KR20220093268A - 고체 지지체 상의 샘플 제조법 - Google Patents

고체 지지체 상의 샘플 제조법 Download PDF

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Abstract

표면에 5'-태깅된 이중 가닥 표적 DNA의 고정된 라이브러리를 생성하기 위해 고정된 트랜스포사제 및 트랜스포손 말단을 이용하는 방법 및 조성물이 제공된다. 상기 방법은 대규모 병렬 DNA 서열화를 포함하는 다양한 공정에 이용되는 5'- 및 3'-태깅된 DNA 단편을 생성하는데 유용하다.

Description

고체 지지체 상의 샘플 제조법{SAMPLE PREPARATION ON A SOLID SUPPORT}
관련 출원
본 출원은 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는, 2013년 1월 9일 출원된 미국 가특허출원 61/750,682호에 대한 우선권을 주장한다.
배경
이중 가닥 DNA (dsDNA) 표적 분자로부터 단편화되고 태깅화된 DNA 분자의 라이브러리를 생성하는 것이 요망되는 다양한 방법 및 응용이 존재한다. 종종, 그 목적은 DNA 서열화 반응에서 주형으로서 사용하기 위해 더 큰 dsDNA 분자로부터 보다 작은 DNA 분자 (예컨대, DNA 단편)를 생성하는 것이다.
차세대 서열화에 사용하기 위한 이중 가닥 DNA의 단편화 및 태깅에 현재 사용되는 많은 방법은 DNA를 낭비하고, 단편화에 고가의 장비를 요구하며, 단편화, 태깅 및 태깅된 DNA 단편의 회수 절차는 어렵고, 장황하며, 힘들고, 시간-소모적이고, 비효율적이며, 비싸고, 비교적 많은 양의 샘플 핵산을 필요로 한다. 또한, 이러한 방법들 중 다수는 태깅된 DNA 단편이 생성되는 샘플 핵산에 함유된 서열을 충분히 대표하지 못하는 태깅된 DNA 단편을 생성한다. 따라서, 당 분야에 필요한 것은 표적 DNA로부터 태깅된 DNA 단편의 라이브러리를 생성할 때 속도와 사용의 용이성을 제공하며 차세대 서열화 및 증폭 방법과 같은 핵산 분석 방법에 용이하게 적용될 수 있는 방법이다.
간단한 개요
고체 지지체 상의 핵산 샘플 제조를 위한 방법 및 조성물이 본원에 제공된다. 상기 방법 및 조성물은 특히 고체 지지체 상에 고정된 트랜스포손(transposon) 조성물을 이용하여 DNA를 단편화하고 태깅하기 위한 방법 및 조성물에 관한 것이다. 본원에 제공된 방법 및 조성물은, 예를 들어, 예컨대, 차세대 서열화 방법 등에 사용하기 위한 태깅된 DNA 단편의 라이브러리를 생성하는데 유용하다. 일부 바람직한 구체예에서, 본 발명은 유전체, 아유전체, 전사체(transcriptomic), 또는 메타게놈(metagenomic) 분석, 또는 RNA 발현 분석을 위해, 어떠한 공급원으로부터의 임의의 관심 dsDNA를 포함하는 표적 DNA (RNA로부터 제조된 이중 가닥 cDNA 포함)로부터 고체 지지체 상의 선형 ssDNA 단편의 제조에 관한 것이다.
따라서, (a) 고정된 트랜스포솜(transposome) 복합체를 그 위에 지니는 고체 지지체를 제공하는 단계로서, 트랜스포솜 복합체가 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제(transposase)를 포함하고, 제 1 폴리뉴클레오티드가 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함하는 단계; 및 (b) 표적 DNA가 트랜스포솜 복합체에 의해 단편화되는 조건 하에 표적 DNA를 고체 지지체에 적용시켜, 제 1 폴리뉴클레오티드의 3' 트랜스포손 말단 서열을 단편의 적어도 한 가닥의 5' 말단으로 전이시키고; 이에 의해 이중 가닥 단편의 고정된 라이브러리를 생성하는 단계로서, 적어도 한 가닥이 제 1 태그로 5'- 태깅되는 단계를 포함하는, 태깅된 DNA 단편의 고정된 라이브러리를 제조하는 방법이 본원에 제공된다. 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 상기 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 영역을 포함하는 제 2 폴리뉴클레오티드를 포함한다. 상기 방법은 (c) 용해 상태(in solution)의 트랜스포솜 복합체를 제공하고, 표적 DNA가 용해 상태의 트랜스포솜 복합체에 의해 단편화되는 조건 하에 트랜스포솜 복합체를 고정된 단편과 접촉시켜; 용해 상태의 한 말단을 갖는 고정된 핵산 단편을 수득하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 용해 상태의 트랜스포솜 복합체는, 상기 방법이 용해 상태의 제 2 태그인, 제 2 태그를 갖는 고정된 핵산 단편을 생성하도록, 제 2 태그를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 태그는 상이하거나 동일할 수 있다.
상기 방법 또는 그 밖의 방법에 따라 제조된 고정된 태깅된 DNA 단편의 라이브러리를 그 위에 지니는 고체 지지체가 또한 본원에 제공된다. 예를 들어, 고정된 트랜스포솜 복합체를 그 위에 지니는 고체 지지체가 본원에 제공되고, 트랜스포솜 복합체는 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제를 포함하고, 폴리뉴클레오티드는 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함한다.
또한, 복수의 트랜스포솜 복합체를 고체 지지체에 고정시키는 것을 포함하는 후로셀(flowcell)을 생성하는 방법으로서, 트랜스포솜 복합체가 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제를 포함하고, 제 1 폴리뉴클레오티드가 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함하는 방법이 본원에 제공된다.
상기 방법은 복수의 제 1 폴리뉴클레오티드가 그 위에 고정되어 있는 고체 지지체를 제공하고, 고체 지지체를 트랜스포사제 홀로효소(holoenzyme) 및 제 2 폴리뉴클레오티드와 접촉시키는 것을 추가로 포함할 수 있고, 상기 제 2 폴리뉴클레오티드는 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 영역을 포함한다. 상기 방법의 일부 구체예에서, 고정화는 (a) 커플링된 증폭 프라이머를 갖는 고체 지지체를 제공하는 단계; (b) 제 2 폴리뉴클레오티드를 증폭 프라이머들 중 하나에 하이브리드화시키는 단계로서, 제 2 올리고뉴클레오티드가 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 영역 및 제 1 태그에 상보적인 영역을 포함하는 단계; (c) 폴리머라제를 이용하여 증폭 프라이머를 연장시켜 제 2 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화된 제 1 폴리뉴클레오티드를 포함하는 듀플렉스를 생성하는 단계로서, 제 1 폴리뉴클레오티드가 고체 지지체에 직접 고정되는 단계; 및 (d) 고체 지지체를 트랜스포사제 홀로효소와 접촉시켜, 고체 지지체 상에 트랜스포솜 복합체를 어셈블링하는 단계를 포함한다.
트랜스포솜 복합체가 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제 및 제 2 폴리뉴클레오티드를 포함하는, 고정된 트랜스포솜 복합체를 갖는 미세입자의 집단이 또한 본원에 제공되며; 이 때 제 1 폴리뉴클레오티드는 이의 5' 말단에서 미세입자의 표면에 고정되고, 제 2 폴리뉴클레오티드는 제 1 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에 하이브리드화되며; 이 때 제 1 폴리뉴클레오티드는 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함한다. 또한 표적 DNA를 상기 미세입자의 집단과 접촉시켜 고정된 태깅된 DNA 단편을 생성하는 것을 포함하는, 태깅된 DNA 단편의 고정된 라이브러리를 생성하는 방법이 본원에 제공된다.
또한 더 긴 서열 판독으로의 인덱스-지정 어셈블리를 위해 태깅된 DNA 단편의 라이브러리를 생성하는 방법이 또한 본원에서 제공되며, 상기 방법은 트랜스포솜 복합체가 고정된 미세입자의 집단을 제공하는 단계로서, 트랜스포솜 복합체가 미세입자와 결합된 인덱스 도메인을 포함하는 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제 및 제 2 폴리뉴클레오티드를 포함하는 단계; 표적 DNA를 미세입자의 집단에 적용시켜, 인덱스 도메인으로 태깅된 고정된 DNA 단편을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법의 특정 구체예에서, 제 1 폴리뉴클레오티드는 이의 5' 말단에서 미세입자의 표면에 고정되고, 제 2 폴리뉴클레오티드는 제 1 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에 하이브리드화되며; 이 때 제 1 폴리뉴클레오티드는 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 인덱스 도메인을 포함하고; 이 때 미세입자의 집단은 적어도 복수의 인덱스 도메인을 포함하며, 개별적인 미세입자 상의 제 1 폴리뉴클레오티드는 동일한 인덱스 도메인을 공유한다.
또한 복수의 표적 DNA를 표적 DNA가 트랜스포솜 복합체에 의해 단편화되는 조건 하에 고정된 트랜스포솜 복합체를 그 위에 갖는 고체 지지체에 적용시켜; 이중 가닥 단편의 고정된 라이브러리를 생성하고 (이 때 각 표적 DNA의 제 1 부분은 상기 고체 지지체의 제 1 위치에서 상기 고체 지지체에 부착되고 각 표적 DNA의 제 2 부분은 상기 고체 지지체의 제 2 위치에서 상기 고체 지지체에 부착된다); 상기 고정된 이중 가닥 단편의 라이브러리를 맵핑시켜 각 표적 DNA에 의해 연결되는 위치의 세트를 생성하고; 표적 DNA의 상기 제 1 및 제 2 부분의 서열을 결정하고; 상기 위치의 세트를 상호관련시켜 제 1 및 제 2 부분이 상기 표적 DNA에 의해 연결되어 있는지 여부를 결정하고 표적 DNA 분자의 서열을 결정하는 것을 포함하는, 복수의 표적 DNA 분자를 서열화하는 방법이 본원에 제공된다.
본원에 제공된 방법 및 조성물의 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 mm2 당 적어도 103, 104, 105, 106의 복합체의 밀도로 고체 지지체 상에 존재한다. 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 Tn5 트랜스포사제와 같은 과활동성 트랜스포사제를 포함한다.
본원에 제공된 방법 및 조성물의 일부 구체예에서, 태그 도메인은, 예를 들어 클러스터 증폭을 위한 영역을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 태그 도메인은 서열화 반응을 프라이밍하기 위한 영역을 포함할 수 있다.
본원에 제공된 방법 및 조성물의 일부 구체예에서, 고체 지지체는, 예를 들어, 미세입자, 패턴화된 표면, 웰 등을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 고체 지지체 상에 임의로 분배된다. 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 패턴화된 표면 상에 분배된다.
하나 이상의 구체예의 상세는 첨부된 도면 및 하기 설명에 개시된다. 그 밖의 특징, 목적 및 이점은 설명 및 도면, 그리고 청구범위로부터 자명할 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1a는 한 구체예에 따른 일반적인 개념을 나타낸다. 도 1b는 한 구체예에 따른 일반적인 개념을 나타낸다.
도 2a는 태깅화(tagmentation) 반응을 예시하는 개략도이다.
도 2b는 생성된 브리지의 특성을 명확하게 하기 위해 다시 그려진 생성된 브릿지의 개략도이다.
도 3a는 두 형태의 트랜스포솜이 후로셀의 표면 상에 어셈블링된 구체예를 예시한다. 후로셀로의 DNA의 첨가는 DNA의 태깅화 및 트랜스포솜으로의 커플링을 발생시킨다. 또한 상이한 유형의 생성된 클러스터: P7:P7, P5:P5, 및 P5:P7 클러스터가 도 3a에 도시된다. 도 3b는 두 형태의 트랜스포솜이 후로셀의 표면 상에 어셈블링된 구체예를 예시한다.
도 4a는 또 다른 구체예를 도시한다. 도 4a에서, 표면 결합된 트랜스포솜의 단지 한 형태만이 (예컨대, P5 트랜스포솜) 존재하여, 각 말단에 동일한 태그 서열을 지닌 브릿지를 발생시킨다. 추가적인 트랜스포솜을 첨가하여 브릿지 구조를 추가로 단편화하고 추가의 태그 서열 (P7)을 혼입시킨다.
도 4b는 원래의 무손상 DNA 샘플에서 두 인접한 단편을 나타내는 각 트랜스포솜 잘린끝(stump)으로부터 비롯되는 클러스터의 쌍을 생성하는 증폭을 도시한다 (도 4b).
도 5a, 5b, 5c 및 5d는 표면 결합된 트랜스포솜 복합체를 어셈블링하기 위한 상이한 방법을 예시한다. 도 5a는 표면 결합된 트랜스포솜 복합체를 어셈블링하는 이러한 방법의 한 구체예를 나타낸다. 도 5b는 트랜스포솜 복합체가 용해 상태로 어셈블링되는 것을 도시하고 고정화는 제 1 폴리뉴클레오티드를 고체 지지체에 커플링된 부목 올리고뉴클레오티드에 라이게이션시키는 추가 단계를 포함한다. 도 5c는 트랜스포솜 이합체가 루프형 올리고뉴클레오티드를 고정된 제 1 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화시킴에 의해 어셈블링됨을 나타낸다. 도 5d는 트랜스포솜 복합체가 이에 고정된 증폭 프라이머를 이용하여 표준 쌍의 말단 후로셀에 어셈블링될 수 있음을 나타낸다.
도 6a는 실시예 1로 기재된 실험에 대한 설계를 개시한다. 도 6b는 실시예 1로 기재된 실험에 대한 설계를 개시한다.
도 7은 실시예 1에 기재된 설계에 따라 수행된 실험으로 수득된 대표적인 데이터를 개시한다.
도 8은 실시예 1에 기재된 설계에 따라 수행된 실험으로 수득된 대표적인 데이터를 개시한다.
도 9는 한 구체예에 따른 비드-결합된 트랜스포솜의 어셈블리 및 후속적인 태깅화의 예시이다.
도 10은 한 구체예에 따른 비드-결합된 트랜스포솜의 어셈블리 및 후속적인 태깅화의 예시이다.
도 11은 한 구체예에 따른 비드-결합된 트랜스포솜의 어셈블리 및 후속적인 태깅화의 예시이다.
도 12는 한 구체예에 따른 비드-결합된 트랜스포솜의 어셈블리 및 후속적인 태깅화의 예시이다.
도 13은 한 구체예에 따른 표면 결합된 트랜스포솜의 예시이다.
도 14는 한 구체예에 따른 비드-결합된 트랜스포솜 상에서 수행된 태깅화의 예시이다.
도 15는 한 구체예에 따른 비드-결합된 트랜스포솜 상에서 수행된 부분-단편의 태깅화 및 바코딩(barcoding)의 예시이다.
도 16은 한 구체예에 따른 비드-결합된 트랜스포솜 상에서 수행된 부분-단편의 태깅화 및 바코딩의 예시이다.
도 17은 실시예 3에 기재된 트랜스포솜 어셈블리의 예시이다.
도 18a는 실시예 3에 기재된 트랜스포솜 어셈블리의 예시이다.
도 18b는 실시예 3에 기재된 트랜스포솜 어셈블리를 이용한 결과를 개시한다.
상세한 설명
핵산 샘플을 서열화하는 현행 프로토콜은 DNA 또는 RNA를 주형의 라이브러리로 전환시키는 샘플 제조 공정을 일상적으로 채용한다. 이러한 방법은 DNA 샘플의 손실을 발생시키고, 종종 단편화에 고가의 기계를 요구할 수 있다. 또한, 샘플 제조 방법은 종종 어렵고, 장황하며, 비효율적이다.
표준 샘플 제조 방법에서, 각각의 주형은 삽입물의 어느 한 말단에 어댑터(adaptor)를 함유하며, DNA 또는 RNA를 변형시키고 변형 반응의 요망되는 생성물을 정제하는 것 둘 모두를 위해서는 종종 많은 단계가 요구된다. 이러한 단계는 용해 상태로 수행되며 그 후에 적합화 단편이 후로셀에 첨가되는데, 이들은 표면에 공유적으로 부착된 프라이머의 말단 상에서 하이브리드화된 단편을 복사하는 프라이머 연장 반응에 의해 표면에 커플링된다. 그 후 이러한 '시딩(seeding)' 주형은 여러 사이클의 증폭을 통해 복사된 주형의 모노클로날 클러스터를 발생시킨다.
DNA를 클러스터 형성 및 서열화를 위해 준비된 용해 상태의 어댑터-변형된 주형으로 형질전환하는데 필요한 단계의 수는 트랜스포사제 매개 단편화 및 태깅화의 이용에 의해 최소화될 수 있다. 본원에서 '태깅화'로서 언급되는 이러한 공정은 종종 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 어댑터와 복합체화된 트랜스포사제 효소를 포함하는 트랜스포솜 복합체에 의한 DNA의 변형을 포함한다. 태깅화는 동시적인 DNA의 단편화 및 듀플렉스 단편의 둘 모두의 가닥의 5' 말단으로의 어댑터의 라이게이션을 발생시킨다. 트랜스포사제 효소를 제거하는 정제 단계 이후에, 추가의 서열을 PCR에 의해 적합화 단편의 말단에 첨가한다.
용해-기반 태깅화는 단점이 있고 여러 노동 집약적 단계를 요구한다. 추가로, PCR 증폭 단계 동안 편재(bias)가 도입될 수 있다. 본원에 제공된 방법 및 조성물은 이러한 단점을 극복하며, 편재되지 않은 샘플 제조, 클러스터 형성 및 서열화를 가능하게 하여, 샘플 조작 또는 전이를 위한 최소한의 요건으로 단일한 고체 지지체 상에서 발생한다.
본 설명은 후로셀의 표면에 미리-커플링된 트랜스포솜 복합체가 무손상 DNA를 후로셀 내에서 효과적으로 단편화, 태깅 및 고정시킬 수 있다는 놀라운 발견에 관한 것이다. 특수한 구체예에서, 트랜스포솜 어댑터를 포함하는 가닥들 중 하나 이상은 이들의 5' 말단을 통해 후로셀의 표면에 부착된다. 무손상 DNA가 후로셀로 펌핑될 때, 태깅화 반응은 용해-기반 태깅화 반응에서 발생하는 것과 동일한 방식으로 일어나지만, 그로 인한 생성물 단편은 그들의 말단에 의해 후로셀의 표면에 물리적으로 부착된다. 트랜스포솜 어댑터 서열은 후속적인 클러스터 생성 및 서열화를 가능하게 하는 서열을 함유할 수 있다.
본원에 제공된 방법 및 조성물은 용해-기반 태깅화 방법에 비해 여러 이점을 제공한다. 예를 들어, 정제되거나, 부분적으로 정제되거나, 심지어 정제되지 않은 무손상 DNA 주형은 사전 샘플 제조 없이, 클러스터의 생성을 위해 후로셀 상에 직접 부하될 수 있다. 또한, 원래의 무손상 DNA에서의 서열 정보의 연속성은 후로셀의 표면에서 태깅화 단편의 근접부위(juxtaposition)에 의해 물리적으로 보존될 수 있다. 추가 이점으로서, DNA가 후로셀의 표면에 물리적으로 열결되어, DNA의 추가 조작 이후에 시약의 정제가 후로셀 채널에서 관류(flow-through) 완충제 교환에 의해 달성될 수 있다.
고체 지지체 상의 태깅화
상기에 따르면, 태깅된 DNA 단편의 고정된 라이브러리를 제조하는 방법이 본원에 제공된다. 일부 구체예에서, 상기 방법은 (a) 고정된 트랜스포솜 복합체를 그 위에 지니는 고체 지지체를 제공하는 단계로서, 트랜스포솜 복합체가 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제를 포함하고, 제 1 폴리뉴클레오티드가 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함하는 단계; 및 (b) 표적 DNA가 트랜스포솜 복합체에 의해 단편화되는 조건 하에 표적 DNA를 고체 지지체에 적용시켜, 제 1 폴리뉴클레오티드의 3' 트랜스포손 말단 서열을 단편의 적어도 한 가닥의 5' 말단으로 전이시키고; 이에 의해 이중 가닥 단편의 고정된 라이브러리를 생성하는 단계로서, 적어도 한 가닥이 제 1 태그로 5'- 태깅되는 단계를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "트랜스포솜 복합체"는 일반적으로 이중 가닥 핵산에 비공유적으로 결합된 트랜스포사제 효소를 의미한다. 예를 들어, 복합체는 비공유적 복합체 형성을 지지하는 조건 하에 이중 가닥 트랜스포손 DNA와 미리 인큐베이션된 트랜스포사제 효소일 수 있다. 이중 가닥 트랜스포손 DNA는 비제한적으로 Tn5 DNA, Tn5 DNA의 일부, 트랜스포손 말단 조성물, 트랜스포손 말단 조성물들의 혼합물 또는 과활동성 Tn5 트랜스포사제와 같은 트랜스포사제와 상호작용할 수 있는 그 밖의 이중 가닥 DNA를 포함할 수 있다.
"트랜스포사제"는 트랜스포손 말단-함유 조성물 (예컨대, 트랜스포손, 트랜스포손 말단, 트랜스포손 말단 조성물)과 기능성 복합체를 형성하고, 예를 들어, 시험관내 전위 반응에서, 함께 인큐베이션되는 이중 가닥 표적 DNA로 트랜스포손 말단-함유 조성물의 삽입 또는 전위를 촉매화할 수 있는 효소를 의미한다. 본원에서 제공되는 트랜스포사제는 또한 레트로트랜스포손 및 레트로바이러스로부터의 인테그라제를 포함할 수 있다. 트랜스포사제, 트랜스포솜 및 트랜스포솜 복합체는 그 내용의 전문이 본원에 참조로서 포함되는 US 2010/0120098호의 기재에 의해 예시된 바와 같이, 일반적으로 당업자에게 알려져 있다. 비록 본원에 기재된 다수의 구체예가 Tn5 트랜스포사제 및/또는 과활동성 Tn5 트랜스포사제를 언급하고 있으나, 트랜스포손 말단을 그 의도하는 목적을 위해 충분한 효율로 표적 DNA의 5'-태그 및 단편에 삽입시킬 수 있는 임의의 전위 시스템이 본 발명에 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 특정 구체예에서, 바람직한 전위 시스템은 임의로 또는 거의 임의의 방식으로 표적 DNA의 5'-태그 및 단편에 트랜스포손 말단을 삽입시킬 수 있다.
용어 "트랜스포손 말단"은 시험관내 전위 반응에서 기능성인 트랜스포사제 또는 인테그라제 효소와 복합체를 형성하는데 필요한 뉴클레오티드 서열 ("트랜스포손 말단 서열")만을 나타내는 이중 가닥 핵산 DNA를 의미한다. 일부 구체예에서, 트랜스포손 말단은 전위 반응에서 트랜스포사제와 기능성 복합체를 형성할 수 있다. 비제한적인 예로서, 트랜스포손 말단은 19-bp 외부 말단 ("OE") 트랜스포손 말단, 내부 말단 ("IE") 트랜스포손 말단, 또는 야생형 또는 돌연변이체 Tn5 트랜스포사제에 의해 인지되는 "모자이크 말단" ("ME") 트랜스포손 말단, 또는 그 내용의 전문이 본원에서 참조로 포함되는 US 2010/0120098호의 설명에 개시된 R1 및 R2 트랜스포손 말단을 포함할 수 있다. 트랜스포손 말단은 시험관내 전위 반응에서 트랜스포사제 또는 인테그라제 효소와 기능성 복합체를 형성하기에 적합한 임의의 핵산 또는 핵산 유사체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 트랜스포손 말단은 DNA, RNA, 변형 염기, 비-자연 염기, 변형 백본을 포함할 수 있고, 한 가닥 또는 양 가닥에 닉(nick)을 포함할 수 있다. 비록 용어 "DNA"가 트랜스포손 말단의 조성과 관련하여 본 설명을 통틀어 이용되나, 임의의 적합한 핵산 또는 핵산 유사체가 트랜스포손 말단에 이용될 수 있음을 이해하여야 한다.
용어 "전이된 가닥"은 둘 모두의 트랜스포손 말단의 전이된 부분을 의미한다. 유사하게, 용어 "비-전이된 가닥"은 둘 모두의 "트랜스포손 말단"의 비-전이된 부분을 의미한다. 전이된 가닥의 3'-말단은 시험관내 전위 반응에서 표적 DNA에 연결되거나 전이된다. 전이된 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 트랜스포손 말단 서열을 나타내는 비-전이된 가닥은 시험관내 전위 반응에서 표적 DNA에 연결되거나 전이되지 않는다.
일부 구체예에서, 전이된 가닥 및 비-전이된 가닥은 공유적으로 연결된다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 전이된 가닥 및 비-전이된 가닥 서열은, 예컨대 헤어핀 배치로 단일한 올리고뉴클레오티드 상에 제공된다. 이와 같이, 비록 비-전이된 가닥의 자유로운 말단이 전위 반응에 의해 표적 DNA에 직접 연결되지 않아도, 비-전이된 가닥은 헤어핀 구조의 루프에 의해 전이된 가닥에 연결되므로, DNA 단편에 간접적으로 부착하게 된다. 트랜스포솜 구조의 추가의 예 및 트랜스포솜을 제조하고 이용하는 방법은 그 내용의 전문이 본원에 참조로서 포함되는 US 2010/0120098호의 기재에서 찾아볼 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "태그" 및 "태그 도메인"은 요망되는 의도적 목적 또는 응용을 위한 서열을 나타내는 폴리뉴클레오티드의 일부 또는 도메인을 의미한다. 본원에 제공된 일부 구체예는 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분을 갖는 폴리뉴클레오티드, 및 태그 도메인을 포함하는 태그를 포함하는 트랜스포솜 복합체를 포함한다. 태그 도메인은 임의의 요망되는 목적을 위해 제공된 임의의 서열을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 태그 도메인은 하나 이상의 제한 엔도누클레아제 인지 부위를 포함한다. 일부 구체예에서, 태그 도메인은 클러스터 증폭 반응을 위한 프라이머와 하이브리드화하기에 적합한 하나 이상의 영역을 포함한다. 일부 구체예에서, 태그 도메인은 서열화 반응을 위한 프라이머와 하이브리드화하기에 적합한 하나 이상의 영역을 포함한다. 어떠한 다른 적합한 특징이 태그 도메인에 포함될 수 있음을 이해할 것이다. 일부 구체예에서, 태그 도메인은 5 내지 200개 bp 길이를 갖는 서열을 포함한다. 일부 구체예에서, 태그 도메인은 10 내지 100개 bp 길이를 갖는 서열을 포함한다. 일부 구체예에서, 태그 도메인은 20 내지 50개 bp 길이를 갖는 서열을 포함한다. 일부 구체예에서, 태그 도메인은 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150 내지 200개 bp 사이의 길이를 갖는 서열을 포함한다.
본원에 제공된 방법 및 조성물에서, 트랜스포솜 복합체는 고체 지지체에 고정된다. 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 하나 이상의 폴리뉴클레오티드, 예컨대 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 폴리뉴클레오티드를 통해 지지체에 고정된다. 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 트랜스포사제 효소를 고체 지지체에 커플링시키는 링커 분자를 통해 고정될 수 있다. 일부 구체예에서, 트랜스포사제 효소 및 폴리뉴클레오티드 둘 모두는 고체 지지체에 고정된다. 고체 지지체로의 분자 (예컨대, 핵산)의 고정화를 언급할 때, 용어 "고정된" 및 "부착된"은 본원에서 상호교환적으로 이용되며, 두 용어 모두는 명시적으로 또는 문맥에 의해 달리 언급되지 않는 한, 직접 또는 간접, 공유 또는 비공유 부착을 포함하고자 한다. 본 발명의 특정 구체예에서 공유 부착이 바람직할 수 있으나, 일반적으로 요구되는 모든 것은, 분자 (예컨대, 핵산)가, 예를 들어 핵산 증폭 및/또는 서열화를 필요로 하는 적용에서, 지지체를 사용하고자 하는 조건 하에 지지체에 고정되거나 부착된 채로 유지되는 것이다.
본 발명의 특정 구체예는, 예를 들어 층의 적용 또는 폴리뉴클레오티드와 같은 생체분자로의 공유 부착을 허용하는 반응성 기를 포함하는 중간 물질의 코팅에 의해, 작용기화된 비활성 기질 또는 매트릭스 (예컨대, 유리 슬라이드, 폴리머 비드 등)로 구성된 고체 지지체를 이용할 수 있다. 그러한 지지체의 예는 유리와 같은 비활성 지질 상에 지지된 폴리아크릴아미드 하이드로겔, 특히 그 내용의 전문이 본원에 참조로서 포함되는 WO 2005/065814호 및 US 2008/0280773호에 기재된 폴리아크릴아미드 하이드로겔을 포함하지만 이로 한정되는 것은 아니다. 그러한 구체예에서, 생체분자 (예컨대, 폴리뉴클레오티드)는 중간 물질 (예컨대 하이드로겔)에 직접 공유적으로 부착될 수 있으나, 중간 물질은 스스로 기질 또는 매트릭스 (예컨대 유리 기질)에 비공유적으로 부착될 수 있다. 용어 "고체 지지체로의 공유 부착"은 따라서 이러한 유형의 배치를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
용어 "고체 표면", "고체 지지체" 및 다른 문법적 상당 어구는 본원에서 트랜스포솜 복합체의 부착에 적절하거나 적절하게 변형될 수 있는 임의의 물질을 의미한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 가능한 기질의 수는 매우 많다. 가능한 기질은 유리 및 변형되거나 작용기화된 유리, 플라스틱 (아크릴, 폴리스티렌 및 스티렌과 다른 물질의 코폴리머, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리우레탄, Teflon™ 등 포함), 다당류, 나일론 또는 니트로셀룰로스, 세라믹, 수지, 실리카 또는 실리카-기반 물질, 예를 들어 실리콘 및 변형된 실리콘, 카본, 금속, 무기 유리, 플라스틱, 광섬유 다발, 및 다양한 다른 폴리머를 포함하지만 이로 한정되는 것은 아니다. 일부 구체예에 특히 유용한 고체 지지체 및 고체 표면은 후로셀 장치 내에 위치한다. 예시적인 후로셀은 하기에 추가로 상세하게 기재된다.
일부 구체예에서, 고체 지지체는 정렬된 패턴으로 트랜스포솜 복합체를 고정하기에 적합한 패턴화된 표면을 포함한다. "패턴화된 표면"은 고체 지지체의 노출된 층 내에 또는 층 상에 상이한 영역의 배열을 지칭한다. 예를 들어, 영역들 중 하나 이상은 하나 이상의 트랜스포솜 복합체가 존재하는 특징부일 수 있다. 이러한 특징부는 트랜스포솜 복합체가 존재하지 않는 간극 영역에 의해 분리될 수 있다. 일부 구체예에서, 패턴은 행과 열로 존재하는 x-y 포맷의 특징부일 수 있다. 일부 구체예에서, 패턴은 특징부 및/또는 간극 영역의 반복 배열일 수 있다. 일부 구체예에서, 패턴은 특징부 및/또는 간극 영역의 무작위 배열일 수 있다. 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 고체 지지체 상에 무작위로 분포된다. 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 패턴화된 표면 상에 분포된다. 본원에 개시된 방법 및 조성물에서 이용될 수 있는 예시적인 패턴화된 표면은 각각이 본원에 참조로서 포함되는 미국 일련번호 13/661,524호 또는 미국 특허 출원 공개 2012/0316086 A1호에 기재되어 있다.
일부 구체예에서, 고체 지지체는 표면에 웰 또는 함몰의 어레이를 포함한다. 이는 포토리소그래피(photolithography), 스탬핑 기법, 성형 기법 및 마이크로에칭 (microetching) 기법을 비제한적으로 포함하는 다양한 기법을 이용하여 당 분야에 일반적으로 공지된 대로 제조될 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 이용되는 기법은 어레이 기질의 조성 및 형상에 의존적일 것이다.
고체 지지체의 조성 및 기하학은 그 용도에 따라 다양할 수 있다. 일부 구체예에서, 고체 지지체는 슬라이드, 칩, 마이크로칩 및/또는 어레이와 같은 평면 구조이다. 이와 같이, 기질의 표면은 평면 층의 형태일 수 있다. 일부 구체예에서, 고체 지지체는 후로셀의 하나 이상의 표면을 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "후로셀"은 하나 이상의 유체 시약이 가로질러 흐를 수 있는 고체 표면을 포함하는 챔버를 지칭한다. 본 설명의 방법에서 용이하게 이용될 수 있는 후로셀 및 관련 유체 시스템 및 검출 플랫폼의 예는, 예를 들어, 각각이 본원에 참조로서 포함되는 문헌[Bentley et al., Nature 456:53-59 (2008), WO 04/018497; US 7,057,026; WO 91/06678; WO 07/123744; US 7,329,492; US 7,211,414; US 7,315,019; US 7,405,281, and US 2008/0108082]에 개시되어 있다.
일부 구체예에서, 고체 지지체 또는 이의 표면은 평면이 아니며, 예컨대 튜브 또는 용기의 내면 또는 외면이다. 일부 구체예에서, 고체 지지체는 미소구체 또는 비드를 포함한다. 본원에서 "미소구체" 또는 "비드" 또는 "입자" 또는 문법적 상당 어구는 별개의 소형 입자를 의미한다. 적합한 비드 조성물은 비제한적으로 플라스틱, 세라믹, 유리 폴리스티렌, 메틸스티렌, 아크릴산 폴리머, 상자성 물질, 토리아 솔(thoria sol), 카본 그라파이트(carbon graphite), 이산화티탄, 라텍스 또는 가교된 덱스트란, 예컨대 세파로스, 셀룰로스, 나일론, 가교된 마이셀(micelles) 및 테플론을 포함하고, 뿐만 아니라 고체 지지체에 대해 본원에 개요된 임의의 다른 물질이 모두 이용될 수 있다. Bangs Laboratories, Fishers Ind.로부터의 "미소구체 검출 지침"이 도움이 되는 지침이다. 특정 구체예에서, 미소구체는 자성 미소구체 또는 비드이다.
비드는 구형일 필요가 없고; 불규칙한 입자가 이용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 비드는 다공성일 수 있다. 비드 크기는 수 나노미터, 즉 100 nm 내지 수 밀리미터, 즉 1 mm의 범위이고, 약 0.2 미크론 내지 약 200 미크론의 비드가 바람직하고, 약 0.5 내지 약 5 미크론이 특히 바람직하지만, 일부 구체예에서 더 작거나 더 큰 비드도 이용될 수 있다.
도 1a 및 1b는 일반적으로 한 구체예에 따른 방법을 예시한다. 그래프트된 올리고뉴클레오티드로 코팅된 고체 지지체가 도시되며, 그 중 일부는 ME 서열을 함유하여, Tn5의 존재 하에 고체 지지체에 물리적으로 커플링된 활성 트랜스포솜 복합체를 형성할 것이다. 이러한 표면 결합된 트랜스포솜의 밀도는 ME 서열을 함유하는 그래프트된 올리고뉴클레오티드의 밀도를 변화시킴에 의해 또는 고체 지지체에 첨가되는 트랜스포사제의 양에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 mm2 당 적어도 103, 104, 105, 또는 적어도 106 복합체의 밀도로 고체 지지체에 존재한다.
이중 가닥 DNA가 고체 지지체에 첨가될 때, 트랜스포솜 복합체는 첨가된 DNA를 태깅화하여, 표면에 대해 양 말단에서 커플링된 ds 단편을 생성할 것이다. 일부 구체예에서, 브릿징된 단편의 길이는 표면 상의 트랜스포솜 복합체의 밀도를 변화시킴에 의해 달라질 수 있다. 특정 구체예에서, 생성된 브릿징된 단편의 길이는 100 bp, 200 bp, 300 bp, 400 bp, 500 bp, 600 bp, 700 bp, 800 bp, 900 bp, 1000 bp, 1100 bp, 1200 bp, 1300 bp, 1400 bp, 1500 bp, 1600 bp, 1700 bp, 1800 bp, 1900 bp, 2000 bp, 2100 bp, 2200 bp, 2300 bp, 2400 bp, 2500 bp, 2600 bp, 2700 bp, 2800 bp, 2900 bp, 3000 bp, 3100 bp, 3200 bp, 3300 bp, 3400 bp, 3500 bp, 3600 bp, 3700 bp, 3800 bp, 3900 bp, 4000 bp, 4100 bp, 4200 bp, 4300 bp, 4400 bp, 4500 bp, 4600 bp, 4700 bp, 4800 bp, 4900 bp, 5000 bp, 10000 bp, 30000 bp 미만 또는 100,000 bp 미만이다. 그러한 구체예에서, 브릿징된 단편은 이어서, 미국 특허 7,985,565호 및 7,115,400호의 기재에 의해 예시된 대로, 표준 클러스터 화학을 이용하여 클러스터로 증폭될 수 있으며, 상기 특허 각각의 내용은 그 전문이 본원에 참조로서 포함된다.
일부 구체예에서, 주형의 길이는 표준 클러스터 화학을 이용하여 적합하게 증폭될 수 있는 것보다 길다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 주형의 길이는 100 bp, 200 bp, 300 bp, 400 bp, 500 bp, 600 bp, 700 bp, 800 bp, 900 bp, 1000 bp, 1100 bp, 1200 bp, 1300 bp, 1400 bp, 1500 bp, 1600 bp, 1700 bp, 1800 bp, 1900 bp, 2000 bp, 2100 bp, 2200 bp, 2300 bp, 2400 bp, 2500 bp, 2600 bp, 2700 bp, 2800 bp, 2900 bp, 3000 bp, 3100 bp, 3200 bp, 3300 bp, 3400 bp, 3500 bp, 3600 bp, 3700 bp, 3800 bp, 3900 bp, 4000 bp, 4100 bp, 4200 bp, 4300 bp, 4400 bp, 4500 bp, 4600 bp, 4700 bp, 4800 bp, 4900 bp, 5000 bp, 10000 bp, 30000 bp 보다 길거나 100,000 bp 보다 길다. 그러한 구체예에서, 이어서 제 2 태깅화 반응은, 예를 들어, 도 4a에 예시된 대로, 브릿지를 추가로 단편화하는 용액으로부터의 트랜스포솜을 첨가함에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 제 2 태깅화 반응은 브릿지의 내부 폭을 제거할 수 있으므로, 추가 서열화 단계를 위해 준비된 클러스터로 전환될 수 있는 표면에 고정된 짧은 잘린끝을 남긴다. 특정 구체예에서, 주형의 길이는 상기 예시된 것들로부터 선택되는 상한 및 하한에 의해 정의되는 범위 내에 있을 수 있다.
특정 구체예에서, 클러스터 생성에 앞서, 표면 태깅화에 의해 고정된 DNA를 영상화할 수 있다. 예를 들어, 고정된 DNA를 인터킬레이팅(interchelating) 염료로 염색하고 영상화하여 표면 상에 DNA 분자의 백본의 위치 기록을 보존할 수 있다. 클러스터 생성 및 서열화 이후에, 클러스터의 좌표는 원래 백본 상의 그들의 위치와 관련될 수 있으므로, 분자 및 유전체 어셈블리에 따른 판독의 정렬을 보조한다.
일부 구체예에서, 표적 DNA를 적용하는 단계는 상기 고체 지지체에 생물학적 샘플을 첨가하는 것을 포함한다. 생물학적 샘플은 DNA를 포함하고 태깅화를 위해 고체 표면에 증착될 수 있는 임의의 유형일 수 있다. 예를 들어, 샘플은 정제된 DNA를 포함하는, 다양한 정제 상태의 DNA를 포함할 수 있다. 그러나, 샘플이 완전히 정제될 필요는 없으며, 예를 들어, 단백질, 다른 핵산 종, 다른 세포 구성요소 및/또는 임의의 다른 오염물과 혼합된 DNA를 포함할 수 있다. 하기 실시예 2에서 입증된 대로, 일부 구체예에서, 생물학적 샘플은 생체내 발견되는 것과 대략 동일한 비율로 존재하는 DNA, 단백질, 그 밖의 핵산 종, 다른 세포 구성요소 및/또는 임의의 다른 오염물의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 구성요소는 무손상 세포에서 발견되는 것과 동일한 비율로 발견된다. 일부 구체예에서, 생물학적 샘플은 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7 미만, 또는 0.60 미만의 260/280 비를 갖는다. 일부 구체예에서, 생물학적 샘플은 적어도 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 또는 적어도 0.60의 260/280 비를 갖는다. 본원에 제공된 방법은 DNA가 고체 지지체에 결합되게 하므로, 그 밖의 오염물은 표면 결합된 태깅화가 발생한 후에 단순히 고체 지지체를 세척함에 의해 제거될 수 있다. 생물학적 샘플은, 예를 들어, 미정제 세포 용해물 또는 전체 세포를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 방법에서 고체 지지체에 적용되는 미정제 세포 용해물은 다른 세포 구성요소로부터 핵산을 분리하는데 전통적으로 이용되는 하나 이상의 분리 단계로 처리될 필요는 없었다. 예시적인 분리 단계는 본원에 참조로서 포함되는 문헌[Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2d Edition, 1989, and Short Protocols in Molecular Biology, ed. Ausubel, et al]에 개시되어 있다.
따라서, 일부 구체예에서, 생물학적 샘플은, 예를 들어, 혈액, 혈장, 혈청, 림프액, 점액, 객담, 소변, 정액, 뇌척수액, 기관지 흡인물, 대변, 및 침연 (macerated) 조직, 또는 이의 용해물, 또는 DNA를 포함하는 어떠한 그 밖의 생물학적 견본을 포함할 수 있다. 본원에 제공된 방법 및 조성물의 한 이점은 생물학적 샘플을 후로셀에 첨가할 수 있고, 추가의 전송 또는 처리 단계 없이, 단순히 필요한 시약을 후로셀로 흘려보냄으로써, 후속 용해 및 정제 단계가 모두 후로셀에서 발생할 수 있다는 것이다. 하기 실시예 1 및 2는 본원에 제공된 방법에 및 조성물로의 미정제 세포 용해물의 성공적인 적용을 입증한다.
도 2a 및 2b는 한 구체예에 따른 태깅화 반응을 추가로 예시한다. 도 2a에 도시된 대로, 트랜스포솜은 이중 가닥 분자와 결합하는 각 단량체를 지닌 Tn5의 이합체, 즉 ME 어댑터를 포함한다. ME 어댑터의 한 가닥은 후로셀의 표면에 공유적으로 부착된다. 트랜스포솜은 표적 DNA에 결합하여, 어느 한 가닥에서 9개 염기만큼 떨어진 2개의 닉을 DNA 백본에 생성한다. 비록 도 2a가 닉 사이에 9개 bp 갭을 도시하지만, 다른 구체예에서, 트랜스포솜은 닉 사이에 7, 8, 9, 10, 11, 또는 12개 bp의 갭을 생성할 수 있다. 각 ME 어댑터의 두 가닥 중 단 하나만이 각각의 닉 위치에서 5' 가닥에 라이게이션된다. 이러한 가닥인 '전이된 가닥'은 그 5' 말단을 통해 후로셀의 표면에 그래프트된다. 생성된 브릿지의 특성을 명확히 하기 위해 표면 태깅화의 생성된 브릿지를 도 2b에 다시 그린다.
도 3a 및 3b는 실용화 발명의 일례를 예시한다. 트랜스포솜의 두 형태는 후로셀의 표면에서 어셈블링된다. 제 1 형태는 ME 어댑터의 '전이 가닥'이 증폭 도메인 (P7) 및 서열화 프라이머 (S2)를 포함하는 표면에 트랜스포솜을 연결시키는 연장된 올리고뉴클레오티드 서열을 포함하는 P7 트랜스포솜을 포함한다. 제 2 형태는 ME 어댑터의 '전이 가닥'이 증폭 도메인 (P5) 및 서열화 프라이머 (S1)를 포함하는 표면에 트랜스포솜을 연결시키는 연장된 올리고뉴클레오티드 서열을 포함하는 P5 트랜스포솜을 포함한다. 후로셀로의 DNA의 첨가는 DNA의 태깅화 및 트랜스포솜으로의 커플링을 발생시킨다. 세 유형의 브릿지 결과는 P5-P5, P7-P7 및 P5-P7이다. 클러스터 형성 및 선형화 (도 3b) 이후에, P5-P5 또는 P7-P7 클러스터는 제거된다 (선형화에 의존). 도 3b에 도시된 대로, 선형화가 P5를 통해 일어나면, P5-P7 및 P7-P7 브릿지만이 남는다. P7-P7 클러스터는 이러한 반응에 의해 선형화되지 않으므로 서열화되지 않을 것이다. 후속하여 P7-P7 클러스터는 서열화를 위한 Read 2 선형화 동안 제거된다.
본원에 제공된 방법은 용해 상태의 트랜스포솜 복합체를 제공하고, 용액상 트랜스포솜 복합체를 표적 DNA가 트랜스포솜 복합체 용액에 의해 단편화되는 조건 하에 고정된 단편과 접촉시켜; 용해 상태의 한 말단을 갖는 고정된 핵산 단편을 수득하는 추가적인 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 용해 상태의 트랜스포솜 복합체는 제 2 태그를 포함할 수 있어서, 상기 방법은 제 2 태그를 갖는 고정된 핵산 단편을 생성하는데, 제 2 태그는 용해 상태이다. 제 1 및 제 2 태그는 상이하거나 동일할 수 있다.
일부 구체예에서, 표면 결합된 트랜스포솜의 한 형태는 고체 지지체 상에 주로 존재한다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 상기 고체 지지체 상에 존재하는 적어도 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 적어도 99%의 태그는 동일한 태그 도메인을 포함한다. 그러한 구체예에서, 표면 결합된 트랜스포솜을 이용한 초기 태깅화 반응 이후에, 적어도 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 적어도 99%의 브릿지 구조는 브릿지의 각 말단에 동일한 태그 도메인을 포함한다. 제 2 태깅화 반응은 브릿지를 추가로 단편화하는 용액으로부터의 트랜스포솜을 첨가함에 의해 수행될 수 있다. 일부 구체예에서, 용액상 트랜스포솜의 대부분 또는 전부는 제 1 태깅화 반응에서 생성된 브릿지 구조 상에 존재하는 태그 도메인과 상이한 태그 도메인을 포함한다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 용액상 트랜스포솜에 존재하는 적어도 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 적어도 99%의 태그는 제 1 태깅화 반응에서 생성된 브릿지 구조 상에 존재하는 태그 도메인과 상이한 태그 도메인을 포함한다.
도 4a 및 4b는 이러한 구체예를 예시한다. 도 4a에 도시된 고체 지지체는 단일한 유형의 태그 서열을 포함하는 표면 결합된 트랜스포솜 (예컨대 P5 트랜스포솜)만을 포함한다. 이러한 예에서, 모든 태깅된 브릿지는 P5-P5 브릿지이다. P7 트랜스포솜은 용액으로부터 첨가되며, 브릿지로 태깅화되어 모든 표면 결합된 분자를 P5-P7 주형으로 만든다. 표면 결합된 단편은 후속하여 클러스터로 전환될 수 있다 (예를 들어, 도 4b 참조). 더욱이, 한 쌍의 클러스터가 원래의 무손상 DNA 샘플에서 두 근접한 단편을 나타내는 각각의 트랜스포솜 잘린끝으로부터 발생할 것이다 (도 4b).
상기 방법에 따라 제조된 태깅된 DNA 단편의 라이브러리가 그 위에 고정되어 있는 고체 지지체가 또한 본원에 제공된다.
고정된 폴리뉴클레오티드 분자의 물리적 맵
고정된 폴리뉴클레오티드의 물리적 맵을 생성하는 방법이 또한 본원에 제공된다. 상기 방법은 연결된 서열을 함유할 것 같은 클러스터를 확인하는데 유리하게 이용될 수 있다 (즉, 동일한 표적 폴리뉴클레오티드 분자로부터의 제 1 및 제 2 부분). 이에 따라 고정된 폴리뉴클레오티드에서 비롯된 임의의 두 클러스터의 상대적인 근접도는 두 클러스터로부터 수득된 서열 정보의 정렬에 유용한 정보를 제공한다. 구체적으로, 고체 표면 상에 제공된 임의의 두 클러스터 간의 간격은 두 클러스터가 동일한 표적 폴리뉴클레오티드 분자로부터 유래되었을 가능성과 확실히 관련되며, 이는 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 WO 2012/025250호에 보다 상세히 기재되어 있다.
일례로서, 일부 구체예에서, 후로셀의 표면 위에 신장되어 있는 긴 dsDNA 분자는 제자리에서 태깅화되어, 후로셀의 표면을 가로질러 연결되는 dsDNA 브릿지의 라인을 발생시킨다. 추가로, 고정된 DNA의 물리적 맵이 그 후에 생성될 수 있다. 따라서, 물리적 맵은 고정된 DNA가 증폭된 후 클러스터의 물리적 관계와 관련될 수 있다. 구체적으로, 물리적 맵은 WO 2012/025250호의 통합된 자료에 기재된 대로, 어떠한 2개의 클러스터로부터 수득된 서열 데이터가 연결될 가능성을 계산하는데 이용된다.
일부 구체예에서, 물리적 맵은 고체 표면을 가로질러 고정된 DNA 분자의 위치를 확립하기 위해 DNA를 영상화함에 의해 생성된다. 일부 구체예에서, 고정된 DNA는 영상 제제를 영상 제제를 고체 지지체에 첨가하고, 영상 제제로부터의 신호를 검출함에 의해 영상화된다. 일부 구체예에서, 영상 제제는 검출가능한 표지이다. 적합한 검출가능한 표지는, 비제한적으로, 양성자, 합텐, 방사성핵종, 효소, 형광 표지, 화학 발광 표지, 및/또는 발색제를 포함한다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 영상 제제는 중격(intercalating) 염료 또는 비-중격 DNA 결합제이다. 당 분야에 공지된 임의의 적합한 중격 염료 또는 비-중격 DNA 결합제를 이용할 수 있고, 이는 비제한적으도 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 미국 2012/0282617호에 개시된 것들을 포함한다.
일부 구체예에서, 고정된 이중 가닥 단편은 클러스터 생성 (도 4b) 이전에 유리 말단을 유리시키도록 추가로 단편화된다 (도 4a 참조). 브릿징된 구조를 절단하는 것은 WO 2012/025250호의 통합된 자료에 의해 예시된 대로, 당 분야에 공지된 임의의 적합한 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 절단은, WO 2012/025250호에 기재된 바와 같이 우라실과 같은 변형된 뉴클레오티드의 혼입에 의해, 제한 엔도누클레아제 부위의 혼입에 의해, 또는 본원에 달리 기재된 대로 용액상 트랜스포솜 복합체를 브릿징된 DNA 구조에 적용시킴에 의해 발생할 수 있다.
특정 구체예에서, 복수의 표적 DNA 분자는 복수의 나노-채널을 포함하는 후로셀로 흐르고, 나노-채널은 이에 고정된 복수의 트랜스포솜 복합체를 갖는다. 본원에서 사용되는 용어 나노-채널은 긴 선형 DNA 분자가 흐르는 좁은 채널을 지칭한다. 일부 구체예에서, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900개를 넘지 않거나 1000개를 넘지 않는 표적 DNA의 개별적인 긴 가닥이 각 나노-채널로 흐른다. 일부 구체예에서 개별적인 나노-채널은 표적 DNA의 개개의 긴 가닥이 다수의 나노-채널과 상호작용하는 것을 막는 물리적 장벽에 의해 분리된다. 일부 구체예에서, 고체 지지체는 적어도 10, 50, 100, 200, 500, 1000, 3000, 5000, 10000, 30000, 50000, 80000개 또는 적어도 100000개의 나노-채널을 포함한다. 일부 구체예에서, 나노-채널의 표면에 결합된 트랜스포솜은 DNA를 태깅화한다. 그 후에 연속성 맵핑은, 예를 들어 이러한 채널들 중 하나의 길이 아래로 클러스터를 따라감에 의해, 수행될 수 있다. 일부 구체예에서, 표적 DNA의 긴 가닥은 적어도 0.1kb, 1kb, 2kb, 3kb, 4kb, 5kb, 6kb, 7kb, 8kb, 9kb, 10kb, 15kb, 20kb, 25kb, 30kb, 35kb, 40kb, 45kb, 50kb, 55kb, 60kb, 65kb, 70kb, 75kb, 80kb, 85kb, 90kb, 95kb, 100kb, 150kb, 200kb, 250kb, 300kb, 350kb, 400kb, 450kb, 500kb, 550kb, 600kb, 650kb, 700kb, 750kb, 800kb, 850kb, 900kb, 950kb, 1000kb, 5000kb, 10000kb, 20000kb, 30000kb, 또는 적어도 50000kb의 길이일 수 있다. 일부 구체예에서, 표적 DNA의 긴 가닥은 0.1kb, 1kb, 2kb, 3kb, 4kb, 5kb, 6kb, 7kb, 8kb, 9kb, 10kb, 15kb, 20kb, 25kb, 30kb, 35kb, 40kb, 45kb, 50kb, 55kb, 60kb, 65kb, 70kb, 75kb, 80kb, 85kb, 90kb, 95kb, 100kb, 150kb, 200kb, 250kb, 300kb, 350kb, 400kb, 450kb, 500kb, 550kb, 600kb, 650kb, 700kb, 750kb, 800kb, 850kb, 900kb, 950kb, 또는 1000kb 이하의 길이이다. 일례로서, 나노-채널에 맵핑된 고정된 태깅화 생성물을 갖는 1000 또는 그 초과의 나노-채널을 갖는 후로셀을 이용하여 짧은 '정위된' 판독을 갖는 유기체의 유전체를 서열화할 수 있다. 일부 구체예에서, 나노-채널 중의 맵핑된 고정된 태깅화 생성물을 이용하여 일배체형을 분석할 수 있다. 일부 구체예에서, 나노-채널 중의 맵핑된 고정된 태깅화 생성물을 이용하여 위상화 문제를 해결할 수 있다.
고정된 DNA 단편의 증폭 및 서열화
증폭. 본 기재는 추가로 본원에 제공된 방법에 따라 생성된 고정된 DNA 단편의 증폭에 관한 것이다. 표면 결합된 트랜스포솜 매개된 태깅화에 의해 생성된 고정된 DNA 단편은 당 분야에 공지된 임의의 적합한 증폭 방법에 따라 증폭될 수 있다. 일부 구체예에서, 고정된 DNA 단편은 고체 지지체 상에서 증폭된다. 일부 구체예에서, 고체 지지체는 표면 결합된 태깅화가 발생하는 동일한 고체 지지체이다. 그러한 구체예에서, 본원에 제공된 방법 및 조성물은 초기 샘플 도입 단계로부터 증폭 동안 그리고 임의로 서열화 단계 동안 동일한 지지체 상에서 샘플 제조가 진행되게 한다.
예를 들어, 일부 구체예에서, 고정된 DNA 단편은 각 내용의 전문이 본원에 참조로서 포함되는 미국특허 7,985,565호 및 7,115,400호의 설명에 의해 예시된 대로 클러스터 증폭 방법을 이용하여 증폭된다. 미국특허 7,985,565호 및 7,115,400호의 통합된 자료는 증폭 생성물이 고체 지지체 상에 고정되게 하여 고정된 핵산 분자의 클러스터 또는 "콜로니"로 구성된 어레이를 형성하는 고체상 핵산 증폭 방법을 기재한다. 상기 어레이 상의 각각의 클러스터 또는 콜로니는 복수의 동일한 고정된 폴리뉴클레오티드 가닥 및 복수의 동일한 고정된 상보적인 폴리뉴클레오티드 가닥으로부터 형성된다. 이렇게 형성된 어레이는 일반적으로 "클러스터링된 어레이"로서 언급된다. 미국특허 7,985,565호 및 7,115,400호에 기재된 것들과 같은 고체상 증폭 반응의 생성물은 고정된 폴리뉴클레오티드 가닥 및 고정된 상보적인 가닥의 쌍의 어닐링에 의해 형성되는 소위 "브릿징된" 구조이고, 두 가닥 모두는 고체 지지체 상의 5' 말단에, 바람직하게는 공유 부착을 통해 고정된다. 클러스터 증폭 방법은 고정된 핵산 주형이 고정된 암플리콘을 생성하는데 이용되는 방법의 예이다. 그 밖의 적합한 방법을 또한 이용하여 본원에 제공된 방법에 따라 생성된 고정된 DNA 단편으로부터 고정된 암플리콘을 생성할 수 있다. 예를 들어 하나 이상의 클러스터 또는 콜로니는 각 쌍의 증폭 프라이머의 한 프라이머 또는 둘 모두의 프라이머가 고정되든지 간에 고체상 PCR을 통해 형성될 수 있다.
다른 구체예에서, 고정된 DNA 단편은 용해 상태로 증폭된다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 고정된 DNA 단편은 절단되거나 고체 지지체로부터 달리 유리되고, 그 후 증폭 프라이머는 용해 상태로 유리된 분자에 하이브리드화된다. 다른 구체예에서, 증폭 프라이머는 하나 이상의 초기 증폭 단계에 이어, 후속적인 용해 상태의 증폭 단계를 위해 고정된 DNA 단편에 하이브리드화된다. 따라서, 일부 구체예에서 고정된 핵산 주형은 용액상 암플리콘을 생성하는데 이용될 수 있다.
본원에 기재되거나 당 분야에 일반적으로 공지된 임의의 증폭 방법을 범용 또는 표적-특이적 프라이머와 함께 이용하여 고정된 DNA 단편을 증폭시킬 수 있음이 이해될 것이다. 증폭에 적합한 방법은, 비제한적으로, 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 미국특허 8,003,354호에 기재된 대로, 폴리머라제 연쇄 반응(PCR), 가닥 전위 증폭(SDA), 전사 매개된 증폭(TMA) 및 핵산 서열 기반 증폭(NASBA)을 포함한다. 상기 증폭 방법은 하나 이상의 관심 핵산을 증폭하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 다발성 PCR, SDA, TMA, NASBA 등을 포함하는 PCR이 고정된 DNA 단편을 증폭하는데 이용될 수 있다. 일부 구체예에서, 관심 핵산에 특이적으로 지정된 프라이머가 증폭 반응에 포함된다.
핵산의 증폭을 위한 다른 적합한 방법은 올리고뉴클레오티드 연장 및 라이게이션, 회전환 증폭(RCA) (Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998), 본원에 참조로서 포함됨) 및 올리고뉴클레오티드 라이게이션 검정(OLA) (일반적으로, 미국특허 7,582,420, 5,185,243, 5,679,524 및 5,573,907; EP 0 320 308 B1; EP 0 336 731 B1; EP 0 439 182 B1; WO 90/01069; WO 89/12696; 및 WO 89/09835 참조, 이들 모두는 참조로서 포함됨) 기법을 포함할 수 있다. 이러한 증폭 방법이 고정된 DNA 단편을 증폭하도록 설계될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 증폭 방법은 관심 핵산에 특이적으로 지정된 프라이머를 함유하는 라이게이션 프로브 증폭 또는 올리고뉴클레오티드 라이게이션 검정(OLA) 반응을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 증폭 방법은 관심 핵산에 특이적으로 지정된 프라이머를 함유하는 프라이머 연장-라이게이션 반응을 포함할 수 있다. 관심 핵산을 증폭시키기 위해 특이적으로 설계될 수 있는 프라이머 연장 및 라이게이션 프라이머의 비제한적인 예로서, 증폭은 각각의 전문이 본원에 참조로서 포함되는 미국특허 7,582,420호 및 7,611,869호에 예시된 대로 GoldenGate 검정(Illumina, Inc., San Diego, CA)에 이용된 프라이머를 포함할 수 있다.
본 기재의 방법에 이용될 수 있는 예시적인 등온 증폭 방법은 비제한적으로, 예를 들어 문헌[Dean et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99:5261-66 (2002)]에 예시된 다발성 전위 증폭 (MDA) 또는, 예를 들어 미국특허 6,214,587호에 의해 예시된 등온 가닥 전위 핵산 증폭을 포함하고, 상기 문헌 각각은 그 전문이 본원에 참조로서 포함된다. 본 기재에 이용될 수 있는 그 밖의 비-PCR-기반 방법은, 예를 들어, 문헌[Walker et al., Molecular Methods for Virus Detection, Academic Press, Inc., 1995; U.S. Pat. Nos. 5,455,166, and 5,130,238, and Walker et al., Nucl. Acids Res. 20:1691-96 (1992)]에 기재된, 예를 들어, 가닥 전위 증폭 (SDA) 또는, 예를 들어 문헌[Lage et al., Genome Research 13:294-307 (2003)]에 기재된 과분지 가닥 전위 증폭을 포함하고, 상기 문헌 각각은 그 전문이 본원에 참조로서 포함된다. 등온 증폭 방법은 유전체 DNA의 무작위 프라이머 증폭을 위해 가닥-전위성 Phi 29 폴리머라제 또는 Bst DNA 폴리머라제 큰 단편, 5'->3' exo-에 이용될 수 있다. 이러한 폴리머라제의 이용은 이들의 높은 공정성 및 가닥 전위 활성의 이점을 갖는다. 높은 공정성은 폴리머라제가 10-20 kb 길이의 단편을 생성하도록 한다. 상기 개시된 대로, Klenow 폴리머라제와 같이 낮은 공정성 및 가닥-전위 활성을 갖는 폴리머라제를 이용한 등온 조건 하에 더 작은 단편이 생성될 수 있다. 증폭 반응, 조건 및 구성요소의 추가적인 설명은 그 전문이 본원에 참조로서 포함된 미국특허 7,670,810호에서 상세하게 개시된다.
본 기재에서 유용한 또 다른 핵산 증폭은 그 전문이 본원에서 참조로서 포함되는, 예를 들어 문헌[Grothues et al. Nucleic Acids Res. 21(5):1321-2 (1993)]에 기재된 대로 불변 5' 영역 이후에 임의의 3' 영역을 갖는 2-도메인 프라이머의 집단을 이용한 태깅된 PCR이다. 제 1 라운드의 증폭은 무작위-합성된 3' 영역으로부터 개별적인 하이브리드화에 기반하여 열 변성 DNA에 대한 다수의 개시를 허용하도록 수행된다. 3' 영역의 특성으로 인해, 개시 부위는 유전체를 통틀어 무작위로 고려된다. 이후, 결합되지 않은 프라이머를 제거할 수 있고 불변 5' 영역에 상보적인 프라이머를 이용한 추가 복제가 발생할 수 있다.
서열화. 본 설명은 추가로 본원에 제공된 방법에 따라 생성된 고정된 DNA 단편의 서열화에 관한 것이다. 표면 결합된 트랜스포솜 매개된 태깅화에 의해 생성된 고정된 DNA 단편은 합성에 의한 서열화, 라이게이션에 의한 서열화, 하이브리드화에 의한 서열화, 나노포어 서열화 등을 포함하는, 직접 서열화와 같은 어떠한 적합한 서열화 방법에 따라 서열화될 수 있다. 일부 구체예에서, 고정된 DNA 단편은 고체 지지체 상에서 서열화된다. 일부 구체예에서, 서열화를 위한 고체 지지체는 표면 결합된 태깅화가 발생하는 동일한 고체 지지체이다. 일부 구체예에서, 서열화를 위한 고체 지지체는 증폭이 발생하는 동일한 고체 지지체이다.
한 바람직한 서열화 방법은 합성에 의한 서열화(sequencing-by-synthesis)(SBS)이다. SBS에서, 핵산 주형 (예컨대 표적 핵산 또는 이의 암플리콘)에 따른 핵산 프라이머의 연장을 모니터하여 주형에서 뉴클레오티드의 서열을 결정한다. 기초가 되는 화학 공정은 중합화일 수 있다 (예컨대 폴리머라제 효소에 의해 촉매화됨). 특정 폴리머라제-기반 SBS 구체예에서, 주형의 서열을 결정하기 위해 프라이머에 첨가되는 뉴클레오티드의 순서 및 유형의 검출을 이용할 수 있도록, 형광 표지된 뉴클레오티드를 주형 의존적인 형식으로 프라이머에 첨가한다 (이에 의해 프라이머를 연장함).
후로셀은 본 설명의 방법에 의해 생성된 증폭된 DNA 단편을 수용하기에 편리한 고체 지지체를 제공한다. 그러한 포맷에서 하나 이상의 증폭된 DNA 단편은 SBS 또는 사이클에 반복적인 시약의 전달을 수반하는 그 밖의 검출 기법으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 제 1 SBS 사이클을 개시하기 위해, 하나 이상의 표지된 뉴클레오티드, DNA 폴리머라제 등이 하나 이상의 증폭된 핵산 분자를 수용한 후로셀 내로/통해 흐를 수 있다. 프라이머 연장이 표지된 뉴클레오티드의 혼입을 야기하는 그러한 부위가 검출될 수 있다. 임의로, 뉴클레오티드는, 일단 뉴클레오티드가 프라이머에 첨가된 후에, 추가 프라이머 연장을 종결시키는 가역적인 종결 속성을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 가역적인 종결 모이어티를 갖는 뉴클레오티드 유사체를 프라이머에 첨가하여, 탈차단제가 모이어티를 제거하기 위해 전달될 때까지 후속적인 연장이 발생하지 않게 할 수 있다. 따라서, 가역적인 종결을 이용하는 구체예의 경우, 탈차단 시약이 후로셀에 전달될 수 있다 (검출이 발생하기 전 또는 후). 다양한 전달 단계 사이에 세척이 수행될 수 있다. 그 후 사이클을 n회 반복하여 n 뉴클레오티드만큼 프라이머를 연장함에 의해, 길이 n의 서열을 검출할 수 있다. 본 기재의 방법에 의해 생성되는 암플리콘에 사용하기 위해 용이하게 적합화될 수 있는 예시적인 SBS 절차, 유체 시스템 및 검출 플랫폼은, 예를 들어, 각각이 본원에 참조로서 포함되는 문헌[Bentley et al., Nature 456:53-59 (2008), WO 04/018497; US 7,057,026; WO 91/06678; WO 07/123744; US 7,329,492; US 7,211,414; US 7,315,019; US 7,405,281, and US 2008/0108082]에 기재되어 있다.
주기 반응을 이용한 그 밖의 서열화 절차, 예컨대 파이로시퀀싱(pyrosequencing)을 이용할 수 있다. 파이로시퀀싱은 특정 뉴클레오티드가 신생 핵산 가닥에 혼입됨에 따른 무기 파이로포스페이트(PPi)의 방출을 검출한다 (Ronaghi, et al., Analytical Biochemistry 242(1), 84-9 (1996); Ronaghi, Genome Res. 11(1), 3-11 (2001); Ronaghi et al. Science 281(5375), 363 (1998); US 6,210,891; US 6,258,568 and US. 6,274,320, 각각은 본원에 참조로서 포함된다). 파이로시퀀싱에서, 방출된 PPi는 아데노신 트리포스페이트(ATP) 설푸릴라제에 의해 ATP로 즉시 전환됨에 의해 검출될 수 있고, 생성된 ATP의 수준은 루시페라제-생성된 광자를 통해 검출될 수 있다. 따라서, 서열화 반응은 발광 검출 시스템을 통해 모니터될 수 있다. 발광에 기반한 검출 시스템에 이용되는 여기 방사선원이 파이로시퀀싱 절차에 필수적인 것은 아니다. 본 기재에 따라 생성된 암플리콘에 대한 파이로시퀀싱의 적용을 위해 적합화될 수 있는 유용한 유체 시스템, 검출기 및 절차는, 예를 들어, 각각이 본원에 참조로서 포함되는 문헌[WIPO Pat. App. Ser. No. PCT/US11/57111, US 2005/0191698 A1, US 7,595,883, and US 7,244,559]에 기재되어 있다.
일부 구체예는 DNA 폴리머라제 활성의 실시간 모니터를 수반하는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 뉴클레오티드 혼입은 형광단-함유 폴리머라제 및 γ-포스페이트-표지된 뉴클레오티드 간의 형광 공명 에너지 전이(FRET) 상호작용을 통해, 또는 제로모드 도파관(zeromode waveguide)(ZMW)으로 검출될 수 있다. FRET-기반 서열화를 위한 기법 및 시약은, 예를 들어, 이들의 기재가 본원에 참조로서 포함되는 문헌[Levene et al. Science 299, 682?686 (2003); Lundquist et al. Opt. Lett. 33, 1026-1028 (2008); Korlach et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 1176-1181 (2008)]에 기재되어 있다.
일부 SBS 구체예는 연장 생성물에 뉴클레오티드의 혼입시에 방출되는 양성자의 검출을 포함한다. 예를 들어, 방출된 양성자의 검출에 기반하는 서열화는 Ion Torrent (Guilford, CT, a Life Technologies subsidiary)에서 시판되는 전기 검출기 및 관련 기법 또는 문헌[US 2009/0026082 A1; US 2009/0127589 A1; US 2010/0137143 A1; or US 2010/0282617 A1, 각각은 본원에 참조로서 포함됨]에 기재된 서열화 방법 및 시스템을 이용할 수 있다. 운동역학 배제(kinetic exclusion)를 이용하여 표적 핵산을 증폭시키기 위해 본원에 개시된 방법은 양성자를 검출하기 위해 이용된 기질에 용이하게 적용될 수 있다. 보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법을 이용하여 양성자를 검출하는데 이용된 암플리콘의 클로날 집단을 생성할 수 있다.
또 다른 유용한 서열화 기법은 나노포어 서열화이다 (예를 들어, Deamer et al. Trends Biotechnol. 18, 147-151 (2000); Deamer et al. Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002); Li et al. Nat. Mater. 2:611-615 (2003) 참조, 이들의 기재는 본원에 참조로서 포함됨). 일부 나노포어 구체예에서, 표적 핵산 또는 표적 핵산으로부터 제거된 개별적인 뉴클레오티드는 나노포어를 통과한다. 핵산 또는 뉴클레오티드가 나노포어를 통과함에 따라, 각각의 뉴클레오티드 유형은 포어의 전기 전도도의 변동을 측정하여 확인될 수 있다 (U.S. Patent No. 7,001,792; Soni et al. Clin. Chem. 53, 1996?2001 (2007); Healy, Nanomed. 2, 459-481 (2007); Cockroft et al. J. Am. Chem. Soc. 130, 818?820 (2008), 이들의 기재는 본원에 참조로서 포함됨).
본 기재에 따른 검출에 이용될 수 있는 어레이-기반 발현 및 유전형 분석의 예시적인 방법은 각각이 본원에 참조로서 포함된 문헌[US Pat. Nos.7,582,420; 6,890,741; 6,913,884 or 6,355,431 or US Pat. Pub. Nos. 2005/0053980 A1; 2009/0186349 A1 or US 2005/0181440 A1]에 기재되어 있다.
본원에 개시된 방법의 이점은 이들이 복수의 표적 핵산의 신속하고도 효율적인 검출을 동시에 제공한다는 것이다. 따라서, 본 기재는 상기 예시된 것들과 같은 당 분야에 공지된 기법을 이용하여 핵산을 제조하고 검출할 수 있는 통합 시스템을 제공한다. 따라서, 본 기재의 통합 시스템은 하나 이상의 고정된 DNA 단편에 증폭 시약 및/또는 서열화 시약을 전달할 수 있는 유체 구성요소, 펌프, 밸브, 저장소, 유체 라인 등과 같은 구성요소를 포함하는 시스템을 포함할 수 있다. 후로셀은 표적 핵산을 검출하기 위해 통합 시스템으로 형성되고/거나 이에 이용될 수 있다. 예시적인 후로셀은, 예를 들어, 각각이 본원에 참조로서 포함되는 US 2010/0111768 A1 및 미국 가특허출원 13/273,666호에 기재되어 있다. 후로셀에 대한 예시로서, 통합 시스템의 유체 구성요소들 중 하나 이상이 증폭 방법 및 검출 방법에 이용될 수 있다. 핵산 서열화 구체예를 예로 들어보면, 통합 시스템의 유체 구성요소들 중 하나 이상이 상기 예시된 것들과 같은 서열화 방법에서 본원에 개시된 증폭 방법과 서열화 시약의 전달에 이용될 수 있다. 대안적으로, 통합 시스템은 증폭 방법을 수행하고 검출 방법을 수행하기 위한 분리된 유체 시스템을 포함할 수 있다. 증폭된 핵산을 생성하고 또한 핵산의 서열을 결정할 수 있는 통합 서열화 시스템의 예는, 비제한적으로, MiSeq™ 플랫폼 (Illumina, Inc., San Diego, CA) 및 본원에 참조로서 포함된 미국 가특허출원 13/273,666호에 기재된 장치를 포함한다.
고정된 트랜스포솜을 지닌 고체 지지체 및 제조 방법
본원에 제공된 다른 구체예는 그 위에 고정된 트랜스포솜 복합체를 갖는 후로셀과 같은 고체 지지체를 포함한다. 특정 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제를 포함하고, 상기 폴리뉴클레오티드는 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함한다. 이러한 표면 결합된 트랜스포솜의 밀도는 다양할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 mm2 당 적어도 103, 104, 105, 또는 적어도 106 복합체의 밀도로 고체 지지체 상에 존재한다.
또한 태깅화를 위해 후로셀을 생성하는 방법이 본원에 제공된다. 상기 방법은, 예를 들어, 복수의 트랜스포솜 복합체를 고체 지지체에 고정시키는 것을 포함할 수 있고, 상기 트랜스포솜 복합체는 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제를 포함하고, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드는 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함한다.
트랜스포솜 복합체는 당업자가 이해하는 다양한 방법으로 고체 지지체에 고정될 수 있다. 한 구체예에서, 상기 방법은 복수의 제 1 폴리뉴클레오티드가 위에 고정된 고체 지지체를 제공하고, 고체 지지체를 트랜스포사제 홀로효소 및 제 2 폴리뉴클레오티드와 접촉시키는 것을 포함하며, 상기 제 2 폴리뉴클레오티드는 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 영역을 포함한다. 일부 구체예에서, 제 2 폴리뉴클레오티드는 트랜스포사제 홀로효소를 첨가하기 전에 고정된 제 1 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화된다. 일부 구체예에서, 제 2 폴리뉴클레오티드 및 트랜스포사제 홀로효소는 함께 제공된다. 도 5a는 표면 결합된 트랜스포솜 복합체를 어셈블링하기 위한 이러한 방법의 한 구체예를 도시한다. 한 방법에서, 트랜스포사제 홀로효소는 5' 표면 그래프트된 말단으로부터: 클러스터 증폭 프라이머(A.pr) 및 서열화 프라이머 (S.pr) 및 ME 서열을 포함하는 올리고뉴클레오티드를 함유하는 후로셀에 ME 어댑터의 비-전이된 가닥과 함께 첨가된다 (도 5a). 대안적으로, 비-전이된 ME' 가닥은 표면 그래프트된 ME 가닥에 먼저 하이드리브화될 수 있고 이어서 트랜스포사제가 후로셀에 첨가된다.
일부 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 용해 상태로 어셈블링되고, 고정화는 제 1 폴리뉴클레오티드를 고체 지지체에 커플링된 부목 올리고뉴클레오티드에 라이게이션시키는 추가 단계를 포함한다. 이러한 구체예는 도 5b에 도시된다. 일부 구체예에서, 부목 올리고뉴클레오티드는 라이게이션 단계가 일어나기 전에 폴리머라제를 이용하여 연장될 수 있다.
일부 구체예에서, 트랜스포솜 이합체는 루프형 올리고뉴클레오티드를 고정된 제 1 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화시킴에 의해 어셈블링된다. 예를 들어, 루프형 올리고뉴클레오티드는 제 1 말단 및 제 2 말단을 포함할 수 있고, 제 1 말단은 제 1 폴리뉴클레오티드의 트랜스포손 말단 서열에 상보적이다. 루프형 올리고뉴클레오티드의 제 2 말단은 제 2 트랜스포손 말단 서열에 상보적일 수 있다. 제 2 트랜스포손 말단 서열은, 예를 들어, 용액상 제 1 폴리뉴클레오티드의 부분일 수 있다. 일부 구체예에서, 고정된 제 1 폴리뉴클레오티드 및 용액상 제 1 폴리뉴클레오티드는 서로 다른 트랜스포손 말단 서열 또는 이의 보체를 포함할 수 있다. 그러한 일부 구체예에서, 루프형 올리고뉴클레오티드는 서로 다른 트랜스포손 말단 서열의 각각에 상보적인 서열을 제 1 및 제 2 말단에 포함한다. 이러한 구체예의 예시는 도 5c에 도시된다. 도 5c에 도시된 대로, 2개의 올리고뉴클레오티드를 표면 결합된 올리고뉴클레오티드에 하이브리드화시킴에 의해 연속적인 어댑터 쌍이 생성된다. 이는 2개의 서로 다른 트랜스포손 말단 서열 (ME1 및 ME2)을 이용함에 의해 달성될 수 있다. 트랜스포사제 홀로효소의 첨가는 활성 '루프형' 트랜스포솜 복합체를 재구성하는데, 이 때 각각의 트랜스포솜의 두 어댑터 중 단 하나만이 표면에 커플링된다 (도 5c).
또 다른 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 고정된 증폭 프라이머를 갖는 표준 쌍의 말단 후로셀 상에 어셈블링될 수 있다 (예컨대 Illumina Inc, San Diego, CA에 의해 판매되는 HiSeq 후로셀 또는 MiSeq 후로셀). 이는, 예를 들어, 표면 그래프트된 증폭 프라이머의 하나의 종 또는 둘 모두의 종에 어닐링되는 '부목' 올리고뉴클레오티드의 하이브리드화에 의해 달성될 수 있다. 부목은 이후 그래프트된 표면 프라이머를 폴리머라제 및 dNTP로 연장시켜 표면 증폭 프라이머, 서열화 프라이머 및 트랜스포사제의 트랜스포손 말단 서열을 함유하는 올리고뉴클레오티드 듀플렉스를 형성하는 주형으로서 작용한다. 트랜스포사제의 첨가는 표면의 트랜스포솜을 어셈블링한다. 이러한 구체예는 도 5d에서 예시된다.
본원에 제공된 임의의 구체예에서, 트랜스포솜 복합체는 동종이합체, 또는 이종이합체일 수 있다. 예를 들어, 도 11에서 예시된 대로, 동종이합체성 트랜스포솜은 둘 모두의 부위에 2개의 P5-ME 어댑터를 포함하거나, 대안적으로 2개의 P7-ME 어댑터를 포함할 것이다. 유사하게, 이종이합체성 트랜스포솜 복합체는 도 11에 도시된 대로 P5-ME 및 P7-ME 어댑터 둘 모두를 포함할 것이다.
트랜스포솜 비드를 이용한 태깅화
본원에 제공된 한 구체예는 고정된 트랜스포솜 복합체를 갖는 미세입자의 집단이다. 비드와 같은 고체 지지체의 이용은 용해-기반 태깅화에 비해 여러 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 표준 용해-기반 태깅화에서, 태깅화 반응의 최종 단편 크기를 제어하는 것은 어렵다. 단편 크기는 DNA의 양 및 크기 및 반응의 지속기간에 대한 트랜스포솜의 비의 함수이다. 비록 이러한 변수가 제어된다고 해도, 조합된 쌍의-판독 길이보다 짧은 과량의 소형 단편을 제거하기 위한 추가 단계로서 크기 선택 분획화가 보통 요구된다. 본원에 제공된 방법은 그러한 단점이 없다. 구체적으로, 비드-고정된 트랜스포솜은 태깅화 반응에 첨가되는 트랜스포솜 비드의 양과 무관하게, 결합된 트랜스포솜의 공간 분리의 함수로서 최종 단편 크기의 선택을 가능하게 한다. 용해-기반 태깅화의 추가적인 제약은 PCR 증폭 전과 후에 태깅화 반응의 생성물의 일부 형태의 정제를 통상적으로 수행해야 한다는 것이다. 이는 전형적으로 튜브에서 튜브로의 반응물의 일부 이동을 필요로 한다. 대조적으로, 비드 기반 트랜스포솜 상의 태깅화 생성물은 세척된 후 증폭 또는 다른 다운스트림 처리를 위해 방출될 수 있으므로, 샘플 이동의 필요성을 회피한다. 예를 들어, 트랜스포솜이 상자성 비드 상에서 어셈블링되는 구체예에서, 태깅화 반응 생성물의 정제는 비드를 자석으로 고정시키고 세척함에 의해 용이하게 달성될 수 있다. 따라서, 일부 구체예에서, 태깅화 및 PCR 증폭과 같은 다른 다운스트림 처리는 모두 단일한 튜브, 용기, 점적 또는 그 밖의 컨테이너에서 수행될 수 있다. 일부 구체예에서, 샘플의 태깅화 및 다운스트림 처리는 그 전문이 본원에서 참조로서 포함되는, 2012년 11월 6일 출원된 "INTEGRATED SEQUENCING APPARATUSES AND METHODS OF USE"라는 명칭의 미국 가특허출원 13/670,318호의 기재에 예시된 대로, 미세유체 점적 기반 장치에서 발생한다. 예를 들어, 미세유체 점적 기반 장치에서, 표적 핵산, 세척 완충제 또는 그 밖의 시약을 함유하는 점적을 고정된 트랜스포솜 복합체를 포함하는 표면 위로 통과시킬 수 있다. 유사하게, 트랜스포솜이 그 위에 고정된 비드를 포함하는 점적을 미세유체 점적 기반 장치에서 표적 핵산, 세척 완충제 또는 그 밖의 시약과 접촉시킬 수 있다.
일부 구체예에서, 고정된 트랜스포솜 복합체는 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제 및 제 2 폴리뉴클레오티드를 포함하고; 여기서 제 1 폴리뉴클레오티드는 이의 5' 말단에서 미세입자의 표면에 고정되고 제 2 폴리뉴클레오티드는 제 1 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에 하이브리드화되며; 제 1 폴리뉴클레오티드는 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함한다.
도 9-12는 상자성 비드의 표면에 어셈블링된 트랜스포솜의 예시를 제공한다. 도 9는 두 상이한 제 1 폴리뉴클레오티드가 고정된 비드 표면을 도시한다. 도시된 제 1 폴리뉴클레오티드는 트랜스포손 말단 서열 (ME)을 포함한다. 도시된 제 1 폴리뉴클레오티드 중 하나는 증폭 프라이머 서열 (P5) 및 서열화 프라이머 서열 (Read 1)을 포함하는 태그 도메인을 포함한다. 도 9에 도시된 다른 폴리뉴클레오티드는 상이한 증폭 프라이머 서열 (P7) 및 서열화 프라이머 서열 (Read 2)을 포함한다. 제 1 폴리뉴클레오티드는 또한 인덱스 태그를 포함할 수 있다. 인덱스 태그는 비드에 유일할 수 있거나, 이는 집단에서 하나 이상의 다른 비드에 공유될 수 있다. 단일한 비드는 단지 이에 고정된 단일한 인덱스 태그를 지닐 수 있거나, 이에 고정된 복수의 인덱스 태그를 지닐 수 있다.
도 10은 각각의 제 1 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화된 제 2 폴리뉴클레오티드를 도시한다. 제 2 폴리뉴클레오티드는 제 1 폴리뉴클레오티드의 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 영역을 포함한다. 일부 구체예에서, 제 2 폴리뉴클레오티드는 15 bp의 길이이다. 일부 구체예에서, 제 2 폴리뉴클레오티드는 약 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 bp 또는 20 bp 초과의 길이일 수 있다. 일부 구체예에서, 제 2 폴리뉴클레오티드는 이의 5' 말단에서 포스포릴화된다.
도 11은 비드의 표면에서 트랜스포솜의 어셈블리를 도시하고, 여기서 트랜스포사제 효소는 고정된 올리고뉴클레오티드와 접촉한다. 도 11에 도시된 대로, 트랜스포사제가 비드에 첨가될 때, 세 유형의 트랜스포솜 복합체가 형성된다: P5:P5, P7:P7, 및 P5:P7 복합체 (도 11).
트랜스포솜 비드가 태깅화 완충제에서 표적 DNA의 용액에 첨가될 때, 태깅화가 일어나서, DNA를 비드의 표면에 연결시킨다. 태깅된 DNA 단편의 고정된 라이브러리가 생성된다.
도 12는 DNA로의 연속적인 태깅화가 트랜스포솜 사이에 브릿징된 분자를 발생시키는 구체예를 예시한다. 세 유형의 트랜스포솜이 존재하는 경우 (도 11에서와 같이), 세 유형의 브릿지 복합체: P5:P5, P7:P7 및 P5:P7 복합체가 각각 25:25:50 비로 생성된다.
일부 구체예에서, 브릿징된 단편의 길이는 비드의 표면 상의 트랜스포솜의 밀도에 의해 결정될 수 있다. 이러한 밀도는 표면 상의 올리고뉴클레오티드의 양, 표면 상의 듀플렉스 트랜스포손 말단 복합체의 양 및 트램스포솜 어셈블리 동안 첨가되는 트랜스포사제 효소의 양을 통해 조정될 수 있다. 일단 태깅화가 완료되면, P5:P7 태깅화 생성물을 임의의 적합한 방법을 이용하여 비드의 표면으로부터 유리시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 태깅화 생성물은 억제 PCR, step-out PCR 등과 같은 증폭 방법을 이용하여 비드로부터 유리된다. 일부 구체예에서, 태깅화 생성물은 절단에 의해 비드로부터 유리된다. 절단은, 예를 들어, 화학적, 효소적, 광화학적 절단 또는 이들의 조합일 수 있다. 하나 이상의 태깅화 생성물을 고체 지지체로부터 방출시키기 위한 임의의 적합한 방법이 본원에 제공된 방법에 이용될 수 있음이 이해될 것이다.
DNA는 접촉 가능성을 증가시키기 위한 임의의 적합한 방법을 이용하여 표면 결합된 트랜스포솜과 효율적으로 접촉할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 고체 표면으로의 DNA의 침전을 이용하여 고체 표면 상에서 표적 DNA 및 트랜스포솜 복합체 간의 접촉을 증가시킬 수 있다. 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 WO 2010/115122호의 기재에 의해 예시되는 대로, DNA를 고체 지지체와 접촉시키는 당 분야에 공지된 다수의 방법들 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, DNA는 PEG, 에탄올 또는, 예를 들어, 고체상 가역적 고정화 (SPRI) 기법에 이용된 다수의 완충제 중 어느 하나를 포함하는, 표면에 DNA를 침전시키기 위해 공지된 다양한 다른 작용제들 중 어느 하나의 첨가에 의해 고체 지지체 상에 침전될 수 있다.
일부 구체예에서, 고정된 트랜스포솜 복합체를 지니는 비드의 집단을 트랜스포솜 또는 올리고뉴클레오티드를 지니지 않는 과량의 비드와 혼합하여, 둘 이상의 상이한 비드를 가로지르는 태깅화의 가능성을 감소시킬 수 있다. 둘 이상의 상이한 비드를 가로지르는 태깅화의 가능성을 감소시키는 또 다른 방법은 비드를 고정시켜 비드 간의 접촉을 최소화하는 것을 포함한다. 비드의 고정화는, 예를 들어, 자성에 의해 비드를 미세원심분리 튜브와 같은 고체 표면의 슬라이드에 고정시키는 것을 포함하는 당 분야에 공지된 임의의 다수의 기법, 또는 WO 2010/115122호의 통합된 자료에 예시된 바와 같은 임의의 다른 고정화 기법에 의해 달성될 수 있다.
일부 구체예에서, 트랜스포솜 비드를 이용하여 원핵생물 또는 진핵생물 세포와 같은 단일한 세포로부터 핵산을 분리하고 동정할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 비드와 같은 입자는 동일한 인덱스를 공유하는 인덱스 트랜스포솜으로 코팅된다 (특정한 비드 상에 존재하는 모든 트랜스포솜은 동일한 인덱스를 지니는데, 이는 또 다른 비드 상에 존재하는 인덱스와 상이하다). 그 후 비드를 당 분야에 공지된 다양한 방법들 중 어느 하나를 통해 세포 내부에 정위시킬 수 있다. 예를 들어, 세포 내부에 비드를 전달하는 방법은, 비제한적으로, 유전자 총, 광열 나노블레이드 (Wu et al. Anal Chem. (2011) 4:1321-7), 및 세포 투과 물질과 함께 이용되는 펩티드 (Nitin et al Ann Biomed Eng. (2009) 37:2018-2027) 등을 포함한다. 단일한 세포로부터의 DNA를 인덱스 트랜스포솜을 지니는 입자와 결합시키는 임의의 적합한 방법이 본원에 제공된 방법에 이용될 수 있음이 이해될 것이다.
일부 구체예에서, 트랜스포솜은 상기에 상세하게 기재된 대로 비드에 공유적으로 부착될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 트랜스포솜은 화학적 또는 물리적 자극이 가해질 때 비드로부터 방출될 수 있다. 고체 지지체로부터 트랜스포솜의 방출을 촉발시킬 수 있는 자극의 일부 예는 광 및/또는 온도 변화를 포함한다. 일부 구체예에서, 트랜스포솜은 제한 엔도누클레아제와 같은 효소의 활성을 이용하여 고체 지지체로부터 방출된다. 특정 구체예에서, 트랜스포솜은 비드로부터 탈착될 수 있고 세포 내부에서 자유롭게 이동할 수 있다. 일단 비드 (또는 대안적으로, 방출된 트랜스포솜)가 크로마틴 또는 DNA와 접촉하면, 태깅화가 일어날 수 있다. 진핵생물 및 원핵생물 시스템에서, 모든 유전체 DNA가 항상 태깅화에 접근가능하고/거나 이용가능한 것은 아님을 이해할 것이다. 일부 구체예에서, 세포 중 총 DNA의 0.001%, 0.01%, 0.1%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 99% 이하 또는 99% 초과가 트랜스포솜에 의해 태깅화된다. 독특하게 태깅된 비드의 이용은 동일한 인덱스를 공유하는 판독을 함께 그룹화함에 의해 동일한 세포로부터의 판독을 확인할 수 있게 한다. 이러한 판독은 동일한 비드에서 (따라서 동일한 세포로부터) 유래된 것으로 고려될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 일부 구체예에서, 세포 DNA를 가교시키기 위해 가교 단계를 수행할 수 있고, 그 동안 세포 DNA는 여전히 세포의 핵 내부에 있다. 그러한 단계는 단일한 세포로부터의 DNA가 함께 유지되도록 보장한다. 세포로부터 DNA를 추출한 후에, 이를 이어서 상기에 상세하게 기재된 대로 인덱스 비드와 혼합시키고 태깅화시킬 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 방법의 변형은 흐름 분류된 염색체의 태깅화를 포함한다. 흐름 분류된 염색체를 상기 기재된 인덱스 비드와 혼합시킬 수 있다. 특정한 염색체는 한 비드에 부착할 것이고 태깅화를 통해 생성된 단편은 동일한 인덱스를 함유할 것이다. 이는 전체 염색체(일배체형)에서 SNP의 위상화(phasing)를 가능하게 하였다.
그러한 일부 구체예에서, 인덱스의 총 수는 성공적으로 태깅된 세포의 총 수보다 크다. 일부 구체예에서, 예를 들어, 인덱스의 가능한 조합의 수를 증가시키는 방법으로서, 이중 인덱스 접근법이 구현될 수 있다. 일례로서, 2개의 8 염기 인덱스의 이용은 48 X 48 = 4.3X109의 이론적인 수의 조합을 제공할 것이다.
일부 구체예에서, 개별적인 세포가 다수의 비드에 의해 태깅화되지 않음을 보장하는 접근법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 한 접근법은 세포의 크기와 유사한 크기의 비드를 이용하는 것이다. 이는 세포가 확실히 다수의 비드를 수용할 수 없게 할 것이다. 추가로 또는 대안적으로, 또 다른 접근법은 단일 세포 표적화를 선호하는 세포 대 비드 비를 이용하는 것이다. 예를 들어, 비드보다 훨씬 많은 세포가 있는 경우, 세포 내부에서 비드의 푸아송 분포(poisson distribution)는 단일한 비드를 채택한 세포가 둘 이상의 비드를 채택한 세포보다 훨씬 수적으로 우세함을 의미한다.
일부 구체예에서, 상기 기재된 단일 세포 접근법을 이용하여 2개의 SNP (또는 구조적 재배열)가 동일한 세포에 존재하는 지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 암 세포의 이종 집단의 경우에, 2개의 SNP가 동일한 세포에 또는 상이한 세포에 존재하는 지를 아는 것은 올바른 암 요법을 실행하는데 도움이 될 수 있다.
일부 구체예에서, 상기 기재된 단일 세포 접근법을 RNA를 연구하는데 이용할 수 있다. 예를 들어, 비드를 적합한 효소 (즉, 역전사효소) 및 역전사 단계를 위한 올리고뉴클레오티드로 코팅함에 의해, 유전자 발현이 단일 세포 수준으로 분석될 수 있다. 한 구체예에서, 역전사효소, 올리고뉴클레오티드 및 트랜스포솜으로 코팅된 비드를 도입한 후에, 세포질 RNA를 cDNA로 전환시키고, 태깅하고, 세포 내부에서 제조할 수 있다.
고정된 트랜스포솜 상에서 바코드를 이용하여 긴 판독을 어셈블링하는 방법
DNA 단편의 바코드-보조 어셈블리는 DNA 분자의 집단 내에서 개별적인 긴 DNA 분자의 분리 및 독특하게 바코딩된 부분-단편 라이브러리로의 각 분자의 전환을 가능하게 한다. 부분-단편화된 DNA 분자의 전체 집단이 서열화될 때, 부분단편은 이들이 함유하는 바코드를 참조로 이들의 원래 긴 분자로 다시 어셈블링될 수 있다.
개별적인 DNA 분자를 바코딩하는 다양한 방법은 공지되어 있다. 예를 들어, '희석 방법'은 극단적인 희석 및 별도의 구획 (예컨대, 플레이트의 웰)으로의 분취에 의해, 각 웰이 단 한 분자 또는 단지 소수 분자의 DNA를 함유하도록 개별적인 긴 분자를 분리한다. 각 웰이 물리적으로 분리되어 있으므로, 라이브러리 제조는 유일한 바코드를 갖는 각 웰에서 수행될 수 있다. 그 후 웰의 내용물을 풀링시키고 서열화한다. 또 다른 방법은 에멀젼을 이용하며, 각 점적은 긴 DNA 분자, 라이브러리 제조 시약 및 각 점적 고유의 바코드를 함유한다. 또 다른 접근법은 분자의 무손상을 보존하면서 DNA의 길이를 따라 다수의 트윈 바코드를 삽입하기 위해 인덱스 루프형 트랜스포솜 복합체의 큰 라이브러리를 이용한다. 바코드 '트윈' 사이의 후속 절단은 트윈 바코드를 일치시킴에 의해 서열화되고 재어셈블링될 수 있는 단편을 생성한다. 상기 언급된 바코딩 방법 각각은 이와 함께 본원에 제공된 바코딩 방법에 의해 극복되는 단점을 지닌다.
개개의 긴 분자를 분리하고 바코딩하는 상기 기재된 방법에 대안적인 방법이 본원에 제공된다. 본원에 제공된 방법은 에멀젼을 이용하지 않고 에멀젼 방법과 유사한 물리적 분리의 이점을 달성하는 동시에 희석 방법에 이용된 많은 수의 '웰'에 의해 제공된 것보다 훨씬 큰 복잡성을 제공한다. 본 방법의 독특한 바코드는, 비드-기반 방법의 비드의 수가 종종 희석 방법의 웰의 수보다 훨씬 높을 수 있다는 것을 제외하고, 일부 방법에서 희석 방법의 '웰'과 유사하다. 에멀젼 방법에 비해 추가적인 이점은 비드-기반 방법에서, 바코드가 결정적으로 분포되고 (즉, 비드 당 하나의 바코드) 임의적 (즉, 푸아송 분포됨)이지 않다는 것이다. 본원에 제공된 방법은 또한 일부 다른 방법에 이용되는 바와 같이 루프형 트랜스포솜 복합체에 대한 요구 없이 분자 무손상 및 연속성의 동일한 초기 보존을 달성한다. 추가로, 본원에 제공된 방법은 일부 다른 방법에 이용되는 바와 같이 큰 코드 공간을 요구하지 않는다.
따라서, 본원에 제공된 일부 구체예에서, 바코딩 방법은 고정된 트랜스포솜 복합체를 갖는 미세입자의 집단을 제공하는 것을 포함하고, 트랜스포솜 복합체는 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제 및 제 2 폴리뉴클레오티드를 포함한다. 일부 구체예에서, 제 1 폴리뉴클레오티드는 미세입자에 결합된 인덱스 도메인을 포함한다. 일부 구체예에서, 인덱스 도메인은 미세입자에 유일할 수 있다. 일부 구체예에서, 미세입자의 집단은 적어도 복수의 인덱스 도메인을 포함한다. 일부 구체예에서, 인덱스 도메인은 미세입자 집단의 하나를 초과하는 미세입자 상에 존재한다. 일부 구체예에서, 미세입자 집단의 미세입자는 하나 이하의 인덱스 도메인을 포함한다.
본원에 제공된 바코딩 방법은 표적 DNA를 미세입자의 집단에 적용시켜, 인덱스 도메인으로 태깅된 고정된 DNA 단편을 생성하는 것을 추가로 포함한다. DNA는 WO 2010/115122호의 통합 자료에 의해 예시된 대로, 상기 논의된 바와 같이 접촉 가능성을 증가시키기 위한 임의의 적합한 방법을 이용하여 표면 결합된 트랜스포솜과 효율적으로 접촉할 수 있다.
상기 방법은, 예를 들어, 라이브러리 제조를 위한 비드 어레이 및 태깅화 시약의 조합 이후에 인덱스 서열화 진행 및 맞춤형 데이터 분석을 이용하여, 다양한 공지된 포맷들 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다. 비드를 다른 하나로부터 정적 분리 상태로 유지하는 임의의 적합한 다른 방법을 표면 태깅화 및 샘플의 인덱싱에 이용할 수 있다. 예를 들어, 미소구체가 웰 내에 유지될 수 있게 비드를 보유할 수 있는 기질의 웰 또는 작은 함몰과 같은 물리적 구성, 또는 다른 힘 (자기 또는 압축), 또는 화학적으로 변경되거나 활성인 부위, 예컨대 화학적으로 작용기화된 부위, 정전기적으로 변경된 부위, 소수성 및/또는 친수성 작용기화된 부위, 또는 접착제의 스팟의 이용.
일부 구체예에서, 비록 웰이 하기 일반적으로 기재된 대로 추가로 화학적으로 작용기화될 수 있거나, 가교제가 이용될 수 있거나, 물리적 장벽, 예컨대, 필름 또는 막이 비드 상에 이용될 수 있으나, 미소구체는 웰 내에 비공유적으로 결합된다.
특정 구체예에서, 기질의 표면은 본 발명의 미소구체를 기질 상의 개별 부위 또는 위치에 공유적으로 또는 비공유적으로 부착하는데 이용될 수 있는 화학적으로 변형된 부위를 함유하도록 변형된다. 이러한 문맥에서 "화학적으로 변형된 부위"는, 비제한적으로, 일반적으로 또한 상응하는 반응성 작용기를 함유하는 미소구체를 공유적으로 부착하는데 이용될 수 있는 아미노기, 카르복시기, 옥소기 및 티올기를 포함하는 화학 작용기의 패턴의 첨가; 미소구체에 결합하는데 이용될 수 있는 접착제 패턴의 첨가 (접착제의 첨가를 위한 사전 화학적 작용기화 또는 접착제의 직접 첨가에 의해); 예컨대, 미소구체가 상기 부위와 반대되는 하전된 기를 포함할 때, 미소구체의 정전기적 부착을 위한 하전된 기 (화학 작용기와 유사)의 패턴의 첨가; 적합한 실험 조건 하에 유사하게 소수성 또는 친수성인 미소구체의 첨가가 하이드로친화성(hydroaffinity)을 기초로 하여 상기 부위에 미소구체의 결합을 발생시키도록, 상기 부위들이 차등적으로 소수성 또는 친수성이 되게 하는 화학 작용기의 패턴의 첨가를 포함한다. 예를 들어, 수성 시스템에서, 소수성 비드에 의한 소수성 부위의 이용은 상기 부위에 비드의 우선적인 결합을 수행한다. 상기 개요된 대로, "패턴"은 그 의미에 있어서 별개의 부위에서 비드의 부착을 허용하는 표면의 균일한 처리의 이용, 뿐만 아니라 별개 부위를 발생시키는 표면 처리를 포함한다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 이는 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.
특정 구체예에서, 표면 결합된 트랜스포솜을 포함하는 다수의 비드가 생성되며, 각각의 비드는 많은 트랜스포솜을 함유하지만, 임의의 주어진 모든 비드의 모든 트랜스포솜이 동일한 바코드를 함유하는 것은 아니다. 비드 상의 모노클로날 바코딩된 트랜스포솜 올리고뉴클레오티드의 집단의 생성은 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 미국특허 5,604,097호의 기재에 의해 예시되는 대로, 당 분야에 공지된 다수의 기법들 중 어느 하나에 따라 수행될 수 있다.
도 13은 표면 결합된 트랜스포솜이 그들의 5' 말단을 통해 표면에 부착된 긴 올리고뉴클레오티드를 함유하는 한 구체예를 예시한다. 도 13에 개시된 대로, 올리고뉴클레오티드의 3' 말단은 Tn5 트랜스포사제 효소의 모자이크 말단 (METS) 서열을 포함한다. 이러한 서열의 업스트림 (5' 말단에 더 가까움)은 전형적으로 6-8 염기 길이의 바코드 서열이다. 추가의 업스트림은 프라이머 서열이다. 추가로, 올리고뉴클레오티드는 올리고뉴클레오티드가 표면에서 절단되게 할 수 있는 절단 부위를 추가로 포함할 수 있다: 올리고뉴클레오티드에서 이의 존재는 전체 방법에 대해 선택사항이다. 제 2의 짧은 올리고뉴클레오티드 (비-전이된 가닥, MENTS)는 긴 표면 그래프트된 올리고뉴클레오티드의 3' 말단에서 METS 서열에 하이브리드화된다. 마지막으로, 트랜스포사제 이합체는 올리고뉴클레오티드의 3' 말단에 어셈블링되어 기능성 트랜스포솜을 형성한다.
도 14는 웰의 어레이에서 비드 상의 바코딩을 예시한다. 도 14에 도시된 대로, dsDNA의 긴 분자가 비드-고정된 트랜스포솜의 어레이에 첨가될 때, 주어진 분자는 비드와 만나서 비드 상에서 트랜스포솜에 의해 여러 번 태깅화된다. 각각의 단편은 비드에 고정되고 그 비드와 결합된 바코드로 태깅된다. 도 14에 도시된 특정 구체예에서, 어레이 칩에서 비드의 물리적 분리는 DNA 분자가 두 비드 사이에 도달하는 것을 막는다. 다른 구체예에서, 비드는 가깝게 접촉하고, 하나 이상의 DNA 분자는 둘 이상의 비드 사이에서 늘어날 수 있다. 일부 구체예에서, 비드 당 하나를 초과하는 DNA 분자가 태깅될 수 있다. 2개의 대립유전자가 동일한 비드 상에 태깅될 가능성은 낮으며 이는 첨가되는 DNA의 농도, 비드의 수 및 바코드의 수의 함수이다. 예를 들어, 2개의 대립유전자가 동일한 웰에서 발생하는 것을 피하기 위해, 0.1x haplome 등가물 (50,000 유전체 등가물)이 고유 바코드를 각각 지니는 100만개 비드에 부하될 필요가 있다.
도 15는 서열화 반응으로의 바코딩된 태깅된 분자의 전이를 예시한다. 도 15에 도시된 대로, 일단 태깅화가 완료되면, DNA는 비드 표면에서 용액으로 전이되어, 서열화를 위한 개별적인 단편이 풀링되고 제조될 수 있다. 바코드를 참조한 서열화 및 어셈블리는 원래의 긴 태깅된 DNA 분자의 서열이 재생성되게 할 수 있으므로, 긴 또는 유사-긴 판독 및 SNP의 위상화가 가능하다.
용액으로의 바코딩된 표면 태깅된 단편의 방출은 당 분야에 공지된 임의의 적합한 방법을 이용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 태깅된 분자는 표면 결합된 올리고뉴클레오티드의 5' 말단에 존재하는 절단 모이어티를 통해 비드의 표면에서 절단할 수 있다 (도 13 참조). 절단 모이어티는 고체 지지체로부터 핵산 가닥의 절단에 적합한 임의의 모이어티일 수 있다. 절단 모이어티를 이용하는 방법의 예는, 비제한적으로, 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 WO 2006/064199호에 개시된 절단 방법 및 절단 모이어티를 포함하여, 제한 엔도누클레아제 절단, 화학적 절단, RNase 절단, 광화학적 절단 등을 포함한다.
절단 모이어티를 이용한 절단은 하기 포맷을 갖는 분자를 생성한다:
5' - 프라이머 - 바코드 - ME - 삽입물 - ME - 바코드 - 프라이머 - 3'
증폭 및 서열화 프라이머와 같은 추가적인 서열이 첨가될 수 있게 하는 PCR step-out 프라이머를 하이브리드화시키기 위해 "프라이머" 영역을 하이브리드화 지점으로서 이용할 수 있다. 예를 들어, 증폭 프라이머 P5 및 P7을 첨가할 수 있다. 일단 첨가되면, 예를 들어, 한 말단에 P5 어댑터 및 다른 말단에 P7을 갖는 분자를 풍부하게 하기 위해 억제 PCR을 이용할 수 있다.
일부 구체예에서, 증폭은 억제 PCR에 의해 P5 및 P7 어댑터 서열을 첨가하는 step-out 프라이머를 이용하여 비드로부터 직접 수행될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 각각의 비드는 두 유형의 표면 그래프트된 올리고뉴클레오티드를 지닐 수 있고, 이 때 프라이머 서열 (도 13에서와 같이)은 P5-Read1 서열화 프라이머 또는 P7-Read 2 서열화 프라이머이다. 이는 혼합된 P5-P7 트랜스포솜을 발생시킬 것이다. 이들은 상기 기재된 대로, 비드로부터 절단된 후에 P5/P7 분자를 풍부하게 하기 위해 억제 PCR로 처리될 수 있거나, 비드로부터 직접 증폭될 수 있다.
일부 구체예에서, 단일한 트랜스포솜 유형 (예컨대 P5-Read 1-바코드)이 비드의 표면에 존재할 수 있다. 일단 표면 태깅화가 완료되면, 상이한 증폭 및/또는 서열화 프라이머를 지니는 제 2 트랜스포솜을 용해 상태로 첨가하여 브릿징된 분자를 절단할 수 있다. 이는 비드 표면으로부터 절단되거나 증폭될 수 있는 동일한 어댑터 포맷을 갖는 모든 분자를 발생시킨다. 추가의 샘플-특이적인 바코드를 용액 트랜스포솜에 첨가하여, 다수의 샘플이 상기 방법에 의해 풀링되게 할 수 있다. 도 16은 이러한 구체예의 예시이다. 도 16에 도시된 대로, P7 증폭 프라이머 서열을 지니는 용액상 트랜스포솜을 고정된 브릿징된 태깅화 생성물을 지닌 비드에 첨가한다. 고정된 단편은 P5 증폭 프라이머 서열 및 비드 고유의 바코드 인덱스 태그 (i9)를 포함하는 폴리뉴클레오티드 서열로 태깅된다. 도 16에 도시된 대로, 제 2 태깅화 반응 후에, 각각의 단편은 P7 프라이머 서열을 지니는 자유로운 말단 및 P5 프라이머 서열을 지니는 고정된 말단을 갖는다.
실시예 1
후로셀 상에서 표면 태깅화
본 실시예는 도 4a 및 4b에 예시된 구체예를 확실히 하는 실험을 기재한다 (표면 태깅화 이후 용액 태깅화).
8 레인 후로셀 상에서의 실험을 도 6a 및 6b에 도시된 조건 및 제어수단의 목록을 이용하여 수행하였다. 레인 6은 상기 방법의 완전한 종단간(end to end) 설명을 나타낸다: 단편화되지 않은 이. 콜라이(E. coli) 유전체 DNA를 이것이 표면 결합된 트랜스포솜에 의해 태깅될 때 후로셀에 첨가하였다. 이어서 후로셀에 열을 가하여 네이키드(naked) ME 서열을 선택적으로 탈하이브리드화시킴으로써, 트랜스포솜이 다음에 용액으로부터 첨가될 때 제 2 태깅화 반응을 위한 표적으로서의 이들을 파괴시켰다. 제 2 태깅화 반응 후에, 클러스터가 생성되었고 '쌍-말단(paired-end)' 서열화 (2x36 염기 판독)를 수행하였다. 레인 6에서, 클러스터의 73.14%가 필터를 통과하였고 이들 중 74.69가 정렬되었음을 나타내는 서열화 메트릭스가 슬라이드 7에 제공된다. 이는 삽입물의 갭 크기 플롯 및 라이브러리 다양성의 추정치를 수득하기에 충분한 데이터를 제공한다 (도 8 참조).
다른 레인들은 하기 열거된 제어수단을 포함하였다:
레인 1은 모든 것이 제대로 펌핑되었고 클러스터 생성 및 서열화가 예상대로 작동함을 보장하기 위해 양성 대조군으로서 PhiX DNA를 포함한다.
레인 2는 또 다른 대조군 레인이며 표적 DNA의 부재 하에 표면 결합된 트랜스포손으로의 태깅화를 예시한다. 후로셀 (FC)은 태깅화 프라이머 서열 및 ME' 서열 (비-전이된 ME' 가닥)을 함유하는 올리고뉴클레오티드가 P7 표면 올리고뉴클레오티드에 하이브리드화된 표준 쌍 말단 FC를 포함한다. 이러한 올리고뉴클레오티드를 포화 농도로 첨가하였다. 제 1 연장은 ME 말단을 갖는 이중 가닥 트랜스포손을 생성하였다. P5 트랜스포솜은 용해 상태로 어셈블링되어 FC 상으로 흘렀다 (6.25 nM/레인). P5 트랜스포솜은 이중 가닥 표면 결합된 트랜스포손을 태깅화하였다. 태깅화 생성물은 후속하여 클러스터로 전환되었다.
레인 3은 표적 DNA의 부재 하에 표면 결합된 트랜스포손으로의 태깅화를 예시하며, 단 이 경우에 FC는 용액으로부터의 P5 트랜스포솜의 첨가 전에 이러한 작제물로의 태깅화를 방지하기 위해 75℃로 가열되어 ds 표면 결합된 트랜스포손을 단일한 표준 올리고뉴클레오티드로 전환시키는데, 그 이유는 이것이 표적 DNA의 태깅화를 방해하기 때문이다.
레인 4는 레인 3 조건에 표면 결합된 트랜스포솜의 첨가를 예시한다. 이러한 레인에서 태깅화 프라이머 서열 및 ME' 서열을 함유하는 올리고뉴클레오티드는 P7 표면 올리고뉴클레오티드에 하이브리드화되었다. 제 1 연장은 ME 말단을 갖는 이중 가닥 트랜스포손을 생성하였다. 그 이후에 Tn5 효소를 50X 농도로 상기 레인에 첨가하고 30℃에서 30분 동안 인큐베이션시킴에 의해 P7 트랜스포솜이 FC의 표면 상에서 어셈블링되었다. 그 후 FC를 75℃로 가열한 후에 용액으로부터의 P5 트랜스포솜을 첨가하였다.
레인 5는 레인 4와 동일한 조건을 포함하며, 단 이 경우에 용액으로부터의 P5 트랜스포솜을 첨가하는 대신, 이. 콜라이 900 bp 라이브러리 (P5/P7 말단을 지님)를 첨가하여, 가열 단계 후에 P7 표면 결합된 트랜스포솜이 여전히 활성인 지를 결정하였다.
레인 6은 본 발명의 구현된 예를 예시한다. 이러한 예에서, FC는 태깅화 프라이머 서열 및 ME' 서열을 함유하는 올리고뉴클레오티드가 P7 표면 올리고뉴클레오티드에 하이브리드화된 표준 쌍 말단 FC를 포함한다. 제 1 연장은 ME 말단을 갖는 이중 가닥 트랜스포손을 생성하였다. Tn5 효소를 50X 농도로 상기 레인에 첨가하고 30℃에서 30분 동안 인큐베이션시킴에 의해 P7 트랜스포솜이 FC의 표면 상에서 어셈블링되었다. 표적 DNA (300ng의 단편화되지 않은 이. 콜라이 유전체 DNA)를 FC 레인에 첨가하고 55℃에서 15분의 인큐베이션 단계를 수행하여, 태깅화를 발생시켰다. P7 표면 결합된 트랜스포솜을 PBI (Qiagen)를 이용하여 세척한 다음 용액으로부터의 P5 트랜스포솜을 첨가하기 전에 FC를 75℃로 가열시켰다. 용액으로부터의 P5 트랜스포솜의 첨가 및 55℃에서 15분의 인큐베이션 단계 후에, 가닥 전위 연장 반응을 수행하여 전위 반응에 의해 DNA 백본에 생성되는 9-bp 갭을 충전하였다. 가닥 전위 연장 반응은 Bst 및 dNTP 믹스의 첨가 및 65℃에서 5분의 인큐베이션을 포함한다. P5 트랜스포솜을 최종 단계에서 세척하였다. 이 시점에 모든 표면 결합된 분자는 P5-P7 주형일 것이므로, 클러스터로 전환될 수 있다.
레인 7은 레인 6과 동일한 조건을 포함하며, 단 이 경우에 클러스터 수 및 % 정렬에 대한 가열 효과를 강조하기 위해 가열 단계를 생략하였다.
레인 8은 음성 대조군을 포함하며, 여기서 P7 트랜스포솜은 포화 농도의 ds 표면 결합된 트랜스포손의 존재 하에 50X 농도로 표면에 어셈블링되었으나, 표적 DNA는 첨가되지 않았다. 이는 표면 결합된 P7 트랜스포솜이 이의 이웃하는 ds 표면 결합된 트랜스포손으로 태깅되는 지를 평가할 수 있게 한다.
실시예 2
이. 콜라이 스크레이프(scrape)로부터 표면 결합된 샘플 제조
이. 콜라이 샘플 (아가 플레이트의 잔디로부터 2mm 스크레이프에 의해 5mm)을 긁어내서 물 및 유리 비드를 함유하는 튜브에서 재현탁시켰다. 현탁된 세포 및 비드를 볼텍스 믹서를 이용하여 혼합시켜 세포를 파괴하여 개방시킨 다음 펠렛 세포 파편으로 원심분리시켰다. 상청액 (단백질 및 핵산을 포함하는, 세포 용해물 함유)을 제거하고 실시예 1에 기재된 프로토콜에 따라 고정된 트랜스포솜을 갖는 유전체 분석기 후로셀 (Illumina, Inc., San Diego, CA)에 첨가하였다.
후로셀 상에서 클러스터 스테이션 샘플 제조 장치 (Illumina, Inc., San Diego, CA)를 이용하여 클러스터 생성을 수행하였다. 클러스터 생성 후에, 쌍-말단 서열화 진행을 각 방향으로 36개 염기의 판독으로 수행하였다.
Read 1의 경우, 클러스터의 58.99%가 필터를 통과하였고 이들 중 92.16이 정렬되었다. Read 2의 경우, 클러스터의 58.99%가 필터를 통과하였고 이들 중 55.08이 정렬되었다. 이러한 데이터는 정제되지 않은 세포 용해물이 놀라울 정도로 강력한 서열화 결과를 가지며 고정된 트랜스포솜을 갖는 후로셀에 직접 첨가될 수 있음을 확인시켜 준다.
실시예 3
본 실시예는 용액상 트랜스포솜을 후로셀에 첨가할 때 표면 결합된 올리고뉴클레오티드 듀플렉스의 태깅화를 회피하는 방법을 기재한다.
후로셀의 표면 상의 트랜스포솜을 어셈블링하는 한 방법은 표준 쌍 말단 후로셀을 채택하고, 폴리머라제로 연장될 수 있는 연장가능한 오버행(overhang)을 형성하는 P5 및/또는 P7 표면 그래프트된 올리고뉴클레오티드에 대해 '부목' 올리고뉴클레오티드를 하이브리드화시켜 이중 가닥 ME 서열을 함유하는 듀플렉스를 제조하는 것이다. 이러한 단계에서 트랜스포사제 효소가 첨가되어 기능성 표면 결합된 트랜스포솜을 형성할 수 있다 (도 5d). 듀플렉스의 단지 일부가 트랜스포솜을 형성하는 경우, '네이키드' ME 듀플렉스를 남겨서 이후 가까운 표면-결합된 트랜스포솜 또는 용액으로부터 첨가되는 트랜스포솜에 의한 태깅화에 대한 표적이 되게 할 수 있다. 더욱이, 충분히 어셈블링된 표면 트랜스포솜은 역시 가까운 표면-결합된 트랜스포솜 또는 용액으로부터 첨가되는 트랜스포솜에 의한 태깅화에 대한 표적이 될 수 있는 ME 서열의 dsDNA 부분 업스트림을 함유한다. 이러한 요망되지 않는 태깅화는 표적 유전체에 정렬되는 퓨리티 필터를 통과한 클러스터 백분율의 감소에서 그 자신을 드러낸다.
이러한 효과의 예는 도 18b에서 레인 4 및 5를 레인 6 및 7에 대해 비교함에 의해 보여질 수 있다. 레인 6 및 7에서 트랜스포솜은 상기 기재된 대로 긴 부목 올리고뉴클레오티드와 어셈블링되었고, 연장 및 트랜스포솜 어셈블리 후에 적어도 50개 이중 가닥 염기를 갖는 표면 결합된 듀플렉스를 생성하였다. 표면 태깅화 반응 (도 18a) 및 후속 서열화에서의 이용시에, 클러스터의 22.59 및 15.52%만이 표적 이. 콜라이에 각각 정렬되었다 (도 18b).
표적 유전체 DNA에 정렬되지 않은 서열을 함유하는 클러스터 집단의 생성을 피하기 위해, 트랜스포솜 어셈블리가 도 17에 지시된 대로 수행되었다. '부목' 올리고뉴클레오티드는 폴리머라제로 연장될 수 있는 연장가능한 오버행을 형성하는 P5 및/또는 P7 표면 그래프트된 올리고뉴클레오티드에 대해 먼저 하이브리드화되어 이중 가닥 ME 서열을 함유하는 듀플렉스를 제조하였다. 다음으로, 부목 올리고뉴클레오티드를 탈-어닐링에 의해 제거하고 세척한 다음, 12개 염기 길이만큼 작지만 바람직하게는 표면 부착된 ME 올리고뉴클레오티드의 3' 말단까지 16개 염기의 길이인 보다 짧은 올리고뉴클레오티드를 하이브리드화시킴에 의해 대체하였다. 트랜스포사제를 첨가하여 어떠한 노출된 dsDNA를 함유하지 않는 트랜스포솜을 어셈블링시켰다. 짧은 듀플렉스 DNA를 선택적으로 탈-어닐링하고 제거하기 위해 후로셀을 60℃에서 인큐베이션시키고, 흐름 조건 하에 세척함에 의해 결합된 트랜스포사제를 함유하지 않는 임의의 '네이키드' 듀플렉스를 제거하였다.
트랜스포솜을 어셈블링하는 이러한 접근법의 유리한 효과는 표면 결합된 트랜스포솜이 이러한 방법에 의해 어셈블링되고 표면 태깅화 반응에 이용되는 레인 4 및 5에서 보여질 수 있다 (도 18a). 이. 콜라이에 정렬된 클러스터의 백분율은 레인 6 및 7에 대한 각각 22.59 및 15.52%로부터 레인 4 및 5에 대한 각각 96.47 및 96.41까지 증가하였다 (도 18b).
본 출원을 통틀어 다양한 간행물, 특허 및/또는 특허 출원이 언급되었다. 이러한 간행물의 기재는 그 전문이 본 출원에 참조로서 포함된다.
포함하는이라는 용어는 제한이 없는 것으로 의도되며, 언급된 요소 뿐 아니라, 임의의 추가 요소를 추가로 포함한다.
다수의 구체예가 기재되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 그 밖의 구체예는 하기 청구범위의 범위 내에 있다.

Claims (103)

  1. (a) 고정된 트랜스포솜(transposome) 복합체를 그 위에 지니는 고체 지지체를 제공하는 단계로서, 상기 트랜스포솜 복합체가 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제(transposase)를 포함하고, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가,
    (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및
    (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함하는 단계; 및
    (b) 표적 DNA가 트랜스포솜 복합체에 의해 단편화되는 조건 하에 표적 DNA를 고체 지지체에 적용시켜, 제 1 폴리뉴클레오티드의 3' 트랜스포손 말단 서열을 단편의 적어도 한 가닥의 5' 말단으로 전이시키고; 이에 의해 이중 가닥 단편의 고정된 라이브러리를 생성하는 단계로서, 적어도 한 가닥이 제 1 태그로 5'- 태깅되는 단계를 포함하는, 태깅된 DNA 단편의 고정된 라이브러리를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 상기 고체 지지체에 고정되는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 트랜스포솜 복합체가 상기 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 영역을 포함하는 제 2 폴리뉴클레오티드를 포함하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 결합되지 않은 임의의 핵산을 제거하기 위해 고체 지지체를 세척하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 트랜스포솜 복합체가 mm2 당 적어도 103, 104, 105, 106의 복합체의 밀도로 고체 지지체 상에 존재하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 트랜스포솜 복합체가 과활동성 Tn5 트랜스포사제를 포함하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 고정된 라이브러리에서 이중 가닥 단편의 길이가 상기 고체 지지체 상에 존재하는 트랜스포솜 복합체의 밀도를 증가시키거나 감소시킴에 의해 조정되는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 고체 지지체 상에 존재하는 태그의 적어도 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%가 동일한 태그 도메인을 포함하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    (c) 용해 상태의 트랜스포솜 복합체를 제공하고, 표적 DNA가 트랜스포솜 복합체 용액에 의해 단편화되는 조건 하에 상기 트랜스포솜 복합체를 고정된 단편과 접촉시켜; 용해 상태의 한 말단을 갖는 고정된 핵산 단편을 수득하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 용해 상태의 트랜스포솜 복합체가 제 2 태그를 포함하여, 용해 상태의 제 2 태그를 갖는 고정된 핵산 단편을 생성하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 제 1 및 제 2 태그가 상이한 것인 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 용해 상태의 상기 트랜스포솜 복합체의 적어도 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%가 제 2 태그 도메인을 포함하는 제 2 태그를 포함하는 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 폴리머라제 및 제 1 폴리뉴클레오티드의 일부에 상응하는 증폭 프라이머를 제공함에 의해 상기 고체 표면 상의 단편을 증폭시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 태그 도메인이 클러스터 증폭을 위한 영역을 포함하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 태그 도메인이 서열화 반응을 프라이밍하기 위한 영역을 포함하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 고체 지지체가 미세입자를 포함하는 방법.
  17. 제 1항에 있어서, 고체 지지체가 패턴화된 표면을 포함하는 방법.
  18. 제 1항에 있어서, 고체 지지체가 웰(well)을 포함하는 방법.
  19. 제 1항에 있어서, 중격 염료를 고정된 단편의 적어도 일부에 적용시켜 염색된 고정된 단편의 세트를 수득하고; 염색된 고정된 단편의 이미지를 수득하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  20. 제 1항에 있어서, 표적 DNA를 적용하는 것이 생물학적 샘플을 상기 고체 지지체에 첨가하는 것을 포함하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 생물학적 샘플이 세포 용해물을 포함하는 방법.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 생물학적 샘플이 전체 세포를 포함하는 방법.
  23. 제 20항에 있어서, 상기 생물학적 샘플이 혈액, 혈장, 혈청, 림프액, 점액, 객담, 소변, 정액, 뇌척수액, 기관지 흡인물, 대변, 및 침연 (macerated) 조직으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
  24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 태깅된 DNA 단편의 라이브러리가 그 위에 고정된 고체 지지체.
  25. 고정된 트랜스포솜 복합체를 그 위에 지니는 고체 지지체로서, 상기 트랜스포솜 복합체가 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제를 포함하고, 상기 폴리뉴클레오티드가,
    (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및
    (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함하는, 고체 지지체.
  26. 제 25항에 있어서, 트랜스포솜 복합체가 mm2 당 적어도 103, 104, 105, 106의 복합체의 밀도로 고체 지지체 상에 존재하는 고체 지지체.
  27. 제 25항에 있어서, 트랜스포솜 복합체가 고정된 올리고뉴클레오티드에 결합된 고체 지지체.
  28. 제 25항에 있어서, 상기 태그 도메인이 클러스터 증폭을 위한 영역을 포함하는 고체 지지체.
  29. 제 25항에 있어서, 상기 태그 도메인이 서열화 반응을 프라이밍하기 위한 영역을 포함하는 고체 지지체.
  30. 제 25항에 있어서, 상기 트랜스포솜 복합체가 과활동성 Tn5 트랜스포사제를 포함하는 고체 지지체.
  31. 제 25항에 있어서, 고체 지지체가 미세입자를 포함하는 고체 지지체.
  32. 제 25항에 있어서, 고체 지지체가 패턴화된 표면을 포함하는 고체 지지체.
  33. 제 25항에 있어서, 고체 지지체가 웰을 포함하는 고체 지지체.
  34. 제 25항에 있어서, 상기 트랜스포솜 복합체가 과활동성 Tn5 트랜스포사제를 포함하는 고체 지지체.
  35. 복수의 트랜스포솜 복합체를 고체 지지체에 고정시키는 것을 포함하는 후로셀(flowcell)을 생성하는 방법으로서, 상기 트랜스포솜 복합체가 제 1 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제를 포함하고, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가,
    (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및
    (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함하는, 방법.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 고정화가,
    (a) 복수의 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 그 위에 고정된 고체 지지체를 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 고체 지지체를 트랜스포사제 홀로효소(holoenzyme) 및 제 2 폴리뉴클레오티드와 접촉시키는 단계로서, 상기 제 2 폴리뉴클레오티드가 상기 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 영역을 포함하는 단계를 포함하는, 방법.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 제 2 폴리뉴클레오티드가 상기 제 1 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화된 후에 트랜스포사제 홀로효소가 상기 고체 지지체와 접촉하는 방법.
  38. 제 36항에 있어서, 트랜스포사제 홀로효소 및 상기 제 2 폴리뉴클레오티드가 상기 고체 지지체와 동시에 접촉하는 방법.
  39. 제 35항에 있어서, 상기 트랜스포솜 복합체가 용해 상태로 어셈블링되고, 상기 고정화가 상기 제 1 폴리뉴클레오티드를 상기 고체 지지체에 커플링된 부목 올리고뉴클레오티드에 라이게이션시키는 것을 포함하는 방법.
  40. 제 35항에 있어서, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 상기 고체 지지체에 먼저 고정되고, 제 1 말단 및 제 2 말단을 갖는 루프형 올리고뉴클레오티드에 하이브리드화되며, 상기 루프형 올리고뉴클레오티드가 제 1 말단에서 상기 고정된 제 1 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화되고, 제 2 말단에서 용액상 제 1 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화되는 방법.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 고정된 제 1 폴리뉴클레오티드 및 상기 용액상 제 1 폴리뉴클레오티드가 서로 다른 트랜스포손 말단 서열을 포함하고, 상기 루프형 올리고뉴클레오티드가 상기 서로 다른 트랜스포손 말단 서열의 각각에 상보적인 서열을 상기 제 1 및 제 2 말단에 포함하는 방법.
  42. 제 35항에 있어서, 상기 고정화가,
    (a) 커플링된 증폭 프라이머를 갖는 고체 지지체를 제공하는 단계;
    (b) 제 2 폴리뉴클레오티드를 상기 증폭 프라이머들 중 하나에 하이브리드화시키는 단계로서, 상기 제 2 올리고뉴클레오티드가 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 영역 및 상기 제 1 태그에 상보적인 영역을 포함하는 단계;
    (c) 폴리머라제를 이용하여 상기 증폭 프라이머를 연장시켜 상기 제 2 폴리뉴클레오티드에 하이브리드화된 상기 제 1 폴리뉴클레오티드를 포함하는 듀플렉스를 생성하는 단계로서, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 상기 고체 지지체에 직접 고정되는 단계; 및
    (d) 상기 고체 지지체를 트랜스포사제 홀로효소와 접촉시켜, 상기 고체 지지체 상에 트랜스포솜 복합체를 어셈블링하는 단계를 포함하는 방법.
  43. 제 35항에 있어서, 상기 태그 도메인이 클러스터 증폭을 위한 영역을 포함하는 방법.
  44. 제 35항에 있어서, 상기 태그 도메인이 서열화 반응을 프라이밍하기 위한 영역을 포함하는 방법.
  45. 제 35항에 있어서, 상기 트랜스포솜 복합체가 과활동성 Tn5 트랜스포사제를 포함하는 방법.
  46. 제 35항에 있어서, 고체 지지체가 미세입자를 포함하는 방법.
  47. 제 35항에 있어서, 고체 지지체가 패턴화된 표면을 포함하는 방법.
  48. 제 35항에 있어서, 고체 지지체가 웰을 포함하는 방법.
  49. 제 35항에 있어서, 트랜스포솜 복합체가 mm2 당 적어도 103, 104, 105, 106의 복합체의 밀도로 고체 지지체 상에 존재하는 방법.
  50. 제 35항 내지 제 49항 중 어느 한 항의 방법을 이용하여 제조된 고체 지지체.
  51. 트랜스포솜 복합체가 제 1 폴리뉴클레오티드 및 제 2 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제를 포함하는, 고정된 트랜스포솜 복합체를 갖는 미세입자의 집단으로서,
    상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 이의 5' 말단에서 상기 미세입자의 표면에 고정되고, 상기 제 2 폴리뉴클레오티드가 상기 제 1 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에 하이브리드화되며;
    상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및 (ii) 제 1 태그 도메인을 포함하는 제 1 태그를 포함하는, 미세입자의 집단.
  52. 제 51항에 있어서, 상기 제 2 폴리뉴클레오티드가 상기 트랜스포손 말단 서열에 상보적인 영역을 포함하는 미세입자의 집단.
  53. 제 51항에 있어서, 상기 제 2 폴리뉴클레오티드가 약 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 bp의 길이인 미세입자의 집단.
  54. 제 51항에 있어서, 상기 제 2 폴리뉴클레오티드가 이의 5' 말단에서 포스포릴화되는 미세입자의 집단.
  55. 제 51항에 있어서, 각각의 미세입자가 복수의 상기 트랜스포사제 복합체를 포함하는 미세입자의 집단.
  56. 제 55항에 있어서, 각각의 미세입자가 제 1 폴리뉴클레오티드의 제 1 및 제 2 부분집단을 포함하고, 상기 제 1 부분집단이 제 1 태그 도메인을 포함하고 상기 제 2 부분집단이 제 2 태그 도메인을 포함하는 미세입자의 집단.
  57. 제 51항에 있어서, 각각의 미세입자가 하나를 넘지 않는 상기 트랜스포사제 복합체를 포함하는 미세입자의 집단.
  58. 제 51항에 있어서, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 인덱스 도메인(index domain)을 추가로 포함하는 미세입자의 집단.
  59. 제 58항에 있어서, 상기 집단이 상기 제 1 폴리뉴클레오티드 상에 복수의 인덱스 도메인을 포함하는 미세입자의 집단.
  60. 제 51항에 있어서, 상기 트랜스포솜 복합체가 과활동성 Tn5 트랜스포사제를 포함하는 미세입자의 집단.
  61. 제 51항에 있어서, 상기 미세입자가 비드인 미세입자의 집단.
  62. 제 51항에 있어서, 상기 미세입자가 상자성 미세입자인 미세입자의 집단.
  63. 제 51항에 있어서, 상기 미세입자의 집단이 트랜스포사제가 결여된 미세입자의 부분집단을 추가로 포함하는 미세입자의 집단.
  64. 제 51항에 있어서, 상기 미세입자의 집단이 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 결여된 미세입자의 부분집단을 추가로 포함하는 미세입자의 집단.
  65. 표적 DNA를 제 51항 내지 제 64항 중 어느 한 항의 미세입자의 집단과 접촉시켜 고정된 태깅된 DNA 단편을 생성하는 것을 포함하는, 태깅된 DNA 단편의 고정된 라이브러리를 생성하는 방법.
  66. 제 65항에 있어서, 상기 접촉이 상기 DNA를 상기 미세입자들 중 하나 이상에 침전시키는 것을 포함하는 방법.
  67. 제 65항에 있어서, 상기 미세입자를 고정시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  68. 제 66항에 있어서, 상기 미세입자가 상자성 미세입자이고, 상기 고정화가 상기 미세입자에 외부 자기장을 인가시키는 것을 포함하는 방법.
  69. 제 65항에 있어서, 상기 고정된 태깅된 DNA 단편을 상기 고체 지지체로부터 유리시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  70. 제 69항에 있어서, 상기 유리가 상기 고체 지지체로부터 상기 태그 도메인의 절단을 포함하는 방법.
  71. 제 69항에 있어서, 상기 유리가 억제 PCR을 수행하는 것을 포함하는 방법.
  72. 트랜스포솜 복합체가 고정된 미세입자의 집단을 제공하는 단계로서, 상기 트랜스포솜 복합체가 상기 미세입자와 결합된 인덱스 도메인을 포함하는 제 1 폴리뉴클레오티드 및 제 2 폴리뉴클레오티드에 결합된 트랜스포사제를 포함하는 단계;
    표적 DNA를 상기 미세입자의 집단에 적용시켜, 상기 인덱스 도메인으로 태깅된 고정된 DNA 단편을 생성하는 단계를 포함하는, 더 긴 서열 판독으로의 인덱스-지정 어셈블리를 위해 태깅된 DNA 단편의 라이브러리를 생성하는 방법.
  73. 제 72항에 있어서, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 이의 5' 말단에서 상기 미세입자의 표면에 고정되고, 상기 제 2 폴리뉴클레오티드가 상기 제 1 폴리뉴클레오티드의 3' 말단에 하이브리드화되며; 이 때 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가,
    (i) 트랜스포손 말단 서열을 포함하는 3' 부분, 및
    (ii) 상기 인덱스 도메인을 포함하고;
    이 때 상기 미세입자의 집단이 적어도 복수의 인덱스 도메인을 포함하며, 개별적인 미세입자 상의 제 1 폴리뉴클레오티드가 동일한 인덱스 도메인을 공유하는 방법.
  74. 제 72항에 있어서, 상기 미세입자로부터 상기 태깅된 DNA 단편을 유리시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  75. 제 74항에 있어서, 상기 유리가 상기 제 1 폴리뉴클레오티드를 절단하는 것을 포함하는 방법.
  76. 제 74항에 있어서, 상기 유리가 억제 PCR을 수행하는 것을 포함하는 방법.
  77. 제 72항에 있어서, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 상기 미세입자로부터 상기 제 1 폴리뉴클레오티드를 유리시키기 위한 절단 도메인을 포함하는 방법.
  78. 제 72항에 있어서, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 클러스터 증폭을 위한 영역을 포함하는 방법.
  79. 제 72항에 있어서, 상기 제 1 폴리뉴클레오티드가 서열화 반응을 프라이밍하기 위한 영역을 포함하는 방법.
  80. 제 72항에 있어서, 상기 트랜스포솜 복합체가 과활동성 Tn5 트랜스포사제를 포함하는 방법.
  81. 제 72항에 있어서, 상기 미세입자의 집단이 고체 표면 상에 분배되는 방법.
  82. 제 81항에 있어서, 상기 고체 표면이 웰의 어레이를 포함하는 방법.
  83. 제 82항에 있어서, 복수의 상기 웰이 웰 당 하나의 미세입자를 포함하는 방법.
  84. 제 73항에 있어서, 집단이 상기 미세입자에 외부 자기장의 인가에 의해 분배되는 방법.
  85. 제 72항에 있어서, 상기 인덱스 도메인의 서열 및 상기 태깅된 DNA 단편의 적어도 일부를 결정하기 위해 서열화 반응을 수행하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  86. 제 85항에 있어서, 공통의 인덱스 도메인을 공유하는 DNA 서열을 어셈블링시켜, 복수의 부분-단편을 포함하는 더 긴 서열 판독을 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  87. 제 85항에 있어서, 상기 서열 판독에서 단계식 SNP를 결정하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  88. 제 72항에 있어서, 상기 적용이 상기 DNA를 상기 미세입자들 중 하나 이상에 침전시키는 것을 포함하는 방법.
  89. a) 복수의 표적 DNA를, 표적 DNA가 트랜스포솜 복합체에 의해 단편화되는 조건 하에 고정된 트랜스포솜 복합체를 그 위에 갖는 고체 지지체에 적용시켜; 이중 가닥 단편의 고정된 라이브러리를 생성하고 (이 때 각 표적 DNA의 제 1 부분은 상기 고체 지지체의 제 1 위치에서 상기 고체 지지체에 부착되고 각 표적 DNA의 제 2 부분은 상기 고체 지지체의 제 2 위치에서 상기 고체 지지체에 부착된다);
    b) 상기 고정된 이중 가닥 단편의 라이브러리를 맵핑시켜 각 표적 DNA에 의해 연결되는 위치의 세트를 생성하고;
    c) 표적 DNA의 상기 제 1 및 제 2 부분의 서열을 결정하고;
    d) 상기 위치의 세트를 상호관련시켜 제 1 및 제 2 부분이 상기 표적 DNA에 의해 연결되어 있는지 여부를 결정하고 표적 DNA 분자의 서열을 결정하는 것을 포함하는, 복수의 표적 DNA 분자를 서열화하는 방법.
  90. 제 89항에 있어서, 단계 c)가 상기 고정된 이중 가닥 단편을 절단하여 유리 말단(free end)을 유리시키는 것을 포함하는 방법.
  91. 제 90항에 있어서, 상기 절단이 절단가능한 부위를 절단하는 것을 포함하는 방법.
  92. 제 91항에 있어서, 상기 절단가능한 부위가 변형된 뉴클레오티드를 포함하거나 제한 효소 부위인 방법.
  93. 제 90항에 있어서, 상기 절단이 고정된 이중 가닥 단편을 용액상 트랜스포사제 복합체와 접촉시키는 것을 포함하는 방법.
  94. 제 89항에 있어서, 맵핑이 고정된 DNA의 물리적 맵을 생성하는 것을 포함하는 방법.
  95. 제 94항에 있어서, 물리적 맵이 DNA의 영상화에 의해 생성되어, 상기 고체 표면을 가로질러 고정된 DNA 분자의 위치를 확립하는 방법.
  96. 제 95항에 있어서, 고정된 폴리뉴클레오티드가 영상 제제를 고체 지지체에 첨가하고 영상 제제로부터 신호를 검출함에 의해 영상화되는 방법.
  97. 제 96항에 있어서, 상기 영상 제제가 검출가능한 표지를 포함하는 방법.
  98. 제 96항에 있어서, 상기 영상 제제가 중격 염료를 포함하는 방법.
  99. 제 89항에 있어서, 상기 고체 지지체가 후로셀을 포함하는 방법.
  100. 제 99항에 있어서, 상기 고체 지지체가 나노-채널을 포함하는 방법.
  101. 제 99항에 있어서, 상기 고체 지지체가 복수의 분리된 나노-채널을 갖는 후로셀을 포함하는 방법.
  102. 제 99항에 있어서, 상기 고체 지지체가 적어도 10, 50, 100, 200, 500, 1000, 3000, 5000, 10000, 30000, 50000, 80000 또는 적어도 100000개의 나노-채널을 포함하는 방법.
  103. 제 101항에 있어서, 각각의 나노-채널이 나노-채널 당 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900개 이하 또는 1000개 이하의 표적 DNA의 개별적인 긴 가닥을 포함하는 방법.
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