RU2206615C1 - Method of partial dna sequencing for detection of mutations in short fragments of single-stranded dna using microchip - Google Patents

Method of partial dna sequencing for detection of mutations in short fragments of single-stranded dna using microchip Download PDF

Info

Publication number
RU2206615C1
RU2206615C1 RU2001128285/13A RU2001128285A RU2206615C1 RU 2206615 C1 RU2206615 C1 RU 2206615C1 RU 2001128285/13 A RU2001128285/13 A RU 2001128285/13A RU 2001128285 A RU2001128285 A RU 2001128285A RU 2206615 C1 RU2206615 C1 RU 2206615C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oligonucleotides
dna
microchip
immobilized
hybridization
Prior art date
Application number
RU2001128285/13A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Д. Мирзабеков
В.А. Василисков
А.А. Стомахин
Original Assignee
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН filed Critical Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
Priority to RU2001128285/13A priority Critical patent/RU2206615C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2206615C1 publication Critical patent/RU2206615C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: molecular biology, medicine. SUBSTANCE: mutations are detected by partial sequencing and using oligonucleotide microchip containing cells with immobilized taken sequences of synthetic oligonucleotides of definite length with hairpin structure. Method involves selection (theoretically) of oligonucleotides with length N (N-oligonucleotides) comprising self-closing hairpin structure. N-oligonucleotides are immobilized on micromatrix and nonself-complementary oligonucleotides with length n (n-oligonucleotides) are immobilized for hybridization butt. Melting point (Tm) of three variants of duplexes, namely: (1) DNA-immobilized N-oligonucleotide; (2) self-closing hairpin; (3) n- oligonucleotide immobilized N-oligonucleotide corresponds to inequality: Tm(1)>>Tm(2)>>Tm3. Test microchip is prepared with theoretically selected immobilized N-oligonucleotides and their hybridization is carried out with mixture of fluorescently labeled model DNA and each of theoretically selected n-oligonucleotides by selection of conditions for equilibration of energetics of AT- and GC-enriched oligonucleotides. Results are recorded by plotting melting curves using method of fluorescent analysis. Based on obtained data N-oligonucleotides are taken for preparing analytical microchip, n-oligonucleotides for hybridization butt and conditions for hybridization. EFFECT: simplified analysis, reduced time of analysis. 14 cl, 4 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к молекулярной биологии и медицине и рассматривает способ частичного секвенирования для определения мутаций в последовательностях ДНК. Обнаружение мутаций путем частичного секвенирования происходит с использованием олигонуклеотидного микрочипа, в ячейках которого иммобилизованы специально выбранные последовательности синтетических олигонуклеотидов определенной длины. The invention relates to molecular biology and medicine, and contemplates a partial sequencing method for determining mutations in DNA sequences. Partial sequencing of mutations is detected using an oligonucleotide microchip, in the cells of which specially selected sequences of synthetic oligonucleotides of a certain length are immobilized.

Изобретение включает оригинальную методику выбора и модификации олигонуклеотидов, иммобилизованных в ячейках микрочипа, и стыковых олигонуклеотидов, а также методику регистрации, анализа и интерпретации полученных результатов. The invention includes an original method for selecting and modifying oligonucleotides immobilized in microchip cells and butt oligonucleotides, as well as a method for recording, analyzing and interpreting the results.

Предшествующий уровень техники
Известен гибридизационный подход для секвенирования ДНК с использованием микрочипа, содержащего полный набор олигонуклеотидов определенной длины [Докл. АН СССР, 303 (1988) 1508-1511; Патент СССР 1794088; Патент СССР 2041261].
State of the art
A known hybridization approach for DNA sequencing using a microchip containing a complete set of oligonucleotides of a certain length [Dokl. USSR Academy of Sciences, 303 (1988) 1508-1511; USSR patent 1794088; USSR patent 2041261].

Сущность метода заключается в том, что фрагмент ДНК прочно связывается в тех ячейках микрочипа, в которых иммобилизованы олигонуклеотиды, полностью комплементарные участку фрагмента ДНК. Зная последовательность этих нуклеотидов, возможно восстановить последовательность исходного фрагмента или определить положение и тип мутации. Этот подход получил название "секвенирование путем гибридизации на олигонуклеотидном микрочипе". The essence of the method lies in the fact that the DNA fragment is firmly bound in those microchip cells in which oligonucleotides that are fully complementary to the DNA fragment are immobilized. Knowing the sequence of these nucleotides, it is possible to restore the sequence of the original fragment or to determine the position and type of mutation. This approach is called "sequencing by hybridization on an oligonucleotide microchip."

Известно, что секвенирование ДНК путем гибридизации возможно лишь для фрагментов ДНК ограниченной длины. Например, в случае гибридизации с октануклеотидным микрочипом длина анализируемого фрагмента ДНК не превышает приблизительно 200 нуклеотидов [J. Biomol. Struct. Dyn., 9 (1991) 399-410]. It is known that DNA sequencing by hybridization is possible only for DNA fragments of a limited length. For example, in the case of hybridization with an octanucleotide microchip, the length of the analyzed DNA fragment does not exceed approximately 200 nucleotides [J. Biomol. Struct. Dyn., 9 (1991) 399-410].

Наиболее очевидный путь развития указанного подхода - увеличение длины олигонуклеотидов в гибридизационной матрице - приводит к тому, что на микрочипе в поле анализа должно поместиться К ячеек (К=4N где N - длина олигонуклеотида), что сделает микрочип очень громоздким.The most obvious way of developing this approach - increasing the length of the oligonucleotides in the hybridization matrix - leads to the fact that K cells should fit on the microchip in the analysis field (K = 4 N where N is the length of the oligonucleotide), which will make the microchip very bulky.

Известен подход к увеличению эффективности секвенирования с помощью "непрерывной гибридизации встык". Его сущность состоит в том, что олигонуклеотиды длины N иммобилизуют на микрочипе, гибридизуют ДНК с матрицей иммобилизованных олигонуклеотидов, затем вводят короткие флуоресцентно меченные олигонуклеотиды длиной n и проводят гибридизацию, которая в случае образования совершенного дуплекса с ДНК и гибридизации встык к иммобилизованному олигонуклеотиду увеличивает эффективную длину олигонуклеотида на микрочипе до величины N+n [Молекуляр. биология, 27 (1993) 1126-1138]. A known approach to increasing the efficiency of sequencing using "continuous hybridization butt". Its essence lies in the fact that oligonucleotides of length N are immobilized on a microchip, DNA is hybridized with a matrix of immobilized oligonucleotides, then short fluorescently labeled oligonucleotides of length n are introduced and hybridization is carried out, which, in the case of formation of a perfect duplex with DNA and hybridization, increases the length of the oligonucleotide oligonucleotide oligonucleotide an oligonucleotide on a microchip to a value of N + n [Molecular. Biology, 27 (1993) 1126-1138].

Повышенная стабильность дуплекса n-олигонуклеотида (т. наз. стыкового олигонуклеотида) с ДНК в случае гибридизации встык обусловлена коаксиальным стэкинг-взаимодействием между N- и n-олигонуклеотидами [Nucleic Acids Res., 17 (1989) 4551-4565; Biochemistry, 29 (1990) 6017-6025; Nucleic Acids Res., 29 (2001) 2303-2313]. The increased stability of an n-oligonucleotide duplex (the so-called butt oligonucleotide) with DNA in the case of butt hybridization is due to the coaxial stacking interaction between N- and n-oligonucleotides [Nucleic Acids Res., 17 (1989) 4551-4565; Biochemistry, 29 (1990) 6017-6025; Nucleic Acids Res., 29 (2001) 2303-2313].

При иммобилизации октануклеотидов (N-олигонуклеотидов) на матрицу и гибридизации встык с различными наборами пентануклеотидов (n-олигонуклеотидов) длина секвенируемого с помощью октануклеотидной матрицы фрагмента ДНК увеличивается с 200 до нескольких тысяч нуклеотидов [J. Biomol. Struct. Dyn., 11 (1994) 797-812]. When immobilizing octanucleotides (N-oligonucleotides) onto a matrix and hybridizing end-to-end with different sets of pentanucleotides (n-oligonucleotides), the length of a DNA fragment sequenced using an octanucleotide matrix increases from 200 to several thousand nucleotides [J. Biomol. Struct. Dyn., 11 (1994) 797-812].

Однако способ реконструкции последовательности ДНК с использованием "непрерывной гибридизации встык" имеет ряд недостатков. However, a method for reconstructing a DNA sequence using “continuous butt hybridization” has several disadvantages.

Недостатки
1. Стерические затруднения в геле приводят к тому, что на микрочипе остается множество свободных мест. Стыковые олигонуклеотиды могут гибридизоваться на иммобилизованных N-олигонуклеотидах микрочипа (т. наз. паразитная перекрестная гибридизация), внося ложные сигналы, ухудшая технологические свойства микрочипа (уменьшая рабочий диапазон концентраций неизвестной пробы и надежность восстановления последовательности и снижая точность определения соотношения между нативной и мутантной формами в анализируемом образце).
disadvantages
1. Steric difficulties in the gel lead to the fact that a lot of free places remain on the microchip. Butt oligonucleotides can hybridize on immobilized N-oligonucleotides of a microchip (the so-called parasitic cross hybridization), introducing false signals, worsening the technological properties of the microchip (reducing the working range of concentrations of an unknown sample and the reliability of sequence recovery and reducing the accuracy of determining the ratio between native and mutant forms in analyzed sample).

2. а) Стыковые олигонуклеотиды могут образовывать тандемные структуры (паразитная тандемная гибридизация) на продолжении анализируемой одноцепочечной ДНК и давать ложный сигнал; что также приведет к ошибке в реконструкции ДНК;
б) стыковые олигонуклеотиды могут пристыковываться с другого конца N-олигонуклеотида и также давать ложный сигнал.
2. a) Butt oligonucleotides can form tandem structures (parasitic tandem hybridization) on the continuation of the analyzed single-stranded DNA and give a false signal; which will also lead to an error in DNA reconstruction;
b) butt oligonucleotides can dock at the other end of the N-oligonucleotide and also give a false signal.

3. Разная энергетика AT- и GС-богатых олигонуклеотидов (разные температуры диссоциации) не позволяет осуществлять мониторинг при одной температуре (т.е. проводить одновременное определение всех мутаций) и требует проведения нескольких раундов гибридизации и построения кривых плавления, что усложняет анализ и увеличивает его продолжительность, существенно усложняя аппаратный комплекс для мониторинга. 3. The different energies of AT- and GC-rich oligonucleotides (different dissociation temperatures) do not allow monitoring at the same temperature (ie, simultaneous determination of all mutations) and require several rounds of hybridization and construction of melting curves, which complicates the analysis and increases its duration, significantly complicating the hardware complex for monitoring.

4. Флуоресцентный метод не позволяет однозначно идентифицировать каждый из 45 пентануклеотидов, используемых для гибридизации встык из-за отсутствия соответствующего числа различающихся по своим параметрам флуоресцентных меток.4. The fluorescence method does not allow to unambiguously identify each of the 4 5 pentanucleotides used for end-to-end hybridization due to the absence of the corresponding number of fluorescent labels differing in their parameters.

В основу изобретения положена задача создания способа частичного секвенирования ДНК для определения мутаций в коротких фрагментах одноцепочечной ДНК с использованием микрочипа, позволяющего:
1) повысить надежность интерпретации результатов для восстановления исходной последовательности ДНК с целью локализации мутации;
2) повысить рабочий диапазон концентраций исследуемой пробы и увеличить соотношение сигнал/шум при анализе;
3) упростить анализ и сократить его продолжительность.
The basis of the invention is the creation of a method of partial DNA sequencing to determine mutations in short fragments of single-stranded DNA using a microchip, allowing:
1) increase the reliability of the interpretation of the results to restore the original DNA sequence in order to localize the mutation;
2) increase the working range of concentrations of the test sample and increase the signal-to-noise ratio during analysis;
3) to simplify the analysis and reduce its duration.

Поставленная задача решается предлагаемым изобретением. The problem is solved by the invention.

Сущность изобретения
Предлагается способ частичного секвенирования ДНК для определения мутаций в коротких фрагментах одноцепочечной ДНК с использованием микрочипа, включающий:
I. Выбор олигонуклеотидов длины N (N-олигонуклеотидов) для иммобилизации на микроматрицу и олигонуклеотидов длины n (n-олигонуклеотидов) для гибридизации встык к иммобилизованным N-олигонуклеотидам, образующих совершенные дуплексы с анализируемой ДНК, причем
выбор N-олигонуклеотидов для иммобилизации и n-олигонуклеотидов для гибридизации встык осуществляют в соответствии с нижеперечисленными критериями:
а) иммобилизованные последовательности на микрочипе (N-олигонуклеотиды) должны иметь самозакрывающуюся шпилечную структуру для предотвращения паразитной перекрестной гибридизации,
б) n-олигонуклеотиды должны быть несамокомплементарными и для предотвращения возможной паразитной тандемной гибридизации содержать терминатор стэкинга на нестыковом конце,
в) температуры плавления трех вариантов дуплексов, а именно, (1) ДНК - иммобилизованный N-олигонуклеотид, (2) самозакрывающаяся шпилька и (3) n-олигонуклеотиды - иммобилизованный N-олигонуклеотид, должны отвечать неравенству
Тпл(1)>>Тпл(2)>>Тпл(3) [1],
а логика выбора N- и n-олигонуклеотидов следует определенному алгоритму, который использует эмпирическую модель расчета термодинамических параметров ДНК-дуплексов [Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562].
SUMMARY OF THE INVENTION
A method is proposed for partial DNA sequencing to determine mutations in short fragments of single-stranded DNA using a microchip, including:
I. The choice of oligonucleotides of length N (N-oligonucleotides) for immobilization on a microarray and oligonucleotides of length n (n-oligonucleotides) for hybridization butt to immobilized N-oligonucleotides forming perfect duplexes with the analyzed DNA, moreover
the selection of N-oligonucleotides for immobilization and n-oligonucleotides for butt hybridization is carried out in accordance with the following criteria:
a) immobilized sequences on a microchip (N-oligonucleotides) must have a self-closing hairpin structure to prevent parasitic cross-hybridization,
b) n-oligonucleotides must be non-self-complementary and to prevent possible spurious tandem hybridization contain a stacking terminator at the non-seamless end,
c) the melting temperature of the three duplex variants, namely, (1) DNA - an immobilized N-oligonucleotide, (2) a self-closing hairpin, and (3) n-oligonucleotides - an immobilized N-oligonucleotide, must meet the inequality
T pl (1) >> T pl (2) >> T pl (3) [1],
and the logic of choosing N- and n-oligonucleotides follows a certain algorithm that uses an empirical model for calculating the thermodynamic parameters of DNA duplexes [Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562].

Подбор N-олигонуклеотидов для изготовления микрочипа, предназначенного для определения мутаций (аналитического микрочипа), и n-олигонуклеотидов для гибридизации встык с ними осуществляют с использованием микрочипа с теоретически выбранными иммобилизованными N-олигонуклеотидами (тестового микрочипа) путем проведения их гибридизации со смесью флуоресцентно меченных модельной ДНК и каждого из n-олигонуклеотидов в отдельности в условиях выравнивания энергетики AT- и GC-богатых олигонуклеотидов и регистрации результатов гибридизации путем построения кривых плавления, отвечающих термодинамическим переходам образующихся дуплексов, с использованием метода флуоресцентного анализа;
II. Иммобилизацию на микрочип N-олигонуклеотидов, причем
иммобилизацию N-олигонуклеотидов, отобранных в соответствии с п.1, проводят в буферном растворе при значениях рН, ионной силы и температуры, обеспечивающих закрытое состояние шпильки.
The selection of N-oligonucleotides for the manufacture of a microchip intended for determining mutations (analytical microchip) and n-oligonucleotides for hybridization with them is carried out using a microchip with theoretically selected immobilized N-oligonucleotides (test microchip) by hybridizing them with a fluorescence mixture DNA and each of the n-oligonucleotides separately under conditions of equalization of the energy of AT- and GC-rich oligonucleotides and registration of the results of hybridization constructing melting curves corresponding thermodynamic transitions duplexes formed, using the method of fluorescence analysis;
II. Immobilization on a microchip of N-oligonucleotides, moreover
the immobilization of N-oligonucleotides selected in accordance with claim 1, is carried out in a buffer solution at pH, ionic strength and temperature, providing a closed state of the hairpin.

III. Гибридизацию анализируемой ДНК и n-олигонуклеотидов с микрочипом, причем
для гибридизации с аналитическим микрочипом используют смесь анализируемой одноцепочечной ДНК и несамокомплементарных стыковых n-олигонуклеотидов, служащих масс-меткой при масс-спектрометрическом анализе или модифицированных введением масс-метки в случае вырожденности их масс, а гибридизацию проводят в условиях выравнивания энергетики AT- и GC-богатых олигонуклеотидов;
IV. Регистрацию результатов гибридизации, позволяющую осуществить интерпретацию полученных результатов в расшифровку мутации, причем
идентификацию n-олигонуклеотидов, образовавших совершенный дуплекс с анализируемой ДНК и пригибридизовавшихся встык к N-олигонуклеотидам, иммобилизованным на аналитическом микрочипе, проводят методом масс-спектрометрии;
V. Интерпретацию результатов гибридизации, причем
реконструкцию последовательности анализируемой ДНК проводят поэтапно, исходя из структур иммобилизованного N-олигонуклеотида, в состав которого входит фрагмент длиной L, образующий совершенный дуплекс с анализируемой ДНК, и n-олигонуклеотида, пригибридизовавшегося к нему встык, образующего совершенный дуплекс с ДНК при гибридизации и выявляемого на основании данных масс-спектрометрии. Положение ячейки аналитического микрочипа определяет структуру N-олигонуклеотида, содержащего L-фрагмент, комплементарный определенному участку анализируемой ДНК, а величина массы информативного пика в масс-спектре, зарегистрированном из этой ячейки, позволяет однозначно идентифицировать n-олигонуклеотид, причем для однозначной идентификации n-олигонуклеотидов в случае вырожденности их структуры используют различные линкеры в качестве масс-меток.
III. Hybridization of the analyzed DNA and n-oligonucleotides with a microchip, moreover
for hybridization with an analytical microchip, a mixture of the analyzed single-stranded DNA and non-self-complementary butt n-oligonucleotides that serve as a mass label in mass spectrometric analysis or modified by introducing a mass label in case of degeneracy of their masses are used, and hybridization is carried out under conditions of equalization of the AT and GC- energies rich oligonucleotides;
IV. Registration of the results of hybridization, allowing the interpretation of the results in decoding the mutation, and
identification of n-oligonucleotides that have formed a perfect duplex with the analyzed DNA and hybridized end-to-end to N-oligonucleotides immobilized on an analytical microchip is carried out by mass spectrometry;
V. Interpretation of hybridization results, moreover
the reconstruction of the sequence of the analyzed DNA is carried out in stages, based on the structures of the immobilized N-oligonucleotide, which includes a fragment of length L, which forms a perfect duplex with the analyzed DNA, and an n-oligonucleotide, which hybridizes end-to-end to it, which forms a perfect duplex with DNA upon hybridization and detected on based on mass spectrometry data. The cell position of the analytical microchip determines the structure of an N-oligonucleotide containing an L-fragment complementary to a specific region of the analyzed DNA, and the mass of the informative peak in the mass spectrum recorded from this cell allows one to uniquely identify the n-oligonucleotide, and for unambiguous identification of n-oligonucleotides in the case of degeneracy of their structure, various linkers are used as mass tags.

Таким образом определяется последовательность "L+n" в ячейке. Анализ последовательностей иммобилизованных в ячейках микрочипа N-олигонуклеотидов с частичным перекрыванием (метод черепицы) в сочетании с идентификацией пристыковавшихся к ним n-олигонуклеотидов позволяет реконструировать последовательность анализируемой ДНК. Сравнение реконструированных последовательностей ДНК дикого и мутантных типов позволяет однозначно расшифровать мутации. This determines the sequence "L + n" in the cell. The analysis of the sequences of partially overlapping N-oligonucleotides immobilized in the microarray cells (tile method) in combination with the identification of n-oligonucleotides attached to them allows reconstructing the sequence of the analyzed DNA. Comparison of the reconstructed DNA sequences of wild and mutant types makes it possible to uniquely decipher the mutations.

В качестве флуоресцентной метки n-олигонуклеотидов при построении кривых плавления на тестовом микрочипе используют краситель Техасский красный (Texas Red). As a fluorescent label of n-oligonucleotides, the Texas Red dye is used to plot the melting curves on a test microchip.

Для введения флуоресцентной метки в модельную ДНК при построении кривых плавления на тестовом микрочипе используют флуоресцеинизотиоцианат (FITC). To introduce a fluorescent label into model DNA, fluoresceinisothiocyanate (FITC) is used to construct melting curves on a test microchip.

В качестве масс-меток для анализа методом масс-спектрометрии используют комбинации стандартных аминолинкеров разной длины, связанных с n-олигонуклеотидами при их синтезе стандартным автоматизированным фосфорамидитным методом. As mass labels for analysis by mass spectrometry, combinations of standard aminolinkers of different lengths associated with n-oligonucleotides in their synthesis by the standard automated phosphoramidite method are used.

В качестве терминаторов стэкинга используют FITC, Texas Red или их аналоги или уреидное производное 2'-дезоксирибозы. As stacking terminators, FITC, Texas Red or their analogs or a ureide derivative of 2'-deoxyribose are used.

Способ предусматривает использование микрочипа, представляющего собой микроматрицу с иммобилизованными N-олигонуклеотидами, имеющими шпилечную структуру, фрагмент каждого из которых комплементарен константному участку анализируемого гена в области мутаций. The method involves the use of a microchip, which is a microarray with immobilized N-oligonucleotides having a hairpin structure, a fragment of each of which is complementary to a constant region of the analyzed gene in the region of mutations.

Микрочип с иммобилизованными N-олигонуклеотидами, на котором проводят подбор N-олигонуклеотидов, n-олигонуклеотидов и условий гибридизации с модельной ДНК путем определения температур плавления дуплексов с использованием флуоресцентного анализа и термодинамических параметров с тем, чтобы температуры плавления дуплексов отвечали неравенству [1], является тестовым. A microchip with immobilized N-oligonucleotides, which selects N-oligonucleotides, n-oligonucleotides and hybridization conditions with model DNA by determining the melting points of duplexes using fluorescence analysis and thermodynamic parameters so that the melting points of the duplexes meet the inequality [1], is test.

Микрочип с иммобилизованными N-олигонуклеотидами, подобранными на тестовом микрочипе, является аналитическим. Анализ результатов гибридизации на аналитическом микрочипе проводят с использованием метода масс-спектрометрии. A microchip with immobilized N-oligonucleotides selected on a test microchip is analytical. The analysis of the results of hybridization on an analytical microchip is carried out using the method of mass spectrometry.

Способ предусматривает использование микрочипа, специально приготовленного для решения конкретных задач, содержащего небольшое количество ячеек с иммобилизованными последовательностями, подобранными для каждого конкретного случая, с целью максимизировать чувствительность и рабочий диапазон метода. The method involves the use of a microchip specially prepared for solving specific problems, containing a small number of cells with immobilized sequences selected for each specific case, in order to maximize the sensitivity and working range of the method.

Раскрытие сущности изобретения
Предлагаемый способ определения мутаций в гене предполагает вначале изучение того участка гена, в котором будут определяться мутации, используя литературные данные. При этом выделяют участки, содержащие мутации.
Disclosure of the invention
The proposed method for determining mutations in a gene first involves the study of the region of the gene in which mutations will be determined using literature data. In this case, sections containing mutations are isolated.

Для определения мутаций используют микрочипы двух типов - тестовый и аналитический. To determine the mutations, two types of microchips are used - test and analytical.

Микрочип представляет собой микроматрипу полиакриламидного геля, содержащую ячейки с иммобилизованными олигонуклеотидами. A microchip is a polyacrylamide gel microarray containing cells with immobilized oligonucleotides.

Используя эмпирическую модель расчета термодинамических параметров ДНК-дуплексов [Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562], выбирают возможные N-олигонуклеотиды и n-олигонуклеотиды, которые должны участвовать в образовании совершенных дуплексов с константными участками анализируемой ДНК и соответственно с ее вариабельными участками, в которых локализованы все возможные мутации ("горячие точки" гена), причем от количества мутаций зависит количество необходимых стыковых олигонуклеотидов. В случае, когда мутации стоят близко, и расстояние между ними меньше, чем длина комплементарной к ДНК последовательности N-олигонуклеотида (без учета длины шпилечной части), другая (соседняя) мутация (недетектируемая в данной ячейке), попадала бы в зону гибридизации N-олигонуклеотида и вносила бы дополнительную нестабильность, так как возможно образовывался бы мисматч, дестабилизирующий дуплекс N-олигонуклеотида с ДНК. Решение проблемы состоит во введении в N-олигонуклеотид одного или нескольких универсальных оснований (преимущественно нитроиндола) напротив мутации в ДНК и в перерасчете всей термодинамической схемы олигонуклеотидов согласно NN1 модели с учетом термодинамических коэффициентов для универсальных оснований [см. Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562]. Using an empirical model for calculating the thermodynamic parameters of DNA duplexes [Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562], select possible N-oligonucleotides and n-oligonucleotides that should participate in the formation of perfect duplexes with constant regions of the analyzed DNA and, accordingly, with its variable regions, in which all possible mutations ("hot spots" of the gene) are localized, and the number of necessary butt oligonucleotides depends on the number of mutations. In the case when the mutations are close and the distance between them is less than the length of the N-oligonucleotide sequence complementary to DNA (without taking into account the length of the hairpin part), another (neighboring) mutation (not detected in this cell) would fall into the N- hybridization zone oligonucleotide and would introduce additional instability, since a mismatch would possibly form, destabilizing the duplex of the N-oligonucleotide with DNA. The solution to the problem is to introduce one or several universal bases (mainly nitroindole) into the N-oligonucleotide opposite the mutation in DNA and to recalculate the entire thermodynamic scheme of oligonucleotides according to the NN1 model taking into account the thermodynamic coefficients for universal bases [see Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562].

Синтезируют выбранные N-олигонуклеотиды, которые предназначены для иммобилизации на тестовом микрочипе. Синтезируют модельные флуоресцентно меченные ДНК-мишени и флуоресцентно меченные n-олигонуклеотиды, флуоресцентные метки в которых различны. The selected N-oligonucleotides that are intended to be immobilized on a test microchip are synthesized. Synthesize model fluorescently labeled target DNA and fluorescently labeled n-oligonucleotides, in which the fluorescent labels are different.

N-Олигонуклеотиды имеют самозакрывающуюся шпилечную структуру, их иммобилизуют на матрицу в условиях, обеспечивающих закрытое состояние шпильки. Преимущество использования иммобилизованного N-олигонуклеотида в виде самозакрывающейся шпильки состоит в том, что такая структура позволяет подавить паразитную перекрестную гибридизацию. N-oligonucleotides have a self-closing hairpin structure, they are immobilized on the matrix under conditions that provide a closed state of the hairpin. The advantage of using an immobilized N-oligonucleotide in the form of a self-closing hairpin is that this structure allows to suppress parasitic cross-hybridization.

Стыковые n-олигонуклеотиды несамокомплементарны и для предотвращения возможной паразитной тандемной гибридизации содержат терминатор стэкинга на нестыковом конце. The butt n-oligonucleotides are non-self-complementary and contain a stacking terminator at the non-seamless end to prevent possible spurious tandem hybridization.

Температуры плавления (Тпл) трех вариантов дуплексов, а именно (1) ДНК - иммобилизованный N-олигонуклеотид, (2) самозакрывающаяся шпилька и (3) n-олигонуклеотиды - иммобилизованный N-олигонуклеотид, должны отвечать условию Тпл(1)>>Тпл(2)>>Тпл(3) [1], т.е. термодинамика шпильки должна быть подобрана так, чтобы она была полностью открыта при гибридизации с ДНК, полностью закрыта в ее отсутствии и не гибридизовалась с n-олигонуклеотидами в закрытом состоянии. При образовании совершенного дуплекса с ДНК шпилька должна оставаться открытой, и стыковой n-олигонуклеотид должен гибридизоваться встык к концу шпилечного N-олигонуклеотида. Именно в этом случае стэкинг-эффект проявляется с наибольшей силой, и в методе достигается максимальная дискриминация.The melting points (T PL ) of the three duplex variants, namely (1) DNA - an immobilized N-oligonucleotide, (2) a self-closing hairpin, and (3) n-oligonucleotides - an immobilized N-oligonucleotide, must meet the condition T mp (1) >> T pl (2) >> T pl (3) [1], i.e. the thermodynamics of the hairpin must be selected so that it is completely open during hybridization with DNA, completely closed in its absence and not hybridized with n-oligonucleotides in the closed state. When a perfect duplex with DNA is formed, the hairpin must remain open, and the butt n-oligonucleotide must hybridize end-to-end to the end of the hairpin N-oligonucleotide. It is in this case that the stacking effect is manifested with the greatest force, and maximum discrimination is achieved in the method.

Иммобилизованные на тестовом микрочипе N-олигонуклеотиды гибридизуют с флуоресцентно меченными ДНК и n-олигонуклеотидами в условиях выравнивания энергетики AT- и GС-богатых олигонуклеотидов, что обеспечивается использованием уравнивающих буферных растворов. N-oligonucleotides immobilized on a test microchip hybridize with fluorescently labeled DNA and n-oligonucleotides under conditions of equalization of the energy of AT- and GC-rich oligonucleotides, which is ensured by the use of equalization buffer solutions.

Варьируя длину N-олигонуклеотидов и конструкцию шпилек, иммобилизованных на тестовом микрочипе, подбирают температуры плавления всех трех типов дуплексов в заведомо нужном узком диапазоне, чтобы соблюдалось приведенное выше неравенство [1] сразу для всех ячеек микрочипа и всех n-олигонуклеотидов смеси. By varying the length of the N-oligonucleotides and the design of the hairpins immobilized on the test microchip, the melting points of all three types of duplexes are selected in a known narrow range so that the above inequality [1] is observed for all cells of the microchip and all n-oligonucleotides of the mixture.

Плавление олигонуклеотидных дуплексов, иммобилизованых на тестовом микрочипе, проводят с помощью управляемого термостолика, а регистрацию плавления проводят с помощью автоматизированного флуоресцентного микроскопа, оборудованного высокочувствительной ПЗС-камерой, подключенной к компьютеру. Массив экспериментальных данных, полученных в ходе плавления, обрабатывают с помощью компьютерной программы, которая вычисляет температуры плавления и термодинамические параметры дуплексов. The oligonucleotide duplexes immobilized on the test microchip are melted using a controlled thermostol, and the melting is recorded using an automated fluorescence microscope equipped with a highly sensitive CCD camera connected to a computer. An array of experimental data obtained during melting is processed using a computer program that calculates the melting temperatures and thermodynamic parameters of duplexes.

Подобранные таким путем N-олигонуклеотиды, обеспечивающие выполнение указанного выше неравенства, используют для приготовления аналитического микрочипа. N-oligonucleotides selected in this way, ensuring the fulfillment of the above inequality, are used to prepare an analytical microchip.

Затем проводят определение мутации в анализируемой ДНК. Для этого аналитический микрочип гибридизуют со смесью подготовленной пробы и n-олигонуклеотидов, которые также выбраны с использованием тестового микрочипа и предназначены для анализа методом масс-спектрометрии. Олигонуклеотиды, различающиеся по молекулярным массам, используют без дополнительной модификации, тогда как в случае вырожденности масс их модифицируют введением стандартных аминолинкеров. Then carry out the determination of mutations in the analyzed DNA. For this, the analytical microchip is hybridized with a mixture of the prepared sample and n-oligonucleotides, which are also selected using a test microchip and are intended for analysis by mass spectrometry. Oligonucleotides that differ in molecular masses are used without further modification, while in the case of mass degeneracy they are modified by the introduction of standard aminolinkers.

По окончании гибридизации микрочип отмывают от неспецифически связавшихся олигонуклеотидов и нагревают в присутствии масс-спектральной матрицы для разрушения дуплексов n-олигонуклеотидов, пригибридизовавшихся встык к N-олигонуклеотидам, с анализируемой ДНК. Высвободившиеся стыковые n-олигонуклеотиды регистрируют с помощью масс-спектрометрии. Положение ячейки аналитического микрочипа определяет структуру N-олигонуклеотида, содержащего фрагмент, комплементарный определенному участку анализируемой ДНК, а величина массы информативного пика в масс-спектре, зарегистрированном из этой ячейки, позволяет однозначно идентифицировать n-олигонуклеотид. At the end of hybridization, the microchip is washed from non-specifically bound oligonucleotides and heated in the presence of a mass spectral matrix to destroy duplexes of n-oligonucleotides that hybridize end-to-end to N-oligonucleotides with the analyzed DNA. Released butt n-oligonucleotides recorded using mass spectrometry. The cell position of the analytical microchip determines the structure of the N-oligonucleotide containing a fragment complementary to a certain region of the analyzed DNA, and the mass of the informative peak in the mass spectrum recorded from this cell allows us to uniquely identify the n-oligonucleotide.

При гибридизации смеси мишени и стыковых олигонуклеотидов только один из них гибридизуется встык к иммобилизованному олигонуклеотиду с образованием совершенного дуплекса. Возможно также образование мисматчевого дуплекса стыкового олигонуклеотида с раскрытой частью шпильки, что, однако, не мешает детекции. When hybridizing a mixture of target and butt oligonucleotides, only one of them hybridizes end-to-end to the immobilized oligonucleotide with the formation of a perfect duplex. It is also possible the formation of a mismatch duplex of the butt oligonucleotide with the open part of the hairpin, which, however, does not interfere with detection.

Определение мутаций проводят, сравнивая последовательности n-олигонуклеотидов, комплементарных вариабельным участкам ДНК дикого типа и исследуемой пробы. Mutations are determined by comparing sequences of n-oligonucleotides complementary to the variable regions of wild-type DNA and the test sample.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами и фигурами, на которых
фиг.1 изображает принципиальную схему гибридизации ДНК и стыковых олигонуклеотидов с иммобилизованными олигонуклеотидами, как обладающими, так и не обладающими шпилечной структурой;
фиг. 2 представляет масс-спектры пентануклеотидов: пригибридизовавшегося встык к иммобилизованному олигонуклеотиду и "паразитного";
фиг.3 представляет принцип функционирования аналитического микрочипа;
фиг. 4 представляет результаты определения точечных мутаций в rроВ гене микобактерии Mycobacterium tuberculosis.
The invention is illustrated by the following examples and figures, in which
figure 1 depicts a schematic diagram of the hybridization of DNA and butt oligonucleotides with immobilized oligonucleotides, both with and without hairpin structure;
FIG. 2 represents the mass spectra of pentanucleotides: hybridized end-to-end to the immobilized oligonucleotide and “parasitic”;
figure 3 represents the principle of operation of the analytical microchip;
FIG. 4 presents the results of determining point mutations in the rpoB gene of mycobacterium Mycobacterium tuberculosis.

Пример 1. Использование самозакрывающихся шпилечных структур для повышения надежности определения мутации в анализируемой ДНК. Example 1. The use of self-closing hairpin structures to increase the reliability of determining the mutation in the analyzed DNA.

Теоретически выбранные 5-, 10- и 21-членные олигонуклеотиды и нуклеотиды-мишени синтезируют на ABI-394 ДНК-РНК синтезаторе (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). 3'-Аминогруппу вводят в 10- и 21-членные олигонуклеотиды с помощью 3' -аминомодификатора С7 CPG (Glen Research Corp., Sterling, VA, USA) в процессе синтеза. Олигонуклеотиды очищают с помощью обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии на С-18 Nucleosil (Sigma, St Louis, МО, USA) или с помощью электрофореза в денатурирующем полиакриламидном геле.Theoretically selected 5-, 10-, and 21-membered oligonucleotides and target nucleotides are synthesized on an ABI-394 DNA RNA synthesizer (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). The 3′-amino group is introduced into 10- and 21-membered oligonucleotides using a 3 ′ amino modifier C 7 CPG (Glen Research Corp., Sterling, VA, USA) during the synthesis. Oligonucleotides are purified by reverse phase high performance liquid chromatography on C-18 Nucleosil (Sigma, St Louis, MO, USA) or by electrophoresis in denaturing polyacrylamide gel.

Масс-спектры регистрируют на масс-спектрометре Kompact MALDI 4 (Kratos Analytical, Chestnut Ridge, NY, USA). Mass spectra were recorded on a Kompact MALDI 4 mass spectrometer (Kratos Analytical, Chestnut Ridge, NY, USA).

Микрочипы, содержащие 10- и 21-членные олигонуклеотиды, иммобилизованные в полиакриламидном геле, изготавливают по стандартной технологии [Proc. Natl Acad. Sci. USA, 93 (1996) 4913-4118]. Microchips containing 10- and 21-membered oligonucleotides immobilized in a polyacrylamide gel are manufactured using standard technology [Proc. Natl Acad. Sci. USA, 93 (1996) 4913-4118].

Микрочипы для масс-спектрального мониторинга изготавливают на электропроводящей кремниевой подложке размером 50•10•0,3 мм, они состоят из 2 гелевых ячеек размером 1•1•0,02 мм, которые отстоят друг от друга на 1,5 мм. Каждая гелевая ячейка фрагментирована и состоит из массива микроячеек размером 0,1•0,1•0,02 мм. Microchips for mass spectral monitoring are made on an electrically conductive silicon substrate with a size of 50 • 10 • 0.3 mm, they consist of 2 gel cells with a size of 1 • 1 • 0.02 mm, which are 1.5 mm apart. Each gel cell is fragmented and consists of an array of microcells measuring 0.1 • 0.1 • 0.02 mm.

Модельный микрочип содержит 2 ячейки (фиг.1). В одной из них иммобилизован обычный (линейный) 10-членный олигонуклеотид (L), а во второй - самозакрывающаяся шпилька (21-членный олигонуклеотид, N), оба олигонуклеотида способны образовывать дуплексы одинаковой протяженности (10 п.о.) с анализируемой ДНК. Обе ячейки гибридизуют с ДНК, содержащей мутацию в зоне стэкинга 5-членного n-пентануклеотида с иммобилизованным L- или N-олигонукдеотидом в 1 М ТЕАА буфере при рН 7,0 и 15oС в течение суток. Перед гибридизацией микрочип с гибридизационным раствором прогревают при 60oС в течение 5 минут, после чего температуру резко понижают до 15oС.Model microchip contains 2 cells (figure 1). In one of them, a regular (linear) 10-membered oligonucleotide (L) is immobilized, and in the second a self-closing hairpin (21-membered oligonucleotide, N), both oligonucleotides are able to form duplexes of the same length (10 bp) with the analyzed DNA. Both cells hybridize with DNA containing a mutation in the stacking zone of a 5-membered n-pentanucleotide with immobilized L- or N-oligonucleotide in 1 M TEAA buffer at pH 7.0 and 15 ° C. for a day. Before hybridization, the microchip with the hybridization solution is heated at 60 o C for 5 minutes, after which the temperature is sharply reduced to 15 o C.

После гибридизации микрочип отмывают от неспецифически связавшихся олигонуклеотидов при 5oС в течение 10 минут. Далее на каждую ячейку микрочипа наносят 0.7 мкл раствора масс-спектральной матрицы (0,3% цитрат аммония и насыщенный раствор 2-амино-5-нитропиридина (2A5NP, Sigma)) и микрочип инкубируют в герметичных условиях при точке росы и 55oС в течение 20 мин. Затем микрочип быстро высушивают, помещают в масс-спектрометр и с каждой ячейки регистрируют масс-спектры (фиг. 2). С целью проверки надежности и точности предлагаемого способа прямого масс-спектрального анализа микрочипа олигонуклеотиды из ячеек элюируют на стандартный слайд для анализа фирмы KRATOS. Масс-спектры получают в линейном режиме с импульсной экстракцией и регистрацией отрицательных ионов.After hybridization, the microchip is washed from non-specifically bound oligonucleotides at 5 ° C. for 10 minutes. Then, 0.7 μl of a solution of the mass spectral matrix (0.3% ammonium citrate and a saturated solution of 2-amino-5-nitropyridine (2A5NP, Sigma)) is applied to each cell of the microchip and the microchip is incubated under sealed conditions at a dew point of 55 ° C in within 20 minutes Then the microchip is quickly dried, placed in a mass spectrometer, and mass spectra are recorded from each cell (Fig. 2). In order to verify the reliability and accuracy of the proposed method of direct mass spectral analysis of the microchip, the oligonucleotides from the cells are eluted on a standard slide for analysis by KRATOS. Mass spectra are obtained in a linear mode with pulsed extraction and registration of negative ions.

Вследствие стерических затруднений в геле в гибридизации с ДНК участвует 5% иммобилизованных олигонуклеотидов (фиг.1, цифры условные), причем в соответствии с разной устойчивостью дуплексов (см. выше, неравенство [1]) гибридизация со шпилькой сопровождается ее раскрытием. Затем микрочип гибридизуют со смесью стыковых n-олигонуклеотидов, один из которых (информативный, n1) комплементарен ДНК в зоне мутации и стыкуется с иммобилизованной последовательностью; его содержание соответствует содержанию пригибридизовавшейся ДНК (не более 5%) в обеих ячейках.Due to steric difficulties in the gel, 5% of the immobilized oligonucleotides are involved in hybridization with DNA (Fig. 1, conditional numbers), moreover, in accordance with the different resistance of duplexes (see inequality [1] above), hybridization with a hairpin is accompanied by its opening. Then the microchip is hybridized with a mixture of butt n-oligonucleotides, one of which (informative, n 1 ) is complementary to DNA in the mutation zone and mates with the immobilized sequence; its content corresponds to the content of hybridized DNA (not more than 5%) in both cells.

Другой n-олигонуклеотид смеси (n2) способен гибридизоваться с иммобилизованным L-олигонуклеотидом, не участвовавшим в гибридизации с ДНК (до 95%, ячейка 1), или со свободной половиной иммобилизованной шпильки (N-олигонуклеотидом), раскрывшейся в результате гибридизации с ДНК (не более 5%, ячейка 2). Такая паразитная перекрестная гибридизация приводит к появлению "паразитного" пика в масс-спектре. Как видно из приведенной схемы (фиг.1) и экспериментально полученных масс-спектров (фиг.2), паразитный пик превышает по интенсивности информативный пик в случае иммобилизации обычного олигонуклеотида (ячейка 1) и практически отсутствует в ячейке 2, содержащей иммобилизованную шпилечную структуру. Тем самым существенно повышается надежность определения мутации в анализируемой ДНК.The other n-oligonucleotide of the mixture (n 2 ) is able to hybridize with an immobilized L-oligonucleotide that has not participated in hybridization with DNA (up to 95%, cell 1), or with the free half of the immobilized hairpin (N-oligonucleotide), revealed as a result of hybridization with DNA (no more than 5%, cell 2). Such parasitic cross hybridization leads to the appearance of a “parasitic” peak in the mass spectrum. As can be seen from the above diagram (Fig. 1) and experimentally obtained mass spectra (Fig. 2), the spurious peak is higher in intensity than the informative peak in the case of immobilization of a conventional oligonucleotide (cell 1) and is practically absent in cell 2 containing an immobilized hairpin structure. This significantly increases the reliability of determining the mutation in the analyzed DNA.

Результаты масс-спектрального анализа микрочипа и слайда совпадают. The results of mass spectral analysis of the microchip and slide are the same.

Предлагаемый данным изобретением способ был применен к реальной модели - детекции мутаций, приводящих к устойчивости к рифампицину у Mycobacterium tuberculosis. The method proposed by this invention was applied to a real model - the detection of mutations leading to rifampicin resistance in Mycobacterium tuberculosis.

Основной проблемой, возникающей при лечении туберкулеза, является устойчивость штаммов микобактерий к антибиотикам. Рифампицин является наиболее распространенным препаратом для лечения туберкулеза, поэтому быстрое определение устойчивости к нему имеет большое медицинское и экономическое значение. The main problem encountered in the treatment of tuberculosis is the resistance of mycobacterial strains to antibiotics. Rifampicin is the most common drug for the treatment of tuberculosis, so a quick determination of resistance to it is of great medical and economic importance.

Пример 2. Определение мутаций в rроВ гене микобактерий Mycobacterium tuberculosis. Example 2. Determination of mutations in the rpoB gene of mycobacteria Mycobacterium tuberculosis.

Подавляющее большинство мутаций, вызывающих у микобактерий устойчивость к рифампицину, являются точечными и сосредоточены в достаточно небольшой (~ 80 п. о.) вариабельной области rроВ гена, кодирующего β-субъединицу РНК-полимеразы. The vast majority of mutations that cause rifampicin resistance in mycobacteria are point-wise and concentrated in a rather small (~ 80 bp) variable region of the rpoB gene encoding the β-subunit of RNA polymerase.

Последовательность этой области гена представлена на фиг.3 и 4, причем мутации M1-М4 локализованы только лишь в четырех "горячих точках", разделенных между собой константными участками. The sequence of this region of the gene is shown in FIGS. 3 and 4, and the M1-M4 mutations are localized in only four “hot spots” separated by constant regions.

Определение мутаций предполагает использование двух типов микрочипов - тестового и аналитического. The definition of mutations involves the use of two types of microchips - test and analytical.

Первый из них служит для подбора n- и N-олигонуклеотидов, чтобы температуры плавления соответствующих дуплексов отвечали неравенству [I]. Подбор производят с помощью построения кривых плавления на микрочипе с использованием флуоресцентного микроскопа [J. Opt. Technol., 65 (1998) 938-941]. Подобранные таким путем N-олигонуклеотиды используют для приготовления аналитического микрочипа. The first of them serves to select n- and N-oligonucleotides so that the melting points of the corresponding duplexes correspond to inequality [I]. Selection is made by constructing melting curves on a microchip using a fluorescence microscope [J. Opt. Technol., 65 (1998) 938-941]. N-oligonucleotides selected in this way are used to prepare an analytical microchip.

Для подбора N- и n-олигонуклеотидов были синтезированы пять 81-членных нуклеотидов-мишеней, содержащие вариабельную часть rроВ гена и соответствующие одному дикому типу микобактерий и четырем мутантным, мутации в которых ответственны за следующие замены аминокислот: 1) 516 Asp-Val, 2) 522 Ser-Leu, 3) 526 His-Leu и 4) 531 Ser-Leu. Для подбора термодинамических параметров методом флуоресцентного анализа и последующего изготовления аналитического микрочипа во все мишени были введены флуоресцентные метки. To select the N- and n-oligonucleotides, five 81-membered target nucleotides were synthesized, containing the variable part of the rpoB gene and corresponding to one wild type of mycobacteria and four mutant, mutations in which are responsible for the following amino acid substitutions: 1) 516 Asp-Val, 2 ) 522 Ser-Leu; 3) 526 His-Leu; and 4) 531 Ser-Leu. To select the thermodynamic parameters by the method of fluorescence analysis and the subsequent manufacture of an analytical microchip, fluorescent labels were introduced into all targets.

Теоретически выбранные 5-членные и 27-членные олигонуклеотиды (n- и N-олигонуклеотиды) и 81-членные нуклеотиды-мишени синтезируют на ABI-394 ДНК-РНК синтезаторе (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). 3'-Аминогруппу вводят в N-олигонуклеотиды с помощью 3'-амино-модификатора С7 CPG (Glen Research Corp., Sterling, VA, USA) в процессе синтеза. Введение FITC-метки в и 81-членные нуклеотиды-мишени и TR-метки в n-олигонуклеотиды осуществляют с помощью стандартного протокола [Haugland,R.P., (1996) Hadnbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals, 6th Edn., Molecular Probes Inc., Eugene, OR, USA]. Немеченные и флуоресцентно меченные олигонуклеотиды очищают с помощью обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии на С-18 Nucleosil (Sigma, St Louis, МО, USA) или с помощью электрофореза в денатурирующем полиакриламидном геле.Theoretically selected 5-membered and 27-membered oligonucleotides (n- and N-oligonucleotides) and 81-membered target nucleotides are synthesized on an ABI-394 DNA RNA synthesizer (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). The 3'-amino group is introduced into the N-oligonucleotides using the 3'-amino C 7 CPG modifier (Glen Research Corp., Sterling, VA, USA) during the synthesis. The introduction of FITC tags into and 81-membered target nucleotides and TR tags into n-oligonucleotides is carried out using the standard protocol [Haugland, RP, (1996) Hadnbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals, 6th Edn., Molecular Probes Inc., Eugene, OR, USA]. Unlabeled and fluorescently labeled oligonucleotides are purified by C-18 Nucleosil reverse phase high performance liquid chromatography (Sigma, St Louis, MO, USA) or by denaturing polyacrylamide gel electrophoresis.

Масс-спектры регистрируют на масс-спектрометре Kompact MALDI 4 (Kratos Analytical, Chestnut Ridge, NY, USA). Mass spectra were recorded on a Kompact MALDI 4 mass spectrometer (Kratos Analytical, Chestnut Ridge, NY, USA).

Микрочипы для масс-спектрального мониторинга изготавливают на электропроводящей кремниевой подложке размером 50•10•0,3 мм, они имеют линейную упорядоченность, состоят из 4-х гелевых ячеек размером 1•1•0,02 мм, которые отстоят друг от друга на 1,5 мм. Каждая гелевая ячейка была фрагментирована и состояла из массива микроячеек размером 0,1•0,1•0,02 мм. Microchips for mass spectral monitoring are made on an electrically conductive silicon substrate with a size of 50 • 10 • 0.3 mm, they have linear ordering, consist of 4 gel cells with a size of 1 • 1 • 0.02 mm, which are separated by 1 5 mm. Each gel cell was fragmented and consisted of an array of microcells measuring 0.1 • 0.1 • 0.02 mm.

Стандартный микрочип для флуоресцентного мониторинга состоит из ячеек, закрепленных на стеклянной подложке, размером 0,1•0,1•0,02 мм, расположенных в двумерном массиве и отстоящих друг от друга на 0,2 мм. A standard microchip for fluorescence monitoring consists of cells fixed on a glass substrate measuring 0.1 • 0.1 • 0.02 mm, located in a two-dimensional array and 0.2 mm apart.

Микрочип, содержащий 27-членные олигонуклеотиды, комплементарные константным участкам гена вблизи мутаций, иммобилизованные в полиакриламидном геле, изготавливают по стандартной технологии [Proc. Natl Acad. Sci. USA, 93 (1996) 4913-4118]. A microchip containing 27-membered oligonucleotides complementary to constant regions of a gene near mutations immobilized in a polyacrylamide gel is manufactured using standard technology [Proc. Natl Acad. Sci. USA, 93 (1996) 4913-4118].

Синтетический олигонуклеотид N1 предназначенный для определения мутации Ml (см. фиг.3 и 4), выбирают следующим образом:
1) он имеет структуру

Figure 00000002
(27 нуклеотидов), в которой фрагмент 5'-TGAATTGGCTCAG-3' (13 нуклеотидов) комплементарен последовательности 3'-ACTTAACCGAGTC-5' (13 нуклеотидов) мишени;
2) фрагмент олигонуклеотида длиной в 13 нуклеотидов выбирают для того, чтобы он а) был уникальным в гене и не повторялся; б) температура плавления его дуплекса с мишенью была выше, чем температура плавления шпилечных структур, образующихся в самой мишени (63oС); в) температура плавления его дуплекса с мишенью была гораздо выше температуры плавления дуплексов со стыковыми n-олигонуклеотидами (15-20oС) и выше температуры плавления его шпилечной самозакрывающейся структуры (30oС). Дальнейшее наращивание длины указанного фрагмента приводит к повышению температуры плавления до 80oС и выше, что затрудняет отмывку микрочипа для повторных экспериментов и уменьшает специфичность гибридизации;
3) фрагменты 5'-TGAATTGGCTCAG-3' и
Figure 00000003
в составе 27-членного олигонуклеотида способны образовать самозакрывающуюся шпильку, а последовательность tttt вводят для образования головки шпильки, поскольку известно, что остатки t представляют собой самые гибкие основания [Biochemistry, 33 (1994) 12715-12719);
4) в участок
Figure 00000004
вводят мисматч
Figure 00000005
для того, чтобы температура плавления шпильки отвечала неравенству [1] и была в соответствии с теоретическими расчетами [Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562]. Тем самым ее понижают с 55oС (без мисматчей) до 30oС.A synthetic oligonucleotide N1 for determining the Ml mutation (see FIGS. 3 and 4) is selected as follows:
1) it has a structure
Figure 00000002
(27 nucleotides), wherein the fragment 5 '-TGAATTGGCTCAG-3' (13 nucleotides) complementary to the sequence 3'-ACTTAACCGAGTC-5 '(13 nucleotides) of the target;
2) the oligonucleotide fragment with a length of 13 nucleotides is selected so that it a) is unique in the gene and is not repeated; b) the melting temperature of its duplex with the target was higher than the melting temperature of the hairpin structures formed in the target itself (63 o C); c) the melting temperature of its duplex with the target was much higher than the melting temperature of duplexes with butt n-oligonucleotides (15-20 ° C) and higher than the melting temperature of its hairpin self-closing structure (30 ° C). A further increase in the length of the indicated fragment leads to an increase in the melting temperature to 80 o C and higher, which complicates the washing of the microchip for repeated experiments and reduces the specificity of hybridization;
3) fragments 5'-TGAATTGGCTCAG-3 'and
Figure 00000003
as part of a 27-membered oligonucleotide, they can form a self-closing hairpin, and the tttt sequence is introduced to form the hairpin head, since t residues are known to be the most flexible bases [Biochemistry, 33 (1994) 12715-12719);
4) to the site
Figure 00000004
introduce mismatch
Figure 00000005
so that the melting point of the stud meets the inequality [1] and is in accordance with theoretical calculations [Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562]. Thus, it is lowered from 55 o C (without mismatch) to 30 o C.

5) Аминолинк-C7-NH2 на 3'-конце вводят для иммобилизации в гель [Anal. Biochemistry, 250 (1997) 203-211; Nucleic Acids Res., 24 (1996) 3142-3148)].5) Aminolink-C 7 -NH 2 at the 3'-end is introduced for immobilization in a gel [Anal. Biochemistry, 250 (1997) 203-211; Nucleic Acids Res., 24 (1996) 3142-3148)].

Выбор иммобилизованных и стыковых олигонуклеотидов проводят с помощью расчета и последующей проверки путем снятия кривых плавления на тестовом микрочипе с использованием метода флуоресцентного анализа и в растворе (для шпилечных структур, методом УФ-спектроскопии). The selection of immobilized and butt oligonucleotides is carried out by calculation and subsequent verification by taking the melting curves on a test microchip using the method of fluorescence analysis and in solution (for hairpin structures, UV spectroscopy).

Гибридизацию анализируемой пробы и одного из стыковых пентануклеотидов проводят за один цикл. В гибридизационную камеру помещают 100 мкл смеси 1 мкМ раствора FITC-меченного 81-членного олигонуклеотида и 5 мкМ раствора TR-меченного 5-членного n-олигонуклеотида в 1 М триэтиламмоний-ацетатном буфере (ТЕАА, Fluka). Hybridization of the analyzed sample and one of the butt pentanucleotides is carried out in one cycle. 100 μl of a mixture of a 1 μM solution of a FITC-labeled 81-membered oligonucleotide and 5 μM solution of a TR-labeled 5-membered n-oligonucleotide in 1 M triethylammonium acetate buffer (TEAA, Fluka) was placed in a hybridization chamber.

Цикл гибридизации состоит из двух стадий. Первоначально гибридизационную камеру помещают на термостолик, имеющий температуру 20oС, на 20 часов. Затем камеру выдерживают 2 часа при -5oС. При помощи флуоресцентного микроскопа, оборудованного ПЗС-камерой, регистрируют флуоресценцию FITC и TR, т.е. детектируют гибридизацию на микрочипе.The hybridization cycle consists of two stages. Initially, the hybridization chamber is placed on a thermostat having a temperature of 20 ° C. for 20 hours. Then the camera was kept for 2 hours at -5 ° C. Using a fluorescence microscope equipped with a CCD camera, the fluorescence of FITC and TR was recorded, i.e. microchip hybridization is detected.

Флуоресцентные измерения термодинамических параметров дуплексов на микрочипе проводят в автоматическом режиме и реальном времени. Установка состоит из двухволнового флуоресцентного микроскопа, ПЗС-камеры (Princeton Instruments, Trenton, NJ, USA), термостолика Пельтье, термоконтроллера и компьютера с платой сбора данных и программным обеспечением. Флуоресцентный микроскоп обладает сменными фильтрами испускания и поглощения для FITC и TR. Fluorescence measurements of the thermodynamic parameters of duplexes on a microchip are carried out in automatic mode and in real time. The setup consists of a two-wave fluorescence microscope, a CCD camera (Princeton Instruments, Trenton, NJ, USA), a Peltier thermostat, a temperature controller and a computer with a data acquisition board and software. The fluorescence microscope has interchangeable emission and absorption filters for FITC and TR.

Пригибридизованную ДНК отмывают при 90oС в течение 5 мин и повторяют цикл гибридизация встык - плавление с другим 5-членным n-олигонуклеотидом.The hybridized DNA is washed at 90 ° C. for 5 minutes and the butt hybridization cycle is repeated - melting with another 5-membered n-oligonucleotide.

Проводят уравнивание всех температур плавления стыковых n-олигонуклеотидов, так чтобы все они лежали в полуширине температурной зоны оптимальной дискриминации мисматчей, что достигается использованием уравнивающего буфера (1М ТЕАА), и выбирают те стыки (комбинации двух оснований в зоне стыка), которые дают максимальный энергетический эффект. All melting points of the butt n-oligonucleotides are equalized so that they all lie in the half-width of the temperature zone of the optimal discrimination of mismatches, which is achieved using the equalization buffer (1M TEAA), and those joints (combinations of two bases in the joint zone) that give the maximum energy the effect.

Выбранные синтетические стыковые олигонуклеотиды представлены смесью 13 пентануклеотидов, комплементарных к "горячим" участкам гена (фиг.3). Каждый пентануклеотид комплементарен константному участку мишени, соседнему с константным участком, образующим дуплекс со шпилечной структурой N-нуклеотида, и "покрывает" собой "горячую точку" в мишени, причем каждый олигонуклеотид смеси комплементарен своему "горячему участку" в ДНК мишени, содержащей определенный тип замены, а вся смесь охватывает все возможные комбинации замен, т. е. мутации, а также дикий тип. Selected synthetic butt oligonucleotides are represented by a mixture of 13 pentanucleotides complementary to the "hot" sections of the gene (figure 3). Each pentanucleotide is complementary to a constant region of the target adjacent to a constant region forming a duplex with a hairpin structure of the N nucleotide and “covers” a “hot spot” in the target, each oligonucleotide of the mixture is complementary to its “hot region” in the target DNA containing a certain type substitutions, and the entire mixture covers all possible combinations of substitutions, i.e. mutations, as well as the wild type.

Приведенную выше методологию применяют к подбору иммобилизованных и стыковых олигонуклеотидов, предназначенных для определения мутаций М2, М3 и М4. The above methodology is applied to the selection of immobilized and butt oligonucleotides designed to determine the mutations M2, M3 and M4.

В иммобилизованные олигонуклеотиды N3 и N4 вводят одно или два универсальных основания (нитроиндол) напротив мутации в ДНК во избежание образования мисматча, дестабилизирующего дуплекс N-олигонуклеотида с ДНК, так как мутации М3 и М4 расположены близко, расстояние между ними меньше, чем длина комплементарной к ДНК последовательности N-олигонуклеотида (без учета длины шпилечной части), и соседняя мутация (недетектируемая в данной ячейке) может оказаться в зоне гибридизации N-олигонуклеотида. Соответственно проводят перерасчет всей термодинамической схемы олигонуклеотидов согласно NN1 модели с учетом термодинамических коэффициентов для универсальных оснований [Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562]. One or two universal bases (nitroindole) are introduced into the immobilized oligonucleotides N3 and N4 opposite the mutation in DNA to avoid the formation of a mismatch that destabilizes the duplex of the N-oligonucleotide with DNA, since the M3 and M4 mutations are close, the distance between them is less than the length complementary to The DNA of the N-oligonucleotide sequence (without taking into account the length of the hairpin part), and the adjacent mutation (not detected in this cell) may be in the hybridization zone of the N-oligonucleotide. Accordingly, the entire thermodynamic scheme of oligonucleotides is recalculated according to the NN1 model taking into account the thermodynamic coefficients for universal bases [Biochemistry, 35 (1996) 3555-3562].

Аналитический микрочип состоит из четырех ячеек, в которых иммобилизованы N-олигонуклеотиды, комплементарные к четырем разным константным частям rроВ гена вблизи мест мутации, отобранные с использованием тестового микрочипа (фиг.4). The analytical microchip consists of four cells in which N-oligonucleotides are immobilized, complementary to four different constant parts of the rpoB gene near the mutation sites, selected using a test microchip (Fig. 4).

Для каждой из четырех зон мутации проводят три независимых эксперимента, в каждом из которых микрочип гибридизуют 1) с ДНК дикого типа, 2) с ДНК мутантного типа (с охарактеризованным местом и типом нуклеотидной замены) 3) с эквимольной смесью дикой и мутантной ДНК (для дифференциальной диагностики) и одновременно с одной и той же смесью выбранных с использованием тестового микрочипа 13 стыковых олигонуклеотидов, комплементарных к "горячим" участкам гена, причем каждый n-олигонуклеотид смеси был выбран комплементарным к определенному типу замены в определенной ячейке чипа, а вся смесь охватывает дикий тип, а также все возможные комбинации замен, то есть мутации. Three independent experiments are carried out for each of the four mutation zones, in each of which the microchip is hybridized 1) with wild-type DNA, 2) with mutant-type DNA (with the characterized location and type of nucleotide substitution) 3) with an equimolar mixture of wild-type and mutant DNA (for differential diagnostics) and simultaneously with the same mixture of 13 butt oligonucleotides selected using a test microchip complementary to the “hot” regions of the gene, each n-oligonucleotide of the mixture was chosen complementary to a certain type of substitution us in a certain cell of the chip, and the entire mixture encompasses wild-type, as well as all possible combinations of substitutions that have mutations.

После гибридизации микрочип подготавливают к масс-спектрометрическому исследованию, как описано в примере 1, и с каждой ячейки регистрируют масс-спектры (фиг.4). After hybridization, the microchip is prepared for mass spectrometric analysis, as described in example 1, and mass spectra are recorded from each cell (FIG. 4).

Возможно также образование мисматчевого дуплекса стыкового олигонуклеотида с раскрытой частью шпильки, что видно на спектрах с 3-й и 4-й ячеек, когда образуется паразитный пик. Этот пик не мешает детекции. The formation of a mismatch duplex of the butt oligonucleotide with the open part of the hairpin is also possible, which is visible in the spectra from the 3rd and 4th cells, when a spurious peak is formed. This peak does not interfere with detection.

По пику в масс-спектре определяют, какой пентануклеотид пригибридизовался встык к иммобилизованному олигонуклеотиду. В случае "горячей точки" M1 при гибридизации ДНК дикого типа таким пентануклеотидом оказался 1а (m/z= 1463), при гибридизации ДНК мутантного типа таким пентануклеотидом оказался 1b (m/z=1472). Сравнение пентануклеотидов, пригибридизовавшихся встык к иммобилизованному олигонуклеотиду, показывает характер мутации, а именно: в ДНК мутантного типа в точке M1 произошла замена А на Т. Наличие ДНК мутантного типа обнаруживается и в том случае, когда она присутствует совместно с ДНК дикого типа: в масс-спектре регистрируются пики с m/z=1465 и 1474. The peak in the mass spectrum determines which pentanucleotide has hybridized end-to-end to the immobilized oligonucleotide. In the case of the M1 “hot spot”, 1a (m / z = 1463) turned out to be such a pentanucleotide during hybridization of wild-type DNA, 1b turned out to be such a pentanucleotide (m / z = 1472). Comparison of pentanucleotides, which hybridized end-to-end to an immobilized oligonucleotide, shows the nature of the mutation, namely: in the mutant type DNA at point M1, A replaced by T. The presence of mutant type DNA is also detected when it is present together with wild-type DNA: in mass peaks with m / z = 1465 and 1474 are recorded in the spectrum.

В каждом из 12 случаев, изображенных на фиг.4, четко определяют тот тип ДНК, который был использован, то есть констатируют отсутствие мутаций (дикий тип ДНК), или определяют однонуклеотидную мутацию, а именно для M1 - Т вместо А, для М2 - Т вместо С, для М3 - Т вместо А, для М4 - Т вместо С, или обнаруживают смесь мутантного и дикого типов ДНК. In each of the 12 cases depicted in Fig. 4, the type of DNA that was used is clearly defined, that is, the absence of mutations is detected (wild type of DNA), or the single nucleotide mutation is determined, namely for M1 - T instead of A, for M2 - T instead of C, for M3 - T instead of A, for M4 - T instead of C, or a mixture of mutant and wild types of DNA is detected.

Последнее обстоятельство используют для определения устойчивости образцов микобактерий к рифампицину при проведении клинических анализов. The latter circumstance is used to determine the resistance of mycobacterial samples to rifampicin in clinical trials.

Claims (14)

1. Способ частичного секвенирования ДНК для определения мутаций в коротких фрагментах одноцепочечной ДНК с использованием микрочипа, заключающийся последовательно в подборе олигонуклеотидов для иммобилизации на микроматрицу и олигонуклеотидов для гибридизации встык к иммобилизованным олигонуклеотидам, образующих совершенные дуплексы с анализируемой ДНК; в иммобилизации олигонуклеотидов на микроматрицу; в гибридизации микрочипа с анализируемой последовательностью одноцепочечной ДНК и стыковыми олигонуклеотидами; в регистрации результатов гибридизации и в интерпретации результатов гибридизации, отличающийся тем, что подбирают (теоретически) олигонуклеотиды длиной N (N-олигонуклеотиды), имеющие самозакрывающуюся шпилечную структуру, для последующей иммобилизации их на микроматрицу и несамокомплементарные олигонуклеотиды длиной n (n-олигонуклеотиды) для гибридизации встык, такие, чтобы температуры плавления трех вариантов дуплексов, а именно: (1) ДНК - иммобилизованный N-олигонуклеотид, (2) самозакрывающаяся шпилька и (3) n-олигонуклеотид - иммобилизованный N-олигонуклеотид, отвечали неравенству Тпл(1)>>Тпл(2)>>Тпл(3); изготавливают тестовый микрочип с теоретически выбранными иммобилизованными N-олигонуклеотидами, проводят их гибридизацию со смесью флуоресцентно меченных модельной ДНК и каждым из теоретически выбранных n-олигонуклеотидов, подбирая условия выравнивания энергетики АТ- и GC-богатых олигонуклеотидов; регистрируют результаты гибридизации путем построения кривых плавления, отвечающих термодинамическим переходам образующихся дуплексов, с использованием метода флуоресцентного анализа и на основании полученных результатов выбирают N-олигонуклеотиды для изготовления аналитического микрочипа, n-олигонуклеотиды для гибридизации встык и условия гибридизации; иммобилизацию на микроматрицу подобранных N-олигонуклеотидов для изготовления аналитического микрочипа проводят в буферном растворе при значениях рН, ионной силы и температуры, обеспечивающих закрытое состояние шпильки; гибридизацию аналитического микрочипа проводят со смесью анализируемой ДНК и несамокомплементарных стыковых олигонуклеотидов (n-олигонуклеотидов) в условиях выравнивания энергетики АТ- и GС-богатых олигонуклеотидов; регистрацию результатов гибридизации проводят методом масс-спектрометрии для идентификации n-олигонуклеотидов, образовавших совершенный дуплекс с анализируемой ДНК и пригибридизовавшихся встык к N-олигонуклеотидам, иммобилизованным на аналитическом микрочипе; интерпретация результатов гибридизации включает поэтапную реконструкцию последовательности анализируемой ДНК, исходя из структур иммобилизованного N-олигонуклеотида, в состав которого входит фрагмент длиной L, образующий совершенный дуплекс с анализируемой ДНК, и n-олигонуклеотида, пригибридизовавшегося к нему встык, также образующего совершенный дуплекс с ДНК, выявляемых на основании данных масс-спектрометрии, причем положение ячейки аналитического микрочипа определяет структуру N-олигонуклеотида, содержащего L-фрагмент, комплементарный определенному участку анализируемой ДНК, а величина массы основного пика в масс-спектре, зарегистрированном из этой ячейки, позволяет однозначно идентифицировать n-олигонуклеотид, причем однозначность идентификации n-олигонуклеотидов в случае вырожденности их структуры обусловлена использованием различных масс-меток, восстанавливая тем самым последовательность анализируемого фрагмента ДНК длиной L+n нуклеотидов; анализируя последовательности иммобилизованных в ячейках микрочипа N-олигонуклеотидов с частичным перекрыванием (метод черепицы) в сочетании с идентификацией пристыковавшихся к ним n-олигонуклеотидов, реконструируют последовательность вариабельных участков анализируемой ДНК; сравнивая реконструированные последовательности ДНК дикого и мутантных типов, однозначно расшифровывают мутации.1. A method of partial DNA sequencing to determine mutations in short fragments of single-stranded DNA using a microchip, which consists in sequentially selecting oligonucleotides for immobilization on a microarray and oligonucleotides for hybridization butt to immobilized oligonucleotides forming perfect duplexes with the analyzed DNA; in immobilization of oligonucleotides per microarray; in hybridization of a microchip with a single-stranded DNA sequence being analyzed and butt oligonucleotides; in recording the results of hybridization and in interpreting the results of hybridization, characterized in that (theoretically) N-oligonucleotides are selected (N-oligonucleotides) having a self-closing hairpin structure, for their subsequent immobilization on a microarray and non-self-complementary oligonucleotides of length n (n-oligonucleotides) end-to-end, such that the melting temperatures of the three duplex variants, namely: (1) DNA is an immobilized N-oligonucleotide, (2) a self-closing hairpin, and (3) an n-oligonucleotide is immobilized this N-oligonucleotide, met the inequality T pl (1) >> T pl (2) >> T pl (3) ; a test microchip is prepared with theoretically selected immobilized N-oligonucleotides, they are hybridized with a mixture of fluorescently labeled model DNA and each of the theoretically selected n-oligonucleotides, choosing conditions for balancing the energy of AT- and GC-rich oligonucleotides; hybridization results are recorded by constructing melting curves corresponding to the thermodynamic transitions of the resulting duplexes using the fluorescence analysis method and, based on the results obtained, N-oligonucleotides for the manufacture of the analytical microchip, n-oligonucleotides for butt hybridization and hybridization conditions are selected; immobilization of the selected N-oligonucleotides to the microarray for the manufacture of the analytical microarray is carried out in a buffer solution at pH, ionic strength and temperature, ensuring the closed state of the hairpin; hybridization of the analytical microchip is carried out with a mixture of the analyzed DNA and non-self-complementary butt oligonucleotides (n-oligonucleotides) under conditions of equalization of the energy of AT- and GC-rich oligonucleotides; hybridization results are recorded by mass spectrometry to identify n-oligonucleotides that have formed a perfect duplex with the analyzed DNA and have hybridized end-to-end to N-oligonucleotides immobilized on an analytical microchip; interpretation of the results of hybridization includes a phased reconstruction of the sequence of the analyzed DNA, based on the structures of the immobilized N-oligonucleotide, which includes a fragment of length L, which forms a perfect duplex with the analyzed DNA, and an n-oligonucleotide, which hybridizes end-to-end to it, also forms a perfect duplex with DNA, detected on the basis of mass spectrometry data, and the position of the cell of the analytical microchip determines the structure of the N-oligonucleotide containing the L-fragment is complementary tare to a specific region of the analyzed DNA, and the mass of the main peak in the mass spectrum recorded from this cell allows us to uniquely identify the n-oligonucleotide, and the uniqueness of identification of n-oligonucleotides in the case of degeneracy of their structure is due to the use of different mass labels, thereby restoring the sequence the analyzed DNA fragment with a length of L + n nucleotides; analyzing the sequences of partially overlapping N-oligonucleotides immobilized in the microarray cells (tiling method) in combination with the identification of n-oligonucleotides attached to them, reconstruct the sequence of variable regions of the analyzed DNA; comparing the reconstructed DNA sequences of wild and mutant types, mutations are uniquely deciphered. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стыковые олигонуклеотиды (n-олигонуклеотиды) содержат терминатор стэкинга и масс-метки. 2. The method according to claim 1, characterized in that the butt oligonucleotides (n-oligonucleotides) contain a stacking terminator and mass tags. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве терминатора стэкинга используют F1ТС или его аналог. 3. The method according to claim 2, characterized in that F1TS or its analogue is used as a stacking terminator. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве терминатора стэкинга используют Техаs Red или его аналог. 4. The method according to claim 2, characterized in that Texas Red or its analogue is used as a stacking terminator. 5. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве терминатора стэкинга используют уреидное производное 2' -дезоксирибозы. 5. The method according to claim 2, characterized in that as a stacking terminator use a ureide derivative of 2 '-deoxyribose. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве масс-метки используют стандартные линкеры разной длины. 6. The method according to claim 2, characterized in that standard linkers of different lengths are used as mass tags. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения флуоресцентно меченых n-олигонуклеотидов используют Техаs Red. 7. The method according to p. 1, characterized in that to obtain fluorescently labeled n-oligonucleotides use Texas Red. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения флуоресцентно меченой модельной ДНК используют F1ТС. 8. The method according to p. 1, characterized in that to obtain a fluorescently labeled model DNA using F1TC. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что выравнивание энергетики АТ- и GС-богатых олигонуклеотидов обеспечивают использованием уравнивающих буферных растворов. 9. The method according to claim 1, characterized in that the alignment of the energy of AT- and GC-rich oligonucleotides is ensured by the use of equalizing buffer solutions. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве уравнивающего буферного раствора используют 1 М раствор ацетата триэтиламмония (ТЕАА). 10. The method according to claim 9, characterized in that as a equalizing buffer solution using a 1 M solution of triethylammonium acetate (TEAA). 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что иммобилизацию N-олигонуклеотидов для изготовления аналитического микрочипа проводят в буферном растворе с рН 7,0 в присутствии 0,1 М NаСl при 20oС.11. The method according to claim 1, characterized in that the immobilization of N-oligonucleotides for the manufacture of the analytical microchip is carried out in a buffer solution with a pH of 7.0 in the presence of 0.1 M NaCl at 20 o C. 12. Микрочип для реализации способа частичного секвенирования ДНК по п. 1, представляющий собой микроматрицу с иммобилизованными N-олигонуклеотидами, имеющими шпилечную структуру, фрагмент каждого из которых комплементарен константному участку анализируемого гена в области мутаций. 12. A microchip for implementing the partial DNA sequencing method according to claim 1, which is a microarray with immobilized N-oligonucleotides having a hairpin structure, a fragment of each of which is complementary to a constant region of the analyzed gene in the region of mutations. 13. Микрочип по п.12, отличающийся тем, что иммобилизованные на нем N-олигонуклеотиды выбраны на основании теоретических расчетов и предназначены для подбора длины и конструкции шпильки и условий гибридизации с теоретически выбранными стыковыми n-олигонуклеотидами и модельной ДНК с тем, чтобы температуры плавления трех вариантов дуплексов, а именно: (1) ДНК - иммобилизованный N-олигонуклеотид, (2) самозакрывающаяся шпилька и (3) n-олигонуклеотид - иммобилизованный N-олигонуклеотид, отвечали неравенству Тпл(1)>>Тпл(2)>>Тпл(3) (тестовый микрочип).13. The microchip according to claim 12, characterized in that the N-oligonucleotides immobilized on it are selected on the basis of theoretical calculations and are intended to select the length and design of the hairpin and hybridization conditions with theoretically selected butt n-oligonucleotides and model DNA so that the melting temperature three types of duplexes, namely: (1) DNA - an immobilized N-oligonucleotide, (2) a self-closing hairpin, and (3) an n-oligonucleotide - an immobilized N-oligonucleotide, met the inequality T m (1) >> T m (2) >> T pl (3) (test microchip). 14. Микрочип по п.12, отличающийся тем, что иммобилизованные на нем N-олигонуклеотиды отобраны в соответствии с п.13 (аналитический микрочип). 14. The microchip according to claim 12, characterized in that the N-oligonucleotides immobilized on it are selected in accordance with paragraph 13 (analytical microchip).
RU2001128285/13A 2001-10-22 2001-10-22 Method of partial dna sequencing for detection of mutations in short fragments of single-stranded dna using microchip RU2206615C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001128285/13A RU2206615C1 (en) 2001-10-22 2001-10-22 Method of partial dna sequencing for detection of mutations in short fragments of single-stranded dna using microchip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001128285/13A RU2206615C1 (en) 2001-10-22 2001-10-22 Method of partial dna sequencing for detection of mutations in short fragments of single-stranded dna using microchip

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2206615C1 true RU2206615C1 (en) 2003-06-20

Family

ID=29210677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001128285/13A RU2206615C1 (en) 2001-10-22 2001-10-22 Method of partial dna sequencing for detection of mutations in short fragments of single-stranded dna using microchip

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2206615C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2542478C2 (en) * 2009-09-03 2015-02-20 Сиджен, Инк. Target-discriminating probe, method of constructing thereof and method of detecting nucleic acid target-sequence (versions)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GINGERAS T.R. et al. Simultaneous Genotyping and Species Identification Using Hybridization Pattern Recognition Analysis of Generic Mycobacterium DNA Arrays, Genome Res. - 1998, 8, 435-448. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2542478C2 (en) * 2009-09-03 2015-02-20 Сиджен, Инк. Target-discriminating probe, method of constructing thereof and method of detecting nucleic acid target-sequence (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Murray DNA sequencing by mass spectrometry
US9904763B2 (en) Methods and systems for detecting sequence variants
WO2021168261A1 (en) Capturing genetic targets using a hybridization approach
US20200056232A1 (en) Dna sequencing and epigenome analysis
Metzker Sequencing technologies—the next generation
KR102446941B1 (en) Methods and system for detecting sequence variants
US9890375B2 (en) Isolated oligonucleotide and use thereof in nucleic acid sequencing
Cayrou et al. Genome-scale identification of active DNA replication origins
US11789906B2 (en) Systems and methods for genomic manipulations and analysis
GB2339905A (en) Use of mass-specrometry for detection of mutations
JPWO2002050307A1 (en) Method for detecting DNA polymorphism using mass spectrometry
AU2014308794A1 (en) Methods and systems for aligning sequences
KR20050034749A (en) Quantitative rt-pcr to ac133 to diagnose cancer and monitor angiogenic activity in a cell sample
JP2007530020A (en) Methods and means for nucleic acid sequencing
JP2001505045A (en) Nucleic acid detection method by mass determination
JPH11113584A (en) Oligonucleotide bank
EP4060053A1 (en) Highly sensitive methods for accurate parallel quantification of nucleic acids
RU2206615C1 (en) Method of partial dna sequencing for detection of mutations in short fragments of single-stranded dna using microchip
Kringen et al. Evaluation of arrayed primer extension for TP53 mutation detection in breast and ovarian carcinomas
TW202302861A (en) Methods for accurate parallel quantification of nucleic acids in dilute or non-purified samples
Zhao et al. Resequencing the Escherichia coli genome by GenoCare single molecule sequencing platform
JP2005528909A (en) Method for improving combinatorial oligonucleotide PCR
WO2005001091A1 (en) Probe set for detecting mutation and polymorphism in nucleic acid, dna array having the same immobilized thereon and method of detecting mutation and polymorphism in nucleic acid using the same
Pitt et al. 24 CHAPTER Genomics, Proteomics, and Metabolomics
KR102024581B1 (en) Method for preparing DNA library for LINE-1(L1HS) targeted-probe enrichment using HiSeq sequencer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20031023

NF4A Reinstatement of patent
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20100212

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181023