RU2816708C2 - Methods and compositions for determining ligands on matrices using indices and barcodes - Google Patents

Methods and compositions for determining ligands on matrices using indices and barcodes Download PDF

Info

Publication number
RU2816708C2
RU2816708C2 RU2021108153A RU2021108153A RU2816708C2 RU 2816708 C2 RU2816708 C2 RU 2816708C2 RU 2021108153 A RU2021108153 A RU 2021108153A RU 2021108153 A RU2021108153 A RU 2021108153A RU 2816708 C2 RU2816708 C2 RU 2816708C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
subpopulation
bead
granules
index
matrix
Prior art date
Application number
RU2021108153A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021108153A (en
Inventor
Лоренцо БЕРТИ
Фиона Э. БЛЭК
Джеффри Деннис БРОДИН
Джеффри ФИШЕР
Сью Хонг ЛЕОНГ
Даррен СЕГЕЙЛ
Original Assignee
Иллюмина, Инк.
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 Иллюмина, Инк. filed Critical Иллюмина, Инк.
Publication of RU2021108153A publication Critical patent/RU2021108153A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2816708C2 publication Critical patent/RU2816708C2/en

Links

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to biotechnology. A method for detecting a plurality of target ligands in a matrix is described, including: (a) obtaining a substrate having a matrix of granules distributed on the surface of the specified substrate, wherein the specified matrix of granules contains the first and second subpopulation of granules, including: (i) obtaining the first and second subpopulations of granules, each granule containing: a capture probe, which capable of specifically binding to the target ligand, the first polynucleotide, which contains a barcode and a primer binding site at the 3' end relative to the specified barcode, while the specified barcode indicates a capture probe, and the second polynucleotide, containing an index and an index primer binding site at the 3' end relative to the index, each the index of the first subpopulation of granules differs from each index of the second subpopulation of granules; (ii) ensuring specific binding of the first target ligands to the specified capture probes of the specified first subpopulation of granules in the first reaction volume, and specific binding of the second target ligands to capture probes of the specified second subpopulation of granules in the second reaction volume, and (iii) distribution of the specified the first and second subpopulations of granules containing specifically bound first and second target ligands on the substrate, thereby obtaining a substrate having a matrix of granules; (b) detection in the specified matrix of specifically bound first and second target ligands of the specified first and second subpopulation of granules; (c) sequencing the barcodes of the specified first and second subpopulations of granules by hybridizing a plurality of primers with the primer binding sites of the barcodes of the specified first and second subpopulations of granules; and elongation of hybridized primers, thereby determining the position of the capture probes of the specified first and second subpopulations of granules in the specified matrix, (d) sequencing the indices of the specified first and second subpopulations of granules, thereby determining the positions of the specified first and second subpopulations of granules in the matrix; and (e) decoding the positions of granules in the specified matrix of granules, including the detected the target ligand in the matrix, thereby ensuring the identification of the target ligands of the specified first target ligands or the specified second target ligands in the matrix. A method for identifying target ligands in the matrix is also described, including: (a) obtaining the first and second subpopulations of granules, wherein each granule contains: (i) a capture probe that is capable of specifically binding to the target ligand, (ii) the first polynucleotide containing a barcode, wherein the specified barcode indicates a capture probe, and (iii) a second polynucleotide containing an index, wherein each index of the first subpopulation of granules differs from each index of the second subpopulation of granules; (b) ensuring specific binding of the first target ligands to the specified capture probes of the specified first subpopulation of granules in the first reaction volume, and specific binding of the second target ligands to capture probes of the specified second subpopulation of granules in the second reaction volume, and (c) distribution of the first and second subpopulations of granules containing specifically bound first and second target ligands on the substrate surface, thereby obtaining a matrix of granules; (d) detection of the specifically bound first and second target ligands of the specified first and second subpopulations in the specified matrix granules; (e) sequencing the barcodes of the pellet matrix; (f) sequencing the indices of the pellet matrix; and (g) decoding the positions of the granules in the specified pellet matrix, including the detected target ligand in the matrix, thereby ensuring the identification of target ligands in the pellet matrix.
EFFECT: invention expands the arsenal of methods for detecting specific nucleotide sequences present in a biological sample.
24 cl, 8 dwg, 4 ex

Description

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИRELATED APPLICATIONS

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США 62/903,108, поданной 20 сентября 2019 г., озаглавленной METHODS AND COMPOSITIONS FOR HIGH-THROUGHPUT GENOTYPING ON ARRAYS USING INDEXES AND BARCODES; и по предварительной заявке на патент США №62/750,370, поданной 25 октября 2018 г., озаглавленной POSITIONAL IDENTIFICATION OF MICROFEATURES IN ARRAYS USING BARCODES, каждая из которых полностью включена в настоящий документ путем ссылки.[0001] This application claims priority to US Provisional Patent Application 62/903,108, filed September 20, 2019, entitled METHODS AND COMPOSITIONS FOR HIGH-THROUGHPUT GENOTYPING ON ARRAYS USING INDEXES AND BARCODES; and U.S. Provisional Patent Application No. 62/750,370, filed October 25, 2018, entitled POSITIONAL IDENTIFICATION OF MICROFEATURES IN ARRAYS USING BARCODES, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ [0002]FIELD OF APPLICATION OF THE INVENTION [0002]

Некоторые варианты осуществления, представленные в настоящем документе, включают способы и композиции для обнаружения лигандов-мишеней на матрице. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата специфически связывается с лигандом-мишенью из образца, определяют положение содержащих зонд захвата гранул в матрице и декодируют гранулу для определения зонда захвата и образца. В некоторых вариантах осуществления штрихкод указывает на наличие зонда захвата, прикрепленного к грануле; а индекс указывает на субпопуляцию гранул. В некоторых вариантах осуществления штрихкод и индекс определяют посредством секвенирования.Some embodiments provided herein include methods and compositions for detecting target ligands on a matrix. In some embodiments, the capture probe specifically binds to a target ligand from the sample, the position of the capture probe-containing beads in the matrix is determined, and the bead is decoded to determine the capture probe and the sample. In some embodiments, the barcode indicates the presence of a capture probe attached to the bead; and the index indicates a subpopulation of granules. In some embodiments, the barcode and index are determined through sequencing.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯPREREQUISITES FOR CREATION OF THE INVENTION

[0003] Обнаружение специфических нуклеотидных последовательностей, присутствующих в биологической пробе, использовали, например, в качестве способа определения и классификации микроорганизмов, диагностики инфекционных заболеваний, обнаружения и получения характеристик генетических аномалий, определения генетических изменений, связанных с раком, изучения генетической предрасположенности к заболеванию и оценки ответа на различные типы лечения. Распространенной методикой обнаружения специфических нуклеотидных последовательностей в биологической пробе является секвенирование нуклеиновых кислот.[0003] Detection of specific nucleotide sequences present in a biological sample has been used, for example, as a method for identifying and classifying microorganisms, diagnosing infectious diseases, detecting and characterizing genetic abnormalities, identifying genetic changes associated with cancer, studying genetic susceptibility to disease, and assessing response to different types of treatment. A common technique for detecting specific nucleotide sequences in a biological sample is nucleic acid sequencing.

[0004] Методика секвенирования нуклеиновых кислот в значительной степени развилась от способов химического разложения, используемых Максамом и Гилбертом, и способов удлинения цепи, используемых Сэнгером. В настоящее время используют несколько методик секвенирования, которые позволяют проводить параллельную обработку тысяч нуклеиновых кислот, все на одном чипе. Некоторые платформы включают конфигурации на основе гранул и микрочипов, в которых гранулы диоксида кремния функционализированы зондами в зависимости от использования таких конфигураций в областях применения, включающих секвенирование, генотипирование, профилирование экспрессии генов.[0004] Nucleic acid sequencing techniques have largely evolved from the chemical digestion techniques used by Maxam and Gilbert and the chain extension techniques used by Sanger. Currently, several sequencing techniques are used that allow parallel processing of thousands of nucleic acids, all on a single chip. Some platforms include bead- and microarray-based configurations in which silica beads are functionalized with probes depending on the use of such configurations in applications including sequencing, genotyping, and gene expression profiling.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0005] Некоторые варианты осуществления включают способ обнаружения множества лигандов-мишеней, включающий: (а) получение первой и второй субпопуляций гранул, причем каждая гранула содержит: зонд захвата, который специфически связывается с лигандом-мишенью, первый полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата, и сайт связывания праймера штрихкода на 3'-конце относительно штрихкода, и второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса, при этом индексы первой субпопуляции отличаются от индексов второй субпопуляции; (b) приведение первых лигандов-мишеней в контакт с зондами захвата первой субпопуляции гранул и приведение вторых лигандов-мишеней в контакт с зондами захвата второй субпопуляции гранул; (с) распределение первой и второй субпопуляций гранул, содержащих специфически связанные первый и второй лиганды-мишени, на субстрате; (d) обнаружение зондов захвата, специфически связанных с первым и вторым лигандами-мишенями; и (е) декодирование положений гранул, содержащих обнаруженные зонды захвата, на субстрате.[0005] Some embodiments include a method for detecting multiple target ligands, comprising: (a) producing first and second subpopulations of beads, each bead comprising: a capture probe that specifically binds to the target ligand, a first polynucleotide comprising a barcode indicating a capture probe, and a barcode primer binding site at the 3' end relative to the barcode, and a second polynucleotide containing the index and an index primer binding site at the 3' end relative to the index, wherein the indices of the first subpopulation are different from the indices of the second subpopulation; (b) contacting first target ligands with capture probes of a first subpopulation of beads and contacting second target ligands with capture probes of a second subpopulation of beads; (c) distributing first and second subpopulations of granules containing specifically bound first and second target ligands on the substrate; (d) detecting capture probes specifically bound to the first and second target ligands; and (f) decoding the positions of the beads containing the detected capture probes on the substrate.

[0006] В некоторых вариантах осуществления зонд захвата содержит нуклеиновую кислоту, первый и второй лиганды-мишени содержат нуклеиновые кислоты, а стадия (d) включает удлинение зондов захвата, специфически связанных с первым и вторым лигандами-мишенями.[0006] In some embodiments, the capture probe contains a nucleic acid, the first and second target ligands contain nucleic acids, and step (d) includes extending the capture probes specifically bound to the first and second target ligands.

[0007] В некоторых вариантах осуществления первый полинуклеотид содержит зонд захвата.[0007] In some embodiments, the first polynucleotide comprises a capture probe.

[0008] В некоторых вариантах осуществления каждый из зондов захвата первой и второй субпопуляций гранул содержит отличающиеся друг от друга нуклеотидные последовательности.[0008] In some embodiments, the first and second bead subpopulation capture probes each contain different nucleotide sequences.

[0009] В некоторых вариантах осуществления разные зонды захвата первой и второй субпопуляций гранул содержат одни и те же нуклеотидные последовательности.[0009] In some embodiments, the different capture probes for the first and second bead subpopulations contain the same nucleotide sequences.

[0010] В некоторых вариантах осуществления зонды захвата содержат нуклеотидную последовательность, способную к гибридизации с однонуклеотидным полиморфизмом (SNP) или его комплементом.[0010] In some embodiments, the capture probes contain a nucleotide sequence capable of hybridizing to a single nucleotide polymorphism (SNP) or its complement.

[0011] В некоторых вариантах осуществления стадия (d) включает полимеразное удлинение зондов захвата.[0011] In some embodiments, step (d) includes polymerase extension of the capture probes.

[0012] В некоторых вариантах осуществления стадия (d) включает лигазное удлинение зондов захвата.[0012] In some embodiments, step (d) includes ligase extension of the capture probes.

[0013] В некоторых вариантах осуществления стадия (d) включает однонуклеотидное удлинение зондов захвата.[0013] In some embodiments, step (d) includes single nucleotide extension of the capture probes.

[0014] В некоторых вариантах осуществления стадия (d) включает удлинение зондов захвата множеством нуклеотидов.[0014] In some embodiments, step (d) includes extending the capture probes to multiple nucleotides.

[0015] В некоторых вариантах осуществления удлиненные зонды захвата содержат обнаруживаемую метку.[0015] In some embodiments, the elongated capture probes contain a detectable label.

[0016] В некоторых вариантах осуществления зонд захвата содержит антитело или его антигенсвязывающий фрагмент.[0016] In some embodiments, the capture probe comprises an antibody or an antigen-binding fragment thereof.

[0017] В некоторых вариантах осуществления каждый из зондов захвата первой и второй субпопуляций гранул специфически связывается с отличающимися друг от друга лигандами-мишенями.[0017] In some embodiments, each of the first and second bead subpopulation capture probes specifically binds to different target ligands.

[0018] В некоторых вариантах осуществления разные зонды захвата первой и второй субпопуляций гранул специфически связываются с одними и теми же лигандами-мишенями.[0018] In some embodiments, different capture probes of the first and second bead subpopulations specifically bind to the same target ligands.

[0019] В некоторых вариантах осуществления обнаружение предусматривает приведение первого и второго лигандов-мишеней, специфически связанных с зондами захвата, в контакт со вторичным антителом или его антигенсвязывающим фрагментом, причем вторичное антитело или его антигенсвязывающий фрагмент содержит обнаруживаемую метку.[0019] In some embodiments, detection involves bringing first and second target ligands specifically bound to the capture probes into contact with a secondary antibody or antigen binding fragment thereof, wherein the secondary antibody or antigen binding fragment thereof comprises a detectable label.

[0020] В некоторых вариантах осуществления сайты связывания штрихкодового праймера (праймера штрихкода) содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность.[0020] In some embodiments, the barcode primer binding sites (barcode primer) contain the same nucleotide sequence.

[0021] В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности индексов первой субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность, и нуклеотидные последовательности индексов второй субпопуляции гранул содержат одну и туже нуклеотидную последовательность.[0021] In some embodiments, the index nucleotide sequences of the first bead subpopulation contain the same nucleotide sequence, and the index nucleotide sequences of the second bead subpopulation contain the same nucleotide sequence.

[0022] В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности сайтов связывания индексного праймера (праймера индекса) содержат одну и туже нуклеотидную последовательность.[0022] In some embodiments, the nucleotide sequences of the index primer binding sites contain the same nucleotide sequence.

[0023] В некоторых вариантах осуществления приведение первого лиганда-мишени в контакт с зондами захвата первой субпопуляции гранул и приведение вторых лигандов-мишеней в контакт с зондами захвата второй субпопуляции гранул осуществляется в разных реакционных объемах.[0023] In some embodiments, contacting the first target ligand with the capture probes of the first subpopulation of beads and bringing the second target ligands into contact with the capture probes of the second subpopulation of beads are carried out in different reaction volumes.

[0024] Некоторые варианты осуществления также предусматривают объединение первой и второй субпопуляций гранул до распределения первой и второй субпопуляций гранул на субстрате.[0024] Some embodiments also include combining the first and second bead subpopulations before distributing the first and second bead subpopulations onto the substrate.

[0025] В некоторых вариантах осуществления первую субпопуляцию гранул распределяют на субстрате до распределения на субстрате второй субпопуляции гранул.[0025] In some embodiments, the first subpopulation of beads is distributed on the substrate before the second subpopulation of beads is distributed on the substrate.

[0026] В некоторых вариантах осуществления стадию (d) выполняют до стадии (с).[0026] In some embodiments, step (d) is performed before step (c).

[0027] В некоторых вариантах осуществления обнаруженные зонды захвата содержат обнаруживаемую метку.[0027] In some embodiments, the detected capture probes contain a detectable label.

[0028] В некоторых вариантах осуществления стадия (d) дополнительно включает определение положения обнаруженных зондов захвата на субстрате.[0028] In some embodiments, step (d) further includes determining the position of the detected capture probes on the substrate.

[0029] В некоторых вариантах осуществления определение положения обнаруженных зондов захвата включает по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза.[0029] In some embodiments, determining the position of detected capture probes involves at least one cycle of sequencing by synthesis.

[0030] В некоторых вариантах осуществления стадия (е) включает декодирование положения индексов гранул, содержащих обнаруженный зонд захвата, путем секвенирования индексов на субстрате.[0030] In some embodiments, step (e) includes decoding the index position of beads containing the detected capture probe by sequencing the indexes on the substrate.

[0031] В некоторых вариантах осуществления стадия (е) включает декодирование положения штрихкодов гранул, содержащих обнаруженный зонд захвата, путем секвенирования штрихкодов на субстрате.[0031] In some embodiments, step (e) includes decoding the position of the barcodes of the beads containing the detected capture probe by sequencing the barcodes on the substrate.

[0032] В некоторых вариантах осуществления проточная кювета содержит субстрат.[0032] In some embodiments, the flow cell contains a substrate.

[0033] В некоторых вариантах осуществления распределенные первая и вторая субпопуляции гранул содержат матрицу.[0033] In some embodiments, the distributed first and second subpopulations of beads comprise a matrix.

[0034] В некоторых вариантах осуществления первый и второй лиганды-мишени получают от разных субъектов.[0034] In some embodiments, the first and second target ligands are obtained from different entities.

[0035] В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 50 зондов захвата, отличающихся друг от друга.[0035] In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 50 capture probes that are different from each other.

[0036] Некоторые варианты осуществления также включают по меньшей мере 10 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции.[0036] Some embodiments also include at least 10 different subpopulations of beads, each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation.

[0037] Некоторые варианты осуществления включают способ обнаружения нуклеиновой кислоты-мишени, включающий: (а) получение нуклеиновой кислоты-мишени, содержащей первый участок, способный к гибридизации с первым зондом захвата, и второй участок, способный к гибридизации со вторым зондом захвата; (b) получение популяции гранул, причем каждая гранула содержит: первый зонд захвата, второй зонд захвата, причем второй зонд захвата прикреплен к грануле посредством расщепляемого линкера, при этом второй зонд захвата содержит обнаруживаемую метку, а также первый полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на первый или второй зонд захвата, и сайт связывания праймера штрихкода на 3'-конце относительно штрихкода; (с) лигирование первого зонда захвата со вторым зондом захвата, включающее: гибридизацию нуклеиновой кислоты-мишени с первым и вторым зондами захвата гранулы популяции гранул для получения двухцепочечной нуклеиновой кислоты, содержащей одноцепочечный гэп между первым и вторым зондами захвата, и заполнение гэпа между первым и вторым зондами захвата; (d) расщепление расщепляемого линкера с получением первого зонда захвата, содержащего обнаруживаемую метку; (е) распределение популяции гранул на субстрате; и (f) декодирование положения гранулы, содержащей первый зонд захвата, содержащий обнаруживаемую метку, на субстрате.[0037] Some embodiments include a method for detecting a target nucleic acid, comprising: (a) providing a target nucleic acid comprising a first region capable of hybridizing with a first capture probe and a second region capable of hybridizing with a second capture probe; (b) producing a population of beads, each bead comprising: a first capture probe, a second capture probe, wherein the second capture probe is attached to the bead by a cleavable linker, wherein the second capture probe contains a detectable label, and a first polynucleotide containing a barcode indicating a first or second capture probe, and a barcode primer binding site at the 3' end of the barcode; (c) ligating the first capture probe to the second capture probe, comprising: hybridizing a target nucleic acid to the first and second capture probes of the bead population to produce a double-stranded nucleic acid containing a single-stranded gap between the first and second capture probes, and filling the gap between the first and second capture probes. second capture probes; (d) cleaving the cleavable linker to obtain a first capture probe containing a detectable label; (e) distribution of the population of granules on the substrate; and (f) decoding the position of the bead containing the first capture probe containing the detectable label on the substrate.

[0038] В некоторых вариантах осуществления первый зонд захвата содержит первый полинуклеотид.[0038] In some embodiments, the first capture probe comprises a first polynucleotide.

[0039] В некоторых вариантах осуществления стадию (е) выполняют до стадии (d).[0039] In some embodiments, step (e) is performed before step (d).

[0040] В некоторых вариантах осуществления каждая гранула содержит второй полинуклеотид, содержащий индекс, указывающий на источник нуклеиновой кислоты-мишени, и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса.[0040] In some embodiments, each bead contains a second polynucleotide containing an index indicating the source of the target nucleic acid and an index primer binding site at the 3' end of the index.

[0041] В некоторых вариантах осуществления стадия (f) включает определение положения первого зонда захвата, содержащего обнаруживаемую метку, на субстрате.[0041] In some embodiments, step (f) includes determining the position of a first capture probe containing a detectable label on the substrate.

[0042] В некоторых вариантах осуществления стадия (f) включает декодирование положения штрихкода гранулы, содержащей первый зонд захвата, содержащий обнаруживаемую метку, на субстрате путем секвенирования штрихкода на субстрате.[0042] In some embodiments, step (f) includes decoding the barcode position of a bead containing a first capture probe containing a detectable label on the substrate by sequencing the barcode on the substrate.

[0043] В некоторых вариантах осуществления проточная кювета содержит субстрат.[0043] In some embodiments, the flow cell contains a substrate.

[0044] В некоторых вариантах осуществления распределенная популяция гранул содержит матрицу.[0044] In some embodiments, the distributed population of beads comprises a matrix.

[0045] В некоторых вариантах осуществления популяция гранул содержит первую и вторую субпопуляции гранул, каждая гранула содержит второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса, причем индексы первой субпопуляции отличаются от индексов второй субпопуляции.[0045] In some embodiments, the population of beads comprises a first and a second subpopulation of beads, each bead containing a second polynucleotide containing an index and an index primer binding site at the 3' end of the index, wherein the indices of the first subpopulation are different from the indices of the second subpopulation.

[0046] В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности индексов первой субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность, и нуклеотидные последовательности индексов второй субпопуляции гранул содержат одну и туже нуклеотидную последовательность.[0046] In some embodiments, the index nucleotide sequences of the first bead subpopulation contain the same nucleotide sequence, and the index nucleotide sequences of the second bead subpopulation contain the same nucleotide sequence.

[0047] В некоторых вариантах осуществления стадию лигирования или расщепления с первой субпопуляцией гранул выполняют в объеме реакции, отличающемся от стадии лигирования или расщепления со второй субпопуляцией гранул.[0047] In some embodiments, the ligation or cleavage step with the first subpopulation of beads is performed at a different reaction volume than the ligation or cleavage step with the second subpopulation of beads.

[0048] Некоторые варианты осуществления также предусматривают объединение первой и второй субпопуляций гранул до распределения субпопуляции гранул на субстрате.[0048] Some embodiments also include combining the first and second subpopulations of beads before distributing the subpopulation of beads on the substrate.

[0049] В некоторых вариантах осуществления первую субпопуляцию гранул распределяют на субстрате до распределения на субстрате второй субпопуляции гранул.[0049] In some embodiments, the first subpopulation of beads is distributed on the substrate before the second subpopulation of beads is distributed on the substrate.

[0050] В некоторых вариантах осуществления стадия (f) включает декодирование положения индексов гранул, содержащих обнаруженный зонд захвата, путем секвенирования индексов на субстрате.[0050] In some embodiments, step (f) includes decoding the index position of beads containing the detected capture probe by sequencing the indexes on the substrate.

[0051] Некоторые варианты осуществления включают набор, содержащий: первую и вторую субпопуляции гранул, причем каждая гранула содержит: зонд захвата, который специфически связывается с лигандом-мишенью, первый полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата, и сайт связывания праймера штрихкода на 3'-конце относительно штрихкода, и второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса, причем индексы первой субпопуляции отличаются от индексов второй субпопуляции, при этом первый объем содержит первую субпопуляцию гранул, а второй объем содержит вторую субпопуляцию гранул.[0051] Some embodiments include a set comprising: first and second bead subpopulations, each bead comprising: a capture probe that specifically binds to a target ligand, a first polynucleotide containing a barcode indicative of the capture probe, and a barcode primer binding site on 3'-end relative to the barcode, and a second polynucleotide containing the index and an index primer binding site at the 3'-end relative to the index, wherein the indices of the first subpopulation are different from the indices of the second subpopulation, wherein the first volume contains the first subpopulation of beads, and the second volume contains the second subpopulation of granules.

[0052] В некоторых вариантах осуществления зонд захвата выбран из нуклеиновой кислоты, антитела или его антигенсвязывающего фрагмента.[0052] In some embodiments, the capture probe is selected from a nucleic acid, an antibody, or an antigen-binding fragment thereof.

[0053] В некоторых вариантах осуществления первый полинуклеотид содержит зонд захвата.[0053] In some embodiments, the first polynucleotide comprises a capture probe.

[0054] В некоторых вариантах осуществления каждый из зондов захвата первой и второй субпопуляций гранул специфически связывается с отличающимися друг от друга лигандами-мишенями.[0054] In some embodiments, each of the first and second bead subpopulation capture probes specifically binds to different target ligands.

[0055] В некоторых вариантах осуществления разные зонды захвата первой и второй субпопуляций гранул специфически связываются с одними и теми же лигандами-мишенями.[0055] In some embodiments, different capture probes of the first and second bead subpopulations specifically bind to the same target ligands.

[0056] Некоторые варианты осуществления включают способ декодирования положений полинуклеотидов в матрице, включающий: (а) получение субстрата, имеющего матрицу полинуклеотидов, распределенных на поверхности субстрата, причем каждый полинуклеотид содержит сайт связывания праймера 3' относительно штрихкода, при этом каждый полинуклеотид связан с зондом захвата; (b) гибридизацию множества праймеров с сайтами связывания праймера; и (с) определение последовательностей штрихкодов путем удлинения гибридизованных праймеров, причем последовательность каждого штрихкода указывает на положение полинуклеотида в матрице.[0056] Some embodiments include a method of decoding the positions of polynucleotides in a matrix, comprising: (a) providing a substrate having a matrix of polynucleotides distributed on the surface of the substrate, each polynucleotide containing a primer binding site 3' relative to the barcode, wherein each polynucleotide is associated with a probe capture; (b) hybridizing multiple primers to primer binding sites; and (c) determining the barcode sequences by extension of the hybridized primers, the sequence of each barcode indicating the position of the polynucleotide in the template.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS

[0057] На ФИГ. 1 показан пример осуществления полинуклеотида, содержащего штрихкод, сайт связывания праймера и зонд захвата, присоединенный к грануле посредством 5'-линкера.[0057] In FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a polynucleotide comprising a barcode, a primer binding site, and a capture probe attached to a bead via a 5' linker.

[0058] На ФИГ. 2 показан пример осуществления полинуклеотида, содержащего зонд захвата, штрихкод и сайт связывания праймера, присоединенный к грануле посредством 5'-линкера, причем между зондом захвата и штрихкодом обеспечен расщепляемый линкер.[0058] In FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a polynucleotide comprising a capture probe, a barcode, and a primer binding site attached to a bead via a 5' linker, with a cleavable linker provided between the capture probe and the barcode.

[0059] На ФИГ. 3 показан пример осуществления полинуклеотида, содержащего штрихкод, сайт связывания праймера и зонд захвата, присоединенный к грануле посредством 3'-линкера.[0059] In FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a polynucleotide comprising a barcode, a primer binding site, and a capture probe attached to a bead via a 3' linker.

[0060] На ФИГ. 4 показан пример осуществления полинуклеотида, содержащего спейсер, штрихкод, сайт связывания праймера и зонд захвата, присоединенный к грануле посредством 5'-линкера.[0060] In FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a polynucleotide containing a spacer, a barcode, a primer binding site, and a capture probe attached to a bead via a 5' linker.

[0061] На ФИГ. 5А показан пример осуществления гранулы с прикрепленным первым полинуклеотидом, содержащим штрихкод, сайт связывания штрихкодового праймера и зонд захвата, и с прикрепленным вторым полинуклеотидом, содержащим индекс и сайт связывания индексного праймера.[0061] In FIG. 5A shows an exemplary embodiment of a bead with an attached first polynucleotide containing a barcode, a barcode primer binding site, and a capture probe, and with an attached second polynucleotide containing an index and an index primer binding site.

[0062] На ФИГ. 5В показан пример осуществления нуклеиновой кислоты-мишени, содержащей однонуклеотидный полиморфизм (SNP), гибридизованный к прикрепленному к грануле зонду захвата.[0062] In FIG. 5B shows an example embodiment of a target nucleic acid containing a single nucleotide polymorphism (SNP) hybridized to a bead-attached capture probe.

[0063] На ФИГ. 5С изображен пример осуществления зонда захвата, удлиненного обнаруживаемым маркером.[0063] In FIG. 5C illustrates an example embodiment of a capture probe extended with a detectable marker.

[0064] На ФИГ. 5D показан пример осуществления штрихкодового праймера, гибридизованного с сайтом связывания штрихкодового праймера, и удлинение штрихкодового праймера.[0064] In FIG. 5D shows an exemplary embodiment of a barcode primer hybridized to a barcode primer binding site and extension of the barcode primer.

[0065] На ФИГ. 5Е показан пример осуществления индексного праймера, гибридизованного с сайтом связывания индексного праймера, и удлинение индексного праймера.[0065] In FIG. 5E shows an exemplary embodiment of an index primer hybridized to an index primer binding site and extension of the index primer.

[0066] На ФИГ. 6А показан пример осуществления: гранулы, содержащей один полинуклеотид, содержащий зонд захвата (слева); гранулы, содержащей зонд захвата нуклеиновой кислоты, полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата, и полинуклеотид, содержащий индекс, позволяющий отличить одну субпопуляцию гранул от другой субпопуляции гранул (в середине); и гранулы, содержащей зонд захвата, содержащий антитело или антигенсвязывающий фрагмент антитела, полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата, и полинуклеотид, содержащий индекс, позволяющий отличить одну субпопуляцию гранул от другой субпопуляции гранул (справа).[0066] In FIG. 6A shows an exemplary embodiment of a bead containing a single polynucleotide containing a capture probe (left); a bead containing a nucleic acid capture probe, a polynucleotide containing a barcode indicating the capture probe, and a polynucleotide containing an index to distinguish one subpopulation of beads from another subpopulation of beads (middle); and a bead containing a capture probe containing an antibody or antigen-binding fragment of an antibody, a polynucleotide containing a barcode indicating the capture probe, and a polynucleotide containing an index allowing one subpopulation of beads to be distinguished from another subpopulation of beads (right).

[0067] На ФИГ. 6В показаны примеры осуществления: гранулы, содержащей первый и второй зонды захвата, гибридизованные с нуклеиновой кислотой-мишенью, причем первый зонд захвата содержит расщепляемый линкер (слева); и гранулы, содержащей зонд захвата белка, который временно связывает субстрат для генерации сигнала, содержащего обнаруживаемую метку (справа).[0067] In FIG. 6B shows exemplary embodiments of: a bead containing first and second capture probes hybridized to a target nucleic acid, the first capture probe containing a cleavable linker (left); and a bead containing a protein capture probe that transiently binds a substrate to generate a signal containing a detectable label (right).

[0068] На ФИГ. 6С показан пример осуществления двухзондового анализа, в котором нуклеиновая кислота-мишень гибридизована с первым и вторым зондами захвата на грануле, первый зонд захвата лигирован по отношению ко второму зонду захвата, а расщепляемый линкер расщеплен для получения гранулы, содержащей удлиненный первый зонд захвата, содержащий обнаруживаемую метку.[0068] In FIG. 6C shows an example implementation of a two-probe assay in which a target nucleic acid is hybridized to first and second capture probes on a bead, the first capture probe is ligated to a second capture probe, and the cleavable linker is cleaved to produce a bead containing an extended first capture probe containing the detectable label.

[0069] На ФИГ. 7А представлена фотография пула гранул, иммобилизованного на проточной кювете.[0069] In FIG. 7A is a photograph of a pool of beads immobilized on a flow cell.

[0070] На ФИГ. 7В представлена гистограмма количества копий для определенных типов гранул в определенных ячейках.[0070] In FIG. 7B shows a copy number histogram for specific bead types in specific bins.

[0071] На ФИГ. 7С представлен график сравнения средней интенсивности С и средней интенсивности Т. Средняя интенсивность С является интенсивностью флуоресценции, поступающей от меченого цитозина в паре нуклеотидов, а средняя интенсивность Т является интенсивностью флуоресценции от меченого тимидина в паре нуклеотидов.[0071] In FIG. 7C is a graph comparing the average intensity C and the average intensity T. The average intensity C is the fluorescence intensity coming from the labeled cytosine in the nucleotide pair, and the average intensity T is the fluorescence intensity from the labeled thymidine in the nucleotide pair.

[0072] На ФИГ. 8 представлена гистограмма количества определенных типов гранул в определенных ячейках для репрезентативной пробы.[0072] In FIG. Figure 8 shows a histogram of the number of certain types of beads in certain cells for a representative sample.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

[0073] Некоторые варианты осуществления, представленные в настоящем документе, включают способы и композиции для обнаружения лигандов-мишеней на матрице. В некоторых вариантах осуществления лиганд-мишень может содержать нуклеиновую кислоту, белок или другой антиген. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата специфически связывается с лигандом-мишенью из образца, определяют положение содержащих зонд захвата гранул в матрице и декодируют гранулу для определения зонда захвата и образца. В некоторых вариантах осуществления штрихкод указывает на наличие зонда захвата, прикрепленного к грануле; а индекс указывает на субпопуляцию гранул. В некоторых вариантах осуществления штрихкод и индекс определяют посредством секвенирования. Некоторые варианты осуществления также включают двухзондовый анализ, в котором первый и второй зонды захвата, прикрепленные к грануле, лигируют друг с другом в присутствии нуклеиновой кислоты-мишени, конец продукта лигирования отщепляют от гранулы, а гранулу, содержащую удлиненный зонд захвата, обнаруживают и декодируют на матрице.[0073] Some embodiments provided herein include methods and compositions for detecting target ligands on a matrix. In some embodiments, the target ligand may comprise a nucleic acid, protein, or other antigen. In some embodiments, the capture probe specifically binds to a target ligand from the sample, the position of the capture probe-containing beads in the matrix is determined, and the bead is decoded to determine the capture probe and the sample. In some embodiments, the barcode indicates the presence of a capture probe attached to the bead; and the index indicates a subpopulation of granules. In some embodiments, the barcode and index are determined through sequencing. Some embodiments also include a two-probe assay in which the first and second capture probes attached to the bead are ligated to each other in the presence of a target nucleic acid, the end of the ligation product is cleaved from the bead, and the bead containing the extended capture probe is detected and decoded to matrix.

[0074] Некоторые варианты осуществления, представленные в настоящем документе, относятся к высокопроизводительному генотипированию на матрицах. Некоторые варианты осуществления относятся к декодированию положений микроэлементов в матрице. В некоторых вариантах осуществления микроэлементы содержат полинуклеотиды, имеющие штрихкоды и индексы. Некоторые варианты осуществления включают секвенирование штрихкодов и индексов для определения положений полинуклеотидов в матрице.[0074] Some embodiments presented herein relate to high-throughput array genotyping. Some embodiments relate to decoding the positions of microelements in the matrix. In some embodiments, the trace elements comprise polynucleotides having barcodes and indexes. Some embodiments include sequencing barcodes and indexes to determine the positions of polynucleotides in the array.

[0075] Декодирование путем гибридизации включает определение положения зонда захвата в матрице зондов захвата, распределенной случайным образом. Способ обычно включает несколько последовательных циклов гибридизации меченых зондов гибридизации с одним или более участками зонда захвата, визуализацию событий гибридизации и удаление зондов гибридизации. Для декодирования путем гибридизации требуются специальные реагенты, специальные жидкостные устройства и специальные детекторы. В некоторых вариантах осуществления декодирование путем гибридизации может занимать до 8 часов с 7-8 последовательными циклами.[0075] Hybridization decoding involves determining the position of a capture probe in a randomly distributed capture probe matrix. The method typically involves several successive cycles of hybridizing labeled hybridization probes to one or more capture probe sites, visualizing the hybridization events, and removing the hybridization probes. Decoding by hybridization requires special reagents, special liquid devices and special detectors. In some embodiments, hybridization decoding can take up to 8 hours with 7-8 consecutive cycles.

[0076] Варианты осуществления изобретения включают случайным образом распределенные матрицы полинуклеотидов, содержащие сайт связывания праймера и штрихкод. В некоторых вариантах осуществления штрихкод можно быстро секвенировать для декодирования матрицы с использованием высокопроизводительной системы секвенирования. Некоторые варианты осуществления могут существенно сократить время, необходимое для декодирования матрицы без дополнительных реагентов, зондов гибридизации или специализированного декодирующего оборудования.[0076] Embodiments of the invention include randomly distributed arrays of polynucleotides containing a primer binding site and a barcode. In some embodiments, the barcode can be quickly sequenced to decode the template using a high-throughput sequencing system. Some embodiments can significantly reduce the time required to decode an array without additional reagents, hybridization probes, or specialized decoding equipment.

[0077] Некоторые варианты осуществления включают применение методик секвенирования следующего поколения (NGS) и микрочипов на основе гранул. В некоторых таких вариантах осуществления предложены высокоэффективные недорогие и высокопроизводительные генотипирующие анализы, которые можно выполнять на стандартной платформе для секвенирования NGS с небольшими модификациями субстратов и реагентов.[0077] Some embodiments include the use of next generation sequencing (NGS) techniques and bead-based microarrays. Some such embodiments provide high-throughput, low-cost, high-throughput genotyping assays that can be performed on a standard NGS sequencing platform with minor modifications to substrates and reagents.

[0078] В некоторых способах мультиплексирования множество образцов нуклеиновых кислот из разных источников можно обрабатывать параллельно с поддержанием физического разделения каждого образца. Некоторые варианты осуществления, представленные в настоящем документе, включают способ индексирования нуклеиновой кислоты, который путем индексирования каждого образца по индексу на соответствующей грануле устраняет необходимость в физических барьерах, разделяющих отдельные образцы на всех стадиях. В некоторых вариантах осуществления демультиплексирование индексов выполняют путем секвенирования, и это можно обеспечить на объекте потребителя с использованием стандартного химического секвенирования путем синтеза (SBS). Кроме того, при принятии подхода с использованием декодирования путем секвенирования (DBS), который можно обеспечить на объекте потребителя с использованием стандартной платформы и химического SBS, сокращаются ограничения по затратам, пространству и времени, связанные с внутренним декодированием матрицы гранул.[0078] In some multiplexing methods, multiple nucleic acid samples from different sources can be processed in parallel while maintaining physical separation of each sample. Some embodiments presented herein include a nucleic acid indexing method that, by indexing each sample by index on a corresponding bead, eliminates the need for physical barriers separating individual samples at all stages. In some embodiments, index demultiplexing is performed by sequencing, and this can be achieved at the customer's site using standard synthetic sequencing (SBS) chemistry. Additionally, by adopting a decoding-by-sequencing (DBS) approach, which can be provided at the customer's site using a standard platform and chemical SBS, the cost, space and time constraints associated with in-house decoding of the bead matrix are reduced.

[0079] Некоторые варианты осуществления содержат пул гранул с индексированным обогащением, содержащий гранулу, изображенную на ФИГ. 5А. В некоторых таких вариантах осуществления гранула содержит первый полинуклеотид, содержащий локус-специфический зонд захвата, штрихкод для идентификации положения соответствующего зонда на матрице и сайт связывания штрихкодового праймера для считывания штрихкода посредством SBS; и второй полинуклеотид, содержащий индекс для мультиплексирования образца и сайт связывания индексного праймера для считывания индекса посредством SBS.[0079] Some embodiments comprise a pool of indexed enrichment beads containing the bead shown in FIG. 5A. In some such embodiments, the bead comprises a first polynucleotide comprising a locus-specific capture probe, a barcode to identify the position of the corresponding probe on the array, and a barcode primer binding site for reading the barcode by SBS; and a second polynucleotide containing an index for sample multiplexing and an index primer binding site for reading the index by SBS.

[0080] В некоторых вариантах осуществления сложность пула гранул определяется количеством зондов захвата или количеством составных (N) и количеством поддерживаемых (S) образцов. Таким образом, пул гранул, поддерживающий количество составных N и образцов S, будет состоять из S × N уникальных типов гранул. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата и/или индексные праймеры включают дополнительные 3'-ортогональные блокаторы для предотвращения интерференции во время SBS на одном из двух олигонуклеотидов.[0080] In some embodiments, the complexity of the bead pool is determined by the number of capture probes or the number of composites (N) and the number of samples supported (S). Thus, a pool of granules that supports a number of composites N and samples S will consist of S × N unique granule types. In some embodiments, the capture probes and/or index primers include additional 3' orthogonal blockers to prevent interference during SBS on one of the two oligonucleotides.

[0081] Некоторые варианты осуществления включают проведение анализа генотипирования, в котором в многолуночный планшет, содержащий S лунок, загружают S пулов гранул, причем каждый пул гранул имеет уникальный индекс образца, при этом каждая лунка содержит N уникальных типов гранул. После генерирования библиотеки нуклеиновых кислот из образцов такая обработка образца нуклеиновой кислоты на стадиях, включающих случайную амплификацию праймера с последующей ферментативной фрагментацией и очисткой, каждую библиотеку образцов добавляют в индексированную лунку и позволяют гибридизироваться с зондами захвата. После завершения гибридизации путем добавления инкорпорационной смеси, которая включает флуоресцентные нуклеотиды и соответствующую полимеразу, выполняют анализ достройки по одному основанию для зондирования представляющего интерес SNP. В конце встраивания все образцы захвата гранул на планшете объединяют и загружают в проточную кювету. Проточная кювета может быть ровной или структурированной, а поверхность может быть надлежащим образом модифицирована для поддержания иммобилизации гранул при желаемой плотности. В некоторых вариантах осуществления после иммобилизации гранул выполняют считывание SNP, которое включает один цикл сканирования для считывания сигнала, полученного от флуоресцентной инкорпорации на сайте SNP. Этот цикл может включать цикл SBS на устройстве. Для определения зонда захвата и положения конкретной гранулы внутри проточной кюветы также проводят считывание штрихкода, которое включает 12-20 циклов SBS, в зависимости от количества составных пула гранул. В некоторых вариантах осуществления эту стадию можно заменять дополнительными циклами секвенирования после определенного SNP. Кроме того, выполняют считывание индекса образца, которое включает 6-12 циклов SBS для чтения индекса образца. В некоторых вариантах осуществления весь анализ на проточной кювете может включать менее около 30 циклов SBS и может выполняться менее чем за 4 часа.[0081] Some embodiments include conducting a genotyping assay in which a multiwell plate containing S wells is loaded with S pools of beads, each pool of beads having a unique sample index, with each well containing N unique types of beads. After generating a nucleic acid library from the samples, processing the nucleic acid sample in steps involving random primer amplification followed by enzymatic fragmentation and purification, each sample library is added to an index well and allowed to hybridize with the capture probes. Once hybridization is complete by adding an incorporation mixture that includes fluorescent nucleotides and the appropriate polymerase, a single base extension assay is performed to probe the SNP of interest. At the end of the embedding, all bead capture samples on the plate are combined and loaded into the flow cell. The flow cell can be smooth or structured, and the surface can be suitably modified to maintain bead immobilization at the desired density. In some embodiments, after immobilization of the beads, an SNP readout is performed, which involves one scan cycle to read the signal obtained from the fluorescent incorporation at the SNP site. This cycle may include an SBS cycle on the device. To determine the capture probe and the position of a particular bead within the flow cell, a barcode reading is also performed, which involves 12-20 cycles of SBS, depending on the number of constituent bead pools. In some embodiments, this step can be replaced with additional rounds of sequencing after a specific SNP. In addition, a sample index reading is performed, which includes 6-12 SBS cycles to read the sample index. In some embodiments, the entire flow cell analysis may involve less than about 30 SBS cycles and may be completed in less than 4 hours.

[0082] В настоящем документе термин «матрица» может относиться к популяции различных микроэлементов, таких как микроэлементы, содержащие полинуклеотиды, которые связаны или прикреплены к поверхности так, что разные микроэлементы можно отличить друг от друга в соответствии с относительным положением. Отдельный элемент матрицы может включать в себя одну копию микроэлемента или же может присутствовать множество копий микроэлемента в виде популяции микроэлементов в отдельном элементе матрицы. Популяция микроэлементов в каждом элементе, как правило, является гомогенной и имеет один вид микроэлементов. Таким образом, на элементе может присутствовать множество копий одной нуклеотидной последовательности, например, множество молекул нуклеиновых кислот, имеющих одинаковую последовательность.[0082] As used herein, the term “matrix” may refer to a population of various trace elements, such as trace elements containing polynucleotides, that are associated or attached to a surface such that the different trace elements can be distinguished from each other according to relative position. A single matrix element may include a single copy of a trace element, or multiple copies of a trace element may be present as a population of trace elements within a single matrix element. The population of microelements in each element is usually homogeneous and has one type of microelements. Thus, multiple copies of a single nucleotide sequence may be present on an element, for example, multiple nucleic acid molecules having the same sequence.

[0083] В некоторых вариантах осуществления на элементе может присутствовать гетерогенная популяция микроэлементов. Таким образом, элемент может, но не обязательно, включать только один вид микроэлемента и может вместо этого содержать множество различных видов микроэлементов, таких как смесь нуклеиновых кислот, имеющих различные последовательности. Соседние элементы матрицы могут отделяться друг от друга без перекрывания. Соответственно, элементы могут быть расположены рядом друг с другом или разделяться гэпом. В вариантах осуществления, в которых элементы разнесены друг от друга, соседние сайты могут быть разнесены, например, на расстояние менее 100 мкм, 50 мкм, 10 мкм, 5 мкм, 1 мкм, 0,5 мкм, 100 нм, 50 нм, 10 нм, 5 нм, 1 нм, 0,5 нм, 100 пм, 50 пм, 1 пм или любое расстояние в пределах диапазона из любых двух вышеперечисленных расстояний. Расположение элементов на матрице также можно понимать с точки зрения межцентровых расстояний между соседними элементами. Используемая в изобретении матрица может иметь соседние элементы с межцентровым расстоянием менее около 100 мкм, 50 мкм, 10 мкм, 5 мкм, 1 мкм, 0,5 мкм, 100 нм, 50 нм, 10 нм, 5 нм, 1 нм, 0,5 нм, 100 пм, 50 пм, 1 пм или любым расстоянием в пределах диапазона из любых двух вышеперечисленных расстояний.[0083] In some embodiments, a heterogeneous population of trace elements may be present on the element. Thus, an element may not necessarily include only one type of trace element and may instead contain many different kinds of trace elements, such as a mixture of nucleic acids having different sequences. Adjacent matrix elements can be separated from each other without overlapping. Accordingly, elements can be located next to each other or separated by a gap. In embodiments in which the elements are spaced apart, adjacent sites may be spaced, for example, less than 100 μm, 50 μm, 10 μm, 5 μm, 1 μm, 0.5 μm, 100 nm, 50 nm, 10 nm, 5 nm, 1 nm, 0.5 nm, 100 pm, 50 pm, 1 pm or any distance within the range of any two of the above distances. The arrangement of elements on a matrix can also be understood in terms of center-to-center distances between adjacent elements. The matrix used in the invention may have adjacent elements with a center-to-center distance of less than about 100 μm, 50 μm, 10 μm, 5 μm, 1 μm, 0.5 μm, 100 nm, 50 nm, 10 nm, 5 nm, 1 nm, 0. 5 nm, 100 pm, 50 pm, 1 pm or any distance within the range of any two of the above distances.

[0084] В некоторых вариантах осуществления значения расстояний, описанные выше или в любом другом месте этого документа, могут представлять собой среднее расстояние между соседними элементами матрицы. Таким образом, не все соседние элементы должны находиться в указанном диапазоне, если иное не указано особо, например, посредством конкретного утверждения о том, что расстояние представляет собой пороговое расстояние между всеми соседними элементами матрицы. Варианты осуществления могут использоваться с матрицами, имеющими элементы с различными значениями плотности. Примеры диапазонов значений плотности для некоторых вариантов осуществления включают от около 10000000 элементов/см2 до около 2000000000 элементов/см2; от около 100000000 элементов/см2 до около 1000000000 элементов/см2; от около 100000 элементов/см2 до около 10000000 элементов/см2; от около 1000000 элементов/см2 до около 5000000 элементов/см2; от около 10000 элементов/см2 до около 100000 элементов/см2; от около 20000 элементов/см2 до около 50000 элементов/см2; от около 1000 элементов/см2 до около 5000 элементов/см2 или любую плотность в пределах диапазона из любых двух вышеуказанных плотностей.[0084] In some embodiments, the distance values described above or elsewhere herein may represent the average distance between adjacent matrix elements. Thus, not all adjacent elements need be within the specified range unless otherwise specifically stated, for example by specifically stating that the distance is a threshold distance between all adjacent matrix elements. Embodiments may be used with matrices having elements with different densities. Examples of density ranges for some embodiments include from about 10,000,000 elements/cm 2 to about 200,000,000 elements/cm 2 ; from about 100,000,000 elements/cm 2 to about 1000,000,000 elements/cm 2 ; from about 100,000 elements/cm 2 to about 10,000,000 elements/cm 2 ; from about 1,000,000 elements/cm 2 to about 5,000,000 elements/cm 2 ; from about 10,000 elements/cm 2 to about 100,000 elements/cm 2 ; from about 20,000 elements/cm 2 to about 50,000 elements/cm 2 ; from about 1000 elements/cm 2 to about 5000 elements/cm 2 or any density within the range of any two of the above densities.

[0085] В настоящем документе термин «поверхность» может относиться к части субстрата или опорной структуры, которая доступна для контакта с реагентами, гранулами или аналитами. Поверхность может быть по существу ровной или плоской. Альтернативно поверхность может иметь закругленную или контурную форму. Примерами контуров, которые можно использовать на поверхности, являются лунки, выемки, столбики, ребра, каналы или т.п.Примеры материалов, которые можно использовать в качестве субстрата или опорной конструкции, включают стекло, такое как модифицированное или функционализированное стекло; пластик, такой как акриловый, полистироловый или из сополимера стирола и другого материала, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, полиуретан или ТЕФЛОН; полисахариды или сшитые полисахариды, такие как агароза или сефароза; нейлон; нитроцеллюлозу; смолу; кремнезем или материалы на основе кремнезема, включая кремний и модифицированный кремний; углеродное волокно; металл; неорганическое стекло; пучок оптических волокон или различные другие полимеры. Поверхность, пригодная для использования в рамках изобретения, может быть изготовлена из одного материала или смеси нескольких различных материалов. В некоторых вариантах осуществления поверхность содержит лунки. В некоторых вариантах осуществления опорная конструкция может содержать один или более слоев. Примеры опорных конструкций могут включать чип, пленку, многолуночный планшет и проточную кювету.[0085] As used herein, the term “surface” may refer to the portion of a substrate or support structure that is available for contact with reagents, beads, or analytes. The surface may be substantially level or flat. Alternatively, the surface may have a rounded or contoured shape. Examples of contours that can be used on a surface include dimples, recesses, pillars, ribs, channels, or the like. Examples of materials that can be used as a substrate or support structure include glass, such as modified or functionalized glass; plastic such as acrylic, polystyrene or styrene copolymer, polypropylene, polyethylene, polybutylene, polyurethane or TEFLON; polysaccharides or cross-linked polysaccharides such as agarose or sepharose; nylon; nitrocellulose; resin; silica or silica-based materials, including silicon and modified silicon; carbon fiber; metal; inorganic glass; bundle of optical fibers or various other polymers. A surface suitable for use in the context of the invention may be made from a single material or a mixture of several different materials. In some embodiments, the surface contains dimples. In some embodiments, the support structure may comprise one or more layers. Examples of support structures may include a chip, film, multiwell plate, and flow cell.

[0086] В настоящем документе термин «гранула» может относиться к небольшому телу, изготовленному из жесткого или полужесткого материала. Тело может иметь форму, описываемую, например, как сфера, овал, микросфера, или иную принятую форму частиц с симметричными или несимметричными размерами. Примеры материалов, которые можно использовать в гранулах, включают стекло, такое как модифицированное или функционализированное стекло; пластик, такой как акриловый, полистироловый или из сополимера стирола и другого материала, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, полиуретан или ТЕФЛОН; полисахариды или сшитые полисахариды, такие как агароза или сефароза; нейлон; нитроцеллюлозу; смолу; кремнезем или материалы на основе кремнезема, включая кремний и модифицированный кремний; углеродное волокно; металл; неорганическое стекло; или различные другие полимеры. Примеры гранул включают в себя стеклянные гранулы с контролируемыми порами, парамагнитные гранулы, золь двуокиси тория, гранулы сефарозы, нанокристаллы и другие известные в данной области гранулы. Гранулы могут быть изготовлены из биологических или небиологических материалов. Магнитные гранулы особенно подходят для использования из-за простоты манипуляций с магнитными гранулами с помощью магнитов на различных стадиях способов, описанных в настоящем документе. Гранулы, используемые в определенных вариантах осуществления, могут иметь диаметр, ширину или длину от около 0,1 мкм до около 100 мкм, от около 0,1 нм до около 500 нм. В некоторых вариантах осуществления, гранулы, используемые в определенных вариантах изобретения, могут иметь диаметр, ширину или длину менее около 100 мкм, 50 мкм, 10 мкм, 5 мкм, 1 мкм, 0,5 мкм, 100 нм, 50 нм, 10 нм, 5 нм, 1 нм, 0,5 нм, 100 пм, 50 пм, 1 пм или любой диаметр, ширину или длину в пределах диапазона из любых двух вышеперечисленных значений диаметра, ширины или длины. Размер гранулы можно выбрать таким образом, чтобы она имела уменьшенный размер и, следовательно, можно было обеспечить больше элементов на единицу площади с сохранением при этом достаточного сигнала (копии темплата на элемент) для анализа этих элементов.[0086] As used herein, the term "pellet" may refer to a small body made of a rigid or semi-rigid material. The body may have a shape described, for example, as a sphere, oval, microsphere, or other conventional particle shape with symmetrical or asymmetrical dimensions. Examples of materials that can be used in the granules include glass, such as modified or functionalized glass; plastic such as acrylic, polystyrene or styrene copolymer, polypropylene, polyethylene, polybutylene, polyurethane or TEFLON; polysaccharides or cross-linked polysaccharides such as agarose or sepharose; nylon; nitrocellulose; resin; silica or silica-based materials, including silicon and modified silicon; carbon fiber; metal; inorganic glass; or various other polymers. Examples of beads include controlled pore glass beads, paramagnetic beads, thorium dioxide sol, Sepharose beads, nanocrystals and other beads known in the art. Granules can be made from biological or non-biological materials. Magnetic beads are particularly suitable for use due to the ease with which magnetic beads can be manipulated using magnets at various stages of the methods described herein. The beads used in certain embodiments may have a diameter, width, or length from about 0.1 μm to about 100 μm, from about 0.1 nm to about 500 nm. In some embodiments, the beads used in certain embodiments of the invention may have a diameter, width, or length less than about 100 μm, 50 μm, 10 μm, 5 μm, 1 μm, 0.5 μm, 100 nm, 50 nm, 10 nm , 5 nm, 1 nm, 0.5 nm, 100 pm, 50 pm, 1 pm or any diameter, width or length within the range of any two of the above diameters, widths or lengths. The size of the bead can be chosen so that it has a reduced size and therefore can provide more elements per unit area while maintaining sufficient signal (template copies per element) to analyze those elements.

[0087] В некоторых вариантах осуществления полинуклеотиды могут быть прикреплены к гранулам. В некоторых вариантах осуществления гранулы могут быть распределены в лунки на поверхности субстрата. Пример матриц гранул, которые можно использовать в определенных вариантах осуществления, включают технологию произвольного порядка BEADARRAY (Illumina Inc., г. Сан-Диего, штат Калифорния). Такие матрицы гранул описаны в публикациях Michael et al., Anal Chem 70, 1242-8 (1998); Walt, Science 287, 451-2 (2000); Fan et al., Cold Spring Harb Symp Quant Biol 68:69-78 (2003); Gunderson et al., Nat Genet 37:549-54 (2005); Bibikova et al. Am J Pathol 165:1799-807 (2004); Fan et al., Genome Res 14:878-85 (2004); Kuhn et al., Genome Res 14:2347-56 (2004); Yeakley et al., Nat Biotechnol 20:353-8 (2002); и Bibikova et al., Genome Res 16:383-93 (2006), каждая из которых полностью включена в настоящий документ путем ссылки.[0087] In some embodiments, polynucleotides may be attached to beads. In some embodiments, the beads may be distributed into wells on the surface of the substrate. An example of bead matrices that can be used in certain embodiments include BEADARRAY random order technology (Illumina Inc., San Diego, Calif.). Such bead matrices are described in Michael et al., Anal Chem 70, 1242-8 (1998); Walt, Science 287, 451-2 (2000); Fan et al., Cold Spring Harb Symp Quant Biol 68:69-78 (2003); Gunderson et al., Nat Genet 37:549-54 (2005); Bibikova et al. Am J Pathol 165:1799-807 (2004); Fan et al., Genome Res 14:878-85 (2004); Kuhn et al., Genome Res 14:2347-56 (2004); Yeakley et al., Nat Biotechnol 20:353-8 (2002); and Bibikova et al., Genome Res 16:383-93 (2006), each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0088] В настоящем документе термины «полинуклеотид» и «нуклеиновая кислота» могут использоваться взаимозаменяемо и могут относиться к полимерной форме нуклеотидов любой длины, либо рибонуклеотидов, либо дезоксирибонуклеотидов. Таким образом, этот термин включает одно-, двух- или многоцепочечную ДНК или РНК. Термин «полинуклеотид» также относится как к двухцепочечным, так и к одноцепочечным молекулам. Примеры полинуклеотидов включают ген или фрагмент гена, геномную ДНК, фрагмент геномной ДНК, экзон, интрон, матричную РНК (мРНК), транспортную РНК, рибосомную РНК, некодирующую РНК (нкРНК), такую как РНК, взаимодействующую с PIWI (пиРНК), малую интерферирующую РНК (миРНК) и длинную некодирующую РНК (длнкРНК), малую шпилечную (мшРНК), малую ядерную РНК (мяРНК), микроРНК (мкрРНК), малую ядрышковую РНК (мяшРНК) и вирусную РНК, рибозим, кДНК, рекомбинантный полинуклеотид, разветвленный полинуклеотид, плазмиду, вектор, изолированную ДНК любой последовательности, изолированную РНК любой последовательности, полинуклеотидный зонд, праймер или амплифицированную копию любого из вышеперечисленных вариантов. Полинуклеотид может включать в себя модифицированные нуклеотиды, такие как метилированные нуклеотиды и аналоги нуклеотидов, включая нуклеотиды с неприродными основаниями, нуклеотиды с модифицированными природными основаниями, такими как аза- или деазапурины. Полинуклеотид может состоять из конкретной последовательности четырех нуклеотидных оснований: аденина (А), цитозина (Ц), гуанина (Г) и тимина (Т). Также может присутствовать урацил (У), например, в качестве естественной замены тимина, если полинуклеотид представляет собой РНК. Урацил также может использоваться в ДНК. Таким образом, термин «последовательность» относится к буквенному представлению полинуклеотида или любой молекулы нуклеиновой кислоты, включая природные и неприродные основания.[0088] As used herein, the terms “polynucleotide” and “nucleic acid” may be used interchangeably and may refer to the polymeric form of nucleotides of any length, either ribonucleotides or deoxyribonucleotides. Thus, the term includes single-, double-, or multi-stranded DNA or RNA. The term "polynucleotide" also refers to both double-stranded and single-stranded molecules. Examples of polynucleotides include a gene or gene fragment, genomic DNA, genomic DNA fragment, exon, intron, messenger RNA (mRNA), transfer RNA, ribosomal RNA, non-coding RNA (ncRNA) such as PIWI-interacting RNA (piRNA), small interfering RNA RNA (siRNA) and long non-coding RNA (lncRNA), small hairpin RNA (shRNA), small nuclear RNA (snRNA), microRNA (scrRNA), small nucleolar RNA (snoRNA) and viral RNA, ribozyme, cDNA, recombinant polynucleotide, branched polynucleotide, plasmid, vector, isolated DNA of any sequence, isolated RNA of any sequence, polynucleotide probe, primer or an amplified copy of any of the above options. The polynucleotide may include modified nucleotides, such as methylated nucleotides and nucleotide analogs, including nucleotides with non-natural bases, nucleotides with modified natural bases, such as aza- or deazapurines. A polynucleotide may consist of a specific sequence of four nucleotide bases: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) and thymine (T). Uracil (U) may also be present, for example as a natural replacement for thymine if the polynucleotide is RNA. Uracil can also be used in DNA. Thus, the term "sequence" refers to the literal representation of a polynucleotide or any nucleic acid molecule, including natural and non-natural bases.

[0089] В настоящем документе термин «нуклеиновая кислота-мишень» или его грамматический эквивалент может относиться к молекулам или последовательностям нуклеиновой кислоты, которые необходимо секвенировать, анализировать и/или дополнительно обработать. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновая кислота-мишень может быть присоединена к матрице. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата может быть присоединен к матрице, а матрицу впоследствии можно использовать для обнаружения нуклеиновой кислоты-мишени в образце, который взаимодействует с зондом. В связи с этим следует понимать, что в отношении способов обнаружения нуклеиновых кислот в некоторых вариантах осуществления термины «мишень» и «зонд» могут использоваться взаимозаменяемо.[0089] As used herein, the term “target nucleic acid” or its grammatical equivalent may refer to molecules or nucleic acid sequences that need to be sequenced, analyzed and/or further processed. In some embodiments, the target nucleic acid may be attached to a template. In some embodiments, a capture probe can be attached to an array, and the array can subsequently be used to detect a target nucleic acid in a sample that interacts with the probe. Accordingly, it should be understood that with respect to methods for detecting nucleic acids, in some embodiments, the terms “target” and “probe” may be used interchangeably.

[0090] В настоящем документе термин «зонд захвата» может относиться к полинуклеотиду, имеющему достаточную комплементарность, чтобы специфически гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью. Зонд захвата может функционировать как аффинная связывающая молекула для выделения нуклеиновой кислоты-мишени из других нуклеиновых кислот и/или компонентов в смеси. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновая кислота-мишень может быть специфически связана зондом захвата через промежуточные молекулы. Примеры промежуточных молекул включают линкеры, адаптеры и другие мостиковые нуклеиновые кислоты, имеющие достаточную комплементарность, чтобы специфически гибридизоваться как с целевой последовательностью, так и с зондом захвата.[0090] As used herein, the term “capture probe” may refer to a polynucleotide having sufficient complementarity to specifically hybridize to a target nucleic acid. The capture probe may function as an affinity binding molecule to isolate the target nucleic acid from other nucleic acids and/or components in the mixture. In some embodiments, the target nucleic acid may be specifically bound by a capture probe via intermediate molecules. Examples of intermediate molecules include linkers, adapters, and other bridging nucleic acids having sufficient complementarity to specifically hybridize to both the target sequence and the capture probe.

[0091] В настоящем документе термин «гибридизация», «гибридизировать» или их грамматический эквивалент может относиться к реакции, в которой один или более полинуклеотидов взаимодействуют с образованием комплекса, который по меньшей мере частично образован посредством водородных связей между основаниями нуклеотидных остатков. Водородные связи могут возникать посредством спаривания оснований по Уотсону-Крику, связывания по Хугстину или любым другим специфичным для последовательности способом. Комплекс может иметь две цепочки, образующие дуплексную структуру, три или более цепочки, образующие многоцепочечный комплекс, одну самогибридизующуюся цепь или любую их комбинацию. Кроме водородного связывания цепочки также могут быть поперечно-сшитыми или соединены иными силами.[0091] As used herein, the term “hybridization,” “hybridize,” or their grammatical equivalent may refer to a reaction in which one or more polynucleotides react to form a complex that is at least partially formed through hydrogen bonds between the bases of nucleotide residues. Hydrogen bonds can occur through Watson-Crick base pairing, Hoogsteen bonding, or any other sequence-specific manner. The complex may have two chains forming a duplex structure, three or more chains forming a multistrand complex, one self-hybridizing chain, or any combination thereof. In addition to hydrogen bonding, chains can also be cross-linked or connected by other forces.

[0092] В настоящем документе термины «удлиняющий», «удлинение» или их любые грамматические эквиваленты могут относиться к добавлению дНТФ к праймеру, полинуклеотиду или другой молекуле нуклеиновой кислоты ферментом-удлинителем, таким как полимераза. Например, в некоторых способах, описанных в настоящем документе, полученный удлиненный праймер содержит информацию о последовательности РНК. Хотя в некоторых вариантах осуществления описано выполнение удлинения с использованием полимеразы, такой как ДНК-полимераза или обратная транскриптаза, удлинение может быть выполнено любым другим способом, хорошо известным в данной области. Например, удлинение можно выполнять путем лигирования коротких отрезков случайно выбранных олигонуклеотидов друг с другом, например, олигонуклеотидов, которые гибридизовались с представляющей интерес цепью.[0092] As used herein, the terms “extension,” “extension,” or any grammatical equivalent thereof, may refer to the addition of a dNTP to a primer, polynucleotide, or other nucleic acid molecule by an extension enzyme such as a polymerase. For example, in some of the methods described herein, the resulting extended primer contains RNA sequence information. Although some embodiments describe performing extension using a polymerase, such as DNA polymerase or reverse transcriptase, extension can be performed by any other method well known in the art. For example, extension can be accomplished by ligating short stretches of randomly selected oligonucleotides to each other, for example, oligonucleotides that have hybridized to the strand of interest.

[0093] В настоящем документе термины «лигирование», «лигировать» или другие их грамматические эквиваленты могут относиться к соединению двух нуклеотидных цепей фосфодиэфирной связью. Такая реакция может быть катализирована лигазой. Термин «лигаза» относится к классу ферментов, которые катализируют эту реакцию с гидролизом АТФ или аналогичного трифосфата.[0093] As used herein, the terms “ligation,” “ligate,” or other grammatical equivalents thereof may refer to the joining of two nucleotide chains by a phosphodiester bond. This reaction can be catalyzed by a ligase. The term "ligase" refers to a class of enzymes that catalyze this reaction to hydrolyze ATP or a similar triphosphate.

Декодирование путем секвенированияDecoding by sequencing

[0094] Варианты осуществления включают декодирование положения микроэлементов матрицы с использованием высокопроизводительного секвенирования. В некоторых вариантах осуществления микроэлементы матрицы содержат полинуклеотиды. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотиды можно случайным образом распределить на поверхности субстрата. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотид может содержать сайт связывания праймера и штрихкод. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотид может содержать зонд захвата, сайт связывания праймера и штрихкод.[0094] Embodiments include decoding the position of microarray elements using high-throughput sequencing. In some embodiments, the matrix microelements comprise polynucleotides. In some embodiments, the polynucleotides may be randomly distributed on the surface of the substrate. In some embodiments, the polynucleotide may comprise a primer binding site and a barcode. In some embodiments, the polynucleotide may comprise a capture probe, a primer binding site, and a barcode.

[0095] Некоторые варианты осуществления для декодирования положения полинуклеотидов в матрице могут включать (а) получение субстрата, имеющего матрицу полинуклеотидов, распределенных на поверхности субстрата, причем каждый полинуклеотид содержит штрихкод и сайт связывания праймера; (b) гибридизацию множества праймеров с сайтами связывания праймера; и (с) определение последовательностей штрихкодов путем удлинения гибридизованных праймеров. В некоторых таких вариантах осуществления последовательность каждого штрихкода может указывать положение полинуклеотида в матрице. Например, в некоторых вариантах осуществления матрицу можно получить с использованием полинуклеотидов, причем известно, что штрихкоды ассоциируются с определенными зондами захвата, так что определение положения штрихкода на матрице может указывать на положение соответствующего зонда захвата. В таких вариантах осуществления каждый полинуклеотид может быть связан с зондом захвата через общий элемент. Например, каждый полинуклеотид и зонд захвата может быть связан с одним и тем же микроэлементом, таким как гранула. В дополнительных таких вариантах осуществления каждый полинуклеотид может содержать зонд захвата.[0095] Some embodiments for decoding the position of polynucleotides in a matrix may include (a) providing a substrate having a matrix of polynucleotides distributed on the surface of the substrate, each polynucleotide containing a barcode and a primer binding site; (b) hybridizing multiple primers to primer binding sites; and (c) determining barcode sequences by extending hybridized primers. In some such embodiments, the sequence of each barcode may indicate the position of the polynucleotide in the array. For example, in some embodiments, the array may be generated using polynucleotides, where barcodes are known to be associated with certain capture probes such that determining the position of the barcode on the array may indicate the position of the corresponding capture probe. In such embodiments, each polynucleotide may be linked to a capture probe through a common element. For example, each polynucleotide and capture probe may be associated with the same trace element, such as a bead. In further such embodiments, each polynucleotide may comprise a capture probe.

[0096] В некоторых вариантах осуществления штрихкод может содержать нуклеотидную последовательность, которую можно использовать для определения полинуклеотида в матрице. Штрихкод может содержать уникальную нуклеотидную последовательность, отличимую от других штрихкодов. Она также может быть отличима от других нуклеотидных последовательностей в полинуклеотидах и нуклеиновых кислотах-мишенях по последовательности штрихкода, а также по положению штрихкода в полинуклеотиде, например, по его положению в направлении 5' от сайта связывания праймера. Например, в некоторых вариантах осуществления в множестве нуклеиновых кислот последовательность штрихкода может присутствовать более одного раза, однако штрихкод, расположенный на 5' от сайта связывания праймера, может быть обнаружен. Штрихкод может иметь любую желаемую длину последовательности, достаточную для обеспечения уникальной нуклеотидной последовательности в пределах множества штрихкодов в популяции и/или в пределах множества анализируемых или запрашиваемых полинуклеотидов и нуклеиновых кислот-мишеней. В некоторых вариантах осуществления штрихкод является нуклеиновой кислотой или областью внутри полинуклеотида в диапазоне около 6-30 нуклеотидов. Штрихкод может содержать, например, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17,18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 или 30 нуклеотидов, или он может быть длиннее. Например, штрихкод может содержать 35, 40, 45 или 50 нуклеотидов, или он может быть длиннее. Подходящие штрихкоды для некоторых вариантов осуществления описаны в патенте США №8,053,192, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки. В некоторых вариантах осуществления штрихкод может отличать полинуклеотид от другого полинуклеотида в матрице, так что каждый штрихкод отличается от другого штрихкода. В некоторых вариантах осуществления штрихкод может отличать популяцию полинуклеотидов от другой популяции полинуклеотидов в матрице, так что набор штрихкодов отличается от другого набора штрихкодов.[0096] In some embodiments, the barcode may contain a nucleotide sequence that can be used to identify a polynucleotide in the array. A barcode may contain a unique nucleotide sequence that is distinguishable from other barcodes. It can also be distinguished from other nucleotide sequences in target polynucleotides and nucleic acids by the barcode sequence, as well as by the position of the barcode in the polynucleotide, for example, its position 5' from the primer binding site. For example, in some embodiments, a barcode sequence may be present more than once in multiple nucleic acids, but a barcode located 5' from the primer binding site may be detected. The barcode may be of any desired sequence length sufficient to provide a unique nucleotide sequence within a plurality of barcodes in a population and/or within a plurality of target polynucleotides and nucleic acids being analyzed or interrogated. In some embodiments, the barcode is a nucleic acid or region within a polynucleotide in the range of about 6-30 nucleotides. The barcode may contain, for example, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17,18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 or 30 nucleotides, or it can be longer. For example, a barcode may be 35, 40, 45 or 50 nucleotides long, or it may be longer. Suitable barcodes for some embodiments are described in US Patent No. 8,053,192, which is incorporated herein by reference in its entirety. In some embodiments, the barcode may distinguish a polynucleotide from another polynucleotide in the array, such that each barcode is different from the other barcode. In some embodiments, the barcode may distinguish a population of polynucleotides from another population of polynucleotides in the array, such that a set of barcodes is different from another set of barcodes.

[0097] В некоторых вариантах осуществления сайт связывания праймера может быть 3' относительно штрихкода, так что праймер, гибридизованный с сайтом связывания праймера, можно удлинить с образованием комплемента штрихкода. Например, для получения последовательности штрихкода праймер можно удлинить. В некоторых вариантах осуществления сайт связывания праймера может находиться непосредственно по соседству со штрихкодом в полинуклеотиде. В некоторых вариантах осуществления каждый сайт связывания праймера в популяции полинуклеотидов может иметь одну и ту же последовательность. В некоторых вариантах осуществления субпопуляция полинуклеотидов может содержать сайты связывания праймера с первой последовательностью, а другая субпопуляция полинуклеотидов может содержать сайты связывания праймера со второй последовательностью. В некоторых вариантах осуществления гибридизация различных праймеров с множеством различных сайтов связывания праймера может быть одновременной, последовательной или итеративной.[0097] In some embodiments, the primer binding site may be 3' to the barcode such that a primer hybridized to the primer binding site can be extended to form a complement to the barcode. For example, the primer can be extended to obtain a barcode sequence. In some embodiments, the primer binding site may be immediately adjacent to a barcode in the polynucleotide. In some embodiments, each primer binding site in a population of polynucleotides may have the same sequence. In some embodiments, a subpopulation of polynucleotides may comprise primer binding sites for a first sequence, and another subpopulation of polynucleotides may contain primer binding sites for a second sequence. In some embodiments, hybridization of different primers to multiple different primer binding sites may be simultaneous, sequential, or iterative.

[0098] Некоторые варианты осуществления включают полинуклеотиды, содержащие зонд захвата. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата может содержать последовательность, которая может гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью. В некоторых вариантах осуществления популяция полинуклеотидов может содержать зонды захвата, которые отличаются друг от друга. В некоторых вариантах осуществления каждый зонд захвата может отличаться друг от друга. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата могут быть похожи друг на друга, например, они могут иметь похожие последовательности и/или похожие последовательности со схожей длиной. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата может отличаться от одного другого зонда захвата количеством нуклеотидов менее 20, 19,18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 или 2, причем количество нуклеотидов может быть представлено последовательными нуклеотидами, непоследовательными нуклеотидами, вставленными нуклеотидами или удаленными нуклеотидами в зонде захвата. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата может отличаться от одного другого зонда захвата одним нуклеотидом. В некоторых вариантах осуществления сайт связывания праймера и штрихкод могут быть 5'от зонда захвата. В некоторых вариантах осуществления сайт связывания праймера и штрихкод могут быть 3' от зонда захвата.[0098] Some embodiments include polynucleotides containing a capture probe. In some embodiments, the capture probe may contain a sequence that can hybridize to a target nucleic acid. In some embodiments, the population of polynucleotides may contain capture probes that are different from each other. In some embodiments, each capture probe may be different from each other. In some embodiments, the capture probes may be similar to each other, for example, they may have similar sequences and/or similar sequences of similar length. In some embodiments, the capture probe may differ from one other capture probe by less than 20, 19,18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, nucleotides. 3 or 2, wherein the number of nucleotides can be represented by consecutive nucleotides, non-sequential nucleotides, inserted nucleotides or deleted nucleotides in the capture probe. In some embodiments, the capture probe may differ from one other capture probe by a single nucleotide. In some embodiments, the primer binding site and barcode may be 5' from the capture probe. In some embodiments, the primer binding site and barcode may be 3' from the capture probe.

[0099] Некоторые варианты осуществления включают полинуклеотиды, содержащие расщепляемые линкеры. В некоторых таких вариантах осуществления расщепляемый линкер может быть расположен так, чтобы расщепление линкера могло отделять зонд захвата от сайта связывания праймера и штрихкода. В некоторых вариантах осуществления расщепляемый линкер может быть расположен в полинуклеотиде между зондом захвата и сайтом связывания праймера и штрихкодом. В некоторых вариантах осуществления расщепляемый линкер может удалять полинуклеотид, содержащий сайт связывания праймера и штрихкод, связанный с зондом захвата. Например, полинуклеотид и зонд захвата могут быть оба связаны с гранулой. Расщепление расщепляемого линкера может приводить к удалению с гранулы полинуклеотида, содержащего сайт связывания праймера и штрихкод.[0099] Some embodiments include polynucleotides containing cleavable linkers. In some such embodiments, the cleavable linker may be positioned such that cleavage of the linker can separate the capture probe from the primer-barcode binding site. In some embodiments, the cleavable linker may be located in the polynucleotide between the capture probe and the primer and barcode binding site. In some embodiments, the cleavable linker may remove a polynucleotide containing a primer binding site and a barcode associated with a capture probe. For example, the polynucleotide and the capture probe may both be associated with a bead. Cleavage of the cleavable linker may remove the polynucleotide containing the primer binding site and barcode from the bead.

[0100] В некоторых вариантах осуществления расщепляемый линкер может иметь длину, соответствующую по меньшей мере 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 100, 500 нуклеотидам, или длину в пределах диапазона любых двух из вышеперечисленных значений длины. В некоторых вариантах осуществления расщепляемый линкер поддается расщеплению агентами, такими как свет, основание, кислота и ферменты, как, например, специфичные к последовательности рестрикционные ферменты или протеазы. Расщепляемый линкер может включать определенную последовательность нуклеотидов, такую как сайт распознавания фермента, и/или может включать определенные модифицированные нуклеотиды, поддающиеся расщеплению агентом. В некоторых вариантах осуществления расщепляемый линкер может содержать урацил, который может расщепляться экзогенным расщепляющим основание агентом, таким как ДНК-гликозилаза (урацил-ДНК-гликозилаза (УДГ)). В некоторых вариантах осуществления расщепляемый линкер может содержать 8-гидроксигуанин, который может расщепляться 8-гидроксигуанин-ДНК-гликозилазой (белок формамидопиридин-ДНК-гликозилаза (FPG)). Другие примеры расщепляемых линкеров описаны в публикации заявки на патент США 2005/0181394, которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки.[0100] In some embodiments, the cleavable linker may have a length corresponding to at least 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 100, 500 nucleotides, or a length within the range of any two of the above length. In some embodiments, the cleavable linker is cleavable by agents such as light, base, acid, and enzymes, such as sequence-specific restriction enzymes or proteases. The cleavable linker may include a specific nucleotide sequence, such as an enzyme recognition site, and/or may include certain modified nucleotides amenable to cleavage by the agent. In some embodiments, the cleavable linker may contain uracil, which can be cleaved by an exogenous base-cleaving agent such as DNA glycosylase (uracil-DNA glycosylase (UDG)). In some embodiments, the cleavable linker may contain 8-hydroxyguanine, which can be cleaved by 8-hydroxyguanine DNA glycosylase (formamidopyridine DNA glycosylase (FPG) protein). Other examples of cleavable linkers are described in US Patent Application Publication 2005/0181394, which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0101] В некоторых вариантах осуществления полинуклеотиды присоединены к субстрату. В некоторых вариантах осуществления субстрат может содержать гранулу. С помощью одноточечной ковалентной связи с поверхностью субстрата на 5'-конце или 3'-конце полинуклеотида или вблизи них полинуклеотиды могут быть иммобилизованы на субстрате, таком как гранула или другая поверхность. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотид может содержать спейсер, который прикреплен к субстрату. В некоторых вариантах осуществления спейсер может иметь длину, соответствующую по меньшей мере 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 100, 500 нуклеотидам, или длину в пределах диапазона любых двух из вышеперечисленных значений длины. С этой целью можно использовать любые подходящие средства ковалентного присоединения, известные в данной области. Выбранный химический состав присоединения будет зависеть от природы твердой подложки и любой примененной к нему дериватизации или функционализации. Полинуклеотид может содержать функциональную группу, которая может представлять собой ненуклеотидную химическую модификацию, для облегчения присоединения. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотид может содержать серосодержащее нуклеофильное вещество, такое как фосфоротиоат или тиофосфат, например, расположенное на 5'-конце. В случае с полиакриламидными гидрогелями на подложке из твердого вещества этот нуклеофил будет связываться с бромацетамидной группой, присутствующей в гидрогеле. Примером средств присоединения полинуклеотида к твердой подложке является связь посредством 5'-фосфоротиоатного присоединения к гидрогелю, состоящему из полимеризованного акриламида и N-(5-бромацетамидилпентил)акриламида (BRAPA), который описан в патенте США №8,168,388, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки.[0101] In some embodiments, the polynucleotides are attached to a substrate. In some embodiments, the substrate may comprise a granule. By means of a single-point covalent bond to a substrate surface at or near the 5' end or 3' end of a polynucleotide, the polynucleotides can be immobilized on a substrate, such as a bead or other surface. In some embodiments, the polynucleotide may comprise a spacer that is attached to a substrate. In some embodiments, the spacer may have a length corresponding to at least 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 100, 500 nucleotides, or a length within the range of any two of the above lengths. For this purpose, any suitable covalent coupling means known in the art can be used. The addition chemistry chosen will depend on the nature of the solid support and any derivatization or functionalization applied to it. The polynucleotide may contain a functional group, which may be a non-nucleotide chemical modification, to facilitate attachment. In some embodiments, the polynucleotide may contain a sulfur-containing nucleophilic substance, such as phosphorothioate or thiophosphate, for example, located at the 5' end. In the case of solid-supported polyacrylamide hydrogels, this nucleophile will bind to the bromoacetamide group present in the hydrogel. An example of a means of attaching a polynucleotide to a solid support is the 5'-phosphorothioate coupling to a hydrogel consisting of polymerized acrylamide and N-(5-bromoacetamidylpentyl)acrylamide (BRAPA), which is described in US Pat. No. 8,168,388, which is incorporated herein in its entirety by links.

[0102] В некоторых вариантах осуществления положение полинуклеотидов в матрице может быть декодировано путем секвенирования штрихкодов полинуклеотидов. Например, последовательность штрихкода может быть связана с сайтом на матрице, а сайт может быть связан с конкретным зондом захвата. Некоторые варианты осуществления включают секвенирование следующего поколения (NGS), которое может относиться к способам секвенирования, позволяющим осуществлять массивное параллельное секвенирование клонально амплифицированных молекул и одиночных молекул нуклеиновых кислот. Примеры NGS включают секвенирование путем синтеза (SBS) с использованием обратимых терминаторов-красителей и секвенирование путем лигирования. В SBS выполняется мониторинг удлинения праймера нуклеиновой кислоты вдоль темплата нуклеиновой кислоты для определения последовательности нуклеиновых кислот в темплате. Основополагающим химическим процессом может быть полимеризация. В конкретном варианте осуществления SBS на основе полимеразы для удлинения к праймеру добавляют флуоресцентно-меченые нуклеотиды темплатным зависимым образом, чтобы для определения последовательности темплата можно было использовать обнаружение порядка и типа добавляемых к праймеру нуклеотидов.[0102] In some embodiments, the position of the polynucleotides in the array can be decoded by sequencing the barcodes of the polynucleotides. For example, a barcode sequence may be associated with a site on an array, and the site may be associated with a specific capture probe. Some embodiments include next generation sequencing (NGS), which may refer to sequencing methods that enable massively parallel sequencing of clonally amplified molecules and single nucleic acid molecules. Examples of NGS include sequencing by synthesis (SBS) using reversible dye terminators and sequencing by ligation. SBS monitors nucleic acid primer extension along a nucleic acid template to determine the sequence of nucleic acids in the template. The underlying chemical process may be polymerization. In a specific embodiment of the extension polymerase-based SBS, fluorescently labeled nucleotides are added to the primer in a template-dependent manner such that detection of the order and type of nucleotides added to the primer can be used to determine the template sequence.

[0103] Одну или более амплифицированных нуклеиновых кислот можно подвергать воздействию SBS или другой методики обнаружения, которая включает повторную доставку реагентов по циклам. Например, для запуска первого цикла SBS, может быть обеспечено протекание одного или более меченых нуклеотидов, ДНК-полимеразы и т.д. в гидрогелевую гранулу (или сквозь нее), содержащую одну или более амплифицированных молекул нуклеиновой кислоты. Те сайты, в которых удлинение праймера приводит к встраиванию меченого нуклеотида, можно обнаружить. Нуклеотиды могут дополнительно обладать свойством обратимой терминации, которое завершает дополнительное удлинение праймера после добавления нуклеотида к праймеру. Например, в праймер можно добавить нуклеотидный аналог, имеющий фрагмент обратимого терминатора, чтобы последующее удлинение не могло происходить до тех пор, пока не будет доставлен разблокирующий агент для удаления фрагмента. Таким образом, для вариантов осуществления, в которых применяется обратимая терминация, доставка разблокирующего реагента в проточную кювету может происходить до или после обнаружения. Между различными стадиями доставки можно проводить промывки. Затем цикл можно повторять n раз для удлинения праймера на п нуклеотидов, таким образом обнаруживая последовательность длиной n. [0103] One or more amplified nucleic acids can be subjected to SBS or another detection technique that involves repeated delivery of reagents in cycles. For example, to initiate the first round of SBS, one or more labeled nucleotides, DNA polymerase, etc. may be allowed to flow. into (or through) a hydrogel bead containing one or more amplified nucleic acid molecules. Those sites where primer extension results in the incorporation of a labeled nucleotide can be detected. The nucleotides may additionally have a reversible termination property that terminates additional primer extension upon addition of a nucleotide to the primer. For example, a nucleotide analog having a reversible terminator fragment can be added to the primer so that subsequent extension cannot occur until an unblocking agent is delivered to remove the fragment. Thus, for embodiments that employ reversible termination, delivery of the unblocking reagent to the flow cell may occur before or after detection. Washings can be carried out between different delivery stages. The cycle can then be repeated n times to extend the primer by n nucleotides, thereby detecting a sequence of length n.

[0104] Некоторые варианты осуществления SBS включают обнаружение протона, высвобождаемого при встраивании нуклеотида в продукт удлинения. Например, в секвенировании на основе обнаружения высвобожденных протонов может использоваться электрический детектор и соответствующие методики, которые доступны на рынке. Примерами таких систем секвенирования являются пиросеквенирование, например доступная на рынке платформа компании 454 Life Sciences, филиала компании Roche; секвенирование с использованием меченых γ-фосфатом нуклеотидов, например, доступная на рынке платформа компании Pacific Biosciences; и секвенирование с использованием обнаружения протонов, например, доступная на рынке платформа компании Ion Torrent, филиала компании Life Technologies. Некоторые варианты осуществления включают пиросеквенирование, которое описано в публикации заявки на патент США 2005/0130173 и 2006/0134633 и патентах США №№4,971,903; 6,258,568 и 6,210,891, которые полностью включены в настоящий документ путем ссылки. Некоторые варианты осуществления включают секвенирование путем лигирования, которое описано в патенте США №5,599,675 и патенте США №5,750,341, каждый из которых полностью включен в настоящий документ путем ссылки.[0104] Some embodiments of SBS include detection of a proton released upon insertion of a nucleotide into the extension product. For example, sequencing based on the detection of released protons may use an electrical detector and related techniques that are available on the market. Examples of such sequencing systems are pyrosequencing, such as the commercially available platform from 454 Life Sciences, a subsidiary of Roche; sequencing using γ-phosphate labeled nucleotides, such as the commercially available platform from Pacific Biosciences; and sequencing using proton detection, such as the commercially available platform from Ion Torrent, a subsidiary of Life Technologies. Some embodiments include pyrosequencing, which is described in US Patent Application Publication 2005/0130173 and 2006/0134633 and US Patent Nos. 4,971,903; 6,258,568 and 6,210,891, which are incorporated herein by reference in their entirety. Some embodiments include ligation sequencing, which is described in US Patent No. 5,599,675 and US Patent No. 5,750,341, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0105] В некоторых вариантах осуществления можно использовать способы, включающие контроль активности ДНК-полимеразы в реальном времени. Например, встраивания нуклеотидов можно обнаружить с помощью взаимодействий резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET) между несущей флуорофор полимеразой и меченными γ-фосфатом нуклеотидами или посредством волновых направляющих нулевого режима (ZMW). Другой полезной методикой секвенирования является секвенирование через нанопоры. В некоторых вариантах осуществления нанопоры нуклеиновая кислота-мишень или отдельные нуклеотиды, удаленные из нуклеиновой кислоты-мишени, проходят через нанопору. По мере прохождения нуклеиновой кислоты или нуклеотида через нанопору каждый тип нуклеотида можно идентифицировать путем измерения колебаний электрической проводимости поры.[0105] In some embodiments, methods may be used that include real-time monitoring of DNA polymerase activity. For example, nucleotide insertions can be detected through fluorescence resonance energy transfer (FRET) interactions between a fluorophore-carrying polymerase and γ-phosphate-labeled nucleotides or through zero-mode waveguides (ZMWs). Another useful sequencing technique is nanopore sequencing. In some embodiments of the nanopore, the target nucleic acid or individual nucleotides removed from the target nucleic acid pass through the nanopore. As a nucleic acid or nucleotide passes through a nanopore, each type of nucleotide can be identified by measuring fluctuations in the electrical conductivity of the pore.

[0106] Как показано на ФИГ. 1, в некоторых вариантах осуществления микроэлемент матрицы может содержать полинуклеотид, прикрепленный к грануле 10 посредством 5'-линкера 20. Полинуклеотид может содержать штрихкод 30, сайт 40 связывания праймера и зонд 50 захвата. Праймер 60 может гибридизоваться с сайтом связывания праймера и может быть удлинен с получением последовательности штрихкода для декодирования положения микроэлемента в матрице. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата может гибридизоваться с нуклеиновыми кислотами-мишенями, и зонд захвата может быть удлинен, например, с помощью полимеразы или с помощью лигазы. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата может участвовать в мостиковой амплификации. Способы мостиковой амплификации описаны в патентах США №№7,985,565 и 7,115,400, каждый из которых полностью включен в настоящий документ путем ссылки.[0106] As shown in FIG. 1, in some embodiments, the array microelement may comprise a polynucleotide attached to bead 10 via a 5' linker 20. The polynucleotide may comprise a barcode 30, a primer binding site 40, and a capture probe 50. Primer 60 can hybridize to the primer binding site and can be extended to produce a barcode sequence to decode the position of the microelement in the matrix. In some embodiments, the capture probe can hybridize to target nucleic acids, and the capture probe can be extended, for example, by a polymerase or by a ligase. In some embodiments, the capture probe may participate in bridging amplification. Bridging amplification methods are described in US Patent Nos. 7,985,565 and 7,115,400, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0107] Как показано на ФИГ. 2, в некоторых вариантах осуществления микроэлемент матрицы может содержать полинуклеотид, содержащий зонд 50 захвата, штрихкод 30 и сайт 40 связывания праймера, причем полинуклеотид присоединен к грануле 10 посредством 5'-линкера 20. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотид может содержать в себе расщепляемый линкер 70 между зондом захвата и штрихкодом. В некоторых вариантах осуществления праймер 60 может быть гибридизован с сайтом связывания праймера, и может быть определена последовательность штрихкода, тем самым декодируется положение микроэлемента в матрице. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотид может быть расщеплен, а штрихкод и сайт связывания праймера удалены с микроэлемента, содержащего гранулу и зонд захвата. Некоторые из таких вариантов осуществления обеспечивают декодированные матрицы перед гибридизацией нуклеиновых кислот-мишеней с зондами захвата. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновая кислота-мишень может быть гибридизована с зондом захвата в декодированном положении в матрице. В некоторых вариантах осуществления гибридизованный зонд захвата может быть удлинен, например, с помощью полимеразы или с помощью лигазы. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата может участвовать в мостиковой амплификации.[0107] As shown in FIG. 2, in some embodiments, the array microelement may comprise a polynucleotide comprising a capture probe 50, a barcode 30, and a primer binding site 40, wherein the polynucleotide is attached to the bead 10 via a 5' linker 20. In some embodiments, the polynucleotide may include a cleavable linker 70 between the capture probe and the barcode. In some embodiments, the primer 60 can be hybridized to the primer binding site and the barcode sequence can be determined, thereby decoding the position of the trace element in the matrix. In some embodiments, the polynucleotide may be cleaved and the barcode and primer binding site removed from the microcell containing the bead and capture probe. Some such embodiments provide decoded templates before hybridizing target nucleic acids to capture probes. In some embodiments, the target nucleic acid may be hybridized to a capture probe at a decoded position in the array. In some embodiments, the hybridized capture probe may be extended, for example, by a polymerase or by a ligase. In some embodiments, the capture probe may participate in bridging amplification.

[0108] Как показано на ФИГ. 3, в некоторых вариантах осуществления микроэлемент матрицы может содержать полинуклеотид, содержащий штрихкод 30 и сайт 40 связывания праймера, а также зонд 50 захвата, присоединенный к грануле 10 посредством 3'-линкера 25. В некоторых вариантах осуществления сайт связывания праймера может примыкать к линкеру, присоединенному к грануле. Некоторые варианты осуществления могут включать использование таких микроэлементов в анализах для скрининга и разработки определенных полимераз. Например, можно проводить скрининг активности полимераз относительно сайтов праймеров, присоединенных к гранулам без спейсеров, по сравнению с сайтами праймеров, присоединенными к гранулам с помощью спейсеров. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновая кислота-мишень может быть гибридизована с зондом захвата. В некоторых вариантах осуществления гибридизованные нуклеиновые кислоты-мишени могут быть удлинены, например, с помощью полимеразы или с помощью лигазы.[0108] As shown in FIG. 3, in some embodiments, the array microelement may comprise a polynucleotide comprising a barcode 30 and a primer binding site 40, as well as a capture probe 50 attached to the bead 10 via a 3' linker 25. In some embodiments, the primer binding site may be adjacent to the linker, attached to the granule. Some embodiments may include the use of such trace elements in assays for screening and developing certain polymerases. For example, polymerase activity can be screened against primer sites attached to beads without spacers versus primer sites attached to beads with spacers. In some embodiments, the target nucleic acid may be hybridized to a capture probe. In some embodiments, hybridized target nucleic acids can be extended, for example, by a polymerase or by a ligase.

[0109] Как показано на ФИГ. 4, некоторые варианты осуществления микроэлемента матрицы могут включать полинуклеотид, содержащий спейсер 80, штрихкод 30, сайт 40 связывания праймера и зонд 50 захвата, присоединенный к грануле 10 посредством 5'-линкера 20.[0109] As shown in FIG. 4, some microarray embodiments may include a polynucleotide comprising a spacer 80, a barcode 30, a primer binding site 40, and a capture probe 50 attached to the bead 10 via a 5' linker 20.

Секвенирование множества нуклеиновых кислот-мишенейSequencing of multiple target nucleic acids

[0110] Некоторые варианты осуществления включают секвенирование множества нуклеиновых кислот-мишеней. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновые кислоты-мишени могут быть получены из разных источников, таких как разные субъекты, например геномная ДНК от разных субъектов. В некоторых вариантах осуществления разные нуклеиновые кислоты-мишени могут быть связаны с разными индексами, так что индекс может идентифицировать конкретную популяцию нуклеиновых кислот-мишеней, например популяцию, полученную из одного источника.[0110] Some embodiments include sequencing multiple target nucleic acids. In some embodiments, target nucleic acids may be obtained from different sources, such as different subjects, such as genomic DNA from different subjects. In some embodiments, different target nucleic acids may be associated with different indexes such that the index may identify a particular population of target nucleic acids, such as a population derived from a single source.

[0111] Некоторые варианты осуществления включают получение по меньшей мере первой и второй субпопуляций гранул, причем каждая гранула содержит первый полинуклеотид, содержащий зонд захвата, штрихкод, указывающий на зонд захвата одной и той же гранулы, и сайт связывания праймера штрихкода на 3'-конце относительно штрихкода, и второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса, причем индексы первой субпопуляции отличаются от индексов второй субпопуляции.[0111] Some embodiments include producing at least a first and a second bead subpopulation, each bead comprising a first polynucleotide containing a capture probe, a barcode indicating a capture probe of the same bead, and a barcode primer binding site at the 3' end relative to the barcode, and a second polynucleotide containing the index and an index primer binding site at the 3' end of the index, wherein the indices of the first subpopulation are different from the indices of the second subpopulation.

[0112] В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности индексов первой субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность, и нуклеотидные последовательности индексов второй субпопуляции гранул содержат одну и туже нуклеотидную последовательность. В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности сайтов связывания индексного праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность.[0112] In some embodiments, the index nucleotide sequences of the first bead subpopulation contain the same nucleotide sequence, and the index nucleotide sequences of the second bead subpopulation contain the same nucleotide sequence. In some embodiments, the nucleotide sequences of the index primer binding sites contain the same nucleotide sequence.

[0113] В некоторых вариантах осуществления каждый из зондов захвата первой и/или второй субпопуляций гранул содержит отличающиеся друг от друга нуклеотидные последовательности. Например, зонды захвата первой субпопуляции могут отличаться друг от друга; и/или зонды захвата первой субпопуляции могут отличаться друг от друга. В некоторых вариантах осуществления каждый из зондов захвата первых субпопуляций гранул содержит зонды захвата, имеющие одни и те же нуклеотидные последовательности, что и зонды захвата вторых субпопуляций гранул. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата может содержать нуклеотидную последовательность, способную гибридизоваться с однонуклеотидным полиморфизмом (SNP) или его комплементом. В некоторых вариантах осуществления сайты связывания штрихкодового праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность.[0113] In some embodiments, each of the first and/or second bead subpopulation capture probes contains different nucleotide sequences from each other. For example, the first subpopulation capture probes may be different from each other; and/or the first subpopulation capture probes may be different from each other. In some embodiments, each of the first bead subpopulation capture probes comprises capture probes having the same nucleotide sequences as the second bead subpopulation capture probes. In some embodiments, the capture probe may comprise a nucleotide sequence capable of hybridizing to a single nucleotide polymorphism (SNP) or its complement. In some embodiments, the barcode primer binding sites contain the same nucleotide sequence.

[0114] Некоторые варианты осуществления также включают гибридизацию первых нуклеиновых кислот-мишеней с зондами захвата первой субпопуляции гранул и гибридизацию вторых нуклеиновых кислот-мишеней с зондами захвата второй субпопуляции гранул. В некоторых таких вариантах осуществления гибридизацию первых нуклеиновых кислот-мишеней с зондами захвата первой субпопуляции гранул и гибридизацию вторых нуклеиновых кислот-мишеней с зондами захвата второй субпопуляции гранул выполняют в разных положениях. Например, разные положения предусматривают разные реакционные объемы, такие как разные лунки, например разные лунки в многолуночном планшете. Например, в 96-луночном планшете можно гибридизовать 96 различных субпопуляций гранул с 96 различными нуклеиновыми кислотами-мишенями, в которых каждая различная субпопуляция гранул гибридизуется с различной нуклеиновой кислотой-мишенью в различной лунке.[0114] Some embodiments also include hybridizing the first target nucleic acids with the first bead subpopulation capture probes and hybridizing the second target nucleic acids with the second bead subpopulation capture probes. In some such embodiments, hybridization of the first target nucleic acids to the first bead subpopulation capture probes and hybridization of the second target nucleic acids to the second bead subpopulation capture probes are performed at different positions. For example, different positions provide different reaction volumes, such as different wells, such as different wells in a multiwell plate. For example, in a 96-well plate, 96 different bead subpopulations can be hybridized to 96 different target nucleic acids, in which each different bead subpopulation hybridizes to a different target nucleic acid in a different well.

[0115] В некоторых вариантах осуществления разные субпопуляции гранул, содержащих гибридизованные зонды захвата и нуклеиновые кислоты, распределены на субстрате, таком как плоский субстрат. В некоторых вариантах распределенные субпопуляции гранул содержат матрицу. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество раздельных сайтов. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество лунок. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество каналов. В некоторых вариантах осуществления проточная кювета содержит субстрат.[0115] In some embodiments, different subpopulations of beads containing hybridized capture probes and nucleic acids are distributed on a substrate, such as a planar substrate. In some embodiments, the distributed subpopulations of granules comprise a matrix. In some embodiments, the substrate contains multiple discrete sites. In some embodiments, the substrate contains a plurality of wells. In some embodiments, the substrate contains multiple channels. In some embodiments, the flow cell contains a substrate.

[0116] В некоторых вариантах осуществления разные субпопуляции гранул, содержащих гибридизованные зонды захвата и нуклеиновые кислоты-мишени, объединены до распределения на субстрате. В некоторых вариантах осуществления разные субпопуляции гранул, содержащих гибридизованные зонды захвата и нуклеиновые кислоты-мишени, последовательно распределяют на субстрате. Например, первую субпопуляцию гранул, содержащую гибридизованные зонды захвата и нуклеиновые кислоты-мишени, распределяют на субстрате до распределения на субстрате второй субпопуляции гранул, содержащих гибридизованные зонды захвата и нуклеиновые кислоты-мишени.[0116] In some embodiments, different subpopulations of beads containing hybridized capture probes and target nucleic acids are combined prior to distribution on the substrate. In some embodiments, different subpopulations of beads containing hybridized capture probes and target nucleic acids are sequentially distributed on the substrate. For example, a first subpopulation of beads containing hybridized capture probes and target nucleic acids is distributed on a substrate before a second subpopulation of beads containing hybridized capture probes and target nucleic acids is distributed on the substrate.

[0117] В некоторых вариантах осуществления гибридизованные зонды захвата удлинены. В некоторых вариантах осуществления гибридизованные зонды захвата удлиняют перед распределением на субстрате различных субпопуляций гранул, содержащих гибридизованные зонды захвата и нуклеиновые кислоты-мишени. В некоторых вариантах осуществления гибридизованные зонды захвата удлиняют после распределения на субстрате гранул, содержащих гибридизованные зонды захвата и нуклеиновые кислоты-мишени. В некоторых вариантах осуществления удлинение гибридизованных зондов захвата может предусматривать полимеразное удлинение. В некоторых вариантах осуществления удлинение гибридизованных зондов захвата может предусматривать удлинение на основе лигазы, например, лигирование зонда удлинения с зондом захвата в присутствии лигазы. В некоторых вариантах осуществления на стадии удлинения к удлиненному зонду захвата можно добавлять обнаруживаемый маркер. В некоторых вариантах осуществления обнаруживаемый маркер может содержать флуоресцентный маркер.[0117] In some embodiments, the hybridized capture probes are elongated. In some embodiments, the hybridized capture probes are extended before distributing various subpopulations of beads containing the hybridized capture probes and target nucleic acids onto the substrate. In some embodiments, the hybridized capture probes are extended after distributing beads containing the hybridized capture probes and target nucleic acids onto a substrate. In some embodiments, extension of the hybridized capture probes may involve polymerase extension. In some embodiments, extension of hybridized capture probes may involve ligase-based extension, for example, ligation of the extension probe to the capture probe in the presence of a ligase. In some embodiments, a detectable marker may be added to the elongated capture probe during the extension step. In some embodiments, the detectable marker may comprise a fluorescent marker.

[0118] Некоторые варианты осуществления включают декодирование гранул на субстрате. Некоторые варианты осуществления включают декодирование гранул путем определения положений удлиненных зондов захвата, штрихкодов и индексов на субстрате. В некоторых вариантах осуществления присутствие специфического штрихкода в определенном положении на субстрате указывает на специфический зонд захвата в этом положении. В некоторых вариантах осуществления присутствие определенного индекса в положении на субстрате указывает на то, что нуклеиновая кислота-мишень определенной субпопуляции нуклеиновых кислот- мишеней связана с положением на субстрате. В некоторых вариантах осуществления присутствие удлиненного зонда захвата в положении на субстрате указывает на присутствие определенной нуклеиновой кислоты-мишени в субпопуляциях нуклеиновых кислот-мишеней. В некоторых вариантах осуществления идентичность штрихкода, идентичность индекса и присутствие удлиненного зонда захвата в одном положении на поверхности указывает на присутствие определенной нуклеиновой кислоты-мишени в определенной субпопуляции нуклеиновых кислот-мишеней.[0118] Some embodiments include decoding beads on a substrate. Some embodiments include decoding the beads by determining the positions of elongated capture probes, barcodes, and indexes on the substrate. In some embodiments, the presence of a specific barcode at a specific position on the substrate indicates a specific capture probe at that position. In some embodiments, the presence of a particular index at a position on a substrate indicates that the target nucleic acid of a particular subpopulation of target nucleic acids is associated with a position on the substrate. In some embodiments, the presence of an extended capture probe at a position on the substrate indicates the presence of a particular target nucleic acid in subpopulations of target nucleic acids. In some embodiments, the barcode identity, the index identity, and the presence of an extended capture probe at one position on the surface indicate the presence of a specific target nucleic acid in a specific subpopulation of target nucleic acids.

[0119] В некоторых вариантах осуществления декодирование гранул на субстрате включает обнаружение положений гибридизованных зондов захвата или удлиненных зондов захвата. В некоторых вариантах осуществления обнаружение положения гибридизованных зондов захвата или удлиненных зондов захвата включает удлинение гибридизованных зондов захвата с обнаруживаемым маркером. В некоторых вариантах осуществления определение положения гибридизованных зондов захвата или удлиненных зондов захвата включает по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза.[0119] In some embodiments, decoding beads on a substrate includes detecting the positions of hybridized capture probes or extended capture probes. In some embodiments, detecting the position of the hybridized capture probes or extended capture probes includes extending the hybridized capture probes with a detectable marker. In some embodiments, determining the position of hybridized capture probes or extended capture probes involves at least one round of sequencing by synthesis.

[0120] В некоторых вариантах осуществления декодирование гранул на субстрате включает декодирование положения индексов гранул, содержащих удлиненный зонд захвата. Некоторые варианты осуществления включают гибридизацию множества индексных праймеров с сайтами индексных праймеров и удлинение гибридизованных индексных праймеров. В некоторых вариантах осуществления удлинение гибридизованных индексных праймеров включает по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления декодирование положения индексов гранул включает секвенирование индексов на субстрате.[0120] In some embodiments, decoding the beads on the substrate includes decoding the position of the indices of the beads containing the elongated capture probe. Some embodiments include hybridizing multiple index primers to index primer sites and extending the hybridized index primers. In some embodiments, extension of the hybridized index primers involves at least one round of sequencing by synthesis. In some embodiments, decoding the position of bead indices involves sequencing the indices on the substrate.

[0121] В некоторых вариантах осуществления декодирование гранул на субстрате включает декодирование положения штрихкодов гранул, содержащих удлиненный зонд захвата. Некоторые варианты осуществления включают гибридизацию множества штрихкодовых праймеров с сайтами штрихкодовых праймеров и удлинение гибридизованных штрихкодовых праймеров. В некоторых вариантах осуществления декодирование гранул на субстрате включает удлинение гибридизованных штрихкодовых праймеров, включает по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления декодирование гранул на субстрате включает декодирование положения штрихкодов гранул, включает секвенирование штрихкодов на субстрате.[0121] In some embodiments, decoding beads on a substrate includes decoding the position of bead barcodes containing an elongated capture probe. Some embodiments include hybridizing multiple barcode primers to barcode primer sites and extending the hybridized barcode primers. In some embodiments, decoding the beads on the substrate includes extending the hybridized barcode primers, involves at least one round of sequencing by synthesis. In some embodiments, decoding the beads on the substrate includes decoding the position of the bead barcodes, includes sequencing the barcodes on the substrate.

[0122] В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 50 зондов захвата, содержащих различные нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 100, 200, 300, 400 или 500 или более зондов захвата, содержащих различные нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 5000 зондов захвата, содержащих различные нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 50000 зондов захвата, содержащих различные нуклеотидные последовательности.[0122] In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 50 capture probes containing different nucleotide sequences. In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 100, 200, 300, 400, or 500 or more capture probes containing different nucleotide sequences. In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 5000 capture probes containing different nucleotide sequences. In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 50,000 capture probes containing different nucleotide sequences.

[0123] Некоторые варианты осуществления включают по меньшей мере 10 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции. Некоторые варианты осуществления включают по меньшей мере 100 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции. Некоторые варианты осуществления включают по меньшей мере 1000 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции. Некоторые варианты осуществления включают по меньшей мере 10000 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции.[0123] Some embodiments include at least 10 different subpopulations of beads, with each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation. Some embodiments include at least 100 different bead subpopulations, with each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation. Some embodiments include at least 1000 different bead subpopulations, with each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation. Some embodiments include at least 10,000 different bead subpopulations, with each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation.

[0124] Аспекты некоторых вариантов осуществления показаны на ФИГ. 5А-ФИГ. 5Е. Как показано на ФИГ. 5А, субпопуляция гранул содержит гранулу с прикрепленным первым полинуклеотидом, содержащим штрихкод, сайт связывания штрихкодового праймера и зонд захвата, и с прикрепленным вторым полинуклеотидом, содержащим индекс и сайт связывания индексного праймера. Различные субпопуляции гранул могут включать различные индексы. Различные субпопуляции гранул, причем каждая субпопуляция имеет определенный индекс, может быть распределена по лункам 96-луночного планшета таким образом, чтобы каждая лунка содержала одну субпопуляцию гранул.[0124] Aspects of some embodiments are shown in FIG. 5A-FIG. 5E. As shown in FIG. 5A, a subpopulation of beads comprises a bead with an attached first polynucleotide containing a barcode, a barcode primer binding site, and a capture probe, and with an attached second polynucleotide containing an index and an index primer binding site. Different subpopulations of granules may include different indices. Different subpopulations of beads, each subpopulation having a specific index, can be distributed among the wells of a 96-well plate such that each well contains one subpopulation of beads.

[0125] Как показано на ФИГ. 5В, нуклеиновая кислота-мишень из популяции нуклеиновых кислот-мишеней гибридизована с зондом захвата, где нуклеиновая кислота-мишень содержит SNP. В некоторых вариантах осуществления в каждую лунку, содержащую субпопуляцию гранул, добавляют субпопуляцию нуклеиновых кислот-мишеней. Каждая субпопуляция нуклеиновых кислот-мишеней может быть получена из другого источника, такого как другой субъект. Например, субпопуляцию нуклеиновых кислот-мишеней можно получить путем подготовки библиотеки нуклеиновых кислот из одного источника нуклеиновых кислот, например из одного образца нуклеиновых кислот от субъекта. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновые кислоты-мишени не требуют секвенирования адаптера.[0125] As shown in FIG. 5B, a target nucleic acid from a population of target nucleic acids is hybridized to a capture probe, where the target nucleic acid contains a SNP. In some embodiments, a subpopulation of target nucleic acids is added to each well containing a subpopulation of beads. Each subpopulation of target nucleic acids may be obtained from a different source, such as a different subject. For example, a subpopulation of target nucleic acids can be obtained by preparing a nucleic acid library from a single nucleic acid source, such as a single nucleic acid sample from a subject. In some embodiments, target nucleic acids do not require adapter sequencing.

[0126] Как показано на ФИГ. 5С, зонд захвата, который гибридизован с содержащей SNP нуклеиновой кислотой-мишенью, может быть удлинен. В некоторых вариантах осуществления удлинение можно выполнять добавлением инкорпорационной смеси, которая содержит флуоресцентные нуклеотиды и соответствующую полимеразу. В некоторых вариантах осуществления удлинение является достройкой по одному основанию.[0126] As shown in FIG. 5C, a capture probe that is hybridized to a SNP-containing target nucleic acid can be extended. In some embodiments, extension can be accomplished by adding an incorporation mixture that contains fluorescent nucleotides and an appropriate polymerase. In some embodiments, the extension is an extension along one base.

[0127] В некоторых вариантах осуществления все гранулы объединены и распределены по поверхности проточной кюветы. Проточная кювета может иметь структурированную поверхность, и поверхность можно модифицировать для поддержания иммобилизации гранул при желаемой плотности.[0127] In some embodiments, all of the beads are combined and distributed over the surface of the flow cell. The flow cell may have a structured surface, and the surface may be modified to maintain immobilization of the beads at the desired density.

[0128] В некоторых вариантах осуществления проводят считывание SNP. В некоторых вариантах осуществления для считывания сигнала от инкорпорирования зонда захвата на сайте SNP выполняют цикл сканирования. В некоторых вариантах осуществления этот цикл может включать по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления 3'-концы удлиненных зондов захвата отщеплены и заблокированы.[0128] In some embodiments, an SNP read is performed. In some embodiments, a scan cycle is performed to read the signal from the incorporation of a capture probe at the SNP site. In some embodiments, this cycle may include at least one cycle of sequencing by synthesis. In some embodiments, the 3' ends of the extended capture probes are cleaved off and blocked.

[0129] Как показано на ФИГ. 5D, штрихкодовый праймер гибридизован с сайтом связывания штрихкодового праймера, и штрихкодовый праймер удлинен. В некоторых вариантах осуществления удлинение штрихкодового праймера включает считывание штрихкода. В некоторых вариантах осуществления удлинение может включать по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления количество циклов секвенирования путем синтеза может зависеть от количества различных штрихкодов в субпопуляции гранул. В некоторых вариантах осуществления удлинение может включать 12-20 циклов секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления удлинение позволяет идентифицировать зонд захвата и положение определенной гранулы внутри проточной кюветы.[0129] As shown in FIG. 5D, the barcode primer is hybridized to the barcode primer binding site, and the barcode primer is extended. In some embodiments, extending the barcode primer involves reading the barcode. In some embodiments, extension may include at least one round of sequencing by synthesis. In some embodiments, the number of synthetic sequencing cycles may depend on the number of different barcodes in a subpopulation of beads. In some embodiments, the extension may involve 12-20 cycles of sequencing by synthesis. In some embodiments, the extension allows identification of the capture probe and the position of a particular bead within the flow cell.

[0130] Как показано на ФИГ. 5Е, индексный праймер гибридизован с сайтом связывания индексного праймера, и индексный праймер удлинен. В некоторых вариантах осуществления удлинение индексного праймера включает считывание индекса. В некоторых вариантах осуществления удлинение может включать по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления количество циклов секвенирования путем синтеза может зависеть от количества различных индексов в множестве субпопуляций гранул. В некоторых вариантах осуществления удлинение может включать 6-12 циклов секвенирования путем синтеза.[0130] As shown in FIG. 5E, the index primer is hybridized to the index primer binding site, and the index primer is extended. In some embodiments, extension of the index primer includes reading the index. In some embodiments, extension may include at least one round of sequencing by synthesis. In some embodiments, the number of synthetic sequencing cycles may depend on the number of different indices in multiple bead subpopulations. In some embodiments, extension may involve 6-12 cycles of sequencing by synthesis.

Определенные способы обнаружения лигандов-мишенейSpecific methods for detecting target ligands

[0131] Некоторые варианты осуществления включают способы обнаружения лигандов-мишеней. В некоторых вариантах осуществления лиганды-мишени могут содержать нуклеиновые кислоты, белки или другие антигены. В некоторых вариантах осуществления лиганды-мишени получают из разных источников, например из разных образцов, разных отдельных субъектов или разных популяций субъектов.[0131] Some embodiments include methods for detecting target ligands. In some embodiments, target ligands may comprise nucleic acids, proteins, or other antigens. In some embodiments, target ligands are obtained from different sources, such as from different samples, different individual subjects, or different populations of subjects.

[0132] В некоторых вариантах осуществления способы обнаружения лигандов-мишеней могут включать получение популяции гранул, причем каждая гранула содержит зонд захвата, который специфически связывается с лигандом-мишенью. Например, зонд захвата может содержать нуклеиновую кислоту, антитело или антигенсвязывающий фрагмент антитела. В некоторых вариантах осуществления гранула содержит первый полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата одной и той же гранулы, и сайт связывания праймера штрихкода на 3'-конце относительно штрихкода. В некоторых вариантах осуществления каждая гранула также содержит второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на ≈/-конце относительно индекса. В некоторых вариантах осуществления популяция гранул содержит первую и вторую субпопуляции гранул. В некоторых вариантах осуществления индексы первой субпопуляции гранул отличаются от индексов второй субпопуляции гранул. Например, индексы первой субпопуляции гранул можно использовать для определения первой субпопуляции гранул по индексам второй субпопуляции гранул.[0132] In some embodiments, methods for detecting target ligands may include producing a population of beads, each bead containing a capture probe that specifically binds to the target ligand. For example, the capture probe may contain a nucleic acid, an antibody, or an antigen-binding fragment of an antibody. In some embodiments, the bead contains a first polynucleotide containing a barcode indicating a capture probe of the same bead, and a barcode primer binding site at the 3' end of the barcode. In some embodiments, each bead also contains a second polynucleotide containing an index and an index primer binding site at the ≈/-terminal to the index. In some embodiments, the granule population comprises first and second granule subpopulations. In some embodiments, the indices of the first subpopulation of beads are different from the indices of the second subpopulation of beads. For example, the indices of the first subpopulation of beads can be used to determine the first subpopulation of beads from the indices of the second subpopulation of beads.

[0133] Некоторые варианты осуществления включают приведение первых лигандов-мишеней в контакт с зондами захвата первой субпопуляции гранул и приведение вторых лигандов-мишеней в контакт с зондами захвата второй субпопуляции гранул. Например, первые лиганды-мишени можно получить из первого образца лигандов, а вторые лиганды-мишени можно получить из второго образца лигандов. Некоторые варианты осуществления также предусматривают распределение на субстрате первой и второй субпопуляций гранул, содержащих специфически связанные первый и второй лиганды-мишени. Некоторые варианты осуществления также включают обнаружение зондов захвата, специфически связанных с первым и вторым лигандами-мишенями, распределенными на субстрате. Некоторые варианты осуществления также включают декодирование положений гранул, содержащих обнаруженные зонды захвата, на субстрате.[0133] Some embodiments include contacting first target ligands with capture probes of a first bead subpopulation and contacting second target ligands with capture probes of a second bead subpopulation. For example, first target ligands can be obtained from a first sample of ligands, and second target ligands can be obtained from a second sample of ligands. Some embodiments also provide for the distribution on the substrate of first and second subpopulations of beads containing specifically bound first and second target ligands. Some embodiments also include detecting capture probes specifically bound to first and second target ligands distributed on the substrate. Some embodiments also include decoding the positions of the beads containing the detected capture probes on the substrate.

[0134] В некоторых вариантах осуществления зонд захвата содержит нуклеиновую кислоту, а лиганды-мишени содержат нуклеиновые кислоты. В некоторых вариантах осуществления первый полинуклеотид содержит зонд захвата. В других вариантах осуществления зонд захвата отличается от первого полинуклеотида. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата субпопуляции гранул содержат отличающиеся друг от друга нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления различные субпопуляции гранул могут содержать одни и те же или различные зонды захвата. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата содержат нуклеотидную последовательность, способную к гибридизации с однонуклеотидным полиморфизмом (SNP) или его комплементом.[0134] In some embodiments, the capture probe contains a nucleic acid and the target ligands contain nucleic acids. In some embodiments, the first polynucleotide comprises a capture probe. In other embodiments, the capture probe is different from the first polynucleotide. In some embodiments, the bead subpopulation capture probes contain different nucleotide sequences from each other. In some embodiments, different subpopulations of beads may contain the same or different capture probes. In some embodiments, the capture probes contain a nucleotide sequence capable of hybridizing to a single nucleotide polymorphism (SNP) or its complement.

[0135] В некоторых таких вариантах осуществления обнаружение зондов захвата, специфически связанных с лигандами-мишенями, включает удлинение зондов захвата, специфически связанных с лигандами-мишенями. В некоторых вариантах осуществления удлинение может включать полимеразное удлинение и/или лигазное удлинение. В некоторых вариантах осуществления удлинение включает обнаруживаемый нуклеотид, такой как флуоресцентно-меченный нуклеотид. В некоторых вариантах осуществления удлинение включает однонуклеотидное удлинение зондов захвата. В некоторых вариантах осуществления удлинение включает удлинение зондов захвата множеством нуклеотидов.[0135] In some such embodiments, detecting capture probes specifically bound to target ligands involves extending capture probes specifically bound to target ligands. In some embodiments, extension may include polymerase extension and/or ligase extension. In some embodiments, the extension includes a detectable nucleotide, such as a fluorescently labeled nucleotide. In some embodiments, the extension includes single nucleotide extension of the capture probes. In some embodiments, the extension includes extending the capture probes to multiple nucleotides.

[0136] В некоторых таких вариантах осуществления зонд захвата содержит антитело или его антигенсвязывающий фрагмент. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата субпопуляции гранул специфически связываются с отличающимися друг от друга лигандами-мишенями. В некоторых вариантах осуществления различные субпопуляции гранул могут содержать одни и те же или различные зонды захвата. В некоторых таких вариантах осуществления различные зонды захвата субпопуляции гранул специфически связываются с одними и теми же лигандами-мишенями.[0136] In some such embodiments, the capture probe comprises an antibody or an antigen-binding fragment thereof. In some embodiments, bead subpopulation capture probes specifically bind to distinct target ligands. In some embodiments, different subpopulations of beads may contain the same or different capture probes. In some such embodiments, different bead subpopulation capture probes specifically bind to the same target ligands.

[0137] В некоторых вариантах осуществления обнаружение зондов захвата, специфически связанных с лигандами-мишенями, включает иммунологический анализ. Например, лиганды-мишени, специфически связанные с зондами захвата, приводят в контакт со вторичным антителом или его антигенсвязывающим фрагментом, причем вторичное антитело или его антигенсвязывающий фрагмент содержит обнаруживаемую метку, например флуоресцентную метку.[0137] In some embodiments, detection of capture probes specifically bound to target ligands involves an immunoassay. For example, target ligands specifically bound to capture probes are contacted with a secondary antibody or antigen-binding fragment thereof, wherein the secondary antibody or antigen-binding fragment thereof contains a detectable label, such as a fluorescent label.

[0138] В некоторых вариантах осуществления сайты связывания штрихкодового праймера содержат одну и туже нуклеотидную последовательность.[0138] In some embodiments, the barcode primer binding sites contain the same nucleotide sequence.

[0139] В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности индексов субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность и позволяют отличать одну субпопуляцию гранул от другой субпопуляции гранул. Например, нуклеотидные последовательности индексов первой субпопуляции гранул и нуклеотидные последовательности индексов второй субпопуляции гранул содержат одну и туже нуклеотидную последовательность.[0139] In some embodiments, the bead subpopulation index nucleotide sequences contain the same nucleotide sequence and allow one bead subpopulation to be distinguished from another bead subpopulation. For example, the index nucleotide sequences of the first granule subpopulation and the index nucleotide sequences of the second granule subpopulation contain the same nucleotide sequence.

[0140] В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности сайтов связывания индексного праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность.[0140] In some embodiments, the nucleotide sequences of the index primer binding sites contain the same nucleotide sequence.

[0141] В некоторых вариантах осуществления приведение первого лиганда-мишени в контакт с зондами захвата первой субпопуляции гранул и приведение вторых лигандов-мишеней в контакт с зондами захвата второй субпопуляции гранул осуществляется в разных положениях. Например, разные положения могут предусматривать разные реакционные объемы, например разные объемы в разных лунках в микротитрационном планшете.[0141] In some embodiments, bringing the first target ligand into contact with the capture probes of the first subpopulation of beads and bringing the second target ligands into contact with the capture probes of the second subpopulation of beads are at different positions. For example, different positions may provide different reaction volumes, such as different volumes in different wells in a microtiter plate.

[0142] Некоторые варианты осуществления также предусматривают объединение первой и второй субпопуляций гранул до распределения первой и второй субпопуляций гранул на субстрате. В других вариантах осуществления первую субпопуляцию гранул распределяют на субстрате до распределения на субстрате второй субпопуляции гранул. В некоторых вариантах осуществления субпопуляции гранул распределяют на субстрате до обнаружения зонда захвата, специфически связанного с лигандом.[0142] Some embodiments also include combining the first and second bead subpopulations before distributing the first and second bead subpopulations onto the substrate. In other embodiments, the first subpopulation of beads is distributed on the substrate before the second subpopulation of beads is distributed on the substrate. In some embodiments, subpopulations of beads are distributed on the substrate prior to detection of a capture probe specifically bound to a ligand.

[0143] В некоторых таких вариантах осуществления обнаружение зондов захвата, специфически связанных с лигандами-мишенями, также может включать определение положения зондов захвата, специфически связанных с лигандами-мишенями, на субстрате.[0143] In some such embodiments, detecting capture probes specifically bound to target ligands may also include determining the position of capture probes specifically bound to target ligands on the substrate.

[0144] В некоторых вариантах осуществления декодирование положения обнаруженных зондов захвата включает декодирование положения индексов гранул, содержащих обнаруженный зонд захвата. Некоторые варианты осуществления также включают гибридизацию множества индексных праймеров с сайтами индексных праймеров и удлинение гибридизованных индексных праймеров. В некоторых вариантах осуществления удлинение гибридизованных индексных праймеров содержит по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления декодирование положения индексов гранул включает секвенирование индексов на субстрате.[0144] In some embodiments, decoding the position of the detected capture probes includes decoding the position of the indices of the beads containing the detected capture probe. Some embodiments also include hybridizing multiple index primers to index primer sites and extending the hybridized index primers. In some embodiments, the extension of the hybridized index primers comprises at least one round of sequencing by synthesis. In some embodiments, decoding the position of bead indices involves sequencing the indices on the substrate.

[0145] В некоторых вариантах осуществления декодирование положения обнаруженных зондов захвата включает декодирование положения штрихкодов гранул, содержащих обнаруженный зонд захвата. Некоторые такие варианты осуществления включают гибридизацию множества штрихкодовых праймеров с сайтами штрихкодовых праймеров и удлинение гибридизованных штрихкодовых праймеров. В некоторых вариантах осуществления удлинение гибридизованных штрихкодовых праймеров включает по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления декодирование положения штрихкодов гранул включает секвенирование штрихкодов на субстрате.[0145] In some embodiments, decoding the position of the detected capture probes includes decoding the position of barcodes of the beads containing the detected capture probe. Some such embodiments include hybridizing multiple barcode primers to barcode primer sites and extending the hybridized barcode primers. In some embodiments, extension of the hybridized barcode primers involves at least one round of sequencing by synthesis. In some embodiments, decoding the position of the bead barcodes involves sequencing the barcodes on the substrate.

[0146] В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество раздельных сайтов. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество лунок. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество каналов. В некоторых вариантах осуществления проточная кювета содержит субстрат. В некоторых вариантах осуществления распределенные первая и вторая субпопуляции гранул содержат матрицу.[0146] In some embodiments, the substrate contains multiple discrete sites. In some embodiments, the substrate contains a plurality of wells. In some embodiments, the substrate contains multiple channels. In some embodiments, the flow cell contains a substrate. In some embodiments, the distributed first and second subpopulations of beads comprise a matrix.

[0147] В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 50, 100, 500, 1000 или 5000 отличающихся друг от друга зондов захвата или любое количество зондов захвата в диапазоне между любыми двумя вышеуказанными количествами. Некоторые варианты осуществления также содержат по меньшей мере 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции, или любое количество разных субпопуляций гранул между любыми двумя вышеуказанными количествами.[0147] In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 50, 100, 500, 1000, or 5000 distinct capture probes, or any number of capture probes ranging between any two of the above amounts. Some embodiments also contain at least 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 different bead subpopulations, each subpopulation containing an index different from the other subpopulation, or any number of different bead subpopulations between any two of the above amounts.

[0148] На ФИГ. 6А слева изображен вариант осуществления, который содержит гранулу 200, имеющую полинуклеотид 210, прикрепленный к грануле. Полинуклеотид содержит зонд захвата, который гибридизован с нуклеиновой кислотой-мишенью 220. Зонд захвата удлинен нуклеотидом, содержащим обнаруживаемую метку 230. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотид может содержать штрихкод, указывающий на зонд захвата, и сайт связывания штрихкодового праймера, подходящий для секвенирования и идентификации штрихкода. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотид также может включать индекс, указывающий на субпопуляцию гранул из другой субпопуляции гранул, и сайт связывания индексного праймера, подходящий для секвенирования и определения индекса. В некоторых вариантах осуществления гранулу можно распределить в матрице на субстрате и декодировать. Декодирование может включать определение положения обнаруживаемой метки на матрице; определение штрихкода, прикрепленного к грануле на матрице; и/или определение индекса, прикрепленного к грануле на матрице.[0148] In FIG. 6A on the left depicts an embodiment that includes a bead 200 having a polynucleotide 210 attached to the bead. The polynucleotide contains a capture probe that is hybridized to a target nucleic acid 220. The capture probe is extended with a nucleotide containing a detectable tag 230. In some embodiments, the polynucleotide may contain a barcode indicating the capture probe and a barcode primer binding site suitable for sequencing and identifying the barcode . In some embodiments, the polynucleotide may also include an index indicating a subpopulation of beads from another subpopulation of beads, and an index primer binding site suitable for sequencing and index determination. In some embodiments, the bead can be distributed into a matrix on a substrate and decoded. Decoding may include determining the position of a detectable mark on the array; detecting a barcode attached to a bead on a matrix; and/or determining the index attached to the bead on the matrix.

[0149] На ФИГ. 6А в середине изображен вариант осуществления, который содержит гранулу 200 с зондом 240 захвата, прикрепленным к грануле. Зонд захвата гибридизован с нуклеиновой кислотой-мишенью 220. К грануле также прикреплен первый полинуклеотид 260, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата, и сайт связывания штрихкодового праймера, подходящий для секвенирования и определения штрихкода. К грануле также прикреплен второй полинуклеотид 250, содержащий индекс, указывающий на субпопуляцию гранул из другой субпопуляции гранул. Зонд захвата удлинен нуклеотидом, содержащим обнаруживаемую метку 230. В некоторых вариантах осуществления гранулу можно распределить в матрице на субстрате и декодировать. Декодирование может включать определение положения обнаруживаемой метки на матрице; определение штрихкода, прикрепленного к грануле на матрице; и/или определение индекса, прикрепленного к грануле на матрице.[0149] In FIG. 6A in the middle depicts an embodiment that includes a bead 200 with a capture probe 240 attached to the bead. The capture probe is hybridized to the target nucleic acid 220. Also attached to the bead is a first polynucleotide 260 containing a barcode indicating the capture probe and a barcode primer binding site suitable for sequencing and barcode detection. Also attached to the bead is a second polynucleotide 250 containing an index indicating a subpopulation of beads from another subpopulation of beads. The capture probe is extended with a nucleotide containing detectable tag 230. In some embodiments, the bead can be distributed in a matrix on a substrate and decoded. Decoding may include determining the position of a detectable mark on the array; detecting a barcode attached to a bead on a matrix; and/or determining the index attached to the bead on the matrix.

[0150] На ФИГ. 6А справа изображен вариант осуществления, который содержит гранулу 200 с зондом 270 захвата, прикрепленным к грануле, причем зонд захвата является антителом или антигенсвязывающим фрагментом антитела. Зонд захвата специфически связан с лигандом 280. Лиганд также связан со вторичным антителом 290, которое содержит обнаруживаемую метку 230. К грануле также прикреплен первый полинуклеотид 260, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата, и сайт связывания штрихкодового праймера, подходящий для секвенирования и определения штрихкода. К грануле также прикреплен второй полинуклеотид 250, содержащий индекс, указывающий на субпопуляцию гранул из другой субпопуляции гранул. В некоторых вариантах осуществления гранулу можно распределить в матрице на субстрате и декодировать. Декодирование может включать определение положения обнаруживаемой метки на матрице; определение штрихкода, прикрепленного к грануле на матрице; и/или определение индекса, прикрепленного к грануле на матрице.[0150] In FIG. 6A to the right depicts an embodiment that includes a bead 200 with a capture probe 270 attached to the bead, wherein the capture probe is an antibody or an antigen-binding fragment of an antibody. The capture probe is specifically bound to a ligand 280. The ligand is also bound to a secondary antibody 290, which contains a detectable tag 230. Also attached to the bead is a first polynucleotide 260 containing a barcode indicating the capture probe and a barcode primer binding site suitable for sequencing and barcode detection . Also attached to the bead is a second polynucleotide 250 containing an index indicating a subpopulation of beads from another subpopulation of beads. In some embodiments, the bead can be distributed into a matrix on a substrate and decoded. Decoding may include determining the position of a detectable mark on the array; detecting a barcode attached to a bead on a matrix; and/or determining the index attached to the bead on the matrix.

[0151] На ФИГ. 6В справа изображен вариант осуществления, который содержит гранулу 200 с зондом 330 захвата, содержащим белок, прикрепленный к грануле. В некоторых вариантах осуществления гранулу можно распределить в матрице на субстрате. Субстрат 340 для белка используют для контакта с белком, чтобы генерировать сигнал, содержащий обнаруживаемую метку 230. Возможно определение положения сигнала на матрице. В некоторых вариантах осуществления гранула может содержать первый полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата, и сайт связывания штрихкодового праймера, подходящий для секвенирования и определения штрихкода, также прикрепленный к грануле. В некоторых вариантах осуществления гранула может содержать второй полинуклеотид, содержащий индекс, указывающий на субпопуляцию гранул из другой субпопуляции гранул, также прикрепленный к грануле. В некоторых вариантах осуществления гранулу декодируют на матрице. Декодирование может включать определение положения обнаруживаемой метки на матрице; определение штрихкода, прикрепленного к грануле на матрице; и/или определение индекса, прикрепленного к грануле на матрице.[0151] In FIG. 6B on the right depicts an embodiment that includes a bead 200 with a capture probe 330 containing a protein attached to the bead. In some embodiments, the granule may be distributed in a matrix on a substrate. Protein substrate 340 is used to contact the protein to generate a signal containing a detectable label 230. The position of the signal on the array can be determined. In some embodiments, the bead may comprise a first polynucleotide containing a barcode indicating a capture probe and a barcode primer binding site suitable for sequencing and barcode detection also attached to the bead. In some embodiments, the bead may comprise a second polynucleotide containing an index indicating a subpopulation of beads from another subpopulation of beads also attached to the bead. In some embodiments, the granule is decoded into a matrix. Decoding may include determining the position of a detectable mark on the array; detecting a barcode attached to a bead on a matrix; and/or determining the index attached to the bead on the matrix.

Секвенирование и анализ нуклеиновых кислот-мишенейSequencing and analysis of target nucleic acids

[0152] Некоторые варианты осуществления включают секвенирование и/или анализ нуклеиновых кислот-мишеней. Некоторые варианты осуществления включают декодирование положений полинуклеотидов в матрице в соответствии со способами, предложенными в настоящем документе; гибридизацию нуклеиновой кислоты-мишени с зондами захвата; удлинение зондов захвата; и обнаружение удлинения зондов захвата, гибридизованных с нуклеиновой кислотой-мишенью, в положении на матрице. В некоторых вариантах осуществления положения полинуклеотидов на матрице можно декодировать перед гибридизацией нуклеиновой кислоты-мишени с полинуклеотидами. В некоторых вариантах осуществления положения полинуклеотидов на матрице можно декодировать после обнаружения удлинения зондов захвата, гибридизованных с нуклеиновой кислотой-мишенью. В некоторых вариантах осуществления каждый полинуклеотид может быть связан с зондом захвата через общий элемент. Например, каждый полинуклеотид и зонд захвата может быть связан с одним и тем же микроэлементом, таким как гранула. В дополнительных таких вариантах осуществления каждый полинуклеотид может содержать зонд захвата.[0152] Some embodiments include sequencing and/or analysis of target nucleic acids. Some embodiments include decoding the positions of polynucleotides in a template in accordance with the methods provided herein; hybridization of target nucleic acid with capture probes; extension of capture probes; and detecting extension of capture probes hybridized to the target nucleic acid at a position on the array. In some embodiments, the positions of the polynucleotides on the array can be decoded before the target nucleic acid is hybridized to the polynucleotides. In some embodiments, the positions of the polynucleotides on the array can be decoded after detection of extension of capture probes hybridized to the target nucleic acid. In some embodiments, each polynucleotide may be linked to a capture probe through a common element. For example, each polynucleotide and capture probe may be associated with the same trace element, such as a bead. In further such embodiments, each polynucleotide may comprise a capture probe.

[0153] Некоторые варианты осуществления включают достройку зондов захвата по одному основанию (SBE). В некоторых вариантах осуществления SBE можно использовать для обнаружения аллели, мутаций или других элементов нуклеиновых кислот-мишеней. Вкратце, в SBE используется зонд захвата, который гибридизуется с геномным фрагментом-мишенью в положении, которое является проксимальном или соседним к положению обнаружения, причем положение обнаружения указывает на конкретный локус. Полимеразу можно использовать для удлинения 3'-конца зонда захвата нуклеотидным аналогом, меченым детекторной меткой. На основании точности фермента нуклеотид встраивается в зонд захвата только в том случае, если он комплементарен положению обнаружения нуклеиновой кислоты-мишени. При необходимости нуклеотид можно дериватизировать таким образом, что применение блокирующей группы, включая обратимые блокирующие группы, не может приводить к дополнительным удлинениям и, таким образом, происходит добавление только одного нуклеотида. Присутствие в удлиненном зонде захвата меченого нуклеотида может быть обнаружено, например, в конкретном месте матрицы, а добавленный нуклеотид определен для установления идентичности локуса или аллели. SBE может осуществляться при известных условиях, таких как описанные в патентах США №№9,441,267 и US 9,045,796, каждый из которых полностью включен в настоящий документ путем ссылки.[0153] Some embodiments include single base extension (SBE) capture probes. In some embodiments, SBE can be used to detect alleles, mutations, or other elements of target nucleic acids. Briefly, SBE uses a capture probe that hybridizes to a target genomic fragment at a position that is proximal or adjacent to the detection position, with the detection position indicating a specific locus. The polymerase can be used to extend the 3' end of a capture probe with a detector-labeled nucleotide analogue. Based on the precision of the enzyme, a nucleotide is inserted into the capture probe only if it is complementary to the detection position of the target nucleic acid. If necessary, the nucleotide can be derivatized in such a way that the use of a blocking group, including reversible blocking groups, cannot lead to additional extensions and thus only one nucleotide is added. The presence of a labeled nucleotide in an extended capture probe can be detected, for example, at a specific location in the array, and the added nucleotide determined to establish the identity of a locus or allele. SBE can be carried out under known conditions, such as those described in US Pat. Nos. 9,441,267 and US Pat. Nos. 9,045,796, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0154] Некоторые варианты осуществления включают аллель-специфическое удлинение праймера (ASPE). В некоторых вариантах осуществления ASPE может включать удлинение зондов захвата, которые различаются по нуклеотидной композиции на их 3'-конце. Способ ASPE можно осуществлять с применением нуклеозида или нуклеотида, содержащего расщепляемый линкер, чтобы после обнаружения зонда можно было удалить метку. Это делает возможным дополнительное использование зондов или подтверждение, что обнаруженный сигнал обусловлен меткой, которая теперь удалена. Вкратце, ASPE можно выполнять путем гибридизации нуклеиновой кислоты-мишени с зондом захвата, имеющим участок последовательности 3', который комплементарен положению обнаружения, и участок последовательности 5', который комплементарен последовательности, которая находится по соседству с положением обнаружения. Направляемая темплатом модификация части 3' зонда захвата, например, путем добавления меченого нуклеотида с помощью полимеразы, позволяет получить меченый продукт удлинения, но только в том случае, если темплат включает целевую последовательность. Тогда может быть обнаружено присутствие такого меченого продукта удлинения праймера, например, на основании его положения в матрице, с обозначением присутствия специфической аллели. В некоторых вариантах осуществления ASPE можно выполнять с множеством зондов захвата, которые имеют аналогичные 5'-концы, так что они ренатурируются по соседству с одним и тем же положением обнаружения в нуклеиновой кислоте-мишени, но различные 3'-концы, так что полимеразой модифицируются только зонды захвата, имеющие 3'-конец, который комплементирует положение обнаружения. Зонд захвата, имеющий 3'-концевое основание, которое комплементарно конкретному положению обнаружения, называют зондом идеального соответствия (РМ) для положения, тогда как зонды захвата, которые имеют 3'-концевое несоответствующее основание и не выполнены с возможностью удлинения в ходе реакции ASPE, представляют собой зонды несоответствия (ММ) для положения. Можно обнаружить присутствие меченого нуклеотида в зонде РМ и определить последовательность 3' зонда захвата, определенного для идентификации конкретной аллели в положении обнаружения.[0154] Some embodiments include allele-specific primer extension (ASPE). In some embodiments, ASPE may include extension of capture probes that differ in the nucleotide composition at their 3' end. The ASPE method can be carried out using a nucleoside or nucleotide containing a cleavable linker so that once the probe is detected the label can be removed. This makes it possible to use additional probes or confirm that the detected signal is due to a tag that has now been removed. Briefly, ASPE can be performed by hybridizing a target nucleic acid with a capture probe having a 3' sequence region that is complementary to the detection position and a 5' sequence region that is complementary to the sequence that is adjacent to the detection position. Template-directed modification of the 3' portion of the capture probe, for example by adding a labeled nucleotide using a polymerase, produces a labeled extension product, but only if the template includes the target sequence. The presence of such a tagged primer extension product can then be detected, for example based on its position in the array, indicating the presence of a specific allele. In some embodiments, ASPE can be performed with multiple capture probes that have similar 5' ends so that they are annealed adjacent to the same detection position in the target nucleic acid, but different 3' ends so that they are modified by the polymerase only capture probes having a 3' end that complements the detection position. A capture probe that has a 3'-terminal base that is complementary to a particular detection position is called a position-perfect match (PM) probe, whereas capture probes that have a 3'-terminal mismatched base and are not designed to be extended during the ASPE reaction are are mismatch probes (MM) for position. The presence of a labeled nucleotide in the PM probe can be detected and the sequence of the 3' capture probe determined to identify the specific allele at the detection position.

[0155] Некоторые варианты осуществления включают способы для декодирования положений полинуклеотидов в матрице. Некоторые такие способы включают (а) получение субстрата, имеющего матрицу полинуклеотидов, распределенных на поверхности субстрата, причем каждый полинуклеотид содержит сайт связывания праймера 3' от штрихкода, при этом каждый полинуклеотид связан с зондом захвата; (b) гибридизацию множества праймеров с сайтами связывания праймера; и (с) определение последовательностей штрихкодов путем удлинения гибридизованных праймеров, причем последовательность каждого штрихкода указывает на положение полинуклеотида в матрице. В некоторых вариантах осуществления каждый полинуклеотид связан с зондом захвата посредством гранулы. В некоторых вариантах осуществления каждый полинуклеотид содержит зонд захвата. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата находится 3' относительно сайта связывания праймера. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата находится 5' относительно штрихкода. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата содержит последовательность, отличную от последовательности другого зонда захвата. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата отличается от другого зонда захвата менее чем на 5 различных нуклеотидов. В некоторых вариантах осуществления каждый зонд захвата содержит различную последовательность. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотиды случайным образом распределены на поверхности субстрата. В некоторых вариантах осуществления штрихкод содержит последовательность, отличную от другого штрихкода. В некоторых вариантах осуществления каждый штрихкод содержит различную последовательность. В некоторых вариантах осуществления каждый сайт связывания праймера содержит одну и ту же последовательность. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотиды присоединены к гранулам. В некоторых вариантах осуществления гранулы распределены в лунках. В некоторых вариантах осуществления каждый полинуклеотид содержит расщепляемый линкер. В некоторых вариантах осуществления расщепляемый линкер выполнен с возможностью удаления зонда захвата из сайта связывания праймера и штрихкода. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит лунки. В некоторых вариантах осуществления каждый полинуклеотид содержит спейсер. В некоторых вариантах осуществления спейсер прикреплен к субстрату. В некоторых вариантах осуществления спейсер прикреплен к грануле. Некоторые варианты осуществления также включают гибридизацию нуклеиновой кислоты-мишени с зондами захвата. В некоторых вариантах осуществления гибридизацию нуклеиновой кислоты-мишени с зондами захвата выполняют после определения последовательностей штрихкодов. В некоторых вариантах осуществления гибридизацию нуклеиновой кислоты-мишени с зондами захвата выполняют перед определением последовательностей штрихкодов. Некоторые варианты осуществления также включают удлинение гибридизованной нуклеиновой кислоты-мишени или полинуклеотида. В некоторых вариантах осуществления удлинение предусматривает лигирование. Некоторые варианты осуществления также включают амплифицирование нуклеиновой кислоты-мишени.[0155] Some embodiments include methods for decoding the positions of polynucleotides in a matrix. Some such methods include (a) providing a substrate having a matrix of polynucleotides distributed on the surface of the substrate, each polynucleotide containing a primer binding site 3' from the barcode, each polynucleotide associated with a capture probe; (b) hybridizing multiple primers to primer binding sites; and (c) determining the barcode sequences by extension of the hybridized primers, the sequence of each barcode indicating the position of the polynucleotide in the template. In some embodiments, each polynucleotide is associated with a capture probe via a bead. In some embodiments, each polynucleotide contains a capture probe. In some embodiments, the capture probe is located 3' relative to the primer binding site. In some embodiments, the capture probe is located 5' relative to the barcode. In some embodiments, the capture probe contains a different sequence from the other capture probe. In some embodiments, the capture probe differs from another capture probe by less than 5 different nucleotides. In some embodiments, each capture probe contains a different sequence. In some embodiments, the polynucleotides are randomly distributed on the surface of the substrate. In some embodiments, the barcode contains a different sequence from another barcode. In some embodiments, each barcode contains a different sequence. In some embodiments, each primer binding site contains the same sequence. In some embodiments, the polynucleotides are attached to the beads. In some embodiments, the beads are distributed in the wells. In some embodiments, each polynucleotide contains a cleavable linker. In some embodiments, the cleavable linker is configured to remove the capture probe from the primer-barcode binding site. In some embodiments, the substrate contains wells. In some embodiments, each polynucleotide contains a spacer. In some embodiments, the spacer is attached to the substrate. In some embodiments, the spacer is attached to the bead. Some embodiments also include hybridizing the target nucleic acid with capture probes. In some embodiments, hybridization of the target nucleic acid with the capture probes is performed after determination of the barcode sequences. In some embodiments, hybridization of the target nucleic acid with the capture probes is performed before determining the barcode sequences. Some embodiments also include extension of the hybridized target nucleic acid or polynucleotide. In some embodiments, extension involves ligation. Some embodiments also include amplifying a target nucleic acid.

[0156] Некоторые варианты осуществления включают способы секвенирования нуклеиновой кислоты-мишени. Некоторыми такими способами является (а) декодирование положений полинуклеотидов в матрице в соответствии с любым из вышеуказанных способов; (b) гибридизация нуклеиновой кислоты-мишени с зондами захвата; (с) удлинение зондов захвата, гибридизованных с нуклеиновой кислотой-мишенью; и (d) обнаружение положения удлиненных зондов захвата. В некоторых вариантах осуществления (d) обнаружение положения удлиненных зондов захвата выполняют до (а) декодирования положений полинуклеотидов в матрице. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата удлиняют с помощью лигазы. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата удлиняют с помощью полимеразы. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата удлиняют добавлением одного нуклеотида. Некоторые варианты осуществления также включают отщепление сайтов связывания праймера и штрихкодов от зондов захвата перед гибридизацией нуклеиновой кислоты-мишени с зондами захвата. Некоторые варианты осуществления также включают отщепление сайтов связывания праймера и штрихкодов от зондов захвата после гибридизации нуклеиновой кислоты-мишени с зондами захвата.[0156] Some embodiments include methods for sequencing a target nucleic acid. Some such methods are (a) decoding the positions of polynucleotides in a matrix in accordance with any of the above methods; (b) hybridizing the target nucleic acid with the capture probes; (c) extension of capture probes hybridized to the target nucleic acid; and (d) detecting the position of the elongated capture probes. In some embodiments, (d) detecting the position of the extended capture probes is performed before (a) decoding the positions of the polynucleotides in the array. In some embodiments, the capture probes are extended using a ligase. In some embodiments, the capture probes are extended using a polymerase. In some embodiments, the capture probes are extended by the addition of a single nucleotide. Some embodiments also include cleaving the primer and barcode binding sites from the capture probes before hybridizing the target nucleic acid to the capture probes. Some embodiments also include cleaving the primer and barcode binding sites from the capture probes after hybridization of the target nucleic acid to the capture probes.

Некоторые двухзондовые способыSome two-probe methods

[0157] Некоторые варианты осуществления включают обнаружение нуклеиновой кислоты-мишени с помощью первого и второго зондов захвата. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновая кислота-мишень содержит первый участок, способный гибридизоваться с первым зондом захвата, и второй участок, способный гибридизоваться со вторым зондом захвата. В некоторых вариантах осуществления получают популяцию гранул, в которой каждая гранула содержит первый зонд захвата и второй зонд захвата. В некоторых вариантах осуществления один из двух зондов захвата присоединен к грануле посредством расщепляемого линкера. В некоторых вариантах осуществления один из зондов захвата содержит обнаруживаемую метку, такую как флуоресцентная метка. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновая кислота-мишень гибридизуется с зондами захвата с образованием двухцепочечной нуклеиновой кислоты, содержащей одноцепочечный гэп. Гэп заполняют и расщепляемый линкер отщепляют. Обнаруживают удлиненный зонд захвата. В некоторых вариантах осуществления один из зондов захвата содержит обнаруживаемую метку, такую как флуоресцентная метка. В некоторых вариантах осуществления обнаруживаемую метку встраивают в удлиненный зонд захвата во время заполнения гэпа.[0157] Some embodiments include detecting a target nucleic acid using first and second capture probes. In some embodiments, the target nucleic acid comprises a first region capable of hybridizing to a first capture probe and a second region capable of hybridizing to a second capture probe. In some embodiments, a population of beads is produced, in which each bead contains a first capture probe and a second capture probe. In some embodiments, one of the two capture probes is attached to the bead via a cleavable linker. In some embodiments, one of the capture probes contains a detectable label, such as a fluorescent label. In some embodiments, the target nucleic acid hybridizes to the capture probes to form a double-stranded nucleic acid containing a single-stranded gap. The gap is filled and the cleavable linker is cleaved off. An elongated capture probe is detected. In some embodiments, one of the capture probes contains a detectable label, such as a fluorescent label. In some embodiments, the detectable label is incorporated into the elongated capture probe during gap filling.

[0158] В некоторых вариантах осуществления второй зонд захвата присоединен к грануле посредством расщепляемого линкера, и второй зонд захвата содержит обнаруживаемую метку, такую как флуоресцентная метка. Примеры расщепляемых линкеров включают линкеры, которые можно расщеплять химическим путем, ферментами, такими как эндонуклеазы, и определенными частотами света. В некоторых вариантах осуществления каждая гранула также содержит первый полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на первый или второй зонд захвата, и сайт связывания праймера штрихкода на 3'-конце относительно штрихкода. В некоторых вариантах осуществления первый зонд захвата содержит первый полинуклеотид. В некоторых вариантах осуществления первый зонд захвата отличается от первого полинуклеотида.[0158] In some embodiments, the second capture probe is attached to the bead via a cleavable linker, and the second capture probe contains a detectable label, such as a fluorescent label. Examples of cleavable linkers include linkers that can be cleaved chemically, enzymes such as endonucleases, and certain frequencies of light. In some embodiments, each bead also contains a first polynucleotide containing a barcode indicating a first or second capture probe, and a barcode primer binding site at the 3' end of the barcode. In some embodiments, the first capture probe comprises a first polynucleotide. In some embodiments, the first capture probe is different from the first polynucleotide.

[0159] В некоторых вариантах осуществления конец первого зонда захвата лигирован с концом второго зонда захвата. В некоторых вариантах осуществления первый зонд захвата лигируют со вторым зондом захвата путем гибридизации нуклеиновой кислоты-мишени с первым и вторым зондами захвата гранулы популяции гранул с получением двухцепочечной нуклеиновой кислоты, содержащей одноцепочечный гэп между первым и вторым зондами захвата, и заполнение гэпа между первым и вторым зондами захвата. В некоторых вариантах осуществления заполнение гэпа можно выполнять с помощью полимеразы и/или лигазы. В некоторых вариантах осуществления расщепляемый линкер расщепляют с получением гранулы, содержащей первый зонд захвата, содержащий обнаруживаемую метку. В некоторых вариантах осуществления популяция гранул распределена на субстрате. В некоторых вариантах осуществления популяцию гранул распределяют на субстрате после расщепления расщепляемого линкера. В некоторых вариантах осуществления популяцию гранул распределяют на субстрате до расщепления расщепляемого линкера или до лигирования первого зонда захвата со вторым зондом захвата. В некоторых вариантах осуществления определяют положение гранулы, содержащей первый зонд захвата, содержащий обнаруживаемую метку, на субстрате.[0159] In some embodiments, the end of the first capture probe is ligated to the end of the second capture probe. In some embodiments, the first capture probe is ligated to a second capture probe by hybridizing a target nucleic acid to the first and second bead population capture probes to produce a double-stranded nucleic acid comprising a single-stranded gap between the first and second capture probes and filling the gap between the first and second capture probes. In some embodiments, gap filling can be accomplished using a polymerase and/or ligase. In some embodiments, the cleavable linker is cleaved to produce a bead containing a first capture probe containing a detectable label. In some embodiments, the population of beads is distributed on the substrate. In some embodiments, the population of beads is distributed on the substrate after cleavage of the cleavable linker. In some embodiments, the bead population is distributed on the substrate prior to cleavage of the cleavable linker or prior to ligation of the first capture probe to the second capture probe. In some embodiments, the position of the bead containing the first capture probe containing the detectable label on the substrate is determined.

[0160] В некоторых вариантах осуществления декодирование положения гранулы, содержащей первый зонд захвата, содержащий обнаруживаемую метку, на субстрате включает декодирование положения штрихкода гранулы, содержащей первый зонд захвата, содержащий обнаруживаемую метку, на субстрате. Некоторые такие варианты осуществления могут включать гибридизацию штрихкодового праймера с сайтом штрихкодового праймера и удлинение гибридизованного штрихкодового праймера. В некоторых вариантах осуществления удлинение гибридизованного штрихкодового праймера включает по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления декодирование положения штрихкода гранулы включает секвенирование штрихкода на субстрате.[0160] In some embodiments, decoding the position of a bead containing a first capture probe containing a detectable label on a substrate includes decoding the position of a barcode of a bead containing a first capture probe containing a detectable label on the substrate. Some such embodiments may include hybridizing a barcode primer to a barcode primer site and extending the hybridized barcode primer. In some embodiments, extension of the hybridized barcode primer involves at least one round of sequencing by synthesis. In some embodiments, decoding the position of the bead barcode involves sequencing the barcode on the substrate.

[0161] В некоторых вариантах осуществления каждая гранула содержит второй полинуклеотид, содержащий индекс, указывающий на источник нуклеиновой кислоты-мишени, и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса.[0161] In some embodiments, each bead contains a second polynucleotide containing an index indicating the source of the target nucleic acid and an index primer binding site at the 3' end of the index.

[0162] В некоторых вариантах осуществления популяция гранул содержит первую и вторую субпопуляции гранул, каждая гранула содержит второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса, причем индексы первой субпопуляции отличаются от индексов второй субпопуляции. В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности индексов первой субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность, и нуклеотидные последовательности индексов второй субпопуляции гранул содержат одну и туже нуклеотидную последовательность. В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности сайтов связывания индексного праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность.[0162] In some embodiments, the population of beads comprises a first and a second subpopulation of beads, each bead containing a second polynucleotide containing an index and an index primer binding site at the 3' end of the index, wherein the indices of the first subpopulation are different from the indices of the second subpopulation. In some embodiments, the index nucleotide sequences of the first bead subpopulation contain the same nucleotide sequence, and the index nucleotide sequences of the second bead subpopulation contain the same nucleotide sequence. In some embodiments, the nucleotide sequences of the index primer binding sites contain the same nucleotide sequence.

[0163] В некоторых вариантах осуществления стадию лигирования или расщепления с первой субпопуляцией гранул выполняют в положениях, отличающихся от стадии лигирования или расщепления со второй субпопуляцией гранул. В некоторых вариантах осуществления разные положения предусматривают разные реакционные объемы. В некоторых вариантах осуществления разные положения предусматривают разные лунки.[0163] In some embodiments, the ligation or cleavage step with the first subpopulation of beads is performed at positions different from the ligation or cleavage step with the second subpopulation of beads. In some embodiments, different positions provide different reaction volumes. In some embodiments, different positions provide different wells.

[0164] Некоторые варианты осуществления также предусматривают объединение первой и второй субпопуляций гранул до распределения субпопуляции гранул на субстрате. В других вариантах осуществления первую субпопуляцию гранул распределяют на субстрате до распределения на субстрате второй субпопуляции гранул.[0164] Some embodiments also include combining the first and second subpopulations of beads before distributing the subpopulation of beads on the substrate. In other embodiments, the first subpopulation of beads is distributed on the substrate before the second subpopulation of beads is distributed on the substrate.

[0165] В некоторых вариантах осуществления декодирование положения гранулы, содержащей первый зонд захвата, содержащий обнаруживаемую метку, на субстрате включает определение положения индексов гранул, содержащих обнаруженный зонт захвата. Некоторые такие варианты осуществления включают гибридизацию множества индексных праймеров с сайтами индексных праймеров и удлинение гибридизованных индексных праймеров. В некоторых вариантах осуществления удлинение гибридизованных индексных праймеров включает по меньшей мере один цикл секвенирования путем синтеза. В некоторых вариантах осуществления декодирование положения индексов гранул включает секвенирование индексов на субстрате.[0165] In some embodiments, decoding the position of a bead containing a first capture probe containing a detectable label on a substrate includes determining the position of indices of the beads containing the detected capture umbrella. Some such embodiments include hybridizing multiple index primers to index primer sites and extending the hybridized index primers. In some embodiments, extension of the hybridized index primers involves at least one round of sequencing by synthesis. In some embodiments, decoding the position of the bead indices involves sequencing the indices on the substrate.

[0166] В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество раздельных сайтов. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество лунок. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество каналов. В некоторых вариантах осуществления проточная кювета содержит субстрат. В некоторых вариантах осуществления распределенная популяция гранул содержит матрицу.[0166] In some embodiments, the substrate contains multiple discrete sites. In some embodiments, the substrate contains a plurality of wells. In some embodiments, the substrate contains multiple channels. In some embodiments, the flow cell contains a substrate. In some embodiments, the distributed population of beads comprises a matrix.

[0167] На ФИГ. 6В слева изображен вариант осуществления, в котором гранула 200 содержит первый зонд 300 захвата, прикрепленный к грануле посредством расщепляемого линкера 310. Второй зонд 320 захвата прикреплен к грануле. Нуклеиновая кислота-мишень 220 из определенного образца гибридизована с первым и вторым зондами захвата, и первый зонд захвата удлинен для заполнения гэпа между первым и вторым зондами захвата нуклеотидами, которые содержат обнаруживаемые метки 230. После заполнения гэпа нуклеиновую кислоту-мишень удаляют, а расщепляемый линкер расщепляют с получением удлиненного второго зонда захвата, содержащего обнаруживаемые метки, прикрепленные к грануле. Гранулу можно распределить в матрице на субстрате и декодировать. Полинуклеотид, содержащий индекс, указывающий на присоединенный к грануле образец, и полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на первый или второй зонды захвата, не показаны. Декодирование может включать определение положения обнаруживаемой метки на матрице; определение штрихкода, прикрепленного к грануле на матрице; и/или определение индекса, прикрепленного к грануле на матрице.[0167] In FIG. 6B on the left depicts an embodiment in which bead 200 includes a first capture probe 300 attached to the bead via a cleavable linker 310. A second capture probe 320 is attached to the bead. A target nucleic acid 220 from a particular sample is hybridized to the first and second capture probes, and the first capture probe is extended to fill the gap between the first and second capture probes with nucleotides that contain detectable tags 230. Once the gap is filled, the target nucleic acid is removed and the cleavable linker cleaved to produce an elongated second capture probe containing detectable tags attached to the bead. The granule can be distributed in a matrix on a substrate and decoded. A polynucleotide containing an index indicating the sample attached to the bead and a polynucleotide containing a barcode indicating the first or second capture probes are not shown. Decoding may include determining the position of a detectable mark on the array; detecting a barcode attached to a bead on a matrix; and/or determining the index attached to the bead on the matrix.

[0168] На ФИГ. 6С изображен вариант осуществления, в котором первый зонд захвата присоединен к грануле 200 посредством его 5'-конца. Второй зонд 360 захвата присоединен к грануле посредством его 3'-конца и расщепляемого линкера 310. Второй зонд захвата содержит обнаруживаемые метки 230. Нуклеиновую кислоту-мишень 220 гибридизована с первым и вторым зондами захвата, первый зонд захвата удлинен и лигирован со вторым зондом захвата. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновая кислота-мишень может содержать структурные варианты (SV). Расщепляемый линкер расщепляют с получением удлиненного первого зонда захвата, содержащего обнаруживаемую метку и присоединенного к грануле. Гранулу можно распределить в матрице на субстрате и декодировать. Полинуклеотид, содержащий индекс, указывающий на присоединенный к грануле образец, и полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на первый или второй зонды захвата, не показаны. Декодирование может включать определение положения обнаруживаемой метки на матрице; определение штрихкода, прикрепленного к грануле на матрице; и/или определение индекса, прикрепленного к грануле на матрице. При отсутствии нуклеиновой кислоты-мишени второй зонд захвата и обнаруживаемая метка отщеплены от гранулы.[0168] In FIG. 6C depicts an embodiment in which the first capture probe is attached to the bead 200 via its 5' end. The second capture probe 360 is attached to the bead through its 3' end and a cleavable linker 310. The second capture probe contains detectable tags 230. The target nucleic acid 220 is hybridized to the first and second capture probes, the first capture probe is extended and ligated to the second capture probe. In some embodiments, the target nucleic acid may contain structural variants (SV). The cleavable linker is cleaved to produce an elongated first capture probe containing a detectable label and attached to the bead. The granule can be distributed in a matrix on a substrate and decoded. A polynucleotide containing an index indicating the sample attached to the bead and a polynucleotide containing a barcode indicating the first or second capture probes are not shown. Decoding may include determining the position of a detectable mark on the array; detecting a barcode attached to a bead on a matrix; and/or determining the index attached to the bead on the matrix. In the absence of a target nucleic acid, the second capture probe and detectable label are cleaved from the bead.

Наборы и системыKits and systems

[0169] Некоторые варианты осуществления включают наборы и системы для декодирования микроэлементов, таких как полинуклеотиды на матрице. Некоторые такие наборы и системы могут включать субстрат, такой как чип или жидкостная ячейка, с матрицей полинуклеотидов, случайным образом распределенных на поверхности субстрата. Полинуклеотиды могут содержать сайт связывания праймера 3' относительно штрихкода. В некоторых таких вариантах осуществления каждый полинуклеотид может содержать зонд захвата. В дополнительных таких вариантах осуществления каждый полинуклеотид может быть связан с зондом захвата посредством общего элемента. Например, каждый полинуклеотид и зонд захвата может быть связан с одним и тем же микроэлементом, таким как гранула. Некоторые варианты осуществления включают детектор, выполненный с возможностью обнаружения сигналов от реагентов, гибридизованных с полинуклеотидами в матрице; такие реагенты могут включать реагенты для секвенирования, например, нуклеотиды, содержащие обнаруживаемые метки. Некоторые варианты осуществления включают детектор, выполненный с возможностью обнаружения сигналов, которые могут возникать в результате встраивания нуклеотида в полинуклеотид, например пирофосфат, или изменений в ионах водорода.[0169] Some embodiments include kits and systems for decoding microelements such as polynucleotides on an array. Some such kits and systems may include a substrate, such as a chip or fluid cell, with a matrix of polynucleotides randomly distributed on the surface of the substrate. The polynucleotides may contain a primer binding site 3' relative to the barcode. In some such embodiments, each polynucleotide may comprise a capture probe. In additional such embodiments, each polynucleotide may be linked to a capture probe through a common element. For example, each polynucleotide and capture probe may be associated with the same trace element, such as a bead. Some embodiments include a detector configured to detect signals from reagents hybridized to polynucleotides in the array; such reagents may include sequencing reagents, such as nucleotides containing detectable tags. Some embodiments include a detector configured to detect signals that may result from the incorporation of a nucleotide into a polynucleotide, such as pyrophosphate, or changes in hydrogen ions.

[0170] Некоторые варианты осуществления включают наборы или системы, содержащие по меньшей мере первую и вторую субпопуляции гранул. В некоторых вариантах осуществления каждая гранула субпопуляции может содержать первый полинуклеотид, содержащий зонд захвата, штрихкод, указывающий на зонд захвата одной и той же гранулы, и сайт связывания праймера штрихкода на 3'-конце относительно штрихкода. В некоторых вариантах осуществления каждая гранула субпопуляции может также содержать второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса. В некоторых вариантах осуществления индекс субпопуляции гранул может указывать на эту конкретную субпопуляцию гранул. В некоторых вариантах осуществления индексы первой субпопуляции отличаются от индексов второй субпопуляции. В некоторых вариантах осуществления наборов и систем, представленных в настоящем документе, первый объем содержит первую субпопуляцию гранул, а второй объем содержит вторую субпопуляцию гранул.[0170] Some embodiments include kits or systems containing at least first and second subpopulations of beads. In some embodiments, each bead of the subpopulation may contain a first polynucleotide containing a capture probe, a barcode indicating a capture probe of the same bead, and a barcode primer binding site at the 3' end of the barcode. In some embodiments, each subpopulation bead may also contain a second polynucleotide containing the index and an index primer binding site 3' to the index. In some embodiments, the granule subpopulation index may indicate that particular granule subpopulation. In some embodiments, the indices of the first subpopulation are different from the indices of the second subpopulation. In some embodiments of the kits and systems provided herein, the first volume contains a first subpopulation of beads and the second volume contains a second subpopulation of beads.

[0171] В некоторых вариантах осуществления каждый из зондов захвата первой и второй субпопуляций гранул содержит отличающиеся друг от друга нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления разные зонды захвата первой и второй субпопуляций гранул содержат одни и те же нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата содержат нуклеотидную последовательность, способную к гибридизации с однонуклеотидным полиморфизмом (SNP) или его комплементом.[0171] In some embodiments, the first and second bead subpopulation capture probes each contain different nucleotide sequences. In some embodiments, the different capture probes for the first and second bead subpopulations contain the same nucleotide sequences. In some embodiments, the capture probes contain a nucleotide sequence capable of hybridizing to a single nucleotide polymorphism (SNP) or its complement.

[0172] В некоторых вариантах осуществления сайты связывания штрихкодового праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность. Некоторые варианты осуществления также включают множество штрихкодовых праймеров, способных гибридизоваться с сайтами штрихкодовых праймеров.[0172] In some embodiments, the barcode primer binding sites contain the same nucleotide sequence. Some embodiments also include a plurality of barcode primers capable of hybridizing to the barcode primer sites.

[0173] В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности индексов первой субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность, и нуклеотидные последовательности индексов второй субпопуляции гранул содержат одну и туже нуклеотидную последовательность. В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности сайтов связывания индексного праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность. Некоторые варианты осуществления также включают множество индексных праймеров, способных гибридизоваться с сайтами индексных праймеров.[0173] In some embodiments, the index nucleotide sequences of the first bead subpopulation contain the same nucleotide sequence, and the index nucleotide sequences of the second bead subpopulation contain the same nucleotide sequence. In some embodiments, the nucleotide sequences of the index primer binding sites contain the same nucleotide sequence. Some embodiments also include a plurality of index primers capable of hybridizing to the index primer sites.

[0174] В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество раздельных сайтов. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество лунок. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество каналов. В некоторых вариантах осуществления проточная кювета содержит субстрат. В некоторых вариантах осуществления субстрат выполнен с возможностью образования комбинации первой и второй субпопуляций гранул матрицы гранул на поверхности субстрата и возможностью секвенирования этой матрицы в множестве циклов секвенирования посредством циклов синтеза.[0174] In some embodiments, the substrate contains multiple discrete sites. In some embodiments, the substrate contains a plurality of wells. In some embodiments, the substrate contains multiple channels. In some embodiments, the flow cell contains a substrate. In some embodiments, the substrate is configured to form a combination of first and second bead subpopulations of a bead matrix on the surface of the substrate and to sequence that template in multiple sequencing runs through synthesis runs.

[0175] В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 50 зондов захвата, содержащих различные нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 500 зондов захвата, содержащих различные нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 5000 зондов захвата, содержащих различные нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 50000 зондов захвата, содержащих различные нуклеотидные последовательности.[0175] In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 50 capture probes containing different nucleotide sequences. In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 500 capture probes containing different nucleotide sequences. In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 5000 capture probes containing different nucleotide sequences. In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 50,000 capture probes containing different nucleotide sequences.

[0176] Некоторые варианты осуществления включают по меньшей мере 10 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции. Некоторые варианты осуществления включают по меньшей мере 100 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции. Некоторые варианты осуществления включают по меньшей мере 1000 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции. Некоторые варианты осуществления включают по меньшей мере 10000 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции.[0176] Some embodiments include at least 10 different subpopulations of beads, with each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation. Some embodiments include at least 100 different bead subpopulations, with each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation. Some embodiments include at least 1000 different bead subpopulations, with each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation. Some embodiments include at least 10,000 different bead subpopulations, with each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation.

[0177] Некоторые варианты осуществления включают набор, содержащий: матрицу полинуклеотидов, случайным образом распределенных на поверхности субстрата, причем каждый полинуклеотид содержит сайт связывания праймера 3' относительно штрихкода и связан с зондом захвата, при этом каждый полинуклеотид содержит другой штрихкод и связан с другим зондом захвата. В некоторых вариантах осуществления каждый полинуклеотид связан с зондом захвата посредством гранулы. В некоторых вариантах осуществления каждый полинуклеотид содержит зонд захвата. В некоторых вариантах осуществления субстрат является плоским. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит лунки. В некоторых вариантах осуществления полинуклеотиды присоединены к гранулам. В некоторых вариантах осуществления гранулы распределены в лунках. В некоторых вариантах осуществления проточная кювета содержит матрицу.[0177] Some embodiments include a set comprising: an array of polynucleotides randomly distributed on the surface of a substrate, wherein each polynucleotide contains a primer binding site 3' to a barcode and is associated with a capture probe, wherein each polynucleotide contains a different barcode and is associated with a different probe capture. In some embodiments, each polynucleotide is associated with a capture probe via a bead. In some embodiments, each polynucleotide contains a capture probe. In some embodiments, the substrate is flat. In some embodiments, the substrate contains wells. In some embodiments, the polynucleotides are attached to the beads. In some embodiments, the beads are distributed in the wells. In some embodiments, the flow cell contains a matrix.

[0178] Некоторые варианты осуществления включают наборы или системы, содержащие первую и вторую субпопуляции гранул. В некоторых вариантах осуществления каждая гранула содержит зонд захвата, который специфически связывается с лигандом-мишенью. Примеры лигандов-мишеней включают нуклеиновые кислоты, белки или другие антигены. Примеры зондов захвата включают нуклеиновые кислоты, антитела и антигенсвязывающие фрагменты антител. В некоторых вариантах осуществления каждая гранула содержит первый полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата одной и той же гранулы, и сайт связывания праймера штрихкода на 3'-конце относительно штрихкода. В некоторых вариантах осуществления каждая гранула содержит второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса. В некоторых таких вариантах осуществления индексы первой субпопуляции отличаются от индексов второй субпопуляции. Например, индексы первой субпопуляции гранул можно использовать, чтобы отличить первую субпопуляцию гранул от второй субпопуляции гранул. В некоторых вариантах осуществления первая субпопуляция гранул отделена от второй субпопуляции гранул. Например, первый объем содержит первую субпопуляцию гранул, а второй объем содержит вторую субпопуляцию гранул.[0178] Some embodiments include kits or systems containing first and second bead subpopulations. In some embodiments, each bead contains a capture probe that specifically binds to a target ligand. Examples of target ligands include nucleic acids, proteins or other antigens. Examples of capture probes include nucleic acids, antibodies, and antigen binding fragments of antibodies. In some embodiments, each bead contains a first polynucleotide containing a barcode indicating a capture probe of the same bead, and a barcode primer binding site at the 3' end of the barcode. In some embodiments, each bead contains a second polynucleotide containing an index and an index primer binding site at the 3' end of the index. In some such embodiments, the indices of the first subpopulation are different from the indices of the second subpopulation. For example, the indices of the first subpopulation of granules can be used to distinguish the first subpopulation of granules from the second subpopulation of granules. In some embodiments, the first subpopulation of beads is separate from the second subpopulation of beads. For example, the first volume contains a first subpopulation of beads, and the second volume contains a second subpopulation of beads.

[0179] В некоторых вариантах осуществления зонд захвата содержит нуклеиновую кислоту, а лиганд-мишень содержит нуклеиновую кислоту-мишень. В некоторых таких вариантах осуществления первый полинуклеотид содержит зонд захвата. В некоторых вариантах осуществления зонды захвата содержат нуклеотидную последовательность, способную к гибридизации с однонуклеотидным полиморфизмом (SNP) или его комплементом.[0179] In some embodiments, the capture probe contains a nucleic acid and the target ligand contains the target nucleic acid. In some such embodiments, the first polynucleotide comprises a capture probe. In some embodiments, the capture probes contain a nucleotide sequence capable of hybridizing to a single nucleotide polymorphism (SNP) or its complement.

[0180] В некоторых вариантах осуществления зонд захвата содержит антитело или антигенсвязывающий фрагмент антитела.[0180] In some embodiments, the capture probe comprises an antibody or an antigen binding fragment of an antibody.

[0181] В некоторых вариантах осуществления каждый из зондов захвата первой и второй субпопуляций гранул специфически связывается с отличающимися друг от друга лигандами-мишенями. Например, каждый из зондов захвата первой субпопуляции гранул специфически связывается с отличающимися друг от друга лигандами-мишенями; и каждый из зондов захвата второй субпопуляции гранул специфически связывается с отличающимися друг от друга лигандами-мишенями. В некоторых вариантах осуществления разные зонды захвата первой и второй субпопуляций гранул специфически связываются с одними и теми же лигандами-мишенями. Например, набор различных зондов захвата первой субпопуляции гранул специфически связывается с теми же лигандами-мишенями, что и набор различных зондов захвата первой субпопуляции гранул.[0181] In some embodiments, each of the first and second bead subpopulation capture probes specifically binds to different target ligands. For example, each of the first bead subpopulation capture probes specifically binds to different target ligands; and each of the second bead subpopulation capture probes specifically binds to different target ligands. In some embodiments, different capture probes for the first and second bead subpopulations specifically bind to the same target ligands. For example, a set of different first bead subpopulation capture probes bind specifically to the same target ligands as a set of different first bead subpopulation capture probes.

[0182] В некоторых вариантах осуществления сайты связывания штрихкодового праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность. Некоторые варианты осуществления также включают множество штрихкодовых праймеров, способных гибридизоваться с сайтами штрихкодовых праймеров.[0182] In some embodiments, the barcode primer binding sites contain the same nucleotide sequence. Some embodiments also include a plurality of barcode primers capable of hybridizing to the barcode primer sites.

[0183] В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности индексов первой субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность, и/или нуклеотидные последовательности индексов второй субпопуляции гранул содержат одну и туже нуклеотидную последовательность. В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности сайтов связывания индексного праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность. Некоторые варианты осуществления также включают множество индексных праймеров, способных гибридизоваться с сайтами индексных праймеров.[0183] In some embodiments, the index nucleotide sequences of the first bead subpopulation contain the same nucleotide sequence, and/or the index nucleotide sequences of the second bead subpopulation contain the same nucleotide sequence. In some embodiments, the nucleotide sequences of the index primer binding sites contain the same nucleotide sequence. Some embodiments also include a plurality of index primers capable of hybridizing to the index primer sites.

[0184] В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество раздельных сайтов. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество лунок. В некоторых вариантах осуществления субстрат содержит множество каналов. В некоторых вариантах осуществления проточная кювета содержит субстрат. некоторых вариантах осуществления субстрат выполнен с возможностью образования комбинации первой и второй субпопуляций гранул матрицы гранул на поверхности субстрата и возможностью секвенирования этой матрицы в множестве циклов секвенирования посредством циклов синтеза.[0184] In some embodiments, the substrate contains multiple discrete sites. In some embodiments, the substrate contains a plurality of wells. In some embodiments, the substrate contains multiple channels. In some embodiments, the flow cell contains a substrate. In some embodiments, the substrate is configured to form a combination of first and second bead subpopulations of a bead matrix on the surface of the substrate and to sequence that matrix in multiple sequencing runs through synthesis runs.

[0185] В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 50, 100, 500, 1000 или 5000 отличающихся друг от друга зондов захвата или любое количество зондов захвата в диапазоне между любыми двумя вышеуказанными количествами. Некоторые варианты осуществления также содержат по меньшей мере 5,10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции, или любое количество разных субпопуляций гранул между любыми двумя вышеуказанными количествами.[0185] In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 50, 100, 500, 1000, or 5000 distinct capture probes, or any number of capture probes ranging between any two of the above amounts. Some embodiments also contain at least 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 different granule subpopulations, each subpopulation containing a different index from the other subpopulation, or any number of different granule subpopulations between any two of the above amounts.

[0186] Некоторые варианты осуществления включают набор, содержащий первую и вторую субпопуляции гранул, причем каждая гранула содержит: зонд захвата, который специфически связывается с лигандом-мишенью, первый полинуклеотид, содержащий штрихкод, указывающий на зонд захвата, и сайт связывания праймера штрихкода на 3'-конце относительно штрихкода, и второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса, причем индексы первой субпопуляции отличаются от индексов второй субпопуляции, при этом первый объем содержит первую субпопуляцию гранул, а второй объем содержит вторую субпопуляцию гранул. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата содержит нуклеиновую кислоту, а лиганд-мишень содержит нуклеиновую кислоту-мишень. В некоторых вариантах осуществления первый полинуклеотид содержит зонд захвата. В некоторых вариантах осуществления каждый из зондов захвата первой и второй субпопуляций гранул содержит отличающиеся друг от друга нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления разные зонды захвата первой и второй субпопуляций гранул содержат одни и те же нуклеотидные последовательности. В некоторых вариантах осуществления зонд захвата содержит антитело или его антигенсвязывающий фрагмент. В некоторых вариантах осуществления каждый из зондов захвата первой и второй субпопуляций гранул специфически связывается с отличающимися друг от друга лигандами-мишенями. В некоторых вариантах осуществления разные зонды захвата первой и второй субпопуляций гранул специфически связываются с одними и теми же лигандами-мишенями. В некоторых вариантах осуществления сайты связывания штрихкодового праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность. Некоторые варианты осуществления также включают множество штрихкодовых праймеров, способных гибридизоваться с сайтами штрихкодовых праймеров. В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности индексов первой субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность, и нуклеотидные последовательности индексов второй субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность. В некоторых вариантах осуществления нуклеотидные последовательности сайтов связывания индексного праймера содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность. Некоторые варианты осуществления также включают множество индексных праймеров, способных гибридизоваться с сайтами индексных праймеров. В некоторых вариантах осуществления проточная кювета содержит субстрат. В некоторых вариантах осуществления субстрат выполнен с возможностью образования комбинации первой и второй субпопуляций гранул матрицы гранул на поверхности субстрата и возможностью секвенирования этой матрицы в множестве циклов секвенирования посредством циклов синтеза. В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 50 отличающихся друг от друга зондов захвата. В некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 500 отличающихся друг от друга зондов захвата. Некоторые варианты осуществления также включают по меньшей мере 10 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от другой субпопуляции.[0186] Some embodiments include a set containing first and second bead subpopulations, each bead comprising: a capture probe that specifically binds to a target ligand, a first polynucleotide containing a barcode indicating the capture probe, and a barcode primer binding site at 3 '-end relative to the barcode, and a second polynucleotide containing the index and an index primer binding site at the 3'-end relative to the index, wherein the indices of the first subpopulation are different from the indices of the second subpopulation, wherein the first volume contains the first subpopulation of beads, and the second volume contains the second subpopulation granules In some embodiments, the capture probe comprises a nucleic acid and the target ligand comprises a target nucleic acid. In some embodiments, the first polynucleotide comprises a capture probe. In some embodiments, the first and second bead subpopulation capture probes each contain different nucleotide sequences. In some embodiments, the different capture probes for the first and second bead subpopulations contain the same nucleotide sequences. In some embodiments, the capture probe comprises an antibody or an antigen-binding fragment thereof. In some embodiments, each of the first and second bead subpopulation capture probes specifically binds to different target ligands. In some embodiments, different capture probes for the first and second bead subpopulations specifically bind to the same target ligands. In some embodiments, the barcode primer binding sites contain the same nucleotide sequence. Some embodiments also include a plurality of barcode primers capable of hybridizing to the barcode primer sites. In some embodiments, the index nucleotide sequences of the first bead subpopulation contain the same nucleotide sequence, and the index nucleotide sequences of the second bead subpopulation contain the same nucleotide sequence. In some embodiments, the nucleotide sequences of the index primer binding sites contain the same nucleotide sequence. Some embodiments also include a plurality of index primers capable of hybridizing to the index primer sites. In some embodiments, the flow cell contains a substrate. In some embodiments, the substrate is configured to form a combination of first and second bead subpopulations of a bead matrix on the surface of the substrate and to sequence that matrix in multiple sequencing runs through synthesis runs. In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 50 distinct capture probes. In some embodiments, each of the first and second bead subpopulations contains at least 500 distinct capture probes. Some embodiments also include at least 10 different subpopulations of beads, each subpopulation containing an index that is different from the other subpopulation.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Пример 1. Декодирование матрицы путем секвенированияExample 1: Decoding a matrix by sequencing

[0187] Синтезируют множество полинуклеотидов, причем каждый полинуклеотид содержит от 5' до 3': спейсер, уникальный штрихкод, сайт связывания праймера и уникальный зонд захвата. Последовательности штрихкода и зонда захвата известны; последовательность сайта связывания праймера является одинаковой для каждого полинуклеотида. Каждый полинуклеотид прикреплен к грануле. Гранулы случайным образом распределяют в лунки чипа. Матрицу гранул декодируют путем гибридизации праймера с сайтом связывания праймера, удлинения праймера и обнаружения последовательности штрихкода. Положение штрихкода определяет положение соответствующего зонда захвата.[0187] A plurality of polynucleotides are synthesized, with each polynucleotide containing from 5' to 3': a spacer, a unique barcode, a primer binding site, and a unique capture probe. The barcode and capture probe sequences are known; the sequence of the primer binding site is the same for each polynucleotide. Each polynucleotide is attached to a bead. The beads are randomly distributed into the wells of the chip. The bead template is decoded by hybridizing the primer to the primer binding site, extending the primer, and detecting the barcode sequence. The position of the barcode determines the position of the corresponding capture probe.

Пример 2. Декодирование штрихкодов на матрице путем секвенированияExample 2: Decoding Barcodes on an Array by Sequencing

[0188] Была подготовлена библиотека нуклеиновых кислот, полученная из человеческой геномной ДНК. Была подготовлена субпопуляция гранул. К каждой грануле был прикреплен первый и второй полинуклеотиды. Первый полинуклеотид содержал зонд захвата, сайт связывания штрихкодового праймера и штрихкод, указывающий на зонд захвата. Второй полинуклеотид содержал индекс и сайт связывания индексного праймера.[0188] A nucleic acid library derived from human genomic DNA was prepared. A subpopulation of pellets was prepared. The first and second polynucleotides were attached to each bead. The first polynucleotide contained a capture probe, a barcode primer binding site, and a barcode indicating the capture probe. The second polynucleotide contained an index and a binding site for the index primer.

[0189] Пул гранул, содержащий 18816 различных типов кодов/зондов, был загружен в проточную кювету HiSeq (ФИГ. 7А). После иммобилизации коды длиной 20 нуклеотидов секвенировали с помощью химической реакции SBS, а идентичность каждой гранулы определяли путем выравнивания кодовых последовательностей со списком типов гранул. На ФИГ. 7В представлена гистограмма количества копий для определенных типов гранул в определенных столбцах, и продемонстрировано, что 97,5% от ожидаемого состава идентифицировано с помощью процесса декодирования на основе секвенирования и что подавляющее большинство типов гранул присутствует на уровне, достаточном для исследований генотипирования.[0189] A bead pool containing 18,816 different code/probe types was loaded into a HiSeq flow cell (FIG. 7A). After immobilization, the 20-nt codes were sequenced using SBS chemistry, and the identity of each bead was determined by aligning the code sequences to a list of bead types. In FIG. 7B provides a copy number histogram for specific granule types in specific columns and demonstrates that 97.5% of the expected composition was identified through the sequencing-based decoding process and that the vast majority of granule types are present at levels sufficient for genotyping studies.

Пример 3. Производительность генотипирования на HiSeq с использованием обнаружения с помощью нейронной сети с прямым распространением (FFN)Example 3: HiSeq Genotyping Performance Using Feed Forward Neural Network (FFN) Detection

[0190] Для демонстрации характеристик генотипирования на HiSeq с использованием обнаружения FFN олигонуклеотидную ДНК-мишень гибридизовали с суспензией гранул с олигонуклеотидами, конъюгированными с зондом. Гранулы загружали в проточную кювету HiSeq. Зонды, связанные с ДНК-мишенью, достраивали по одному основанию с использованием флуоресцентных нуклеотидов. Проточную кювету с загруженными гранулами визуализировали для получения значений интенсивности генотипирования гранул. Флуоресцентные нуклеотиды расщепляли и гранулы декодировали с использованием химической реакции SBS. Для измерения производительности анализа выравнивали считывание декодирования и генотипирования. Отдельные точки окрашивали в соответствии с ожидаемым генотипом. На ФИГ. 1С представлен график интенсивности С по сравнению с интенсивностью Т, где каждая точка представляет собой среднее значение всех копий для данного типа гранул и окрашена в соответствии с ожидаемым генотипом, и продемонстрировано, что достройка зонда по одному основанию флуоресцентными нуклеотидами обеспечивает точное генотипирование.[0190] To demonstrate genotyping performance on HiSeq using FFN detection, a target DNA oligonucleotide was hybridized to a probe-conjugated oligonucleotide bead suspension. The beads were loaded into a HiSeq flow cell. Probes bound to the target DNA were extended one base at a time using fluorescent nucleotides. The bead-loaded flow cell was imaged to obtain bead genotyping intensity values. Fluorescent nucleotides were digested and the beads were decoded using SBS chemistry. Decoding and genotyping reads were aligned to measure assay performance. Individual dots were colored according to the expected genotype. In FIG. Figure 1C shows a plot of C intensity versus T intensity, where each point represents the average of all copies for a given bead type and is colored according to the expected genotype, and demonstrates that single-base extension of the probe with fluorescent nucleotides provides accurate genotyping.

Пример 4. Мультиплексирование 12 образцов с 10368-плексным пулом гранулExample 4: Multiplexing 12 Samples with a 10368-plex Bead Pool

[0191] Этот пример демонстрирует демультиплексирование множества образцов на одной проточной кювете и, в частности, способность к мультиплексированию 12 образцов с 10 368-плексным пулом гранул. Один пул гранул отдельно гибридизовали с 12 различными индексными последовательностями. После гибридизации образцы объединяли и загружали на проточную кювету HiSeq. Затем проводили два отдельных считывания, одно для идентификации образца на основе гибридизованного индекса и отдельное считывание для идентификации типа гранул на основе считывания-декодирования. На ФИГ. 8 представлена гистограмма для репрезентативного образца ряда определенных типов гранул в определенных связях, и продемонстрировано, что большинство типов гранул присутствует на уровне, достаточном для экспериментов по генотипированию для данного образца. В таблице на Фиг. 7 представлена сводная информация по согласованности демультиплексирования и декодирования гранул для 12 объединенных и загруженных одновременно индексированных образцов, свидетельствующая о том, что представление образцов является равномерным и что большинство зондов присутствует во всех образцах.[0191] This example demonstrates the demultiplexing of multiple samples on a single flow cell and, in particular, the ability to multiplex 12 samples with a 10,368-plex bead pool. One pool of beads was separately hybridized to 12 different index sequences. After hybridization, samples were pooled and loaded onto a HiSeq flow cell. Two separate reads were then performed, one to identify the sample based on the hybridized index and a separate read to identify the bead type based on the read-decoding. In FIG. Figure 8 provides a histogram for a representative sample of a number of specific granule types in specific relationships, and demonstrates that most granule types are present at a level sufficient for genotyping experiments for a given sample. In the table in Fig. Figure 7 provides a summary of bead demultiplexing and decoding consistency for 12 pooled and simultaneously loaded indexed samples, indicating that sample representation is uniform and that most probes are present in all samples.

[0192] В настоящем документе термин «содержащий» является синонимом терминов «включая», «включающий» или «характеризуется» и имеет включающий, а не ограничительный характер, и не исключает дополнительные неуказанные элементы или этапы способа.[0192] As used herein, the term “comprising” is synonymous with the terms “including,” “comprising,” or “characterized by,” and is inclusive, not limiting, and does not exclude additional unspecified elements or method steps.

[0193] В описании выше приведены несколько способов и материалов настоящего изобретения. Настоящее изобретение может подвергаться модификациям в части способов и материалов, а также изменениям в части способов изготовления и оборудования. Такие модификации будут очевидны специалистам в данной области после изучения настоящего описания или реализации изобретения, описанного в настоящем документе, на практике. Следовательно, не предполагается, что настоящее изобретение ограничено конкретными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе, но предполагается, что оно охватывает все модификации и альтернативные варианты в пределах истинного объема и сущности изобретения.[0193] The description above sets forth several methods and materials of the present invention. The present invention is subject to modifications in methods and materials, as well as changes in manufacturing methods and equipment. Such modifications will become apparent to those skilled in the art upon examination of the present disclosure or upon practice of the invention described herein. Therefore, the present invention is not intended to be limited to the specific embodiments described herein, but is intended to cover all modifications and alternatives within the true scope and spirit of the invention.

[0194] Все источники, процитированные в настоящем документе, включая, без ограничений, опубликованные и неопубликованные заявки, патенты и ссылки на литературу, полностью включены в настоящий документ путем ссылки и, следовательно, являются частью настоящего описания. В тех случаях, когда публикации, патенты или заявки на патенты, включенные путем ссылки, противоречат изложению, приведенному в настоящем описании, предполагается, что настоящее описание заменяет и/или имеет приоритет над любым таким противоречащим материалом.[0194] All references cited herein, including, without limitation, published and unpublished applications, patents, and literature references, are incorporated herein by reference in their entirety and are therefore a part of this specification. To the extent that publications, patents, or patent applications incorporated by reference conflict with the teachings set forth herein, it is intended that this specification supersedes and/or takes precedence over any such conflicting material.

Claims (49)

1. Способ идентификации лигандов-мишеней в матрице, включающий:1. A method for identifying target ligands in a matrix, including: (a) получение субстрата, имеющего матрицу гранул, распределенных на поверхности указанного субстрата, причем указанная матрица гранул содержит первую и вторую субпопуляции гранул, включающее:(a) providing a substrate having a matrix of beads distributed on the surface of said substrate, said matrix of beads comprising a first and a second subpopulation of beads, comprising: (i) получение первой и второй субпопуляций гранул, причем каждая гранула содержит:(i) providing first and second subpopulations of granules, each granule comprising: зонд захвата, который способен специфично связываться с лигандом-мишенью,a capture probe that is capable of specifically binding to a target ligand, первый полинуклеотид, который содержит штрихкод и сайт связывания праймера на 3'-конце относительно указанного штрихкода, при этом указанный штрихкод указывает на зонд захвата, иa first polynucleotide that contains a barcode and a primer binding site at the 3' end of said barcode, wherein said barcode indicates a capture probe, and второй полинуклеотид, содержащий индекс и сайт связывания праймера индекса на 3'-конце относительно индекса, причем каждый индекс первой субпопуляции гранул отличается от каждого индекса второй субпопуляции гранул;a second polynucleotide comprising an index and an index primer binding site at the 3' end of the index, each index of the first subpopulation of beads being different from each index of the second subpopulation of beads; (ii) обеспечение специфичного связывания первых лигандов-мишеней с указанными зондами захвата указанной первой субпопуляции гранул в первом реакционном объеме и специфичного связывания вторых лигандов-мишеней с зондами захвата указанной второй субпопуляции гранул во втором реакционном объеме, и(ii) causing the first target ligands to specifically bind to said capture probes of said first bead subpopulation in the first reaction volume and the second target ligands to specifically bind to the capture probes of said second bead subpopulation in the second reaction volume, and (iii) распределение указанных первой и второй субпопуляций гранул, содержащих специфично связанные первые и вторые лиганды-мишени на субстрате, с получением тем самым субстрата, имеющего матрицу гранул;(iii) distributing said first and second subpopulations of beads containing specifically bound first and second target ligands onto a substrate, thereby obtaining a substrate having a bead matrix; (b) обнаружение в указанной матрице специфично связанных первых и вторых лигандов-мишеней указанных первой и второй субпопуляций гранул;(b) detecting in said matrix specifically bound first and second target ligands of said first and second subpopulations of granules; (c) секвенирование штрихкодов указанных первой и второй субпопуляций гранул путем гибридизации множества праймеров с сайтами связывания праймера штрихкодов указанных первой и второй субпопуляций гранул; и удлинение гибридизованных праймеров, с определением тем самым положения зондов захвата указанных первой и второй субпопуляций гранул в указанной матрице,(c) sequencing the barcodes of said first and second bead subpopulations by hybridizing a plurality of primers to the primer binding sites of the barcodes of said first and second bead subpopulations; and extending the hybridized primers, thereby determining the position of the capture probes of said first and second bead subpopulations in said matrix, (d) секвенирование индексов указанных первой и второй субпопуляций гранул с определением тем самым положений указанных первой и второй субпопуляций гранул в матрице; и(d) sequencing the indices of said first and second subpopulations of granules, thereby determining the positions of said first and second subpopulations of granules in the matrix; And (e) декодирование положений гранул в указанной матрице гранул, включающих обнаруженный лиганд-мишень в матрице, обеспечивая тем самым идентификацию лигандов-мишеней указанных первых лигандов-мишеней или указанных вторых лигандов-мишеней в матрице.(e) decoding positions of beads in said bead array including a detected target ligand in the array, thereby identifying target ligands of said first target ligands or said second target ligands in the array. 2. Способ по п. 1, причем указанные первые и вторые лиганды-мишени, каждый, содержат нуклеиновую кислоту, и причем стадия а) дополнительно включает:2. The method according to claim 1, wherein said first and second target ligands each contain a nucleic acid, and wherein step a) further comprises: (iv) удлинение зондов захвата, специфично связанных с первыми и вторыми лигандами-мишенями.(iv) extension of capture probes specifically bound to the first and second target ligands. 3. Способ по п. 2, в котором стадия (iv) включает приведение в контакт первых зондов захвата с полимеразой.3. The method of claim 2, wherein step (iv) includes contacting the first capture probes with the polymerase. 4. Способ по п. 2, в котором стадия (iv) включает приведение в контакт первых зондов захвата с лигазой.4. The method of claim 2, wherein step (iv) includes contacting the first capture probes with the ligase. 5. Способ по любому из пп. 2-4, причем удлиненный зонд захвата содержит обнаруживаемую метку.5. Method according to any one of paragraphs. 2-4, wherein the elongated capture probe contains a detectable mark. 6. Способ по любому из пп. 2-5, в котором стадию (iv) выполняют до стадии (iii).6. Method according to any one of paragraphs. 2-5, in which step (iv) is performed before step (iii). 7. Способ по любому из пп. 2-6, в котором стадия (iv) включает осуществление по меньшей мере одного цикла секвенирования путем синтеза.7. Method according to any one of paragraphs. 2-6, in which step (iv) includes performing at least one round of sequencing by synthesis. 8. Способ идентификации лигандов-мишеней в матрице, включающий:8. A method for identifying target ligands in a matrix, including: (a) получение первой и второй субпопуляций гранул, причем каждая гранула содержит:(a) providing first and second subpopulations of granules, each granule comprising: (i) зонд захвата, который способен специфично связываться с лигандом-мишенью,(i) a capture probe that is capable of specifically binding to a target ligand, (ii) первый полинуклеотид, содержащий штрихкод, причем указанный штрихкод указывает на зонд захвата, и(ii) a first polynucleotide containing a barcode, said barcode indicating a capture probe, and (iii) второй полинуклеотид, содержащий индекс, причем каждый индекс первой субпопуляции гранул отличается от каждого индекса второй субпопуляции гранул;(iii) a second polynucleotide comprising an index, wherein each index of the first subpopulation of beads is different from each index of the second subpopulation of beads; (b) обеспечение специфичного связывания первых лигандов-мишеней с указанными зондами захвата указанной первой субпопуляции гранул в первом реакционном объеме и специфичного связывания вторых лигандов-мишеней с зондами захвата указанной второй субпопуляции гранул во втором реакционном объеме, и(b) causing the first target ligands to specifically bind to said capture probes of said first bead subpopulation in the first reaction volume and the second target ligands to specifically bind to the capture probes of said second bead subpopulation in the second reaction volume, and (c) распределение первой и второй субпопуляций гранул, содержащих специфично связанные первые и вторые лиганды-мишени на поверхности субстрата, с получением тем самым матрицы гранул;(c) distributing first and second subpopulations of beads containing specifically bound first and second target ligands on the surface of the substrate, thereby obtaining a matrix of beads; (d) обнаружение в указанной матрице специфично связанных первых и вторых лигандов-мишеней указанных первой и второй субпопуляций гранул;(d) detecting in said matrix specifically bound first and second target ligands of said first and second subpopulations of granules; (e) секвенирование штрихкодов матрицы гранул;(e) sequencing bead array barcodes; (f) секвенирование индексов матрицы гранул; и(f) sequencing of bead matrix indices; And (g) декодирование положений гранул в указанной матрице гранул, включающих обнаруженный лиганд-мишень в матрице, обеспечивая тем самым идентификацию лигандов-мишеней в матрице гранул.(g) decoding bead positions in said bead array including a detected target ligand in the array, thereby allowing identification of target ligands in the bead array. 9. Способ по п. 8, в котором:9. The method according to claim 8, in which: зонд захвата содержит нуклеиновую кислоту,the capture probe contains a nucleic acid, первый и второй лиганды-мишени содержат нуклеиновые кислоты, иthe first and second target ligands contain nucleic acids, and стадия (d) включает удлинение зондов захвата, специфично связанных с первым и вторым лигандами-мишенями.step (d) involves extending capture probes specifically bound to the first and second target ligands. 10. Способ по любому из пп. 2-9, в котором первый полинуклеотид содержит зонд захвата.10. Method according to any one of paragraphs. 2-9, wherein the first polynucleotide contains a capture probe. 11. Способ по любому из пп. 2-10, в котором каждый из зондов захвата первой и второй субпопуляций гранул содержит отличающиеся друг от друга нуклеотидные последовательности.11. Method according to any one of paragraphs. 2-10, wherein the first and second bead subpopulation capture probes each contain different nucleotide sequences. 12. Способ по любому из пп. 2-11, в котором зонды захвата первой субпопуляции гранул содержат такие же нуклеотидные последовательности, что и зонды захвата второй субпопуляции гранул.12. Method according to any one of paragraphs. 2-11, wherein the first bead subpopulation capture probes contain the same nucleotide sequences as the second bead subpopulation capture probes. 13. Способ по любому из пп. 2-12, в котором зонды захвата содержат нуклеотидную последовательность, способную гибридизоваться с однонуклеотидным полиморфизмом (SNP) или его комплементом.13. Method according to any one of paragraphs. 2-12, wherein the capture probes contain a nucleotide sequence capable of hybridizing to a single nucleotide polymorphism (SNP) or its complement. 14. Способ по п. 1 или 8, в котором зонд захвата содержит антитело или его антигенсвязывающий фрагмент.14. The method of claim 1 or 8, wherein the capture probe contains an antibody or an antigen-binding fragment thereof. 15. Способ по п. 14, в котором каждый из зондов захвата первой и второй субпопуляций гранул специфично связывается с отличающимися друг от друга лигандами-мишенями.15. The method of claim 14, wherein each of the first and second bead subpopulation capture probes specifically binds to different target ligands. 16. Способ по п. 14 или 15, в котором различные зонды захвата первой и второй субпопуляций гранул специфически связываются с одними и теми же лигандами-мишенями.16. The method of claim 14 or 15, wherein the different capture probes for the first and second bead subpopulations specifically bind to the same target ligands. 17. Способ по любому из пп. 14-16, в котором обнаружение предусматривает приведение первого и второго лигандов-мишеней, специфически связанных с зондами захвата, в контакт с вторичным антителом или его антигенсвязывающим фрагментом, причем вторичное антитело или его антигенсвязывающий фрагмент содержит обнаруживаемую метку.17. Method according to any one of paragraphs. 14-16, wherein detection involves bringing first and second target ligands specifically bound to the capture probes into contact with a secondary antibody or antigen binding fragment thereof, wherein the secondary antibody or antigen binding fragment thereof contains a detectable label. 18. Способ по любому из пп. 1-17, в котором каждая из первой и второй субпопуляций гранул содержит по меньшей мере 50 отличающихся друг от друга зондов захвата.18. Method according to any one of paragraphs. 1-17, wherein each of the first and second bead subpopulations contains at least 50 distinct capture probes. 19. Способ по любому из пп. 1-18, в котором нуклеотидные последовательности индексов первой субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность и нуклеотидные последовательности индексов второй субпопуляции гранул содержат одну и ту же нуклеотидную последовательность.19. Method according to any one of paragraphs. 1-18, wherein the index nucleotide sequences of the first bead subpopulation contain the same nucleotide sequence and the index nucleotide sequences of the second bead subpopulation contain the same nucleotide sequence. 20. Способ по любому из пп. 1-19, дополнительно включающий объединение первой субпопуляции гранул, содержащей специфично связанные первые лиганды-мишени, и второй субпопуляции гранул, содержащей специфично связанные вторые лиганды-мишени, до распределения на субстрате.20. Method according to any one of paragraphs. 1-19, further comprising combining a first subpopulation of beads containing the specifically bound first target ligands and a second subpopulation of beads containing the specifically bound second target ligands prior to distribution on a substrate. 21. Способ по любому из пп. 1-19, в котором первую субпопуляцию гранул, содержащую специфично связанные первые лиганды-мишени, распределяют на субстрате до распределения на субстрате второй субпопуляции гранул, содержащей специфично связанные вторые лиганды-мишени.21. Method according to any one of paragraphs. 1-19, wherein a first subpopulation of beads containing specifically bound first target ligands is distributed on a substrate before a second subpopulation of beads containing specifically bound second target ligands is distributed on the substrate. 22. Способ по любому из пп. 1-21, в котором проточная кювета содержит субстрат.22. Method according to any one of paragraphs. 1-21, in which the flow cell contains a substrate. 23. Способ по любому из пп. 1-22, в котором первый и второй лиганды-мишени получены от разных субъектов.23. Method according to any one of paragraphs. 1-22, in which the first and second target ligands are obtained from different subjects. 24. Способ по любому из пп. 1-23, дополнительно включающий по меньшей мере 10 разных субпопуляций гранул, причем каждая субпопуляция содержит индекс, отличающийся от индекса другой субпопуляции.24. Method according to any one of paragraphs. 1-23, further including at least 10 different subpopulations of granules, each subpopulation containing an index different from the index of the other subpopulation.
RU2021108153A 2018-10-25 2019-10-23 Methods and compositions for determining ligands on matrices using indices and barcodes RU2816708C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/750,370 2018-10-25
US62/903,108 2019-09-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021108153A RU2021108153A (en) 2022-11-25
RU2816708C2 true RU2816708C2 (en) 2024-04-03

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565550C2 (en) * 2010-09-24 2015-10-20 Те Борд Оф Трастиз Оф Те Лилэнд Стэнфорд Джуниор Юниверсити Direct capture, amplification and sequencing of target dna using immobilised primers
US20150337295A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-26 Fluidigm Corporation Integrated single cell sequencing
RU2603074C2 (en) * 2011-04-13 2016-11-20 Спейшел Транскриптомикс Аб Method and product for localised or spatial detection of nucleic acid in tissue sample
RU2609630C2 (en) * 2009-02-27 2017-02-02 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Genomic selection and sequencing using coded microcarriers
US20170240963A1 (en) * 2013-11-13 2017-08-24 Nugen Technologies, Inc. Compositions and methods for identification of a duplicate sequencing read
US20170327876A1 (en) * 2016-05-16 2017-11-16 Nanostring Technologies, Inc. Methods for detecting target nucleic acids in a sample
WO2018064640A1 (en) * 2016-10-01 2018-04-05 Berkeley Lights, Inc. Dna barcode compositions and methods of in situ identification in a microfluidic device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2609630C2 (en) * 2009-02-27 2017-02-02 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Genomic selection and sequencing using coded microcarriers
RU2565550C2 (en) * 2010-09-24 2015-10-20 Те Борд Оф Трастиз Оф Те Лилэнд Стэнфорд Джуниор Юниверсити Direct capture, amplification and sequencing of target dna using immobilised primers
RU2603074C2 (en) * 2011-04-13 2016-11-20 Спейшел Транскриптомикс Аб Method and product for localised or spatial detection of nucleic acid in tissue sample
US20170240963A1 (en) * 2013-11-13 2017-08-24 Nugen Technologies, Inc. Compositions and methods for identification of a duplicate sequencing read
US20150337295A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-26 Fluidigm Corporation Integrated single cell sequencing
US20170327876A1 (en) * 2016-05-16 2017-11-16 Nanostring Technologies, Inc. Methods for detecting target nucleic acids in a sample
WO2018064640A1 (en) * 2016-10-01 2018-04-05 Berkeley Lights, Inc. Dna barcode compositions and methods of in situ identification in a microfluidic device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11692223B2 (en) Methods and arrays for producing and sequencing monoclonal clusters of nucleic acid
US11667957B2 (en) Methods and compositions for identifying ligands on arrays using indexes and barcodes
US20190024141A1 (en) Direct Capture, Amplification and Sequencing of Target DNA Using Immobilized Primers
CN106701715B (en) Sample preparation on solid support
CN112867801A (en) Analysis of multiple analytes using a single assay
US20220356514A1 (en) Systems and methods for detecting multiple analytes
KR20180014054A (en) Orthogonal non-blocking of nucleotides
US10829814B2 (en) Methods and compositions for single cell genomics
US20210087613A1 (en) Methods and compositions for identifying ligands on arrays using indexes and barcodes
CN104093854A (en) Method and kit for characterizing rna in a composition
WO2023205674A2 (en) Methods for spatially detecting rna molecules
RU2816708C2 (en) Methods and compositions for determining ligands on matrices using indices and barcodes
ES2942546T3 (en) Highly sensitive methods for accurate parallel quantification of nucleic acids
WO2021011803A1 (en) Synthetic nucleic acids having non-natural structures
CN117625764A (en) Method for accurately parallel detection and quantification of nucleic acids