RU2538138C2 - Method of studying fluorescent properties and spectral characteristics of nucleotide successions of dna by quantum-bound spectrum of irradiation of dyes with free fluorophoric groups - Google Patents

Method of studying fluorescent properties and spectral characteristics of nucleotide successions of dna by quantum-bound spectrum of irradiation of dyes with free fluorophoric groups Download PDF

Info

Publication number
RU2538138C2
RU2538138C2 RU2012147691/10A RU2012147691A RU2538138C2 RU 2538138 C2 RU2538138 C2 RU 2538138C2 RU 2012147691/10 A RU2012147691/10 A RU 2012147691/10A RU 2012147691 A RU2012147691 A RU 2012147691A RU 2538138 C2 RU2538138 C2 RU 2538138C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluorescence
dna
spectral
telomeric
spectrum
Prior art date
Application number
RU2012147691/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012147691A (en
Inventor
Елена Андреевна Чирясова
Original Assignee
Елена Андреевна Чирясова
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 Елена Андреевна Чирясова filed Critical Елена Андреевна Чирясова
Priority to RU2012147691/10A priority Critical patent/RU2538138C2/en
Publication of RU2012147691A publication Critical patent/RU2012147691A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2538138C2 publication Critical patent/RU2538138C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to biotechnology and represents method of spectral analysis of fluorescent properties of DNA nucleotide successions. Claimed invention can be applied for genetic diagnostics, research of mitogenetic irradiation of cells, study of coding hereditary and proliferative information. Method includes preparation of water solutions of dyes of basic fluorescence colours. Background fluorescence of dye is measured in respective detection channels by means of fluorescent detector FDG-001. DNA sample is added to dye solution in quantity 150-200 ng. Fluorescence of dye solutions is measured. Results of analysis are registered in form of presentation of values in conventional units of positive or negative increase of fluorescence of dyes relative to their initial background before addition of DNA sample in form of building columnar diagrams or curves of signal growth dynamics in time. Results of dye fluorescence growth are interpreted.
EFFECT: claimed invention makes it possible to determine nucleotide rebuildings of telomeric DNA ends, point mutations, polymorphisms of gens, chromosome rebuildings, and change of karyotype or cell genome.
15 cl, 16 dwg, 1 tbl, 6 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к сфере молекулярной генетики и квантовой биофизики клетки и предназначено для выявления флуоресцентных свойств последовательностей ДНК в широком диапазоне спектра света, включая ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области. Изобретение может найти применение в фундаментальных исследованиях спектральной природы митогенетического излучения и роли изменений нуклеотидных перестроек концевых областей теломерной ДНК в процессе активации деления клетки. В связи с этим заявленный способ позволяет изучать механизмы спектрального кодирования пролиферативной информации в клетке. Его применение для исследования генных последовательностей позволяет понять механизмы квантового насыщения геноструктур как способа лазерно-оптической записи и спектрального кодирования наследственной информации.The invention relates to the field of molecular genetics and quantum cell biophysics and is intended to detect the fluorescence properties of DNA sequences in a wide range of light spectra, including ultraviolet, visible and infrared. The invention can find application in basic research on the spectral nature of mitogenetic radiation and the role of changes in nucleotide rearrangements of the terminal regions of telomeric DNA in the process of activation of cell division. In this regard, the claimed method allows to study the mechanisms of spectral coding of proliferative information in the cell. Its application for the study of gene sequences allows us to understand the mechanisms of quantum saturation of gene structures as a way of laser-optical recording and spectral coding of hereditary information.

Заявленный способ лежит в основе ДНК-спектрального флуоресцентного анализа - нового направления исследований в биологии и медицине. Он может применяться в диагностике и лечебных целях для получения сведений о влиянии изменений длины и нуклеотидных окончаний теломерных оверхенгов на интенсивность и спектральные характеристики световой энергии, регулирующей деление клетки. Способ может применяться для составления спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции участков генов, их регуляторных элементов и целых генных последовательностей (генное картирование), участков хромосом, целых хромосом и всего генома в целом (хромосомное и геномное картирование). В указанном смысле изобретение позволяет проводить спектральную диагностику точечных мутаций генов, хромосомных перестроек и любых изменений кариотипа и генома клетки. При этом проникновение в механизмы спектрального кодирования генетической информации предоставляет уникальные возможности для воздействия на него с помощью физических источников света или флуоресцентных молекул.The claimed method is the basis of DNA spectral fluorescence analysis - a new area of research in biology and medicine. It can be used in diagnostics and therapeutic purposes to obtain information on the effect of changes in the length and nucleotide endings of telomeric overhangs on the intensity and spectral characteristics of the light energy that regulates cell division. The method can be used to compile spectral maps and color markers of the resulting fluorescence of gene regions, their regulatory elements and entire gene sequences (gene mapping), chromosome sections, entire chromosomes and the whole genome as a whole (chromosomal and genomic mapping). In this sense, the invention allows spectral diagnostics of point mutations of genes, chromosomal rearrangements and any changes in the karyotype and genome of the cell. At the same time, penetration into the mechanisms of spectral coding of genetic information provides unique opportunities for exposure to it using physical light sources or fluorescent molecules.

Уровень техникиState of the art

Общепринятые сведения о флуоресценции ДНК базируются на представлении о том, что она слабоинтенсивная и располагается в ультрафиолетовой области спектра. Поглощающие свойства ДНК в основном определяются максимумом поглощения азотистых оснований в ближнем ультрафиолете (260 нм). Излучательные свойства ДНК также определяются свойствами входящих в их состав оснований. Основной вклад во флуоресценцию ДНК вносят пурины. В водном растворе максимум флуоресценции ДНК приходится на пик эмиссии гуанина (358 нм). Флуоресценция аденина и тимина в водном растворе намного слабее и соответствует 380 нм. Таким образом, согласно основным представлениям в науке флуоресценция ДНК находится в ультрафиолетовой области спектра. Это так называемая общепринятая флуоресценция ДНК, легко доступная для регистрации прямыми спектрофотометрическими методами.The generally accepted information about the fluorescence of DNA is based on the idea that it is weakly intense and is located in the ultraviolet region of the spectrum. The absorbing properties of DNA are mainly determined by the maximum absorption of nitrogen bases in the near ultraviolet (260 nm). The radiative properties of DNA are also determined by the properties of their constituent bases. Purines make the main contribution to the fluorescence of DNA. In an aqueous solution, the maximum fluorescence of DNA falls at the peak of guanine emission (358 nm). The fluorescence of adenine and thymine in an aqueous solution is much weaker and corresponds to 380 nm. Thus, according to the basic concepts in science, DNA fluorescence is in the ultraviolet region of the spectrum. This is the so-called generally accepted fluorescence of DNA, which is readily available for registration by direct spectrophotometric methods.

Спорной до сегодняшнего дня является существование флуоресценции ДНК в видимом диапазоне спектра, изучение которой классическими спектрофотометрическими способами затруднено. Однако в работах исследовательской группы Ф.А. Поппа (Германия) приводятся сведения о регистрации с помощью фотоумножительной техники излучения ДНК и хромосом в широком диапазоне волн света от 300 до 800 нм в виде очень слабых полей (Рорр F.A. Electromagnetic Bioinformation. Munchen-Baltimore. Urban und Schwarzenberg, 1979; Popp F.A., Nagl W., Li K.H., Scholz W., Weingartner O., Wolf R. Biophoton emission. New evidence for coherence and DNA as source. Cell Biophys. 1984; 6(1): 33-52).Controversial to this day is the existence of DNA fluorescence in the visible range of the spectrum, the study of which is difficult by classical spectrophotometric methods. However, in the works of the research group F.A. Poppa (Germany) provides information on registering DNA and chromosome radiation using a photomultiplier technique in a wide range of light waves from 300 to 800 nm in the form of very weak fields (Porr FA Electromagnetic Bioinformation. Munchen-Baltimore. Urban und Schwarzenberg, 1979; Popp FA, Nagl W., Li KH, Scholz W., Weingartner O., Wolf R. Biophoton emission. New evidence for coherence and DNA as source. Cell Biophys. 1984; 6 (1): 33-52).

Регистрация такого сверхслабого излучения ДНК в диапазоне видимых волн очень трудна для прямого анализа и базируется на использовании высокочувствительных детекторов фотомультиплеров, усиливающих сигнал (Wijk Е.Р., Wijk R.V. Multi-site recording and spectral analysis of spontaneous photon emission from human body. Forsch Komplementarmed Klass Naturheilkd. 2005; 12(2): 96-106) или высокочувствительных счетчиков фотонов (Inaba Н. Super-high sensitivity systems for detection and spectral analysis of ultraweak photon emission from biological cells and tissues. Experientia. 1988; 44(7): 550-559).Registration of such ultra-weak DNA radiation in the visible wavelength range is very difficult for direct analysis and is based on the use of highly sensitive signal amplifying photomultiplier detectors (Wijk E.R., Wijk RV Multi-site recording and spectral analysis of spontaneous photon emission from human body. Forsch Komplementarmed Klass Naturheilkd. 2005; 12 (2): 96-106) or high-sensitivity photon counters (Inaba N. Super-high sensitivity systems for detection and spectral analysis of ultraweak photon emission from biological cells and tissues. Experientia. 1988; 44 (7) : 550-559).

На настоящий момент не существует распространенных методов, позволяющих регистрировать флуоресценцию ДНК в видимом спектре прямыми спектрофотометрическими способами с необходимой чувствительностью с целью бесспорного признания ее существования. При этом недостатки чувствительности прямых способов, даже с использованием фотоумножительной техники, не позволили до сегодняшнего дня установить связь между конкретной нуклеотидной последовательностью и излучением в различных областях видимого спектра. Не существует также методик, позволяющих связать основные виды азотистых оснований с излучением в конкретной области видимого спектра.At present, there are no widespread methods for detecting DNA fluorescence in the visible spectrum by direct spectrophotometric methods with the necessary sensitivity in order to undeniably recognize its existence. Moreover, the sensitivity deficiencies of direct methods, even using the photomultiplier technique, have not allowed to date to establish a relationship between a specific nucleotide sequence and radiation in various regions of the visible spectrum. There are also no methods to link the main types of nitrogenous bases with radiation in a specific region of the visible spectrum.

Трудность изучения флуоресцентных свойств ДНК привела к созданию способов непрямого анализа через исследование связанной с молекулами красителя флуоресценции. Однако следует отметить, что все известные непрямые способы касаются изучения флуоресценции ДНК только в ультрафиолетовой области без рассмотрения волн видимого спектра. Они основываются на том, что некоторые молекулы флуоресцентных красителей спонтанно связываются с ДНК, проявляя в связанном состоянии еще более интенсивную флуоресценцию. Это связано с тем, что спектр возбуждения этих красителей соответствует спектру флуоресценции ДНК в УФ-диапазоне. Таким образом, красители выполняют роль своеобразных молекул-свидетелей, которые за счет увеличения собственной флуоресценции видимого диапазона в структурно-связанном с ДНК состоянии свидетельствуют об изменении ее флуоресцентных свойств в УФ-диапазоне. При этом до текущего момента не раскрывается возможный вклад последовательностей ДНК в увеличение флуоресценции красителей в видимом диапазоне за счет собственной флуоресценции ДНК в видимом спектре той же длины волны.The difficulty in studying the fluorescence properties of DNA has led to the creation of methods for indirect analysis through the study of fluorescence associated with dye molecules. However, it should be noted that all known indirect methods relate to the study of DNA fluorescence only in the ultraviolet region without considering the waves of the visible spectrum. They are based on the fact that some molecules of fluorescent dyes spontaneously bind to DNA, exhibiting even more intense fluorescence in a bound state. This is due to the fact that the excitation spectrum of these dyes corresponds to the fluorescence spectrum of DNA in the UV range. Thus, dyes play the role of peculiar witness molecules, which, due to an increase in the intrinsic fluorescence of the visible range in a state structurally associated with DNA, indicate a change in its fluorescence properties in the UV range. In this case, until now, the possible contribution of DNA sequences to an increase in the fluorescence of dyes in the visible range due to intrinsic fluorescence of DNA in the visible spectrum of the same wavelength has not been revealed.

Наиболее широко используются для проявления УФ-флуоресцентных свойств ДНК следующие вещества: этидиум бромид (EtBr), акридиновый оранжевый и DAPI. Многие красители, в том числе и широко применяемые этидиум бромид и акридиновый оранжевый, связываются с ДНК посредством интеркаляции. При этом происходит вклинивание ароматического кольца молекулы флуорофора между основаниями двух спиралей, то есть происходит структурное взаимодействие. Существенным недостатком применения этих красителей является нарушение целостности ДНК. При этом локальное расплетение и удлинение двойной спирали изменяют ее структуру и свойства, в том числе и флуоресцентные характеристики (Neville D.M. and Davies D.R. The interaction of acridine dyes with DNA: AnX-ray diffraction and optical investigation. J. Mol. Biol. 1966; 17: 57-74).The following substances are most widely used for the manifestation of the UV-fluorescent properties of DNA: ethidium bromide (EtBr), acridine orange, and DAPI. Many dyes, including the widely used ethidium bromide and acridine orange, bind to DNA through intercalation. In this case, the aromatic ring of the fluorophore molecule wedges between the bases of the two helices, that is, a structural interaction occurs. A significant drawback of the use of these dyes is a violation of the integrity of DNA. Moreover, local extension and lengthening of the double helix change its structure and properties, including fluorescence characteristics (Neville DM and Davies DR The interaction of acridine dyes with DNA: AnX-ray diffraction and optical investigation. J. Mol. Biol. 1966; 17: 57-74).

Флуорофоры другого типа, например 4,6-диамидино-2-фенилиндол (DAPI), связываются с малой бороздкой ДНК и называются внешне связывающимися лигандами. Они имеют преимущества перед интеркалирующими соединениями, так как при взаимодействии не нарушают видимой целостности биополимера. Однако соединение подобных красителей с ДНК, не меняя видимую структуру двойной спирали, приводит к изменению веса и моментов инерции для оснований, что может способствовать распространению конформационных возбуждений нелинейной природы типа солитонов. Подобные возбуждения могут влиять на динамику рассеивания излучения основаниями ДНК и таким образом изменять ее нативную флуоресценцию (Fedyanin V.K. and Yakushevich L.V. Scattering of neutrons and light by DNA solitons. Stud. Biophys. 1984; 103: 171-178). Кроме того, флуорофоры типа DAPI обладают четкой избирательностью связывания в отношении нуклеотидного состава ДНК и подходят для изучения только АТ-богатых участков. Этот факт существенно ограничивает универсальность использования подобных красителей для анализа флуоресцентных свойств гетеронуклеотидных последовательностей.Another type of fluorophores, for example 4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI), binds to the minor groove of DNA and is called externally binding ligands. They have advantages over intercalating compounds, since during the interaction they do not violate the visible integrity of the biopolymer. However, the combination of such dyes with DNA, without changing the visible structure of the double helix, leads to a change in the weight and moments of inertia for the bases, which can facilitate the propagation of conformational excitations of a nonlinear nature such as solitons. Such excitations can affect the dynamics of the scattering of radiation by DNA bases and thus change its native fluorescence (Fedyanin V.K. and Yakushevich L.V. Scattering of neutrons and light by DNA solitons. Stud. Biophys. 1984; 103: 171-178). In addition, DAPI-type fluorophores have clear binding selectivity for the nucleotide composition of DNA and are suitable for studying only AT-rich regions. This fact significantly limits the universality of the use of such dyes for the analysis of the fluorescent properties of heteronucleotide sequences.

Таким образом, главным недостатком существующих непрямых способов изучения флуоресцентных свойств ДНК с помощью флуоресцентных красителей является изменение структуры и физических параметров ДНК. Последнее замечание не может не отразиться на ее флуоресцентных характеристиках. В связи с этим все существующие методы с использованием связывающихся лигандных, и особенно интеркалирующих красителей, обладают погрешностью результатов, связанной с изменением нативной флуоресценции ДНК. Поэтому бесспорно актуальным является разработка способа исследования флуоресценции ДНК с использованием флуоресцентных молекул со свободными флуорофорными группами, которые не входят в непосредственный физический контакт с ДНК и не изменяют ее структуру и параметры.Thus, the main drawback of existing indirect methods for studying the fluorescent properties of DNA using fluorescent dyes is a change in the structure and physical parameters of DNA. The last remark cannot but affect its fluorescent characteristics. In this regard, all existing methods using binding ligand, and especially intercalating dyes, have an error of results associated with a change in the native fluorescence of DNA. Therefore, the development of a method for studying DNA fluorescence using fluorescent molecules with free fluorophore groups, which do not enter into direct physical contact with DNA and do not change its structure and parameters, is undoubtedly relevant.

Основной методологической ошибкой исследователей до разработки заявленного способа являлось рассмотрение флуоресцентных свойств ДНК в видимом диапазоне света отдельно без их взаимосвязи с молекулами, флуоресцирующими в том же спектре видимого света. Результатом подобных исследований явилась спорная регистрация с помощью фотоумножительной техники сверхслабых полей в виде одиночных фотонов (работы исследовательской группы Ф.А. Поппа, Германия). Таким образом, в литературе не существует аналога непрямого способа изучения флуоресценции ДНК в видимом диапазоне света с помощью флуоресцентных красителей. Разработка такого способа на основе использования флуоресцентных красителей со свободными флуорофорными группами, не входящими в контакт с внутренней структурой ДНК, явилось целью данного изобретения. Следует отметить, что заявляемый способ впервые позволил установить образование квантово-связанного спектра ДНК и подобных флуоресцентных молекул в видимом диапазоне света. При этом квантовый выход спектра флуорофор-связанной флуоресценции ДНК значительно превосходит таковой для одиночного флуорофора, а тем более для одиночной ДНК. При этом регистрация результатов не требует использования фотоумножительной техники и ее трудно оспорить, как в случае регистрации одиночных фотонов. В указанных свойствах для заявляемого способа на текущий момент не существует ближайших аналогов и прототипов.The main methodological error of the researchers before the development of the claimed method was to consider the fluorescent properties of DNA in the visible range of light separately without their relationship with molecules fluorescing in the same spectrum of visible light. The result of such studies was the controversial registration with the help of the photomultiplier technique of superweak fields in the form of single photons (work of the research group F.A. Popp, Germany). Thus, in the literature there is no analogue of an indirect method for studying the fluorescence of DNA in the visible range of light using fluorescent dyes. The development of such a method based on the use of fluorescent dyes with free fluorophore groups that are not in contact with the internal structure of DNA was the aim of this invention. It should be noted that the inventive method for the first time allowed to establish the formation of a quantum-bound spectrum of DNA and similar fluorescent molecules in the visible range of light. In this case, the quantum yield of the spectrum of the fluorophore-bound fluorescence of DNA significantly exceeds that for a single fluorophore, and even more so for a single DNA. Moreover, recording the results does not require the use of photomultiplier technology and it is difficult to challenge it, as in the case of recording single photons. In these properties for the proposed method at the moment there are no closest analogues and prototypes.

Важным для исследования вопросом является зависимость флуоресцентных свойств ДНК от ее нуклеотидной последовательности. В литературе имеются сведения о том, что интенсивность люминесценции DAPI возрастает в наибольшей степени, когда молекула этого красителя связывается с двухцепочечными участками ДНК, имеющими много А-Т нуклеотидов (Tanious F.A., Veal J.M., Buczak Н., Ratmeyer L.S., Wilson W.D. DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) binds differently to DNA and RNA: minor-groove binding at AT sites and intercalation at AU sites. Biochemistry. 1992; 31(12): 3103-12). В связи с этим использование DAPI позволяет установить связь его флуоресценции только с АТ-составом ДНК, но не с конкретной нуклеотидной последовательностью. При этом речь идет о взаимосвязи флуоресценции красителя и ДНК в ультрафиолете, а не в видимом диапазоне света.An important question for the study is the dependence of the fluorescent properties of DNA on its nucleotide sequence. In the literature, there is evidence that the luminescence intensity of DAPI increases to the greatest extent when the molecule of this dye binds to double-stranded DNA regions that have many AT nucleotides (Tanious FA, Veal JM, Buczak N., Ratmeyer LS, Wilson WD DAPI ( 4 ', 6-diamidino-2-phenylindole) binds differently to DNA and RNA: minor-groove binding at AT sites and intercalation at AU sites. Biochemistry. 1992; 31 (12): 3103-12). In this regard, the use of DAPI allows us to establish the relationship of its fluorescence only with the AT composition of DNA, but not with a specific nucleotide sequence. In this case, we are talking about the relationship between the dye and DNA fluorescence in the ultraviolet, and not in the visible range of light.

Таким образом, на сегодняшний момент не существует известных способов, позволяющих проследить связь между конкретной нуклеотидной последовательностью и флуоресценцией ДНК в разных областях спектра, включая УФ, видимый и ИК диапазоны. До текущего момента, предшествующего заявленному изобретению, не найдено упоминаний о взаимосвязи основных видов азотистых оснований и поглощением или излучением в конкретном спектре видимого света.Thus, to date, there are no known methods to trace the relationship between a specific nucleotide sequence and DNA fluorescence in different regions of the spectrum, including the UV, visible and IR ranges. Until now, prior to the claimed invention, no mention was found of the relationship between the main types of nitrogenous bases and absorption or radiation in a specific spectrum of visible light.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Главной технической задачей заявленного изобретения является разработка принципиально нового непрямого способа исследования флуоресцентных свойств ДНК в широком диапазоне волн света, позволяющего исследовать интегративную характеристику ее спектра. Поставленная задача решается с помощью нового подхода к исследованию флуоресцентных свойств ДНК без использования флуоресцентных молекул, которые входят в непосредственный контакт с ДНК и изменяют ее структуру и физические параметры.The main technical task of the claimed invention is the development of a fundamentally new indirect method for studying the fluorescent properties of DNA in a wide range of light waves, which allows to study the integrative characteristic of its spectrum. The problem is solved using a new approach to the study of the fluorescent properties of DNA without the use of fluorescent molecules that come into direct contact with DNA and change its structure and physical parameters.

В первом варианте осуществления способа флуоресцентные красители являются свободными молекулами, находящимися совместно в одном растворе с исследуемой ДНК (вариант с использованием свободного красителя). Во втором варианте молекула красителя располагается на одном из концов ДНК-последовательности зонда (вариант с использованием меченных по концу зондов) или в виде модифицированных нуклеозидов внутри последовательности (зонды с внутренней меткой). При этом плоскости флуорофорных групп красителя располагаются свободно по отношению к молекуле ДНК без интеркаляции.In the first embodiment of the method, fluorescent dyes are free molecules that are together in the same solution with the test DNA (variant using a free dye). In the second embodiment, the dye molecule is located at one end of the DNA sequence of the probe (the variant using end-labeled probes) or in the form of modified nucleosides within the sequence (probes with an internal label). In this case, the planes of the fluorophore groups of the dye are located freely with respect to the DNA molecule without intercalation.

В дистанционном бесконтактном варианте осуществления способа краситель в виде свободных молекул или в составе ДНК-зондов находится в отдельной пробирке по отношению к изучаемой последовательности ДНК. Использование флуоресцентных красителей, соответствующих определенным спектрам излучения, позволяет установить соотношение основных цветовых каналов флуоресценции изучаемых последовательностей ДНК.In a remote non-contact embodiment of the method, the dye in the form of free molecules or as part of DNA probes is in a separate tube relative to the DNA sequence being studied. The use of fluorescent dyes corresponding to certain emission spectra allows us to establish the ratio of the main color channels of fluorescence of the studied DNA sequences.

Основным техническим результатом изобретения является повышение специфичности и чувствительности спектрального анализа флуоресцентных свойств последовательностей ДНК по сравнению с существующими способами. Повышение специфичности анализа заключается в возможности одновременного исследования различных диапазонов волн света, соответствующих спектральным характеристикам флуоресцентных красителей, используемых для анализа. Существующие ранее способы с использованием интеркалирующих флуоресцентных красителей позволяли исследовать только ультрафиолетовую область спектра флуоресценции ДНК.The main technical result of the invention is to increase the specificity and sensitivity of the spectral analysis of the fluorescent properties of DNA sequences in comparison with existing methods. An increase in the specificity of the analysis lies in the possibility of simultaneously studying different ranges of light waves corresponding to the spectral characteristics of the fluorescent dyes used for analysis. Previous methods using intercalating fluorescent dyes made it possible to study only the ultraviolet region of the DNA fluorescence spectrum.

Особое значение для оценки специфичности заявленного способа анализа спектральных свойств ДНК имеет возможность установления соотношения интенсивности основных цветов флуоресценции ДНК в видимом спектре света применительно к специфике ее нуклеотидной последовательности. Существующие ранее методики с применением интеркалирующих красителей типа DAPI позволяли улавливать связь флуоресценции ДНК в УФ-спектре лишь с ее нуклеотидным составом, а именно с расположением АТ-пар. При этом последовательности, обладающие одинаковым нуклеотидным составом, но различающиеся последовательностью нуклеотидов, не выявляли различий во флуоресценции. В связи с этим главной отличительной особенностью заявляемого изобретения является возможность исследования спектрально-специфичных свойств гетеронуклеотидных последовательностей ДНК, не обусловленных наличием АТ-богатых сайтов. Повышение чувствительности заявляемого способа выражается в возможности регистрации его результатов без использования фотоумножительной техники с применением стандартного флуориметрического оборудования. Это значительно упрощает технику проведения анализа и уменьшает его стоимость.Of particular importance for assessing the specificity of the claimed method for analyzing the spectral properties of DNA is the ability to establish the ratio of the intensity of the primary colors of DNA fluorescence in the visible light spectrum in relation to the specificity of its nucleotide sequence. Previous methods using intercalating dyes of the DAPI type made it possible to detect the association of DNA fluorescence in the UV spectrum only with its nucleotide composition, namely, with the location of AT pairs. In this case, sequences having the same nucleotide composition, but differing in the nucleotide sequence, did not reveal differences in fluorescence. In this regard, the main distinguishing feature of the claimed invention is the possibility of studying the spectrally-specific properties of heteronucleotide DNA sequences that are not caused by the presence of AT-rich sites. The increased sensitivity of the proposed method is expressed in the possibility of recording its results without the use of photomultiplier techniques using standard fluorimetric equipment. This greatly simplifies the analysis technique and reduces its cost.

Повышение специфичности и чувствительности спектрального анализа с помощью заявленного способа позволило установить взаимосвязанную флуоресценцию нуклеотидных последовательностей ДНК и флуоресцентных молекул в определенных областях видимого спектра, выявляющих зоны излучения и поглощения. Этот вид флуоресценции связан с установлением общего квантово-связанного спектра флуоресценции ДНК и флуоресцентных молекул. В связи с этим она была названа флуорофор-связанной флуоресценцией ДНК. Согласно полученным представлениям спектр флуорофор-связанной флуоресценции ДНК функционирует как общепринятая RGB-система кодирования цветовой информации и представлен основными цветами (красным, зеленым и синим) и промежуточными цветами (желтым, оранжевым, голубым, пурпурным, фиолетовым), образующимися в результате их наложения. При этом все цвета спектра взаимосвязаны (интегрированы) и могут выполнять роль каналов излучения или поглощения в зависимости от настройки спектрального кода ДНК. Спектральный код флуорофор-связанной флуоресценции ДНК, как управляющий жизнедеятельностью клетки механизм, подвергается естественным незначительным колебаниям (флуктуациям). Существенная перестройка кода была зарегистрирована во второй половине 2012 года. В связи с этим изучение в примерах осуществления изобретения спектральных свойств ДНК в такой спектрально-нестабильный период является важным моментом для понимания механизмов квантово-оптического регулирования процессов жизнедеятельности клетки. Особую роль эти исследования приобретают в связи с исследованиями теломерной ДНК, а именно ее концевых областей, именуемых G-оверхенгами. Именно в них заложены механизмы существования в клетке последовательностей ДНК, различающихся по нуклеотидному составу и спектральным свойствам за счет изменения положения нуклеотидов в терминальном теломерном повторе. Последний факт имеет большую значимость в свете открытия процесса изменения терминальных нуклеотидов ДНК в ходе активации деления клетки. Заявленный способ впервые позволяет устанавливать соотношение основных каналов флуоресценции теломерных оверхенгов на любом этапе клеточного цикла.Increasing the specificity and sensitivity of spectral analysis using the claimed method made it possible to establish the interconnected fluorescence of nucleotide sequences of DNA and fluorescent molecules in certain areas of the visible spectrum, revealing the radiation and absorption zones. This type of fluorescence is associated with the establishment of a common quantum-bound fluorescence spectrum of DNA and fluorescence molecules. In this regard, it was called fluorophore-associated fluorescence of DNA. According to the obtained notions, the spectrum of fluorophore-bound fluorescence of DNA functions as a generally accepted RGB-system for coding color information and is represented by the primary colors (red, green and blue) and intermediate colors (yellow, orange, blue, purple, violet) formed as a result of their superposition. In this case, all the colors of the spectrum are interconnected (integrated) and can serve as radiation or absorption channels, depending on the setting of the spectral code of DNA. The spectral code of the fluorophore-associated DNA fluorescence, as a mechanism controlling the vital activity of a cell, undergoes natural minor vibrations (fluctuations). A significant restructuring of the code was registered in the second half of 2012. In this regard, the study in the examples of the invention of the spectral properties of DNA in such a spectrally unstable period is an important point for understanding the mechanisms of quantum-optical regulation of the processes of cell activity. These studies acquire a special role in connection with studies of telomeric DNA, namely, its terminal regions, called G-overhangs. It is in them that the mechanisms of the existence of DNA sequences in a cell differing in nucleotide composition and spectral properties due to a change in the position of nucleotides in the terminal telomeric repeat are laid down. The latter fact is of great importance in light of the discovery of the process of changing terminal DNA nucleotides during activation of cell division. The claimed method for the first time allows you to set the ratio of the main fluorescence channels of telomeric overhangs at any stage of the cell cycle.

При этом существенным качественным отличием заявляемого способа является то, что он дает представление о соотношении процессов поглощения и излучения световой энергии для каждого цветового канала в рамках формировании результирующего потока флуоресценции изучаемых последовательностей. На основе этого впервые становится возможным изучение квантово-резонансных отношений между отдельными последовательностями ДНК в рамках изучаемых цветовых каналов. Особое значение это обретает в свете изучения взаимодействий теломерных оверхенгов, которые в клетке могут быть представлены разными вариантами основного теломерного повтора и оканчиваться на разные терминальные нуклеотиды. Таким образом, использование заявленного способа открывает новые возможности для изучения ранее неизвестных флуоресцентных свойств и спектральных характеристик ДНК, недоступных для существовавших ранее способов исследования.Moreover, a significant qualitative difference of the proposed method is that it gives an idea of the ratio of the processes of absorption and radiation of light energy for each color channel in the framework of the formation of the resulting fluorescence flux of the studied sequences. Based on this, for the first time, it becomes possible to study quantum resonance relations between individual DNA sequences within the studied color channels. This is of particular importance in light of the study of the interactions of telomeric overhangs, which in a cell can be represented by different variants of the main telomeric repeat and end in different terminal nucleotides. Thus, the use of the claimed method opens up new possibilities for studying previously unknown fluorescence properties and spectral characteristics of DNA, inaccessible to preexisting research methods.

Сущность изобретения заключается в новом подходе к исследованию флуоресценции последовательностей ДНК с использованием набора флуоресцентных красителей, соответствующих основным цветам спектра излучения ДНК. При этом красители не являются по отношению к ДНК связывающимися с бороздками лигандами или интеркаляторами между плоскостями оснований. Способ основан на уникальных свойствах последовательностей ДНК по-разному влиять на флуоресценцию красителей в зависимости от собственных излучательных и поглощающих свойств в соответствующем спектре света. При этом установление квантово-связанных отношений между нуклеотидной последовательностью ДНК и используемыми красителями позволяет охарактеризовать флуоресцентные свойства исследуемого образца в широком диапазоне волн видимого света от фиолетового до красного, включая УФ- и ИК-области. Подбирая красители с определенными спектральными характеристиками, исследователь получает возможность избирательно изучать интересующую его область спектра.The essence of the invention lies in a new approach to the study of fluorescence of DNA sequences using a set of fluorescent dyes corresponding to the primary colors of the radiation spectrum of DNA. Moreover, dyes are not ligands or intercalators between base planes that bind to grooves with respect to DNA. The method is based on the unique properties of DNA sequences to affect the fluorescence of dyes differently depending on the intrinsic emitting and absorbing properties in the corresponding light spectrum. In this case, the establishment of quantum-related relations between the nucleotide sequence of DNA and the dyes used allows us to characterize the fluorescence properties of the test sample in a wide range of visible light waves from violet to red, including the UV and IR regions. By selecting dyes with specific spectral characteristics, the researcher is able to selectively study the region of interest that he is interested in.

Главным существенным отличием заявляемого способа от известных ранее является возможность выявления флуоресцентных свойств ДНК в видимом диапазоне, в то время как общепринятые спектрофотометрические способы выявляют флуоресценцию только в УФ-диапазоне. При этом отличительным свойством данного способа является использование свободных флуоресцентных красителей, которые не вступают в непосредственный контакт с последовательностью ДНК и не влияют на ее свойства. Применение способа впервые позволяет изучать механизм ранее неизвестного способа резонансной миграции энергии на расстояния, превышающие радиус электронных облаков взаимодействующих веществ. Дистанционный характер подобных процессов можно исследовать с помощью бесконтактного варианта осуществления способа, при котором раствор флуоресцентного красителя находится в отдельной пробирке по отношению к исследуемой последовательности ДНК. При этом важным преимуществом заявленного способа является возможность изучения соотношения процессов поглощения и излучения световой энергии в определенном спектре.The main significant difference of the proposed method from previously known is the ability to detect fluorescence properties of DNA in the visible range, while conventional spectrophotometric methods detect fluorescence only in the UV range. Moreover, the distinctive property of this method is the use of free fluorescent dyes, which do not come into direct contact with the DNA sequence and do not affect its properties. The application of the method for the first time allows us to study the mechanism of a previously unknown method of resonant energy migration over distances exceeding the radius of the electron clouds of interacting substances. The remote nature of such processes can be investigated using a non-contact embodiment of the method, in which the fluorescent dye solution is in a separate tube with respect to the DNA sequence being studied. Moreover, an important advantage of the claimed method is the ability to study the ratio of the processes of absorption and radiation of light energy in a certain spectrum.

Обнаружению описываемых флуоресцентных свойств последовательностей ДНК в видимом спектре предшествовало наблюдение необычного распределения фоновой флуоресценции ДНК-зондов, в состав которых входили вариации теломерного повтора (пример 1). Эти флуоресцентно-меченные зонды содержали комбинацию красителя (FAM) и гасителя (RTQ1) на противоположных концах. Было замечено, что независимо от положения красителя на 5'-конце или на 3'-конце, зонд, содержащий вариант теломерного повтора, оканчивающийся на максимальное количество гуанина (TTAGGG), обладал максимальной фоновой флуоресценцией (фиг.2). Соответственно меньшей флуоресценцией обладали зонды с теломерными повторами GTTAGG, TAGGGT и GGTTAG. Было установлено, что такая градация снижения флуоресценции в зеленом спектре связана с расположением гуанина в нуклеотидной последовательности.The detection of the described fluorescence properties of DNA sequences in the visible spectrum was preceded by the observation of an unusual distribution of the background fluorescence of DNA probes, which included variations of the telomeric repeat (Example 1). These fluorescently-labeled probes contained a combination of dye (FAM) and quencher (RTQ1) at opposite ends. It was noted that regardless of the position of the dye at the 5'-end or at the 3'-end, the probe containing the telomeric repeat variant ending in the maximum amount of guanine (TTAGGG) had the maximum background fluorescence (Fig.2). Accordingly, telomere repeat probes GTTAGG, TAGGGT and GGTTAG possessed less fluorescence. It was found that such a gradation in the decrease in fluorescence in the green spectrum is associated with the location of guanine in the nucleotide sequence.

Было сделано предположение о том, что флуоресцентный краситель в составе ДНК-зондов на основе теломерных последовательностей приобретает новые свойства за счет квантово-связанного с ДНК состояния, подобно широко используемым интеркалирующим и лигандным флуорофорам. Однако механизм квантово-связанного состояния совершенно иной, так как флуорофорные группы карбоксифлуоресцеина не входят с ДНК в прямой контакт (не интеркалируют внутрь между основаниями и не связываются с ее бороздкой). В этих условиях предполагается установление особой квантовой связи, которая, как будет показано в примере 3, осуществляется дистанционно. Была установлена подобная связь между расположением нуклеотидов и флуоресценцией других красителей в других диапазонах видимого света. Было показано, что при установлении квантово-связанного спектра флуоресценции краситель может находиться в свободном состоянии в растворе, будучи не связанным с 5'- или 3'-концами ДНК-последовательности. При этом следует учитывать, что пространственное расположение молекулы флуорофора влияет на специфику образующегося спектра за счет установления направления миграции энергии в изучаемой нуклеотидной последовательности.An assumption was made that the fluorescent dye in the composition of DNA probes based on telomeric sequences acquires new properties due to the quantum-bound state of DNA, similar to the widely used intercalating and ligand fluorophores. However, the mechanism of the quantum-bound state is completely different, since the fluorophore groups of carboxyfluorescein do not come into direct contact with DNA (they do not intercalate inward between the bases and do not bind to its groove). Under these conditions, it is supposed to establish a special quantum coupling, which, as will be shown in Example 3, is carried out remotely. A similar relationship was established between the arrangement of nucleotides and the fluorescence of other dyes in other ranges of visible light. It was shown that, when a quantum-bound fluorescence spectrum is established, the dye can be in a free state in solution, being unbound from the 5'- or 3'-ends of the DNA sequence. It should be borne in mind that the spatial arrangement of the fluorophore molecule affects the specifics of the resulting spectrum by establishing the direction of energy migration in the studied nucleotide sequence.

Описанные наблюдения в общем виде можно сформулировать в виде явления специфического изменения флуоресценции раствора красителя со свободными флуорофорными группами при добавлении к нему последовательностей ДНК. При этом характер изменения флуоресценции красителя в соответствующем ему спектре излучения зависит от нуклеотидной последовательности фрагмента ДНК, а именно от расположения азотистых оснований. Указанное явление легло в основу заявленного способа спектрального анализа флуоресцентных свойств нуклеотидных последовательностей ДНК.The described observations in general terms can be formulated as the phenomenon of a specific change in the fluorescence of a dye solution with free fluorophore groups when DNA sequences are added to it. In this case, the nature of the change in the fluorescence of the dye in the corresponding emission spectrum depends on the nucleotide sequence of the DNA fragment, namely, the location of the nitrogenous bases. This phenomenon formed the basis of the claimed method of spectral analysis of the fluorescent properties of nucleotide DNA sequences.

Общая схема проведения спектрального анализа флуоресцентных свойств ДНК с помощью молекул красителей со свободными флуорофорными группамиGeneral scheme for the spectral analysis of the fluorescent properties of DNA using dye molecules with free fluorophore groups

Первым вариантом осуществления ДНК-спектрального флуоресцентного анализа является использование флуоресцентного красителя в составе нуклеотидных зондов в виде метки, свободно располагающейся на его 5' или 3' конце. При этом плоскость гетероциклов молекулы самого красителя и его флуорофорные группы располагаются свободно в пространстве и не вступают во взаимодействие с основаниями ДНК. Таким образом, сохраняется условие отсутствия интеркаляции и внутримолекулярного взаимодействия. Изготовление подобных зондов осуществляется по общепринятым методикам концевого модифицирования олигонуклеотидов в ходе стандартного фосфорамидитного синтеза. В качестве метки используются любые флуоресцентные красители в зависимости от спектральных характеристик изучаемого спектра ДНК. Использование подобных зондов, содержащих концевой карбоксифлуоресцеин для изучения флуоресцентных свойств теломерных последовательностей в зеленом спектре видимого света, приведено в примерах 1-3. Важным условием является качество включения в зонд флуоресцентной метки и ее гасителя, если он используется. Для адекватного сравнения флуоресцентных свойств последовательностей между собой качество включения метки в них должно быть одинаковым. В противном случае различия во флуоресценции зондов будут связаны с эффективностью включения метки или гасителя, а не определяться свойствами флуоресценции изучаемой последовательности ДНК. В связи с этим при использовании услуг коммерческих фирм, занимающихся синтезом модифицированных олигонуклеотидов, необходимо требовать проведения тщательного контроля на всех этапах их модификации.The first embodiment of DNA spectral fluorescence analysis is the use of a fluorescent dye as part of nucleotide probes in the form of a label freely located at its 5 'or 3' end. In this case, the plane of the heterocycles of the dye molecule itself and its fluorophore groups are located freely in space and do not interact with DNA bases. Thus, the condition of the absence of intercalation and intramolecular interaction remains. The manufacture of such probes is carried out according to generally accepted methods for terminal modification of oligonucleotides during standard phosphoramidite synthesis. As a label, any fluorescent dyes are used depending on the spectral characteristics of the studied DNA spectrum. The use of such probes containing terminal carboxyfluorescein for studying the fluorescent properties of telomeric sequences in the green spectrum of visible light is shown in examples 1-3. An important condition is the quality of inclusion in the probe of the fluorescent label and its quencher, if used. For an adequate comparison of the fluorescent properties of the sequences with each other, the quality of label inclusion in them should be the same. Otherwise, differences in the fluorescence of the probes will be associated with the efficiency of the inclusion of the label or quencher, and not be determined by the fluorescence properties of the studied DNA sequence. In this regard, when using the services of commercial firms involved in the synthesis of modified oligonucleotides, it is necessary to require careful monitoring at all stages of their modification.

Эксперименты показали, что олигонуклеотидные последовательности ДНК, меченные комбинацией флуорофор-гаситель на противоположных концах, могут применяться для спектрального анализа наряду с растворами свободных молекул красителя. Однако существуют некоторые отличия их использования, связанные с близостью расположения флуорофора к 5' или 3' концу, что определяет соответствующее направление миграции энергии и ее величину. В связи с этим результаты ДНК-спектрального анализа при использовании свободного красителя или его концевого расположения в составе зонда могут различаться.Experiments have shown that oligonucleotide DNA sequences labeled with a combination of a fluorophore quencher at opposite ends can be used for spectral analysis along with solutions of free dye molecules. However, there are some differences in their use associated with the proximity of the location of the fluorophore to the 5 'or 3' end, which determines the corresponding direction of energy migration and its magnitude. In this regard, the results of DNA spectral analysis using a free dye or its terminal arrangement in the probe may vary.

Особой разновидностью осуществления ДНК-спектрального флуоресцентного анализа является бесконтактный вариант, в котором взаимовлияние ДНК-последовательностей в составе зондов осуществляется дистанционно. При этом растворы квантово-взаимодействующих зондов влияют друг на друга на расстоянии нескольких сантиметров, располагаясь в разных пробирках (пример 3).A special variant of the implementation of DNA spectral fluorescence analysis is a non-contact option, in which the mutual influence of DNA sequences in the composition of the probes is carried out remotely. In this case, solutions of quantum interacting probes affect each other at a distance of several centimeters, located in different tubes (example 3).

Следующим вариантом осуществления способа является использование флуоресцентного красителя в качестве водного раствора молекул, полностью свободных по отношению к структуре ДНК. На первом этапе готовятся исходные растворы флуоресцентных красителей, соответствующих основным спектрам флуоресценции ДНК: зеленый канал (FITC, FAM, R110, ТЕТ и аналоги), желто-зеленый (R6G, JOE, HEX, VIC, YakimaYellow и аналоги), желтый (TAMRA, Cy3 и аналоги), оранжево-красный канал (ROX, SuperROX, Cy3.5 и аналоги), красный (Cy5, Cy5.5, TexasRed и аналоги), ближний ИК (Cy7, Cy7.5 и аналоги).A further embodiment of the method is the use of a fluorescent dye as an aqueous solution of molecules that are completely free with respect to the structure of DNA. At the first stage, initial solutions of fluorescent dyes corresponding to the main DNA fluorescence spectra are prepared: green channel (FITC, FAM, R110, TET and analogues), yellow-green (R6G, JOE, HEX, VIC, YakimaYellow and analogs), yellow (TAMRA, Cy3 and analogs), orange-red channel (ROX, SuperROX, Cy3.5 and analogs), red (Cy5, Cy5.5, TexasRed and analogs), near infrared (Cy7, Cy7.5 and analogs).

Исследование видимого фиолетового и синего каналов флуоресценции на настоящий момент затруднено из-за отсутствия подходящих красителей. К доступным в этом спектре красителям следует отнести пирен (Pyrene). Однако он не удовлетворяет требованиям свободного расположения флуорофорных групп, так как интеркалирует не только в дуплекс, но и активно связывается с одноцепочечной ДНК. Широко используемый краситель DAPI также не подходит для спектрального анализа, так как, во-первых, тоже взаимодействует со структурой ДНК, а во-вторых, обладает избирательностью в связывании с АТ-областями, что ограничивает его применение для анализа GC-содержащих последовательностей.The study of the visible violet and blue fluorescence channels is currently difficult due to the lack of suitable dyes. The dyes available in this spectrum include pyrene. However, it does not satisfy the requirements for the free arrangement of fluorophore groups, since it intercalates not only into duplex, but also actively binds to single-stranded DNA. The widely used DAPI dye is also not suitable for spectral analysis, since, firstly, it also interacts with the DNA structure, and secondly, it has selectivity in binding to AT regions, which limits its use for the analysis of GC-containing sequences.

Особенностью заявляемого способа является возможность исследования не только видимого спектра флуоресценции, но и полного спектра света, включая ультра-фиолетовую и инфракрасную области, что требует разработки подходящих красителей. Кроме того, изучение УФ- и ИК-диапазонов требует детальной дискретизации спектра по длинам волн возбуждения и излучения.A feature of the proposed method is the ability to study not only the visible fluorescence spectrum, but also the full spectrum of light, including the ultraviolet and infrared regions, which requires the development of suitable dyes. In addition, the study of UV and IR ranges requires a detailed discretization of the spectrum by the wavelengths of excitation and radiation.

Существенным преимуществом заявленного способа является возможность использования любого флуоресцентного красителя, который соответствует требованию отсутствия взаимодействия с внутренней структурой ДНК. В перспективе возможно использование любых подходящих по спектру флуорофоров, широко представленных на рынке, в том числе ранее не использовавшихся для молекулярных исследований нуклеиновых кислот и белков. При этом существенно облегчается поиск подходящих красителей для всех цветовых каналов и особенно для фиолетового и синего. Сегодня существует широкий ассортимент флуорофоров, флуоресцирующих различными длинами волн видимого спектра при УФ-облучении. Это может значительно облегчить и удешевить создание детекторов-флуориметров, которые работают лишь на одной длине возбуждения в УФ-области.A significant advantage of the claimed method is the ability to use any fluorescent dye that meets the requirement of the absence of interaction with the internal structure of DNA. In the future, it is possible to use any fluorophores suitable for the spectrum that are widely available on the market, including previously not used for molecular studies of nucleic acids and proteins. This greatly facilitates the search for suitable dyes for all color channels, and especially for violet and blue. Today there is a wide range of fluorophores that fluoresce with different wavelengths of the visible spectrum under UV irradiation. This can greatly facilitate and cheapen the creation of fluorimeter detectors that operate on only one excitation length in the UV region.

Для всех вариантов проведения спектрального анализа необходимо условие определенной степени разведения красителя, что обеспечивает его фоновую флуоресценцию, удобную для регистрации приборным обеспечением. Она подбирается эмпирически так, чтобы на ее фоне легко детектировалось воздействие последовательностей ДНК. При этом следует учитывать доступные верхние и нижние пределы разведения, использование которых определяется прямой зависимостью прироста флуоресценции красителя под воздействием ДНК от его первоначальной концентрации. При добавлении одного и того же количества ДНК к растворам красителя с разной концентрацией прирост флуоресценции красителя изменяется пропорционально изменению его исходного фона. В связи с этим на фоне слишком разбавленной флуоресценции красителя можно не заметить влияние флуоресцентных свойств ДНК. С другой стороны, очень высокая концентрация красителя затруднит детекцию результатов.For all variants of the spectral analysis, a condition of a certain degree of dilution of the dye is necessary, which ensures its background fluorescence, convenient for registration with instrumentation. It is selected empirically so that the effect of DNA sequences is easily detected against its background. In this case, the upper and lower limits of dilution should be taken into account, the use of which is determined by the direct dependence of the increase in dye fluorescence under the influence of DNA on its initial concentration. When the same amount of DNA is added to dye solutions with different concentrations, the increase in dye fluorescence changes in proportion to the change in its initial background. In this regard, against the background of too diluted dye fluorescence, one can not notice the influence of the fluorescent properties of DNA. On the other hand, a very high dye concentration will make it difficult to detect results.

Использование гасителя флуоресценции при конструировании зондов обеспечивает необходимое снижение уровня собственной флуоресценции красителя, которое имитирует разбавленные растворы свободного красителя. Диапазон разведения каждого красителя или концентрация меченых зондов подбирается эмпирически так, чтобы обеспечить приблизительно одинаковый квантовый выход флуоресценции за единицу времени для всех используемых красителей для адекватного сравнения интенсивности цветовых каналов. При этом важным условием является соблюдение одинаковой интенсивности (яркости) возбуждающего излучения для всех цветов спектра, соответствующих пику флуоресценции красителей, так как было установлено, что влияние последовательностей ДНК на их флуоресценцию пропорционально зависит от этого фактора. Использование волн возбуждения, не соответствующих пику возбуждения красителя, приводит к снижению прироста флуоресценции раствора под воздействием ДНК пропорционально падению общей интенсивности флуоресценции красителя при этой длине волны.The use of a fluorescence quencher in the construction of probes provides the necessary reduction in the level of intrinsic fluorescence of the dye, which simulates diluted solutions of the free dye. The dilution range of each dye or the concentration of labeled probes is selected empirically so as to provide approximately the same quantum fluorescence yield per unit time for all the dyes used to adequately compare the color channel intensities. An important condition is the observance of the same intensity (brightness) of the exciting radiation for all colors of the spectrum corresponding to the peak of fluorescence of the dyes, since it was found that the effect of DNA sequences on their fluorescence is proportionally dependent on this factor. The use of excitation waves that do not correspond to the peak of excitation of the dye leads to a decrease in the increase in fluorescence of the solution under the influence of DNA in proportion to the decrease in the total fluorescence intensity of the dye at this wavelength.

Описанные закономерности свидетельствует о том, что на фоне установления общего квантово-связанного спектра ДНК обладает зависимыми флуоресцентными свойствами по отношению к количеству красителя и интенсивности возбуждающего излучения. ДНК добавляет или забирает флуоресценцию в исследуемом спектре соответственно своему количеству и пропорционально интенсивности возбуждения и исходному уровню флуоресценции раствора красителя.The described regularities indicate that, against the background of the establishment of a common quantum-bound spectrum, DNA has dependent fluorescence properties with respect to the amount of dye and the intensity of the exciting radiation. DNA adds or absorbs fluorescence in the spectrum under investigation according to its quantity and in proportion to the excitation intensity and the initial level of fluorescence of the dye solution.

Таким образом, на первом этапе ДНК-спектрального флуоресцентного анализа с использованием свободных молекул красителя проводится измерение фоновой флуоресценции его раствора. Измерение осуществляют с помощью общепринятых методов флуоресцентного анализа при помощи специально предназначенных для этих целей приборов (флуориметров, фотометров-флуориметров, флуоресцентных детекторов и подобных им). Действие этих приборов основано на возбуждении флуоресценции с помощью источника света, соответствующего максимуму поглощения используемого красителя и регистрации эмиссии с помощью фильтров, соответствующих максимуму его флуоресценции.Thus, at the first stage of DNA spectral fluorescence analysis using free dye molecules, the background fluorescence of its solution is measured. Measurement is carried out using conventional fluorescence analysis methods using instruments specially designed for this purpose (fluorimeters, fluorimetric photometers, fluorescence detectors and the like). The action of these devices is based on the excitation of fluorescence using a light source corresponding to the maximum absorption of the dye used and registration of emission using filters corresponding to the maximum of its fluorescence.

На втором этапе анализа после получения значения фоновой флуоресценции раствора красителя к нему добавляют образец исследуемой ДНК и тщательно перемешивают. Если речь идет о синтетических последовательностях олигонуклеотидной природы, то удобно добавлять непосредственно раствор в очень небольших объемах (не более 1/10), например, 1-2 мкл на 20 мкл исходного раствора красителя. При этом увеличение объема раствора не сказывается на изменении исходной фоновой флуоресценции.At the second stage of the analysis, after obtaining the background fluorescence value of the dye solution, a sample of the studied DNA is added to it and thoroughly mixed. If we are talking about synthetic sequences of an oligonucleotide nature, it is convenient to add the solution directly in very small volumes (not more than 1/10), for example, 1-2 μl per 20 μl of the initial dye solution. In this case, an increase in the volume of the solution does not affect the change in the initial background fluorescence.

Если исследованию подвергается раствор нативной ДНК, например образец теломерных оверхенгов, то его концентрируют до необходимого объема. В другом варианте осуществления способа заранее определяется фоновая флуоресценция раствора заданной концентрации красителя в исследуемом объеме раствора оверхенгов. При этом предполагается, что все растворы в указанном объеме обладают приблизительно одинаковой флуоресценцией, что требует использования красителей со стабильным квантовым выходом.If a solution of native DNA is exposed to the study, for example, a sample of telomeric overhangs, then it is concentrated to the required volume. In another embodiment of the method, the background fluorescence of a solution of a given dye concentration in a test volume of an overhang solution is predetermined. It is assumed that all solutions in the indicated volume have approximately the same fluorescence, which requires the use of dyes with a stable quantum yield.

Изменение флуоресценции раствора красителя регистрируют сразу после добавления образца ДНК и фиксируют значения в течение первых десяти минут для получения усредненного значения. Следует отметить, что ДНК является квантово-динамической системой в отличие от молекул флуоресцентного красителя, квантовый выход которого во времени изменяется незначительно. Поэтому в течение первых минут после добавления образца ДНК к раствору красителя значения флуоресценции могут меняться. Это связано с установлением сложных квантово-резонансных отношений миграции энергии во времени, возникающих как между азотистыми основаниями внутри самой последовательности ДНК, так и между ними и молекулой красителя.The change in the fluorescence of the dye solution is recorded immediately after the addition of the DNA sample and the values are fixed for the first ten minutes to obtain an average value. It should be noted that DNA is a quantum-dynamic system, in contrast to fluorescent dye molecules, whose quantum yield changes insignificantly over time. Therefore, during the first minutes after adding a DNA sample to the dye solution, the fluorescence values may change. This is due to the establishment of complex quantum resonance relations of energy migration over time, arising both between nitrogenous bases inside the DNA sequence itself, and between them and the dye molecule.

В связи с этим рекомендуется брать усредненное значение за промежутки времени, соответствующие первым трем, пяти и десяти минутам, так как в большинстве случаев этого времени достаточно для установления стабильного квантового выхода связанного спектра ДНК-краситель. Однако в ряде случаев исследование динамики флуоресценции раствора в течение более длительного времени может дать более подробное представление о динамической составляющей спектра ДНК. В связи с этим рекомендуется использовать более длительные промежутки измерения по желанию исследователя. Стабильность результатов в этом случае свидетельствует об установлении энергетического баланса между сопряженными процессами поглощения и испускания квантов света в изучаемом спектре. Если таковой не наступает и изменение флуоресценции продолжается, то это свидетельствует об особом режиме насыщения последовательностей ДНК световой энергией. Такой особый режим насыщения наблюдался во второй половине 2012 года для мононуклеотидных и теломерных последовательностей ДНК (фиг.7 и 10).In this regard, it is recommended to take the averaged value for the time intervals corresponding to the first three, five, and ten minutes, since in most cases this time is sufficient to establish a stable quantum yield of the bound DNA dye spectrum. However, in some cases, a study of the dynamics of the fluorescence of a solution for a longer time may give a more detailed idea of the dynamic component of the DNA spectrum. In this regard, it is recommended to use longer measurement intervals at the request of the researcher. The stability of the results in this case indicates the establishment of an energy balance between the coupled processes of absorption and emission of light quanta in the spectrum under study. If this does not occur and the change in fluorescence continues, then this indicates a special mode of saturation of DNA sequences with light energy. Such a special saturation mode was observed in the second half of 2012 for mononucleotide and telomeric DNA sequences (Figs. 7 and 10).

Следует отметить, что существенным преимуществом заявляемого способа является использование стандартных флуориметрических приборов, без использования фотоумножительной техники. При этом регистрируемый прирост флуоресценции легко детектируется и может достигать 100% и более от исходного уровня фоновой флуоресценции раствора. При наблюдении эффекта суперфлуоресценции теломерного повтора TTAGGG, происходившей 21 сентября 2012 года, прирост флуоресценции составил 260% в течение 48 часов (фиг.7). При наблюдении подобного эффекта для содержащей цитозин последовательности 19 июня 2012 г. прирост флуоресценции составил 124% за первый час (фиг.10). При этом прирост флуоресценции чистого красителя в контрольном образце был на несколько порядков меньше по сравнению с образцами, содержащими ДНК. Это однозначно свидетельствует об уникальных свойствах ДНК-последовательностей увеличивать квантово-связанную с ней флуоресценцию красителя.It should be noted that a significant advantage of the proposed method is the use of standard fluorimetric devices, without the use of photomultiplier technology. Moreover, the recorded increase in fluorescence is easily detected and can reach 100% or more of the initial level of background fluorescence of the solution. When observing the effect of superfluorescence of telomeric repeat TTAGGG, which occurred on September 21, 2012, the increase in fluorescence was 260% for 48 hours (Fig.7). When observing a similar effect for the cytosine-containing sequence on June 19, 2012, the increase in fluorescence was 124% for the first hour (Fig. 10). In this case, the increase in the fluorescence of pure dye in the control sample was several orders of magnitude lower than in samples containing DNA. This clearly indicates the unique properties of DNA sequences to increase the quantum-associated fluorescence of the dye.

Регистрация такого значительного прироста флуоресценции, в отличие от фиксации единичных фотонов с помощью фотомультиплера, бесспорна и является достоверным результатом. Регистрируемый прирост флуоресценции красителя свидетельствует о большом квантовом вкладе ДНК в общую флуоресценцию их связанного спектра, который легко регистрируется и виден невооруженным глазом (фиг.1). Таким образом, квантовый выход флуоресценции ДНК в общем квантово-связанном спектре, сопоставим с таковым для самого флуоресцентного красителя. Это свидетельствует о выдающихся потенциальных возможностях самой ДНК как источника фотонов видимого спектра.The registration of such a significant increase in fluorescence, in contrast to the fixation of single photons using a photomultiplier, is undeniable and is a reliable result. The recorded increase in dye fluorescence indicates a large quantum contribution of DNA to the total fluorescence of their associated spectrum, which is easily detected and visible to the naked eye (Fig. 1). Thus, the quantum yield of DNA fluorescence in the total quantum-bound spectrum is comparable to that for the fluorescent dye itself. This indicates the outstanding potential of DNA itself as a source of photons in the visible spectrum.

В качестве прибора, регистрирующего флуоресценцию в примерах использования изобретения, использовался флуоресцентный детектор FDG-001 (совместная разработка автора и института теоретической и экспериментальной биофизики, г. Пущино). Детектор построен по общепринятым принципам флуориметрии с использованием мультицветовой светодиодной подсветки и набора светофильтров, позволяющих детектировать следующие красители (FAM, FITC, R6G, JOE, HEX, TAMRA, ROX) с чувствительностью, не уступающей коммерческим приборам. Интенсивность флуоресценции детектировалась с помощью соответствующего светофильтра на матрице монохромной высокочувствительной камеры и сохранялась в виде графического файла. Графические файлы обрабатывались с помощью специализированной программы обработки изображений LabWorks 4.6. (UVP, England), которая позволяла преобразовать полученные результаты в числовой формат и получать значение значимой флуоресценции в условных единицах. Результаты представлялись в виде столбчатых диаграмм или кривых, отображающих изменение флуоресценции раствора красителя после добавления образца ДНК в условных единицах. Одной из форм представления результатов ДНК-спектрального флуоресцентного анализа являлось составление спектральных карт в исследуемом диапазоне длин волн, а также цветовых маркеров результирующей флуоресценции изучаемых нуклеотидных последовательностей.The fluorescence detector FDG-001 (a joint development of the author and the Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Pushchino) was used as a device that records fluorescence in examples of the use of the invention. The detector is built according to the generally accepted principles of fluorimetry using multicolor LED illumination and a set of optical filters that allow the detection of the following dyes (FAM, FITC, R6G, JOE, HEX, TAMRA, ROX) with a sensitivity not inferior to commercial devices. The fluorescence intensity was detected using an appropriate filter on the matrix of a monochrome highly sensitive camera and saved as a graphic file. Graphic files were processed using a specialized image processing program LabWorks 4.6. (UVP, England), which made it possible to convert the results to a numerical format and obtain the value of significant fluorescence in arbitrary units. The results were presented in the form of bar charts or curves showing the change in fluorescence of the dye solution after adding a DNA sample in arbitrary units. One of the forms of presenting the results of DNA spectral fluorescence analysis was the preparation of spectral maps in the studied wavelength range, as well as color markers of the resulting fluorescence of the studied nucleotide sequences.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фигура 1. Изображение флуоресценции красителей FAM и ROX до и после добавления к ним образца ДНК. Изображения получены с помощью высокочувствительной видеокамеры детектора FDG-001 с использованием зеленого (520 нм) и красного (605 нм) каналов детекции. Значения флуоресценции приведены по данным программы LabWorks 4.6. (UVP, England).Figure 1. Image of the fluorescence of FAM and ROX dyes before and after adding a DNA sample to them. Images were obtained using a highly sensitive FDG-001 detector video camera using green (520 nm) and red (605 nm) detection channels. Fluorescence values are based on LabWorks 4.6 software. (UVP, England).

А - краситель FAM, к которому добавлялась мононуклеотидная последовательность oligo d(C)12 в условиях спектрального кода флуоресценции ДНК по состоянию на 19 июня 2012 года; изображение демонстрирует явление пролонгированного гипернасыщения изучаемой последовательности зеленой флуоресценцией в течение 20 минут;A — FAM dye, to which the oligo d (C) 12 mononucleotide sequence was added under the conditions of the spectral code of DNA fluorescence as of June 19, 2012; the image shows the phenomenon of prolonged hyper-saturation of the studied sequence with green fluorescence for 20 minutes;

Б - краситель ROX, к которому добавлялась последовательность CAGATGGCTGCTCCCACACTTC гена циклина D2 человека в условиях спектрального кода флуоресценции ДНК по состоянию на конец июня 2012 года.B - ROX dye, to which was added the sequence CAGATGGCTGCTCCCACACTTC of the human cyclin D2 gene under the conditions of the spectral code of DNA fluorescence as of the end of June 2012.

Фигура 2. Флуоресценция ДНК-зондов на основе вариаций теломерного повтора ДНК человека, меченных комбинацией красителя FAM и гасителя RTQ1.Figure 2. Fluorescence of DNA probes based on variations of the telomeric repeat of human DNA, labeled with a combination of FAM dye and quencher RTQ1.

А - изображение флуоресценции зондов, полученное с помощью видеокамеры детектора FDG-001 с использованием зеленого (520 нм) светофильтра. Верхний ряд соответствует зондам FAM-RTQ1, нижний - RTQ1-FAM зондам. Значения флуоресценции для каждого зонда приведены по данным программы LabWorks 4.6. (UVP, England).A is an image of the fluorescence of the probes obtained using a FDG-001 detector video camera using a green (520 nm) light filter. The upper row corresponds to the FAM-RTQ1 probes, the lower one corresponds to the RTQ1-FAM probes. The fluorescence values for each probe are given according to the LabWorks 4.6 software. (UVP, England).

Б и В - значения флуоресценции для зондов, содержащих вариации теломерного повтора, представленные в виде столбчатых диаграмм.B and C are the fluorescence values for probes containing telomeric repeat variations presented in the form of bar charts.

Фигура 3. Динамика зеленого канала флуоресценции теломерных повторов ДНК человека на примере FAM-RTQ1 меченых зондов (характеристика соответствует спектральному коду флуоресценции ДНК на март 2012 года). Отображает флуктуационные изменения уровней насыщения теломерной ДНК зеленой флуоресцентной энергией во времени в рамках существовавшего на момент исследования спектрального кода ДНК.Figure 3. The dynamics of the green fluorescence channel of telomeric repeats of human DNA using FAM-RTQ1 labeled probes as an example (the characteristic corresponds to the spectral code of DNA fluorescence as of March 2012). It displays fluctuation changes in the levels of telomeric DNA saturation with green fluorescence energy over time within the framework of the spectral code of DNA that existed at the time of the study.

Фигура 4. График изменения FAM-связанной флуоресценции теломерного повтора TTAGGG под влиянием дистанционного воздействия последовательностей других вариантов теломерного повтора ДНК человека. Демонстрирует природу квантово-резонансных отношений миграции энергий, возникающих между различными вариантами последовательности теломерного повтора. Эксперимент проводился в период стабильного существования спектрального кода ДНК на момент исследования (первая половина апреля 2012 года).Figure 4. The graph of changes in the FAM-associated fluorescence of the telomeric repeat TTAGGG under the influence of remote exposure to sequences of other variants of the telomeric repeat of human DNA. Demonstrates the nature of the quantum resonance energy migration relationships arising between different variants of the telomeric repeat sequence. The experiment was conducted during the period of stable existence of the DNA spectral code at the time of the study (first half of April 2012).

Фигура 5. Диаграмма прироста флуоресценции красителей FAM, TAMRA и ROX в соответствующих цветах видимого спектра под влиянием возможных вариантов теломерного повтора ДНК человека. Демонстрирует спектральные характеристики окончаний теломерных оверхенгов, соответствующие спектральному коду ДНК на конец апреля 2012 года.Figure 5. Fluorescence growth diagram of FAM, TAMRA and ROX dyes in the corresponding colors of the visible spectrum under the influence of possible variants of telomeric repeat of human DNA. Demonstrates spectral characteristics of telomeric overhang endings corresponding to the spectral DNA code at the end of April 2012.

Фигура 6. График прироста флуоресценции красителя FAM под влиянием вариаций теломерного повтора. Отображает динамику медленного насыщения теломерных последовательностей зеленой флуоресценцией в условиях измененного спектрального кода ДНК на конец сентября 2012 года.Figure 6. Graph of the increase in fluorescence of the FAM dye under the influence of telomeric repeat variations. Displays the dynamics of the slow saturation of telomeric sequences with green fluorescence under the conditions of the modified spectral DNA code at the end of September 2012.

Фигура 7. График прироста флуоресценции красителя FAM во времени под влиянием вариаций теломерного повтора. Отображает динамику периодического гипернасыщения теломерных последовательностей на основе повтора TTAGGG зеленой флуоресценцией в условиях измененного спектрального кода ДНК (21 сентября 2012 г.).Figure 7. Graph of the increase in fluorescence of the FAM dye in time under the influence of telomeric repeat variations. Displays the dynamics of periodic hypersaturation of telomeric sequences based on TTAGGG repeat with green fluorescence under conditions of an altered spectral DNA code (September 21, 2012).

Фигура 8. Диаграмма прироста флуоресценции красителей TAMRA и ROX в соответствующих цветах видимого спектра под влиянием возможных вариантов теломерного повтора ДНК человека. Демонстрирует спектральные характеристики окончаний теломерных оверхенгов в желтом и красном спектрах флуоресценции в условиях измененного спектрального кода ДНК на конец июня 2012 года.Figure 8. Fluorescence growth diagram of TAMRA and ROX dyes in the corresponding colors of the visible spectrum under the influence of possible variants of telomeric repeat of human DNA. Demonstrates the spectral characteristics of telomeric overhang endings in the yellow and red fluorescence spectra under the conditions of the modified spectral DNA code at the end of June 2012.

Фигура 9. Диаграмма прироста флуоресценции красителей FAM, TAMRA и ROX в соответствующих цветах видимого спектра под влиянием различных вариантов мононуклеотидных последовательностей ДНК. Демонстрирует спектральные характеристики азотистых оснований, соответствующие спектральному коду ДНК на конец апреля 2012 года.Figure 9. Fluorescence growth diagram of FAM, TAMRA and ROX dyes in the corresponding colors of the visible spectrum under the influence of various variants of mononucleotide DNA sequences. Demonstrates the spectral characteristics of nitrogen bases corresponding to the spectral code of DNA at the end of April 2012.

Фигура 10. График прироста флуоресценции красителя FAM во времени под влиянием мононуклеотидных последовательностей. Отображает динамику периодического гипернасыщения зеленой флуоресценцией последовательности, содержащей цитозин, в условиях измененного спектрального кода ДНК (19 июня 2012 г.).Figure 10. The graph of the increase in fluorescence of the FAM dye over time under the influence of mononucleotide sequences. It displays the dynamics of periodic hypersaturation with green fluorescence of a sequence containing cytosine under the conditions of an altered spectral DNA code (June 19, 2012).

Фигура 11. Диаграмма прироста флуоресценции красителей TAMRA и ROX в соответствующих цветах видимого спектра под влиянием мононуклеотидных последовательностей. Демонстрирует спектральные характеристики азотистых оснований в желтом и красном спектрах флуоресценции в условиях измененного спектрального кода ДНК на конец июня 2012 года.Figure 11. Fluorescence growth chart of TAMRA and ROX dyes in the corresponding colors of the visible spectrum under the influence of mononucleotide sequences. Demonstrates the spectral characteristics of nitrogen bases in the yellow and red fluorescence spectra under the conditions of an altered spectral DNA code at the end of June 2012.

Фигура 12. График прироста флуоресценции красителя FAM во времени под влиянием мононуклеотидных последовательностей. Отображает динамику медленного насыщения зеленой флуоресценцией азотистых оснований в условиях измененного спектрального кода ДНК (конец октября 2012 г.).Figure 12. The graph of the increase in fluorescence of the FAM dye over time under the influence of mononucleotide sequences. It displays the dynamics of slow saturation of green bases with nitrogen fluorescence under conditions of an altered spectral code of DNA (end of October 2012).

Фигура 13. Диаграмма прироста флуоресценции красителей FAM, TAMRA и ROX в соответствующих цветах видимого спектра под влиянием фрагментов минусовой и плюсовой цепей ДНК генов циклина В1 и D2 человека. Демонстрирует спектральные характеристики флуоресценции указанных генных последовательностей в условиях спектрального кода флуоресценции ДНК на конец апреля 2012 года.Figure 13. Fluorescence growth diagram of FAM, TAMRA and ROX dyes in the corresponding colors of the visible spectrum under the influence of fragments of the minus and plus chains of the DNA of the human cyclin B1 and D2 genes. Demonstrates the spectral characteristics of fluorescence of the indicated gene sequences under the conditions of the spectral code of DNA fluorescence at the end of April 2012.

Фигура 14. График прироста флуоресценции красителя FAM во времени под влиянием последовательностей минусовых и плюсовых цепей циклинов В1 и D2 человека. Отображает динамику насыщения зеленой флуоресценцией последовательностей в условиях измененного спектрального кода ДНК (середина октября 2012 г.).Figure 14. The graph of the increase in fluorescence of the FAM dye over time under the influence of the sequences of negative and positive chains of human cyclins B1 and D2. Displays the dynamics of green fluorescence saturation of sequences in a modified spectral DNA code (mid-October 2012).

Фигура 15. Диаграмма прироста флуоресценции красителей TAMRA и ROX в соответствующих цветах видимого спектра под влиянием последовательностей минусовых и плюсовых цепей циклинов В1 и D2 человека. Демонстрирует спектральные характеристики генных последовательностей в желтом и красном спектрах флуоресценции в условиях измененного спектрального кода ДНК на конец июня 2012 года.Figure 15. Fluorescence growth diagram of TAMRA and ROX dyes in the corresponding colors of the visible spectrum under the influence of the sequences of negative and positive chains of human cyclins B1 and D2. Demonstrates the spectral characteristics of gene sequences in the yellow and red fluorescence spectra under conditions of an altered spectral DNA code at the end of June 2012.

Фигура 16. Пример составления спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции последовательностей теломерного повтора ДНК человека в диапазоне волн 520-605 нм. Составлены по данным флуоресценции красителей FAM, R6G, TAMRA и ROX по состоянию на апрель-май месяц 2012 года.Figure 16. An example of compiling spectral maps and color markers of the resulting fluorescence sequences of the telomeric repeat of human DNA in the wavelength range of 520-605 nm. Compiled according to the fluorescence data of the dyes FAM, R6G, TAMRA and ROX as of April-May of the month of 2012.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Заявленный способ иллюстрируется несколькими примерами, демонстрирующими его универсальные возможности как метода анализа спектральных свойств генома клетки (спектрального геномного анализа). Главной характеристикой спектральных свойств генома является соотношение уровней флуоресценции основных цветовых каналов нуклеотидных последовательностей, которые изменяются во времени. Исследование спектральных свойств мононуклеотидных последовательностей позволяет выявить собственный вклад каждого вида азотистого основания во флуоресценцию ДНК-последовательности без влияния других видов азотистых оснований, входящих в ее состав, как в случае гетеронуклеотидной последовательности (пример 5).The claimed method is illustrated by several examples demonstrating its universal capabilities as a method of analyzing the spectral properties of the cell genome (spectral genomic analysis). The main characteristic of the spectral properties of the genome is the ratio of the fluorescence levels of the main color channels of the nucleotide sequences, which vary in time. The study of the spectral properties of mononucleotide sequences makes it possible to reveal the intrinsic contribution of each type of nitrogenous base to the fluorescence of the DNA sequence without the influence of other types of nitrogenous bases included in its composition, as in the case of a heteronucleotide sequence (example 5).

Изучение гетеронуклеотидных последовательностей различной длины отображает общий спектр их флуоресценции, который возникает при взаимодействии входящих в их состав азотистых оснований. Он складывается из баланса процессов испускания и поглощения флуоресценции в разных цветах спектра.The study of heteronucleotide sequences of various lengths reflects the general spectrum of their fluorescence, which occurs during the interaction of the nitrogenous bases that make up them. It consists of the balance of the processes of emission and absorption of fluorescence in different colors of the spectrum.

Особое значение для регуляции деления клетки имеет изучение флуоресцентных свойств последовательностей теломерных оверхенгов, которые определяются нуклеотидным составом их окончаний, представленных вариантами терминального теломерного повтора (примеры 1-4).Of particular importance for the regulation of cell division is the study of the fluorescent properties of telomeric overhang sequences, which are determined by the nucleotide composition of their endings, represented by variants of the terminal telomeric repeat (examples 1-4).

Изучение различных генных последовательностей позволяет исследовать механизмы спектрального цветового кодирования генетической информации и квантового насыщения геноструктур с целью создания управляющей лазерно-активной среды генома (пример 6).The study of various gene sequences allows us to study the mechanisms of spectral color coding of genetic information and quantum saturation of genostructures in order to create a control laser-active medium of the genome (example 6).

Пример 1. ДНК-спектральный анализ флуоресценции теломерных повторов ДНК человека в зеленом диапазоне видимого света с использованием концевого мечения зондов комбинацией карбоксифлуоресцеина и гасителя RTQ1.Example 1. DNA spectral analysis of fluorescence of telomeric repeats of human DNA in the green range of visible light using terminal labeling of probes with a combination of carboxyfluorescein and an RTQ1 quencher.

В эксперименте использовались водные растворы следующих олигонуклеотидных зондов, содержащих возможные варианты теломерного повтора (подчеркнут):The experiment used aqueous solutions of the following oligonucleotide probes containing possible telomeric repeat variants (underlined):

Figure 00000001
Figure 00000001

Второй набор зондов, той же нуклеотидной последовательности, содержал комбинацию метки и гасителя на противоположных концах, а именно 5'-RTQ1 и 3'-FAM.A second set of probes, of the same nucleotide sequence, contained a combination of a label and a quencher at opposite ends, namely 5'-RTQ1 and 3'-FAM.

Каждый зонд содержал один из вариантов полноразмерного теломерного повтора и одинаковую для всех последовательность из 4-х остатков цитозина, которая позволила удлинить зонд до оптимальной длины. Нужно отметить, что для проведения аналогичных экспериментов можно использовать последовательности зондов, целиком состоящие из теломерной последовательности без влияния цитозина, не входящего в состав нативной теломерной ДНК человека. Использовавшаяся конструкция зондов, содержащая во всех своих вариантах одинаковую поли(dC)-последовательность, соответствует целям данного исследования, так как позволяет сохранить однозначную дискриминацию влияния последовательности теломерного повтора. При этом присутствие короткой поли(dC)-последовательности способствует установлению более выявленной градации флуоресцентного потенциала разновидностей теломерного повтора в зависимости от нуклеотидной последовательности. Это связано с влиянием флуоресцентных свойств цитозина, обладающего максимальным энергетическим потенциалом в зеленом спектре.Each probe contained one of the variants of the full-sized telomeric repeat and the same sequence of 4 cytosine residues for all, which allowed the probe to be extended to the optimal length. It should be noted that for similar experiments it is possible to use probe sequences entirely consisting of a telomeric sequence without the influence of cytosine, which is not part of the native human telomeric DNA. The used probe design, containing in all its variants the same poly (dC) sequence, is consistent with the objectives of this study, since it allows us to maintain unambiguous discrimination of the influence of the telomeric repeat sequence. Moreover, the presence of a short poly (dC) sequence helps to establish a more pronounced gradation of the fluorescence potential of telomeric repeat species depending on the nucleotide sequence. This is due to the influence of the fluorescent properties of cytosine, which has the maximum energy potential in the green spectrum.

Зонды были синтезированы в компании «Синтол» (Россия) в условиях неизмененного спектрального кода флуоресценции ДНК (FAM-RTQ1 - апрель 2009 года и RTQ1-FAM - январь 2012 года). Последовательности получены стандартным фосфорамидитным способом с высокой степенью включения красителя и гасителя, одинаковой для всех зондов. В связи с этим различия во флуоресценции зондов определялись особенностями флуорофорсвязанной флуоресценции ДНК-последовательностей зондов в зеленом спектре на момент синтеза, а не качеством включения меток.The probes were synthesized at Syntol (Russia) under the unchanged spectral code of DNA fluorescence (FAM-RTQ1 - April 2009 and RTQ1-FAM - January 2012). The sequences were obtained by the standard phosphoramidite method with a high degree of inclusion of dye and quencher, the same for all probes. In this regard, differences in the fluorescence of the probes were determined by the features of the fluorophore-linked fluorescence of the DNA sequences of the probes in the green spectrum at the time of synthesis, and not by the quality of the inclusion of labels.

Для измерения флуоресценции зондов готовились одинаковые 10 мкМ водные растворы в объеме 20 мкл. Для целей исключения влияния внутри- и межзондовых взаимодействий последовательностей с образованием дуплекса GGG/CCC растворы кратковременно нагревались до температуры 70°C с последующим градиентом снижения до 37°C. Измерение флуоресценции осуществляли с помощью флуоресцентного детектора FDG-001 при одинаковых условиях интенсивности возбуждающего излучения и выдержки сигнала детектирующей камеры.To measure the fluorescence of the probes, the same 10 μM aqueous solutions were prepared in a volume of 20 μl. In order to eliminate the influence of intra- and inter-probe interactions of the sequences with the formation of the GGG / CCC duplex, the solutions were briefly heated to a temperature of 70 ° C with a subsequent gradient of decrease to 37 ° C. The fluorescence was measured using a FDG-001 fluorescence detector under the same conditions of the intensity of the exciting radiation and the signal exposure of the detection chamber.

Результаты представлены на фигуре 2, где под графическим изображением каждого зонда (А) приводится величина значимой флуоресценции в условных единицах по данным программы анализа изображений LabWorks 4.6 (UVP, England). Соотношение уровней сигнала каждого зонда для удобства сравнения флуоресцентных потенциалов теломерных повторов проиллюстрировано в виде столбчатой диаграммы (фиг.2Б и В).The results are presented in figure 2, where under the graphic image of each probe (A) is the magnitude of the significant fluorescence in arbitrary units according to the image analysis program LabWorks 4.6 (UVP, England). The ratio of the signal levels of each probe for the convenience of comparing the fluorescence potentials of telomeric repeats is illustrated in the form of a bar graph (Fig.2B and C).

Из анализа полученных данных видно, что при обоих вариантах мечения сохранялась характерная градация величины флуоресценции зондов, зависящая от положения гуанина в теломерном повторе. Наибольшей флуоресценцией в обоих вариантах мечения обладает третий зонд, содержащий теломерный повтор TTAGGG, оканчивающийся на максимальное количество гуанина. Меньшую флуоресценцию имел зонд с теломерным повтором GTTAGG, оканчивающимся на два гуанина. Далее по убывающей энергетического потенциала располагались зонды с теломерными повторами TAGGGT и GGTTAG. Самыми наименьшими величинами флуоресценции обладали зонды с теломерными повторами GGGTTA и AGGGTT.From the analysis of the obtained data, it can be seen that, with both labeling variants, a characteristic gradation of the fluorescence value of the probes was preserved, depending on the position of guanine in the telomeric repeat. The highest fluorescence in both labeling variants is possessed by the third probe containing the telomeric repeat TTAGGG ending in the maximum amount of guanine. The fluorescence probe had a lower telomere repeat GTTAGG ending in two guanines. Further, with decreasing energy potential, the probes with telomeric repeats TAGGGT and GGTTAG were located. The smallest fluorescence values were possessed by telomeric repeats GGGTTA and AGGGTT.

Таким образом, использование концевого карбоксифлуоресцеинового мечения для изучения нуклеотидных последовательностей теломерного повтора человека выявило их специфические спектральные характеристики. Было установлено, что варианты теломерного повтора резко различаются своим флуоресцентным потенциалом в зеленом спектре видимого света. В указанном спектре флуоресценции наблюдается следующая градация энергетического потенциала вариантов теломерного повтора по направлению от максимального к минимальному: 1. TTAGGG; 2. GTTAGG; 3. TAGGGT; 4. GGTTAG; 5. AGGGTT и 6. GGGTTA.Thus, the use of terminal carboxyfluorescein labeling for studying the nucleotide sequences of a human telomeric repeat revealed their specific spectral characteristics. It was found that telomeric repeat variants differ sharply in their fluorescence potential in the green spectrum of visible light. In the indicated fluorescence spectrum, the following gradation of the energy potential of telomeric repeat variants is observed in the direction from maximum to minimum: 1. TTAGGG; 2. GTTAGG; 3. TAGGGT; 4. GGTTAG; 5. AGGGTT and 6. GGGTTA.

При этом величина энергетического потенциала повторов зависела от расположения молекулы флуорофора. Наибольшей величины различия между повторами наблюдались при 5'-концевом расположении карбоксифлуоресцеина (фиг.2Б). Таким образом, использование различного концевого положения метки в зонде при осуществлении заявляемого способа позволило выявить роль положения флуорофора в формировании квантово-связанного спектра.The magnitude of the energy potential of the repeats depended on the location of the fluorophore molecule. The greatest differences between the repeats were observed at the 5'-terminal arrangement of carboxyfluorescein (Fig.2B). Thus, the use of a different end position of the label in the probe during the implementation of the proposed method revealed the role of the position of the fluorophore in the formation of a quantum-coupled spectrum.

В клетке максимальными различиями во флуоресценции могут обладать теломерные оверхенги, оканчивающиеся различными теломерными повторами при расположении флуорофора ближе к 5'-концу. В качестве источников флуоресценции (флуорофоров) могут выступать аминокислоты белков, входящих в соединение с теломерной ДНК. Например, белок РОТ1, обладающий родством к теломерной последовательности оверхенгов, имеет ряд остатков аминокислот тирозина и фенилаланина, ароматические гетероциклы которых вступают в близкий контакт с плоскостями азотистых оснований. В связи с этим теломерные повторы, расположенные за сайтом связывания белка РОТ1 по направлению к 3'-концу ДНК обладают большей флуоресценцией, чем стоящие перед ним. При этом создаются уникальные условия для максимального различия во флуоресценции зеленого спектра для различных вариантов терминальных теломерных повторов. Этот механизм обеспечивает существование в клетке различных фоторежимов, характерных для неделящегося и активированного к делению состояний клетки. Их возникновение напрямую связано с изменениями нуклеотидных окончаний теломерных оверхенгов и существованием сбалансированного равновесного и неравновесного профилей их терминальных нуклеотидов.In a cell, telomeric overhangs ending in different telomeric repeats when the fluorophore is located closer to the 5'-end may have maximum differences in fluorescence. The sources of fluorescence (fluorophores) can be amino acids of the proteins that make up the compound with telomeric DNA. For example, the POT1 protein, which is related to the telomeric sequence of overhangs, has a number of amino acid residues of tyrosine and phenylalanine, the aromatic heterocycles of which come into close contact with the planes of nitrogen bases. In this regard, telomeric repeats located behind the POT1 protein binding site towards the 3'-end of DNA have greater fluorescence than those facing it. In this case, unique conditions are created for the maximum difference in the fluorescence of the green spectrum for various variants of terminal telomeric repeats. This mechanism ensures the existence in the cell of various photo modes characteristic of non-dividing and cell division states activated by division. Their occurrence is directly related to changes in the nucleotide endings of telomeric overhangs and the existence of balanced equilibrium and nonequilibrium profiles of their terminal nucleotides.

В связи с установленными выше особенностями флуоресценции зондов было показано, что зеленый канал флуоресценции является спектрально-специфичным для последовательностей теломерного повтора ДНК человека. Он обеспечивает главный триггерный механизм переключения интенсивности цветовых каналов при активации деления клетки, связанный с перестройками окончаний теломерных оверхенгов в цикле понуклеотидных смещений. Сбалансированный профиль терминальных нуклеотидов, характерный для неделящегося состояния клетки и фаз активированной к делению клетки после триггерного момента запуска деления в ранней G1 фазе, обладает высоким содержанием AGG и TAG терминальных триплетов. Именно эти триплеты в составе терминальных повторов теломерных оверхенгов определяют их высокий уровень флуоресценции в зеленом спектре. Триггерный переход в активированное к делению состояние сопровождается перестройками окончаний теломерных оверхенгов и развитием несбалансированного неравновесного профиля их терминальных нуклеотидов с преобладанием ТТА терминального триплета. Как видно из полученных данных, GGGTTA триплет в составе изученных зондов обладает наименьшей флуоресценцией в зеленом спектре, в несколько раз меньшей, чем таковая для повтора GTTAGG, характерного для равновесного состояния профиля. Таким образом, активация деления клетки сопровождается резким падением интенсивности зеленого канала флуоресценции терминальных теломерных повторов ДНК человека.In connection with the features of probe fluorescence established above, it was shown that the green fluorescence channel is spectrally specific for human DNA telomere repeat sequences. It provides the main trigger mechanism for switching the intensity of color channels during activation of cell division associated with rearrangements of the ends of telomeric overhangs in the cycle of ponucleotide displacements. The balanced profile of terminal nucleotides, characteristic of the non-fissile state of the cell and the phases of activated cell division after the trigger moment of the start of division in the early G1 phase, has a high content of AGG and TAG terminal triplets. It is these triplets in the composition of terminal repeats of telomeric overhangs that determine their high level of fluorescence in the green spectrum. The trigger transition to the fission-activated state is accompanied by rearrangements of the telomere overhang endings and the development of an unbalanced nonequilibrium profile of their terminal nucleotides with a predominance of TTA terminal triplets. As can be seen from the obtained data, the GGGTTA triplet in the composition of the studied probes has the lowest fluorescence in the green spectrum, several times lower than that for the GTTAGG repeat, which is characteristic of the equilibrium state of the profile. Thus, activation of cell division is accompanied by a sharp drop in the intensity of the green fluorescence channel of terminal telomeric repeats of human DNA.

В связи с этим исследование динамики изменения зеленого канала флуоресценции теломерных повторов ДНК как разновидности спектрального геномного мониторинга является примером исследования квантово-оптических процессов активации деления клетки.In this regard, the study of the dynamics of changes in the green fluorescence channel of telomeric DNA repeats as a form of spectral genomic monitoring is an example of the study of quantum-optical processes of activation of cell division.

Следующим аспектом применения концевого мечения ДНК-зондов в ДНК-спектральном анализе флуоресценции видимого диапазона является изучение динамики их фоновой флуоресценции во времени. Примером такого исследования может служить изучение динамики зеленого канала флуоресценции теломерных повторов ДНК в составе ДНК-зондов в период марта месяца 2012 года. Для исследования использовались описанные выше концентрации синтетических зондов, содержащих разновидности теломерного повтора и меченных комбинацией красителя FAM на 5'-конце и гасителя RTQ1 на 3'-конце. Результаты мониторинга представлены в виде графиков, отображающих уровни флуоресценции в зеленом спектре для различных вариантов теломерного повтора человека в указанные даты проведения анализа (фиг.3).The next aspect of the use of terminal labeling of DNA probes in DNA spectral analysis of visible fluorescence is the study of the dynamics of their background fluorescence over time. An example of such a study is the study of the dynamics of the green fluorescence channel of telomeric DNA repeats in DNA probes during the period of March 2012. For the study, we used the concentrations of synthetic probes described above containing varieties of telomeric repeat and labeled with a combination of FAM dye at the 5'-end and an RTQ1 quencher at the 3'-end. The monitoring results are presented in the form of graphs showing the fluorescence levels in the green spectrum for various variants of the telomeric repeat of a person on the indicated dates of the analysis (Fig. 3).

Проведенный с помощью заявленного способа мониторинг демонстрирует динамическую составляющую работы генома в рамках текущего спектрального кода, при которой сохраняется общий вид соотношения энергетического вклада каждого вида теломерного повтора в зеленом спектре, который растет по направлению: 6-й, 5-й, 1-й, 4-й, 2-й и 3-й варианты повтора. При этом сами энергетические уровни варьируют и выявляют периоды подъема (13.03.2012) и спада (5.03.2012 и 27.03.2012). График демонстрирует дальнейшую тенденцию возрастания флуоресценции после последней точки измерения (28.03.2012), что, видимо, свидетельствует о присутствии следующего периода подъема. За данный период мониторинга максимальный предел варьирования значений флуоресценции в зеленом спектре для некоторых вариантов теломерного повтора достигал более 50%. Это демонстрирует активную динамическую составляющую зеленого спектра флуорофорсвязанной флуоресценции теломерной ДНК.The monitoring performed using the inventive method demonstrates the dynamic component of the genome within the current spectral code, which preserves the general view of the ratio of the energy contribution of each type of telomeric repeat in the green spectrum, which grows in the direction: 6th, 5th, 1st, 4th, 2nd and 3rd options for repetition. Moreover, the energy levels themselves vary and reveal periods of rise (03/13/2012) and recession (03/05/2012 and 03/27/2012). The graph shows a further upward trend in fluorescence after the last measurement point (03/28/2012), which apparently indicates the presence of the next rise period. During this monitoring period, the maximum limit of variation of the fluorescence values in the green spectrum for some telomeric repeat variants reached more than 50%. This demonstrates the active dynamic component of the green spectrum of fluorophore-bound fluorescence of telomeric DNA.

Концепция триггерного механизма переключения цветовых каналов при активации деления клеток, сформулированная автором заявляемого способа, предполагает, что адекватность его функционирования напрямую зависит от баланса интенсивности цветов флуоресценции. Прежде всего, это касается энергетического уровня цветового канала, наиболее спектрально-дискриминирующего основные нуклеотидные переходы окончаний теломерных оверхенгов. Исходя из этого значительное изменение уровня флуоресценции зеленого канала является для генома клетки уязвимым моментом. Это связано с тем, что в этих условиях должна сохраняться адекватность триггерных механизмов переключения каналов и связанных с ними процессов модификации окончаний теломерной ДНК.The concept of the trigger mechanism for switching color channels during cell division activation, formulated by the author of the proposed method, suggests that the adequacy of its functioning directly depends on the balance of the intensity of fluorescence colors. First of all, this concerns the energy level of the color channel, the most spectrally discriminating basic nucleotide transitions of the ends of telomeric overhangs. Based on this, a significant change in the level of fluorescence of the green channel is a vulnerable moment for the cell genome. This is due to the fact that under these conditions, the adequacy of the trigger mechanisms of channel switching and related processes for modifying the ends of telomeric DNA should be maintained.

В связи с этим возможной причиной возникновения злокачественного перерождения клетки и различных геномных поломок могут являться различные нарушения, происходящие в такие спектрально-нестабильные моменты. Поэтому выявление времени критического изменения уровня основного спектрально-специфичного канала флуоресценции теломерных оверхенгов, а именно зеленого, является важной профилактической задачей спектрального геномного мониторинга, который можно осуществлять с помощью заявленного способа.In this regard, various violations occurring at such spectrally unstable moments may be a possible cause of malignant degeneration of the cell and various genomic breakdowns. Therefore, the identification of the time of a critical change in the level of the main spectrally-specific fluorescence channel of telomeric overhangs, namely green, is an important preventive task in spectral genomic monitoring, which can be carried out using the claimed method.

Пример 2. Описание процессов излучения и поглощения флуоресцентной энергии в зеленом спектре видимого света последовательностями теломерной ДНК на примере смесей вариантов теломерного повтора, меченных карбоксифлуоресцеином и гасителем RTQ1.Example 2. Description of the processes of emission and absorption of fluorescent energy in the green spectrum of visible light by telomeric DNA sequences on the example of mixtures of telomeric repeat variants labeled with carboxyfluorescein and RTQ1 quencher.

Эксперимент проводился в дни стабильного существования спектрального кода флуорофор-связанной флуоресценции ДНК (вторая половина марта 2012 года).The experiment was conducted on the days of the stable existence of the spectral code of the fluorophore-associated DNA fluorescence (second half of March 2012).

Полученные данные о том, что нуклеотидный состав зондов влияет на их флуоресцентные и спектральные характеристики позволили предположить, что зонды, несущие разные варианты теломерного повтора, будут влиять на флуоресценцию друг друга. Это утверждение имеет огромное значение для понимания роли совокупности теломерных G-оверхенгов, оканчивающихся на разные теломерные повторы, как системы, различные компоненты которой (отдельные G-оверхенги) влияют друг на друга и на конечный результат их общего взаимодействия. Роль критерия этого взаимодействия может выполнять результирующая флуоресценции оверхенгов в зеленом FAM-связанном спектре.The data obtained that the nucleotide composition of the probes affects their fluorescence and spectral characteristics suggested that probes carrying different telomeric repeat variants will affect each other's fluorescence. This statement is of great importance for understanding the role of a set of telomeric G-overhangs ending in different telomeric repeats, as systems whose various components (individual G-overhangs) affect each other and the final result of their general interaction. The role of the criterion for this interaction can be played by the resulting fluorescence of overhangs in the green FAM-bound spectrum.

В данном примере изобретения изучалось взаимное влияние FAM-RTQ1 зондов друг на друга как модели антагонистического взаимовлияния вариантов теломерного повтора в зеленом спектре флуоресценции. Эксперимент заключался в изучении влияния на фоновую флуоресценцию зонда FAM-TTAGGGCCCC-RTQ1 зондов с другими теломерными повторами. Исследования проводились в различные по спектральной стабильности дни марта месяца 2012 года. Для этих дней характерная зависимость уровня зеленой флуоресценции теломерных повторов от количества гуанина в терминальном триплете проявлялась в различной степени. В качестве тестируемого зонда был взят вариант с максимальной фоновой флуоресценцией, содержащий теломерный повтор, оканчивающийся на три остатка гуанина.In this example of the invention, the mutual influence of FAM-RTQ1 probes on each other was studied as a model of antagonistic interaction of telomeric repeat variants in the green fluorescence spectrum. The experiment was to study the effect on the background fluorescence of the FAM-TTAGGGCCCC-RTQ1 probe with other telomeric repeats. The studies were carried out on days of March 2012 with different spectral stability. For these days, the characteristic dependence of the level of green fluorescence of telomeric repeats on the amount of guanine in the terminal triplet was manifested to varying degrees. The variant with maximum background fluorescence containing a telomeric repeat ending in three guanine residues was taken as the test probe.

Период исследования соответствовал промежутку между первым максимумом флуоресценции (13.03.12) и следующим за ним минимумом (27.03.12), что соответствует динамике флуктуационного изменения флуоресценции в зеленом спектре для теломерных повторов за март 2012 года в предыдущем примере (фиг.3).The study period corresponded to the interval between the first maximum of fluorescence (03/13/12) and the next minimum (03/27/12), which corresponds to the dynamics of the fluctuation change in fluorescence in the green spectrum for telomeric repeats for March 2012 in the previous example (Fig. 3).

Для исследования брались одинаковые количества зондов (по 20 пикомоль) в конечном объеме смеси 20 мкл. Теоретически ожидаемая флуоресценция смеси рассчитывалась как сумма двух усредненных значений фоновой флуоресценции для каждого зонда в этой смеси: Fтеор=F1+F2. Усредненное значение фона для каждого зонда рассчитывалось отдельно по пяти независимым растворам. Как видно из таблицы 1, фактическая флуоресценция смеси зондов оказалась отличной от теоретически ожидаемой и определяла значение разницы ΔF (ΔF=Fфакт-Fтеор).For the study, the same number of probes (20 picomoles) were taken in a final volume of the mixture of 20 μl. The theoretically expected fluorescence of the mixture was calculated as the sum of two averaged values of the background fluorescence for each probe in this mixture: F theory = F1 + F2. The average background value for each probe was calculated separately for five independent solutions. As can be seen from table 1, the actual fluorescence of the probe mixture turned out to be different from the theoretically expected one and determined the difference ΔF (ΔF = F fact -F theory ).

Эксперимент позволил установить, что варианты теломерного повтора вступают друг с другом в квантово-резонансные отношения. В рамках зеленого канала флуоресценции было показано, что каждый из вариантов теломерного повтора, обладая определенным соотношением излучательных и поглощающих свойств, влияет на свойства других повторов, находящихся с ним вместе в смеси. Вариант теломерного повтора GGGTTA, обладающий максимальными поглощающими свойствами в зеленом спектре излучения в смеси с TTAGGG-повтором, показал самое большое занижение флуоресценции по сравнению с другими смесями. При этом зонды четко разделились на две группы. Первую группу составили зонды с повторами TTAGGG, GTTAGG и TAGGGT, для которых в период максимума характерно преобладание излучательных свойств над поглощающими (положительная ΔF). При падении общей интенсивности флуоресценции в зеленом спектре в промежуточный период и период минимума положительное значение ΔF сохранилось только для TTAGGG-повтора. Это говорит о его особых свойствах как главного донора зеленой флуоресцентной энергии в условиях основного спектрального кода ДНК. В период минимума интенсивности зеленой флуоресценции все остальные варианты зондов показали увеличенное отрицательное значение ΔF, что свидетельствует о его критической роли в насыщении генома зеленой флуоресценцией, см. таблицу.The experiment showed that telomeric repeat variants enter quantum resonance relations with each other. As part of the green fluorescence channel, it was shown that each of the telomeric repeat variants, having a certain ratio of emitting and absorbing properties, affects the properties of other repeats that are in mixture with it. The GGGTTA telomeric repeat variant, which has the maximum absorption properties in the green emission spectrum mixed with TTAGGG repeat, showed the largest underestimation of fluorescence in comparison with other mixtures. At the same time, the probes were clearly divided into two groups. The first group consisted of probes with repeats TTAGGG, GTTAGG, and TAGGGT, for which, during the period of maximum, emissive properties prevail over absorbing properties (positive ΔF). When the total fluorescence intensity in the green spectrum decreases in the intermediate period and the minimum period, a positive ΔF value was retained only for the TTAGGG repeat. This indicates its special properties as the main donor of green fluorescent energy under the conditions of the main spectral code of DNA. During the period of the minimum green fluorescence intensity, all other probe variants showed an increased negative ΔF value, which indicates its critical role in the saturation of the genome with green fluorescence, see table.

Флуоресценция теломерных FAM-RTQ1 зондов в двухкомпонентных смесях на примере TTAGGGCCCC-зонда в разные периоды интенсивностиFluorescence of telomeric FAM-RTQ1 probes in two-component mixtures using the example of a TTAGGGCCCC probe at different periods of intensity Комбинация номеров зондов в смесиThe combination of probe numbers in the mixture Варианты сочетаний теломерного повтора (терминальный триплет подчеркнут)Telomeric repeat combinations (terminal triplet underlined) ΔF 13.03.12 период максимумаΔF 03/13/12 maximum period ΔF
21.03.12 промежуточный
ΔF
03/21/12 intermediate
ΔF 27.03.12 период минимумаΔF 03/27/12 minimum period
3-13-1 TTAGGG+GGTTAGTTAGGG + GGTTAG -0,4-0.4 -1,83-1.83 -2,15-2.15 3-23-2 TTAGGG+GTTAGGTTAGGG + GTTAGG +1,62+1.62 -1,26-1.26 -1,58-1.58 3-33-3 TTAGGG+TTAGGGTTAGGG + TTAGGG +5,67+5.67 +3,75+3.75 +1,16+1.16 3-43-4 TTAGGG+TAGGGTTTAGGG + TAGGGT +0,46+0.46 -2,1-2.1 -2,37-2.37 3-53-5 TTAGGG+AGGGTTTTAGGG + AGGGTT -1,56-1.56 -2,34-2.34 -2,48-2.48 3-63-6 TTAGGG+GGGTTATTAGGG + GGGTTA -1,79-1.79 -2,98-2.98 -4,49-4.49

Для зондов второй группы (GGGTTA, AGGGTT, GGTTAG), особенно для теломерного повтора GGGTTA, поглощение зеленой световой энергии всегда преобладало над излучением (отрицательная AF). При этом наблюдалась характерная тенденция увеличения поглощения в периоды минимумов по сравнению с периодами максимумами, что отображает общую тенденцию падения интенсивности флуоресценции в зеленом спектре.For probes of the second group (GGGTTA, AGGGTT, GGTTAG), especially for the telomeric repeat GGGTTA, the absorption of green light energy always prevailed over radiation (negative AF). In this case, a characteristic tendency was observed for an increase in absorption during periods of minima compared with periods of maxima, which reflects the general tendency for a decrease in the fluorescence intensity in the green spectrum.

В заключении следует отметить, что независимо от динамической составляющей спектральных свойств теломерных повторов, заключающейся в чередовании периодов максимумов и минимумов флуоресценции, сохраняется следующая градация увеличения их энергетического потенциала в зеленом спектре, зависящая от взаимного положения нуклеотидов в их составе: 1. GGGTTA; 2. AGGGTT; 3. GGTTAG; 4. TAGGGT; 5. GTTAGG; 6. TTAGGG.In conclusion, it should be noted that regardless of the dynamic component of the spectral properties of telomeric repeats, consisting in alternating periods of fluorescence maxima and minima, the following gradation of the increase in their energy potential in the green spectrum is preserved, depending on the relative position of the nucleotides in their composition: 1. GGGTTA; 2. AGGGTT; 3. GGTTAG; 4. TAGGGT; 5. GTTAGG; 6. TTAGGG.

Для изучения соотношения свойств излучения и поглощения световой энергии последовательностями ДНК особую роль играет дистанционный бесконтактный вариант осуществления способа, который представлен следующим примером осуществления изобретения.To study the relationship between the properties of radiation and absorption of light energy by DNA sequences, a remote contactless embodiment of the method plays a special role, which is represented by the following embodiment of the invention.

Пример 3. Бесконтактный дистанционный способ изучения процессов излучения и поглощения флуоресцентной энергии в зеленом спектре видимого света последовательностями теломерной ДНК на примере вариантов теломерного повтора, меченных карбоксифлуоресцеином и гасителем RTQ1. Эксперимент проводился в дни стабильного существования спектрального кода флуорофорсвязанной флуоресценции ДНК (первая половина апреля 2012 года).Example 3. A non-contact remote method for studying the processes of emission and absorption of fluorescence energy in the green spectrum of visible light by telomeric DNA sequences using telomeric repeat variants labeled with carboxyfluorescein and an RTQ1 quencher as an example. The experiment was conducted on the days of the stable existence of the spectral code of fluorophore-bound DNA fluorescence (first half of April 2012).

В эксперименте использовались те же олигонуклеотидные зонды, что и в примерах 1 и 2. Исходно готовился контрольный 1 мкМ водный раствор зонда FAM-TTAGGGCCCC-RTQ1, относительно которого оценивалось воздействие теломерных повторов других зондов. После разведения из стока с высокой концентрацией раствор подвергался изоляции от дистанционного действия любых последовательностей в течение 2-х часов. В ходе этого времени первоначально высокая флуоресценция контрольного раствора, насыщенного квантами от исходного стока, естественно снижалась до определенного стартового уровня. Такое состояние контрольного раствора называется квантово-ненасыщенным и характеризует его собственный энергетический потенциал, в отличие от первоначально квантово-насыщенного раствора, полученного сразу после разведения из стока с высокой концентрацией.The experiment used the same oligonucleotide probes as in examples 1 and 2. Initially, a control 1 μM aqueous solution of the FAM-TTAGGGCCCC-RTQ1 probe was prepared, against which the effect of telomeric repeats of other probes was evaluated. After dilution from the effluent with a high concentration, the solution was isolated from the remote action of any sequences for 2 hours. During this time, the initially high fluorescence of a control solution saturated with quanta from the initial runoff naturally decreased to a certain starting level. This state of the control solution is called quantum-unsaturated and characterizes its own energy potential, in contrast to the initially quantum-saturated solution obtained immediately after dilution from the effluent with a high concentration.

Стартовое значение флуоресценции в эксперименте составило 28,79 ед. (точка 1 на графике фиг.4). Перед проведением эксперимента изучался разброс погрешности измерений путем пятикратного измерения стартового значения флуоресценции после встряхивания раствора на вортексе. Встряхивание на вортексе позволяло осуществить переориентирование диполей флуорофора и перераспределить квантовое насыщение общей системы. В связи с этим в ходе проведения эксперимента перед каждым измерением флуоресценции мы осуществляли встряхивание и кратковременное центрифугирование раствора.The starting value of fluorescence in the experiment was 28.79 units. (point 1 in the graph of figure 4). Before the experiment, the scatter of the measurement error was studied by five-fold measurement of the starting fluorescence value after shaking the solution on a vortex. Vortex shaking made it possible to reorient the fluorophore dipoles and redistribute the quantum saturation of the overall system. In this regard, during the course of the experiment, before each fluorescence measurement, we shook and briefly centrifuged the solution.

Разброс значений стартового уровня флуоресценции зонда составил не более 0,05 ед. Такое небольшое значение погрешности, связанное с переориентировкой диполей флуорофора в пространстве, оказалось на порядок меньше полученных нами величин изменения флуоресценции контрольного зонда под влиянием последовательностей других зондов. В связи с этим полученные результаты являются достоверными и адекватно демонстрируют взаимное влияние вариантов теломерного повтора друг на друга.The spread in the values of the starting fluorescence level of the probe was not more than 0.05 units. Such a small error value associated with the reorientation of the fluorophore dipoles in space turned out to be an order of magnitude smaller than the values of the change in fluorescence of the control probe that we obtained under the influence of sequences of other probes. In this regard, the results obtained are reliable and adequately demonstrate the mutual influence of telomeric repeat variants on each other.

Растворы зондов, влияние которых изучалось, готовились заранее. Они представляли собой 10 мкМ растворы объемом 20 мкл. Зонды хранились в замороженном виде в другой комнате. Раствор непосредственно перед исследованием доставали из морозильника, оттаивали, нагреванием до 37°C в течение 1 минуты. После встряхивания контрольный и тестируемый образцы помещались в штатив в непосредственной близости друг от друга на расстоянии 1,5 см в течение 5 минут. Затем контрольный образец опять встряхивался и подвергался замеру уровня флуоресценции, при этом пробирка с воздействующим зондом находилась на расстоянии не более 5 см, то есть сохранялось условие квантовой связи между растворами зондов. Значения флуоресценции зондов соответствуют точкам 2, 4, 6, 8, 10 и 12 на графике фиг.4. После замера флуоресценции контрольного раствора тестируемый зонд уносили в другую комнату и помещали в морозильную камеру. Далее контрольный образец подвергался встряхиванию, после чего он находился в течение 5 минут в изоляции без влияния каких-либо последовательностей. После изоляции контрольный раствор опять подвергался встряхиванию и измерению флуоресценции (белые точки на графике 3, 5, 7, 9, 11 и 13). Описанная последовательность действий повторялась для всех тестируемых зондов в указанной на графике последовательности справа налево (фиг.4).The probe solutions whose influence was studied were prepared in advance. They were 10 μm solutions with a volume of 20 μl. The probes were stored frozen in another room. The solution immediately before the study was taken out of the freezer, thawed by heating to 37 ° C for 1 minute. After shaking, the control and test samples were placed in a tripod in close proximity to each other at a distance of 1.5 cm for 5 minutes. Then, the control sample was again shaken and subjected to measurement of the fluorescence level, while the tube with the acting probe was at a distance of no more than 5 cm, i.e., the condition of quantum coupling between the probe solutions was maintained. The fluorescence values of the probes correspond to points 2, 4, 6, 8, 10 and 12 in the graph of figure 4. After measuring the fluorescence of the control solution, the test probe was taken to another room and placed in a freezer. Next, the control sample was shaken, after which it was isolated for 5 minutes without the influence of any sequences. After isolation, the control solution was again shaken and fluorescence measured (white dots on the graphs 3, 5, 7, 9, 11 and 13). The described sequence of actions was repeated for all tested probes in the sequence indicated on the graph from right to left (Fig. 4).

Бесконтактный дистанционный вариант заявляемого способа позволил установить, что последовательности теломерной ДНК, представленные различными вариантами теломерного повтора, обладают уникальным соотношением процессов излучения и поглощения. Было показано, что относительно зеленого канала флуоресценции в рамках шести возможных последовательностей теломерного повтора четко выделяются две группы.The non-contact remote variant of the proposed method allowed us to establish that the telomeric DNA sequences represented by various telomeric repeat variants have a unique ratio of radiation and absorption processes. It was shown that, relative to the green fluorescence channel, two groups are clearly distinguished within six possible telomeric repeat sequences.

Первую группу составляют повторы TTAGGG, GTTAGG и TAGGGT. Они обладают свойствами испускания зеленой флуоресценции, преимущественными над поглощением. Особую роль играет TTAGGG-вариант теломерного повтора, так как он обладает максимальными свойствами излучения флуоресценции в данном диапазоне, при этом у него отсутствует видимое поглощение. Он является максимальным донором зеленой световой энергии в теломерной ДНК клетки в условиях функционирования ее флуорофор-связанной флуоресценции. Другие варианты теломерного повтора из этой группы обладают этим свойством в меньшей степени в зависимости от нуклеотидной последовательности. Повторы GTTAGG и TAGGGT могут являться как донорами, так и поглотителями энергии, в зависимости от квантового насыщения системы. Дополнительные эксперименты, подобные примеру 6, позволили установить, что если повторы GTTAGG и TAGGGT предшествуют зонду TTAGGG, обладающему максимальной излучательной способностью, то они будут также являться излучателями. После воздействия повтора TTAGGG другие повторы этой группы становятся поглотителями и сдерживают квантовое насыщение системы, как это видно на примере TAGGGT-повтора (точка 8 графика фиг.4). Однако после удаления TAGGGT-повтора система вернулась к своему квантовому насыщению, наступившему благодаря действию TTAGGG-повтора, что явно демонстрирует подъем пунктирной линии, соединяющей точки 7 и 9 на графике.The first group consists of repeats TTAGGG, GTTAGG and TAGGGT. They have the properties of emitting green fluorescence, predominant over absorption. A special role is played by the TTAGGG variant of the telomeric repeat, since it has the maximum properties of fluorescence radiation in this range, while it does not have visible absorption. It is the maximum donor of green light energy in the telomeric DNA of a cell under the conditions of its fluorophore-associated fluorescence functioning. Other telomeric repeat variants from this group have this property to a lesser extent depending on the nucleotide sequence. The GTTAGG and TAGGGT repeats can be both donors and energy absorbers, depending on the quantum saturation of the system. Additional experiments, such as example 6, made it possible to establish that if the GTTAGG and TAGGGT repeats precede the TTAGGG probe with the maximum emissivity, then they will also be emitters. After exposure to the TTAGGG repeat, other repeats of this group become absorbers and restrain the quantum saturation of the system, as can be seen in the example of the TAGGGT repeat (point 8 of the graph in FIG. 4). However, after removing the TAGGGT repeat, the system returned to its quantum saturation due to the TTAGGG repeat, which clearly demonstrates the rise of the dashed line connecting points 7 and 9 on the graph.

Во вторую группу входят повторы GGGTTA, AGGGTT и GGTTAG, у которых свойство резонансного поглощения зеленой световой энергии преимущественно преобладает над излучением, что было продемонстрировано и в контактном варианте способа в примере 4. Особое место среди них занимает GGGTTA повтор, который является ярко выраженным антагонистом TTAGGG повтора в зеленом спектре флуоресценции, так как обладает напротив самыми ярко выраженными поглощающими свойствами пролонгированного действия. Падение флуоресценции продолжалось даже после того, как контрольный раствор побывал в уединении (точка 13 графика фиг.4). Выдающиеся свойства поглощения GGGTTA повтора демонстрирует движение вниз пунктирной линии, отображающей квантовое насыщение системы после воздействия зонда и соединяющей светлые точки 11 и 13 графика. Сходные результаты были получены и в контактных экспериментах, в которых также было показано максимальное преобладание поглощающих флуоресцентных свойств над излучательными для повтора GGGTTA. На втором месте по свойству поглощения зеленой флуоресценции находятся AGGGTT и GGTTAG повторы.The second group includes repetitions GGGTTA, AGGGTT and GGTTAG, in which the property of resonant absorption of green light energy predominates over radiation, which was demonstrated in the contact version of the method in example 4. A special place among them is occupied by GGGTTA repeat, which is a pronounced antagonist of TTAGGG repetition in the green fluorescence spectrum, since it has, on the contrary, the most pronounced absorbing properties of the prolonged action. The fall in fluorescence continued even after the control solution was in seclusion (point 13 of the graph of figure 4). The outstanding absorption properties of the GGGTTA repeat demonstrates a downward movement of the dashed line that represents the quantum saturation of the system after exposure to the probe and connecting the bright points 11 and 13 of the graph. Similar results were obtained in contact experiments, which also showed the maximum predominance of absorbing fluorescence properties over radiative ones for the GGGTTA repeat. In second place in the absorption property of green fluorescence are AGGGTT and GGTTAG repeats.

В случае использования первично квантово-насыщенных растворов контрольного образца с высокой степенью энергетического насыщения, полученного от исходного стока с высокой концентрацией, все теломерные повторы приводили к снижению флуоресценции в различной степени в зависимости от своего энергетического потенциала, определяемого последовательностью нуклеотидов.In the case of using primarily quantum-saturated solutions of a control sample with a high degree of energy saturation obtained from the initial sink with a high concentration, all telomeric repeats led to a decrease in fluorescence to different degrees depending on their energy potential determined by the nucleotide sequence.

Таким образом, соотношение поглощающих и излучательных свойств теломерных повторов как первой, так и второй группы, подчиняется общему правилу, а именно зависит от соотношения их энергетического потенциала и уровня насыщения общей квантовой системы раствора красителя. Если уровень насыщения общей квантовой системы больше, как, например, в случае первично квантово-насыщенного раствора или после воздействия предшествующего энергетически более богатого повтора, то наблюдается видимое поглощение энергии в виде падения флуоресценции раствора. И, наоборот, если уровень квантового насыщения системы меньше, чем энергетический потенциал повтора, например, после воздействия предшествующего повтора с более низким потенциалом, то наблюдается увеличение флуоресценции раствора и происходит рост общего квантового насыщения системы.Thus, the ratio of the absorbing and radiative properties of telomeric repeats of both the first and second groups obeys a general rule, namely, depends on the ratio of their energy potential and the saturation level of the general quantum system of the dye solution. If the saturation level of the overall quantum system is greater, as, for example, in the case of a initially quantum-saturated solution or after exposure to a preceding energetically richer repetition, then a visible absorption of energy is observed in the form of a decrease in the fluorescence of the solution. Conversely, if the level of quantum saturation of the system is less than the energy potential of the repetition, for example, after exposure to the previous repetition with a lower potential, then the fluorescence of the solution increases and the total quantum saturation of the system increases.

Важным преимуществом бесконтактного способа является то, что он позволяет оценить влияние нескольких теломерных последовательностей в виде непрерывной последовательности одного варианта за другим, что имитирует естественную смену окончаний теломерных оверхенгов в процессе активации деления клетки. При этом изучение процессов излучения и поглощения световой энергии возможно в любом из цветовых каналов благодаря использованию красителей соответствующего спектра флуоресценции.An important advantage of the non-contact method is that it allows you to evaluate the effect of several telomeric sequences in the form of a continuous sequence of one variant after another, which imitates the natural change of telomeric overhang endings in the process of cell division activation. In this case, the study of the processes of emission and absorption of light energy is possible in any of the color channels due to the use of dyes of the corresponding fluorescence spectrum.

Таким образом, использование различных вариантов осуществления способа (как контактного, так и бесконтактного) позволило установить, что теломерные оверхенги представляют собой элементы единой квантово-резонансной системы и влияют друг на друга не только будучи в одном растворе, но и находясь в разных пробирках (дистанционно). Проводя аналогию между замкнутыми объемами микропробирок и отдельными клетками, использование заявленного способа приобретает колоссальное значение для понимания механизма дистанционного взаимодействия клеток и существования единого светового поля клетки и организма в целом.Thus, the use of various embodiments of the method (both contact and non-contact) made it possible to establish that telomeric overhangs are elements of a single quantum resonance system and affect each other not only in the same solution, but also in different tubes (remotely ) Drawing an analogy between closed volumes of microtubes and individual cells, the use of the claimed method is of tremendous importance for understanding the mechanism of distance interaction of cells and the existence of a single light field of the cell and the organism as a whole.

Результатом квантово-резонансного взаимодействия теломерных оверхенгов, различающихся своей длиной и нуклеотидными окончаниями, является поддержание светового потока определенной интенсивности и спектральной характеристики, который является основой митогенетического излучения видимого диапазона, управляющего делением клетки. В связи с этим заявленный способ является уникальным, не имеющим аналога инструментом его исследования, который может найти широкое применение в медицине и фундаментальной биологии.The result of the quantum resonance interaction of telomeric overhangs, differing in their length and nucleotide endings, is to maintain a luminous flux of a certain intensity and spectral characteristic, which is the basis of mitogenetic radiation in the visible range that controls cell division. In this regard, the claimed method is a unique, unparalleled tool for its research, which can be widely used in medicine and fundamental biology.

Пример 4. ДНК-спектральный анализ флуоресценции видимого диапазона синтетических последовательностей G-цепи теломерной ДНК человека, представленных различными вариантами теломерного повтора (вариант осуществления способа с использованием флуоресцентного красителя в виде водного раствора свободных молекул).Example 4. DNA spectral analysis of fluorescence of the visible range of synthetic sequences of the G-chain of human telomeric DNA, represented by different variants of telomeric repeat (an embodiment of the method using a fluorescent dye in the form of an aqueous solution of free molecules).

В эксперименте использовалась группа последовательностей синтетических олигонуклеотидов длиной 12 н.о., которая состояла из возможных вариантов окончаний теломерных G-оверхенгов, представленных шестью вариантами терминального теломерного повтора. Каждый олигонуклеотид состоял из двух полноразмерных теломерных повторов, отличающихся от предыдущего варианта сдвигом на один нуклеотид.In the experiment, a group of sequences of synthetic oligonucleotides 12 n.o. long was used, which consisted of possible variants of telomeric G-overhang endings, represented by six variants of terminal telomeric repeat. Each oligonucleotide consisted of two full-length telomeric repeats that differ from the previous version by a shift of one nucleotide.

Все последовательности были синтезированы стандартным фосфорамидитным способом в компании «Евроген» (Россия):All sequences were synthesized by the standard phosphoramidite method in the Eurogen company (Russia):

1. GGTTAG GGTTAG;1. GGTTAG GGTTAG;

2. GTTAGG GTTAGG;2. GTTAGG GTTAGG;

3. TTAGGG TTAGGG;3. TTAGGG TTAGGG;

4. TAGGGT TAGGGT;4. TAGGGT TAGGGT;

5. AGGGTT AGGGTT;5. AGGGTT AGGGTT;

6. GGGTTA GGGTTA.6. GGGTTA GGGTTA.

В эксперименте готовились исходные водные растворы красителей (FAM, TAMRA, ROX) объемом 20 мкл в конечной концентрации 0,25-0,5 мкг/мл в зависимости от их квантового выхода так, чтобы полученные разведения обеспечивали приблизительно одинаковую фоновую флуоресценцию в каждом из цветовых каналов детекции с целью их адекватного сравнения.In the experiment, we prepared initial aqueous solutions of dyes (FAM, TAMRA, ROX) with a volume of 20 μl at a final concentration of 0.25-0.5 μg / ml depending on their quantum yield so that the resulting dilutions provided approximately the same background fluorescence in each color detection channels in order to adequately compare them.

В качестве красителей использовались коммерческие препараты N-гидроксисукцинимидных эфиров производства фирмы «Синтол» (Россия), которые в отсутствии аминогрупп в условиях экспериментов удовлетворяли требованиям химически свободного красителя и не входили во взаимодействие с исследуемыми последовательностями ДНК. Измерялась фоновая флуоресценция этих растворов в трехкратном повторении для вычисления среднего значения фона и установления максимального разброса естественной флуктуации флуоресценции раствора красителя. Затем к раствору добавлялось одинаковое количество исследуемого олигонуклеотида (40 пмоль в 1 мкл водного раствора), образец тщательно перемешивали и проводили измерение флуоресценции в трехкратном повторе для вычисления среднего значения в течение первых десяти минут после смешивания. Значения уровней флуоресценции, соответствующих трем, пяти и десяти минутам после смешивания усреднялись и являлись критерием достижения квантового равновесия раствора. При отсутствии достижения равновесия и продолжении роста флуоресценции замеры продолжались в установленные промежутки времени.As dyes, commercial preparations of N-hydroxysuccinimide esters manufactured by Syntol (Russia) were used, which, in the absence of amino groups under the experimental conditions, met the requirements of a chemically free dye and did not interact with the studied DNA sequences. The background fluorescence of these solutions was measured in triplicate to calculate the average background value and to establish the maximum variation in the natural fluctuation of the fluorescence of the dye solution. Then, the same amount of the studied oligonucleotide (40 pmol in 1 μl of an aqueous solution) was added to the solution, the sample was thoroughly mixed, and the fluorescence was measured in triplicate to calculate the average value for the first ten minutes after mixing. The values of fluorescence levels corresponding to three, five, and ten minutes after mixing were averaged and were a criterion for achieving the quantum equilibrium of the solution. In the absence of equilibrium and continued growth of fluorescence, measurements continued at set intervals.

Все измерения проводили с помощью флуоресцентного детектора FDG-001 с использованием соответствующих каналов детекции, а именно зеленого фильтра (520 нм) для детекции FAM, желто-зеленого фильтра (550 нм) для красителя R6G, желтого фильтра (580 нм) для TAMRA и оранжево-красного фильтра (605 нм) для красителя ROX. Все измерения проводились при одинаковой интенсивности возбуждающего излучения соответствующего спектра и равной длительности выдержки сигнала на матрице детектирующей камеры, что обеспечивало сопоставимые условия накопления светового сигнала и оценки изменения флуоресценции.All measurements were performed using a FDG-001 fluorescence detector using appropriate detection channels, namely a green filter (520 nm) for FAM detection, a yellow-green filter (550 nm) for R6G dye, a yellow filter (580 nm) for TAMRA and orange -red filter (605 nm) for dye ROX. All measurements were carried out at the same intensity of the exciting radiation of the corresponding spectrum and equal exposure times of the signal on the matrix of the detecting chamber, which provided comparable conditions for the accumulation of the light signal and the estimation of fluorescence changes.

По результатам измерений высчитывали, на сколько условных единиц увеличилась или уменьшилась флуоресценция исходного раствора красителя после добавления соответствующего образца олигонуклеотида. Результаты представляли в виде диаграмм и графиков, отображающих уровни флуоресценции красителей. Соотношение полученных значений прироста флуоресценции демонстрирует спектральные характеристики флуоресцентных свойств изучаемых последовательностей теломерного повтора в исследуемых спектрах видимого света.According to the measurement results, it was calculated by how many arbitrary units the fluorescence of the initial dye solution increased or decreased after the addition of the corresponding oligonucleotide sample. The results were presented in the form of charts and graphs showing the levels of fluorescence of the dyes. The ratio of the obtained values of the fluorescence gain demonstrates the spectral characteristics of the fluorescence properties of the studied telomeric repeat sequences in the studied spectra of visible light.

Исследования проводились с апреля по сентябрь 2012 года, результатом чего стало установление разных спектральных характеристик теломерной ДНК (фиг.5-8), демонстрирующих уникальный процесс изменения режима насыщения теломерной ДНК зеленой световой энергией, зафиксированный в указанный период.The studies were carried out from April to September 2012, the result of which was the establishment of different spectral characteristics of telomeric DNA (Figs. 5-8), demonstrating the unique process of changing the saturation mode of telomeric DNA with green light energy, recorded during this period.

Установление полиморфизма терминальных нуклеотидов теломерных оверхенгов и связанного с ним цикла понуклеотидных смещений их 3'-окончания, позволило выявить присутствие специфического баланса вариантов окончаний теломерных оверхенгов, характерного для основного неделящегося и активированного к делению состояния клетки. В связи с этим изучение спектральных свойств возможных вариантов терминальных повторов, которыми оканчиваются теломерные оверхенги, а именно баланса соотношения основных цветов спектра флуоресценции на разных этапах клеточного цикла, является актуальной задачей. Оно позволяет определить специфические спектральные маркеры активированной к делению клетки, возникающие при основных переходах нуклеотидных окончаний теломерных оверхенгов GTTAGG→GGTTAG→GGGTTA.Establishing the polymorphism of the terminal nucleotides of telomeric overhangs and the associated cycle of ponucleotide shifts of their 3'-terminus revealed the presence of a specific balance of variants of the endings of telomeric overhangs, which is characteristic of the basic non-fissile and cell division activated state. In this regard, the study of the spectral properties of possible variants of terminal repeats that terminate the telomeric overhangs, namely, the balance of the ratio of the primary colors of the fluorescence spectrum at different stages of the cell cycle, is an urgent task. It allows one to determine the specific spectral markers of activated cell division arising during the main transitions of the nucleotide endings of the telomeric overhangs GTTAGG → GGTTAG → GGGTTA.

При исследовании всех трех цветов видимого спектра флуоресценции в ходе непрерывной смены одного образца за другим был замечен эффект так называемого «остаточного поля ДНК». Он заключается в том, что место сканирования образца в детекторе продолжало нести информацию о его флуоресценции в виде слабого поля даже после его удаления. В связи с этим на флуоресцентные свойства образцов влияли предыдущие ДНК-последовательности. Поэтому особое значение имела последовательность сканирования образцов.When studying all three colors of the visible fluorescence spectrum during a continuous change of one sample after another, the effect of the so-called “residual DNA field” was noticed. It consists in the fact that the place of scanning the sample in the detector continued to carry information about its fluorescence in the form of a weak field even after its removal. In this regard, the previous DNA sequences influenced the fluorescent properties of the samples. Therefore, the sequence of scanning samples was of particular importance.

Учитывая обнаруженные эффекты влияния предыдущих образцов на последующие, мы придерживались одинаковой схемы чередования образцов при проведении анализа всех изучаемых последовательностей как теломерных, так и генных или мононуклеотидных. На фиг.5 отображены спектральные характеристики теломерных повторов в указанной последовательности слева направо, с первого по шестой варианты. Указанные значения флуоресценции соответствовали существовавшему на момент исследования состоянию спектрального кода ДНК (конец апреля 2012 г.).Taking into account the discovered effects of the influence of previous samples on subsequent ones, we adhered to the same pattern of alternating samples when analyzing all studied sequences, both telomeric, and gene or mononucleotide. Figure 5 shows the spectral characteristics of telomeric repeats in the indicated sequence from left to right, from the first to the sixth options. The indicated fluorescence values corresponded to the state of the DNA spectral code existing at the time of the study (end of April 2012).

Обнаружение эффекта «остаточного поля ДНК» применительно к последовательностям теломерных оверхенгов имеет большое значение в свете понимания скорости и последовательности изменений их терминальных нуклеотидов в процессе активации деления клетки. В связи с этим мы изучили последовательность образцов, соответствующую основным переходам терминальных триплетов в клетке, происходящих при активации деления клетки: 1.TAG→6.TTA→5.GTT→4.GGT→3.GGG→2.AGG.The detection of the “residual DNA field” effect in relation to telomere overhang sequences is of great importance in light of understanding the speed and sequence of changes in their terminal nucleotides during activation of cell division. In this regard, we studied the sequence of samples corresponding to the main transitions of terminal triplets in the cell that occur when cell division is activated: 1.TAG → 6.TTA → 5.GTT → 4.GGT → 3.GGG → 2.AGG.

Для красного спектра такое изменение последовательности образцов сказалось существенным образом только на флуоресценции теломерного повтора с терминальным триплетом GTT. Все остальные варианты теломерного повтора оверхенгов имели сходные с первой последовательностью образцов значения. Флуоресценция теломерного повтора AGGGTT при втором варианте последовательности образцов составила +43,12, что существенно выше по сравнению с исходной последовательностью образцов (+28,13 на диаграмме 5). Исходя из этого можно сделать вывод о том, что прирост флуоресценции в ближнем красном спектре для GTT-терминального триплета зависит от того, предшествует он по времени гуанин-богатым триплетам (AGG,GGG и GGT) или возникает после них, испытывая при этом их подавляющее влияние. Указанный факт раскрывает энергетическую целесообразность существующего цикла переходов терминальных триплетов теломерных оверхенгов в ходе активации деления клетки. Он заключается в поддержании высокого уровня красного канала флуоресценции на фоне падения зеленого при переходе большинства окончаний в терминальный триплет ТТА. Кроме того, уровень красной флуоресценции при активации деления клетки поддерживается переключением теломерного повтора с терминальным триплетом GTT в состояние повышенной флуоресценции в отсутствии подавляющего влияния повтора AGG (фиг.16Д, активированное состояние клетки*). Напротив, высокое содержание GTT терминального триплета (25-27%) в условиях неделящегося состояния клетки характеризуется его сниженным вариантом флуоресценции, так как он испытывает влияние одновременно присутствующего с ним гуанинсодержащего триплета AGG в равном количестве.For the red spectrum, such a change in the sequence of samples significantly affected only the fluorescence of the telomeric repeat with the GTT terminal triplet. All other variants of the overhang telomeric repeat had similar values to the first sequence of samples. The fluorescence of the telomeric repeat AGGGTT in the second variant of the sequence of samples was +43.12, which is significantly higher compared to the original sequence of samples (+28.13 in diagram 5). Based on this, it can be concluded that the increase in near-red fluorescence for the GTT-terminal triplet depends on whether it precedes the Guanine-rich triplets (AGG, GGG and GGT) in time, and then experiences their overwhelming influence. This fact reveals the energy feasibility of the existing cycle of transitions of terminal triplets of telomeric overhangs during activation of cell division. It consists in maintaining a high level of the red fluorescence channel against the background of a drop in green during the transition of most endings to the TTA terminal triplet. In addition, the level of red fluorescence upon activation of cell division is maintained by switching the telomere repeat with the GTT terminal triplet to a state of increased fluorescence in the absence of the inhibitory effect of AGG repeat (Fig.16D, activated state of the cell *). In contrast, the high GTT content of the terminal triplet (25-27%) under the non-dividing state of the cell is characterized by its reduced fluorescence variant, since it is influenced by the guanine-containing triplet AGG simultaneously present in equal amounts.

Таким образом, применение заявленного способа в данном исследовании показывает, что каждый вариант теломерного повтора, которым могут оканчиваться теломерные оверхенги, обладает специфическими спектральными свойствами и, прежде всего, уникальным соотношением красной и зеленой флуоресценции. Наиболее наглядно эти свойства демонстрирует спектральная карта, составленная для изученного диапазона волн 520-605 нм с использованием красителей FAM (520 нм), R6G (550 нм), TAMRA (580 нм) и ROX (605 нм) (фиг.16). Преобразование полученных спектральных данных в RGB-систему цветового кодирования информации представлено в виде маркера результирующей флуоресценции для каждого варианта теломерного повтора. Все исследуемые цвета спектра в исследуемом диапазоне длин волн представлены как результирующее соотношение красного и зеленого каналов цветности. В частности, желто-зеленый канал флуоресценции (550 нм) рассматривался как результат преобладания зеленого цвета над красным в отношении 2:1, оранжево-красный канал (605 нм) как результат преобладания красного над зеленым в отношении 1,8:1. Желтый канал флуоресценции (580 нм) представлялся как соотношение красного и зеленого цветов в отношении 1:0,9. Результат взаимодействия указанных цветов представлен в виде цветового маркера, как результирующее соотношение R/G красного и зеленого каналов цветности в исследуемом диапазоне спектра света.Thus, the application of the claimed method in this study shows that each version of the telomeric repeat, which can end telomeric overhangs, has specific spectral properties and, above all, a unique ratio of red and green fluorescence. The spectral map compiled for the studied wavelength range 520-605 nm using the dyes FAM (520 nm), R6G (550 nm), TAMRA (580 nm) and ROX (605 nm) (Fig. 16) most clearly demonstrates these properties. The conversion of the obtained spectral data into an RGB color coding system of information is presented as a marker of the resulting fluorescence for each telomeric repeat option. All the studied colors of the spectrum in the studied wavelength range are presented as the resulting ratio of the red and green color channels. In particular, the yellow-green fluorescence channel (550 nm) was considered as the result of the predominance of green over red in the ratio 2: 1, the orange-red channel (605 nm) as the result of the prevalence of red over green in the ratio of 1.8: 1. The yellow fluorescence channel (580 nm) was presented as the ratio of red and green in a ratio of 1: 0.9. The result of the interaction of these colors is presented in the form of a color marker, as the resulting R / G ratio of red and green color channels in the studied range of the light spectrum.

Как видно из рассмотрения фиг.16, маркеры результирующей флуоресценции различаются не только по тону цвета, но и по его интенсивности (яркости) по шкале HSL (HSB). Из этого следует, что различные варианты терминальных повторов теломерных оверхенгов складываются в общую картину результирующей флуоресценции определенной интенсивности, которая составляет цветовой маркер специфической яркости, характерный для клетки на определенном этапе ее клеточного цикла.As can be seen from the consideration of Fig.16, the markers of the resulting fluorescence differ not only in color tone, but also in its intensity (brightness) on the HSL (HSB) scale. It follows that the various variants of terminal repeats of telomeric overhangs add up to the overall picture of the resulting fluorescence of a certain intensity, which makes up a color marker of specific brightness characteristic of a cell at a certain stage of its cell cycle.

Следует отметить, что основные различия в спектральных свойствах теломерных повторов связаны с зеленым каналом флуоресценции, соответствующим красителю FAM с максимумом испускания 520 нм. Аналогичные данные, свидетельствующие о наибольшей спектральной специфичности зеленого спектра для последовательностей теломерного повтора, были получены также при использовании их концевого FAM-мечения (пример 1).It should be noted that the main differences in the spectral properties of telomeric repeats are associated with the green fluorescence channel corresponding to the FAM dye with an emission maximum of 520 nm. Similar data indicating the greatest spectral specificity of the green spectrum for telomeric repeat sequences were also obtained using their terminal FAM labeling (example 1).

Для ближнего красного спектра с максимумом испускания 605 нм, соответствующего красителю ROX, различия для вариантов теломерного повтора не такие выраженные по сравнению с зеленым спектром. Возможно, использование в рамках заявленного способа других красителей типа Cy5, Cy7 и их аналогов, спектр флуоресценции которых смещен в более дальнюю красную область, включая инфракрасную, позволит лучше выявить спектральные различия теломерных повторов.For the near red spectrum with an emission maximum of 605 nm, corresponding to the ROX dye, the differences for telomeric repeat variants are not so pronounced compared to the green spectrum. It is possible that the use of other dyes of the Cy5, Cy7 type and their analogues within the framework of the claimed method, the fluorescence spectrum of which is shifted to the farther red region, including the infrared, will allow better detection of spectral differences in telomeric repeats.

Изменения, затрагивающие уровни флуоресценции основных цветовых каналов, могут иметь более глобальные последствия, чем установленные флуктуации энергетического потенциала флуоресцентно-меченных ДНК-зондов в примере 1.Changes affecting the fluorescence levels of the main color channels can have more global consequences than the established fluctuations in the energy potential of fluorescently-labeled DNA probes in Example 1.

Использование для осуществления заявленного способа растворов красителей в виде свободных молекул позволило установить существенные изменения спектральных свойств ДНК, произошедшие в период между апрелем и сентябрем 2012 года. Характер этих изменений в основном связан с изменением насыщения теломерной ДНК зеленой флуоресценцией, которая играет роль главного триггерного переключателя при активации деления клетки.The use of solutions of dyes in the form of free molecules for the implementation of the claimed method made it possible to establish significant changes in the spectral properties of DNA that occurred between April and September 2012. The nature of these changes is mainly associated with a change in the saturation of telomeric DNA with green fluorescence, which plays the role of the main trigger switch during activation of cell division.

Результат изучения зеленого спектра флуоресценции последовательностей теломерного повтора в конце сентября 2012 года изображен на фиг.6. На графике представлена динамика накопления сигнала флуоресценции карбоксифлуоресцеина во времени, которая отображает их медленное пролонгированное насыщение зеленой световой энергией под воздействием различных вариантов теломерного повтора. Характерной особенностью проведения анализа на этом этапе являлось отсутствие наступления энергетического равновесия в квантово-связанной системе ДНК-краситель, то есть флуоресценция продолжала медленно расти на протяжении всего периода исследования.The result of studying the green fluorescence spectrum of telomeric repeat sequences at the end of September 2012 is shown in Fig.6. The graph shows the dynamics of the accumulation of the fluorescence signal of carboxyfluorescein in time, which displays their slow prolonged saturation with green light energy under the influence of various telomeric repeat variants. A characteristic feature of the analysis at this stage was the lack of energy balance in the quantum-coupled DNA-dye system, that is, fluorescence continued to grow slowly throughout the study period.

Из сравнения данных диаграммы фиг.5 и графика фиг.6 видно, что изменение спектрального кода теломерной ДНК связано с резким падением флуоресценции в зеленом спектре. Для апреля 2012 года результаты анализа зеленого спектра флуоресценции теломерных повторов с использованием растворов свободных молекул красителя были сходными с результатами анализа, проведенного с помощью меченых зондов в примере 1, что видно из сравнения диаграмм фиг.2Б и фиг.5. В сентябре месяце 2012 года результаты, полученные с помощью этих двух вариантов осуществления анализа, различны. Скорее всего, это связано с влиянием различного пространственного расположения молекул флуорофора по отношению к последовательности теломерной ДНК, имитирующего различные варианты их естественного фотонного насыщения в клетке.From a comparison of the data of the diagram of FIG. 5 and the graph of FIG. 6, it is seen that a change in the spectral code of telomeric DNA is associated with a sharp drop in fluorescence in the green spectrum. For April 2012, the results of the analysis of the green fluorescence spectrum of telomeric repeats using solutions of free dye molecules were similar to the results of the analysis carried out using labeled probes in Example 1, which can be seen from a comparison of the diagrams of FIG. 2B and FIG. 5. In the month of September 2012, the results obtained using these two analysis options are different. Most likely, this is due to the influence of different spatial arrangement of fluorophore molecules with respect to the telomeric DNA sequence, which imitates various variants of their natural photon saturation in the cell.

Таким образом, основные изменения спектральных свойств теломерной ДНК связаны с режимом ее насыщения световой энергией зеленого спектра. Она определяется квантово-связанным спектром флуоресценции свободных флуоресцентных молекул в клетке, не входящих с ней в близкий контакт. При этом режим насыщения теломерной ДНК, определяемый ДНК-связывающимися белками, изменился незначительно. Об этом свидетельствует сохранение в сентябре 2012 года флуоресцентных свойств меченных по концам зондов на основе вариаций теломерного повтора. Возможно, сохранение флуоресцентных свойств зондов связано с особым видом квантовой памяти, которая сохранила их флуоресцентные свойства, характерные для неизмененного спектрального кода ДНК на момент синтеза зондов.Thus, the main changes in the spectral properties of telomeric DNA are associated with the regime of its saturation with the light energy of the green spectrum. It is determined by the quantum-bound fluorescence spectrum of free fluorescent molecules in a cell that do not come into close contact with it. In this case, the saturation mode of telomeric DNA, determined by DNA-binding proteins, has changed slightly. This is evidenced by the preservation in September 2012 of the fluorescent properties of end-labeled probes based on telomeric repeat variations. It is possible that the preservation of the fluorescent properties of the probes is associated with a special type of quantum memory, which retained their fluorescent properties characteristic of the unchanged spectral code of DNA at the time of the synthesis of the probes.

Главной особенностью измененного режима насыщения световой энергией теломерной ДНК в зеленом спектре являлось не только очень медленное насыщение, но и существование периодов практически полного его отсутствия, а также периодов гиперфлуоресценции теломерной ДНК. Примером обнаружения периодической гиперфлуоресценции теломерного повтора TTAGGG является динамика насыщения от 21 сентября 2012 г. (фиг.7). Как видно из анализа графиков, максимальным потенциалом к насыщению обладал теломерный повтор TTAGGG, гораздо меньшим потенциалом обладала вариация этого повтора, оканчивающаяся триплетом ТТА. Вариант теломерного повтора GTTAGG, отличающийся от повтора TTAGGG сдвигом всего лишь на один нуклеотид, выявил наименьшее насыщение.The main feature of the altered light energy saturation mode of telomeric DNA in the green spectrum was not only very slow saturation, but also the existence of periods of its almost complete absence, as well as periods of telomeric DNA hyperfluorescence. An example of the detection of periodic hyperfluorescence of telomeric repeat TTAGGG is the saturation dynamics of September 21, 2012 (Fig.7). As can be seen from the analysis of the graphs, the TTAGGG telomeric repeat possessed the maximum potential for saturation, while the variation of this repeat ending in the TTA triplet had a much lower potential. The GTTAGG telomeric repeat variant, which differs from the TTAGGG repeat by a shift of only one nucleotide, revealed the least saturation.

При исследовании динамики насыщения зеленой флуоресцентной энергией теломерных последовательностей проводилось исследование контрольного образца чистого раствора красителя FAM без добавления ДНК (фиг.6-7). Важно отметить, что подобное исследование контрольного образца, учитывая эффект остаточного поля ДНК, необходимо проводить без влияния образцов, содержащих тестируемые в этот день олигонуклеотиды. Лучше осуществлять его в специально отведенный день, при этом выждать как можно большее количество времени после проведенных до этого исследований ДНК. Наблюдавшееся небольшое увеличение фоновой флуоресценции контрольного образца чистого красителя связано с остаточными полями ДНК в сканирующем отделении флуоресцентного детектора. Подобные фантомные эффекты могут оказывать влияние на флуоресценцию контрольного красителя на протяжении нескольких дней после проведенных ранее исследований ДНК. Тем не менее, прирост флуоресценции чистого красителя, во много раз меньший по сравнению с образцами, содержащими теломерную ДНК, однозначно свидетельствовал о специфических свойствах последней в увеличении квантово-связанной флуоресценции общего с красителем спектра.When studying the dynamics of saturation of the green fluorescent energy of telomeric sequences, a control sample of a pure FAM dye solution without adding DNA was studied (Fig.6-7). It is important to note that such a study of a control sample, taking into account the effect of the residual DNA field, must be carried out without the influence of samples containing oligonucleotides tested on this day. It is better to carry it out on a specially designated day, while waiting for as much as possible of the time after the DNA studies carried out before that. The observed slight increase in the background fluorescence of the control sample of pure dye is associated with the residual DNA fields in the scanning compartment of the fluorescence detector. Such phantom effects can affect the fluorescence of the control dye for several days after previous DNA studies. Nevertheless, the increase in the fluorescence of a pure dye, many times smaller in comparison with samples containing telomeric DNA, unequivocally testified to the specific properties of the latter in increasing the quantum-bound fluorescence of the spectrum common with the dye.

Полученные данные свидетельствуют о том, что режим насыщения теломерной ДНК зеленой флуоресценцией, осуществляемый свободными флуоресцентными молекулами в клетке, изменился в сторону общего снижения насыщения с его пролонгированием и одновременным существованием периодов гипернасыщения.The data obtained indicate that the saturation mode of telomeric DNA with green fluorescence, carried out by free fluorescent molecules in the cell, has changed in the direction of a general decrease in saturation with its prolongation and the simultaneous existence of periods of hypersaturation.

Было показано, что изменения в зеленом спектре флуоресценции, начавшиеся в конце июня 2012 года, сопряжены с небольшим уменьшением поглощения в желтом спектре для некоторых теломерных повторов и одновременным ростом красной флуоресценции (фиг.8). Эти наблюдения свидетельствует в пользу утверждения взаимосвязанности каналов флуоресценции и интегрированности мультицветового спектра излучения ДНК. Наблюдаемые данные коррелируют с изменением свойств мононуклеотидных последовательностей в примере 5, что свидетельствует об общем характере изменений свойств азотистых оснований при изменении спектрального кода ДНК. Уменьшение поглощения в желтом спектре для тимина, которое наблюдалось при изучении мононуклеотидных последовательностей, коррелировало с падением поглощения в этом спектре для вариантов теломерного повтора TAGGGT и AGGGTT, оканчивающихся этим азотистым основанием.It was shown that changes in the green fluorescence spectrum that began at the end of June 2012 are associated with a slight decrease in absorption in the yellow spectrum for some telomeric repeats and a simultaneous increase in red fluorescence (Fig. 8). These observations support the assertion of the interconnectedness of fluorescence channels and the integration of the multicolor spectrum of DNA radiation. The observed data correlate with a change in the properties of mononucleotide sequences in Example 5, which indicates the general nature of changes in the properties of nitrogen bases with a change in the spectral code of DNA. The decrease in absorption in the yellow spectrum for thymine, which was observed during the study of mononucleotide sequences, correlated with a decrease in absorption in this spectrum for the telomeric repeat variants TAGGGT and AGGGTT ending with this nitrogenous base.

В заключении рассмотрения использования заявляемого способа для исследования теломерных последовательностей следует отметить, что спектральные свойства ДНК динамичны, особенно в условиях второй половины 2012 года. В первую очередь это касается установления квантово-связанного спектра излучения ДНК со свободными флуоресцентными молекулами. Это связано с формированием разнонаправленной миграции энергии в ДНК-последовательности, неориентированной к 5' или 3' концам, как в случае с использованием меченных по концам зондов.In conclusion, consideration of the use of the proposed method for the study of telomeric sequences should be noted that the spectral properties of DNA are dynamic, especially in the second half of 2012. First of all, this concerns the establishment of a quantum-bound emission spectrum of DNA with free fluorescent molecules. This is due to the formation of multidirectional energy migration in the DNA sequence, non-oriented to the 5 'or 3' ends, as is the case with the use of labeled at the ends of the probes.

Пример 5. ДНК-спектральный анализ флуоресценции видимого диапазона мононуклеотидных последовательностей ДНК с помощью свободных молекул флуоресцентных красителей.Example 5. DNA spectral analysis of the fluorescence of the visible range of mononucleotide DNA sequences using free fluorescence dye molecules.

В эксперименте использовались синтетические мононуклеотидные последовательности длиной 12 н.о. производства фирмы «Евроген» (Россия), полученные стандартным фосфорамидитным способом синтеза.In the experiment, synthetic mononucleotide sequences of 12 n.o. were used. manufactured by Eurogen (Russia), obtained by the standard phosphoramidite synthesis method.

ДНК-спектральный анализ осуществляли аналогично описанному способу в примере 4.DNA spectral analysis was carried out similarly to the described method in example 4.

По результатам измерений высчитывали, на сколько условных единиц увеличилась или уменьшилась флуоресценция исходного раствора красителя после добавления соответствующего образца мононуклеотида. Результаты исследования в условиях неизмененного кода ДНК в апреле 2012 года представлены в виде диаграммы, отображающей уровни флуоресценции красителей, связанной с типами азотистых оснований ДНК (фиг.9). Соотношение полученных значений прироста их флуоресценции демонстрирует спектральные характеристики флуоресцентных свойств изучаемых мононуклеотидных последовательностей в исследуемых спектрах видимого света. На основе полученных данных можно составить представление о спектральных свойствах каждого из четырех видов азотистых оснований в отсутствие их взаимного влияния друг на друга, как в случае гетеронуклеотидной последовательности.According to the measurement results, it was calculated by how many arbitrary units the fluorescence of the initial dye solution increased or decreased after the addition of the corresponding mononucleotide sample. The results of the study under the conditions of an unchanged DNA code in April 2012 are presented in the form of a diagram showing the levels of dye fluorescence associated with the types of nitrogenous DNA bases (Fig. 9). The ratio of the obtained values of the increase in their fluorescence demonstrates the spectral characteristics of the fluorescence properties of the studied mononucleotide sequences in the studied spectra of visible light. Based on the obtained data, one can get an idea of the spectral properties of each of the four types of nitrogen bases in the absence of their mutual influence on each other, as in the case of a heteronucleotide sequence.

Именно спектральные свойства азотистых оснований составляют основу спектрального кода ДНК как универсальной характеристики ее спектральных свойств, определяющей уникальное соотношение процессов поглощения и испускания флуоресценции в пределах спектра видимого света. Основу спектрального кода ДНК составляет соотношение уровней флуоресценции основных цветовых каналов, которое представляет собой динамическую составляющую и выражается в чередованиях пиков максимумов и минимумов их интенсивности.It is the spectral properties of nitrogenous bases that form the basis of the spectral code of DNA as a universal characteristic of its spectral properties, which determines the unique ratio of the processes of absorption and emission of fluorescence within the spectrum of visible light. The basis of the spectral code of DNA is the ratio of the fluorescence levels of the main color channels, which is a dynamic component and is expressed in alternating peaks of maxima and minima of their intensity.

Исследования проводились в период с апреля по октябрь 2012 года. Результатом стало построение разных динамических спектров флуоресценции азотистых оснований ДНК (фиг.9-12), демонстрирующих уникальный процесс изменения спектрального кода флуоресценции ДНК, зафиксированный в период исследования.The studies were conducted from April to October 2012. The result was the construction of different dynamic fluorescence spectra of the nitrogenous bases of DNA (Figs. 9-12), demonstrating the unique process of changing the spectral code of DNA fluorescence recorded during the study period.

Использование заявленного способа позволило установить, что для спектрального кода ДНК в апреле 2012 г. была характерна четко выраженная градация квантового выхода флуоресценции азотистых оснований в зеленом спектре, соответствующем красителю FAM. При этом тимин, гуанин и цитозин демонстрировали увеличивающийся положительный прирост, а аденин - отрицательный прирост флуоресценции этого красителя (фиг.9).Using the inventive method, it was found that in April 2012 the spectral code of DNA was characterized by a pronounced gradation of the quantum yield of fluorescence of nitrogenous bases in the green spectrum corresponding to the FAM dye. At the same time, thymine, guanine and cytosine showed an increasing positive increase, and adenine showed a negative increase in fluorescence of this dye (Fig. 9).

Сравнение полученных для теломерных повторов спектров со спектрами флуоресценции мононуклеотидных последовательностей в условиях неизмененного спектрального кода в апреле 2012 года (фиг.5 и 9) показывает, что возникновение зеленой флуоресценции во многом связано с установлением квантово-резонансных взаимодействий между различными азотистыми основаниями в пределах ДНК-последовательностей. Так, мононуклеотидные последовательности, состоящие из одного вида азотистых оснований, показали гораздо меньший прирост флуоресцентной энергии в зеленом спектре по сравнению с гетеронуклеотидными последовательностями, к которым относятся теломерная и генная ДНК. Это указывает на особую квантово-резонансную природу зеленой флуоресценции ДНК-последовательностей, которая показала их наибольшую спектральную специфичность по сравнению с желтым и красным спектрами.A comparison of the spectra obtained for telomeric repeats of the spectra with the fluorescence spectra of mononucleotide sequences under the conditions of an unchanged spectral code in April 2012 (Figs. 5 and 9) shows that the occurrence of green fluorescence is largely associated with the establishment of quantum resonance interactions between different nitrogen bases within the DNA sequences. So, mononucleotide sequences consisting of one type of nitrogenous bases showed a much smaller increase in fluorescence energy in the green spectrum compared to heteronucleotide sequences, which include telomeric and gene DNA. This indicates the special quantum resonance nature of the green fluorescence of DNA sequences, which showed their greatest spectral specificity compared to the yellow and red spectra.

Желтый спектр флуоресценции мононуклеотидных последовательностей, так же как теломерных и генных, характеризовался поглощением для всех типов азотистых оснований, а ближний красный - испусканием. Таким образом, главным отличительным свойством спектрального кода флуорофор-связанной флуоресценции ДНК является наличие ярко выраженных каналов испускания флуоресценции в красном и зеленом спектрах с одновременным поглощением в промежуточном желтом спектре. При этом красный канал флуоресценции более мощный, чем зеленый, но менее спектрально-специфичный для нуклеотидных последовательностей. В связи с этим именно зеленый канал флуоресценции составляет основу спектрального кодирования генетической информации, так как позволяет различать нуклеотидные последовательности ДНК. Соотношение цветовых каналов флуоресценции составляет основу спектрально-оптического регулирования функционирования генома.The yellow fluorescence spectrum of mononucleotide sequences, as well as telomeric and gene sequences, was characterized by absorption for all types of nitrogen bases, and the near red emission. Thus, the main distinguishing feature of the spectral code of fluorophore-bound DNA fluorescence is the presence of pronounced fluorescence emission channels in the red and green spectra with simultaneous absorption in the intermediate yellow spectrum. Moreover, the red fluorescence channel is more powerful than green, but less spectrally specific for nucleotide sequences. In this regard, it is the green fluorescence channel that forms the basis of the spectral coding of genetic information, since it makes it possible to distinguish nucleotide sequences of DNA. The ratio of the color channels of fluorescence forms the basis of spectral-optical regulation of the functioning of the genome.

Обнаружение эффекта «остаточного поля ДНК» применительно к мононуклеотидным последовательностям имеет большое значение в свете понимания механизмов записи генетической информации в виде чередования азотистых оснований по ходу полинуклеотидной цепи ДНК. Рассмотрение образцов в порядке oligo(dA)12→(dT)12→(dG)12→(dC)12 описывает возможные взаимовлияния видов азотистых оснований по ходу миграции энергии вдоль нуклеотидной последовательности ATGC в ДНК. В таком порядке чередования образцов, как видно из диаграммы на фиг.9, для желтого канала красителя TAMRA максимальным поглощением обладали поли(dA)- и поли(dT)образцы, которые исследовались первыми. Исследования влияния изменения последовательности образцов проводились в условиях неизмененного спектрального кода флуоресценции ДНК (апрель-май 2012 г.). Изменение последовательности образцов, при котором поли(dC)образец изучался первым, а затем следовали поли(dG)-, поли(dA)- и поли(dT)образцы, показали значения флуоресценции красителя TAMRA: -10,53; -3,81; -5,69; -9,03 соответственно. Из этого следует, что для желтого спектра флуоресценции первый по порядку нуклеотид в последовательности ДНК обладает большим поглощением, чем последующие одноименные нуклеотиды (эффект первичного положения). Особенно это свойство выражено для цитозина, так как изменение положения поли(dC)олигонуклеотида в последовательности анализа образцов с первого на четвертое привело к падению поглощения более чем в три раза. Для остальных образцов в желтом спектре изменение порядка сказалось менее значительно.The detection of the effect of the “residual DNA field” in relation to mononucleotide sequences is of great importance in light of the understanding of the mechanisms of recording genetic information in the form of alternation of nitrogen bases along the polynucleotide chain of DNA. Examination of samples in the order oligo (dA) 12 → (dT) 12 → (dG) 12 → (dC) 12 describes the possible interactions of nitrogenous species along the energy migration along the ATGC nucleotide sequence in DNA. In this order of alternating samples, as can be seen from the diagram in Fig. 9, for the yellow channel of the TAMRA dye, the poly (dA) and poly (dT) samples, which were studied first, had the maximum absorption. Studies of the effect of changes in the sequence of samples were carried out under unchanged spectral code of DNA fluorescence (April-May 2012). Changing the sequence of samples, in which the poly (dC) sample was studied first, and then followed by poly (dG) -, poly (dA) - and poly (dT) samples, showed TAMRA dye fluorescence values: -10.53; -3.81; -5.69; -9.03, respectively. It follows that for the yellow fluorescence spectrum, the first in order nucleotide in the DNA sequence has a higher absorption than subsequent nucleotides of the same name (primary position effect). This property is especially pronounced for cytosine, since a change in the position of the poly (dC) oligonucleotide in the sequence of analysis of samples from the first to the fourth led to a decrease in absorption by more than three times. For the remaining samples in the yellow spectrum, the change in order was less pronounced.

В красном спектре изменение последовательности образцов на обратную последовательность oligo(dC)12→(dG)12→(dT)12→(dA)12 показало следующие значения прироста флуоресценции красителя ROX: +22,48; +34,03; +25,99 и +37,64 соответственно. В этом спектре эффект положения в основном сказался на свойствах поли(dT) последовательности и связан с ее положением относительно поли(dG) образца в ряду образцов. Если поли(dT)последовательность предшествовала поли(dG)образцу, то прирост флуоресценции красителя увеличился в полтора раза. Менее значительно проявился эффект первичного положения для поли(dA)- и поли(dC)образцов. Их первичное положение в сравнении с последним в ряду образцов несколько увеличило прирост флуоресценции красителя ROX.In the red spectrum, a change in the sequence of samples to the inverse sequence oligo (dC) 12 → (dG) 12 → (dT) 12 → (dA) 12 showed the following values of the increase in fluorescence of the dye ROX: +22.48; +34.03; +25.99 and +37.64, respectively. In this spectrum, the position effect mainly affected the properties of the poly (dT) sequence and is related to its position relative to the poly (dG) sample in the series of samples. If the poly (dT) sequence preceded the poly (dG) sample, then the increase in dye fluorescence increased one and a half times. The primary position effect was less pronounced for poly (dA) and poly (dC) samples. Their primary position, compared with the last in the series of samples, slightly increased the fluorescence gain of the ROX dye.

В зеленом спектре изменение последовательности анализа образцов на обратное показало следующие значения флуоресценции красителя FAM: dC12 (+15,31); dG12 (+9,96); dT12 (+5,12); dA12 (-2,52). Оно выявило эффект первичного положения для поли(dA)образца. Его поглощающие свойства наиболее ярко выявлялись при первичном положении в ряду образцов, аналогично тому, как увеличивались излучательные свойства поли(dC)образца при его первичном положении (+15,31). Таким образом, поглощающие свойства первичного поли(dA)образца несколько занижали разгорание флуоресценции для последующих образцов при исходном порядке. При смене порядка на обратный высокий энергетический потенциал первичной поли(dC)последовательности повлиял на все последующие образцы и вызвал уменьшение поглощающих свойств последнего в ряду поли(dA)образца (-2,52).In the green spectrum, the reverse sequence of sample analysis showed the following FAM dye fluorescence values: dC 12 (+15.31); dG 12 (+9.96); dT 12 (+5.12); dA 12 (-2.52). It revealed the effect of the primary position for the poly (dA) sample. Its absorbing properties were most clearly revealed at the initial position in the series of samples, similar to how the radiative properties of the poly (dC) sample increased at its primary position (+15.31). Thus, the absorption properties of the primary poly (dA) sample somewhat underestimated the increase in fluorescence for subsequent samples in the initial order. When the order was reversed, the high energy potential of the primary poly (dC) sequence affected all subsequent samples and caused a decrease in the absorption properties of the latter in the series of poly (dA) samples (-2.52).

Основные изменения спектрального кода, начавшиеся в июне 2012 года, были связаны с измененем спектральных свойств тимина, гуанина и цитозина в зеленом спектре. Первый этап таких изменений отображен на совмещенном графике динамики насыщения мононуклеотидных последовательностей зеленой флуоресцентной энергией от 19 июня 2012 года (фиг.10). Из сравнения полученного графика с диаграммой фиг.9 видно, что изменения связаны с тем, что в первые десять минут после добавления образцов поли(dT)- и поли(dG)последовательностей к раствору красителя FAM наблюдалось падение флуоресценции раствора. Положительный прирост сохранила только поли(dC)последовательность. При этом изменился сам режим насыщения флуоресцентной энергией, который растянулся во времени. За весь промежуток времени проведения измерений не наступило энергетическое равновесие и постоянно прирастала флуоресцентная энергия. Наблюдавшаяся гиперфлуоресценция поли(dC)последовательности была сходна с гиперфлуоресценцией теломерного повтора TTAGGG, наблюдавшаяся в предыдущем примере (фиг.7). Она также носит периодический характер. При этом гиперфлуоресценция поли(dC)образца значительно превосходила таковую для теломерного повтора. Прирост флуоресценции красителя FAM за первый час измерений составил 124%. Это свидетельствовало о более значительном флуоресцентном потенциале цитозина в зеленом спектре по сравнению с другими азотистыми основаниями. Зафиксированное явление представляло собой первый этап изменения спектральных свойств азотистых оснований, произошедший во второй половине 2012 года. Таким образом, было установлено, что изменение режима насыщения теломерных последовательностей было связано прежде всего с изменениями общих спектральных свойств азотистых оснований.The main changes in the spectral code that began in June 2012 were associated with a change in the spectral properties of thymine, guanine, and cytosine in the green spectrum. The first stage of such changes is displayed on a combined graph of the dynamics of saturation of mononucleotide sequences with green fluorescence energy from June 19, 2012 (Fig. 10). A comparison of the obtained graph with the diagram of Fig. 9 shows that the changes are due to the fact that in the first ten minutes after adding samples of poly (dT) and poly (dG) sequences to the FAM dye solution, a decrease in the fluorescence of the solution was observed. Only the poly (dC) sequence retained positive growth. At the same time, the mode of saturation with fluorescent energy itself changed, which stretched over time. Over the entire period of time the measurements were taken, energy equilibrium did not occur and fluorescent energy constantly increased. The observed hyperfluorescence of the poly (dC) sequence was similar to the hyperfluorescence of the telomeric repeat TTAGGG observed in the previous example (FIG. 7). It is also periodic. The hyperfluorescence of the poly (dC) sample was significantly superior to that for telomeric repeat. The increase in fluorescence of the FAM dye for the first hour of measurements was 124%. This indicated a more significant fluorescence potential of cytosine in the green spectrum compared to other nitrogenous bases. The recorded phenomenon was the first stage in the change in the spectral properties of nitrogen bases that occurred in the second half of 2012. Thus, it was found that a change in the saturation mode of telomeric sequences was associated primarily with changes in the general spectral properties of nitrogen bases.

На первом этапе изменений спектрального кода флуоресценции ДНК в июне 2012 года аденин продемонстрировал спектрально-стабильные свойства в изучаемых спектрах и не выявил каких-либо значительных изменений. На фоне снижения энергетического потенциала тимина в зеленом спектре существенно уменьшилось поглощение в желтом спектре для поли(dT) последовательности (фиг.11). Для остальных последовательностей существенных изменений желтого спектра замечено не было. Изменения в красном спектре в основном свелись к увеличению флуоресценции для гуанина и цитозина с общей тенденцией выравнивания энергетических потенциалов для всех видов азотистых оснований в этом спектре.At the first stage of changes in the spectral code of DNA fluorescence in June 2012, adenine showed spectrally stable properties in the studied spectra and did not reveal any significant changes. Against the background of a decrease in the thymine energy potential in the green spectrum, the absorption in the yellow spectrum for the poly (dT) sequence significantly decreased (Fig. 11). For the remaining sequences, no significant changes in the yellow spectrum were observed. Changes in the red spectrum mainly resulted in an increase in fluorescence for guanine and cytosine with a general tendency to equalize energy potentials for all types of nitrogenous bases in this spectrum.

Следует отметить, что описанными в июне месяце характеристиками изменение спектрального кода ДНК в 2012 году не завершилось. Они представляют собой лишь этапы перестройки, для изучения которой заявленный способ представляет уникальный, не имеющий аналога инструмент. Были продолжены исследования, которые свидетельствовали о дальнейших спектральных изменениях ДНК в последующие за июнем месяцы 2012 года. Последующая тенденция изменений была связана с дальнейшим падением насыщения ДНК-последовательностей зеленой флуоресценцией за счет измененных свойств гуанина и цитозина с одновременным приростом флуоресценции, связанной с аденином (фиг.12). Если в апреле месяце гуанин и цитозин демонстрировали максимальную флуоресценцию в зеленом спектре, а аденин максимальное поглощение, то в последующие после июня месяцы гуанин и цитозин стали поглощать с медленным положительным приростом (насыщением) флуоресцентной энергии. При этом поли(dA)последовательность сразу после добавления к раствору красителя FAM сменила поглощение на прирост излучения с таким же медленным насыщением. Последствием этого процесса стало наблюдаемое соотношение энергетических потенциалов теломерных повторов в зеленом спектре флуоресценции в сентябре месяце 2012 года (фиг.6). При этом полученные результаты демонстрируют общую тенденцию изменений зеленого канала флуоресценции для мононуклеотидных последовательностей, которая связана с обеспечением спектральных различий между азотистыми основаниями. Это различие закладывает основу спектрального кодирования нуклеотидных последовательностей в условиях измененного состояния спектрального кода ДНК. При этом особое значение, как в условиях измененного, так и неизмененного спектрального кода ДНК, имеют различия между аденином и гуанином. Это связано с тем, что именно эти азотистые основания определяют специфику флуоресценции окончаний теломерных оверхенгов при основном неделящемся и активированном к делению состояниях клетки.It should be noted that the change in the spectral code of DNA described in June was not completed in 2012. They represent only the stages of restructuring, for the study of which the claimed method represents a unique, unparalleled tool. Studies were continued that indicated further spectral changes in DNA in the following months of June 2012. The subsequent trend of changes was associated with a further decrease in the saturation of DNA sequences with green fluorescence due to the altered properties of guanine and cytosine with a simultaneous increase in fluorescence associated with adenine (Fig. 12). If in the month of April guanine and cytosine showed maximum fluorescence in the green spectrum, and adenine showed maximum absorption, then in the months after June, guanine and cytosine began to absorb with a slow positive increase (saturation) of fluorescence energy. In this case, the poly (dA) sequence immediately after adding the FAM dye to the solution changed the absorption to an increase in radiation with the same slow saturation. The consequence of this process was the observed ratio of the energy potentials of telomeric repeats in the green fluorescence spectrum in the month of September 2012 (Fig.6). Moreover, the obtained results demonstrate the general tendency of changes in the green fluorescence channel for mononucleotide sequences, which is associated with the provision of spectral differences between nitrogenous bases. This difference lays the foundation for spectral coding of nucleotide sequences under conditions of an altered state of the DNA spectral code. Moreover, the differences between adenine and guanine are of particular importance, both under conditions of an altered and unchanged spectral DNA code. This is due to the fact that it is these nitrogenous bases that determine the specificity of the fluorescence of the ends of telomeric overhangs in the main non-fissile and cell-activated states of division.

Пример 6. ДНК-спектральный анализ флуоресценции видимого диапазона фрагментов генных последовательностей циклина В1 и D2 человека с помощью свободных молекул флуоресцентных красителей.Example 6. DNA spectral analysis of fluorescence of the visible range of fragments of gene sequences of human cyclin B1 and D2 using free fluorescent dye molecules.

В эксперименте использовались синтетические олигонуклеотидные последовательности производства фирмы «Евроген» (Россия) для генов циклина человека:In the experiment, synthetic oligonucleotide sequences produced by Eurogen (Russia) for human cyclin genes were used:

1. TGCCAGTGCCAGTGTCTGAGCC (ген CNB1, минусовая цепь ДНК хромосомы 5);1. TGCCAGTGCCAGTGTCTGAGCC (gene CNB1, minus chain of DNA chromosome 5);

2. GGTCTGACTGCTTGCTCTTCCTC (ген CNB1, плюсовая цепь ДНК хромосомы 5);2. GGTCTGACTGCTTGCTCTTCCTC (gene CNB1, plus chain of DNA chromosome 5);

3. GTGCTGTCTGCATGTTCCTGGC (ген CND2, минусовая цепь ДНК хромосомы 12);3. GTGCTGTCTGCATGTTCCTGGC (CND2 gene, minus DNA strand of chromosome 12);

4. CAGATGGCTGCTCCCACACTTC (ген CND2, плюсовая цепь ДНК хромосомы 12).4. CAGATGGCTGCTCCCACACTTC (CND2 gene, plus DNA strand of chromosome 12).

ДНК-спектральный анализ проводился аналогично исследованиям олигонуклеотидных последовательностей в предыдущих примерах. Результаты представлены в виде столбчатых диаграмм и графиков фигур 13-15.DNA spectral analysis was carried out similarly to studies of oligonucleotide sequences in the previous examples. The results are presented in the form of bar charts and graphs of figures 13-15.

Диаграмма фиг.13 демонстрирует соотношение каналов флуоресценции в трех основных цветах видимого спектра в апреле 2012 года. Таким образом, условия неизмененного спектрального кода флуоресценции ДНК в этот период демонстрируют ярко выраженные спектральные различия не только мононуклеотидных и теломерных последовательностей, но и генных.The diagram of Fig. 13 shows the ratio of fluorescence channels in the three primary colors of the visible spectrum in April 2012. Thus, the conditions of the unchanged spectral code of DNA fluorescence during this period demonstrate pronounced spectral differences not only in mononucleotide and telomere sequences, but also in gene sequences.

Полученные результаты свидетельствовали о том, что изменения спектрального кода ДНК, произошедшие в конце июня 2012 года, также затронули спектральные свойства генных последовательностей. При этом характер этих изменений существенно отличался от таковых для теломерных последовательностей.The results obtained showed that changes in the spectral code of DNA that occurred at the end of June 2012 also affected the spectral properties of gene sequences. Moreover, the nature of these changes significantly differed from those for telomeric sequences.

Перестройка спектрального кода ДНК во второй половине 2012 года, связанная с изменениями свойств азотистых оснований, по-разному отразилась на свойствах полинуклеотидных последовательностей ДНК. Эти различия связаны с их нуклеотидным составом, а именно с количеством азотистых оснований гуанина и аденина. Именно эти азотистые основания наиболее изменили свои спектральные свойства при установлении квантово-связанного спектра флуоресценции со свободными молекулами красителя в условиях измененного спектрального кода ДНК. Для последовательности G-цепи теломерной ДНК, содержащей регулярно повторяющуюся последовательность из трех гуанинов, изменения свойств этого азотистого основания привели к резкому падению зеленой флуоресценции. Генные последовательности, более вариабельные по нуклеотидному составу, не только не снизили, но и увеличили свою флуоресценцию в этом спектре. Это доказывает значимость насыщения зеленой флуоресценцией для работы генома клетки. Именно в зеленом спектре флуоресценции были получены наибольшие различия между нуклеотидными последовательностями ДНК, особенно в условиях неизмененного спектрального кода ДНК, существовавшего до июня 2012 года.The restructuring of the spectral code of DNA in the second half of 2012, associated with changes in the properties of nitrogen bases, affected the properties of polynucleotide DNA sequences in different ways. These differences are related to their nucleotide composition, namely, the amount of nitrogen bases of guanine and adenine. It is these nitrogenous bases that have most changed their spectral properties when establishing a quantum-bound fluorescence spectrum with free dye molecules under conditions of an altered DNA spectral code. For the G chain sequence of telomeric DNA containing a regularly repeating sequence of three guanines, changes in the properties of this nitrogenous base led to a sharp drop in green fluorescence. Gene sequences that are more variable in nucleotide composition not only did not decrease, but also increased their fluorescence in this spectrum. This proves the importance of green fluorescence saturation for the functioning of the cell genome. It was in the green fluorescence spectrum that the largest differences were obtained between the nucleotide sequences of DNA, especially in conditions of the unchanged spectral code of DNA that existed until June 2012.

В условиях измененного спектрального кода пролонгированное насыщение зеленой флуоресценцией, характерное для теломерных последовательностей, практически не наблюдалось для генных последовательностей (фиг.14). Этот факт указывает на принципиальные различия теломерных последовательностей от генных. Именно теломерные последовательности обладают уникальным механизмом подпитки генома зеленой флуоресценцией, выполняющей основные функции спектрального кодирования наследственной информации.Under the conditions of the modified spectral code, prolonged saturation with green fluorescence, characteristic of telomeric sequences, was practically not observed for gene sequences (Fig. 14). This fact indicates the fundamental differences of telomeric sequences from gene sequences. It is telomeric sequences that possess a unique mechanism of genome replenishment with green fluorescence, which performs the basic functions of spectral coding of hereditary information.

Изменения в других спектрах для изучаемых генных последовательностей так же, как для мононуклеотидных и генных, были связаны с незначительным падением уровня флуоресценции в желтом спектре и увеличением в красном. В конце июня 2012 г. незначительное снижение поглощения в желтом спектре наблюдалось только для последовательностей плюсовых цепей обоих генов, что возможно связано с концевым положением в них тимина (фиг.15). В красном спектре все изучаемые последовательности выявили увеличение флуоресценции, за исключением минусовой цепи циклина В1. Возможно, это связано со сменой поглощения на испускание в зеленом спектре.Changes in other spectra for the studied gene sequences, as well as for mononucleotide and gene sequences, were associated with a slight decrease in the fluorescence level in the yellow spectrum and an increase in red. At the end of June 2012, a slight decrease in the absorption in the yellow spectrum was observed only for the sequences of the plus chains of both genes, which is possibly associated with the end position of thymine in them (Fig. 15). In the red spectrum, all studied sequences revealed an increase in fluorescence, with the exception of the minus chain of cyclin B1. Perhaps this is due to a change in absorption to emission in the green spectrum.

Таким образом, самое спектрально-нестабильное положение занимала последовательность минусовой цепи циклина В1, которая сменила поглощение на испускание в зеленом спектре. В связи с этим обнаружение с помощью заявленного способа подобных спектрально-нестабильных участков генов, наряду со спектрально-стабильными, играет важную роль для понимания функционирования генома.Thus, the most spectrally unstable position was occupied by the sequence of the minus chain of cyclin B1, which changed the absorption to emission in the green spectrum. In this regard, the discovery using the claimed method of such spectrally unstable regions of genes, along with spectrally stable, plays an important role in understanding the functioning of the genome.

Использование заявленного способа дает возможность получить представления о существенных различиях генных последовательностей от теломерных. Применение ДНК-спектрального флуоресцентного анализа с использованием свободных красителей позволило установить, что изменение спектрального кода во второй половине 2012 года главным образом отразилось на свойствах теломерных последовательностей. Именно теломерная ДНК характеризовалась наибольшим падением насыщения зеленой флуоресцентной энергией. При этом изменился режим ее насыщения, который в отличие от генных последовательностей стал медленным и растянулся во времени, демонстрируя периодические всплески быстрого гипернасыщения (фиг.6 и 7). Крайне спектрально-неустойчивыми оказались практически все теломерные повторы. Особенно это касалось повторов GGGTTA, GGTTAG и TTAGGG, которые регулируют существование основных квантовых состояний теломерных оверхенгов, характерных для неделящейся и активированной к делению клетки. Возможно, это связано с отсутствием азотистого основания цитозина в составе теломерной ДНК человека, который обладает максимальной, а следовательно, самой стабильной флуоресценцией в зеленом спектре. Последний факт свидетельствует о колоссальной значимости процесса изменения спектральных свойств ДНК и его мониторинга с помощью заявленного способа для регуляции деления клетки и выявления фактора риска малигнизации клеток.Using the claimed method makes it possible to obtain ideas about the significant differences of gene sequences from telomeric ones. The use of DNA spectral fluorescence analysis using free dyes made it possible to establish that a change in the spectral code in the second half of 2012 mainly affected the properties of telomeric sequences. It was telomeric DNA that was characterized by the greatest decrease in saturation with green fluorescent energy. At the same time, the mode of its saturation changed, which, unlike the gene sequences, became slow and stretched over time, showing periodic bursts of fast hyper-saturation (Figs. 6 and 7). Almost all telomeric repeats turned out to be extremely spectrally unstable. This was especially true of the GGGTTA, GGTTAG, and TTAGGG repeats, which regulate the existence of the basic quantum states of telomeric overhangs characteristic of non-dividing and activated cell division cells. Perhaps this is due to the lack of a nitrous base of cytosine in the composition of human telomeric DNA, which has the maximum, and therefore the most stable fluorescence in the green spectrum. The latter fact indicates the enormous importance of the process of changing the spectral properties of DNA and its monitoring using the inventive method for regulating cell division and identifying a risk factor for malignancy of cells.

Сравнение спектров, полученных в примерах 4-6, показало, что варианты теломерного повтора выявили не менее выраженные различия в соотношении зеленого и красного каналов флуоресценции, чем генные или мононуклеотидные последовательности. Это подтверждает представление о том, что в рамках нуклеотидного кода теломерной ДНК обеспечивается необходимое существование в геноме терминальных нуклеотидных последовательностей, особо различающихся своими спектральными и флуоресцентными свойствами. Именно за счет них осуществляется регуляция результирующей флуоресценции как части митогенетического излучения, являющегося необходимым условием запуска и осуществления процесса деления клетки.A comparison of the spectra obtained in examples 4-6 showed that telomeric repeat variants revealed no less pronounced differences in the ratio of green and red fluorescence channels than gene or mononucleotide sequences. This confirms the idea that, within the framework of the nucleotide code of telomeric DNA, the necessary existence in the genome of terminal nucleotide sequences is ensured, which are particularly different in their spectral and fluorescent properties. It is due to them that the resulting fluorescence is regulated as part of mitogenetic radiation, which is a necessary condition for starting and implementing the process of cell division.

В связи с этим предложенный метод является универсальным механизмом, с помощью которого можно оценить изменения уровня флуоресценции в клетке, происходящей за счет перестроек окончаний теломерных оверхенгов, как основы митогенетического излучения видимого диапазона, управляющего делением клетки. Таким образом, расширяется понятие самого митогенетического излучения, которое в отличие от классического понимания, заложенного еще А.Г. Гурвичем в первой половине XX века, включает не только УФ-область, но и весь видимый спектр флуоресценции.In this regard, the proposed method is a universal mechanism by which it is possible to evaluate changes in the level of fluorescence in the cell, which occurs due to rearrangements of the ends of telomeric overhangs, as the basis of mitogenetic radiation in the visible range that controls cell division. Thus, the concept of mitogenetic radiation itself is expanding, which, in contrast to the classical understanding laid down by A.G. Gurwich in the first half of the XX century, includes not only the UV region, but also the entire visible fluorescence spectrum.

Молекулы используемых флуоресцентных красителей являются универсальной моделью, с помощью которой изучается влияние последовательностей теломерной ДНК на флуоресценцию в клетке. В клетке может находиться множество подобных флуоресцирующих молекул, которые могут являться источниками митогенетического излучения в УФ и видимом диапазонах света. Источниками УФ-флуоресценции могут выступать аминокислоты триптофан, тирозин, фенилаланин, цистеин и цистин, входящие в состав белков, максимум флуоресценции которых соответствует 300-350 нм. В зеленой области спектра флуоресцируют окисленные флавопротеиды (510-540 нм). Источниками красной флуоресценции могут выступать некоторые производные порфиринов. Источниками синей флуоресценции являются восстановленные пиридин-нуклеотиды НАДН и НАДФН (440-480 нм), а также соединения типа тиохрома (производной витамина B1). С пищей человек также может потреблять флуоресцирующие вещества. Например, растительный хлорофилл является мощным источником красной флуоресценции, а производные некоторых алкалоидов (растительного хинина) обладают сильной голубой флуоресценцией. Таким образом, многие метаболиты организма человека обладают флуоресцентными свойствами в видимом диапазоне света и могут образовывать с ДНК связанный мультицветовой спектр, составляющий основу квантово-оптического регулирования генома.The molecules of the fluorescent dyes used are a universal model by which the effect of telomeric DNA sequences on cell fluorescence is studied. The cell can contain many similar fluorescent molecules, which can be sources of mitogenetic radiation in the UV and visible light ranges. The sources of UV fluorescence can be the amino acids tryptophan, tyrosine, phenylalanine, cysteine, and cystine, which are part of proteins whose fluorescence maximum corresponds to 300-350 nm. In the green region of the spectrum, oxidized flavoproteins (510-540 nm) fluoresce. Sources of red fluorescence may be some derivatives of porphyrins. Sources of blue fluorescence are reduced pyridine nucleotides NADH and NADPH (440-480 nm), as well as compounds of the thiochrome type (vitamin B1 derivative). With food, a person can also consume fluorescent substances. For example, plant chlorophyll is a powerful source of red fluorescence, and derivatives of certain alkaloids (plant quinine) have strong blue fluorescence. Thus, many metabolites of the human body possess fluorescence properties in the visible range of light and can form an associated multicolor spectrum with DNA, which forms the basis of quantum-optical regulation of the genome.

Согласно общепринятому мнению собственная флуоресценция ДНК очень слабая и принадлежит УФ-спектру. Однако было показано, что сама ДНК испускает свет в широком диапазоне видимого спектра в виде очень слабых полей (работы Поппа, Германия). В связи с этим описанные свойства ДНК образовывать квантово-связанный спектр и увеличивать флуоресценцию некоторых красителей могут распространяться и на различные флуоресцентные молекулы в клетке, что в результате может стать источником света большей мощности. В этом заключается новое понимание роли ДНК в генерировании единого светового поля клетки, достаточного для формирования лазерно-активной среды генома. Теоретические и экспериментальные наработки по поводу существования в ДНК когерентного излучения фотонов видимого спектра, образующего лазерно-активную среду, приведены в исследованиях группы Поппа (Рорр F.A., Li K.H., Cu G. Recent Advances in Biophoton Reseach and its Application (Kaiserslantern, Word Scientific, 1992) и Гаряева П.П. (Волновой геном. Москва, 1994; Волновой генетический код. Москва, 1997). Несмотря на это, существование сверхслабого лазерного излучения ДНК в диапазоне видимых волн до сих пор остается спорным.According to the generally accepted opinion, the intrinsic fluorescence of DNA is very weak and belongs to the UV spectrum. However, it was shown that DNA itself emits light in a wide range of the visible spectrum in the form of very weak fields (works by Popp, Germany). In this regard, the described properties of DNA to form a quantum-bound spectrum and increase the fluorescence of some dyes can also extend to various fluorescent molecules in the cell, which as a result can become a light source of greater power. This is a new understanding of the role of DNA in generating a single light field of a cell, sufficient for the formation of the laser-active medium of the genome. Theoretical and experimental developments regarding the existence of coherent radiation of photons of the visible spectrum forming a laser-active medium in DNA are presented in studies of the Poppa group (Porr FA, Li KH, Cu G. Recent Advances in Biophoton Reseach and its Application (Kaiserslantern, Word Scientific, 1992) and Garyaeva P. P. (Wave genome. Moscow, 1994; Wave genetic code. Moscow, 1997). Despite this, the existence of ultra-weak laser radiation of DNA in the visible wavelength range is still controversial.

До сегодняшнего дня исследователи не прекращают поиск источников подходящей мощности для существования лазерного поля ДНК как основы квантово-оптической записи наследственной информации. Развитию идеи записи генетической информации посредством лазера способствовал прогресс в оптической электронике, связанный с созданием лазера на флуоресцентных красителях. Было показано, что флуорофоры с высоким квантовым выходом могут применяться в качестве компонентов активных сред лазеров. При этом одним из основных направлений использования подобного лазера была заявлена передача большого объема информации. В связи с этим идея о записи подобным способом огромного объема генетической информации на ДНК напрашивается сама собой. Кроме того, основной характеристикой созданных на основе флуоресцентных красителей лазеров было использование сверхкоротких импульсов света. Это приближает к мысле о ДНК как о подобной среде, когерентные фотоны которой соответствуют сверхкоротким пико- и фемтосекундным импульсам. Остается нерешенным вопрос о необходимой мощности излучения ДНК.Until today, researchers have not stopped searching for sources of suitable power for the existence of a laser DNA field as the basis of quantum-optical recording of hereditary information. The development of the idea of recording genetic information through a laser was facilitated by the progress in optical electronics associated with the creation of a fluorescence dye laser. It was shown that fluorophores with a high quantum yield can be used as components of the active media of lasers. At the same time, one of the main directions of using such a laser was the transfer of a large amount of information. In this regard, the idea of recording in this way a huge amount of genetic information on DNA suggests itself. In addition, the use of ultrashort light pulses created on the basis of fluorescent laser dyes was the main characteristic. This brings us closer to the idea of DNA as a similar medium, the coherent photons of which correspond to ultrashort picosecond and femtosecond pulses. The unresolved issue of the necessary radiation power of DNA.

Спорные данные о сверхслабом излучении ДНК мешали прогрессу в этой области. Главной методологической ошибкой исследователей являлось рассмотрение флуоресценции ДНК в отдельности без ее квантовой связи с другими флуоресцирующими молекулами. Открытие флуорофор-связанной флуоресценции ДНК объясняет существование более мощного источника излучения ДНК, чем было принято раньше, достаточного для формирования лазерно-активной среды. Использование заявленного способа позволило установить, что образование квантово-связанного спектра между красителем (флуорофором) и ДНК в общем растворе может приводить к мощному возрастанию исходной флуоресценции раствора красителя, достигающему в ряде случаев 100% и более. Уникальным фактом, обнаруженным с помощью заявляемого способа, является обнаруженная периодическая гиперфлуоресценция последовательностей ДНК. Она описывает механизмы насыщения генома клетки световой энергией за счет неизвестного науке источника. При этом прирост флуоресценции красителя в присутствии ДНК зависит от ее нуклеотидной последовательности и может достигать более 260% в зависимости от продолжительности мониторинга.Controversial evidence of ultra-weak DNA emission has hindered progress in this area. The main methodological error of the researchers was to consider the fluorescence of DNA separately without its quantum connection with other fluorescent molecules. The discovery of fluorophore-bound DNA fluorescence explains the existence of a more powerful source of DNA radiation than was previously accepted, sufficient for the formation of a laser-active medium. Using the inventive method, it was found that the formation of a quantum-bound spectrum between a dye (fluorophore) and DNA in a common solution can lead to a powerful increase in the initial fluorescence of the dye solution, which in some cases reaches 100% or more. A unique fact discovered using the proposed method is the detected periodic hyperfluorescence of DNA sequences. It describes the mechanisms of saturation of the cell genome with light energy due to a source unknown to science. Moreover, the increase in dye fluorescence in the presence of DNA depends on its nucleotide sequence and can reach more than 260%, depending on the duration of monitoring.

Это демонстрирует уникальные флуоресцентные возможности ДНК, напрямую зависящие от флуоресцентного потенциала флуорофора, с которым она образует связанный спектр. Было установлено, что квантовый выход флуорофор-связанной флуоресценции ДНК прямо пропорционально зависит от интенсивности и спектральной характеристики светового возбуждения и сопоставим с таковым для специализированного красителя. Это позволяет предположить возможность существования в клетке лазерной среды на основе квантово-связанного спектра ДНК и флуоресцентных молекул. При этом для формирования возбуждающего излучения существенное значение имеет фоторежим самой клетки, интенсивность и спектральные характеристики которого также определяются количеством и составом входящих в нее флуоресцентных молекул. С одной стороны флуорофор-связанный спектр ДНК определяется флуоресцентными молекулами, образующими с ДНК общий спектр, с другой стороны, сами эти молекулы используют другие подходящие по спектру молекулы для своего возбуждения. Таким образом, контроль состава флуоресцентных молекул организма и спектра их излучения представляет собой уникальный инструмент управления флуоресценцией ДНК как основы лазерно-оптического механизма функционирования генома. Для этих целей применение различных вариантов осуществления заявляемого способа предоставляет широкие возможности.This demonstrates the unique fluorescence potential of DNA, which directly depends on the fluorescence potential of the fluorophore with which it forms an associated spectrum. It was found that the quantum yield of fluorophore-bound DNA fluorescence is directly proportional to the intensity and spectral characteristics of light excitation and is comparable to that for a specialized dye. This suggests the possibility of the existence in the cell of a laser medium based on a quantum-bound spectrum of DNA and fluorescent molecules. Moreover, for the formation of exciting radiation, the photo mode of the cell itself is essential, the intensity and spectral characteristics of which are also determined by the number and composition of the fluorescent molecules included in it. On the one hand, the fluorophore-bound spectrum of DNA is determined by fluorescent molecules that form a common spectrum with DNA; on the other hand, these molecules themselves use other spectrum-suitable molecules for their excitation. Thus, monitoring the composition of body fluorescent molecules and their emission spectrum is a unique tool for controlling DNA fluorescence as the basis of the laser-optical mechanism of genome functioning. For these purposes, the use of various embodiments of the proposed method provides ample opportunities.

Естественно, что присутствующие в организме вещества по своему флуоресцентному потенциалу значительно уступают специализированным красителям. Однако мощность фотонного насыщения (светового поля) ДНК в каждом конкретном спектре излучения усиливается флуоресцентными свойствами флуоресцентных молекул, не только находящихся в данной клетке, но и за счет всей совокупности подобных молекул в организме. В совокупности это может составить достаточную фотонную накачку, необходимую для формирования лазерно-активной среды генома. Учитывая сверхкороткие импульсы излучения, она обеспечит достаточный уровень мощности для создания лазерного поля ДНК.Naturally, the substances present in the body in their fluorescence potential are significantly inferior to specialized dyes. However, the power of photon saturation (light field) of DNA in each specific radiation spectrum is enhanced by the fluorescent properties of fluorescent molecules, not only in a given cell, but also due to the totality of such molecules in the body. Together, this can amount to sufficient photon pumping, which is necessary for the formation of the laser-active medium of the genome. Given ultrashort radiation pulses, it will provide a sufficient level of power to create a laser field of DNA.

О возможности дистанционного гипернасыщения ДНК фотонами свидетельствует обнаруженное дистанционное действие одних флуоресцентно-меченных последовательностей ДНК на другие, находящиеся в отдельной пробирке на расстоянии нескольких сантиметров (пример 3). В связи с этим открываются возможности объяснения дистанционного фотонасыщения генома организма не только от собственных флуоресцентных молекул, но и от окружающих объектов живой и неживой природы. Использование заявленного способа в виде бесконтактного варианта осуществления открывает перспективы применения дистанционного корректирующего воздействия на биосистемы. Для воздействия на фотопроцессы организма могут использоваться физические источники света или последовательности ДНК, обладающие собственной флуоресценцией, в том числе усиленной флуорофором, а также чистые растворы флуорофоров без последовательностей ДНК. Этот аспект применения заявляемого способа освещен в последнем пункте формулы изобретения.The possibility of remote hyper-saturation of DNA with photons is evidenced by the detected remote action of some fluorescently-labeled DNA sequences on others located in a separate tube at a distance of several centimeters (example 3). In this regard, the possibilities of explaining the remote photo-saturation of the genome of the body are opened not only from their own fluorescent molecules, but also from surrounding objects of animate and inanimate nature. The use of the claimed method in the form of a non-contact embodiment opens up prospects for the use of remote corrective action on biosystems. Physical light sources or DNA sequences possessing their own fluorescence, including those enhanced by a fluorophore, as well as pure solutions of fluorophores without DNA sequences, can be used to affect the body’s photoprocesses. This aspect of the application of the proposed method is highlighted in the last claim.

Все примеры осуществления изобретения, за исключением третьего, относятся к контактному варианту осуществления способа, в котором молекулы изучаемой ДНК-последовательности и красителя (флуорофора) находятся в одном растворе в общей пробирке. Пример 4 наглядно продемонстрировал, что нуклеотидная последовательность теломерной ДНК, а именно последовательность ее теломерного повтора, определяет ее собственные флуоресцентные свойства. Они отражаются на изменении флуоресценции исходного раствора флуоресцентного красителя, к которому добавлялись исследуемые фрагменты теломерной ДНК. Таким образом, контактный способ является вариантом, наиболее близко имитирующим естественные водные условия существования теломерной ДНК в клетках. При этом результирующая флуоресценция красителя определяется воздействием флуоресцентных свойств теломерной последовательности в виде соотношения излучения и поглощения световой энергии в изучаемом спектре.All embodiments of the invention, with the exception of the third, relate to the contact embodiment of the method in which the molecules of the studied DNA sequence and dye (fluorophore) are in the same solution in a common tube. Example 4 clearly demonstrated that the nucleotide sequence of telomeric DNA, namely the sequence of its telomeric repeat, determines its own fluorescent properties. They are reflected in the change in fluorescence of the initial solution of the fluorescent dye, to which the studied fragments of telomeric DNA were added. Thus, the contact method is the option that most closely mimics the natural water conditions for the existence of telomeric DNA in cells. In this case, the resulting fluorescence of the dye is determined by the influence of the fluorescence properties of the telomeric sequence in the form of the ratio of radiation and absorption of light energy in the studied spectrum.

В изучении последних качеств бесспорное преимущество имеет вариант контактного способа, при котором к раствору красителя добавляется не одна ДНК-последовательность, а используется смесь фрагментов ДНК. Например, исследование смесей синтетических олигонуклеотидных зондов, имитирующих различные варианты теломерных повторов в примере 2. В этом случае использование заявленного способа предоставляет уникальные возможности для описания спектральной характеристики вариаций теломерного повтора, которыми могут оканчиваться теломерные оверхенги в клетке.In the study of the latter qualities, the variant of the contact method, in which more than one DNA sequence is added to the dye solution, but uses a mixture of DNA fragments, has an indisputable advantage. For example, the study of mixtures of synthetic oligonucleotide probes imitating various variants of telomeric repeats in Example 2. In this case, the use of the claimed method provides unique opportunities for describing the spectral characteristics of telomeric repeat variations that can end telomeric overhangs in a cell.

Особую актуальность приобретает перспектива исследования нативных фракции теломерных оверхенгов с помощью заявленного способа для выявления их спектральных характеристик, которые могут являться цветовыми маркерами активации деления клетки и прохождения фаз клеточного цикла.Of particular relevance is the prospect of studying native fractions of telomeric overhangs using the claimed method to identify their spectral characteristics, which may be color markers of activation of cell division and the passage of phases of the cell cycle.

С помощью заявленного способа было показано, что теломерная ДНК обладает уникальными флуоресцентными свойствами и спектральными характеристиками. Последние данные о нуклеотидном полиморфизме окончаний теломерной ДНК привели к новому пониманию канонического гексануклеотидного повтора как шести вариантов возможной последовательности (GGTTAG, GTTAGG, TTAGGG, TAGGGT, AGGGTT и GGGTTA), каждая из которых обладает уникальными флуоресцентными свойствами и спектральными характеристиками. Поэтому обнаруженное явление перестроек терминальных нуклеотидных окончаний теломерной ДНК напрямую связано с явлением флуорофор-связанной флуоресценции ДНК в видимом диапазоне света, открытой с помощью заявленного способа.Using the inventive method, it was shown that telomeric DNA has unique fluorescence properties and spectral characteristics. Recent data on nucleotide polymorphism of telomeric DNA endings have led to a new understanding of the canonical hexanucleotide repeat as six variants of the possible sequence (GGTTAG, GTTAGG, TTAGGG, TAGGGT, AGGGTT and GGGTTA), each of which has unique fluorescent properties and spectral characteristics. Therefore, the detected phenomenon of rearrangements of the terminal nucleotide terminations of telomeric DNA is directly related to the phenomenon of fluorophore-associated fluorescence of DNA in the visible range of light discovered using the claimed method.

В зависимости от вариации нуклеотидного окончания 3' и 5'-концов теломерной ДНК совокупность ее G-оверхенгов представляет собой гетероморфную популяцию, различающуюся по нуклеотидному составу теломерных повторов. В зависимости от 5'-окончания С-цепи теломерной ДНК последовательность каждого однонитевого оверхенга G-цепи представляет собой n-е число одного из шести вариантов полноразмерного повтора. При этом оверхенги могут оканчиваться не полноразмерным повтором. В связи с этим становится понятной роль их терминальных триплетов в определении результирующей флуоресценции.Depending on the variation in the nucleotide termination of the 3 'and 5' ends of telomeric DNA, the totality of its G-overhangs is a heteromorphic population that differs in the nucleotide composition of telomeric repeats. Depending on the 5'-end of the C-chain of telomeric DNA, the sequence of each single-stranded overhang of the G-chain is the nth number of one of six full-size repeat variants. At the same time, overhangs may not end in a full-sized repetition. In this regard, the role of their terminal triplets in determining the resulting fluorescence becomes clear.

Было установлено, что активация деления клетки в первые часы воздействия стимула связана с перестройками терминальных нуклеотидов теломерных оверхенгов. При этом показано, что клетка наиболее чувствительна к изменению последовательности последнего теломерного повтора на 3'-конце ДНК. Результатом этого процесса может служить изменение спектральных характеристик результирующей флуоресценции, определяемой 3'-окончаниями теломерных оверхенгов клетки.It was found that activation of cell division in the first hours of stimulus exposure is associated with rearrangements of the telomere overhang terminal nucleotides. It was shown that the cell is most sensitive to a change in the sequence of the last telomeric repeat at the 3'-end of DNA. The result of this process can be a change in the spectral characteristics of the resulting fluorescence, determined by the 3'-ends of the telomeric overhangs of the cell.

Согласно полученным представлениям каналы интегрированной флуоресценции ДНК составляют основу триггерного механизма активации деления клетки за счет переключения двух основных цветов спектра. Один из цветов является красным, а второй, антагонистический цвет, может быть представлен зеленым или синим. Такая схема обеспечивает четкую спектральную дискриминацию оптического сигнала, который воспринимает клетка для начала подготовки к делению.According to the obtained ideas, the channels of integrated fluorescence of DNA form the basis of the trigger mechanism for the activation of cell division by switching two primary colors of the spectrum. One of the colors is red, and the second, the antagonistic color, can be represented by green or blue. Such a scheme provides clear spectral discrimination of the optical signal that the cell perceives to begin preparation for division.

Было показано, что в соответствии со спектральным кодом флуорофор-связанной флуоресценции ДНК человека для регулирования процессов деления клетки используется зелено-красная кодировка пролиферативной информации. Изменения спектрального кода, произошедшие в июне 2012 года, связаны с существенным изменением режима насыщения теломерной ДНК человека зеленой флуоресценцией. Использование заявляемого способа представляет уникальные возможности для изучения механизма квантового насыщения теломерной ДНК и позволило установить новый режим его функционирования в зеленом спектре (пример 4).It was shown that in accordance with the spectral code of the fluorophore-associated fluorescence of human DNA, a green-red coding of proliferative information is used to regulate cell division processes. Changes in the spectral code that occurred in June 2012 are associated with a significant change in the saturation mode of human telomeric DNA with green fluorescence. Using the proposed method presents unique opportunities for studying the mechanism of quantum saturation of telomeric DNA and allowed to establish a new mode of its functioning in the green spectrum (example 4).

Изучение терминальных нуклеотидов G-цепи теломерной ДНК человека позволило установить существование сбалансированного и несбалансированного профилей терминальных нуклеотидов теломерных оверхенгов. Использование заявляемого способа позволило связать их с существованием разных квантовых состояний клетки, связанных с окончаниями теломерных оверхенгов. Эти состояния характеризуются разным балансом зеленого и красного каналов излучения в зависимости от изменения их нуклеотидных окончаний. Впервые было установлено, что основное неделящееся состояние клетки сопровождается преимущественным окончанием теломерных оверхенгов на гуанин. Активация деления клетки в первые часы воздействия стимула сопровождается резким увеличением содержания окончаний теломерных оверхенгов на аденин. Различие спектральных свойств азотистых оснований, установленное с помощью заявляемого способа, позволяет связать эти нуклеотидные перестройки с изменением флуоресценции теломерных оверхенгов. Неделящееся состояние клетки характеризуется преобладанием испускания флуоресценции теломерных оверхенгов в спектре, соответствующем их окончанию на гуанин. Для условий стабильного существования спектрального кода теломерной ДНК человека таким спектром является зеленый. Именно зеленый спектр оказался наиболее спектрально-специфичным для различных вариантов окончаний теломерных G-оверхенгов.A study of the terminal nucleotides of the G-chain of human telomeric DNA has established the existence of balanced and unbalanced profiles of the terminal nucleotides of telomeric overhangs. Using the proposed method allowed them to be associated with the existence of different quantum states of the cell associated with the ends of telomeric overhangs. These states are characterized by a different balance of the green and red radiation channels depending on the change in their nucleotide endings. For the first time, it was found that the main non-fissile state of the cell is accompanied by the predominant end of telomeric overhangs to guanine. Activation of cell division in the first hours of stimulus exposure is accompanied by a sharp increase in the content of telomeric overhang endings on adenine. The difference in the spectral properties of nitrogenous bases, established using the proposed method, allows us to associate these nucleotide rearrangements with a change in the fluorescence of telomeric overhangs. The non-fissile state of the cell is characterized by the predominance of the emission of fluorescence of telomeric overhangs in the spectrum corresponding to their termination by guanine. For conditions for the stable existence of the spectral code of human telomeric DNA, this spectrum is green. It was the green spectrum that turned out to be the most spectrally specific for various variants of the endings of telomeric G-overhangs.

Было установлено, что активация деления сопровождается увеличением содержания теломерных окончаний на аденин, что напрямую связано с сохранением красного спектра их излучения и резким падением зеленого. В этих условиях, особенно в первые часы активации деления, ядро активированной клетки «краснеет» за счет изменения результирующей флуоресценции окончаний теломерных оверхенгов. Об этом свидетельствует составление спектральной карты и цветового маркера результирующей флуоресценции теломерного повтора GGGTTA в диапазоне волн 520-605 нм (фиг.16Е). Указанный признак может использоваться как диагностический цветовой маркер активированной к делению клетки. В последующие часы дальнейшая прогрессия цикла перестроек терминальных нуклеотидов приводит к постепенному падению красного сигнала. На фоне его снижения снова возрастает зеленый канал флуоресценции вплоть до соотношения, характерного для неделящейся клетки. При этом цветовой маркер результирующей флуоресценции окончаний теломерных оверхенгов вновь приобретает выраженную зеленую составляющую. Главный вклад в этот процесс вносит теломерный повтор GTTAGG, что демонстрирует его спектральная карта и цветовой маркер результирующей флуоресценции (фиг.16Б).It was found that the activation of fission is accompanied by an increase in the content of telomeric endings on adenine, which is directly related to the preservation of the red spectrum of their radiation and a sharp drop in green. Under these conditions, especially in the first hours of fission activation, the nucleus of an activated cell “turns red” due to changes in the resulting fluorescence of the ends of telomeric overhangs. This is evidenced by the compilation of the spectral map and color marker of the resulting fluorescence of the telomeric repeat GGGTTA in the wavelength range of 520-605 nm (Fig.16E). The indicated trait can be used as a diagnostic color marker of cell division activated. In the following hours, a further progression of the cycle of rearrangements of terminal nucleotides leads to a gradual decrease in the red signal. Against the background of its decrease, the green fluorescence channel again increases up to the ratio characteristic of non-dividing cells. In this case, the color marker of the resulting fluorescence of the ends of the telomeric overhangs again acquires a pronounced green component. The main contribution to this process is made by the telomere repeat of GTTAGG, which is demonstrated by its spectral map and color marker of the resulting fluorescence (Fig.16B).

Условия измененного спектрального кода, возникшие во второй половине 2012 года, видимо, связаны с существенным преобразованием описанной выше схемы активации деления. В основном оно связано с замедленным насыщением зеленой флуоресцентной энергией теломерных повторов, которая обеспечивает их спектральную дифференцировку. В зеленом спектре преобладание флуоресценции GTTAGG повтора (основного для неделящегося состояния клетки) над GGGTTA повтором (основным для активированной к делению клетки) стало наблюдаться после двух часов изучения динамики их насыщения (фиг.6).The conditions of the modified spectral code that arose in the second half of 2012 are apparently associated with a significant transformation of the fission activation scheme described above. It is mainly associated with a delayed saturation of the green fluorescent energy of telomeric repeats, which ensures their spectral differentiation. In the green spectrum, the predominance of fluorescence of GTTAGG repeat (the main for the non-dividing state of the cell) over the GGGTTA repeat (the main for the activated cell division) began to be observed after two hours of studying the dynamics of their saturation (Fig.6).

Таким образом, по соотношению основных каналов кодирования пролиферативной информации, представленных флуоресцентными излучениями теломерных оверхенгов, можно судить об этапах активации деления клеток. Это может составить основу новейшего ДНК-спектрального анализа, который может найти широкое применение в медицине. Любые изменения на этапах перестроек терминальных нуклеотидов могут диагностироваться не только напрямую, но и с помощью заявляемого способа через установление соотношения зеленого и красного каналов флуоресценции теломерных оверхенгов.Thus, by the ratio of the main coding channels of proliferative information represented by fluorescent radiation of telomeric overhangs, one can judge the stages of activation of cell division. This can form the basis of the latest DNA spectral analysis, which can be widely used in medicine. Any changes at the stages of rearrangement of terminal nucleotides can be diagnosed not only directly, but also using the proposed method by establishing the ratio of green and red fluorescence channels of telomeric overhangs.

В заключение следует отметить, что теломерные оверхенги являются единственным вариабельным генетическим субстратом клетки, способным к быстрым рефлекторным изменениям в ответ на изменения условий окружающей среды. Это обусловлено тем, что геномная ДНК консервативна по своей структуре и поддерживается строгими механизмами репликации и репарации. Существование в клетке механизмов экзонуклеазного воздействия на 5'- и, главным образом, на 3'- концы теломерной ДНК, составляет основу быстрого рефлекторного ответа клетки на воздействие стимула к делению. Происходящие при этом изменения спектральных характеристик флуоресценции теломерных оверхенгов могут служить важным критерием оценки пролиферативных свойств клетки. В связи с этим заявленный способ может составить основу нового направления в молекулярной диагностике - ДНК-спектрального анализа флуоресценции теломерных оверхенгов, который заключается в установлении соотношения основных каналов флуоресценции теломерных оверхенгов в ходе активации деления клетки и прохождения основных этапов клеточного цикла.In conclusion, it should be noted that telomeric overhangs are the only variable genetic substrate of the cell capable of rapid reflex changes in response to changes in environmental conditions. This is due to the fact that genomic DNA is conservative in structure and is supported by strict mechanisms of replication and repair. The existence in the cell of mechanisms of exonuclease action on the 5'- and mainly 3'-ends of telomeric DNA is the basis for a quick reflex response of the cell to the effect of the division stimulus. The changes in the spectral characteristics of the fluorescence of telomeric overhangs that occur in this case can serve as an important criterion for evaluating the proliferative properties of a cell. In this regard, the claimed method can form the basis of a new direction in molecular diagnostics - DNA spectral analysis of the fluorescence of telomeric overhangs, which consists in establishing the ratio of the main fluorescence channels of telomeric overhangs during activation of cell division and the passage of the main stages of the cell cycle.

Другим направлением применения заявляемого способа является ДНК-спектральный анализ флуоресценции генных последовательностей. В этом случае в качестве исследуемых образцов используют синтетические последовательности генов, нативные фрагменты геномной ДНК, участки хромосом и т.п. ДНК-спектральный анализ представляет собой мощный инструмент исследования генома клетки, особенно в связи с рассмотрением концепции квантово-оптического кодирования наследственной информации. Эта концепция исходит из того, что каждый нуклеотид обладает специфическими спектральными характеристиками и вносит свой вклад в результирующую флуоресценцию последовательности ДНК. При этом каждая последовательность не зависимо от длины может быть представлена характерным спектром флуоресценции как результатом взаимодействия основных цветовых каналов. Примером изучения роли основных типов азотистых оснований в видимом спектре флуоресценции ДНК может служить исследование мононуклеотидных последовательностей в примере 5.Another area of application of the proposed method is DNA spectral analysis of fluorescence of gene sequences. In this case, synthetic sequences of genes, native fragments of genomic DNA, chromosome regions, etc., are used as test samples. DNA spectral analysis is a powerful tool for studying the genome of a cell, especially in connection with the consideration of the concept of quantum optical coding of hereditary information. This concept assumes that each nucleotide has specific spectral characteristics and contributes to the resulting fluorescence of the DNA sequence. Moreover, each sequence, regardless of length, can be represented by a characteristic fluorescence spectrum as a result of the interaction of the main color channels. An example of studying the role of the main types of nitrogen bases in the visible spectrum of DNA fluorescence is the study of mononucleotide sequences in example 5.

Изучение роли каждого вида азотистого основания и их сочетаний в конкретной нуклеотидной последовательности позволяет заново осмыслить значение однонуклеотидных полиморфизмов и точечных мутаций в геноме клетки. Дальнейшее развитие ДНК-технологий в этом направлении может привести к составлению спектральных цветовых карт участков генов, полноразмерных генных последовательностей или их регуляторных элементов, что поможет понять механизмы их функционирования. В примере 6 показано, что различные участки, представленные плюсовыми и минусовыми цепями ДНК, в пределах последовательности одного гена различаются своими спектральными характеристиками, особенно в условиях стабильного спектрального кода ДНК (апрель 2012 г.).A study of the role of each type of nitrogenous base and their combinations in a specific nucleotide sequence allows us to rethink the importance of single nucleotide polymorphisms and point mutations in the cell genome. Further development of DNA technologies in this direction may lead to the preparation of spectral color maps of gene regions, full-sized gene sequences, or their regulatory elements, which will help to understand the mechanisms of their functioning. Example 6 shows that the different regions represented by the plus and minus DNA chains within the sequence of one gene differ in their spectral characteristics, especially in conditions of a stable spectral DNA code (April 2012).

Спектральное картирование хромосом и их фрагментов позволит по-новому объяснить их вклад в формирование общего светового поля клетки и понять значение хромосомных перестроек в ее геноме.Spectral mapping of chromosomes and their fragments will make it possible to explain in a new way their contribution to the formation of the general light field of a cell and to understand the significance of chromosome rearrangements in its genome.

Перечисленные новые направления исследования генома клетки, которые становятся возможными с применением заявляемого способа, говорят о его бесспорной практической значимости и преимуществе перед существующими методами изучения флуоресценции ДНК. До текущего момента не существовало способов, позволяющих осветить вопрос о соотношении процессов поглощения и излучения квантов света в видимом спектре в зависимости от конкретной нуклеотидной последовательности ДНК. Заявленный способ позволил установить, что для спектрального кода флуорофор-связанной флуоресценции ДНК человека основными флуоресцирующими каналами в видимом диапазоне света являются красный и зеленый, а желтый спектр поглощается. Наблюдавшиеся после середины июня 2012 года изменения спектрального кода флуоресценции ДНК в основном затронули свойства теломерных последовательностей, для которых изменился режим насыщения зеленой флуоресценцией.These new areas of study of the genome of the cell, which are possible using the proposed method, speak of its indisputable practical significance and advantage over existing methods for studying the fluorescence of DNA. Until now, there were no ways to illuminate the question of the ratio of the processes of absorption and emission of light quanta in the visible spectrum, depending on the specific nucleotide sequence of DNA. The claimed method made it possible to establish that for the spectral code of the fluorophore-associated fluorescence of human DNA, the main fluorescent channels in the visible range of light are red and green, and the yellow spectrum is absorbed. Changes in the spectral code of DNA fluorescence observed after mid-June 2012 mainly affected the properties of telomeric sequences, for which the saturation mode of green fluorescence changed.

Впервые предложенный способ изучения флуоресценции ДНК позволил оценить вклад каждого нуклеотида изучаемой последовательности в формирование результирующего потока излучения как баланса основных цветов видимого спектра. Стало возможным исследование квантово-резонансных взаимоотношений между отдельными последовательностями, основанных на эффектах миграции энергии между нуклеотидами в рамках изучаемых цветовых каналов. При этом использование различных вариантов осуществления способа позволяет изучить влияние конкретного направления миграции энергии, а именно 5'-концевого или 3'-концевого направления, в зависимости от расположения красителя в составе изучаемой последовательности ДНК-зонда. Условия отсутствия предпочтительного направления миграции энергии изучаются при использовании красителя в виде молекул, свободно окружающих изучаемую ДНК-последовательность в растворе. Особую роль использование свободных молекул красителя играет для целей исследования режима насыщения нуклеотидных последовательностей флуоресцентной энергией определенного спектра.For the first time, the proposed method for studying DNA fluorescence made it possible to evaluate the contribution of each nucleotide of the studied sequence to the formation of the resulting radiation flux as the balance of the primary colors of the visible spectrum. It has become possible to study the quantum resonance relationships between individual sequences based on the effects of energy migration between nucleotides within the studied color channels. Moreover, the use of various embodiments of the method allows one to study the influence of a specific direction of energy migration, namely, the 5'-terminal or 3'-terminal direction, depending on the location of the dye in the studied sequence of the DNA probe. The conditions for the absence of a preferred direction of energy migration are studied using a dye in the form of molecules freely surrounding the studied DNA sequence in solution. The use of free dye molecules plays a special role for the purpose of studying the saturation of nucleotide sequences with the fluorescence energy of a certain spectrum.

Большое значение это приобретает в рамках комплексного исследования популяции теломерных оверхенгов как молекулярного субстрата управляющего световым потоком, регулирующим деление клетки. Использование патентуемого способа позволяет исследовать квантово-резонансные взаимоотношения между отдельными теломерными оверхенгами, которые заключаются в балансе процессов излучения и поглощения квантов определенного спектра в зависимости от их нуклеотидной последовательности.This is of great importance in the framework of a comprehensive study of the telomeric overhang population as a molecular substrate controlling the light flux regulating cell division. Using the patented method allows you to explore the quantum resonance relationships between individual telomeric overhangs, which are the balance of the processes of radiation and absorption of quanta of a certain spectrum depending on their nucleotide sequence.

С помощью заявленного способа был установлен универсальный дистанционный механизм квантовых взаимодействий, возникающий между нуклеотидами как внутри самих последовательностей, так и между разными последовательностями. Было открыто дистанционное влияние растворов синтетических аналогов оверхенгов на флуоресценцию друг друга, находящихся на расстоянии нескольких сантиметров в разных пробирках. Этот механизм отличается от описанных в литературе механизмов индуктивно-резонансной и обменно-резонансной миграции энергии, при которых необходим тесный контакт или перекрывание электронных облаков между молекулами донора и акцептора. Таким образом, было установлено, что теломерные оверхенги могут влиять друг на друга, не только будучи в одной клетке, но и воздействовать на флуоресценцию оверхенгов окружающих клеток и тканей. Последний факт особенно актуален в целях изучения механизмов формирования единого поля клетки, органа и организма в целом, а также для развития систем дистанционной диагностики и коррекции происходящих в них процессов.Using the inventive method, a universal remote mechanism of quantum interactions was established that occurs between nucleotides both within the sequences themselves and between different sequences. The remote influence of solutions of synthetic analogs of overhangs on the fluorescence of each other, located at a distance of several centimeters in different tubes, was discovered. This mechanism differs from the mechanisms of inductive-resonance and exchange-resonance energy migration described in the literature, in which close contact or overlapping of electron clouds between the donor and acceptor molecules is required. Thus, it was found that telomeric overhangs can affect each other, not only being in the same cell, but also affect the fluorescence of the overhangs of surrounding cells and tissues. The latter fact is especially relevant in order to study the mechanisms of formation of a single field of the cell, organ and organism as a whole, as well as for the development of systems for remote diagnostics and correction of processes occurring in them.

Claims (15)

1. Способ спектрального анализа флуоресцентных свойств нуклеотидных последовательностей ДНК, применяемый для целей генетической диагностики, исследования митогенетического излучения клеток, кодирования наследственной и пролиферативной информации, заключающийся в исследовании спектра излучения растворов флуоресцентных красителей, квантово-связанных с исследуемой последовательностью, и осуществляемый в следующие этапы:
а) приготовление водных растворов красителей основных цветов флуоресценции типа FAM в зеленом спектре, R6G в желто-зеленом спектре, TAMRA в желтом спектре, ROX в оранжево-красном спектре и аналогичных им, обладающих свободно расположенными в пространстве флуорофорными группами и являющихся по отношению к внутренней структуре ДНК неинтеркалирующими и не связывающимися с бороздками молекулами, в концентрации 0,25-0,5 мкг/мл, обеспечивающей одинаковую интенсивность флуоресценции в каждом из цветовых каналов детекции;
б) измерение фоновой флуоресценции растворов красителей в соответствующих каналах детекции с помощью флуоресцентного детектора FDG-001;
в) добавление к раствору красителей образца ДНК в количестве 150-200 нг, которое позволяет регистрировать изменения флуоресценции красителей под воздействием ДНК с достоверной чувствительностью;
г) измерение флуоресценции растворов красителей, которая избирательно реагирует на добавление образца ДНК в зависимости от флуоресцентных и спектральных характеристик изучаемой нуклеотидной последовательности в регистрируемых диапазонах длин волн за счет установления общего квантово-связанного спектра излучения ДНК-краситель;
д) регистрация результатов анализа в виде представления значений в условных единицах положительного или отрицательного прироста флуоресценции красителей по отношению к их исходному фону до добавления образца ДНК в форме построения столбчатых диаграмм или кривых динамики роста сигнала во времени;
е) интерпретация результатов прироста флуоресценции красителей, которая свидетельствуют об изменениях собственных флуоресцентных свойств исследуемых последовательностей ДНК в соответствующем диапазоне спектра, происходящих в результате нуклеотидных перестроек окончаний теломерной ДНК, точечных мутаций и полиморфизмов генов, хромосомных перестроек, изменений кариотипа или генома клеток.
1. The method of spectral analysis of the fluorescent properties of nucleotide DNA sequences, used for the purpose of genetic diagnosis, research of mitogenetic radiation of cells, coding of hereditary and proliferative information, which consists in studying the emission spectrum of solutions of fluorescent dyes, quantum-associated with the studied sequence, and carried out in the following steps:
a) preparation of aqueous solutions of dyes of primary fluorescence colors of the FAM type in the green spectrum, R6G in the yellow-green spectrum, TAMRA in the yellow spectrum, ROX in the orange-red spectrum and the like, having fluorophore groups freely located in space and which are relative to the internal the DNA structure with non-intercalating and non-grooved molecules, at a concentration of 0.25-0.5 μg / ml, providing the same fluorescence intensity in each of the color channels of detection;
b) measurement of the background fluorescence of dye solutions in the respective detection channels using a FDG-001 fluorescence detector;
c) adding to the dye solution a DNA sample in an amount of 150-200 ng, which allows you to record changes in the fluorescence of dyes under the influence of DNA with reliable sensitivity;
d) measurement of fluorescence of dye solutions, which selectively responds to the addition of a DNA sample depending on the fluorescence and spectral characteristics of the studied nucleotide sequence in the recorded wavelength ranges due to the establishment of a common quantum-bound emission spectrum of DNA-dye;
e) recording the results of the analysis in the form of a representation of the values in arbitrary units of the positive or negative increase in the fluorescence of the dyes in relation to their initial background before adding a DNA sample in the form of building bar charts or curves of the dynamics of signal growth over time;
f) interpretation of the results of the increase in the fluorescence of dyes, which indicates changes in the intrinsic fluorescence properties of the studied DNA sequences in the corresponding spectral range resulting from nucleotide rearrangements of telomeric DNA ends, point mutations and polymorphisms of genes, chromosomal rearrangements, changes in the karyotype or cell genome.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворы красителей представлены зондами, в которых плоскости флуорофорных групп сохраняют свободу по отношению к внутренней структуре ДНК и присоединены к ее свободному 5′ или 3′-концу, либо встроены внутрь в виде модифицированных нуклеозидов, в том числе с использованием комбинации с гасителями, обеспечивающими необходимый уровень занижения флуоресценции красителей; при этом изучается влияние собственной последовательности флуоресцентно-меченного зонда или других ДНК на флуоресценцию красителей в составе зонда.2. The method according to claim 1, characterized in that the dye solutions are represented by probes, in which the planes of the fluorophore groups retain freedom with respect to the internal structure of DNA and are attached to its free 5 ′ or 3 ′ end, or are embedded inside as modified nucleosides , including using a combination with quenchers that provide the necessary level of underestimation of the dye fluorescence; in this case, the effect of the intrinsic sequence of a fluorescently-labeled probe or other DNA on the fluorescence of dyes in the composition of the probe is studied. 3. Способ, по п.1, отличающийся тем, что образец исследуемой ДНК-последовательности, в том числе в качестве флуоресцентно-меченных зондов, используется в виде отдельного раствора без добавления к растворам красителей; при этом изучается дистанционное бесконтактное влияние последовательности ДНК на флуоресценцию растворов чистых красителей или красителей в составе зондов.3. The method according to claim 1, characterized in that the sample of the studied DNA sequence, including as fluorescently-labeled probes, is used as a separate solution without adding dyes to the solutions; in this case, the remote non-contact effect of the DNA sequence on the fluorescence of solutions of pure dyes or dyes in the composition of the probes is studied. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что образцы ДНК для проведения спектрального анализа являются: а) синтетическими олигонуклеотидами различной длины, а также их двухцепочечными дуплексами, представляющими собой мононуклеотидные, теломерные или генные последовательности, включая регуляторные элементы и некодирующие области; б) протяженными генными последовательностями, включая клонированные в векторе; в) фракциями двухцепочечной теломерной ДНК или однонитевых теломерных оверхенгов; г) тотальной геномной ДНК или ДНК отдельных хромосом и их фрагментов.4. The method according to claim 1, characterized in that the DNA samples for spectral analysis are: a) synthetic oligonucleotides of various lengths, as well as their double-stranded duplexes, which are mononucleotide, telomeric or gene sequences, including regulatory elements and non-coding regions; b) extended gene sequences, including cloned in a vector; c) fractions of double-stranded telomeric DNA or single-stranded telomeric overhangs; d) total genomic DNA or DNA of individual chromosomes and their fragments. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что флуоресцентный спектр растворов красителей представлен волнами видимого света в диапазоне от фиолетового до красного, конкретизация которого определяется спектральными характеристиками используемых флуорофоров и особенностями регистрации их флуоресценции на определенных длинах волн с помощью детектирующих приборов.5. The method according to claim 1, characterized in that the fluorescence spectrum of the dye solutions is represented by waves of visible light in the range from violet to red, the specification of which is determined by the spectral characteristics of the used fluorophores and the peculiarities of recording their fluorescence at specific wavelengths using detecting devices. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что флуоресцентный спектр растворов красителей представлен волнами УФ- и ИК-диапазонов, конкретизация которого определяется спектральными характеристиками используемых флуорофоров и особенностями регистрации их флуоресценции на определенных длинах волн с помощью детектирующих приборов.6. The method according to claim 1, characterized in that the fluorescence spectrum of the dye solutions is represented by waves of the UV and IR ranges, the specification of which is determined by the spectral characteristics of the used fluorophores and the peculiarities of recording their fluorescence at specific wavelengths using detecting devices. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для проведения спектрального анализа используется набор флуоресцентных красителей с разными спектральными характеристиками, позволяющий исследовать влияние нуклеотидной последовательности в разных спектрах флуоресценции как моноканально, когда каждый краситель представлен отдельным раствором, так и мультиканально, когда используется смесь нескольких красителей в одном растворе; при этом интенсивность возбуждающего излучения, соответствующего пику флуоресценции каждого из красителей, одинакова для всех цветов спектра.7. The method according to claim 1, characterized in that for carrying out spectral analysis a set of fluorescent dyes with different spectral characteristics is used, which allows to study the effect of the nucleotide sequence in different fluorescence spectra both mono-channel, when each dye is represented by a separate solution, and multichannel, when used a mixture of several dyes in one solution; the intensity of the exciting radiation corresponding to the fluorescence peak of each of the dyes is the same for all colors of the spectrum. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение флуоресценции растворов красителей осуществляется с помощью флуориметров, флуориметров-спектрофотометров, флуоресцентных сканеров и детекторов согласно общепринятой техники флуориметрии и спектрометрии с применением соответствующих используемым красителям светофильтров или светоразделителей, позволяющих проводить исследования широкого спектра пропускания для основных цветов флуоресценции, а также дискретизацию по отдельным длинам волн в рамках отдельных цветов спектра.8. The method according to claim 1, characterized in that the fluorescence measurement of the dye solutions is carried out using fluorimeters, fluorimetric spectrophotometers, fluorescence scanners and detectors according to the conventional fluorimetry and spectrometry techniques using the appropriate color filters or light separators that allow studies of a wide transmission spectrum for primary fluorescence colors, as well as discretization by individual wavelengths within the individual colors of the spectrum. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе регистрации результатов спектрального анализа проводят оценку интенсивности цветовых каналов флуоресценции по RGB и HSB, HSL шкалам кодирования цветовой информации в виде составления спектральных карт или цветовых маркеров результирующей флуоресценции исследуемой ДНК в диапазоне длин волн, соответствующем используемым красителям.9. The method according to claim 1, characterized in that at the stage of recording the results of spectral analysis, the intensity of the fluorescence color channels is estimated according to RGB and HSB, HSL color information coding scales in the form of spectral maps or color markers of the resulting fluorescence of the DNA under study in the wavelength range corresponding to the dyes used. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что спектральный анализ применяется для исследования генных последовательностей, представленных отдельными плюсовыми и минусовыми цепями, а также их дуплексами, включая регуляторные генные элементы и некодирующие области, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции, в том числе для спектральной диагностики точечных мутаций и полиморфизмов генов и изучения фотонного насыщения геноструктур как механизма квантово-оптической записи и спектрального кодирования наследственной информации.10. The method according to claim 1, characterized in that the spectral analysis is used to study gene sequences represented by individual plus and minus chains, as well as their duplexes, including regulatory gene elements and non-coding regions, in order to obtain spectral maps and color markers of the resulting fluorescence including for the spectral diagnosis of point mutations and polymorphisms of genes and the study of photon saturation of genostructures as a mechanism of quantum optical recording and spectral coding asledstvennoy information. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что спектральный анализ применяется для исследования фракций ДНК отдельных хромосом и их фрагментов с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции, а также изучения роли их изменений в ходе хромосомных перестроек и нарушений нормального кариотипа клеток.11. The method according to claim 1, characterized in that the spectral analysis is used to study the DNA fractions of individual chromosomes and their fragments in order to obtain spectral maps and color markers of the resulting fluorescence, as well as to study the role of their changes during chromosome rearrangements and violations of normal cell karyotype . 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что спектральный анализ применяется для исследования синтетических теломерных последовательностей, представленных различными вариациями теломерных повторов ДНК и их окончаний, а также их двухцепочечными дуплексами, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции и изучения их фотонного насыщения как механизма квантово-оптической записи и спектрального кодирования пролиферативной информации.12. The method according to claim 1, characterized in that the spectral analysis is used to study synthetic telomeric sequences represented by various variations of telomeric DNA repeats and their ends, as well as their double-stranded duplexes, in order to obtain spectral maps and color markers of the resulting fluorescence and study them photon saturation as a mechanism of quantum optical recording and spectral coding of proliferative information. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что спектральный анализ применяется для исследования нативных фракций теломерной ДНК и теломерных оверхенгов с целью изучения изменений их спектральных характеристик, в частности определения соотношения основных каналов флуоресценции и цветовых маркеров в ходе активации деления клетки и прохождения основных этапов клеточного цикла.13. The method according to claim 1, characterized in that the spectral analysis is used to study native fractions of telomeric DNA and telomeric overhangs with the aim of studying changes in their spectral characteristics, in particular determining the ratio of the main fluorescence channels and color markers during activation of cell division and passage of the main stages of the cell cycle. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что для дистанционной спектральной диагностики в качестве образцов для исследования используются живые биосистемы как источники ДНК в виде культур клеток и тканей, органов и участков живого организма, организма в целом; при этом растворы красителей или меченных зондов используются как биосенсоры и располагаются в непосредственной близости к исследуемому объекту и позволяют получить общую спектральную картину, по изменению которой можно судить о функциональном состоянии объекта исследования.14. The method according to claim 1, characterized in that for remote spectral diagnostics, living biosystems are used as samples for research as DNA sources in the form of cultures of cells and tissues, organs and parts of a living organism, the organism as a whole; in this case, solutions of dyes or labeled probes are used as biosensors and are located in close proximity to the object under study and allow one to obtain a general spectral picture, by changing which one can judge the functional state of the object under study. 15. Способ по п.1, отличающийся тем, что использование контактного или бесконтактного вариантов его осуществления применяется для составления и использования схем корректирующего воздействия на биосистемы, действующих на основе: а) физических источников фотонов, включая лазерные и светодиодные матрицы; б) флуоресцентных молекул, в том числе в комбинации с ДНК; в) отдельных последовательностей ДНК как источников биофлуоресценции; при этом корректирующие воздействие характеризуется определенной интенсивностью, спектральной характеристикой и продолжительностью излучения, включая определенный режим переключения цветовых каналов в случае использования мультицветового спектра. 15. The method according to claim 1, characterized in that the use of contact or non-contact options for its implementation is used to compile and use corrective action schemes on biosystems based on: a) physical photon sources, including laser and LED arrays; b) fluorescent molecules, including in combination with DNA; c) individual DNA sequences as sources of biofluorescence; wherein corrective action is characterized by a certain intensity, spectral characteristic and duration of radiation, including a certain mode of switching color channels in the case of using a multi-color spectrum.
RU2012147691/10A 2012-11-09 2012-11-09 Method of studying fluorescent properties and spectral characteristics of nucleotide successions of dna by quantum-bound spectrum of irradiation of dyes with free fluorophoric groups RU2538138C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012147691/10A RU2538138C2 (en) 2012-11-09 2012-11-09 Method of studying fluorescent properties and spectral characteristics of nucleotide successions of dna by quantum-bound spectrum of irradiation of dyes with free fluorophoric groups

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012147691/10A RU2538138C2 (en) 2012-11-09 2012-11-09 Method of studying fluorescent properties and spectral characteristics of nucleotide successions of dna by quantum-bound spectrum of irradiation of dyes with free fluorophoric groups

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012147691A RU2012147691A (en) 2013-03-20
RU2538138C2 true RU2538138C2 (en) 2015-01-10

Family

ID=49123530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012147691/10A RU2538138C2 (en) 2012-11-09 2012-11-09 Method of studying fluorescent properties and spectral characteristics of nucleotide successions of dna by quantum-bound spectrum of irradiation of dyes with free fluorophoric groups

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2538138C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2008140168A (en) * 2006-03-10 2010-04-20 Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. (Nl) METHODS AND SYSTEMS FOR IDENTIFICATION OF DNA PATTERNS BY USING SPECTRAL ANALYSIS
RU2009107692A (en) * 2006-08-04 2010-09-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. (Nl) METHOD FOR DETECTING AND / OR DIAGNOSTIC OF CANCER IN VIVO USING BASED ON FLUORESCENCE OF DNA-REFLECTING CYTOMETRY
RU2009108657A (en) * 2006-08-11 2010-09-20 Биоканта (Fr) METHOD FOR DETERMINING NUCLEIC ACID CONTENTS BY FLUORESCENCE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2008140168A (en) * 2006-03-10 2010-04-20 Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. (Nl) METHODS AND SYSTEMS FOR IDENTIFICATION OF DNA PATTERNS BY USING SPECTRAL ANALYSIS
RU2009107692A (en) * 2006-08-04 2010-09-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. (Nl) METHOD FOR DETECTING AND / OR DIAGNOSTIC OF CANCER IN VIVO USING BASED ON FLUORESCENCE OF DNA-REFLECTING CYTOMETRY
RU2009108657A (en) * 2006-08-11 2010-09-20 Биоканта (Fr) METHOD FOR DETERMINING NUCLEIC ACID CONTENTS BY FLUORESCENCE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
POPP F.A. ET AL., Biophoton emission. New evidence for coherence and DNA as source, Cell Biophys, 1984, v.6, no.1, p.33-52. TANIOUS F.A. ET AL, DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) binds differently to DNA and RNA: minor-groove binding at AT sites and intercalation at AU sites, Biochemistry, 1992, v.31, no.12, p.3103-3112, реферат. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012147691A (en) 2013-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240018573A1 (en) Signal encoding and decoding in multiplexed biochemical assays
Eggeling et al. Data registration and selective single-molecule analysis using multi-parameter fluorescence detection
US20050130176A1 (en) Digital amplification
Han et al. Development of a vivid FRET system based on a highly emissive dG–dC analogue pair
JP4527338B2 (en) Dye-labeled oligonucleotides for labeling nucleic acid molecules
Piatkevich et al. Advances in engineering of fluorescent proteins and photoactivatable proteins with red emission
Hawkins Fluorescent pteridine probes for nucleic acid analysis
Qian et al. Single-molecule imaging of telomerase activity via linear plasmon rulers
Macháň et al. Statistical filtering in fluorescence microscopy and fluorescence correlation spectroscopy
Bharill et al. Fluorescence intensity decays of 2-aminopurine solutions: lifetime distribution approach
Lakowicz et al. End-to-end diffusion and distance distributions of flexible donor-acceptor systems observed by intramolecular energy transfer and frequency-domain fluorometry; enhanced resolution by global analysis of externally quenched and nonquenched samples
CN103597093A (en) Ddao compounds as fluorescent reference standards
Berland Detection of specific DNA sequences using dual-color two-photon fluorescence correlation spectroscopy
RU2538138C2 (en) Method of studying fluorescent properties and spectral characteristics of nucleotide successions of dna by quantum-bound spectrum of irradiation of dyes with free fluorophoric groups
Oldach Democratizing calcium visualization
Singleton et al. Probing the structure of RecA–DNA filaments. Advantages of a fluorescent guanine analog
Watari et al. Wash-free FISH of bacterial ribosomal RNAs by benzo [a] pyrene-modified oligonucleotides
Neu et al. Two-photon imaging for studying the microbial ecology of biofilm systems
Levitus Photophysics of single-molecule probes
US7851152B2 (en) Fluorescent base analogues' usage in the characterization of nucleic acid molecules and their interactions
Cissell et al. Resonance energy transfer methods of RNA detection
Wang et al. Fluorescence coding techniques for RNA detection
Winter et al. Direct gene expression analysis
Ceresa A New Approach to Enhance Signal-Background-Ratio by Smart Pulse Manipulation and Time-Gated Detection: Breaking the Limit of DNA Detection
Ejaz et al. Dynamic excitation for photophysical control and enhanced FRET sensing in an Anti-Brownian ELectrokinetic (ABEL) Trap