RU2470938C2 - Способ электрохимической детекции последовательностей нуклеиновых кислот - Google Patents

Способ электрохимической детекции последовательностей нуклеиновых кислот Download PDF

Info

Publication number
RU2470938C2
RU2470938C2 RU2009148277/04A RU2009148277A RU2470938C2 RU 2470938 C2 RU2470938 C2 RU 2470938C2 RU 2009148277/04 A RU2009148277/04 A RU 2009148277/04A RU 2009148277 A RU2009148277 A RU 2009148277A RU 2470938 C2 RU2470938 C2 RU 2470938C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nucleic acid
hybridization
sequence
probe
dna
Prior art date
Application number
RU2009148277/04A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009148277A (ru
Inventor
АБАД Энкарнасьон ЛОРЕНСО
АЛОНСО Феликс ПАРЬЕНТЕ
ПАРРА Моника РЕВЕНГА
МЕНДИОЛА Тания ГАРСИЯ
Original Assignee
Универсидад Аутонома Де Мадрид
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Универсидад Аутонома Де Мадрид filed Critical Универсидад Аутонома Де Мадрид
Publication of RU2009148277A publication Critical patent/RU2009148277A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2470938C2 publication Critical patent/RU2470938C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D213/00Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/02Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/89Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hetero atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D213/00Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/90Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having more than three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • 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
    • 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
    • C12Q1/6816Hybridisation assays characterised by the detection means
    • C12Q1/6825Nucleic acid detection involving sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Pyridine Compounds (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к соединению формулы (I):
Figure 00000003
Также предложены способ детекции гибридизации и применение соединения формулы (I) в качестве электрохимического индикатора гибридизации. Изобретение позволяет улучшить чувствительность электрохимической детекции последовательностей нуклеиновых кислот в результате применения нового комплекса рутения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу детекции гибридизации нуклеиновых кислот посредством электрохимических методов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу детекции определенной последовательности ДНК, наличия несовпадения в указанной последовательности, а также его положения, основанному на применении соединения, полученного из рутения, формулы (Ι) в качестве индикатора гибридизации в электрохимических биосенсорах.
Предшествующий уровень техники
Молекулярная диагностика, основанная на анализе коротких последовательностей ДНК, предлагает чувствительные и количественные методы для ранней детекции инфекционных заболеваний, вызванных патогенами (Garg, S. K. et al. Clin. Lab. Anal. 2003, 17(5), 155-163; Vernet, G. Virus Res. 2002, 82(1-2), 65-71).
Гибридизация ДНК представляет собой наиболее распространенный метод анализа и детекции определенного гена или сегмента нуклеиновой кислоты. Среди методов, основанных на гибридизации, существуют методы, основанные на поверхностном плазмонном резонансе (Mullet, W. M. et al. Methods 2000, 22, 77-91; Sawata, S. et al. Biosens. Bioelectron. 1999, 14, 397-404; Livache, T. et al. Synth. Met. 2001, 121, 1443-1444; Wood, S. J. Microchem. J. 1993, 47, 330-337), флуоресценции (Piunno, P.A.E. et al. Anal. Chim. Acta, 1994, 288, 205-214; Fodor, S. et al. Scince, 1991, 251, 767-773), гравиметрии (Okahata, Y. et al. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 8299-8300; Minnuni, M. et al. Anal. Chim. Acta, 2003, 481, 55-64) или радиоизотопных метках (Seller, G.H. et al. DNA Probes, 2 nd ed. Stockton Press: New York, 1993; pp 149-213). Наиболее используемый метод основан на применении радиоактивно-меченых фрагментов ДНК или РНК, известных как зонды. Фактически, данная методология представляет собой основу контролируемой амплификации ДНК, известной как ПЦР (полимеразная цепная реакция), которая используется для клонирования и секвенирования ДНК.
Среди методов, основанных на гибридизации ДНК, биосенсоры имеют преимущества по сравнению с вышеупомянутыми способами. Одно из преимуществ этих методов - возможность разработки простых портативных устройств для данного типа диагностики. Более того, совмещение данных ДНК-биосенсоров и методов ПЦР-амплификации может обеспечить высокую чувствительность детекции последовательностей нуклеиновых кислот (Meric, B. et al. Talanta 2002, 56(5), 837-846). Применение иммобилизованных на поверхности флуоресцентно-меченых олигонуклеотидов позволило разработать ДНК-микрочипы высокой плотности для анализа определенных последовательностей ДНК и экспрессии генов. Однако эти методы требуют мечения ДНК-мишени (Berre, V.L. et al. Nucleic Acids Res. 2003, 31, e88; Dolan, P.L. at al. Nucleic Acids Res. 2001, 29, 107).
Поскольку ДНК имеет электроактивные нуклеиновые участки, также были разработаны системы электрохимической детекции, основанные на данном свойстве, для прямой детекции гибридизованной ДНК, без необходимости применения маркера (Park, S. et al. Science, 2002, 295, 1503-1506; Drummond, T.G. et al. Nat. Biotech., 2003, 21, 1192-1199). ДНК обычно иммобилизируется на электроде и разница электрического тока измеренного до и после гибридизации зависит от количества ДНК, зафиксированного на электроде (WO93/20230). Однако данная прямая детекция без маркера не является очень чувствительной.
С целью улучшения чувствительности были разработаны различные подходы, использующие электроактивную молекулу-зонд или электроактивный маркер. Так, Palanti et al. (1996, Analytical Letters, 29, pp. 2309-31) описал различные электроактивные соединения, которые могут быть ассоциированы с ДНК и могут, таким образом, быть детектированы через окислительно-восстановительные процессы при приложении потенциала к электроду. Так используются комплексы переходных металлов, антибиотики, акридиновые или бензамидные красители и другие ДНК-интрекалирующие агенты.
Так как данные электроактивные зонды или маркеры обладают лучшими окислительно-восстановительными свойствами, чем ДНК, их применение позволяет получать более высокое отношение сигнал-шум и лучшую чувствительность.
Соединения, получаемые из салофена (Revenga Parra, M. et al. "Comprehensive study of the interactions between DNA and new Schiff base ligands containing quinone functional groups" Biosensors and Bioelectronics. Volume: 22; Pages 2675-2681) и комплексов осмия (Del Pozo, M. V. et al. Anal. Chem. 2005a. 77 (8), 2550-2557), также применяются в качестве электрохимических индикаторов. В документе CAO02524263 комплексы рутения, встроенные в двойную спираль в разомкнутом состоянии, применяются в качестве индикаторов гибридизации.
Авторы настоящего изобретения разработали способ, позволяющий улучшить чувствительность электрохимической детекции последовательностей нуклеиновых кислот в результате применения нового комплекса рутения, получаемого “in situ”, известного как комплекс пентаамина рутения [3-(2-фенантрен-9-ил-винил)пиридин] (называемого RuL) в качестве индикатора гибридизации в электрохимических биосенсорах.
RuL-комплекс, образованный в результате связывания комплекса пентаамина рутения с лигандом 3-(2-фенантрен-9-ил-винил)пиридин (L), является абсолютно новаторским, так же как и его применение для данных целей.
Высокая чувствительность и специфичность, достигаемые при помощи разработанного метода, позволяют без необходимости применения какого-либо типа мечения детектировать и количественно определять не только определенную последовательность ДНК, но также единичное несоответствие в основании указанной последовательности, а также его положение в определенной последовательности нуклеиновой кислоты, обеспечивая сверх того систему детекции более быструю и характеризуемую лучшим показателем “цена/эффективность” нежели ПЦР.
Краткое описание чертежей
Фигура 1. а) Дифференциальная импульсная вольтамперограмма (DPV) RuL, аккумулированного в золотом электроде, модифицированном SEQ ID NO. 1 до (2) и после гибридизации с комплементарной цепью (SEQ ID NO. 2) (1) и некомплементарной цепью (SEQ ID NO. 3) (3). b) Амплификация DPV от -0,6 до 0 V потенциала развертки.
Фигура 2. Дифференциальная импульсная вольтамперограмма (DPV) RuL, аккумулированного в золотом электроде, модифицированном с (SEQ ID NO. 1): при гибридизации с последовательностью с нарушенной комплементарностью в основании, локализованном в середине последовательности (SEQ ID NO. 4) (2) при гибридизации с последовательностью, комплементарность которой нарушена вблизи 5'-конца последовательности (SEQ ID NO. 5), (3) при гибридизации с последовательностью, комплементарность которой нарушена вблизи 3'-конца последовательности (SEQ ID NO. 6), (4) и при гибридизации с неспаренной последовательностью (SEQ ID NO. 3) (1).
Цель изобретения
Целью данного изобретения является новое получаемое из рутения соединение формулы (Ι), известное как комплекс пентаамин рутения [3-(2-фенантрен-9-ил-винил)пиридин].
Способ детекции гибридизации между зондом и последовательностью нуклеиновой кислоты-мишени, основанный на применении упомянутого комплекса формулы (Ι) в качестве индикатора гибридизации, также является целью изобретения.
Наконец применение получаемого из рутения соединения формулы (Ι) в качестве электрохимического индикатора гибридизации между последовательностями нуклеиновых кислот является целью данного изобретения.
Подробное описание изобретения
Авторы настоящего изобретения после значительной научно-исследовательской работы разработали новое, получаемое из рутения соединение, структура которого позволяет применять его в качестве индикатора процесса гибридизации между последовательностями нуклеиновых кислот в электрохимических биосенсорах для детекции нарушения комплементарности в единичном основании, а также положения этого нарушения внутри последовательности.
Таким образом, основной аспект изобретения относится к новому получаемому из рутения соединению формулы (Ι):
Figure 00000001
Данный новый комплекс, известный как пентаамин рутения [3-(2-фенантрен-9-ил-винил)пиридин] (называемый RuL), получаемый in situ, в связи со своим строением имеет двойственную функциональность. С одной стороны, планарная структура ароматической группы лиганда 3-(2-фенантрен-9-ил-винил)пиридина (L) придает комплексу интеркалирующий характер и, вследствие этого, позволяет ему связываться с двухцепочечными нуклеиновыми кислотами. Это свойство отличает его от комплексов, применяемых на существующем техническом уровне, основная форма связывания ДНК в котором электростатична (значительно меньшее специфическое связывание по сравнению с тем, что происходит посредством интеркаляции), что обеспечивает более специфическое связывание с ДНК, позволяющее получать лучшие результаты. С другой стороны, окислительно-восстановительный центр металла (Ru) представляет собой электрохимический индикатор для детекции процесса гибридизации.
Опираясь на преимущества, которыми обладает данное новое соединение, был разработан способ электрохимической детекции процесса гибридизации между последовательностями нуклеиновых кислот, основанный на применении упомянутого соединения в качестве индикатора гибридизации, позволяющего определять единичные неспаренные основания и их положение в нуклеотидной последовательности.
Таким образом, другой основной аспект изобретения подразумевает метод для детекции гибридизации между зондом и поледовательностью нуклеиновой кислоты-мишени, включающий в себя следующие стадии:
a) иммобилизация зонда нуклеиновой кислоты на поверхности электрода,
b) инкубация электрода, модифицированного зондом нуклеиновой кислоты, в растворе, который может содержать последовательность-мишень так, чтобы происходила гибридизация,
c) погружение электрода после инкубации в раствор, содержащий соединение, получаемое из рутения, формулы (I),
d) применение циклической развертки потенциала для внедрения соединения, получаемого из рутения, в двуцепочечную нуклеиновую кислоту, формируемую при гибридизации, и
e) электрохимическая детекция гибридизации между зондом и последовательностью нуклеиновой кислоты-мишени.
Детекция процесса гибридизации позволяет обнаруживать определенные последовательности нуклеиновых кислот, количественно определять последовательности нуклеиновых кислот, детектировать неспаренное основание в последовательности нуклеиновой кислоты или определять положение указанного неспаренного основания.
В настоящем изобретении “зонд” определен как фрагмент нуклеиновой кислоты, обладающий специфичностью гибридизации в определенных условиях при гибридизации с нуклеиновой кислотой-мишенью.
В предпочтительном варианте осуществления “нуклеиновая кислота” определена как ДНК и/или РНК фрагменты, на основании которых может быть детектирована гибридизация между ДНК-ДНК, ДНК-РНК и РНК-РНК последовательностями.
Как уже упоминалось, комплекс рутения формулы (Ι), в силу наличия ароматических колец лиганда (L), предпочтительно встраивается между спаренными основаниями иммобилизованной на поверхности электрода двухцепочечной нуклеиновой кислоты, образованной при гибридизации между иммобилизированной последовательностью зонда и последовательностью-мишенью, присутствующей в растворе.
Когда к упомянутому электроду прикладывается подходящий потенциал, окисление окислительно-восстановительного центра рутения вызывает увеличение фарадеевского тока, напрямую связанное с явлением гибридизации. Это позволяет детектировать специфические последовательности нуклеиновых кислот (последовательности-мишени).
Более того, интенсивность фарадеевского тока возрастает пропорционально степени гибридизации, что позволяет количественно определять последовательности нуклеиновых кислот.
Наконец, чувствительность и специфичность, достигаемые при помощи этого способа в результате применения RuL-соединения в качестве индикатора гибридизации, позволяют определять нарушение комплементарности в единичном основании определенной последовательности, а также положение этих нарушений в данной последовательности.
В предпочтительном варианте осуществления нуклеиновые кислоты - как зонд, так и последовательность-мишень, представляют собой ДНК.
Электрод, примененный в описанном методе, может быть различного типа (углеродный, золотой и так далее). В данном варианте осуществления использовался электрод, сделанный из золота.
Внедрение комплекса рутения (RuL) в двойную цепь было осуществлено посредством развертки потенциала, что придает методу более высокую чувствительность в сравнении с методами, осуществляющими внедрение при открытой цепи, в которых окончание внедрения материала не контролируется.
В предпочтительном варианте осуществления циклическая развертка потенциала применяется 200 раз между -0,5 и 0,1 В.
Гибридизация была детектирована через изменение электроактивности RuL-комплекса при применении дифференциальной импульсной вольтамперометрии (DPV). Детекция гибридизации происходит при потенциале приблизительно -0,30 В, что делает этот комплекс особенно эффективным в связи с его низким окислительно-восстановительным потенциалом, предотвращающим возможное вмешательство окисления других соединений.
В другом предпочтительном варианте осуществления электрохимическая детекция проводится при частоте развертки 10 Мв/с, амплитуде импульса в 50 мВ и длительности импульса в 0,2 с.
И, наконец, другой основной аспект изобретения предполагает применение RuL-соединения формулы (Ι) в качестве индикатора гибридизации между последовательностями нуклеиновых кислот.
В конкретном варианте осуществления применение RuL-соединения позволяет количественное определение последовательностей нуклеиновых кислот.
В другом конкретном варианте осуществления применение RuL-соединения позволяет определять неспаренную пару оснований в последовательности нуклеиновой кислоты.
В другом конкретном варианте осуществления применение RuL-соединения позволяет определять положение неспаренного основания в последовательности нуклеиновой кислоты.
В предпочтительном варианте осуществления нуклеиновая кислота представляет собой ДНК.
Следующие ниже примеры иллюстрируют настоящее изобретение, однако не должны рассматриваться как ограничивающие его основные цели, так как они располагаются далее в разделе этого описания.
Пример 1
Синтез RuL-комплекса
80 мкл 2 мМ Ru (NH3)5(H2О) напрямую смешали в растворе с 80 мкл 2 мМ лиганда, (L=3-(2-фенантрен-9-ил-винил)пиридин). Лиганд 3-(2-фенантрен-9-ил-винил)-пиридин синтезировали согласно следующей процедуре: 15 мл N,N,N',N'-тетрааминфенантрен продували очищенным сухим азотом, после чего добавляли 1,3 мл 4-винилпиридина, 24,2 мг ацетата палладия и 0,1118 мг трифенилфосфина, и смесь продувалась очищенным сухим азотом в течение 15 минут. Смесь осушали в течение 40 часов предварительно очищенным азотом с применением обратного холодильника. Затем к смеси добавляли 250 мл 0,1 M HCl, появился яркий желтый осадок. Осадок отфильтровали и промыли EtOH c CH2CL2. Основную форму (светло-бежевый цвет) лиганда получили после нейтрализации осадка H2О/0,1M NaOH. Ru(NH3)5(H2О) синтезировали, следуя процедуре, описанной C.G.Kehuen and H.Taube (Kuehn, C.C.; Taube, H.Journal of the American Chemical Society, 1976, 98(3), 689-702).
Конструирование (био)сенсора
Биосенсор подготавливали посредством иммобилизации последовательности ДНК зонда на золотом электроде прямой адсорбцией в течение одного часа при комнатной температуре. Модифицированный электрод погружали на 30 минут в дистиллированную воду для устранения неабсорбированных остатков ДНК. До иммобилизации электрод отполировывали и стандартизировали согласно ранее описанной процедуре (Widrig, C.A.; Chung, C.; Porter, M.D.J. Electroanal. Chem. 1991, 310, 335-359).
Гибридизация и интеркаляция комплекса
Электрод, сделанный из золота, модифицированный ДНК зондом, инкубировали 1 час при 40°С с комплементарной, некомплементарной и неполностью комплементарной последовательностями ДНК, каждая из которых подготавливалась в гибридизационном буфере (10 мМ фосфат, pH 7,0, c 0,4 M NaCl). При гибридизации электроды погружали в 20 мкМ раствор RuL в 5 Мм KNO3, и 200 раз проводили циклическую развертку потенциала между -0,5 и 0,1 В. Перед применением электроды промывали дистиллированной водой.
Электрохимические измерения
Трехэлектродная электрохимическая ячейка собственного производства со вспомогательным платиновым электродом и каломельным электродом, насыщенным NaCl, также собственного производства, использовалась как контрольный электрод. Раствор очищали N2 перед каждым электрохимическим измерением, и поддерживали атмосферу азота в течение всего измерения. KNO3 использовали как поддерживающий электролит. Измеренные параметры дифференциальной импульсной вольтамперометрии (DPV) были: частота развертки 10 Мв/с; амплитуда импульса: 50 мВ; длительность импульса: 0,2 с.
Результаты: новое применение изобретения
Разработанная система, служащая в качестве прототипа для детекции какой-либо последовательности, применялась для детекции определенной последовательности Helicobacter pylori. 25-ти нуклеотидная тиолированная синтетическая последовательность этой бактерии (SEQ ID NO. 1) иммобилизировалась на золотом электроде (плотность нанесения: 9,0 пикамоль/см2) через тиольные группы. При первом анализе гибридизации в качестве последовательностей-мишеней использовали комплементарную (SEQ ID NO. 2) и некомплементарную (SEQ ID NO. 3) последовательности. Иммобилизация пробной последовательности (SEQ ID NO. 1), гибридизация и текущие измерения проводили согласно ранее описанным процедурам и положениям. На фигуре 1 изображена дифференциальная импульсная вольтамперограмма (DPV) 20 мкМ RuL, аккумулированного в электроде, модифицированном последовательностью (SEQ ID NO. 1), взятой до (2) и при гибридизации с комплементарной (SEQ ID NO. 2) (1) и некомплементарной цепью (SEQ ID NO. 3) (3).
Наблюдали, что при гибридизации на поверхности биосенсора последовательности (SEQ ID NO. 1) с комплементарной цепью (SEQ ID NO. 2) в результате окисления рутения, входящего в комплекс, заключенный в двойную цепь, на вольтамперограмме увеличивается пик силы тока. На основании коэффициента поверхностного покрытия по возможной оценке в каждые 25 пар оснований были заключены по 5 молекул комплекса рутения. Впрочем, после проведения гибридизации с некомплементарной последовательностью (SEQ ID NO. 3) никаких изменений в силе тока не наблюдалось (сравните кривую 2 и кривую 3 на Фигуре 1). Таким образом, изменения, вызванные в пиковом значении тока и в потенциале, указывают, что комплекс (RuL) представляет собой электрохимический индикатор для определения процесса гибридизации между Helicobacter pylori ДНК-фрагментами и, следовательно, распознавания определенных фрагментов, присутствующих в зонде. Более того, при значении силы тока в -0,260 В ее увеличение идет пропорционально продолжительности гибридизации, то есть увеличению количества последовательности, иммобилизированной на электроде (зонде). Различия между электродами могут быть исправлены посредством графического представления нормированного тока (i-i0/i0) по отношению к количеству зонда, в котором i0 и i представляют ток до и после гибридизации для определенного количества комплементарной SEQ ID NO. 2. Нормированный ток, измеренный при -0,260 В, продемонстрировал прекрасную линейную корреляцию (коэффициент линейной корреляции, r=0,995) с увеличением количества комплементарной последовательности SEQ ID NO. 2 в области от 106 до 708 пикамоль. Предел детекции, вычисляемый как сигнал, соответствующий пробной последовательности (SEQ ID NO. 1) плюс трехкратное среднее квадратическое отклонение, равнялся 92±4 пикамоль комплементарной последовательности (SEQ ID NO. 2), и воспроизводимость определения равнялась 94%.
Детекция последовательностей, содержащих неспаренные основания
Селективность биосенсоров была оценена посредством анализа последовательностей, содержащих единичные неспаренные основания в различных положениях: в середине (SEQ ID NO. 4) и на концах (SEQ ID NO. 5) и (SEQ ID NO. 6), как указано на схеме Фигуры 2, при таких же условиях гибридизации, как те, что использовались для полностью комплементарной последовательности (SEQ ID NO. 2). Искаженные двойные спирали, образовавшиеся при гибридизации зонда (SEQ ID NO. 1) с последовательностями, содержащими неспаренное основание, накопили меньшее количество RuL, и в результате сила тока, полученная после его окисления, была меньше полученной при гибридизации с полностью комплементарной последовательностью (SEQ ID NO. 2). Фигура 2 (кривые 2, 3 и 4) демонстрирует дифференциальные импульсные вольтамперограммы (DPV), полученные при гибридизации, произошедшей на золотом электроде, модифицированном зондом (SEQ ID NO. 1), с различными последовательностями с неспаренными основаниями в различных положениях, с применением RuL в качестве электрохимического индикатора. Во всех случаях было значительное снижение пика тока в сравнении его с полученным в случае гибридизации зонда SEQ ID NO. 1 с полностью комплементарной последовательностью (SEQ ID NO. 2) (Фигура 1, кривая 1). Более того, ток, полученный в случае, когда некомплементарный нуклеотид находился в середине последовательности, был ниже (смотреть кривую 2, Фигура 2) полученного в случае нахождения неспаренного основания на конце (Фигура 2, кривые 3 и 4, соответственно) и выше (50%) полученного в случае полностью некомплементарной последовательности (смотреть кривую 1 Фигуры 2). Это позволяет точно определять наличие неспаренного основания в определенной последовательности и также его положение.
В заключение, результаты отчетливо демонстрируют применимость разработанной системы, основанной на применении комплекса рутения (RuL) в качестве индикатора гибридизации в электрохимических биосенсорах для детекции последовательностей ДНК, их количественного определения и детекции неспаренного основания и также его положения.

Claims (12)

1. Соединение формулы (I)
Figure 00000002
2. Способ детекции гибридизации между зондом нуклеиновой кислоты и последовательностью нуклеиновой кислоты-мишени, отличающийся тем, что включает следующие стадии:
a. иммобилизация зонда нуклеиновой кислоты на поверхности электрода,
b. инкубация электрода, модифицированного зондом нуклеиновой кислоты в растворе, содержащем последовательность-мишень, для того, чтобы произошла гибридизация между зондом нуклеиновой кислоты и последовательностью-мишенью,
c. погружение электрода после инкубации на стадии b) в раствор, содержащий соединение по п.1,
d. применение циклической развертки потенциала для внедрения указанного соединения в двойную цепь нуклеиновой кислоты, получаемую при гибридизации,
е. электрохимическая детекция гибридизации между зондом и последовательностью нуклеиновой кислоты-мишени,
где детекция гибридизации позволяет детектировать последовательность нуклеиновой кислоты, количественно определять последовательности нуклеиновых кислот, детектировать неспаренное основание в последовательности нуклеиновой кислоты или определять положение указанного неспаренного основания.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что нуклеиновая кислота зонда и последовательности-мишени представляет собой ДНК.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используемый электрод сделан из золота.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что циклическая развертка потенциала применяется 200 раз между -0,5 и 0,1 В.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что электрохимическая детекция проводится посредством дифференциальной импульсной вольтамперометрии с частотой развертки 10 Мв/с, амплитудой импульса 50 мВ и длиной импульса 0,2 с.
7. Применение соединения по п.1 в качестве электрохимического индикатора гибридизации между последовательностями нуклеиновой кислоты.
8. Применение соединения по п.7 для детекции последовательности нуклеиновой кислоты.
9. Применение соединения по п.7 для количественного определения последовательностей нуклеиновой кислоты.
10. Применение соединения по п.7 для детекции неспаренного основания в последовательности нуклеиновой кислоты.
11. Применение соединения по п.7 для детекции положения неспаренного основания в последовательности нуклеиновой кислоты.
12. Применение соединения по любому из пп.7-11, где нуклеиновая кислота представляет собой ДНК.
RU2009148277/04A 2007-05-25 2008-05-23 Способ электрохимической детекции последовательностей нуклеиновых кислот RU2470938C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200701446A ES2310125B1 (es) 2007-05-25 2007-05-25 Metodo para la deteccion electroquimica de secuencias de acidos nucleicos.
ESP200701446 2007-05-25
PCT/ES2008/000364 WO2008145785A1 (es) 2007-05-25 2008-05-23 Método para la detección electroquímica de secuencias de ácidos nucléicos

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009148277A RU2009148277A (ru) 2011-06-27
RU2470938C2 true RU2470938C2 (ru) 2012-12-27

Family

ID=40074601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009148277/04A RU2470938C2 (ru) 2007-05-25 2008-05-23 Способ электрохимической детекции последовательностей нуклеиновых кислот

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20100236942A1 (ru)
EP (1) EP2168949A4 (ru)
JP (1) JP2010529007A (ru)
CN (1) CN101796029B (ru)
AU (1) AU2008257342A1 (ru)
BR (1) BRPI0812108A2 (ru)
CA (1) CA2687933A1 (ru)
ES (1) ES2310125B1 (ru)
MX (1) MX2009012733A (ru)
RU (1) RU2470938C2 (ru)
WO (1) WO2008145785A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU179185U1 (ru) * 2016-12-30 2018-05-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии и химических технологий" Сибирского Отделения Российской академии наук - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН Мультиплексная система для диагностики онкологических заболеваний
RU182822U1 (ru) * 2016-12-30 2018-09-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН Мультиплексный электрохимический биочип для выявления опухолеассоциированных белков-биомаркеров рака легкого

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020129452A1 (ja) * 2018-12-18 2020-06-25 株式会社ヨコオ 計測装置及び計測方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003074731A2 (en) * 2002-03-07 2003-09-12 Molecular Sensing Plc Nucleic acid probes, their synthesis and use
WO2004099433A2 (en) * 2002-11-06 2004-11-18 Geneohm Sciences, Inc. Electrochemical method to measure dna attachment to an electrode surface in the presence of molecular oxygen
RU2243231C2 (ru) * 1997-09-12 2004-12-27 Эксикон А/С Бициклические аналоги нуклеозидов, нуклеотидов и олигонуклеотидов
WO2006076047A2 (en) * 2004-08-06 2006-07-20 The Trustees Of Boston College Electrocatalytic nucleic acid hybridization detection

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9206671D0 (en) 1992-03-27 1992-05-13 Cranfield Biotech Ltd Electrochemical detection of dna hybridisation
JP2003144152A (ja) * 2001-11-09 2003-05-20 Fuji Photo Film Co Ltd ターゲット核酸断片の検出方法及びターゲット核酸断片の検出キット
ATE481502T1 (de) 2003-05-02 2010-10-15 Geneohm Sciences Elektrochemisches verfahren zur messung der bindung von dna an eine elektrodenoberfläche in gegenwart von molekularem sauerstoff

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2243231C2 (ru) * 1997-09-12 2004-12-27 Эксикон А/С Бициклические аналоги нуклеозидов, нуклеотидов и олигонуклеотидов
WO2003074731A2 (en) * 2002-03-07 2003-09-12 Molecular Sensing Plc Nucleic acid probes, their synthesis and use
WO2004099433A2 (en) * 2002-11-06 2004-11-18 Geneohm Sciences, Inc. Electrochemical method to measure dna attachment to an electrode surface in the presence of molecular oxygen
WO2006076047A2 (en) * 2004-08-06 2006-07-20 The Trustees Of Boston College Electrocatalytic nucleic acid hybridization detection

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KOVAL С.A. et al, ELECTROCHEMISTRY OF THE RUTHENIUM (3+, 2+) COUPLE ATTACHED TO GRAPHITE ELECTRODES, ANALYTICAL CHEMIST(2), p.223-229. *
KOVAL С.A. et al, ELECTROCHEMISTRY OF THE RUTHENIUM (3+, 2+) COUPLE ATTACHED TO GRAPHITE ELECTRODES, ANALYTICAL CHEMISTRY, 1978, v.50 (2), p.223-229. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU179185U1 (ru) * 2016-12-30 2018-05-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии и химических технологий" Сибирского Отделения Российской академии наук - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН Мультиплексная система для диагностики онкологических заболеваний
RU182822U1 (ru) * 2016-12-30 2018-09-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН Мультиплексный электрохимический биочип для выявления опухолеассоциированных белков-биомаркеров рака легкого

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009148277A (ru) 2011-06-27
BRPI0812108A2 (pt) 2014-11-25
CN101796029A (zh) 2010-08-04
WO2008145785A1 (es) 2008-12-04
US20100236942A1 (en) 2010-09-23
JP2010529007A (ja) 2010-08-26
MX2009012733A (es) 2009-12-11
ES2310125A1 (es) 2008-12-16
CN101796029B (zh) 2012-05-23
CA2687933A1 (en) 2008-12-04
EP2168949A1 (en) 2010-03-31
AU2008257342A1 (en) 2008-12-04
ES2310125B1 (es) 2010-01-07
EP2168949A4 (en) 2011-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cui et al. A reusable ratiometric electrochemical biosensor on the basis of the binding of methylene blue to DNA with alternating AT base sequence for sensitive detection of adenosine
Li et al. A sensitive, label free electrochemical aptasensor for ATP detection
Rai et al. Electrochemically amplified molecular beacon biosensor for ultrasensitive DNA sequence-specific detection of Legionella sp.
Wang et al. Design of a sandwich-mode amperometric biosensor for detection of PML/RARα fusion gene using locked nucleic acids on gold electrode
Gao et al. Molecular beacon mediated circular strand displacement strategy for constructing a ratiometric electrochemical deoxyribonucleic acid sensor
Miao et al. Electrochemical sensing of attomolar miRNA combining cascade strand displacement polymerization and reductant-mediated amplification
US11807893B2 (en) Method and electronic device for determining the concentration of an analyte
Wan et al. Ultrasensitive electrochemical DNA sensor based on the target induced structural switching and surface-initiated enzymatic polymerization
Cheng et al. Enzyme-free electrochemical biosensor based on amplification of proximity-dependent surface hybridization chain reaction for ultrasensitive mRNA detection
Gao et al. Guanine nanowire based amplification strategy: enzyme-free biosensing of nucleic acids and proteins
US11156582B2 (en) Systems for detecting and quantifying nucleic acids
Zhao et al. Fuel strand-powered self-propelled electrochemical DNA machine for enzyme-free and distinctly amplified detection of nucleic acid with tunable performance
Lin et al. A chronocoulometric LNA sensor for amplified detection of K-ras mutation based on site-specific DNA cleavage of restriction endonuclease
Yan et al. Target-triggered substantial stacking of electroactive indicators based on digestion-to-growth regulated tandem isothermal amplification for ultrasensitive miRNA determination
JP4625547B2 (ja) 生体分子検出のための方法と装置
RU2470938C2 (ru) Способ электрохимической детекции последовательностей нуклеиновых кислот
Chen et al. Electrochemical DNA biosensor based on grafting-to mode of terminal deoxynucleoside transferase-mediated extension
Dastidar et al. A simple yet highly sensitive and selective aptasensor architecture for rapid and portable miRNA detection
Liu et al. Label-free, non-enzymatic and ultrasensitive electrochemical nucleic acid biosensing by tandem DNA-fueled target recycling and hybridization chain reaction
US20230042710A1 (en) Electrochemical proximity assay
WO2010060060A1 (en) Electrochemical methods of detecting nucleic acid hybridization
Xu et al. Triggered hairpin switch and in situ nonlinear hybridization chain reaction enabling label-free electrochemiluminescent detection of BCR/ABL fusion gene
Calvo-Muñoz et al. Detection of DNA hybridization by ABEI electrochemiluminescence in DNA-chip compatible assembly
Li et al. Electrochemical immunosensor based on hairpin DNA probe for specific detection of N6-methyladenosine RNA
Choi et al. Hybridization by an electrical force and electrochemical genome detection using an indicator-free DNA on a microelectrode-array DNA chip

Legal Events

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

Effective date: 20130524