[发明专利]用于产生可测序文库的改进的核酸处理的系统和方法

说明书

发明领域

本发明涉及分子生物学和核酸测序仪领域。更具体地说，本发明涉及使用产生适用于测序的片段文库的方法和独特的衔接子元件(adaptor element)有效处理核酸。

发明背景

分子生物学领域一直有多种进展，使得能够开发出多种深入了解生物机制性质的技术。这些技术中某些的能力极大地影响科学发现，具有极好的未来前景。重要的是，这些技术中的某些彼此补充，可协同地用于加速科学研究获得对生物系统认识的速率。应该了解，分子生物学领域极为复杂，所述技术的开发者们可发现先前已知机理的新用途，但相同开发者会以通过分子生物学领域进展获得新的发现和对生物机制的新认识作为基础。

例如，本领域已知有多种“核酸测序”技术，它们对科学认识产生了巨大贡献，对科学发现以及诊断应用具有极好的未来开发前景。旧式核酸测序技术包括本领域一般技术人员所共知的称为Sanger型测序法的方法，其采用终止及大小分离技术来鉴定核酸组成。最近开发的测序技术包括诸如被称为杂交测序(SBH)或通过连接技术测序等种类的技术。另一类有效测序技术包括被称为“合成测序”(SBS)的技术，并包括被称为“焦磷酸测序(Pyrosequencing)”的技术。通常采用SBS技术测定核酸样品中一种或多种分子的身份或核酸组成。SBS技术提供多个优于先前所用测序技术的所需优点。例如，SBS实施方案能够进行被称为高通量测序的技术，该技术相对于先前技术以低费用产生大量高质量序列信息。此外的优点包括以大规模并行方式从多个模板分子同时产生序列信息。换言之，在单次处理中同时测定来源于一个或多个样品的多种核酸分子的序列。

典型的SBS实施方案包括逐步合成多核苷酸分子链，每一链与来自基本相同的模板核酸分子群的链互补。例如，SBS技术通常如下操作：将单个核苷酸(亦被称为核苷酸物质(species)或核酸物质)加到群体中的各个新生多核苷酸分子上，其中添加的核苷酸物质在特定序列位置与对应模板分子的核苷酸物质互补。对于所述群体在同一序列位置上，核酸物质加到新生分子通常并行地进行，并用本领域已知的多种方法检测，所述方法包括但不限于被称为焦磷酸测序的方法或荧光检测方法，焦磷酸测序检测释放自掺入事件(incorporation event)的焦磷酸分子，荧光检测方法例如采用可逆或“模拟(virtual)”终止子的荧光检测技术(本文所用术语模拟终止子通常是指大大减慢反应动力学的终止子，其中可采用诸如移走反应物等另外的步骤来终止反应)。通常，重复SBS过程直到合成与模板互补的完全序列长度(即出现靶核酸分子的全部序列位置)或所需序列长度。

在某些SBS实施方案中，为了从每一个掺入的核酸物质产生可检测信号，发生多种酶反应。在焦磷酸测序实例中，采用可被称为酶级联的上述SBS方法，其中级联中的各种酶物质发挥作用以修饰或利用来自前一步骤的产物。例如，如本领域一般技术人员所理解，当将各种核苷酸物质掺入到新生链时，将有无机焦磷酸(亦被称为PPi)分子释放到反应环境中。反应环境中存在ATP硫酸化酶，其将PPi转化为ATP，进而由荧光素酶催化以释放光子。一般技术人员亦了解，在级联中可使用另外的酶，以提高暴露到不同核苷酸物质时的信号辨别力以及检测信号的总能力。在该实例中，某些实施方案可采用多种酶，包括但不限于以下酶中的一种或多种：腺苷三磷酸双磷酸酶，其降解未掺入的核苷酸物质和ATP；核酸外切酶，其降解线性核酸分子；焦磷酸酶(亦被称为PPi-酶)，其降解PPi；或抑制其它酶活性的酶。改进信号辨别力的酶的另外实例阐述于以下文献中：2008年6月27日提交的美国专利申请顺序号12/215,455，其标题为“System and MethodFor Adaptive Reagent Control in Nucleic Acid Sequencing(用于核酸测序中的适应性试剂控制的系统和方法)”；和2009年1月29日提交的代理人案号21465-538001US，其标题为“System and Method forImproved Signal Detection in Nucleic Acid Sequencing(用于改进核酸测序的信号检测的系统和方法)”，其各自为所有目的以其整体在此引作参考。