RU2252964C2 - Method and kit for synthesis of nuclear acids having nucleotide sequence wherein complementary nucleotide sequences are alternately bonded in one chain - Google Patents

Method and kit for synthesis of nuclear acids having nucleotide sequence wherein complementary nucleotide sequences are alternately bonded in one chain Download PDF

Info

Publication number
RU2252964C2
RU2252964C2 RU2002115268/13A RU2002115268A RU2252964C2 RU 2252964 C2 RU2252964 C2 RU 2252964C2 RU 2002115268/13 A RU2002115268/13 A RU 2002115268/13A RU 2002115268 A RU2002115268 A RU 2002115268A RU 2252964 C2 RU2252964 C2 RU 2252964C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chain
complementary
synthesis
nucleic acid
nucleotide sequence
Prior art date
Application number
RU2002115268/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002115268A (en
Inventor
Цугунори НОТОМИ (JP)
Цугунори НОТОМИ
Тецу ХАСЕ (JP)
Тецу ХАСЕ
Original Assignee
Эйкен Кагаку Кабусики Кайся
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=14237231&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2252964(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from PCT/JP1999/006213 external-priority patent/WO2000028082A1/en
Application filed by Эйкен Кагаку Кабусики Кайся filed Critical Эйкен Кагаку Кабусики Кайся
Publication of RU2002115268A publication Critical patent/RU2002115268A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2252964C2 publication Critical patent/RU2252964C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6827Hybridisation assays for detection of mutation or polymorphism
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/6858Allele-specific amplification

Abstract

FIELD: biotechnology, in particular pharmaceutical industry and medicine.
SUBSTANCE: method and kit for nuclear acid synthesis are disclosed. Said kit includes DNA-polymerase, catalyzing synthesis of complementary chain according to replacement mechanism, substrate therefore, two inner primer, and two oligonucleotide. Claimed method includes mixing of said kit with nuclear acid sample and mixture incubation at temperature sufficient for saving enzymatic activity of DNA-polymerase and stable coupling of sequence bases of inner primers with sequences being complementary thereto. Method of present invention makes it possible to obtain nuclear acid with nucleotide sequence wherein complementary nucleotide sequences are alternately bonded in one chain.
EFFECT: inexpensive method with increased synthesis specificity.
9 cl, 18 dwg, 8 ex

Description

Данное изобретение относится к способу синтеза нуклеиновой кислоты, состоящей из специфической последовательности нуклеотидов, который применим в качестве способа амплификации нуклеиновой кислоты.The present invention relates to a method for synthesizing a nucleic acid consisting of a specific nucleotide sequence, which is applicable as a method for amplifying a nucleic acid.

Предпосылки изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Способ анализа, основанный на комплементарности нуклеотидной последовательности нуклеиновой кислоты, может непосредственно анализировать генетические признаки. Таким образом, этот анализ является очень эффективным средством для идентификации генетических заболеваний, малигнизации, микроорганизмов и т.д. Далее, сам ген является объектом обнаружения, и, следовательно, отнимающие много времени и обременительные процедуры, например процедуры культивирования, могут быть в некоторых случаях опущены.An analysis method based on the complementary nucleotide sequence of a nucleic acid can directly analyze genetic traits. Thus, this analysis is a very effective tool for identifying genetic diseases, malignancy, microorganisms, etc. Further, the gene itself is an object of detection, and therefore, time-consuming and burdensome procedures, for example cultivation procedures, may be omitted in some cases.

Тем не менее, обнаружение гена-мишени, присутствующего в очень небольшом количестве в образце, является обычно нелегким, так что является необходимой амплификация самого гена-мишени или его определяемого сигнала. В качестве способа амплификации гена-мишени известен способ ПЦР (полимеразной цепной реакции) (Science, 230, 1350-1354, 1985). В настоящее время способ ПЦР является наиболее популярным способом в качестве способа амплификации нуклеиновых кислот in vitro. Этот способ хорошо устоялся как превосходный способ определения, благодаря высокой эффективности на основе эффекта экспоненциальной амплификации. Кроме того, поскольку продукт амплификации может быть извлечен в виде ДНК, этот способ широко используется в качестве важного инструмента, обеспечивающего способы генетической инженерии, такие как клонирование и определения структуры генов. Однако в способе ПЦР имеются следующие известные проблемы: для его применения необходим специальный терморегулятор; экспоненциальное развитие реакции амплификации обусловливает проблему количественного определения, и образцы, и реакционные растворы легко загрязняются извне, что делает возможным ошибочное смешивание нуклеиновых кислот для функционирования в качестве матрицы.However, the detection of a target gene present in very small amounts in a sample is usually not easy, so amplification of the target gene itself or its detectable signal is necessary. As a method for amplifying a target gene, a PCR (polymerase chain reaction) method is known (Science, 230, 1350-1354, 1985). Currently, the PCR method is the most popular method as a method of amplification of nucleic acids in vitro. This method is well established as an excellent method of determination, due to its high efficiency based on the effect of exponential amplification. In addition, since the amplification product can be extracted as DNA, this method is widely used as an important tool for providing genetic engineering methods such as cloning and gene structure determination. However, the PCR method has the following known problems: for its use, a special temperature controller is needed; the exponential development of the amplification reaction leads to the problem of quantification, and the samples and reaction solutions are easily contaminated from the outside, which makes it possible to erroneously mix nucleic acids to function as a matrix.

По мере накопления информации о геноме привлекает внимание анализ полиморфизмов единственного нуклеотида (SNP). Детектирование SNP при помощи ПЦР является возможным вследствие конструирования праймера таким образом, что его нуклеотидная последовательность содержит SNP. То есть присутствует ли нуклеотидная последовательность, комплементарная этому праймеру, или не присутствует, может быть выяснено определением, присутствует или не присутствует продукт реакции. Однако, как только комплементарная цепь синтезируется случайно ошибочно в ПЦР, этот продукт функционирует в качестве матрицы в последующей реакции, давая ошибочный результат. На практике считается, что строгий контроль ПЦР является трудным при различии только одного основания, имеющегося на конце праймера. Таким образом, требуется улучшение специфичности для применения ПЦР с целью обнаружения SNP.As information about the genome accumulates, an analysis of single nucleotide polymorphisms (SNPs) is attracting attention. Detection of SNP by PCR is possible due to the design of the primer so that its nucleotide sequence contains SNP. That is, whether a nucleotide sequence complementary to this primer is present or not present can be determined by determining whether a reaction product is present or not. However, as soon as the complementary chain is randomly synthesized by mistake in PCR, this product functions as a matrix in the subsequent reaction, giving an erroneous result. In practice, it is believed that strict PCR monitoring is difficult when only one base is present at the end of the primer. Thus, an improvement in specificity is required for PCR applications to detect SNPs.

С другой стороны, на практике используют также способ синтеза нуклеиновой кислоты при помощи лигазы. Способ ЛЦР (лигазной цепной реакции, Laffler TG; Garrino JJ; Marshall RL; Ann. Biol. Clin. (Paris), 51:9, 821-6, 1993) основан на реакции, в которой два смежных зонда гибридизуются с последовательностью-мишенью и лигируются друг с другом лигазой. Эти два зонда не могут быть лигированы в отсутствие нуклеотидной последовательности-мишени, и, следовательно, присутствие лигированного продукта является указанием на наличие нуклеотидной последовательности-мишени. Поскольку способ ЛЦР также требует регуляции температуры для отделения комплементарной цепи от матрицы, возникает та же самая проблема, что и в способе ПЦР. Для ЛЦР имеется также сообщение о способе улучшения специфичности посредством добавления стадии обеспечения пропуска между соседними зондами и заполнения этого пропуска ДНК-полимеразой. Однако то, что может ожидаться в этом способе, это только специфичность, но все еще остается проблема, заключающаяся в том, что необходима регуляция температуры. Кроме того, применение дополнительного фермента приводит к увеличению в стоимости.On the other hand, a nucleic acid synthesis method using ligase is also used in practice. The LCR method (ligase chain reaction, Laffler TG; Garrino JJ; Marshall RL; Ann. Biol. Clin. (Paris), 51: 9, 821-6, 1993) is based on a reaction in which two adjacent probes hybridize with a target sequence and are ligated to each other by a ligase. These two probes cannot be ligated in the absence of a target nucleotide sequence, and therefore, the presence of a ligated product is an indication of the presence of a target nucleotide sequence. Since the LCR method also requires temperature control to separate the complementary chain from the matrix, the same problem arises as in the PCR method. For LCR, there is also a report on a method for improving specificity by adding the step of providing a gap between adjacent probes and filling this gap with DNA polymerase. However, what can be expected in this method is only specificity, but the problem still remains that temperature control is necessary. In addition, the use of an additional enzyme leads to an increase in cost.

Способ, названный способом SDA (амплификацией с вытеснением (замещением) цепи) [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, 392-396, 1992] [Nucleic Acid. Res., 20, 1691-1696, 1992], известен также как способ амплификации ДНК, имеющей последовательность, комплементарную последовательности-мишени, в качестве матрицы. В способе SDA используют особую ДНК-полимеразу для синтеза комплементарной цепи, начинающейся от праймера, комплементарного 3'-стороне определенной нуклеотидной последовательности, с вытеснением (замещением) двухцепочечной цепи, если она имеется, на 5'-стороне этой последовательности. В данном описании простое выражение “5'-сторона” или “3'-сторона” относится к стороне цепи, служащей в качестве матрицы. Поскольку двухцепочечная цепь на 5'-стороне вытесняется вновь синтезированной комплементарной цепью, этот способ назван способом SDA. Стадия изменения температуры, необходимая в способе ПЦР, может быть исключена в этом способе SDA предварительным встраиванием последовательности узнавания рестрикционного фермента (рестриктазы) в гибридизуемую последовательность в виде праймера. То есть ник (одноцепочечный разрыв), генерируемый рестрикционным ферментом, дает 3'-ОН-группу, действующую в качестве затравки синтеза комплементарной цепи, а ранее синтезированная комплементарная цепь высвобождается в виде однонитевой цепи посредством синтеза с замещением цепи и затем снова используется в качестве матрицы для последующего синтеза комплементарной цепи. Таким образом, сложная регуляция температуры, необходимая в способе ПЦР, не требуется в способе SDA.The method called the SDA method (amplification with the displacement (replacement) of the chain) [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, 392-396, 1992] [Nucleic Acid. Res., 20, 1691-1696, 1992], is also known as a method for amplifying a DNA having a sequence complementary to the target sequence as a template. In the SDA method, a special DNA polymerase is used to synthesize a complementary strand starting from a primer complementary to the 3'-side of a specific nucleotide sequence, with the displacement (substitution) of the double-stranded chain, if present, on the 5'-side of this sequence. In this description, the simple expression “5'-side” or “3'-side” refers to the side of the chain serving as a matrix. Since the double-stranded chain on the 5'-side is replaced by the newly synthesized complementary chain, this method is called the SDA method. The temperature change step necessary in the PCR method can be eliminated in this SDA method by preliminarily inserting a restriction enzyme recognition sequence (restrictase) into the hybridizable sequence as a primer. That is, the nickname (single chain rupture) generated by the restriction enzyme gives a 3'-OH group acting as a seed for the synthesis of the complementary chain, and the previously synthesized complementary chain is released as a single-strand chain through synthesis with chain replacement and then used again as a matrix for the subsequent synthesis of a complementary chain. Thus, the complex temperature control required in the PCR method is not required in the SDA method.

Однако в способе SDA должен быть использован рестрикционный фермент, генерирующий ник, кроме ДНК-полимеразы вытесняющего цепь типа. Это требование дополнительного фермента является главной причиной более высокой стоимости. Далее, поскольку рестриктаза должна использоваться не для расщепления обеих цепей двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а для введения ника (т.е. расщепления только одной из этих цепей), производное dNTP, такое как α-тио-dNTP, должно быть использовано в качестве субстрата для синтеза, чтобы сделать другую цепь устойчивой к расщеплению этим ферментом. Таким образом, продукт амплификации по способу SDA имеет структуру, отличающуюся от структуры природной нуклеиновой кислоты, и, следовательно, ограничивает расщепление рестрикционными ферментами или использование амплифицированного продукта для клонирования генов. Также и в этом отношении присутствует веская причина для более высоких расходов. Кроме того, при применении способа SDA для неизвестной последовательности существует возможность, что та же самая нуклеотидная последовательность, что и последовательность узнавания рестриктазы, используемая для введения ника, может присутствовать в области, подлежащей синтезу. В этом случае, возможно, что полная комплементарная цепь не сможет быть синтезирована.However, a restriction enzyme that generates nickname must be used in the SDA method, except for the type-displacing DNA polymerase. This requirement of an additional enzyme is the main reason for the higher cost. Further, since the restriction enzyme should not be used to cleave both strands of a double stranded nucleic acid, but to introduce a nick (i.e., cleave only one of these strands), a dNTP derivative, such as α-thio-dNTP, should be used as a substrate for synthesis to make another chain resistant to cleavage by this enzyme. Thus, the SDA amplification product has a structure different from that of a natural nucleic acid, and therefore limits restriction enzyme digestion or the use of an amplified product for gene cloning. There is also a good reason for higher costs in this regard. In addition, when using the SDA method for an unknown sequence, it is possible that the same nucleotide sequence as the restriction enzyme recognition sequence used to introduce nickname may be present in the region to be synthesized. In this case, it is possible that a complete complementary chain cannot be synthesized.

NASBA (амплификация на основе последовательности нуклеиновой кислоты, также называемая опосредованным ТМА/транскрипцией способом амплификации) известна также в качестве способа амплификации нуклеиновой кислоты, в котором сложная регуляция температуры не является необходимой. NASBA является системой реакций, где ДНК синтезируется ДНК-полимеразой в присутствии РНК-мишени в качестве матрицы с зондом, имеющим добавленный к нему промотор Т7, и этот продукт образует со вторым зондом двухнитевую цепь, с последующей транскрипцией РНК-полимеразой Т7 с образованной двухнитевой цепью в качестве матрицы для амплификации большого количества РНК (Nature, 350, 91-92, 1991). NASBA требует некоторых стадий денатурации нагреванием, пока не завершается синтез двухцепочечной ДНК, но последующая реакция транскрипции РНК-полимеразой Т7 протекает при изотермических условиях. Однако необходимо комбинирование многочисленных ферментов, таких как обратная транскриптаза, РНКаза Н, ДНК-полимераза и РНК-полимераза Т7, что неблагоприятно сказывается на стоимости, аналогично SDA. Далее, поскольку сложно устанавливать условия для реакции многочисленных ферментов, этот способ едва ли является широко распространенным в качестве общего аналитического способа. В известных реакциях амплификации нуклеиновой кислоты остаются проблемы, такие как сложная регуляция температуры и необходимость применения множественных ферментов, как описано выше.NASBA (nucleic acid sequence based amplification, also called TMA / transcription-mediated amplification method) is also known as a nucleic acid amplification method in which complex temperature control is not necessary. NASBA is a reaction system where DNA is synthesized by a DNA polymerase in the presence of a target RNA as a template with a probe having a T7 promoter added to it, and this product forms a double strand chain with a second probe, followed by transcription by T7 RNA polymerase with a double strand formed as a matrix for amplification of a large amount of RNA (Nature, 350, 91-92, 1991). NASBA requires some stages of heat denaturation until the synthesis of double-stranded DNA is complete, but the subsequent transcription reaction with T7 RNA polymerase proceeds under isothermal conditions. However, it is necessary to combine numerous enzymes such as reverse transcriptase, RNase H, DNA polymerase and T7 RNA polymerase, which adversely affects the cost, similar to SDA. Further, since it is difficult to establish conditions for the reaction of numerous enzymes, this method is hardly widespread as a general analytical method. In known nucleic acid amplification reactions, problems remain, such as complex temperature control and the need for multiple enzymes, as described above.

В отношении этих известных реакций синтеза нуклеиновой кислоты имеются несколько сообщений о попытке дополнительного улучшения эффективности синтеза нуклеиновой кислоты без ухудшения специфичности или расходов. Например, в способе, называемом RCA (амплификация катящегося кольца), было показано, что одноцепочечная ДНК, имеющая ряд нуклеотидных последовательностей, комплементарных подобному “висячему замку” зонду, может синтезироваться непрерывно в присутствии нуклеотидной последовательности-мишени (Paul M. Lizardi et al., Nature Genetics, 19, 225-232, July, 1998). В RCA используется подобный “висячему замку” зонд, имеющий особую структуру, в которой каждый из 5'- и 3'-концов единственного олигонуклеотида составляют смежный зонд в LCR. Затем, непрерывная реакция синтеза комплементарной цепи с зондом типа “висячего замка” в качестве матрицы, который был лигирован и циклизован в присутствии нуклеотидной последовательности-мишени, запускается объединением с полимеразой, катализирующей реакцию по типу вытеснения (замещения) цепи синтеза комплементарной цепи. Таким образом, образуется одноцепочечная нуклеиновая кислота, имеющая структуру из ряда районов, каждый из которых состоит из одной и той же последовательности нуклеотидов. Затем праймер дополнительно гибридизуют с этой одноцепочечной нуклеиновой кислотой для синтеза ее комплементарной цепи, и, следовательно, осуществляется высокая степень амплификации. Однако все еще остается проблема необходимости множества ферментов. Далее, запуск синтеза комплементарной цепи зависит от реакции лигирования двух смежных районов, и ее специфичность является в основном такой же, что и в LCR.With respect to these known nucleic acid synthesis reactions, there are several reports of an attempt to further improve the efficiency of nucleic acid synthesis without compromising specificity or cost. For example, in a method called RCA (rolling ring amplification), it was shown that single-stranded DNA having a series of nucleotide sequences complementary to a similar “padlock” probe can be synthesized continuously in the presence of a target nucleotide sequence (Paul M. Lizardi et al. , Nature Genetics, 19, 225-232, July, 1998). RCA uses a padlock-like probe with a special structure in which each of the 5'- and 3'-ends of a single oligonucleotide make up an adjacent probe in the LCR. Then, the continuous synthesis reaction of a complementary chain with a padlock probe as a matrix, which was ligated and cyclized in the presence of a target nucleotide sequence, is initiated by combining with a polymerase that catalyzes the reaction by the type of displacement (replacement) of the synthesis chain of a complementary chain. Thus, a single-stranded nucleic acid is formed having a structure of a number of regions, each of which consists of the same nucleotide sequence. The primer is then further hybridized with this single-stranded nucleic acid to synthesize its complementary strand, and therefore a high degree of amplification is performed. However, there remains the problem of the need for multiple enzymes. Further, the start of the synthesis of a complementary chain depends on the ligation reaction of two adjacent regions, and its specificity is basically the same as in LCR.

Для цели обеспечения З'-ОН существует известный способ, в котором нуклеотидную последовательность обеспечивают на 3'-конце последовательностью, комплементарной ей, и на этом конце образуется петля в виде шпильки (Gene, 71, 29-40, 1988). Синтез комплементарной цепи с самой последовательностью-мишенью в качестве матрицы начинается при петле-шпильке с образованием одноцепочечной нуклеиновой кислоты, состоящей из комплементарной нуклеотидной последовательности. Например, структура, в которой гибридизация происходит в той же самой цепи на конце, к которому была присоединена комплементарная нуклеотидная последовательность, получена в PCT/FR95/00891. Однако в этом способе необходимой является стадия, в которой этот конец отменяет спаривание оснований с комплементарной цепью, и спаривание оснований происходит опять в той же самой цепи. По оценкам, эта стадия протекает в зависимости от тонкого состояния равновесия на этом конце взаимно комплементарных нуклеотидных последовательностей, в том числе спаривания оснований. То есть используется равновесное состояние, поддерживаемое между спариванием оснований с комплементарной цепью и спариванием оснований в той же самой цепи, и только одна цепь, гибридизующаяся с нуклеотидной последовательностью в одной и той же цепи, служит в качестве затравки синтеза комплементарной цепи. Таким образом, считается, что для получения высокой эффективности реакции должны быть установлены строгие условия реакции. Кроме того, в этом существующем ранее способе сам праймер образует структуру петли. Таким образом, как только образуется димер праймера, реакция амплификации автоматически инициируется независимо от того, присутствует нуклеотидная последовательность-мишень или нет, и таким путем образуется неспецифический синтетический продукт. Это может быть серьезной проблемой. Далее, образование димера праймера и последующее использование этого праймера не специфической синтетической реакцией приводит к снижению эффективности амплификации желаемой реакции.For the purpose of providing 3'-OH, there is a known method in which a nucleotide sequence is provided at the 3'-end with a sequence complementary to it, and a loop in the form of a hairpin is formed at this end (Gene, 71, 29-40, 1988). The synthesis of a complementary strand with the target sequence itself as the template begins with a hairpin loop to form a single-stranded nucleic acid consisting of a complementary nucleotide sequence. For example, a structure in which hybridization occurs in the same strand at the end to which a complementary nucleotide sequence has been attached is obtained in PCT / FR95 / 00891. However, in this method, a stage is necessary in which this end cancels the base pairing with a complementary chain, and the base pairing occurs again in the same chain. It is estimated that this stage proceeds depending on the delicate state of equilibrium at this end of mutually complementary nucleotide sequences, including base pairing. That is, the equilibrium state maintained between the pairing of the bases with a complementary chain and the pairing of the bases in the same chain is used, and only one chain hybridizing with the nucleotide sequence in the same chain serves as a seed for the synthesis of the complementary chain. Thus, it is believed that in order to obtain a high reaction efficiency, strict reaction conditions must be established. In addition, in this previously existing method, the primer itself forms a loop structure. Thus, as soon as the primer dimer is formed, the amplification reaction is automatically initiated regardless of whether the target nucleotide sequence is present or not, and in this way a non-specific synthetic product is formed. This can be a serious problem. Further, the formation of a primer dimer and the subsequent use of this primer by a non-specific synthetic reaction leads to a decrease in the amplification efficiency of the desired reaction.

Кроме того, сообщают, что область, не служащую в качестве матрицы для ДНК-полимеразы, использовали для реализации гибридизации 3'-концевой структуры с той же самой цепью (ЕР713922). Это сообщение означает ту же самую проблему, что и в PCT/FR95/00891 выше в отношении использования динамического равновесия при этом конце или возможности неспецифической синтетической реакции вследствие образования димерного праймера. Кроме того, особая область, не служащая в качестве матрицы для ДНК-полимеразы, должна быть приготовлен в качестве праймера.In addition, it is reported that a region that does not serve as a template for DNA polymerase was used to realize hybridization of the 3'-terminal structure with the same chain (EP713922). This message indicates the same problem as in PCT / FR95 / 00891 above regarding the use of dynamic equilibrium at this end or the possibility of a nonspecific synthetic reaction due to the formation of a dimeric primer. In addition, a special region that does not serve as a template for DNA polymerase must be prepared as a primer.

Далее, в различных сигнальных реакциях амплификации, для которых используют принцип описанной здесь NASBA, часто используют олигонуклеотид, имеющий структуру шпильки на его конце для обеспечения двухцепочечного района промотора (патент Японии JP-A5-211873). Однако эти способы не являются способами, позволяющими последовательное обеспечение 3'-ОН для синтеза комплементарной цепи. Кроме того, структура петли-шпильки, имеющая 3'-конец, гибридизованный гибридизацией в той же самой цепи, используется с целью получения ДНК-матрицы, транскрибируемой РНК-полимеразой, в патенте Японии JP-A 10-510161 (WO96/17079). В этом способе матрицу амплифицируют с использованием транскрипции в РНК и обратной транскрипции из РНК в ДНК. Однако в этом способе реакционная система не может быть составлена без комбинирования множества ферментов.Further, in various amplification signaling reactions, for which the principle of the NASBA described here is used, an oligonucleotide having a hairpin structure at its end is often used to provide a double-stranded promoter region (JP-A5-211873 of Japan). However, these methods are not methods allowing sequential provision of 3'-OH for the synthesis of a complementary chain. In addition, a hairpin loop structure having a 3 ′ end hybridized by hybridization in the same strand is used to prepare a DNA template transcribed by RNA polymerase in JP-A 10-510161 (WO96 / 17079). In this method, the matrix is amplified using transcription in RNA and reverse transcription from RNA to DNA. However, in this method, the reaction system cannot be designed without combining multiple enzymes.

Описание изобретенияDescription of the invention

Целью данного изобретения является обеспечение способа синтеза нуклеиновой кислоты на основе нового принципа. Более конкретной целью является обеспечение способа, способного осуществлять синтез нуклеиновой кислоты в зависимости от последовательности эффективно при низких расходах. То есть целью данного изобретения является обеспечение способа, способного осуществлять синтез и амплификацию нуклеиновой кислоты с использованием единственного фермента даже при изотермических условиях реакции. Другой целью данного изобретения является обеспечение способа синтеза нуклеиновой кислоты, который может давать высокую специфичность, трудно достигаемую в случае известных принципов реакций синтеза нуклеиновых кислот, а также способа амплификации нуклеиновых кислот с использованием указанного синтетического способа.An object of the present invention is to provide a method for synthesizing a nucleic acid based on a new principle. A more specific objective is to provide a method capable of performing nucleic acid synthesis depending on the sequence efficiently at low cost. That is, the purpose of this invention is to provide a method capable of synthesizing and amplifying a nucleic acid using a single enzyme even under isothermal reaction conditions. Another objective of this invention is the provision of a method for the synthesis of nucleic acids, which can give high specificity, difficult to achieve in the case of the known principles of the reactions of synthesis of nucleic acids, as well as a method of amplification of nucleic acids using the specified synthetic method.

Авторы данного изобретения сконцентрировали внимание на том факте, что использование полимеразы, катализирующей синтез комплементарной цепи по типу вытеснения (замещения) цепи, применимо для синтеза нуклеиновых кислот, не зависящего от сложной регуляции температуры. Такая ДНК-полимераза является ферментом, используемым в SDA и RCA. Однако даже при использовании такого фермента реакция другого фермента всегда требуется для обеспечения 3'-ОН в качестве затравки синтеза в хорошо известном способе на основе праймеров, таком как SDA.The authors of this invention focused on the fact that the use of a polymerase that catalyzes the synthesis of a complementary strand by the type of displacement (substitution) of the strand is applicable for the synthesis of nucleic acids independent of complex temperature control. Such DNA polymerase is an enzyme used in SDA and RCA. However, even when using such an enzyme, the reaction of another enzyme is always required to provide 3'-OH as a seed for synthesis in a well-known primer-based method such as SDA.

В этих условиях авторы данного изобретения исследовали обеспечение 3'-ОН с совершенно иной точки зрения в сравнении с известным подходом. В результате авторы данного изобретения нашли, что с использованием олигонуклеотида, имеющего особую структуру, 3'-ОН может обеспечиваться без дополнительной ферментативной реакции, посредством чего была достигнута цель данного изобретения. То есть данное изобретение относится к способу синтеза нуклеиновой кислоты, способу амплификации нуклеиновой кислоты с применением указанного способа синтеза нуклеиновой кислоты и новому олигонуклеотиду, делающему возможными указанные способы, следующим образом:Under these conditions, the authors of this invention investigated the provision of 3'-OH from a completely different point of view in comparison with the known approach. As a result, the authors of the present invention found that using an oligonucleotide having a special structure, 3'-OH can be provided without additional enzymatic reaction, whereby the purpose of the present invention was achieved. That is, the present invention relates to a method for synthesizing a nucleic acid, a method for amplifying a nucleic acid using the method for synthesizing a nucleic acid, and a new oligonucleotide that makes these methods possible, as follows:

1. Способ синтеза нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи, предусматривающий:1. A method of synthesizing a nucleic acid having complementary nucleotide sequences linked alternately in a single strand chain, comprising:

a) стадию обеспечения нуклеиновой кислоты, которая обеспечена на ее 3'-конце областью F1, способной гибридизоваться с частью F1c в той же самой цепи, и которая при гибридизации области F1 с F1c способна образовывать петлю, содержащую область F2c, способную к спариванию оснований,a) a step of providing a nucleic acid which is provided at its 3'-end with an F1 region capable of hybridizing with a portion of F1c in the same chain, and which, when hybridizing the F1 region with F1c, is capable of forming a loop containing the F2c region capable of base pairing,

b) стадию выполнения синтеза комплементарной цепи, где 3'-конец F1, присоединенный гибридизацией к F1c, служит в качестве затравки синтеза,b) the step of completing the synthesis of the complementary chain, where the 3'-end of F1, attached by hybridization to F1c, serves as the seed of synthesis,

c) стадию гибридизации с областью F2c олигонуклеотида, обеспеченного его 3'-концом, с F2, состоящим из последовательности, комплементарной области F2c, с последующим синтезом, с указанным олигонуклеотидом в качестве затравки синтеза, комплементарной цепи полимеразой, катализирующей реакцию вытеснения (замещения) цепи синтеза комплементарной цепи, для вытеснения комплементарной цепи, синтезированной в стадии b), иc) a hybridization step with the F2c region of the oligonucleotide provided with its 3'-end, with F2 consisting of a sequence complementary to the F2c region, followed by synthesis, with the indicated oligonucleotide as a synthesis seed, a complementary strand with a polymerase that catalyzes the chain displacement (substitution) reaction synthesis of a complementary chain to displace the complementary chain synthesized in stage b), and

d) стадию гибридизации, с комплементарной цепью, вытесненной в стадии с), для подготовки для спаривания оснований, полинуклеотида, обеспеченного на его 3'-конце последовательностью, комплементарной произвольной области в указанной цепи, синтезированной в стадии с), с последующим синтезом, с указанным 3'-концом в качестве затравки синтеза, комплементарной цепи полимеразой, катализирующей реакцию вытеснения цепи синтеза комплементарной цепи, для вытеснения комплементарной цепи, синтезированной в стадии с).d) a hybridization step, with a complementary strand displaced in step c), to prepare for base pairing, a polynucleotide provided at its 3'-end with a sequence complementary to an arbitrary region in said strand synthesized in step c), followed by synthesis, s the indicated 3'-end as a seed of synthesis of a complementary strand with a polymerase catalyzing the reaction of displacing the synthesis strand of a complementary strand to displace the complementary strand synthesized in step c).

2. Способ по п.1, где в стадии d) затравка синтеза представляет собой область R1, присутствующую на 3'-конце в той же самой цепи и способную гибридизоваться с областью R1c, а петля, содержащая область R2c, способную к спариванию оснований, образуется гибридизацией R1 с R1c.2. The method according to claim 1, where in step d) the synthesis seed is an R1 region present at the 3'-end in the same chain and capable of hybridizing with the R1c region, and a loop containing the R2c region capable of base pairing, formed by hybridization of R1 with R1c.

3. Олигонуклеотид, состоящий по меньшей мере из двух областей Х2 и Х1с ниже, и Х1с связана с 5'-стороной Х2,3. An oligonucleotide consisting of at least two regions X2 and X1c below, and X1c is connected to the 5'-side of X2,

Х2: область, имеющая нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области Х2с в нуклеиновой кислоте, имеющей специфическую нуклеотидную последовательность, иX2: a region having a nucleotide sequence complementary to an arbitrary region X2c in a nucleic acid having a specific nucleotide sequence, and

X1c: область, имеющая по существу ту же самую нуклеотидную последовательность, что и в области X1c, расположенной на 5'-стороне области Х2с в нуклеиновой кислоте, имеющей специфическую нуклеотидную последовательность.X1c: a region having substantially the same nucleotide sequence as in the X1c region located on the 5 ′ side of the X2c region in a nucleic acid having a specific nucleotide sequence.

4. Способ по п.1, где нуклеиновая кислота в стадии а) является второй нуклеиновой кислотой, обеспеченной следующими стадиями:4. The method according to claim 1, where the nucleic acid in step a) is a second nucleic acid provided with the following steps:

i) стадией гибридизации с областью F2c в нуклеиновой кислоте, служащей в качестве матрицы, области F2 в олигонуклеотиде, описанном в п.3, где область Х2 является областью F2, а область X1c является областью F1c,i) a hybridization step with an F2c region in a nucleic acid serving as a template, an F2 region in the oligonucleotide described in claim 3, where region X2 is region F2 and region X1c is region F1c,

ii) стадией синтеза первой нуклеиновой кислоты, имеющей нуклеотидную последовательность, комплементарную матрице, причем F2 в этом олигонуклеотиде служит в качестве затравки синтеза,ii) a step for synthesizing a first nucleic acid having a nucleotide sequence complementary to the matrix, wherein F2 in this oligonucleotide serves as a seed for synthesis,

iii) стадией превращения произвольной области в первой нуклеиновой кислоте, синтезированной в стадии ii), в область, готовую для спаривания оснований, иiii) a step for converting an arbitrary region in the first nucleic acid synthesized in step ii) into a region ready for base pairing, and

iv) стадией гибридизации олигонуклеотида, имеющего нуклеотидную последовательность, комплементарную области, превращенной в область, готовую для спаривания оснований, в первой нуклеиновой кислоте в стадии iii), с последующим синтезом второй нуклеиновой кислоты с указанным олигонуклеотидом в качестве затравки синтеза и превращения F1 на ее 3'-конце в область, готовую для спаривания оснований.iv) a hybridization step of an oligonucleotide having a nucleotide sequence complementary to the region converted to a base ready for pairing in the first nucleic acid in step iii), followed by the synthesis of a second nucleic acid with the indicated oligonucleotide as a seed for synthesis and conversion of F1 to its 3 '-end to the area ready for mating.

5. Способ по п.4, где область, способная к спариванию оснований, в стадии iii) представляет собой R2c, a олигонуклеотид в стадии iv) представляет собой олигонуклеотид, описанный в п.3, где область Х2с является областью R2c, a область Х1с является областью R1c.5. The method according to claim 4, where the region capable of base pairing in step iii) is R2c, and the oligonucleotide in step iv) is the oligonucleotide described in claim 3, where region X2c is region R2c, and region X1c is the region of R1c.

6. Способ по п.4 или 5, где стадию придания способности спаривания оснований в стадиях iii) и iv) проводят синтезом с вытеснением цепи комплементарной цепи полимеразой, катализирующей реакцию вытеснения цепи синтеза комплементарной цепи, где внешний праймер, гибридизующийся с 3'-стороной F2c в матрице, и внешний праймер, гибридизующийся с 3'-стороной области, используемой в качестве затравки синтеза в стадии iv) для первой нуклеиновой кислоты, служат в качестве затравки синтеза.6. The method according to claim 4 or 5, where the stage of giving the ability to mate the bases in stages iii) and iv) is carried out by synthesis with the displacement of the chain of the complementary chain by polymerase, which catalyzes the reaction of the displacement of the synthesis chain of the complementary chain, where the external primer hybridizes with the 3'-side F2c in the template, and an external primer hybridizing to the 3 ′ side of the region used as the synthesis seed in step iv) for the first nucleic acid, serve as the synthesis seed.

7. Способ по п.6, где температура плавления каждого олигонуклеотида и его комплементарной области в матрице, используемой в этой реакции, находится в следующем соотношении при одной и той же жесткости:7. The method according to claim 6, where the melting temperature of each oligonucleotide and its complementary region in the matrix used in this reaction is in the following ratio with the same stiffness:

(внешний праймер/область на 3'-стороне в матрице)≤(F2c/F2 и R2c/R2)≤(F1c/F1 и R1c/R1).(external primer / region on the 3'-side of the matrix) ≤ (F2c / F2 and R2c / R2) ≤ (F1c / F1 and R1c / R1).

8. Способ по любому из пунктов 4-7, где нуклеиновая кислота, служащая в качестве матрицы, является РНК, и синтез комплементарной цепи в стадии ii) проводят ферментом, имеющим обратную транскриптазную активность.8. The method according to any one of paragraphs 4-7, wherein the nucleic acid serving as the template is RNA, and the synthesis of the complementary strand in step ii) is carried out by an enzyme having reverse transcriptase activity.

9. Способ амплификации нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи, с использованием повторяемого проведения следующих стадий:9. A method for amplification of a nucleic acid having complementary nucleotide sequences linked alternately in a single-stranded chain using the repeated steps of:

A) стадии обеспечения матрицы, которая обеспечивается на ее 3'- и 5'-концах областью, состоящей из нуклеотидной последовательности, комплементарной каждой концевой области в той же самой цепи, и которая при гибридизации этих взаимно комплементарных нуклеотидных последовательностей образует петлю, способную к спариванию оснований между ними,A) the stage of providing the matrix, which is provided at its 3'- and 5'-ends with a region consisting of a nucleotide sequence complementary to each end region in the same chain, and which upon hybridization of these mutually complementary nucleotide sequences forms a loop capable of pairing the grounds between them

B) стадии выполнения синтеза комплементарной цепи, где 3'-конец указанной матрицы, гибридизующийся с той же самой цепью, служит в качестве затравки синтеза,B) stages of completing the synthesis of a complementary chain, where the 3'-end of the specified matrix, hybridizing with the same chain, serves as a seed synthesis,

C) стадии гибридизации, с петлевой частью, олигонуклеотида, обеспеченного на его 3'-конце комплементарной нуклеотидной последовательностью, с петлей, которая среди указанных петель расположена на 3'-концевом сайте, с последующим синтезом, с олигонуклеотидом в качестве затравки синтеза, комплементарной цепи полимеразой, катализирующей реакцию вытеснения цепи синтеза комплементарной цепи, для вытеснения комплементарной цепи, синтезированной в стадии В), с получением ее 3'-конца, готового для спаривания оснований, иC) stages of hybridization, with a loop part, of an oligonucleotide provided at its 3'-end with a complementary nucleotide sequence, with a loop which among these loops is located at the 3'-terminal site, followed by synthesis, with an oligonucleotide as a seed of synthesis, of a complementary chain a polymerase that catalyzes the displacement reaction of the synthesis chain of a complementary chain to displace the complementary chain synthesized in stage B), to obtain its 3'-end, ready for pairing, and

D) стадии, в которой цепь с 3'-концом, сделанным готовым к спариванию оснований в стадии С), служит в качестве новой матрицы.D) a stage in which a chain with a 3'-end made ready for pairing in C) serves as a new matrix.

10. Способ по п.9, где олигонуклеотид в стадии С) обеспечивается на его 5'-конце нуклеотидной последовательностью, комплементарной 3'-концу, служащему в качестве затравки синтеза в стадии В).10. The method according to claim 9, where the oligonucleotide in step C) is provided at its 5'-end with a nucleotide sequence complementary to the 3'-end serving as a seed for synthesis in step B).

11. Способ по п.10, дополнительно предусматривающий стадию, в которой комплементарную цепь, синтезированную с олигонуклеотидом в стадии С) в качестве затравки синтеза, используют в качестве матрицы в стадии А).11. The method of claim 10, further comprising a step in which a complementary strand synthesized with the oligonucleotide in step C) as a seed for synthesis is used as the matrix in step A).

12. Способ по п.9, где матрица в стадии А) синтезируется по способу, описанному в п.5.12. The method according to claim 9, where the matrix in stage A) is synthesized according to the method described in paragraph 5.

13. Способ по п.1 или 9, где реакцию вытеснения цепи синтеза комплементарной цепи проводят в присутствии регулятора температуры плавления.13. The method according to claim 1 or 9, where the displacement reaction of the synthesis chain of the complementary chain is carried out in the presence of a melting temperature controller.

14. Способ по п.13, где регулятором температуры плавления является бетаин.14. The method according to item 13, where the regulator of the melting temperature is betaine.

15. Способ по п.14, где 0,2-3,0 М бетаин может присутствовать в реакционном растворе.15. The method according to 14, where 0.2-3.0 M betaine may be present in the reaction solution.

16. Способ обнаружения нуклеотидной последовательности-мишени в образце, предусматривающий выполнение способа амплификации, описанного в любом из пунктов 9-15, и наблюдение, генерируется или не генерируется продукт реакции амплификации.16. A method for detecting a target nucleotide sequence in a sample, comprising performing the amplification method described in any of paragraphs 9-15, and observing whether the product of the amplification reaction is generated or not generated.

17. Способ по п.16, где зонд, содержащий нуклеотидную последовательность, комплементарную петле, добавляют к продукту реакции амплификации и наблюдают гибридизацию между ними.17. The method according to clause 16, where the probe containing the nucleotide sequence complementary to the loop is added to the product of the amplification reaction and hybridization between them is observed.

18. Способ по п.17, где этот зонд является меченным на частицах, и наблюдают реакцию агрегации, имеющую место при гибридизации.18. The method according to 17, where this probe is labeled on the particles, and observe the aggregation reaction that occurs during hybridization.

19. Способ по п.16, где способ амплификации, описанный в любом из пунктов 9-15, проводят в присутствии детектора для нуклеиновой кислоты, и определение, генерируется или не генерируется продукт реакции амплификации, наблюдают на основании изменения в сигнале детектора.19. The method according to clause 16, where the amplification method described in any of paragraphs 9-15 is carried out in the presence of a detector for a nucleic acid, and determining whether or not the amplification reaction product is generated is observed based on a change in the detector signal.

20. Способ обнаружения мутации в нуклеотидной последовательности-мишени по способу определения, описанному в п.16, где мутация в нуклеотидной последовательности в качестве объекта амплификации предотвращает синтез любой из комплементарных цепей, участвующих в способе амплификации.20. The method for detecting a mutation in the target nucleotide sequence according to the determination method described in clause 16, where the mutation in the nucleotide sequence as an amplification object prevents the synthesis of any of the complementary chains involved in the amplification method.

21. Набор для синтеза нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные цепи, попеременно связанные с однонитевой цепью, содержащий следующие элементы:21. A kit for the synthesis of a nucleic acid having complementary chains alternately linked to a single strand chain, containing the following elements:

i) олигонуклеотид, описанный в п.3, где область F2c в нуклеиновой кислоте в качестве матрицы является Х2с, a F1с, расположенная на 5'-стороне F2c, является Х1с;i) the oligonucleotide described in claim 3, where the F2c region in the nucleic acid as the matrix is X2c, and F1c located on the 5'-side of F2c is X1c;

ii) олигонуклеотид, содержащий нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области в комплементарной цепи, синтезированной с олигонуклеотидом в (i), в качестве праймера;ii) an oligonucleotide containing a nucleotide sequence complementary to an arbitrary region in a complementary chain synthesized with the oligonucleotide in (i) as a primer;

iii) олигонуклеотид, имеющий нуклеотидную последовательность, комплементарную области F3c, расположенной на 3'-стороне области F2c, в нуклеиновой кислоте, служащей в качестве матрицы;iii) an oligonucleotide having a nucleotide sequence complementary to the F3c region located on the 3 ′ side of the F2c region in a nucleic acid serving as a template;

iv) ДНК-полимеразу, катализирующую реакцию типа вытеснения цепи синтеза комплементарной цепи; иiv) DNA polymerase catalyzing a reaction such as displacement of a complementary strand synthesis chain; and

v) нуклеотид, служащий в качестве субстрата для элемента iv).v) a nucleotide serving as a substrate for element iv).

22. Набор по п.21, где олигонуклеотид в ii) является олигонуклеотидом, описанным в п.3, где произвольная область R2c в комплементарной цепи, синтезированной с олигонуклеотидом в 1) в качестве затравки синтеза, является Х2с, a R1c, расположенная при 5' R2c, является Х1с.22. The kit according to item 21, where the oligonucleotide in ii) is the oligonucleotide described in claim 3, where an arbitrary region of R2c in the complementary chain synthesized with the oligonucleotide in 1) as a synthesis seed is X2c, and R1c located at 5 'R2c, is X1c.

23. Набор по п.22, дополнительно содержащий: vi) олигонуклеотид, имеющий нуклеотидную последовательность, комплементарную области R3c, расположенную на 3'-стороне произвольной R2c в комплементарной цепи, синтезированной с олигонуклеотидом в i) в качестве затравки синтеза.23. The kit of claim 22, further comprising: vi) an oligonucleotide having a nucleotide sequence complementary to the R3c region located on the 3'-side of an arbitrary R2c in the complementary chain synthesized with the oligonucleotide in i) as a synthesis seed.

24. Набор для обнаружения нуклеотидной последовательности-мишени, содержащий детектор для определения продукта синтетической реакции нуклеиновой кислоты дополнительно в наборе, описанном в любом из пунктов 21-23.24. A kit for detecting a target nucleotide sequence, comprising a detector for determining a product of a synthetic nucleic acid reaction further in the kit described in any one of paragraphs 21-23.

Нуклеиновая кислота, имеющая комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи, в качестве объекта синтеза в данном изобретении, означает нуклеиновую кислоту, имеющую взаимно комплементарные нуклеотидные последовательности, непосредственно связанные в однонитевой цепи. Кроме того, в данном изобретении она должна содержать нуклеотидную последовательность для образования петли между этими комплементарными цепями. В данном изобретении эта последовательность называется петлеобразующей последовательностью. Нуклеиновая кислота, синтезированная по данному изобретению, состоит по существу из взаимно комплементарных цепей, связанных через петлеобразующую последовательность. Обычно цепь, не разделяющуюся на 2 или более молекулы при диссоциации спаривания оснований, называют однонитевой цепью, независимо от того, включает она в себя спаривание оснований или нет. Комплементарная нуклеотидная последовательность может образовывать спаривание оснований в той же самой цепи. Внутримолекулярный продукт со спаренными основаниями, который может быть получен при разрешении нуклеиновой кислоте иметь комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи в соответствии с данным изобретением, чтобы иметь спаренные основания в той же самой цепи, дает область, состоящую из, очевидно, двухнитевой цепи и петли, не имеющей спаривания оснований.A nucleic acid having complementary nucleotide sequences linked alternately in a single strand chain as an object of synthesis in this invention means a nucleic acid having mutually complementary nucleotide sequences directly linked in a single strand. In addition, in the present invention, it must contain a nucleotide sequence for looping between these complementary chains. In the present invention, this sequence is called a loop forming sequence. The nucleic acid synthesized according to this invention consists essentially of mutually complementary chains linked through a loop-forming sequence. Typically, a chain that does not separate into 2 or more molecules upon dissociation of base pairing is called a single-stranded chain, regardless of whether it includes base pairing or not. A complementary nucleotide sequence can form base pairs in the same strand. An intramolecular product with paired bases, which can be obtained by allowing the nucleic acid to have complementary nucleotide sequences linked alternately in a single strand chain in accordance with this invention, to have paired bases in the same chain, gives an area consisting of, obviously, a double strand chain and a baseless loop.

То есть нуклеиновая кислота, имеющая комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи согласно данному изобретению, содержит комплементарные нуклеотидные последовательности, способные гибридизоваться в той же самой цепи, а ее гибридизованный продукт может быть определен в виде одноцепочечной нуклеиновой кислоты, состоящей из петли, не содержащей спаривания оснований в изогнутой, шарнирной части. Олигонуклеотид, имеющий нуклеотидную последовательность, комплементарную этой части, может гибридизоваться с этой петлей, не имеющей спаривания оснований. Петлеобразующая последовательность может быть произвольной нуклеотидной последовательностью. Петлеобразующая последовательность способна к спариванию оснований таким образом, чтобы инициировать синтез комплементарной молекулы для вытеснения, и обеспечена предпочтительно последовательностью, отличающейся от нуклеотидной последовательности, расположенной в другой области для получения специфической гибридизации. Например, в предпочтительном варианте, петлеобразующая последовательность содержит ту же самую нуклеотидную последовательность, что и область F2c (или R2c), расположенную на 3'-стороне области (т.е. F1с или R1c), происходящую из нуклеиновой кислоты в качестве матрицы, и отожженной (гибридизованной) в той же самой цепи.That is, a nucleic acid having complementary nucleotide sequences linked alternately in a single strand chain according to this invention contains complementary nucleotide sequences capable of hybridizing in the same chain, and its hybridized product can be determined as a single stranded nucleic acid consisting of a loop, not containing mating bases in a curved, articulated part. An oligonucleotide having a nucleotide sequence complementary to this part can hybridize to this baseless loop. The loop forming sequence may be an arbitrary nucleotide sequence. The loop-forming sequence is capable of base pairing in such a way as to initiate the synthesis of a complementary molecule for displacement, and is preferably provided with a sequence different from the nucleotide sequence located in another region to obtain specific hybridization. For example, in a preferred embodiment, the loop forming sequence contains the same nucleotide sequence as the F2c region (or R2c) located on the 3'-side of the region (i.e., F1c or R1c) originating from the nucleic acid as a template, and annealed (hybridized) in the same chain.

В данном изобретении по существу та же самая нуклеотидная последовательность определяется следующим образом. А именно, когда комплементарная цепь, синтезированная с определенной последовательностью в качестве матрицы, гибридизуется с нуклеотидной последовательностью-мишенью с образованием затравки синтеза комплементарной цепи, эта определенная последовательность является, по существу, той же самой, что и нуклеотидная последовательность-мишень. Например, термин “по существу, такая же последовательность, что и F2”, включает в себя не только абсолютно ту же самую нуклеотидную последовательность, что и F2, но также нуклеотидную последовательность, способную функционировать в качестве матрицы, дающей нуклеотидную последовательность, способную гибридизоваться с F2 и действовать в качестве затравки синтеза комплементарной цепи. Термин “гибридизоваться” в данном изобретении означает образование двухцепочечной структуры нуклеиновой кислоты через спаривание оснований на основе закона Уотсона-Крика. Таким образом, даже если цепь нуклеиновой кислоты, имеющая спаривание оснований, является однонитевой цепью, гибридизация имеет место, если внутримолекулярные комплементарные нуклеотидные последовательности являются последовательностями со спаренными основаниями. В данном изобретении отжиг и гибридизация имеют одно и то же значение, заключающееся в том, что нуклеиновая кислота образует двухцепочечную структуру посредством спаривания оснований.In the present invention, essentially the same nucleotide sequence is defined as follows. Namely, when a complementary strand synthesized with a specific sequence as a template hybridizes to a target nucleotide sequence to seed a synthesis of a complementary strand, that particular sequence is essentially the same as the target nucleotide sequence. For example, the term “essentially the same sequence as F2” includes not only the exact same nucleotide sequence as F2, but also a nucleotide sequence capable of functioning as a matrix giving a nucleotide sequence capable of hybridizing with F2 and act as a primer for complementary chain synthesis. The term “hybridize” in this invention means the formation of a double-stranded nucleic acid structure through base pairing based on the Watson-Crick law. Thus, even if the nucleic acid chain having base pairing is a single-stranded chain, hybridization occurs if the intramolecular complementary nucleotide sequences are paired bases. In the present invention, annealing and hybridization have the same meaning that the nucleic acid forms a double-stranded structure by base pairing.

Число пар комплементарных нуклеотидных последовательностей, составляющих нуклеиновую кислоту в соответствии с данным изобретением, равно по меньшей мере 1. Согласно желаемому варианту осуществления данного изобретения оно может быть равно 2 или более. В этом случае теоретически не существует верхнего предела числа пар комплементарных нуклеотидных последовательностей, составляющих эту нуклеиновую кислоту. Когда эта нуклеиновая кислота в качестве синтетического продукта данного изобретения составлена из множественных наборов комплементарных нуклеотидных последовательностей, эта нуклеиновая кислота состоит из повторяемых нуклеотидных последовательностей.The number of pairs of complementary nucleotide sequences constituting a nucleic acid in accordance with this invention is at least 1. According to a preferred embodiment of the invention, it may be 2 or more. In this case, theoretically there is no upper limit on the number of pairs of complementary nucleotide sequences constituting this nucleic acid. When this nucleic acid as a synthetic product of the present invention is composed of multiple sets of complementary nucleotide sequences, this nucleic acid is composed of repeat nucleotide sequences.

Нуклеиновая кислота, имеющая комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи, синтезированная данным изобретением, может не иметь такой же структуры, какую имеет природно встречающаяся нуклеиновая кислота. Известно, что, если производное нуклеотида используют в качестве субстрата, когда синтезируется нуклеиновая кислота под действием ДНК-полимеразы, может быть синтезировано производное нуклеиновой кислоты. Используемое производное нуклеиновой кислоты включает в себя нуклеотиды, меченные радиоактивным изотопом или производными нуклеотидов, меченными связывающим лигандом, например, биотином или дигоксином. Эти нуклеотидные производные могут быть использованы для мечения производных нуклеиновых кислот в качестве продукта. Альтернативно, если в качестве субстрата используют флуоресцентные нуклеотиды, нуклеиновая кислота в качестве продукта может быть флуоресцентным производным. Далее, этот продукт может быть либо ДНК, либо РНК. Какой продукт из них образуется, определяется комбинацией структуры праймера, типа субстрата для полимеризации и реагентов полимеризации для проведения полимеризации нуклеиновой кислоты.A nucleic acid having complementary nucleotide sequences linked alternately in a single strand chain synthesized by this invention may not have the same structure as naturally occurring nucleic acid has. It is known that if a nucleotide derivative is used as a substrate when a nucleic acid is synthesized by DNA polymerase, a nucleic acid derivative can be synthesized. A nucleic acid derivative used includes nucleotides labeled with a radioactive isotope or nucleotide derivatives labeled with a binding ligand, for example, biotin or digoxin. These nucleotide derivatives can be used to label derivatives of nucleic acids as a product. Alternatively, if fluorescent nucleotides are used as a substrate, the nucleic acid as a product may be a fluorescent derivative. Further, this product may be either DNA or RNA. Which product is formed from them is determined by the combination of the structure of the primer, such as a substrate for polymerization and polymerization reagents for polymerization of a nucleic acid.

Синтез нуклеиновой кислоты, имеющей структуру, описанную выше, может быть инициирован применением ДНК-полимеразы, имеющей активность вытеснения цепи, и нуклеиновой кислотой, которая обеспечена на ее 3'-конце областью F1, способной гибридизоваться с частью F1с в той же самой цепи, и которая при гибридизации области F1 с F1с способна образовывать петлю, содержащую область F2c, способную к спариванию оснований. Имеются многочисленные сообщения о реакции синтеза комплементарной цепи, в которой образуется петля в виде шпильки, и сама последовательность образца используется в качестве матрицы, тогда как в данном изобретении часть петли в виде шпильки обеспечена областью, способной к спариванию оснований, и, следовательно, имеется новый признак, заключающийся в использовании этой области в синтезе комплементарной цепи. Посредством использования этой области в качестве затравки синтеза комплементарная цепь, синтезированная ранее с самой последовательностью образца в виде матрицы, вытесняется. Затем область R1c (произвольная область), расположенная на 3'-конце вытесняемой цепи, находится в состоянии, готовом для спаривания оснований. Область, имеющая комплементарную последовательность к этому R1c, гибридизуется с ним, приводя к образованию нуклеиновой кислоты (2 молекул), имеющей нуклеотидную последовательность, простирающуюся от F1 до R1c, и ее комплементарную цепь, связанную попеременно через образующую петлю последовательность. В данном изобретении произвольная область, такая как R1c, описанная выше, может быть выбрана произвольно, при условии, что она может быть гибридизована с полинуклеотидом, имеющим нуклеотидную последовательность, комплементарную этой области, и что комплементарная цепь, синтезируемая с этим полинуклеотидом в качестве затравки синтеза, имеет необходимые функции для данного изобретения.The synthesis of a nucleic acid having the structure described above may be initiated by the use of DNA polymerase having chain displacement activity and nucleic acid, which is provided at its 3'-end with an F1 region capable of hybridizing with a portion of F1c in the same chain, and which, when hybridizing the F1 region with F1c, is capable of forming a loop containing the F2c region capable of base pairing. There are numerous reports of the synthesis reaction of a complementary chain in which a loop in the form of a hairpin forms, and the sample sequence itself is used as a matrix, whereas in this invention a part of the hairpin loop is provided with a region capable of pairing bases, and therefore there is a new a feature consisting in the use of this region in the synthesis of a complementary chain. By using this region as a synthesis seed, the complementary chain synthesized previously with the sequence of the sample in the form of a matrix is displaced. Then, the region R1c (an arbitrary region) located at the 3'-end of the extruded chain is in a state ready for pairing. A region having a complementary sequence to this R1c hybridizes with it, resulting in the formation of a nucleic acid (2 molecules) having a nucleotide sequence extending from F1 to R1c and its complementary chain linked alternately through a looping sequence. In this invention, an arbitrary region, such as R1c described above, can be selected arbitrarily, provided that it can be hybridized with a polynucleotide having a nucleotide sequence complementary to this region, and that the complementary chain synthesized with this polynucleotide as a seed of synthesis has the necessary functions for this invention.

В данном изобретении используется термин “нуклеиновая кислота”. Нуклеиновая кислота в данном изобретении обычно включает в себя как ДНК, так и РНК. Однако нуклеиновая кислота, нуклеотид которой замещен искусственным производным или модифицированной нуклеиновой кислотой, произведенной из природной ДНК или РНК, также включена в термин нуклеиновой кислоты данного изобретения, пока он функционирует в качестве матрицы для синтеза комплементарной цепи. Нуклеиновая кислота данного изобретения обычно содержится в биологическом образце. Биологический образец включает в себя животные, растительные или микробные ткани, клетки, культуры и экскреции или экстракты из них. Биологический образец данного изобретения включает в себя геномную ДНК или РНК внутриклеточных паразитов, таких как вирус или микоплазма. Нуклеиновая кислота данного изобретения может происходить из нуклеиновой кислоты, содержащейся в указанном биологическом образце. Например, кДНК, синтезированная из мРНК, или нуклеиновая кислота, амплифицированная на основе нуклеиновой кислоты, происходящей из биологического образца, является типичным примером нуклеиновой кислоты данного изобретения.The term “nucleic acid” is used in this invention. The nucleic acid in this invention typically includes both DNA and RNA. However, a nucleic acid whose nucleotide is replaced by an artificial derivative or a modified nucleic acid derived from natural DNA or RNA is also included in the nucleic acid term of the present invention while it functions as a template for the synthesis of a complementary strand. The nucleic acid of the present invention is usually contained in a biological sample. A biological sample includes animals, plant or microbial tissues, cells, cultures and excretions, or extracts thereof. A biological sample of the invention includes genomic DNA or RNA of intracellular parasites, such as a virus or mycoplasma. The nucleic acid of the present invention may be derived from a nucleic acid contained in said biological sample. For example, cDNA synthesized from mRNA, or a nucleic acid amplified based on a nucleic acid derived from a biological sample, is a typical example of a nucleic acid of the present invention.

Нуклеиновая кислота, характерная для данного изобретения, которая обеспечена на ее 3'-конце области F1, способной гибридизоваться с частью F1с в той же самой цепи, и которая при гибридизации области F1 с F1с способна образовывать петлю, содержащую область F2c, способную к спариванию оснований, может быть получена различными способами. В наиболее предпочтительном варианте реакция синтеза комплементарной цепи с использованием олигонуклеотида, имеющего следующую структуру, может быть использована для получения данной структуры.The nucleic acid characteristic of the present invention, which is provided at its 3'-end of the F1 region, capable of hybridizing with a portion of F1c in the same chain, and which, when hybridizing the F1 region with F1c, is capable of forming a loop containing the F2c region capable of base pairing can be obtained in various ways. In a most preferred embodiment, a complementary strand synthesis reaction using an oligonucleotide having the following structure can be used to produce this structure.

То есть олигонуклеотид, применимый в данном изобретении, состоит по меньшей мере из двух областей Х2 и Х1с, описанных ниже, где Х1с лигирован с 5'-стороной Х2.That is, the oligonucleotide useful in this invention consists of at least two regions X2 and X1c described below, where X1c is ligated to the 5 ′ side of X2.

Х2: область, имеющая нуклеотидную последовательность, комплементарную области Х2с в нуклеиновой кислоте, имеющей специфическую нуклеотидную последовательность.X2: a region having a nucleotide sequence complementary to region X2c in a nucleic acid having a specific nucleotide sequence.

Х1с: область, имеющая по существу такую же нуклеотидную последовательность, что и область Х1с, расположенная на 5'-стороне области Х2с в нуклеиновой кислоте, имеющей специфическую нуклеотидную последовательность.X1c: a region having substantially the same nucleotide sequence as the X1c region located on the 5 ′ side of the X2c region in a nucleic acid having a specific nucleotide sequence.

Здесь нуклеиновой кислотой, имеющей специфическую нуклеотидную последовательность, которой определяется структура олигонуклеотида данного изобретения, называют нуклеиновую кислоту, служащую в качестве матрицы при использовании олигонуклеотида данного изобретения в качестве праймера. В случае обнаружения нуклеиновой кислоты на основе синтетического способа данного изобретения нуклеиновая кислота, имеющая специфическую нуклеотидную последовательность, является мишенью определения или нуклеиновой кислотой, происходящей из этой мишени определения. Нуклеиновой кислотой, имеющей специфическую нуклеотидную последовательность, называют нуклеиновую кислоту, в которой по меньшей мере часть нуклеотидной последовательности является обнаруживаемой или предсказуемой. Частью обнаруживаемой нуклеотидной последовательности является область Х2с и область Х1с, расположенная на ее 5'-стороне. Можно предположить, что эти 2 области являются смежными или локализованными отдельно друг от друга. Относительным позиционным отношением этих двух областей определяется состояние петли, образуемой при самогибридизации нуклеиновой кислоты в качестве продукта. Расстояние между этими двумя областями предпочтительно является не очень далеким друг от друга, так что нуклеиновая кислота в качестве продукта подвергается самогибридизации, преобладающей над межмолекулярной гибридизацией. Таким образом, позиционное отношение между этими двумя областями предпочтительно является таким, что они является соседними при интервале между ними обычно 0-100 оснований. Однако в образовании петли посредством описанной ниже самогибридизации может быть случай, когда для образования петли было бы неблагопрятным, что эти две области находятся слишком близко друг к другу. В этой петле существует необходимость в структуре для гибридизации нового олигонуклеотида и для легкой инициации реакции вытеснения цепи синтеза комплементарной цепи с указанным олигонуклеотидом в качестве затравки синтеза. Более предпочтительно, расстояние между областью Х2с и областью Х1с, расположенной на 5'-стороне Х2с, составляет 0-100 оснований, более предпочтительно 10-70 оснований. Эта цифровая величина показывает длину за исключением длины Х1с и Х2. Число оснований, составляющих петлевую часть, равно этой длине плюс длина области, соответствующей Х2.Herein, a nucleic acid having a specific nucleotide sequence, which determines the structure of the oligonucleotide of the present invention, is called a nucleic acid serving as a template when using the oligonucleotide of the present invention as a primer. In the case of detecting a nucleic acid based on the synthetic method of the present invention, a nucleic acid having a specific nucleotide sequence is a determination target or a nucleic acid originating from this determination target. A nucleic acid having a specific nucleotide sequence is called a nucleic acid in which at least a portion of the nucleotide sequence is detectable or predictable. Part of the detected nucleotide sequence is the X2c region and the X1c region located on its 5'-side. It can be assumed that these 2 regions are adjacent or localized separately from each other. The relative positional ratio of these two regions determines the state of the loop formed upon self-hybridization of the nucleic acid as a product. The distance between these two regions is preferably not very far from each other, so that the nucleic acid as a product undergoes self-hybridization, prevailing over intermolecular hybridization. Thus, the positional relationship between these two regions is preferably such that they are adjacent when the interval between them is usually 0-100 bases. However, in looping through self-hybridization described below, there may be a case where it would be unprofitable for looping that these two regions are too close to each other. In this loop, there is a need for a structure for hybridization of a new oligonucleotide and for easy initiation of the displacement reaction of the synthesis chain of a complementary chain with the indicated oligonucleotide as a seed of synthesis. More preferably, the distance between region X2c and region X1c located on the 5'-side of X2c is 0-100 bases, more preferably 10-70 bases. This numerical value shows the length except for the lengths X1c and X2. The number of bases making up the loop is equal to this length plus the length of the region corresponding to X2.

Как термин “идентичная”, так и термин “комплементарная”, используемые для характеристики нуклеотидной последовательности, составляющей олигонуклеотид на основе данного изобретения, не означают “абсолютно идентичная” или “абсолютно комплементарная”. То есть выражение “идентичная последовательность, что и определенная последовательность” включает в себя последовательности, комплементарные нуклеотидным последовательностям, способным гибридизоваться с определенной последовательностью. С другой стороны, комплементарная последовательность обозначает последовательность, способную гибридизоваться при жестких условиях с образованием 3'-конца, служащего в качестве затравки синтеза комплементарной цепи.Both the term “identical” and the term “complementary”, used to characterize the nucleotide sequence constituting the oligonucleotide based on the present invention, do not mean “absolutely identical” or “absolutely complementary”. That is, the expression “identical sequence as a specific sequence” includes sequences complementary to nucleotide sequences capable of hybridizing with a specific sequence. On the other hand, a complementary sequence denotes a sequence capable of hybridizing under stringent conditions to form a 3'-end serving as a seed for complementary chain synthesis.

Обычно области Х2 и Х1с, составляющие олигонуклеотид данного изобретения, для нуклеиновой кислоты, имеющей специфическую нуклеотидную последовательность, расположены смежно без перекрывания друг с другом. Если в обеих нуклеотидных последовательностях имеется общая часть, то эти две нуклеотидных последовательности могут быть частично перекрывающимися. Поскольку Х2 должен функционировать в качестве праймера, он должен быть всегда 3'-концом. С другой стороны, Х1с должен придавать функцию праймера, как описано ниже, 3'-концу комплементарной цепи, синтезированной с этой нуклеиновой кислотой в качестве матрицы, и, следовательно, он должен быть помещен на 5'-конце. Комплементарная цепь, полученная с этим олигонуклеотидом в качестве затравки синтеза, служит в качестве матрицы для синтеза комплементарной цепи в обратном направлении в следующей стадии, и, наконец, часть олигонуклеотида данного изобретения копируется в качестве матрицы в комплементарную цепь. 3'-конец, генерированный копированием, имеет нуклеотидную последовательность X1, которая гибридизуется с Х1с в той же самой цепи с образованием петли.Typically, the regions X2 and X1c constituting the oligonucleotide of the present invention for a nucleic acid having a specific nucleotide sequence are adjacent without overlapping with each other. If there is a common part in both nucleotide sequences, then these two nucleotide sequences may be partially overlapping. Since X2 must function as a primer, it must always be the 3'-end. On the other hand, X1c must impart a primer function, as described below, to the 3 ′ end of the complementary strand synthesized with this nucleic acid as a template, and therefore it must be placed at the 5 ′ end. The complementary strand obtained with this oligonucleotide as a synthesis seed serves as a template for synthesizing the complementary strand in the opposite direction in the next step, and finally, a portion of the oligonucleotide of the present invention is copied as a matrix into the complementary strand. The 3 ′ end generated by copying has the nucleotide sequence X1 that hybridizes with X1c in the same chain to form a loop.

В данном изобретении термин “олигонуклеотид” обозначает олигонуклеотид, который удовлетворяет двум требованиям, то есть он должен быть способен образовывать комплементарное спаривание оснований и давать -ОН-группу, служащую в качестве затравки синтеза комплементарной цепи, на 3'-конце. Таким образом, его скелет не должен ограничиваться только структурой, содержащей фосфодиэфирные связи. Например, он может состоять из фосфотиоатного производного, имеющего S вместо О, в качестве скелета, или пептид-нуклеиновой кислоты на основе пептидных связей. Основаниями могут быть основания, способные к комплементарному связыванию оснований. В природе существуют 5 оснований, то есть А, С, Т, G и U (А, Ц, Т, Г и У), но основание может быть также аналогом, например бромдезоксиуридином. Олигонуклеотид, используемый в данном изобретении, функционирует предпочтительно не только в качестве затравки синтеза, но также в качестве матрицы для синтеза комплементарной цепи. Термин полинуклеотид в данном изобретении включает в себя олигонуклеотиды. Термин “полинуклеотид” используется в том случае, когда длина цепи не является ограниченной, тогда как термин “олигонуклеотид” используется для обозначения нуклеотидного полимера, имеющего относительно короткую длину цепи.In the present invention, the term “oligonucleotide” means an oligonucleotide that satisfies two requirements, that is, it must be able to form complementary base pairing and give an —OH group serving as a seed for complementary chain synthesis at the 3 ′ end. Thus, its skeleton should not be limited only to a structure containing phosphodiester bonds. For example, it may consist of a phosphotioate derivative having S instead of O as a skeleton, or a peptide-nucleic acid based on peptide bonds. Bases may be bases capable of complementary binding of bases. In nature, there are 5 bases, that is, A, C, T, G and U (A, C, T, G and Y), but the base can also be an analogue, for example bromodeoxyuridine. The oligonucleotide used in this invention preferably functions not only as a seed for synthesis, but also as a template for the synthesis of a complementary chain. The term polynucleotide in this invention includes oligonucleotides. The term “polynucleotide” is used when the chain length is not limited, while the term “oligonucleotide” is used to refer to a nucleotide polymer having a relatively short chain length.

Олигонуклеотид в соответствии с данным изобретением имеет такую длину цепи, чтобы быть способным к спариванию оснований с комплементарной цепью и сохранять необходимую специфичность в конкретной среде в различных реакциях синтеза нуклеиновой кислоты, описанных ниже. Конкретно, он состоит из 5-200 п.н., более предпочтительно 10-50 п.н. Длина цепи праймера, узнаваемого известной полимеразой, катализирующей зависимую от последовательности реакцию синтеза нуклеиновой кислоты, равна по меньшей мере приблизительно 5 оснований, так что длина цепи гибридизующейся части должна быть больше этой длины. Кроме того, длина 10 оснований или более является желательной статистически для ожидания специфичности этой нуклеотидной последовательности. С другой стороны, получение слишком длинной нуклеотидной последовательности химическим синтезом является трудным, и, следовательно, описанная выше длина цепи приводится в качестве примера как желательный диапазон. Приведенная в качестве примера здесь длина цепи относится к длине цепи части, гибридизующейся с комплементарной цепью. Как описано ниже, олигонуклеотид в соответствии с данным изобретением может гибридизоваться в конечном счете по меньшей мере с 2 областями индивидуально. Таким образом, должно быть понятно, что приведенная здесь в качестве примера длина цепи является длиной цепи каждой области, составляющей данный олигонуклеотид.The oligonucleotide in accordance with this invention has such a chain length so as to be capable of pairing bases with a complementary chain and maintain the necessary specificity in a particular environment in the various nucleic acid synthesis reactions described below. Specifically, it consists of 5-200 bp, more preferably 10-50 bp The primer chain recognized by a known polymerase catalyzing a sequence-dependent nucleic acid synthesis reaction is at least about 5 bases long, so that the chain length of the hybridizing moiety must be greater than this length. In addition, a length of 10 bases or more is statistically desirable to anticipate the specificity of this nucleotide sequence. On the other hand, obtaining too long a nucleotide sequence by chemical synthesis is difficult, and therefore, the chain length described above is exemplified as a desirable range. As an example, chain length refers to the chain length of a portion hybridizing to a complementary chain. As described below, the oligonucleotide in accordance with this invention can hybridize ultimately with at least 2 regions individually. Thus, it should be understood that the chain length given here as an example is the chain length of each region constituting the given oligonucleotide.

Далее, олигонуклеотид в соответствии с данным изобретением может быть помечен известным метящим веществом. Меченый субстрат включает в себя связывающие лиганды, такие как дигоксин и биотин, фермент, флуоресцентные вещества и люминесцентные вещества и радиоактивные изотопы. Способы замены основания, находящегося в олигонуклеотиде, флуоресцентным аналогом также известны (WO95/05391, Рrос. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 6644-6648, 1994).Further, the oligonucleotide in accordance with this invention can be labeled with a known labeling substance. The labeled substrate includes binding ligands such as digoxin and biotin, an enzyme, fluorescent substances and luminescent substances and radioactive isotopes. Methods for replacing a base located in an oligonucleotide with a fluorescent analogue are also known (WO95 / 05391, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 6644-6648, 1994).

Другие олигонуклеотиды в соответствии с данным изобретением могут быть также связаны с твердой фазой. Альтернативно, произвольная часть олигонуклеотида может быть меченной связывающим лигандом, таким как биотин, и может быть иммобилизована непосредственно через партнера связывания, такого как иммобилизованный авидин. При использовании иммобилизованного олигонуклеотида в качестве затравки синтеза нуклеиновая кислота в качестве синтетического продукта реакции улавливается этой твердой фазой, облегчая таким образом его отделение. Отделенный продукт может определяться специфическим для нуклеиновых кислот индикатором или гибридизацией с метящим зондом. Фрагменты нуклеиновой кислоты-мишени могут быть также извлечены расщеплением продукта произвольными рестрикционными ферментами (рестриктазами).Other oligonucleotides in accordance with this invention may also be associated with the solid phase. Alternatively, an arbitrary portion of the oligonucleotide can be labeled with a binding ligand, such as biotin, and can be immobilized directly through a binding partner, such as immobilized avidin. When using an immobilized oligonucleotide as a seed for synthesis, the nucleic acid as a synthetic reaction product is captured by this solid phase, thereby facilitating its separation. The separated product can be determined by a specific nucleic acid indicator or hybridization with a labeling probe. Target nucleic acid fragments can also be recovered by cleaving the product by arbitrary restriction enzymes (restrictase enzymes).

Термин “матрица”, используемый в данном изобретении, обозначает нуклеиновую кислоту, служащую в качестве матрицы для синтеза комплементарной цепи. Комплементарная цепь, имеющая нуклеотидную последовательность, комплементарную матрице, обозначает цепь, соответствующую матрице, но это взаимоотношение между этими двумя цепями является лишь относительным. То есть цепь, синтезированная в виде комплементарной цепи, может опять функционировать в качестве матрицы. То есть комплементарная цепь может становиться матрицей.The term “matrix” as used in this invention means a nucleic acid that serves as a template for the synthesis of a complementary strand. A complementary chain having a nucleotide sequence complementary to a matrix denotes a chain corresponding to the matrix, but this relationship between the two chains is only relative. That is, a chain synthesized as a complementary chain can again function as a matrix. That is, a complementary chain can become a matrix.

Олигонуклеотид, применимый в данном изобретении, не ограничивается 2 областями, описанными выше, и может содержать дополнительную область. В то время как Х2 и Х1с расположены на 3'- и 5'-концах, соответственно, произвольная последовательность может быть расположена между ними. Например, она может быть сайтом узнавания рестриктазы, промотором, узнаваемым РНК-полимеразой, или ДНК, кодирующей рибозим. С использованием ее в качестве последовательности узнавания рестрикционного фермента, нуклеиновая кислота, имеющая комплементарную последовательность, попеременно связанную в однонитевой цепи в виде синтетического продукта данного изобретения, может расщепляться на двухцепочечные нуклеиновые кислоты одинаковой длины. Посредством помещения промоторной последовательности, узнаваемой РНК-полимеразой, синтетический продукт данного изобретения служит в качестве матрицы, делая возможной дальнейшую транскрипцию в РНК. Дополнительным помещением ДНК, кодирующей рибозим, осуществляется система, в которой продукт транскрипции является саморасщепляемым. Эти дополнительные нуклеотидные последовательности являются последовательностями, функционирующими после образования их в двухнитевую цепь. Таким образом, когда одноцепочечная нуклеиновая кислота в соответствии с данным изобретением образует петлю, эти последовательности не функционируют. Они не функционируют до тех пор, пока эта нуклеиновая кислота не элонгируется и не гибридизуется в отсутствие петли в цепь, имеющую комплементарную нуклеотидную последовательность.The oligonucleotide useful in this invention is not limited to the 2 regions described above, and may contain an additional region. While X2 and X1c are located at the 3'- and 5'-ends, respectively, an arbitrary sequence can be located between them. For example, it may be a restriction enzyme recognition site, a promoter recognized by RNA polymerase, or a DNA encoding a ribozyme. Using it as a restriction enzyme recognition sequence, a nucleic acid having a complementary sequence alternately linked in a single strand as a synthetic product of the present invention can be split into double stranded nucleic acids of the same length. By placing the promoter sequence recognized by RNA polymerase, the synthetic product of the present invention serves as a template, making possible further transcription into RNA. An additional room for DNA encoding a ribozyme is a system in which the transcription product is self-cleavable. These additional nucleotide sequences are sequences that function after they form a double strand chain. Thus, when a single-stranded nucleic acid in accordance with this invention forms a loop, these sequences do not function. They do not function until this nucleic acid is elongated and hybridized in the absence of a loop into a chain having a complementary nucleotide sequence.

При объединении промотора с олигонуклеотидом на основе данного изобретения в таком направлении, чтобы сделать возможной транскрипцию синтезированной области, продукт реакции данного изобретения, где одна и та же нуклеотидная последовательность повторяется, реализует высокоэффективную систему транскрипции. Посредством объединения этой системы с подходящей экспрессионной системой становится возможной также трансляция в белок. То есть эта система может быть также использована для транскрипции и трансляции в белок в бактериях или клетках животных или in vitro.When combining a promoter with an oligonucleotide based on the present invention in such a direction as to allow transcription of the synthesized region, the reaction product of this invention, where the same nucleotide sequence is repeated, implements a highly efficient transcription system. By combining this system with a suitable expression system, translation into protein is also possible. That is, this system can also be used for transcription and translation into protein in bacteria or animal cells or in vitro.

Олигонуклеотид данного изобретения, имеющий описанную выше структуру, может быть синтезирован химическим путем. Альтернативно, природная нуклеиновая кислота может быть расщеплена, например, рестриктазами и модифицирована таким образом, чтобы состоять из описанной выше нуклеотидной последовательности или быть лигированной в описанную выше нуклеотидную последовательность.The oligonucleotide of the present invention having the structure described above can be chemically synthesized. Alternatively, the naturally occurring nucleic acid may be cleaved, for example, with restriction enzymes and modified to be composed of the nucleotide sequence described above or ligated into the nucleotide sequence described above.

Основной принцип реакции для выполнения синтеза с использованием ценного олигонуклеотида, описанного выше, в комбинации с ДНК-полимеразой, имеющей активность вытеснения цепи, в реакции синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением, описывается со ссылкой на фиг.5-6. Олигонуклеотид, описанный выше (FA на фиг.5) гибридизуют при Х2 (соответствующем F2) с нуклеиновой кислотой в качестве матрицы для получения затравки синтеза комплементарной цепи. На фиг.5 комплементарная цепь, синтезированная от FA в качестве затравки синтеза, вытесняется синтезом комплементарной цепи (описанным ниже) от внешнего праймера (F3) с образованием однонитевой цепи (фиг.5-А). Когда синтез комплементарной цепи в полученную комплементарную цепь проводят далее, 3'-конец нуклеиновой кислоты, синтезированной в виде комплементарной цепи на фиг.5-А, имеет нуклеотидную последовательность, комплементарную олигонуклеотиду данного изобретения. То есть, поскольку 5'-конец олигонуклеотида данного изобретения имеет такую же последовательность, что и область Х1с (соответствующая F1c), 3'-конец синтезированной таким образом нуклеиновой кислоты имеет комплементарную последовательность X1 (F1). Фиг.5 показывает, что комплементарная цепь, синтезированная от R1 в качестве затравки синтеза, вытесняется синтезом комплементарной цепи праймером R3 в качестве затравки синтеза. Как только 3'-концевая часть делается готовой для спаривания основанием посредством этого вытеснения, X1 (F1) на 3'-конце гибридизуется с X1c (F1c) в той же самой цепи, и происходит реакция элонгации с самой собой в качестве матрицы (фиг.5-В). Затем Х2с (F2c), расположенный на ее 3'-конце, остается в виде петли, не участвующей в спаривании оснований. Х2 (F2) в олигонуклеотиде в соответствии с данным изобретением гибридизуется с этой петлей, и комплементарная цепь синтезируется с указанным олигонуклеотидом в качестве затравки синтеза (фиг.5-В). Продукт синтетической реакции комплементарной цепи с ранее синтезированным продуктом в качестве матрицы вытесняется посредством реакции вытеснения цепи таким образом, что он делается готовым к спариванию оснований.The basic principle of the reaction for performing synthesis using the valuable oligonucleotide described above, in combination with a DNA polymerase having chain displacement activity, in a nucleic acid synthesis reaction in accordance with this invention, is described with reference to FIGS. 5-6. The oligonucleotide described above (FA in FIG. 5) is hybridized at X2 (corresponding to F2) with a nucleic acid as a matrix to seed a complementary strand synthesis. In FIG. 5, a complementary chain synthesized from FA as a synthesis seed is displaced by synthesis of a complementary chain (described below) from an external primer (F3) to form a single strand chain (FIG. 5-A). When the synthesis of the complementary strand into the resulting complementary strand is carried out further, the 3'-end of the nucleic acid synthesized as a complementary strand in FIG. 5-A has a nucleotide sequence complementary to the oligonucleotide of the present invention. That is, since the 5'-end of the oligonucleotide of the present invention has the same sequence as the X1c region (corresponding to F1c), the 3'-end of the nucleic acid thus synthesized has the complementary sequence X1 (F1). Figure 5 shows that the complementary chain synthesized from R1 as a synthesis seed is superseded by the synthesis of a complementary chain with primer R3 as a synthesis seed. Once the 3'-end is made ready for base pairing through this extrusion, the X1 (F1) at the 3'-end hybridizes with X1c (F1c) in the same chain, and an elongation reaction occurs with itself as a matrix (FIG. 5-B). Then X2c (F2c), located at its 3'-end, remains in the form of a loop that does not participate in base pairing. X2 (F2) in the oligonucleotide in accordance with this invention hybridizes with this loop, and the complementary chain is synthesized with the indicated oligonucleotide as a seed for synthesis (Fig. 5-B). The product of the synthetic reaction of a complementary chain with a previously synthesized product as a matrix is displaced by a chain displacement reaction in such a way that it is ready to mate.

Посредством составления оснований с использованием одного типа олигонуклеотида данного изобретения и произвольного обратного праймера, способного проводить синтез нуклеиновой кислоты, в котором комплементарная цепь, синтезированная с указанным олигонуклеотидом в качестве праймера, используется в качестве матрицы, можно получить множество синтетических продуктов нуклеиновых кислот, как показано на фиг.6. Как видно из фиг.6, (D) является желаемым продуктом нуклеиновой кислоты данного изобретения, имеющим комплементарную нуклеотидную последовательность, попеременно связанную в однонитевой цепи. После превращения в одноцепочечную цепь такой обработкой, как денатурация нагреванием, другой продукт (Е) служит снова в качестве матрицы для образования (D). Если продукт (D) в виде нуклеиновой кислоты в форме двухцепочечного тяжа превращают в одноцепочечный тяж денатурацией нагреванием, происходит гибридизация в той же самой цепи с высокой вероятностью без образования исходного двухцепочечного тяжа. Это объясняется тем, что комплементарная цепь, имеющая ту же самую температуру плавления (Тm), подвергается внутримолекулярной реакции, преобладающей над межмолекулярной реакцией. Каждый одноцепочечный тяж, произведенный из продукта (D), отожженного в той же самой цепи, гибридизуется в той же самой цепи и возвращается в состояние (В), и каждая цепь дополнительно дает одну молекулу (D) и (Е), соответственно. Посредством повторения этих стадий можно успешно синтезировать нуклеиновую кислоту, имеющую комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи. Матрица и продукт, образованные в цикле 1, увеличиваются экспоненциально, делая, следовательно, эту реакцию очень эффективной.By preparing the bases using one type of oligonucleotide of the present invention and an arbitrary reverse primer capable of synthesizing a nucleic acid in which a complementary strand synthesized with the indicated oligonucleotide as a primer is used as a template, many synthetic nucleic acid products can be obtained, as shown in Fig.6. As can be seen from FIG. 6, (D) is the desired nucleic acid product of the present invention having a complementary nucleotide sequence alternately linked in a single strand chain. After being converted to a single chain chain by treatment such as heat denaturation, another product (E) again serves as a matrix for the formation of (D). If the product (D) in the form of a double-stranded nucleic acid is converted into a single-stranded strand by heat denaturation, hybridization occurs in the same chain with a high probability without the formation of the initial double-stranded strand. This is because a complementary chain having the same melting point (Tm) undergoes an intramolecular reaction predominant over the intermolecular reaction. Each single chain strand produced from a product (D) annealed in the same chain hybridizes in the same chain and returns to state (B), and each chain additionally gives one molecule (D) and (E), respectively. By repeating these steps, it is possible to successfully synthesize a nucleic acid having complementary nucleotide sequences linked alternately in a single strand chain. The matrix and product formed in cycle 1 increase exponentially, making, therefore, this reaction very effective.

Для осуществления состояния фиг.5(А) первоначально синтезируемая комплементарная цепь, по меньшей мере в части, с которой гибридизуется обратный праймер, должна быть готова для спаривания оснований. Эта стадия достигается посредством произвольного способа. То есть внешний праймер (F3), который гибридизуется с первой матрицей в области F3c на 3'-стороне области F2c, с которой гибридизуется олигонуклеотид данного изобретения, готовят отдельно. Если этот внешний праймер используют в качестве затравки синтеза для синтеза комплементарной цепи полимеразой, катализирующей синтез комплементарной цепи по типу вытеснения цепи, то комплементарная цепь, синтезированная от F2c в качестве затравки синтеза в данном изобретении, вытесняется, и в результате область R1c, которая должена гибридизоваться с R1, делается готовой для спаривания оснований (фиг.5). При помощи реакции вытеснения цепи реакция теперь протекает при изотермических условиях.To realize the state of FIG. 5 (A), the initially synthesized complementary chain, at least in the part with which the reverse primer hybridizes, must be ready for base pairing. This stage is achieved through an arbitrary method. That is, an external primer (F3) that hybridizes to the first matrix in the F3c region on the 3 ′ side of the F2c region with which the oligonucleotide of this invention hybridizes is prepared separately. If this external primer is used as a seed for synthesis for the synthesis of a complementary chain by a polymerase that catalyzes the synthesis of a complementary chain as a chain displacement, then the complementary chain synthesized from F2c as a seed for synthesis in this invention is crowded out, and as a result, the R1c region which is to hybridize with R1, is made ready for base pairing (FIG. 5). Using the chain displacement reaction, the reaction now proceeds under isothermal conditions.

Когда используют внешний праймер, синтез от внешнего праймера (F3) должен инициироваться после синтеза от F2c. В наиболее простом способе концентрацию внутреннего праймера делают более высокой, чем концентрация внешнего праймера. Конкретно, эти праймеры используют обычно при концентрациях, различающихся в 2-5 раз, предпочтительно в 4-10 раз, вследствие чего эта реакция может протекать, как ожидалось. Кроме того, температуру плавления (Тm) внешнего праймера устанавливают таким образом, что она ниже, чем Тm X1 (соответствующего F1 и R1) во внутреннем праймере, посредством чего может регулироваться тайминг синтеза. То есть (внешний праймер F3:F3c)≤(F2c/F2)≤(F1c/F1) или (внешний праймер/область на 3'-стороне в матрице)≤(Х2с:Х2)≤(Х1с:X1). Здесь причина для (F2c/F2)≤(F1c/F1) заключается в необходимости гибридизации между F1c/F1 перед гибридизацией F2 с петлей. Гибридизация между F1c/F1 является внутримолекулярной реакцией и может, следовательно, протекать преимущественно с высокой вероятностью. Однако имеет смысл учитывать Tm, чтобы создать более желательные условия реакции. Само собой разумеется, подобные условия должны учитываться даже в конструировании обратного праймера. С использованием такой взаимосвязи могут быть достигнуты статистически идеальные условия реакции. Если остальные условия являются фиксированными, температура плавления (Tm) может быть теоретически рассчитана комбинированием длины гибридизующейся комплементарной цепи и оснований, участвующих в спаривании оснований. Таким образом, специалисты в данной области могут разработать предпочтительные условия на основе изложенного в данном описании материала.When using an external primer, synthesis from an external primer (F3) should be initiated after synthesis from F2c. In the simplest method, the concentration of the internal primer is made higher than the concentration of the external primer. Specifically, these primers are usually used at concentrations varying 2-5 times, preferably 4-10 times, as a result of which this reaction can proceed as expected. In addition, the melting temperature (Tm) of the outer primer is set so that it is lower than Tm X1 (corresponding to F1 and R1) in the inner primer, whereby synthesis timing can be controlled. That is, (external primer F3: F3c) ≤ (F2c / F2) ≤ (F1c / F1) or (external primer / region on the 3′-side in the matrix) ≤ (X2s: X2) ≤ (X1s: X1). Here the reason for (F2c / F2) ≤ (F1c / F1) is the need for hybridization between F1c / F1 before hybridization of F2 with the loop. Hybridization between F1c / F1 is an intramolecular reaction and can therefore occur predominantly with high probability. However, it makes sense to consider Tm in order to create more desirable reaction conditions. It goes without saying that similar conditions should be considered even in the design of the reverse primer. Using this relationship, statistically ideal reaction conditions can be achieved. If the remaining conditions are fixed, the melting temperature (Tm) can be theoretically calculated by combining the length of the hybridizing complementary chain and the bases involved in the pairing of the bases. Thus, those skilled in the art can develop preferred conditions based on the material set forth herein.

Далее, феномен, называемый непрерывным стекингом, может быть также использован для регуляции тайминга гибридизации внешнего праймера. Непрерывный стекинг является феноменом, в котором олигонуклеотид, неспособный гибридизоваться независимо, становится способным к гибридизации, когда он является частью двухцепочечного тяжа. (Chiara Borghesi-Nicoletti et al., Bio Techniques, 12, 474-477 (1992)). То есть внешний праймер конструируют таким образом, чтобы он был смежным с F2c (X2c) и не был способен гибридизоваться независимо. В результате этого гибридизации внешнего праймера не происходит, пока не гибридизуется F2c (X2c), и, следовательно гибридизация F2c (X2c) происходит преимущественно. На основе этого принципа примеры показывают установку нуклеотидной последовательности олигонуклеотида, необходимого в качестве праймера, для ряда реакций. Эта стадия может также достигаться денатурацией при нагревании или с использованием ДНК-геликазы.Further, a phenomenon called continuous stacking can also be used to control the timing of hybridization of the external primer. Continuous stacking is a phenomenon in which an oligonucleotide that is unable to hybridize independently becomes capable of hybridization when it is part of a double-stranded strand. (Chiara Borghesi-Nicoletti et al., Bio Techniques, 12, 474-477 (1992)). That is, the external primer is designed so that it is adjacent to F2c (X2c) and is not able to hybridize independently. As a result of this hybridization, the external primer does not occur until F2c (X2c) is hybridized, and therefore F2c (X2c) hybridization occurs predominantly. Based on this principle, the examples show the installation of the nucleotide sequence of the oligonucleotide required as a primer for a number of reactions. This stage can also be achieved by denaturation by heating or using DNA helicase.

Если матричной нуклеиновой кислотой, имеющей F2c (X2c), является РНК, состояние 5-(А) может быть также реализовано отличающимся способом. Например, если эту цепь РНК разрушают, R1 становится готовым для спаривания оснований. То есть F2 гибридизуется с F2c в РНК и синтезируется комплементарная цепь в виде ДНК обратной транскриптазой. РНК, служащую в качестве матрицы, разрушают щелочной денатурацией или обработкой ферментом с использованием рибонуклеазы, действующей на РНК в двухцепочечном тяже ДНК/РНК, посредством чего ДНК, синтезированная из F2, образуется в одноцепочечный тяж. Для фермента, селективно разрушающего РНК в двухцепочечном тяже ДНК/РНК, может быть использована РНКаза Н или некоторые обратные транскриптазы. Таким путем обратный праймер может гибридизоваться с R1, сделанным способным к спариванию оснований. Таким образом, внешний праймер, для придания R1c способности спаривания с основаниями, становится ненужным.If the template nucleic acid having F2c (X2c) is RNA, state 5- (A) can also be implemented in a different way. For example, if this RNA chain is destroyed, R1 becomes ready for base pairing. That is, F2 hybridizes with F2c in RNA and a complementary strand is synthesized in the form of DNA by reverse transcriptase. The RNA serving as the template is destroyed by alkaline denaturation or enzyme treatment using a ribonuclease acting on RNA in the double-stranded DNA / RNA strand, whereby the DNA synthesized from F2 forms into a single-strand strand. For an enzyme that selectively destroys RNA in a double-stranded DNA / RNA strand, RNase H or some reverse transcriptase can be used. In this way, the reverse primer can hybridize to R1 made capable of base pairing. Thus, an external primer, to give R1c the ability to mate with the bases, becomes unnecessary.

Альтернативно, активность вытеснения цепи обратной транскриптазы может быть использована для вытеснения цепи внешним праймером, как описано выше. В этом случае реакционная система может состоять только из обратной транскриптазы. То есть с использованием РНК в качестве матрицы можно сделать возможным синтез обратной транскриптазой комплементарной цепи из F2, гибридизованной с F2c в матрице, и синтезировать комплементарную цепь от внешнего праймера F3 в качестве затравки синтеза, гибридизованного с F3c, локализованным на 3'-стороне F2c, и одновременно вытеснять ранее синтезированную комплементарную цепь. Когда обратная транскриптаза выполняет реакцию синтеза комплементарной цепи с ДНК в качестве матрицы, все реакции синтеза комплементарных цепей, в том числе синтез комплементарной цепи R1 в качестве затравки синтеза, гибридизующегося с R1c в вытесняемой комплементарной цепи, в качестве матрицы, синтез комплементарной цепи с R3 в качестве затравки синтеза, гибридизующегося с R3c, расположенным на 3'-стороне R1c, и одновременная реакция вытеснения, происходят под действием обратной транскриптазы. Если нельзя ожидать, что эта обратная транскриптаза проявляет активность вытеснения ДНК/РНК-цепи при конкретных условиях реакции, может также использоваться в комбинации ДНК-полимераза, имеющая активность вытеснения цепи, описанная выше. Вариант получения первой одноцепочечной нуклеиновой кислоты с РНК в качестве матрицы, описанный выше, является предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. С другой стороны, если используют ДНК-полимеразу, такую как ДНК-полимераза Вса, имеющую как активность вытеснения цепи, так и активность обратной транскриптазы, не только синтез первой одноцепочечной нуклеиновой кислоты из РНК, но также последующая реакция с ДНК в качестве матрицы могут протекать подобным образом с использованием одного и того же фермента.Alternatively, reverse transcriptase chain displacement activity can be used to displace the chain with an external primer, as described above. In this case, the reaction system may consist only of reverse transcriptase. That is, using RNA as a matrix, it is possible to synthesize a reverse transcriptase synthesis of a complementary chain from F2 hybridized to F2c in the matrix, and to synthesize a complementary chain from an external primer F3 as a seed for synthesis hybridized to F3c located on the 3'-side of F2c, and simultaneously displace the previously synthesized complementary chain. When the reverse transcriptase performs the synthesis reaction of a complementary strand with DNA as a template, all the synthesis reactions of complementary strands, including the synthesis of a complementary strand R1 as a seed of synthesis hybridizing with R1c in a displaced complementary strand, as a matrix, the synthesis of a complementary strand with R3 in as a seed of synthesis hybridizing with R3c located on the 3'-side of R1c, and the simultaneous displacement reaction occurs under the influence of reverse transcriptase. If this reverse transcriptase cannot be expected to exhibit DNA / RNA chain displacement activity under specific reaction conditions, it can also be used in a DNA polymerase combination having the chain displacement activity described above. An embodiment of the first single-stranded nucleic acid with RNA as the template described above is a preferred embodiment of the present invention. On the other hand, if a DNA polymerase, such as Bca DNA polymerase, having both chain displacement activity and reverse transcriptase activity, is used, not only the synthesis of the first single-stranded nucleic acid from RNA, but also the subsequent reaction with DNA as a template can proceed similarly using the same enzyme.

Реакционная система, описанная выше, позволяет различные вариации, присущие данному изобретению, посредством использования обратного праймера, имеющего специфическую структуру. Наиболее эффективная вариация описана ниже. То есть олигонуклеотид, сконструированный, как описано в [5], используют в качестве обратного праймера в наиболее выгодном варианте осуществления данного изобретения. Олигонуклеотид, описанный в [5], является олигонуклеотидом, в котором произвольные области R2c и R1c в комплементарной цепи, синтезированные с F2 в качестве праймера, являются Х2с и Х1с, соответственно. С использованием такого обратного праймера ряд реакций для образования петли и для синтеза и вытеснения комплементарной цепи из этой петли происходят как в смысловой, так и в антисмысловой цепях (прямая сторона и обратная сторона). В результате эффективность реакции для синтеза нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи в соответствии с данным изобретением, является сильно улучшенной, тогда как ряд из этих реакций являются возможными при изотермических условиях. В дальнейшем этот способ описан более подробно со ссылкой на фиг.1-3, где этот способ суммируется.The reaction system described above allows various variations inherent in this invention by using a reverse primer having a specific structure. The most effective variation is described below. That is, an oligonucleotide constructed as described in [5] is used as a reverse primer in the most advantageous embodiment of the present invention. The oligonucleotide described in [5] is an oligonucleotide in which arbitrary regions of R2c and R1c in the complementary chain synthesized with F2 as a primer are X2c and X1c, respectively. Using this reverse primer, a series of reactions for the formation of a loop and for the synthesis and displacement of a complementary chain from this loop occur in both the sense and antisense chains (the forward side and the reverse side). As a result, the reaction efficiency for the synthesis of a nucleic acid having complementary nucleotide sequences linked alternately in a single strand chain in accordance with this invention is greatly improved, while a number of these reactions are possible under isothermal conditions. In the future, this method is described in more detail with reference to figures 1-3, where this method is summarized.

В следующем варианте готовят 2 типа олигонуклеотидов на основе данного изобретения. Для объяснения они обозначаются как FA и RA. Области, составляющие FA и RA, являются следующими:In a further embodiment, 2 types of oligonucleotides are prepared based on the present invention. For explanation, they are referred to as FA and RA. The areas constituting FA and RA are as follows:

  Х2X2 X1cX1c FAFA F2F2 F1cF1c RARA R2R2 R1cR1c

Здесь F2 является комплементарной нуклеотидной последовательностью относительно области F2c в нуклеиновой кислоте в качестве матрицы. R2 является нуклеотидной последовательностью, комплементарной области R2c, содержащейся в комплементарной цепи, синтезированной с F2 в качестве праймера. F1c и R1c являются произвольными нуклеотидными последовательностями, расположенными по ходу транскрипции от F2c и R2c, соответственно. Расстояние между F2 и R2 может быть произвольным. Даже если его длина равна приблизительно 1 т.п.н., достаточный синтез является возможным при подходящих условиях, хотя он и зависит от синтетической способности ДНК-полимеразы выполнять синтез комплементарной цепи. Конкретно, когда используют ДНК-полимеразу Bct, желаемый продукт определенно синтезируется, если расстояние между F2 и R2c равно 800 п.н., предпочтительно 500 п.н. или менее. Считается, что в ПЦР с температурным циклом уменьшение активности фермента под действием стресса изменения температуры уменьшает эффективность синтеза длинной нуклеотидной последовательности. В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения температурный цикл в стадии амплификации нуклеиновой кислоты не требуется, и, следовательно, синтез и амплификация даже длинной нуклеотидной последовательности могут быть определенно достигнуты.Here, F2 is a complementary nucleotide sequence with respect to the F2c region in a nucleic acid as a template. R2 is the nucleotide sequence complementary to the region of R2c contained in the complementary chain synthesized with F2 as a primer. F1c and R1c are arbitrary nucleotide sequences located along the transcription from F2c and R2c, respectively. The distance between F2 and R2 can be arbitrary. Even if its length is approximately 1 kb, sufficient synthesis is possible under suitable conditions, although it depends on the synthetic ability of the DNA polymerase to carry out the synthesis of a complementary strand. Specifically, when Bct DNA polymerase is used, the desired product is definitely synthesized if the distance between F2 and R2c is 800 bp, preferably 500 bp. or less. It is believed that in PCR with a temperature cycle, a decrease in the activity of the enzyme under the influence of stress changes in temperature reduces the efficiency of synthesis of a long nucleotide sequence. In a preferred embodiment of the invention, a temperature cycle in the nucleic acid amplification step is not required, and therefore the synthesis and amplification of even a long nucleotide sequence can definitely be achieved.

Сначала F2 в FA гибридизуют с нуклеиновой кислотой в качестве матрицы и используют в качестве затравки синтеза комплементарной цепи. Последующие стадии реакции до фиг.1(4) являются такими же, как описанные в ранее описанном основном способе (фиг.5) в данном изобретении. Последовательность, гибридизованная, как F3 на фиг.1(2), является внешним праймером, описанным выше. ДНК-полимеразу для проведения синтеза комплементарной цепи по типу вытеснения цепи с этим праймером в качестве затравки синтеза используют таким образом, что комплементарная цепь, синтезированная из FA, вытесняется и делается готовой для спаривания оснований.First, F2 in FA hybridizes with the nucleic acid as a template and is used as a seed for complementary strand synthesis. The subsequent reaction steps to FIG. 1 (4) are the same as those described in the previously described basic process (FIG. 5) of the present invention. The sequence hybridized as F3 in FIG. 1 (2) is the external primer described above. DNA polymerase for carrying out the synthesis of a complementary strand according to the type of chain displacement with this primer is used as a seed for synthesis so that the complementary strand synthesized from FA is forced out and made ready for base pairing.

Когда R2c подготовлен для спаривания оснований в (4), RA в качестве обратного праймера гибридизуют с ним в комбинации R2c/R2. Синтез комплементарной цепи с этим сайтом в качестве затравки синтеза происходит до тех пор, пока эта цепь не достигнет F1c в 5'-конце FA. После этой реакции синтеза комплементарной цепи внешний праймер R3 для вытеснения гибридизуют с ней для синтеза комплементарной цепи, во время которого происходит также вытеснение цепи таким образом, что комплементарная цепь, синтезированная из RA в качестве затравки синтеза, вытесняется. В комплементарной цепи, вытесненной таким образом, RA расположен на ее 5'-стороне, а последовательность, комплементарная FA, расположена на ее 3'-конце.When R2c is prepared for base pairing in (4), RA as a reverse primer is hybridized with it in a combination of R2c / R2. The synthesis of a complementary chain with this site as a synthesis seed occurs until this chain reaches F1c at the 5'-end of the FA. After this synthesis reaction of a complementary chain, an external displacement primer R3 hybridizes with it to synthesize a complementary chain, during which a chain is also displaced so that the complementary chain synthesized from RA as a synthesis seed is displaced. In the complementary chain thus extruded, the RA is located on its 5'-side, and the sequence complementary to the FA is located on its 3'-end.

На 3'-стороне одноцепочечной нуклеиновой кислоты, вытесненной таким образом, имеется последовательность F1, комплементарная F1c в той же самой цепи. F1 быстро гибридизуется с F1c в той же самой молекуле для инициации синтеза комплементарной цепи. При гибридизации 3’-конца (F1) с F1c в той же самой цепи образуется петля, содержащая F2c. Как также очевидно из фиг.2-(7), часть этой петли остается готовой для спаривания оснований. Олигонуклеотид FA данного изобретения, имеющий нуклеотидную последовательность, комплементарную F2c, гибридизуется с частью этой петли и действует в качестве затравки синтеза комплементарной цепи (7). Синтез комплементарной цепи от петли протекает, в то время как продукт реакции в предварительно инициированном синтезе от F1 комплементарной цепи вытесняется. В результате комплементарная цепь, синтезированная с самой собой в качестве матрицы, делается готовой для спаривания оснований опять на 3'-конце. Этот 3'-конец обеспечен областью R1, способной гибридизоваться с R1c в той же самой цепи, и эти две области гибридизуются преимущественно вследствие быстрой внутримолекулярной реакции. Та же самая реакция, что и вышеописанная реакция, начинающаяся от 3'-конца, синтезированного с FA в качестве матрицы, протекает также и в этой области. В результате нуклеиновая кислота, имеющая комплементарную нуклеотидную последовательность, связанную попеременно в той же самой однонитевой цепи в соответствии с данным изобретением, продолжает элонгироваться от R1 в качестве стартовой точки на 3'-конце последовательным синтезом комплементарной цепи и последующим вытеснением его. Поскольку R2c всегда содержится в петле, образованной внутримолекулярной гибридизацией 3'-концевого R1, олигонуклеотид (RA), обеспеченный R2, гибридизуется с петлей на 3'-конце в последующей реакции.On the 3'-side of the single-stranded nucleic acid thus displaced is an F1 sequence complementary to F1c in the same chain. F1 quickly hybridizes with F1c in the same molecule to initiate the synthesis of a complementary chain. When a 3’-end (F1) is hybridized with F1c, a loop containing F2c is formed in the same chain. As also apparent from FIGS. 2- (7), part of this loop remains ready for base pairing. The oligonucleotide FA of the present invention, having a nucleotide sequence complementary to F2c, hybridizes with part of this loop and acts as a primer for the synthesis of a complementary chain (7). The synthesis of the complementary chain from the loop proceeds, while the reaction product in the pre-initiated synthesis from the F1 complementary chain is displaced. As a result, the complementary chain synthesized with itself as a matrix is made ready for base pairing again at the 3'-end. This 3'-end is provided with an R1 region capable of hybridizing with R1c in the same chain, and these two regions hybridize mainly due to the rapid intramolecular reaction. The same reaction as the above reaction, starting from the 3'-end synthesized with FA as a matrix, also proceeds in this area. As a result, a nucleic acid having a complementary nucleotide sequence linked alternately in the same single-stranded chain in accordance with this invention continues to elongate from R1 as a starting point at the 3'-end by sequential synthesis of the complementary chain and its subsequent displacement. Since R2c is always contained in the loop formed by intramolecular hybridization of the 3'-terminal R1, the oligonucleotide (RA) provided by R2 hybridizes with the loop at the 3'-end in the subsequent reaction.

Когда обращается внимание на нуклеиновую кислоту, синтезированную в качестве комплементарной цепи из олигонуклеотида, гибридизуемого с петлей в одноцепочечной нуклеиновой кислоте, элонгированной с самой собой в качестве матрицы, синтез нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в той же самой однонитевой цепи в соответствии с данным изобретением, также происходит при этом. То есть синтез комплементарной цепи от петли завершается, когда он достигает RA, например, в фиг.2-(7). Затем, когда нуклеиновая кислота, вытесненная этим синтезом нуклеиновой кислоты, инициирует синтез комплементарной цепи (фиг.3-(8)), эта реакция доходит до петли, которая когда-то была затравкой синтеза, и вновь иницируется вытеснение. Таким способом, нуклеиновая кислота, синтез которой инициируется от этой петли, также вытесняется, и в результате получают 3'-концевой R1, способный гибридизоваться с той же самой цепью (фиг.3-(10)). Этот 3'-концевой R1 гибридизуется с R1c в той же самой цепи для инициации синтеза комплементарной цепи. Эта реакция является такой же, что и на фиг.2-(7), за исключением того, что вместо R используется F. Таким образом, структура, показанная на фиг.3-(10), может функционировать в качестве новой нуклеиновой кислоты, которая продолжает самоэлонгироваться и образовывать новую нуклеиновую кислоту.When attention is paid to a nucleic acid synthesized as a complementary strand from an oligonucleotide hybridizing with a loop in a single stranded nucleic acid elongated to itself as a template, nucleic acid synthesis having complementary nucleotide sequences linked alternately in the same single-stranded chain according to with this invention also occurs in doing so. That is, the synthesis of a complementary chain from the loop ends when it reaches RA, for example, in FIG. 2- (7). Then, when the nucleic acid displaced by this nucleic acid synthesis initiates the synthesis of a complementary strand (Figs. 3- (8)), this reaction reaches the loop that was once the seed of the synthesis, and displacement is initiated again. In this way, the nucleic acid, the synthesis of which is initiated from this loop, is also displaced, and the result is a 3'-terminal R1 capable of hybridizing with the same chain (Fig.3- (10)). This 3'-terminal R1 hybridizes to R1c in the same chain to initiate the synthesis of a complementary chain. This reaction is the same as in FIGS. 2- (7), except that F. is used instead of R. Thus, the structure shown in FIGS. 3- (10) can function as a new nucleic acid, which continues to self-elongate and form a new nucleic acid.

Реакция синтеза нуклеиновой кислоты, инициируемая от нуклеиновой кислоты, показанной на фиг.3-(10), вызывает элонгацию от 3'-концевого F1 в качестве затравки синтеза, в противоположность реакции, описанной выше. То есть в данном изобретении, когда одна нуклеиновая кислота элонгируется, реакция продолжения поставки новой нуклеиновой кислоты, инициирующей элонгацию, протекает отдельно. Далее, когда цепь элонгируется, возникает множество образующих петлю последовательностей не только на конце, но также в самой цепи. Когда эти образующие петли последовательности делаются готовыми для спаривания оснований посредством синтетической реакции вытеснения, олигонуклеотид гибридизуется с ними, чтобы служить основой для реакции образования новой нуклеиновой кислоты. Затем эффективная амплификация достигается синтетической реакцией, начинающейся не только на конце, но также в цепи. Олигонуклеотид RA, основанный на данном изобретении, комбинируют в качестве обратного праймера, как описано выше, посредством чего происходит элонгация и последующее образование новой нуклеиновой кислоты. Далее, в данном изобретении, эта вновь образованная нуклеиновая кислота сама элонгируется и вызывает последующее образование новой нуклеиновой кислоты. Ряд этих реакций продолжается теоретически постоянно с получением очень эффективной амплификации нуклеиновой кислоты. Кроме того, эта реакция в данном изобретении может проводиться при изотермических условиях.The nucleic acid synthesis reaction initiated from the nucleic acid shown in FIGS. 3- (10) causes elongation from the 3'-terminal F1 as a seed for synthesis, as opposed to the reaction described above. That is, in the present invention, when one nucleic acid is elongated, the reaction of continuing to supply a new nucleic acid initiating elongation proceeds separately. Further, when the chain is elongated, a plurality of looping sequences arise, not only at the end, but also in the chain itself. When these looping sequences are made ready for base pairing through a synthetic displacement reaction, the oligonucleotide hybridizes with them to serve as the basis for the new nucleic acid formation reaction. Effective amplification is then achieved by a synthetic reaction, starting not only at the end, but also in the chain. The oligonucleotide RA based on this invention is combined as a reverse primer as described above, whereby elongation and subsequent formation of a new nucleic acid occurs. Further, in this invention, this newly formed nucleic acid itself is elongated and causes subsequent formation of a new nucleic acid. A number of these reactions continue theoretically constantly with very efficient amplification of the nucleic acid. In addition, this reaction in the present invention can be carried out under isothermal conditions.

Накапливаемые таким образом продукты реакции обладают структурой, имеющей нуклеотидную последовательность между F1 и R1 и ее комплементарную последовательность, связанные попеременно в ней. Однако оба конца этой повторяющейся единицы имеют область, состоящую из последовательных нуклеотидных последовательностей F2-F1 (F2c-F1c) и R2-R1 (R2c-R1c). Например, на фиг.3-(9) последовательности (R2-F2c)-(F1-R2c)-(R1-F1c)-(F2-R2c) связаны в этом порядке от 5'-стороны. Это объясняется тем, что реакция амплификации, основанная на данном изобретении, протекает по такому принципу, что эта реакция инициируется от F2 (или R2) с олигонуклеотидом в качестве затравки синтеза, и затем комплементарная цепь элонгируется синтетической реакцией от F1 (или R1) с 3'-концом в качестве затравки синтеза.The reaction products thus accumulated have a structure having a nucleotide sequence between F1 and R1 and its complementary sequence linked alternately in it. However, both ends of this repeating unit have a region consisting of the nucleotide sequences F2-F1 (F2c-F1c) and R2-R1 (R2c-R1c). For example, in FIGS. 3- (9), the sequences (R2-F2c) - (F1-R2c) - (R1-F1c) - (F2-R2c) are connected in this order from the 5'-side. This is because the amplification reaction based on this invention proceeds according to the principle that this reaction is initiated from F2 (or R2) with the oligonucleotide as a synthesis seed, and then the complementary chain is elongated by the synthetic reaction from F1 (or R1) with 3 '-end as a seed synthesis.

Здесь, в наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения, олигонуклеотиды FA и RA в соответствии с данным изобретением использовали в качестве олигонуклеотидов, гибридизующихся с частью петли. Однако, даже если эти олигонуклеотиды, имеющие ограниченную структуру, не используются, реакция амплификации согласно данному изобретению может проводиться с использованием олигонуклеотида, способного инициировать синтез комплементарной цепи от петли. То есть элонгация 3'-конца, однажды вытесненного комплементарной цепью, синтезированной от петли, опять дает часть петли. Поскольку эта нуклеиновая кислота, имеющая комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи, всегда используется в качестве матрицы в синтезе комплементарной цепи, начинаясь от петли, очевидно, что нуклеиновая кислота, желаемая в данном изобретении, может быть синтезирована. Однако синтезированная таким образом нуклеиновая кислота выполняет синтез комплементарной цепи посредством образования петли после вытеснения, но нет 3'-конца, доступного для последующего образования петли, и, следовательно, она не может функционировать в качестве новой матрицы. Таким образом, нельзя ожидать, что продукт в этом случае, в противоположность нуклеиновой кислоте, инициируемой к синтезу посредством FA или RA, может быть экспоненциально амплифицирован. По этой причине олигонуклеотид, имеющий структуру FA или RA, применим для высокоэффективного синтеза нуклеиновой кислоты на основе данного изобретения.Here, in the most preferred embodiment of the invention, the oligonucleotides FA and RA in accordance with this invention were used as oligonucleotides that hybridize with part of the loop. However, even if these oligonucleotides having a limited structure are not used, the amplification reaction according to this invention can be carried out using an oligonucleotide capable of initiating the synthesis of a complementary chain from the loop. That is, the elongation of the 3'-end, once replaced by a complementary chain synthesized from the loop, again gives part of the loop. Since this nucleic acid, having complementary nucleotide sequences linked alternately in a single strand chain, is always used as a matrix in the synthesis of a complementary chain, starting from the loop, it is obvious that the nucleic acid desired in this invention can be synthesized. However, the nucleic acid synthesized in this way performs the synthesis of a complementary strand by looping after displacement, but there is no 3 ′ end available for subsequent looping, and therefore it cannot function as a new matrix. Thus, it cannot be expected that the product in this case, in contrast to the nucleic acid initiated to synthesis by FA or RA, can be exponentially amplified. For this reason, an oligonucleotide having a structure of FA or RA is applicable for highly efficient nucleic acid synthesis based on the present invention.

Серия этих реакций протекает посредством добавления следующих компонентов к одноцепочечной нуклеиновой кислоте в качестве матрицы и затем инкубирования этой смеси при такой температуре, что нуклеотидная последовательность, составляющая FA и RA, может образовывать стабильное спаривание оснований с ее комплементарной нуклеотидной последовательностью, в то время как ферментативная активность может быть сохраненной.A series of these reactions proceeds by adding the following components to a single-stranded nucleic acid as a template and then incubating this mixture at such a temperature that the nucleotide sequence of FA and RA can form a stable base pairing with its complementary nucleotide sequence, while the enzymatic activity can be saved.

- 4 типа олигонуклеотидов:- 4 types of oligonucleotides:

FA,FA,

RA,RA

внешний праймер F3 иexternal primer F3 and

внешний праймер R3,external primer R3,

- ДНК-полимераза для выполнения синтеза комплементарной цепи по типу вытеснения цепи,- DNA polymerase to perform the synthesis of a complementary chain according to the type of displacement of the chain,

- нуклеотид, служащий в качестве субстрата для ДНК-полимеразы.- a nucleotide serving as a substrate for DNA polymerase.

Таким образом, температурный цикл, такой как в ПЦР, не является необходимым. Стабильное спаривание оснований, упоминаемое здесь, обозначает состояние, в котором по меньшей мере часть олигонуклеотида, присутствующего в этой реакционной системе, может давать затравку синтеза комплементарной цепи. Например, желательное условие для вызывания стабильного спаривания оснований заключается в установлении более низкой температуры, чем температура плавления (Tm). Обычно температура плавления (Tm) рассматривается как температура, при которой 50% нуклеиновых кислот, имеющих взаимно комплементарные нуклеотидные последовательности, являются последовательностями со спаренными основаниями. Установка при температуре плавления (Tm) или более низкой температуре не является обязательным условием в данном изобретении, но является одним из условий реакции, которое должно приниматься во внимание для получения высокой эффективности синтеза. Если нуклеиновая кислота, подлежащая применению в качестве матрицы, является двухнитевой цепью, эта нуклеиновая кислота должна, по меньшей мере в области, с которой гибридизуют олигонуклеотид, быть сделана готовой для спаривания оснований. Для этого обычно проводят денатурацию нагреванием, и ее можно проводить только один раз в виде предобработки перед инициацией реакции.Thus, a temperature cycle, such as in PCR, is not necessary. Stable base pairing, referred to herein, denotes a condition in which at least a portion of the oligonucleotide present in this reaction system can seed the synthesis of a complementary strand. For example, a desirable condition for causing stable base pairing is to set a lower temperature than the melting point (Tm). Typically, the melting temperature (Tm) is considered as the temperature at which 50% of nucleic acids having mutually complementary nucleotide sequences are sequences with paired bases. Installation at a melting point (Tm) or lower temperature is not a prerequisite in this invention, but is one of the reaction conditions that must be taken into account to obtain high synthesis efficiency. If the nucleic acid to be used as a template is a double-stranded chain, that nucleic acid must be made ready for base pairing, at least in the region with which the oligonucleotide is hybridized. For this, denaturation is usually carried out by heating, and it can be carried out only once in the form of a pre-treatment before initiating the reaction.

Эту реакцию проводят в присутствии буфера, дающего подходящий рН для ферментативной реакции, солей, необходимых для гибридизации или для сохранения каталитической активности фермента, защитного агента для фермента и, в случае необходимости, регулятора для температуры плавления (Tm). В качестве буфера используют, например, Трис-HCl, имеющий буферящее действие в нейтральном-слабощелочном диапазоне. рН корректируют (доводят) в зависимости от используемой ДНК-полимеразы. В качестве солей удобно добавлять КСl, NaCl, (NH4)2SO4 и т.д. для поддержания активности фермента и для регуляции температуры плавления (Тm) нуклеиновой кислоты. В качестве защитного агента для фермента используют бычий сывороточный альбумин или сахара. Далее, обычно используют диметилсульфоксид (ДМСО) или формамид в качестве регулятора температуры плавления (Tm). Посредством применения регулятора для температуры плавления (Tm) гибридизация олигонуклеотида может регулироваться при условиях ограниченной температуры. Далее, бетаин (N,N,N-триметилглицин) или тетраалкиламмониевая соль являются также эффективными для улучшения эффективности вытеснения цепи вследствие ее изостабилизации. При добавлении бетаина в количестве 0,2-3,0 М, предпочтительно 0,5-1,5 М, к реакционному раствору можно ожидать его стимулирующего действия на амплификацию данного изобретения. Поскольку эти регуляторы температуры плавления действуют понижающим температуру плавления образом, условия, дающие подходящую жесткость и реактивность, определяют эмпирически с учетом концентрации солей, температуры реакции и т.д.This reaction is carried out in the presence of a buffer giving a suitable pH for the enzymatic reaction, salts necessary for hybridization or for maintaining the catalytic activity of the enzyme, a protective agent for the enzyme and, if necessary, a regulator for the melting temperature (Tm). As the buffer used, for example, Tris-HCl having a buffering effect in the neutral-slightly alkaline range. The pH is adjusted (adjusted) depending on the DNA polymerase used. As salts, it is convenient to add KCl, NaCl, (NH 4 ) 2 SO 4 , etc. to maintain the activity of the enzyme and to regulate the melting temperature (Tm) of the nucleic acid. Bovine serum albumin or sugars are used as a protective agent for the enzyme. Further, dimethyl sulfoxide (DMSO) or formamide is usually used as a regulator of melting temperature (Tm). By using a regulator for the melting point (Tm), the hybridization of the oligonucleotide can be controlled under conditions of limited temperature. Further, betaine (N, N, N-trimethylglycine) or tetraalkylammonium salt are also effective in improving the efficiency of chain displacement due to isostabilization. When betaine is added in an amount of 0.2-3.0 M, preferably 0.5-1.5 M, to the reaction solution, its stimulating effect on the amplification of the present invention can be expected. Since these melting temperature controllers act to lower the melting temperature, conditions giving suitable stiffness and reactivity are determined empirically taking into account salt concentration, reaction temperature, etc.

Важным признаком в данном изобретении является то, что ряд реакций не происходит, если не сохраняется позиционное взаимоотношение множества областей. Посредством этого признака неспецифическая синтетическая реакция, сопровождаемая неспецифическим синтезом комплементарной цепи, эффективно предотвращается. То есть, даже если некоторая неспецифическая реакция имеет место, возможность того, что продукт этой реакции служит в качестве исходного материала в последующей стадии амплификации, является минимизированной. Далее, регуляция развития реакций многими областями вызывает возможность того, что система определения, способная строго идентифицировать желаемый продукт в аналогичных нуклеотидных последовательностях, может быть произвольным образом сконструирована.An important feature in this invention is that a number of reactions do not occur if the positional relationship of many areas is not maintained. By this feature, a nonspecific synthetic reaction accompanied by a nonspecific synthesis of a complementary chain is effectively prevented. That is, even if some nonspecific reaction takes place, the possibility that the product of this reaction serves as a starting material in the subsequent amplification step is minimized. Further, the regulation of the development of reactions in many areas makes it possible that a determination system capable of strictly identifying the desired product in similar nucleotide sequences can be arbitrarily constructed.

Этот признак может быть использован для обнаружения мутаций в гене. В способе данного изобретения, где используют внешний праймер, применяют 4 праймера, т.е. 2 внешних праймера и 2 праймера, состоящих из олигонуклеотидов данного изобретения. То есть пока 6 областей, содержащихся в этих 4 олигонуклеотидах, не работают, как это запланировано, синтетическая реакция данного изобретения не имеет места. В частности, важными являются последовательности 3'-конца каждого олигонуклеотида в качестве затравки синтеза комплементарной цепи и 5'-конец области Х1с, где комплементарная цепь служит в качестве затравки синтеза. Следовательно, эти важные последовательности конструируют таким образом, что они соответствуют мутации, подлежащей определению, и продукт синтетической реакции данного изобретения наблюдают, посредством чего может исчерпывающим образом анализироваться присутствие или отсутствие мутации, такой как делеция или инсерция основания, или генетический полиморфизм, такой как SNP. Конкретно, основания, оцениваемые как имеющие мутацию или полиморфизм, конструируют таким образом, чтобы они соответствовали близости 3'-конца олигонуклеотида в качестве затравки синтеза комплементарной цепи, или его 5'-конца, когда комплементарная цепь является затравкой синтеза. Если присутствует ошибочное спаривание на 3'-конце в качестве затравки синтеза комплементарной цепи или вблизи от него, реакция синтеза комплементарной цепи к нуклеиновой кислоте значимо ингибируется. В данном изобретении высокая степень реакции амплификации не достигалась, пока структура этих концов продукта в исходной реакции не вызывала повторяемые реакции. Таким образом, даже если имеет место ошибочный синтез, синтез комплементарной цепи, составляющий реакцию амплификации, всегда прерывался в некоторых стадиях, и, следовательно, высокая степень реакции амплификации не имеет места в присутствии ошибочного спаривания. В результате ошибочное спаривание эффективно ингибирует реакцию амплификации, и в конце концов достигается точный результат. То есть можно сказать, что реакция амплификации нуклеиновой кислоты на основе данного изобретения имеет высокосовершенный механизм для проверки нуклеотидной последовательности. Эти признаки являются преимуществом, едва ли ожидаемым, например, в способе ПЦР, где реакция амплификации выполняется лишь в 2 областях.This trait can be used to detect mutations in the gene. In the method of the invention where an external primer is used, 4 primers are used, i.e. 2 external primers and 2 primers consisting of the oligonucleotides of the present invention. That is, while 6 regions contained in these 4 oligonucleotides do not work as planned, the synthetic reaction of the present invention does not take place. In particular, the sequences of the 3 ′ end of each oligonucleotide as a seed for the synthesis of a complementary strand and the 5 ′ end of the X1c region where the complementary strand serves as a seed for synthesis are important. Therefore, these important sequences are designed so that they correspond to the mutation to be determined, and the synthetic reaction product of the present invention is observed, whereby the presence or absence of the mutation, such as deletion or insertion of the base, or genetic polymorphism, such as SNP, can be comprehensively analyzed. . Specifically, bases evaluated as having a mutation or polymorphism are designed so that they correspond to the proximity of the 3'-end of the oligonucleotide as a seed synthesis of a complementary chain, or its 5'-end when the complementary chain is a synthesis seed. If mismatch is present at the 3'-end as a seed for synthesis of a complementary strand or in the vicinity of it, the synthesis reaction of a complementary strand to a nucleic acid is significantly inhibited. In the present invention, a high degree of amplification reaction was not achieved until the structure of these product ends in the initial reaction caused repeated reactions. Thus, even if erroneous synthesis takes place, the synthesis of the complementary chain constituting the amplification reaction has always been interrupted in some stages, and therefore, a high degree of amplification reaction does not occur in the presence of erroneous pairing. As a result, mismatching effectively inhibits the amplification reaction, and in the end an accurate result is achieved. That is, it can be said that the nucleic acid amplification reaction based on the present invention has a highly sophisticated mechanism for checking the nucleotide sequence. These features are an advantage hardly expected, for example, in the PCR method, where the amplification reaction is performed in only 2 regions.

Область Х1с, отличающая олигонуклеотид, используемый в данном изобретении, может служить в качестве затравки синтеза после того как синтезирована комплементарная последовательность, и эта комплементарная последовательность гибридизуется с последовательностью X1 в той же самой вновь синтезированной цепи, посредством чего имеет место синтетическая реакция с самой собой в качестве матрицы. Таким образом, даже если образуется так называемый димер праймера, что часто является проблемой в существующем уровне техники, этот олигонуклеотид не образует петлю. Таким образом, неспецифическая амплификация, связанная с димером праймера, не может происходить теоретически, и, следовательно, данный олигонуклеотид способствует улучшению специфичности этой реакции.The region X1c that distinguishes the oligonucleotide used in this invention can serve as a seed for synthesis after the complementary sequence has been synthesized, and this complementary sequence hybridizes to the sequence X1 in the same newly synthesized chain, whereby a synthetic reaction takes place with itself in as a matrix. Thus, even if a so-called primer dimer is formed, which is often a problem in the state of the art, this oligonucleotide does not form a loop. Thus, nonspecific amplification associated with the primer dimer cannot theoretically occur, and therefore, this oligonucleotide helps to improve the specificity of this reaction.

Далее, согласно данному изобретению, внешние праймеры, показанные в виде F3 (фиг.1-(2)) или R3 (фиг.2-(5)), комбинируют, посредством чего ряд описанных выше реакций могут проводиться при изотермических условиях. То есть данное изобретение обеспечивает способ амплификации нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи, что составляет стадии, показанные в пункте 9 выше. В этом способе выбирают температурные условия, в которых имеет место стабильная гибридизиция между F2c/F2, между R2c/R2, между F1c/F1 и между R1c/R1, и предпочтительно F3c/F3 и R3c/R3 устанавливают таким образом, чтобы гибридизация происходила посредством феномена непрерывного стекинга, облегченного гибридизацией F2c/F2 и R2c/R2, соответственно.Further, according to this invention, the external primers shown as F3 (FIGS. 1- (2)) or R3 (FIGS. 2- (5)) are combined, whereby a number of the reactions described above can be carried out under isothermal conditions. That is, the present invention provides a method for amplifying a nucleic acid having complementary sequences linked alternately in a single strand chain, which constitutes the steps shown in paragraph 9 above. In this method, temperature conditions are selected under which stable hybridization takes place between F2c / F2, between R2c / R2, between F1c / F1 and between R1c / R1, and preferably F3c / F3 and R3c / R3 are set so that hybridization occurs by the phenomenon of continuous stacking facilitated by the hybridization of F2c / F2 and R2c / R2, respectively.

В данном изобретении используются термины “синтез” и “амплификация” нуклеиновой кислоты. Синтез нуклеиновой кислоты в данном изобретении означает элонгацию нуклеиновой кислоты от олигонуклеотида, служащего в качестве затравки синтеза. Если не только этот синтез, но также образование другой нуклеиновой кислоты и реакция элонгации этой образовавшейся нуклеиновой кислоты происходят непрерывно, ряд этих реакций называют всеобъемлюще амплификацией.The terms “synthesis” and “amplification” of a nucleic acid are used in this invention. Nucleic acid synthesis in the present invention means elongation of a nucleic acid from an oligonucleotide serving as a seed of synthesis. If not only this synthesis, but also the formation of another nucleic acid and the elongation reaction of this formed nucleic acid occur continuously, a number of these reactions are called comprehensive amplification.

Одноцепочечная нуклеиновая кислота, которая обеспечена на ее 3'-конце областью F1, способной гибридизоваться с частью F1c в той же самой цепи, и которая при гибридизации области F1 с F1c в одной и той же цепи способна образовывать петлю, содержащую область F2c, способную к спариванию оснований, является важным элементом данного изобретения. Такая одноцепочечная нуклеиновая кислота может также поставляться по следующему принципу. А именно, синтезу комплементарной цепи дают протекать на основе праймера, имеющего следующую структуру. 5'[область X1, гибридизующаяся с областью X1c, локализованной в праймере]-[образующая петлю последовательность, готовая к спариванию оснований]-[область X1c]-[область, имеющая последовательность, комплементарную матрице]-3'.A single-stranded nucleic acid that is provided at its 3'-end with an F1 region capable of hybridizing with a portion of F1c in the same chain and which, when hybridizing the F1 region with F1c in the same chain, is capable of forming a loop containing the F2c region capable of mating, is an important element of this invention. Such a single-stranded nucleic acid can also be supplied as follows. Namely, the synthesis of a complementary chain is allowed to proceed on the basis of a primer having the following structure. 5 '[region X1 hybridizing with the region X1c located in the primer] - [looping sequence ready for base pairing] - [region X1c] - [region having a sequence complementary to the matrix] -3'.

В качестве области, имеющей последовательность, комплементарную матрице, готовят две нуклеотидные последовательности, то есть нуклеотидную последовательность (праймер FA), комплементарную F1, и нуклеотидную последовательность (праймер RA), комплементарную R1c. Нуклеотидная последовательность, составляющая нуклеиновую кислоту, которая должна быть синтезирована, содержит нуклеотидную последовательность, простирающуюся от области F1 до области R1c, и нуклеотидную последовательность, простирающуюся от области R1, имеющей нуклеотидную последовательность, комплементарную этой нуклеотидной последовательности, до области F1c. X1c и X1, способные гибридизоваться внутри этого праймера, могут быть произвольными последовательностями. Однако в области между праймерами FA и RF последовательность области X1c/X1 делают предпочтительно отличающейся.As a region having a sequence complementary to the template, two nucleotide sequences are prepared, that is, a nucleotide sequence (FA primer) complementary to F1 and a nucleotide sequence (RA primer) complementary to R1c. The nucleotide sequence comprising the nucleic acid to be synthesized comprises a nucleotide sequence extending from region F1 to region R1c, and a nucleotide sequence extending from region R1 having a nucleotide sequence complementary to this nucleotide sequence to region F1c. X1c and X1 capable of hybridizing within this primer may be arbitrary sequences. However, in the region between the primers FA and RF, the sequence of the region X1c / X1 is preferably made different.

Сначала проводят синтез комплементарной цепи праймером FA от области F1 в матричной нуклеиновой кислоте. Затем область R1c в синтезированной комплементарной цепи делают готовой для спаривания оснований, с которым гибридизуют другой праймер с образованием затравки синтеза комплементарной цепи. 3'-конец комплементарной цепи, синтезированной в этой стадии, имеет нуклеотидную последовательность, комплементарную праймеру FA, составляющему 5'-конец исходно синтезированной цепи, так что он был обеспечен на его 3'-конце областью X1, которая гибридизуется с областью Х1с в той же самой цепи с образованием петли. Характерная 3'-концевая структура в соответствии с данным изобретением обеспечивается таким образом, и последующая реакция составляет реакционную систему, описанную ранее в качестве наиболее предпочтительного варианта осуществления. Олигонуклеотид, гибридизующийся с частью этой петли, обеспечивают на его 3'-конце областью Х2, комплементарной области Х2с, расположенной в петле, а на его 5'-конце областью X1. В предыдущей реакционной системе праймеры FA и RA использовали для синтеза цепи, комплементарной нуклеиновой кислоте-матрице, с получением посредством этого структуры петли на 3'-конце нуклеиновой кислоты. В данном способе концевую структуру, характерную для данного изобретения, обеспечивают короткими праймерами. В этом варианте осуществления, с другой стороны, всю нуклеотидную последовательность, составляющую петлю, обеспечивают в качестве праймера, и синтез этого более длинного праймера является необходимым.First, a complementary strand is synthesized by the FA primer from the F1 region in the template nucleic acid. Then, the R1c region in the synthesized complementary chain is made ready for base pairing with which another primer is hybridized to seed a synthesis of the complementary chain. The 3'-end of the complementary chain synthesized in this step has a nucleotide sequence complementary to the primer FA constituting the 5'-end of the originally synthesized chain, so that it is provided at its 3'-end with region X1 that hybridizes with region X1c in that the same chain with the formation of a loop. A representative 3'-terminal structure in accordance with this invention is provided in this manner, and the subsequent reaction constitutes the reaction system described previously as the most preferred embodiment. An oligonucleotide hybridizing with part of this loop provides at its 3'-end with an X2 region, complementary to an X2c region located in the loop, and at its 5'-end with an X1 region. In the previous reaction system, primers FA and RA were used to synthesize a strand complementary to the nucleic acid template, thereby obtaining a loop structure at the 3 ′ end of the nucleic acid. In this method, the end structure characteristic of the present invention is provided with short primers. In this embodiment, on the other hand, the entire nucleotide sequence constituting the loop is provided as a primer, and the synthesis of this longer primer is necessary.

Если нуклеотидную последовательность, содержащую область узнавания рестрикционного фермента, используют в качестве обратного праймера, может быть получен отличающийся вариант осуществления данного изобретения. Реакция с обратным праймером, содержащим последовательность узнавания рестриктазы, конкретно описана со ссылкой на фиг.6. После завершения фиг.6-(D) генерируется ник (разрыв одной цепи) с использованием рестриктазы, соответствующей сайту узнавания рестриктазы в обратном праймере. Реакцию синтеза комплементарной цепи по типу вытеснения цепи инициируют от этого ника в качестве затравки синтеза. Поскольку обратные праймеры расположены на обоих концах двухцепочечной нуклеиновой кислоты, составляющей (D), реакция синтеза комплементарной цепи инициируется также на обоих концах. Хотя в основном основанная на способе SDA, описанном в предшествующем уровне техники, нуклеотидная последовательность, служащая в качестве матрицы, имеет структуру, имеющую комплементарную нуклеотидную последовательность, попеременно связанную согласно данному изобретению, так что образуется система синтеза нуклеиновой кислоты, уникальная для данного изобретения. Часть, служащая в качестве комплементарной цепи обратного праймера, которая должна быть разорвана ником, должна быть сконструирована для включения dNTP-производного, так чтобы он придавал устойчивость к нуклеазам для предотвращения расщепления двухнитевой цепи данным рестрикционным ферментом.If a nucleotide sequence containing a restriction enzyme recognition region is used as a reverse primer, a different embodiment of the present invention can be obtained. A reverse primer reaction containing a restriction enzyme recognition sequence is specifically described with reference to FIG. 6. After completion of FIG. 6- (D), a nickname (single chain break) is generated using the restriction enzyme corresponding to the restriction enzyme recognition site in the reverse primer. The synthesis reaction of a complementary chain by the type of chain displacement is initiated from this nickname as a seed of synthesis. Since reverse primers are located at both ends of the double-stranded nucleic acid component (D), a complementary strand synthesis reaction is also initiated at both ends. Although mainly based on the SDA method described in the prior art, the nucleotide sequence serving as a matrix has a structure having a complementary nucleotide sequence alternately linked according to this invention, so that a nucleic acid synthesis system unique to the invention is formed. The portion serving as a complementary reverse primer chain that must be nick-cleaved must be designed to incorporate the dNTP derivative so that it confers resistance to nucleases to prevent cleavage of the double strand chain by this restriction enzyme.

Можно также встроить промотор для РНК-полимеразы в этот обратный праймер. Транскрипцию от обоих концов на фиг.6-(D) выполняют РНК-полимеразой, узнающей этот промотор, в этом случае очень сходно с предыдущим вариантом осуществления, в котором применяли способ SDA.You can also insert the promoter for RNA polymerase in this reverse primer. The transcription from both ends in FIG. 6- (D) is performed by RNA polymerase recognizing this promoter, in this case very similar to the previous embodiment in which the SDA method was used.

Нуклеиновая кислота, синтезированная в данном изобретении, является однонитевой цепью, но состоит из частичных комплементарных последовательностей, и, следовательно, большинство этих последовательностей являются спаренными на основе спаривания оснований. С использованием этого признака может быть определен синтезированный продукт. Посредством проведения этого способа синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением в присутствии флуоресцентного пигмента в качестве специфического для двухнитевой цепи интеркалятора, такого как бромид этидия, SYBR Green I или Pico Green, наблюдают увеличивающуюся плотность флуоресценции по мере увеличения количества продукта. Посредством мониторинга этого увеличения можно прослеживать синтетическую реакцию реального времени в закрытой системе. Применение этого типа системы определения для способа ПЦР также рассматривается, но считается, что имеется много проблем, так как сигнал от продукта невозможно отличить от сигналов от димеров праймеров, и т.д. Однако при применении этой системы к данному изобретению возможность увеличения неспецифического спаривания оснований является очень низкой, и, следовательно, может одновременно ожидаться высокая чувствительность и низкие шумы. Аналогично применению специфического для двухнитевой цепи интеркалятора перенос флуоресцентной энергии может быть использован для способа осуществления системы определения в однородной системе.The nucleic acid synthesized in this invention is a single-stranded chain, but consists of partial complementary sequences, and therefore, most of these sequences are paired based on base pairing. Using this feature, a synthesized product can be determined. By carrying out this nucleic acid synthesis method of the invention in the presence of a fluorescent pigment as a double-strand specific intercalator such as ethidium bromide, SYBR Green I or Pico Green, an increasing fluorescence density is observed as the amount of product increases. By monitoring this increase, you can trace the synthetic real-time reaction in a closed system. The use of this type of determination system for the PCR method is also considered, but it is believed that there are many problems, since the signal from the product cannot be distinguished from signals from primer dimers, etc. However, when applying this system to the present invention, the possibility of increasing non-specific base pairing is very low, and therefore, high sensitivity and low noise can be expected at the same time. Similarly to the use of a specific two-strand intercalator chain, fluorescence energy transfer can be used for a method for implementing a determination system in a uniform system.

Способ синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением подкрепляется ДНК-полимеразой, катализирующей реакцию типа вытеснения цепи для синтеза комплементарной цепи. Во время этой описанной выше реакции имеется также стадия реакции, не требующая обязательно полимеразы, действующей по типу вытеснения цепи. Однако, для упрощения используемого реагента и с экономической точки зрения, выгодно использовать один тип ДНК-полимеразы. В качестве ДНК-полимераз этого типа известны следующие ферменты. Кроме того, различные мутанты этих ферментов могут быть использованы в данном изобретении, пока они имеют как зависимую от последовательности активность в отношении синтеза комплементарной цепи, так и активность вытеснения цепи. Мутанты, на которые делается здесь ссылка, включают в себя такие мутанты, которые имеют только структуру, вызывающую каталитическую активность, требуемую для этого фермента, или такие мутанты, которые имеют модификации в отношении каталитической активности, стабильности или термостабильности, например, мутации в аминокислотах.The method for synthesizing a nucleic acid in accordance with this invention is supported by DNA polymerase, which catalyzes a reaction such as chain displacement for the synthesis of a complementary chain. During this reaction described above, there is also a reaction step, which does not necessarily require a polymerase acting as a chain displacement. However, to simplify the reagent used and from an economic point of view, it is advantageous to use one type of DNA polymerase. The following enzymes are known as DNA polymerases of this type. In addition, various mutants of these enzymes can be used in the present invention as long as they have both sequence-dependent complementary chain synthesis activity and chain displacement activity. Mutants referenced herein include those mutants that have only a structure causing the catalytic activity required for this enzyme, or those mutants that have modifications with respect to catalytic activity, stability or thermal stability, for example, amino acid mutations.

ДНК-полимераза BstBst DNA polymerase

(экзо-)ДНК-полимераза Вса(exo) BCA DNA polymerase

Фрагмент Кленова ДНК-полимеразы IKlenov fragment of DNA polymerase I

ДНК-полимераза VentDNA polymerase Vent

(экзо-)ДНК-полимераза Vent (ДНК-полимераза Vent, дефектная по экзонуклеазной активности)(ex-) Vent DNA polymerase (Vent DNA polymerase defective in exonuclease activity)

ДНК-полимераза Deep VentDeep Vent DNA Polymerase

(экзо-)ДНК-полимераза Deep Vent (ДНК-полимераза Deep Vent, дефектная по экзонуклеазной активности)(Ex-) DNA DNA polymerase Deep Vent (DNA polymerase Deep Vent, defective in exonuclease activity)

ДНК-полимераза фага Ф29Phage F29 DNA polymerase

ДНК-полимераза фага MS-2Phage MS-2 DNA polymerase

ДНК-полимераза Z-Taq (Takara Shuzo Co., Ltd.)Z-Taq DNA Polymerase (Takara Shuzo Co., Ltd.)

ДНК-полимераза KOD (Toyobo Co., Ltd.)KOD DNA Polymerase (Toyobo Co., Ltd.)

Среди этих ферментов ДНК-полимераза Bst и (экзо-)ДНК-полимераза Вса являются особенно предпочтительными ферментами, так как они имеют некоторую степень термостабильности и высокую каталитическую активность. Реакция данного изобретения может проводиться изотермически в предпочтительном варианте, но вследствие коррекции температуры плавления (Тm) и т.д. не всегда можно использовать температурные условия, желательные для стабильности фермента. Таким образом, одним из желаемых условий является то, что данный фермент должен быть термостабильным. Хотя изотермическая реакция является возможной, денатурация нагреванием может проводиться для обеспечения нуклеиновой кислоты в качестве первой матрицы, и в этом отношении также применение термостабильного фермента расширяет выбор протокола анализа.Among these enzymes, Bst DNA polymerase and Bca (exo) DNA polymerase Bca are particularly preferred enzymes because they have some degree of thermal stability and high catalytic activity. The reaction of the present invention can be carried out isothermally in the preferred embodiment, but due to the correction of the melting temperature (Tm), etc. it is not always possible to use the temperature conditions desired for enzyme stability. Thus, one of the desired conditions is that the enzyme must be thermostable. Although an isothermal reaction is possible, heat denaturation can be performed to provide the nucleic acid as the first matrix, and in this regard, the use of a thermostable enzyme also broadens the choice of assay protocol.

(Экзо-)ДНК-полимераза Vent является ферментом, имеющим как активность вытеснения цепи, так и высокую степень термостабильности. Известно, что реакция синтеза комплементарной цепи, включающая в себя вытеснение цепи ДНК-полимеразой, стимулируется добавлением связывающего одиночную цепь белка (Paul M. Lizardi et al., Nature Genetics, 19, 225-232, July, 1998). Это действие применяют в данном изобретении, и при добавлении связывающего одиночную цепь белка может ожидаться эффект стимуляции синтеза комплементарной цепи. Например, ген 32 Т4 является эффективным в качестве связывающего одиночную цепь белка для ДНК-полимеразы Vent.(Ex-) Vent DNA DNA polymerase is an enzyme with both chain displacement activity and a high degree of thermal stability. It is known that the synthesis reaction of a complementary strand, including the displacement of a strand by DNA polymerase, is stimulated by the addition of a single-strand protein (Paul M. Lizardi et al., Nature Genetics, 19, 225-232, July, 1998). This action is used in the present invention, and upon the addition of a single chain binding protein, an effect of stimulating the synthesis of a complementary chain can be expected. For example, the 32 T4 gene is effective as a single chain binding protein for Vent DNA polymerase.

Для ДНК-полимеразы, не имеющей 3'-5'-экзонуклеазной активности, существует известный феномен, заключающийся в том, что синтез комплементарной цепи не останавливается при 5'-конце матрицы, что приводит к генерированию выступа, состоящего из одного основания. В данном изобретении этот феномен не является предпочтительным, так как, когда синтез комплементарной цепи достигает этого конца, последовательность 3'-конца приводит к инициации следующего синтеза комплементарной цепи. Однако, вследствие добавления основания “А” с высокой вероятностью к 3'-концу этой ДНК-полимеразой, эта последовательность может быть выбрана таким образом, что синтез от 3'-конца начинается при “А”, так что нет проблемы, если дополнительное основание ошибочно добавляется dATP. Далее, даже если 3'-конец имеет выступ во время синтеза комплементарной цепи, 3'→5'-экзонуклеазная активность может быть использована для отщепления этого выступа, чтобы сделать этот конец тупым. Например, поскольку природная ДНК-полимераза Vent имеет эту активность, этот фермент может быть использован в виде смеси с (экзо-)ДНК-полимеразой Vent для решения этой проблемы.For DNA polymerase that does not have 3'-5'-exonuclease activity, there is a well-known phenomenon, namely, that the synthesis of a complementary strand does not stop at the 5'-end of the template, which leads to the generation of a protrusion consisting of one base. In the present invention, this phenomenon is not preferable, since when the synthesis of a complementary chain reaches this end, the sequence of the 3'-end leads to the initiation of the next synthesis of a complementary chain. However, due to the addition of base “A” with a high probability to the 3'-end of this DNA polymerase, this sequence can be chosen so that synthesis from the 3'-end begins at “A”, so there is no problem if the additional base mistakenly added dATP. Further, even if the 3 ′ end has a protrusion during the synthesis of a complementary chain, 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity can be used to cleave this protrusion to make this end blunt. For example, since Vent natural DNA polymerase has this activity, this enzyme can be used as a mixture with Vent (exo) DNA polymerase to solve this problem.

Различные реагенты, необходимые для способа синтеза или амплификации нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением, могут быть предварительно упакованы и обеспечены в виде набора. Конкретно, обеспечен набор для данного изобретения, содержащий различные типы олигонуклеотидов, необходимые в качестве праймеров для синтеза комплементарной цепи и в качестве внешних праймеров для вытеснения, dNTP в качестве субстрата для синтеза комплементарной цепи, ДНК-полимеразу для проведения синтеза по типу вытеснения цепи, буфер, создающий подходящие условия для ферментативной реакции, и в случае необходимости реагенты, необходимые для обнаружения продуктов синтетической реакции. В частности, добавление реагентов является необходимым во время реакции в предпочтительном варианте осуществления данного изобретения, и, следовательно, реагенты, необходимые для одной реакции, подаются после пипетирования в реакционный сосуд, посредством чего реакция может инициироваться добавлением только образца. С применением системы, в которой продукт реакции может детектироваться in situ в реакционном сосуде с использованием люминесцентного сигнала или флуоресцентного сигнала, необязательно открывать и закрывать этот сосуд после реакции. Это является очень желательным для предотвращения загрязнения.Various reagents necessary for the method of synthesis or amplification of a nucleic acid in accordance with this invention can be pre-packaged and provided in a kit. Specifically, a kit for the present invention is provided containing various types of oligonucleotides necessary as primers for the synthesis of a complementary chain and as external primers for displacement, dNTP as a substrate for the synthesis of a complementary chain, DNA polymerase for carrying out synthesis according to the type of chain displacement, buffer creating suitable conditions for the enzymatic reaction, and, if necessary, the reagents necessary to detect the products of the synthetic reaction. In particular, the addition of reagents is necessary during the reaction in a preferred embodiment of the present invention, and therefore, the reagents necessary for one reaction are fed after pipetting into the reaction vessel, whereby the reaction can be initiated by adding only a sample. Using a system in which a reaction product can be detected in situ in a reaction vessel using a luminescent signal or a fluorescent signal, it is not necessary to open and close the vessel after the reaction. It is very desirable to prevent pollution.

Нуклеиновая кислота, имеющая комплементарные нуклеотидные последовательности, попеременно связанные в однонитевой цепи, синтезированнная в соответствии с данным изобретением, имеет, например, следующее применение. Первым признаком является использование преимущества, возникающего из особой структуры, имеющей комплементарные последовательности в одной молекуле. Ожидается, что этот признак будет облегчать определение. То есть имеется известная система для обнаружения нуклеиновой кислоты, в которой ее сигнал варьируется в зависимости от спаривания оснований с комплементарной нуклеотидной последовательностью. Например, посредством комбинирования со способом использования специфического для двухнитевой цепи интеркалятора в качестве детектора, как описано выше, может быть обеспечена система определения, полно использующая свойства синтетического продукта данного изобретения. Если продукт синтетической реакции данного изобретения один раз денатурируют нагреванием в указанной системе определения и возвращают к исходной температуре, имеет место преимущественно внутримолекулярный отжиг (гибридизация), что делает возможным, следовательно, быстрое спаривание комплементарных последовательностей. Если имеются продукты неспецифической реакции, они не имеют комплементарных последовательностей в молекуле, так что после разделения денатурацией нагреванием на 2 или более молекул они не могут сразу вернуться к исходной двухнитевой цепи. Обеспечением стадии денатурации нагреванием перед определением могут быть уменьшены шумы, сопутствующие неспецифической реакции. Если используют ДНК-полимеразу, неустойчивую к нагреванию, эта стадия денатурации нагреванием имеет значение терминации реакции и является, следовательно, выгодной для контроля температуры реакции.A nucleic acid having complementary nucleotide sequences alternately linked in a single strand, synthesized in accordance with this invention, has, for example, the following application. The first sign is the use of advantages arising from a special structure that has complementary sequences in one molecule. This feature is expected to facilitate identification. That is, there is a known system for detecting a nucleic acid in which its signal varies depending on the base pairing with a complementary nucleotide sequence. For example, by combining with a method of using a double-strand specific intercalator as a detector, as described above, a detection system can be fully utilized that utilizes the properties of the synthetic product of the present invention. If the synthetic reaction product of the present invention is denatured once by heating in the indicated determination system and returned to its original temperature, predominantly intramolecular annealing (hybridization) takes place, which makes it possible, therefore, to quickly pair complementary sequences. If there are products of a nonspecific reaction, they do not have complementary sequences in the molecule, so that after separation by denaturation by heating into 2 or more molecules, they cannot immediately return to the original double-stranded chain. By providing a heat denaturation step before determination, the noise associated with the non-specific reaction can be reduced. If heat-resistant DNA polymerase is used, this step of heat denaturation has the meaning of terminating the reaction and is therefore beneficial for controlling the reaction temperature.

Второй признак заключается в том, что всегда образуется петля, способная к спариванию оснований. Структура петли, способной к связыванию оснований, показана на фиг.4. Как видно из фиг.4, эта петля состоит из нуклеотидной последовательности F2c (X2c), которая может быть отожжена (гибридизована) праймером, и нуклеотидной последовательности, вставленной между F2c-F1c (X1c). Последовательность между F2c-F1c (или между Х2с-Х1с в более универсальной форме) является происходящей из нуклеотидов последовательностью, полученной из матрицы. Таким образом, если зонд, имеющий комплементарную нуклеотидную последовательность, гибридизуется с этой областью, возможным является матрица-специфическое определение. Кроме того, эта область всегда готова для спаривания оснований, и, следовательно, денатурация нагреванием перед гибридизацией не является необходимой. Нуклеотидная последовательность, составляющая петлю в продукте реакции амплификации, может иметь произвольную длину. Таким образом, если желательна гибридизация с зондом, область, подлежащую гибридизации с праймером, и область, подлежащую гибридизации с зондом, помещают раздельно для предотвращения их конкуренции, посредством чего могут быть обеспечены идеальные условия реакции.The second sign is that a loop is always formed capable of pairing the bases. The structure of the loop capable of binding the bases shown in Fig.4. As can be seen from figure 4, this loop consists of the nucleotide sequence F2c (X2c), which can be annealed (hybridized) with a primer, and the nucleotide sequence inserted between F2c-F1c (X1c). The sequence between F2c-F1c (or between X2c-X1c in a more universal form) is a nucleotide-derived sequence derived from a matrix. Thus, if a probe having a complementary nucleotide sequence hybridizes to this region, a matrix-specific determination is possible. In addition, this area is always ready for base pairing, and therefore, heat denaturation before hybridization is not necessary. The nucleotide sequence making up the loop in the amplification reaction product may be of arbitrary length. Thus, if hybridization with the probe is desired, the region to be hybridized with the primer and the region to be hybridized with the probe are placed separately to prevent them from competing, whereby ideal reaction conditions can be provided.

Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, большое число петель, способных к спариванию оснований, обеспечиваются в одной цепи нуклеиновой кислоты. Это означает, что большое число зондов могут быть гибридизованы с одной молекулой нуклеиновой кислоты, что делает возможным чувствительное определение. Таким образом может быть не только реализовано улучшение чувствительности, но также реализован способ определения нуклеиновой кислоты на основе принципа особой реакции, например агрегации. Например, зонд, иммобилизованный на мелких частицах, таких как полистироловый латекс, добавляют к продукту реакции данного изобретения, агрегацию частиц латекса наблюдают по мере гибридизации продукта с этим зондом. Высокочувствительное и количественное наблюдение возможно с использованием оптического измерения прочности агрегации. Поскольку агрегацию можно также наблюдать невооруженным глазом, может быть также обеспечена реакционная система, не использующая оптическое измерительное устройство.According to a preferred embodiment of the invention, a large number of loops capable of base pairing are provided in a single nucleic acid chain. This means that a large number of probes can be hybridized with a single nucleic acid molecule, which makes sensitive determination possible. Thus, not only can sensitivity improvement be realized, but also a method for determining nucleic acid based on the principle of a particular reaction, for example, aggregation, can be implemented. For example, a probe immobilized on small particles, such as polystyrene latex, is added to the reaction product of the present invention, aggregation of latex particles is observed as the product hybridizes with this probe. Highly sensitive and quantitative observation is possible using optical measurements of aggregation strength. Since aggregation can also be observed with the naked eye, a reaction system that does not use an optical measuring device can also be provided.

Далее, продукт реакции данного изобретения, позволяющий связывание с ним большого числа меток на одну молекулу нуклеиновой кислоты, делает возможным хроматографическое определение. В области иммуноанализа, на практике используют аналитический способ (иммунохроматографию) с применением хроматографической среды, использующей визуально определяемую метку. Этот способ основан на принципе, что аналит заключается, как в сэндвиче, между антителом, иммобилизованным на хроматографической среде, и меченым антителом, а непрореагировавший меченый компонент вымывается. Продукт реакции данного изобретения позволяет применять этот принцип для анализа нуклеиновой кислоты. А именно, готовят меченый зонд для части петли и иммобилизуют его на хроматографической среде для получения захватывающего зонда для улавливания, что делает возможным анализ в этой хроматографической среде. В качестве захватывающего зонда может быть использована последовательность, комплементарная части петли. Поскольку продукт реакции данного изобретения имеет большое число петель, этот продукт связывается с большим числом меченых зондов, давая визуально узнаваемый сигнал.Further, the reaction product of the present invention, allowing the binding of a large number of labels to one nucleic acid molecule, enables chromatographic determination. In the field of immunoassay, in practice, an analytical method (immunochromatography) is used using a chromatographic medium using a visually detectable label. This method is based on the principle that the analyte consists, as in a sandwich, between an antibody immobilized on a chromatographic medium and a labeled antibody, and the unreacted labeled component is washed out. The reaction product of this invention allows the application of this principle for nucleic acid analysis. Namely, a labeled probe is prepared for part of the loop and immobilized on a chromatographic medium to obtain an exciting capture probe, which makes analysis possible in this chromatographic medium. As an exciting probe, a sequence complementary to the loop part can be used. Since the reaction product of this invention has a large number of loops, this product binds to a large number of labeled probes, giving a visually recognizable signal.

Продукт реакции в соответствии с данным изобретением, всегда дающий область в виде петли, способную к спариванию оснований, делает возможным большое разнообразие других систем определения. Например, возможной является система определения, использующая резонанс поверхностных плазмонов, с применением иммобилизованного зонда для этой части петли. Далее, если зонд для части петли является меченным специфическим для двухнитевой цепи интеркалятором, может проводиться более чувствительный флуоресцентный анализ. Альтернативно, можно также положительно использовать способность нуклеиновой кислоты, синтезированной согласно данному изобретению, к образованию петли, способной к спариванию оснований, на обеих 3'- и 5'-сторонах. Например, одну петлю конструируют таким образом, что она имеет обычную нуклеотидную последовательность между нормальным и отклоняющимся от нормы типом, тогда как другую петлю конструируют для генерирования различия между ними. Можно создать характерную аналитическую систему, в которой присутствие гена подтверждают зондом для общей части, тогда как присутствие отклонения от нормы подтверждают в указанной другой области. Поскольку реакция синтеза нуклеиновой кислоты согласно данному изобретению может также протекать изотермически, очень важным преимуществом является то, что может выполняться анализ реального времени при помощи обычного флуоресцентного фотометра. До этого структура нуклеиновой кислоты, подлежащей гибридизации в той же самой цепи, является известной. Однако нуклеиновая кислота, имеющая комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи, полученная данным изобретением, является новой, поскольку она содержит большое число петель, способных к спариванию оснований с другими олигонуклеотидами.The reaction product of this invention, always yielding a loop region capable of base pairing, makes possible a wide variety of other determination systems. For example, a detection system using resonance of surface plasmons using an immobilized probe for this part of the loop is possible. Further, if the probe for a portion of the loop is labeled with a double-strand chain specific intercalator, a more sensitive fluorescence analysis may be performed. Alternatively, the ability of a nucleic acid synthesized according to this invention to form a loop capable of base pairing on both 3 ′ and 5 ′ sides can also be positively utilized. For example, one loop is designed in such a way that it has the usual nucleotide sequence between the normal and abnormal type, while the other loop is designed to generate a difference between them. You can create a characteristic analytical system in which the presence of a gene is confirmed by a probe for the common part, while the presence of a deviation from the norm is confirmed in this other area. Since the nucleic acid synthesis reaction of this invention can also proceed isothermally, a very important advantage is that real-time analysis can be performed using a conventional fluorescence photometer. Prior to this, the structure of the nucleic acid to be hybridized in the same strand is known. However, a nucleic acid having complementary nucleotide sequences linked alternately in a single strand chain obtained by this invention is new because it contains a large number of loops capable of pairing bases with other oligonucleotides.

С другой стороны, само большое число петель, образованных продуктом реакции в соответствии с данным изобретением, может быть использовано в качестве зондов. Например, в наборе матриц (чипах) ДНК зонды должны накапливаться при высокой плотности в ограниченной зоне. Однако в данной технологии число олигонуклеотидов, которое может быть иммобилизовано в определенной зоне, является ограниченным. Таким образом, посредством применения продукта реакции данного изобретения большое число зондов, способных гибридизоваться, может быть иммобилизовано при высокой плотности. А именно, продукт реакции в соответствии с данным изобретением может быть иммобилизован в качестве зондов на чипе (наборе матриц) ДНК. После амплификации продукт реакции может быть иммобилизован любыми способами, известными в данной области, или иммобилизованный олигонуклеотид используют в качестве олигонуклеотида в реакции амплификации данного изобретения, что приводит к генерированию иммобилизованного продукта реакции. Посредством применения зонда, иммобилизованного таким образом, большое число ДНК образца может быть гибридизовано в ограниченной зоне, и, вследствие этого, могут ожидаться высокие сигналы.On the other hand, the largest number of loops formed by the reaction product in accordance with this invention can be used as probes. For example, in a set of matrices (chips) DNA probes must accumulate at high density in a limited area. However, in this technology, the number of oligonucleotides that can be immobilized in a specific area is limited. Thus, by using the reaction product of this invention, a large number of probes capable of hybridization can be immobilized at high density. Namely, the reaction product in accordance with this invention can be immobilized as probes on a DNA chip (matrix set). After amplification, the reaction product can be immobilized by any methods known in the art, or the immobilized oligonucleotide is used as the oligonucleotide in the amplification reaction of the present invention, which leads to the generation of the immobilized reaction product. By using a probe immobilized in this way, a large number of sample DNA can be hybridized in a restricted area, and therefore high signals can be expected.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 является иллюстрацией части (1)-(4) принципа реакции в предпочтительном варианте осуществления данного изобретения.Figure 1 is an illustration of part (1) to (4) of the reaction principle in a preferred embodiment of the present invention.

Фиг.2 является иллюстрацией части (5)-(7) принципа реакции в предпочтительном варианте осуществления данного изобретения.Figure 2 is an illustration of part (5) to (7) of the reaction principle in a preferred embodiment of the present invention.

Фиг.3 является иллюстрацией части (8)-(10) принципа реакции в предпочтительном варианте осуществления данного изобретения.Figure 3 is an illustration of part (8) to (10) of the reaction principle in a preferred embodiment of the present invention.

Фиг.4 является иллюстрацией структуры петли, образованной одноцепочечной нуклеиновой кислотой, в соответствии с данным изобретением.Figure 4 is an illustration of the structure of a loop formed by a single stranded nucleic acid, in accordance with this invention.

Фиг.5 является иллюстрацией части (А)-(В) в основном варианте осуществления данного изобретения.Figure 5 is an illustration of part (A) to (B) in the main embodiment of the present invention.

Фиг.6 является иллюстрацией части (С)-(D) в основном варианте осуществления данного изобретения.6 is an illustration of part (C) to (D) in the main embodiment of the present invention.

Фиг.7 является рисунком, показывающим позиционное взаимоотношение каждой нуклеотидной последовательности, составляющей олигонуклеотид, в нуклеотидной последовательности-мишени M13mp18.7 is a drawing showing the positional relationship of each nucleotide sequence constituting the oligonucleotide in the nucleotide sequence of the target M13mp18.

Фиг.8 является фотографией, показывающей результат электрофореза в агарозе продукта, полученного по способу синтеза одноцепочечной нуклеиновой кислоты с M13mp18 в качестве матрицы в соответствии с данным изобретением.Fig is a photograph showing the result of agarose electrophoresis of a product obtained by the method of synthesis of single-stranded nucleic acid with M13mp18 as a matrix in accordance with this invention.

Дорожка 1: маркер размера XIVLane 1: XIV size marker

Дорожка 2: 1 фмоль dsДНК M13mp18Lane 2: 1 fmol dsDNA M13mp18

Дорожка 3: без нуклеиновой кислоты-мишениLane 3: no target nucleic acid

Фиг.9 является фотографией, показывающей результат электрофореза в агарозном геле расщепленного рестриктазой продукта, полученного в примере 1 реакцией синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением.FIG. 9 is a photograph showing the result of agarose gel electrophoresis of a restriction enzyme digested product obtained in Example 1 by a nucleic acid synthesis reaction in accordance with this invention.

Дорожка 1: маркер размера XIVLane 1: XIV size marker

Дорожка 2: продукт расщепления BamHI очищенного продуктаLane 2: BamHI cleavage product of the purified product

Дорожка 3: продукт расщепления PvuII очищенного продуктаLane 3: PvuII cleavage product of the purified product

Дорожка 4: продукт расщепления HindIII очищенного продуктаLane 4: HindIII Cleavage Product of the Purified Product

Фиг.10 является фотографией, показывающей результат электрофореза в агарозном геле продукта, полученного по способу синтеза одноцепочечной нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением с использованием M13mp18 в качестве матрицы в присутствии бетаина. 0, 0,5, 1 и 2 указывают концентрацию (М) бетаина, добавленного к реакционному раствору. N указывает негативный контроль, а –21 указывает концентрацию 10-21 моль ДНК-матрицы.10 is a photograph showing the result of agarose gel electrophoresis of a product obtained by the method of synthesizing a single-stranded nucleic acid in accordance with this invention using M13mp18 as a matrix in the presence of betaine. 0, 0.5, 1 and 2 indicate the concentration (M) of betaine added to the reaction solution. N indicates a negative control, and –21 indicates a concentration of 10 −21 mol of the DNA template.

Фиг.11 является рисунком, показывающим позиционное взаимоотношение каждой нуклеотидной последовательности, составляющей олигонуклеотид, в нуклеотидной последовательности-мишени, произведенной из HVB.11 is a drawing showing the positional relationship of each nucleotide sequence constituting the oligonucleotide in the target nucleotide sequence derived from HVB.

Фиг.12 является фотографией, показывающей результат электрофореза в агарозном геле продукта, полученного по способу синтеза одноцепочечной нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением, где HBV-M13mp18, интегрированный в М13mр18, использовали в качестве матрицы.12 is a photograph showing the result of agarose gel electrophoresis of a product obtained by the method of synthesizing a single stranded nucleic acid in accordance with this invention, where HBV-M13mp18 integrated into M13mp18 was used as a matrix.

Дорожка 1: маркер размера XIVLane 1: XIV size marker

Дорожка 2: 1 фмоль dsДНК HBV-M13mp18Lane 2: 1 fmol dsDNA HBV-M13mp18

Дорожка 3: без нуклеиновой кислоты-мишениLane 3: no target nucleic acid

Фиг.13 является фотографией, показывающей результат электрофореза в агарозном геле денатурированного щелочью продукта, полученного по способу синтеза одноцепочечной нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением.FIG. 13 is a photograph showing the result of agarose gel electrophoresis of an alkali-denatured product obtained by the method of synthesizing a single-stranded nucleic acid in accordance with this invention.

Дорожка 1: фрагмент расщепления HindIII из фага лямбдаLane 1: lambda phage HindIII cleavage fragment

Дорожка 2: продукт реакции в примере 1Lane 2: reaction product in example 1

Дорожка 3: продукт реакции в примере 3Lane 3: reaction product in example 3

Фиг.14 является фотографией, показывающей результат электрофореза в агарозном геле продукта, полученного по способу синтеза одноцепочечной нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением, где концентрация М13mр18 в качестве мишени варьировалась. Верхняя и нижняя фотографии показывают результат реакции в течение 1 и 3 часов, соответственно.Fig is a photograph showing the result of agarose gel electrophoresis of a product obtained by the method of synthesis of single-stranded nucleic acid in accordance with this invention, where the concentration of M13mp18 as a target was varied. The upper and lower photographs show the result of the reaction for 1 and 3 hours, respectively.

Дорожка 1: 1×10-15 моль на пробирку dsДНК М13mp18Lane 1: 1 × 10 -15 mol per dsDNA M13mp18 tube

Дорожка 2: 1×10-16 моль на пробирку dsДНК М13mр18Lane 2: 1 × 10 -16 mol per tube of dsDNA M13mp18

Дорожка 3: 1×10-17 моль на пробирку dsДHK М13mр18Lane 3: 1 × 10 -17 mol per tube dsДHK М13mp18

Дорожка 4: 1×10-18 моль на пробирку dsДНК М13mр18Lane 4: 1 × 10 -18 mol per dsDNA M13mp18 tube

Дорожка 5: 1×10-19 моль на пробирку dsДНК М13mр18Lane 5: 1 × 10 -19 mol per dsDNA tube M13mp18

Дорожка 6: 1×10-20 моль на пробирку dsДНК М13mр18Lane 6: 1 × 10 -20 mol per dsDNA tube M13mp18

Дорожка 7: 1×10-21 моль на пробирку dsДНК М13mр18Lane 7: 1 × 10 -21 mol per tube dsDNA M13mp18

Дорожка 8: 1×10-22 моль на пробирку dsДHK М13mр18Lane 8: 1 × 10 -22 mol per test tube dsДHK М13mp18

Дорожка 9: без нуклеиновой кислоты-мишениLane 9: no target nucleic acid

Дорожка 10: маркер размера XIVLane 10: XIV size marker

Фиг.15 является рисунком, показывающим положение мутации и позиционное взаимоотношение каждой области нуклеотидной последовательности-мишени (мишени). Подчеркнутый гуанин заменен аденином в мутанте.Fig is a drawing showing the position of the mutation and the positional relationship of each region of the nucleotide sequence of the target (target). The underlined guanine is replaced by adenine in the mutant.

Фиг.16 является фотографией, показывающей результат электрофореза в агарозном геле продукта в соответствии с реакцией амплификации данного изобретения.Fig is a photograph showing the result of agarose gel electrophoresis of a product in accordance with the amplification reaction of the present invention.

М: 100 - п.н. - лестница (New England Biolabs)M: 100 - bp - stairs (New England Biolabs)

N: без матрицы (очищенная вода)N: no matrix (purified water)

WT: 1 фмоль матрицы М13mр18 дикого типаWT: 1 fmol wild-type M13mp18 matrix

МТ: 1 фмоль матрицы мутантного М13mр18MT: 1 fmol of the matrix of the mutant M13mp18

Фиг.17 является рисунком, показывающим позиционное взаимоотношение каждой нуклеотидной последовательности, составляющей олигонуклеотид, в нуклеотидной последовательности, кодирующей мРНК-мишень.17 is a drawing showing the positional relationship of each nucleotide sequence constituting the oligonucleotide in the nucleotide sequence encoding the target mRNA.

Фиг.18 является фотографией, показывающей результат электрофореза в агарозном геле продукта, полученного по способу синтеза одноцепочечной нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением с использованием мРНК в качестве мишени.Fig is a photograph showing the result of agarose gel electrophoresis of a product obtained by the method of synthesis of single-stranded nucleic acid in accordance with this invention using mRNA as a target.

Наилучший вариант для проведения данного изобретения.The best option for carrying out the present invention.

Пример 1. Амплификация области в М13mр18Example 1. Amplification of the area in M13mp18

Способ синтеза нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные цепи, попеременно связанные в однонитевой цепи в соответствии с данным изобретением, испытывали с использованием М13mр18 в качестве матрицы. В этом эксперименте использовали четыре типа праймеров, а именно, M13FA, M13RA, M13F3 и M13R3. M13F3 и M13R3 были внешними праймерами для вытеснения первой нуклеиновой кислоты, полученной соответственно с M13FA и M13RA в качестве затравки синтеза. Поскольку внешние праймеры являются праймерами, служащими в качестве затравки синтеза комплементарной цепи после синтеза с M13FA (или M13RA), они были сконструированы для гибридизации с областью, смежной с M13FA (или M13RA) с использованием феномена непрерывного стекинга. Далее, концентрации этих праймеров устанавливали высокими, так что гибридизация M13FA (или M13RA) происходила преимущественно.A method for synthesizing a nucleic acid having complementary chains alternately linked in a single strand chain in accordance with this invention was tested using M13mp18 as a template. Four types of primers were used in this experiment, namely, M13FA, M13RA, M13F3 and M13R3. M13F3 and M13R3 were external primers for displacing the first nucleic acid obtained with M13FA and M13RA, respectively, as a seed primer. Because external primers are primers that serve as a primer for complementary chain synthesis after synthesis with M13FA (or M13RA), they were designed to hybridize to the region adjacent to M13FA (or M13RA) using the continuous stacking phenomenon. Further, the concentrations of these primers were set high, so that hybridization of M13FA (or M13RA) occurred predominantly.

Нуклеотидная последовательность, составляющая каждый праймер, показана в Списке последовательностей (см. в конце описания). Структурные характеристики этих праймеров суммированы ниже. Далее, позиционное взаимоотношение каждой области относительно нуклеотидной последовательности (мишени) показано на фиг.7.The nucleotide sequence constituting each primer is shown in the List of sequences (see the end of the description). The structural characteristics of these primers are summarized below. Further, the positional relationship of each region relative to the nucleotide sequence (target) is shown in Fig.7.

Праймер Область на 5'-стороне/область на 3'-сторонеPrimer Area on the 5'-side / area on the 3'-side

M13FA Тот же самый, что и область F1c в комплементарной цепи, синтезированной М13FА/комплементарной области F2c в М13mр18M13FA The same as the F1c region in the complementary chain synthesized by M13FA / complementary F2c region in M13mp18

M13RA Тот же самый, что и область R1c в комплементарной цепи, синтезированной М13RА/комплементарной области R2c в комплементарной цепи, синтезированной M13FAM13RA Same as region R1c in the complementary chain synthesized by M13RA / complementary region R2c in the complementary chain synthesized by M13FA

M13F3 Комплементарный F3c, смежной с 3'-стороной области F2c в М13mр18M13F3 Complementary F3c adjacent to the 3'-side of the F2c region in M13mp18

M13R3 Комплементарный R3c, смежной с 3'-стороной области F2c в комплементарной цепи, синтезированной M13FAM13R3 Complementary R3c adjacent to the 3 ′ side of the F2c region in the complementary chain synthesized by M13FA

С использованием таких праймеров синтезировали нуклеиновую кислоту, в которой область, простирающаяся от F1c до R1c в М13mр18, и его комплементарная нуклеотидная последовательность попеременно связаны через образующую петлю последовательность, содержащую F2c в однонитевой цепи. Состав реакционного раствора для способа синтеза нуклеиновой кислоты с использованием этих праймеров в соответствии с данным изобретением показан ниже.Using such primers, a nucleic acid was synthesized in which a region extending from F1c to R1c in M13mp18 and its complementary nucleotide sequence are alternately linked through a looping sequence containing F2c in a single strand chain. The composition of the reaction solution for the method of synthesis of nucleic acids using these primers in accordance with this invention is shown below.

Состав реакционного раствора (в 25 мкл)The composition of the reaction solution (25 μl)

20 мМ Трис-НСl рН 8,820 mM Tris-Hcl pH 8.8

10 мМ КСl10 mM KCl

10 мM (NH4)2SO4 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4

6 мМ MgSO4 6 mM MgSO 4

0,1% Тритон Х-1000.1% Triton X-100

5% диметилсульфоксид (ДМСО)5% dimethyl sulfoxide (DMSO)

0,4 мМ dNTP0.4 mM dNTP

Праймеры:Primers

800 нМ M13FA/SEQ ID NO:1800 nM M13FA / SEQ ID NO: 1

800 нМ M13RA/SEQ ID NO:2800 nM M13RA / SEQ ID NO: 2

200 нМ M13F3/SEQ ID NO:3200 nM M13F3 / SEQ ID NO: 3

200 нМ M13R3/SEQ ID NO:4200 nM M13R3 / SEQ ID NO: 4

Мишень: dsAHK M13mp18/SEQ ID NO:5Target: dsAHK M13mp18 / SEQ ID NO: 5

Реакция: Описанный выше раствор нагревали при 95°С в течение 5 мин и мишень денатурировали в однонитевую цепь. Реакционный раствор переносили на смесь воды со льдом и к ней добавляли 4 Е ДНК-полимеразы Bst (New England Biolabs), и эта смесь реагировала при 65°С в течение 1 часа. После реакции реакцию останавливали при 80°С в течение 10 мин и опять переносили на смесь воды со льдом.Reaction: The solution described above was heated at 95 ° C for 5 minutes and the target was denatured into a single strand chain. The reaction solution was transferred to a mixture of ice water and 4 E Bst DNA polymerase (New England Biolabs) was added thereto, and this mixture was reacted at 65 ° C. for 1 hour. After the reaction, the reaction was stopped at 80 ° C for 10 min and again transferred to a mixture of water and ice.

Подтверждение реакции: 1 мкл буфера для нанесения добавляли к 5 мкл описанного выше реакционного раствора и этот образец подвергали электрофорезу в течение 1 час при 80 мВ на 2% агарозном геле (0,5% ТВЕ). В качестве маркера молекулярной массы использовали XIV (100 п.н. - лестницу, Boehringer Mannheim). Гель после электрофореза окрашивали SYBR Green I (Molecular Probes, Inc.) для подтверждения нуклеиновой кислоты. Результаты показаны на фиг.8. Соответствующие дорожки соответствуют следующим образцам.Confirmation of the reaction: 1 μl of application buffer was added to 5 μl of the reaction solution described above, and this sample was subjected to electrophoresis for 1 hour at 80 mV on 2% agarose gel (0.5% TBE). XIV (100 bp ladder, Boehringer Mannheim) was used as a molecular weight marker. The gel after electrophoresis was stained with SYBR Green I (Molecular Probes, Inc.) to confirm nucleic acid. The results are shown in FIG. The corresponding tracks correspond to the following samples.

1. Маркер размера XIV.1. Marker size XIV.

2. Дорожка 2: 1 фмоль dsДHK M13mp18.2. Track 2: 1 fmol dsДHK M13mp18.

Дорожка 3: без мишени.Lane 3: without a target.

В дорожке 3 не было полосы, за исключением того, что непрореагировавшие праймеры были окрашены. В дорожке 2 в присутствии мишени продукты подтверждались в виде лестницы полос низкого размера, в виде смазанного окрашивания при высоком размере и в виде полосы, едва входящей в гель при электрофорезе. Среди полос низкого размера полосы вблизи 290 п.н. и 450 п.н. согласуются с продуктами, приближенно оцененными в синтетической реакции данного изобретения, а именно двухнитевыми цепями SEQ ID NO:11 и 12 (соответствующими двухнитевым цепям, образованным, как показано на фиг.2-(7) и 3-(10), и однонитевой цепью на фиг.3-(9)), и, следовательно было подтверждено, что реакция происходит, как ожидалось. Было приближенно оценено, что результаты электрофореза со смазанной картиной при высоком размере и полоса, не входившая в гель при электрофорезе, возникали вследствие того, что эта реакция была в основном непрерывной реакцией, позволяющей образование варьирующих молекулярных масс продукта реакции, и вследствие того, что этот продукт имеет сложную структуру, так как состоит из частично однонитевой цепи и двухцепочечного комплекса.There was no lane in lane 3, except that unreacted primers were stained. In lane 2, in the presence of the target, the products were confirmed as a ladder of stripes of low size, in the form of smeared staining at a high size and in the form of a strip barely entering the gel during electrophoresis. Among the bands of low band size near 290 bp and 450 bp consistent with the products approximately estimated in the synthetic reaction of the present invention, namely, double-strand chains of SEQ ID NO: 11 and 12 (corresponding double-strand chains formed as shown in FIGS. 2- (7) and 3- (10), and a single-strand chain figure 3- (9)), and therefore it was confirmed that the reaction occurs as expected. It was roughly estimated that the results of electrophoresis with a smeared picture at a high size and the band that did not enter the gel during electrophoresis arose because this reaction was mainly a continuous reaction, allowing the formation of varying molecular masses of the reaction product, and because this the product has a complex structure, as it consists of a partially single-strand chain and a double-stranded complex.

Пример 2. Подтверждение продуктов реакции посредством расщепления рестриктазамиExample 2. Confirmation of reaction products by restriction enzyme digestion

Для цели выяснения структуры нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные нуклеотидные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи, полученной в примере 1 в соответствии с данным изобретением, проводили расщепление этих продуктов рестрикционными ферментами. Если фрагменты теоретически генерируются их расщеплением рестриктазами и одновременно исчезают смазанная картина при высоком размере и полоса, не поддающаяся электрофорезу, наблюдаемые в примере 1, то можно приближенно оценить, что любые из этих продуктов являются нуклеиновой кислотой, имеющей комплементарные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи, синтезированной в соответствии с данным изобретением.For the purpose of determining the structure of a nucleic acid having complementary nucleotide sequences linked alternately in the single-stranded chain obtained in Example 1 in accordance with this invention, these products were digested with restriction enzymes. If the fragments are theoretically generated by their cleavage with restriction enzymes and at the same time the blurred picture disappears at a high size and the electrophoresis band not observed in Example 1, then it can be roughly estimated that any of these products are nucleic acid having complementary sequences linked alternately in a single-strand chain synthesized in accordance with this invention.

Реакционный раствор (200 мкл) из 8 пробирок в примере 1 объединяли и очищали обработкой фенолом и осаждением этанолом. Полученные осадки извлекали и растворяли опять в 200 мкл ТЭ-буфера и аликвоту 10 мкл расщепляли при 37°С в течение 2 час рестриктазами BamHI, PvuII и HindIII, соответственно. Продукт расщепления подвергали электрофорезу в течение 1 час при 80 мВ на 2% агарозном геле (0,5% ТВЕ). В качестве молекулярного маркера использовали Super Ladder-Low (100 п.н. - лестницу) (Gensura Laboratories, Inc.). Гель после электрофореза окрашивали SYBR Green I (Molecular Probes, Inc.) для подтверждения нуклеиновой кислоты. Результаты показаны на фиг.9. Соответствующие дорожки соответствуют следующим образцам.A reaction solution (200 μl) of 8 tubes in Example 1 was combined and purified by phenol treatment and ethanol precipitation. The resulting precipitates were recovered and dissolved again in 200 μl of TE buffer and an aliquot of 10 μl was digested at 37 ° C for 2 hours with restriction enzymes BamHI, PvuII and HindIII, respectively. The cleavage product was subjected to electrophoresis for 1 hour at 80 mV on 2% agarose gel (0.5% TBE). Super Ladder-Low (100 bp ladder) (Gensura Laboratories, Inc.) was used as a molecular marker. The gel after electrophoresis was stained with SYBR Green I (Molecular Probes, Inc.) to confirm nucleic acid. The results are shown in Fig.9. The corresponding tracks correspond to the following samples.

1. Маркер размера XIV.1. Marker size XIV.

2. Продукт расщепления BamHI очищенного продукта.2. BamHI cleavage product of the purified product.

3: Продукт расщепления PvuII очищенного продукта.3: PvuII cleavage product of the purified product.

4: Продукт расщепления HindIII очищенного продукта.4: HindIII cleavage product of the purified product.

Было оценено, что нуклеотидные последовательности, составляющие относительно короткие продукты амплификации, являются последовательностями SEQ ID NO: 13, 14, 15 и 16. На основании этих нуклеотидных последовательностей оцененный размер каждого фрагмента, полученного расщеплением рестриктазами, является таким, какой показан в таблице 1. "L" в этой таблице указывает на то, что его положение в электрофорезе не установлено, так как L является фрагментом, содержащим петлю (однонитевая цепь).It was estimated that the nucleotide sequences constituting the relatively short amplification products are SEQ ID NOS: 13, 14, 15, and 16. Based on these nucleotide sequences, the estimated size of each fragment obtained by restriction enzyme digestion is as shown in Table 1. The “L” in this table indicates that its position in the electrophoresis is not established, since L is a fragment containing a loop (single-strand chain).

Таблица 1. Фрагменты, полученные при расщеплении рестриктазами продуктов амплификации в соответствии с данным изобретениемTable 1. Fragments obtained by restriction enzyme digestion of amplification products in accordance with this invention

SEQ ID NO:SEQ ID NO: BamHIBamhi PvuIIPvuII HindIIIHindIII 13thirteen 177 + L177 + L 56 + L56 + L 147 + L147 + L 1414 15+101 + L15 + 101 + L -- 142 + L142 + L 15fifteen 171+101 + L171 + 101 + L 56 + L56 + L 147+161 + L147 + 161 + L 1616 11+101+230 + L11 + 101 + 230 + L 237 + L237 + L 142+170 + L142 + 170 + L ВсегоTotal 101, 177, 230101, 177, 230 56, 23756, 237 142, 147, 161, 170142, 147, 161, 170

(11, 15; не подтверждены)(11, 15; not confirmed)

Поскольку почти все полосы перед расщеплением изменялись в оцененные полосы, было подтверждено, что были амплифицированы продукты рассматриваемой реакции. Далее, было также показано, что не было неспецифических продуктов или было меньше неспецифических продуктов.Since almost all bands before cleavage changed into estimated bands, it was confirmed that the products of the reaction in question were amplified. Further, it was also shown that there were no non-specific products or there were fewer non-specific products.

Пример 3. Стимуляция реакции амплификации добавлением бетаинаExample 3. Stimulation of the amplification reaction by the addition of betaine

Проводили эксперимент для испытания действия бетаина (N,N,N-триметилглицина, Sigma), добавленного к реакционному раствору реакции амплификации, на реакцию амплификации нуклеиновой кислоты. Синтез нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные цепи, связанные попеременно в однонитевой цепи в соответствии с данным изобретением, проводили с использованием М13mр18 в качестве матрицы, аналогично описанному в примере 1, в присутствии бетаина при различных концентрациях. Праймеры, использованные в этом эксперименте, были идентичны праймерам, использованным в примере 1. Количество матричной ДНК было 10-21 моль (М13mр18), а воду использовали в качестве отрицательного контроля. Бетаин добавляли в концентрациях 0, 0,5, 1 и 2 М к реакционному раствору. Состав реакционного раствора показан ниже.An experiment was conducted to test the effect of betaine (N, N, N-trimethylglycine, Sigma) added to the reaction solution of the amplification reaction on the nucleic acid amplification reaction. The synthesis of a nucleic acid having complementary chains linked alternately in a single strand chain in accordance with this invention was carried out using M13mp18 as a template, similar to that described in example 1, in the presence of betaine at various concentrations. The primers used in this experiment were identical to the primers used in Example 1. The amount of template DNA was 10 -21 mol (M13 mp18), and water was used as a negative control. Betaine was added at concentrations of 0, 0.5, 1 and 2 M to the reaction solution. The composition of the reaction solution is shown below.

Состав реакционного раствора (в 25 мкл)The composition of the reaction solution (25 μl)

20 мМ Трис-НСl рН 8,820 mM Tris-Hcl pH 8.8

4 мМ MgSO4 4 mm MgSO 4

0,4 мМ dNTPs0.4 mM dNTPs

10 мМ КСl10 mM KCl

10 MM (NH4)2SO4 10 MM (NH 4 ) 2 SO 4

0,1% Тритон Х-1000.1% Triton X-100

Праймеры:Primers

800 нМ M13FA/SEQ ID NO:1800 nM M13FA / SEQ ID NO: 1

800 нМ M13RA/SEQ ID NO:2800 nM M13RA / SEQ ID NO: 2

200 нМ M13F3/SEQ ID NO:3200 nM M13F3 / SEQ ID NO: 3

200 нМ M13R3/SEQ ID NO:4200 nM M13R3 / SEQ ID NO: 4

Мишень: dsДНК M13mp18/SEQ ID NO:5Target: dsDNA M13mp18 / SEQ ID NO: 5

Полимераза, условия реакции и условия для электрофореза после реакции были идентичными описанным в примере 1.The polymerase, reaction conditions and conditions for electrophoresis after the reaction were identical to those described in example 1.

Результаты показаны на фиг.10. В реакции в присутствии бетаина в концентрации 0,5 или 1,0 М количество продукта амплификации увеличивалось. Далее, если его концентрацию увеличивали до 2,0 М, не наблюдали амплификации. Таким образом, было показано, что реакция амплификации стимулировалась в присутствии бетаина при подходящей концентрации. Приближенно оцененной причиной того, что количество продукта амплификации уменьшалось, когда концентрация бетаина была 2 М, было то, что Тm понижалась слишком сильно.The results are shown in FIG. 10. In the reaction in the presence of betaine at a concentration of 0.5 or 1.0 M, the amount of amplification product increased. Further, if its concentration was increased to 2.0 M, amplification was not observed. Thus, it was shown that the amplification reaction was stimulated in the presence of betaine at a suitable concentration. A roughly estimated reason that the amount of amplification product decreased when the concentration of betaine was 2 M was that Tm decreased too much.

Пример 4. Амплификация последовательности гена HBVExample 4. Amplification of the HBV gene sequence

Испытывали способ синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением, в котором использовали dsДНК М13mр18, имеющую частичную последовательность, гена HBV, интегрированную в нее, в качестве матрицы. В этом эксперименте использовали четыре типа праймеров, а именно HB65FA (SEQ ID NO:6), HB65RA (SEQ ID NO:7), HBF3 (SEQ ID NO:8) и HBR3 (SEQ ID NO:9). HBF3 и HBR3 были внешними праймерами для вытеснения первой нуклеиновой кислоты, полученной соответственно с HB65FA и HB65RA в качестве затравки синтеза. Поскольку внешние праймеры являются праймерами, служащими в качестве затравки синтеза комплементарной цепи после синтеза с HB65FA (или HB65RA), они были сконструированы для гибридизации с областью, смежной с HB65FA (или HB65RA) с использованием феномена непрерывного стекинга. Далее, концентрации этих праймеров устанавливали высокими, так что гибридизация HB65FA (или HB65RA) происходила преимущественно. Последовательность-мишень (430 п.н.) в этом примере, происходящая из HBV, интегрированного в М13тр18, показана в SEQ ID NO:10.A nucleic acid synthesis method was tested in accordance with the present invention, using M13mp18 dsDNA having a partial sequence of the HBV gene integrated therein as a template. Four types of primers were used in this experiment, namely HB65FA (SEQ ID NO: 6), HB65RA (SEQ ID NO: 7), HBF3 (SEQ ID NO: 8) and HBR3 (SEQ ID NO: 9). HBF3 and HBR3 were external primers for displacing the first nucleic acid obtained with HB65FA and HB65RA, respectively, as a seed primer. Since external primers are primers that serve as a primer for complementary chain synthesis after synthesis with HB65FA (or HB65RA), they were designed to hybridize to the region adjacent to HB65FA (or HB65RA) using the continuous stacking phenomenon. Further, the concentrations of these primers were set high, so that the hybridization of HB65FA (or HB65RA) occurred predominantly. The target sequence (430 bp) in this example, originating from HBV integrated into M13tr18, is shown in SEQ ID NO: 10.

Нуклеотидная последовательность, составляющая каждый праймер, показана в Списке последовательностей (см. в конце описания). Структурный признак каждого праймера показан ниже. Далее, позиционное взаимоотношение каждой области относительно нуклеотидной последовательности (мишени) показано на фиг.11.The nucleotide sequence constituting each primer is shown in the List of sequences (see the end of the description). The structural feature of each primer is shown below. Further, the positional relationship of each region relative to the nucleotide sequence (target) is shown in Fig. 11.

Праймер Область на 5'-стороне/область на 3'-сторонеPrimer Area on the 5'-side / area on the 3'-side

HB65FA Тот же самый, что и область F1c в комплементарной цепи, синтезированной НВ65FА/комплементарным области F2c в HBV-M13mp18HB65FA The same as the F1c region in the complementary chain synthesized by HB65FA / complementary F2c region in HBV-M13mp18

HB65RA Тот же самый, что и область R1c в комплементарной цепи, синтезированной НВ65RА/комплементарным области R2c в комплементарной цепи, синтезированной HB65FAHB65RA Same as region R1c in the complementary chain synthesized by HB65RA / complementary region R2c in the complementary chain synthesized by HB65FA

HBF3 Комплементарный F3c, смежной с 3'-стороной области F2c в HBV-M13mp18HBF3 Complementary F3c adjacent to the 3 ′ side of the F2c region in HBV-M13mp18

HBR3 Комплементарный R3c, смежной с 3'-стороной области F2c в комплементарной цепи, синтезированной HB65FAHBR3 Complementary R3c adjacent to the 3 ′ side of the F2c region in the complementary chain synthesized by HB65FA

С использованием таких праймеров синтезировали нуклеиновую кислоту, в которой область, простирающаяся от F1c до R1c в М13mр18 (HBV-M13mp18), и его комплементарная нуклеотидная последовательность попеременно связаны через образующую петлю последовательность, содержащую F2c в однонитевой цепи. Реакцию проводили при тех же самых условиях, которые описаны в примере 1, за исключением того, что использовали описанные выше праймеры и реакционный раствор анализировали электрофорезом в агарозном геле. Результаты показаны на фиг.12. Соответствующие дорожки соответствуют следующим образцам.Using such primers, a nucleic acid was synthesized in which a region extending from F1c to R1c in M13mp18 (HBV-M13mp18) and its complementary nucleotide sequence are alternately linked through a loop forming sequence containing F2c in a single strand chain. The reaction was carried out under the same conditions as described in Example 1, except that the primers described above were used and the reaction solution was analyzed by agarose gel electrophoresis. The results are shown in FIG. The corresponding tracks correspond to the following samples.

1. Маркер размера XIV.1. Marker size XIV.

2. 1 фмоль dsДНК HBV-M13mp18.2. 1 fmol dsDNA HBV-M13mp18.

3: Без мишени.3: Without a target.

Подобно примеру 1, продукты подтверждали только в присутствии мишени в виде лестницы полос низкого размера, в виде смазанного окрашивания при высоком размере и в виде полосы, едва входящей в гель при электрофорезе (дорожка 2). Среди полос низкого размера полосы вблизи 310 п.н. и 480 п.н. согласуются с продуктами, приближенно оцененными в синтетической реакции данного изобретения, а именно двухнитевыми цепями SEQ ID NO:17 и 18, и, следовательно, было подтверждено, что реакция происходит, как ожидалось. Как описано в результатах в примере 1, было приближенно оценено, что смазанная картина при высоком размере и полоса, не входившая в гель при электрофорезе, были обусловлены структурой синтетического продукта, характерной для данного изобретения. На основании этого эксперимента было подтверждено, что данное изобретение может практиковаться даже в том случае, если для амплификации используют отличающуюся последовательность (мишень).Like example 1, the products were confirmed only in the presence of a target in the form of a ladder of strips of low size, in the form of smeared staining at a high size and in the form of a strip barely entering the gel during electrophoresis (lane 2). Among the bands of low band size near 310 bp and 480 bp consistent with the products approximately estimated in the synthetic reaction of the present invention, namely the double-strand chains of SEQ ID NOs: 17 and 18, and therefore it was confirmed that the reaction was proceeding as expected. As described in the results in Example 1, it was approximately estimated that the smeared pattern at a high size and the band that did not enter the gel during electrophoresis were due to the structure of the synthetic product characteristic of this invention. Based on this experiment, it was confirmed that the invention can be practiced even if a different sequence (target) is used for amplification.

Пример 5. Подтверждение размеров продуктов этих синтетических реакцийExample 5. Confirmation of product sizes of these synthetic reactions

Для подтверждения структуры нуклеиновой кислоты, синтезированной в соответствии с данным изобретением, ее длину анализировали электрофорезом в условиях щелочной денатурации. 1 мкл щелочного буфера для нанесения добавляли к 5 мкл каждого реакционного раствора в присутствии мишени в примере 1 или 4 и подвергали электрофорезу при 50 мА в 0,7% агарозном геле (50 мМ NaOH, 1 мМ ЭДТА) в течение 14 час. В качестве маркера молекулярных масс использовали фрагменты расщепления HindIII фага лямбда. Гель после электрофореза нейтрализовали 1 М Трисом, рН 8 и окрашивали SYBR Green I (Molecular Probes, Inc.) для подтверждения нуклеиновой кислоты. Результаты показаны на фиг.13. Соответствующие дорожки соответствуют следующим образцам.To confirm the structure of the nucleic acid synthesized in accordance with this invention, its length was analyzed by electrophoresis under alkaline denaturation conditions. 1 μl of alkaline application buffer was added to 5 μl of each reaction solution in the presence of a target in Example 1 or 4 and subjected to electrophoresis at 50 mA in 0.7% agarose gel (50 mM NaOH, 1 mM EDTA) for 14 hours. HindIII lambda phage fragments were used as a molecular weight marker. The gel after electrophoresis was neutralized with 1 M Tris, pH 8 and stained with SYBR Green I (Molecular Probes, Inc.) to confirm nucleic acid. The results are shown in FIG. The corresponding tracks correspond to the following samples.

1. Фрагменты расщепления HindIII из фага лямбда.1. Fragments of the cleavage of HindIII from phage lambda.

2. Продукт реакции в примере 1.2. The reaction product in example 1.

3. Продукт реакции в примере 4.3. The reaction product in example 4.

При электрофорезе продукта реакции в условиях денатурации щелочью его размер можно было подтвердить в одноцепочечном состоянии. Было подтверждено, что размеры основных продуктов как в примере 1 (дорожка 2), так и в примере 4 (дорожка 3) были в пределах 2 т.п.н. Далее, выяснилось, что продукт в соответствии с данным изобретением был удлинен до размера по меньшей мере 6 т.п.н. или более в пределах диапазона, поддающегося подтверждению с использованием этого анализа. Кроме того, опять подтвердили, что полосы, которые не перемещались в электрофорезе при неденатурирующих условиях в примерах 1 и 4, разделялись в денатурированном состоянии на индивидуальные однонитевые цепи меньшего размера.During electrophoresis of the reaction product under conditions of alkali denaturation, its size could be confirmed in a single-chain state. It was confirmed that the sizes of the main products both in Example 1 (lane 2) and in Example 4 (lane 3) were within 2 kb. Further, it turned out that the product in accordance with this invention was extended to a size of at least 6 TPN or more within the range verifiable using this analysis. In addition, it was again confirmed that bands that did not move under electrophoresis under non-denaturing conditions in Examples 1 and 4 were separated in the denatured state into individual single-strand chains of a smaller size.

Пример 6. Подтверждение зависимости амплификации от концентрации мишени в амплификации области в M13mp18Example 6. Confirmation of the dependence of amplification on the concentration of the target in the amplification region in M13mp18

Наблюдали влияние варьирующих концентраций мишени на способ синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением. Способ синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением проводили в тех же самых условиях, что и в примере 1, за исключением того, что количество dsДНК M13mp18 в качестве мишени было 0-1 фмоль и время реакции было 1 час или 3 час. Подобно примеру 1, образец подвергали электрофорезу в 2% агарозном геле (0,5 ТВЕ) и окрашивали SYBR Green I (Molecular Probes, Inc.) для подтверждения нуклеиновой кислоты. В качестве маркера молекулярной массы использовали XIV (100 п.н.-лестницу, Boehringer Mannheim). Результаты показаны на фиг.14 (верхний: 1-часовая реакция, нижний: 3-часовая реакция). Соответствующие дорожки соответствуют следующим образцам.The effect of varying target concentrations on the method for synthesizing a nucleic acid in accordance with this invention was observed. The method of synthesizing a nucleic acid in accordance with this invention was carried out under the same conditions as in example 1, except that the amount of dsDNA M13mp18 as a target was 0-1 fmol and the reaction time was 1 hour or 3 hours. Like Example 1, the sample was subjected to electrophoresis on a 2% agarose gel (0.5 TBE) and stained with SYBR Green I (Molecular Probes, Inc.) to confirm nucleic acid. XIV (100 bp ladder, Boehringer Mannheim) was used as a molecular weight marker. The results are shown in FIG. 14 (upper: 1 hour reaction, lower: 3 hour reaction). The corresponding tracks correspond to the following samples.

1. 1×10-15 моль на пробирку dsДНК M13mp181.1 × 10 −15 mol per tube dsDNA M13mp18

2. 1×10-16 моль на пробирку dsДНК M13mp182.1 × 10 −16 mol per tube dsDNA M13mp18

3. 1×10-17 моль на пробирку dsДНК M13mp183.1 × 10 −17 mol per tube dsDNA M13mp18

4. 1×10-18 моль на пробирку dsДНК M13mp184.1 × 10 −18 mol per tube dsDNA M13mp18

5. 1×10-19 моль на пробирку dsДНК M13mp185.1 × 10 −19 mol per tube dsDNA M13mp18

6. 1×10-20 моль на пробирку dsДНК M13mp186. 1 × 10 -20 mol per tube dsDNA M13mp18

7. 1×10-21 моль на пробирку dsДНК M13mp187.1 × 10 −21 mol per tube dsDNA M13mp18

8. 1×10-22 моль на пробирку dsДНК M13mp188.1 × 10 −22 mol per tube dsDNA M13mp18

9. Без мишени9. Without a target

10. Маркер размера XIV.10. Marker size XIV.

Общая полоса среди соответствующих дорожек появляется в нижней части в электрофоретическом профиле и показывает непрореагировавшие окрашенные праймеры. Независимо от времени реакции, в отсутствие мишени не наблюдали продукта амплификации. Картину окрашивания амплифицированного продукта, в зависимости от концентрации мишени, получали только в присутствии мишени. Далее, продукт амплификации мог быть подтвержден при более низкой концентрации по мере увеличения времени реакции.A common band among the respective tracks appears at the bottom in the electrophoretic profile and shows unreacted stained primers. Regardless of the reaction time, no amplification product was observed in the absence of a target. The staining pattern of the amplified product, depending on the concentration of the target, was obtained only in the presence of the target. Further, the amplification product could be confirmed at a lower concentration as the reaction time increased.

Пример 7. Детектирование точковой мутацииExample 7. Detection of point mutations

(1) Получение M13mp18FM (мутанта)(1) Obtaining M13mp18FM (mutant)

Используемой ДНК-мишенью был М13mр18 (дикого типа) и M13mp18FM (мутант). Для конструирования мутанта M13mp18FM использовали набор для мутагенеза in vitro La PCR™ in vitro Mutagenesis Kit (Takara Shuzo Co., Ltd.) для замены одного нуклеотида на мутацию. После этого последовательность подтверждали секвенированием. Последовательность области F1 показана ниже:The target DNA used was M13mp18 (wild type) and M13mp18FM (mutant). To construct the mutant M13mp18FM, the in vitro La PCR ™ in vitro Mutagenesis Kit (Takara Shuzo Co., Ltd.) mutagenesis kit was used to replace one nucleotide per mutation. After this, the sequence was confirmed by sequencing. The sequence of area F1 is shown below:

Дикий типа: CCGGGGATCCTCTAGAGTCG (SEQ ID NO:19)Wild type: CCGGGGATCCTCTAGAGTCG (SEQ ID NO: 19)

Мутант: CCGGGGATCCTCTAGAGTCA (SEQ ID NO:20)Mutant: CCGGGGATCCTCTAGAGTCA (SEQ ID NO: 20)

(2) Конструирование праймеров(2) Design of primers

Праймеры FA, использованные для дикого типа и мутанта, были обеспечены на 5'-конце их области F1c различными нуклеотидными последовательностями, соответственно. Положение мутации и позиционное взаимоотношение каждой области относительно нуклеотидной последовательности-мишени показаны на фиг.15.FA primers used for the wild type and mutant were provided at the 5'-end of their F1c region with different nucleotide sequences, respectively. The position of the mutation and the positional relationship of each region relative to the nucleotide sequence of the target are shown in Fig. 15.

(3) Реакция амплификации(3) Amplification reaction

Проводили эксперимент для испытания, происходит ли специфическая в отношении матрицы реакция амплификации с использованием комбинации специфических праймеров, показанных ниже, с использованием М13mр18 (дикого типа) и M13mp18FM (мутанта) в качестве праймеров.An experiment was conducted to test whether a matrix-specific amplification reaction occurs using a combination of specific primers shown below, using M13mp18 (wild type) and M13mp18FM (mutant) as primers.

Набор праймеров для амплификации дикого типа: FAd4, RAd4, F3, R3Wild type amplification primer set: FAd4, RAd4, F3, R3

Набор праймеров для амплификации мутанта: FAMd4, RAd4, F3, R3Mutant amplification primer set: FAMd4, RAd4, F3, R3

Нуклеотидная последовательность каждого праймера является следующей:The nucleotide sequence of each primer is as follows:

FAd4: CGACTCTAGAGGATCCCCGGTTTTTGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGAT (SEQ ID NO:21)FAd4: CGACTCTAGAGGATCCCCGGTTTTTGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGAT (SEQ ID NO: 21)

FAMd4: TGACTCTAGAGGATCCCCGGTTTTTGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGAT (SEQ ID NO:22)FAMd4: TGACTCTAGAGGATCCCCGGTTTTTGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGAT (SEQ ID NO: 22)

RAd4: CGTCGTGACTGGGAAAACCCTTTTTGTGCGGGCCTCTTCGCTATTAC (SEQ ID NO:23)RAd4: CGTCGTGACTGGGAAAACCCTTTTTGTGCGGGCCTCTTCGCTATTAC (SEQ ID NO: 23)

F3: ACTTTATGCTTCCGGCTCGTA (SEQ ID NO:24)F3: ACTTTATGCTTCCGGCTCGTA (SEQ ID NO: 24)

R3: GTTGGGAAGGGCGATCG (SEQ ID NO:25)R3: GTTGGGAAGGGCGATCG (SEQ ID NO: 25)

(4) Определение точковой мутации в М13mр18(4) Determination of point mutation in M13mp18

Состав реакционного раствора является следующим:The composition of the reaction solution is as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

1 фмоль (2 мкл) мишени M13mp18 или M13mp18FM добавляли к реакционному раствору и нагревали при 95°С в течение 5 мин, вследствие чего мишень денатурировалась в однонитевую цепь. Реакционный раствор переносили в смесь воды со льдом и добавляли к нему 1 мкл (8 Е) ДНК-полимеразы Bst (NEW ENGLAND Biolab) и давали реагировать в течение 1 час при 68°С или 68,5°С. После реакции реакцию останавливали при 80°С в течение 10 мин и реакционный раствор переносили опять в смесь воды со льдом.1 fmol (2 μl) of the M13mp18 or M13mp18FM target was added to the reaction solution and heated at 95 ° C for 5 min, as a result of which the target was denatured into a single strand chain. The reaction solution was transferred to ice-water and 1 μl (8 U) of Bst DNA polymerase (NEW ENGLAND Biolab) was added thereto and allowed to react for 1 hour at 68 ° C or 68.5 ° C. After the reaction, the reaction was stopped at 80 ° C for 10 minutes, and the reaction solution was again transferred to a mixture of ice water.

Как показано на фиг.16, при применении FAd4 для дикого типа в качестве праймера FA эффективную амплификацию наблюдали только в присутствии матрицы дикого типа. С другой стороны, при применении FAMd4 для мутанта в качестве праймера FA, эффективную амплификацию наблюдали только в присутствии матрицы дикого типа [sic.] (именно так).As shown in FIG. 16, when wild type FAd4 was used as the FA primer, effective amplification was observed only in the presence of a wild type matrix. On the other hand, when using FAMd4 for the mutant as an FA primer, effective amplification was observed only in the presence of a wild-type matrix [sic.] (Exactly so).

Из описанных выше результатов видно, что точковая мутация могла детектироваться эффективно с использованием реакции амплификации данного изобретения.From the results described above, it is seen that the point mutation could be detected efficiently using the amplification reaction of the present invention.

Пример 8. Реакция амплификации мРНК в качестве мишениExample 8. The amplification reaction of mRNA as a target

Способ синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением испытывали с использованием мРНК в качестве нуклеиновой кислоты-мишени. Для получения мРНК-мишени клетки линии клеток LNCaP рака предстательной железы (АТСС No. CRL-1740), экспрессирующие специфический антиген (PSA) предстательной железы, смешивали с клетками линии К562 хронического миелоидного лейкоза (АТСС No. CCL-243) в качестве неэкспрессирующих клеток при 1:106-100:106, с последующей экстракцией тотальной РНК с использованием мининабора RNeasy Mini kit из Qiagen (Germany). В этом эксперименте использовали четыре типа праймеров, а именно PSAFA, PSARA, PSAF3 и PSAR3. PSAF3 и PSAR3 являются внешними праймерами для вытеснения первой нуклеиновой кислоты, полученной соответственно с PSAFA и PSARA в качестве затравки синтеза. Далее, концентрации этих праймеров устанавливали такими высокими, что имела место преимущественно гибридизация PSAFA (или PSARA). Нуклеотидные последовательности, составляющие соответствующие праймеры, являются следующими.A method for synthesizing a nucleic acid in accordance with this invention was tested using mRNA as the target nucleic acid. To obtain a target mRNA, cells of the prostate cancer LNCaP cell line (ATCC No. CRL-1740) expressing specific antigen (PSA) of the prostate were mixed with chronic myeloid leukemia K562 cells (ATCC No. CCL-243) as non-expressing cells at 1:10 6 -100: 10 6 , followed by extraction of total RNA using the RNeasy Mini kit from Qiagen (Germany). Four types of primers were used in this experiment, namely PSAFA, PSARA, PSAF3 and PSAR3. PSAF3 and PSAR3 are external primers for displacing the first nucleic acid obtained with PSAFA and PSARA, respectively, as a seed primer. Further, the concentrations of these primers were set so high that hybridization of PSAFA (or PSARA) predominantly occurred. The nucleotide sequences constituting the corresponding primers are as follows.

Праймер:Primer:

PSAFA: TGTTCCTGATGCAGTGGGCAGCTTTAGTCTGCGGCGGTGTTCTG (SEQ ID NO:26)PSAFA: TGTTCCTGATGCAGTGGGCAGCTTTAGTCTGCGGCGGTGTTCTG (SEQ ID NO: 26)

PSARA: TGCTGGGTCGGCACAGCCTGAAGCTGACCTGAAATACCTGGCCTG (SEQ ID NO:27)PSARA: TGCTGGGTCGGCACAGCCTGAAGCTGACCTGAAATACCTGGCCTG (SEQ ID NO: 27)

PSAF3: TGCTTGTGGCCTCTCGTG (SEQ ID NO:28)PSAF3: TGCTTGTGGCCTCTCGTG (SEQ ID NO: 28)

PSAR3: GGGTGTGGGAAGCTGTG (SEQ ID NO:29)PSAR3: GGGTGTGGGAAGCTGTG (SEQ ID NO: 29)

Структурные признаки этих праймеров суммированы ниже. Далее, позиционное взаимоотношение каждого праймера относительно нуклеотидной последовательности ДНК, кодирующей мРНК-мишень, и сайты узнавания рестриктазы Sau3AI показаны на фиг.17.The structural features of these primers are summarized below. Further, the positional relationship of each primer with respect to the nucleotide sequence of the DNA encoding the target mRNA and the Sau3AI restriction enzyme recognition sites are shown in FIG.

Праймер Область на 5'-стороне/область на 3'-сторонеPrimer Area on the 5'-side / area on the 3'-side

PSAFA Тот же самый, что и область F1c в комплементарной цепи, синтезированной PSAFA/комплементарным области F2c в нуклеотидной последовательности-мишениPSAFA The same as the F1c region in the complementary strand synthesized by the PSAFA / complementary F2c region in the target nucleotide sequence

PSARA Тот же самый, что и область R1c в комплементарной цепи, синтезированной PSARA/комплементарным области R2c в комплементарной цепи, синтезированной PSAFAPSARA Same as region R1c in the complementary chain synthesized by PSARA / complementary region R2c in the complementary chain synthesized by PSAFA

PSAF3 Комплементарный F3c, смежной с 3'-стороной области F2c в нуклеотидной последовательности-мишениPSAF3 Complementary F3c adjacent to the 3 ′ side of the F2c region in the target nucleotide sequence

PSAR3 Комплементарный R3c, смежной с 3'-стороной области R2c в комплементарной цепи, синтезированной PSAFAPSAR3 Complementary R3c adjacent to the 3 ′ side of the R2c region in the complementary chain synthesized by PSAFA

Состав реакционного раствора для способа синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением является следующим:The composition of the reaction solution for the method of synthesis of nucleic acids in accordance with this invention is as follows:

20 мМ Трис-HCl рН 8,820 mM Tris-HCl pH 8.8

4 мМ МgSO4 4 mm MgSO 4

0,4 мМ dNTPs0.4 mM dNTPs

10 мМ КСl10 mM KCl

10 мM (NH4)2SO4 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4

0,1% Тритон Х-1000.1% Triton X-100

0,8 М бетаин0.8 M betaine

5 мМ ДТТ5 mm DTT

1600 нМ праймеры PSAFA и PSARA1600 nM PSAFA and PSARA primers

200 нМ праймеры PSAF3 и PSAR3200 nM primers PSAF3 and PSAR3

8 Е ДНК-полимеразы Bst8 E Bst DNA Polymerase

100 Е Rever Tra Асе (обратной транскриптазы) (Toyobo Co., Ltd., Japan)100 E Rever Tra Ace (reverse transcriptase) (Toyobo Co., Ltd., Japan)

5 мкг тотальной РНК5 mcg of total RNA

Все ингредиенты смешивали на льду. В этом эксперименте в качестве мишени использовали мРНК (однонитевую цепь), и, следовательно, стадия получения однонитевой цепи денатурацией нагреванием не является необходимой. Реакцию проводили при 65°С в течение 45 мин и реакцию останавливали при 85°С в течение 5 мин. После реакции реакционный раствор подвергали электрофорезу в 2% агарозе и определяли окрашиванием SYBR Green I.All ingredients were mixed on ice. In this experiment, mRNA (single-strand chain) was used as a target, and, therefore, the step of obtaining a single-strand chain by heat denaturation is not necessary. The reaction was carried out at 65 ° C for 45 minutes and the reaction was stopped at 85 ° C for 5 minutes. After the reaction, the reaction solution was subjected to electrophoresis in 2% agarose and determined by staining with SYBR Green I.

Результаты показаны на фиг.18. Соответствующие дорожки соответствуют следующим образцам.The results are shown in FIG. The corresponding tracks correspond to the following samples.

Figure 00000003
Figure 00000003

В отсутствие либо ДНК-полимеразы Bst, либо обратной транскриптазы Rever Tra Асе не удалось получить продукта амплификации (дорожки 1-4). В присутствии обоих ферментов продукт амплификации детектировали (дорожки 5-7), если присутствовала РНК, полученная из LNCaP. РНК, экстрагированная из смеси одна клетка LNCaP/один миллион клеток К562, могла быть детектирована (дорожка 6). При расщеплении продукта амплификации в сайте рестикционного фермента Sau3AI, расположенном внутри мишени, продукт расщеплялся с образованием фрагмента оцененного размера (дорожки 8 и 9).In the absence of either Bst DNA polymerase or Rever Tra reverse transcriptase, Asa was unable to obtain the amplification product (lanes 1-4). In the presence of both enzymes, the amplification product was detected (lanes 5-7) if RNA derived from LNCaP was present. RNA extracted from a mixture of one LNCaP cell / one million K562 cells could be detected (lane 6). When the amplification product was cleaved at the Sau3AI restriction enzyme site located inside the target, the product was cleaved to form a fragment of an estimated size (lanes 8 and 9).

Как видно из описанных выше результатов, было подтверждено, что желаемый продукт реакции может быть получен в способе синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением даже при использовании РНК в качестве мишени.As can be seen from the above results, it was confirmed that the desired reaction product can be obtained in the method of synthesis of nucleic acids in accordance with this invention even when using RNA as a target.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

В соответствии с новым олигонуклеотидом данного изобретения и способом синтеза нуклеиновой кислоты с использованием указанного олигонуклеотида обеспечен способ синтеза нуклеиновой кислоты, имеющей комплементарные нуклеотидные последовательности, попеременно связанные в однонитевой цепи, без необходимости какой-либо сложной регуляции температуры. Комплементарная цепь, синтезированная с этим олигонуклеотидом в качестве праймера на основе данного изобретения, служит в качестве затравки синтеза новой комплементарной цепи с 3'-концом указанной синтезированной цепи в качестве матрицы. Это сопровождается образованием петли, вызывающей гибридизацию нового праймера, и продукт реакции синтеза комплементарной цепи с ранее синтезированной цепью в качестве матрицы вытесняется опять синтезом комплементарной цепи от петли и делается готовым к спариванию оснований. Полученную таким образом нуклеиновую кислоту, синтезированную с самой собой в качестве матрицы, комбинируют, например, с известным способом синтеза нуклеиновых кислот, таким как SDA, для улучшения эффективности синтеза нуклеиновой кислоты.In accordance with the novel oligonucleotide of the present invention and a method for synthesizing a nucleic acid using said oligonucleotide, a method for synthesizing a nucleic acid having complementary nucleotide sequences alternately linked in a single strand chain without the need for any complex temperature control is provided. The complementary chain synthesized with this oligonucleotide as a primer based on the present invention serves as a seed for the synthesis of a new complementary chain with the 3'-end of the synthesized chain as a template. This is accompanied by the formation of a loop that causes hybridization of the new primer, and the reaction product of the synthesis of a complementary chain with a previously synthesized chain as a matrix is again replaced by the synthesis of a complementary chain from the loop and is ready to mate. The nucleic acid thus obtained, synthesized with itself as a matrix, is combined, for example, with a known method for the synthesis of nucleic acids, such as SDA, to improve the efficiency of nucleic acid synthesis.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, обеспечен новый способ синтеза нуклеиновой кислоты, который дает улучшение эффективности известного способа синтеза нуклеиновой кислоты, не требует сложного контроля температуры, может, как ожидается, достигать высокой эффективности амплификации и может обеспечивать высокую специфичность. А именно, олигонуклеотид на основе данного изобретения применяют с цепью матрицы и ее комплементарной цепью, посредством чего может быть успешно синтезирована нуклеиновая кислота, имеющая комплементарные последовательности, связанные попеременно в однонитевой цепи. Эта реакция продолжается теоретически до тех пор, пока не истощаются исходные материалы, необходимые для синтеза, и во время этого процесса продолжает образовываться новая нуклеиновая кислота, синтез которой инициируется от петли. Элонгация от олигонуклеотида, отожженного с петлей, выполняет вытеснение цепи для обеспечения 3'-OH для элонгации длинной одноцепочечной нуклеиновой кислоты (а именно, нуклеиновой кислоты, имеющей множественные пары комплементарных цепей, связанных вместе). С другой стороны, 3'-ОН этой длинной однонитевой цепи выполняет реакцию синтеза комплементарной цепи с самой собой в качестве матрицы, посредством чего достигается ее элонгация, во время которой новая комплементарная цепь, синтез которой инициируется от петли, вытесняется. Такая стадия реакции амплификации протекает при изотермических условиях с сохранением высокой специфичности.According to a further preferred embodiment of the present invention, there is provided a new nucleic acid synthesis method that improves the efficiency of the known nucleic acid synthesis method, does not require complex temperature control, can be expected to achieve high amplification efficiency, and can provide high specificity. Namely, an oligonucleotide based on the present invention is used with a matrix chain and its complementary chain, whereby a nucleic acid having complementary sequences linked alternately in a single strand chain can be successfully synthesized. This reaction continues theoretically until the starting materials necessary for synthesis are depleted, and during this process a new nucleic acid continues to form, the synthesis of which is initiated from the loop. Elongation from an oligonucleotide annealed with a loop performs chain displacement to provide 3'-OH for elongation of a long single stranded nucleic acid (namely, a nucleic acid having multiple pairs of complementary chains linked together). On the other hand, the 3'-OH of this long single-stranded chain carries out the synthesis reaction of the complementary chain with itself as a matrix, whereby its elongation is achieved, during which a new complementary chain, the synthesis of which is initiated from the loop, is forced out. This stage of the amplification reaction proceeds under isothermal conditions while maintaining high specificity.

Олигонуклеотиды данного изобретения могут, когда две смежных области размещены, как задумано, функционировать в качестве праймеров для реакции синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением. Это способствует в значительной степени сохранению специфичности. Посредством сравнения, например, с ПЦР, где неспецифическая реакция амплификации инициируется неспецифической ошибочной гибридизацией, независимо от предполагаемого позиционного взаимоотношения 2 праймеров, можно легко объяснить, что в данном изобретении может ожидаться высокая специфичность. Этот признак может быть использован для высокочувствительного и точного обнаружения SNP.The oligonucleotides of this invention can, when intended to be adjacent to one another, function as primers for the nucleic acid synthesis reaction of the invention. This contributes significantly to the preservation of specificity. By comparison, for example, with PCR, where a nonspecific amplification reaction is initiated by nonspecific erroneous hybridization, regardless of the expected positional relationship of the 2 primers, it can be easily explained that high specificity can be expected in this invention. This feature can be used for highly sensitive and accurate SNP detection.

Характерным признаком данного изобретения является то, что такая реакция может быть легко достигнута с использованием очень простого набора реагентов. Например, олигонуклеотид в соответствии с данным изобретением имеет особую структуру, но это является результатом выбора нуклеотидной последовательности, и он, как вещество, является простым олигонуклеотидом. Далее, в предпочтительном варианте осуществления, эта реакция может проводиться только ДНК-полимеразой, катализирующей реакцию типа вытеснения цепи синтеза комплементарной цепи. Далее, если данное изобретение проводят с РНК в качестве матрицы, используют ДНК-полимеразу, например ДНК-полимеразу Вса, имеющую как активность обратной транскриптазы, так и активность ДНК-полимеразы типа вытеснения цепи, так что все ферментативные реакции могут проводиться с единственным ферментом. Принцип реакции, осуществляющей высокую степень реакции амплификации нуклеиновой кислоты посредством такой простой ферментативной реакции, неизвестен. Даже для применения данного изобретения к известной реакции синтеза нуклеиновой кислоты, такой как SDA, для их комбинации не требуется дополнительный фермент, и такая простая комбинация с олигонуклеотидом на основе данного изобретения может быть применима к различным реакционным системам. Таким образом, можно сказать, что способ синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением является выгодным в отношении стоимости.A characteristic feature of the present invention is that such a reaction can be easily achieved using a very simple set of reagents. For example, the oligonucleotide in accordance with this invention has a special structure, but this is the result of the choice of the nucleotide sequence, and he, as a substance, is a simple oligonucleotide. Further, in a preferred embodiment, this reaction can be carried out only by DNA polymerase, catalyzing a reaction such as displacement of the synthesis chain of a complementary chain. Further, if the present invention is carried out with RNA as a template, a DNA polymerase, for example Bca DNA polymerase, having both reverse transcriptase activity and DNA polymerase activity such as chain displacement, is used so that all enzymatic reactions can be carried out with a single enzyme. The principle of a reaction that carries out a high degree of nucleic acid amplification reaction by such a simple enzymatic reaction is unknown. Even to apply the present invention to a known nucleic acid synthesis reaction, such as SDA, no additional enzyme is required for their combination, and such a simple combination with an oligonucleotide based on the present invention can be applied to various reaction systems. Thus, it can be said that the method for synthesizing a nucleic acid in accordance with this invention is advantageous in terms of cost.

Как описано выше, способ синтеза нуклеиновой кислоты в соответствии с данным изобретением и применяемый в нем олигонуклеотид обеспечивают новый принцип одновременного решения множества трудных проблем, такого как оперативность (устранение необходимости регуляции температуры), улучшение эффективности синтеза, экономичность и высокая специфичность.As described above, the method for synthesizing a nucleic acid in accordance with this invention and the oligonucleotide used therein provide a new principle for simultaneously solving many difficult problems, such as efficiency (eliminating the need for temperature control), improving the efficiency of synthesis, economy and high specificity.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Claims (7)

1. Набор для синтеза нуклеиновой кислоты, имеющей нуклеотидную последовательность, где в одной цепи попеременно связаны комплементарные нуклеотидные последовательности, содержащий следующие элементы:1. A kit for the synthesis of a nucleic acid having a nucleotide sequence, where in the same chain complementary nucleotide sequences are alternately linked, containing the following elements: i) внутренний праймер FA, содержащий 3'-концевую нуклеотидную последовательность, которая служит точкой начала синтеза цепи, имеющей последовательность одной цепи, которая образует указанные комплементарные нуклеотидные последовательности, и 5'-концевую нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области указанной цепи;i) an internal FA primer containing a 3'-terminal nucleotide sequence that serves as a starting point for the synthesis of a chain having a single chain sequence that forms said complementary nucleotide sequences and a 5'-terminal nucleotide sequence complementary to an arbitrary region of said chain; ii) внутренний праймер RA, содержащий 3'-концевую нуклеотидную последовательность, которая служит точкой начала синтеза цепи, имеющей последовательность другой цепи, которая образует указанные комплементарные нуклеотидные последовательности, и 5'-концевую нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области указанной цепи;ii) an internal primer RA containing a 3'-terminal nucleotide sequence that serves as a starting point for the synthesis of a chain having a sequence of another chain that forms the indicated complementary nucleotide sequences, and a 5'-terminal nucleotide sequence complementary to an arbitrary region of the specified chain; iii) олигонуклеотид, имеющий нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области, расположенной на 3'-стороне гибридизующейся с внутренним праймером FA области, в нуклеиновой кислоте, служащей в качестве матрицы;iii) an oligonucleotide having a nucleotide sequence complementary to an arbitrary region located on the 3 ′ side of the region that hybridizes with the internal primer of the FA region, in a nucleic acid serving as a template; iv) олигонуклеотид, имеющий нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области, расположенной на 3'-стороне гибридизующейся с внутренним праймером RA области, в комплементарной цепи, синтезированной с использованием внутреннего праймера FA в качестве точки начала синтеза;iv) an oligonucleotide having a nucleotide sequence complementary to an arbitrary region located on the 3 ′ side of the region hybridizing with the internal primer of the RA region, in a complementary chain synthesized using the internal primer FA as the starting point for the synthesis; v) ДНК-полимераза, катализирующая реакцию синтеза комплементарной цепи по механизму вытеснения цепи;v) DNA polymerase, catalyzing the reaction of the synthesis of a complementary chain by the mechanism of chain displacement; vi) нуклеотиды, служащие субстратом для элемента v).vi) nucleotides serving as a substrate for element v). 2. Способ синтеза молекулы нуклеиновой кислоты, имеющей нуклеотидную последовательность, где в одной цепи попеременно связаны комплементарные нуклеотидные последовательности, предусматривающий:2. A method of synthesizing a nucleic acid molecule having a nucleotide sequence, where complementary nucleotide sequences are alternately linked in the same chain, comprising: а) смешивание образца нуклеиновой кислоты в качестве матрицы со следующими компонентами:a) mixing a sample of nucleic acid as a matrix with the following components: i) внутренний праймер FA, содержащий 3'-концевую нуклеотидную последовательность, которая служит точкой начала синтеза цепи, имеющей последовательность одной цепи, которая образует указанные комплементарные нуклеотидные последовательности, и 5'-концевую нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области указанной цепи;i) an internal FA primer containing a 3'-terminal nucleotide sequence that serves as a starting point for the synthesis of a chain having a single chain sequence that forms said complementary nucleotide sequences and a 5'-terminal nucleotide sequence complementary to an arbitrary region of said chain; ii) внутренний праймер RA, содержащий 3'-концевую нуклеотидную последовательность, которая служит точкой начала синтеза цепи, имеющей последовательность другой цепи, которая образует указанные комплементарные нуклеотидные последовательности, и 5'-концевую нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области указанной цепи;ii) an internal primer RA containing a 3'-terminal nucleotide sequence, which serves as a starting point for the synthesis of a chain having a sequence of another chain that forms the indicated complementary nucleotide sequences, and a 5'-terminal nucleotide sequence complementary to an arbitrary region of the specified chain; iii) олигонуклеотид, имеющий нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области, расположенной на 3'-стороне гибридизующейся с внутренним праймером FA области, в нуклеиновой кислоте, служащей в качестве матрицы;iii) an oligonucleotide having a nucleotide sequence complementary to an arbitrary region located on the 3 ′ side of the region that hybridizes with the internal primer of the FA region, in a nucleic acid serving as a template; iv) олигонуклеотид, имеющий нуклеотидную последовательность, комплементарную произвольной области, расположенной на 3'-стороне гибридизующейся с внутренним праймером RA области, в комплементарной цепи, синтезированной с использованием внутреннего праймера FA на стадии i) в качестве точки начала синтеза;iv) an oligonucleotide having a nucleotide sequence complementary to an arbitrary region located on the 3 ′ side of the region that hybridizes with the internal primer of the RA region, in a complementary chain synthesized using the internal FA primer in step i) as the starting point for the synthesis; v) ДНК-полимераза, обладающая активностью вытеснения цепи;v) DNA polymerase having chain displacement activity; vi) один или несколько типов нуклеотидов, используемых ДНК-полимеразой для удлинения праймеров,vi) one or more types of nucleotides used by DNA polymerase to extend primers, b) инкубирование смеси при такой температуре, при которой нуклеотидная последовательность, составляющая FA и RA, способна к устойчивому спариванию оснований с комплементарной ей нуклеотидной последовательностью с сохранением ферментативной активности.b) incubating the mixture at a temperature at which the nucleotide sequence comprising FA and RA is capable of stable base pairing with its complementary nucleotide sequence while maintaining enzymatic activity. 3. Способ по п.2, где смесь дополнительно содержит регулятор температуры плавления.3. The method according to claim 2, where the mixture further comprises a melting point controller. 4. Способ по п.3, где регулятором температуры плавления является бетаин.4. The method according to claim 3, where the regulator of the melting temperature is betaine. 5. Способ по п.4, где используется 0,2-3,0 М бетаин.5. The method according to claim 4, where 0.2-3.0 M betaine is used. 6. Способ по п.2, где образец нуклеиновой кислоты представляет собой РНК, а ДНК-полимераза обладает обратнотранскриптазной активностью.6. The method according to claim 2, where the nucleic acid sample is RNA, and DNA polymerase has reverse transcriptase activity. 7. Способ по п.2, где расстояние между гибридизующейся с FA областью нуклеиновой кислоты образца и произвольной областью и между гибридизующейся с RA областью другой цепи и произвольной областью составляет 0 - 100 п.н.7. The method according to claim 2, where the distance between the region of nucleic acid of the sample hybridizing with FA and an arbitrary region and between the region of another chain hybridizing with RA and an arbitrary region is 0-100 bp.
RU2002115268/13A 1999-11-08 2000-03-28 Method and kit for synthesis of nuclear acids having nucleotide sequence wherein complementary nucleotide sequences are alternately bonded in one chain RU2252964C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP1999/006213 WO2000028082A1 (en) 1998-11-09 1999-11-08 Process for synthesizing nucleic acid
JPPCT/JP99/06213 1999-11-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002115268A RU2002115268A (en) 2004-01-27
RU2252964C2 true RU2252964C2 (en) 2005-05-27

Family

ID=14237231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002115268/13A RU2252964C2 (en) 1999-11-08 2000-03-28 Method and kit for synthesis of nuclear acids having nucleotide sequence wherein complementary nucleotide sequences are alternately bonded in one chain

Country Status (9)

Country Link
KR (1) KR100612551B1 (en)
CN (2) CN100393875C (en)
BR (1) BR0015382B1 (en)
CA (1) CA2390309C (en)
IL (1) IL149446A0 (en)
NO (1) NO331732B1 (en)
RU (1) RU2252964C2 (en)
WO (1) WO2001034790A1 (en)
ZA (1) ZA200203293B (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694976C1 (en) * 2013-11-22 2019-07-18 Орион Диагностика Ой Determination of nucleic acids by amplification based on incorporation into chain
RU2736728C2 (en) * 2014-10-17 2020-11-19 Иллумина Кембридж Лимитед Transposition with preservation of gene adhesion
US11319534B2 (en) 2013-03-13 2022-05-03 Illumina, Inc. Methods and compositions for nucleic acid sequencing

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8445664B2 (en) 1998-06-24 2013-05-21 Enzo Diagnostics, Inc. Kits for amplifying and detecting nucleic acid sequences
US6743605B1 (en) 1998-06-24 2004-06-01 Enzo Life Sciences, Inc. Linear amplification of specific nucleic acid sequences
JP4726381B2 (en) * 2000-04-07 2011-07-20 栄研化学株式会社 Nucleic acid amplification method using double-stranded nucleic acid as template
WO2002024902A1 (en) 2000-09-19 2002-03-28 Eiken Kagaku Kabushiki Kaisha Method of synthesizing polynucleotide
KR100806680B1 (en) * 2003-11-21 2008-02-26 한국표준과학연구원 Multiplex PCR mixtures for Testing the Performance of Thermocyclers
PL2412718T3 (en) * 2009-03-26 2017-06-30 Xiamen Amoy Diagnostics Co., Ltd. Loop-shaped primer employed in nucleic acid amplification and the use thereof
CN101671674B (en) * 2009-03-27 2010-09-22 郑立谋 Annular primer for amplification of nucleic acid and application thereof
TWI600766B (en) * 2012-08-09 2017-10-01 財團法人工業技術研究院 Kit for detecting a mutation and/or polymorphism of a specific region in a target nucleotide sequence
CA2903874C (en) 2013-03-15 2024-02-20 Theranos, Inc. Nucleic acid amplification
CA2906805A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Theranos, Inc. Nucleic acid amplification
EP3169793B1 (en) 2014-07-16 2022-07-06 Tangen Biosciences Inc. Isothermal methods for amplifying nucleic acid samples
US11559801B2 (en) 2014-11-03 2023-01-24 Tangen Biosciences, Inc. Apparatus and method for cell, spore, or virus capture and disruption
PT3234188T (en) 2014-12-15 2020-01-16 Cepheid Exponential base-greater-than-2 nucleic acid amplification
WO2018132939A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-26 中国科学院过程工程研究所 Method for synthesizing nucleic acid under constant temperature
WO2019051732A1 (en) * 2017-09-14 2019-03-21 中科芯瑞(苏州)生物科技有限公司 Method and kit for synthesizing nucleic acid under constant temperature conditions
WO2020092134A1 (en) 2018-10-29 2020-05-07 Cepheid Exponential base-3 nucleic acid amplification with reduced amplification time using nested overlapping primers
US20230183819A1 (en) 2019-01-15 2023-06-15 Neogen Food Safety Us Holdco Corporation Loop-mediated isothermal amplification primers for shiga toxin-producing e. coli (stec) detection
CN115103919A (en) 2020-02-17 2022-09-23 3M创新有限公司 Loop-mediated isothermal amplification primer for detecting vibrio parahaemolyticus and application thereof
AU2021287968A1 (en) 2020-06-12 2023-02-09 Sherlock Biosciences, Inc. CRISPR-based SARS-CoV-2 detection
US20220059187A1 (en) 2020-08-07 2022-02-24 Oxford Nanopore Technologies Limited Methods of detecting nucleic acid barcodes
EP4105327A4 (en) * 2021-04-29 2023-01-18 Ningbo Institute of Life and Health Industry University of Chinese Academy of Sciences Method for synthesizing nucleic acid under constant temperature conditions, kit, and application
CN113201583B (en) * 2021-04-29 2022-02-08 国科宁波生命与健康产业研究院 Method for synthesizing nucleic acid under constant temperature condition, kit and application

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4213029A1 (en) * 1991-09-26 1993-04-01 Boehringer Mannheim Gmbh METHOD FOR THE SPECIFIC REPRODUCTION OF NUCLEIN'S SEQUENCES
DE69223755T2 (en) * 1991-10-11 1998-04-23 Behringwerke Ag Process for the preparation of a polynucleotide for use in "single primer" amplification and phosphorothioate-containing oligonucleotides as primers in nucleic acid amplification
WO1993017127A1 (en) * 1992-02-20 1993-09-02 The State Of Oregon Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Boomerand dna amplification
FR2721945B1 (en) * 1994-07-04 1996-10-18 David Fabrice GENE ENHANCEMENT, A METHOD OF ISOTHERMAL GENE AMPLIFICATION AND ITS APPLICATIONS
FR2726277B1 (en) * 1994-10-28 1996-12-27 Bio Merieux OLIGONUCLEOTIDE FOR USE AS PRIMER IN AN AMPLIFICATION METHOD BASED ON REPLICATION WITH MOVEMENT OF STRAND
ES2258027T3 (en) * 1999-11-08 2006-08-16 Eiken Kagaku Kabushiki Kaisha METHOD FOR DETECTING MUTATIONS AND POLYMORPHISMS.

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11319534B2 (en) 2013-03-13 2022-05-03 Illumina, Inc. Methods and compositions for nucleic acid sequencing
RU2694976C1 (en) * 2013-11-22 2019-07-18 Орион Диагностика Ой Determination of nucleic acids by amplification based on incorporation into chain
RU2736728C2 (en) * 2014-10-17 2020-11-19 Иллумина Кембридж Лимитед Transposition with preservation of gene adhesion
US11873480B2 (en) 2014-10-17 2024-01-16 Illumina Cambridge Limited Contiguity preserving transposition

Also Published As

Publication number Publication date
CN1876843A (en) 2006-12-13
BR0015382B1 (en) 2014-04-29
CN100393875C (en) 2008-06-11
IL149446A0 (en) 2002-11-10
ZA200203293B (en) 2003-03-26
RU2002115268A (en) 2004-01-27
NO20022171L (en) 2002-07-04
KR20020064896A (en) 2002-08-10
KR100612551B1 (en) 2006-08-11
NO331732B1 (en) 2012-03-12
CA2390309A1 (en) 2001-05-17
CA2390309C (en) 2012-09-25
CN1420928A (en) 2003-05-28
BR0015382A (en) 2002-07-02
WO2001034790A1 (en) 2001-05-17
NO20022171D0 (en) 2002-05-07
CN1876843B (en) 2012-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2252964C2 (en) Method and kit for synthesis of nuclear acids having nucleotide sequence wherein complementary nucleotide sequences are alternately bonded in one chain
US7494790B2 (en) Method of synthesizing nucleic acid
JP3897805B2 (en) Nucleic acid amplification method and mutant nucleic acid detection method using the same
CN107446919B (en) Method and kit for synthesizing nucleic acid under constant temperature condition
JP2020500504A (en) Method for producing amplified double-stranded deoxyribonucleic acid, and composition and kit used in the method
CN106636071B (en) Method for synthesizing nucleic acid under constant temperature condition
EP4077717B1 (en) Method of detecting an analyte
US20210198723A1 (en) Methods of detecting an analyte
JP3942627B2 (en) Mutant nucleic acid detection method
EP3476938B1 (en) Method and kit for synthesizing nucleic acid under constant temperature conditions
JP3974441B2 (en) Nucleic acid synthesis method
JPWO2002090538A1 (en) Methods for synthesizing nucleic acids
AU3330800A (en) Method of synthesizing nucleic acids
WO2018132939A1 (en) Method for synthesizing nucleic acid under constant temperature