用于对生物聚合物进行测序的方法技术

本公开提供了与对生物聚合物进行测序相关的装置、系统和方法。具体而言，本公开提供了获得基于对应于感兴趣的酶的活性的电流波动的生物电子标志的方法。如本文所述，生物电子标志的某些方面可以用于确定生物聚合物的序列。列。列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对生物聚合物进行测序的方法
[0001]政府支持
[0002]本专利技术是在美国国立卫生研究院颁发的授权号R21 HG010522下在政府支持下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
[0003]相关申请
[0004]本申请要求2020年2月28日提交的美国临时专利申请号62/983,417的优先权和权益，该申请以引用的方式整体并入本文用于所有目的。
[0005]以电子方式提交的材料的引用并入
[0006]与本文同时提交的计算机可读核苷酸/氨基酸序列表以引用的方式整体并入本文并且标识如下：一个ASCII(文本)文件，名称为“2021
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601_SQL_ST25.txt”，大小为825字节，创建于2021年2月24日。


[0007]本公开提供了与对生物聚合物进行测序相关的装置、系统和方法。具体而言，本公开提供了获得基于对应于感兴趣的酶的活性的电流波动的生物电子标志的方法。如本文所述，生物电子标志的某些方面可以用于确定生物聚合物的序列。

技术介绍

[0008]当蛋白质执行其各种功能时，产生作为这些功能的基础的运动。开发测量与活性蛋白质产生的波动相对应的电学特征的装置、系统和方法的能力可以作为蛋白质功能的无标签检测和分析的基础。例如，监测活性酶的功能波动可以提供一种快速而简单的筛选影响酶的功能的候选药物分子的方法。在其他情况下，监测处理生物聚合物(例如，碳水化合物、多肽、核酸等等)的蛋白质波动的能力可以揭示关于它们的构象变化以及这些变化如何与功能相关的新信息。另外，可以开发利用活性蛋白质产生的电学特征的诊断和分析装置，从而提供利用生物力学性质进行实际应用的新方式。

技术实现思路

[0009]本公开的实施方案包括用于使用生物电子装置对多核苷酸进行测序的方法。根据这些实施方案，所述方法包括将模板多核苷酸引入所述生物电子装置中；将包含dNTP单体的溶液引入包括模板多核苷酸的装置中，每种dNTP以预先定义的浓度存在于所述溶液中；以及随着每个互补dNTP单体掺入所述模板多核苷酸中，获得基于电流波动的聚合酶活性的生物电子标志。在一些实施方案中，所述生物电子标志的至少一个特征识别掺入所述模板多核苷酸中的互补dNTP中的每个。在一些实施方案中，所述生物电子装置包括功能性地耦合到至少第一电极和第二电极的聚合酶。在一些实施方案中，所述生物电子装置包括功能性地耦合到第一电极和第二电极二者的聚合酶。
[0010]在一些实施方案中，所述生物电子标志包括对应于聚合酶处于开放状态的开放期。在一些实施方案中，每种dNTP单体的开放期的持续时间是不同的，从而所述持续时间识
别特定的dNTP单体是否已掺入所述模板多核苷酸中。
[0011]在一些实施方案中，所述溶液包含四种dNTP单体。在一些实施方案中，第一dNTP以一定浓度存在于所述溶液中，以使得其开放期的持续时间与第二dNTP的开放期的持续时间最小重叠。在一些实施方案中，第二dNTP以一定浓度存在于所述溶液中，以使得其开放期的持续时间与第一dNTP和第三dNTP的开放期的持续时间最小重叠。在一些实施方案中，第三dNTP以一定浓度存在于所述溶液中，以使得其开放期的持续时间与第二dNTP和第四dNTP的开放期的持续时间最小重叠。在一些实施方案中，第四dNTP以一定浓度存在于所述溶液中，以使得其开放期的持续时间与第三dNTP的开放期的持续时间最小重叠。在一些实施方案中，所述多核苷酸模板的序列可以从每个开放期的持续时间准确地确定。在一些实施方案中，所述多核苷酸的序列可以从每个开放期的持续时间和/或闭合期的一个或多个特征准确地确定。
[0012]在一些实施方案中，每种dNTP的开放期的持续时间基于多个开放持续期的分布来确定。在一些实施方案中，所述第一dNTP以饱和浓度存在。在一些实施方案中，重叠程度为1％或更小。
[0013]在一些实施方案中，所述生物电子标志包括对应于聚合酶处于闭合状态的闭合期。在一些实施方案中，所述闭合期的至少一个特征基于此前掺入的核苷酸而变化。在一些实施方案中，所述闭合期的至少一个特征使用包括机器学习的方法来识别。在一些实施方案中，所述机器学习方法包括隐马尔可夫建模或贝叶斯非参数分析。
[0014]在一些实施方案中，所述闭合期的至少一种特征和所述开放期的至少一种特征的组合被用于识别掺入到所述模板多核苷酸中的所述互补dNTP中的每个。
[0015]在一些实施方案中，所述多核苷酸模板是DNA。在一些实施方案中，所述多核苷酸模板是RNA。在一些实施方案中，所述dNTP单体包括腺嘌呤(dATP)、胞嘧啶(dCTP)、鸟嘌呤(dGTP)、胸腺嘧啶(dTTP)和/或尿苷(dUTP)，包括它们的任何衍生物或变体。
[0016]在一些实施方案中，所述聚合酶的核酸外切酶活性被失活。在一些实施方案中，所述聚合酶使用包括硫代链霉亲和素的接头功能性地耦合到所述第一电极和所述第二电极。在一些实施方案中，接头附接至所述聚合酶的非活性区域。
[0017]在一些实施方案中，所述方法包括在所述第一电极和所述第二电极之间施加100mV或更低的偏压。
[0018]本公开的实施方案还包括校准生物电子装置的方法。根据这些实施方案，所述方法包括将模板多核苷酸引入所述生物电子装置中；将包含dNTP单体的溶液引入包括模板多核苷酸的装置中，每种dNTP以饱和浓度存在于所述溶液中；随着每个互补dNTP单体掺入所述模板多核苷酸中，获得基于电流波动的聚合酶活性的生物电子标志，其中所述生物电子标志包括对应于所述聚合酶处于开放状态的开放期；以及测量或确定每个dNTP的所述开放期的内在分布。
[0019]在一些实施方案中，所述生物电子装置基于开放期的分布来校准。在一些实施方案中，所述生物电子装置包括功能性地耦合到至少第一电极和第二电极的聚合酶。在一些实施方案中，所述生物电子装置包括功能性地耦合到第一电极和第二电极二者的聚合酶。
[0020]在一些实施方案中，所述生物电子标志包括对应于所述聚合酶处于闭合状态的闭合期，并且所述生物电子装置基于所述闭合期的至少一个特性来校准。
附图说明
[0021]图1：根据本公开的一个实施方案，显示基于电流波动的酶活性的生物电子标志的代表性图。
[0022]图2：根据本公开的一个实施方案，图1的生物电子标志的扩展部分的代表性图，该图包括随着酶从开放状态(201)转变为闭合状态(202)，新单体(例如，dNTP)掺入生物聚合物的过程的时间部分。
[0023]图3：根据本公开的一个实施方案，感兴趣的酶(例如，聚合酶)处于开放状态或构象，等待单体(例如，dNTP)到达的分布时间的代表性图。
[0024]图4：根据本公开的一个实施方案，感兴趣的酶(例如，聚合酶)处于开放状态或构象，等待单体(例如，dNTP)到达的分布时间的代表性图，其中每个单体以预先定义的浓度存在于溶液中。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使用生物电子装置对多核苷酸进行测序的方法，所述方法包括：(a)将模板多核苷酸引入所述生物电子装置中，其中所述生物电子装置包括功能性地耦合到第一电极和第二电极中的至少一者的聚合酶；(b)将包含dNTP单体的溶液引入包括所述模板多核苷酸的所述装置中，每种dNTP以预先定义的浓度存在于所述溶液中；以及(c)随着每个互补dNTP单体掺入所述模板多核苷酸中，获得基于电流波动的聚合酶活性的生物电子标志；其中所述生物电子标志的至少一个特征识别掺入所述模板多核苷酸中的互补dNTP中的每个。2.如权利要求1所述的方法，其中所述生物电子标志包括对应于所述聚合酶处于开放状态的开放期。3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中每种dNTP单体的开放期的持续时间是不同的，从而所述持续时间识别特定的dNTP单体是否已掺入所述模板多核苷酸中。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述溶液包含四种dNTP单体，并且其中第一dNTP以一定浓度存在于所述溶液中，以使得其开放期的持续时间与第二dNTP的开放期的持续时间最小重叠；其中所述第二dNTP以一定浓度存在于所述溶液中，以使得其开放期的持续时间与所述第一dNTP和第三dNTP的开放期的持续时间最小重叠；其中所述第三dNTP以一定浓度存在于所述溶液中，以使得其开放期的持续时间与所述第二dNTP和第四dNTP的开放期的持续时间最小重叠；并且其中所述第四dNTP以一定浓度存在于所述溶液中，以使得其开放期的持续时间与所述第三dNTP的开放期的持续时间最小重叠。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中每种dNTP的开放期的持续时间基于多个开放持续期的分布来确定。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一dNTP以饱和浓度存在。7.如权利要求4至6中任一项所述的方法，其中重叠程度为1％或更小。8.如权利要求1所述的方法，其中所述生物电子标志包括对应于所述聚合酶处于闭合状态的闭合期。9.如权利要求8所述的方法，其中所述闭合期的至少一个特征基于此前...

【专利技术属性】
技术研发人员：S林德赛，
申请(专利权)人：代表亚利桑那大学的亚利桑那校董事会，
类型：发明
国别省市：