成することによって、構造中のチャネルにまたは構造中のチャネルを介して移動媒体を引きつけるか追い払うために、電荷電導性の特徴が使用される。場合によっては、ピペットチップまたは他の毛管流れ誘導構造は、毛管流れを経由して液体およびオリゴヌクレオチドを移動させるために使用される。いくつかの例では、容器は１以上の区画を含み、その各々が、単一のそれぞれのチャネルから放出される移動媒体の一部および１以上のオリゴヌクレオチドを受け取る。いくつかの例では、容器は、移動媒体の１以上の部分を受け取る単一の区画を含み、その各々は１以上の構造チャネルから放射されるオリゴヌクレオチドを含む。
配列決定
構造の表面からのオリゴヌクレオチドの抽出および／または増幅の後に、オリゴヌクレオチドを配列決定するために適切な配列決定技術が利用されてもよい。場合によっては、ＤＮＡ配列は、基質上でまたは構造の特徴内で読み取られる。場合によっては、基質に保存されたオリゴヌクレオチドは抽出され、より長い核酸へと随意に構築され、次に、配列決定される。
本明細書に記載される構造上で合成および保存されたオリゴヌクレオチドは、合成されたオリゴヌクレオチドの配列を読み取ることによって、かつ該配列をコンピュータによって読み取り可能な２進コードへと変換することによって解釈され得るデータをコード化する。場合によっては、配列は構築を必要とし、該構築工程は、核酸配列段階またはデジタル配列段階である必要があり得る。
構造上で直接および／またはメイン構造からの除去後のいずれかで、保存されたオリゴヌクレオチドを配列決定することができるデバイスを含む検出システムが本明細書で提供される。構造が可撓性材料のオープンリール式テープである場合、検出システムは、検知位置を介して構造を保持および前進させるためのデバイス、ならびにセクションが検知位置にある場合、テープのセクションから発生するシグナルを検出するための検知位置の近位に配置される検出器を含む。いくつかの例では、シグナルはオリゴヌクレオチドの存在を示す。いくつかの例では、シグナルはオリゴヌクレオチド（例えば、蛍光シグナル）の配列を示す。いくつかの例では、連続的なテープ上のオリゴヌクレオチド内でコード化される情報は、テープがコンピュータに動作可能に接続された検出器を介して連続的に伝えられる時に、コンピュータによって読み取られる。いくつかの例では、検出システムは、オリゴヌクレオチド配列決定デバイス、オリゴヌクレオチド配列に関するデータの保存および検索のためのデータベース、オリゴヌクレオチド配列のＤＮＡコードを２進コードに変換するためのソフトウェア、２進コードを読み取るためのコンピュータ、またはそれらの任意の組み合わせを含むコンピュータシステムを含む。
コンピュータシステム
様々な態様において、本明細書に記載されるシステムのいずれも、コンピュータに動作可能に連結され、ローカルまたはリモートのいずれかのコンピュータを介して随意に自動化される。様々な例において、本開示の方法およびシステムは、コンピュータシステム上のソフトウエアプログラムおよびその使用をさらに含む。従って、材料デポジション装置の動作、分配動作、および真空発動を組み合わせて同期させるなどの、分配／真空／充填の機能の同期のためのコンピュータ制御は、本開示の範囲内である。いくつかの例では、コンピュータシステムは、基質の指定された領域に正確な試薬を提供するために、ユーザー指定の塩基配列と材料デポジション装置位置との間をインターフェースするようにプログラムされる。
図１７で例証されるコンピュータシステム（１７００）は、媒体（１７１１）および／または固定された媒体（１７１２）を有するサーバー（１７０９）に随意に接続され得るネットワークポート（１７０５））から命令を読み取ることができる論理装置として理解され得る。図１７に示されるようなシステムは、ＣＰＵ（１７０１）、ディスク駆動機構（１７０３）、キーボード（１７１５）および／またはマウス（１７１６）などのオプションの入力デバイス、およびオプションのモニター（１７０７）を含んでいてもよい。データ通信は、示された通信媒体を通って、ローカル位置またはリモート位置でのサーバーへと達成され得る。通信媒体は、データを送信および／または受信するあらゆる手段を含むことができる。例えば、通信媒体は、ネットワーク接続、無線接続またはインターネット接続であり得る。そのような接続は、ワールドワイドウェブ上の通信を提供することができる。本開示に関連するデータは、パーティー（１７２２）による受信および／またはレビューのために、そのようなネットワークまたは接続部を介して送信され得ることが想定される。
図１８は、本開示の例示的実施形態に関して使用され得るコンピュータシステム（１８００）の第１の例示的アーキテクチャーを説明するブロック図である。図１８に示されるように、例示的コンピュータシステムは、命令を処理するためのプロセッサ（１８０２）を含み得る。プロセッサの限定しない例としては、以下が挙げられる：Ｉｎｔｅｌ Ｘｅｏｎ（商標）プロセッサ、ＡＭＤ Ｏｐｔｅｒｏｎ（商標）プロセッサ、Ｓａｍｓｕｎｇ ３２−ｂｉｔ ＲＩＳＣ ＡＲＭ １１７６ＪＺ（Ｆ）−Ｓ ｖ１．０（商標）プロセッサ、ＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ａ８ Ｓａｍｓｕｎｇ Ｓ５ＰＣ１００（商標）ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ａ８ Ａｐｐｌｅ Ａ４（商標）プロセッサ、Ｍａｒｖｅｌｌ ＰＸＡ ９３０（商標）プロセッサ、または機能的に同等なプロセッサ。実行の複数のスレッドは、並列処理に使用され得る。いくつかの例では、複数のプロセッサまたは複数のコアを有するプロセッサはまた、単一のコンピュータシステム、クラスタ、あるいは、携帯電話、および／または個人用携帯情報端末デバイスを含むネットワーク上のシステムにわたって分配された複数のコンピュータに関わらず使用することができる。
図１８に例示されるように、高速キャッシュ（１８０４）は、プロセッサ（１８０２）に接続されるか、または組み込まれ、プロセッサ（１８０２）によって最近使用されたか、あるいは頻繁に使用される命令またはデータ用の高速保存装置を提供する。プロセッサ（１８０２）は、プロセッサバス（１８０８）によってノースブリッジ（１８０６）に接続される。ノースブリッジ（１８０６）は、メモリバス（１８１２）によってランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（１８１０）に接続され、プロセッサ（１８０２）によってＲＡＭ（１８１０）へのアクセスを管理する。ノースブリッジ（１８０６）はまた、チップセットバス（１８１６）によってサウスブリッジ（１８１４）に接続される。サウスブリッジ（１８１４）は、順に、周辺バス（１８１８）に接続される。周辺バスは、例えば、ＰＣＩ、ＰＣＩ−Ｘ、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ、または他の周辺バスであり得る。ノースブリッジおよびサウスブリッジは、しばしば、プロセッサチップセットと呼ばれ、プロセッサ、ＲＡＭ、および周辺バス（１８１８）上の周辺コンポーネントの間のデータ転送を管理する。いくつかの代替的なアーキテクチャーでは、ノースブリッジの機能性は、別のノースブリッジチップを使用する代わりに、プロセッサに組み込まれ得る。
いくつかの例では、システム（１８００）は、周辺バス（１８１８）に付けられたアクセラレータカード（１８２２）を含んでいてもよい。アクセラレータは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または特定のプロセシングを加速するための他のハードウェアを含むことができる。例えば、アクセラレータは、適応データの再構成のために、または拡張された設定処理に使用される代数式を評価するために使用され得る。
ソフトウェアおよびデータは、外部ストレージ（１８２４）中に保存され、プロセッサによる使用のために、ＲＡＭ（１８１０）および／またはキャッシュ（１８０４）にロードされ得る。システム（１８００）は、システムリソースを管理するためのオペレーティングシステムを含み、オペレーティングシステムの限定しない例としては、以下が挙げられる：Ｌｉｎｕｘ（商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（商標）、ＭＡＣＯＳ（商標）、ｉＯＳ（商標）、および他の機能的に同等のオペレーティングシステム、ならびに、本開示の例示的実施形態に従ってデータ保存と最適化を管理するオペレーティングシステム上で実行されるアプリケーション・ソフトウェア。
この例では、システム（１８００）はまた、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）などの外部保存装置にネットワークインターフェースを提供するための周辺バスに接続されるネットワーク・インターフェース・カード（ＮＩＣ）（１８２０および１８２１）、および分散並列処理に使用され得る他のコンピュータシステムを含む。
図１９は、複数のコンピュータシステム（１９０２ａおよび１９０２ｂ）、複数の携帯電話および個人用携帯情報端末（１９０２ｃ）、ならびにネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）（１９０４ａおよび１９０４ｂ）を備えたネットワーク（１９００）を示す図である。例示的実施形態において、システム（１９０２ａ、１９０２ｂ、および１９０２ｃ）は、データ保存を管理し、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）（１９０４ａおよび１９０４ｂ）中に保存されるデータへのデータアクセスを最適化することができる。数学的モデルをデータに使用し、コンピュータシステム（１９０２ａおよび１９０２ｂ）ならびに携帯電話と個人用携帯情報端末システム（１９０２ｃ）にわたる分散並列処理を使用して、評価することができる。コンピュータシステム（１９０２ａおよび１９０２ｂ）、ならびに携帯電話と個人用携帯情報端末システム（１９０２ｃ）はまた、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）（１９０４ａおよび１９０４ｂ）に保存されたデータの適応データ再構築のために並列処理を提供する。図１９は一例を例示し、例多様な他のコンピュータのアーキテクチャーおよびシステムが本開示の様々な実施形態と合わせて使用されてもよい。例えば、並列処理を提供するためにブレードサーバーを使用することができる。並列処理を提供するために、プロセッサブレードがバックプレーンで接続され得る。ストレージも、バックプレーンに接続され得るか、または別のネットワークインターフェースを介してネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）として接続され得る。
いくつかの例となる実施形態では、プロセッサは、別のメモリ空間を維持することができ、ネットワークインターフェース、バックプレーン、または他のプロセッサによる並列処理のための他のコネクターを介してデータを送信することができる。他の例では、プロセッサの一部または全ては、共有される仮想アドレスメモリ空間を使用することができる。
図２０は、例示的実施形態にかかる、共有される仮想アドレスメモリ空間を使用したマルチプロセッサー・コンピュータシステム（２０００）のブロック図である。システムは、共有メモリサブシステム（２００４）にアクセスすることができる複数のプロセッサ（２００２ａ）−（２００２ｆ）を含む。システムは、複数のプログラム可能なハードウェアメモリアルゴリズムプロセッサ（ＭＡＰ）（２００６ａ）−（２００６ｆ）を共有メモリサブシステム（２００４）に組み込む。ＭＡＰ（２００６ａ）−（２００６ｆ）はそれぞれ、メモリ（２００２ａ）−（２００２ｆ）および１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（２０１０ａ）−（２０１０ｆ）を含むことができる。ＭＡＰは、設定可能な機能ユニットを提供し、特定のアルゴリズムまたはアルゴリズムの一部が、それぞれのプロセッサと密に協働した処理のためにＦＰＧＡ（２０１０ａ）−（２０１０ｆ）に提供され得る。例えば、ＭＡＰは、データモデルに関する代数式を評価する及び例となる実施形態において適応データの再構成を実行するために使用され得る。本実施例では、ＭＡＰはそれぞれ、これらの目的のためのプロセッサのすべてによって地球規模で利用可能である。ある構成では、ＭＡＰはそれぞれ、関連するメモリ（２００８ａ）−（２００８ｆ）にアクセスするために直接メモリアクセス（ＤＭＡ）を使用することができ、これによって、それぞれのマイクロプロセッサ（２００２ａ）−（２００２ｆ）とは無関係に、およびそれらとは非同期的にタスクを実行することが可能になる。この構成では、ＭＡＰは、アルゴリズムのパイプライン処理および並列実行のために別のＭＡＰに結果を直接供給することができる。
上記のコンピュータのアーキテクチャーおよびシステムは、例にすぎず、汎用のプロセッサ、コプロセッサ、ＦＰＧＡおよび他のプログラマブルロジックデバイス、システムオンチップ（ＳＯＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ならびに他の処理素子および論理素子のあらゆる組み合わせを使用するシステムを含む、種々様々な他のコンピュータ、携帯電話、パーソナルデータアシスタントのアーキテクチャーおよびシステムが、例となる実施形態に関連して使用され得る。いくつかの例では、コンピュータシステムのすべてまたは一部は、ソフトウェアまたはハードウェアにおいて実行され得る。ランダムアクセスメモリ、ハードドライブ、フラッシュメモリ、テープドライブ、ディスクアレイ、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）、および他のローカルまたは分配されたデータ保存装置およびシステムを含む、あらゆる種類のデータ保存媒体が、例示的事例に関して使用される。
例示的実施形態では、コンピュータシステムは、上記のまたは他のコンピューターアーキテクチャーおよびシステムのいずれかにおいて実行するソフトウェアモジュールを使用して実行することができる。他の例では、システムの機能は、ファームウェア、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラム可能論理回路、チップ上のシステム（ＳＯＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または他の処理および論理要素で部分的にまたは完全に実行され得る。例えば、セットプロセッサおよびオプティマイザーは、アクセラレータカードなどのハードウェアアクセラレータカードの使用を介して、ハードウェア・アクセラレーションで実行される。
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、該方法は：少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報のアイテムを少なくとも１つの核酸配列に変換する工程と；表面を有する可撓性構造を提供する工程と；少なくとも１つの核酸配列を集合的にコード化するあらかじめ決定された配列を有する複数のオリゴヌクレオチドの合成する工程であって、ここで、該複数のオリゴヌクレオチドは少なくとも約１００，０００のオリゴヌクレオチドを含み、そしてここで、該複数のオリゴヌクレオチドは可撓性構造の表面から伸長する、工程と；該複数のオリゴヌクレオチドを保存する工程とを含む。合成が、：あらかじめ決められた位置で表面上にヌクレオシドを堆積させること；および、槽またはスプレーバーからの放出を介して可撓性構造の少なくとも一部を移動させることを含む方法が本明細書でさらに提供される。槽またはスプレーバーからの放出は、構造の表面を酸化剤あるいは非ブロック試薬に暴露する方法が本明細書でさらに提供される。合成は、表面上の堆積されたヌクレオシドをキャッピングすることをさらに含む方法が本明細書でさらに提供される。ヌクレオシドがヌクレオシドホスホラミダイトを含む方法が本明細書でさらに提供される。可撓性構造がオープンリール式テープまたは連続的テープを含む方法が本明細書でさらに提供される。可撓性構造が熱可塑性プラスチック材料である方法が本明細書でさらに提供される。熱可塑性プラスチック材料がポリアリールエーテルケトンである方法が本明細書でさらに提供される。ポリアリールエーテルケトンが、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリ（エーテル エーテル ケトン ケトン）、ポリエーテル エーテル ケトンまたはポリエーテルケトンエーテルケトンケトンである、方法が本明細書でさらに提供される。可撓性構造は、ナイロン、ニトロセルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、アセタール、アクリル、アクリロニトリル、ブタジエン スチレン、ポリエチレン テレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、透明なＰＶＣホイル、ポリ（メタクリル酸メチル）、スチレン系ポリマー、フッ素含有ポリマー、ポリエーテルスルフォン、またはポリイミドを含む、方法が本明細書でさらに提供される。複数のオリゴヌクレオチドの各オリゴヌクレオチドは５０〜５００塩基長さを含む方法が本明細書でさらに提供される。複数のオリゴヌクレオチドは少なくとも約１００億のオリゴヌクレオチドを含む方法が本明細書でさらに提供される。少なくとも約１．７５×１０１３の核酸塩基は２４時間以内に合成される方法が本明細書でさらに提供される。少なくとも約２６２．５×１０９のオリゴヌクレオチドは、７２時間以内に合成される方法が本明細書でさらに提供される。情報のアイテムは、テキスト情報、聴覚的情報、または視覚的情報である方法が本明細書でさらに提供される。ヌクレオシドはヌクレオシドホスホラミダイトを含む方法が本明細書でさらに提供される。
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、該方法は：少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報のアイテムを少なくとも１つの核酸配列に変換する工程と；表面を有する構造を提供する工程と；少なくとも１つの核酸配列を集合的にコード化するあらかじめ決定された配列を有する複数のオリゴヌクレオチドの合成する工程であって、ここで、該複数のオリゴヌクレオチドが少なくとも約１００，０００のオリゴヌクレオチドを含み、ここで、該複数のオリゴヌクレオチドが構造の表面から伸長し、ならびにここで、合成は：構造の表面を洗浄すること；あらかじめ決められた位置で表面上にヌクレオシドを堆積させること；表面上に堆積したヌクレオシドを酸化、非ブロック化、随意にキャッピングすることであって；ここで、洗浄、酸化、非ブロック化、およびキャッピングは、槽またはスプレーバーからの放出を介して、可撓性構造の少なくとも一部を移動させることを含む、工程と；該複数のオリゴヌクレオチドを保存する工程とを含む。ヌクレオシドはヌクレオシドホスホラミダイトを含む、方法が本明細書でさらに提供される。
以下の例は、本明細書に開示される実施形態の原理および実施を当業者にさらに明白に説明するために記載されており、任意の主張される実施形態の範囲を限定するものとして解釈されない。他に明記されない限り、すべての部およびパーセンテージは重量ベースである。
実施例１：デバイス表面の機能化
オリゴヌクレオチドのライブラリーの結合および合成を支援するために、デバイスを機能化した。デバイス表面を、初めに、９０％のＨ２ＳＯ４および１０％のＨ２Ｏ２を含むピラニア溶液を用いて２０分間水洗いした。デバイスをいくつかのビーカー中で脱イオン水ですすぎ、脱イオン水グーズネック蛇口の下で５分間保持し、Ｎ２で乾燥させた。続いて、デバイスを、ＮＨ４ＯＨ（１：１００；３ｍＬ：３００ｍＬ）中に５分間浸し、ハンドガンを使用して脱イオン水ですすぎ、脱イオン水で１分間３連続ビーカー中にそれぞれ浸し、次に、ハンドガンを使用して再び脱イオン水をすすいだ。その後、デバイス表面をＯ２に暴露することによって、デバイスをプラズマ洗浄した。下流モードで２５０ワットで１分間プラズマエッチングＯ２するために、ＳＡＭＣＯ ＰＣ−３００器具を使用した。
洗浄されたデバイス表面を、以下のパラメーターを有するＹＥＳ−１２２４Ｐ蒸着オーブンシステムを使用して、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミドを含む溶液で能動的に機能化した：０．５〜１トル、６０分、７０°Ｃ、１３５℃の気化器。デバイス表面は、Ｂｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００Ｘ回転コーターを使用してコーティングされたレジストであった。ＳＰＲ（商標）３６１２フォトレジストを、デバイス上で２５００ｒｐｍで４０秒間スピンコーティングした。デバイスを、Ｂｒｅｗｅｒ加熱板上で９０℃で３０分間あらかじめ焼いた。Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ ＭＡ６マスクアライナー器具を使用して、デバイスをフォトリソグラフィーにさらした。デバイスを２．２秒間露光し、ＭＳＦ ２６Ａ１分間で現像した。残りの顕色剤をハンドガンですすぎ、デバイスを水中に５分間浸した。デバイスを１００℃で３０分間オーブンで焼き、続いて、Ｎｉｋｏｎ Ｌ２００を使用してリソグラフィー欠損について外観検査を行った。ＳＡＭＣＯ ＰＣ−３００器具を用いて残存するレジストを除去するために、デスカムプロセスを使用して２５０ワットで１分間Ｏ２プラズマエッチングを行った。
１０μＬの軽油と混合した、１００μＬのペルフルオロオクチルトリクロロシランの溶液でデバイス表面を受動的に機能化した。デバイスをチャンバーに置いて、１０分間汲みあげ、次に、バルブをポンプに対して閉じ、１０分間放置した。チャンバーを空気に放出した。デバイスを、７０℃で、最大出力の超音波処理（Ｃｒｅｓｔシステムで９）で、５００ｍＬのＮＭＰ中に５分間浸すことを２回行うことによって、レジスト剥離した。その後、デバイスを、室温で、最大出力の超音波処理で、５００ｍＬのイソプロパノール中で５分間浸した。デバイスを、３００ｍＬの２００のプルーフエタノール中に漬け、Ｎ２で送風乾燥（ｂｌｏｗｎ ｄｒｙ）させた。オリゴヌクレオチド合成を支援するものとして機能するために、機能化された表面を活性化した。
実施例２：オリゴヌクレオチド合成デバイス上の５０量体の配列の合成
二次元オリゴヌクレオチド合成デバイスをフローセルへと構築し、フローセル（アプライドバイオシステムズ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡシンセサイザー））に接続した。二次元のオリゴヌクレオチド合成デバイスを、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミド（Ｇｅｌｅｓｔ）で均一に機能化し、および本明細書に記載されるオリゴヌクレオチド合成方法を使用して、５０ｂｐ（「５０量体オリゴヌクレオチド」）の典型的なオリゴヌクレオチドを合成するために使用した。
５０量体の配列は、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１に記載された通りである：５’ＡＧＡＣＡＡＴＣＡＡＣＣＡＴＴＴＧＧＧＧＴＧＧＡＣＡＧＣＣＴＴＧＡＣＣＴＣＴＡＧＡＣＴＴＣＧＧＣＡＴ＃＃ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ３’（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．：１）、ここで、＃がチミジン−スクシニル ヘキサミド ＣＥＤ ホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓ社のＣＬＰ−２２４４）を表し、それは、脱保護の間に表面からのオリゴヌクレオチドの放出を可能にする切断可能なリンカーである。
プロトコルを表５に従って標準のＤＮＡ合成化学（カップリング、キャッピング、酸化、およびデブロッキング）およびＡＢＩシンセサイザーを使用して、合成を行った。
ホスホラミダイト／活性化因子の組み合わせを、フローセルを介してバルク試薬の送達と同様に送達した。環境が試薬によって常に「ぬれた」ままであるため、乾燥工程を行なわなかった。
より速いフローを可能にするために、リストリクターをＡＢＩ ３９４シンセサイザーから取り除いた。リストリクターなしで、アミダイト（ＡＣＮ中の０．１Ｍ）、活性化因子（０．２５Ｍのベンゾイルチオテトラゾール（Ｂｅｎｚｏｙｌｔｈｉｏｔｅｔｒａｚｏｌｅ）（「ＢＴＴ」；ＡＣＮ中のＧｌｅｎＲｅｓｅａｒｃｈからの３０−３０７０−ｘｘ）、およびＯｘ（２０％のピリジン中の０．０２ＭのＩ２、１０％の水、ならびに７０％のＴＨＦ）の流量は、おおよそ〜１００ｕＬ／秒であり、アセトニトリル（「ＡＣＮ」）およびキャッピング試薬（ＣａｐＡおよびＣａｐＢの１：１の混合物、ここで、ＣａｐＡは無水酢酸をＴＨＦ／ピリジンであり、およびＣａｐＢがＴＨＦ中の１６％の１−メチルイミダゾールである）については、おおよそ〜２００ｕＬ／秒、ならび非ブロック化（トルエン中の３％のジクロロ酢酸）については、おおよそ〜３００ｕＬ／秒であった（リストリクター有するすべての試薬と〜５０ｕＬ／秒と比較する）。酸化剤を完全に押し出す時間を観察し、それに従って薬液の流量時間のタイミングを調節し、様々な化学物質間に追加のＡＣＮ洗浄を導入した。オリゴヌクレオチド合成後、チップを、７５ｐｓｉで気体アンモニア中で一晩脱保護した。オリゴヌクレオチドを構築するために表面に５滴の水を加えた。その後、構築されたオリゴヌクレオチドを、ＢｉｏＡｎａｌｙｚｅｒ ｓｍａｌｌ ＲＮＡチップ（図示せず）で分析した。
実施例３：オリゴヌクレオチド合成デバイスでの１００塩基長の配列の合成
実施例２に記載されるのと同じ５０塩基長の配列の合成のためのプロセスを、１００塩基長のオリゴヌクレオチドの合成に使用した（「１００塩基長のオリゴヌクレオチド」）；５’ＣＧＧＧＡＴＣＣＴＴＡＴＣＧＴＣＡＴＣＧＴＣＧＴＡＣＡＧＡＴＣＣＣＧＡＣＣＣＡＴＴＴＧＣＴＧＴＣＣＡＣＣＡＧＴＣＡＴＧＣＴＡＧＣＣＡＴＡＣＣＡＴＧＡＴＧＡＴＧＡＴＧＡＴＧＡＴＧＡＧＡＡＣＣＣＣＧＣＡＴ＃＃ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ３’、ここで、＃がチミジン−スクシニル ヘキサミド ＣＥＤ ホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓ社のＣＬＰ−２２４４）を表し；ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．：２）２つの異なるシリコンチップにおいて、第１のシリコンチップを、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミドで均一に機能化し、第２のシリコンチップを１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランおよびｎ−デシルトリエトキシシランの５／９５混合物で機能化し、ならびに表面から抽出されたオリゴヌクレオチドを、ＢｉｏＡｎａｌｙｚｅｒ器具（図示せず）で分析した。
２つのチップからの１０のサンプルのすべてを、フォワード（５’ＡＴＧＣＧＧＧＧＴＴＣＴＣＡＴＣＡＴＣ３’；ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．：３）プライマーおよびリバース（５’ＣＧＧＧＡＴＣＣＴＴＡＴＣＧＴＣＡＴＣＧ３’；ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．：４）プライマーを使用して、以下の熱サイクルプログラムを使用した５０ｕＬのＰＣＲ混合物（２５ｕＬのＮＥＢ Ｑ５マスターミックス、２．５ｕＬの１０ｕＭ フォワードプライマー、２．５ｕＬの１０ｕＭ リバースプライマー、１ｕＬの表面から抽出されたオリゴヌクレオチド、および最大５０ｕＬの水）中でさらにＰＣＲ増幅した：
９８℃、３０秒
９８℃、１０秒；６３℃、１０秒；７２℃、１０秒；１２サイクル繰り返す
７２℃、２分
ＰＣＲ生成物もまたＢｉｏＡｎａｌｙｚｅｒ（図示せず）で実行し、１００塩基長の位置で鋭いピークを示した。次に、ＰＣＲ増幅されたサンプルをクローン化し、サンガー配列決定した。表６は、チップ１からの１−５のスポットから得られたサンプル、チップ２からのスポット６−１０から得られたサンプルについて、サンガー配列決定からの結果を要約する。
したがって、合成されたオリゴヌクレオチドの高品質および均一性を、異なる表面化学を有する２つのチップで繰り返した。全体的に見て、配列決定された１００量体の２６２中２３３に対応する８９％がエラーのない完全な配列であった。
表７は、スポット１−１０から得たオリゴヌクレオチドサンプルからの配列のエラー特性を要約する。
実施例４：非常に正確なＤＮＡベースの情報の保存および構築
デジタル情報を、１００を超える言語での世界人権宣言のコンテンツ、プロジェクト・グーテンベルクの上位１００の本、およびシード・データベースを含む、合計約０．２ＧＢの２値データの形態で選択した。デジタル情報を核酸ベースの配列へとエンクリプトし、ストリングへと分割した。１０００万を超える同一ではないオリゴヌクレオチド（各々がストリングに対応する）を、実施例２に記載されるものと同様の様式で、剛性のシリコン表面上で合成した。各同一ではないオリゴヌクレオチドは、２００塩基長さ以下であった。合成されたオリゴヌクレオチドを集めて配列決定し、最初の少なくとも１つのデジタル配列と比較してソースデジタル情報の１００％の精度でデジタルコードへとデクリプションした。
実施例５：デジタル情報の核酸配列への変換
コンピュータｔｘｔファイルは、テキスト情報を含む。汎用コンピュータは、受け取った指示に応じて配列を３、４、または５の配列に変換するための機械命令を含むソフトウェアプログラムを使用する。塩基３の各番号は、核酸（例えば、Ａ＝０、Ｔ＝１、Ｃ＝２）が割り当てられる。塩基４の各番号は、核酸（例えば、Ａ＝０、Ｔ＝１、Ｃ＝２、Ｇ＝３）が割り当てられる。あるいは、塩基５の各番号が核酸（例えば、Ａ＝０、Ｔ＝１、Ｃ＝２、Ｇ＝３、Ｕ＝４）を割り当てられる場合、塩基５値配列（５ ｑｕｉｎａｒｙ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を使用する。配列は、表８に示されるように生成される。その後、機械命令が、核酸配列をコード化するためのオリゴヌクレオチドのデノボ合成のために提供される。
実施例６：高密度の特徴を有する可撓性表面
熱可塑性プラスチック材料を含む可撓性構造を、ヌクレオシドカップリング試薬でコーティングする。コーティング剤は高密度の特徴のためにパターン化される。可撓性表面の一部が図１４Ａに例証される。各特徴は１０ｕｍの直径を有し、２つの隣接する特徴間の中心間距離は２１ｕｍである。特徴の大きさは、オリゴヌクレオチド合成の堆積工程の間に、０．２ｐｌの固着の液滴体積を収容するのに十分である。小さな特徴の寸法は、高密度のオリゴヌクレオチド基質の表面上で合成することを可能にする。特徴の密度は、２２億の特徴／ｍ２（１つの特徴／４４１ｘ１０−１２ｍ２）である。１００億の特徴を有する４．５ｍ２の基質を生産し、各々の直径が１０ｕｍである。可撓性構造を、オリゴヌクレオチド合成のために、連続的なループシステム（図１２のＡ）またはオープンリール式のシステム（図１２のＢ）に随意に置く。
実施例７：可撓性構造上でのオリゴヌクレオチド合成
可撓性構造は、熱可塑性の可撓性材料上の複数の特徴を含んで準備される。構造は、デポジション装置を含むオリゴヌクレオチド合成デバイスを使用したオリゴヌクレオチドの合成を支援するものとして役立つ。可撓性構造は、磁気オープンリール式のテープのような可撓性の媒介の形態である。
デノボ合成は、連続生産ライン様式で作動し、該構造は溶媒槽を通って、その後、プリントヘッドの積み重なりの下を移動し、そこで、ホスホラミダイトを構造の表面上に印刷する。表面に堆積された固着の液滴を有する可撓性構造を、酸化剤の槽内へと回転させ、その後、テープを酸化槽から出して、かつアセトニトリル水洗液中に浸し、次に、非ブロック槽に沈める。随意に、キャッピング槽を通ってテープを移動させる。他のワークフローでは、洗濯工程で、可撓性構造を酸化槽から出して、アセトニトリルを噴霧する。
あるいは、スプレーバーを流体浴の代わりに使用する。このプロセスでは、ヌクレオチドは表面上に依然として堆積するが、フラッド工程は、スプレーノズルを備えたチャンバー内で行う。例えば、デポジション装置は２，０４８のノズルを有し、その各々は１液滴当たり１核酸塩基で、１秒当たり１００，０００の液滴を堆積させる。標準のホスホラミダイト化学物質におけるフラッド工程の順序を模倣するために、スプレーノズルの連続する順序が存在する。この技術は、様々なプロセス工程に適応するために、スプレーバーに充填された化学物質の容易な変更をもたらす。オリゴヌクレオチドを、実施例２に記載されるものと同じ様式で、脱保護または切断する。
各デポジション装置については、１．７５×１０１３より多い核酸塩基を、１日ごとに構造上に堆積させる。複数の２００の核酸塩基のオリゴヌクレオチドを合成する。３日で、１日当たり１．７５×１０１３の塩基の割合で、２６２．５×１０９のオリゴヌクレオチドを合成する。
実施例８：選択バイオエンクリプション
変換およびバイオエンクリプションの１以上のカテゴリーのための所望の情報のアイテムのために機械命令を受け取り、バイオエンクリプションの１以上のカテゴリーは、酵素ベース形態（例えば、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体および制限酵素消化物）、電磁放射ベース（例えば、光分解と光検出）、化学的切断形態（チミジン−スクシニル ヘキサミド ＣＥＤ ホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓ社のＣＬＰ−２２４４）を切断するための気体のアンモニアまたはメチルアミンの処理）、ならびに親和性ベース形態（例えば、ハイブリダイゼーションのための配列タグ、または試薬を捕捉するために強化した類似性を有する修飾されたヌクレオチドの取り込み）から選択される。特定のバイオエンクリプション選択の受け取りに続いて、プログラムモジュールは、情報のアイテムを核酸配列に変換し、配列のバイオエンクリプトされたバージョンを設計するための設計指示を適用する工程を行なう。バイオエンクリプションカテゴリー内の特異的なエンクリプションサブタイプを選択する。その後、オリゴヌクレオチドのデノボ合成のための材料デポジション装置に合成指示を提供する。
実施例９：選択されたデクリプション
酵素ベース（例えば、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体または制限酵素消化物）、電磁放射ベース（例えば、光分解または光検出）、化学的切断ベース（例えば、チミジン−スクシニル ヘキサミド ＣＥＤ ホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓ社のＣＬＰ−２２４４）切断するための気体のアンモニアまたはメチルアミンの処理）、ならびに親和性ベース（例えば、ハイブリダイゼーションのための配列タグ、または試薬を捕捉するために強化した親和性を有する修飾されたヌクレオチドの取り込み）のバイオデクリプションから選択されたバイオデクリプションの１以上のカテゴリーの適用のために、機械命令を提供する。特定のバイオデクリプション選択の受け取りに続いて、プログラムモジュールは、オリゴヌクレオチドの濃縮のために調節因子を放出する工程を行なう。濃縮に続いて、オリゴヌクレオチドを配列決定し、より長い核酸配列に随意に整列し、情報のアイテムに対応するデジタル配列に変換する。
実施例１０：ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９を用いたＤＮＡ塩基配列のバイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列を受け取る。その後、デジタル配列を核酸配列に変換する。核酸配列を、核酸配列のより多くの集団においてエンクリプションする。エンクリプションプロセスは、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９複合体による検出および除去のための「ジャンク」領域を加えることを含む。実施例２−３に記載されるように核酸配列を合成する。
エンクリプトされた核酸配列を含む核酸配列の集団を、Ｃａｓ９バッファー中でＣａｓ９およびｇＲＮＡと混合し、３７℃で２時間インキュベートする。その後、精製によってＣａｓ９を不活性化および除去する。次に、精製されたサンプルを次世代シーケンシングによって分析する。
実施例１１：配列交換を含むＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９を用いたＤＮＡ配列のバイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列を受け取り、該デジタル配列を核酸配列に変換する。ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９システムおよびガイドＲＮＡ配列を使用して、特定の配列の追加によって核酸配列をエンクリプションする。実施例２−３に記載されるのように核酸配列を合成する。
その後、核酸配列を、交換された配列に相補的な蛍光標識プローブと混合する。蛍光標識プローブによって認識された核酸配列を、集団から取り除く。
実施例１２：制限酵素消化物を使用したＤＮＡ配列のバイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列を受け取り、該デジタル配列を核酸配列に変換する。制限酵素ＥｃｏＲＩによって認識される特定の配列の追加によって、核酸配列の集団をエンクリプションする。核酸配列を実施例２−３のように合成し、保存する。
核酸配列をＥｃｏＲＩでインキュベートする。ＥｃｏＲＩ認識部位を含むエンクリプトされた核酸配列を切断する。該エンクリプトされた核酸配列の切断に続いて、相補的なオーバーハングを有する配列をハイブリタイズし、放出されたＤＮＡに結合させる。その後、結合した複合体を単離し、精製されたサンプルを配列決定し、および元のデジタル情報を構築する。
実施例１３：光分解を使用したＤＮＡ塩基配列のバイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列を受け取り、該デジタル配列を核酸配列に変換する。核酸配列の集団を、光切断可能な核酸塩基を含むように設計する。核酸配列を実施例２−３のように合成し、保存する。
２８０ｎｍのＵＶ−Ｂ照射を核酸配列に適用する。光切断可能な部位を含むエンクリプトされた核酸配列を、切断および除去する。その後、核酸配列を集めて配列決定する。あるいは、核酸配列を、アンモニア気体切断などによって構造の表面から放出させ、次に、電磁放射に暴露させてヌクレオチド配列における切断をもたらす。結合された相補的な捕捉プローブを有するビーズを使用したプルダウンアッセイ、標的配列を増幅するだけのために選択されたプライマーを使用したＰＣＲ、またはサイズ排除クロマトグラフィーなどによって、集団の一部を濃縮する。その後、濃縮した核酸をデジタル配列に変換し、配列決定し、および情報のアイテムを受け取る。
実施例１４：化学的濃縮を使用したＤＮＡ配列のバイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列を受け取り、該デジタル配列を核酸配列に変換する。特定の配列（例えば、アンモニア気体によって化学的に切断可能である、チミジン−スクシニル ヘキサミド ＣＥＤ ホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓ社のＣＬＰ−２２４４））の追加によって、核酸配列の集団をエンクリプトする。核酸配列を実施例２−３のように合成する。
アンモニア気体を核酸配列に適用する。本明細書に記載される濃縮方法を使用して、化学的切断可能な配列を含むエンクリプトされた核酸配列を集団から放出させて濃縮する。その後、濃縮した核酸をデジタル配列に変換し、配列決定し、および情報のアイテムを受け取る。
実施例１５：ビオチンを含む核酸プローブを使用したＤＮＡ配列のバイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列を受け取り、該デジタル配列を核酸配列に変換する。核酸塩基を含むビオチンを含むためのあらかじめ決められた残基の設計によって、核酸配列の集団をエンクリプトする。核酸配列を実施例２−３のように合成する。
核酸配列を構造から切断し、ビーズを含むストレプトアビジンと混合する。その後、核酸配列をストレプトアビジン磁気ビーズでインキュベートする。ビオチンを含む核酸配列を、磁気ビーズによってプルダウンする。その後、濃縮した核酸をデジタル配列に変換し、配列決定し、および情報のアイテムを受け取る。
実施例１６：光検出を使用したＤＮＡ配列のバイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列を受け取り、該デジタル配列を核酸配列に変換する。Ａｌｅｘａ４８８標識核酸プローブによって認識される特定の配列を含むために、核酸配列の集団を設計によってエンクリプトする。核酸配列を実施例２−３のように合成する。
核酸配列を構造から放出させ、Ａｌｅｘａ４８８標識核酸プローブと混合した。その後、核酸配列を蛍光強度によって分別する。Ａｌｅｘａ４８８標識核酸プローブで標識される核酸配列をさらに分析する。その後、プローブ結合核酸を配列決定し、デジタル配列に変換し、および情報のアイテムを受け取る。
実施例１７：修飾されたヌクレオチドを使用したＤＮＡ配列のバイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列を受け取り、該デジタル配列を核酸配列に変換する。あらかじめ決められた位置にペプチド核酸（ＰＮＡ）を含むあらかじめ決められた核酸塩基の追加のための設計、およびＰＮＡ含有セクションを切除するために制限酵素認識サイズの設計のための設計をすることによって、核酸配列の集団をエンクリプトする。核酸配列を実施例２−３のように合成する。
核酸配列を放出させ、制限酵素消化にさらし、次にＰＣＲによって増幅する。ＰＮＡを含む核酸配列は増幅することができない。その後、濃縮および増幅した核酸をデジタル配列に変換し、配列決定し、および情報のアイテムを受け取る。
実施例１８：ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９および化学的切断を使用したＤＮＡ配列のバイオエンクリプションおよびバイオデクリプション
情報のアイテムをコード化するデジタル配列を受け取り、該デジタル配列を核酸配列に変換する。ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９およびガイドＲＮＡ配列を使用して、特定の配列の追加によって核酸配列の集団をエンクリプトする。ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９システムは、核酸配列中のあらかじめ選択された位置に化学的に切断可能な部位を導入する。核酸配列を実施例２−３のように合成する。
アンモニア気体を核酸配列に適用する。化学的に切断可能な部位を含むエンクリプトされた核酸配列を、サイズ排除精製によって切断および除去し、次世代シーケンシングによって分析する。
本発明の好ましい実施形態が本明細書で示され記載されているが、こうした実施形態がほんの一例として提供されているに過ぎないということは当業者にとって明白である。当業者であれば、多くの変更、変化、および置換が、本発明から逸脱することなく思いつくだろう。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代案が、本発明の実施において利用されることもあることを理解されたい。以下の請求項は本発明の範囲を定義するものであり、この請求項とその均等物の範囲内の方法および構造体がそれによって包含されるものであるということが意図されている。

Claims (34)

  1. 情報を保存するための方法であって、該方法は：
    ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１つのアイテムを受け取る工程と；
    ｂ）少なくとも１つのバイオエンクリプションの形式の選択のための指示を受け取る工程であって、ここで、バイオエンクリプションの形式が酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのバイオエンクリプションである、工程と；
    ｃ）選択されたバイオエンクリプションの形式に基づいて、該少なくとも１つのデジタル配列を複数のオリゴヌクレオチド配列に変換する工程と；
    ｄ）該複数のオリゴヌクレオチド配列をコード化する複数のオリゴヌクレオチドを合成する工程と；
    ｅ）該複数のオリゴヌクレオチドを保存する工程と、
    を含む方法。
  2. 酵素ベースのバイオエンクリプションは、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓベースのバイオエンクリプションを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 酵素ベースのバイオエンクリプションは、表１に示されるような酵素に感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 電磁気ベースのバイオエンクリプションは、約０．０１ｎｍ〜約４００ｎｍの電磁気の波長に感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 化学ベースのバイオエンクリプションは、気体のアンモニアまたはメチルアミンの投与に感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 親和性ベースのバイオエンクリプションは、配列タグまたは親和性タグに感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 親和性タグは、ビオチン、ジゴキシゲニン、Ｎｉ−ニトリロ三酢酸、脱硫ビオチン、ヒスチジン、ポリヒスチジン、ｍｙｃ、赤血球凝集素（ＨＡ）、ＦＬＡＧ、蛍光タグ、タンデムアフィニティー精製（ＴＡＰ）タグ、グルタチオンＳトランスフェラーゼ（ＧＳＴ）、ポリヌクレオチド、アプタマー、抗原、または抗体である、請求項６に記載の方法。
  8. ２、３、４、または５つのバイオエンクリプションの形式が使用される、請求項１に記載の方法。
  9. 複数のオリゴヌクレオチドが少なくとも１００，０００のオリゴヌクレオチドを含む、請求項１に記載の方法。
  10. 複数のオリゴヌクレオチドが少なくとも１００億のオリゴヌクレオチドを含む、請求項１に記載の方法。
  11. 情報を検索するための方法であって、該方法は：
    ａ）表面から複数のオリゴヌクレオチドを放出する工程と；
    ｂ）酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのデクリプションを該複数のオリゴヌクレオチドに適用する工程と；
    ｃ）該複数のオリゴヌクレオチドを濃縮する工程と；
    ｄ）核酸配列を生成するために、複該数のオリゴヌクレオチドから濃縮したオリゴヌクレオチドを配列決定する工程と；
    ｅ）該核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に変換する工程であって、ここで、該少なくとも１つのデジタル配列は情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、工程と、
    を含む、方法。
  12. 複数のオリゴヌクレオチドのデクリプションは、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体を複数のオリゴヌクレオチドに適用することを含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 酵素ベースのデクリプションは、表１に示される酵素を適用することを含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 電磁気ベースのデクリプションは、約０．０１ｎｍ〜約４００ｎｍの波長を適用することを含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 化学ベースのデクリプションは、気体のアンモニアまたはメチルアミンの投与を適用することを含む、請求項１１に記載の方法。
  16. 親和性ベースのデクリプションは、配列タグまたは親和性タグを適用することを含む、請求項１１に記載の方法。
  17. 親和性タグは、ビオチン、ジゴキシゲニン、Ｎｉ−ニトリロ三酢酸、脱硫ビオチン、ヒスチジン、ポリヒスチジン、ｍｙｃ、赤血球凝集素（ＨＡ）、ＦＬＡＧ、蛍光タグ、タンデムアフィニティー精製（ＴＡＰ）タグ、グルタチオンＳトランスフェラーゼ（ＧＳＴ）、ポリヌクレオチド、アプタマー、抗原、または抗体である、請求項１６に記載の方法。
  18. ２、３、４、または５つのデクリプションの形態が使用される、請求項１１に記載の方法。
  19. 情報を保存するためのシステムであって、該システムは：
    ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１つのアイテムのための機械命令、および少なくとも１つのバイオエンクリプションの形式の選択のための機械命令を受け取る受信ユニットであって、ここで、バイオエンクリプションの形式は、酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのバイオエンクリプションである、受信ユニットと；
    ｂ）選択されたバイオエンクリプションの形式に基づいて、該少なくとも１つのデジタル配列を複数のオリゴヌクレオチド配列に自動的に変換するためのプロセッサーユニットと；
    ｃ）該複数のオリゴヌクレオチド配列をコード化する複数のオリゴヌクレオチドを合成するために、該プロセッサーユニットから機械命令を受け取るためのシンセサイザーユニットと；
    ｄ）該シンセサイザーユニットから堆積した複数のオリゴヌクレオチドを受け取るためのストレージユニットと、
    を含む、システム。
  20. 酵素ベースのバイオエンクリプションは、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓベースのバイオエンクリプションを含む、請求項１９に記載のシステム。
  21. 酵素ベースのバイオエンクリプションは、表１に示されるような酵素に感受性がある、オリゴヌクレオチドの合成のための機械命令を含む、請求項１９に記載のシステム。
  22. 電磁気ベースのバイオエンクリプションは、約０．０１ｎｍ〜約４００ｎｍの電磁気の波長に感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための機械命令を含む、請求項１９に記載のシステム。
  23. 化学ベースのバイオエンクリプションは、気体のアンモニアまたはメチルアミンの投与に感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための機械命令を含む、請求項１９に記載のシステム。
  24. 親和性ベースのバイオエンクリプションは、配列タグまたは親和性タグに感受性があるオリゴヌクレオチドの合成のための指示を含む、請求項１９に記載のシステム。
  25. 親和性タグは、ビオチン、ジゴキシゲニン、Ｎｉ−ニトリロ三酢酸、脱硫ビオチン、ヒスチジン、ポリヒスチジン、ｍｙｃ、赤血球凝集素（ＨＡ）、ＦＬＡＧ、蛍光タグ、タンデムアフィニティー精製（ＴＡＰ）タグ、グルタチオンＳトランスフェラーゼ（ＧＳＴ）、ポリヌクレオチド、アプタマー、抗原、または抗体である、請求項２４に記載のシステム。
  26. 複数のオリゴヌクレオチドが少なくとも１００，０００のオリゴヌクレオチドを含む、請求項２４に記載のシステム。
  27. 複数のオリゴヌクレオチドが少なくとも１００億のオリゴヌクレオチドを含む、請求項２４に記載のシステム。
  28. 情報を検索するためのシステムであって、該システムは：
    ａ）表面上の複数のオリゴヌクレオチドを含むストレージユニットと；
    ｂ）酵素ベース、電磁気ベース、化学ベース、または親和性ベースのバイオエンクリプションを該複数のオリゴヌクレオチドに適用するためのデポジション装置と；
    ｃ）核酸配列を得るために、該複数のオリゴヌクレオチドを配列決定するための配列決定ユニットと；
    ｄ）該核酸配列を少なくとも１つのデジタル配列に自動的に変換するためのプロセッサーユニットであって、ここで、該少なくとも１つのデジタル配列は情報の少なくとも１つのアイテムをコード化する、プロセッサーユニットと、
    を含む、システム。
  29. デポジション装置はＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ複合体を複数のオリゴヌクレオチドに適用する、請求項２８に記載のシステム。
  30. 酵素ベースのバイオエンクリプションは、表１に示されるような酵素を適用することを含む、請求項２８に記載のシステム。
  31. 電磁気ベースのバイオエンクリプションは、約０．０１ｎｍ〜約４００ｎｍの波長を適用する、請求項２８に記載のシステム。
  32. 化学ベースのバイオエンクリプションは、気体のアンモニアまたはメチルアミンの投与を適用することを含む、請求項２８に記載のシステム。
  33. 親和性ベースのバイオエンクリプションは、配列タグまたは親和性タグを含む、請求項２８に記載のシステム。
  34. 親和性タグは、ビオチン、ジゴキシゲニン、Ｎｉ−ニトリロ三酢酸、脱硫ビオチン、ヒスチジン、ポリヒスチジン、ｍｙｃ、赤血球凝集素（ＨＡ）、ＦＬＡＧ、蛍光タグ、タンデムアフィニティー精製（ＴＡＰ）タグ、グルタチオンＳトランスフェラーゼ（ＧＳＴ）、ポリヌクレオチド、アプタマー、抗原、または抗体である、請求項３３に記載のシステム。
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