JP3640840B2 - Nucleic acid fragment separation method and nucleic acid sequence pretreatment apparatus - Google Patents

Nucleic acid fragment separation method and nucleic acid sequence pretreatment apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成核酸断片の精製方法に関し、特に、プライマーにヌクレオチドを付加させて伸長させて合成された核酸断片から不要な未反応のヌクレオチドを除去する方法に関する。また、本発明は、この精製方法を利用した核酸シークエンス前処理方法並びに装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、遺伝子等の特性を解析するために、その遺伝子の塩基配列を決定することは不可欠になってきている。この遺伝子等の塩基配列を決定する方法の一つにサンガ(sanger)法(または、ジデオキシ法とも言われている)がある。
【0003】
このサンガ法では、鋳型DNAと相補するプライマーとを含む反応液にデオキシリボヌクレオチド(dNTP;dATP、dCTP、dGTP、dTTP)を添加したものを4つ準備し、この4つにdNTPとは別にそれぞれ一種類のジデオキシリボヌクレオチド(ddNTP)すなわちddATP、ddCTP、ddGTP又はddTTPを添加して、ポリメラーゼ存在下で伸長反応を行なわせる。
【0004】
この伸長反応では、鋳型DNAの塩基配列と相補する塩基がプライマーの3’末端に次々付加され鎖が伸長するが、この伸長過程でジデオキシリボヌクレオチドが付加されると、次の塩基が結合できず鎖伸長が停止する。従って、このジデオキシリボヌクレオチドが付加された位置の相違から、各反応液中には鋳型DNAに相補する種々の長さの一本鎖の核酸断片が生成される。そして、最終的に各反応液中の各核酸断片を並行に電気泳動で分画することにより、この分画パターン(シークエンスラダー)から鋳型DNAの塩基配列が決定される。
【0005】
このサンガ法は、操作の簡便さ、解析精度の高さなどの点から広く用いられ、近年では、このサンガ法に基づいたシークエンス決定器などが種々開発されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記シークエンス決定においては、より長い核酸配列を読む取れるようにすることが求められているが、上記サンガ法においては未反応のヌクレオチド(デキオキシヌクレトチド、ジデオキシリボヌクレオチド)が、最終的な電気泳動のパターンを読み取る際に障害となり、その読み取りを困難にし、また読み取る長さを制限することになる場合があった。特に、このような問題は内部標識法やターミネータ標識法において顕著であった。
【0007】
すなわち、サンガ法において、最終的に電気泳動を行い、その電気泳動パターンを読み取るためには、各断片を視覚化する必要がある。この視覚化を行うために断片の標識が行われる。この断片の標識法には、大きく分けて内部標識法とターミネータ標識法とプライマー標識法という3つの方法がある。プライマー標識法では、シークエンス用断片を合成する際に用いられるプライマーをあらかじめ蛍光等で標識し、この標識されたプライマーを用いてシークエンス用断片の合成が行われる。
【0008】
一方、内部標識法及びターミネータ標識法では、プライマーは特に標識されている必要はなく、合成の際の基質であるヌクレオチドとして蛍光等の標識がされたものが用いられる。このように標識されたヌクレオチドを用いて断片の合成を行うことにより、合成されたシークエンス用断片が結果として標識されることになる。この内部標識方法及びターミネータ標識法では、プライマー標識法のように、あらかじめプライマーなどを標識する必要がないため簡便であり、任意のプライマーを用いることができるため、決定したい核酸領域に合わせたプライマーを用いて自在に核酸シークエンスの決定を行うことが可能となる。
【0009】
しかし、この内部標識法及びターミネータ標識法では、上述したように簡便な方法であるが、最終的に電気泳動で核酸断片を分画し読み取る際に核酸断片と共に多量に存在する未反応の標識ヌクレオチドがバックグランドに出現し、その周辺の伸長断片の電気泳動パターン(シークエンスラダー)の読み取りが障害されることがあった。
【0010】
そのため、このような問題を解決し、より広範囲に精度の高い塩基配列の決定を行うために、伸長反応後に未反応のヌクレオチドを除去することが行われている。このヌクレオチドの除去法としては、エタノール沈殿、精製用カラムを用いた方法等がある。
【0011】
しかし、エタノール沈殿では、反応液の量が微量であること、またその中に含まれる核酸量自体も微量であることから、エタノール沈殿後の回収率が低く、さらに回収率にばらつきが生じ易いという問題がある。特に、上記シークエンス決定においては、4つの塩基(A、G、C、T)を同時に決定することが必要になるため、これら塩基のうちいずれか一つでも、その処理過程で著しい試料の減少が生じると、全体としてシークエンス決定が行えないことにもなる。
【0012】
また、エタノール沈殿に代えて精製用カラムを用いる方法もあるが、この方法の場合には、担体に吸着させた核酸を溶出させる際に、核酸が溶出バッファにより希釈されることとなる。また、この希釈された核酸液を濃縮するためには、上記エタノール沈殿を行わざるを得ず、上記と同様の問題が生じることとなる。このように従来の未反応のヌクレオチドの除去方法では、その後のシークエンス反応の効率化を図ることは困難であった。
【0013】
他方、近年のヒトゲノム解析の進展から、今後、核酸シークエンスの解析は遺伝子が原因となる疾患の診断などに利用されることが予想される。このような疾患の臨床診断にシークエンス解析を利用する場合には、より簡便な操作で、かつ精度の高い解析が求められることとなる。
【0014】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な操作で混在するヌクレオチドを除去することができる核酸断片の分離方法を提供し、さらには、この分離方法を利用したシークエンスの前処理方法及び装置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明者らは、鋭意研究を行い、その結果、核酸合成後の反応液にフェノール試薬を添加、攪拌した後、水相とフェノール層とに分離させることにより、合成核酸を含む水相から未反応のヌクレオチドを取り除くことができることを見い出した。さらには、反応液とフェノール試薬との混合液を加温することにより水相とフェノール層とに簡便に分離させることができることをも見い出し、本発明の完成に至った。
【0016】
すなわち、本発明の核酸断片の分離方法は、鋳型核酸を含む水溶液にプライマー及びヌクレオチドを添加しポリメラーゼ存在下で前記プライマーから鎖伸長反応を行わせて合成された核酸断片を未反応のヌクレオチドから分離する方法であって、前記鎖伸長反応終了後の反応液をフェノール試薬と混合し、攪拌する攪拌工程と、前記反応液とフェノール試薬との混合液を加温する加温工程と、を含み、前記加温工程において、前記混合液を40度〜80度に加温させ、前記加温工程により、攪拌された混合液を水相とフェノール層とに分離させ、該水相を回収することにより前記核酸断片が未反応のヌクレオチドから分離されることを特徴とする。
【0017】
上記発明によれば、鎖伸長反応終了後の反応液とフェノール試薬とを含む混合液を攪拌し、加温することにより、混合液を水相とフェノール層とに分離させる。そして、このうち水相を回収することにより核酸断片を未反応のヌクレオチドから分離することができる。このように本発明では、攪拌後に遠心分離などの装置を用いることなく、熱を加えるだけで攪拌後の混合液を水相とフェノール層とに分離させることができるため、操作の簡便化を図ることが可能となり、大量の試料の処理などをも可能とする。
【0018】
本発明は、このような温度範囲で加温することにより、水相とフェノール層とを効果的に分離させることができる。
【0019】
本発明は、前記加温工程が、攪拌工程終了後に行われることを特徴とする。このように本発明によれば、加温工程を攪拌工程終了後に行うことにより、反応液とフェノール試薬とをあらかじめ十分に攪拌した上で加温により水相とフェノール層とに分離されるため、核酸断片から未反応ヌクレオチドを効率よく分離させることが可能となる。
【0020】
また、本発明は、前記核酸断片が、核酸配列決定用のシークエンス用断片であり、前記ヌクレオチドが、デオキシリボヌクレオチド又はジデオキシリボヌクレオチドであること特徴とする。
【0021】
すなわち、上記分離方法をシークエンス用断片から未反応のジデオキシヌクレオチド、デオキシヌクレオチドを分離する際に用いることにより、従来、シークエンス解析を障害する原因となっていた未反応のヌクレオチドをシークエンス用断片から分離することが可能となる。この結果、本発明によればシークエンス解析の効率化が図られる。
【0022】
本発明の核酸シークエンス前処理装置は、鋳型核酸を含む水溶液にプライマー、デオキシリボヌクレオチド及びジデオキシリボヌクレオチドを添加し、ポリメラーゼ存在下で前記プライマーから鎖伸長反応を行わせて生成されたシークエンス用断片を精製する核酸シークエンス前処理装置であって、前記鎖伸長反応終了後の反応液をフェノール試薬と混合し、攪拌する攪拌手段と、前記反応液とフェノール試薬との混合液を40度〜80度に加温する加温手段と、を含むことを特徴とする。
【0023】
上記発明によれば、攪拌手段により鎖伸長反応終了後の反応液とフェノール試薬とを含む混合液が攪拌され、加温手段により攪拌された反応液が加温され、混合液が水相とフェノール層とに分離される。ここで分離された水相には、未反応のデオキシヌクレオチドなどが除かれたシークエンス断片が含まれることになる。
【0024】
このように本発明では、従来、シークエンス解析の障害となっていた未反応のヌクレオチドをシークエンス用断片から分離することができる。その上、本発明では、加温手段により水相とフェノール層とを分離することができることから、大型化しやすい遠心分離器を備えなくても、小型の装置で上記未反応のヌクレオチドを除去するという目的を達成することが可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を用いて説明する。
【0026】
[第一の実施形態]
本実施形態の核酸の分離方法は、鋳型核酸を含む水溶液にプライマー及びヌクレオチドを添加し、ポリメラーゼ存在下で前記プライマーから鎖伸長反応を行わせて生成された核酸断片を未反応のヌクレオチドから分離する際に使用される。
【0027】
すなわち、試験管内などで人工的にDNA合成を行う際に、過剰に添加されたヌクレオチド(dNTP)が核酸断片の合成終了後に残存し、生成された核酸断片と混在することとなることから、この混在する未反応のヌクレオチドを除去するために使用される。そのため、このように合成後に核酸断片と未反応のヌクレオチドが混在するものであれば、分離対象となる核酸断片の合成法や核酸断片合成後の使用目的等には限定はされない。
【0028】
従って、上記「核酸断片」としては、サンガ法によりシークエンス決定を行うために鋳型DNAから合成された核酸断片(以下、シークエンス用断片という)や、PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)により生成された増幅核酸断片等が含まれ、このようにポリメラーゼ、ヌクレオチド存在下で人工的に合成された核酸断片であれば、核酸断片が一本鎖であると、二本鎖であるとを問わない。また、この核酸断片には、DNAに限らず、RNAを含めることもできる。
【0029】
また、除去されることとなる「ヌクレオチド」としては、核酸断片合成時に添加されるものであれば、デオキシリボヌクレオチド(dNTP)に限られず、ジデオキシリボヌクレオチド(ddNTP)なども含まれる。また、この「ヌクレオチド」には、放射線や蛍光で標識されたヌクレオチド等も含まれる。
【0030】
以下、本実施形態の分離方法を図1を用いて説明する。なお、図1には本核酸分離操作の概略を示す。
【0031】
先ず、ポリメラーゼ存在下で合成された合成核酸と未反応のヌクレオチドとが混在した反応液2を容器1に準備し、これにフェノール試薬3が添加される。このフェノール試薬3は、純粋なフェノールを用いてもよいが、好ましくは、中性フェノール、フェノール−クロロホルムなどを用いることができる。
【0032】
この中性フェノールは、融解したフェノールに緩衝液(例えば、トリスEDTA緩衝液など)を注入してpHを調整するとともにフェノールを緩衝液で飽和させることにより生成される。このような中性フェノールを用いることにより、合成終了後の反応液のpHを変動させることなく、また反応液の液量を変化させることなくヌクレオチドの除去を行うことができる。
【0033】
また、フェノール−クロロホルムは、上記中性フェノールにクロロホルムを混合することにより調製される。このようにクロロホルムを添加することにより、反応液である水溶液との比重差が大きくなり、水相とフェノール層との分離能を向上させることができ、水相中にフェノールの残留を防止することができる。
【0034】
また、これら中性フェノール、フェノール−クロロホルム以外に、ヌクレオチドを除去することができるものであれば、例えば、置換フェノール、フェノール樹脂などを用いてもよい。フェノールは揮発性が高く、また刺激臭を有するため、フェノールに代えて、フェノールに置換基が挿入された置換フェノールや樹脂として加工されているフェノール樹脂などを用いることにより環境面、取扱いの容易さの面から有利となる。
【0035】
上記フェノール試薬添加後、反応液2とフェノール試薬3とを攪拌し、懸濁液とする。この攪拌操作は、ミキサーなどを用いて行ってもよく、また、ピペットにより吸引、吐出を繰り返すピペッティング操作により実行してもよい。
【0036】
上記攪拌後、攪拌液4は加温され、攪拌液4を水相とフェノール層とに分離させる。この加温時の温度は、攪拌液を水相とフェノール層とに分離し得る温度、例えば、40度以上とすることができる。但し、高温にし過ぎると未反応のヌクレオチドの除去能が低下し水相に混在する傾向があるため、加温時の温度は、好ましくは、上限80度とすることがよく、さらに好ましくは、上限60度とする。
【0037】
また加温時間は加温温度にもよるが、加温温度が40〜60℃であれば、攪拌液を十数秒程度、より確実には30秒程度、上記温度下で保持する。
【0038】
なお、上記加温操作は、必ずしも攪拌工程後に開始する場合に限らず、攪拌工程とともに又はその前に開始し、攪拌工程終了時には、攪拌液が所定の加温温度に達した状態にすることもできる。このように加温操作を攪拌工程と同時に又はその前に開始することにより、攪拌工程と加温工程とを二段階に分けて操作を行う場合に比して、時間的な面で効率化を図ることも可能である。
【0039】
上記加温工程が終了すると、容器1内の液は水相5とフェノール層6とに分離され、これらの間に肉眼では認識できない場合もあるが中間層7が形成される。すなわち、この加温工程により遠心分離器等を用いることなく水相とフェノール層とに簡便に分離させることが可能となる。
【0040】
そして、上記において分離された水相5には、目的とする核酸断片が含有され、また、除去したい未反応のヌクレオチドは、ポリメラーゼなどの不必要となった蛋白質とともに中間層7に移行することになる。このため、最終的に、上記水相5を回収することにより、核酸断片を選択的に回収することでき、合成DNAを電気泳動等により解析する際に泳動像の読み取りを困難にさせるような未反応のヌクレオチドが除去される。その結果、この水相5中の核酸断片を用いてシークエンスなどの解析を行うことにより、解析精度の向上等を図ることが可能となる。
【0041】
[第二の実施形態]
本実施形態では、上記第一の実施形態の核酸断片の分離方法を核酸シークエンスの前処理に利用した場合を説明する。
【0042】
先ず、本実施形態において分離対象となるシークエンス用断片の合成について図2を用いて簡単に説明する。
【0043】
図2(A)に示すように、シークエンス用断片は、出発材料として、鋳型DNA、この鋳型DNAと相補するプライマー、dNTP(デオキシヌクレオチド;dATP、dCTP、dGTP、dTTPの混合物)、さらにポリメラーゼとバッファーが混合され、この混合液は、例えば96穴のプレート10の中の4つの穴12にそれぞれ添加される。そして、この4つの穴12に、さらに異なる一種類のジデオキシヌクレオチド(ddATP、ddCTP、ddGTP、ddTTPのいずれか)がそれぞれ添加される。
【0044】
シークエンス用断片は、最終的に断片を視覚化し得るように標識が行われるが、この標識方法としては、内部標識法と末端標識法のいずれを用いてもよい。例えば、内部標識法では、上記dNTPのうち少なくとも一種類の塩基が放射線や蛍光で標識されたものが用いられる。また、末端標識法では、上記プライマーもしくはターミネータがあらかじめ放射線又は蛍光で標識されたものが用いられる。
【0045】
上記において反応液が反応プレート10上で調製された後、ポリメラーゼによるDNA合成反応が行われる。このDNA合成反応では、プライマーの3’末端に鋳型DNAと相補するヌクレオチドが次々組み込まれ、鎖が伸長する。しかし、この鎖伸長過程で3’末端に水酸基のないジデオキシヌクレオチドが組み込まれると、次のヌクレオチドが結合できず鎖伸長が特異的に停止する。このようにジデオキシヌクレオチドが組み込まれた位置の相違から、図2(B)に示すように各穴12内では、種々の長さの核酸断片が生成される。
【0046】
次に、ここで生成された核酸断片から混在するヌクレオチドを除去するために前処理が行われる。
【0047】
このヌクレオチドを除去するための前処理は、上記第一の実施形態に示したフェノール試薬を用いた核酸分離方法に基づいて行われる。さらに、ここでは核酸シークエンス前処理装置により、この前処理を自動化して行う場合を示す。図3、4には、核酸シークエンス前処理装置の正面図と平面図をそれぞれ示す。
【0048】
図3、4に示すように装置内の基板13上には、準備ブロック14が備えられ、この準備ブロック14には、チップラック16、フェノール試薬を収容した試薬ラック18が配置されている。この試薬ラック18に収容されるフェノール試薬としては、上述した第一の実施形態と同様に中性フェノール、フェノール−クロロホルム等を用いることができる。
【0049】
基板13上には、上記準備ラック14に隣接して攪拌ブロック20が備えられ、この攪拌ブロック20には、上記シークエンス反応後の反応液が収容されたプレート10が載置される。この攪拌ブロック20では、プレート10内の反応液に後述する分注器24によりフェノール試薬が添加され、ここで攪拌が行われる。なお、この攪拌ブロック20における攪拌操作は、この攪拌ブロックにミキサーなどを備えて行うこともできるが、ここでは後述する分注器により攪拌を実施することとしている。なお、攪拌操作については、後に詳述する。
【0050】
攪拌ブロック20に隣接して基板13上には、ヒートブロック22が設けられている。このヒートブロック22では、攪拌ブロック20で攪拌が行われた攪拌液が移送され、この場所で攪拌液の加温が行われて、攪拌液が水相とフェノール層とに分離させる。
【0051】
このヒートブロック22における温度は、攪拌液を水相とフェノール層とに分離させ得る温度、例えば、40度〜80度、好ましくは、40度〜60度となるように調節される。また、必要に応じて、タイマー等が設けられ、加温時間が制御される。攪拌液を水相とフェノール層に分離させるためには、少なくとも十数秒間、より確実には30秒程度、加温温度で保持することが必要である。そのため、このタイマーを設置することにより、加温操作を確実に実施することができる。
【0052】
一方、基板13の上部には、分注器24が備えられている。この分注器24は、先端が基板13に向けて、ガイドレール26に左右方向に移動可能に、昇降可能に保持されている。また、このガイドレール26自体は、その両端が固定部28に前後方向にスライド可能に支持されている。そのため、分注器24は、装置の内部を前後左右自在に移動可能とされ、攪拌ラック20への試薬の移送、反応液への分注及び後述する攪拌操作を実行可能に構成されている。
【0053】
以下、上記前処理装置の動作について図6を用いて説明する。
【0054】
上記シークエンス反応が終了した反応液が収容されたプレート10が、攪拌ブロック20に配置される。また、準備ブロック14には、チップラック16、試薬ラック18が載置される。これらの準備が完了すると、分注器24は、攪拌ブロック上のプレート10に試薬ラック18からフェノール試薬を移送する。
【0055】
分注器24による試薬の移送は、先ず、分注器24が、ガイドレール26に案内されて、前記準備ブロック14のチップラック16の上部に配置され、降下してチップ16aを取り付け、上昇する。次に、試薬ラック18の上部まで案内され、その位置で降下してフェノール試薬を吸引する。試薬を吸引した分注器24は、次いで攪拌ブロックの分注するプレート10の上部まで移動し下降して、吸引したフェノール試薬を分注する(S01)。
【0056】
分注器24により試薬の分注が完了すると、図5に示すように分注器24は、プレート10の穴12内の反応液とフェノール試薬とが混合された混合液を吸引、吐出しを繰り返して、混合液の攪拌を行う(S02)。
【0057】
攪拌された混合液は、次いで、ヒートブロック22に移送される(S03)。このヒートブロック22への移送は、例えば、分注器24を用いて行うこともできる。また、図3、4には示していないアーム手段等を用いてプレート10のままヒートブロック22に移送することもできる。
【0058】
ヒートブロック22に移送された混合液は上記所定の加温温度下で加温されて、水相とフェノール層とに分離される(S04)。そして、このうち水相を回収して(S05)、続くシークエンス解析に利用される。このように加温操作により、水相とフェノール層とに分離させることにより、遠心分離器のような大型化する傾向にある機器を備えることなく、上記分離操作を実行することができる。
【0059】
上記一連の前処理操作により得られた水相は、図2(D)に示すように、電気泳動に供され、泳動パターンからシークエンスの決定が行われる。特に、本実施形態では、前処理により泳動結果の読み取りを阻害する未反応のヌクレオチド、さらには蛋白質が除去されているため、精度が高く、より長いシークエンス長のの読み取りを可能にすることができる。
【0060】
なお、ここでは第一の実施形態の核酸分離方法を核酸シークエンスの前処理に利用した前処置装置として説明したが、この装置をPCRなどの核酸増幅装置の未反応のヌクレオチドを除去する装置として利用することもできる。
【0061】
また、本実施形態では、攪拌ブロック20とヒートブロック22とを別に設けたが、これらブロックを一体化させることもできる。この場合には、反応液とフェノール試薬との攪拌操作を行う間は、常温等に保持し、攪拌終了後にそのブロックの温度を上昇させて、混合液を加温し、水相とフェノール層とに分離させることができる。
【0062】
【実施例】
本発明の核酸分離方法を実施例を用いてより詳細に説明する。ここでは、本方法を核酸シークエンス前処理方法に用いた場合を示す。
【0063】
1.シークエンス用断片の合成
鋳型DNA、プライマー、蛍光標識されたdNTP、ポリメラーゼ、バッファーを混合した混合液を4つ準備し、これらに異なる1種類のddNTPを添加した。このセットを複数準備し、それぞれポリメラーゼ反応を行わせてシークエンス用断片を生成した。
【0064】
2.前処理
上記において生成されたシークエンス用断片のセットについて前処理を行い、ヌクレオチドの除去を行った。この前処理方法としては、本実施例によるフェノール試薬による前処理を行った。
【0065】
フェノール試薬による前処理では、上記合成反応後の反応液に、同量の中性フェノールを添加し、攪拌後、50℃に加温して水相とフェノール層とに分離させた。このうち、水相を回収して、以下のシークエンス決定に用いた。
【0066】
また同時に、比較対照として従来のエタノール処理、カラムによる精製処理を行ったもの、さらに、未処理のものを準備した。この比較対照であるエタノール沈殿による前処理は、通常のエタノール沈殿法を利用した。すなわち、上記反応液に100%エタノールを添加し、氷上放置し、その後、遠心分離を行い、沈さを回収し、その沈さを緩衝液により懸濁させた。
【0067】
同様に他の比較対照であるカラムを用いた処理では、上記反応液を50μl程度に希釈し、QIA quick カラム(QIAGEN Nucleotide Removal Kit)に添加して、一定の時間経過後の溶出液を回収し、この回収液を濃縮するために上記エタノール沈殿処理を行った。
【0068】
3.シークエンス決定工程
シークエンス決定は、自動シークエンサー(LICOR Model 4200 DNAシークエンサー)を用いて行った。上記において種々の方法で前処理を行ったサンプル液を、シークエンサーの電気泳動ゲルのウェルにそれぞれ注入し、電気泳動を開始して、泳動パターン(シークエンスラダー)を記録した。なお、図7には、プライマーから1〜300bp付近の泳動パターンを示す。
【0069】
図7において、図面に向かって左端に示す未処理の反応液の泳動パターン(サンプル1)では、1〜300bp付近において、未反応のヌクレオチドによる団子状のシグナルが複数出現し、周辺のバンドの読み取りが極めて困難であることが示されている。また、図7には示されていないが300bp以上の部分では、未処理のヌクレオチドによるシグナルは出現しないものの、各バンドが尾を引いた像となりバンド間が接近した部分では重なり合って読み取りが困難であった。
【0070】
また、エタノール処理による前処理(サンプル4、5)では、未反応のヌクレオチドによるシグナルは減少したが、完全に消失するには至らなかった。また、全体的にラダー状のバンドのシグナル強度も低下し、各ヌクレオチド(レーン)においてシグナル強度が不均一なためシークエンス決定可能な範囲を狭める結果となった。また、カラムを用いた前処理(サンプル6、7)では、エタノール処理による前処理にも増して、処理後の断片の回収率が低下し各バンドのシグナル強度が著しく減少した。また、各ヌクレオチド(レーン)においてシグナル強度が不均一なためシークエンス決定が困難である。
【0071】
これに対し、本実施例のフェノール試薬を用いた処理(サンプル2、3)では、1〜300bp付近における未反応のヌクレオチドによるシグナルは完全に消失し、かつ、各バンドの分離能が向上し鮮明なラダーバンドが得られた。また、各バンドのシグナル強度が均一で、その低下率もバンドの読み取りに支障のない範囲の低下であり、非常に良好な前処理であることが示された。
【0072】
なお、上記未処理の泳動パターンでは、通常未反応のヌクレオチドは泳動の先端部分に出現することとなるが、図7に示す結果では、200bp付近に団子状に出現した。このことは未反応のヌクレオチドとポリメラーゼなどの蛋白質が塊となっていることが予想される。従って、本実施例のフェノール処理では、一つの操作で、ヌクレオチドと蛋白質とを同時に除去することができることをも示している。
【0073】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、合成後の核酸断片を失うことなく、未反応のヌクレオチドを取り除くことが可能となることから、精度の高いシークエンス解析等の核酸分析を可能とする。特に、本発明では、遠心分離のような煩わしい操作を行うことなく、簡便な操作により目的の核酸断片を回収でき、大量なサンプルの処理などに有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第一の実施形態の核酸断片分離方法の概略を示す図である。
【図2】 第二の実施形態の核酸シークエンス前処理方法を含むシークエンス決定操作の一連の工程を示す図である。
【図3】 第二の実施形態における核酸シークエンス前処理装置の正面図である。
【図4】 第二の実施形態における核酸シークエンス前処理装置の平面図である。
【図5】 第二の実施形態における核酸シークエンス前処理装置における攪拌操作を示す図である。
【図6】 第二の実施形態における核酸シークエンス前処理装置の動作を示す工程図である。
【図7】 実施例における各前処理操作を行った後のサンプルを電気泳動を行った際の1〜300bp付近のラダーバンドを示す図である。
【符号の説明】
2 反応液、3 フェノール試薬、5 水相、6 フェノール層、10 反応プレート、14 準備ブロック、16 チップラック、18 試薬ラック、20攪拌ブロック、22 ヒートブロック、24 分注器。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for purifying a synthetic nucleic acid fragment, and more particularly to a method for removing unnecessary unreacted nucleotides from a nucleic acid fragment synthesized by adding a nucleotide to a primer and extending it. The present invention also relates to a nucleic acid sequence pretreatment method and apparatus using this purification method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to analyze the characteristics of a gene or the like, it has become indispensable to determine the base sequence of the gene. One of the methods for determining the base sequence of this gene or the like is the sanger method (also called the dideoxy method).
[0003]
In this Sangha method, four reaction solutions containing template DNA and a primer complementary to deoxyribonucleotide (dNTP; dATP, dCTP, dCTP, dGTP, dTTP) are prepared, and each of these four is separate from dNTP. A kind of dideoxyribonucleotide (ddNTP), that is, ddATP, ddCTP, ddGTP or ddTTP is added, and the extension reaction is carried out in the presence of a polymerase.
[0004]
In this extension reaction, bases complementary to the base sequence of the template DNA are successively added to the 3 ′ end of the primer to extend the strand, but when dideoxyribonucleotides are added during this extension process, the next base cannot be bound. Chain extension stops. Accordingly, single-stranded nucleic acid fragments of various lengths that are complementary to the template DNA are generated in each reaction solution from the difference in position where the dideoxyribonucleotide is added. Finally, each nucleic acid fragment in each reaction solution is fractionated by electrophoresis in parallel, whereby the base sequence of the template DNA is determined from this fractionation pattern (sequence ladder).
[0005]
This Sangha method is widely used from the viewpoint of easy operation and high analysis accuracy. In recent years, various sequence determiners based on this Sangha method have been developed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above sequence determination, it is required to be able to read a longer nucleic acid sequence, but in the Sangha method, unreacted nucleotides (deoxynucleotides, dideoxyribonucleotides) In some cases, it becomes an obstacle in reading the electrophoretic pattern, making it difficult to read, and limiting the length of reading. In particular, such a problem is remarkable in the internal labeling method and the terminator labeling method.
[0007]
That is, in the Sangha method, it is necessary to visualize each fragment in order to finally perform electrophoresis and read the electrophoresis pattern. Fragment labeling is performed to achieve this visualization. This fragment labeling method is roughly divided into three methods: an internal labeling method, a terminator labeling method, and a primer labeling method. In the primer labeling method, a primer used for synthesizing a sequence fragment is labeled with fluorescence or the like in advance, and the sequence fragment is synthesized using the labeled primer.
[0008]
On the other hand, in the internal labeling method and the terminator labeling method, the primer does not need to be particularly labeled, and those labeled with fluorescence or the like are used as nucleotides as substrates for synthesis. By synthesizing the fragments using the nucleotides thus labeled, the synthesized sequence fragments are labeled as a result. This internal labeling method and terminator labeling method are simple because there is no need to label the primer in advance as in the primer labeling method, and since any primer can be used, a primer suitable for the nucleic acid region to be determined is used. It is possible to freely determine the nucleic acid sequence by using it.
[0009]
However, the internal labeling method and the terminator labeling method are simple methods as described above, but unreacted labeled nucleotides that are present in a large amount together with the nucleic acid fragments when the nucleic acid fragments are finally fractionated and read by electrophoresis. Appeared in the background, and reading of the electrophoretic pattern (sequence ladder) of the extension fragments in the vicinity thereof was sometimes disturbed.
[0010]
Therefore, in order to solve such a problem and determine a base sequence with high accuracy over a wider range, removal of unreacted nucleotides is performed after the extension reaction. Methods for removing this nucleotide include ethanol precipitation, a method using a purification column, and the like.
[0011]
However, in ethanol precipitation, the amount of reaction solution is very small, and the amount of nucleic acid contained therein is also very small, so the recovery rate after ethanol precipitation is low and the recovery rate is likely to vary. There's a problem. In particular, since it is necessary to determine four bases (A, G, C, T) at the same time in the above sequence determination, any one of these bases significantly reduces the sample during the processing. When this occurs, the sequence cannot be determined as a whole.
[0012]
In addition, there is a method using a purification column instead of ethanol precipitation. In this method, the nucleic acid is diluted with an elution buffer when the nucleic acid adsorbed on the carrier is eluted. In addition, in order to concentrate the diluted nucleic acid solution, the ethanol precipitation must be performed, and the same problem as described above occurs. Thus, in the conventional method for removing unreacted nucleotides, it has been difficult to improve the efficiency of the subsequent sequencing reaction.
[0013]
On the other hand, due to recent progress in human genome analysis, nucleic acid sequence analysis is expected to be used for diagnosis of diseases caused by genes. When sequence analysis is used for clinical diagnosis of such diseases, analysis with a simpler operation and higher accuracy is required.
[0014]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for separating a nucleic acid fragment that can remove nucleotides mixed in by a simple operation, and further to use this separation method. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for pre-processing a sequence.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the inventors of the present application conducted intensive research, and as a result, added a phenol reagent to the reaction solution after nucleic acid synthesis, stirred, and then separated into an aqueous phase and a phenol layer, It has been found that unreacted nucleotides can be removed from the aqueous phase containing synthetic nucleic acids. Furthermore, it has been found that the aqueous phase and the phenol layer can be easily separated by heating the mixed solution of the reaction solution and the phenol reagent, and the present invention has been completed.
[0016]
That is, the method for separating a nucleic acid fragment of the present invention separates a nucleic acid fragment synthesized from an unreacted nucleotide by adding a primer and a nucleotide to an aqueous solution containing a template nucleic acid and performing a chain extension reaction from the primer in the presence of a polymerase. A stirring step of mixing and stirring the reaction solution after completion of the chain extension reaction, and a heating step of heating the mixed solution of the reaction solution and the phenol reagent, In the heating step, the mixture is heated to 40 to 80 degrees, In the heating step, the stirred mixture is separated into an aqueous phase and a phenol layer, and the aqueous phase is recovered to separate the nucleic acid fragments from unreacted nucleotides.
[0017]
According to the said invention, the liquid mixture containing the reaction liquid after completion | finish of chain | strand elongation reaction and a phenol reagent is stirred and heated, and a liquid mixture is isolate | separated into an aqueous phase and a phenol layer. And among these, a nucleic acid fragment can be isolate | separated from an unreacted nucleotide by collect | recovering an aqueous phase. As described above, in the present invention, the mixed liquid after stirring can be separated into the aqueous phase and the phenol layer only by applying heat without using an apparatus such as a centrifugal separator after the stirring, thereby simplifying the operation. It is possible to process a large amount of samples.
[0018]
The present invention This By heating in such a temperature range, the aqueous phase and the phenol layer can be effectively separated.
[0019]
The present invention is characterized in that the heating step is performed after completion of the stirring step. Thus, according to the present invention, by performing the heating step after the stirring step is completed, the reaction solution and the phenol reagent are sufficiently stirred in advance and then separated into the aqueous phase and the phenol layer by heating. It becomes possible to efficiently separate unreacted nucleotides from the nucleic acid fragment.
[0020]
Further, the present invention is characterized in that the nucleic acid fragment is a sequence fragment for nucleic acid sequencing, and the nucleotide is deoxyribonucleotide or dideoxyribonucleotide.
[0021]
That is, the separation method is used to separate unreacted dideoxynucleotides and deoxynucleotides from the sequence fragments, thereby separating the unreacted nucleotides that previously caused the sequence analysis from being hindered from the sequence fragments. It becomes possible. As a result, according to the present invention, the efficiency of sequence analysis can be improved.
[0022]
The nucleic acid sequence pretreatment apparatus of the present invention purifies a sequence fragment generated by adding a primer, deoxyribonucleotide and dideoxyribonucleotide to an aqueous solution containing a template nucleic acid, and performing a chain extension reaction from the primer in the presence of a polymerase. A pretreatment apparatus for mixing nucleic acid sequence, wherein the reaction solution after completion of the chain extension reaction is mixed with a phenol reagent, a stirring means for stirring, and a mixed solution of the reaction solution and the phenol reagent 40 to 80 degrees And heating means for heating.
[0023]
According to the above invention, the mixture containing the reaction solution after completion of the chain extension reaction and the phenol reagent is stirred by the stirring means, the reaction solution stirred by the heating means is heated, and the mixture is mixed with the aqueous phase and phenol. Separated into layers. The aqueous phase separated here contains sequence fragments from which unreacted deoxynucleotides and the like have been removed.
[0024]
As described above, according to the present invention, unreacted nucleotides that have conventionally been an obstacle to sequence analysis can be separated from the sequence fragments. In addition, in the present invention, since the aqueous phase and the phenol layer can be separated by the heating means, the unreacted nucleotide is removed with a small apparatus even without a centrifuge that is easily increased in size. The objective can be achieved.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0026]
[First embodiment]
In the nucleic acid separation method of this embodiment, a primer and a nucleotide are added to an aqueous solution containing a template nucleic acid, and a nucleic acid fragment produced by performing a chain extension reaction from the primer in the presence of a polymerase is separated from unreacted nucleotides. Used when.
[0027]
That is, when DNA is artificially synthesized in a test tube or the like, excessively added nucleotides (dNTPs) remain after the synthesis of the nucleic acid fragments and are mixed with the generated nucleic acid fragments. Used to remove intermixed unreacted nucleotides. Therefore, as long as nucleic acid fragments and unreacted nucleotides are mixed after synthesis in this way, the method for synthesizing nucleic acid fragments to be separated and the purpose of use after nucleic acid fragment synthesis are not limited.
[0028]
Therefore, the above-mentioned “nucleic acid fragment” includes a nucleic acid fragment synthesized from a template DNA (hereinafter referred to as a sequence fragment) for determining a sequence by the Sangha method, or an amplified nucleic acid fragment generated by PCR (polymerase chain reaction). The nucleic acid fragment is single-stranded or double-stranded, as long as it is a nucleic acid fragment artificially synthesized in the presence of polymerase and nucleotides. In addition, the nucleic acid fragment is not limited to DNA but can also include RNA.
[0029]
The “nucleotide” to be removed is not limited to deoxyribonucleotide (dNTP) as long as it is added at the time of nucleic acid fragment synthesis, and also includes dideoxyribonucleotide (ddNTP) and the like. The “nucleotide” includes nucleotides labeled with radiation or fluorescence.
[0030]
Hereinafter, the separation method of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an outline of the nucleic acid separation operation.
[0031]
First, a reaction solution 2 in which a synthetic nucleic acid synthesized in the presence of a polymerase and unreacted nucleotides are mixed is prepared in a container 1, and a phenol reagent 3 is added thereto. The phenol reagent 3 may be pure phenol, but preferably, neutral phenol, phenol-chloroform, or the like can be used.
[0032]
This neutral phenol is produced by injecting a buffer solution (for example, Tris EDTA buffer solution) into melted phenol to adjust the pH and saturate the phenol with the buffer solution. By using such a neutral phenol, nucleotides can be removed without changing the pH of the reaction solution after completion of synthesis and without changing the amount of the reaction solution.
[0033]
Phenol-chloroform is prepared by mixing chloroform with the above neutral phenol. By adding chloroform in this way, the difference in specific gravity with the aqueous solution that is the reaction solution is increased, the separation ability between the aqueous phase and the phenol layer can be improved, and phenol remains in the aqueous phase. Can do.
[0034]
In addition to these neutral phenols and phenol-chloroform, for example, substituted phenols and phenol resins may be used as long as they can remove nucleotides. Phenol is highly volatile and has an irritating odor. Therefore, instead of phenol, the use of a substituted phenol in which a substituent is inserted in phenol or a phenol resin processed as a resin makes it environmentally friendly and easy to handle. This is advantageous.
[0035]
After adding the phenol reagent, the reaction solution 2 and the phenol reagent 3 are stirred to form a suspension. This stirring operation may be performed using a mixer or the like, or may be performed by a pipetting operation in which suction and discharge are repeated with a pipette.
[0036]
After the stirring, the stirring liquid 4 is heated to separate the stirring liquid 4 into an aqueous phase and a phenol layer. The temperature at the time of heating can be set to a temperature at which the stirring liquid can be separated into the aqueous phase and the phenol layer, for example, 40 degrees or more. However, if the temperature is too high, the ability to remove unreacted nucleotides tends to be reduced and mixed in the aqueous phase. Therefore, the temperature during heating is preferably 80 ° C., more preferably the upper limit. 60 degrees.
[0037]
Although the heating time depends on the heating temperature, if the heating temperature is 40 to 60 ° C., the stirring liquid is held at the above temperature for about 10 seconds or more, more reliably for about 30 seconds.
[0038]
The heating operation is not necessarily started after the stirring step, but may be started together with or before the stirring step, and at the end of the stirring step, the stirring liquid may reach a predetermined heating temperature. it can. Thus, by starting the heating operation simultaneously with or before the stirring process, efficiency is improved in terms of time compared to the case where the stirring process and the heating process are performed in two stages. It is also possible to plan.
[0039]
When the heating step is completed, the liquid in the container 1 is separated into the aqueous phase 5 and the phenol layer 6, and an intermediate layer 7 is formed between them, which may not be recognized with the naked eye. In other words, this heating step makes it possible to easily separate the aqueous phase and the phenol layer without using a centrifuge or the like.
[0040]
The aqueous phase 5 separated in the above contains the target nucleic acid fragment, and unreacted nucleotides to be removed are transferred to the intermediate layer 7 together with unnecessary proteins such as polymerase. Become. Therefore, finally, by recovering the aqueous phase 5, the nucleic acid fragments can be selectively recovered, and it is difficult to read the electrophoretic image when analyzing the synthetic DNA by electrophoresis or the like. The nucleotide of the reaction is removed. As a result, it is possible to improve the analysis accuracy by analyzing the sequence using the nucleic acid fragment in the aqueous phase 5.
[0041]
[Second Embodiment]
In the present embodiment, a case will be described in which the nucleic acid fragment separation method of the first embodiment is used for pretreatment of a nucleic acid sequence.
[0042]
First, synthesis of a sequence fragment to be separated in this embodiment will be briefly described with reference to FIG.
[0043]
As shown in FIG. 2 (A), the sequence fragment comprises, as starting materials, template DNA, a primer complementary to the template DNA, dNTP (deoxynucleotide; mixture of dATP, dCTP, dGTP, dTTP), and further a polymerase and a buffer. Are mixed, and this mixed solution is added to each of the four holes 12 in the 96-hole plate 10, for example. Further, one different kind of dideoxynucleotide (any of ddATP, ddCTP, ddGTP, and ddTTP) is added to each of the four holes 12.
[0044]
The sequencing fragment is labeled so that the fragment can be finally visualized. As the labeling method, either the internal labeling method or the end labeling method may be used. For example, in the internal labeling method, at least one base of the dNTPs labeled with radiation or fluorescence is used. In the end labeling method, a primer or terminator previously labeled with radiation or fluorescence is used.
[0045]
In the above, after the reaction solution is prepared on the reaction plate 10, a DNA synthesis reaction by a polymerase is performed. In this DNA synthesis reaction, nucleotides complementary to the template DNA are successively incorporated at the 3 ′ end of the primer, and the chain is extended. However, if a dideoxynucleotide without a hydroxyl group is incorporated at the 3 ′ end during this chain extension process, the next nucleotide cannot be bound and chain extension specifically stops. Thus, due to the difference in position where the dideoxynucleotide is incorporated, nucleic acid fragments of various lengths are generated in each hole 12 as shown in FIG. 2 (B).
[0046]
Next, a pretreatment is performed in order to remove the mixed nucleotides from the nucleic acid fragment generated here.
[0047]
This pretreatment for removing nucleotides is performed based on the nucleic acid separation method using the phenol reagent shown in the first embodiment. Furthermore, here, a case where this pretreatment is performed automatically by a nucleic acid sequence pretreatment apparatus is shown. 3 and 4 respectively show a front view and a plan view of the nucleic acid sequence pretreatment apparatus.
[0048]
As shown in FIGS. 3 and 4, a preparation block 14 is provided on a substrate 13 in the apparatus, and a chip rack 16 and a reagent rack 18 containing a phenol reagent are arranged in the preparation block 14. As a phenol reagent accommodated in this reagent rack 18, neutral phenol, phenol-chloroform, etc. can be used similarly to 1st embodiment mentioned above.
[0049]
On the substrate 13, a stirring block 20 is provided adjacent to the preparation rack 14, and the plate 10 containing the reaction solution after the sequence reaction is placed on the stirring block 20. In the stirring block 20, a phenol reagent is added to the reaction solution in the plate 10 by a dispenser 24 described later, and stirring is performed here. In addition, although stirring operation in this stirring block 20 can also be performed by providing a mixer etc. in this stirring block, it is supposed that stirring is implemented by the dispenser mentioned later here. The stirring operation will be described in detail later.
[0050]
A heat block 22 is provided on the substrate 13 adjacent to the stirring block 20. In the heat block 22, the stirring liquid stirred in the stirring block 20 is transferred, and the stirring liquid is heated in this place to separate the stirring liquid into an aqueous phase and a phenol layer.
[0051]
The temperature in the heat block 22 is adjusted to a temperature at which the stirring liquid can be separated into the aqueous phase and the phenol layer, for example, 40 degrees to 80 degrees, preferably 40 degrees to 60 degrees. Moreover, a timer etc. are provided as needed, and heating time is controlled. In order to separate the stirring liquid into the aqueous phase and the phenol layer, it is necessary to hold at the heating temperature for at least ten seconds or more, more certainly about 30 seconds. Therefore, the heating operation can be reliably performed by installing this timer.
[0052]
On the other hand, a dispenser 24 is provided above the substrate 13. The dispenser 24 is held by the guide rail 26 so as to be movable up and down so that the tip thereof faces the substrate 13 and can be moved in the left-right direction. Further, both ends of the guide rail 26 itself are supported by the fixing portion 28 so as to be slidable in the front-rear direction. Therefore, the dispenser 24 is configured to be able to move back and forth and right and left freely within the apparatus, and is configured to be able to perform transfer of the reagent to the stirring rack 20, dispensing to the reaction liquid, and stirring operation described later.
[0053]
Hereinafter, the operation of the pre-processing apparatus will be described with reference to FIG.
[0054]
The plate 10 containing the reaction solution for which the sequence reaction has been completed is disposed in the stirring block 20. A tip rack 16 and a reagent rack 18 are placed on the preparation block 14. When these preparations are completed, the dispenser 24 transfers the phenol reagent from the reagent rack 18 to the plate 10 on the stirring block.
[0055]
As for the transfer of the reagent by the dispenser 24, first, the dispenser 24 is guided by the guide rail 26 and arranged on the tip rack 16 of the preparation block 14, and is lowered to attach the tip 16a and ascend. . Next, it is guided to the top of the reagent rack 18 and descends at that position to aspirate the phenol reagent. The dispenser 24 that has aspirated the reagent then moves to the top of the plate 10 where the stirring block is dispensed and descends to dispense the aspirated phenol reagent (S01).
[0056]
When the dispensing of the reagent is completed by the dispenser 24, the dispenser 24 sucks and discharges the mixed solution in which the reaction solution in the hole 12 of the plate 10 and the phenol reagent are mixed as shown in FIG. The mixture is repeatedly stirred (S02).
[0057]
The stirred mixed liquid is then transferred to the heat block 22 (S03). The transfer to the heat block 22 can also be performed using a dispenser 24, for example. 3 and 4 can be transferred to the heat block 22 as it is with the plate 10 using arm means or the like not shown.
[0058]
The mixed liquid transferred to the heat block 22 is heated at the predetermined heating temperature and separated into an aqueous phase and a phenol layer (S04). Of these, the aqueous phase is recovered (S05) and used for subsequent sequence analysis. Thus, by separating into an aqueous phase and a phenol layer by heating operation, the said separation operation can be performed, without providing the apparatus which tends to enlarge like a centrifuge.
[0059]
As shown in FIG. 2D, the aqueous phase obtained by the series of pretreatment operations is subjected to electrophoresis, and the sequence is determined from the electrophoresis pattern. In particular, in this embodiment, unreacted nucleotides and proteins that inhibit reading of the electrophoresis result are removed by the pretreatment, so that it is possible to read a longer sequence length with high accuracy. .
[0060]
Here, the nucleic acid separation method of the first embodiment has been described as a pretreatment device that uses nucleic acid sequence pretreatment, but this device is used as a device that removes unreacted nucleotides in a nucleic acid amplification device such as a PCR. You can also
[0061]
Moreover, although the stirring block 20 and the heat block 22 were provided separately in this embodiment, these blocks can also be integrated. In this case, during the stirring operation of the reaction solution and the phenol reagent, the temperature is kept at room temperature or the like, the temperature of the block is increased after the stirring is completed, the mixed solution is heated, and the aqueous phase and the phenol layer are mixed. Can be separated.
[0062]
【Example】
The nucleic acid separation method of the present invention will be described in more detail using examples. Here, the case where this method is used for the nucleic acid sequence pretreatment method is shown.
[0063]
1. Sequence fragment synthesis
Four mixed solutions were prepared by mixing template DNA, primer, fluorescently labeled dNTP, polymerase, and buffer, and one different kind of ddNTP was added thereto. A plurality of sets were prepared, and each was subjected to a polymerase reaction to generate a sequence fragment.
[0064]
2. Preprocessing
The set of sequencing fragments generated above was pretreated to remove nucleotides. As the pretreatment method, pretreatment with a phenol reagent according to this example was performed.
[0065]
In the pretreatment with a phenol reagent, the same amount of neutral phenol was added to the reaction solution after the above synthesis reaction, and after stirring, the mixture was heated to 50 ° C. and separated into an aqueous phase and a phenol layer. Of these, the aqueous phase was recovered and used for the following sequence determination.
[0066]
At the same time, as a comparative control, a conventional ethanol treatment, a column purified treatment, and an untreated one were prepared. The pretreatment by ethanol precipitation, which is a comparative control, utilized a normal ethanol precipitation method. That is, 100% ethanol was added to the reaction solution, left on ice, then centrifuged, the sediment was collected, and the sediment was suspended in a buffer solution.
[0067]
Similarly, in the treatment using the other comparison column, the reaction solution is diluted to about 50 μl and added to the QIA quick column (QIAGEN Nucleotide Removal Kit), and the eluate after a certain period of time is recovered. In order to concentrate the recovered liquid, the ethanol precipitation treatment was performed.
[0068]
3. Sequence determination process
The sequence was determined using an automatic sequencer (LICOR Model 4200 DNA sequencer). The sample solutions pretreated by various methods in the above were injected into the wells of the electrophoresis gel of the sequencer, the electrophoresis was started, and the electrophoresis pattern (sequence ladder) was recorded. In addition, in FIG. 7, the electrophoresis pattern of 1-300 bp vicinity is shown from a primer.
[0069]
In FIG. 7, in the migration pattern of the untreated reaction solution (sample 1) shown at the left end of the drawing, a plurality of unreacted nucleotide-like signals appear in the vicinity of 1 to 300 bp, and reading of the surrounding bands Has been shown to be extremely difficult. In addition, although not shown in FIG. 7, a signal due to unprocessed nucleotides does not appear at a portion of 300 bp or more, but each band becomes an image with a tail and overlapped at a portion where the bands are close to each other, making it difficult to read. there were.
[0070]
In addition, in the pretreatment with ethanol treatment (samples 4 and 5), the signal due to unreacted nucleotides decreased, but did not completely disappear. In addition, the signal intensity of the ladder-like band as a whole also decreased, and the signal intensity was not uniform in each nucleotide (lane), resulting in a narrower range where the sequence could be determined. In addition, in the pretreatment using the column (samples 6 and 7), the recovery rate of the fragments after the treatment was lowered and the signal intensity of each band was significantly reduced as compared with the pretreatment by ethanol treatment. In addition, it is difficult to determine the sequence because the signal intensity is not uniform in each nucleotide (lane).
[0071]
In contrast, in the treatment using the phenol reagent of this example (samples 2 and 3), the signal due to unreacted nucleotides in the vicinity of 1 to 300 bp disappeared completely, and the resolution of each band was improved and clear. A rudder band was obtained. In addition, the signal intensity of each band was uniform, and the rate of decrease was within a range that did not hinder the reading of the band, indicating that the pretreatment was very good.
[0072]
In the untreated migration pattern, normally unreacted nucleotides appear at the tip of the migration, but in the results shown in FIG. 7, they appeared in the form of dumplings around 200 bp. This is expected to be a cluster of unreacted nucleotides and proteins such as polymerase. Therefore, the phenol treatment of this example also shows that nucleotides and proteins can be removed simultaneously by one operation.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to remove unreacted nucleotides without losing the synthesized nucleic acid fragment, thereby enabling highly accurate nucleic acid analysis such as sequence analysis. In particular, in the present invention, the target nucleic acid fragment can be recovered by a simple operation without performing a cumbersome operation such as centrifugation, which is advantageous for processing a large amount of samples.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a method for separating nucleic acid fragments of a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a series of steps of a sequence determination operation including the nucleic acid sequence pretreatment method of the second embodiment.
FIG. 3 is a front view of a nucleic acid sequence pretreatment apparatus according to a second embodiment.
FIG. 4 is a plan view of a nucleic acid sequence pretreatment apparatus according to a second embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an agitation operation in the nucleic acid sequence pretreatment apparatus according to the second embodiment.
FIG. 6 is a process diagram showing the operation of the nucleic acid sequence pretreatment apparatus according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a ladder band near 1 to 300 bp when a sample after performing each pretreatment operation in an example is subjected to electrophoresis.
[Explanation of symbols]
2 reaction liquid, 3 phenol reagent, 5 aqueous phase, 6 phenol layer, 10 reaction plate, 14 preparation block, 16 chip rack, 18 reagent rack, 20 stirring block, 22 heat block, 24 dispenser.

Claims (5)

鋳型核酸を含む水溶液にプライマー及びヌクレオチドを添加しポリメラーゼ存在下で前記プライマーから鎖伸長反応を行わせて合成された核酸断片を未反応のヌクレオチドから分離する方法であって、
前記鎖伸長反応終了後の反応液をフェノール試薬と混合し、攪拌する攪拌工程と、
前記反応液とフェノール試薬との混合液を加温する加温工程と、を含み、
前記加温工程において、前記混合液を40度〜80度に加温させ、前記加温工程により前記反応液とフェノール試薬との混合液を水相とフェノール層とに分離させ、該水相を回収することにより前記核酸断片が未反応のヌクレオチドから分離されることを特徴とする核酸断片の分離方法。
A method of separating a nucleic acid fragment synthesized from an unreacted nucleotide by adding a primer and a nucleotide to an aqueous solution containing a template nucleic acid and causing a chain extension reaction from the primer in the presence of a polymerase,
A stirring step of mixing and stirring the reaction solution after completion of the chain extension reaction with a phenol reagent;
Heating a mixed solution of the reaction solution and the phenol reagent,
In the heating step, the mixed solution is heated to 40 to 80 degrees, the mixed solution of the reaction solution and the phenol reagent is separated into an aqueous phase and a phenol layer by the heating step, and the aqueous phase is A method for separating nucleic acid fragments, wherein the nucleic acid fragments are separated from unreacted nucleotides by recovery.
前記加温工程が、攪拌工程後に行われることを特徴とする請求項1に記載の核酸断片の分離方法。The method for separating nucleic acid fragments according to claim 1, wherein the heating step is performed after the stirring step. 前記核酸断片が、核酸配列決定用のシークエンス用断片であり、前記ヌクレオチドが、デオキシリボヌクレオチド又はジデオキシリボヌクレオチドであること特徴とする請求項1又は請求項2に記載の核酸断片の分離方法。The method for separating nucleic acid fragments according to claim 1 or 2 , wherein the nucleic acid fragment is a sequence fragment for nucleic acid sequencing, and the nucleotide is deoxyribonucleotide or dideoxyribonucleotide. 前記デオキシリボヌクレオチド又はジデオキシリボヌクレオチドが標識されていることを特徴とする請求項に記載の核酸断片の分離方法。The method for separating nucleic acid fragments according to claim 3 , wherein the deoxyribonucleotide or dideoxyribonucleotide is labeled. 鋳型核酸を含む水溶液にプライマー、デオキシリボヌクレオチド及びジデオキシリボヌクレオチドを添加し、ポリメラーゼ存在下で前記プライマーから鎖伸長反応を行わせて生成されたシークエンス用断片を精製する核酸シークエンス前処理装置であって、
前記鎖伸長反応終了後の反応液をフェノール試薬と混合し、攪拌する攪拌手段と、
前記反応液とフェノール試薬との混合液を40度〜80度に加温する加温手段と、を含むことを特徴とする核酸シークエンス前処理装置。
A nucleic acid sequence pretreatment apparatus for purifying a sequence fragment generated by adding a primer, deoxyribonucleotide and dideoxyribonucleotide to an aqueous solution containing a template nucleic acid, and performing a chain extension reaction from the primer in the presence of a polymerase,
A stirring means for mixing and stirring the reaction solution after completion of the chain extension reaction with a phenol reagent;
A pretreatment apparatus for nucleic acid sequence, comprising: a heating means for heating the mixed solution of the reaction solution and the phenol reagent to 40 to 80 degrees .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10526640B2 (en) 2013-06-19 2020-01-07 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Methods for retrieving sequence-verified nucleic acid fragments and apparatuses for amplifying sequence verified nucleic acid fragments
WO2015115768A1 (en) * 2014-01-28 2015-08-06 연세대학교 산학협력단 Method for recovering nucleic acid fragments separated during sequencing
KR20150090352A (en) * 2014-01-28 2015-08-06 연세대학교 산학협력단 Method of collecting nucleic acid fragments separated from the sequencing process
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