DE10117857A1 - Detecting specific interactions between molecular targets and probes, useful for determining genotypic and physiological status of cells, by attaching an markable adapter to the target - Google Patents

Detecting specific interactions between molecular targets and probes, useful for determining genotypic and physiological status of cells, by attaching an markable adapter to the target

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    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6816Hybridisation assays characterised by the detection means

Abstract

Method for detecting specific interaction between target sequence (T), especially nucleic acid, and a probe on an array, in which adapter molecules (AM) are fixed to T, forming a continuous sequence, and labeling of T, independent of T, is mediated by interaction of AM with a label (L).

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares, sensitives System zum qualitativen und quantitativen Nachweis bestimmter molekularer Targets mit Hilfe von Sonden-Arrays.The invention relates to a modular, sensitive system for qualitative and quantitative Detection of certain molecular targets with the help of probe arrays.

Biomedizinische Tests basieren häufig auf der Feststellung der Wechselwirkung zwischen einem Molekül, das in bekannter Menge und Position vorhanden ist (der molekularen Sonde) und dem nachzuweisenden Molekül bzw. den nachzuweisenden Molekülen (dem molekularen Target). Moderne Tests werden in der Regel mit einer Probe parallel an einigen Sonden durchgeführt (D. J. Lockhart, E. A. Winzeler; Genomics, gene expression and DNA arrays; Nature 2000, 405, 827-836). Die Sonden werden hierbei üblicherweise in vorgegebener Art und Weise auf einer geeigneten, beispielsweise in WO 00/12575 beschriebenen Matrix immobilisiert (siehe z. B. US 5412087, WO 98/36827) bzw. synthetisch erzeugt (siehe z. B. US 5143854, US 5658734, WO 90/03382).Biomedical tests are often based on determining the interaction between a molecule that is present in a known amount and position (the molecular probe) and the molecule or molecules to be detected (the molecular Target). Modern tests are usually done with a sample in parallel on some probes performed (D. J. Lockhart, E. A. Winzeler; Genomics, gene expression and DNA arrays;  Nature 2000, 405, 827-836). The probes are usually of the specified type and manner on a suitable matrix, for example described in WO 00/12575 immobilized (see e.g. US 5412087, WO 98/36827) or synthetically produced (see e.g. US 5143854, US 5658734, WO 90/03382).

Der Nachweis einer solchen Wechselwirkung erfolgt üblicherweise folgendermaßen: Die Sonde bzw. die Sonden werden in vorgegebener Art und Weise an einer bestimmten Matrix fixiert. Die Targets werden in einer Lösung mit den Sonden in Kontakt gebracht und unter definierten Bedingungen inkubiert. In Folge der Inkubation findet zwischen Sonde und Target eine spezifische Wechselwirkung statt. Die entstehende Bindung ist deutlich stabiler als die Bindung von Molekülen, für die die Sonde unspezifisch ist. Anschließend wird das System mit entsprechenden Lösungen gewaschen, so daß die Moleküle, die nicht spezifisch gebunden sind, entfernt werden.Such an interaction is usually demonstrated as follows: The The probe or probes are attached to a specific matrix in a predetermined manner fixed. The targets are brought into contact with the probes in a solution and under incubated defined conditions. As a result of the incubation takes place between probe and target a specific interaction takes place. The resulting bond is much more stable than that Binding of molecules for which the probe is unspecific. Then the system washed with appropriate solutions so that the molecules that are not specifically bound are removed.

Zum Nachweis der Wechselwirkung zwischen Target und Sonde werden heute eine Vielzahl von Verfahren eingesetzt, von denen einige im folgenden beschrieben werden:
In Nature Biotechnology 1998, 16, 725-727 wird der Nachweis des Komplexes aus Target und Sonde durch Massenspektrometrie beschrieben. Ferner werden massensensitive Verfahren wie Oberflächenplasmonresonanz eingesetzt (J. M. Brockman et al., A multistep chemical modification procedure to create DNA Arrays on Gold surfaces for the study of Protein-DNA Interactions with surface plasmon resonance imaging, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8044-8051). Die US-Patentschrift 5605662 offenbart ein Verfahren zum direkten elektrischen Nachweis der Wechselwirkung. In DE 195 43 232 ist die Markierung des Targets mit Detektionskügelchen beschrieben, deren Anwesenheit nach der Wechselwirkung des Targets mit den Sonden optisch nachgewiesen wird.
A variety of methods are used today to demonstrate the interaction between target and probe, some of which are described below:
Nature Biotechnology 1998, 16, 725-727 describes the detection of the complex of target and probe by mass spectrometry. In addition, mass-sensitive methods such as surface plasmon resonance are used (JM Brockman et al., A multistep chemical modification procedure to create DNA Arrays on Gold surfaces for the study of Protein-DNA Interactions with surface plasmon resonance imaging, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8044-8051). US Patent 5605662 discloses a method for direct electrical detection of the interaction. DE 195 43 232 describes the marking of the target with detection spheres, the presence of which is optically detected after the interaction of the target with the probes.

Bei der Benutzung von Arrays mit großer Ausdehnung wird das Target häufig radioaktiv markiert. Die Wechselwirkung wird durch Inkubation mit einem Röntgenfilm oder einem Phosphoimager nachgewiesen. Des weiteren kann das Target mit einem Farbstoff markiert und dessen Anwesenheit mit Hilfe eines Photometers nachgewiesen werden.When using arrays with large dimensions, the target often becomes radioactive marked. The interaction is by incubation with an x-ray film or Phosphoimager detected. Furthermore, the target can be marked with a dye and its presence can be verified using a photometer.

In DE 100 33 334 ist ein Verfahren offenbart, bei dem die Wechselwirkung von Targets mit spezifischen Sonden auf Sonden-Arrays über eine Reaktion sichtbar gemacht werden kann, bei der am Ort der Wechselwirkung ein unlösliches Produkt entsteht und abgelagert wird. Das Verfahren implementiert eine Signalamplifikation und zeichnet sich durch einen äußerst einfachen Detektoraufbau aus.DE 100 33 334 discloses a method in which the interaction of targets with specific probes on probe arrays can be visualized via a reaction, where an insoluble product is formed and deposited at the point of interaction. The Process implements signal amplification and is characterized by an extreme simple detector design.

Analysen basierend auf hochintegrierten Sonden-Arrays werden u. a. wegen hoher Ortsauflösung und im Vergleich zu anderen herkömmlichen Methoden geringerem Aufwand in der Regel fluoreszenzoptisch ausgelesen (A. Marshall, J. Hodgson, DNA Chips: An array of possibilities, Nature Biotechnology 1998, 16, 27-31; G. Ramsay, DNA Chips: State of the Art, Nature Biotechnology 1998, 16, 40-44). Dazu werden die Targets vor, nach oder im Verlauf der spezifischen Interaktion mit dem Sonden-Array mit fluoreszierenden Markern versehen.Analyzes based on highly integrated probe arrays are u. a. because of high Local resolution and less effort compared to other conventional methods usually read by fluorescence optics (A. Marshall, J. Hodgson, DNA Chips: An array of possibilities, Nature Biotechnology 1998, 16, 27-31; G. Ramsay, DNA Chips: State of the Art, Nature Biotechnology 1998, 16, 40-44). For this, the targets are before, after or in Course of the specific interaction with the probe array with fluorescent markers Mistake.

Für die effektive Markierung von Targets mit Fluorophoren sind verschiedene Verfahren bekannt. Einerseits werden Konjugate aus einem Fluorophor bzw. einer Ankergruppe für fluoreszierende Moleküle und einer reaktiven Gruppe genutzt, um Targets auf chemischem Wege zu markieren. Speziell für die Markierung von Nukleinsäuren sind verschiedene kommerzielle Produkte; verfügbar, wie z. B. BiotinChemLink von Roche Biochemicals, Mannheim, Deutschland; Ulyssis von Molecular Probes, Eugene, Oregon, USA; Psoralen- Biotin von Ambion Inc., Austin, Texas, USA. Als Produkt des Prozesses entstehen Targets, die intern mit Substituenten modifiziert sind. Da letztere das Hybridisierungsverhalten der Targets in schwer voraussagbarer Weise beeinflussen, sind optimal stringente Hybridisierungsbedingungen, wie sie beispielsweise für die Detektion von Punktmutationen notwending sind, schwieriger zu definieren.Various methods are available for the effective labeling of targets with fluorophores known. On the one hand, conjugates from a fluorophore or an anchor group for fluorescent molecules and a reactive group used to target chemical To mark ways. Various are especially for labeling nucleic acids commercial products; available, such as B. BiotinChemLink from Roche Biochemicals, Mannheim, Germany; Ulyssis from Molecular Probes, Eugene, Oregon, USA; psoralen Biotin from Ambion Inc., Austin, Texas, USA. Targets are created as a product of the process, which are modified internally with substituents. Since the latter the hybridization behavior of the Influencing targets in a way that is difficult to predict is optimally stringent  Hybridization conditions such as those used for the detection of point mutations are necessarily more difficult to define.

Andererseits werden enzymatische Aktivitäten genutzt, um Targetmoleküle mit Fluorophoren zu markieren. So werden beispielsweise Nukleinsäure-Targets mittels Polymerasen kopiert, wobei in die Kopie fluoreszierende Monomere bzw. mit Ankergruppen wie beispielsweise Biotin, Digoxigenin oder dergleichen gekoppelte Monomere eingebaut werden. In einer Weiterentwicklung dieses cDNA-Protokolls ist es möglich, für quantitative Array- Experimente zwei verschiedene Samples mit unterschiedlichen Farbstoffen zu markieren, und diese gleichzeitig mit dem Array zu hybridisieren (vergleichende Hybridisierung), wobei die von einem Sample generierten Signale (zu untersuchende Probe) mit denen des anderen (Standard) verglichen werden und somit jedes Array-Element eine interne Eichung erfährt.On the other hand, enzymatic activities are used to target molecules with fluorophores to mark. For example, nucleic acid targets are copied using polymerases, where in the copy fluorescent monomers or with anchor groups such as Biotin, digoxigenin or the like coupled monomers are incorporated. In a Further development of this cDNA protocol it is possible to use quantitative array Experiments to mark two different samples with different dyes, and hybridize them simultaneously with the array (comparative hybridization), the signals generated by one sample (sample to be examined) with those of the other (Standard) are compared and each array element is thus internally calibrated.

Bei allen auf dem Kopieren des Targets basierenden Markierungsverfahren wirkt sich nachteilig aus, daß die einzelnen Target-Sequenzen mit unterschiedlicher Effizienz kopiert werden und im Extremfall, z. B. durch Ausbildung stabiler Sekundärstrukturen, für bestimmte Targets ein Informationsverlust auftreten kann. Außerdem entstehen auch hier wie bei den vorstehend genannten chemischen Methoden intern markierte Kopien des Targets mit den beschriebenen Nachteilen.All marking methods based on copying the target have an effect disadvantageous that the individual target sequences copied with different efficiency and in extreme cases, e.g. B. by forming stable secondary structures, for certain Targets a loss of information can occur. In addition, here too arise as with the above chemical methods internally labeled copies of the target with the disadvantages described.

Dieses Problem kann umgangen werden, indem die Markierung außerhalb der zu detektierenden Region, beispielsweise am Terminus des nachzuweisenden Moleküls erfolgt. Zu diesem Zweck wurden Template-unabhängige Polymerasen wie die Terminale Deoxynukleotidyl-Transferase oder die Poly(A)-Polymerase verwendet, die sukzessive Basen mit dem 3' Terminus von DNA bzw. RNA verknüpfen (G. Martin, W. Keller, Tailing and 3' end labeling of RNA with yeast poly(A) polymerase and various nucleotides. RNA 1998, 4, 226-230, V. Rosenmeyer, A. Laubrock, R. Seibl, Nonradioactive 3' end labeling of RNA molecules of different length by Terminal Deoxynucleotidyl Transferase. Analytical Biochemistry 1995, 224, 446-449, D. Figeys, A. Renborg, N. J. Dovichi, Labeling of double stranded DNA by ROX-dideoxycytosine triphosphate using Terminal Deoxynucleotidyl Transferase and separation by capillary electrophoresis. Anal. Chem. 1994, 66, 4382-4383).This problem can be avoided by marking outside of the detecting region, for example at the terminus of the molecule to be detected. For this purpose, template-independent polymerases like the terminals Deoxynucleotidyl transferase or the poly (A) polymerase used the successive bases link with the 3 'terminus of DNA or RNA (G. Martin, W. Keller, Tailing and 3' end labeling of RNA with yeast poly (A) polymerase and various nucleotides. RNA 1998, 4, 226-230, V. Rosenmeyer, A. Laubrock, R. Seibl, Nonradioactive 3 'end labeling of RNA molecules of different length by Terminal Deoxynucleotidyl Transferase. Analytical  Biochemistry 1995, 224, 446-449, D. Figeys, A. Renborg, N.J. Dovichi, Labeling of double stranded DNA by ROX-dideoxycytosine triphosphate using Terminal Deoxynucleotidyl Transferase and separation by capillary electrophoresis. Anal. Chem. 1994, 66, 4382-4383).

Ein genereller Nachteil des enzymatischen Einbaus von Basen, die mit Fluorophoren oder Ankermolekülen modifiziert sind, ist, daß diese in der Regel schlechte Substrate für Polymerasen darstellen und dadurch ineffizient inkorporiert werden. Diese Situation ist bei den vorstehend genannten Template-unabhängigen Polymerasen besonders ausgeprägt, so daß die gewünschte hohe spezifische Markierung auf diesem Weg nicht erreicht wird. Eine effiziente Markierung ist überhaupt nur mit ausgewählten Kombinationen aus Polymerase und markierter Base zu erzielen.A general disadvantage of the enzymatic incorporation of bases with fluorophores or Anchor molecules are modified, is that these are usually poor substrates for Represent polymerases and are therefore incorporated inefficiently. This situation is with the above-mentioned template-independent polymerases particularly pronounced, so that the desired high specific marking is not achieved in this way. A efficient labeling is only possible with selected combinations of polymerase and to achieve marked base.

Weitere Einschränkungen ergeben sich aus der Detektionstechnik. Die gegenwärtig sensitivsten Fluoreszenz-Reader nutzen für die Anregung des Fluorophors die engen spektralen Linien von Laserquellen, so daß für eine sensitive Detektion nur Farbstoffe verwendet werden können, die von verfügbaren Lasern anregbar sind. Ein Nachteil der Fluoreszenz-basierten Detektion auf Sonden-Arrays besteht in der im Vergleich zur radioaktiven Markierung etwa 100-fach geringeren Sensitivität (F. Bertucci et al., Sensitivity issues in DNA-array based expression measurements and performance of nylon microarrays for small samples. Human Molecular Genetics 1999, 8 (9), 1715- 1722). Die Detektion eines Targets ist daher häufig erst nach dessen Amplifikation bzw. nach Signalamplifikation möglich. Die US-Patentschrift 4683202 offenbart eine Amplifikation durch PCR für qualitative Nachweise. Quantitative Assays auf Sonden-Arrays erfordern ein Verfahren mit linearer Amplifikationskinetik. Ein solches Verfahren ist von J. Phillips, J. H. Eberwine (Antisense RNA amplification: A linear amplification method for analyzing the mRNA population from single living cell. Methods 1996, 10 (3), 283-288) sowie von Wang et al., (High fidelity mRNA amplification for gene profiling., Nat. Biotechnol. 2000, 18 (4), 457-­ 459) beschrieben. Further restrictions result from the detection technology. The currently The most sensitive fluorescence readers use the narrow ones to excite the fluorophore spectral lines from laser sources, so that for sensitive detection only dyes can be used that can be excited by available lasers. A disadvantage of Fluorescence-based detection on probe arrays consists in comparison to radioactive labeling about 100 times lower sensitivity (F. Bertucci et al., Sensitivity issues in DNA-array based expression measurements and performance of nylon microarrays for small samples. Human Molecular Genetics 1999, 8 (9), 1715-1722). The detection of one Targets are therefore often only after their amplification or after signal amplification possible. U.S. Patent 4,683,202 discloses amplification by PCR for qualitative evidence. Quantitative assays on probe arrays require a procedure with linear amplification kinetics. One such method is from J. Phillips, J.H. Eberwine (Antisense RNA amplification: A linear amplification method for analyzing the mRNA population from single living cell. Methods 1996, 10 (3), 283-288) and by Wang et al., (High fidelity mRNA amplification for gene profiling., Nat. Biotechnol. 2000, 18 (4), 457- 459).  

In WO 92/01813 ist ein Verfahren offenbart, nach dem mit einer linearen Kinetik eine Vielzahl von Kopien eines zirkulären einzelsträngigen Templates hergestellt werden kann. In WO 2000/04193 wird der Einsatz dieses als RCA (Rolling Circle Amplification) bezeichneten Mechanismus zur Detektion molekularer Interaktionen auf Sonden-Arrays beschrieben. Nach spezifischer Wechselwirkung zwischen der am 3'-Ende auf dem Array immobilisierten Sonde und dem Target wird ein Adapter-Oligonukleotid mit dem Target hybridisiert. Dieses setzt sich aus einer zum Target komplementären Sequenz und einer Sequenz, die Komplementarität zu einem zirkulären einzelsträngigen DNA-Molekül aufweist, zusammen. Die beiden Module sind über eine 5'-5'-Bindung miteinander verknüpft. Nach Zugabe des zirkulären einzelsträngigen DNA-Moleküls, einer Polymerase und der entsprechenden teilweise markierten Bausteine erfolgt an den Sonden, an denen eine Wechselwirkung stattgefunden hat, DNA-Synthese nach dem RCA-Mechanismus, wobei durch den Einbau einer Vielzahl markierter Bausteine eine Markierung und Signalamplifikation erfolgt. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Sensitivität und aufgrund der zweifachen spezifischen Hybridisierung zwischen Sonde und Target sowie zwischen Target und Adapter-Oligonukleotid durch eine hohe Spezifität aus. Es ist jedoch sehr aufwendig und nicht dazu geeignet, eine Vielzahl unterschiedlicher Wechselwirkungen auf einem Sonden-Array parallel zu detektieren.WO 92/01813 discloses a method according to which, with linear kinetics Variety of copies of a circular single strand template can be made. In WO 2000/04193 uses this as RCA (Rolling Circle Amplification) designated mechanism for the detection of molecular interactions on probe arrays described. After specific interaction between that at the 3 'end on the array immobilized probe and the target becomes an adapter oligonucleotide with the target hybridized. This consists of a sequence complementary to the target and one Sequence that is complementary to a circular single-stranded DNA molecule, together. The two modules are linked by a 5'-5 'link. To Addition of the circular single-stranded DNA molecule, a polymerase and the The corresponding partially marked building blocks are carried out on the probes on which one Interaction has taken place, DNA synthesis according to the RCA mechanism, whereby through the installation of a large number of marked blocks, a marking and Signal amplification takes place. This method is characterized by a high sensitivity and due to the double specific hybridization between probe and target as well between target and adapter oligonucleotide by a high specificity. However, it is very complex and not suitable for a variety of different interactions to be detected in parallel on a probe array.

Ferner sind Verfahren z um Nachweis von molekularen Wechselwirkungen bekannt, bei denen auf eine direkte Markierung der Target-Nukleinsäure verzichtet werden kann (A. R. Dunn, J. A. Hassel, A novel method to map transcripts: evidence for homology between an adenovirus mRNA and discrete multiple regions of the viral genome. Cell 1977, 12, 23-36; M. Ranki et al., Sandwich hybridization as a convenient method for the detection of nucleic acids in crude samples. Gene 1983, 21 (1-2), 77-85). Bei dieser als Sandwich- Hybridisierung bezeichneten Technik werden zwei Sonden verwendet, die an unterschiedliche, nicht überlappende Regionen der Target-Nukleinsäure binden. Eine der beiden Sonden wirkt als sogenannte Fang-Sonde (capture probe), mit deren Hilfe die Target- Nukleinsäure spezifisch an eine Oberfläche gebunden werden kann. Die zweite, targetspezifische Sonde trägt eine detektierbare Einheit, so daß die Target-Nukleinsäure durch Hybridisierung an diese zweite Sonde markiert wird. Derartige Sandwich-Hybridisierungen erfüllen demnach zwei Funktionen, nämlich die Erhöhung der Spezifität des Nachweises durch doppelte Wechselwirkung mit zwei spezifischen Sonden und die Markierung hybridisierter Target-Nukleinsäuren durch Hybridisierung mit der Detektionssonde.Methods for the detection of molecular interactions are also known, in which direct labeling of the target nucleic acid can be dispensed with (A. R. Dunn, J. A. Hassel, A novel method to map transcripts: evidence for homology between an adenovirus mRNA and discrete multiple regions of the viral genome. Cell 1977, 12, 23-36; Ranki, M. et al., Sandwich hybridization as a convenient method for the detection of nucleic acids in crude samples. Gene 1983, 21 (1-2), 77-85). In this as a sandwich The technique referred to as hybridization uses two probes bind different, non-overlapping regions of the target nucleic acid. One of the  both probes act as a so-called capture probe, with the help of which the target Nucleic acid can be bound specifically to a surface. The second, target-specific probe carries a detectable unit, so that the target nucleic acid Hybridization to this second probe is marked. Such sandwich hybridizations therefore perform two functions, namely increasing the specificity of the detection by double interaction with two specific probes and the label hybridized target nucleic acids by hybridization with the detection probe.

Eine Übersicht über Abwandlungen der Sandwich-Hybridisierungs-Methode ist in F. Lottspeich und H. Zorbas (Hrsg.), Bioanalytik, Spektrum, Akad. Verl., Heidelberg, Berlin, 1998, angegeben. In US 4,486,539 ist die Anwendung von Sandwich-Hybridisierungen zum Nachweis von mikrobiellen Nukleinsäuren beschrieben. In US 5,288,609 ist eine Sandwich- Methode offenbart, welche die Immobilisierung, Hybridisierung und den Nachweis der Target-Nukleinsäure in einem Schritt zuläßt. In US 5,354,657 ist ein Sandwich- Hybridisierungsverfähren beschrieben, bei dem die Detektion auf der Wechselwirkung von Digoxin bzw. Digoxigenin mit spezifischen detektierbaren Antikörpern beruht. In US 4,751,177 wird ein auf Sandwich-Hybridisierung basierendes Vefahren offenbart, bei dem eine bispezifische Fang-Sonde eingesetzt wird, deren eine Spezifität zur Hybridisierung mit der Target-DNA und deren andere Spezifität zur Hybridisierung mit einer Oberfläche dient. In EP 0198662 und EP 0192168 sind auf Sandwich-Hybridisierung basierende Verfahren beschrieben, bei denen der Immobilisierung des entstehenden Komplexes eine Hybridisierung von Fang- und Detektionssonde mit der Target-Nukleinsäure in Lösung vorgeschaltet ist.An overview of variations of the sandwich hybridization method is in F. Lottsspeich and H. Zorbas (ed.), Bioanalytik, Spektrum, Akad. Verl., Heidelberg, Berlin, 1998. In US 4,486,539 the use of sandwich hybridizations for Detection of microbial nucleic acids described. In US 5,288,609 a sandwich Method disclosed, which the immobilization, hybridization and detection of Allows target nucleic acid in one step. In US 5,354,657 a sandwich Hybridization method described, in which the detection on the interaction of Digoxin or digoxigenin based with specific detectable antibodies. In U.S. 4,751,177 discloses a sandwich hybridization method in which a bispecific capture probe is used, which has a specificity for hybridization with the target DNA and its other specificity for hybridization with a surface. In EP 0198662 and EP 0192168 are methods based on sandwich hybridization described in which the immobilization of the resulting complex hybridization upstream of the capture and detection probe with the target nucleic acid in solution.

In US 5,641,630 ist ein Verfahren offenbart, bei dem zunächst ein Komplex aus Target- und Fangsonde gebildet wird, welcher anschließend immobilisiert und danach durch Hybridisierung mit der Detektionssonde nachgewiesen wird. In US 5,695,926 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Fang-Sonden eine Länge von 11 bis 19 Basen aufweisen und nicht kovalent auf einem hydrophoben Substrat immobilisiert sind. Aus US 4,882,269 ist ein auf Sandwich-Hybridisierung basierendes Verfahren bekannt, das eine Signalamplifikation gewährleistet.US Pat. No. 5,641,630 discloses a method in which a complex of target and Capture probe is formed, which is then immobilized and then by Hybridization with the detection probe is detected. In US 5,695,926 is a Method described in which the capture probes have a length of 11 to 19 bases and are not covalently immobilized on a hydrophobic substrate. From US 4,882,269  known a method based on sandwich hybridization, the one Signal amplification guaranteed.

Die vorstehend genannten Verfahren besitzen den gemeinsamen Nachteil, daß für die Detektion jedes einzelnen Targets sowohl eine spezifische Fang-Sonde als auch eine spezifische Detektionssonde notwendig ist. Für den parallelen Nachweis einer Anzahl verschiedener Targets beispielsweise auf Sonden-Arrays ist eine ebenso große Anzahl spezifischer Detektionssonden notwendig, wodurch die vorstehend genannten Verfahren nur bis zu einem niedrigen Parallelisierungsgrad einsetzbar sind.The above methods have the common disadvantage that for Detection of each target, both a specific capture probe and one specific detection probe is necessary. For the parallel proof of a number different targets, for example on probe arrays, is an equally large number specific detection probes necessary, whereby the above-mentioned methods only can be used up to a low degree of parallelization.

Um dieses Problem zu lösen, wurden im Stand der Technik Verfahren beschrieben, bei denen alle Targets eines Target-Gemisches mit einer einheitlichen Adapter-Sequenz versehen werden, indem das Targetgemisch ausgehend von einem Primer kopiert wird, der an seinem 5'-Ende die Adaptersequenz enthält. Das homogene und effiziente Einführen der Adaptersequenz über einen Adapter-Primer ist jedoch bei solchen Targets nachteilig, die nicht über gleiche Sequenzmodule verfügen, an die der Primer binden kann, so daß dieses Verfahren nur einen begrenzten Anwendungsbereich hat.In order to solve this problem, methods have been described in the prior art in which Provide all targets of a target mixture with a uniform adapter sequence by copying the target mixture starting from a primer attached to its 5 'end contains the adapter sequence. The homogeneous and efficient introduction of However, an adapter sequence via an adapter primer is disadvantageous for those targets that are not have the same sequence modules to which the primer can bind, so that this Process has only a limited scope.

Eine sensitive, die Einführung einer einheitlichen Adaptersequenz erfordernde Sandwich- Hybridisierungs-Methode zum sensitiven Nachweis von Wechselwirkungen auf Sondenarrays basiert auf der Verwendung von vielfach markierten Dendrimeren (siehe US 5,487,973, US 5,484,904, US 5,175,270, kommerziell erhältlich von Genisphere Inc., Montvale, NJ, USA). Bei diesem Verfahren werden mit einer Adaptersequenz versehene Kopien des Targets mit einem Sondenarray inkubiert, wobei eine spezifische Hybridisierung stattfindet. Der Nachweis der spezifischen Hybridisierung erfolgt in einem zweiten Schritt durch Hybridisierung eines vielfach markierten Dendrimers, welches das Komplement der Adaptersequenz trägt und so an die Adaptersequenz bindet. Aufgrund der Beschränkungen bei der Einführung der Adaptersequenz über einen Adapterprimer ist auch die Anwendbarkeit dieses Verfahrens auf Targets mit einheitlichen Sequenzmodulen wie beispielsweise auf polyadenylierte eukaryontische RNA begrenzt.A sensitive sandwich that requires the introduction of a uniform adapter sequence Hybridization method for the sensitive detection of interactions on probe arrays based on the use of multi-labeled dendrimers (see US 5,487,973, US 5,484,904, US 5,175,270, commercially available from Genisphere Inc., Montvale, NJ, UNITED STATES). This method uses copies of the target provided with an adapter sequence incubated with a probe array, with a specific hybridization taking place. The The specific hybridization is verified in a second step Hybridization of a multi-labeled dendrimer, which is the complement of Carries adapter sequence and thus binds to the adapter sequence. Because of the restrictions when introducing the adapter sequence via an adapter primer is also the applicability  this method on targets with uniform sequence modules such as limited polyadenylated eukaryotic RNA.

Bislang sind keine Verfahren bekannt, mit denen eine Vielzahl unterschiedlicher Wechselwirkungen zwischen Targets und Sonden auf einem Sonden-Array effizient, d. h. insbesondere mit hoher Sensitivität und Spezifität; homogen, d. h. mit gleicher Effizienz für unterschiedliche Targets; und parallel detektiert werden können.So far, no methods are known with which a multitude of different ones Interactions between targets and probes on a probe array are efficient, i. H. especially with high sensitivity and specificity; homogeneous, d. H. with the same efficiency for different targets; and can be detected in parallel.

Es besteht daher ein starkes Bedürfnis nach weiteren Verfahren zur Markierung von Targets vor, nach oder im Verlauf der spezifischen Interaktion mit dem Sonden-Array, welche die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweisen.There is therefore a strong need for further methods for marking targets before, after or during the specific interaction with the probe array that the Not have disadvantages of the prior art.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Verfahren zum Nachweis von molekularen Targets mit Hilfe von Sonden-Arrays zur Verfügung zu stellen, das eine effiziente, homogene und parallele Markierung von Targets vor, während oder nach deren Wechselwirkung mit den Sonden-Arrays gewährleistet.The present invention is therefore based on the object of a flexible method for Provide detection of molecular targets with the help of probe arrays, an efficient, homogeneous and parallel marking of targets before, during or after ensures their interaction with the probe arrays.

Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die Markierung von DNA und RNA gleichermaßen zuläßt.Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method which the Allows labeling of DNA and RNA alike.

Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die Bereitstellung der in den Patentansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.These and other objects of the present invention are achieved by providing the solved in the claims characterized embodiments.

Überraschenderweise wurde jetzt gefunden, daß unterschiedliche Wechselwirkungen zwischen molekularen Targets, insbesondere Nukleinsäuren, und Sonden auf Sonden-Arrays hoch spezifisch und hoch sensitiv nachgewiesen werden können, indem Adaptermoleküle an die Targets unter Bildung einer fortlaufenden Sequenz, bestehend aus Adaptermolekül und Target, angefügt werden und die Markierung der Targets unabhängig vom Target durch Wechselwirkung der Adaptermoleküle mit einem detektierbaren Marker vermittelt wird.Surprisingly, it has now been found that different interactions between molecular targets, especially nucleic acids, and probes on probe arrays highly specific and highly sensitive can be detected by using adapter molecules the targets to form a continuous sequence consisting of adapter molecule and  Target, are added and the target is marked independently of the target Interaction of the adapter molecules with a detectable marker is mediated.

Insbesondere werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Adaptersequenzen an die Targets unter Bildung einer fortlaufenden Sequenz, bestehend aus Adaptersequenz und Target, angefügt und die Markierung der Targets erfolgt unabhängig von der Targetsequenz durch Hybridisierung der Adaptersequenz mit einer detektierbaren, zur Adaptersequenz komplementären Markersequenz.In particular, in the method according to the invention, adapter sequences are sent to the Targets to form a continuous sequence consisting of adapter sequence and Target added and the target is marked independently of the target sequence by hybridizing the adapter sequence with a detectable adapter sequence complementary marker sequence.

Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die Adaptersequenzen an die Targetsequenzen angefügt werden und die Markierung der mit den Sonden wechselwirkenden Targets unabhängig von der Targetsequenz durch die Adaptersequenz vermittelt wird. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren der Sandwich- Hybridisierung wird die Adaptersequenz mit dem Target verknüpft, ohne daß Kopien des Targets mittels eines die Adaptersequenz enthaltenden Primers erzeugt werden. Während die Effizienz der Einführung eines Adaptermoleküls durch Kopieren des Targets von dem Anheften des Primers an die jeweilige Targetsequenz abhängt, erfolgt das Anfügen des Adapters bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig von der Sequenz des jeweiligen Targets. D. h. für die Markierung von Nukleinsäuren kommt das erfindungsgemäße Verfahren ohne das Kopieren von Targetsequenzen aus. Dies bietet den Vorteil, daß die Effizienz und Homogenität der Markierung von hybridisierten Targets unabhängig von der Targetsequenz gewährleistet ist.An essential feature of the method according to the invention is that the adapter sequences the target sequences are added and the labeling with the probes interacting targets regardless of the target sequence through the adapter sequence is conveyed. In contrast to the previously known methods of sandwich Hybridization, the adapter sequence is linked to the target without copies of the Targets are generated using a primer containing the adapter sequence. While the Efficiency of inserting an adapter molecule by copying the target from that When the primer is attached to the respective target sequence, the is added Adapters in the method according to the invention regardless of the sequence of the particular Targets. That is, the method according to the invention comes for the labeling of nucleic acids without copying target sequences. This offers the advantage that the efficiency and Homogeneity of the labeling of hybridized targets regardless of the target sequence is guaranteed.

Der Ausdruck "Anfügen" der Adaptersequenz an die bzw. "Verknüpfen" der Adaptersequenz mit der Targetsequenz bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß ein fortlaufender Strang aus Targetsequenz und Adaptersequenz gebildet wird. Verfahren, bei denen ein Adapter-Oligonukleotid mit dem Target hybridisiert, fallen nicht unter den Umfang der vorliegenden Erfindung. The expression "attach" the adapter sequence to or "link" the adapter sequence with the target sequence means in the context of the present invention that a continuous Strand from target sequence and adapter sequence is formed. Procedures in which a Adapter oligonucleotide hybridized to the target are not within the scope of present invention.  

Unter einer molekularen Sonde wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Molekül verstanden, das zum Nachweis anderer Moleküle durch ein bestimmtes, charakteristisches Bindungsverhalten bzw. eine bestimmte Reaktivität verwendet wird.Within the scope of the present invention, a molecule becomes a molecular probe understood that for the detection of other molecules by a certain, characteristic Binding behavior or a certain reactivity is used.

Das Adaptermolekül bzw. die Adaptersequenz kann ein beliebiges Molekül, insbesondere ein beliebiges Nukleinsäure-Molekül sein, das mit dem zu detektierenden Target, insbesondere einer Nukleinsäure verknüpfbar ist und in der Lage ist, die Markierung der Targets zu vermitteln. Vorzugsweise ist die Adaptersequenz ein Homopolymer von 5 bis 10000 Basen Länge, vorzugsweise von 10-5000 Basen Länge, besonders bevorzugt von 15 bis 1000 Basen Länge. Das Homopolymer besteht vorzugsweise aus Poly(A).The adapter molecule or the adapter sequence can be any molecule, in particular one be any nucleic acid molecule that, in particular, with the target to be detected a nucleic acid can be linked and is able to label the targets convey. The adapter sequence is preferably a homopolymer of 5 to 10,000 bases Length, preferably from 10-5000 bases in length, particularly preferably from 15 to 1000 bases Length. The homopolymer preferably consists of poly (A).

Der Marker bzw. die Markersequenz kann ein beliebiges Molekül, insbesondere ein beliebiges Nukleinsäure-Molekül sein, mit der Maßgabe, daß es zu einer Wechselwirkung mit der Adaptersequenz in der Lage ist, insbesondere daß es eine zur Adaptersequenz komplementäre Nukleinsäuresequenz umfaßt. Ferner umfaßt die Markersequenz ein Fluorophor, eine Ankergruppe oder eine anderweitig detektierbare Einheit.The marker or the marker sequence can be any molecule, especially one be any nucleic acid molecule, with the proviso that it interacts with the adapter sequence is capable of, in particular that it is one to the adapter sequence includes complementary nucleic acid sequence. The marker sequence also includes a Fluorophore, an anchor group, or other detectable entity.

Unter einem Sonden-Array wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von molekularen Sonden auf einer Oberfläche verstanden, wobei die Position einer jeden Sonde separat bestimmt ist.Within the scope of the present invention, an arrangement of understood molecular probes on a surface, the position of each probe is determined separately.

Unter einem Array-Element wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein für die Deposition einer molekularen Sonde bestimmtes Areal auf einer Oberfläche verstanden, wobei die Summe aller belegten Array-Elemente das Sonden-Array ist.Within the scope of the present invention, an array element is used for Deposition of a molecular probe understood certain area on a surface, where the sum of all occupied array elements is the probe array.

Unter einem Target wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das mit einer molekularen Sonde nachzuweisende Molekül verstanden. In the context of the present invention, a target is a molecular target Probe molecule to be understood.  

Unter einem Sample wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein komplexes Gemisch verstanden, das eine Vielzahl von Targets enthält.In the context of the present invention, a sample is a complex mixture understood that contains a variety of targets.

Der Ausdruck "markiert" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Anwesenheit eines Fluorophors, einer Ankergruppe oder einer anderweitig detektierbaren Einheit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem zu detektierenden Target um eine Nukleinsäure. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch analog zum Nachweis von Protein/Sonden-Wechselwirkungen, Antikörper/Sonden-Wechselwirkungen, usw. eingesetzt werden, indem das nachzuweisende Protein bzw. der nachzuweisende Antikörper mit der Adapter-Sequenz verbunden wird.The term "marked" denotes the presence in the context of the present invention a fluorophore, an anchor group, or other detectable entity. A preferred embodiment of the method according to the invention is a nucleic acid in the target to be detected. The method according to the invention however, analogous to the detection of protein / probe interactions, Antibody / probe interactions, etc. can be used by the detected Protein or the antibody to be detected is linked to the adapter sequence.

Wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind das Anfügen von Adaptersequenzen an Targets, deren spezifische Wechselwirkung mit Sonden auf Sonden- Arrays detektierend werden soll, und die Vermittlung der Markierung der mit den Sonden wechselwirkenden Targets unabhängig von der Targetsequenz durch die Adaptersequenz.The essential features of the method according to the invention are the addition of Adapter sequences on targets, their specific interaction with probes on probe Arrays should be detected, and the mediation of the labeling of the probes interacting targets regardless of the target sequence through the adapter sequence.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren folgende Schritte:
In a preferred embodiment of the present invention, the method comprises the following steps:

  • a) gegebenenfalls Fragmentierung der Targets;a) optionally fragmentation of the targets;
  • b) Anfügen von Adaptersequenzen an die Targets;b) adding adapter sequences to the targets;
  • c) spezifische Hybridisierung der Targets mit auf einem Sonden-Array angeordneten Sonden;c) specific hybridization of the targets with arranged on a probe array probes;
  • d) Markierung der Targets durch Hybridisierung der Adaptersequenz mit einer detektierbaren, zur Adaptersequenz komplementären Markersequenz; undd) Marking the targets by hybridizing the adapter sequence with a detectable marker sequence complementary to the adapter sequence; and
  • e) Detektion der Signalee) detection of the signals

Dadurch, daß die Markierung der hybridisierten Targets bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne einen Kopiervorgang erreicht wird, werden die mit den auf dem Kopieren des Targets basierenden Markierungsverfahrens des Stands der Technik verbundenen Nachteile, insbesondere das Kopieren einzelner Target-Sequenzen mit unterschiedlicher Effizienz, der Informationsverlust für bestimmte Targetsequenzen durch Ausbildung stabiler Sekundärsequenzen und die Schwierigkeit der Einstellung optimal stringenter Hybridisierungsbedingungen bei Einbau von intern mit Substituenten zur Markierung modifizierten Targets, überwunden.The fact that the labeling of the hybridized targets in the invention Procedures are achieved without a copy process, those with the on the copying of the Disadvantages associated with target-based marking methods of the prior art, especially the copying of individual target sequences with different efficiency, the Loss of information for certain target sequences through training more stable Secondary sequences and the difficulty of setting optimally more stringent Hybridization conditions when incorporating internally with substituents for labeling modified targets, overcome.

Ferner bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die Markierung von DNA und RNA gleichermaßen möglich ist. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, daß das Verfahren eine Schnittstelle zur Signalamplifikation bereitstellt und vergleichende Hybridisierungen ermöglicht, wie nachstehend ausführlich erläutert wird. Schließlich ist es vorteilhaft, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vergleichsweise geringe Mengen an markierten Substanzen, beispielsweise im Bereich von 10 µM bis 10 pM, vorzugsweise von 1 µM bis 100 pM Endkonzentration an detektierbaren Einheiten, eingesetzt werden können, wodurch unspezifische Signale minimiert werden.Furthermore, the inventive method has the advantage that the labeling of DNA and RNA is equally possible. Further advantages of the method according to the invention are that the method provides an interface for signal amplification and comparative Hybridizations are possible, as explained in detail below. After all it is advantageous that in the process according to the invention comparatively small amounts of labeled substances, for example in the range from 10 μM to 10 pM, preferably from 1 µM to 100 pM final concentration of detectable units can be used, which minimizes unspecific signals.

Die Markierung der hybridisierten Targets wird über die an die Targets angefügte Adaptersequenz vermittelt. Vorzugsweise erfolgt die Markierung außerhalb der zu detektierenden Region, d. h. der eigentlichen Targetsequenz, am Terminus des die Targetsequenz und die angefügte Adaptersequenz umfassenden Moleküls. Dies bietet den Vorteil, daß die Effizienz der Markierung von hybridisierten Targets ausschließlich auf der Sequenz des Adapters, die für alle hybridisierten Targets gleich ist, und nicht auf der Sequenz des Targets beruht, so daß eine effiziente, homogene und parallele Markierung aller hybridisierten Targets unabhängig von der jeweiligen Targetsequenz möglich ist.The marking of the hybridized targets is done via the attached to the targets Mediated adapter sequence. The marking is preferably carried out outside of the detecting region, d. H. the actual target sequence, at the terminus of the Target sequence and the molecule comprising the attached adapter sequence. This offers the Advantage that the efficiency of the labeling of hybridized targets only on the Sequence of the adapter that is the same for all hybridized targets and not on the sequence of the target, so that an efficient, homogeneous and parallel marking of all hybridized targets regardless of the respective target sequence is possible.

Bevorzugte Methoden der Markierung sind:
Preferred methods of marking are:

  • - Sandwich-Hybridisierung mit einem zur Adaptersequenz komplementären markierten Oligonukleotid.- Sandwich hybridization with a labeled complementary to the adapter sequence Oligonucleotide.
  • - Sandwich-Hybridisierung von in Kettenform mit der Adaptersequenz hybridisierenden markierten Oligonukleotiden: Unter in Kettenform mit der Adaptersequenz hybridisierenden markierten Oligonukleotiden wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Satz von markierten Oligonukleotiden verstanden, von denen mindestens eines Komplementarität sowohl zur Adaptersequenz als auch zu einem weiteren Oligonukleotid aufweist. Die anderen Oligonukleotide sind selbstkomplementär bzw. wechselseitig zueinander komplementär, so daß während der Hybridisierung eine Kette von an der Adaptersequenz gebundenen markierten Oligonukleotiden entsteht.- Sandwich hybridization of those hybridizing in chain form with the adapter sequence labeled oligonucleotides: in chain form with the adapter sequence hybridizing labeled oligonucleotides is within the scope of the present Invention understood a set of labeled oligonucleotides, at least of which a complementarity to the adapter sequence as well as to another Has oligonucleotide. The other oligonucleotides are self-complementary or mutually complementary to each other, so that a chain during hybridization of labeled oligonucleotides bound to the adapter sequence is formed.
  • - Sandwich-Hybridisierung mit einem zur Adaptersequenz komplementären Oligonukleotid, das mit einer vielfach markierten Struktur, beispielsweise einem Dendrimer, beschrieben z. B. in WO 99/10362, gekoppelt ist.- Sandwich hybridization with one complementary to the adapter sequence Oligonucleotide with a multi-labeled structure, for example one Dendrimer, described e.g. B. in WO 99/10362.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Signalamplifikation durch Amplifikation von Teilen der Adaptersequenz bei gleichzeitigem Einbau von markierten Basen, insbesondere bevorzugt über einen RCA-Mechanismus durch Verwendung eines zirkulären einzelsträngigen Templates, das Komplementarität zur Adaptersequenz aufweist.In a further preferred embodiment of the present invention, a Signal amplification by amplifying parts of the adapter sequence with simultaneous Incorporation of labeled bases, particularly preferably using an RCA mechanism Use a circular single-stranded template that is complementary to Has adapter sequence.

Die Fragmentierung des Targets hat die Aufgabe, 3'OH-Termini für die folgende Synthese der Adaptersequenz bereitzustellen, soweit 3'OH-Termini noch nicht zur Verfügung stehen, sowie die Länge der Targets und damit deren Neigung zur Ausbildung von die Hybridisierung behindernden Sekundärstrukturen zu reduzieren. Die Fragmentierung kann auf chemischem, physikalischem oder enzymatischen Weg erfolgen. Chemische Fragmentierung von RNA erfolgt beispielsweise durch Inkubation in einem geeigneten, vorzugsweise basischen Puffersystem. Physikalische Fragmentierung kann durch Ultraschall erfolgen. Diese Methoden fragmentieren die Nukleinsäuren zufällig. Die dabei generierten 3'-Enden müssen jedoch z. T. in Hydroxylgruppen überführt werden. Dies erfolgt beispielsweise enzymatisch durch alkalische Phosphatase.The fragmentation of the target has the task of 3'OH termini for the following synthesis to provide the adapter sequence if 3'OH terms are not yet available, as well as the length of the targets and thus their tendency to form the hybridization to reduce disabling secondary structures. The fragmentation can be based on chemical, physical or enzymatic way. Chemical fragmentation of RNA  takes place, for example, by incubation in a suitable, preferably basic Buffer system. Physical fragmentation can be done by ultrasound. This Methods randomly fragment the nucleic acids. The 3 'ends generated in the process must however, e.g. T. be converted into hydroxyl groups. This is done enzymatically, for example by alkaline phosphatase.

Bevorzugt erfolgt die Fragmentierung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren enzymatisch durch Verwendung von Nukleasen, insbesondere durch Verwendung von Endonukleasen. Besonders bevorzugt finden bei der Fragmentierung von RNA oder einzelsträngiger DNA einzelstrangspezifische Endonukleasen wie S1-Nuklease und Mung-Bean-Nuklease Verwendung, die in einer Konzentration und unter Bedingungen eingesetzt werden, die zur Entstehung durchschnittlicher Fragmentgrößen von 5-1000 Basen Länge, vorzugsweise 10-­ 500 Basen Länge, besonders bevorzugt 40-200 Basen Länge führen.The fragmentation in the method according to the invention is preferably carried out enzymatically by using nucleases, especially by using endonucleases. Find particularly preferred when fragmenting RNA or single-stranded DNA single-strand endonucleases such as S1 nuclease and mung bean nuclease Use that are used in a concentration and under conditions that are used Development of average fragment sizes of 5-1000 bases in length, preferably 10- 500 bases in length, particularly preferably 40-200 bases in length.

Bei der Fragmentierung von doppelsträngiger DNA finden besonders bevorzugt Restriktionsendonukleasen Verwendung; äußerst bevorzugt einzelne oder eine Kombination von Restriktionsendonukleasen, die die Target-DNA in Fragmente von 10-1000, vorzugsweise 20-700, besonders bevorzugt 40-500 Basen Länge schneiden und dabei überhängende 3'-Enden generieren.Particularly preferred when fragmenting double-stranded DNA Restriction endonucleases use; most preferably single or a combination of restriction endonucleases that break the target DNA into fragments of 10-1000, preferably cut 20-700, more preferably 40-500 bases in length while doing so generate overhanging 3 'ends.

Die Fragmentierung des Targets entfällt völlig bei speziellen Aufgabenstellungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise wenn die native Struktur von Nukleinsäuren durch Hybridisierung gegen Sonden-Arrays untersucht werden soll.The fragmentation of the target is completely eliminated for special tasks of the inventive method, for example if the native structure of nucleic acids to be investigated by hybridization against probe arrays.

Das Anfügen von Adaptersequenzen an die Targetsequenzen kann auf einem der im folgenden beschriebenen Wege erfolgen. Vorzugsweise werden die Adaptersequenzen durch Template-unabhängige Polymerasen an die Targetsequenzen, ausgehend von den 3'OH- Termini, synthetisiert. Weiter kann zur Verknüpfung der Adaptersequenz mit der Targetsequenz eine Telomerase eingesetzt werden oder eine IDA-Reaktion durchgeführt werden, wie sie in WO 99/15698 beschrieben ist. Eine weitere Alternative zur Verknüpfung der Adaptersequenz mit der Targetsequenz ist eine Ligation mit einer geeigneten Ligase, beispielsweise einer T4 RNA-Ligase (kommerziell erhältlich bei New England Biolabs, Schwalbach, Deutschland).The attachment of adapter sequences to the target sequences can on one of the following described ways. The adapter sequences are preferably carried out by Template-independent polymerases to the target sequences, starting from the 3'OH Termini, synthesized. You can also link the adapter sequence with the  Target sequence a telomerase are used or an IDA reaction is carried out as described in WO 99/15698. Another alternative to linking the adapter sequence with the target sequence is a ligation with a suitable ligase, for example a T4 RNA ligase (commercially available from New England Biolabs, Schwalbach, Germany).

Falls RNA-Moleküle als Targets vorliegen, wird vorzugsweise eine Poly(A)-Polymerase, besonders bevorzugt die Poly(A)-Polymerase aus Hefe (siehe US 5525497, kommerziell erhältlich bei USB, Cleveland, Ohio, USA) verwendet. Falls DNA-Moleküle als Targets vorliegen, wird vorzugsweise eine Terminale Deoxynukleotidyl Transferase, besonders bevorzugt Terminale Deoxynukleotidyl-Transferase aus Kalbsthymus (kommerziell erhältlich u. a. bei New England Biolabs, Schwalbach, Deutschland) eingesetzt.If RNA molecules are present as targets, a poly (A) polymerase, particularly preferably the yeast poly (A) polymerase (see US 5525497, commercial) available from USB, Cleveland, Ohio, USA). If DNA molecules as targets a terminal deoxynucleotide transferase is preferred, especially preferred terminal deoxynucleotidyl transferase from calf thymus (commercially available u. a. at New England Biolabs, Schwalbach, Germany).

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform finden im Falle von doppelsträngiger DNA die Fragmentierung mittels Restriktionsendonukleasen und die Synthese des Adapters katalysiert durch die Terminale Deoxynukleotidyl-Transferase aus Kalbsthymus gleichzeitig in einem Reaktionsansatz statt.In a further preferred embodiment, in the case of double-stranded DNA the fragmentation by means of restriction endonucleases and the synthesis of the adapter catalyzed by the terminal deoxynucleotidyl transferase from calf thymus at the same time in a reaction approach.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Adaptersequenz nach der spezifischen Hybridisierung des Targets an die Sonden durch Verlängerung des Targets im Hybrid erzeugt.In another embodiment, the adapter sequence is specific Hybridization of the target to the probes is generated by extending the target in the hybrid.

Die Hybridisierung der Targets mit den auf einem Sonden-Array angeordneten Sonden findet nach einem der bekannten Standardprotokolle statt (siehe u. a. Lottspeich und Zorbas, 1998).The hybridization of the targets with the probes arranged on a probe array takes place according to one of the known standard protocols (see, inter alia, Lottspeicher and Zorbas, 1998).

Falls die Detektion durch Hybridisierung einer markierten, zur Adaptersequenz komplementären Sequenz gewünscht ist, ergeben sich mehrere Varianten für das erfindungsgemäße Verfahren:
Bei einer Ausführungsform findet die Hybridisierung mit einem zur Adaptersequenz komplementären markierten Oligonukleotid, bzw. mit einem zur Adaptersequenz komplementären Oligonukleotid, das mit einer vielfach markierten Struktur gekoppelt ist bzw. mit einem Satz von in Kettenform mit der Adaptersequenz hybridisierenden markierten Oligonukleotiden gleichzeitig mit der spezifischen Hybridisierung der Targets an die Sonden auf dem Sonden-Array statt.
If detection by hybridization of a marked sequence complementary to the adapter sequence is desired, there are several variants for the method according to the invention:
In one embodiment, hybridization takes place with a labeled oligonucleotide complementary to the adapter sequence, or with an oligonucleotide complementary to the adapter sequence, which is coupled to a structure which has been labeled many times, or with a set of labeled oligonucleotides hybridizing in chain form with the adapter sequence simultaneously with the specific hybridization of the targets to the probes on the probe array instead.

Bei einer alternativen Ausführungsform findet die Hybridisierung mit einem zur Adaptersequenz komplementären markierten Oligonukleotid bzw. mit einem zur Adaptersequenz komplementären Oligonukleotid, das mit einer vielfach markierten Struktur gekoppelt ist bzw. mit einem Satz von in Kettenform mit der Adaptersequenz hybridisierenden markierten Oligonukleotiden während einer zweiten, der spezifischen Hybridisierung der Targets an die Sonden auf dem Sonden-Array nachgeschalteten Inkubation statt, bei der das hybridisierte Sonden-Array mit der markierten, zum Adapter komplementären Struktur in einem geeigneten Puffer unter geeigneten Bedingungen wechselwirkt. Die beiden Hybridisierungsschritte können hierbei durch Waschschritte getrennt sein.In an alternative embodiment, the hybridization takes place with a Labeled sequence complementary oligonucleotide or with a Adapter sequence complementary oligonucleotide that has a multi-labeled structure is coupled or with a set of in chain form with the adapter sequence hybridizing labeled oligonucleotides during a second, the specific Hybridization of the targets to the probes downstream on the probe array Incubation takes place in which the hybridized probe array is labeled with the adapter complementary structure in a suitable buffer under suitable conditions interacts. The two hybridization steps can be carried out by washing steps be separated.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform findet die Hybridisierung mit einem zur Adaptersequenz komplementären markierten Oligonukleotid bzw. mit einem zur Adaptersequenz komplementären Oligonukleotid, das mit einer vielfach markierten Struktur gekoppelt ist, bzw. mit einem Satz von in Kettenform mit der Adaptersequenz hybridisierenden markierten Oligonukleotiden in einer der spezifischen Hybridisierung der Targets an die Sonden auf dem Sonden-Array vorgeschalteten Inkubation statt, während der die markierte zum Adapter komplementäre Struktur in einem geeigneten Puffer unter geeigneten Bedingungen an die Adaptersequenz bindet. In a further alternative embodiment, the hybridization takes place with a Labeled sequence complementary oligonucleotide or with a Adapter sequence complementary oligonucleotide that has a multi-labeled structure is coupled, or with a set of in chain form with the adapter sequence hybridizing labeled oligonucleotides in one of the specific hybridization of the Targets to the probes are placed on the probe array prior to incubation the marked structure complementary to the adapter in a suitable buffer suitable conditions binds to the adapter sequence.  

Selbstverständlich ist es bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, daß die Detektion über ein zur Adaptersequenz komplementäres Oligonukleotid erfolgt, das an ein Detektionskügelchen gekoppelt ist.Of course, in all embodiments of the present invention it is possible to that the detection takes place via an oligonucleotide complementary to the adapter sequence is coupled to a detection sphere.

Nach der Hybridisierung von Adaptersequenz und des zur Adaptersequenz komplementären markierten Oligonukleotides bzw. des zur Adaptersequenz komplementären Oligonukleotids, das mit einer vielfach markierten Struktur gekoppelt ist, bzw. dem Satz von in Kettenform mit der Adaptersequenz hybridisierenden markierten Oligonukleotiden können die Hybride durch kovalente Bindung, beispielsweise über Psoralen-Interkalation und nachfolgendes "Cross- Linking", oder wie in US 4,599,303 beschrieben, durch nichtkovalente Bindung, beispielsweise durch Bindung von Interkalatoren, stabilisiert werden.After hybridization of the adapter sequence and that complementary to the adapter sequence labeled oligonucleotide or the oligonucleotide complementary to the adapter sequence, which is coupled with a multiple marked structure, or the set of in chain form the oligonucleotides hybridizing the adapter sequence can be carried out by the hybrids covalent binding, for example via psoralen intercalation and subsequent "cross Linking ", or as described in US 4,599,303, by noncovalent binding, for example by binding intercalators.

Im Anschluß an die Hybridisierung der Targets mit den auf einem Sonden-Array angeordneten Sonden bzw. der Markierung der hybridisierten Targets erfolgt üblicherweise ein Waschschritt, mit dem unspezifisch und dadurch schwächer gebundene Komponenten entfernt werden.Following the hybridization of the targets with those on a probe array Arranged probes or the marking of the hybridized targets is usually done a washing step with which non-specific and therefore weakly bound components be removed.

Wird das spezifisch an die Sonden auf dem Sonden-Array hybridisierte Target bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Hybridisierung einer zum Adapter komplementären Struktur nachgewiesen, so ist bei einer bevorzugten Ausführungsform die Adaptersequenz um ein Vielfaches länger als die zum Adapter komplementäre Sequenz. In diesem Fall ergibt sich schon bei Verwendung eines einfach markierten, zum Adapter komplementären Oligonukleotides eine proportionale Signalamplifkation, da pro hybridisiertem Targetmolekül mehrere zum Adapter komplementäre einfach markierte Oligonukleotide binden.If the target hybridized specifically to the probes on the probe array at the inventive method by hybridization of a complementary to the adapter Structure proven, in a preferred embodiment, the adapter sequence is around many times longer than the sequence complementary to the adapter. In this case it results even when using a simply marked, complementary to the adapter Oligonucleotides a proportional signal amplification, as per hybridized target molecule bind several labeled oligonucleotides complementary to the adapter.

Der Begriff Vielfaches ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf ganzzahlige Vielfache beschränkt, sondern umfaßt auch alle Vielfache aus der Menge der positiven rationalen Zahlen. The term multiple is not an integer in the context of the present invention Multiples limited, but also includes all multiples from the set of positive ones rational numbers.  

Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Signal durch Verwendung von in Kettenform mit der Adaptersequenz hybridisierenden markierten Oligonukleotiden, beispielsweise nach einem Mechanismus wie in US 5,124,246 beschrieben, um den Faktor der durchschnittlichen Kettenlänge verstärkt werden.In an alternative embodiment, the signal can be obtained using in Chain-shaped labeled oligonucleotides hybridizing with the adapter sequence, for example, by a mechanism as described in US 5,124,246 the average chain length.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Signalamplifikation durch Hybridisierung mit einem zur Adaptersequenz komplementären Oligonukleotid, das mit einer vielfach markierten Struktur, beispielsweise einem Dendrimer gekoppelt ist (siehe WO 99/10362, kommerziell erhältlich bei Genisphere Montvale, NJ, USA), erreicht. Hierdurch wird eine besonders starke Signalamplifikation erlangt.In a preferred embodiment of the present invention, the Signal amplification by hybridization with one complementary to the adapter sequence Oligonucleotide with a multi-labeled structure, such as a dendrimer (see WO 99/10362, commercially available from Genisphere Montvale, NJ, USA). A particularly strong signal amplification is achieved in this way.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die spezifische Hybridisierung des Targets an die Sonde auf dem Sonden-Array durch enzymatische Verlängerung der Adaptersequenz beispielsweise durch Primerextension oder Rolling Circle-Amplifikation (P. M. Lizardi et al., Mutation detection and single molecule counting using isothermal rolling circle amplification. Nature Genetics 1998, 19, 225-232), bei gleichzeitigem Einbau von markierten Basen detektiert.In a further preferred embodiment, the specific hybridization of the Targets to the probe on the probe array by enzymatic extension of the Adapter sequence, for example by primer extension or rolling circle amplification (P.M. Lizardi et al., Mutation detection and single molecule counting using isothermal rolling circle amplification. Nature Genetics 1998, 19, 225-232), with simultaneous installation of labeled bases detected.

Besonders bevorzugt erfolgt die lineare Amplifikation über einen RCA-Mechanismus durch Verwendung eines zirkulären einzelsträngigen Templates, das Komplementarität zur Adaptersequenz aufweist. Die Sequenz des Adapters wird dabei als Primer verwendet und mehrfach um Kopien von mindestens Teilen der Adaptersequenz verlängert. Diese Methode erlaubt die parallele Umsetzung aller auf dem Sonden-Array hybridisierten Targets und gewährleistet eine hohe Proportionalität des Signals zur Menge der an jedem Array-Element hybridisierten Targets da (i) alle Targets die gleiche Adaptersequenz besitzen; (ii) die ursprüngliche Länge der Adaptersequenz keinen Einfluß auf die Anzahl der im Verlauf der Amplifikation inkorporierten Markierungen hat; und (iii) im Verlauf der Amplifikation an allen Targets unabhängig von der Sequenz des Targets die gleiche markierte Sequenz, nämlich Kopien des zirkulären einzelsträngigen Templats, entsteht.The linear amplification is particularly preferably carried out using an RCA mechanism Use a circular single-stranded template that is complementary to Has adapter sequence. The sequence of the adapter is used as a primer and extended several times by copies of at least parts of the adapter sequence. This method allows the parallel implementation of all targets and hybridized on the probe array ensures a high proportionality of the signal to the amount of each array element hybridized targets because (i) all targets have the same adapter sequence; (ii) the original length of the adapter sequence does not affect the number of in the course of Amplification has incorporated labels; and (iii) in the course of the amplification  all targets have the same marked sequence regardless of the sequence of the target, namely copies of the circular single-stranded template.

Die RCA-Reaktion kann in einem getrennten Schritt nach der Hybridisierung der Targets an die spezifischen Sonden des Sonden-Arrays erfolgen. Alternativ kann die Amplifikation auch der Hybridisierung vorgeschaltet werden.The RCA reaction can start in a separate step after hybridization of the targets the specific probes of the probe array take place. Alternatively, the amplification can also hybridization.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die unterschiedliche Markierung von verschiedenen Nukleinsäuren und deren anschließende vergleichende Hybridisierung und Detektion auf einem Sonden-Array. Beispielsweise kann eine Probe chromosomaler DNA eines Organismus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Poly(C)-Adaptersequenz versehen werden, während die RNA aus dem gleichen Organismus mit einem Poly(A)- Adapter versehen wird. Die Detektion erfolgt entweder durch Sandwich-Hybridisierung mit zwei zu den jeweiligen Adaptern komplementären unterschiedlich markierten Oligonukleotiden (also z. B. Poly(G) respektive Poly(T)) bzw. durch Sandwich- Hybridisierung von zwei Sätzen von in Kettenform mit jeweils einer der beiden Adaptersequenzen hybridisierenden markierten Oligonukleotiden bzw. durch Sandwich- Hybridisierung mit zwei unterschiedlich markierten zu jeweils einer der beiden Adaptersequenzen komplementären Oligonukleotiden, die mit einer vielfach markierten Struktur gekoppelt sind. Alternativ kann die Detektion durch Amplifikation von Teilen der Adaptersequenzen bei gleichzeitigem Einbau von unterschiedlich markierten Basen erfolgen, beispielsweise über einen RCA-Mechanismus durch Verwendung zweier unterschiedlicher zirkulärer einzelsträngiger Templates, die Komplementarität zu jeweils einer der beiden Adaptersequenzen aufweisen.The method according to the invention enables different marking of different nucleic acids and their subsequent comparative hybridization and Detection on a probe array. For example, a sample of chromosomal DNA an organism according to the inventive method with a poly (C) adapter sequence be provided, while the RNA from the same organism with a poly (A) - Adapter is provided. The detection is carried out either by sandwich hybridization two complementarily marked to complement each adapter Oligonucleotides (e.g. poly (G) or poly (T)) or by sandwich Hybridization of two sets of in chain form, each with one of the two Labeled oligonucleotides hybridizing adapter sequences or by sandwich Hybridization with two differently labeled to one of the two Adapter sequences complementary oligonucleotides that are labeled with a multiple Structure are coupled. Alternatively, the detection can be carried out by amplifying parts of the Adapter sequences occur with simultaneous installation of differently marked bases, for example via an RCA mechanism using two different ones circular single-stranded templates that complement one of the two Have adapter sequences.

Hinsichtlich der Möglichkeiten der Detektion erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich den Verfahren des Stands der Technik als äußerst flexibel. So ist das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Vielzahl physikalischer, chemischer oder biochemischer Detektionsverfahren kompatibel. Voraussetzung ist lediglich, daß die zu detektierende Struktur direkt an ein Oligonukleotid gekoppelt bzw. über eine mit dem Oligonukleotid koppelbare Ankergruppe verknüpft werden kann. Somit gestattet das Verfahren ebenfalls eine Detektion mit nicht auf Fluoreszenz basierenden Methoden.The method according to the invention proves with regard to the possibilities of detection compared to the prior art methods as extremely flexible. That's how it is inventive method with a variety of physical, chemical or  biochemical detection method compatible. The only requirement is that the detecting structure directly coupled to an oligonucleotide or via a with the Oligonucleotide linkable anchor group can be linked. So that allows The method also uses non-fluorescence-based detection.

Vorzugsweise basiert die Detektion auf der Verwendung von Fluorophor-markierten Strukturen bzw. Bausteinen. In Verbindung mit Fluoreszenzdetektion erlaubt das Verfahren die Markierung mit jedem beliebigen an Oligonukleotide während oder nach deren Synthese koppelbaren Farbstoff, beispielsweise Cy-Farbstoffe (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Schweden), Alexa-Farbstoffe, Texas-Rot, Fluorescein, Rhodamin (Molecular Probes, Eugene, Oregon, USA), Lanthanide wie Samarium, Yterbium und Europium (EG Wallac, Freiburg, Deutschland).The detection is preferably based on the use of fluorophore-labeled Structures or building blocks. In conjunction with fluorescence detection, the method allows labeling with any oligonucleotides during or after their synthesis couplable dye, for example cy dyes (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden), Alexa dyes, Texas red, fluorescein, rhodamine (Molecular Probes, Eugene, Oregon, USA), lanthanides such as samarium, yterbium and europium (EG Wallac, Freiburg, Germany).

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß das Bleachen von Fluoreszenzfarbstoffen minimiert wird, da diese erst zu einem sehr späten Zeitpunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens zugegeben werden.Another advantage of the method according to the invention is that the bleaching of Fluorescent dyes is minimized, as this is only at a very late point in time inventive method are added.

Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens basiert die Detektion auf der Verwendung von Strukturen bzw. Bausteinen, die mit Ankergruppen gekoppelt sind. Bevorzugt verwendete Ankergruppen sind Biotin, Digoxigenin und dergleichen. Die Ankergruppen werden in einer anschließenden Reaktion mit spezifisch bindenden Komponenten, beispielsweise Streptavidin-Konjugaten oder Antikörper- Konjugaten umgesetzt, die selbst detektierbar sind, oder eine detektierbare Reaktion auslösen. Bei Einsatz von Ankergruppen erfolgt die Umsetzung der Ankergruppen in detektierbare Einheiten nach Schritt d) des oben beschriebenen Verfahrens.In an alternative embodiment of the method according to the invention, the Detection on the use of structures or building blocks with anchor groups are coupled. Preferred anchor groups are biotin, digoxigenin and like. The anchor groups become specific in a subsequent reaction binding components, for example streptavidin conjugates or antibody Conjugates implemented, which are detectable themselves, or trigger a detectable reaction. When anchor groups are used, the anchor groups are converted into detectable ones Units after step d) of the method described above.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Nachweisverfahren verwendet, die im Ergebnis ein Addukt mit bestimmtem Löslichkeitsprodukt, das eine Präzipitation zur Folge hat, liefern. D. h. zur Markierung werden Substrate eingesetzt, die in ein schwerlösliches, üblicherweise gefärbtes Produkt umgesetzt werden können. Beispielsweise können bei dieser Markierungsreaktion Enzyme verwendet werden, die den Umsatz eines Substrats in ein schwerlösliches Produkt katalysieren.In a further alternative embodiment of the method according to the invention Detection methods are used which result in an adduct with a certain  Provide solubility product that results in precipitation. That is, become a marker Substrates used, which are converted into a sparingly soluble, usually colored product can be. For example, enzymes can be used in this labeling reaction that catalyze the conversion of a substrate into a poorly soluble product.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Marker Detektionskügelchen, insbesondere aus Gold, eingesetzt. Das Signal bei der Detektion kann vorzugsweise durch Silberabscheidung an den Detektionskügelchen verstärkt werden. So kann das vorstehend genannte Nachweisverfahren mittels schwerlöslicher Produkte basierend auf Metallmarkierungen durchgeführt werden. Dabei werden beispielsweise kolloidales Gold oder definierte Goldcluster direkt oder über bestimmte Vermittlermoleküle wie Streptavidin an die zum Adapter komplementäre Struktur gekoppelt, durch Sandwich-Hybridisierung an das Target gebracht und durch eine nachfolgende Reaktion mit unedleren Metallen wie beispielsweise Silber verstärkt. Der Nachweis der durch die spezifische Reaktion verstärkten Bereiche erfolgt mittels eines sehr einfachen optischen Aufbaus im Durchlicht (Kontrast durch Abschattung) bzw. Auflicht (Kontrast durch Reflexion).In a further alternative embodiment of the method according to the invention used as marker detection beads, in particular made of gold. The signal at the Detection can preferably be enhanced by silver deposition on the detection beads become. So the above-mentioned detection method can be done by means of poorly soluble Products based on metal markings are carried out. In doing so for example colloidal gold or defined gold clusters directly or via certain ones Mediator molecules such as streptavidin coupled to the structure complementary to the adapter, brought to the target by sandwich hybridization and by a subsequent one Reaction with less noble metals such as silver intensified. Evidence of through the specific reaction amplified areas is done using a very simple optical Structure in transmitted light (contrast due to shadowing) or incident light (contrast due to Reflection).

Eine weitere alternative Ausführungsform bei der Detektion basiert auf der Verwendung von radioaktiv markierten Strukturen oder Bausteinen.Another alternative embodiment in the detection is based on the use of radioactively marked structures or building blocks.

Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der Erfindung, ohne diese in irgendeiner Weise einzuschränken. The following examples serve to illustrate the invention, without this in restrict in any way.  

Beispiel 1example 1 Nachweis der Hybridisierung von genomischer DNA aus Corynebacterium glutamicum gegen ein Array von 328 SondenDetection of hybridization of genomic DNA from Corynebacterium glutamicum against an array of 328 probes

DNA-Arrays werden häufig dazu verwendet, um den genotypischen Zustand von Zellen zu messen. Dazu wird DNA aus den entsprechenden Zellen isoliert, mit einer geeigneten Methode markiert und gegen ein Array mit komplementären Sonden hybridisiert (G. Ramsay, DNA-chip state of the art, Nature Biotechnol. 1998, 16, 40-44). In diesem Beispiel wurde das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion von zellulärer genomischer DNA aus Corynebacterium glutamicum eingesetzt.DNA arrays are often used to determine the genotypic state of cells measure up. For this, DNA is isolated from the corresponding cells with a suitable one Method marked and hybridized against an array with complementary probes (G. Ramsay, DNA chip state of the art, Nature Biotechnol. 1998, 16, 40-44). In this example it was the method according to the invention for the detection of cellular genomic DNA Corynebacterium glutamicum used.

Vorbereitung der Gesamt-DNA aus Corynebacterium glutamicumPreparation of the total DNA from Corynebacterium glutamicum

Gesamt-DNA aus Corynebacterium glutamicum wurde mittels Standardmethoden (Phenolextraktion; J. Sambrook et al. (1989): Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press) gewonnen. 8 µg dieser DNA wurden in einem entsprechenden Puffer mittels der Restriktionsendonukleasen HhaI und NlaIII (Enzyme und Puffer von MBI Fermentas, Vilnius, Litauen) geschnitten und gleichzeitig mit dem Enzym Terminale Transferase (MBI Fermentas, Vilnius, Litauen) mit einem Poly-A-Adapter am 3'- Ende versehen. Die Reaktion wurde 1 Stunde bei 37°C inkubiert, mit EDTA abgestoppt und nach Phenolbehandlung und Ethanolfällung (Sambrook et al., supra) durch den QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Hilden, Deutschland) nach Herstellerangaben gereinigt.Total DNA from Corynebacterium glutamicum was prepared by standard methods (phenol extraction; J. Sambrook et al (1989): Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2 nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press.) Recovered. 8 µg of this DNA were cut in an appropriate buffer using the restriction endonucleases HhaI and NlaIII (enzymes and buffers from MBI Fermentas, Vilnius, Lithuania) and at the same time with the enzyme terminal transferase (MBI Fermentas, Vilnius, Lithuania) with a poly-A adapter provided at the 3 'end. The reaction was incubated at 37 ° C. for 1 hour, stopped with EDTA and, after phenol treatment and ethanol precipitation (Sambrook et al., Supra), purified by the QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Hilden, Germany) according to the manufacturer's instructions.

Hybridisierung der poly-A-adaptierten DNAHybridization of the poly-A adapted DNA

Die so bearbeitete DNA wurde in 100 µl Hybridisierungspuffer (0,25 M NaPO4, 4,5% SDS, 1 mM EDTA in 1 × SSC) aufgenommen, für 3 Minuten bei 95°C denaturiert. Die mit DNA belegte Fläche des Slides wurde mit einer Hybridisierungskammer (Hybrislip, Sigma, Deisenhofen) gedeckelt. Das Slide wurde auf einem Thermoschüttler mit Mikrotiterplattenaufsatz (Eppendorf, Hamburg, Deutschland) auf 50°C vortemperiert. The DNA processed in this way was taken up in 100 μl hybridization buffer (0.25 M NaPO 4 , 4.5% SDS, 1 mM EDTA in 1 × SSC) and denatured for 3 minutes at 95 ° C. The area of the slide covered with DNA was capped with a hybridization chamber (Hybrislip, Sigma, Deisenhofen). The slide was preheated to 50 ° C on a thermal shaker with a microtiter plate attachment (Eppendorf, Hamburg, Germany).

Anschließend wurde die denaturierte Hybridisierungslösung eingefüllt und die Hybridisierungskammer nach Herstellerangaben verschlossen. Die Inkubation wurde für 60 min bei 50°C fortgesetzt. Anschließend wurde die Hybridisierungslösung abgenommen, die Hybridisierungskammer entfernt und die Slides unter Schütteln 10 min bei 30°C in 2 × SSC + 0,2% SDS und jeweils 10 Minuten bei Raumtemperatur in 2 × SSC und 0,2 × SSC (Sambrook et al., supra) gewaschen und mit Druckluft trockengeblasen.The denatured hybridization solution was then introduced and the Hybridization chamber closed according to manufacturer's instructions. The incubation was for 60 min continued at 50 ° C. The hybridization solution was then removed, the Hybridization chamber removed and the slides with shaking at 30 ° C for 10 min 2 × SSC + 0.2% SDS and 10 minutes each at room temperature in 2 × SSC and 0.2 × SSC (Sambrook et al., Supra) washed and blown dry with compressed air.

Nachweis der HybridisierungEvidence of hybridization

Zum Nachweis der Hybridisierung wurden zwei verschiedene Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet. Zum einen wurde wie oben beschrieben ein 20 bp langes oligo-dT mit einem Texas Rot Farbstoff (MWG Biotech AG, Ebersberg, Deutschland) wiederum gegen den Poly-A-Adapter 30 min bei 30°C ohne vorhergehende Denaturierung hybridisiert und nachfolgend eine Aufnahme unter einem Fluoreszenzmikroskop (Zeiss, Jena, Deutschland) mit einer entsprechenden Filtereinstellung vorgenommen.Two different variants of the applied method according to the invention. On the one hand, as described above 20 bp long oligo-dT with a Texas red dye (MWG Biotech AG, Ebersberg, Germany) again against the Poly-A adapter for 30 min at 30 ° C without previous Denaturation hybridizes and then an image under one Fluorescence microscope (Zeiss, Jena, Germany) with an appropriate filter setting performed.

Zum anderen wurde das Slide nach erfolgter Hybridisierung der poly-A-adaptierten DNA mit einer Reaktionslösung (1fach Klenow Reaktionspuffer und 8 µl Klenow exo- der Firma MBI Fermentas, 160 µM zirkuläre DNA, 25 µM dATP, dCTP und dGTP, 12,5 µM dTTP, 25 µM Tetramethylrhodamin-4-dUTP (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Schweden)) 30 min in einer feuchten Kammer bei 37°C benetzt. Dies erlaubte eine Rolling Circle Amplifikation ausgehend vom poly-A-Adapter, wobei Tetra-methylrhodamin-4-dUTP eingebaut wurde und somit ein lineares on-chip labeling erfolgte. Die entsprechende passende ringförmige DNA (Circle) wurde von der Firma AUA in Jena synthetisiert und hatte die Sequenz TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTATATATATAT. On the other hand, the slide was also used after hybridization of the poly-A-adapted DNA a reaction solution (1-fold Klenow reaction buffer and 8 µl Klenow exo from MBI Fermentas, 160 µM circular DNA, 25 µM dATP, dCTP and dGTP, 12.5 µM dTTP, 25 µM Tetramethylrhodamine-4-dUTP (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden)) 30 min wetted in a humid chamber at 37 ° C. This allowed rolling circle amplification starting from the poly-A adapter, whereby tetra-methylrhodamine-4-dUTP was installed and linear on-chip labeling was thus carried out. The corresponding matching circular DNA (Circle) was synthesized by the AUA company in Jena and had the sequence TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTATATATATAT.  

Beispiel 2Example 2 Nachweis von chromosomal codierten Resistenzgenen bei Staphylococcus aureus-Isolaten durch Hybridisierung genomischer, in vitro polyadenylierter DNA gegen ein cDNA-ArrayDetection of chromosomally encoded resistance genes in Staphylococcus aureus isolates by hybridizing genomic, in vitro polyadenylated DNA against a cDNA array

DNA-Arrays werden häufig dazu verwendet, den genotypischen Zustand von Zellen zu bestimmen. Dazu wird DNA aus den entsprechenden Zellen isoliert, mit einer geeigneten Methode markiert und gegen ein Array mit komplementären Sonden hybridisiert. Im diesem Beispiel wurde das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion von Resistenzgenen in genomischer DNA aus Staphylococcus aureus eingesetzt.DNA arrays are often used to determine the genotypic state of cells determine. For this, DNA is isolated from the corresponding cells with a suitable one Method marked and hybridized against an array with complementary probes. In this The method according to the invention for the detection of resistance genes was used in example Genomic DNA from Staphylococcus aureus used.

Vorbereitung der Gesamt-DNA aus Staphylococcus aureusPreparation of the total DNA from Staphylococcus aureus

Gesamt-DNA aus verschiedenen klinischen Staphylococcus aureus-Isolaten wurde mit Hilfe des DNeasy tissue kits (Qiagen, Hilden, Deutschland) nach Herstellerangaben gewonnen. 40 µg dieser DNA wurden in einem entsprechenden Puffer mittels der Restriktionsendo­ nukleasen HhaI und NlaIII (New England Biolabs, Schwalbach, Deutschland) geschnitten und gleichzeitig mit dem Enzym Terminale Transferase (New England Biolabs, Schwalbach, Deutschland) mit einem Poly-A-Adapter am 3'-Ende versehen.Total DNA from various clinical Staphylococcus aureus isolates was analyzed using the DNeasy tissue kit (Qiagen, Hilden, Germany) according to the manufacturer's instructions. 40 µg of this DNA were in an appropriate buffer using the restriction end nucleases HhaI and NlaIII (New England Biolabs, Schwalbach, Germany) cut and simultaneously with the enzyme terminal transferase (New England Biolabs, Schwalbach, Germany) with a poly A adapter at the 3 'end.

Der Ansatz hatte folgende Zusammensetzung:
40 µg chromosomale DNA
 8 µl 10 × Puffer NEB4 (New England Biolabs)
 8 µl 2,5 mM CoCl2
40 units Terminale Transferase
40 units Restriktionsendonuklease NlaIII
80 units Restriktionsendonuklease HhaI
 4 µl 100 mM dATP
aufgefüllt mit entionisiertem Wasser auf 80 µl Gesamtvolumen.
The approach had the following composition:
40 µg chromosomal DNA
8 µl 10 × buffer NEB4 (New England Biolabs)
8 µl 2.5 mM CoCl 2
40 units of terminal transferase
40 units of restriction endonuclease NlaIII
80 units of restriction endonuclease HhaI
4 µl 100 mM dATP
made up to 80 µl total volume with deionized water.

Die Reaktion wurde 1 Stunde bei 37°C inkubiert, mit EDTA abgestoppt und nach Phenolbehandlung und Ethanolfällung (Maniatis et al., 1989) mittels QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Hilden, Deutschland) nach Herstellerangaben gereinigt. Die Elution erfolgte mit Wasser. Das Eluat in Wasser wurde anschließend bis auf wenige µl eingeengt.The reaction was incubated at 37 ° C for 1 hour, stopped with EDTA and after Phenol treatment and ethanol precipitation (Maniatis et al., 1989) using QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Hilden, Germany) cleaned according to the manufacturer's instructions. The elution was done with water. The eluate in water was then concentrated to a few µl.

Herstellung des ArraysManufacture of the array

Auf epoxidierten Slides (Quantifoil, Jena, Deutschland) wurden Oligonukleotide, die am 5'- Terminus mit einem Aminolink modifiziert waren (MWG, Ebersberg, Deutschland) durch Spotten mittels eines Microgrid II-Spotters (Biorobotics, Großbritannien) immobilisiert. Insgesamt wurden 52 Oligonukleotide und eine Markersubstanz in 3 Subarrays pro Slide aufgebracht. Die einzelnen Subarrays hatten ein Format von 11 × 10 Spots. Tabelle 1 gibt eine Zuordnung der Proben-Identifikationsnummern zu den Positionen auf dem Subarray:On epoxidized slides (Quantifoil, Jena, Germany) oligonucleotides that were on the 5'- Terminus were modified with an amino link (MWG, Ebersberg, Germany) by Spotting immobilized using a Microgrid II spotter (Biorobotics, Great Britain). A total of 52 oligonucleotides and one marker substance were in 3 subarrays per slide applied. The individual subarrays had a format of 11 × 10 spots. Table 1 gives one Assignment of the sample identification numbers to the positions on the subarray:

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 2 gibt eine Zuordnung der Sonden-Identifikationsnummern zu den Sequenzen.Table 2 gives an assignment of the probe identification numbers to the sequences.

Tabelle 2 Table 2

Hybridisierung der polyadenylierten DNAHybridization of the polyadenylated DNA

Die polyadenylierte DNA wurde mit 100 µl Hybridisierungspuffer (0,25 M NaPO4, 4,5% SDS, 1 mM EDTA in 1 × SSC) gemischt und für 5 Minuten bei 95°C denaturiert. Die mit DNA belegte Fläche des Slides wurde mit einer Hybridisierungskammer (Hybriwell, Sigma, Deisenhofen, Deutschland) gedeckelt. Das Slide wurde auf einem Thermoschüttler mit Mikrotiterplattenaufsatz (Eppendorf, Hamburg, Deutschland) auf 50°C vortemperiert. Anschließend wurde die denaturierte Hybridisierungslösung eingefüllt und die Hybridisierungskammer nach Herstellerangaben verschlossen. Die Inkubation wurde für 60 min bei 50°C fortgesetzt. Anschließend wurde die Hybridisierungslösung abgenommen, die Hybridisierungskammer entfernt und die Slides unter Schütteln 10 min bei 20°C in 2 × SSC + 0,2% SDS und jeweils 10 Minuten bei 20°C in 2 × SSC und 0,2 × SSC (Maniatis et al., 1989) gewaschen und mit Druckluft getrocknet.The polyadenylated DNA was mixed with 100 μl hybridization buffer (0.25 M NaPO 4 , 4.5% SDS, 1 mM EDTA in 1 × SSC) and denatured for 5 minutes at 95 ° C. The surface of the slide covered with DNA was capped with a hybridization chamber (Hybriwell, Sigma, Deisenhofen, Germany). The slide was preheated to 50 ° C on a thermal shaker with a microtiter plate attachment (Eppendorf, Hamburg, Germany). The denatured hybridization solution was then filled in and the hybridization chamber was closed according to the manufacturer's instructions. Incubation was continued at 50 ° C for 60 min. The hybridization solution was then removed, the hybridization chamber was removed and the slides were shaken for 10 min at 20 ° C. in 2 × SSC + 0.2% SDS and for 10 minutes each at 20 ° C. in 2 × SSC and 0.2 × SSC (Maniatis et al., 1989) washed and dried with compressed air.

Nachweis der HybridisierungEvidence of hybridization

Zum Nachweis der Hybridisierung wurde in einem erneuten Hybridisierungsschritt ein mit dem Cy3-Farbstoff markiertes oligo-dT von 20 Basen Länge gegen den Poly-A-Adapter gebunden. Diese Hybridisierung erfolgte im oben genannten Hybridisierungspuffer für 30 min bei 30°C ohne vorhergehende Denaturierung. Die Konzentration des oligo-dT 20mers betrug 100 nM. Im Anschluß an die zweite Hybridisierung wurde die Hybridisierungslösung abgenommen, die Hybridisierungskammer entfernt und die Slides unter Schütteln 10 min bei 20°C in 2 × SSC + 0,2% SDS und jeweils 10 Minuten bei 20°C in 2 × SSC und 0,2 × SSC (Maniatis et al., 1989) gewaschen und mit Druckluft getrocknet.To demonstrate the hybridization, a was used in a new hybridization step the 20 base long oligo-dT labeled with the Cy3 dye against the poly-A adapter bound. This hybridization was carried out in the hybridization buffer for 30 min at 30 ° C without prior denaturation. The concentration of the oligo-dT 20mer was 100 nM. Following the second hybridization was the hybridization solution removed, the hybridization chamber removed and the slides with shaking for 10 min  20 ° C in 2 × SSC + 0.2% SDS and 10 minutes each at 20 ° C in 2 × SSC and 0.2 × SSC (Maniatis et al., 1989) washed and dried with compressed air.

Die Hybridisierungssignale wurden mit einem Laser-Scanner vom Typ Scan array 4000 (GSI- Lumonics, USA) detektiert (Abb. 1).The hybridization signals were detected with a laser scanner of the type Scan array 4000 (GSI-Lumonics, USA) ( Fig. 1).

Beispiel 3Example 3 Hybridisierung eines Gemisches von acht in vitro fragmentierten und polyadenylierten RNAs gegen ein Sonden-ArrayHybridization of a mixture of eight in vitro and polyadenylated RNAs against a probe array

Eine weiteres Anwendungsgebiet von Sonden-Arrays wird als transcription profiling bezeichnet und besteht im Nachweis und der Quantifizierung von RNAs in einem RNA- Gemisch durch Hybridisierung. Dieses Beispiel zeigt die Eignung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von RNA-Hybridisierungen auf Sonden-Arrays.Another area of application for probe arrays is called transcription profiling denotes and consists in the detection and quantification of RNAs in an RNA Mixture by hybridization. This example shows the suitability of the invention Method for the detection of RNA hybridizations on probe arrays.

Polyadenylierung der RNAPolyadenylation of the RNA

Acht in vitro-RNAs mit den nachfolgenden Sequenzabschnitten wurden verwendet:Eight in vitro RNAs with the following sequence sections were used:

RNA 1 RNA 1

RNA 2 RNA 2

RNA 3 RNA 3

RNA 4 RNA 4

RNA 5 RNA 5

RNA 6 RNA 6

RNA 7 RNA 7

RNA 8 RNA 8

Fragmentierung der RNAFragmentation of the RNA

Die RNAs wurden equimolar gemischt, mit Ethanol gefällt und in 10 µl 1 × Mung Bean Nuklease Reaktionspuffer (Biozym, Hessisch Oldendorf, Deutschland) aufgenommen. Die Endkonzentration betrug für jede RNA 2 µM. Die Lösung wurde auf 20°C erwärmt, anschließend wurden 0,125 units Mung Bean Nuklease (Biozym, Hessisch Oldendorf, Deutschland) zugegeben und der Ansatz für 5 Minuten bei 20°C inkubiert. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 0,2 µl 0,5 M EDTA abgestoppt. Die durchschnittliche Fragmentgröße muß ca. 100 Basen betragen.The RNAs were mixed equimolar, precipitated with ethanol and in 10 ul 1 × Mung Bean Nuclease reaction buffer (Biozym, Hessisch Oldendorf, Germany) added. The Final concentration was 2 µM for each RNA. The solution was heated to 20 ° C then 0.125 units of mung bean nuclease (Biozym, Hessisch Oldendorf, Germany) added and the mixture incubated for 5 minutes at 20 ° C. The reaction  was stopped by adding 0.2 µl of 0.5 M EDTA. The average Fragment size must be approximately 100 bases.

Das Gemisch wurde mittels QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Hilden, Deutschland) nach Herstellerangaben gereinigt. Die Elution erfolgte mit Wasser.The mixture was analyzed using the QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, Hilden, Germany) cleaned according to manufacturer's instructions. The elution was carried out with water.

PolyadenylierungsreaktionPolyadenylierungsreaktion

Die fragmentierte RNA wurde in folgendem Ansatz mit Poly(A) Polymerase aus Hefe polyadenyliert:
1 × Poly(A) Polymerase-Reaktions-Puffer (USB, Cleveland, USA)
1 mM ATP (MBI Fermentas, Vilnius, Litauen)
1000 units Poly(A) Polymerase (USB, Cleveland, USA)
Gesamtvolumen 50 µl
The fragmented RNA was polyadenylated with yeast poly (A) polymerase in the following approach:
1 × Poly (A) polymerase reaction buffer (USB, Cleveland, USA)
1 mM ATP (MBI Fermentas, Vilnius, Lithuania)
1000 units poly (A) polymerase (USB, Cleveland, USA)
Total volume 50 µl

Die Reaktion wurde für 30 Minuten bei 30°C inkubiert und anschließend mit 2 µl 0,5 M EDTA abgestoppt.The reaction was incubated for 30 minutes at 30 ° C and then with 2 ul 0.5 M EDTA stopped.

Herstellung des ArraysManufacture of the array

Auf epoxidierten Slides (Quantifoil, Jena, Deutschland) wurden Oligonukleotide, die am 5'- Terminus mit einem Aminolink modifiziert waren (MWG, Ebersberg, Deutschland) durch spotten mittels eines Microgrid II-Spotters (Biorobotics, Großbritannien) immobilisiert. Insgesamt wurden 69 Oligonukleotide und eine Markersubstanz in 3 Subarrays pro Slide aufgebracht. Die einzelnen Subarrays hatten ein Format von 12 × 18 Spots.On epoxidized slides (Quantifoil, Jena, Germany) oligonucleotides that were on the 5'- Terminus were modified with an amino link (MWG, Ebersberg, Germany) by spot immobilized using a Microgrid II spotter (Biorobotics, Great Britain). A total of 69 oligonucleotides and one marker substance in 3 subarrays per slide applied. The individual subarrays had a format of 12 × 18 spots.

Tabelle 3 gibt eine Zuordnung der Proben-Identifikationsnummern zu den Positionen auf dem Subarray. Table 3 gives an assignment of the sample identification numbers to the positions on the Subarray.  

Tabelle 3 Table 3

Tabelle 4 gibt eine Zuordnung der Sonden-Identifikationsnummern zu den Sequenzen. Table 4 gives an assignment of the probe identification numbers to the sequences.  

Tabelle 4 Table 4

Hybridisierung der polyadenylierten RNAHybridization of the polyadenylated RNA

Die polyadenylierte RNA wurde in unterschiedlichen Konzentrationen im Bereich von 40 nM bis 40 pM in 100 µl Hybridisierungspuffer (0,25 M NaPO4, 4,5% SDS, 1 mM EDTA in 1 × SSC) aufgenommen und für 5 Minuten bei 80°C denaturiert. Die mit DNA belegte Fläche des Slides wurde mit einer Hybridisierungskammer (Hybriwell, Sigma, Deisenhofen, Deutschland) gedeckelt. Das Slide wurde auf einem Thermoschüttler mit Mikrotiterplattenaufsatz (Eppendorf, Hamburg, Deutschland) auf 50°C vortemperiert. Anschließend wurde die denaturierte Hybridisierungslösung eingefüllt und die Hybridisierungskammer er nach Herstellerangaben verschlossen. Die Inkubation wurde für 60 min bei 50°C fortgesetzt. Anschließend wurde die Hybridisierungslösung abgenommen, die Hybridisierungskammer entfernt und die Slides unter Schütteln 10 min bei 30°C in 2 × SSC + 0,2% SDS und jeweils 10 Minuten bei 20°C in 2 × SSC und 0,2 × SSC (Maniatis et al., 1989) gewaschen und mit Druckluft getrocknet.The polyadenylated RNA was taken up in different concentrations in the range from 40 nM to 40 pM in 100 μl hybridization buffer (0.25 M NaPO 4 , 4.5% SDS, 1 mM EDTA in 1 × SSC) and for 5 minutes at 80 ° C. denatured. The surface of the slide covered with DNA was capped with a hybridization chamber (Hybriwell, Sigma, Deisenhofen, Germany). The slide was preheated to 50 ° C on a thermal shaker with a microtiter plate attachment (Eppendorf, Hamburg, Germany). The denatured hybridization solution was then poured in and the hybridization chamber was closed according to the manufacturer's instructions. Incubation was continued at 50 ° C for 60 min. The hybridization solution was then removed, the hybridization chamber was removed and the slides were shaken for 10 minutes at 30 ° C. in 2 × SSC + 0.2% SDS and for 10 minutes each at 20 ° C. in 2 × SSC and 0.2 × SSC (Maniatis et al., 1989) washed and dried with compressed air.

Nachweis der HybridisierungEvidence of hybridization

Zum Nachweis der Hybridisierung wurde in einem erneuten Hybridisierungsschritt ein mit dem Cy3-Farbstoff markiertes oligo-dT von 20 Basen Länge gegen den Poly-A-Adapter gebunden. Diese Hybridisierung erfolgte im oben genannten Hybridisierungspuffer für 30 min bei 30°C ohne vorhergehende Denaturierung. Die Konzentration des oligo-dT 20mers betrug 100 nM. Im Anschluß an die zweite Hybridisierung wurde die Hybridisierungslösung abgenommen, die Hybridisierungskammer entfernt und die Slides unter Schütteln 10 min bei 20°C in 2 × SSC + 0,2% SDS und jeweils 10 Minuten bei 20°C in 2 × SSC und 0,2 × SSC (Maniatis et al., 1989) gewaschen und mit Druckluft getrocknet.To demonstrate the hybridization, a was used in a new hybridization step the 20 base long oligo-dT labeled with the Cy3 dye against the poly-A adapter bound. This hybridization was carried out in the hybridization buffer mentioned above for 30 min at 30 ° C without prior denaturation. The concentration of the oligo-dT 20mer was 100 nM. Following the second hybridization was the hybridization solution removed, the hybridization chamber removed and the slides with shaking for 10 min 20 ° C in 2 × SSC + 0.2% SDS and 10 minutes each at 20 ° C in 2 × SSC and 0.2 × SSC (Maniatis et al., 1989) washed and dried with compressed air.

Die Hybridisierungssignale wurden mit einem Laser Scanner vom Typ Scan array 4000 (GSI- Lumonics, USA) detektiert.The hybridization signals were recorded using a Scan Array 4000 laser scanner (GSI- Lumonics, USA) was detected.

Abb. 2 zeigt das Resultat einer Hybridisierung mit einer Endkonzentration von 40 nM jeder RNA, Abb. 3 zeigt das Hybridisierungsmuster einer Hybridisierung mit einer Endkonzentration von 40 pM pro RNA. Fig. 2 shows the result of a hybridization with a final concentration of 40 nM of each RNA, Fig. 3 shows the hybridization pattern of a hybridization with a final concentration of 40 pM per RNA.

Beispiel 4Example 4 Hybridisierung eines Gemisches von 8 in vitro fragmentierten und polyadenylierten in vitro RNAs gegen ein Sonden-Array, Nachweis der Hybridisierung durch SilberfärbungHybridization of a mixture of 8 in vitro fragmented and polyadenylated in vitro RNAs against a probe array, detection of hybridization by silver staining

In diesem Beispiel wurden die in Beispiel 3 angegebenen RNA-Sequenzen und das gleiche Array wie in Beispiel 3 eingesetzt. Die Mischung, Fragmentierung, und Polyadenylierung der RNA, die Herstellung der Arrays, sowie die Hybridisierung der polyadenylierten RNA erfolgte exakt wie in Beispiel 3 beschrieben.In this example, the RNA sequences given in Example 3 and the same Array as used in example 3. The mixing, fragmentation, and polyadenylation of the RNA, the production of the arrays and the hybridization of the polyadenylated RNA was carried out exactly as described in Example 3.

Nachweis der HybridisierungEvidence of hybridization

Zum Nachweis der Hybridisierung wurde in einem erneuten Hybridisierungsschritt ein mit Biotin als Ankergruppe markiertes oligo-dT von 20 Basen Länge gegen den Poly-A-Adapter gebunden. Diese Hybridisierung erfolgte im vorstehend genannten Hybridisierungspuffer für 30 min bei 30°C ohne vorhergehende Denaturierung. Die Konzentration des oligo-dT 20mers betrug 100 nM. Im Anschluß an die zweite Hybridisierung wurde die Hybridisierungslösung abgenommen, die Hybridisierungskammer entfernt und die Slides unter Schütteln 10 min bei 20°C in 2 × SSC + 0,2% SDS und jeweils 10 min bei 20°C in 2 × SSC und 0,2 × SSC (Maniatis et al., 1989) gewaschen und mit Druckluft getrocknet.To demonstrate the hybridization, a was used in a new hybridization step Biotin as an anchor group labeled oligo-dT of 20 bases in length against the poly-A adapter bound. This hybridization took place in the hybridization buffer for 30 min at 30 ° C without prior denaturation. The concentration of the oligo-dT 20mer was 100 nM. Following the second hybridization was the hybridization solution removed, the hybridization chamber removed and the slides with shaking for 10 min 20 ° C in 2 × SSC + 0.2% SDS and 10 min each at 20 ° C in 2 × SSC and 0.2 × SSC (Maniatis et al., 1989) washed and dried with compressed air.

Anschließend wurde ein Streptavidin-Gold-Konjugat (EM. STPS, British BioCell International, Cardiff, GB) in einer 1 : 50 Verdünnung in 6 × SSPE + 0,005% Triton (Maniatis et al., 1989) auf das Slide gegeben und 1 S min bei 30°C inkubiert. Das Slide wurden unter Schütteln je 10 min in 2 × SSC + 0,2% SDS, 2 × SSC und 0,2 × SSC gewaschen und mit Druckluft getrocknet.A streptavidin-gold conjugate (EM. STPS, British BioCell International, Cardiff, GB) in a 1:50 dilution in 6 × SSPE + 0.005% Triton (Maniatis et al., 1989) were added to the slide and incubated for 1 S min at 30 ° C. The slide were under Shake for 10 min each in 2 × SSC + 0.2% SDS, 2 × SSC and 0.2 × SSC and wash with Compressed air dried.

Die nachfolgende Verstärkung der nunmehr auf dem Slide immobilisierten Goldpartikel erfolgte mit dem LM/EM Silver Enhancing Kit (SEKL15, British BioCell International, Cardiff, GB). Gemäß den Angaben der Herstellers wurden je 2 Tropfen der Initiator- und der Enhancer-Lösung vermischt und davon je 15 µl auf die Chipoberfläche pipettiert. Die durch Silberabscheidung detektierbaren Spots wurden mittels eines konventionellen Diascanners aufgezeichnet.The subsequent reinforcement of the gold particles now immobilized on the slide was done with the LM / EM Silver Enhancing Kit (SEKL15, British BioCell International, Cardiff, GB). According to the manufacturer, 2 drops of the initiator and the  Mixing enhancer solution and pipetting 15 µl of each onto the chip surface. By Silver plating detectable spots were made using a conventional slide scanner recorded.

Abbildungenpictures

Abb. 1 zeigt die Hybridisierung von genomischer, in vitro polyadenylierter DNA gegen ein cDNA-Array zum Nachweis von chromosomal codierten Resistenzgenen bei Staphylococcus aureus-Isolaten. Die Hybridisierungssignale wurden mit einem Laser-Scanner vom Typ Scan array 4000 (GSI-Lumonics, USA) detektiert. Fig. 1 shows the hybridization of genomic, in vitro polyadenylated DNA against a cDNA array for the detection of chromosomally encoded resistance genes in Staphylococcus aureus isolates. The hybridization signals were detected with a laser scanner of the type Scan array 4000 (GSI-Lumonics, USA).

Abb. 2 zeigt das Resultat einer Hybridisierung eines Gemisches von acht in vitro fragmentierten und polyadenylierten RNAs mit einer Endkonzentration von je 40 nM gegen ein Sonden-Array. Fig. 2 shows the result of a hybridization of a mixture of eight in vitro fragmented and polyadenylated RNAs with a final concentration of 40 nM each against a probe array.

Abb. 3 zeigt das Hybridisierungsmuster einer Hybridisierung eines Gemisches von acht in vitro fragmentierten und polyadenylierten RNAs mit einer Endkonzentration von je 40 pM pro RNA gegen ein Sonden-Array. Fig. 3 shows the hybridization pattern of a hybridization of a mixture of eight in vitro fragmented and polyadenylated RNAs with a final concentration of 40 pM per RNA against a probe array.

Claims (30)

1. Verfahren zum Nachweis der spezifischen Wechselwirkung zwischen molekularen Targets, insbesondere Nukleinsäuren, und Sonden auf Sonden-Arrays, dadurch gekennzeichnet, daß Adaptermoleküle an die Targets unter Bildung einer fortlaufenden Sequenz, bestehend aus Adaptermolekül und Target, angefügt werden und die Markierung der Targets unabhängig vom Target durch Wechselwirkung der Adaptermoleküle mit einem detektierbaren Marker vermittelt wird.1. A method for detecting the specific interaction between molecular targets, in particular nucleic acids, and probes on probe arrays, characterized in that adapter molecules are added to the targets to form a continuous sequence consisting of adapter molecule and target, and the labeling of the targets is independent is mediated by the target through interaction of the adapter molecules with a detectable marker. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Adaptersequenzen an die Targets unter Bildung einer fortlaufenden Sequenz, bestehend aus Adaptersequenz und Target, angefügt werden und die Markierung der Targets unabhängig von der Targetsequenz durch Hybridisierung der Adaptersequenz mit einer detektierbaren, zur Adaptersequenz komplementären Markersequenz vermittelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that adapter sequences to the targets to form a consecutive sequence, consisting of adapter sequence and target, and the Labeling of the targets independently of the target sequence by hybridizing the Adapter sequence with a detectable complementary to the adapter sequence Marker sequence is conveyed. 3. Verfahren nach Anspruch 2, umfassend die folgenden Schritte:
  • a) Fragmentierung der Targets;
  • b) Anfügen von Adaptersequenzen an die Targets;
  • c) spezifische Hybridisierung der Targets mit auf einem Sonden-Array angeordneten Sonden;
  • d) Markierung der Targets durch Hybridisierung der Adaptersequenz mit einer detektierbaren, zur Adaptersequenz komplementären Markersequenz; und
  • e) Detektion der Signale.
3. The method of claim 2, comprising the following steps:
  • a) fragmentation of the targets;
  • b) adding adapter sequences to the targets;
  • c) specific hybridization of the targets with probes arranged on a probe array;
  • d) labeling of the targets by hybridizing the adapter sequence with a detectable marker sequence which is complementary to the adapter sequence; and
  • e) detection of the signals.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fragmentierung chemisch, physikalisch oder enzymatisch erfolgt. 4. The method according to claim 3, characterized in that the fragmentation is chemical, physical or enzymatic he follows.   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fragmentierung durch Verwendung von Nukleasen, insbesondere durch Verwendung von Endonukleasen erfolgt.5. The method according to claim 4, characterized in that the fragmentation by using nucleases, in particular by using endonucleases. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anfügen der Adaptersequenzen an die Targets über freie 3'OH-Termini der Targets erfolgt.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the attachment of the adapter sequences to the targets via free 3'OH termini of the targets. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaptersequenzen an die Targets mittels einer Template unabhängigen Polymerase angefügt werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adapter sequences to the targets by means of a template independent polymerase can be added. 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaptersequenzen an die Targets mittels einer Telomerase, einer IDA-Reaktion oder einer Ligase angefügt werden.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adapter sequences to the targets by means of a telomerase, an IDA reaction or a ligase. 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall von RNA-Molekülen als Targets das Anfügen der Adaptersequenzen an die Targets mit einer Poly(A)-Polymerase erfolgt.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the case of RNA molecules as targets the attachment of Adapter sequences to the targets with a poly (A) polymerase. 10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall von DNA-Molekülen als Targets das Anfügen der Adaptersequenzen an die Targets mit einer Terminalen Deoxynukleotidyl Transferase erfolgt.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the case of DNA molecules as targets the attachment of Adapter sequences to the targets with a terminal deoxynucleotide transferase. 11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaptersequenzen nach der spezifischen Hybridisierung des Targets an die Sonden im Hybrid an das Target angefügt werden. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adapter sequences after the specific hybridization of the target to the probes in the hybrid are attached to the target.   12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der hybridisierten Targets außerhalb der zu detektierenden Region am Terminus des die Targetsequenz und die Adaptersequenz umfassenden Moleküls erfolgt.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the labeling of the hybridized targets outside of the detecting region at the terminus of the target sequence and the adapter sequence comprehensive molecule takes place. 13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der hybridisierten Targets durch Sandwich- Hybridisierung mit einem zur Adaptersequenz komplementären markierten Oligonukleotid erfolgt.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the labeling of the hybridized targets by sandwich Hybridization with a labeled oligonucleotide complementary to the adapter sequence he follows. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der hybridisierten Targets durch Sandwich- Hybridisierung von in Kettenform mit der Adaptersequenz hybridisierenden markierten Oligonukleotiden erfolgt.14. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the labeling of the hybridized targets by sandwich Hybridization of labeled in chain form hybridizing with the adapter sequence Oligonucleotides. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der hybridisierten Targets durch Sandwich- Hybridisierung mit einem zur Adaptersequenz komplementären Oligonukleotid erfolgt, das mit einer vielfach markierten Struktur, beispielsweise einem Dendrimer, gekoppelt ist.15. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the labeling of the hybridized targets by sandwich Hybridization takes place with an oligonucleotide complementary to the adapter sequence is coupled with a structure which is marked many times, for example a dendrimer. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der hybridisierten Targets durch Amplifikation von Teilen der Adaptersequenz bei gleichzeitigem Einbau von markierten Basen erfolgt.16. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the labeling of the hybridized targets by Amplification of parts of the adapter sequence with simultaneous incorporation of marked Bases done. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der hybridsierten Targets über einen RCA- Mechanismus durch Verwendung eines zirkulären einzelsträngigen Templates, das Komplementarität zur Adaptersequenz aufweist, bei gleichzeitigem Einbau von markierten Basen erfolgt.17. The method according to claim 16, characterized in that the labeling of the hybridized targets via an RCA Mechanism using a circular single-stranded template, the  Has complementarity to the adapter sequence, with the simultaneous incorporation of marked Bases done. 18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaptersequenz um ein Vielfaches länger ist als das zum Adapter komplementäre markierte Oligonukleotid.18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adapter sequence is many times longer than that for Adapters complementary labeled oligonucleotide. 19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der hybridisierten Targets gleichzeitig mit der spezifischen Hybridisierung der Targets an die Sonden auf dem Sonden-Array stattfindet.19. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the labeling of the hybridized targets simultaneously with the specific hybridization of the targets to the probes takes place on the probe array. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der hybridisierten Targets während einer zweiten, der spezifischen Hybridisierung der Targets an die Sonden auf dem Sonden-Array nachgeschalteten Inkubation stattfindet.20. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the labeling of the hybridized targets during a second, the specific hybridization of the targets to the probes on the probe array downstream incubation takes place. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung der hybridisierten Targets während einer zweiten, der spezifischen Hybridisierung der Targets an die Sonden auf dem Sonden-Array vorgeschalteten Inkubation stattfindet.21. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the labeling of the hybridized targets during a second, the specific hybridization of the targets to the probes on the probe array upstream incubation takes place. 22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hybride aus Adaptersequenz und markiertem Oligonukleotid durch kovalente oder nichtkovalente Bindungsknüpfung stabilisiert werden.22. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the hybrid of adapter sequence and labeled Oligonucleotide can be stabilized by covalent or non-covalent binding. 23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Marker Fluorophore verwendet werden. 23. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that fluorophores are used as markers.   24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß als Marker Ankergruppen verwendet werden.24. The method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that anchor groups are used as markers. 25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung mittels Reaktionen erfolgt, die zu einem schwerlöslichen Produkt führen.25. The method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the marking takes place by means of reactions which lead to a poorly soluble product. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß als Marker Detektionskügelchen, insbesondere aus Gold, verwendet werden.26. The method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that, as a marker, detection beads, in particular made of gold, be used. 27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionssignal durch Silberabscheidung an den Detektionskügelchen verstärkt wird.27. The method according to claim 26, characterized in that the detection signal by silver deposition on the Detection beads is amplified. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß radioaktive Marker verwendet werden.28. The method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that radioactive markers are used. 29. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 28 zur Untersuchung des genotypischen Zustands von Zellen.29. Use of the method according to one of claims 1 to 28 for Investigation of the genotypic state of cells. 30. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 28 zur Untersuchung des physiologischen Zustands von Zellen.30. Use of the method according to one of claims 1 to 28 for Investigation of the physiological state of cells.
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