Изобретение относится к области молекулярной биологии и может быть использовано для синтеза и детекции ДНК.
Известен способ получения ДНК путем проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР). Он заключается в последовательном повторении стадий: 1) плавления двуцепочечной ДНК-матрицы, 2) комплементарного взаимодействия (гибридизации или отжига) с ДНК олигонуклеотидных праймеров и 3) удлинения праймеров с помощью ДНК-полимеразы. При проведении ПЦР праймеры гибридизуются с концевыми участками целевого фрагмента ДНК и направлены таким образом, что синтез цепей осуществляется полимеразой вдоль участка, ограниченного праймерами. В результате каждого цикла происходит удвоение целевого фрагмента ДНК. Накопление целевого фрагмента ДНК в процессе ПЦР происходит экспоненциально, так как отжиг праймеров осуществляется и на вновь синтезированых цепях.
(Патент США 4683202, МКИ С 12 Р 19/34, опубл. 1987).
Недостатком этого способа получения ДНК является недостаточно высокая специфичность синтеза целевой последовательности ДНК. Под специфичностью понимается отношение количества целевой последовательности ДНК, синтезированной в процессе реакции, к общему количеству синтезированной ДНК.
Высокая специфичность синтеза целевой последовательности ДНК в ходе полимеразной цепной реакции (ПЦР) обеспечивается проведением реакции при температурах свыше 50oС. Инициация (начало) синтеза неспецифических последовательностей ДНК, как правило, происходит при более низкой температуре. Известно, что способы повышения специфичности ПЦР заключаются в инициации синтеза ДНК при температуре свыше 50oС. Обычно для этого используют введение отдельных компонентов реакционной смеси, необходимых для осуществления реакции (обычно это ДНК-полимераза, дезоксинуклеозидтрифосфаты или соль магния), в уже нагретую смесь или используют препараты обратимо инактивированных ДНК-полимераз, для активации которых требуется высокая (свыше 50oС) температура.
Известен способ получения ДНК путем проведения ПЦР с использованием парафиновых шариков, внутрь которых помещают ДНК-полимеразу, дезоксинуклеозидтрифосфаты или соль магния. Введение в реакционную смесь реагентов, находящихся в парафиновом шарике, и инициация реакции происходит только после плавления парафина при температуре свыше 50oС, что повышает специфичность реакции (Патент США 5411876, МКИ С 12 Р 19/34, опубл. 1995).
Недостатками этого способа проведения ПЦР являются:
1) сложность производства подобных парафиновых шариков, что почти вдвое увеличивает стоимость проведения ПЦР с их использованием;
2) использование данного способа ограничивает возможность произвольного изменения объема реакционной смеси, так как количество реагентов в парафиновом шарике соответствует определенному объему реакционной смеси.
Известен способ получения ДНК путем проведения ПЦР с использованием препарата термостабильной ДНК-полимеразы, чья ферментативная активность обратимо инактивирована с помощью моноклональных антител к используемой ДНК-полимеразе. В этом случае активация ферментативной активности ДНК-полимеразы и инициация реакции ферментативного синтеза ДНК происходит только после прогревания реакционной смеси при температуре свыше 70oС в течение нескольких (от 2 до 20) минут, что значительно увеличивает специфичность реакции.
(Патент США 5338671, МКИ С 12 Р 19/34, опубл. 1994).
Недостатками этого способа проведения ПЦР являются:
1) при использовании моноклональных антител для обратимой инактивации ДНК-полимеразы существует опасность загрязнения препарата эукариотической ДНК,
2) высокая стоимость производства моноклональных антител.
Известен наиболее близкий к заявленному способ получения ДНК путем проведения ПЦР в присутствии хлорида магния с использованием препарата термостабильной ДНК-полимеразы, чья ферментативная активность обратимо инактивирована с помощью химической модификации (изменения) белка. В этом случае инициация реакции ферментативного синтеза ДНК происходит только после прогревания реакционной смеси при температуре свыше 70oС в течение нескольких (от 2 до 20) минут, что значительно увеличивает специфичность реакции.
(Патент США 5677152, МКИ С 12 Р 19/34, опубл. 1997).
Недостатками этого способа проведения ПЦР являются:
1) высокая стоимость производства обратимо инактивированной ДНК-полимеразы, что примерно в полтора раза увеличивает стоимость проведения реакции,
2) при проведении химической модификации белка не менее 20% ДНК-полимеразы инактивируется необратимо.
Изобретение решает задачу упрощения и удешевления процесса.
Поставленная задача достигается за счет того, что в известном способе ферментативного синтеза ДНК путем проведения полимеразной цепной реакции с использованием термостабильной ДНК-полимеразы в присутствии соли магния, реакцию проводят в насыщенном растворе малорастворимой соли магния - оксалата магния.
Оксалат магния является малорастворимой солью, чья растворимость в воде возрастает с увеличением температуры от 5,7•10-4 моль/л при 18oС до 5,4•10-3 моль/л при 100oС. Оксалат магния добавляют в реакционную смесь в количестве, достаточном для образования насыщенного раствора. В этом случае концентрация ионов магния, необходимых для ферментативного синтеза ДНК, определяется растворимостью оксалата магния и возрастает с увеличением температуры реакционной среды. Использование оксалата магния позволяет создать оптимальную для синтеза ДНК концентрацию ионов магния только при температурах свыше 50-55oС, что снижает уровень синтеза ДНК при более низких температурах и подавляет инициацию синтеза неспецифических последовательностей ДНК.
Для изменения растворимости оксалата магния и оптимизации концентрации ионов магния в реакционную среду вводят хорошо растворимую соль щавелевой кислоты - оксалат аммония. При проведении ПЦР с Taq ДНК-полимеразой и с оксалатом магния оптимальная концентрация оксалата аммония в реакционной среде (определенная по результатам ПЦР) составляет от 10 до 12 мМ.
Предлагаемый способ позволяет сохранить высокую специфичность полимеразной цепной реакции (ПЦР), прост в реализации за счет использования более доступных и недорогих реагентов (не требуется использование химически модифицированной ДНК-полимеразы). Он может быть использован для увеличения специфичности не только ПЦР, но и других реакций праймер-зависимого ферментативного синтеза ДНК, например реакций удлинения олигонуклеотидного праймера или секвенирования ДНК по методу Сенгера.
Изобретение иллюстрируют примеры.
Пример 1.
ПЦР осуществляют следующим образом:
Готовят реакционную смесь объемом 50 мкл, содержащую: 10 мМ Трис-НСl (рН 9,0 at 25oC); 50 мМ КСl; 0,1% Triton X-100; дезоксинуклеозидтрифосфаты (дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ) в концентрации 0,2 мМ каждого; 2,5 ед. акт. Taq ДНК-полимеразы; олигонуклеотидные праймеры Р1 и Р2 в количестве 20 пикомоль каждого; 1 наног геномной ДНК человека; 10 мМ оксалата аммония. Оксалат магния получают смешением 5 микрол 100 мМ раствора хлорида магния и 5 микрол 100 мМ раствора оксалата аммония и добавляют в реакционную смесь.
Синтез фрагмента геномной ДНК человека (ген МНС I HLA-C allele HLA-4) размером 1230 п.о. осуществляют с использованием олигонуклеотидных праймеров Р1 (5'-GCAAGGATTACATCGCCCTGAACGAG) и Р2 (5'-CATCATAGCGGTGACCACAGCTCCAA). Реакцию проводят в следующем температурном режиме: 94oС - 30 сек; 58oС - 30 сек; 72oС - 100 сек, в течение 35 циклов.
После проведения ПЦР продукты реакции подвергают электрофоретическому анализу в геле 1,2% агарозы. Количество синтезированных продуктов реакции определяют денситометрически. Специфичность реакции расчитывают как отношение количества специфического продукта реакции к общему количеству синтезированной ДНК. Данные о специфичности ПЦР представлены в таблице.
Пример 2.
ПЦР осуществляют следующим образом:
Готовят реакционную смесь объемом 50 мкл, содержащую: 10 мМ Трис-НСl (рН 9,0 at 25oС); 50 мМ КСl; 0,1% Triton Х-100; дезоксинуклеозидтрифосфаты (дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ) в концентрации 0,2 мМ каждого; 2,5 ед. акт. Taq ДНК-полимеразы; олигонуклеотидные праймеры Р3 и Р4 в количестве 20 пикомоль каждого; 0,1 наног кДНК человека; 10 мМ оксалата аммония. Оксалат магния получают смешением 5 микрол 100 мМ раствора хлорида магния и 5 микрол 100 мМ раствора оксалата аммония и добавляют в реакционную смесь.
Синтез фрагмента кДНК гена рибосомального белка L2 митохондрии человека (RPML2) размером 139 п.о. осуществляют с использованием олигонуклеотидных праймеров Р3 (5'-CCAAATTCTTGACGCCCTCGCTAG) и Р4 (5'-CTGAATGTCTCT GGCTTGAAACC). Реакцию проводят в следующем температурном режиме: 94oС - 30 сек; 58oС - 30 сек; 72oС -100 сек, в течение 35 циклов.
После проведения ПЦР продукты реакции подвергают электрофоретическому анализу в геле 1,2% агарозы. Количество синтезированных продуктов реакции определяют денситометрически. Специфичность реакции рассчитывают как отношение количества специфического продукта реакции к общему количеству синтезированной ДНК. Даные о специфичности ПЦР представлены в таблице.
Пример 3 (контрольный по пат. США 5677152)
ПЦР осуществляют, как указано в примере 1, но вместо оксалата аммония и оксалата магния реакционная смесь содержит хлорид магния в концентрации 1,75 мМ и вместо обычной Taq-полимеразы используют обратимо инактивированную Taq-полимеразу.
После проведения ПЦР продукты реакции подвергают электрофоретическому анализу в геле 1,2% агарозы. Количество синтезированных продуктов реакции определяют денситометрически. Специфичность реакции рассчитывают как отношение количества специфического продукта реакции к общему количеству синтезированной ДНК. Даные о специфичности ПЦР представлены в таблице.
Пример 4 (контрольный по пат. США 5677152)
ПЦР осуществляют, как указано в примере 2, но вместо оксалата аммония и оксалата магния реакционная смесь содержит хлорид магния в концентрации 1,75 мМ и вместо обычной Taq-полимеразы используют обратимо инактивированную Taq-полимеразу.
После проведения ПЦР продукты реакции подвергают электрофоретическому анализу в геле 1,2% агарозы. Количество синтезированных продуктов реакции определяют денситометрически. Специфичность реакции расчитывают как отношение количества специфического продукта реакции к общему количеству синтезированной ДНК. Данные о специфичности ПЦР представлены в таблице.
Изобретение относится к области молекулярной биологии и может быть использовано для синтеза, выявления и идентификации ДНК в биологических образцах. Предложен способ ферментативного синтеза ДНК путем проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием термостабильной ДНК-полимеразы, который осуществляется в присутствии насыщенного раствора малорастворимой соли магния - оксалата магния. Использование оксалата магния позволяет создать оптимальную для синтеза ДНК концентрацию ионов магния только при температурах выше 50-55oС, что подавляет инициацию синтеза неспецифических последовательностей ДНК. Данный способ обеспечивает высокую специфичность, доступен и прост в реализации. 1 табл.
Способ ферментативного синтеза ДНК путем проведения полимеразной цепной реакции с использованием термостабильной ДНК-полимеразы в присутствии соли магния, отличающийся тем, что реакцию проводят в насыщенном растворе малорастворимой соли магния - оксалата магния.
US 5561058, 01.10.1996 | |||
US 5882856, 16.03.1999 | |||
US 5677152, 14.10.1997 | |||
ПЕПТИДНОЕ СОЕДИНЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 1993 |
|
RU2106357C1 |
Авторы
Даты
2003-10-27—Публикация
2002-04-15—Подача