СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ СЕКВЕНИРОВАНИЯ НУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ, ОСНОВАННЫЕ НА НАНОСТРУКТУРЕ

1. Способ определения последовательности молекулы нуклеиновой кислоты-мишени, включающий:
приведение полимеразы в контакт с молекулой нуклеиновой кислоты-мишенью в условиях секвенирования, где условия секвенирования включают присутствие, по меньшей мере, одного нуклеозид-трифосфата, где указанная полимераза иммобилизована на твердом субстрате;
детектирование движения молекулы нуклеиновой кислоты-мишени и/или одной или более формирующихся цепей через, на или над наноструктурой;
повторение приведения в контакт и детектирования множество раз; и
определение последовательности молекулы нуклеиновой кислоты-мишени, основанное, последовательно, на присутствии или отсутствии изменения движения в присутствии, по меньшей мере, одного нуклеозид-трифосфата.
2. Способ по п. 1, в котором условия секвенирования включают присутствие единственного нуклеозид-трифосфата.
3. Способ по п. 1, в котором условия секвенирования включают присутствие четырех нуклеозид-трифосфатов, причем первый нуклеозид-трифосфат из четырех нуклеозид-трифосфатов присутствует в количестве, лимитирующем скорость.
4. Способ по п. 1, в котором твердый субстрат представляет собой стекло.
5. Способ по п. 1, в котором полимераза представляет собой РНК-полимеразу.
6. Способ по п. 5, в котором РНК-полимераза выбрана из группы, состоящей из РНК-полимеразы бактериофага и бактериальной РНК-полимеразы.
7. Способ по п. 6, в котором РНК-полимераза бактериофага выбрана из группы, состоящей из РНК-полимеразы T7 и РНК-полимеразы T3.
8. Способ по п. 6, в котором бактериальная РНК-полимераза представляет собой РНК-полимеразу E. coli.
9. Способ по п. 1, в котором полимераза представляет собой ДНК-полимеразу.
10. Способ по п. 9, в котором ДНК-полимераза выбрана из группы, состоящей из phi29 ДНК-полимеразы, ДНК-полимеразы T7, ДНК-полимеразы Bacillus subtilis и ДНК-полимеразы Taq.
11. Способ по п. 1, в котором полимераза иммобилизована на твердой поверхности через His-tag.
12. Способ по п. 1, в котором полимераза иммобилизована на твердой поверхности через одну или более биотин-стрептавидиновую связь.
13. Способ по п. 1, в котором молекула нуклеиновой кислоты-мишень является эукариотической.
14. Способ по п. 1, в котором молекула нуклеиновой кислоты-мишень является двухцепочечной.
15. Способ по п. 1, в котором молекула нуклеиновой кислоты-мишень является одноцепочечной.
16. Способ по п. 1, в котором молекула нуклеиновой кислоты-мишень содержится в биологическом образце.
17. Способ по п. 1, в котором молекула нуклеиновой кислоты-мишень содержит промоторную последовательность полимеразы.
18. Способ по п. 1, в котором молекула нуклеиновой кислоты-мишень дополнительно содержит магнитную метку.
19. Способ по п. 1, в котором наноструктура выбрана из группы, состоящей из нанопоры, нанотрубки и нанопровода.
20. Способ по п. 1, в котором наноструктура выбрана из группы, состоящей из биологической наноструктуры, твердотельной наноструктуры или их комбинации.
21. Способ по п. 1, в котором стадия детектирования включает измерение изменения электрического тока в наноструктуре.
22. Способ по п. 1, в котором стадия детектирования включает измерение изменения ионной проводимости наноструктуры.
23. Способ по п. 1, в котором стадия детектирования дополнительно включает захват движения на наноструктурах и интегральных схемах, выполненных на основе CMOS.
24. Способ по п. 1, дополнительно включающий приложение направленной силы к молекулам нуклеиновой кислоты-мишеням.
25. Способ по п. 24, в котором направленная сила производится магнитом.
26. Способ по п. 24, в котором направленная сила производится потоком или давлением.
27.Способ определения последовательности молекулы нуклеиновой кислоты-мишени, включающий:
предоставление твердого субстрата, на котором иммобилизована полимераза;
приведение полимеразы в контакт с молекулой нуклеиновой кислоты-мишенью при первых условиях секвенирования, где первые условия секвенирования включают присутствие четырех нуклеозид-трифосфатов, где первый нуклеозид-трифосфат из четырех нуклеозид-трифосфатов присутствует в количестве, ограничивающем скорость;
детектирование движения молекулы нуклеиновой кислоты-мишени и/или одной или более формирующихся цепей (цепей) через, на или над наноструктурой при первых условиях секвенирования; и
определение позиционной информации для первого нуклеозид-трифосфата в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени, на основании изменения движения.
28.Способ по п. 27, дополнительно включающий:
предоставление твердого субстрата, на котором иммобилизована полимераза;
приведение полимеразы в контакт с молекулой нуклеиновой кислоты-мишенью при вторых условиях секвенирования, где вторые условия секвенирования включают присутствие четырех нуклеозид-трифосфатов, причем второй нуклеозид-трифосфат из четырех нуклеозид-трифосфатов присутствует в количестве, ограничивающем скорость;
детектирование движения молекулы нуклеиновой кислоты-мишени и/или одной или более формирующихся цепей (нитей) через, на или над наноструктурой при вторых условиях секвенирования; и
определение позиционной информации о втором нуклеозид-трифосфате в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени на основании изменения движения.
29. Способ по п. 28, в котором стадии приведения в контакт и детектирования при вторых условиях секвенирования проводятся одновременно со стадиями приведения в контакт и детектирования при первых условиях секвенирования.
30. Способ по п. 28, в котором стадии приведения в контакт и детектирования при вторых условиях секвенирования проводятся последовательно перед или после стадий приведения в контакт и детектирования при первых условиях секвенирования.
31. Способ по п. 28, дополнительно включающий:
предоставление твердого субстрата, на котором иммобилизована полимераза;
приведение полимеразы в контакт с молекулой нуклеиновой кислоты-мишенью при третьих условиях секвенирования, где третьи условия секвенирования включают присутствие четырех нуклеозид-трифосфатов, где третий нуклеозид-трифосфат из четырех нуклеозид-трифосфатов присутствует в количестве, ограничивающем скорость;
детектирование движения молекулы нуклеиновой кислоты-мишени и/или одной или более формирующихся цепей через, на или над наноструктурой при третьих условиях секвенирования; и
определение позиционной информации о третьем нуклеозид-трифосфате в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени на основании изменения движения.
32. Способ по п. 31, дополнительно включающий:
определение последовательности молекулы нуклеиновой кислоты-мишени по позиционной информации в отношении первого, второго и третьего нуклеозид-трифосфатов в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени.
33. Способ по п. 31, дополнительно включающий:
предоставление твердого субстрата, на котором иммобилизована полимераза;
приведение полимеразы в контакт с молекулой нуклеиновой кислоты-мишенью при четвертых условиях секвенирования, где четвертые условия секвенирования включают присутствие четырех нуклеозид-трифосфатов, где четвертый нуклеозид-трифосфат из четырех нуклеозид-трифосфатов присутствует в количестве, ограничивающем скорость;
детектирование движения молекулы нуклеиновой кислоты-мишени и/или одной или более формирующихся цепей при четвертых условиях секвенирования; и
определение позиционной информации четверто нуклеозид-трифосфата в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени на основании изменения движения.
34. Способ определения последовательности молекулы нуклеиновой кислоты-мишени, включающий:
предоставление твердого субстрата, на котором иммобилизована одна или более полимераз;
приведение одной или более полимераз в контакт с молекулой нуклеиновой кислоты-мишенью при первых условиях секвенирования, в где первые условия секвенирования включают первого из четырех нуклеозид-трифосфатов; и
детектирование, при первых условиях секвенирования, происходит ли изменение движения молекула нуклеиновой кислоты-мишень и/или одной или более формирующих цепей через, на или над наноструктурой,
где, если изменения движения имеет место, способ дополнительно включает повторение стадии приведения в контакт и последующих стадий при первых условиях секвенирования,
где, если изменения движения не имеют места, способ дополнительно включает повторение стадии приведения в контакт и последующих стадий при вторых условиях секвенирования, в котором вторые условия секвенирования включают присутствие второго из четырех нуклеозид-трифосфатов,
где, если изменение движения имеет место, способ дополнительно включает повторение стадии приведения в контакт и последующих стадий при первых условиях секвенирования,
где, если изменения движения не имеют места, способ дополнительно включает повторную стадию контакта и последующие стадии в третьих условиях секвенирования, в котором третьи условия секвенирования включают присутствие третьего из четырех нуклеозид-трифосфатов,
определение последовательности молекулы нуклеиновой кислоты-мишени, основанное на последовательном наличии изменений движения при первых, вторых или третьих условиях секвенирования.
35. Изделие, содержащее:
твердый субстрат, на котором иммобилизовано множество полимераз, где твердый субстрат содержит множество наноструктур.
36. Изделие по п. 35, где твердый субстрат покрыт медью и PEG.
37. Изделие по п. 35, где твердый субстрат покрыт никелем и PEG.
38. Изделие по п. 35, где твердый субстрат покрыт Ni-NTA.
39. Изделие по п. 35, где твердый субстрат представляет собой CMOS или CCD.
40. Изделие по п. 35, где множество полимераз содержит РНК-полимеразы, ДНК-полимеразы или их комбинацию.
41. Изделие по п. 35, дополнительно содержащее промоторные последовательности полимеразы.
42. Изделие по п. 35, дополнительно содержащее связующие последовательности биотинилированной нуклеиновой кислоты.
43. Изделие по п. 35, дополнительно содержащее один или более нуклеозид-трифосфат.
44. Изделие по п. 35, где наноструктура выбрана из группы, состоящей из нанопоры, нанотрубки и нанопровода.
45. Изделие по п. 35, дополнительно содержащее инструкции для:
идентификации движения молекулы нуклеиновой кислоты-мишени и/или одной или более формирующихся цепей через, на или над наноструктурой;
компилирования последовательности молекулы нуклеиновой кислоты-мишени на основании движения и присутствия нуклеозид-трифосфата; или
применения направленной силы.
46. Изделие по п. 45, где инструкции представлены в электронной форме.
47. Устройство секвенирования молекул нуклеиновой кислоты-мишеней основание за основанием, содержащий:
модуль секвенирования, где модуль секвенирования содержит:
приемник для помещения твердого субстрата, где твердый субстрат содержит множество иммобилизованных на нем  полимераз и множество наноструктур;
источник предоставления направленной силы, где направленная сила является достаточной и направлена так, что натяжение прикладывается к молекулам нуклеиновой кислоты-мишеням, полимеризующихся множеством полимераз, иммобилизованных на твердой поверхности; и
средство определения изменения электрического тока / ионной проводимости в наноструктурах.
48. Устройство по п. 47, дополнительно содержащий компьютерный процессор.
49. Устройство по п. 47, дополнительно содержащий:
микрогидросистему для содержания и транспорта реагентов и буферов, вовлеченных в секвенирование нуклеиновых кислот.
50. Устройство по п. 49, где реагенты выбраны из группы, состоящей из нуклеозид-трифосфатов.
51. Устройство по п. 49, где буфер выбран из группы, состоящей из отмывочного буфера, буфера связывания фермента и буфера секвенирования.
52. Устройство по п. 47, где источник предоставления направленной силы содержит магнит.
53. Устройство по п. 47, где источник предоставления направленной силы включает поток жидкости.
54. Устройство по п. 47, дополнительно содержащий:
модуль подготовки образца, где модуль подготовки образца содержит:
приемник для размещения биологического образца; и
гидросистему для содержания и транспорта реагентов и буферов, вовлеченных в выделение и приготовление нуклеиновых кислот к секвенированию.
55. Устройство по п. 54, где реагенты выбраны из группы, состоящей из реагентов для лизиса клеток и ферменты расщепления.
56. Устройство по п. 54, где буфер выбран из группы, состоящей из буфера лизиса и отмывочного буфера.
57. Устройство по п. 54, дополнительно содержащий:
модуль завершения матрицы, где модуль завершения матрицы содержит:
гидросистему для содержания и транспорта реагентов и буферов, вовлеченных в присоединение промоторных последовательностей полимеразы к молекулам нуклеиновой кислоты.
58. Устройство по п. 57, где реагенты выбраны из группы, состоящей из фермента лигазы, последовательности, связывающей молекулярный мотор и связующего агента.
59. Устройство по п. 57, где буфер выбран из группы, состоящей из буфера лигазы, буфера, связывающего магнитную метку, и буфера, связывающего фермент.
60. Способ определения последовательности молекулы нуклеиновой кислоты-мишени на основании данных, полученных при полимеризации молекулы нуклеиновой кислоты-мишени, содержащий:
получение первого данного для первого положения в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени, где первое данное показывает присутствие или отсутствие движения молекулы нуклеиновой кислоты-мишени и/или одной или более формирующихся цепей через, на или над наноструктурой и/или скорости движения цепей через, на или над наноструктурой;
получение второго данного для первого положения в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени, где второе данное показывает присутствие и/или количество одного или более нуклеозид-трифосфатов, доступных в ходе полимеризации;
получение еще одного первого данного и еще одного второго данного для второго положения в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени;
получение еще одного первого данного и еще одного второго данного для третьего положения в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени;
повторение стадий получения первого данного и второго данного для четвертого и последующих положений в молекуле нуклеиновой кислоты-мишени; и
определение последовательности молекулы нуклеиновой кислоты-мишени, основанное на первом данном и втором данном, полученных для каждогой положения.
61. Способ по п. 60, в котором первое данное и второе данное регистрируются как нуклеотид в указанном положении.