UA113761U - Спосіб покращення селективності гібридизаційного днк-сенсора - Google Patents

Спосіб покращення селективності гібридизаційного днк-сенсора Download PDF

Info

Publication number
UA113761U
UA113761U UAU201608896U UAU201608896U UA113761U UA 113761 U UA113761 U UA 113761U UA U201608896 U UAU201608896 U UA U201608896U UA U201608896 U UAU201608896 U UA U201608896U UA 113761 U UA113761 U UA 113761U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
hybridization
sensor
dna
response
temperature
Prior art date
Application number
UAU201608896U
Other languages
English (en)
Inventor
Микола Йосипович Мацишин
Олександр Едуардович Рачков
Юрій Валентинович Ушенін
Олексій Петрович Солдаткін
Original Assignee
Інститут Молекулярної Біології І Генетики Національної Академії Наук України
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 Інститут Молекулярної Біології І Генетики Національної Академії Наук України filed Critical Інститут Молекулярної Біології І Генетики Національної Академії Наук України
Priority to UAU201608896U priority Critical patent/UA113761U/uk
Publication of UA113761U publication Critical patent/UA113761U/uk

Links

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

В способі покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора додатково використовують систему термостабілізації, контролю та регулювання температури в два етапи. На першому етапі вимірюють величину сенсорного відгуку у відповідь на гібридизацію одного виду ДНК-мішеней з олігонуклеотидами-пробами, іммобілізованими на сенсорній поверхні приладу для аналізу біохімічних середовищ при початковій температурі (Т0), проводять післягібридизаційну обробку, під час якої нагрівають буферний розчин, що надходить до вимірювальної комірки приладу, до вибраної температури (Т1), впродовж 5 хв. обробляють сенсорну поверхню буферним розчином, нагрітим до Т1, після чого охолоджують вимірювальну комірку буферним розчином початкової температури (Т0), потім після такої обробки знову вимірюють величину сенсорного відгуку. Після регенерації біоселективного елемента на другому етапі повторюють процедуру гібридизації другого виду ДНК-мішеней з олігонуклеотидами-пробами, іммобілізованими на сенсорній поверхні приладу для аналізу біохімічних середовищ, а саме вимірюють величину сенсорного відгуку при То, проводять післягібридизаційну обробку при Т1 і після охолодження знову вимірюють величину сенсорного відгуку при Т0. За результатами двох етапів визначають величини співвідношення сенсорного відгуку на один вид ДНК-мішеней до сенсорного відгуку на другий вид ДНК-мішеней і порівнюють величини такого співвідношення, отримані при Т0 та після післягібридизаційної обробки при Т1 - суттєва зміна величини такого співвідношення буде показником покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора.

Description

Пропонована корисна модель належить до галузі біотехнології, біофізики, аналітичної біохімії та медицини, а більш конкретно до способу покращення селективності гібридизаційного
ДНК-сенсора та може бути використана як для вивчення міжмолекулярних взаємодій, так і для розробки методів селективного розпізнавання послідовностей нуклеїнових кислот в діагностичних цілях.
Досягнення сучасної молекулярної біології особливо в області розшифровки геномів різних організмів (від вірусів і бактерій до ссавців і людини) відкривають великі можливості для розробки ефективних засобів діагностики, моніторингу і профілактики багатьох інфекційних та генетичних захворювань. Для цих цілей в багатьох випадках можуть бути корисні такі засоби сучасної аналітичної біотехнології як біосенсори. Гібридизаційний ДНК-сенсор складається з фізичного перетворювача та іммобілізованих на його поверхні одноланцюгових олігонуклеотидів певної нуклеотидної послідовності, довжина яких, зазвичай, варіюється від 18 до 50 основ |1Ї, і які можуть селективно взаємодіяти з комплементарними послідовностями нуклеїнових кислот в досліджуваних зразках. Визначення наявності тих чи інших мутацій, можна здійснити за допомогою ДНК-сенсора шляхом гібридизаційної дискримінації частково та повністю комплементарних послідовностей нуклеїнових кислот (2-4). Це може бути досягнуто за рахунок використання різних факторів, що впливають на ефективність гібридизації, в тому числі, довжини ДНК-мішені, концентрації, температури, складу буферного розчину для гібридизації, умов післягібридизаційної обробки, а також комбінації таких факторів (5, 6). Серед перерахованих факторів впливу на жорсткість умов гібридизації - зміна температури є найбільш гнучкою і технологічною. Вона є простим однофакторним, інтуїтивно зрозумілим рішенням. Крім цього існує багато програм і сервісів (наприклад ВІМАМей Г71), що дозволяють розрахувати (для гомогенних умов) такі параметри, як зміна вільної енергії Гіббса та температура плавлення дволанцюгової ДНК в залежності від її нуклеотидної послідовності. Знання цих параметрів дозволяє прогнозувати результат взаємодії тих чи інших послідовностей нуклеїнових кислот з певними олігонуклеотидами-пробами, іммобілізованими на сенсорній поверхні.
До найбільш класичного і широко відомого класу методів, що дозволяють встановити комплементарність одноланцюгових ДНК, визначити енергію їх взаємодії, належать спектрофотометричні та спектрофлуориметричні методи аналізу плавлення ДНК |І81І.
Відомий метод дослідження гібридизації ДНК за допомогою використання електрохімічної
ДНК (Е-ДНК) сенсорної платформи |9| при підвищеній температурі для розрізнення повністю та частково комплементарних одноланцюгових олігонуклеотидів (10). Біоселективним елементом згаданої Е-ДНК сенсорної платформи є ковалентно приєднані до робочого електрода одноланцюгові олігонуклеотиди-проби, які обов'язково мають бути мічені окислювально- відновними індикаторами (редокс-мітками). Тільки в такому випадку спостерігається сенсорний сигнал завдяки перенесенню електронів між редокс-мітками олігонуклеотидів-проб і поверхнею електрода (за відсутності олігонуклеотидів-мішеней). В присутності необхідної концентрації олігонуклеотидів-мішеней починається їх гібридизація з іммобілізованими на робочому електроді олігонуклеотидами-пробами, що просторово відділяє редокс-мітки від поверхні електрода, перешкоджає перенесенню електронів і, таким чином, викликає зменшення окислювально-відновного струму, тобто зміну сенсорного сигналу. Для експериментів при підвищеній температурі (47-21 "С) застосовували алюмінієвий нагрівальний блок "ТПпептоКоо!" як тримач для скляної електрохімічної комірки. Однак, щоб забезпечити рівномірний розподіл температури, перед кожним вимірюванням електрохімічну комірку витримували при відповідній температурі протягом, не менше 30 хв.
В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора, який був би більш зручним у користуванні, який точніше і в достатньо широкому діапазоні контролював би температуру процесу гібридизації
ДНК, і який би не потребував ніякої молекулярної мітки.
Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора, відповідно до корисної моделі, додатково використовують систему термостабілізації, контролю та регулювання температури в два етапи, а саме на першому етапі вимірюють величину сенсорного відгуку у відповідь на гібридизацію одного виду ДНК-мішеней з олігонуклеотидами-пробами, іммобілізованими на сенсорній поверхні приладу для аналізу біохімічних середовищ при початковій температурі (То), проводять післягібридизаційну обробку, під час якої нагрівають буферний розчин, що надходить до вимірювальної комірки приладу, до вибраної температури (Т1), впродовж 5 хв. обробляють сенсорну поверхню буферним розчином, нагрітим до Ті, після чого охолоджують вимірювальну комірку буферним розчином початкової температури (То), потім після такої обробки знову бо вимірюють величину сенсорного відгуку, після регенерації біоселективного елемента на другому етапі повторюють процедуру гібридизації другого виду ДНК-мішеней з олігонуклеотидами- пробами, іммобілізованими на сенсорній поверхні приладу для аналізу біохімічних середовищ, а саме вимірюють величину сенсорного відгуку при То, проводять післягібридизаційну обробку при Ті ії після охолодження знову вимірюють величину сенсорного відгуку при То, за результатами двох етапів визначають величини співвідношення сенсорного відгуку на один вид
ДНК-мішеней до сенсорного відгуку на другий вид ДНК-мішеней і порівнюють величини такого співвідношення, отримані при То та після після-гібридизаційної обробки при Ті - суттєва зміна величини такого співвідношення буде показником покращення селективності гібридизаційного
ДНК-сенсора.
Прилад для аналізу біохімічних середовищ, що включає систему термостабілізації, контролю та регулювання температури розроблений колективом авторів (заявка на корисну модель Мо (0201603382, подана 01.04.2016 р. МПК (2015.01) С01М 21/55; Заявники:
Дорожинський Г.В., Ушенін Ю.В., Самойлов А.В., Мацишин М.Й., Рачков О.Е.).
Спосіб покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора полягає в тому, що додатково використовують розроблену для цього систему термостабілізації, контролю та регулювання температури, за допомогою якої при гібридизації повністю або частково комплементарних олігонуклеотидів-мішеней з іммобілізованими на сенсорній поверхні олігонуклеотидами-пробами досягають значно кращого співвідношення сенсорних відгуків на користь повністю комплементарних олігонуклеотидів-мішеней за рахунок вибору температури післягібридизаційної обробки, близької до температури плавлення (Тт) дволанцюгового комплекса з частково комплементарними олігонуклеотидами-мішенями.
Використання згаданого вище веб-сервера ОІМАМей значно спростило пошук такої температури Ті, під дією якої дволанцюговий комплекс одного виду ДНК-мішеней майже не зазнає змін, тоді як дволанцюговий комплекс другого виду ДНК-мішеней повністю (або в значній мірі) руйнується. Можливість регулювати температуру вимірювальної комірки с точністю 0,1 7 в діапазоні від 20 "С до 70 "С дозволяє швидко, зручно і без застосування молекулярних міток підібрати таку температуру, тобто добитися суттєвого покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора для будь-якої пари різних ДНК-мішеней. Приклад використання способу.
Зо При реалізації запропонованого способу були використані короткі послідовності нуклеїнових кислот (олігонуклеотиди), які є фрагментами гібридного гену Бег-арі, що пов'язаний з розвитком такого захворювання як хронічна мієлогенна лейкемія. На сенсорну поверхню приладу для аналізу біохімічних середовищ з системою термостабілізації контролю та регулювання температури іммобілізували олігонуклеотиди-проби тод-РА (5Н-(СНег). СТ САА СсОО СТ ТО
ААС ТСТ ОСТ). Для дослідження селективності процесу гібридизації використовували два різних вида ДНК-мішеней: 1) повністю комплементарні (до іммобілізованих олігонуклеотидів тоа-Ри) олігонуклеотиди РІ (АС АПА СТІ САА ДА ССС ТС Ас); та 2) частково комплементарні (до іммобілізованих олігонуклеотидів тоа-Ри) олігонуклеотиди Встех14 (ССА
Ста САТ ТТА АОС АСА СТ САА).
Веб-сервер ОІМАМеїї дозволяє визначати температуру плавлення подвійної спіралі будь- якої відомої нуклеотидної послідовності, що знаходиться у гомогенній системі (у розчині). Таким чином, були отримані термодинамічні параметри гібридизації двох пар досліджуваних олігонуклеотидів: зміна енергії Гіббса та температура плавлення (Табл.).
Таблиця
Оцінка за допомогою веб-сервера СІМАМеїї термодинамічних параметрів гібридизації досліджуваних олігонуклеотидів для Сднк - 200 нМ, (Ма"1-0,4 М, (Ма-41--0 М.
Табличні дані свідчать про те, що в розчині при кімнатній температурі обидві пари досліджуваних олігонуклеотидів утворюють стійкі дволанцюгові структури, а при підвищенні температури до -40 "С значна частина дуплексів тоа-Рн/Встех14 плавиться, тоді як дуплекси тода-РП/РІ залишаються стабільними. Гібридизація в гетерогенній системі (при наявності твердої сенсорної поверхні, на якій іммобілізують олігонуклеотиди-проби) створює менш сприятливі умови для гібридизації і абсолютні значення АС та Тт мають дещо відрізнятися від зазначених в Табл. Якісна поведінка цих двох пар олігонуклеотидів буде такою ж: при поступовому підвищенні температури спочатку будуть руйнуватися тільки дуплекси тоа-
Рі/Встех14. Для досягнення покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора для пари досліджуваних ДНК-мішеней як температуру Т: було вибрано 40 "С, що є значно нижчою, ніж Тт дуплексів тода-РИ/РІ, але дещо вище Тт дуплексів для дуплексів тоа-Рп/Встех14, розрахованих для гомогенних умов.
Відповідно до концепції методу, дослідження здійснювали в два етапи: спочатку вивчали гібридизацію повністю комплементарних олігонуклеотидів Рі, а потім - частково комплементарних олігонуклеотидів Встех14. Кожен етап складався з трьох кроків. Спочатку, при початковій температурі То-30 "С в робочий канал вимірювальної комірки було введено 200 нм розчин комплементарної ДНК-мішені Р1 (в контрольний канал продовжували вводити буферний розчин), було проведено гібридизацію впродовж 10 хв. і промивання буферним розчином і вимірювання початкового відгуку біосенсора на гібридизацію цієї мішені.
Потім, за допомогою терморегулюючої комірки було забезпечено нагрівання буферного розчину до вибраної температури 40 "С і здійснено обробку комірки цим розчином впродовж 5 хв. При цьому, дегібридизовані послідовності нуклеїнових кислот видалялися з вимірювальної комірки. Після цього температуру в комірці знов знижували до 30 "С.
Третім кроком було визначення величини сенсорного відгуку після повернення температури до початкового значення. Порівнявши отриману величину з початковим сенсорним відгуком, визначали частку дволанцюгових комплексів, що залишились на сенсорній поверхні після зазначеної процедури.
Суть запропонованої корисної моделі пояснюється наступними графічними матеріалами, де на:
Фі. 1 - схематично наведено сенсограму ППР, що відображає взаємодію Рі з іммобілізованими на сенсорній поверхні тод-Ри та вплив на рівень такої взаємодії спочатку підвищення температури до 40 "С, а потім охолодження до початкової температури.
Фіг. 2. схематично наведено сенсограму ППР, що відображає взаємодію Всгех14 з іммобілізованими на сенсорній поверхні тод-Ри та вплив на рівень такої взаємодії спочатку підвищення температури до 40 "С, а потім охолодження до початкової температури.
Як видно з Фіг. 1, підвищення температури до 40 "С майже не впливає на рівень взаємодії
Зо тоа-Ри ї РІ: при охолодженні до початкової температури сенсорний відгук складав 81 905 від початкового.
У випадку, коли замість повністю комплементарних олігонуклеотидів РІ у вимірювальну комірку вводили частково комплементарні олігонуклеотиди Всгех14 (Фіг. 2), після процедури нагрівання до 40 "С і охолодження до початкової температури спостерігали практично повну відсутність сенсорного відгуку. Це свідчить, що практично всі дуплекси тоа-Рп/Встех14 не витримали зазначеної процедури.
Таким чином, за допомогою запропонованого способу покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора на основі приладу для аналізу біохімічних середовищ з системою термостабілізації, контролю та регулювання температури при застосуванні нагрівання до 40 "С, що є значно нижчою температурою, ніж Тт дуплексів тоа-РА/РІ, але дещо вище Тт дуплексів для дуплексів тоа-Ри/ Встех14, розрахованих для гомогенних умов, вдалося показати не тільки різну стабільність двох видів дуплексів нуклеїнових кислот, але й досягнути цілковитої температурної дискримінації вказаних послідовностей нуклеїнових кислот, тобто було досягнуто покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора. Це було зроблено швидко, зручним способом і без застосування будь-яких молекулярних міток.
Джерела інформації: 1. Соодіпу 9.9. Еіесітоспетіса! ОМА НуБгіаігайоп Віозепзог5 // Еіесітоапа|увів. - 2002. - Мої. 14, Мо 17. - Р. 1149-1156. 2. Гисагей Р. еї аі. Сагтоп апа дод еїІесігодез5 ав еєІесігоспетіса! їапзаисегв Тог ОМА
Нубгіаізаноп зепзогз // Віозепв. ВіоєЇІесігоп. - 2004. - Мої. 19, Ме 6. - Р. 515-530.
З. Мапд 9. ЕІестптоспетіса! ріозепзогв: Томжагав роїіпі-ої-саге сапсег адіадповіїс5. // Віозепв.
ВіоєЇІесігоп. - 2006. - Мої. 21, Мо 10. - Р. 1887-1892. 4. ТеІез Р., Еопзеса Г.. Ттепаз іп ОМА Біозепзогз // Таіапіа. - 2008. - Мої. 77, Мо 2. - Р. 606-623. 5. Реїегзеп у. еї аіІ. Обе ої а типі-ШТептаї! мавзнег ог ОМА тістоаітаув 5ітрійев ргобе девідп апа діме5 гобиві депоїуріпу аззаув. //Мисівєїс Асід5 Нев. - 2008. - Мої. 36, Мо 2. - Р. е10. б. Рошпівеп Ї. еї аі. Мийі-зїпіпдепсу жав ої рапіау Ппубгіаігед 60-тег ргобез гемеаїв5 ШТаї Ше 5ігіпдепсу апа Ше ргобе дестеабзе5 мій аівтапсе пот Ше тістоатау 5ипасе. // Мисівіс Асід5
Вез. - 2008. - Мої. 36, Мо 20. - Р. е132.
7. йиКег М. ТнеОМАРоіЯУУев бЗегуег (Електронний ресурс| /М. 7иКег, М. МажЖнат, //
Вепззеїаєг Роїуїеснпіс Інзійше. - 1995. пер/ипагоа.гпа.аірапу.еди/?д-діпатеїї. 8. М/йметг С. Т. Нідн-тезоїшіоп ОМА тейіпд апаїувзіб: адмапсетепів апа Ітйайоп5 /Нитап
Миаїйоп. - 2009. - Мо 30. - Р. 857-859. 9. Віссі Е., Гаї В.У., Ріахсо КМУ. І Іпеаг, тедох тоайва ОМА ргобрез5 аз веіесігоспетіса! ОМА зепвогв /Спет. Соттип. - 2007. - Р. 3768-3770. 10. Мапа МУ., Гаї Н.У. ЕНесі ої айнепі спаїіп Іепдій оп Ше репогтапсе ої Ше еІесіоспетісаї
ОМА 5епзог аї єЇІемаїей їетрегаїшге//Апаїуві. - 2011. - Мої. 136. - Р. 134-139.

Claims (1)

  1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб покращення селективності гібридизаційного ДНК-сенсора, який відрізняється тим, що додатково використовують систему термостабілізації, контролю та регулювання температури в два етапи, а саме - на першому етапі вимірюють величину сенсорного відгуку у відповідь на гібридизацію одного виду ДНК-мішеней з олігонуклеотидами-пробами, іммобілізованими на сенсорній поверхні приладу для аналізу біохімічних середовищ при початковій температурі (То), проводять післягібридизаційну обробку, під час якої нагрівають буферний розчин, що надходить до вимірювальної комірки приладу, до вибраної температури (Ті), впродовж 5 хв. обробляють сенсорну поверхню буферним розчином, нагрітим до Ті, після чого охолоджують вимірювальну комірку буферним розчином початкової температури (То), потім після такої обробки знову вимірюють величину сенсорного відгуку, після регенерації біоселективного елемента на другому етапі повторюють процедуру гібридизації другого виду ДНК-мішеней з олігонуклеотидами- пробами, іммобілізованими на сенсорній поверхні приладу для аналізу біохімічних середовищ, а саме, вимірюють величину сенсорного відгуку при То, проводять післягібридизаційну обробку при Ті ії після охолодження знову вимірюють величину сенсорного відгуку при То, за результатами двох етапів визначають величини співвідношення сенсорного відгуку на один вид ДНК-мішеней до сенсорного відгуку на другий вид ДНК-мішеней і порівнюють величини такого співвідношення, отримані при То та після після-гібридизаційної обробки при Ті - суттєва зміна величини такого співвідношення буде показником покращення селективності гібридизаційного Зо ДНК-сенсора. ще согйюн ДЮЗНЧНЯ КВН ' є ВОаНТЮЛЬНИЙ Дана ; І ВВеДеННЯ шо, щі З ря й й ' м : є. хпочатою : в І і нагрівання ди зе що ? , щ 1 | Ей : Завершення Час, ха г. З
UAU201608896U 2016-08-18 2016-08-18 Спосіб покращення селективності гібридизаційного днк-сенсора UA113761U (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201608896U UA113761U (uk) 2016-08-18 2016-08-18 Спосіб покращення селективності гібридизаційного днк-сенсора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201608896U UA113761U (uk) 2016-08-18 2016-08-18 Спосіб покращення селективності гібридизаційного днк-сенсора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA113761U true UA113761U (uk) 2017-02-10

Family

ID=58049076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU201608896U UA113761U (uk) 2016-08-18 2016-08-18 Спосіб покращення селективності гібридизаційного днк-сенсора

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA113761U (uk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Sensitive quantification of microRNAs by isothermal helicase-dependent amplification
Xi et al. Nanopore-based selective discrimination of microRNAs with single-nucleotide difference using locked nucleic acid-modified probes
Redshaw et al. A comparison of miRNA isolation and RT-qPCR technologies and their effects on quantification accuracy and repeatability
Yin et al. Sensitive detection of microRNA in complex biological samples via enzymatic signal amplification using DNA polymerase coupled with nicking endonuclease
Mi et al. Circular RNA detection methods: A minireview
Walter et al. Fluorescence correlation analysis of probe diffusion simplifies quantitative pathogen detection by PCR
Ou et al. Rapid and ultrasensitive detection of microRNA based on strand displacement amplification-mediated entropy-driven circuit reaction
TWI527905B (zh) 透過利用基因檢測技術與微珠微流道結合進行單核苷酸多態性檢測之方法
JP6126381B2 (ja) 標的核酸の検出方法及びキット
Hashimoto et al. Multiplex real-time loop-mediated isothermal amplification using an electrochemical DNA chip consisting of a single liquid-flow channel
CN105765583B (zh) 去除dna解链分析中的荧光背景的量子方法
JP2018525703A5 (uk)
Wang et al. Integration of multiplex PCR and CRISPR-Cas allows highly specific detection of multidrug-resistant Acinetobacter Baumannii
Wang et al. Sensitive detection of cancer gene based on a nicking-mediated RCA of circular DNA nanomachine
Zhang et al. Development of oxidation damage base-based fluorescent probe for direct detection of DNA methylation
Song et al. A novel assay strategy based on isothermal amplification and cascade signal amplified electrochemical DNA sensor for sensitive detection of Helicobacter pylori
Na et al. Multiplex quantitative analysis of microRNA expression via exponential isothermal amplification and conformation-sensitive DNA separation
Dong et al. Rolling circle amplification-coupled glass nanopore counting of mild traumatic brain injury-related salivary miRNAs
Zahra et al. The SHERLOCK platform: an insight into advances in viral disease diagnosis
Ye et al. Sequence-specific probe-mediated isothermal amplification for the single-copy sensitive detection of nucleic acid
JP5403573B2 (ja) 肺炎原因菌検出用プライマーセット
Zhang et al. Enzyme-free isothermal target-recycled amplification combined with PAGE for direct detection of microRNA-21
US20140303015A1 (en) Molecular Constructs for Differentiating a Target Molecule from an Off-Target Molecule
UA113761U (uk) Спосіб покращення селективності гібридизаційного днк-сенсора
Liu et al. Enhanced fluorescent detection of nucleic acid based on hairpin DNA-assisted toehold-mediated strand displacement reaction