Claims (19)
1. Способ изучения флуоресцентных свойств и спектральных характеристик нуклеотидных последовательностей ДНК в широком диапазоне волн света, заключающийся в исследовании спектра излучения раствора флуоресцентного красителя, квантово-связанного с исследуемой последовательностью, и отличающийся тем, что: а) данный краситель обладает свободно расположенными в пространстве флуорофорными группами и является по отношению к внутренней структуре ДНК неинтеркалирующей и не связывающейся с броздками молекулой; б) флуоресценция раствора красителя избирательно реагирует на добавление к нему образца ДНК в зависимости от флуоресцентных и спектральных характеристик изучаемой нуклеотидной последовательности в том же диапазоне длин волн за счет установления общего квантово-связанного спектра излучения; в) концентрация красителя разбавлена до определенного уровня, адекватного количеству исследуемой ДНК и ее квантовому режиму, который позволяет детектировать изменения флуоресценции красителя под влиянием воздействия образца ДНК с достаточной чувствительностью.1. A method for studying the fluorescence properties and spectral characteristics of DNA nucleotide sequences in a wide range of light waves, which consists in studying the emission spectrum of a solution of a fluorescent dye quantum associated with the test sequence, and characterized in that: a) this dye has fluorophore freely located in space groups and is, with respect to the internal structure of DNA, a non-intercalating and non-brooding molecule; b) the fluorescence of the dye solution selectively responds to the addition of a DNA sample to it, depending on the fluorescence and spectral characteristics of the studied nucleotide sequence in the same wavelength range due to the establishment of a common quantum-bound emission spectrum; c) the dye concentration is diluted to a certain level, adequate to the amount of DNA under study and its quantum regime, which allows one to detect changes in the dye fluorescence under the influence of a DNA sample with sufficient sensitivity.
2. Способ по п.1а, отличающийся тем, что в качестве флуоресцентного красителя используются неинтеркалирующие и не связывающиеся с бороздками ДНК красители типа FITC, FAM, R110, ТЕТ и аналогичные им в зеленом спектре, R6G, JOE, HEX, VIC, YakimaYellow в желто-зеленом спектре, TAMRA, Су3 и аналогичные им в желтом спектре, ROX, SuperROX, Су3.5 в оранжево-красном спектре, Су5, Су5.5, TexasRed и аналогичные им в красном спектре, Су7 и Су7.5 и аналогичные в ближнем ИК спектре.2. The method according to p. 1a, characterized in that non-intercalating and non-DNA grooved dyes such as FITC, FAM, R110, TET and the like in the green spectrum, R6G, JOE, HEX, VIC, YakimaYellow, are used as a fluorescent dye yellow-green spectrum, TAMRA, Cy3 and similar in the yellow spectrum, ROX, SuperROX, Cy3.5 in the orange-red spectrum, Cy5, Cy5.5, TexasRed and similar in the red spectrum, Cy7 and Cy7.5 and similar in near infrared spectrum.
3. Способ по п.1а, отличающийся тем, что в качестве флуоресцентного красителя используется любой подходящий по спектру синтетический природный или не встречающийся в природе флуорофор, который соответствует требованию отсутствия взаимодействия с внутренней структурой ДНК, в том числе не использовавшийся ранее для молекулярных исследований нуклеиновых кислот и белков.3. The method according to p. 1a, characterized in that any suitable natural or non-naturally occurring fluorophore is used as a fluorescent dye, which meets the requirement of the absence of interaction with the internal structure of DNA, including not previously used for molecular studies of nucleic acids acids and proteins.
4. Способ по п.1а, отличающийся тем, что в качестве флуоресцентного красителя используется любой подходящий по спектру флуорофор, который соответствует требованию отсутствия взаимодействия с внутренней структурой ДНК, представляющий собой природный метаболит человека или другого организма или его синтетический аналог, в том числе использующийся с целью моделирования процессов естественного квантового насыщения генетических структур.4. The method according to p. in order to simulate the processes of natural quantum saturation of genetic structures.
5. Способ по пп.1а и 1в, отличающийся тем, что молекула красителя представлена свободной флуорофорной группой, неинтеркалирующей и свободной по отношению к внутренней структуре ДНК, и присоединена к ее свободному 5' или 3' концу, либо встроена внутрь в виде модифицированного нуклеозида, в том числе с использованием комбинации с гасителем, обеспечивающим необходимый уровень занижения собственной флуоресценции красителя; в этом случае изучается влияние собственной последовательности зонда или других ДНК на флуоресценцию красителя в составе зонда.5. The method according to claims 1a and 1c, characterized in that the dye molecule is represented by a free fluorophore group, non-intercalating and free with respect to the internal structure of DNA, and attached to its free 5 'or 3' end, or integrated inside as a modified nucleoside , including using a combination with a quencher, providing the necessary level of underestimation of the dye's own fluorescence; in this case, the influence of the probe’s own sequence or other DNA on the fluorescence of the dye in the probe is studied.
6. Способ по п.16, отличающийся тем, что образец исследуемой ДНК-последовательности, в том числе в виде меченного зонда, используется в виде отдельного раствора, а не добавляется к раствору чистого красителя или красителя в составе зонда; в связи с этим изучается дистанционное влияние этой последовательности на флуоресценцию чистого красителя или меченного зонда (бесконтактный дистанционный вариант осуществления способа).6. The method according to clause 16, wherein the sample of the studied DNA sequence, including in the form of a labeled probe, is used as a separate solution, and is not added to the solution of pure dye or dye in the probe; in this regard, the remote influence of this sequence on the fluorescence of a pure dye or labeled probe is studied (non-contact remote variant of the method).
7. Способ по п.16, отличающийся тем, что образцы ДНК для проведения ДНК-спектрального анализа являются: а) синтетическими олигонуклеотидами различной длины, а также их дуплексами, представляющими собой мононуклеотидные, теломерные или генные последовательности, включая регуляторные элементы и некодирующие области; б) протяженными генными последовательностями, включая клонированные в векторе; в) фракциями двухцепочечной теломерной ДНК или однонитевых теломерных оверхенгов; г) тотальной геномной ДНК или ДНК отдельных хромосом и их фрагментов и т.п.7. The method according to p. 16, characterized in that the DNA samples for DNA spectral analysis are: a) synthetic oligonucleotides of various lengths, as well as their duplexes, which are mononucleotide, telomeric or gene sequences, including regulatory elements and non-coding regions; b) extended gene sequences, including cloned in a vector; c) fractions of double-stranded telomeric DNA or single-stranded telomeric overhangs; d) total genomic DNA or DNA of individual chromosomes and their fragments, etc.
8. Способ по п.16, отличающийся тем, что флуоресцентный спектр раствора красителя представлен волнами видимого света в широком диапазоне от фиолетового до красного, конкретизация которого определяется спектральными характеристиками используемого флуорофора и особенностями регистрации его флуоресценции на определенных длинах волн с помощью детектирующих приборов.8. The method according to p. 16, characterized in that the fluorescence spectrum of the dye solution is represented by visible light waves in a wide range from violet to red, the specification of which is determined by the spectral characteristics of the used fluorophore and the peculiarities of recording its fluorescence at specific wavelengths using detecting devices.
9. Способ по п.16, отличающийся тем, что флуоресцентный спектр раствора красителя представлен волнами УФ и ИК спектров в широком диапазоне, конкретизация которого определяется спектральными характеристиками используемого флуорофора и особенностями регистрации его флуоресценции на определенных длинах волн с помощью детектирующих приборов.9. The method according to clause 16, characterized in that the fluorescence spectrum of the dye solution is represented by waves of UV and IR spectra in a wide range, the specification of which is determined by the spectral characteristics of the used fluorophore and the peculiarities of recording its fluorescence at specific wavelengths using detecting devices.
10. Способ по п.16, отличающийся тем, что для проведения ДНК-спектрального флуоресцентного анализа используется набор флуоресцентных красителей с разными спектральными характеристиками, позволяющий исследовать влияние нуклеотидной последовательности в разных спектрах флуоресценции как моноканально, когда каждый краситель представлен отдельным раствором, так и мультиканально, когда используется смесь нескольких красителей в одном растворе.10. The method according to clause 16, wherein a set of fluorescent dyes with different spectral characteristics is used to conduct DNA spectral fluorescence analysis, which allows to study the effect of the nucleotide sequence in different fluorescence spectra both mono-channel, when each dye is represented by a separate solution, and multichannel when using a mixture of several dyes in one solution.
11. Способ по п.10, заключающийся в том, что для проведения ДНК-спектрального флуоресцентного анализа используется набор флуоресцентных красителей с разными спектральными характеристиками, отличающийся тем, что: а) степень разведения каждого из красителей обеспечивает приблизительно одинаковый квантовый выход исходной фоновой флуоресценции для обеспечения адекватного сравнения интенсивности цветовых каналов; б) интенсивность (яркость) возбуждающего излучения, соответствующего пику флуоресценции каждого из красителей, одинакова для всех цветов спектра.11. The method according to claim 10, which consists in the fact that for carrying out DNA spectral fluorescence analysis, a set of fluorescent dyes with different spectral characteristics is used, characterized in that: a) the degree of dilution of each of the dyes provides approximately the same quantum yield of the initial background fluorescence for providing adequate comparison of the intensity of color channels; b) the intensity (brightness) of the exciting radiation corresponding to the fluorescence peak of each of the dyes is the same for all colors of the spectrum.
12. Способ по п.1б, отличающийся тем, что регистрация изменения флуоресценции раствора красителя осуществляется с помощью любых флуориметров, флуориметров-спектрофотометров, флуоресцентных сканеров и детекторов согласно общепринятой техники флуорометрии и спектрометрии с использованием соответствующих используемым красителям светофильтров или светоразделителей, позволяющих проводить исследования широкого спектра пропускания для основных цветов флуоресценции, а также дискретизацию по отдельным длинам волн в рамках отдельных цветов спектра.12. The method according to p. 1b, characterized in that the registration of changes in the fluorescence of the dye solution is carried out using any fluorimeters, fluorimetry spectrophotometers, fluorescence scanners and detectors according to the generally accepted fluorometry and spectrometry techniques using the appropriate dye filters or light separators that allow studies of wide transmittance spectrum for primary fluorescence colors, as well as discretization by individual wavelengths within individual color in the spectrum.
13. Способ по пп.7а и 7б, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для исследования флуоресцентных свойств и спектральных характеристик генных последовательностей, представленных отдельными плюсовыми и минусовыми цепями, а также их дуплексами, в том числе регуляторных генных последовательностей и некодирующих областей, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции, а также изучения фотонного насыщения геноструктур как механизма квантово-оптической записи и спектрального кодирования наследственной информации.13. The method according to PP.7a and 7b, characterized in that the DNA spectral fluorescence analysis is used to study the fluorescence properties and spectral characteristics of gene sequences represented by individual plus and minus chains, as well as their duplexes, including regulatory gene sequences and non-coding ones areas in order to obtain spectral maps and color markers of the resulting fluorescence, as well as to study the photon saturation of the genostructures as a mechanism of quantum optical recording and spectrum ceiling elements encode genetic information.
14. Способ по пп.7а и 7б, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для исследования флуоресцентных свойств и спектральных характеристик рибонуклеотидов, представленных монуклеотидными последовательностями, нативными мРНК генов или их синтетическими фрагментами, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции транскриптов отдельных генов, их участков или всей совокупности мРНК клетки.14. The method according to PP.7a and 7b, characterized in that the DNA spectral fluorescence analysis is used to study the fluorescence properties and spectral characteristics of ribonucleotides represented by monucleotide sequences, native mRNA genes or their synthetic fragments, in order to obtain spectral maps and color markers of the resulting fluorescence of transcripts of individual genes, their regions or the entire set of cell mRNA.
15. Способ по п.7г, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для целей исследования нативных фракций ДНК отдельных хромосом и их фрагментов, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции, а также изучения роли их изменений в ходе хромосомных перестроек в геноме клетки.15. The method according to claim 7, characterized in that the DNA spectral fluorescence analysis is used for the study of native DNA fractions of individual chromosomes and their fragments, in order to obtain spectral maps and color markers of the resulting fluorescence, as well as to study the role of their changes during chromosomal rearrangements in the genome of the cell.
16. Способ по п.7а, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для исследования флуоресцентных свойств и спектральных характеристик синтетических теломерных последовательностей, представленных различными вариациями теломерных повторов ДНК и их окончаний, а также их дуплексами, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции, а также изучения их фотонного насыщения как механизма квантово-оптической записи и спектрального кодирования пролиферативной информации.16. The method according to claim 7a, characterized in that the DNA spectral fluorescence analysis is used to study the fluorescence properties and spectral characteristics of synthetic telomeric sequences represented by various variations of telomeric DNA repeats and their endings, as well as their duplexes, in order to obtain spectral maps and color markers of the resulting fluorescence, as well as the study of their photon saturation as a mechanism of quantum optical recording and spectral coding of proliferative information.
17. Способ по п.7в, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для целей исследования нативных фракций теломерной ДНК и теломерных оверхенгов, с целью изучения изменений их спектральных характеристик, в частности соотношения основных каналов флуоресценции и определения цветовых маркеров в ходе активации деления клетки и прохождения основных этапов клеточного цикла.17. The method according to claim 7c, characterized in that the DNA spectral fluorescence analysis is used to study native fractions of telomeric DNA and telomeric overhangs, in order to study changes in their spectral characteristics, in particular the ratio of the main fluorescence channels and the determination of color markers during activation cell division and the passage of the main stages of the cell cycle.
18. Способ по п.6, отличающийся тем, что для дистанционной спектральной диагностики в качестве образцов для исследования используются нативные живые биосистемы в виде культур клеток и тканей, органы и участки живого организма, организм в целом как источники единого поля ДНК; в этом случае растворы красителей или меченных зондов используются как биосенсоры и располагаются в непосредственной близости к исследуемому объекту и позволяют получить общую спектральную картинку, по изменению которой можно судить о функциональном состоянии объекта исследования.18. The method according to claim 6, characterized in that for remote spectral diagnostics, native living biosystems in the form of cell and tissue cultures, organs and parts of a living organism, the organism as a whole as sources of a single DNA field are used as samples for research; in this case, solutions of dyes or labeled probes are used as biosensors and are located in close proximity to the object under study and allow a general spectral picture to be obtained, by changing which one can judge the functional state of the object under study.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что использование контактного или бесконтактного вариантов его осуществления применяется для составления и использования схем корректирующего воздействия на биосистемы, действующих на основе физических источников фотонов, включая лазерные и светодиодные матрицы, флуоресцентных молекул, в том числе в комбинации с ДНК или отдельных последовательностей ДНК как источников биофлуоресценции; при этом корректирующие воздействие характеризуется определенной интенсивностью, спектральной характеристикой и продолжительностью, включая определенный режим переключения цветовых каналов в случае использования мультицветового спектра.
19. The method according to claim 1, characterized in that the use of contact or non-contact options for its implementation is used to compile and use corrective action schemes on biosystems based on physical photon sources, including laser and LED arrays, fluorescent molecules, including combinations with DNA or individual DNA sequences as sources of biofluorescence; while corrective action is characterized by a certain intensity, spectral characteristic and duration, including a certain mode of switching color channels in the case of using a multi-color spectrum.