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KR101155368B1 - Nanoarchaeum equitans plus DNA polymerase, method for preparing the same and its PCR method using dUTP and uracil-DNA glycosylase - Google Patents

Nanoarchaeum equitans plus DNA polymerase, method for preparing the same and its PCR method using dUTP and uracil-DNA glycosylase Download PDF

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KR101155368B1
KR101155368B1 KR1020080052676A KR20080052676A KR101155368B1 KR 101155368 B1 KR101155368 B1 KR 101155368B1 KR 1020080052676 A KR1020080052676 A KR 1020080052676A KR 20080052676 A KR20080052676 A KR 20080052676A KR 101155368 B1 KR101155368 B1 KR 101155368B1
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권석태
최정진
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 나노아케움 이퀴탄스 DNA 중합효소 (Nanoarchaeum equitans DNA polymerase, 이하 ‘Neq DNA 중합효소’라고 함)의 신규한 PCR 반응 완충용액의 제조 및 Neq DNA 중합효소를 이용한 중합효소 연쇄 반응 (polymerase chain reaction, 이하 ‘PCR'이라고 함)의 응용에 관한 것이다. Neq DNA 중합효소는 본 발명의 신규한 완충용액 하에서 10 kb까지 λ-DNA를 증폭할 수 있으며, 데옥시유티피 (dUTP)와 데옥시아이티피 (dITP)를 이용하여 PCR을 수행할 수 있다. 또한 본 발명은 Neq 플러스 (plus) DNA 중합효소의 제조에 관한 것이다. Neq plus DNA 중합효소는 Neq DNA 중합효소에 Taq DNA 중합효소를 혼합하여 제조한 것으로 20 kb 이상의 λ-DNA 단편을 PCR로 증폭할 수 있으며, 데옥시유티피 (dUTP) 존재 하에서도 Taq DNA 중합효소를 이용하는 것보다 2~3배 더 효과적으로 PCR을 수행할 수 있다. 또한 Taq DNA 중합효소보다 더 높은 피델리티 (fidelity)를 가지고 있다. 또한, 본 발명은 우라실 DNA 글리코실라제 (uracil-DNA glycosylase: UDG)와 함께 데옥시유티피 (dUTP)를 이용한 핵산 시료의 교차 오염 (carry-over contamination) 방지 기술에 Taq DNA 중합효소보다 더 유용하게 이용될 수 있을 것이다.The present invention is a nano-aqueum Iquitans DNA polymerase ( Nanoarchaeum on the application of equitans DNA polymerase, hereinafter "Neq DNA polymerase, ") manufactured and Neq DNA polymerase for PCR (polymerase chain reaction, hereinafter referred to as" PCR ") using the novel PCR reaction buffer solution of will be. Neq DNA polymerase can amplify [lambda] -DNA up to 10 kb in the novel buffer solution of the present invention and perform PCR using deoxyutif (dUTP) and deoxyitif (dITP). The present invention also relates to the preparation of Neq plus (DNA) polymerase. Neq plus DNA polymerase is a Taq to Neq DNA polymerase It was prepared by mixing DNA polymerase, which can amplify λ-DNA fragments of 20 kb or more by PCR, and perform PCR 2-3 times more effectively than using Taq DNA polymerase even in the presence of deoxyutif (dUTP). Can be done. Also Taq It has a higher fidelity than DNA polymerase. In addition, the present invention is more useful than Taq DNA polymerase in the technology of preventing carry-over contamination of nucleic acid samples using deoxyutypi (dUTP) together with uracil-DNA glycosylase (UDG). Will be able to be used.

DNA 중합효소, Neq plus DNA 중합효소, 중합효소 연쇄 반응, 교차오염, dUTP, dITP, UDG. DNA polymerase, Neq plus DNA polymerase, polymerase chain reaction, cross contamination, dUTP, dITP, UDG.

Description

나노아케움 이퀴탄스 플러스 DNA 중합효소, 이의 제조방법 및 데옥시유티피 (dUTP)와 우라실-DNA 글리코실라제 (UDG)를 이용한 중합효소 연쇄 반응 (PCR) 방법{Nanoarchaeum equitans plus DNA polymerase, method for preparing the same and its PCR method using dUTP and uracil-DNA glycosylase}Nanoarchaeum equitans plus DNA polymerase, preparation method thereof and polymerase chain reaction (PCR) method using deoxyutif (DXTP) and uracil-DNA glycosylase (XD) the same and its PCR method using dUTP and uracil-DNA glycosylase}

본 발명은 나노아케움 이퀴탄스 플러스 DNA 중합효소 (Nanoarchaeum equitans plus DNA polymerase, Neq plus DNA polymerase, 이하 ‘Neq plus DNA 중합효소'라고 함), 그것의 제조방법 및 중합효소 연쇄반응 (polymerase chain reaction, 이하 ‘PCR'이라고 함)에서의 응용에 관한 것으로, 본 발명은 우라실 DNA 글리코실라제 (uracil DNA-glycosylase, 이하 ‘UDG'라고 함)와 함께 데옥시우리딘 5'-트리포스페이트 (2'-deoxyuridine 5'-triphosphate, 이하 ‘dUTP’라고 함)를 이용한 핵산 시료의 교차 오염 (carry-over contamination) 방지 기술에 유용하게 이용되어질 수 있다.The invention nanoah keum Iquique Tansu Plus DNA polymerase (Nanoarchaeum equitans plus DNA polymerase, Neq plus DNA polymerase, hereinafter referred to as "Neq plus DNA polymerase"), its production method and a PCR (polymerase chain reaction, or less The present invention relates to an application in 'PCR', and the present invention relates to deoxyuridine 5'-triphosphate (2'-deoxyuridine) with uracil DNA glycosylase (hereinafter referred to as 'UDG'). 5'-triphosphate (hereinafter referred to as 'dUTP') can be usefully used in the technology of preventing carry-over contamination of nucleic acid samples.

DNA 중합효소 (deoxyribonucleic acid polymerase, DNA polymerase, E.C. number 2.7.7.7)는 주형 DNA (template DNA)에 의존하여 5'→3' 방향으로 DNA를 합성하는 효소로서, 생명체에 있어 DNA 복제 (replication)나 수리 (repair) 시에 가 장 중요한 역할을 하는 효소이다 (참조: Lehninger, A. L. et al., 1993, Principles of Biochemistry, 2nd ed., Worth Publishers). DNA 중합 효소는 아미노산 서열을 근거로 하여 최소 여섯 개의 패밀리 (A, B, C, D, X, Y)로 나누어질 수 있다 (참조: Todo, G. C. et al., 2001, The Y-family of DNA polymerases , Mol Cell 8, 7-8). DNA polymerase (deoxyribonucleic acid polymerase, DNA polymerase, EC number 2.7.7.7) is an enzyme that synthesizes DNA in the 5 '→ 3' direction depending on the template DNA. It is the enzyme that plays the most important role in repairs (Lehninger, AL et al. , 1993, Principles of Biochemistry , 2nd ed., Worth Publishers). DNA polymerases can be divided into at least six families (A, B, C, D, X, Y) based on amino acid sequences (Todo, GC et al., 2001, The Y-family of DNA). polymerases , Mol Cell 8, 7-8).

내열성 DNA 중합효소 (thermostable DNA polymerase)는 1976년 치엔 (Chien) 등에 의해 고온균 (thermophile)인 써머스 아쿠아티커스 YT-1 (Thermus aquaticus YT-1)에서 최초로 분리되어 그 특성이 밝혀졌다 (이하, Taq DNA 중합효소, 참조: Chien, A. et al., 1976, J. Bacteriol 127, 1550-1557). 그 후, 1988년 사이키 (Saiki) 등에 의해 내열성 DNA 중합효소를 이용한 PCR 기술이 개발 (참조: Saiki, R. K. et al., 1988, Science 239, 487-491)되면서 내열성 DNA 중합효소들이 주목을 받기 시작하였으며, 여러 고온균 및 초고온 (hyperthermophile) 고세균들로부터 내열성 DNA 중합효소들이 개발되어져 왔다. 이러한 고세균 유래의 DNA 중합효소들은 진핵생물의 복제에 관련하는  DNA 중합효소들과 대장균 (Escherichia coli)의 DNA 중합효소 II와 같이 패밀리 B로 분류되며, 특히 이들은 DNA 중합 활성 (DNA polymerization activity)과 함께 교정 활성 (proofreading activity)이라 불리는 3´→5´ 핵산말단가수분해효소 활성 (3´→5´ exonuclease activity)도 가지고 있어 고도의 정확성을 요구하는 PCR에 Taq DNA 중합 효소보다 유용하게 이용되어져 왔다 (참조: Mattila, P. et al., 1991, Nucleic Acids Res, 19, 4967-4973; Lundberg, K. S. et al., 1991, Gene 108, 1-6). 고세균 유래의 DNA 중합효소가 가 지고 있는 또 다른 특징은 DNA 중합효소의 N-말단 도메인에 우라실-포켓(uracil-pocket)이 존재한다는 것이다 (참조: Fogg, M. J. et al., 2002, Structural basis for uracil recognition by archaeal family B DNA polymerases, Nat Struct Biol 9:922-7.). 이 우라실-포켓은 단일 가닥의 DNA 주형에 있는 우라실 염기를 인식해서 DNA 중합효소의 진행을 멈추게 한다. 다시 말하면, 고세균 유래의 DNA 중합효소들은 우라실 존재 하에서 DNA 중합활성이 제한되어, PCR을 수행할 수 없다 (참조: Gill, S. et al., 2007, Interaction of the family-B DNA polymerase from the archaeon Pyrococcus furiosus with deaminated bases, J Mol Biol 372:855-63.).The thermostable DNA polymerase was introduced by Chien et al. In 1976 by Thermophile, Thermos Aquaticus YT-1 ( Thermus). first isolated from aquaticus YT-1) and its properties are revealed (hereinafter, Taq) DNA polymerase, see Chien, A. et al. , 1976, J. Bacteriol 127, 1550-1557). Then, in 1988, Saiki et al. Developed a PCR technology using heat-resistant DNA polymerase (see Saiki, RK et al. , 1988, Science 239, 487-491), and heat-resistant DNA polymerases began to attract attention. In addition, heat-resistant DNA polymerases have been developed from several high temperature and hyperthermophile archaea. These archaea-derived DNA polymerases are involved in the replication of eukaryotic DNA polymerases and Escherichia coli. coli ), such as DNA polymerase II, are classified as family B. In particular, they are combined with DNA polymerization activity, called 3 ′ → 5 ′ nucleic acid terminal hydrolase activity (3 ′ → It also has a 5´ exonuclease activity and has been used more efficiently than Taq DNA polymerase for PCRs that require high accuracy (Mattila, P. et al., 1991, Nucleic Acids Res, 19, 4967-4973; Lundberg). , KS et al., 1991, Gene 108, 1-6). Another characteristic of archaea-derived DNA polymerases is the presence of uracil-pockets in the N-terminal domain of DNA polymerases (Fogg, MJ et al ., 2002, Structural basis for uracil recognition by archaeal family B DNA polymerases , Nat Struct Biol 9: 922-7.). The uracil-pocket recognizes uracil bases in single-stranded DNA templates and stops DNA polymerase progression. In other words, archaea-derived DNA polymerases have limited DNA polymerizing activity in the presence of uracil and cannot perform PCR (Gill, S. et al ., 2007, Interaction of the family-B DNA polymerase from the archaeon Pyrococcus furiosus with deaminated bases, J Mol Biol 372: 855-63.).

초고온성 극미고세균 (hyperthermophilic nanoarchaeon) 나노아케움 이퀴탄스는 아이슬랜드 (Iceland)의 콜베인세이 (Kolbeinsey)에 있는 해저 열수공 (submarine hot vent)으로부터 분리된 극단적으로 작은 나노 크기 (nano-size)의 혐기성 미생물 (anaerobe)이다 (참조: Huber, H. et al., 2002, Nature 417, 63-67). 이 균주는 70-98℃ (최적 생육온도 90℃), 엄격한 혐기 조건 하에서 특별한 숙주 (specific host)인 이그니코커스 속 균주 KIN4/I (Ignicoccus sp. strain KIN4/I)의 표면에서 생육되어진다. 현재까지 알려진 가장 작은 미생물 게놈 (genome)들 중의 하나인 나노아케움 이퀴탄스 게놈 (490,885 염기쌍 (base pair, 이하 ‘bp'라고 함))의 완전한 염기서열이 최근 밝혀졌다 (참조: Waters, E. et al., 2003, Proc. Natl . Acad . Sci . USA 100, 12984-12988). Hyperthermophilic nanoarchaeon nanoaqueum equitanes are extremely small, nano-size anaerobic microorganisms isolated from submarine hot vents in Kolbeinsey, Iceland. (anaerobe) (Huber, H. et al. , 2002, Nature 417, 63-67). The strain is grown on the surface of Ignicoccus sp. Strain KIN4 / I ( Ignicoccus sp.), Which is a specific host under strict anaerobic conditions at 70-98 ° C (optimal growth temperature of 90 ° C). The complete sequencing of the nanoaqueum Iquitans genome (490,885 base pairs, bp), one of the smallest microbial genomes known to date, has recently been discovered (Waters, E. et. al. , 2003, Proc. Natl . Acad . Sci . USA 100, 12984-12988).

Neq DNA 중합효소는 나노아케움 이퀴탄스 게놈 상에서 83,295 bp 떨어져 있는 2개의 유전자에 의해 암호화되어져 있으며, 이 유전자들은 각각 분할된 미니 인 테인을 암호화하고 있는 것으로 추정되는 염기서열들을 포함하고 있다 (참조: Waters, E. et al., 2003, Proc Natl Acad Sci USA 100, 12984-12988). 분할되어 있는 두 단백질이 트랜스 스플라이싱에 의해 인테인들은 제거되고 익스테인들만이 펩타이드 결합으로 연결되어 형성된 단백질을 Neq C (protein trans-spliced form of Neq DNA polymerase)라고 하였으며, 인테인 암호화 부위를 제거한 Neq DNA 중합효소 대 단편 유전자의 익스테인 암호화 부위와 인테인 암호화 부위를 제거한 Neq DNA 중합효소 소 단편 유전자의 익스테인 암호화 부위를 재조합시켜 하나의 폴리펩타이드 형태로 발현시켜 얻은 DNA 중합효소를 Neq P (genetically protein splicing-processed form of Neq DNA polymerase)로 하였다. 그리고 Neq C와 Neq P가 다른 방법으로 제조되었지만, 이 둘은 동일한 활성을 가질 뿐만 아니라 동일한 생화학적 특성을 나타내는 효소임이 밝혀졌다 (참조: Choi, J. J. et al., 2006, Protein trans-splicing and characterization of a split family B-type DNA polymerase from the hyperthermophilic archaeal parasite Nanoarchaeumequitans, J Mol Biol 356:1093-106; 권석태 외 2명, 2008, 활성형 나노아케움 이퀴탄스 DNA 중합효소의 제조방법 및 이의 방법으로 제조된 활성형 DNA 중합효소, 대한민국특허 등록 제10-0793007호). Neq DNA polymerase is encoded by two genes 83,295 bp apart on the NanoAqueum Iquitans genome, each of which contains sequences that are believed to encode a split mini-intein. , E. et al. , 2003, Proc Natl Acad Sci USA 100, 12984-12988. The two proteins that were split were transspliced to remove the inteins and only the exteins were linked to peptide bonds. The protein formed was called Neq C (protein trans- spliced form of Neq DNA polymerase). a DNA polymerase by recombinant a dichroic stain encrypted part and the octane dichroic stain encrypted portion of the Neq DNA polymerase small fragment gene, remove the encrypted portion of the large fragment gene Neq DNA polymerase obtained by expression of a single polypeptide form remove Neq P (genetically protein splicing-processed form of Neq DNA polymerase). And although Neq C and Neq P were prepared by different methods, they were found to be enzymes that not only have the same activity but also show the same biochemical properties (see Choi, JJ et al ., 2006, Protein trans-splicing and characterization). of a split family B-type DNA polymerase from the hyperthermophilic archaeal parasite Nanoarchaeumequitans, J Mol Biol 356: 1093-106; Kwon, Seok-Tae et al., 2008, A method for preparing an active nanoarqueum Iquitans DNA polymerase and an active DNA polymerase prepared by the method, Korean Patent Registration No. 10-0793007).

중합효소 연쇄반응 (polymerase chain reaction, 이하 ‘PCR’이라고 함)은 내열성 세균 유래의 DNA 중합효소를 이용하여 시험관 내에서 특정 핵산 부위를 대량으로 증폭하여 유용한 유전자를 분리하거나 확인하는 기술이다 (참조: Erlich, H. A., 1989, J Clin Immunol 9, 437-447 ; Shin, H. J. et al., 2005, J Microbiol Biotechnol 15, 1359-136). 이러한 PCR은 핵산 검출에 필요한 검출한계를 크게 낮추는데 기여하였고, 현재 바이러스, 병원성 세균의 질환을 확인하고 판단하는데 매우 유용하게 사용되고 있다. 그러나 핵산의 농도가 매우 낮은 경우 검출하기 어려운 문제점이 있으며, 반응 효율이 반응기마다 다르게 나타나는 단점이 있다. 특히  시료의 선별, 핵산의 분리 과정, 시료를 옮기는 과정, 시료의 PCR 과정, 시료 보관 및 전기영동 후 시료의 회수 과정 등에서 교차 오염 (carry-over contamination)이 발생하기도 한다. PCR 과정에서의 오염 원인은 시료들 간의 교차 오염, 실험실에서의 DNA 오염 및 증폭 생산물들과 이전 PCR 산물의 프라이머 (primer)에 의한 교차오염 (carry-over)이 있는데 (참조: Sobek, H. et al., FEBS Lett 388, 1996), 이러한 교차 오염은 극히 미량일지라도 목적의 시료와 함께 증폭된다면 기존의 PCR 방법으로는 시료의 오염여부를 구별할 수가 없는 문제점이 발생하게 된다.Polymerase chain reaction (PCR) is a technique that isolates or identifies useful genes by amplifying large quantities of specific nucleic acid sites in vitro using DNA polymerases derived from heat-resistant bacteria. Erlich, HA, 1989, J Clin Immunol 9, 437-447; Shin, HJ et al ., 2005, J Microbiol Biotechnol 15, 1359-136). Such PCR has contributed to greatly lowering the detection limit required for nucleic acid detection, and is currently very useful for identifying and determining diseases of viruses and pathogenic bacteria. However, when the concentration of nucleic acid is very low, there is a problem that is difficult to detect, there is a disadvantage that the reaction efficiency is different from reactor to reactor. In particular, carry-over contamination may occur during the selection of samples, nucleic acid separation, transfer of samples, PCR of samples, storage of samples and recovery of samples after electrophoresis. Sources of contamination in the PCR process include cross contamination between samples, DNA contamination in the laboratory, and carry-over by primers of amplification products and previous PCR products (Sobek, H. et. al ., FEBS Lett 388, 1996), even if the cross-contamination is amplified with the target sample, even if the trace amount is a problem that can not distinguish whether the sample is contaminated by conventional PCR method.

따라서, 최근 들어 PCR에서 발생하는 교차 오염을 방지하기 위한 방법으로서, 2'-데옥시티미딘 5'-트리포스페이트 (2'-deoxythymidine 5'-triphosphate, 이하 ‘dTTP’라고 함) 대신 dUTP를 넣어서 PCR을 수행하는 방법이 롱고 (Longo) 등에 의해 제시된 바 있다 (참조: Longo, M. C. et al.,1990, Gene 93, 125-128). 또한, PCR 개시 전에 시료 내에 주형 DNA와 함께 극소량으로 오염된 우라실 함유 DNA (우라실-DNA)를 제거시키기 위해 UDG를 처리하고, 가열에 의해 UDG를 불활성화시킨 후, 다시 dTTP 대신 dUTP를 첨가하여 PCR을 수행하는 방법들이 보고된 바 있다 (참조: Udaykumar., et al.,1993, Nucleic Acids Res. 21, 3917-3918; Taggart et al., 2002, J. Virol . Methods 105, 57-65). 이로 인하여 최근에는 PCR 과정에서 UDG를 처리하거나, UDG를 포함하는 PCR 제품들이 판매되고 있는 추세이다. 특히 dTTP 대신 dUTP를 첨가하여 PCR을 수행하는데 사용되는 효소는 현재까지 Taq DNA 중합효소가 이용되고 있다.Therefore, as a method for preventing cross-contamination occurring in recent years, dUTP instead of 2'-deoxythymidine 5'-triphosphate (hereinafter referred to as 'dTTP') A method for performing PCR has been suggested by Longo et al . (Longo, MC et al ., 1990, Gene 93, 125-128). In addition, the UDG was treated to remove extremely contaminated uracil-containing DNA (uracil-DNA) with template DNA in the sample before initiation of PCR, inactivation of the UDG by heating, and then again by adding dUTP instead of dTTP. Methods have been reported (Udaykumar., Et al ., 1993, Nucleic Acids Res . 21, 3917-3918; Taggart et al ., 2002, J. Virol . Methods 105, 57-65). For this reason, recently, PCR products including UDGs or UDGs are being sold in the PCR process. In particular, Taq DNA polymerase has been used as an enzyme used to perform PCR by adding dUTP instead of dTTP.

PCR을 수행하는 경우에는 Taq DNA 중합효소가 일반적으로 사용된다. 하지만 Taq DNA 중합효소를 사용하는 PCR 응용은 높은 에러율 (error-rate)과 짧은 증폭거리와 같은 몇 가지 단점을 보여준다. 이 단점을 극복하기 위한 노력이 진행되었으며, 그것은 Taq DNA 중합효소에 교정 활성 (proofreading activity)이 있는 DNA 중합효소를 같이 섞어줌으로 이루어졌다 (참조: Barnes, W. M. 1994. PCR amplification of up to 35-kb DNA with high fidelity and high yield from lambda bacteriophage templates. Proc Natl Acad Sci U S A 91,2216-20.). 교정활성이 있는 DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소를 섞어준 효소 혼합물은 원래의 Taq DNA 중합효소보다 더 낮은 에러율을 가지고 있으며, 긴 범위(long range)의 PCR을 가능하게 했다.When performing PCR, Taq DNA polymerase is generally used. However, PCR applications using Taq DNA polymerase show some disadvantages, such as high error-rate and short amplification distance. Efforts have been made to overcome this shortcoming, which has been accomplished by mixing Taq DNA polymerase with DNA polymerase with proofreading activity (Barnes, WM 1994. PCR amplification of up to 35-). kb DNA with high fidelity and high yield from lambda bacteriophage templates .Proc Natl Acad Sci USA 91,2216-20.). The enzymatic mixture of the calibrated DNA polymerase and the Taq DNA polymerase has a lower error rate than the original Taq DNA polymerase and enables long range PCR.

 최근에 본 발명자들은 Neq DNA 중합효소 유전자의 클로닝, 발현 및 정제, 효소 특성연구 및 PCR의 이용 가능성을 보고하였으나 (참조: 등록특허 제 10-0793007호), 이를 이용한 PCR 시의 최적 pH, 최적 Mg2+ 및 KCl  농도, dITP의 PCR 반응에 이용 등을 상세히 보고하지 못하였다. Recently, the inventors have reported the cloning, expression and purification of Neq DNA polymerase genes, enzyme characterization and the possibility of using PCR (see Patent Registration No. 10-0793007). The 2+ and KCl concentrations, the use of dITP in PCR reactions, etc., were not reported in detail.

이런 배경 하에, 본 발명자들은 Neq DNA 중합효소의 PCR의 최적조건을 갖는 완충용액 제조와 탈아민화된 기질을 이용한 PCR 응용방법을 제공하였다.  Neq DNA 중합효소를 Taq DNA 중합효소와 여러 비율로 혼합하고 최적의 PCR 증폭되는 비율을 찾은 후, 이를 'Neq plus DNA 중합효소'라고 명명하였고, 이를 이용하여 dITP 또는 dUTP 존재 하에서의 PCR 효율성을 다른 DNA 중합효소들과 비교하였으며, 또한 이를 바탕으로 dUTP와 UDG를 이용한 교차오염 (carry-over contamination) 방지 실험에 기존의 Taq DNA 중합효소보다 우월하게 응용될 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Under these circumstances , the present inventors have provided a method for preparing a buffer having optimal conditions for PCR of Neq DNA polymerase and a PCR application method using a deaminated substrate. After mixing Neq DNA polymerase with Taq DNA polymerase in various ratios and finding the optimal PCR amplification rate, it was named ' Neq plus DNA polymerase' and used to determine PCR efficiency in the presence of dITP or dUTP. Compared with the polymerases, and based on this, it was confirmed that it can be superior to the existing Taq DNA polymerase in the experiment of preventing carry-over contamination using dUTP and UDG, and completed the present invention.

본 발명의 목적은 Neq DNA 중합효소를 이용한 다양한 목적의 PCR 응용 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a PCR application method of various purposes using Neq DNA polymerase.

본 발명의 다른 목적은 Neq DNA 중합효소보다 향상된 PCR 증폭 효율을 가진 Neq plus DNA 중합효소를 제조하는 것이다. Another object of the present invention is to prepare Neq plus DNA polymerase having improved PCR amplification efficiency than Neq DNA polymerase.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조한 Neq plus DNA 중합효소를 이용하여 긴 범위 (long-range)의 DNA 증폭 및 dUTP, UDG를 이용한 PCR 응용 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is prepared Neq It provides a long-range DNA amplification using plus DNA polymerase and PCR application method using dUTP and UDG.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 Neq plus DNA 중합 효소 및 dUTP, UDG를 이용한 PCR 산물의 교차 오염을 제거하는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is the Neq The present invention provides a method for removing cross-contamination of a PCR product using plus DNA polymerase and dUTP and UDG.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나노아케움 이퀴탄스 패밀리 B DNA 중합효소 (Nanoarchaeum equitans family B DNA polymerase, Neq DNA polymerase, 이하 ‘Neq DNA 중합효소'라고 함)를 이용한 PCR 응용 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is a nano-aqueum Iquitans family B DNA polymerase ( Nanoarchaeum It provides a PCR method using the Applied equitans family B DNA polymerase, Neq DNA polymerase, hereinafter referred to as "Neq DNA polymerase").

Neq DNA 중합효소를 이용한 PCR 방법은 이미 특허 등록되어 있으며 (참조: 권석태외 2명, 2008, 활성형 나노아케움 이퀴탄스 DNA 중합효소의 제조방법 및 이의 방법으로 제조된 활성형 DNA 중합효소, 대한민국특허 등록 제 10-0793007호), 본 명세서에서는 위의 특허를 참고로 하여 개선된 PCR 최적 완충 용액과 이를 이용한 PCR 응용방법을 제공한다. 종래의 밝혀진 기술에 따르면 Neq DNA 중합효소 는 최적 반응 완충용액 (50 mM Tris-HCl (pH 7.5) / 1 mM MgCl2 / 90 mM KCl / 0.01% BSA) 하에서 람다 DNA를 4 kb까지 증폭할 수 있었으나, 본 발명에서 제공하는 완충용액을 이용하면 10 kb까지 증폭할 수 있다 (도 2 참조). Neq PCR method using DNA polymerase has already been patented (refer to Kwon Seok-tae et al., 2, 2008, preparation method of active nano-aqueum Iquitans DNA polymerase and active DNA polymerase prepared by the method, Korea patent registration 10-0793007), the present specification provides an improved PCR optimal buffer solution and a PCR application method using the same by reference to the above patent. According to the prior art identified technical Neq DNA polymerase were able to amplify the lambda DNA to 4 kb under optimal reaction buffer (50 mM Tris-HCl (pH 7.5) / 1 mM MgCl 2/90 mM KCl / 0.01% BSA) , Using the buffer solution provided in the present invention can be amplified up to 10 kb (see Figure 2).

본 발명은 20 mM Tris-HCl pH 7.5-8.5, MgCl2 0.5-4.5 mM, KCl 10-130 mM 및 0.01% BSA를 포함하는 Neq DNA 중합효소 PCR 반응 완충용액을 제공한다. 보다 바람직하게는, 본 발명은 20 mM Tris-HCl pH 8.0, MgCl2 1.5 mM, KCl 50 mM 및 0.01% BSA를 포함하는 Neq DNA 중합효소 PCR 최적 반응 완충용액을 제공한다. The present invention provides a Neq DNA polymerase PCR reaction buffer comprising 20 mM Tris-HCl pH 7.5-8.5, MgCl 2 0.5-4.5 mM, KCl 10-130 mM and 0.01% BSA. More preferably, the present invention provides an Neq DNA polymerase PCR optimal reaction buffer comprising 20 mM Tris-HCl pH 8.0, MgCl 2 1.5 mM, KCl 50 mM and 0.01% BSA.

또한, 본 발명은 Neq DNA 중합효소를 이용한 PCR 방법으로서, 반응시 pH가 pH 7.5-8.5이고, 반응시 Mg2 + 농도가 0.5-4.5 mM이고, 반응시 KCl 농도가 10-130 mM인 PCR 방법을 제공한다. 상기 Neq DNA 중합효소는 dUTP (2'-deoxyuridine 5'-triphosphate)를 이용하여 PCR을 수행할 수 있음이 밝혀졌으나, 이에 더하여서 본 발명은 데옥시이노신 5'-트리포스페이트 (deoxyinosine 5'-triphosphate, 이하 ‘dITP’라고 함) 존재 하에서 PCR을 수행하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention is a PCR method using Neq DNA polymerase, the pH of the reaction pH 7.5-8.5, the reaction Mg 2 + concentration 0.5-4.5 mM, the reaction KCl concentration 10-130 mM PCR method To provide. The Neq DNA polymerase was found to be able to perform PCR using dUTP (2'-deoxyuridine 5'-triphosphate), but in addition, the present invention is deoxyinosine 5'-triphosphate (deoxyinosine 5'-triphosphate). , Hereinafter referred to as 'dITP'.

또한, 본 발명은 Neq DNA 중합효소 (Nanoarchaeum equitans DNA polymerase)와 Taq DNA 중합효소 (Thermus aquaticus DNA polymerase)를 1:1 내지 1:100의 농도 비율로 혼합하여 제조된 효소 혼합물을 제공한다. 본 발명에서 용어, "DNA 중합효소 (DNA polymerase)"는 DNA 한 가닥을 주형 (template)으로 사용하여 새로운 DNA 단사 형성 촉매능을 가지는 즉, DNA 주형에 상보적인 디옥시라이보뉴클레오사이드 5'-트리포스페이트 (deoxyribonucleoside 5'-triphosphate, 이하 ‘dNTP’라 고 함)를 프라이머 (primer)의 3'-OH에 중합 (polymerization)시킬 수 있는 효소를 의미한다. 종래의 알려진 기술에 의하면 Neq DNA 중합효소는 중합 활성과 함께 교정 활성을 가진 패밀리 B에 속하는 고세균 유래의 내열성 DNA 중합효소이나, Taq DNA 중합효소는 교정 활성을 가지고 있지 않다. 종래의 방법에 의하면 교정활성을 가진 DNA 중합효소와 그렇지 않은 중합효소를 혼합하면 긴 범위의 PCR이 가능하며 (참조: Barnes, W. M. 1994. PCR amplification of up to 35-kb DNA with high fidelity and high yield from lambda bacteriophage templates. Proc Natl Acad Sci , U.S.A. 91:2216-20), 이러한 혼합물이 교정 활성을 가지지 않은 DNA 중합효소 (예, Taq DNA 중합효소)보다 더 낮은 에러율을 나타낸다 (참조: Cline, J. et al.,1996, PCR fidelity of pfu DNA polymerase and other thermostable DNA polymerases, Nucleic Acids Res 24:3546-51). 이에 근거해 Neq DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소를 여러 농도 비율(1:10~100)로 혼합하여 비교 실험을 한 결과 1:10의 농도 비율에서 PCR 효율성이 가장 좋은 것으로 드러났으며, 이를 Neq 플러스 (plus) DNA 중합효소라고 명명하였다 (도 4 참조). In addition,Neq DNA polymerase (Nanoarchaeum equitans DNA polymerase)Taq DNA polymerase (Thermus aquaticus DNA polymerase) is mixed at a concentration ratio of 1: 1 to 1: 100 to provide an enzyme mixture prepared. As used herein, the term "DNA polymerase" refers to a deoxyribonucleoside 5'- having a new DNA single-catalyzed catalytic ability using a strand of DNA as a template, that is, complementary to the DNA template. By triphosphate (deoxyribonucleoside 5'-triphosphate, hereinafter 'dNTP') means an enzyme capable of polymerizing (polymerization) to 3'-OH of the primer (primer). According to the known artNeq DNA polymerase is a heat-resistant DNA polymerase derived from archaea belonging to the family B having a polymerization activity and a correction activity,Taq DNA polymerases do not have corrective activity. According to the conventional method, a long range of PCR is possible by mixing a DNA polymerase having a corrective activity and a polymerase which is not (see Barnes, WM 1994. PCR amplification of up to 35-kb DNA with high fidelity and high yield). from lambda bacteriophage templates.Proc Natl Acad Sci ,U.S.A. 91: 2216-20), a mixture of DNA polymerases (eg,Taq Lower polymer error than DNA polymerase) (Cline, J.et al, 1996, PCR fidelity of pfu DNA polymerase and other thermostable DNA polymerases, Nucleic Acids Res 24: 3546-51). Based on thisNeq DNA polymeraseTaq As a result of comparative experiments in which DNA polymerase was mixed at various concentration ratios (1:10 to 100), PCR efficiency was found to be the best at the concentration ratio of 1:10.Neq It was named plus DNA polymerase (see FIG. 4).

따라서 본 발명은 신규한 Neq plus DNA 중합 효소 및 그것의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a novel Neq plus DNA polymerase and its preparation method.

또 다른 양태로서, 본 발명은 Neq plus DNA 중합효소를 이용하여 핵산 중합 반응을 수행하는 방법을 제공한다. 본 발명의 Neq plus DNA 중합효소는 DNA 한 가닥을 주형으로 주형에 상보적인 dNTP를 프라이머의 3'-OH에 중합시키는 것을 기본으로 하는 모든 반응에 이용될 수 있다. 대표적인 예로, 본 발명은 Neq plus DNA 중합효소를 이용한 PCR (polymerase chain reaction) 방법을 제공한다. PCR은 특정 DNA 영역을 시험관 내에서 DNA 중합효소를 이용하여 대량으로 증폭하는 대표적인 핵산증폭기술 (NAT) 중의 하나로, 문헌 (참조: Mullis, K. et al., 1986, Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 51, 263-273) 및 미국 특허 제4,683,195호, 제4,683,202호 및 4,965,188호 등의 특허에 폭넓게 기술되어 있다. PCR은 주형 DNA를 단일 가닥으로 변성시키는 단계; 프라이머를 표적 유전자 서열에 결합시키는 단계; DNA 중합효소를 이용하여 DNA를 합성하는 단계로 이루어진다. 상기 단계가 반복되면서DNA가 증폭된다. 보통은 25 내지 30회 반복한다. 변성, 결합, 합성 반응이 일어나는 온도는 조절될 수 있다. 결합 온도가 너무 낮으면 비특이적 증폭이 일어날 수 있으므로, 이런 점을 고려하여 조절하도록 한다. PCR 방법에서의 다양한 변형 및 응용이 가능하고, 이는 본 발명의 범위에 포함된다. 예를 들어, RT-PCR, Touch down PCR, Differential Display PCR, Gradient PCR, Real time PCR 등이 있다.In another aspect, the present invention provides a method for performing a nucleic acid polymerization reaction using Neq plus DNA polymerase. Neq plus DNA polymerase of the present invention can be used for all reactions based on polymerizing dNTP complementary to the template with a strand of DNA to the 3'-OH of the primer. As a representative example, the present invention provides a polymerase chain reaction (PCR) method using Neq plus DNA polymerase. PCR is one of the representative nucleic acid amplification techniques (NATs) for amplifying large quantities of specific DNA regions in vitro using DNA polymerases. Mullis, K. et al., 1986, Cold Spring Harbor Symp. Biol. 51, 263-273) and US Pat. Nos. 4,683,195, 4,683,202 and 4,965,188 and the like. PCR denatures the template DNA into single strands; Binding a primer to a target gene sequence; DNA synthesis is performed using a DNA polymerase. As the above steps are repeated, the DNA is amplified. Usually repeats 25 to 30 times. The temperature at which denaturation, binding and synthesis reactions occur can be controlled. If the binding temperature is too low, non-specific amplification may occur, so take this into consideration. Various modifications and applications in the PCR method are possible and are included within the scope of the present invention. For example, RT-PCR, Touch down PCR, Differential Display PCR, Gradient PCR, Real time PCR, and the like.

본 발명자들이 명명한 Neq plus DNA 중합효소는 Neq DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소를 효소 활성 단위 (Unit)에 근거하여 1:10의 비율로 혼합한 것이다. 즉, 교정활성이 있는 DNA 중합효소와 그렇지 않은 중합효소를 혼합한 것으로, 긴 범위의 PCR(long-range PCR)이 가능하다. 20 kb의 박테리오파아지 람다(bacteriophage lambda) DNA 단편을 목표로 증폭하는 실험을 수행하였다 (도 4 참조). 종래의 알려진 기술에 의하면 (참조: 등록특허 제10-0793007호), Neq DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소는 모두 dUTP 존재 하에서 PCR을 수행할 수 있다. Neq plus DNA 중합효소도 역시 dUTP 존재하에서 PCR을 수행할 수 있을 것이기에 상기 두 중합효소와 Neq plus DNA 중합효소를 이용하여 PCR을 dUTP 존재하에서 수행하였으며, Neq plus DNA 중합효소가 상기 두 DNA 중합효소보다 2~3배 이상 뛰어난 효율성을 나타내었다 (도 5 참조). Neq plus DNA polymerase named by the inventors Neq DNA polymerase and Taq DNA polymerase are mixed at a ratio of 1:10 based on the enzyme active unit. That is, by mixing a DNA polymerase having a corrective activity and a polymerase which is not, a long-range PCR (long-range PCR) is possible. Experiments were performed to target amplified 20 kb bacteriophage lambda DNA fragments (see FIG. 4). According to the known art (see Patent No. 10-0793007), both Neq DNA polymerase and Taq DNA polymerase can perform PCR in the presence of dUTP. Neq plus DNA polymerase may also perform PCR in the presence of dUTP, so PCR was performed in the presence of dUTP using the two polymerases and Neq plus DNA polymerase, and Neq plus DNA polymerase was more effective than the two DNA polymerases. 2 to 3 times more excellent efficiency (see FIG. 5).

또 다른 양태로서, 본 발명은 dUTP와 UDG를 함께 이용한 교차오염 방지 PCR에 상기 Neq plus DNA 중합효소를 이용하는 방법에 관한 것이다. 특히, 상기한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 Neq plus DNA 중합효소는 dUTP 존재 하에서 DNA 중합활성을 가지므로, 전기 효소와 저온성 UDG의 조합은 진단 등의 목적으로 수행하는 PCR에 아주 적합할 것이다. UDG는 DNA 기질 내의 우라실 염기만을 특이적으로 분해하는 활성이 있어 PCR 과정 중에서 발생하는 우라실 (uracil) DNA의 교차오염을 제거하는데 사용되고 있다. 본 발명에 따른 PCR 산물의 교차오염을 제거하는 방법은 우라실 염기가 포함된 기질 및 상기의 UDG 효소를 포함하는 PCR용 조성물을 25℃에서 10분간 반응하여 오염된 우라실 DNA를 분해시킨 다음, PCR을 수행함으로써 PCR 산물내의 교차오염을 제거할 수 있다. Neq plus DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소를 각각 이용하여 상기의 방법으로 각각 20, 25, 30 주기(cycle)로 PCR을 수행하였고, 그 결과 Taq DNA 중합효소보다 Neq plus DNA 중합효소가 교차오염을 방지하기 위한 PCR에서도 더 높은 효율성을 나타내었다 (도 6 참조).In another aspect, the present invention relates to a method of using the Neq plus DNA polymerase in cross-contamination prevention PCR using dUTP and UDG together. In particular, as described above, the Neq plus DNA polymerase provided in the present invention has a DNA polymerizing activity in the presence of dUTP, so the combination of the electric enzyme and the low-temperature UDG will be well suited for PCR performed for diagnostic purposes. Since UDG has an activity of specifically degrading only uracil bases in DNA substrates, UDG is used to remove cross contamination of uracil DNA generated during PCR. The method for removing cross-contamination of a PCR product according to the present invention is to decompose contaminated uracil DNA by reacting the substrate containing uracil base and the composition for PCR containing the UDG enzyme for 10 minutes at 25 ° C., followed by PCR. By doing so, cross-contamination in the PCR product can be eliminated. Neq PCR was performed using the plus DNA polymerase and Taq DNA polymerase, respectively, by 20, 25, and 30 cycles by the above method, and as a result, Neq was compared to Taq DNA polymerase. plus DNA polymerase also showed higher efficiency in PCR to prevent cross-contamination (see Figure 6).

또한, 본 발명의 방법으로 제조된 Neq plus DNA 중합효소는 dUTP, UDG등과 함께 함께 PCR 키트 (kit)로 제공될 수 있다. 본 발명의 Neq plus DNA 중합효소 또는 이를 포함하는 PCR 키트는 유전공학 및 분자생물학 실험, 임상진단 (clinical diagnosis), 법의학적 연구 등에 Taq DNA 중합효소보다 유용하게 이용할 수 있다.In addition, Neq plus DNA polymerase prepared by the method of the present invention may be provided as a PCR kit (kit) together with dUTP, UDG and the like. Neq plus DNA polymerase of the present invention or a PCR kit comprising the same can be more useful than Taq DNA polymerase for genetic engineering and molecular biology experiments, clinical diagnosis, forensic research and the like.

본 발명은 종래의 기술보다 향상된 Neq DNA 중합효소의 PCR 완충용액을 제공한다. 상기 완충용액 하에서 Neq DNA 중합효소는 탈아민화된 기질인 dUTP와 dITP를 효율적으로 이용할 수 있다. 또한 본 발명은 Neq plus DNA 중합효소 및 그것의 제조방법을 제공한다. Neq plus DNA 중합 효소도 dUTP를 보다 효율적으로 이용할 수 있으며, 긴 범위 (long-range)의 PCR에도 이용될 수 있다. Neq plus DNA 중합효소는 Taq DNA 중합효소보다 더 높은 피델리티 (fidelity)를 가지며, 무엇보다도 UDG를 이용한 교차오염 (carry-over contamination) 방지를 위한 PCR에서 Taq DNA 중합 효소보다 뛰어난 효율성을 나타내었다. 그러므로 본 발명의 Neq plus DNA 중합 효소는 임상진단, 법의학적 연구 등에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.The present invention provides a PCR buffer of Neq DNA polymerase improved over the prior art. Under the buffer, Neq DNA polymerase can efficiently use dUTP and dITP, which are deaminated substrates. In another aspect, the present invention provides Neq plus DNA polymerase and its preparation method. Neq plus DNA polymerase can also use dUTP more efficiently and can be used for long-range PCR. Neq plus DNA polymerase has a higher fidelity than Taq DNA polymerase and, among other things, showed greater efficiency than Taq DNA polymerase in PCR for preventing carry-over contamination with UDG. Therefore, the Neq plus DNA polymerase of the present invention may be usefully used for clinical diagnosis, forensic research, and the like.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. These examples are only for illustrating the present invention more specifically, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1:  One: NeqNeq DNA 중합효소  DNA polymerase PCRPCR 반응 완충용액 Reaction Buffer

활성형 Neq DNA 중합효소(를 사용하는 PCR의 최적 pH를 결정하기 위해 다음과 같은 완충 용액을 사용하여서 PCR을 수행하였다. 50 ㎕의 반응용액은 20 mM Tris-HCl 완충용액, 2 mM MgCl2, 50mM KCl, 0.1% BSA (bovine serum albumin)으로 구성을 하였으며, Tris-HCl 완충용액은 pH 7.0-9.0의 범위에서 정방향과 역방향의 λ-1 프라이머 (표 1 참조)를 이용하여서 1 kb의 lambda DNA 단편을 증폭하였다. PCR을 수행해 본 결과, PCR 증폭은 Tris-HCl 완충용액 pH 7.5-8.5에서 확인되었으며, 최적 pH는 Tris-HCl 완충용액, pH 8.0로 결정되었다. 도 1 (a)는  Neq DNA 중합효소를 이용한 PCR에 있어 pH에 따른 결과들을 나타낸 것이다. 래인(Lane) M은 1 kb DNA 사이즈 마커를 로딩한 것이다.Active PCR was performed using the following buffer solution to determine the optimal pH of PCR using Neq DNA polymerase (50 μl of reaction solution: 20 mM Tris-HCl buffer, 2 mM MgCl 2 , 50 mM KCl). , 0.1% BSA (bovine serum albumin), and Tris-HCl buffer solution was prepared using lambda DNA fragments of 1 kb using λ-1 primers (see Table 1) in the forward and reverse directions at pH 7.0-9.0. As a result of performing PCR, PCR amplification was confirmed in Tris-HCl buffer pH 7.5-8.5, and the optimum pH was determined as Tris-HCl buffer, pH 8.0 Figure 1 (a) shows Neq DNA polymerase. The results according to pH are shown in PCR using Lane M is loaded with a 1 kb DNA size marker.

 활성형 Neq DNA 중합효소를 사용하는 PCR의 최적 MgCl2 농도를 결정하기 위해 다음과 같은 완충 용액을 사용하여서 PCR을 수행하였다. 50 ㎕의 반응용액은 20 mM Tris-HCl 완충용액 (pH 8.0), 50 mM KCl, 0.1% BSA (bovine serum albumin)으로 구성을 하였으며, 다양한 농도의 MgCl2 존재 하에서 상기와 같이 PCR을 수행해 본 결과, PCR 증폭은 0.5-4.5 mM MgCl2 존재 하에서 확인되었으며, 최적 MgCl2 농도는 1.5 mM로 결정되었다. 도 1(b)는 활성형 Neq DNA 중합효소를 이용한 PCR에 있어 MgCl2 농도에 따른 결과들을 나타낸 것이다. Lane M은 1 kb DNA 사이즈 마커를 로딩한 것이다.PCR was performed using the following buffer solution to determine the optimal MgCl 2 concentration of PCR using an active Neq DNA polymerase. 50 μl of the reaction solution was composed of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 50 mM KCl, 0.1% BSA (bovine serum albumin), and PCR was carried out as described above in the presence of various concentrations of MgCl 2. , PCR amplification was confirmed in the presence of 0.5-4.5 mM MgCl 2 , the optimum MgCl 2 concentration was determined to be 1.5 mM. Figure 1 (b) shows the results according to the concentration of MgCl 2 in PCR using the active Neq DNA polymerase. Lane M was loaded with 1 kb DNA size marker.

활성형 Neq DNA 중합효소를 사용하는 PCR의 최적 KCl 농도를 결정하기 위해 50 ㎕의 반응용액은 20 mM Tris-HCl 완충용액 (pH 8.0), 1.5 mM MgCl2, 0.1% BSA (bovine serum albumin) 으로 구성을 하였으며, 다양한 농도의 KCl 존재 하에서 상기와 같이 PCR을 수행해 본 결과, PCR 증폭은 10-130 mM KCl 존재 하에서 확인되었으며, 최적 KCl 농도는 50 mM로 결정되었다. 도 1(c)는 활성형 Neq DNA 중합효소를 이용한 PCR에 있어 KCl 농도에 따른 결과들을 나타낸 것이다. Lane M은 1 kb DNA 사이즈 마커를 로딩한 것이다. To determine the optimal KCl concentration of PCR using the active Neq DNA polymerase, 50 μl of the reaction solution was added with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1.5 mM MgCl 2 , and 0.1% BSA (bovine serum albumin). As a result of performing PCR in the presence of various concentrations of KCl, PCR amplification was confirmed in the presence of 10-130 mM KCl, and the optimum KCl concentration was determined to be 50 mM. Figure 1 (c) shows the results according to the KCl concentration in PCR using the active Neq DNA polymerase. Lane M was loaded with 1 kb DNA size marker.

실시예Example 2:  2: NeqNeq DNA 중합효소를 이용한  DNA polymerase PCRPCR

상기와 같이 결정된 최적 반응 완충용액 (20 mM Tris-HCl (pH 8.0) / 1.5 mM MgCl2 / 50 mM KCl / 0.01% BSA) 하에서 람다 파아지 게놈 DNA (이하, ‘람다 DNA’ 라고 함)를 주형으로 정제된 활성형 Neq DNA 중합효소들을 사용하여 다양한 크기의 산물들 (1kb, 2kb, 4kb, 6kb, 8kb, 10kb)을 증폭하기 위해 다양한 프라이머들을 각각 첨가하여 PCR을 다음과 같이 수행하였다. 5 pmole 정방향 및 역방향의 λ-1, 2, 4, 6, 8, 10 프라이머들 (표 1 참조)이 각각 첨가된 PCR 튜브들에 0.4 U/μl의 Neq DNA 중합효소, 30 ng 람다 DNA, 250 μM dNTP 및 1X Neq DNA 중합효소 최적 반응 완충용액을 각각 첨가한 PCR 반응 혼합물 (20 ㎕)을 준비하여 95℃에서 3분간 DNA 변성 과정을 수행한 다음, DNA 변성 (94℃, 30 초), 프라이머 어닐링 (56℃, 30 초) 및 DNA 증폭 (72℃, 12분)의 3단계 과정을 25회 반복한 후, 72℃에서 15분간 더 DNA 증폭 과정을 수행하였다. 이 PCR 반응액을 DNA 사이즈 마커와 함께 아가로스 겔에 전기영동해 본 결과, Neq DNA 중합효소를 사용하는 PCR은 상기 최적 반응 완충용액 하에서 10 kb까지 증폭이 가능함을 알 수 있었다 (도 2 참조). Optimal reaction buffer (20 mM Tris-HCl (pH 8.0) / 1.5 mM MgCl 2/50 mM KCl / 0.01% BSA) under a lambda phage genomic DNA (hereinafter referred to as lambda DNA ") template determined as described above PCR was performed by adding various primers, respectively, to amplify products of various sizes (1 kb, 2 kb, 4 kb, 6 kb, 8 kb, 10 kb) using purified active Neq DNA polymerases. 0.4 U / μl of Neq DNA polymerase, 30 ng lambda DNA, 250 to PCR tubes with 5 pmole forward and reverse λ-1, 2, 4, 6, 8, 10 primers (see Table 1), respectively Prepare a PCR reaction mixture (20 μl) to which μM dNTP and 1X Neq DNA polymerase optimal reaction buffer were added, and perform DNA denaturation at 95 ° C. for 3 minutes, followed by DNA denaturation (94 ° C., 30 seconds), primer After repeating three steps of annealing (56 ° C., 30 seconds) and DNA amplification (72 ° C., 12 minutes) 25 times, a further DNA amplification process was performed at 72 ° C. for 15 minutes. As a result of electrophoresis of the PCR reaction solution on the agarose gel with the DNA size marker, it was found that PCR using Neq DNA polymerase was possible to amplify up to 10 kb under the optimal reaction buffer solution (see FIG. 2). .

실시예Example 3:  3: dUTPdUTP Wow dITPdITP 를 이용한 Using PCRPCR

실시예 2에서 수행한 PCR 방법에 따라 탈아민화된 (deamination) 염기를 이용하는 실험을 수행하였다. 티민 (thymine)이 탈아민화된 우라실 (uracil)염기를 가지고 있는 dUTP와 구아닌 (guanine)이 탈아민화된 하이포잔틴 (hypoxanthine) 염기를 가지고 있는 dITP를 이용하여 PCR을 수행하여 아가로스 겔 전기영동한 사진이 도 3(a)이다. dUTP를 이용한 PCR에서는 dTTP를 모두 dUTP로 치환하였고, dITP를 이용한 PCR에서는 dGTP의 10%를 dITP로 치환을 하였다. Neq DNA 중합효소를 비롯한 Taq (렉스진바이오텍, E1001B), Pfu (Stratagene, 600135), Vent (New England Biolabs, M0254S), KOD (Novagen, 71085-3) DNA 중합효소를 이용하여 탈아민화된 기질의 이용능력을 PCR을 통해서 비교 실험하였다. 94℃에서 1분간 DNA 변성 과정을 수행한 다음, DNA 변성 (94℃, 20 초), 프라이머 어닐링 (56℃, 20 초) 및 DNA 증폭 (72℃, 1분)의 3단계 과정을 25회 반복한 후, 72℃에서 5분간 더 DNA 증폭 과정을 수행하였다. 1 kb 람다 DNA 단편을 증폭하기 위해서 정방향과 역방향의 λ-1 프라이머 (표 1 참조)를 사용하였다. 도 3 (a)에서 보듯이 종래의 알려진 기술대로 고세균 유래의 패밀리 B DNA 중합효소인 Pfu, Vent, KOD DNA 중합효소는 탈아민화된 기질인 dUTP와 dITP를 이용하여 PCR을 수행할 수 없었다. 반면에 NeqTaq DNA 중합효소는 dUTP와 dITP를 모두 이용하여 PCR을 수행할 수 있었다. The experiment using the deamination base was performed according to the PCR method performed in Example 2. Agarose gel electrophoresis by PCR using dUTP having uracil base deamined with thymine and dITP having hypoxanthine base dehydrated with guanine This is Fig. 3 (a). In dUTP PCR, all dTTPs were replaced with dUTP, and in dITP PCR, 10% of dGTP was replaced with dITP. Taq , including Neq DNA polymerase (RexJin Biotech, E1001B), Pfu (Stratagene, 600135), Vent (New England Biolabs, M0254S), and KOD (Novagen, 71085-3) DNA polymerases were used to compare the deaminized substrates by PCR. Perform DNA denaturation at 94 ° C for 1 minute, then repeat 25 steps of DNA denaturation (94 ° C, 20 seconds), primer annealing (56 ° C, 20 seconds) and DNA amplification (72 ° C, 1 minute). Afterwards, DNA amplification was performed for 5 minutes at 72 ° C. In order to amplify the 1 kb lambda DNA fragment, λ-1 primers in the forward and reverse directions (see Table 1) were used. As shown in FIG. 3 (a), PCR of the family B DNA polymerase Pfu , Vent, and KOD DNA polymerase derived from archaea was not performed using dUTP and dITP, which are deaminated substrates. On the other hand, Neq and Taq DNA polymerases were able to perform PCR using both dUTP and dITP.

NeqTaq DNA 중합효소의 dITP 이용능력을 상세히 알아보기 위한 실험을 추가적으로 더 수행하였다. dITP의 비율을 0, 25, 50, 75, 100%로 증가시켜가면서 dGTP와 혼합한 250μM의 농도를 가진 기질 혼합물 이용하여 PCR을 수행하였다. 94℃에서 1분간 DNA 변성 과정을 수행한 다음, DNA 변성 (94℃, 20 초), 프라이머 어닐링 (56℃, 20 초) 및 DNA 증폭 (72℃, 1분)의 3단계 과정을 25회 반복한 후, 72℃에서 5분간 더 DNA 증폭 과정을 수행하여  아가로스 겔 전기영동한 사진이 도 3(b)이다. 1 kb 람다 DNA 단편을 증폭하기 위해서 정방향과 역방향의 λ-1 프라이머를 사용하였다. 도 3(b)의 결과에서 보듯이 Neq DNA 중합효소는 dITP를 50%의 농도까지 이용할 수 있었으며, Taq DNA 중합효소는 75%까지 이용할 수 있었다. Further experiments were performed to investigate the dITP availability of Neq and Taq DNA polymerase in detail. PCR was performed using a substrate mixture having a concentration of 250 μM mixed with dGTP while increasing the ratio of dITP to 0, 25, 50, 75, and 100%. Perform DNA denaturation at 94 ° C for 1 minute, then repeat 25 steps of DNA denaturation (94 ° C, 20 seconds), primer annealing (56 ° C, 20 seconds) and DNA amplification (72 ° C, 1 minute). Then, agarose gel electrophoresis by performing a DNA amplification process at 72 ℃ for 5 minutes is Figure 3 (b). In order to amplify the 1 kb lambda DNA fragment, λ-1 primers in the forward and reverse directions were used. Neq as shown in the result of Fig. 3 (b) DNA polymerase was able to use dITP up to 50% concentration, and Taq DNA polymerase was available up to 75%.

실시예Example 4:  4: NeqNeq Plus DNA 중합 효소의 제조 및  Preparation of Plus DNA Polymerase and PCRPCR 의 응용Application of

교정 활성을 가진 Neq DNA 중합효소와 교정 활성을 갖지 않는 Taq DNA 중합효소 ((주)렉스진바이오텍, Super Taq 중합효소, E1001B)를 효소의 활성 단위 (Unit)를 기준으로 하여 1:10 내지 1:100의 비율로 혼합하였다. 즉, Neq DNA 중합효소는 0.2 U/μl부터 0.02 U/μl의 농도로 이용하였으며, Taq DNA 중합 효소는 2 U/μl의 농도로 이용하여 다음과 같이 DNA 중합효소 혼합물을 제조하였다. Taq DNA 중합효소 2 U/μl에 Neq DNA 중합효소의 0.02 U/μl - 0.2 U/μl까지 농도별로 각각 첨가하여 10 개의 효소 농도가 다른 혼합물들에 30 ng의 람다 DNA를 주형(template)으로 각각 첨가하였다. 또 상기 혼합물에 10 kb DNA 단편 증폭을 목표로 정방향과 역방향의 λ-10 PCR 용 프라이머 (표 1 참조)와, 250μM의 dNTP, Super Taq 완충액 II ((주)렉스진바이오텍, Super Taq 완충용액, )를  각각 첨가하여 최종적으로 PCR 반응 혼합물 (총 50 ㎕)을 준비하였다.  이 PCR 혼합물들을 95℃에서 3분간 DNA 변성 과정을 수행한 다음, DNA 변성 (94℃, 1분), 프라이머 어닐링 (56℃, 1분) 및 DNA 증폭 (72℃, 8분)의 3단계 과정을 25회 반복한 후, 마지막으로 72℃에서 10분의 추가적인 증폭시간을 주었다. 20 kb를 목표로 한 PCR에서는 정방향과 역방향의 λ-20 프라이머 (표 1 참조)를 사용하였으며, 위와 같은 조건으로 72℃에서의 증폭시간을 8분 대신에 15분을 주어서 PCR을 수행하였다. Neq DNA polymerase having corrective activity and Taq DNA polymerase (rexgene Biotech Co., Ltd., Super Taq polymerase, E1001B) without corrective activity are 1:10 to 1: based on the active unit of the enzyme. Mix at the rate of 100. That is, Neq DNA polymerase was used at a concentration of 0.2 U / μl to 0.02 U / μl, and Taq DNA polymerase was used at a concentration of 2 U / μl to prepare a DNA polymerase mixture as follows. Add 2 U / μl of Taq DNA Polymerase to 0.02 U / μl-0.2 U / μl of Neq DNA Polymerase, respectively, and add 30 ng of lambda DNA as a template to 10 different enzyme mixtures. Added. In addition, a primer for λ-10 PCR in the forward and reverse directions (see Table 1) and 250 μM of dNTP and Super Taq Buffer II (RexJin Biotech, Super Taq Buffer,) aimed at amplifying 10 kb DNA fragments into the mixture. Each was added to finally prepare a PCR reaction mixture (50 μl total). The PCR mixtures were subjected to DNA denaturation at 95 ° C. for 3 minutes, followed by three steps of DNA denaturation (94 ° C., 1 minute), primer annealing (56 ° C., 1 minute), and DNA amplification (72 ° C., 8 minutes). After repeated 25 times, the final amplification time of 10 minutes at 72 ℃ was given. In the PCR aimed at 20 kb, λ-20 primers (see Table 1) in the forward and reverse directions were used, and PCR was performed by giving 15 minutes instead of 8 minutes at 72 ° C. under the above conditions.

도 4는 위의 Neq DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소의 혼합비율에 따른 람다 DNA 단편의 PCR 산물을 0.8% 아가로스 겔 (agarose gel)에 전기 영동한 결과를 나타낸 것이다. 도 4 (a)는 10 kb의 증폭 결과를 보여주며, 도 4 (b)는 20 kb의 증폭 결과를 보여준다. M1과 M2는 1 kb DNA 마커를 나타내며, M2는 람다 DNA를 HindIII 제한 효소로 절단한 DNA 마커이다. 레인 1은 Taq DNA 중합 효소만을 사용한 결과를, 레인 2~11은 TaqNeq 중합 효소를 도 4에 표시한 비율에 따라 혼합하여 수행한 결과를 나타낸 것이다. 이 결과를 근거로 하여 가장 증폭 효율이 좋은 10:1 (Taq 중합효소: Neq 중합효소) 비율의 효소 혼합물을 Neq plus DNA 중합효소라고 명명하였다. Neq plus DNA 중합효소는 10 kb에서 Taq DNA 중합효소보다 더 우월한 증폭 효율을 보였으며, 그뿐만 아니라 20 kb에서도 성공적으로 PCR을 수행할 수 있었다. Figure 4 shows the results of the electrophoresis of the PCR product of the lambda DNA fragment according to the mixing ratio of Neq DNA polymerase and Taq DNA polymerase on 0.8% agarose gel (agarose gel). 4 (a) shows an amplification result of 10 kb, Figure 4 (b) shows an amplification result of 20 kb. M1 and M2 represent 1 kb DNA markers, and M2 is a DNA marker obtained by cleaving lambda DNA with Hin dIII restriction enzymes. Lane 1 shows the results of using only Taq DNA polymerase, lanes 2 to 11 show the results of mixing Taq and Neq polymerase according to the ratio shown in FIG. Based on these results, the most amplified efficiency of 10: 1 ( Taq polymerase: Neq polymerase) ratio of enzyme mixture is Neq. It was named plus DNA polymerase. Neq plus DNA polymerase showed a superior amplification efficiency than Taq DNA polymerase at 10 kb, as well as successfully performed PCR at 20 kb.

실시예Example 5:  5: dUTPdUTP 존재 하에서  In existence NeqNeq plus DNA 중합효소를 이용한  plus DNA polymerase PCRPCR 의 수행Done of

dUTP 존재 하에서 Neq plus DNA 중합효소의 증폭 효율성을 알아보기 위해서 250μM의 dNTP (dTTP를 dUTP로 대체함)와 0.22 U/μl의 Neq plus DNA 중합효소 및 Super Taq 완충액 II를 각각 첨가한 혼합액에 1 kb, 2 kb, 4 kb, 6 kb, 8 kb의 다양한 DNA 단편 길이를 증폭하기 위한 프라이머들를 각각 첨가하여 PCR을 수행하였다 (정방향과 역방향의 λ-1, 2, 4, 6, 8 프라이머, 표 1 참조). 또한 증폭량을 비교하기 위해서 상기 PCR 반응혼합물에서 Neq plus DNA 중합효소 대신에 Neq DNA 중합효소 (0.4 U/μl)만을 첨가하거나, Taq DNA 중합효소 (0.2 U/μl)만을 첨가한 것을 함께 PCR을 하였다.  PCR 조건은 95℃에서 3분간 DNA 변성 과정을 수행한 다음, DNA 변성 (94℃, 20 초), 프라이머 어닐링 (56℃, 20 초) 및 DNA 증폭 (72℃, 8분)의 3단계 과정을 25회 반복한 후, 마지막으로 72℃에서 10분의 추가적인 증폭시간을 주었다. PCR의 수율은 랩워크 4.6 (LabWorks 4.6) 프로그램을 이용하여 비교하였다. 도 5는 위의 PCR 산물을 0.8% 아가로스 겔 (agarose gel)에 전기 영동한 결과이다. 도 5에서 보는 바와 같이, Taq DNA 중합효소는 6 kb까지만 증폭을 할 수 있었다. 반면에 Neq plus DNA 중합효소는 모든 증폭 길이 (1~8 kb)에서 향상된 PCR 효율을 보였다. 4 kb의 DNA 단편을 기준으로 비교해 볼 때 Neq plus DNA 중합효소는 Neq DNA 중합효소에 비해 2.3배의 향상된 증폭 효율을, Taq DNA 중합효소에 비해 3.4배의 향상된 증폭 효율을 나타냈다.To determine the amplification efficiency of Neq plus DNA polymerase in the presence of dUTP, 1 kb to a mixture containing 250 μM of dNTP (replacement of dTTP with dUTP), 0.22 U / μl of Neq plus DNA Polymerase and Super Taq Buffer II, respectively. PCR was performed by adding primers for amplifying various DNA fragment lengths of 2 kb, 4 kb, 6 kb, and 8 kb, respectively (for forward and reverse λ-1, 2, 4, 6, 8 primers, Table 1 Reference). In addition, in order to compare the amount of amplification, the PCR reaction mixture was added with only Neq DNA polymerase (0.4 U / μl) or Taq DNA polymerase (0.2 U / μl) instead of Neq plus DNA polymerase. . PCR conditions were carried out for 3 minutes DNA denaturation process at 95 ℃, followed by three steps of DNA denaturation (94 ℃, 20 seconds), primer annealing (56 ℃, 20 seconds) and DNA amplification (72 ℃, 8 minutes) After 25 repetitions, an additional amplification time of 10 minutes was given at 72 ° C. Yields of PCR were compared using the LabWorks 4.6 program. Figure 5 is the result of electrophoresis of the above PCR product on 0.8% agarose gel (agarose gel). As shown in Figure 5, Taq DNA polymerase was able to amplify up to 6 kb. In contrast, Neq plus DNA polymerase showed improved PCR efficiency at all amplification lengths (1-8 kb). Compared to 4 kb DNA fragments, Neq plus DNA polymerase showed 2.3 times higher amplification efficiency than Neq DNA polymerase and 3.4 times higher than Taq DNA polymerase.

다양한 DNA 단편 길이를 증폭하기 위한 PCR 프라이머들PCR primers to amplify various DNA fragment lengths 서열
번호
order
number
Primer name
(target size)
Prime name
(target size)

Sequence

Sequence
Lambda DNA
sequence landmarks
(bp)
Lambda DNA
sequence landmarks
(bp)
1One λ-1
(1kb)
λ-1
(1 kb)
λ-1Fλ-1F CAAAGGCGGTTAAGGTGGTACAAAGGCGGTTAAGGTGGTA 20791~21787
20791 ~ 21787
22 λ-1Rλ-1R GGCTGTACCGGACAATGAGTGGCTGTACCGGACAATGAGT 33 λ-2
(2kb)
λ-2
(2 kb)
λ-2Fλ-2F AGAAGTTCAGGAAGCGGTGAAGAAGTTCAGGAAGCGGTGA 4212~6221
4212 ~ 6221
44 λ-2Rλ-2R ACGGAAAAAGAGACGCAGAAACGGAAAAAGAGACGCAGAA 55 λ-4
(4kb)
λ-4
(4 kb)
λ-4Fλ-4F CCGGTAATGGTGAGTTTGCTCCGGTAATGGTGAGTTTGCT 9643~13652
9643 ~ 13652
66 λ-4Rλ-4R GTACTGGTGCCTTTGCCATTGTACTGGTGCCTTTGCCATT 77 λ-6
(6kb)
λ-6
(6 kb)
λ-6Fλ-6F TTTACAGCGTGATGGAGCAGTTTACAGCGTGATGGAGCAG 3587~9577
3587-9577
88 λ-6Rλ-6R GACACGGTGGCTTTTGTTTTGACACGGTGGCTTTTGTTTT 99 λ-8
(8kb)
λ-8
(8 kb)
λ-8Fλ-8F AGCTGAGTTTTGCCCTGAAAAGCTGAGTTTTGCCCTGAAA 10128~18130
10128-18130
1010 λ-8Rλ-8R AATGTTTGCCGTCTTTGGTCAATGTTTGCCGTCTTTGGTC 1111 λ-10
(10kb)
λ-10
(10 kb)
λ-10Fλ-10F AGGATGACTGGTGGCGTAACAGGATGACTGGTGGCGTAAC 14556~24548
14556-24548
1212 λ-10Rλ-10R GTGCCTAGCAAACTCGGAAGGTGCCTAGCAAACTCGGAAG 1313 λ-20
(20kb)
λ-20
(20 kb)
λ-20Fλ-20F AAGGCAGAGGCTGCGTATAAAAGGCAGAGGCTGCGTATAA 11520~31526
11520 ~ 31526
1414 λ-20Rλ-20R ATGCCTGGTACTTTGCCAACATGCCTGGTACTTTGCCAAC

상기 모든 프라이머는 5'→3'의 방향을 가지고 있다.All the primers have a direction of 5 '→ 3'.

실시예Example 6:  6: NeqNeq plus DNA 중합효소의  plus of DNA polymerase PCRPCR 정확성(fidelity) 비교 Fidelity comparison

내열성 DNA 중합효소들을 이용한 PCR 정확성(fidelity) 비교는 룬버그 (Lundberg)의 방법을 다음과 같이 약간 변형하여 수행하였다 (참조: Lundberg et al., 1991, Gene 108, 1-6). 먼저 lacZ (β-galactosidase 유전자)를 포함하고 있는 발현벡터 pJR-lacZ의 lacZα 단편 (835bp) 을 주형으로 하여, Neq, Neq plus DNA, Taq, Pfu DNA 중합효소를 각각 사용하여 94℃ 30초, 60℃에서 30초, 72℃에서 1분의 조건으로 25회 반복한 후, PCR 산물을 제한효소 BamHI 과 ClaI으로 각각 절단한 후 동일 제한효소로 절단된 전기 벡터에 접합 후 형질전환시킨 후, IPTG와 X-gal 및 항생제 암피실린이 첨가된 고체배지에 고르게 도말한 후 37℃에서 16시간 동안 배양하였다. 그 후, 하얀 콜로니와 푸른 콜로니의 수를 세었다. 이를 바탕으로 하여 돌연변이율 (mutation frequency)과 에러율 (error rate)를 조사하였다 (표 2 참조). Neq plus DNA 중합효소는 7.96x10-6의 에러율을 나타내었다.  Taq DNA 중합효소의 에러율은 11.96 x 10-6으로, 이는 Neq plus DNA 중합효소보다 1.5 배 더 높은 수치를 나타내었다. 반면에 Neq DNA 중합효소는 6.67 x 10-6의 에러율을, Pfu DNA 중합효소는 2.67 x 10-6의 에러율을 나타내었다.PCR fidelity comparisons using heat resistant DNA polymerases were performed with a slight modification of the Lundberg method (Lundberg et al ., 1991, Gene 108, 1-6). First, the lacZα fragment (835bp) of the expression vector pJR-lacZ containing lacZ (β-galactosidase gene) was used as a template, and 94 ° C 30 seconds, 60 ° C using Neq , Neq plus DNA, Taq , and Pfu DNA polymerase, respectively. After repeating 25 times at 30 ° C. for 1 minute at 72 ° C., the PCR product was digested with restriction enzymes Bam HI and Cla I, respectively, and then transformed after conjugation to an electric vector digested with the same restriction enzyme. IPTG, X-gal and antibiotic ampicillin were evenly spread on a solid medium and incubated at 37 ° C. for 16 hours. After that, white and blue colonies were counted. Based on this, mutation frequency and error rate were examined (see Table 2). Neq plus DNA polymerase showed an error rate of 7.96 × 10 −6 . The error rate of Taq DNA polymerase is 11.96 x 10 -6 , which is Neq 1.5 times higher than the plus DNA polymerase. Neq on the other hand The DNA polymerase showed an error rate of 6.67 × 10 −6 and the Pfu DNA polymerase showed an error rate of 2.67 × 10 −6 .

Neq , Neq plus, Pfu , Taq DNA 중합효소의 PCR 정확성(fidelity) 비교 Neq , Comparison of PCR fidelity of Neq plus, Pfu and Taq DNA polymerase   Blue Blue White White Mutation frequencya Mutation frequency a Template doublingsb Template doublings b Error ratec
(ⅹ10-6)
Error rate c
(Ⅹ10 -6 )
Fold improvement over Taq Fold improvement over Taq
NeqNeq 87678767 410410 0.05390.0539 9.689.68 6.676.67 1.81.8 Neq plus Neq plus 70397039 536536 0.07070.0707 10.6410.64 7.967.96 1.51.5 PfuPfu 88218821 208208 0.02300.0230 10.3210.32 2.662.66 4.54.5 TaqTaq 63496349 744744 0.10480.1048 10.4910.49 11.9611.96 1One

a 돌연변이율(mutation frequency)은 전체 콜로니의 수를 하얀 콜로니의 수로 나눈 값이다.  a Mutation frequency is the total number of colonies divided by the number of white colonies.

b Template doubling (d)은 ‘2 d =(PCR 산물의 양)/(시작 DNA 주형의 양)’의 방정식을 이용하였다. b Template doubling (d) used the equation '2 d = (amount of PCR product) / (amount of starting DNA template)'.

c 에러율(error rate)은 ‘에러율=돌연변이율/(bpd)’의 방정식을 이용하여 계산하였다. bp는 LacZα 유전자의 길이인 835이며, d는 template doubling 값을 의미한다.  c The error rate was calculated using the equation 'error rate = mutation rate / ( bpd )'. bp is the length of the LacZα gene 835, d is a template doubling value.

실시예Example 7:  7: 우라실Uracil -DNA DNA 글리코실라제와With glycosylase NeqNeq plus DNA 중합효소를 이용한  plus DNA polymerase PCRPCR 의 응용Application of

본 발명인 Neq plus DNA 중합효소를 UDG (uracil-DNA glycosylase)와 함께 응용하여 교차 오염을 방지하는 PCR을 수행하였다. 우선 PCR를 이용하여 람다 DNA를 주형으로 2 kb 우라실-DNA (오염 DNA) 기질 및 4 kb DNA (정상 DNA) 기질 2종류 기질을 제조하였다. 2 kb 우라실-DNA 기질과 4 kb DNA 기질의 증폭을 위하여 λ-2와 λ-4 프라이머를 각각 이용하였다. The inventor Neq plus DNA polymerase was applied with UDG (uracil-DNA glycosylase) to perform PCR to prevent cross contamination. First, 2 kb uracil-DNA (dirty DNA) substrates and 4 kb DNA (normal DNA) substrates were prepared using lambda DNA as a template. Λ-2 and λ-4 primers were used to amplify the 2 kb uracil-DNA substrate and the 4 kb DNA substrate, respectively.

먼저 2 kb 우라실-DNA 기질 합성을 위한 PCR 조건은 다음과 같다. 50 ㎕의 PCR 혼합물로 dATP, dCTP, dGTP 및 dUTP를 최종농도가 250μM씩 되도록 각각 첨가하였고, 23 ng의 람다 DNA, 5 pmol의 정방향과 역방향의 λ-2 프라이머들, 0.5 U/μl Super Taq DNA 중합 효소 및 1X Super Taq 완충용액 II를 첨가하였다. PCR은 94℃에서 30초, 58℃ 30초, 72℃ 1분 30초를 30회 반복 실시하였다. 가능한 DNA의 혼입을 줄이기 위해 이렇게 증폭된 우라실-DNA를 소량 취해서 동일한 방법으로 다시 한번 증폭하였다. First, PCR conditions for 2 kb uracil-DNA substrate synthesis are as follows. 50 μl of the PCR mixture was added dATP, dCTP, dGTP and dUTP to the final concentration of 250 μM, respectively, 23 ng lambda DNA, 5 pmol of forward and reverse λ-2 primers, 0.5 U / μl Super Taq DNA Polymerase and IX Super Taq Buffer II were added. PCR was repeated 30 times at 94 degreeC for 30 second, 58 degreeC 30 second, and 72 degreeC 1 minute 30 second. To reduce possible DNA incorporation, a small amount of this amplified uracil-DNA was taken and amplified once again in the same manner.

4 kb DNA 기질 합성을 위한 PCR 조건은 정방향과 역방향의 λ-4 프라이머를 각각 첨가하였고, dUTP를 첨가하는 대신에 dTTP를 첨가한다는 조건 외에는 상기의 2 kb 우라실-DNA 기질 합성 방법과 동일하다. 후속하여, 2 종류의 기질을 PCR로 제조한 다음 PCR 정제 키트를 사용하여 PCR 산물을 순수 분리하여 각각의 기질로 사용하였다. PCR conditions for 4 kb DNA substrate synthesis were the same as the 2 kb uracil-DNA substrate synthesis method described above except that the forward and reverse λ-4 primers were added and dTTP was added instead of dUTP. Subsequently, two kinds of substrates were prepared by PCR, and then PCR products were purely separated using a PCR purification kit and used as each substrate.

UDG를 이용하여 인위적으로 오염시킨 2 kb 우라실-DNA (오염 DNA)를 분해한 후, 0.22 U/μl의 Neq plus DNA 중합효소와 0.2 U/μl의 Taq DNA 중합효소를 이용하여 4 kb의 정상 DNA를 각각 얼마나 효율적으로 증폭하는지 비교하는 실험이다. PCR 반응 혼합액은 다음과 같이 제조하였다. 상기 제조한 2 kb 우라실-DNA (75 pg/㎕) 기질과 4 kb DNA (150 pg/㎕) 기질과, 1 U/μl의 BMTU 3346 UDG (Roche)와 1X Super Taq 완충용액 II, 250 μM의 dATP, dCTP, dGTP 및 dUTP, 5 pmol의 각각의 프라이머들 [λ-2F와 λ-2R (2kb DNA단편증폭), λ-4F와 λ-4R (4kb DNA단편증폭)] 및 Neq plus DNA 중합효소 혹은 Taq DNA 중합효소를 각각 첨가하여 PCR을 수행하였다. 상기 PCR은 94℃에서 20초, 56℃에서 20 초, 72℃에서 3분 30초를 20회, 25회, 30회 반복 수행하였고, PCR 산물은 0.8% 아가로스 겔에 전기 영동한 후, 도 6에 나타내었다. After digestion of artificially contaminated 2 kb uracil-DNA (contaminated DNA) using UDG, 4 kb of normal DNA using 0.22 U / μl of Neq plus DNA polymerase and 0.2 U / μl of Taq DNA polymerase. This experiment compares how efficiently each amplifies. PCR reaction mixture was prepared as follows. 2 kb uracil-DNA (75 pg / μl) substrate and 4 kb DNA (150 pg / μl) substrate prepared above, 1 U / μl of BMTU 3346 UDG (Roche) and 1 × Super Taq buffer II, 250 μM dATP, dCTP, dGTP and dUTP, 5 pmol primers [λ-2F and λ-2R (2 kb DNA fragment amplification), λ-4F and λ-4R (4 kb DNA fragment amplification)] and Neq plus DNA polymerase Alternatively, PCR was performed by adding Taq DNA polymerase, respectively. The PCR was repeated 20 times, 25 times, 30 times for 20 seconds at 94 ° C, 20 seconds at 56 ° C, 3 minutes 30 seconds at 72 ° C, and PCR products were electrophoresed on 0.8% agarose gel. 6 is shown.

도 6의 레인 1은 컨트롤로서 UDG를 넣지 않고 Neq plus DNA 중합효소로 PCR을 수행한 결과이며, 오염된 2 kb 우라실-DNA와 4 kb의 정상 DNA가 모두 증폭이 되었음을 알 수 있다. 레인 2~4 Taq DNA 중합효소를 이용하여, 20, 25, 30 주기로 PCR을 수행한 결과이다. 레인 5~7은 Neq plus DNA 중합효소를 이용하여, 20, 25, 30 주기로 PCR을 수행한 결과이다. 결과에서 보는 것과 같이 같은 주기로 PCR한 시료들의 비교에서 Neq plus DNA 중합 효소가 Taq DNA 중합 효소보다 UDG와 dUTP를 이용한 PCR에서 월등히 효율적임을 알 수 있었다.Lane 1 in Figure 6 shows Neq without the UDG as a control. As a result of PCR by plus DNA polymerase, it can be seen that both contaminated 2 kb uracil-DNA and 4 kb of normal DNA were amplified. Lane 2 to 4 using the Taq DNA polymerase, the results of PCR in 20, 25, 30 cycles. Lanes 5-7 are Neq Using a plus DNA polymerase, PCR is the result of 20, 25, 30 cycles. Neq in the comparison of samples that were PCR with the same cycle as shown in the results. Plus DNA polymerase was found to be significantly more efficient in PCR using UDG and dUTP than Taq DNA polymerase.

이상에서 본 발명을 특정 실시예들을 중심으로 하여 설명하였지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술 분야에서 가능하며, 따라서 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아니라 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다. 본 발명에서 인용된 모든 문헌은 본 발명의 명세서에 참조로서 통합된다. While the invention has been described above with reference to specific embodiments, various modifications, changes or modifications are possible in the art within the spirit and scope of the appended claims, and thus the foregoing description and drawings illustrate the invention. It should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention but as illustrating the present invention. All documents cited in the present invention are incorporated herein by reference.

도 1은 Neq DNA 중합효소의 PCR 최적조건을 결정하기 위해 다양한 pH (도 1a), MgCl2 농도 (도 1b), KCl 농도 (도 1c) 하에서 1kb DNA 단편을 각각 증폭한 결과이다Figure 1 shows the various pH (Fig. 1a), MgCl 2 to determine the PCR optimum conditions of Neq DNA polymerase 1 kb DNA fragments were amplified under concentrations (FIG. 1b) and KCl concentrations (FIG. 1c).

도 2는 DNA 증폭 길이에 따른 Neq DNA 중합효소의 PCR 효율성을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the PCR efficiency of Neq DNA polymerase according to the length of DNA amplification.

도 3의 (a)는 dNTP 및 탈아민화된 기질(dUTP, dITP)의 존재 하에서 Neq DNA 중합효소 외 4종의 DNA 중합효소 (Taq , Pfu , Vent, KOD)의 PCR 수행능력을 각각 비교한 것이다. 도 3의 (b)는 dITP 비율에 따른 NeqTaq DNA 중합효소의 PCR 증폭효율을 비교한 결과이다.   Figure 3 (a) is a comparison of the PCR performance of the four DNA polymerases ( Taq , Pfu , Vent , KOD ) other than Neq DNA polymerase in the presence of dNTP and deaminated substrates (dUTP, dITP), respectively . 3 (b) shows Neq and Taq according to the dITP ratio This is the result of comparing PCR amplification efficiency of DNA polymerase.

도 4는 Neq DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소를 제시된 비율에 맞게 혼합한 후 이를 이용하여 10 kb DNA 단편 (도 4a)과 20 kb DNA 단편 (도 4b)을 PCR을 통해 각각 증폭한 결과이다.4 is a result of amplifying Neq DNA polymerase and Taq DNA polymerase according to the ratios indicated, and then amplifying 10 kb DNA fragments (FIG. 4a) and 20 kb DNA fragments (FIG. 4b) by PCR.

도 5는 dUTP 존재 하에서 Neq DNA 중합효소, Neq plus DNA 중합효소, Taq DNA 중합효소의 합성 산물 길이에 따른 PCR 효율성을 각각 비교하여 나타낸 것이다. Figure 5 shows the comparison of PCR efficiency according to the length of the synthesis product of Neq DNA polymerase, Neq plus DNA polymerase, Taq DNA polymerase in the presence of dUTP, respectively.

도 6은 dUTP와 우라실 DNA 글리코실라제 (uracil-DNA glycosylase)를 이용하여 Neq plus DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소의 PCR 효율성을 PCR 주기 (cycle)에 따라 비교하여 나타낸 것이다.Figure 6 shows the comparison of PCR efficiency of Neq plus DNA polymerase and Taq DNA polymerase by PCR cycle (uracil-DNA glycosylase) using dUTP and uracil-DNA glycosylase.

<110> SUNGKYUNKWAN UNIVERSITY Foundation for Corporate Collaboration <120> Nanoarchaeum equitans plus DNA polymerase, method for preparing the same and its PCR method using dUTP and uracil-DNA glycosylase <130> IPDC35222 <160> 14 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-1 forward primer <400> 1 caaaggcggt taaggtggta 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-1 reverse primer <400> 2 ggctgtaccg gacaatgagt 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-2 forward primer <400> 3 agaagttcag gaagcggtga 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-2 reverse primer <400> 4 acggaaaaag agacgcagaa 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-4 forward primer <400> 5 ccggtaatgg tgagtttgct 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-4 reverse primer <400> 6 gtactggtgc ctttgccatt 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-6 forward primer <400> 7 tttacagcgt gatggagcag 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-6 reverse primer <400> 8 gacacggtgg cttttgtttt 20 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-8 forward primer <400> 9 agctgagttt tgccctgaaa 20 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-8 reverse primer <400> 10 aatgtttgcc gtctttggtc 20 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-10 forward primer <400> 11 aggatgactg gtggcgtaac 20 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-10 reverse primer <400> 12 gtgcctagca aactcggaag 20 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-20 forward primer <400> 13 aaggcagagg ctgcgtataa 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-20 reverse primer <400> 14 atgcctggta ctttgccaac 20 <110> SUNGKYUNKWAN UNIVERSITY Foundation for Corporate Collaboration <120> Nanoarchaeum equitans plus DNA polymerase, method for preparing          the same and its PCR method using dUTP and uracil-DNA glycosylase <130> IPDC35222 <160> 14 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-1 forward primer <400> 1 caaaggcggt taaggtggta 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-1 reverse primer <400> 2 ggctgtaccg gacaatgagt 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-2 forward primer <400> 3 agaagttcag gaagcggtga 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-2 reverse primer <400> 4 acggaaaaag agacgcagaa 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-4 forward primer <400> 5 ccggtaatgg tgagtttgct 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-4 reverse primer <400> 6 gtactggtgc ctttgccatt 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-6 forward primer <400> 7 tttacagcgt gatggagcag 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-6 reverse primer <400> 8 gacacggtgg cttttgtttt 20 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-8 forward primer <400> 9 agctgagttt tgccctgaaa 20 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-8 reverse primer <400> 10 aatgtttgcc gtctttggtc 20 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-10 forward primer <400> 11 aggatgactg gtggcgtaac 20 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-10 reverse primer <400> 12 gtgcctagca aactcggaag 20 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-20 forward primer <400> 13 aaggcagagg ctgcgtataa 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Lambda-20 reverse primer <400> 14 atgcctggta ctttgccaac 20  

Claims (15)

Neq DNA 중합효소(Nanoarchaeum equitans DNA polymerase)와 Taq DNA 중합효소(Thermus aquaticus DNA polymerase)를 1:10의 농도 비율로 혼합하여 제조된 dUTP(2'-deoxyuridine 5'-triphosphate) 존재 하에서 PCR 중합반응을 수행하기 위한 Neq 플러스(plus) DNA 중합효소.The Neq DNA polymerase (Nanoarchaeum equitans DNA polymerase) and Taq DNA polymerase (Thermus aquaticus DNA polymerase) for the prepared mixture at a concentration ratio of 1:10 dUTP (2'-deoxyuridine 5'- triphosphate) PCR polymerase reaction in the presence Neq plus DNA polymerase to perform. Neq DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소를 1:10 내지 1:100의 농도 비율로 혼합하여 제조된 dUTP(2'-deoxyuridine 5'-triphosphate) 존재 하에서 PCR 중합반응을 수행하기 위한 효소 혼합물.Enzyme mixture for performing PCR polymerization in the presence of dUTP (2'-deoxyuridine 5'-triphosphate) prepared by mixing Neq DNA polymerase and Taq DNA polymerase in a concentration ratio of 1:10 to 1: 100. Neq DNA 중합효소와 Taq DNA 중합효소를 1:10의 농도 비율로 혼합하여 dUTP(2'-deoxyuridine 5'-triphosphate) 존재 하에서 PCR 중합반응을 수행하기 위한 Neq 플러스(plus) DNA 중합효소를 제조하는 방법. Neq DNA polymerase and Taq DNA polymerase are mixed at a concentration ratio of 1:10 to prepare Neq plus DNA polymerase for performing PCR polymerization in the presence of dUTP (2'-deoxyuridine 5'-triphosphate). Way. 제 1항의 Neq 플러스(plus) DNA 중합효소를 이용하여 핵산 중합 반응을 수행하는 방법.A method of performing a nucleic acid polymerization reaction using the Neq plus (DNA) polymerase of claim 1. 삭제delete 삭제delete 제4항에 있어서, 우라실-DNA 글리코실라제(UDG; uracill-DNA glycosylase)를 더 포함함을 특징으로 하는 PCR 방법.The method of claim 4, further comprising uracil-DNA glycosylase (UDG). 삭제delete 제 1항의 Neq plus DNA 중합효소, 우라실 염기를 포함하는 DNA 기질, dUTP 및 우라실-DNA 글리코실라제(UDG)를 포함하는 PCR 반응용 조성물. Neq plus DNA polymerase of claim 1, a DNA substrate comprising a uracil base, dUTP and uracil-DNA glycosylase (UDG) composition for a PCR reaction. 제 9항의 PCR 반응용 조성물을 25℃에서 10분간 반응하여 오염된 우라실 DNA를 분해시킨 후 PCR을 수행함으로써 PCR 반응 산물의 교차 오염을 제거하는 방법.A method of removing cross-contamination of a PCR reaction product by performing PCR after decomposing contaminated uracil DNA by reacting the composition for a PCR reaction of claim 9 for 10 minutes at 25 ° C. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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