RU2798952C2 - Obtaining a nucleic acid library using electrophoresis - Google Patents

Obtaining a nucleic acid library using electrophoresis Download PDF

Info

Publication number
RU2798952C2
RU2798952C2 RU2021118530A RU2021118530A RU2798952C2 RU 2798952 C2 RU2798952 C2 RU 2798952C2 RU 2021118530 A RU2021118530 A RU 2021118530A RU 2021118530 A RU2021118530 A RU 2021118530A RU 2798952 C2 RU2798952 C2 RU 2798952C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transposase
cofactor
nucleic acid
site
enzyme
Prior art date
Application number
RU2021118530A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021118530A (en
Inventor
Нил Энтони ГОРМЛИ
Original Assignee
Иллумина Кембридж Лимитед
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 Иллумина Кембридж Лимитед filed Critical Иллумина Кембридж Лимитед
Publication of RU2021118530A publication Critical patent/RU2021118530A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2798952C2 publication Critical patent/RU2798952C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrophoresis medical devices.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a method of performing an enzymatic reaction using electrophoresis, a method of obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid, an electrophoresis device and a system for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid. The electrophoresis system comprises an electrophoresis gel matrix having first and second ends and a length between the first and second ends. At the first and second ends, respectively, there is a pair of positive and negative electrodes. The first site near the first end contains the first cofactor of the enzyme. The second site near the second end contains the second cofactor of the enzyme. The second enzyme cofactor has an electrical charge opposite to the electrical charge of the first enzyme cofactor. The reaction site between the first site and the second site contains the enzyme. The application of an electric field between a pair of electrodes causes the molecules to migrate through the electrophoresis gel matrix to obtain the desired product.
EFFECT: reduction of the risk of physical damage to nucleic acids.
27 cl, 8 dwg

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION

[0001] Настоящая заявка испрашивает преимущество приоритета предварительной заявки США № 62/873,603, поданной 12 июля 2019 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки для любых целей. [0001] This application claims the benefit of priority of U.S. Provisional Application No. 62/873,603, filed July 12, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety for all purposes.

ОПИСАНИЕDESCRIPTION

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION

[0002] Настоящая заявка относится к способам и системам для процессинга молекул нуклеиновых кислот в библиотеки нуклеиновых кислот с использованием электрофореза. Настоящая заявка также относится к способам, устройствам и системам для получения библиотеки с использованием электрофореза. [0002] The present application relates to methods and systems for processing nucleic acid molecules into nucleic acid libraries using electrophoresis. The present application also relates to methods, devices and systems for obtaining a library using electrophoresis.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0003] Существует множество способов и сфер применения, для которых желательно создать библиотеку молекул фрагментированной и меченой нуклеиновой кислоты (например, ДНК) из целевых молекул двухцепочечной нуклеиновой кислоты (например, двухцепочечной ДНК (дцДНК)). Часто целью является создание меньших молекул нуклеиновых кислот (например, фрагментов нуклеиновых кислот или ДНК) из более крупных молекул целевых нуклеиновых кислот для использования в качестве матриц в реакциях секвенирования. Получение библиотек для секвенирования сопряжено с трудностями при использовании больших молекул нуклеиновых кислот: большие молекулы являются хрупкими и легко повреждаются (например, генерируют сайты, лишенные азотистого основания, или одноцепочечные разрывы) при чрезмерных транспортировках и манипуляциях посредством множества различных физических процессов, таких как лизис клеток, центрифугирование, пипетирование, перенос образцов и интенсивное перемешивание. Такое повреждение приводит к ошибкам при секвенировании целевых нуклеиновых кислот. [0003] There are many methods and applications for which it is desirable to create a library of fragmented and labeled nucleic acid (eg, DNA) molecules from target double-stranded nucleic acid molecules (eg, double-stranded DNA (dsDNA)). Often the goal is to generate smaller nucleic acid molecules (eg, nucleic acid fragments or DNA) from larger target nucleic acid molecules for use as templates in sequencing reactions. Obtaining libraries for sequencing is difficult when using large nucleic acid molecules: large molecules are brittle and easily damaged (e.g., generating baseless sites or single-strand breaks) when over-transported and manipulated through many different physical processes, such as cell lysis , centrifugation, pipetting, sample transfer and vigorous mixing. Such damage leads to errors in the sequencing of target nucleic acids.

[0004] В настоящем документе описаны способы выполнения множества стадий объединения и разделения с использованием электрофореза для получения библиотек нуклеиновых кислот для секвенирования (например, тагментации), которые снижают риск физического повреждения нуклеиновых кислот. Эти подходы также можно легко применять для выполнения других процессов, таких как подготовка образца, экстракция образца, биохимические реакции, очистка продукта и выбор размера фрагмента нуклеиновой кислоты. [0004] This document describes methods for performing multiple steps of combining and separating using electrophoresis to obtain nucleic acid libraries for sequencing (eg, tagging) that reduce the risk of physical damage to nucleic acids. These approaches can also be readily applied to other processes such as sample preparation, sample extraction, biochemical reactions, product purification, and nucleic acid fragment size selection.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0005] Настоящая заявка относится к способам и устройствам для объединения и разделения субстратов, реагентов и продуктов для ферментативной реакции с использованием гель-электрофореза. Настоящая заявка также относится к способам, системам и устройствам для фрагментирования и мечения нуклеиновых кислот, таких как ДНК, с помощью транспосомных комплексов с использованием гель-электрофореза. Способы, системы и устройства, описанные в настоящем документе, относятся к способам и композициям для фрагментирования и мечения ДНК с помощью транспосомных комплексов с использованием гель-электрофореза. Способы, системы и устройства, представленные в настоящем документе, можно применять, например, для создания библиотек меченых фрагментов нуклеиновых кислот (например, ДНК) для применения, например, в способах секвенирования следующего поколения и т. п. В некоторых вариантах осуществления настоящая заявка относится к получению фрагментов ДНК из целевой ДНК, содержащей любую интересующую двухцепочечную ДНК (включая двухцепочечную кДНК, полученную из РНК), из любого источника для геномного, субгеномного, транскрипционного или метагеномного анализа или анализа экспрессии РНК. [0005] This application relates to methods and devices for combining and separating substrates, reagents and products for an enzymatic reaction using gel electrophoresis. The present application also relates to methods, systems and devices for fragmenting and labeling nucleic acids, such as DNA, using transposome complexes using gel electrophoresis. The methods, systems, and devices described herein relate to methods and compositions for fragmenting and labeling DNA with transposome complexes using gel electrophoresis. The methods, systems and devices provided herein can be used, for example, to create libraries of labeled nucleic acid fragments (e.g., DNA) for use in, for example, next generation sequencing methods, etc. In some embodiments, the present application relates to obtain DNA fragments from target DNA containing any double-stranded DNA of interest (including double-stranded cDNA derived from RNA), from any source for genomic, subgenomic, transcriptional or metagenomic analysis or analysis of RNA expression.

[0006] В соответствии с приведенным в настоящем документе описанием в одном варианте осуществления способ выполнения ферментативной реакции с использованием электрофореза включает: [0006] As described herein, in one embodiment, a method for performing an enzymatic reaction using electrophoresis comprises:

(a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор фермента для фермента;a first region near the first end containing a first enzyme cofactor for the enzyme;

второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор фермента для указанного фермента, причем второй кофактор фермента имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора фермента;a second region near the second end and containing a second enzyme cofactor for said enzyme, the second enzyme cofactor having an electrical charge opposite to that of the first enzyme cofactor;

реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий фермент; иa reaction site between the first site and the second site and containing the enzyme; And

пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; иa pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; And

(b) приложение электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора фермента из первого участка на реакционный участок и перемещения второго кофактора фермента из второго участка на реакционный участок с образованием активированного ферментного комплекса, содержащего фермент, первый кофактор фермента и второй кофактор фермента.(b) applying an electric field between a pair of electrodes to move the first enzyme cofactor from the first site to the reaction site and move the second enzyme cofactor from the second site to the reaction site to form an activated enzyme complex containing the enzyme, the first enzyme cofactor, and the second enzyme cofactor.

[0007] В некоторых вариантах осуществления предложен способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий: [0007] In some embodiments, a method for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid is provided, comprising:

(a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor, wherein the first transposase cofactor is a metal ion;

реакционный участок, расположенный на расстоянии от первого конца и содержащий транспосомный комплекс, содержащий транспозазу и адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; иa reaction site located at a distance from the first end and containing a transposome complex containing a transposase and a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region; And

пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно;a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively;

(b) нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты на реакционный участок;(b) applying the target double-stranded nucleic acid to the reaction site;

(c) приложение первого электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, адаптор полинуклеотидной транспозазы и первый кофактор транспозазы; и(c) applying a first electric field between a pair of electrodes to move the first transposase cofactor from the first site to the reaction site to form an activated transposome complex comprising the transposase, the polynucleotide transposase adapter, and the first transposase cofactor; And

(d) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот.(d) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments.

[0008] В некоторых вариантах осуществления предложен способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий: [0008] In some embodiments, a method for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid is provided, comprising:

(a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion;

второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region;

реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий транспозазу; иa reactive site between the first site and the second site and containing a transposase; And

пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно;a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively;

(b) нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты на реакционный участок;(b) applying the target double-stranded nucleic acid to the reaction site;

(c) приложение первого электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок и перемещения второго кофактора транспозазы из второго участка на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, первый кофактор транспозазы и второй кофактор транспозазы; и(c) applying a first electric field between a pair of electrodes to move the first transposase cofactor from the first site to the reactive site and move the second transposase cofactor from the second site to the reactive site to form an activated transposomal complex comprising transposase, the first transposase cofactor, and the second transposase cofactor; And

(d) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот.(d) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments.

[0009] В некоторых вариантах осуществления предложен способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий: [0009] In some embodiments, a method for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid is provided, comprising:

(a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends;

первый участок, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion;

второй участок, содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region;

третий участок, содержащий лизирующий реагент;a third site containing a lysing reagent;

четвертый участок, содержащий транспозазу;a fourth site containing transposase;

реакционный участок между первым участком и вторым участком; иa reaction site between the first site and the second site; And

первую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; иa first pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; And

вторую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца;a second pair of positive and negative electrodes located on opposite sides of the width at one of: the first end or the second end;

(b) нанесение цельных клеток, содержащих целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту, на реакционный участок;(b) applying whole cells containing the target double-stranded nucleic acid to the reaction site;

(c) приложение первого электрического поля для перемещения лизирующего агента на реакционный участок и/или через него для лизиса клеток, таким образом нанося целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту на участок для образца;(c) applying a first electric field to move a lysing agent into and/or through the reaction site to lyse the cells, thereby depositing the target double-stranded nucleic acid into the sample site;

(d) приложение второго электрического поля для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок, перемещения второго кофактора транспозазы из второго участка на реакционный участок и/или перемещения транспозазы из участка транспозазы на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, первый кофактор транспозазы и второй кофактор транспозазы; и(d) applying a second electric field to move the first transposase cofactor from the first site to the reactive site, move the second transposase cofactor from the second site to the reactive site, and/or move the transposase from the transposase site to the reactive site to form an activated transposomal complex containing the transposase, the first a transposase cofactor and a second transposase cofactor; And

(e) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот.(e) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments.

[0010] В некоторых вариантах осуществления устройство электрофореза содержит гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец, второй конец и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор фермента для фермента; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор фермента для указанного фермента, причем второй кофактор фермента имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора фермента; реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий фермент; и пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно. [0010] In some embodiments, the electrophoresis device comprises an electrophoresis gel matrix having a first end, a second end, and a length between the first and second ends; a first region near the first end containing a first enzyme cofactor for the enzyme; a second region near the second end and containing a second enzyme cofactor for said enzyme, the second enzyme cofactor having an electrical charge opposite to that of the first enzyme cofactor; a reaction site between the first site and the second site and containing the enzyme; and a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively.

[0011] В некоторых вариантах осуществления устройство электрофореза содержит гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла; реакционный участок, расположенный на расстоянии от первого конца и содержащий транспосомный комплекс, содержащий транспозазу и адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; и пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно. [0011] In some embodiments, the electrophoresis device comprises an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; a first region near the first end containing a first transposase cofactor, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; a reaction site located at a distance from the first end and containing a transposome complex containing a transposase and a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region; and a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively.

[0012] В некоторых вариантах осуществления устройство электрофореза содержит гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец, второй конец и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; реакционный участок между первым концом и вторым концом и содержащий транспозазу; и пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно. [0012] In some embodiments, the electrophoresis device comprises an electrophoresis gel matrix having a first end, a second end, and a length between the first and second ends; a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region; a reactive site between the first end and the second end and containing a transposase; and a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively.

[0013] В некоторых вариантах осуществления устройство электрофореза содержит гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; третий участок, содержащий лизирующий реагент; четвертый участок, содержащий транспозазу; реакционный участок между первым концом и вторым концом; и первую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; и вторую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца. [0013] In some embodiments, the electrophoresis device comprises an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region; a third site containing a lysing reagent; the fourth site containing a transposase; a reaction site between the first end and the second end; and a first pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; and a second pair of positive and negative electrodes located on opposite sides of the width at one of the first end or the second end.

[0014] Дополнительные цели и преимущества будут частично изложены в представленном ниже описании и частично будут очевидны из описания или могут быть изучены на практике. Цели и преимущества будут реализованы и достигнуты с помощью элементов и комбинаций, конкретно указанных в прилагаемой формуле изобретения. [0014] Additional objects and advantages will be set forth in part in the description below and in part will be obvious from the description or may be learned in practice. The objects and advantages will be realized and achieved with the elements and combinations specifically set forth in the appended claims.

[0015] Следует понимать, что как приведенное выше общее описание, так и последующее подробное описание приводятся только с целью примера и пояснения и не ограничивают формулу изобретения. [0015] It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are for the purpose of example and explanation only and are not intended to limit the claims.

[0016] Сопроводительные графические материалы, включенные в настоящее описание и составляющие его часть, иллюстрируют один (несколько) вариант(-ов) осуществления и вместе с описанием служат для объяснения принципов, описанных в настоящем документе. [0016] The accompanying drawings, included in and forming part of this specification, illustrate one (several) embodiment(s) and, together with the description, serve to explain the principles described herein.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHICS

[0017] На Фиг. 1A представлены общие схемы выполнения химической реакции с использованием гель-электрофореза. A, B: реагенты; C: продукт. [0017] In FIG. 1A shows general schemes for performing a chemical reaction using gel electrophoresis. A, B: reagents; c: product.

[0018] На Фиг. 1B представлены общие схемы выполнения ферментативной реакции с использованием гель-электрофореза. E: фермент; S: подложка; C1, C2: кофакторы ферментов; P: продукт. [0018] In FIG. 1B shows general schemes for performing an enzymatic reaction using gel electrophoresis. E: enzyme; S: substrate; C1, C2: enzyme cofactors; P: product.

[0019] На Фиг. 2A представлен вариант осуществления способов получения меченых фрагментов нуклеиновых кислот с использованием гель-электрофореза. Tn5: транспосомный комплекс, содержащий транспозазу (например, транспозазу Tn5) и адаптор полинуклеотидной транспозазы. [0019] In FIG. 2A shows an embodiment of methods for producing labeled nucleic acid fragments using gel electrophoresis. Tn5: A transposome complex containing a transposase (eg, Tn5 transposase) and a polynucleotide transposase adapter.

[0020] На Фиг. 2B представлен другой вариант осуществления способов получения меченых фрагментов нуклеиновых кислот с использованием гель-электрофореза. Tn5: транспозаза (например, транспозаза Tn5); Ад.: адаптор полинуклеотидной транспозазы. [0020] In FIG. 2B shows another embodiment of methods for producing labeled nucleic acid fragments using gel electrophoresis. Tn5: transposase (eg, Tn5 transposase); Ad.: Polynucleotide transposase adapter.

[0021] На Фиг. 3A-3C представлен другой вариант осуществления способов получения меченых фрагментов нуклеиновых кислот с использованием гель-электрофореза, содержащего несколько реакционных участков в гелевой матрице и выполняющих несколько последовательных стадий (t0-t5). Tn5: транспозаза (например, транспозаза Tn5); Ад.: адаптор полинуклеотидной транспозазы; Лизир. ргт: лизирующий реагент. [0021] In FIG. 3A-3C show another embodiment of methods for producing labeled nucleic acid fragments using gel electrophoresis containing multiple reaction sites in a gel matrix and performing multiple sequential steps (t0-t5). Tn5: transposase (eg, Tn5 transposase); Ad.: polynucleotide transposase adapter; Lysir. rgt: lysing reagent.

[0022] На Фиг. 4 представлены общие схемы выполнения множества биохимических реакций во множестве реагентов, имеющих разные электрофоретические подвижности, помещенных на разные участки гелевой матрицы. [0022] In FIG. 4 shows general schemes for performing a variety of biochemical reactions in a variety of reagents having different electrophoretic mobilities placed on different regions of the gel matrix.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

[0023] Заголовки разделов, используемые в настоящем описании, предназначены только для организационных целей и не должны толковаться как ограничивающие описанный предмет. [0023] The section headings used in this specification are for organizational purposes only and should not be construed as limiting the subject matter described.

[0024] Настоящее изобретение относится к способам и системам для выполнения химических и/или ферментативных процессов с помощью электрофореза и, в частности, относится к получению библиотеки для секвенирования нуклеиновых кислот (например, ДНК). [0024] The present invention relates to methods and systems for performing chemical and/or enzymatic processes using electrophoresis and, in particular, relates to obtaining a library for sequencing nucleic acids (eg, DNA).

[0025] Система гель-электрофореза обеспечивает перемещение молекул между положениями в трехмерной матрице. Электрическое поле прикладывают для перемещения молекул через трехмерную матрицу по траекториям пересечения. Разные молекулы мигрируют через электрическое поле с разными электрофоретическими подвижностями. Способы, описанные в настоящем документе, обеспечивают множество реакций в различных местоположениях в трехмерной матрице посредством заданного расположения реагентов таким образом, что они перемещаются по траекториям, которые пересекаются в последовательных интервалах времени и положения, таким образом, обеспечивая возможность выполнения многостадийных процессов: например, получение библиотеки нуклеиновых кислот, экстракция образца, биохимия, очистка продукта и выбор размеров, все из которых осуществляются в геле. [0025] The gel electrophoresis system moves molecules between positions in a three-dimensional matrix. An electric field is applied to move the molecules through the three-dimensional matrix along the intersection paths. Different molecules migrate through the electric field with different electrophoretic mobilities. The methods described herein provide for a plurality of reactions at various locations in a three-dimensional matrix by predetermining the arrangement of the reactants such that they move along paths that intersect at successive time and position intervals, thus allowing multi-step processes to be performed: for example, obtaining nucleic acid libraries, sample extraction, biochemistry, product purification and sizing, all of which are performed in a gel.

[0026] В одном из вариантов осуществления две молекулы с известной электрофоретической подвижностью могут располагаться в гелевой матрице и подвергаться воздействию одного и того же электрического поля таким образом, что они мигрируют в разных направлениях и с разной скоростью, но пересекаются в определенный момент времени. Как показано на Фиг. 1A, два реагента, A и B, мигрируют в противоположных, но встречных направлениях от их исходных положений в момент времени t0, в конечном счете объединяясь по истечении некоторого времени в электрическом поле (в момент времени t2), где они вступают в реакцию с образованием продукта C. В следующий интервал времени (t3) непрореагировавшие молекулы A и B продолжают мигрировать в противоположных направлениях, но молекула C благодаря своей подвижности либо остается в том местоположении, где она была образована, либо перемещается с другой подвижностью, чем молекулы A и B, и таким образом отделяется и очищается от непрореагировавших молекул. [0026] In one embodiment, two molecules of known electrophoretic mobility may be located in a gel matrix and subjected to the same electric field in such a way that they migrate in different directions and at different speeds, but intersect at a certain point in time. As shown in FIG. 1A, two reactants, A and B, migrate in opposite but opposite directions from their starting positions at time t0, eventually combining after some time in an electric field (at time t2), where they react to form product C. In the next time interval (t3), the unreacted molecules A and B continue to migrate in opposite directions, but the molecule C, due to its mobility, either remains in the location where it was formed, or moves with a different mobility than the molecules A and B, and thus separated and purified from unreacted molecules.

Получение транспозаза-опосредованной библиотекиObtaining a transposase-mediated library

[0027] Способы и композиции, представленные в настоящем документе, обеспечивают ряд преимуществ при получении библиотеки для секвенирования. Библиотеки фрагментированных нуклеиновых кислот часто создают из геномных нуклеиновых кислот для применения в областях, связанных с секвенированием следующего поколения (NGS). В настоящем описании предложены способы, устройства и система для получения транспозиционной библиотеки. В текущих протоколах секвенирования образцов нуклеиновых кислот, как правило, применяют способ получения образца, который преобразует ДНК или РНК в библиотеку матриц. В стандартных способах получения библиотек каждая матрица содержит адаптор на каждом конце вставки, и часто требуется несколько стадий как для модификации ДНК, так и для очистки требуемых продуктов реакций модификации. Количество стадий, необходимых для преобразования ДНК в модифицированные адаптором матрицы в растворе, готовом к образованию кластеров и секвенированию, можно свести к минимуму за счет использования транспозаза-опосредованной фрагментации и мечения. Данный процесс, упоминаемый в настоящем документе как «тагментация», относится к модификации ДНК транспосомным комплексом, содержащим фермент транспозазу в комплексе с адапторами, содержащими концевую последовательность транспозона. Тагментация обеспечивает одновременную фрагментацию ДНК и лигирование адапторов к 5’-концам обеих цепей дуплексных фрагментов. Меченые фрагменты амплифицируют, интересующие ампликоны необязательно захватываются (например, посредством зондов гибридизации), и меченые фрагменты секвенируют. [0027] The methods and compositions provided herein provide a number of advantages in obtaining a library for sequencing. Libraries of fragmented nucleic acids are often created from genomic nucleic acids for use in fields related to next generation sequencing (NGS). The present description provides methods, devices, and a system for obtaining a transposition library. Current protocols for sequencing nucleic acid samples typically use a sample preparation method that converts DNA or RNA into a library of templates. In standard library preparation methods, each template contains an adapter at each end of the insert, and multiple steps are often required both to modify the DNA and to purify the desired products of the modification reactions. The number of steps required to convert DNA into adapter-modified templates in solution ready for clustering and sequencing can be minimized by using transposase-mediated fragmentation and labeling. This process, referred to herein as "tagmentation", refers to the modification of DNA by a transposome complex containing the enzyme transposase in complex with adapters containing the transposon terminal sequence. Tagging provides simultaneous fragmentation of DNA and ligation of adapters to the 5'-ends of both chains of duplex fragments. Labeled fragments are amplified, amplicons of interest are optionally captured (eg, via hybridization probes), and labeled fragments are sequenced.

[0028] Получение библиотек для секвенирования посредством тагментации может быть сопряжено с трудностями при использовании больших молекул нуклеиновых кислот: большие молекулы являются хрупкими и легко повреждаются (например, генерируют сайты, лишенные азотистого основания, или одноцепочечные разрывы) при чрезмерных транспортировках и манипуляциях посредством множества различных физических и химических процессов, таких как лизис клеток, центрифугирование, пипетирование, перенос образцов, интенсивное перемешивание и другие манипуляции с материалом. [0028] Obtaining libraries for sequencing by tagging can be difficult when using large nucleic acid molecules: large molecules are brittle and easily damaged (e.g., generate sites lacking a nitrogenous base or single-strand breaks) when over-transported and manipulated through many different physical and chemical processes such as cell lysis, centrifugation, pipetting, sample transfer, vigorous mixing, and other material handling.

[0029] В настоящей заявке предлагаются способы получения библиотеки с использованием гель-электрофореза в пределах трехмерной матрицы. Электрическое поле прикладывают для перемещения молекул через трехмерную матрицу по траекториям пересечения, таким образом выполняя стадии объединения и стадии разделения. За счет выполнения манипуляций с экстракцией образца и получения библиотеки на основании электрофоретических подвижностей реагентов в гелевой матрице можно снизить риск физического повреждения нуклеиновых кислот. Повреждение также уменьшается вследствие физического внедрения и защиты нуклеиновых кислот внутри гелевой матрицы. Кроме того, после дальнейших манипуляций с ДНК можно выполнить очистку меченых фрагментов ДНК и реагентов на основании разных подвижностей. [0029] This application provides methods for obtaining a library using gel electrophoresis within a three-dimensional matrix. An electric field is applied to move the molecules through the three-dimensional matrix along the intersection paths, thus performing the combining steps and the separation steps. By performing sample extraction manipulations and generating a library based on the electrophoretic mobilities of the reagents in the gel matrix, the risk of physical damage to nucleic acids can be reduced. Damage is also reduced due to the physical incorporation and protection of the nucleic acids within the gel matrix. In addition, following further DNA manipulation, labeled DNA fragments and reagents can be purified based on different mobilities.

[0030] В некоторых вариантах осуществления предложен способ выполнения ферментативной реакции с использованием электрофореза, включающий (a) обеспечение системы электрофореза, содержащей: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор фермента для фермента; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор фермента для указанного фермента, причем второй кофактор фермента имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора фермента; реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий фермент; и пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; и (b) приложение электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора фермента из первого участка на реакционный участок и перемещения второго кофактора фермента из второго участка на реакционный участок с образованием активированного ферментного комплекса, содержащего фермент, первый кофактор фермента и второй кофактор фермента. [0030] In some embodiments, a method for performing an enzymatic reaction using electrophoresis is provided, comprising (a) providing an electrophoresis system comprising: an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end and a length between the first and second ends; a first region near the first end containing a first enzyme cofactor for the enzyme; a second region near the second end and containing a second enzyme cofactor for said enzyme, the second enzyme cofactor having an electrical charge opposite to that of the first enzyme cofactor; a reaction site between the first site and the second site and containing the enzyme; and a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; and (b) applying an electric field between the pair of electrodes to move the first enzyme cofactor from the first site to the reaction site and move the second enzyme cofactor from the second site to the reaction site to form an activated enzyme complex comprising the enzyme, the first enzyme cofactor, and the second enzyme cofactor.

[0031] В дополнительных вариантах осуществления когда первый кофактор фермента представляет собой ион металла, второй кофактор фермента представляет собой полинуклеотид. В дополнительных вариантах осуществления способ дополнительно включает нанесение субстрата для активированного ферментного комплекса на реакционный участок перед стадией (с), причем приложение электрического поля включает в себя реагирование активированного ферментного комплекса с субстратом на реакционном участке с образованием продукта реакции. В дополнительных вариантах осуществления приложение электрического поля включает в себя миграцию непрореагировавших первого и второго кофакторов ферментов из реакционного участка для отделения непрореагировавших первого и второго кофакторов ферментов от продукта реакции на реакционном участке. [0031] In additional embodiments, when the first enzyme cofactor is a metal ion, the second enzyme cofactor is a polynucleotide. In additional embodiments, the method further comprises applying a substrate for the activated enzyme complex to the reaction site prior to step (c), the application of an electric field comprising reacting the activated enzyme complex with the substrate at the reaction site to form a reaction product. In additional embodiments, application of an electric field includes migrating unreacted first and second enzyme cofactors from the reaction site to separate unreacted first and second enzyme cofactors from the reaction product at the reaction site.

[0032] В некоторых вариантах осуществления первый электрод представляет собой положительный электрод, а первый кофактор фермента имеет положительный заряд, при этом второй электрод представляет собой отрицательный электрод, а второй кофактор фермента имеет отрицательный заряд. [0032] In some embodiments, the first electrode is a positive electrode and the first enzyme cofactor is positively charged, while the second electrode is a negative electrode and the second enzyme cofactor is negatively charged.

[0033] В некоторых вариантах осуществления субстрат представляет собой целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту. В дополнительных вариантах осуществления целевая двухцепочечная нуклеиновая кислота представляет собой двухцепочечную ДНК, двухцепочечную РНК или ДНК/РНК гибрид. [0033] In some embodiments, the implementation of the substrate is a target double-stranded nucleic acid. In further embodiments, the target double-stranded nucleic acid is double-stranded DNA, double-stranded RNA, or a DNA/RNA hybrid.

[0034] В некоторых вариантах осуществления фермент представляет собой транспозазу. В некоторых вариантах осуществления фермент представляет собой транспозазу Tn5. В дополнительных вариантах осуществления первый кофактор фермента представляет собой Mg2+. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ находится в миллимолярном диапазоне. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ составляет от 0,5 до 10 мМ. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ составляет от 1 до 10 мМ. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ составляет от 1 до 5 мМ. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ составляет 2 мМ. В некоторых вариантах осуществления катионы Mg2+ представлены в виде Mg(OAc)2. В некоторых вариантах осуществления катионы Mg2+ представлены в виде MgCl2. [0034] In some embodiments, the enzyme is a transposase. In some embodiments, the enzyme is a Tn5 transposase. In additional embodiments, the implementation of the first cofactor of the enzyme is Mg 2+ . In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is in the millimolar range. In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is from 0.5 to 10 mm. In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is from 1 to 10 mm. In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is from 1 to 5 mm. In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is 2 mm. In some embodiments, the implementation of the Mg 2+ cations are in the form of Mg(OAc) 2 . In some embodiments, the implementation of the Mg 2+ cations are in the form of MgCl 2 .

[0035] В дополнительных вариантах осуществления второй кофактор фермента представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки. В дополнительных вариантах осуществления второй кофактор фермента представляет собой смесь двух адапторов полинуклеотидной транспозазы, причем каждый адаптор содержит одну и ту же двухцепочечную концевую последовательность транспозона и другую одноцепочечную область метки. [0035] In further embodiments, the second enzyme cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region. In additional embodiments, the second enzyme cofactor is a mixture of two polynucleotide transposase adapters, each adapter containing the same double-stranded transposon terminal sequence and a different single-stranded tag region.

[0036] В некоторых вариантах осуществления могут применяться более сложные электрические поля, например с изменяющейся амплитудой или направлением электрического поля, или обеспечение различных электрических полей под углом 90 градусов друг к другу. В таком варианте осуществления возможны более сложные траектории отдельных реагентов. В таких случаях реагенты можно размещать в заданных местоположениях в пределах матрицы в зависимости от их известных или ожидаемых подвижностей таким образом, чтобы реагенты можно было объединять и/или разделять посредством чередования электрофоретических полей и перемещения молекул по выбранным траекториям между положениями на гелевой матрице. В некоторых вариантах осуществления один или более реагентов (таких как ферменты) могут быть иммобилизованы на твердой подложке (гранулах на реакционном участке) в трехмерной матрице, таким образом предотвращая их перемещение в электрических полях, в то время как другие реагенты могут свободно перемещаться в соответствии с их подвижностью в электрических полях. [0036] In some embodiments, more complex electric fields may be applied, such as varying the amplitude or direction of the electric field, or providing different electric fields at 90 degrees to each other. In such an embodiment, more complex trajectories of the individual reactants are possible. In such cases, the reagents can be placed at predetermined locations within the matrix, depending on their known or expected mobilities, so that the reagents can be combined and/or separated by alternating electrophoretic fields and moving molecules along selected trajectories between positions on the gel matrix. In some embodiments, one or more reactants (such as enzymes) can be immobilized on a solid support (beads at the reaction site) in a three-dimensional matrix, thus preventing them from moving in electric fields, while other reactants can move freely according to their mobility in electric fields.

[0037] В некоторых вариантах осуществления способ включает изменение величины или направления электрического поля через гелевую матрицу для электрофореза. В некоторых вариантах осуществления способ включает изменение величины или направления электрического поля через гелевую матрицу для электрофореза. В некоторых вариантах осуществления система электрофореза содержит дополнительные участки вдоль ширины и длины, каждый из которых содержит различные реагенты. В некоторых вариантах осуществления вторая пара из положительного и отрицательного электродов может быть предусмотрена на противоположных сторонах ширины на одном из первого конца или второго конца для приложения дополнительного электрического поля. Электрические поля, создаваемые первой и второй парами электродов, могут быть расположены в разных направлениях. Электрические поля, создаваемые первой и второй парами электродов, могут быть перпендикулярны друг другу. [0037] In some embodiments, the implementation of the method includes changing the magnitude or direction of the electric field through the gel matrix for electrophoresis. In some embodiments, the implementation of the method includes changing the magnitude or direction of the electric field through the gel matrix for electrophoresis. In some embodiments, the implementation of the electrophoresis system contains additional sections along the width and length, each of which contains different reagents. In some embodiments, a second pair of positive and negative electrodes may be provided on opposite sides of the width at one of the first end or the second end to apply an additional electric field. The electric fields generated by the first and second pairs of electrodes may be located in different directions. The electric fields generated by the first and second pairs of electrodes may be perpendicular to each other.

[0038] На Фиг. 1A представлен пример конфигурации системы электрофореза, описанной в настоящем документе, для выполнения химической реакции в соответствии с некоторыми вариантами осуществления. При приложении электрического поля два реагента, A и B (такие как, без ограничений, первый кофактор фермента и второй кофактор фермента), мигрируют в противоположных, но встречных направлениях от их исходных положений в момент времени t0, в конечном счете объединяясь по истечении некоторого времени в электрическом поле (в момент времени t2), когда они вступают в реакцию друг с другом или с третьим реагентом с образованием продукта C. В следующий интервал времени (t3) непрореагировавшие A и B продолжают мигрировать в противоположных направлениях, но молекула продукта C, благодаря своей подвижности, либо остается на месте, либо перемещается с другой подвижностью, чем A и B, и таким образом очищается от непрореагировавших реагентов. [0038] In FIG. 1A shows an example configuration of the electrophoresis system described herein for performing a chemical reaction, in accordance with some embodiments. Upon application of an electric field, the two reactants, A and B (such as, without limitation, the first enzyme cofactor and the second enzyme cofactor), migrate in opposite but opposite directions from their starting positions at time t0, eventually combining after some time. in an electric field (at time t2), when they react with each other or with a third reagent to form product C. In the next time interval (t3), unreacted A and B continue to migrate in opposite directions, but the molecule of product C, due to of its mobility, either remains in place or moves with a different mobility than A and B, and thus is cleared of unreacted reagents.

[0039] На Фиг. 1B представлен пример конфигурации системы электрофореза, описанной в настоящем документе, для выполнения ферментативной реакции в соответствии с некоторыми вариантами осуществления. Первый кофактор С1 фермента и второй кофактор C2 фермента расположены на первом и втором участках вблизи противоположных концов гелевой матрицы для электрофореза соответственно. Реакционный участок между первым участком и вторым участком содержит фермент E. На реакционном участке дополнительно предусмотрена подложка S. При приложении электрического поля первый кофактор С1 фермента и второй кофактор C2 фермента мигрируют в противоположных, но встречных направлениях от их исходных положений в момент времени t0. В момент времени t2, когда они вступают в реакцию друг с другом и ферментом, образуется активированный ферментный комплекс, содержащий фермент, первый кофактор фермента и второй кофактор фермента (E+C1+C2), который катализирует реакцию субстрата S с образованием продукта P. В последующий момент времени t3 непрореагировавшие C1 и C2 продолжают мигрировать в противоположных направлениях, но продукт P, благодаря своей подвижности, либо остается на месте, либо перемещается с другой подвижностью, отличной от подвижности A и B, и, таким образом, очищается от непрореагировавших реагентов. [0039] In FIG. 1B depicts an example configuration of the electrophoresis system described herein for performing an enzymatic reaction, in accordance with some embodiments. The first enzyme cofactor C1 and the second enzyme cofactor C2 are located at the first and second sites near opposite ends of the electrophoresis gel matrix, respectively. The reaction site between the first site and the second site contains enzyme E. A support S is additionally provided on the reaction site. When an electric field is applied, the first cofactor C1 of the enzyme and the second cofactor C2 of the enzyme migrate in opposite but opposite directions from their initial positions at time t0. At time t2, when they react with each other and with the enzyme, an activated enzyme complex is formed containing the enzyme, the first enzyme cofactor and the second enzyme cofactor (E+C1+C2), which catalyzes the reaction of substrate S to form product P. B at a subsequent time t3, the unreacted C1 and C2 continue to migrate in opposite directions, but the product P, due to its mobility, either remains in place or moves with a different mobility than that of A and B, and thus is cleared of unreacted reactants.

[0040] В некоторых вариантах осуществления предложен способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления способ включает: (a) обеспечение системы электрофореза, содержащей: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла; реакционный участок, расположенный на расстоянии от первого конца и содержащий транспосомный комплекс, содержащий транспозазу и адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; и пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; (b) нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты на реакционный участок; (c) приложение первого электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, адаптор полинуклеотидной транспозазы и первый кофактор транспозазы; и (d) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот. В дополнительных вариантах осуществления транспосомный комплекс иммобилизуют на твердой подложке на реакционном участке. Транспосомный комплекс необязательно иммобилизуют посредством взаимодействия стрептавидин-биотин. В дополнительных вариантах осуществления способ дополнительно включает высвобождение транспосомного комплекса из твердой подложки после создания меченых фрагментов нуклеиновой кислоты. В дополнительных вариантах осуществления способ дополнительно включает изменение величины первого электрического поля после стадии введения меченых фрагментов нуклеиновой кислоты, связанных с транспосомным комплексом, высвобожденным из твердой подложки на участке для сбора. [0040] In some embodiments, a method is provided for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid. In some embodiments, the method includes: (a) providing an electrophoresis system comprising: an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; a first region near the first end containing a first transposase cofactor, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; a reaction site located at a distance from the first end and containing a transposome complex containing a transposase and a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region; and a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; (b) applying the target double-stranded nucleic acid to the reaction site; (c) applying a first electric field between a pair of electrodes to move the first transposase cofactor from the first site to the reaction site to form an activated transposome complex comprising the transposase, the polynucleotide transposase adapter, and the first transposase cofactor; and (d) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments. In additional embodiments, the transposome complex is immobilized on a solid support at the reaction site. The transposome complex is optionally immobilized via a streptavidin-biotin interaction. In additional embodiments, the method further comprises releasing the transposome complex from the solid support after generation of labeled nucleic acid fragments. In additional embodiments, the method further comprises changing the magnitude of the first electric field after the step of introducing labeled nucleic acid fragments associated with the transposome complex released from the solid support at the collection site.

[0041] На Фиг. 2A представлен пример способа, выполненного с использованием устройства для электрофореза, содержащего две лунки. В начале первый участок слева содержит ион металла, такой как Mg2+, а реакционный участок в центре содержит нуклеиновую кислоту с высокой молекулярной массой (например, ДНК) и транспосомный комплекс. При приложении электрического поля (момент времени t1) Mg2+ перемещается к отрицательному электроду, и содержимое реакционного участка остается на месте благодаря его размеру и, следовательно, недостаточной подвижности в гелевой матрице. В следующий интервал времени (t2) Mg2+ достигает реакционного участка с образованием активированного транспосомного комплекса, а затем активированный комплекс связывается с фрагментами и метками (тагментированными фрагментами) больших молекул ДНК с малыми матрицами библиотеки. После завершения реакции (момент времени t3) Mg2+ переходит к отрицательному электроду. Тагментированные фрагменты можно собирать или дополнительно процессировать на реакционном участке. В альтернативном варианте осуществления, благодаря значительно уменьшенному размеру, тагментированные фрагменты теперь могут перемещаться к положительному электроду, таким образом отделяя и необязательно очищая фрагменты, которые можно собрать из участка для сбора (не показан). [0041] In FIG. 2A shows an example of a method performed using a two-well electrophoresis device. In the beginning, the first region on the left contains a metal ion, such as Mg 2+ , and the reactive region in the center contains a high molecular weight nucleic acid (eg, DNA) and a transposome complex. When an electric field is applied (time t1) Mg 2+ moves to the negative electrode and the content of the reaction site remains in place due to its size and hence lack of mobility in the gel matrix. In the next time interval (t2), Mg 2+ reaches the reaction site with the formation of an activated transposome complex, and then the activated complex binds to fragments and labels (tagged fragments) of large DNA molecules with small library templates. After completion of the reaction (time t3) Mg 2+ goes to the negative electrode. Tagged fragments can be collected or further processed at the reaction site. In an alternative embodiment, due to the greatly reduced size, the tag fragments can now move towards the positive electrode, thus separating and optionally clearing fragments that can be collected from a collection site (not shown).

[0042] В некоторых вариантах осуществления предложен способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты. Способ включает: (a) обеспечение системы электрофореза, содержащей: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий транспозазу; и пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; (b) нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты на реакционный участок; (c) приложение первого электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок и перемещения второго кофактора транспозазы из второго участка на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, первый кофактор транспозазы и второй кофактор транспозазы; и (d) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот. [0042] In some embodiments, a method is provided for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid. The method includes: (a) providing an electrophoresis system comprising: an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region; a reactive site between the first site and the second site and containing a transposase; and a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; (b) applying the target double-stranded nucleic acid to the reaction site; (c) applying a first electric field between a pair of electrodes to move the first transposase cofactor from the first site to the reactive site and move the second transposase cofactor from the second site to the reactive site to form an activated transposomal complex comprising transposase, the first transposase cofactor, and the second transposase cofactor; and (d) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments.

[0043] В дополнительных вариантах осуществления ион металла представляет собой Mg2+, необязательно в виде Mg(OAc)2 или MgCl2. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ находится в миллимолярном диапазоне. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ составляет от 0,5 до 10 мМ. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ составляет от 1 до 10 мМ. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ составляет от 1 до 5 мМ. В некоторых вариантах осуществления концентрация Mg2+ составляет 2 мМ. В некоторых вариантах осуществления катионы Mg2+ представлены в виде Mg(OAc)2. В некоторых вариантах осуществления катионы Mg2+ представлены в виде MgCl2. При нанесении целевой нуклеиновой кислоты на реакционный участок на стадии (b) транспозаза или транспосомный комплекс сначала связывается с целевой нуклеиновой кислотой в отсутствие Mg2+. При приложении электрического поля на стадии (c) транспозаза не мигрирует, так как связана с большой целевой нуклеиновой кислотой, тогда как Mg2+ мигрирует на реакционный участок. [0043] In further embodiments, the metal ion is Mg 2+ , optionally as Mg(OAc) 2 or MgCl 2 . In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is in the millimolar range. In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is from 0.5 to 10 mm. In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is from 1 to 10 mm. In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is from 1 to 5 mm. In some embodiments, the implementation of the concentration of Mg 2+ is 2 mm. In some embodiments, the implementation of the Mg 2+ cations are presented in the form of Mg(OAc) 2 . In some embodiments, the implementation of the Mg 2+ cations are in the form of MgCl 2 . When applying the target nucleic acid to the reaction site in step (b), the transposase or transposome complex first binds to the target nucleic acid in the absence of Mg 2+ . When an electric field is applied in step (c), the transposase does not migrate because it is bound to a large target nucleic acid, while Mg 2+ migrates to the reaction site.

[0044] В некоторых вариантах осуществления одноцепочечная область метки содержит одно или более из: праймерной последовательности, штрихкодовой последовательности, последовательности уникального молекулярного идентификатора (UMI), метки амплификации, метки обогащения или метки очистки. [0044] In some embodiments, the single-stranded tag region contains one or more of: a primer sequence, a barcode sequence, a unique molecular identifier (UMI) sequence, an amplification tag, an enrichment tag, or a purification tag.

[0045] В некоторых вариантах осуществления транспозаза представляет собой транспозазу Tn5, MuA или транспозазу Vibrio Haryi либо их активный мутант. В некоторых вариантах осуществления транспозаза представляет собой транспозазу Tn5. В некоторых вариантах осуществления транспозаза Tn5 представляет собой гиперактивную транспозазу Tn5. В некоторых вариантах осуществления транспозазу иммобилизуют на твердой подложке внутри реакционного участка. В некоторых вариантах осуществления реакционный участок содержит лунку, а твердая подложка представляет собой гранулированную частицу в лунке или твердая подложка представляет собой поверхность лунки. [0045] In some embodiments, the transposase is a Tn5, MuA, or Vibrio Haryi transposase, or an active mutant thereof. In some embodiments, the transposase is a Tn5 transposase. In some embodiments, the Tn5 transposase is an overactive Tn5 transposase. In some embodiments, the transposase is immobilized on a solid support within the reaction site. In some embodiments, the reaction site comprises a well and the solid support is a granular particle in the well, or the solid support is the surface of the well.

[0046] В некоторых вариантах осуществления целевая двухцепочечная нуклеиновая кислота представляет собой двухцепочечную ДНК, двухцепочечную РНК или ДНК/РНК гибрид. [0046] In some embodiments, the target double-stranded nucleic acid is double-stranded DNA, double-stranded RNA, or a DNA/RNA hybrid.

[0047] В некоторых вариантах осуществления при приложении первого электрического поля на стадии (c) целевая двухцепочечная нуклеиновая кислота остается в пределах реакционного участка вследствие ее большого размера, таким образом отсутствует подвижность в гелевой матрице. В некоторых вариантах осуществления величину первого электрического поля, приложенного на стадии (c), устанавливают таким образом, чтобы целевая двухцепочечная нуклеиновая кислота по существу не имела электрофоретической подвижности в пределах матрицы для электрофореза. [0047] In some embodiments, when the first electric field is applied in step (c), the target double-stranded nucleic acid remains within the reaction site due to its large size, thus there is no mobility in the gel matrix. In some embodiments, the magnitude of the first electric field applied in step (c) is set such that the target double-stranded nucleic acid has substantially no electrophoretic mobility within the electrophoresis matrix.

[0048] В некоторых вариантах осуществления система электрофореза содержит участок для сбора вдоль длины между первым участком и реакционным участком. В дополнительных вариантах осуществления приложение первого электрического поля на стадии (c) включает в себя перемещение меченых фрагментов нуклеиновых кислот на участок для сбора. В дополнительных вариантах осуществления способ включает увеличение величины первого электрического поля после стадии (d) введения меченых фрагментов нуклеиновых кислот на участок для сбора. [0048] In some embodiments, the electrophoresis system comprises a lengthwise collection site between the first site and the reaction site. In additional embodiments, application of the first electric field in step (c) includes moving labeled nucleic acid fragments to a collection site. In additional embodiments, the method includes increasing the magnitude of the first electric field after step (d) introducing labeled nucleic acid fragments to the collection site.

[0049] В некоторых вариантах осуществления способ включает изменение величины или направления первого электрического поля через гелевую матрицу для электрофореза. В некоторых вариантах осуществления система электрофореза содержит дополнительные участки вдоль ширины и длины, каждый из которых содержит различные реагенты для тагментации, и вторую пару из положительного и отрицательного электродов на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца. В некоторых вариантах осуществления способ включает приложение второго электрического поля между второй парой электродов, причем направление второго электрического поля отличается от направления первого электрического поля, приложенного на стадии (с). В некоторых вариантах осуществления способ включает приложение второго электрического поля между второй парой электродов, причем направление второго электрического поля перпендикулярно направлению первого электрического поля, приложенного на стадии (с). [0049] In some embodiments, the implementation of the method includes changing the magnitude or direction of the first electric field through the gel matrix for electrophoresis. In some embodiments, the electrophoresis system comprises additional regions along the width and length, each containing a different tagging reagent, and a second pair of positive and negative electrodes on opposite sides of the width at one of the first end or the second end. In some embodiments, the method includes applying a second electric field between a second pair of electrodes, wherein the direction of the second electric field is different from the direction of the first electric field applied in step (c). In some embodiments, the method includes applying a second electric field between a second pair of electrodes, wherein the direction of the second electric field is perpendicular to the direction of the first electric field applied in step (c).

[0050] В некоторых вариантах осуществления система электрофореза содержит третий участок, содержащий лизирующий реагент; причем реакционный участок содержит цельные клетки. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает приложение третьего электрического поля для перемещения лизирующего агента на реакционный участок и/или через него для лизиса клеток, таким образом нанося целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту на участок для образца. [0050] In some embodiments, the electrophoresis system comprises a third site containing a lyse reagent; moreover, the reaction site contains whole cells. In some embodiments, the method further includes applying a third electric field to move the lytic agent into and/or through the reaction site to lyse cells, thereby depositing the target double-stranded nucleic acid at the sample site.

[0051] В некоторых вариантах осуществления нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты включает в себя добавление биологического образца на реакционный участок. Биологический образец может относиться к любому типу, который содержит нуклеиновую кислоту (например, ДНК) и который может быть депонирован на реакционный участок для тагментации. Например, образец может содержать нуклеиновую кислоту в различных состояниях очистки, включая очищенную нуклеиновую кислоту. Однако образец не обязательно должен быть полностью очищен и может содержать, например, ДНК, смешанную с белком, другими видами нуклеиновых кислот, другими клеточными компонентами и/или любым другим загрязняющим веществом. В некоторых вариантах осуществления биологический образец содержит смесь ДНК, белка, других видов нуклеиновых кислот, других клеточных компонентов и/или любого другого загрязняющего вещества, приблизительно в той же пропорции, что и in vivo. [0051] In some embodiments, applying the target double-stranded nucleic acid includes adding a biological sample to the reaction site. The biological sample may be of any type that contains a nucleic acid (eg, DNA) and that can be deposited on a reaction site for tagging. For example, the sample may contain nucleic acid in various purification states, including purified nucleic acid. However, the sample need not be completely purified and may contain, for example, DNA mixed with protein, other types of nucleic acids, other cellular components and/or any other contaminant. In some embodiments, the biological sample contains a mixture of DNA, protein, other types of nucleic acids, other cellular components, and/or any other contaminant, in approximately the same proportion as in vivo .

[0052] Биологический образец может содержать, например, неочищенный клеточный лизат или цельные клетки. Например, неочищенный клеточный лизат, нанесенный на твердую подложку посредством способа, описанного в настоящем документе, необязательно необходимо подвергнуть одной или более стадиям разделения, которые традиционно применяют для выделения нуклеиновых кислот из других клеточных компонентов. Примеры стадий разделения представлены в публикации Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2d Edition, 1989, and Short Protocols in Molecular Biology, ed. Ausubel, et al, включенной в настоящий документ путем ссылки. [0052] The biological sample may contain, for example, crude cell lysate or whole cells. For example, a crude cell lysate applied to a solid support by the method described herein does not necessarily need to be subjected to one or more separation steps that are traditionally used to isolate nucleic acids from other cellular components. Examples of separation steps are provided in Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2d Edition, 1989, and Short Protocols in Molecular Biology, ed. Ausubel, et al, incorporated herein by reference.

[0053] Таким образом, в некоторых вариантах осуществления биологический образец может содержать, например, кровь, плазму, сыворотку, лимфу, слизь, мокроту, мочу, сперму, спинномозговую жидкость, бронхиальный аспират, фекалии и мацерированную ткань или их лизат, или любой другой биологический образец, содержащий ДНК. [0053] Thus, in some embodiments, the biological sample may comprise, for example, blood, plasma, serum, lymph, mucus, sputum, urine, semen, cerebrospinal fluid, bronchial aspirate, feces, and macerated tissue or a lysate thereof, or any other biological sample containing DNA.

[0054] На Фиг. 2B показан пример способа, описанного в настоящем документе, с использованием системы электрофореза, содержащей 4 лунки a), b), c) и d) и пару электродов. В начале процесса лунка a) содержит Mg2+, b) является пустой, c) содержит ДНК с высокой молекулярной массой и транспозазу (например, транспозазу Tn5) и d) содержит адаптор полинуклеотидной транспозазы (например, адапторы NexteraTM, Illumina). При приложении электрического поля (момент времени t1) Mg2+ перемещается к отрицательному электроду, тогда как небольшие адапторы перемещаются к положительному электроду, причем содержимое c) остается на месте благодаря его размеру и, следовательно, недостаточной подвижности в гелевой матрице. В следующий интервал времени (t2) адапторы и Mg2+ пересекаются в лунке c) с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, Mg2+ и адапторы. Затем активированный транспосомный комплекс связывается с фрагментами и метками (тагментированными фрагментами) больших молекул ДНК с малыми матрицами библиотеки. После завершения реакции (момент времени t3) Mg2+ переходит к отрицательному электроду. Тагментированные фрагменты можно собирать или дополнительно процессировать на реакционном участке. В альтернативном варианте осуществления, благодаря значительно уменьшенному размеру, тагментированные фрагменты перемещаются к положительному электроду, таким образом отделяя и необязательно очищая фрагменты, которые можно собрать из лунки b) в следующий интервал во времени (t4). [0054] In FIG. 2B shows an example of the method described herein using an electrophoresis system containing 4 wells a), b), c) and d) and a pair of electrodes. At the beginning of the process, the well a) contains Mg 2+ , b) is empty, c) contains high molecular weight DNA and a transposase (eg, Tn5 transposase), and d) contains a polynucleotide transposase adapter (eg , Nextera TM adapters, Illumina). On application of an electric field (time t1) the Mg 2+ moves towards the negative electrode while the small adapters move towards the positive electrode, the content c) remaining in place due to its size and therefore lack of mobility in the gel matrix. In the next time interval (t2) adapters and Mg 2+ intersect in well c) with the formation of an activated transposome complex containing transposase, Mg 2+ and adapters. The activated transposome complex then binds to fragments and tags (tagged fragments) of large DNA molecules with small library templates. After completion of the reaction (time t3) Mg 2+ goes to the negative electrode. Tagged fragments can be collected or further processed at the reaction site. In an alternative embodiment, due to the greatly reduced size, the tag fragments move towards the positive electrode, thus separating and optionally clearing the fragments that can be collected from well b) in the next time interval (t4).

[0055] В некоторых вариантах осуществления могут применяться более сложные электрические поля, например с изменяющейся амплитудой или направлением электрического поля, или обеспечение различных электрических полей под углом 90 градусов друг к другу. В таком варианте осуществления возможны более сложные траектории отдельных реагентов. В таких случаях реагенты можно размещать в заданных местоположениях в пределах матрицы в зависимости от их известных или ожидаемых подвижностей таким образом, чтобы реагенты можно было объединять и/или разделять посредством чередования электрофоретических полей и перемещения молекул по выбранным траекториям между положениями на гелевой матрице. [0055] In some embodiments, more complex electric fields may be applied, such as varying the amplitude or direction of the electric field, or providing different electric fields at 90 degrees to each other. In such an embodiment, more complex trajectories of the individual reactants are possible. In such cases, the reagents can be placed at predetermined locations within the matrix, depending on their known or expected mobilities, so that the reagents can be combined and/or separated by alternating electrophoretic fields and moving molecules along selected trajectories between positions on the gel matrix.

[0056] В некоторых вариантах осуществления предложен способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с использованием более чем одного электрического поля. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ включает: (a) обеспечение системы электрофореза, содержащей: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами; и содержащую первый участок, второй участок, третий участок и четвертый участок; первую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; и вторую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца. Первый участок содержит первый кофактор транспозазы для транспозазы. Первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла. Второй участок содержит второй кофактор транспозазы для указанной транспозазы. Второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный заряду первого кофактора транспозазы. Второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки. Третий участок содержит лизирующий реагент. Четвертый участок содержит транспозазу. Система дополнительно содержит реакционный участок между первым участком и вторым участком. [0056] In some embodiments, a method is provided for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid using more than one electric field. In some embodiments of the present invention, the method includes: (a) providing an electrophoresis system comprising: an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; and containing the first plot, the second plot, the third plot and the fourth plot; a first pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; and a second pair of positive and negative electrodes located on opposite sides of the width at one of the first end or the second end. The first region contains the first transposase cofactor for transposase. The first transposase cofactor is a metal ion. The second region contains a second transposase cofactor for said transposase. The second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor. The second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region. The third section contains a lysing reagent. The fourth site contains a transposase. The system further comprises a reaction site between the first site and the second site.

[0057] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает: (b) нанесение цельных клеток, содержащих целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту, на реакционный участок; (c) приложение первого электрического поля для перемещения лизирующего агента на реакционный участок и/или через него для лизиса клеток, таким образом нанося целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту на участок для образца; (d) приложение второго электрического поля для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок, перемещения второго кофактора транспозазы из второго участка на реакционный участок и/или перемещения транспозазы из участка транспозазы на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, первый кофактор транспозазы и второй кофактор транспозазы; и (e) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот. [0057] In some embodiments, the implementation of the method further includes: (b) applying whole cells containing the target double-stranded nucleic acid to the reaction site; (c) applying a first electric field to move a lysing agent into and/or through the reaction site to lyse the cells, thereby depositing the target double-stranded nucleic acid into the sample site; (d) applying a second electric field to move the first transposase cofactor from the first site to the reactive site, move the second transposase cofactor from the second site to the reactive site, and/or move the transposase from the transposase site to the reactive site to form an activated transposomal complex containing the transposase, the first a transposase cofactor and a second transposase cofactor; and (e) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments.

[0058] В других вариантах осуществления первое электрическое поле и второе электрическое поле отличаются, а стадию (с) выполняют перед стадией (d). В дополнительных вариантах осуществления первое электрическое поле и второе электрическое поле являются одинаковыми, а стадию (с) выполняют одновременно со стадией (d). В дополнительных вариантах осуществления способ включает приложение одного или более электрических полей после создания библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот для перемещения из реакционного участка одного или более из: лизирующего реагента, транспосомного комплекса, транспозазы, адаптора транспозазы, иона металла и меченых фрагментов нуклеиновых кислот. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает перемещение меченых фрагментов нуклеиновых кислот на участок для сбора. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает перемещение лизирующего реагента, транспосомного комплекса, иона металла и меченых фрагментов нуклеиновых кислот из реакционного участка на отдельные приемные участки. [0058] In other embodiments, the first electric field and the second electric field are different, and step (c) is performed before step (d). In further embodiments, the first electric field and the second electric field are the same and step (c) is performed simultaneously with step (d). In additional embodiments, the method includes applying one or more electric fields after the library of labeled nucleic acid fragments has been generated to move from the reaction site one or more of: a lyse reagent, a transposome complex, a transposase, a transposase adaptor, a metal ion, and labeled nucleic acid fragments. In some embodiments, the method further comprises moving the labeled nucleic acid fragments to a collection site. In some embodiments, the method further comprises moving the lyse, the transposome complex, the metal ion, and the labeled nucleic acid fragments from the reaction site to separate receiving sites.

[0059] На Фиг. 3A-3C проиллюстрирован вариант осуществления способа, описанного в настоящем документе. Система электрофореза содержит Mg2+, транспозазу (например, транспозазу Tn5), адапторы и лизирующие реагенты, помещенные в лунки в начале t0. Образец (например, клетки, имеющие целевую ДНК с высокой молекулярной массой) загружают на реакционный участок. Два переменных электрических поля под углом 90 градусов друг к другу прикладываются контролируемым образом, что приводит к перемещению реагентов и субстратов через гелевую матрицу. В следующий интервал времени (t1) лизирующие реагенты поступают на реакционный участок и объединяются с образцом для лизиса клеток. Одновременно другие реагенты мигрируют к реакционной части в соответствии с их подвижностью. В следующий интервал времени (t2) лизирующие реагенты мигрируют из реакционной части, оставляя после себя очищенную ДНК с высокой молекулярной массой. В следующий интервал времени (t3) реагенты для тагментации (транспозаза (например, транспозаза Tn5), Mg2+ и адапторы) входят в лунку образца и образуют активированный комплекс, который затем связывается с фрагментами и метками (тагментированными фрагментами) целевой ДНК. В следующий интервал времени (t4) реагенты для тагментации дополнительно мигрируют, оставляя после себя очищенные тагментированные матрицы библиотеки. Тагментированные фрагменты можно собирать или дополнительно процессировать на реакционном участке. В альтернативном варианте осуществления в следующий интервал времени (t5) тагментированные матрицы библиотеки дополнительно мигрируют в лунку для сбора образцов. [0059] In FIG. 3A-3C illustrate an embodiment of the method described herein. The electrophoresis system contains Mg 2+ , transposase (eg, transposase Tn5), adapters, and lysing reagents placed in wells at the start of t0. The sample (eg, cells having high molecular weight target DNA) is loaded onto the reaction site. Two alternating electric fields at 90 degrees to each other are applied in a controlled manner, resulting in the movement of reagents and substrates through the gel matrix. In the next time interval (t1), lysing reagents enter the reaction site and combine with the sample for cell lysis. Simultaneously, other reagents migrate to the reaction part in accordance with their mobility. In the next time interval (t2), lysing reagents migrate from the reaction part, leaving behind purified high molecular weight DNA. At the next time interval (t3), the tagging reagents (transposase (e.g., transposase Tn5), Mg 2+ and adapters) enter the sample well and form an activated complex, which then binds to fragments and tags (tagged fragments) of the target DNA. In the next time interval (t4), the tagging reagents migrate additionally, leaving behind the purified tagged library matrices. Tagged fragments can be collected or further processed at the reaction site. In an alternative embodiment, at the next time interval (t5), the tagged library matrices further migrate into the sample collection well.

[0060] В некоторых вариантах осуществления транспосомные комплексы связываются с целевой нуклеиновой кислотой и создают одноцепочечные разрывы в основной цепи, по 9 оснований друг от друга на любой из цепей. В других вариантах осуществления транспосома создает гэп между одноцепочечными разрывами 7, 8, 9, 10, 11 или 12 пар нуклеотидов (п. н.). В некоторых вариантах реализации способ дополнительно включает заполнение гэпов и лигирующих одноцепочечных разрывов в фрагментах нуклеиновых кислот. Можно использовать любую известную лигазу, способную к лигированию одноцепочечного разрыва (прилегающий 5’-фосфатный конец и 3’-OH). Лигаза может быть предусмотрена на втором реакционном участке, причем второй реакционный участок является таким же как реакционный участок для тагментации или отличается от него. [0060] In some embodiments, transposome complexes bind to a target nucleic acid and create single strand breaks in the backbone, 9 bases apart on either strand. In other embodiments, the transposome creates a gap between single strand breaks of 7, 8, 9, 10, 11, or 12 base pairs (bp). In some embodiments, the method further comprises filling gaps and ligating single strand breaks in the nucleic acid fragments. Any known ligase capable of single strand break ligation (adjacent 5'-phosphate end and 3'-OH) can be used. A ligase may be provided in a second reaction site, the second reaction site being the same as or different from the tagmentation reaction site.

[0061] В некоторых вариантах осуществления заполнение гэпов и лигирование одноцепочечных разрывов в фрагментах нуклеиновых кислот включает в себя инкубирование меченых фрагментов с замещающей цепь полимеразой в условиях и в течение достаточного времени, при котором заполняются гэпы в меченых фрагментах. В некоторых вариантах осуществления заполнение гэпов и лигирующих одноцепочечных разрывов в фрагментах нуклеиновых кислот включает в себя инкубирование меченых фрагментов с незамещающей цепь полимеразой, чтобы охватить гэп, а затем с лигазой в условиях и в течение достаточного времени, при котором заполняются одноцепочечные гэпы в меченых фрагментах. [0061] In some embodiments, filling gaps and ligating single strand breaks in nucleic acid fragments includes incubating the labeled fragments with a strand replacement polymerase under conditions and for a sufficient time that gaps in the labeled fragments are filled. In some embodiments, filling gaps and ligating single-strand gaps in nucleic acid fragments includes incubating labeled fragments with a non-strand replacement polymerase to span the gap, and then with ligase under conditions and for a sufficient time that single-strand gaps in the labeled fragments are filled.

[0062] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает амплификацию полученных фрагментов нуклеиновых кислот. Фрагменты нуклеиновых кислот, полученные посредством транспосом-опосредованной тагментации, можно амплифицировать в соответствии с любыми подходящими способами амплификации, известными в данной области. В некоторых вариантах осуществления амплификация включает применение одного или более из: реакции амплификации нуклеиновых кислот, амплификации с замещением цепей, амплификации по типу катящегося кольца (RCA), лигазной цепной реакции, транскрипционно-опосредованной амплификации или петлевой амплификации. [0062] In some embodiments, the method further comprises amplifying the resulting nucleic acid fragments. Nucleic acid fragments obtained by transposome-mediated tagmentation can be amplified according to any suitable amplification methods known in the art. In some embodiments, the amplification comprises the use of one or more of: nucleic acid amplification reaction, strand displacement amplification, rolling ring amplification (RCA), ligase chain reaction, transcription-mediated amplification, or loop amplification.

[0063] В некоторых вариантах осуществления процессированные фрагменты нуклеиновых кислот могут быть снабжены штрих-кодом для сохранения непрерывности информации о секвенировании из целевой нуклеиновой кислоты. В настоящем документе термин «смежность» относится к пространственным отношениям между двумя или более фрагментами ДНК на основе общей информации. Общий аспект информации может относиться к ближним, компартментным и дистантным пространственным отношениям. Информация об этих отношениях в молекулах, в свою очередь, облегчает иерархическую сборку или картирование чтений последовательностей, полученных из фрагментов ДНК. В некоторых вариантах осуществления одноцепочечная область метки адаптора полинуклеотидной транспозазы дополнительно содержит штрихкодовую последовательность. В некоторых вариантах осуществления способы, описанные в настоящем документе, дополнительно включают приведение в контакт меченых фрагментов с твердой подложкой-связанной штрихкодовой последовательностью для переноса информации штрихкодовой последовательности в фрагменты целевой нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления штрихкодовую последовательность добавляют в то время как фрагмент остается связанным с транспозазой. Информацию о непрерывности целевой нуклеиновой кислоты определяют посредством идентификации штрихкодовых последовательностей. Примеры препаратов штрих-кодированных фрагментов целевой нуклеиновой кислоты, которые можно легко адаптировать для применения со способами настоящей заявки, описаны, например, в публикациях US 2019/0040382, WO2014142850A1 и WO 2014/108810, каждая из которых полностью включена в настоящий документ путем ссылки. [0063] In some embodiments, the processed nucleic acid fragments may be provided with a barcode to maintain continuity of sequencing information from the target nucleic acid. As used herein, the term "adjacency" refers to the spatial relationship between two or more DNA fragments based on common information. The general aspect of information can refer to near, compartment, and distant spatial relationships. Information about these relationships in molecules, in turn, facilitates the hierarchical assembly or mapping of sequence reads derived from DNA fragments. In some embodiments, the single strand region of the polynucleotide transposase adapter tag further comprises a barcode sequence. In some embodiments, the methods described herein further include contacting labeled fragments with a solid support-linked barcode sequence to transfer barcode sequence information to fragments of the target nucleic acid. In some embodiments, the barcode sequence is added while the fragment remains bound to the transposase. Continuity information of the target nucleic acid is determined by identifying barcode sequences. Examples of preparations of barcoded target nucleic acid fragments that can be readily adapted for use with the methods of the present application are described, for example, in US 2019/0040382, WO2014142850A1 and WO 2014/108810, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0064] Когда цельные клетки наносят на реакционный образец, экстракцию и процессинг нуклеиновых кислот выполняют перед тагментацией, для которой требуются дополнительные реагенты. Не имеющие ограничительного характера примеры реагентов для такого предварительного процессинга включают в себя лизирующие агенты; растворы, содержащие ферменты для расщепления стенок бактериальных, грибковых или растительных клеток; растворы протеазы; и растворы, содержащие ферменты для ДНК-процессинга. В некоторых вариантах осуществления они могут быть загружены в одно или более разных местположений гелевой матрицы. В некоторых вариантах осуществления система может быть выполнена с возможностью последовательного добавления и удаления ряда реагентов из одного местоположения. Добавление и удаление реагентов можно осуществлять из верхней части контейнера с помощью стандартных средств для транспортировки жидкостей (таких как, например, роботы для транспортировки жидкостей с подвижным порталом, поставляемые компанией Beckman, Agilent, Tecan, Hamilton и т. д.). В других вариантах осуществления добавление и удаление реагентов может осуществляться посредством каналов для текучей среды внутри контейнера. [0064] When whole cells are applied to the reaction sample, extraction and processing of nucleic acids is performed before tagging, which requires additional reagents. Non-limiting examples of reagents for such pre-processing include lysing agents; solutions containing enzymes for splitting the walls of bacterial, fungal or plant cells; protease solutions; and solutions containing enzymes for DNA processing. In some embodiments, they may be loaded into one or more different locations of the gel matrix. In some embodiments, the system may be configured to sequentially add and remove a number of reagents from a single location. Adding and removing reagents can be done from the top of the container using standard liquid handling equipment (such as, for example, gantry liquid handling robots available from Beckman, Agilent, Tecan, Hamilton, etc.). In other embodiments, the addition and removal of reagents may be via fluid channels within the container.

[0065] В некоторых вариантах осуществления транспозазы транспосомных комплексов удаляют из фрагментов нуклеиновых кислот после транспозиции. В некоторых вариантах осуществления транспозазы удаляют из фрагментов нуклеиновых кислот после транспозиции и после последующей гибридизации адапторных последовательностей транспозона с комплементарной последовательностью для захвата. В некоторых вариантах осуществления транспозазы удаляют посредством обработки SDS. В некоторых вариантах осуществления транспозазы удаляют путем лечения протеиназой. [0065] In some embodiments, the transposases of the transposome complexes are removed from the nucleic acid fragments after transposition. In some embodiments, transposases are removed from nucleic acid fragments after transposition and after subsequent hybridization of transposon adapter sequences with a complementary capture sequence. In some embodiments, transposases are removed by SDS treatment. In some embodiments, transposases are removed by proteinase treatment.

[0066] В некоторых вариантах осуществления процессированные фрагменты нуклеиновых кислот можно переносить из гелевой матрицы для электрофореза для анализа или для других процессов для получения библиотек, таких как, например, процессы выбора размера, таких как процессы, описанные в патентах США № 8,361,298 и 8,361,299, оба из которых полностью включены в настоящий документ путем ссылки. [0066] In some embodiments, the processed nucleic acid fragments can be transferred from the electrophoresis gel matrix for analysis or to other processes for obtaining libraries, such as, for example, size selection processes, such as those described in U.S. Patent Nos. 8,361,298 and 8,361,299, both of which are incorporated herein by reference in their entirety.

[0067] В некоторых вариантах осуществления процессированные фрагменты нуклеиновых кислот, формируемые посредством транспосом-опосредованной тагментации можно собирать и секвенировать в соответствии с любой подходящей методикой секвенирования, такой как прямое секвенирование, включая секвенирование путем синтеза, секвенирование путем лигирования, секвенирование путем гибридизации, секвенирование через нанопоры и т. п. В некоторых вариантах осуществления фрагменты требуемого размера или диапазона размеров (например, от 25 до 500 пар нуклеотидов (п. н.), или от 50 до 500 п. н., или от 50 до 350 п. н., или от 100 до 300 п. н. или около 50, 150, 250 или 300 п. н.) могут быть избирательно собраны на участок для сбора. После приложения электрического поля процессированные фрагменты нуклеиновых кислот могут дополнительно мигрировать из реакционного участка. Поскольку фрагменты разных размеров имеют разные подвижности, фрагменты необходимого размера или диапазона размеров можно избирательно отделять и собирать из участка для сбора. [0067] In some embodiments, processed nucleic acid fragments generated by transposome-mediated tagmentation can be assembled and sequenced according to any suitable sequencing technique, such as direct sequencing, including sequencing by synthesis, sequencing by ligation, sequencing by hybridization, sequencing through nanopores, and the like. In some embodiments, fragments of a desired size or size range (e.g., 25 to 500 base pairs (bp), or 50 to 500 bp, or 50 to 350 bp ., or from 100 to 300 bp or about 50, 150, 250 or 300 bp) can be selectively collected per collection site. Upon application of an electric field, processed nucleic acid fragments may further migrate out of the reaction site. Since fragments of different sizes have different mobilities, fragments of the required size or range of sizes can be selectively separated and collected from the collection site.

[0068] В некоторых вариантах осуществления предложен способ выполнения множества последовательных химических и/или ферментативных процессов. В некоторых вариантах осуществления могут применяться более сложные электрические поля, например с изменяющейся амплитудой или направлением электрического поля, или обеспечение различных электрических полей под углом 90 градусов друг к другу. В таком варианте осуществления возможны более сложные траектории отдельных реагентов. В таких случаях реагенты можно размещать в заданных местоположениях в пределах матрицы в зависимости от их известных или ожидаемых подвижностей таким образом, чтобы реагенты можно было объединять и/или разделять посредством чередования электрофоретических полей и перемещения молекул по выбранным траекториям между положениями на гелевой матрице. В некоторых вариантах осуществления один или более реагентов (таких как ферменты) могут быть иммобилизованы на твердой подложке (гранулах на реакционном участке) в трехмерной матрице, таким образом предотвращая их перемещение в электрических полях, в то время как другие реагенты могут свободно перемещаться в соответствии с их подвижностью в электрических полях. [0068] In some embodiments, a method for performing a plurality of sequential chemical and/or enzymatic processes is provided. In some embodiments, more complex electric fields may be applied, such as varying the amplitude or direction of the electric field, or providing different electric fields at 90 degrees to each other. In such an embodiment, more complex trajectories of the individual reactants are possible. In such cases, the reagents can be placed at predetermined locations within the matrix, depending on their known or expected mobilities, so that the reagents can be combined and/or separated by alternating electrophoretic fields and moving molecules along selected trajectories between positions on the gel matrix. In some embodiments, one or more reactants (such as enzymes) can be immobilized on a solid support (beads at the reaction site) in a three-dimensional matrix, thus preventing them from moving in electric fields, while other reactants can move freely according to their mobility in electric fields.

[0069] На Фиг. 4 проиллюстрирована общая схема способа выполнения множества биохимических реакций с использованием гель-электрофореза. Устройство электрофореза содержит множество участков вдоль ширины и длины, каждый из которых содержит различные реагенты. Две пары из положительного и отрицательного электродов предусмотрены на противоположных сторонах ширины на одном из первого конца или второго конца для приложения переменных электрических полей, перпендикулярных друг другу. Реагенты мигрируют на первый реакционный участок для выполнения первой биохимической реакции. За счет изменения амплитуды или направления электрического(-их) поля(-ей) продукт первой биохимической реакции мигрирует во второй реакционный участок и реагирует с реагентом для выполнения второй биохимической реакции. Эти стадии можно повторить для последующих биохимических реакций на дополнительных реакционных участках. [0069] In FIG. 4 illustrates the general scheme of a method for performing a variety of biochemical reactions using gel electrophoresis. The electrophoresis device contains a plurality of sections along the width and length, each of which contains different reagents. Two pairs of positive and negative electrodes are provided on opposite sides of the width at one of the first end or the second end to apply alternating electric fields perpendicular to each other. The reagents migrate to the first reaction site to perform the first biochemical reaction. By changing the amplitude or direction of the electric field(s), the product of the first biochemical reaction migrates to the second reaction site and reacts with the reagent to perform the second biochemical reaction. These steps can be repeated for subsequent biochemical reactions at additional reaction sites.

Устройства/системыDevices/systems

[0070] В некоторых вариантах осуществления предложена система электрофореза для выполнения ферментативной реакции. В некоторых вариантах осуществления указанная система электрофореза содержит гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор фермента для фермента; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор фермента для указанного фермента, причем второй кофактор фермента имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора фермента; реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий фермент; и пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно. В дополнительных вариантах осуществления на реакционном участке предусмотрен субстрат для фермента. [0070] In some embodiments, an electrophoresis system for performing an enzymatic reaction is provided. In some embodiments, said electrophoresis system comprises an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end and a length between the first and second ends; a first region near the first end containing a first enzyme cofactor for the enzyme; a second region near the second end and containing a second enzyme cofactor for said enzyme, the second enzyme cofactor having an electrical charge opposite to that of the first enzyme cofactor; a reaction site between the first site and the second site and containing the enzyme; and a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively. In additional embodiments, a substrate for the enzyme is provided at the reaction site.

[0071] В некоторых вариантах осуществления предложено устройство электрофореза, содержащее гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла; реакционный участок, расположенный на расстоянии от первого конца и содержащий транспосомный комплекс, содержащий транспозазу и адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; и пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно. [0071] In some embodiments, an electrophoresis device is provided, comprising an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; a first region near the first end containing a first transposase cofactor, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; a reaction site located at a distance from the first end and containing a transposome complex containing a transposase and a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region; and a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively.

[0072] В некоторых вариантах осуществления предложено устройство электрофореза, содержащее гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец, второй конец и длину между первым и вторым концами; первый участок вблизи первого конца; второй участок вблизи второго конца; реакционный участок между первым концом и вторым концом; и пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно. Первый участок содержит первый кофактор транспозазы для транспозазы. В некоторых вариантах осуществления первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла. Второй участок содержит второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный заряду первого кофактора транспозазы. В некоторых вариантах осуществления второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки. Реакционный участок содержит транспозазу. В некоторых вариантах осуществления на реакционном участке предусмотрена целевая нуклеиновая кислота. [0072] In some embodiments, an electrophoresis device is provided, comprising an electrophoresis gel matrix having a first end, a second end, and a length between the first and second ends; the first section near the first end; a second section near the second end; a reaction site between the first end and the second end; and a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively. The first region contains the first transposase cofactor for transposase. In some embodiments, the first transposase cofactor is a metal ion. The second region contains a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor. In some embodiments, the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region. The reaction site contains a transposase. In some embodiments, a target nucleic acid is provided at the reaction site.

[0073] В некоторых вариантах осуществления предложено устройство электрофореза, содержащее гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец, второй конец и длину между первым и вторым концами; первый участок; второй участок; третий участок и четвертый участок; реакционный участок; первую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; и вторую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца. Первый участок содержит первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла. Второй участок содержит второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный заряду первого кофактора транспозазы. Второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки. Третий участок содержит лизирующий реагент. В некоторых вариантах осуществления на реакционном участке предусмотрены цельные клетки, содержащие целевую нуклеиновую кислоту. В некоторых вариантах осуществления устройство содержит дополнительные участки вдоль ширины и/или длины, каждый из которых содержит различные реагенты для тагментации. В некоторых вариантах осуществления устройство содержит участок сбора для приема меченых фрагментов нуклеиновых кислот. В некоторых вариантах осуществления устройство содержит один или более приемных участков для приема непрореагировавших реагентов. [0073] In some embodiments, an electrophoresis device is provided, comprising an electrophoresis gel matrix having a first end, a second end, and a length between the first and second ends; first section; second section; the third section and the fourth section; reaction site; a first pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; and a second pair of positive and negative electrodes located on opposite sides of the width at one of the first end or the second end. The first region contains a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion. The second region contains a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor. The second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region. The third section contains a lysing reagent. In some embodiments, whole cells containing the target nucleic acid are provided in the reaction site. In some embodiments, the implementation of the device contains additional areas along the width and/or length, each of which contains different reagents for tagging. In some embodiments, the device comprises a collection site for receiving labeled nucleic acid fragments. In some embodiments, the implementation of the device contains one or more receiving areas for receiving unreacted reagents.

[0074] В некоторых вариантах осуществления первый участок, второй участок, третий участок, четвертый участок, реакционный участок и/или дополнительные участки содержат лунку. Лунка может содержать ферменты, молекулы целевой нуклеиновой кислоты или любой другой субстрат или реагенты. В некоторых вариантах осуществления реакционный участок содержит лунку, а твердая подложка представляет собой гранулированную частицу в лунке или твердая подложка представляет собой поверхность лунки. [0074] In some embodiments, the first site, second site, third site, fourth site, reactive site, and/or additional sites comprise a well. The well may contain enzymes, target nucleic acid molecules, or any other substrate or reagents. In some embodiments, the reaction site comprises a well and the solid support is a granular particle in the well, or the solid support is the surface of the well.

[0075] В некоторых вариантах осуществления устройство электрофореза может содержать контейнер, содержащий электрофорезный буфер и выполненный с возможностью удержания гелевой матрицы для электрофореза. В некоторых вариантах осуществления устройство электрофореза может содержать более одного контейнера, описанного в настоящем документе. [0075] In some embodiments, the electrophoresis device may comprise a container containing an electrophoresis buffer and configured to hold an electrophoresis gel matrix. In some embodiments, the implementation of the electrophoresis device may contain more than one container described in this document.

[0076] Гелевая матрица для электрофореза может представлять собой агар, агарозу или полиакриламид. В некоторых вариантах осуществления гелевая матрица для электрофореза представляет собой агарозу. Электрофорезный буфер может иметь pH в диапазоне от pH 7 до pH 9 и может содержать этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТК) в качестве хелатирующего агента. Когда целевая нуклеиновая кислота фрагментирована на размеры в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч п. н. в длину, более высокая концентрация агарозы на реакционном участке поможет ограничить диффузию библиотечных продуктов из реакционного участка, позволяя эффективно удалять свободные реагенты/адапторы. [0076] The electrophoresis gel matrix may be agar, agarose, or polyacrylamide. In some embodiments, the electrophoresis gel matrix is agarose. The electrophoresis buffer may have a pH in the range of pH 7 to pH 9 and may contain ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) as a chelating agent. When the target nucleic acid is fragmented into sizes ranging from several hundred to several thousand bp. in length, a higher concentration of agarose in the reaction site will help limit the diffusion of library products from the reaction site, allowing free reagents/adapters to be efficiently removed.

[0077] В некоторых вариантах осуществления устройство электрофореза также может содержать одну или более пар из положительного и отрицательного электродов. В некоторых вариантах осуществления пара из положительного и отрицательного электродов находится в прямом контакте с гелевой матрицей для электрофореза. В некоторых вариантах осуществления один или более электродов встроены в гелевую матрицу. В некоторых вариантах осуществления пара из положительного и отрицательного электродов не находится в прямом контакте с гелевой матрицей для электрофореза. В некоторых вариантах осуществления один или более электродов встроены в камеры, заполненные электрофорезным буфером, который соединен по текучей среде с гелевой матрицей для электрофореза. [0077] In some embodiments, the electrophoresis device may also comprise one or more pairs of positive and negative electrodes. In some embodiments, a pair of positive and negative electrodes is in direct contact with the electrophoresis gel matrix. In some embodiments, one or more electrodes are embedded in a gel matrix. In some embodiments, the pair of positive and negative electrodes are not in direct contact with the electrophoresis gel matrix. In some embodiments, one or more electrodes are embedded in chambers filled with an electrophoresis buffer that is fluidly coupled to an electrophoresis gel matrix.

[0078] В некоторых вариантах осуществления устройство электрофореза также может включать барьер или ультрафильтрационную мембрану с порами, достаточно малыми для удержания фрагментов нуклеиновых кислот. Одним из таких примеров мембраны является полиэфирсульфоновая мембрана с отсечкой по молекулярной массе 10 кДа (Biomax® 10 кДа от EMD Millipore). [0078] In some embodiments, the electrophoresis device may also include a barrier or ultrafiltration membrane with pores small enough to retain nucleic acid fragments. One such example of a membrane is a 10 kDa molecular weight cut-off polyethersulfone membrane (Biomax® 10 kDa from EMD Millipore).

[0079] В некоторых вариантах осуществления предложена система электрофореза. В некоторых вариантах осуществления предложена система электрофореза для получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления система электрофореза содержит устройство электрофореза, описанное в настоящем документе, источник питания и контроллер, выполненный с возможностью управления направлением и/или величиной одного или более электрических полей для перемещения реагентов и/или меченых фрагментов нуклеиновых кислот на реакционный участок, участок для сбора и/или приемные участки, и/или через них. [0079] In some embodiments, an electrophoresis system is provided. In some embodiments, an electrophoresis system is provided for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid. In some embodiments, the electrophoresis system comprises an electrophoresis device described herein, a power source, and a controller configured to control the direction and/or magnitude of one or more electric fields to move reagents and/or labeled nucleic acid fragments to a reaction site, a site for collection and/or receiving areas and/or through them.

[0080] Когда к электродам прикладывают напряжение, реагенты могут перемещаться через гелевую матрицу для электрофореза, а также на реакционный участок и через него. Изменение направления напряжения на обратное может направить молекулы в противоположном направлении. Кроме того, при приложении напряжения к одной и/или другой паре электродов реагенты перемещаются на один и/или другой соответствующий реакционный участок или участок для сбора, в зависимости от электрофоретических подвижностей. [0080] When a voltage is applied to the electrodes, the reactants can move through the electrophoresis gel matrix and into and through the reaction site. Reversing the voltage direction can send molecules in the opposite direction. In addition, when a voltage is applied to one and/or the other pair of electrodes, the reactants move to one and/or the other respective reaction site or collection site, depending on the electrophoretic mobilities.

[0081] В некоторых вариантах осуществления можно осуществлять манипулирование электрическим полем для избирательного восстановления реагентов и фрагментов нуклеиновых кислот в определенных диапазонах размеров. Например, можно использовать способы с импульсным полем для элюирования процессированных фрагментов нуклеиновых кислот длиной 50-500 т. п. н., оставляя фрагменты нуклеиновых кислот размером более около 2000 т. п. н. Если требуется фрагмент большего размера, не содержащий фрагмент меньшего размера, более низкую фракцию можно элюировать сначала в условиях селективного по размеру импульсного поля, а затем более высокую фракцию можно извлечь в других условиях импульсного поля или в условиях постоянного поля. Более подробная информация представлена в публикации Jann Noolandi, and Chantal Turmel in In Methods in Molecular Biology Volume 12: Pulsed-field gel electrophoresis, Protocols, Methods, and Theories. Ed. Burmeister, Margit, and Ulanovsky, Levy. Humana., pp. 73-103 and 135-143, которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки. [0081] In some embodiments, the electric field can be manipulated to selectively reduce reagents and nucleic acid fragments within certain size ranges. For example, pulsed field methods can be used to elute processed nucleic acid fragments of 50-500 kb, leaving nucleic acid fragments larger than about 2000 kb. If a larger fragment is required that does not contain a smaller fragment, the lower fraction can be eluted first under size-selective pulsed field conditions, and then the higher fraction can be recovered under different pulsed field conditions or under constant field conditions. For more information, see Jann Noolandi, and Chantal Turmel in In Methods in Molecular Biology Volume 12: Pulsed-field gel electrophoresis, Protocols, Methods, and Theories. Ed. Burmeister, Margit, and Ulanovsky, Levy. Humana., pp. 73-103 and 135-143, which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0082] Кроме того, концентрацию геля, напряжение и/или продолжительность электрофореза можно выбирать таким образом, чтобы компоненты реагента эффективно перемещались и/или чтобы целевая нуклеиновая кислота оставалась на реакционном участке. Такие условия подходят для нуклеиновой кислоты с очень высокой молекулярной массой, которая мигрирует настолько медленно в агарозном геле. При обращении с более короткой целевой нуклеиновой кислотой (например, размер фрагмента около 500 п. н.) можно использовать гели с более высокой концентрацией, более низкие напряжения и более высокую степень оптимизации. [0082] In addition, the gel concentration, voltage, and/or duration of electrophoresis can be chosen such that the reagent components move efficiently and/or that the target nucleic acid remains at the reaction site. Such conditions are suitable for very high molecular weight nucleic acids that migrate so slowly in an agarose gel. When dealing with a shorter target nucleic acid (eg, a fragment size of about 500 bp), higher concentration gels, lower voltages, and a higher degree of optimization can be used.

ОпределенияDefinitions

[0083] Если не указано иное, все технические и научные термины, применяемые в данном документе, имеют то же значение, которое обычно применяет специалист в данной области. Все патенты, заявки, опубликованные заявки и другие публикации, на которые даны ссылки в настоящем документе, полностью включены в настоящий документ посредством ссылки, если не указано иное. Если не указано иное, при наличии множества определений для термина, представленного в настоящем документе, преимущественными являются определения, приведенные в данном разделе. Применяемые в данном описании и приложенной формуле изобретения формы единственного числа включают упоминания форм множественного числа, если в контексте явно не указано иное. Применение союза «или» или «и» означает «и/или», если не указано иное. Более того, применение термина «включая», а также других форм, таких как «включают», «включает» и «включенный», не имеет ограничительного характера. При использовании в настоящем описании, либо в переходной фразе, либо в структуре формулы изобретения, термины «содержит(-ат)» и «содержащий» следует интерпретировать как имеющие неограниченное значение. Другими словами, термины следует интерпретировать как синонимы фраз «имеющий по меньшей мере» или «включающий по меньшей мере». В контексте процесса термин «содержащий» означает, что процесс включает в себя по меньшей мере указанные стадии, но может включать в себя дополнительные стадии. В контексте соединения, композиции или устройства термин «содержащий» означает, что соединение, композиция или устройство включает по меньшей мере указанные особенности или компоненты, но может включать дополнительные особенности или компоненты. [0083] Unless otherwise indicated, all technical and scientific terms used in this document have the same meaning as commonly used by a person skilled in the art. All patents, applications, published applications, and other publications referenced herein are incorporated herein by reference in their entirety, unless otherwise noted. Unless otherwise noted, where there are multiple definitions for a term provided in this document, the definitions provided in this section take precedence. As used in this specification and the appended claims, the singular forms include references to the plural forms, unless the context clearly indicates otherwise. The use of the union "or" or "and" means "and/or", unless otherwise indicated. Moreover, the use of the term "including", as well as other forms such as "include", "includes" and "included", is not intended to be limiting. When used in the present description, either in a transitional phrase or in the structure of a claim, the terms "comprises" and "comprising" should be interpreted as having an unrestricted meaning. In other words, the terms should be interpreted as synonymous with the phrases "having at least" or "comprising at least". In the context of a process, the term "comprising" means that the process includes at least the above steps, but may include additional steps. In the context of a compound, composition, or device, the term "comprising" means that the compound, composition, or device includes at least the specified features or components, but may include additional features or components.

Целевая нуклеиновая кислотаTarget nucleic acid

[0084] Используемый в настоящем документе термин «целевая нуклеиновая кислота» относится к любой интересующей двухцепочечной нуклеиновой кислоте, которая подвергается транспозиции, например, для создания библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот (например, 5'- и 3'-меченых или димеченных линейных фрагментов оцДНК или дцДНК или меченных фрагментов кольцевых оцДНК). «Целевая нуклеиновая кислота» может быть получена из любого источника in vivo или in vitro, включая одну или множество клеток, тканей, органов или организмов, будь то живые или мертвые или из любого биологического источника или источника окружающей среды (например, вода, воздух, почва). Например, в некоторых вариантах осуществления целевая нуклеиновая кислота содержит или состоит из эукариотическую и/или прокариотическую двухцепочечную нуклеиновую кислоту, которая происходит или получена из людей, животных, растений, грибов (например, плесневых грибов или дрожжей), бактерий, вирусов, вироидов, микоплазмы или других микроорганизмов. В некоторых вариантах осуществления целевая нуклеиновая кислота содержит или состоит из геномной ДНК, субгеномной ДНК, хромосомной ДНК (например, из выделенной хромосомы или части хромосомы, например, из одного или более генов или локусов из хромосомы), митохондриальной ДНК, ДНК хлоропластов, плазмидов или другой эпизомальной ДНК (или размещенной в ней рекомбинантной ДНК), или двухцепочечной кДНК, полученной путем обратной транскрипции РНК с использованием РНК-зависимой ДНК-полимеразы или обратной транскриптазы для получения первой цепи кДНК и последующего удлинения праймера, ренатурированного с первой цепью кДНК, для получения дцДНК. В некоторых вариантах осуществления целевая нуклеиновая кислота содержит множество молекул дцДНК в молекулах нуклеиновой кислоты или полученных из них (например, множество молекул дцДНК в геномной ДНК или полученных из них) или кДНК, полученных из РНК в биологическом источнике (например, клетка, ткань, орган, организм) или источнике в окружающей среде (например, вода, воздух, почва, слюна, мокрота, моча, фекалии) или из них. В некоторых вариантах осуществления целевая нуклеиновая кислота получена из источника in vitro. Например, в некоторых вариантах осуществления целевая нуклеиновая кислота содержит или состоит из дцДНК, полученной in vitro из одноцепочечной ДНК (оцДНК) или из одноцепочечной или двухцепочечной РНК (например, с использованием способов, хорошо известных в данной области, таких как достройка праймера с использованием подходящей ДНК-зависимой и/или РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратной транскриптазы). В некоторых вариантах осуществления целевая нуклеиновая кислота представляет собой целевую ДНК, которая содержит или состоит из дцДНК, полученной из всей или части одной или более двухцепочечных или одноцепочечных молекул ДНК или РНК, с использованием любых способов, известных в данной области, включая способы для: амплификации ДНК или РНК (например, ПЦР или ПЦР с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР), способы опосредованной транскрипцией амплификации, с амплификацией всех или части одной или более молекул нуклеиновых кислот); молекулярное клонирование всех или части одной или более молекул нуклеиновой кислоты в плазмиде, фосмиде, BAC или другом векторе, который впоследствии реплицируют в приемлемой клетке-хозяине; или захват одной или более молекул нуклеиновых кислот путем гибридизации, например, путем гибридизации с ДНК-зондами на матрице или микроматрице (например, «захват последовательности»; например, с применением наборов и/или матриц от компании ROCHE NIMBLEGEN, AGILENT или FEBIT). [0084] As used herein, the term "target nucleic acid" refers to any double-stranded nucleic acid of interest that undergoes transposition, e.g., to create a library of labeled nucleic acid fragments (e.g., 5'- and 3'-labeled or dilabeled linear ssDNA fragments or dsDNA or labeled fragments of circular ssDNA). A "target nucleic acid" can be obtained from any in vivo or in vitro source, including one or more cells, tissues, organs, or organisms, whether living or dead, or from any biological or environmental source (e.g., water, air, the soil). For example, in some embodiments, the target nucleic acid comprises or consists of a eukaryotic and/or prokaryotic double-stranded nucleic acid that is derived from or derived from humans, animals, plants, fungi (e.g., molds or yeasts), bacteria, viruses, viroids, mycoplasma or other microorganisms. In some embodiments, the target nucleic acid comprises or consists of genomic DNA, subgenomic DNA, chromosomal DNA (e.g., from an isolated chromosome or part of a chromosome, e.g., from one or more genes or loci from a chromosome), mitochondrial DNA, chloroplast DNA, plasmids, or other episomal DNA (or recombinant DNA placed therein), or double-stranded cDNA obtained by reverse transcription of RNA using RNA-dependent DNA polymerase or reverse transcriptase to obtain a first strand cDNA and then extending the primer annealed with the first strand cDNA to obtain dsDNA. In some embodiments, the target nucleic acid comprises a plurality of dsDNA molecules in or derived from nucleic acid molecules (e.g., a plurality of dsDNA molecules in or derived from genomic DNA) or cDNA derived from RNA in a biological source (e.g., cell, tissue, organ , organism) or environmental source (e.g. water, air, soil, saliva, sputum, urine, faeces) or from them. In some embodiments, the target nucleic acid is obtained from an in vitro source. For example, in some embodiments, the target nucleic acid comprises or consists of dsDNA prepared in vitro from single-stranded DNA (ssDNA) or from single-stranded or double-stranded RNA (e.g., using methods well known in the art, such as primer extension using an appropriate DNA-dependent and/or RNA-dependent DNA polymerase (reverse transcriptase) In some embodiments, the target nucleic acid is a target DNA that contains or consists of dsDNA derived from all or part of one or more double-stranded or single-stranded DNA molecules, or RNA, using any methods known in the art, including methods for: amplifying DNA or RNA (e.g., PCR or reverse transcription PCR (RT-PCR), transcription-mediated amplification methods, amplifying all or part of one or more nucleic acid molecules acids); molecular cloning of all or part of one or more nucleic acid molecules in a plasmid, fosmid, BAC or other vector, which is subsequently replicated in an acceptable host cell; or capturing one or more nucleic acid molecules by hybridization, for example, by hybridization with DNA probes on an array or microarray (eg, "sequence capturing"; for example, using kits and/or templates from ROCHE NIMBLEGEN, AGILENT or FEBIT).

[0085] В некоторых вариантах осуществления «целевая нуклеиновая кислота» или «целевая ДНК» означает двухцепочечную нуклеиновую кислоту, которую получают или модифицируют (например, с использованием различных биохимических или молекулярно-биологических методов) перед использованием для создания библиотеки меченных фрагментов нуклеиновых кислот (например, 5'- и 3'-меченых или димеченых линейных оцДНК или фрагментов дцДНК или меченных кольцевых оцДНК). [0085] In some embodiments, "target nucleic acid" or "target DNA" means a double-stranded nucleic acid that is prepared or modified (e.g., using various biochemical or molecular biological techniques) before being used to create a library of labeled nucleic acid fragments (e.g., , 5' and 3' labeled or dilabeled linear ssDNA or dsDNA fragments or labeled circular ssDNA).

Транспосомные комплексы, адапторы полинуклеотидной транспозазы, метки и транспозазыTransposome complexes, polynucleotide transposase adapters, tags and transposases

[0086] Технологию на основе транспозонов можно применять для фрагментации нуклеиновой кислоты (например, ДНК), например, как показано в примере рабочего процесса для наборов подготовки образцов NEXTERA™ XT и FLEX DNA (Illumina, Inc.), в которых целевые нуклеиновые кислоты, такие как геномная ДНК, обрабатывают транспосомными комплексами, которые одновременно фрагментируют и метят («тагментация») мишень, таким образом создавая популяцию фрагментированных молекул нуклеиновой кислоты, меченных уникальными адапторными последовательностями на концах фрагментов. [0086] Transposon-based technology can be used to fragment a nucleic acid (e.g., DNA), for example, as shown in the example workflow for NEXTERA™ XT and FLEX DNA Sample Preparation Kits (Illumina, Inc.), in which target nucleic acids, such as genomic DNA are treated with transposome complexes that simultaneously fragment and tag ("tag") the target, thus creating a population of fragmented nucleic acid molecules labeled with unique adapter sequences at the ends of the fragments.

[0087] Реакция транспозиции представляет собой реакцию, в которой один или более транспозонов вводят в целевые нуклеиновые кислоты в случайных сайтах или практически случайных сайтах. Компоненты реакции транспозиции включают в себя транспозазу (или другой фермент, способный к фрагментированию и мечению нуклеиновой кислоты, как описано в настоящем документе, такой как интеграза) и адаптор полинуклеотидной транспозазы, который включает в себя двухцепочечную концевую последовательность транспозона, связывающуюся с ферментом, и метку, присоединенную к одной или обеим из двух концевых последовательностей транспозона. Одну цепь двухцепочечной концевой последовательности транспозона переносят в одну цепь целевой нуклеиновой кислоты в сайте фрагментации (цепь с переносом), при этом комплементарная цепь концевой последовательности транспозона не связана ковалентно с фрагментированной нуклеиновой кислотой (цепь без переноса), а остается гибридизированной с цепью с переносом. При необходимости или по желанию адаптор полинуклеотидной транспозазы может содержать метку с одной или более функциональными последовательностями (например, праймерными последовательностями). [0087] A transposition reaction is a reaction in which one or more transposons are introduced into target nucleic acids at random sites or substantially random sites. The components of the transposition reaction include a transposase (or other enzyme capable of fragmenting and labeling a nucleic acid as described herein, such as an integrase) and a polynucleotide transposase adapter that includes a transposon double-stranded terminal sequence that binds to the enzyme and a label attached to one or both of the two terminal sequences of the transposon. One strand of the double-stranded transposon terminal sequence is transferred to one strand of the target nucleic acid at the site of fragmentation (transfer strand), while the complementary strand of the transposon terminal sequence is not covalently linked to the fragmented nucleic acid (non-transfer strand), but remains hybridized to the transfer strand. If necessary or desired, the polynucleotide transposase adapter may be tagged with one or more functional sequences (eg, primer sequences).

[0088] «Транспосомный комплекс» состоит по меньшей мере из одного фермента транспозазы и последовательности распознавания транспозона. В некоторых таких системах транспозаза связывается с последовательностью распознавания транспозона с образованием функционального комплекса, который способен катализировать реакцию транспозиции. В некоторых аспектах последовательность распознавания транспозона представляет собой двухцепочечную концевую последовательность транспозона. Транспозаза или интеграза связывается с сайтом распознавания транспозазы в целевой нуклеиновой кислоте и вставляет последовательность распознавания транспозона в целевую нуклеиновую кислоту. В некоторых таких явлениях вставки одну цепь последовательности распознавания транспозона (или концевой последовательности) переносят в целевую нуклеиновую кислоту, что приводит также к явлению расщепления. Примеры процедур и систем транспозиции, которые можно легко адаптировать к использованию с транспозазами настоящего описания, описаны, например, в публикации PCT № WO2010/048605, патентной публикации США № 2012/0301925, патентной публикации США № 2012/13470087 или патентной публикации США № 2013/0143774, каждая из которых полностью включена в настоящий документ путем ссылки. [0088] A "transposome complex" consists of at least one transposase enzyme and a transposon recognition sequence. In some of these systems, a transposase binds to a transposon recognition sequence to form a functional complex that is capable of catalyzing the transposition reaction. In some aspects, the transposon recognition sequence is the double-stranded terminal sequence of the transposon. A transposase or integrase binds to a transposase recognition site in a target nucleic acid and inserts a transposon recognition sequence into the target nucleic acid. In some such insertion events, one strand of a transposon recognition sequence (or terminal sequence) is transferred into the target nucleic acid, which also results in a cleavage phenomenon. Examples of transposition procedures and systems that can be readily adapted for use with transposases of the present disclosure are described, for example, in PCT Publication No. WO2010/048605, US Patent Publication No. 2012/0301925, US Patent Publication No. 2012/13470087 or US Patent Publication No. 2013 /0143774, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0089] Примеры транспозаз, которые можно применять с определенными вариантами осуществления, представленными в настоящем документе, включают следующие (или кодируются следующими): транспозазу Tn5 (см. Reznikoff et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000, 266, 729-734), Vibrio Haryi (транспозазу, охарактеризованную Agilent и используемую в продукте SureSelect QXT), транспозазу MuA и сайт распознавания транспозазы Mu, содержащий концевые последовательности R1 и R2 (Mizuchi, K., Cell, 35: 785, 1983; Savilahti, H, et al., EMBO J., 14:4893, 1995), Staphylococcus aureus Tn552 (Colegio, O. et al., J. Bacteriol., 183:2384-8, 2001; Kirby, C. et al., Mol. Microbiol., 43:173-86, 2002), Tyl (Devine & Boeke, Nucleic Acids Res., 22:3765-72, 1994 и публикация PCT № WO95/23875), Transposon Tn7 (Craig, N.L., Science, 271:1512, 1996; Craig, N. L., Curr. Top. Microbiol. Immunol., 204:27-48, 1996), Tn/O и IS10 (Kleckner N. et al., Curr. Top. Microbiol. Immunol., 204:49-82, 1996), транспозазу Mariner (Lampe, D. J. et al., EMBO J., 15:5470-9, 1996), Tc1 (Plasterk, R. H., Curr. Top. Microbiol. Immunol., 204:125-43, 1996), P Element (Gloor, G. B., Methods Mol. Biol., 260:97-114, 2004), Tn3 (Ichikawa & Ohtsubo, J. Biol. Chem., 265:18829-32, 1990), бактериальные инсерционные последовательности (Ohtsubo & Sekine, Curr. Top. Microbiol. Immunol. 204:1-26, 1996), ретровирусы (Brown et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86:2525-9, 1989) и ретротранспозон дрожжей (Boeke & Corces, Ann. Rev. Microbiol. 43:403-34, 1989). Дополнительные примеры включают в себя IS5, Tn10, Tn903, IS911 и сконструированные версии ферментов семейства транспозаз (Zhang et al., (2009) PLoS Genet. 5:e1000689. Epub October 16; Wilson C. et al. (2007) J. Microbiol. Methods 71:332-5). [0089] Examples of transposases that can be used with certain embodiments provided herein include the following (or are encoded as follows): Tn5 transposase (see Reznikoff et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000, 266, 729 -734), Vibrio Haryi (a transposase characterized by Agilent and used in the SureSelect QXT product), MuA transposase, and a Mu transposase recognition site containing R1 and R2 terminal sequences (Mizuchi, K., Cell, 35: 785, 1983; Savilahti, H , et al., EMBO J., 14:4893, 1995), Staphylococcus aureus Tn552 (Colegio, O. et al., J. Bacteriol., 183:2384-8, 2001; Kirby, C. et al., Mol Microbiol., 43:173-86, 2002), Tyl (Devine & Boeke, Nucleic Acids Res., 22:3765-72, 1994 and PCT Publication No. WO95/23875), Transposon Tn7 (Craig, NL, Science, 271 :1512, 1996; Craig, NL, Curr. Top. Microbiol. Immunol., 204:27-48, 1996), Tn/O and IS10 (Kleckner N. et al., Curr. Top. Microbiol. Immunol., 204 :49-82, 1996), Mariner transposase (Lampe, DJ et al., EMBO J., 15:5470-9, 1996), Tc1 (Plasterk, RH, Curr. top. microbiol. Immunol., 204:125-43, 1996), P Element (Gloor, GB, Methods Mol. Biol., 260:97-114, 2004), Tn3 (Ichikawa & Ohtsubo, J. Biol. Chem., 265:18829 -32, 1990), bacterial insertion sequences (Ohtsubo & Sekine, Curr. Top. Microbiol. Immunol. 204:1-26, 1996), retroviruses (Brown et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86: 2525-9, 1989) and a yeast retrotransposon (Boeke & Corces, Ann. Rev. Microbiol. 43:403-34, 1989). Additional examples include IS5, Tn10, Tn903, IS911, and engineered versions of the transposase family of enzymes (Zhang et al., (2009) PLoS Genet. 5:e1000689. Epub October 16; Wilson C. et al. (2007) J. Microbiol (Methods 71:332-5).

[0090] В некоторых вариантах осуществления транспозаза представляет собой транспозазу Tn5, MuA или транспозазу Vibrio Haryi либо их активный мутант. В других вариантах осуществления транспозаза представляет собой транспозазу Тn5 или ее активный мутант. В некоторых вариантах осуществления транспозаза Tn5 представляет собой гиперактивную транспозазу Tn5 (см., например, Reznikoff et al., публикация PCT № WO2001/009363, патенты США № 5,925,545, 5,965,443, 7,083,980 и 7,608,434 и Goryshin и Reznikoff, J. Biol. Chem. 273:7367, 1998) или ее активный мутант. В некоторых аспектах транспозаза Tn5 представляет собой транспозазу Tn5, описанную в публикации PCT № WO2015/160895, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. В некоторых вариантах осуществления транспозаза Tn5 представляет собой белок слияния. В некоторых вариантах осуществления белок слияния транспозазы Tn5 содержит метку слитого фактора удлинения Ts (Tsf). В некоторых вариантах осуществления транспозаза Tn5 представляет собой гиперактивную транспозазу Tn5, содержащую мутации по аминокислотам 54, 56 и 372 относительно последовательности дикого типа. В некоторых вариантах осуществления гиперактивная транспозаза Tn5 представляет собой белок слияния, причем необязательно белок слияния представляет собой фактор удлинения Ts (Tsf). Способы, описанные в настоящем документе, также могут включать комбинации транспозаз, а не только одну транспозазу. В некоторых вариантах осуществления сайт распознавания представляет собой сайт распознавания транспозазы типа Tn5 (Goryshin and Reznikoff, J. Biol. Chem., 273:7367, 1998). В одном варианте осуществления применяют сайт распознавания транспозазы, образующий комплекс с гиперактивной транспозазой Tn5 (например, транспозаза EZ-Tn5™, Epicentre Biotechnologies, Madison, Wis.). [0090] In some embodiments, the transposase is a Tn5, MuA, or Vibrio Haryi transposase, or an active mutant thereof. In other embodiments, the transposase is a Tn5 transposase or an active mutant thereof. In some embodiments, TN5 transposase is hyperactive transposase TN5 (see, for example, Reznikoff et al., PCT publication No. WO2001/009363, US patents No. 5.925.545, 5,965,443, 7,083,980 and 7,608,434 and Goryshin and Reazni KOFF, J. Biol. Chem. 273:7367, 1998) or an active mutant thereof. In some aspects, the Tn5 transposase is the Tn5 transposase described in PCT Publication No. WO2015/160895, which is incorporated herein by reference. In some embodiments, the Tn5 transposase is a fusion protein. In some embodiments, the Tn5 transposase fusion protein contains a Ts extension factor (Tsf) fusion tag. In some embodiments, the Tn5 transposase is an overactive Tn5 transposase containing mutations at amino acids 54, 56, and 372 relative to the wild-type sequence. In some embodiments, the overactive Tn5 transposase is a fusion protein, optionally the fusion protein is a Ts extension factor (Tsf). The methods described herein may also include combinations of transposases, not just one transposase. In some embodiments, the recognition site is a Tn5 type transposase recognition site (Goryshin and Reznikoff, J. Biol. Chem., 273:7367, 1998). In one embodiment, a transposase recognition site complexed with an overactive Tn5 transposase (eg, EZ-Tn5™ transposase, Epicentre Biotechnologies, Madison, Wis.) is used.

[0091] В некоторых вариантах осуществления фермент транспозаза представляет собой димер (например, димер транспозазы Tn5). В некоторых указанных вариантах осуществления транспосомный комплекс содержит димер двух молекул транспозазы. В некоторых вариантах осуществления комплекс транспозазы содержит димер транспозазы (например, транспозазу Tn5), содержащий первый и второй мономеры. Каждый мономер содержит первый транспозон и второй транспозон, причем первый транспозон содержит первую концевую последовательность транспозона на своем 3'-конце и первую адапторную последовательность (причем адапторные последовательности в каждом мономере димера являются одинаковыми или отличаются), а второй транспозон содержит вторую концевую последовательность транспозона, по меньшей мере частично комплементарную первой концевой последовательности транспозона. В некоторых вариантах осуществления транспосомный комплекс представляет собой гомодимер, в котором каждая из двух молекул транспозазы связана с полинуклеотидной адапторной последовательностью с той же концевой последовательностью транспозона и меткой (например, каждый мономер связан с молекулой той же полинуклеотидной адапторной последовательности, образуя «гомодимер»). В некоторых вариантах осуществления в композициях и способах, описанных в настоящем документе, применяют две популяции комплексов транспосом. В некоторых вариантах осуществления транспозазы в каждой популяции представляют собой димеры и являются одним и тем же ферментом. В некоторых вариантах осуществления транспосомные комплексы в каждой популяции являются гетеродимерами, причем первая популяция имеет первый адаптор полинуклеотидной транспозазы в каждом из двух мономеров, а вторая популяция имеет второй адаптор полинуклеотидов (который отличается от первого адаптора полинуклеотидной транспозазы) в каждом мономере. В некоторых вариантах осуществления концевая последовательность транспозона в каждом гетеродимере является одинаковой, но адапторы полинуклеотидной транспозазы содержат разные метки. В некоторых вариантах осуществления каждая популяция содержит различную последовательность метки. В некоторых вариантах осуществления первая популяция содержит адаптор с меткой, содержащей праймерную последовательность A14, а вторая популяция содержит адаптор с меткой, содержащей праймерную последовательность В15. [0091] In some embodiments, the transposase enzyme is a dimer (eg, a dimer of Tn5 transposase). In some of these embodiments, the transposome complex comprises a dimer of two transposase molecules. In some embodiments, the transposase complex comprises a transposase dimer (eg, Tn5 transposase) containing first and second monomers. Each monomer contains a first transposon and a second transposon, with the first transposon containing the first transposon terminal sequence at its 3' end and the first adapter sequence (and the adapter sequences in each dimer monomer are the same or different), and the second transposon contains the transposon's second terminal sequence, at least partially complementary to the first terminal sequence of the transposon. In some embodiments, the transposome complex is a homodimer in which two transposase molecules are each linked to a polynucleotide adapter sequence with the same transposon terminal sequence and tag (e.g., each monomer is linked to a molecule of the same polynucleotide adapter sequence to form a "homodimer"). In some embodiments, the compositions and methods described herein use two populations of transposome complexes. In some embodiments, the transposases in each population are dimers and are the same enzyme. In some embodiments, the transposome complexes in each population are heterodimers, wherein the first population has a first polynucleotide transposase adapter in each of the two monomers, and the second population has a second polynucleotide adapter (which is different from the first polynucleotide transposase adapter) in each monomer. In some embodiments, the terminal sequence of the transposon in each heterodimer is the same, but the polynucleotide transposase adapters contain different tags. In some embodiments, each population contains a different label sequence. In some embodiments, the first population contains an adapter tagged with an A14 primer sequence and the second population contains an adapter tagged with a B15 primer sequence.

[0092] В некоторых вариантах осуществления адаптор полинуклеотидной транспозазы представляет собой смесь двух адапторов полинуклеотидной транспозазы, каждый из которых содержит одну и ту же концевую последовательность транспозона и другую метку. Когда смесь адапторов объединяется с димером транспозазы Tn5, получают смесь трех транспосомных комплексов: (a) первый транспосомный димерный комплекс, содержащий транспозазу и два из первых адапторов полинуклеотидной транспозазы (первый гомодимер); (b) второй транспосомный димерный комплекс, содержащий транспозазу и два из вторых адапторов полинуклеотидной транспозазы (второй гомодимер); и (c) третий транспосомный димерный комплекс содержит транспозазу и один мономер с первым адаптором и один мономер со вторым адаптором (гетеродимер). При выполнении тагментации этой смесью трех комплексов полученные фрагменты соответствующим образом помечают с получением трех популяций фрагментов (одна, меченная на каждом 5'-конце с помощью первого адаптора; вторая, меченная на каждом 5'-конце с помощью второго адаптора; и третья, меченная на одном 5'-конце с помощью первого адаптора и на втором 5'-конце с помощью второго адаптора). [0092] In some embodiments, a polynucleotide transposase adapter is a mixture of two polynucleotide transposase adapters, each containing the same transposon terminal sequence and a different tag. When the mixture of adapters is combined with a Tn5 transposase dimer, a mixture of three transposome complexes is obtained: (a) a first transposome dimer complex containing a transposase and two of the first polynucleotide transposase adapters (first homodimer); (b) a second transposome dimeric complex comprising a transposase and two of the second polynucleotide transposase adapters (second homodimer); and (c) the third transposome dimeric complex contains a transposase and one monomer with a first adapter and one monomer with a second adapter (heterodimer). When this mixture is tagged with three complexes, the resulting fragments are labeled appropriately to produce three populations of fragments (one labeled at each 5' end with a first adapter; a second labeled at each 5' end with a second adapter; and a third labeled with at one 5' end with the first adapter and at the second 5' end with the second adapter).

[0093] Адапторы транспозазы содержат: (a) 3’-участок, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона, и (b) метку. Концевая последовательность транспозона распознается транспозазой. Связывание транспозазы с концевой последовательностью транспозона образует транспосомный комплекс. В процессе тагментации цепь с переносом адаптора транспозазы переносят на (ренатурируют) 5'-конец фрагмента двухцепочечной нуклеиновой кислоты. Комплементарная цепь без переноса ковалентно не связана с полученным фрагментом, а гибридизуется с цепью с переносом и, таким образом, включена в фрагмент продукта. [0093] Transposase adapters contain: (a) a 3' region containing the double-stranded transposon terminal sequence, and (b) a tag. The terminal sequence of the transposon is recognized by the transposase. Binding of a transposase to the terminal sequence of a transposon forms a transposome complex. In the process of tagmentation, the transposase adapter strand is transferred to (renature) the 5' end of the double-stranded nucleic acid fragment. The non-transfer complementary strand is not covalently linked to the resulting fragment, but hybridizes to the transfer strand and is thus incorporated into the product fragment.

[0094] Используемые в настоящем документе термины «метка» и «область метки» относятся к части адаптора полинуклеотидной транспозазы, показывающего последовательность для требуемого назначения или применения. Некоторые варианты осуществления, представленные в настоящем документе, включают в себя транспосомный комплекс, содержащий адаптор полинуклеотидной транспозазы, имеющий 3'-участок, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона, и область метки. Области меток могут содержать любую последовательность, предусмотренную для любой требуемой цели. В некоторых вариантах осуществления метка содержит одну или более функциональных последовательностей, выбранных из группы, состоящей из: универсальных последовательностей, праймерных последовательностей, индексных последовательностей, последовательностей для захвата, штрихкодовых последовательностей (используемых, например, для подсчета или коррекции ошибок), последовательностей расщепления, последовательностей, связанных с секвенированием, последовательностей для обогащения и их комбинаций. Например, в некоторых вариантах осуществления область метки содержит один или более сайтов распознавания рестрикционной эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления метка содержит праймерную последовательность. В других вариантах осуществления метка содержит праймерную последовательность и индексную или штрихкодовую последовательность. Праймерная последовательность также может представлять собой универсальную последовательность. Универсальная последовательность представляет собой область нуклеотидной последовательности, которая является общей для двух или более фрагментов нуклеиновых кислот. Необязательно два или более фрагментов нуклеиновых кислот также имеют области различий последовательности. Универсальная последовательность, которая может присутствовать в разных членах множества фрагментов нуклеиновых кислот, может обеспечивать репликацию или амплификацию множества разных последовательностей с использованием одного универсального праймера, комплементарного универсальной последовательности. [0094] As used herein, the terms "label" and "label region" refer to the portion of a polynucleotide transposase adapter that displays the sequence for the intended purpose or use. Some embodiments provided herein include a transposome complex comprising a polynucleotide transposase adapter having a 3' region containing the transposon's double-stranded terminal sequence and a tag region. The label regions may contain any sequence provided for any desired purpose. In some embodiments, the label contains one or more functional sequences selected from the group consisting of: universal sequences, primer sequences, index sequences, capture sequences, barcode sequences (used, for example, for counting or error correction), cleavage sequences, sequences related to sequencing, sequences for enrichment and their combinations. For example, in some embodiments, the tag region contains one or more restriction endonuclease recognition sites. In some embodiments, the label contains a primer sequence. In other embodiments, the label contains a primer sequence and an index or barcode sequence. The primer sequence may also be a universal sequence. A universal sequence is a region of a nucleotide sequence that is common to two or more nucleic acid fragments. Optionally, two or more nucleic acid fragments also have regions of sequence differences. A universal sequence that may be present in different members of a plurality of nucleic acid fragments may allow for the replication or amplification of a plurality of different sequences using a single universal primer that is complementary to the universal sequence.

[0095] В некоторых вариантах осуществления область метки содержит одну или более областей, подходящих для гибридизации с праймером для реакции кластерной амплификации. В некоторых вариантах осуществления область метки содержит одну или более областей, подходящих для гибридизации с праймером для реакции секвенирования. Следует понимать, что в область метки может быть включен любой другой приемлемый элемент. В некоторых вариантах реализации область метки содержит последовательность, имеющую длину от 5 до 200 п. н. В некоторых вариантах реализации область метки содержит последовательность, имеющую длину от 10 до 100 п. н. В некоторых вариантах реализации область метки содержит последовательность, имеющую длину от 20 до 50 п. н. В некоторых вариантах реализации область метки содержит последовательность, имеющую длину от 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150 до 200 п. н. Данное изобретение не ограничено типом меток, которые можно применять, и квалифицированный специалист распознает дополнительные последовательности, которые можно применять для получения библиотеки и секвенирования следующего поколения. [0095] In some embodiments, the tag region contains one or more regions suitable for hybridization with a primer for a cluster amplification reaction. In some embodiments, the tag region contains one or more regions suitable for hybridization with a primer for a sequencing reaction. It should be understood that any other suitable element may be included in the label area. In some embodiments, the label region contains a sequence having a length of 5 to 200 bp. In some embodiments, the label region contains a sequence having a length of 10 to 100 bp. In some embodiments, the label region contains a sequence having a length of 20 to 50 bp. In some embodiments, the label region contains a sequence having a length of 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150 to 200 bp. The invention is not limited to the type of labels that can be used, and the skilled artisan will recognize additional sequences that can be used for library preparation and next generation sequencing.

Иммобилизованные реагентыImmobilized reagents

[0096] В некоторых вариантах осуществления реагенты, такие как ферменты, могут быть иммобилизованы на поверхностях, таких как гранулы в местоположениях или лунках в гелевой матрице для электрофореза, таким образом предотвращая их перемещение в электрических полях, в то время как другие реагенты могут свободно перемещаться в соответствии с их подвижностью в электрических полях. [0096] In some embodiments, reagents such as enzymes can be immobilized on surfaces such as beads at locations or wells in an electrophoresis gel matrix, thereby preventing them from moving in electric fields while other reagents can move freely. according to their mobility in electric fields.

[0097] Когда речь идет о иммобилизации молекул на твердой подложке, термины «иммобилизованный», и «закрепленный» используются в настоящем документе взаимозаменяемо, и предполагается, что, если прямо или косвенно из контекста не следует иное, оба термина охватывают прямое или опосредованное, ковалентное или нековалентное присоединение. В некоторых вариантах осуществления может быть предпочтительным ковалентное присоединение. [0097] When referring to the immobilization of molecules on a solid support, the terms "immobilized" and "anchored" are used interchangeably herein, and it is intended that, unless the context implies otherwise, either directly or indirectly, both terms encompass direct or indirect, covalent or non-covalent attachment. In some embodiments, covalent attachment may be preferred.

[0098] Иммобилизация реагентов может быть достигнута другими способами, известными в данной области. В некоторых вариантах реализации транспозаза или транспосомный комплекс иммобилизуют на субстрате, например грануле, за счет ковалентных или нековалентных партнеров по связыванию, например аффинного элемента и аффино связывающегося партнера. В некоторых таких вариантах реализации аффинный элемент представляет собой биотин, а твердая подложка содержит стрептавидин. Например, транспосомный комплекс иммобилизуют на покрытой стрептавидином грануле за счет биотинилированного линкера, связанного с транспосомным комплексом. В некоторых вариантах осуществления транспосомный комплекс иммобилизуют на грануле посредством биотина или другого аффинного элемента, ковалентно связанного с адаптором полинуклеотидной транспозазы (или одним или обоими адапторами полинуклеотидной транспозазы, если транспозаза представляет собой димер). [0098] Immobilization of the reagents can be achieved by other methods known in the art. In some embodiments, the transposase or transposome complex is immobilized to a substrate, such as a bead, with covalent or non-covalent binding partners, such as an affinity element and an affinity binding partner. In some such embodiments, the affinity element is biotin and the solid support contains streptavidin. For example, the transposome complex is immobilized on a streptavidin-coated bead with a biotinylated linker associated with the transposome complex. In some embodiments, the transposome complex is immobilized on the bead with biotin or another affinity element covalently linked to a polynucleotide transposase adapter (or one or both polynucleotide transposase adapters if the transposase is a dimer).

[0099] В некоторых вариантах осуществления фермент транспозаза и полинуклеотид иммобилизуют на твердой подложке. В некоторых вариантах осуществления ферменты транспозазы иммобилизуют только на твердой подложке, в то время как полинуклеотиды адаптора могут свободно мигрировать. В некоторых вариантах осуществления транспосомный комплекс иммобилизуют на твердой подложке на реакционном участке. В некоторых вариантах осуществления транспозазу иммобилизуют на твердой подложке на реакционном участке. В дополнительном варианте осуществления твердая подложка содержит или представляет собой гранулу. В одном варианте осуществления гранула представляет собой парамагнитную гранулу. [0099] In some embodiments, the transposase enzyme and the polynucleotide are immobilized on a solid support. In some embodiments, the transposase enzymes are immobilized only on a solid support while the adapter polynucleotides are free to migrate. In some embodiments, the transposome complex is immobilized on a solid support at the reaction site. In some embodiments, the transposase is immobilized on a solid support at the reaction site. In a further embodiment, the solid support comprises or is a bead. In one embodiment, the bead is a paramagnetic bead.

[0100] В контексте настоящего документа аффинный элемент представляет собой фрагмент, который можно использовать для связывания, ковалентно или нековалентно, с аффинно связывающимся партнером. В некоторых аспектах аффинный элемент находится на комплексе транспосом, а аффинно связывающийся партнер находится на твердой подложке. Примеры комбинаций аффинного элемента/партнеров по связыванию, которые могут быть легко адаптированы для использования с настоящим изобретением, описаны, например, в WO 2018/156519 или патентной публикации США № 2018/0245069, каждая из которых полностью включена в настоящий документ путем ссылки. В других вариантах осуществления комбинация аффинного элемента/партнера по связыванию содержит или представляет собой FITC/антитело к FITC, дигоксигенин/антитело дигоксигенин или гаптен/антитело. Другие подходящие аффинные пары включают без ограничения дитиобиотинавидин, иминобиотинавидин, биотинавидин, дитиобиотинсукцинилированный авидин, иминобиотинсукцинилированный авидин, биотинстрептавидин и биотинсукцинилированный авидин. [0100] As used herein, an affinity element is a moiety that can be used to bind, covalently or non-covalently, to an affinity binding partner. In some aspects, the affinity element is on the transposome complex and the affinity binding partner is on a solid support. Examples of affinity element/binding partner combinations that can be readily adapted for use with the present invention are described, for example, in WO 2018/156519 or US Patent Publication No. 2018/0245069, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. In other embodiments, the affinity element/binding partner combination comprises or is FITC/anti-FITC antibody, digoxigenin/digoxigenin antibody, or hapten/antibody. Other suitable affinity pairs include, without limitation, dithiobiotinavidin, iminobiotinavidin, biotinavidin, dithiobiotinsuccinylated avidin, iminobiotinsuccinylated avidin, biotinstreptavidin, and biotinsuccinylated avidin.

[0101] В настоящем документе расщепляемый линкер представляет собой молекулу с двумя функциональными головками, соединенными вместе посредством расщепляемой связи. Две функциональные головки служат для присоединения линкера к другим функциональным группам; в данном случае расщепляемый линкер соединяет 5'-конец первой последовательности транспозона с аффинным элементом. В контексте настоящего документа отщепляемый линкер представляет собой линкер, который может быть отщеплен химическими или физическими способами, такими как, например, фотолиз, химическое отщепление, термическое отщепление или ферментативное отщепление. В некоторых вариантах осуществления отщепление может осуществляться биохимическими, химическими, ферментативными, нуклеофильными, чувствительными к восстановлению средствами или иными способами. Обзор расщепляемых линкеров, классифицированных в соответствии с условиями их расщепления и биологическими применениями, приведен в работе Wagner et al., Bioorg. Med. Chem. 20, 571-582 (2012), которая включена в настоящий документ путем ссылки; см. также, например, патентные публикации США № 2012/0208705 и 2012/0208724, а также публикацию PCT № WO 2012/061832, каждая из которых полностью включена путем ссылки. [0101] As used herein, a cleavable linker is a molecule with two functional heads linked together via a cleavable bond. Two functional heads serve to attach the linker to other functional groups; in this case, a cleavable linker connects the 5' end of the first transposon sequence to the affinity element. As used herein, a cleavable linker is a linker that can be cleaved off by chemical or physical means such as, for example, photolysis, chemical cleavage, thermal cleavage, or enzymatic cleavage. In some embodiments, the cleavage may be carried out by biochemical, chemical, enzymatic, nucleophilic, reduction-sensitive means, or other means. For a review of cleavable linkers, classified according to their cleavage conditions and biological applications, see Wagner et al., Bioorg. Med. Chem. 20, 571-582 (2012), which is incorporated herein by reference; see also, for example, US Patent Publications No. 2012/0208705 and 2012/0208724, and PCT Publication No. WO 2012/061832, each of which is incorporated by reference in its entirety.

[0102] Термины «твердая поверхность», «твердая подложка» и другие грамматические эквиваленты относятся к любому материалу, подходящему или выполненному с возможностью присоединения комплексов транспосом. Как будет понятно специалистам в данной области, количество возможных подложек является широким. Возможные подложки включают в себя без ограничения стекло и модифицированное или функционализированное стекло, пластмассы (включая акрилы, полистирол и сополимеры стирола и других материалов, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, полиуретаны, тефлон и т. п.), полисахариды, нейлон или нитроцеллюлозу, керамику, смолы, кремнезем или материалы на основе кремнезема, в том числе кремний и модифицированный кремний, углерод, металлы, неорганические стекла, пластмассы, волоконно-оптические жгуты, гранулы, парамагнитные гранулы и множество других полимеров. [0102] The terms "solid surface", "solid support" and other grammatical equivalents refer to any material suitable for or capable of attaching transposome complexes. As will be appreciated by those skilled in the art, the number of possible substrates is wide. Possible substrates include, without limitation, glass and modified or functionalized glass, plastics (including acrylics, polystyrene and copolymers of styrene and other materials, polypropylene, polyethylene, polybutylene, polyurethanes, Teflon, etc.), polysaccharides, nylon or nitrocellulose, ceramics , resins, silica, or silica-based materials, including silicon and modified silicon, carbon, metals, inorganic glasses, plastics, fiber optic bundles, beads, paramagnetic beads, and a variety of other polymers.

[0103] В способах и устройствах, представленных в настоящем документе, транспосомные комплексы иммобилизуют на твердой подложке. В одном варианте осуществления твердая подложка представляет собой гранулу. Подходящие композиции на основе гранул включают без ограничения пластмассы, керамику, стекло, полистирол, метилстирол, акриловые полимеры, парамагнитные материалы, золь тория, углерод в виде графита, диоксид титана, латекс или поперечно-сшитые декстраны, такие как сефароза, целлюлоза, нейлон, поперечно-сшитые мицеллы и тефлон, а также любые другие материалы, описанные в настоящем документе применительно к твердым подложкам. В определенных вариантах осуществления микросферы представляют собой магнитные микросферы или гранулы, например парамагнитные частицы, сферы или гранулы. Гранулы необязательно должны быть сферическими; могут применяться частицы, имеющие неправильную форму. В качестве альтернативы или дополнительно гранулы могут быть пористыми. Размеры гранул варьируют от нанометров, например 100 нм, до миллиметров, например 1 мм, предпочтительно от 0,2 микрон до 200 микрон и особенно предпочтительно от 0,5 до 5 микрон, несмотря на то, что в некоторых вариантах осуществления можно применять гранулы меньшего или большего размера. Гранула может быть покрыта аффинно связывающимся партнером, например, гранула может быть покрыта стрептавидином. В некоторых вариантах осуществления гранулы представляют собой парамагнитные гранулы, покрытые стрептавидином, например гранулы Dynabeads MyOne streptavidin C1 (Thermo Scientific, № по кат. 65601), парамагнитные частицы Streptavidin MagneSphere (Promega, № по кат. Z5481), магнитные гранулы стрептавидина (NEB, № по кат. S1420S) и MaxBead Streptavidin (Abnova, № по кат. U0087). Твердая подложка также может представлять собой предметное стекло, например проточную кювету или иное предметное стекло, измененное таким образом, чтобы на нем можно было иммобилизовать транспосомный комплекс. [0103] In the methods and devices provided herein, transposome complexes are immobilized on a solid support. In one embodiment, the solid support is a bead. Suitable granular compositions include, without limitation, plastics, ceramics, glass, polystyrene, methylstyrene, acrylic polymers, paramagnetic materials, thorium sol, graphite carbon, titanium dioxide, latex, or cross-linked dextrans such as sepharose, cellulose, nylon, cross-linked micelles and Teflon, as well as any other materials described herein in relation to solid substrates. In certain embodiments, the microspheres are magnetic microspheres or beads, such as paramagnetic particles, spheres or beads. The granules need not be spherical; irregularly shaped particles can be used. Alternatively or additionally, the granules may be porous. Bead sizes range from nanometers, such as 100 nm, to millimeters, such as 1 mm, preferably from 0.2 microns to 200 microns, and particularly preferably from 0.5 to 5 microns, although in some embodiments smaller granules can be used. or larger. The bead may be coated with an affinity binding partner, for example the bead may be coated with streptavidin. In some embodiments, the beads are streptavidin-coated paramagnetic beads, e.g., Dynabeads MyOne streptavidin C1 beads (Thermo Scientific, Cat # 65601), Streptavidin MagneSphere Paramagnetic Beads (Promega, Cat # Z5481), Streptavidin Magnetic Beads (NEB, P/N S1420S) and MaxBead Streptavidin (Abnova, P/N U0087). The solid support may also be a glass slide, such as a flow cell or other glass slide, modified so that the transposome complex can be immobilized on it.

[0104] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения твердые подложки, состоящие из инертного субстрата или матрицы (например, стеклянных предметных стекол, полимерных гранул и т. д.), которые были функционализированы, например, посредством нанесения слоя или покрытия из промежуточного материала, содержащего реакционноспособные группы, которые обеспечивают ковалентное присоединение к молекулам, таким как полинуклеотиды. Примеры таких подложек включают без ограничения полиакриламидные гидрогели, нанесенные на инертный субстрат, такой как стекло, в частности, полиакриламидные гидрогели, описанные в WO2005/065814 и US2008/0280773, содержание которых полностью включено в настоящий документ посредством ссылки. Способы тагментации (фрагментирования и нанесения метки) ДНК на твердой поверхности для конструирования тагментированной библиотеки ДНК описаны в WO2016/189331 и US2014/0093916A1, которые полностью включены в настоящий документ посредством ссылки. [0104] In some embodiments, implementation of the present invention, solid substrates, consisting of an inert substrate or matrix (for example, glass slides, polymer beads, etc.) that have been functionalized, for example, by applying a layer or coating of an intermediate material containing reactive groups that provide covalent attachment to molecules such as polynucleotides. Examples of such supports include, without limitation, polyacrylamide hydrogels supported on an inert substrate such as glass, in particular the polyacrylamide hydrogels described in WO2005/065814 and US2008/0280773, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. Methods for tagging (fragmenting and labeling) DNA on a solid surface to construct a tagged DNA library are described in WO2016/189331 and US2014/0093916A1, which are incorporated herein by reference in their entirety.

АмплификацияAmplification

[0105] Следует понимать, что для амплификации фрагментов ДНК можно использовать любую из методологий амплификации, описанную в настоящем документе или по существу известных в данной области, с универсальными или специфичными для мишени праймерами. Подходящие способы амплификации включают, без ограничений, полимеразную цепную реакцию (ПЦР), амплификацию с замещением цепей (SDA), транскрипционно опосредованную амплификацию (ТМА) и амплификацию на основе последовательности нуклеиновой кислоты (NASBA), как описано в патенте США № 8,003,354, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки. Вышеуказанные способы амплификации можно использовать для амплификации одной или более интересующих нуклеиновых кислот. Например, для амплификации фрагментов нуклеиновых кислот можно использовать ПЦР, включая мультиплексную ПЦР, SDA, ТМА, NASBA и т. п. В некоторых вариантах осуществления в реакцию амплификации включены праймеры, специфично нацеленные на интересующую нуклеиновую кислоту. [0105] It should be understood that any of the amplification methodologies described herein or as known per se with universal or target-specific primers can be used to amplify DNA fragments. Suitable amplification methods include, without limitation, polymerase chain reaction (PCR), strand displacement amplification (SDA), transcription-mediated amplification (TMA), and nucleic acid sequence-based amplification (NASBA), as described in U.S. Patent No. 8,003,354, which is fully incorporated herein by reference. The above amplification methods can be used to amplify one or more nucleic acids of interest. For example, PCR can be used to amplify nucleic acid fragments, including multiplex PCR, SDA, TMA, NASBA, and the like. In some embodiments, primers specifically targeting the nucleic acid of interest are included in the amplification reaction.

[0106] Другие подходящие способы амплификации нуклеиновых кислот могут включать удлинение и лигирование олигонуклеотидов, амплификацию по типу катящегося кольца (RCA) (Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998), который включен в настоящий документ путем ссылки) и метода лигирования олигонуклеотидных зондов (OLA) (см. в основном патенты США № 7,582,420, 5,185,243, 5,679,524 и 5,573,907; EP 0 320 308 B1; EP 0 336 731 B1; EP 0 439 182 B1; WO 90/01069 WO 89/12696 и WO 89/09835, все из которых включены в настоящий документ путем ссылки). Следует понимать, что данные методологии амплификации могут быть выполнены с возможностью амплификации фрагментов нуклеиновых кислот. Например, в некоторых вариантах осуществления способ амплификации может включать реакции амплификации с лигирующим зондом или метода лигирования олигонуклеотидных зондов (OLA), которые включают праймеры, конкретно нацеленные на интересующую нуклеиновую кислоту. В некоторых вариантах осуществления способ амплификации может включать в себя реакцию удлинения праймеров - лигирования, которая содержит праймеры, напрямую нацеленные на интересующую нуклеиновую кислоту. В качестве не имеющего ограничительного характера примера праймеров для удлинения и лигирования праймера, которые могут быть специально выполнены с возможностью амплификации интересующей нуклеиновой кислоты, амплификация может включать праймеры, используемые для анализа GoldenGate (Illumina, Inc., г. Сан-Диего, штат Калифорния, США), как показано в патентах США № 7,582,420 и 7,611,869, каждый из которых полностью включен в настоящий документ путем ссылки. [0106] Other suitable nucleic acid amplification methods may include oligonucleotide extension and ligation, rolling ring amplification (RCA) (Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998), which is incorporated herein by reference ) and Oligonucleotide Probe Ligation (OLA) method (see mainly US Pat. 01069 WO 89/ 12696 and WO 89/09835, all of which are incorporated herein by reference). It should be understood that these amplification methodologies can be configured to amplify nucleic acid fragments. For example, in some embodiments, the amplification method may include probe ligation amplification reactions or oligonucleotide probe ligation (OLA) methods that include primers specifically targeted to the nucleic acid of interest. In some embodiments, the amplification method may include a primer extension-ligation reaction that contains primers that directly target the nucleic acid of interest. As a non-limiting example of primers for primer extension and ligation that can be specifically designed to amplify the nucleic acid of interest, the amplification can include primers used for the GoldenGate assay (Illumina, Inc., San Diego, CA, US) as shown in US Patent Nos. 7,582,420 and 7,611,869, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0107] Примеры способов изотермической амплификации, которые могут использоваться в способе настоящего изобретения, включают в себя, без ограничений, амплификацию с множественным вытеснением (MDA), пример которой приведен в публикации Dean et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99:5261-66 (2002), или амплификацию нуклеиновых кислот с изотермическим замещением цепей, пример которой приведен в патенте США № 6,214,587, каждый из которых полностью включен в настоящий документ путем ссылки. Другие способы, не основанные на ПЦР, которые можно использовать в настоящем описании, включают, например, амплификацию с замещением цепей (SDA), описанную, например, в Walker et al., Molecular Methods for Virus Detection, Academic Press, Inc., 1995; патентах США №№ 5,455,166 и 5,130,238 и публикации Walker et al., Nucl. Acids Res. 20:1691-96 (1992), или амплификацию с замещением гиперразветвленных цепей, описанную, например, в Lage et al., Genome Research 13:294-307 (2003), каждый из которых полностью включен в настоящий документ путем ссылки. Для амплификации геномной ДНК со случайным праймером можно применять способы изотермической амплификации с полимеразой Phi 29, которая замещает цепи, или крупным фрагментом ДНК-полимеразы Bst, 5′->3′ экзо-. Полимеразы позволяют использовать преимущества, которые дает их высокая процессивность и активность по замещению цепей. Высокая процессивность позволяет полимеразам производить фрагменты длиной 10-20 тыс. п. н. Как указано выше, более мелкие фрагменты могут быть получены в изотермических условиях с использованием полимераз, обладающих низкой процессивностью и активностью замещения цепей, например полимеразы Кленова. Дополнительное описание реакций, условий и компонентов амплификации подробно изложено в описании патента США № 7,670,810, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки. [0107] Examples of isothermal amplification methods that can be used in the method of the present invention include, without limitation, multiple displacement amplification (MDA) as exemplified in Dean et al., Proc. Natl. Acad. sci. USA 99:5261-66 (2002), or isothermal strand displacement nucleic acid amplification as exemplified in US Pat. No. 6,214,587, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. Other non-PCR based methods that can be used herein include, for example, strand displacement amplification (SDA) as described in, for example, Walker et al., Molecular Methods for Virus Detection, Academic Press, Inc., 1995 ; U.S. Patent Nos. 5,455,166 and 5,130,238 and Walker et al., Nucl. Acids Res. 20:1691-96 (1992), or hyperbranched-chain displacement amplification as described, for example, in Lage et al., Genome Research 13:294-307 (2003), each of which is incorporated herein by reference in its entirety. For amplification of genomic DNA with a random primer, isothermal amplification methods can be used with Phi 29 polymerase, which replaces the strands, or a large fragment of Bst DNA polymerase, 5'->3' exo - . Polymerases take advantage of their high processivity and strand displacement activity. High processivity allows polymerases to produce fragments 10–20 kb long. As noted above, smaller fragments can be prepared under isothermal conditions using polymerases having low processivity and low chain displacement activity, such as Klenow polymerase. Additional description of the reactions, conditions and components of the amplification is detailed in the description of US patent No. 7,670,810, which is fully incorporated herein by reference.

[0108] Другим способом амплификации нуклеиновых кислот, используемым в настоящем описании, является ПЦР с мечением, в которой используют популяцию двухдоменных праймеров, имеющих константную область 5′-области, за которой следует случайная 3′-область, как описано, например, в публикации Grothues et al. Nucleic Acids Res. 21(5):1321-2 (1993), которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки. Первые циклы амплификации выполняют для обеспечения множества инициаций на денатурированной нагреванием ДНК на основе индивидуальной гибридизации со случайно синтезированной 3’-областью. Вследствие характера 3’-области предполагается, что сайты инициации случайно распределены по всему геному. После этого несвязанные праймеры можно удалять и проводить дальнейшую репликацию с использованием праймеров, комплементарных константной 5′-области. [0108] Another nucleic acid amplification method used herein is labeled PCR, which uses a population of two-domain primers having a constant 5' region followed by a random 3' region, as described, for example, in the publication Grothues et al. Nucleic Acids Res. 21(5):1321-2 (1993), which is incorporated herein by reference in its entirety. The first rounds of amplification are performed to provide multiple initiations on heat denatured DNA based on individual hybridization with a randomly synthesized 3' region. Due to the nature of the 3' region, initiation sites are assumed to be randomly distributed throughout the genome. The unbound primers can then be removed and further replication can be carried out using primers complementary to the 5' constant region.

Получение фрагментов секвенирования - амплификация меченных фрагментовObtaining sequencing fragments - amplification of labeled fragments

[0109] Как описано в настоящем документе, в некоторых аспектах предлагаются способы получения фрагментов секвенирования из целевой нуклеиновой кислоты, включающие обеспечение твердой подложки, содержащей иммобилизованный на ней транспосомный комплекс, описанный в настоящем документе; приведение твердой подложки в контакт с целевой нуклеиновой кислотой в условиях, позволяющих фрагментировать целевую нуклеиновую кислоту и лигировать первый транспозон с 5'-концами фрагментов, посредством чего фрагмент иммобилизуют на твердой подложке. В некоторых аспектах способ дополнительно включает амплификацию фрагментированных нуклеиновых кислот. В некоторых вариантах осуществления состояние фрагмента представляет собой состояние, подходящее для тагментации с использованием комплекса транспосом для фрагмента и нанесения метки на целевую нуклеиновую кислоту. [0109] As described herein, in some aspects, methods for obtaining sequencing fragments from a target nucleic acid are provided, comprising: providing a solid support containing immobilized thereon the transposome complex described herein; bringing the solid support into contact with the target nucleic acid under conditions to fragment the target nucleic acid and ligate the first transposon to the 5' ends of the fragments, whereby the fragment is immobilized on the solid support. In some aspects, the method further comprises amplifying the fragmented nucleic acids. In some embodiments, the state of the fragment is a state suitable for tagging using the transposome complex for the fragment and labeling the target nucleic acid.

[0110] В некоторых вариантах осуществления способов, описанных в настоящем документе, после фрагментации и мечения способы дополнительно включают удаление транспозазы из 5'-меченных целевых фрагментов для получения несвязанных в комплекс 5'-меченных целевых фрагментов. Удаление транспозазы можно осуществлять в химических условиях, таких как обработка денатурирующим агентом, таким как додецилсульфат натрия (SDS). Такие способы могут дополнительно включать создание полностью дуплексных версий 5'-меченых целевых фрагментов. Получение полного дуплекса может включать в себя удаление ренатурированного (но не лигированного) второго транспозона из 5'-меченых целевых фрагментов и удлинение 5' -меченых целевых фрагментов для получения полностью дуплексированных 5 '-меченых целевых фрагментов. Получение может быть осуществлено, например, путем нагревания не связанных в комплекс 5'-меченых целевых фрагментов до температуры, достаточной для селективной денатурации второго транспозона, оставляя оставшуюся дуплексную область фрагмента интактной. Удлинение можно выполнять в присутствии dNTP и подходящей полимеразы. В альтернативном варианте осуществления получение можно осуществлять в одной реакции путем инкубирования не связанных в комплекс 5'-меченных целевых фрагментов в присутствии одиночных нуклеотидов (dNTP) и полимеразы. В некоторых вариантах осуществления инкубирование включает нагревание при одной или более температурах, достаточных для денатурации второго ренатурированного транспозона и удлинения оставшихся дуплексов. В других вариантах осуществления полимераза представляет собой замещающую цепь полимеразу, которая служит для удаления второго транспозона и удлинения оставшегося дуплекса для получения полностью дуплексированных 5'-меченых целевых фрагментов. Приемлемые полимеразы включают в себя KAPA HiFi, Pfu и аналогичные ферменты. Приемлемые полимеразы включают в себя замещающие цепь полимеразы, такие как Bst, Bsu Vent, Klenow и аналогичные ферменты. [0110] In some embodiments of the methods described herein, after fragmentation and labeling, the methods further comprise removing transposase from 5'-labeled target fragments to obtain uncomplexed 5'-labeled target fragments. Removal of the transposase can be accomplished under chemical conditions such as treatment with a denaturing agent such as sodium dodecyl sulfate (SDS). Such methods may further include generating full duplex versions of the 5'-labeled target fragments. Obtaining a full duplex may include removing the renatured (but not ligated) second transposon from the 5'-labeled target fragments and extending the 5'-labeled target fragments to obtain fully duplexed 5'-labeled target fragments. Preparation can be carried out, for example, by heating uncomplexed 5'-labeled target fragments to a temperature sufficient to selectively denature the second transposon, leaving the remaining duplex region of the fragment intact. Extension can be performed in the presence of dNTP and an appropriate polymerase. In an alternative embodiment, the preparation can be carried out in a single reaction by incubating uncomplexed 5'-labeled target fragments in the presence of single nucleotides (dNTPs) and a polymerase. In some embodiments, the implementation of the incubation includes heating at one or more temperatures sufficient to denature the second annealed transposon and elongate the remaining duplexes. In other embodiments, the polymerase is a strand replacement polymerase that serves to remove the second transposon and extend the remaining duplex to produce fully duplexed 5' labeled target fragments. Acceptable polymerases include KAPA HiFi, Pfu and similar enzymes. Suitable polymerases include chain replacement polymerases such as Bst, Bsu Vent, Klenow and similar enzymes.

[0111] В некоторых аспектах способы дополнительно включают амплификацию полностью дуплексированных целевых 5′-меченых фрагментов. Амплификацию можно проводить любым подходящим способом амплификации, таким как полимеразная цепная реакция (ПЦР), амплификация по типу катящегося кольца (RCA) или амплификация со множественным замещением (MDA). В некоторых вариантах осуществления амплификацию выполняют посредством ПЦР. В некоторых вариантах осуществления амплификацию и удлинение выполняют за одну реакционную стадию посредством реагирования с dNTP в присутствии полимеразы. [0111] In some aspects, the methods further include amplifying fully duplexed target 5'-labeled fragments. Amplification can be carried out by any suitable amplification method such as polymerase chain reaction (PCR), rolling ring amplification (RCA), or multiple displacement amplification (MDA). In some embodiments, amplification is performed by PCR. In some embodiments, amplification and extension are performed in a single reaction step by reacting with dNTP in the presence of a polymerase.

[0112] В некоторых вариантах осуществления амплификация служит для добавления одной или более последовательностей вторичных адапторов к полностью дуплексированным 5'-меченым целевым фрагментам с образованием фрагментов секвенирования. Амплификацию выполняют путем инкубирования полностью дуплексированного 5'-меченого целевого фрагмента, содержащего праймерную последовательность на каждом конце, с носителем вторичного адаптора, одиночными нуклеотидами, и полимеразой в условиях, достаточных для амплификации целевых фрагментов и включения носителя вторичного адаптора (или его комплемента), причем носитель вторичного адаптора содержит комплемент праймерной последовательности и последовательности вторичного адаптора. [0112] In some embodiments, amplification is used to add one or more secondary adapter sequences to fully duplexed 5'-labeled target fragments to form sequencing fragments. Amplification is performed by incubating a fully duplexed 5'-labeled target fragment containing a primer sequence at each end with a secondary adapter carrier, single nucleotides, and a polymerase under conditions sufficient to amplify the target fragments and incorporate the secondary adapter carrier (or its complement), wherein the secondary adapter carrier contains the complement of the primer sequence and the secondary adapter sequence.

[0113] В некоторых вариантах осуществления носитель вторичного адаптора содержит праймерную последовательность, индексную последовательность, штрихкодовую последовательность, метку очистки или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления носитель вторичного адаптора содержит праймерную последовательность. В некоторых вариантах осуществления носитель вторичного адаптора содержит индексную последовательность. В некоторых вариантах осуществления носитель вторичного адаптора содержит индексную последовательность и праймерную последовательность. [0113] In some embodiments, the secondary adapter carrier comprises a primer sequence, an index sequence, a barcode sequence, a clear mark, or a combination thereof. In some embodiments, the secondary adapter carrier contains a primer sequence. In some embodiments, the secondary adapter carrier contains an index sequence. In some embodiments, the secondary adapter carrier comprises an index sequence and a primer sequence.

[0114] В некоторых вариантах осуществления полностью дуплексированные 5'-меченые целевые фрагменты содержат другую праймерную последовательность на каждом конце. В таких вариантах осуществления каждый носитель вторичного адаптора содержит комплемент для одной из двух праймерных последовательностей. В некоторых вариантах осуществления две праймерные последовательности представляют собой праймерную последовательность A14 или праймерную последовательность B15. [0114] In some embodiments, the fully duplexed 5'-tagged target fragments contain a different primer sequence at each end. In such embodiments, each secondary adapter carrier contains a complement for one of the two primer sequences. In some embodiments, the two primer sequences are an A14 primer sequence or a B15 primer sequence.

[0115] В некоторых вариантах осуществления множество вторичных адапторов добавляют посредством амплификации. В некоторых вариантах осуществления каждый из носителей вторичного адаптора содержит одну из двух праймерных последовательностей. В некоторых вариантах осуществления каждый из носителей вторичного адаптора содержит одну из множества индексных последовательностей. В некоторых вариантах осуществления носители вторичного адаптора содержат вторичные адапторы с праймерной последовательностью P5 и вторичные адапторы с праймерной последовательностью P7. [0115] In some embodiments, a plurality of secondary adapters are added via amplification. In some embodiments, each of the secondary adapter carriers contains one of two primer sequences. In some embodiments, each of the secondary adapter carriers contains one of a plurality of index sequences. In some embodiments, secondary adapter carriers comprise P5 primer sequence secondary adapters and P7 primer sequence secondary adapters.

[0116] В некоторых аспектах меченые фрагменты содержат гомо- и гетеро-меченные фрагменты, например, некоторые фрагменты, которые имеют одинаковую метку на обоих концах (гомо-меченные фрагменты), и некоторые фрагменты, которые имеют первую метку на одном конце и вторую метку на другом конце (гетеро-меченные фрагменты). В некоторых аспектах для обогащения гетеро-меченых фрагментов используют амплификацию смеси с помощью «супрессионной ПЦР». В других аспектах амплификацию выполняют с использованием «вильчатого» адаптора для установки другой метки, отличной от первой метки. После получения популяции гетеро-меченых фрагментов можно выполнить дополнительную амплификацию и секвенирование. [0116] In some aspects, labeled fragments contain homo- and hetero-labeled fragments, for example, some fragments that have the same label at both ends (homo-labeled fragments), and some fragments that have a first label at one end and a second label at the other end (hetero-labeled fragments). In some aspects, amplification of the mixture by "suppression PCR" is used to enrich hetero-labeled fragments. In other aspects, amplification is performed using a "fork" adapter to set a different label than the first label. After obtaining a population of hetero-labeled fragments, additional amplification and sequencing can be performed.

[0117] В некоторых вариантах осуществления фрагменты секвенирования депонируют на проточной кювете. В некоторых вариантах осуществления фрагменты секвенирования гибридизуют с комплементарными праймерами, привитыми на проточную кювету или поверхность. В некоторых вариантах осуществления последовательности фрагментов секвенирования обнаруживают с помощью секвенирования матрицы или способов секвенирования следующего поколения, таких как секвенирование посредством синтеза. [0117] In some embodiments, sequencing fragments are deposited on a flow cell. In some embodiments, the sequencing fragments are hybridized to complementary primers grafted onto a flow cell or surface. In some embodiments, the sequences of the sequencing fragments are detected using template sequencing or next generation sequencing methods, such as sequencing by synthesis.

[0118] Праймеры P5 и P7 используют на поверхности коммерческих проточных кювет, поставляемых компанией Illumina, Inc., для секвенирования на различных платформах Illumina. В патентной публикации США № 2011/0059865 A1 описаны последовательности праймеров, которые полностью включены в настоящий документ путем ссылки. Примеры праймеров P5 и P7, которые могут иметь алкиновую концевую группу на 5’-конце, включают в себя следующие: [0118] Primers P5 and P7 are used on the surface of commercial flow cells supplied by Illumina, Inc. for sequencing on various Illumina platforms. US Patent Publication No. 2011/0059865 A1 describes primer sequences, which are incorporated herein by reference in their entirety. Examples of P5 and P7 primers that may have an alkyne end group at the 5' end include the following:

P5: AATGATACGGCGACCACCGAGAUCTACAC (SEQ ID NO. 1)P5: AATGATACGGCGACCACCGAGAUCTACAC (SEQ ID NO. 1)

P7: CAAGCAGAAGACGGCATACGAG*AT (SEQ ID NO. 2)P7: CAAGCAGAAGACGGCATACGAG*AT (SEQ ID NO. 2)

и их производные. В некоторых примерах последовательность Р7 включает модифицированный гуанин в положении G*, например, 8-оксогуанин. В других примерах * указывает на то, что связь между G* и смежным 3’ A представляет собой тиофосфатную связь. В некоторых примерах праймеры Р5 и/или Р7 включают линкеры не природного происхождения. Необязательно один или оба праймера P5 и P7 могут включать хвост поли-T. Хвост поли-T по существу расположен на 5’-конце указанной выше последовательности, например, между 5’-основанием и концевым алкиновым звеном, но в некоторых случаях может быть расположен на 3’-конце. Последовательность поли-T может включать любое число Т-нуклеотидов, например от 2 до 20. Хотя в качестве примеров приведены праймеры P5 и P7, следует понимать, что в примерах, представленных в настоящем документе, можно использовать любые подходящие праймеры для амплификации.and their derivatives. In some examples, the P7 sequence includes a modified guanine at the G* position, such as 8-oxoguanine. In other examples, * indicates that the bond between G* and the adjacent 3' A is a thiophosphate bond. In some examples, the P5 and/or P7 primers include non-naturally occurring linkers. Optionally, one or both of the P5 and P7 primers may include a poly-T tail. The poly-T tail is essentially located at the 5' end of the above sequence, for example between the 5' base and the terminal alkyne unit, but in some cases may be located at the 3' end. The poly-T sequence may include any number of T-nucleotides, for example from 2 to 20. While primers P5 and P7 are given as examples, it should be understood that any suitable amplification primers can be used in the examples provided herein.

[0119] В некоторых вариантах осуществления стадия амплификации способа включает ПЦР или изотермическую амплификацию. В некоторых вариантах осуществления стадия амплификации способа включает ПЦР. [0119] In some embodiments, the amplification step of the method includes PCR or isothermal amplification. In some embodiments, the amplification step of the method includes PCR.

Способы секвенированияSequencing methods

[0120] Некоторые из способов, предложенных в настоящем документе, включают способы анализа нуклеиновых кислот. Такие способы включают в себя получение библиотеки матричных нуклеиновых кислот целевой нуклеиновой кислоты, получение данных последовательности из библиотеки матричных нуклеиновых кислот и сборку представления последовательности целевой нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления способы, описанные в настоящем документе, можно использовать в технологических процессах секвенирования следующего поколения, включая, без ограничений, секвенирование путем синтеза (SBS). Примеры процедур секвенирования путем синтеза (SBS; sequencing by synthesis), жидкостных систем и платформ для обнаружения, которые можно легко адаптировать для использования с библиотеками нуклеиновых кислот, полученными посредством способов настоящего изобретения, описаны, например, в публикациях Bentley et al., Nature 456:53-59 (2008), WO 04/018497; US 7,057,026; WO 91/06678; WO 07/123744; US 7,329,492; US 7,211,414; US 7,315,019; US 7,405,281 и US 2008/0108082, каждый из которых включен в настоящий документ путем ссылки. [0120] Some of the methods provided herein include methods for analyzing nucleic acids. Such methods include obtaining a template nucleic acid library of a target nucleic acid, obtaining sequence data from a template nucleic acid library, and assembling a sequence representation of the target nucleic acid. In some embodiments, the methods described herein can be used in next generation sequencing workflows, including, without limitation, sequencing by synthesis (SBS). Examples of sequencing by synthesis (SBS) procedures, detection fluid systems and platforms that can be readily adapted for use with nucleic acid libraries produced by the methods of the present invention are described, for example, in Bentley et al., Nature 456 :53-59 (2008), WO 04/018497; US 7,057,026; W091/06678; WO 07/123744; US 7,329,492; US 7,211,414; US 7,315,019; US 7,405,281 and US 2008/0108082, each of which is incorporated herein by reference.

[0121] Некоторые варианты осуществления SBS включают в себя обнаружение протона, высвобождаемого при встраивании нуклеотида в продукт удлинения. Например, при секвенировании на основе обнаружения высвобожденных протонов может использоваться электрический детектор и связанные с ним методики, которые доступны в продаже от компании Ion Torrent (г. Гилфорд, штат Коннектикут, США, филиал компании Life Technologies), или способы и системы секвенирования, описанные в US 2009/0026082 A1; US 2009/0127589 A1; US 2010/0137143 A1; US 2010/0282617 A1, каждый из которых включен в настоящий документ путем ссылки. [0121] Some embodiments of SBS include detecting a proton released when a nucleotide is inserted into an extension product. For example, sequencing based on the detection of released protons may use an electrical detector and related techniques that are commercially available from Ion Torrent (Gilford, Conn., USA, a subsidiary of Life Technologies), or the sequencing methods and systems described in in US 2009/0026082 A1; US 2009/0127589A1; US 2010/0137143A1; US 2010/0282617 A1, each of which is incorporated herein by reference.

[0122] Другой используемой методикой секвенирования является секвенирование через нанопоры (см., например, Deamer et al. Trends Biotechnol. 18, 147-151 (2000); Deamer et al. Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002); Li et al. Nat. Mater. 2:611-615 (2003), описания которых включены в настоящий документ путем ссылки). Способы, описанные в настоящем документе, не ограничиваются каким-либо конкретным применяемым типом аппаратуры для секвенирования. [0122] Another sequencing technique used is nanopore sequencing (see, for example, Deamer et al. Trends Biotechnol. 18, 147-151 (2000); Deamer et al. Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002 ); Li et al. Nat. Mater. 2:611-615 (2003, the descriptions of which are incorporated herein by reference). The methods described herein are not limited to any particular type of sequencing equipment used.

[0123] Следующие пронумерованные пункты обеспечивают дополнительную поддержку и описание вариантов осуществления, представленных в настоящем документе. [0123] The following numbered paragraphs provide additional support and description of the embodiments presented herein.

[0124] Пункт 1. Способ выполнения ферментативной реакции с использованием электрофореза, включающий: [0124] Claim 1. A method for performing an enzymatic reaction using electrophoresis, comprising:

(a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор фермента для фермента;a first region near the first end containing a first enzyme cofactor for the enzyme;

второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор фермента для указанного фермента, причем второй кофактор фермента имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора фермента;a second region near the second end and containing a second enzyme cofactor for said enzyme, the second enzyme cofactor having an electrical charge opposite to that of the first enzyme cofactor;

реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий фермент; иa reaction site between the first site and the second site and containing the enzyme; And

пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; иa pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; And

(b) приложение электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора фермента из первого участка на реакционный участок и перемещения второго кофактора фермента из второго участка на реакционный участок с образованием активированного ферментного комплекса, содержащего фермент, первый кофактор фермента и второй кофактор фермента.(b) applying an electric field between a pair of electrodes to move the first enzyme cofactor from the first site to the reaction site and move the second enzyme cofactor from the second site to the reaction site to form an activated enzyme complex containing the enzyme, the first enzyme cofactor, and the second enzyme cofactor.

[0125] Пункт 2. Способ по пункту 1, в котором когда первый кофактор фермента представляет собой ион металла, второй кофактор фермента представляет собой полинуклеотид. [0125] Item 2. The method of item 1, wherein when the first enzyme cofactor is a metal ion, the second enzyme cofactor is a polynucleotide.

[0126] Пункт 3. Способ по пункту 1, дополнительно включающий нанесение субстрата для активированного ферментного комплекса на реакционный участок перед стадией (с), причем приложение электрического поля включает в себя реагирование активированного ферментного комплекса с субстратом на реакционном участке с образованием продукта реакции. [0126] Item 3. The method of claim 1, further comprising applying a substrate for the activated enzyme complex to the reaction site prior to step (c), wherein applying an electric field comprises reacting the activated enzyme complex with the substrate at the reaction site to form a reaction product.

[0127] Пункт 4. Способ по любому одному из пунктов 1-3, в котором приложение электрического поля включает в себя миграцию непрореагировавших первого и второго кофакторов ферментов из реакционного участка для отделения непрореагировавших первого и второго кофакторов ферментов от продукта реакции на реакционном участке. [0127] Item 4. The method of any one of items 1-3, wherein applying an electric field includes migrating unreacted first and second enzyme cofactors from the reaction site to separate the unreacted first and second enzyme cofactors from the reaction product at the reaction site.

[0128] Пункт 5. Способ по любому одному из пунктов 1-4, в котором первый электрод представляет собой положительный электрод, а первый кофактор фермента имеет положительный заряд, при этом второй электрод представляет собой отрицательный электрод, а второй кофактор фермента имеет отрицательный заряд. [0128] Item 5. The method of any one of items 1-4, wherein the first electrode is a positive electrode and the first enzyme cofactor is positively charged, wherein the second electrode is a negative electrode and the second enzyme cofactor is negatively charged.

[0129] Пункт 6. Способ по любому одному из пунктов 3-5, в котором субстрат представляет собой целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту. [0129] Item 6. The method of any one of items 3-5, wherein the substrate is the target double-stranded nucleic acid.

[0130] Пункт 7. Способ по пункту 6, в котором целевая двухцепочечная нуклеиновая кислота представляет собой двухцепочечную ДНК, двухцепочечную РНК или ДНК/РНК гибрид. [0130] Item 7. The method of item 6, wherein the target double-stranded nucleic acid is double-stranded DNA, double-stranded RNA, or a DNA/RNA hybrid.

[0131] Пункт 8. Способ по любому одному из пунктов 1-7, в котором фермент представляет собой транспозазу, причем необязательно транспозаза представляет собой транспозазу Tn5. [0131] Item 8. The method of any one of items 1-7, wherein the enzyme is a transposase, optionally the transposase is a Tn5 transposase.

[0132] Пункт 9. Способ по пункту 8, в котором первый кофактор фермента представляет собой Mg2+, необязательно в виде Mg(OAc)2 или MgCl2. [0132] Item 9. The method of item 8, wherein the first enzyme cofactor is Mg 2+ , optionally Mg(OAc) 2 or MgCl 2 .

[0133] Пункт 10. Способ по пункту 8 или пункту 9, в котором второй кофактор фермента представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки. [0133] Item 10. The method of item 8 or item 9, wherein the second enzyme cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region.

[0134] Пункт 11. Способ по пункту 10, в котором второй кофактор фермента представляет собой смесь двух адапторов полинуклеотидной транспозазы, причем каждый адаптор содержит одну и ту же двухцепочечную концевую последовательность транспозона и другую одноцепочечную область метки. [0134] Item 11. The method of item 10, wherein the second enzyme cofactor is a mixture of two polynucleotide transposase adapters, each adapter containing the same double-stranded transposon terminal sequence and a different single-stranded tag region.

[0135] Пункт 12. Способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий: [0135] Item 12. A method of obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid, comprising:

(a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor, wherein the first transposase cofactor is a metal ion;

реакционный участок, расположенный на расстоянии от первого конца и содержащий транспосомный комплекс, содержащий транспозазу и адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; иa reaction site located at a distance from the first end and containing a transposome complex containing a transposase and a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region; And

пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно;a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively;

(b) нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты на реакционный участок;(b) applying the target double-stranded nucleic acid to the reaction site;

(c) приложение первого электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, адаптор полинуклеотидной транспозазы и первый кофактор транспозазы; и(c) applying a first electric field between a pair of electrodes to move the first transposase cofactor from the first site to the reaction site to form an activated transposome complex comprising the transposase, the polynucleotide transposase adapter, and the first transposase cofactor; And

(d) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот.(d) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments.

[0136] Пункт 13. Способ по пункту 12, в котором транспосомный комплекс иммобилизуют на твердой подложке на реакционном участке, необязательно посредством взаимодействия стрептавидин-биотин. [0136] Item 13. The method of item 12, wherein the transposome complex is immobilized on a solid support at the reaction site, optionally via a streptavidin-biotin interaction.

[0137] Пункт 14. Способ по пункту 13, включающий высвобождение транспосомного комплекса из твердой подложки после создания меченых фрагментов нуклеиновой кислоты. [0137] Item 14. The method of item 13, comprising releasing the transposome complex from the solid support after generating labeled nucleic acid fragments.

[0138] Пункт 15. Способ по пункту 14, дополнительно включающий изменение величины первого электрического поля после стадии для перемещения меченых фрагментов нуклеиновой кислоты, связанных с транспосомным комплексом, высвобожденным из твердой подложки на участке для сбора. [0138] Item 15. The method of item 14, further comprising changing the magnitude of the first electric field after the step to move labeled nucleic acid fragments associated with the transposome complex released from the solid support at the collection site.

[0139] Пункт 16. Способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий: [0139] Item 16. A method of obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid, comprising:

(a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion;

второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region;

реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий транспозазу; иa reactive site between the first site and the second site and containing a transposase; And

пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно;a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively;

(b) нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты на реакционный участок;(b) applying the target double-stranded nucleic acid to the reaction site;

(c) приложение первого электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок и перемещения второго кофактора транспозазы из второго участка на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, первый кофактор транспозазы и второй кофактор транспозазы; и(c) applying a first electric field between a pair of electrodes to move the first transposase cofactor from the first site to the reactive site and move the second transposase cofactor from the second site to the reactive site to form an activated transposomal complex comprising transposase, the first transposase cofactor, and the second transposase cofactor; And

(d) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот.(d) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments.

[0140] Пункт 17. Способ по любому одному из пунктов 12-16, в котором ион металла представляет собой Mg2+, необязательно в виде Mg(OAc)2 или MgCl2. [0140] Item 17. The method of any one of items 12-16, wherein the metal ion is Mg 2+ , optionally Mg(OAc) 2 or MgCl 2 .

[0141] Пункт 18. Способ по любому одному из пунктов 12-17, в котором одноцепочечная область метки содержит одно или более из: праймерной последовательности, штрихкодовой последовательности, последовательности уникального молекулярного идентификатора (UMI), метки амплификации, метки обогащения или метки очистки. [0141] Item 18. The method of any one of items 12-17, wherein the single strand region of the tag contains one or more of: a primer sequence, a barcode sequence, a unique molecular identifier (UMI) sequence, an amplification tag, an enrichment tag, or a purification tag.

[0142] Пункт 19. Способ по любому одному из пунктов 12-18, в котором транспозаза представляет собой транспозазу Tn5. [0142] Item 19. The method of any one of items 12-18, wherein the transposase is a Tn5 transposase.

[0143] Пункт 20. Способ по любому одному из пунктов 16-19, в котором транспозазу иммобилизуют на твердой подложке на реакционном участке, причем реакционный участок необязательно содержит лунку, при этом твердая подложка представляет собой гранулированную частицу или поверхность лунки. [0143] Item 20. The method of any one of items 16-19, wherein the transposase is immobilized on a solid support at a reaction site, the reaction site optionally comprising a well, wherein the solid support is a granular particle or well surface.

[0144] Пункт 21. Способ по любому одному из пунктов 12-20, в котором целевая двухцепочечная нуклеиновая кислота представляет собой двухцепочечную ДНК, двухцепочечную РНК или ДНК/РНК гибрид. [0144] Item 21. The method of any one of items 12-20, wherein the target double-stranded nucleic acid is double-stranded DNA, double-stranded RNA, or a DNA/RNA hybrid.

[0145] Пункт 22. Способ по любому одному из пунктов 12-21, в котором величину первого электрического поля, приложенного на стадии (c), устанавливают таким образом, чтобы целевая двухцепочечная нуклеиновая кислота по существу не имела электрофоретической подвижности в пределах матрицы для электрофореза. [0145] Item 22. The method of any one of items 12-21, wherein the magnitude of the first electric field applied in step (c) is set such that the target double-stranded nucleic acid has substantially no electrophoretic mobility within the electrophoresis matrix .

[0146] Пункт 23. Способ по любому одному из пунктов 12-22, в котором система электрофореза содержит участок для сбора вдоль длины между первым участком и реакционным участком. [0146] Item 23. The method of any one of items 12-22, wherein the electrophoresis system comprises a lengthwise collection site between the first site and the reaction site.

[0147] Пункт 24. Способ по пункту 23, в котором приложение первого электрического поля на стадии (c) включает в себя перемещение меченых фрагментов нуклеиновых кислот на участок для сбора. [0147] Item 24. The method of item 23, wherein the application of the first electric field in step (c) includes moving labeled nucleic acid fragments to a collection site.

[0148] Пункт 25. Способ по пункту 23, включающий увеличение величины первого электрического поля после стадии (d) для перемещения меченых фрагментов нуклеиновых кислот на участок для сбора. [0148] Item 25. The method of item 23, comprising increasing the magnitude of the first electric field after step (d) to move the labeled nucleic acid fragments to the collection site.

[0149] Пункт 26. Способ по любому одному из пунктов 12-25, включающий изменение величины или направления первого электрического поля через гелевую матрицу для электрофореза. [0149] Item 26. The method of any one of items 12-25, comprising changing the magnitude or direction of the first electric field through the electrophoresis gel matrix.

[0150] Пункт 27. Способ по любому одному из пунктов 12-26, в котором система электрофореза содержит дополнительные участки вдоль ширины и длины, каждый из которых содержит различные реагенты для тагментации, и вторую пару из положительного и отрицательного электродов на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца. [0150] Item 27. The method of any one of items 12-26, wherein the electrophoresis system comprises additional sections along the width and length, each of which contains different reagents for tagging, and a second pair of positive and negative electrodes on opposite sides of the width on one of: the first end or the second end.

[0151] Пункт 28. Способ по пункту 27, включающий приложение второго электрического поля между второй парой электродов, причем направление второго электрического поля перпендикулярно направлению первого электрического поля, приложенного на стадии (с). [0151] Claim 28. The method of claim 27, comprising applying a second electric field between the second pair of electrodes, wherein the direction of the second electric field is perpendicular to the direction of the first electric field applied in step (c).

[0152] Пункт 29. Способ по любому одному из пунктов 12-28, в котором нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты включает в себя добавление биологического образца на реакционный участок. [0152] Item 29. The method of any one of items 12-28, wherein applying the target double-stranded nucleic acid comprises adding a biological sample to the reaction site.

[0153] Пункт 30. Способ по пункту 29, в котором биологический образец содержит клеточный лизат. [0153] Item 30. The method of item 29, wherein the biological sample contains a cell lysate.

[0154] Пункт 31. Способ по пункту 29, в котором биологический образец содержит цельные клетки. [0154] Item 31. The method of item 29, wherein the biological sample contains whole cells.

[0155] Пункт 32. Способ по любому одному из пунктов 12-31, в котором система электрофореза содержит третий участок, содержащий лизирующий реагент, а реакционный участок содержит цельные клетки, причем способ дополнительно включает приложение третьего электрического поля для перемещения лизирующего агента на реакционный участок и/или через него для лизиса клеток, таким образом нанося целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту на участок для образца. [0155] Item 32. The method of any one of items 12-31, wherein the electrophoresis system comprises a third site containing a lyse agent and the reaction site contains whole cells, the method further comprising applying a third electric field to move the lyse agent to the reaction site and/or through it to lyse the cells, thereby applying the target double-stranded nucleic acid to the sample site.

[0156] Пункт 33. Способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий: [0156] Item 33. A method of obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid, comprising:

(a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends;

первый участок, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion;

второй участок, содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region;

третий участок, содержащий лизирующий реагент;a third site containing a lysing reagent;

четвертый участок, содержащий транспозазу;a fourth site containing transposase;

реакционный участок между первым участком и вторым участком; иa reaction site between the first site and the second site; And

первую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; иa first pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; And

вторую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца;a second pair of positive and negative electrodes located on opposite sides of the width at one of: the first end or the second end;

(b) нанесение цельных клеток, содержащих целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту, на реакционный участок;(b) applying whole cells containing the target double-stranded nucleic acid to the reaction site;

(c) приложение первого электрического поля для перемещения лизирующего агента на реакционный участок и/или через него для лизиса клеток, таким образом нанося целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту на участок для образца;(c) applying a first electric field to move a lysing agent into and/or through the reaction site to lyse the cells, thereby depositing the target double-stranded nucleic acid into the sample site;

(d) приложение второго электрического поля для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок, перемещения второго кофактора транспозазы из второго участка на реакционный участок и/или перемещения транспозазы из участка транспозазы на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, первый кофактор транспозазы и второй кофактор транспозазы; и(d) applying a second electric field to move the first transposase cofactor from the first site to the reactive site, move the second transposase cofactor from the second site to the reactive site, and/or move the transposase from the transposase site to the reactive site to form an activated transposomal complex containing the transposase, the first a transposase cofactor and a second transposase cofactor; And

(e) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот.(e) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments.

[0157] Пункт 34. Способ по пункту 33, в котором первое электрическое поле и второе электрическое поле отличаются, а стадию (с) выполняют перед стадией (d). [0157] Item 34. The method of item 33, wherein the first electric field and the second electric field are different and step (c) is performed before step (d).

[0158] Пункт 35. Способ по пункту 33, в котором первое электрическое поле и второе электрическое поле являются одинаковыми, а стадию (с) выполняют одновременно со стадией (d). [0158] Item 35. The method of item 33, wherein the first electric field and the second electric field are the same, and step (c) is performed simultaneously with step (d).

[0159] Пункт 36. Способ по любому одному из пунктов 33-35, включающий приложение одного или более электрических полей после создания библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот для перемещения из реакционного участка одного или более из: лизирующего реагента, транспосомного комплекса, транспозазы, адаптора транспозазы, иона металла и меченых фрагментов нуклеиновых кислот. [0159] Item 36. The method of any one of items 33-35, comprising applying one or more electric fields after generating a library of labeled nucleic acid fragments to move from the reaction site one or more of: lyse reagent, transposome complex, transposase, transposase adapter , metal ion, and labeled nucleic acid fragments.

[0160] Пункт 37. Способ по пункту 36, включающий перемещение меченых фрагментов нуклеиновых кислот на участок для сбора. [0160] Item 37. The method of item 36, comprising moving the labeled nucleic acid fragments to a collection site.

[0161] Пункт 38. Способ по пункту 36, включающий перемещение лизирующего реагента, транспосомного комплекса, иона металла и меченых фрагментов нуклеиновых кислот из реакционного участка на отдельные приемные участки. [0161] Item 38. The method of item 36, comprising moving the lyse reagent, transposome complex, metal ion, and labeled nucleic acid fragments from the reaction site to separate receiving sites.

[0162] Пункт 39. Устройство электрофореза, содержащее: [0162] Item 39. An electrophoresis device, comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец, второй конец и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end, a second end, and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор фермента для фермента;a first region near the first end containing a first enzyme cofactor for the enzyme;

второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор фермента для указанного фермента, причем второй кофактор фермента имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора фермента;a second region near the second end and containing a second enzyme cofactor for said enzyme, the second enzyme cofactor having an electrical charge opposite to that of the first enzyme cofactor;

реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий фермент; иa reaction site between the first site and the second site and containing the enzyme; And

пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно.a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively.

[0163] Пункт 40. Устройство по пункту 39, в котором на реакционном участке предусмотрен субстрат для фермента. [0163] Item 40. The apparatus of item 39, wherein the enzyme substrate is provided in the reaction site.

[0164] Пункт 41. Устройство электрофореза, содержащее: [0164] Item 41. An electrophoresis device, comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor, wherein the first transposase cofactor is a metal ion;

реакционный участок, расположенный на расстоянии от первого конца и содержащий транспосомный комплекс, содержащий транспозазу и адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; иa reaction site located at a distance from the first end and containing a transposome complex containing a transposase and a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region; And

пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно.a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively.

[0165] Пункт 42. Устройство электрофореза, содержащее: [0165] Item 42. An electrophoresis device, comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец, второй конец и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end, a second end, and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion;

второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region;

реакционный участок между первым концом и вторым концом и содержащий транспозазу; иa reactive site between the first end and the second end and containing a transposase; And

пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно.a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively.

[0166] Пункт 43. Устройство по пункту 41 или 42, в котором на реакционном участке предусмотрена целевая нуклеиновая кислота. [0166] Item 43. The device of item 41 or 42, wherein the target nucleic acid is provided in the reaction site.

[0167] Пункт 44. Устройство электрофореза, содержащее: [0167] Item 44. An electrophoresis device, comprising:

гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends;

первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion;

второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region;

третий участок, содержащий лизирующий реагент;a third site containing a lysing reagent;

четвертый участок, содержащий транспозазу;the fourth site containing a transposase;

реакционный участок между первым концом и вторым концом; иa reaction site between the first end and the second end; And

первую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; иa first pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; And

вторую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца.a second pair of positive and negative electrodes located on opposite sides of the width at one of: the first end or the second end.

[0168] Пункт 45. Устройство по пункту 44, в котором на реакционном участке предусмотрены цельные клетки, содержащие целевую нуклеиновую кислоту. [0168] Item 45. The device of item 44, wherein whole cells containing the target nucleic acid are provided in the reaction site.

[0169] Пункт 46. Устройство по любому одному из пунктов 41-45, содержащее дополнительные участки вдоль ширины и/или длины, каждый из которых содержит различные реагенты для тагментации. [0169] Item 46. The device according to any one of items 41-45, containing additional areas along the width and/or length, each of which contains different reagents for tagging.

[0170] Пункт 47. Устройство по любому одному из пунктов 41-46, содержащее участок для сбора для приема меченых фрагментов нуклеиновых кислот. [0170] Item 47. The device of any one of items 41-46, comprising a collection site for receiving labeled nucleic acid fragments.

[0171] Пункт 48. Устройство по любому одному из пунктов 41-47, содержащее один или более приемных участков для приема непрореагировавших реагентов. [0171] Item 48. The apparatus of any one of items 41-47, comprising one or more receiving areas for receiving unreacted reagents.

[0172] Пункт 49. Устройство по любому из пунктов 41-48, в котором пара из положительного и отрицательного электродов непосредственно контактирует с гелевой матрицей для электрофореза, необязательно встроенной в гелевую матрицу. [0172] Item 49. An apparatus according to any one of items 41-48, wherein a pair of positive and negative electrodes are in direct contact with an electrophoresis gel matrix, optionally embedded in the gel matrix.

[0173] Пункт 50. Система для получения библиотеки меченных фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, содержащая: [0173] Item 50. A system for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid, comprising:

устройство по любому одному из пунктов 41-49;the device according to any one of paragraphs 41-49;

источник питания;power supply;

контроллер, выполненный с возможностью управления направлением и/или величиной первого и второго электрических полей для перемещения реагентов и/или меченых фрагментов нуклеиновых кислот на реакционный участок, участок для сбора и/или приемные участки, и/или через них.a controller configured to control the direction and/or magnitude of the first and second electric fields to move reagents and/or labeled nucleic acid fragments to and/or through the reaction site, collection site and/or receiving sites.

[0174] В тексте настоящей заявки были приведены ссылки на различные публикации, патенты и/или заявки на патенты. Описание этих публикаций полностью включено в настоящую заявку путем ссылки. [0174] Throughout the text of this application, references have been made to various publications, patents, and/or patent applications. The description of these publications is incorporated herein by reference in its entirety.

[0175] Приведенное выше письменное описание считается достаточным для того, чтобы специалист в данной области мог реализовать на практике варианты осуществления. Предшествующее описание и примеры подробно описывают определенные варианты осуществления и описывают наилучший способ, предусмотренный авторами изобретения. Однако следует понимать, что независимо от того, насколько подробно изложенное выше может появляться в тексте, вариант осуществления может быть реализован на практике различными способами и должен толковаться в соответствии с прилагаемой формулой изобретения и любыми ее эквивалентами. [0175] The above written description is considered sufficient to enable a person skilled in the art to practice the embodiments. The preceding description and examples describe certain embodiments in detail and describe the best method envisaged by the inventors. However, it should be understood that no matter how detailed the above may appear in the text, the embodiment may be practiced in a variety of ways and should be construed in accordance with the appended claims and any equivalents thereof.

[0176] Используемый в настоящем документе термин «около» относится к числовому значению, включая, например, целые числа, доли и процентные доли, независимо от того, указано ли это явным образом или нет. Каждое число в описании или формуле изобретения может считаться модифицированным термином «около». Термин «около» по существу относится к диапазону численных значений (например, +/-5-10% от указанного диапазона), который специалист в данной области считает эквивалентным указанному значению (например, имеющему такую же функцию или результат). Когда термины, такие как «по меньшей мере» и «около» предшествуют списку численных значений или диапазонов, термины изменяют все значения или диапазоны, приведенные в списке. В некоторых случаях термин «около» может включать в себя численные значения, округленные до ближайшей значащей цифры. [0176] As used herein, the term "about" refers to a numerical value, including, for example, integers, fractions, and percentages, whether explicitly indicated or not. Each number in the description or claims may be considered a modified term for "about". The term "about" essentially refers to a range of numerical values (eg, +/-5-10% of the specified range) that one skilled in the art considers equivalent to the specified value (eg, having the same function or result). When terms such as "at least" and "about" precede a list of numerical values or ranges, the terms modify all values or ranges given in the list. In some cases, the term "about" may include numerical values rounded to the nearest significant figure.

Claims (90)

1. Способ выполнения ферментативной реакции с использованием электрофореза, включающий:1. A method for performing an enzymatic reaction using electrophoresis, comprising: (a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end and a length between the first and second ends; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор фермента для фермента;a first region near the first end containing a first enzyme cofactor for the enzyme; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор фермента для указанного фермента, причем второй кофактор фермента имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора фермента;a second region near the second end and containing a second enzyme cofactor for said enzyme, the second enzyme cofactor having an electrical charge opposite to that of the first enzyme cofactor; реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий фермент; иa reaction site between the first site and the second site and containing the enzyme; And пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; иa pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; And (b) приложение электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора фермента из первого участка на реакционный участок и перемещения второго кофактора фермента из второго участка на реакционный участок с образованием активированного ферментного комплекса, содержащего фермент, первый кофактор фермента и второй кофактор фермента.(b) applying an electric field between a pair of electrodes to move the first enzyme cofactor from the first site to the reaction site and move the second enzyme cofactor from the second site to the reaction site to form an activated enzyme complex containing the enzyme, the first enzyme cofactor, and the second enzyme cofactor. 2. Способ по п. 1, в котором когда первый кофактор фермента представляет собой ион металла, второй кофактор фермента представляет собой полинуклеотид.2. The method of claim 1, wherein when the first enzyme cofactor is a metal ion, the second enzyme cofactor is a polynucleotide. 3. Способ по п. 1, дополнительно включающий нанесение субстрата для активированного ферментного комплекса на реакционный участок перед стадией (с), причем приложение электрического поля включает в себя реагирование активированного ферментного комплекса с субстратом на реакционном участке с образованием продукта реакции.3. The method of claim 1 further comprising applying a substrate for the activated enzyme complex to the reaction site prior to step (c), the application of an electric field comprising reacting the activated enzyme complex with the substrate at the reaction site to form a reaction product. 4. Способ по п. 1, в котором приложение электрического поля включает в себя миграцию непрореагировавших первого и второго кофакторов ферментов из реакционного участка для отделения непрореагировавших первого и второго кофакторов ферментов от продукта реакции на реакционном участке.4. The method of claim 1, wherein the application of an electric field includes migrating unreacted first and second enzyme cofactors from the reaction site to separate the unreacted first and second enzyme cofactors from the reaction product at the reaction site. 5. Способ по п. 1, в котором первый электрод представляет собой положительный электрод, а первый кофактор фермента имеет положительный заряд, при этом второй электрод представляет собой отрицательный электрод, а второй кофактор фермента имеет отрицательный заряд.5. The method of claim 1, wherein the first electrode is a positive electrode and the first enzyme cofactor is positively charged, wherein the second electrode is a negative electrode and the second enzyme cofactor is negatively charged. 6. Способ по п. 3, в котором субстрат представляет собой целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту, причем необязательно целевая двухцепочечная нуклеиновая кислота представляет собой двухцепочечную ДНК, двухцепочечную РНК или ДНК/РНК гибрид.6. The method of claim 3, wherein the substrate is the target double-stranded nucleic acid, optionally the target double-stranded nucleic acid is double-stranded DNA, double-stranded RNA, or a DNA/RNA hybrid. 7. Способ по п. 1, в котором фермент представляет собой транспозазу, причем необязательно транспозаза представляет собой транспозазу Тn5, и при этом необязательно первый кофактор фермента содержит Mg2+, необязательно в виде Mg(OAc)2 или MgCl2 и необязательно второй кофактор фермента представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки.7. The method according to p. 1, in which the enzyme is a transposase, and optionally the transposase is a Tn5 transposase, and optionally the first cofactor of the enzyme contains Mg 2+ , optionally in the form of Mg(OAc) 2 or MgCl 2 and optionally the second cofactor The enzyme is a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region. 8. Способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий:8. A method for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid, comprising: (a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; реакционный участок, расположенный на расстоянии от первого конца и содержащий транспосомный комплекс, содержащий транспозазу и адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; иa reaction site located at a distance from the first end and containing a transposome complex containing a transposase and a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region; And пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно;a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; (b) нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты на реакционный участок;(b) applying the target double-stranded nucleic acid to the reaction site; (c) приложение первого электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, адаптор полинуклеотидной транспозазы и первый кофактор транспозазы; и(c) applying a first electric field between a pair of electrodes to move the first transposase cofactor from the first site to the reaction site to form an activated transposome complex comprising the transposase, the polynucleotide transposase adapter, and the first transposase cofactor; And (d) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот.(d) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments. 9. Способ по п. 8, в котором транспосомный комплекс иммобилизуют на твердой подложке на реакционном участке, необязательно посредством взаимодействия стрептавидин-биотин.9. The method of claim 8 wherein the transposome complex is immobilized on a solid support at the reaction site, optionally via a streptavidin-biotin interaction. 10. Способ по п. 9, включающий высвобождение транспосомного комплекса из твердой подложки после создания меченых фрагментов нуклеиновой кислоты.10. The method of claim 9, comprising releasing the transposome complex from the solid support after generation of labeled nucleic acid fragments. 11. Способ по п. 10, дополнительно включающий изменение величины первого электрического поля после стадии для перемещения меченых фрагментов нуклеиновой кислоты, связанных с транспосомным комплексом, высвобожденным из твердой подложки на участке для сбора.11. The method of claim 10, further comprising changing the magnitude of the first electric field after the step to move labeled nucleic acid fragments associated with the transposome complex released from the solid support at the collection site. 12. Способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий:12. A method for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid, comprising: (a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region; реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий транспозазу; иa reactive site between the first site and the second site and containing a transposase; And пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно;a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; (b) нанесение целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты на реакционный участок;(b) applying the target double-stranded nucleic acid to the reaction site; (c) приложение первого электрического поля между парой электродов для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок и перемещения второго кофактора транспозазы из второго участка на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, первый кофактор транспозазы и второй кофактор транспозазы; и(c) applying a first electric field between a pair of electrodes to move the first transposase cofactor from the first site to the reactive site and move the second transposase cofactor from the second site to the reactive site to form an activated transposomal complex comprising transposase, the first transposase cofactor, and the second transposase cofactor; And (d) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот.(d) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments. 13. Способ по п. 12, в котором одноцепочечная область метки содержит одно или более из: праймерной последовательности, штрихкодовой последовательности, последовательности уникального молекулярного идентификатора (UMI), метки амплификации, метки обогащения или метки очистки.13. The method of claim 12, wherein the single strand region of the tag contains one or more of: a primer sequence, a barcode sequence, a unique molecular identifier (UMI) sequence, an amplification tag, an enrichment tag, or a purification tag. 14. Способ по п. 12, в котором транспозазу иммобилизуют на твердой подложке на реакционном участке, причем реакционный участок необязательно содержит лунку, при этом твердая подложка представляет собой гранулированную частицу или поверхность лунки.14. The method of claim 12, wherein the transposase is immobilized on a solid support at a reaction site, the reaction site optionally containing a well, wherein the solid support is a granular particle or well surface. 15. Способ по п. 12, в котором величину первого электрического поля, приложенного на стадии (c), устанавливают таким образом, чтобы целевая двухцепочечная нуклеиновая кислота по существу не имела электрофоретической подвижности в пределах матрицы для электрофореза.15. The method of claim 12, wherein the magnitude of the first electric field applied in step (c) is set such that the target double-stranded nucleic acid has substantially no electrophoretic mobility within the electrophoresis template. 16. Способ по п. 12, в котором система электрофореза содержит участок для сбора вдоль длины между первым участком и реакционным участком.16. The method of claim 12 wherein the electrophoresis system comprises a lengthwise collection site between the first site and the reaction site. 17. Способ по п. 16, в котором приложение первого электрического поля на стадии (c) включает в себя перемещение меченых фрагментов нуклеиновых кислот на участок для сбора.17. The method of claim 16, wherein the application of the first electric field in step (c) comprises moving labeled nucleic acid fragments to a collection site. 18. Способ по п. 12, включающий изменение величины или направления первого электрического поля через гелевую матрицу для электрофореза.18. The method of claim. 12, including changing the magnitude or direction of the first electric field through the gel matrix for electrophoresis. 19. Способ по п. 12, в котором система электрофореза содержит дополнительные участки вдоль ширины и длины, каждый из которых содержит различные реагенты для тагментации, и вторую пару из положительного и отрицательного электродов на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца.19. The method according to claim 12, in which the electrophoresis system contains additional sections along the width and length, each of which contains different reagents for tagging, and a second pair of positive and negative electrodes on opposite sides of the width at one of: the first end or the second end . 20. Способ по п. 19, включающий приложение второго электрического поля между второй парой электродов, причем направление второго электрического поля перпендикулярно направлению первого электрического поля, приложенного на стадии (с).20. The method of claim 19, comprising applying a second electric field between the second pair of electrodes, wherein the direction of the second electric field is perpendicular to the direction of the first electric field applied in step (c). 21. Способ получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий:21. A method for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid, comprising: (a) обеспечение системы электрофореза, содержащей:(a) providing an electrophoresis system comprising: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; первый участок, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; второй участок, содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region; третий участок, содержащий лизирующий реагент;a third site containing a lysing reagent; четвертый участок, содержащий транспозазу;a fourth site containing transposase; реакционный участок между первым участком и вторым участком; иa reaction site between the first site and the second site; And первую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; иa first pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; And вторую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца;a second pair of positive and negative electrodes located on opposite sides of the width at one of: the first end or the second end; (b) нанесение цельных клеток, содержащих целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту, на реакционный участок;(b) applying whole cells containing the target double-stranded nucleic acid to the reaction site; (c) приложение первого электрического поля для перемещения лизирующего агента на реакционный участок и/или через него для лизиса клеток, таким образом нанося целевую двухцепочечную нуклеиновую кислоту на участок для образца;(c) applying a first electric field to move a lysing agent into and/or through the reaction site to lyse the cells, thereby depositing the target double-stranded nucleic acid into the sample site; (d) приложение второго электрического поля для перемещения первого кофактора транспозазы из первого участка на реакционный участок, перемещения второго кофактора транспозазы из второго участка на реакционный участок и/или перемещения транспозазы из участка транспозазы на реакционный участок с образованием активированного транспосомного комплекса, содержащего транспозазу, первый кофактор транспозазы и второй кофактор транспозазы; и(d) applying a second electric field to move the first transposase cofactor from the first site to the reactive site, move the second transposase cofactor from the second site to the reactive site, and/or move the transposase from the transposase site to the reactive site to form an activated transposomal complex containing the transposase, the first a transposase cofactor and a second transposase cofactor; And (e) инкубирование целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты с активированным транспосомным комплексом на реакционном участке в условиях, достаточных для фрагмента целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, а не множества фрагментов нуклеиновых кислот, и мечение фрагментов нуклеиновых кислот, таким образом создавая библиотеку меченых фрагментов нуклеиновых кислот.(e) incubating the target double-stranded nucleic acid with the activated transposome complex at the reaction site under conditions sufficient for the target double-stranded nucleic acid fragment rather than a plurality of nucleic acid fragments, and labeling the nucleic acid fragments, thereby creating a library of labeled nucleic acid fragments. 22. Способ по п. 21, в котором первое электрическое поле и второе электрическое поле отличаются, а стадию (с) выполняют перед стадией (d); или22. The method according to p. 21, in which the first electric field and the second electric field are different, and step (c) is performed before step (d); or в котором первое электрическое поле и второе электрическое поле являются одинаковыми, а стадию (с) выполняют одновременно со стадией (d).wherein the first electric field and the second electric field are the same, and step (c) is performed simultaneously with step (d). 23. Устройство электрофореза, содержащее:23. An electrophoresis device, comprising: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец, второй конец и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end, a second end, and a length between the first and second ends; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор фермента для фермента;a first region near the first end containing a first enzyme cofactor for the enzyme; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор фермента для указанного фермента, причем второй кофактор фермента имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора фермента;a second region near the second end and containing a second enzyme cofactor for said enzyme, the second enzyme cofactor having an electrical charge opposite to that of the first enzyme cofactor; реакционный участок между первым участком и вторым участком и содержащий фермент; иa reaction site between the first site and the second site and containing the enzyme; And пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно.a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively. 24. Устройство электрофореза, содержащее:24. An electrophoresis device, comprising: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; реакционный участок, расположенный на расстоянии от первого конца и содержащий транспосомный комплекс, содержащий транспозазу и адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки; иa reaction site located at a distance from the first end and containing a transposome complex containing a transposase and a polynucleotide transposase adapter containing a double-stranded transposon terminal sequence and a single-stranded tag region; And пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно.a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively. 25. Устройство электрофореза, содержащее:25. An electrophoresis device, comprising: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец, второй конец и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end, a second end, and a length between the first and second ends; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region; реакционный участок между первым концом и вторым концом и содержащий транспозазу; иa reactive site between the first end and the second end and containing a transposase; And пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно.a pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively. 26. Устройство электрофореза, содержащее:26. An electrophoresis device, comprising: гелевую матрицу для электрофореза, имеющую первый конец и второй конец, ширину и длину между первым и вторым концами;an electrophoresis gel matrix having a first end and a second end, a width and a length between the first and second ends; первый участок вблизи первого конца, содержащий первый кофактор транспозазы для транспозазы, причем первый кофактор транспозазы представляет собой ион металла;a first region near the first end containing a first transposase cofactor for transposase, wherein the first transposase cofactor is a metal ion; второй участок вблизи второго конца и содержащий второй кофактор транспозазы для транспозазы, причем второй кофактор транспозазы имеет электрический заряд, противоположный электрическому заряду первого кофактора транспозазы, при этом второй кофактор транспозазы представляет собой адаптор полинуклеотидной транспозазы, содержащий двухцепочечную концевую последовательность транспозона и одноцепочечную область метки;a second region near the second end and containing a second transposase cofactor for transposase, wherein the second transposase cofactor has an electrical charge opposite to that of the first transposase cofactor, wherein the second transposase cofactor is a polynucleotide transposase adapter comprising a transposon double-stranded terminal sequence and a single-stranded tag region; третий участок, содержащий лизирующий реагент;a third site containing a lysing reagent; четвертый участок, содержащий транспозазу;a fourth site containing transposase; реакционный участок между первым концом и вторым концом; иa reaction site between the first end and the second end; And первую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на первом и втором концах соответственно; иa first pair of positive and negative electrodes located at the first and second ends, respectively; And вторую пару из положительного и отрицательного электродов, расположенных на противоположных сторонах ширины на одном из: первого конца или второго конца.a second pair of positive and negative electrodes located on opposite sides of the width at one of: the first end or the second end. 27. Система для получения библиотеки меченых фрагментов нуклеиновых кислот из целевой двухцепочечной нуклеиновой кислоты, содержащая:27. A system for obtaining a library of labeled nucleic acid fragments from a target double-stranded nucleic acid, containing: устройство по любому одному из пп. 23-26;device according to any one of paragraphs. 23-26; источник питания;power supply; контроллер, выполненный с возможностью управления направлением и/или величиной первого и второго электрических полей для перемещения реагентов и/или меченых фрагментов нуклеиновых кислот на реакционный участок, участок для сбора и/или приемные участки, и/или через них.a controller configured to control the direction and/or magnitude of the first and second electric fields to move reagents and/or labeled nucleic acid fragments to and/or through the reaction site, collection site and/or receiving sites.
RU2021118530A 2019-07-12 2020-07-10 Obtaining a nucleic acid library using electrophoresis RU2798952C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/873,603 2019-07-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021118530A RU2021118530A (en) 2023-01-27
RU2798952C2 true RU2798952C2 (en) 2023-06-29

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU123960U1 (en) * 2012-03-21 2013-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный гуманитарный университет имени М.А. Шолохова" DEVICE FOR VERTICAL ELECTROPHORESIS OF NUCLEIC ACIDS AND PROTEINS IN GRADIENT GELS
WO2013131962A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Illumina Cambridge Limited Improved methods of nucleic acid sequencing
WO2015189636A1 (en) * 2014-06-13 2015-12-17 Illumina Cambridge Limited Methods and compositions for preparing sequencing libraries
WO2016003814A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Illumina, Inc. Methods and compositions using one-sided transposition
WO2016073690A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 Illumina, Inc. Transposase compositions for reduction of insertion bias

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013131962A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Illumina Cambridge Limited Improved methods of nucleic acid sequencing
RU123960U1 (en) * 2012-03-21 2013-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный гуманитарный университет имени М.А. Шолохова" DEVICE FOR VERTICAL ELECTROPHORESIS OF NUCLEIC ACIDS AND PROTEINS IN GRADIENT GELS
WO2015189636A1 (en) * 2014-06-13 2015-12-17 Illumina Cambridge Limited Methods and compositions for preparing sequencing libraries
WO2016003814A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-07 Illumina, Inc. Methods and compositions using one-sided transposition
WO2016073690A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 Illumina, Inc. Transposase compositions for reduction of insertion bias

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HELLMAN LANCE M et al., "Electrophoretic mobility shift assay (EMSA) for detecting protein-nucleic acid interactions", NATURE PROTOCOLS 2007,Vol. 2, No. 8, 01.01.2007, p. 1849-1861. SALIMULLAH MD et al., "High-throughput Three-dimensional Gel Electrophoresis for Versatile Utilities: A Stacked Slice-gel System for Separation and Reactions (4SR)", GENOMICS PROTEOMICS AND BIOINFORMATICS,Vol. 4, No. 1, 04.02.2006, p. 26-33. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2020205215B2 (en) Preserving genomic connectivity information in fragmented genomic DNA samples
KR102628035B1 (en) Single cell whole genome library for methylation sequencing
AU2015273232B2 (en) Methods and compositions for preparing sequencing libraries
KR20230161979A (en) Improved library manufacturing methods
US20230279385A1 (en) Sequence-Specific Targeted Transposition and Selection and Sorting of Nucleic Acids
RU2798952C2 (en) Obtaining a nucleic acid library using electrophoresis
US20220127596A1 (en) Nucleic Acid Library Preparation Using Electrophoresis
US20210388427A1 (en) Liquid sample workflow for nanopore sequencing
CN110997932B (en) Single cell whole genome library for methylation sequencing
CN117062910A (en) Improved library preparation method
NZ794511A (en) Single cell whole genome libraries for methylation sequencing