СПОСОБ ИЗУЧЕНИЯ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ И СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НУКЛЕОТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ДНК С ПОМОЩЬЮ КВАНТОВО-СВЯЗАННОГО СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ КРАСИТЕЛЕЙ СО СВОБОДНЫМИ ФЛУОРОФОРНЫМИ ГРУППАМИ

1. Способ изучения флуоресцентных свойств и спектральных характеристик нуклеотидных последовательностей ДНК в широком диапазоне волн света, заключающийся в исследовании спектра излучения раствора флуоресцентного красителя, квантово-связанного с исследуемой последовательностью, и отличающийся тем, что: а) данный краситель обладает свободно расположенными в пространстве флуорофорными группами и является по отношению к внутренней структуре ДНК неинтеркалирующей и не связывающейся с броздками молекулой; б) флуоресценция раствора красителя избирательно реагирует на добавление к нему образца ДНК в зависимости от флуоресцентных и спектральных характеристик изучаемой нуклеотидной последовательности в том же диапазоне длин волн за счет установления общего квантово-связанного спектра излучения; в) концентрация красителя разбавлена до определенного уровня, адекватного количеству исследуемой ДНК и ее квантовому режиму, который позволяет детектировать изменения флуоресценции красителя под влиянием воздействия образца ДНК с достаточной чувствительностью.
2. Способ по п.1а, отличающийся тем, что в качестве флуоресцентного красителя используются неинтеркалирующие и не связывающиеся с бороздками ДНК красители типа FITC, FAM, R110, ТЕТ и аналогичные им в зеленом спектре, R6G, JOE, HEX, VIC, YakimaYellow в желто-зеленом спектре, TAMRA, Су3 и аналогичные им в желтом спектре, ROX, SuperROX, Су3.5 в оранжево-красном спектре, Су5, Су5.5, TexasRed и аналогичные им в красном спектре, Су7 и Су7.5 и аналогичные в ближнем ИК спектре.
3. Способ по п.1а, отличающийся тем, что в качестве флуоресцентного красителя используется любой подходящий по спектру синтетический природный или не встречающийся в природе флуорофор, который соответствует требованию отсутствия взаимодействия с внутренней структурой ДНК, в том числе не использовавшийся ранее для молекулярных исследований нуклеиновых кислот и белков.
4. Способ по п.1а, отличающийся тем, что в качестве флуоресцентного красителя используется любой подходящий по спектру флуорофор, который соответствует требованию отсутствия взаимодействия с внутренней структурой ДНК, представляющий собой природный метаболит человека или другого организма или его синтетический аналог, в том числе использующийся с целью моделирования процессов естественного квантового насыщения генетических структур.
5. Способ по пп.1а и 1в, отличающийся тем, что молекула красителя представлена свободной флуорофорной группой, неинтеркалирующей и свободной по отношению к внутренней структуре ДНК, и присоединена к ее свободному 5' или 3' концу, либо встроена внутрь в виде модифицированного нуклеозида, в том числе с использованием комбинации с гасителем, обеспечивающим необходимый уровень занижения собственной флуоресценции красителя; в этом случае изучается влияние собственной последовательности зонда или других ДНК на флуоресценцию красителя в составе зонда.
6. Способ по п.16, отличающийся тем, что образец исследуемой ДНК-последовательности, в том числе в виде меченного зонда, используется в виде отдельного раствора, а не добавляется к раствору чистого красителя или красителя в составе зонда; в связи с этим изучается дистанционное влияние этой последовательности на флуоресценцию чистого красителя или меченного зонда (бесконтактный дистанционный вариант осуществления способа).
7. Способ по п.16, отличающийся тем, что образцы ДНК для проведения ДНК-спектрального анализа являются: а) синтетическими олигонуклеотидами различной длины, а также их дуплексами, представляющими собой мононуклеотидные, теломерные или генные последовательности, включая регуляторные элементы и некодирующие области; б) протяженными генными последовательностями, включая клонированные в векторе; в) фракциями двухцепочечной теломерной ДНК или однонитевых теломерных оверхенгов; г) тотальной геномной ДНК или ДНК отдельных хромосом и их фрагментов и т.п.
8. Способ по п.16, отличающийся тем, что флуоресцентный спектр раствора красителя представлен волнами видимого света в широком диапазоне от фиолетового до красного, конкретизация которого определяется спектральными характеристиками используемого флуорофора и особенностями регистрации его флуоресценции на определенных длинах волн с помощью детектирующих приборов.
9. Способ по п.16, отличающийся тем, что флуоресцентный спектр раствора красителя представлен волнами УФ и ИК спектров в широком диапазоне, конкретизация которого определяется спектральными характеристиками используемого флуорофора и особенностями регистрации его флуоресценции на определенных длинах волн с помощью детектирующих приборов.
10. Способ по п.16, отличающийся тем, что для проведения ДНК-спектрального флуоресцентного анализа используется набор флуоресцентных красителей с разными спектральными характеристиками, позволяющий исследовать влияние нуклеотидной последовательности в разных спектрах флуоресценции как моноканально, когда каждый краситель представлен отдельным раствором, так и мультиканально, когда используется смесь нескольких красителей в одном растворе.
11. Способ по п.10, заключающийся в том, что для проведения ДНК-спектрального флуоресцентного анализа используется набор флуоресцентных красителей с разными спектральными характеристиками, отличающийся тем, что: а) степень разведения каждого из красителей обеспечивает приблизительно одинаковый квантовый выход исходной фоновой флуоресценции для обеспечения адекватного сравнения интенсивности цветовых каналов; б) интенсивность (яркость) возбуждающего излучения, соответствующего пику флуоресценции каждого из красителей, одинакова для всех цветов спектра.
12. Способ по п.1б, отличающийся тем, что регистрация изменения флуоресценции раствора красителя осуществляется с помощью любых флуориметров, флуориметров-спектрофотометров, флуоресцентных сканеров и детекторов согласно общепринятой техники флуорометрии и спектрометрии с использованием соответствующих используемым красителям светофильтров или светоразделителей, позволяющих проводить исследования широкого спектра пропускания для основных цветов флуоресценции, а также дискретизацию по отдельным длинам волн в рамках отдельных цветов спектра.
13. Способ по пп.7а и 7б, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для исследования флуоресцентных свойств и спектральных характеристик генных последовательностей, представленных отдельными плюсовыми и минусовыми цепями, а также их дуплексами, в том числе регуляторных генных последовательностей и некодирующих областей, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции, а также изучения фотонного насыщения геноструктур как механизма квантово-оптической записи и спектрального кодирования наследственной информации.
14. Способ по пп.7а и 7б, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для исследования флуоресцентных свойств и спектральных характеристик рибонуклеотидов, представленных монуклеотидными последовательностями, нативными мРНК генов или их синтетическими фрагментами, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции транскриптов отдельных генов, их участков или всей совокупности мРНК клетки.
15. Способ по п.7г, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для целей исследования нативных фракций ДНК отдельных хромосом и их фрагментов, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции, а также изучения роли их изменений в ходе хромосомных перестроек в геноме клетки.
16. Способ по п.7а, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для исследования флуоресцентных свойств и спектральных характеристик синтетических теломерных последовательностей, представленных различными вариациями теломерных повторов ДНК и их окончаний, а также их дуплексами, с целью получения спектральных карт и цветовых маркеров результирующей флуоресценции, а также изучения их фотонного насыщения как механизма квантово-оптической записи и спектрального кодирования пролиферативной информации.
17. Способ по п.7в, отличающийся тем, что ДНК-спектральный флуоресцентный анализ применяется для целей исследования нативных фракций теломерной ДНК и теломерных оверхенгов, с целью изучения изменений их спектральных характеристик, в частности соотношения основных каналов флуоресценции и определения цветовых маркеров в ходе активации деления клетки и прохождения основных этапов клеточного цикла.
18. Способ по п.6, отличающийся тем, что для дистанционной спектральной диагностики в качестве образцов для исследования используются нативные живые биосистемы в виде культур клеток и тканей, органы и участки живого организма, организм в целом как источники единого поля ДНК; в этом случае растворы красителей или меченных зондов используются как биосенсоры и располагаются в непосредственной близости к исследуемому объекту и позволяют получить общую спектральную картинку, по изменению которой можно судить о функциональном состоянии объекта исследования.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что использование контактного или бесконтактного вариантов его осуществления применяется для составления и использования схем корректирующего воздействия на биосистемы, действующих на основе физических источников фотонов, включая лазерные и светодиодные матрицы, флуоресцентных молекул, в том числе в комбинации с ДНК или отдельных последовательностей ДНК как источников биофлуоресценции; при этом корректирующие воздействие характеризуется определенной интенсивностью, спектральной характеристикой и продолжительностью, включая определенный режим переключения цветовых каналов в случае использования мультицветового спектра.