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公開番号2024156659
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-06
出願番号2024103840,2022563402
出願日2024-06-27,2021-04-21
発明の名称単分子センサアレイを用いたハイスループット核酸配列決定
出願人エフ. ホフマン-ラロシュアーゲー,F. HOFFMANN-LA ROCHE AKTIENGESELLSCHAFT,ウェスタンデジタルテクノロジーズインコーポレーテッド
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C12M 1/00 20060101AFI20241029BHJP(生化学;ビール;酒精;ぶどう酒;酢;微生物学;酵素学;突然変異または遺伝子工学)
要約【課題】単一分子アレイ配列決定(SMAS)装置及びシステムを提供する。
【解決手段】SMAS装置のセンサアレイの各センサは、それぞれの結合部位に結合した単一の核酸鎖に組み込まれたヌクレオチドに結合した標識を検出することができる。各センサは、組み込まれたヌクレオチドに結合した単一の標識(例えば、蛍光、磁性、有機金属、荷電分子など)を検出することができる。SMAS装置及びそのようなSMAS装置上に固定化された複数の例のクローン増幅DNAの合成による配列決定(SBS)に基づく高スケーラブル核酸(例えば、DNA)配列決定のためのシステムを使用する方法も開示される。個々の核酸鎖を配列決定する際に生じるエラー(例えば、誤った標識検出又は非検出)を軽減するエラー訂正方法も開示される。
【選択図】図48B
特許請求の範囲【請求項１】
複数のＳ個の結合部位であって、前記Ｓ個の結合部位の各々が、配列決定される１本以下の核酸の鎖に結合するように構成される、複数のＳ個の結合部位と、
標識を検出するように構成された複数のＳ個のセンサであって、前記Ｓ個のセンサの各々が、前記Ｓ個の結合部位のそれぞれの結合部位に結合した核酸のそれぞれの鎖を感知するためのものである、複数のＳ個のセンサと、
１つ以上の機械実行可能な命令を実行するように構成された少なくとも１つのプロセッサと、を備えるシステムであって、前記命令は、実行されると、
（ａ）配列決定手順の複数のＭ個の問い合わせ工程の各問い合わせ工程において、かつ前記Ｓ個のセンサの各々について、
前記それぞれのセンサのそれぞれの特性を取得することであって、前記それぞれの特性が、少なくとも１つの標識の有無を示す、それぞれの特性を取得することと、
取得された前記それぞれの特性に少なくとも部分的に基づいて、前記それぞれのセンサが前記問い合わせ工程中に少なくとも１つの標識の有無を検出したかを記録することと、
（ｂ）前記Ｍ個の問い合わせ工程の各々における前記Ｓ個のセンサの少なくとも１つのサブセットについての前記配列決定手順の結果を含む、少なくとも１つの記録に対してエラー訂正手順を実行することとを、前記少なくとも１つのプロセッサに行わせる、システム。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
複数の記録を格納するためのメモリを更に備え、前記少なくとも１つの記録が前記複数の記録のうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１つ以上の機械実行可能な命令が、実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記配列決定手順の前記複数のＭ個の問い合わせの各問い合わせ工程において、かつ前記Ｓ個のセンサの各々について、
前記それぞれのセンサが前記少なくとも１つの標識の存在を検出したか、又は前記少なくとも１つの標識の不在を検出したかを判定するために、前記それぞれのセンサの取得された前記それぞれの特性を更に解釈させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のＳ個のセンサの各々が、フルオロフォアを検出するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数のＳ個のセンサの各々が、磁性粒子を検出するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数のＳ個のセンサの各々が、荷電分子を検出するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数のＳ個のセンサの各々が、有機金属錯体を検出するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの標識がフルオロフォアを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記Ｓ個のセンサの各々が光学センサを備え、前記それぞれの特性が、前記フルオロフォアによって放出される光の波長、周波数、強度、又は色である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの標識が磁性粒子を含む、請求項１に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年４月２１日に出願された「単分子センサアレイを用いたハイスループットＤＮＡ配列決定」という名称の米国仮出願第６３／０１３，２３６号（代理人整理番号ＲＯＡ－１００２Ｐ－ＵＳ／Ｐ３６０８３－ＵＳ）の優先権を主張し、その内容全体を参照により本明細書に組み込む。本出願はまた、２０２０年１０月１５日に国際公開第２０２０／２１０３７０号として公開された、「磁気センサアレイを用いる合成による核酸配列決定」という名称の２０２０年４月８日に出願されたＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０／２７２９０（代理人整理番号ＲＯＡ－１０００－ＷＯ／Ｐ３５０９７－ＷＯ）、及び２０２１年３月７日に出願された、「核酸配列決定のための磁気センサアレイ、並びにそれを作製及び使用する方法」という名称のＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０２１／０２１２７４（代理人整理番号ＲＯＡ－１００１－ＷＯ／Ｐ３５９６７－ＷＯ）の全体をあらゆる目的のために参照により組み込む。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
背景
ＤＮＡ配列決定に対する商業的に成功したアプローチは、クローン性デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）クラスタの合成及び分析、又は個々のＤＮＡ分子の検出のいずれかを含む。クラスタシーケンサーは、診断用途にとって十分に低いエラー率を示すが、分子アンサンブルにおけるエラー伝播の性質のために、リード長が非常に限られている。単一分子シーケンサーは、かなり長いリードを生成することができるが、高精度診断には大きすぎるエラーをもたらす静的及び動的不均一性を示すことが多い。
【０００３】
したがって、より低いエラー率でより長いリードを可能にするために、一般にＤＮＡ配列決定及び核酸配列決定を改善する必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
概要
この概要は、本開示の非限定的な実施形態を表す。
【０００５】
単一分子アレイ配列決定（ＳＭＡＳ）装置及びシステムの実施形態が本明細書に開示される。ＳＭＡＳ装置のセンサアレイ内の複数のセンサの各センサは、それぞれの結合部位に結合した単一の核酸鎖に組み込まれたヌクレオチドに結合した標識を検出する。各センサは、組み込まれたヌクレオチドに結合した単一の標識（例えば、蛍光、磁性、有機金属、荷電分子等）を検出することができる。ＳＭＡＳ装置及びそのようなＳＭＡＳ装置上に固定化された複数のインスタンスのクローン増幅ＤＮＡの合成による配列決定（ＳＢＳ）に基づく高スケーラブル核酸（例えば、ＤＮＡ）配列決定のためのシステムを使用する方法も開示される。個々の核酸鎖を配列決定する際に生じるエラー（例えば、誤った標識検出又は非検出）を軽減するエラー訂正方法も開示される。
【０００６】
いくつかの実施形態では、核酸を配列決定するための装置は、流体チャンバと、流体チャンバ内に存在する標識を検出するように構成された複数のＳ個の磁気センサと、少なくとも１つのプロセッサとを備える。流体チャンバは、複数のＳ個の結合部位を備え、Ｓ個結合部位の各々は、１本以下の核酸の鎖に結合するように構成される。Ｓ個の磁気センサのそれぞれは、Ｓ個の結合部位のそれぞれの結合部位に結合した核酸のそれぞれの鎖を感知する。少なくとも１つのプロセッサは、１つ以上の機械実行可能な命令を実行するように構成され、命令は、実行されると、配列決定手順の複数のＭ個の問い合わせ工程の各問
い合わせ工程において、Ｓ個の磁気センサの各々について、（ａ）それぞれの磁気センサのそれぞれの特性を取得することであって、それぞれの特性が少なくとも１つの標識の有無を示す、それぞれの特性を取得することと、（ｂ）取得されたそれぞれの特性に少なくとも部分的に基づいて、それぞれの磁気センサが問い合わせ工程中に少なくとも１つの標識の有無を検出したかどうかを決定することを、少なくとも１つのプロセッサに行わせる。
【０００７】
いくつかの実施形態では、システムは、複数のＳ個の結合部位を含み、Ｓ個の結合部位の各々は、１本以下の核酸の鎖に結合するように構成され、標識を検出するように構成された複数のＳ個のセンサ（例えば、磁気、光学等）、及び少なくとも１つのプロセッサを備える。Ｓ個のセンサの各々は、Ｓ結合部位のそれぞれの結合部位に結合した核酸のそれぞれの鎖を感知するように構成される。少なくとも１つのプロセッサは、１つ以上の機械実行可能な命令を実行するように構成され、命令は、実行されると、配列決定手順の複数のＭ個の問い合わせ工程の各問い合わせ工程において、Ｓ個のセンサの各々について、（ａ）それぞれのセンサのそれぞれの特性を取得することであって、それぞれの特性が少なくとも１つの標識の有無を示す、それぞれの特性を取得することと、（ｂ）取得されたそれぞれの特性に少なくとも部分的に基づいて、それぞれのセンサが問い合わせ工程中に少なくとも１つの標識の有無を検出したかどうかを決定することを、少なくとも１つのプロセッサに行わせる。加えて、１つ以上の機械実行可能な命令は、実行されると、少なくとも１つのプロセッサに、少なくとも１つの記録に対してエラー訂正手順を実行させることを更に含み、少なくとも１つの記録は、Ｍ個の問い合わせ工程の各々におけるＳ個のセンサの少なくともサブセットについての配列決定手順の結果を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、ＳＭＡＳ装置を使用して複数のＳ個の核酸鎖を配列決定する方法は、（ａ）Ｓ個の核酸鎖をＳ個の結合部位に結合させることと、（ｂ）Ｍ個の問い合わせ工程を含む配列決定手順を実行してＳ個の記録を生成することであって、Ｓ個の記録のそれぞれが、Ｓ個のセンサのそれぞれ１つのＭ個の検出結果を取り込み、Ｍ個の検出結果のそれぞれが、Ｍ個の問い合わせ工程のそれぞれ１つの間に、Ｓ個のセンサのそれぞれ１つが流体チャンバにおいて少なくとも１つの標識を検出したかどうかを示す、Ｍ個の問い合わせ工程を含む配列決定手順を実行してＳ個の記録を生成することと、（ｃ）Ｓ個の核酸鎖のうちの少なくとも１つの核酸配列を推定するために、Ｓ個の記録の少なくともサブセットにエラー訂正手順を適用することとを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態は、一分子センサアレイを使用する核酸配列決定手順の結果として生成された配列決定データのエラーを軽減する方法であって、一分子センサアレイが複数のセンサを有し、複数のセンサの各々が複数の結合部位のそれぞれの結合部位に関連し、複数の結合部位の各々が、配列決定される１本以下の核酸の鎖に結合するように構成される、分子センサアレイを使用する核酸配列決定手順の結果として生成された配列決定データのエラーを軽減する方法である。いくつかのそのような実施形態では、方法は、（ａ）配列決定データにおいて、複数の記録を同定することであって、複数の記録の各々が、核酸の第１鎖のそれぞれのインスタンスについてのそれぞれの配列決定結果を取り込んでおり、複数の記録の各々が、複数のエントリを有し、複数のエントリの各々が、核酸配列決定手順の複数の問い合わせ工程のそれぞれの１つについて、（ｉ）第１鎖のそれぞれの核酸の実例に関連するそれぞれのセンサによって標識が検出されたこと、又は（ｉｉ）第１鎖のそれぞれの核酸のインスタンスに関連するそれぞれのセンサによって標識が検出されなかったことのいずれかを示す、配列決定データにおいて、複数の記録を同定することと；（ｂ）該複数の記録に基づいて、第１の核酸鎖に対する複数の候補配列を決定することであって、複数の候補配列の各々が、第１の核酸鎖の核酸配列の少なくとも一部を推定する、上記複数の記録に基づいて、第１の核酸鎖に対する複数の候補配列を決定することと；（ｃ）該核酸の第１鎖の核酸配列の少なくとも一部分として、複数の候補配列の中から
、正しい可能性が最も高い複数の候補配列の特定の候補配列を同定することと、を含む。
【００１０】
開示された配列決定及びエラー訂正装置、システム、及び方法は、クラスタベースのアプローチと比較して、潜在的により高いスループット、より低い誤り率、及びより長い読み出し長を約束する。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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