JP2000125864A - 遺伝子分離法 - Google Patents

遺伝子分離法

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JP2000125864A
JP2000125864A JP10300655A JP30065598A JP2000125864A JP 2000125864 A JP2000125864 A JP 2000125864A JP 10300655 A JP10300655 A JP 10300655A JP 30065598 A JP30065598 A JP 30065598A JP 2000125864 A JP2000125864 A JP 2000125864A
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genes
nucleic acids
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JP10300655A
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Kenji Yasuda
健二 保田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】生体試料中の遺伝子や核酸を微生物や細胞から
の挟雑物を少なくして分離する。 【解決手段】生体試料中の遺伝子や核酸を、共存物から
分離する遺伝子分離方法であって、試料を中空の毛細管
に導入し、該遺伝子や該核酸を毛細管壁上に捕捉する工
程と、不要な共存成分を洗浄・除去する工程、捕捉され
た該遺伝子又は該核酸を毛細管から溶離させる工程から
なることを特徴とする遺伝子分離法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は生体試料の前処理装
置に関するものであり、血液や体液中の微量遺伝子や核
酸の測定や調製に使用される。前処理の省力化,自動化
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】核酸や遺伝子を生体試料から抽出するこ
とは、遺伝子工学や臨床検査の分野で極めて重要なプロ
セスである。この場合、生体試料とは、生物(ヒトを含
む動物)中の体液,分泌物,組織細胞,浮遊細胞などを
意味し、とりわけ血清や血液,髄液,リンパ液,尿など
の体液をさす。通常有核遺伝子は細胞の中に他のオルガ
ネラなどに囲まれ、核蛋白質などと結合して存在する。
またウイルスや細菌の遺伝子も殻や細胞壁の中に取り込
まれている。
【0003】そこで、遺伝子や核酸を他の成分から分離
するためには、細胞壁や細胞膜,カプシド蛋白質やエン
ベロープを破壊ないしは溶解する必要がある。このため
には、一般に超音波や加熱による物理的破壊や、プロテ
アーゼや界面活性剤による溶解などの手段が用いられて
いる(新生物化学実験のてびき3『核酸の分離・分析と
遺伝子実験法』下西康嗣ほか編、化学同人1996年
刊、pp.1−17)。作業者の手作業で行うことが通常で
あるが、極めて煩雑で時間と習熟を要する。抽出の標準
的な方法としては、クロロホルム・フェノール法がよく
用いられている。しかし、クロロホルムやフェノールの
毒性,廃棄物処理の手間、また遠心分離作業の手間,試
料からの感染,試料への汚染が日常作業として普及する
上での障害となっている。そこで、これに代わるものと
して、有機溶媒を使用しない試薬キット(たとえばQiag
en 社QIAprep kitなど)が市販されたり、特許が発明さ
れている(特開平7−236499号公報,特開平9−327290号
公報)。このようなキットでは、遺伝子を捕捉するの
に、遺伝子鎖の一方に相補的なポリヌクレオチド鎖を用
いて捕捉する方法,カオトロピック物質の存在下で石英
やガラスに遺伝子を選択的に吸着させる方法などを用い
ている。
【0004】捕捉担体には、粒子がよく使われ、磁性粒
子も使用される。これは接触する表面積を大きくして効
率を上げるためである。そのためには、数ミクロン以下
の微小な粒子がよく用いられている。毛細管のなかに微
小な粒子を封入し、この微粒子で捕捉したうえで、遺伝
子の増幅を行う方法も知られているが(特開平7−107962
号公報)、毛細管は微粒子封入と加温増幅用のための手
段に用いられており、毛細管自体には遺伝子を選択的に
捕捉する機能はない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来技
術では、接触確率を高めるために、微小粒子を用いてい
る。しかし、微小粒子を取り扱うため、粒子の漏失,粒
子間での汚染物質の保持や共存物の残留,粒子による保
持材の目詰まり等の可能性がある。また粒子を詰めたカ
ラムでは、圧力の上下変動等の問題がある。このような
問題点に対しては、洗浄を激しく行ったり、特殊な機構
を設けるなどの方策を考案する必要がある。
【0006】このような微粒子法に対し、本発明の目的
は迅速で、残留物の混入が少なくなる方法を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では試料中の細菌
やウイルスを溶解させ、遺伝子や核酸の断片を遊離させ
るようにして、さらにこれらを珪酸酸化物表面を有する
中空の毛細表面に付着させるか、もしくは相補的なポリ
ヌクレオチド鎖でハイブリダイゼーションを起こさせ捕
捉し、その後溶出させる一連の工程を自動化する。珪酸
酸化物表面を有する表面がポリヌクレオチドをカオトロ
ピック化合物の存在下で吸着することは公知であるが、
その効率は結合面とポリヌクレオチドの接触確率に依存
するので、内径の細い中空の毛細管を利用することで、
接触確率を高めることができる。中空にすることで試料
の導入,排出,洗浄,溶出が極めて容易になり、かつ、
効率的な遺伝子抽出が可能になる。
【0008】また、処理時間が短縮でき、共存物の残留
の少ない核酸や遺伝子が得られる。さらに中空の毛細管
が曲線を有し、コイル状になっていると、液体が円弧を
描いて移動する時に接触確率が高まる。中空の毛細管を
複数使用することにより、同時多検体処理が可能にな
る。遺伝子の回収率は、管の内径を細くするか、長さを
長くすること、あるいはコイル状に毛細管を束ねること
で改善できる。
【0009】しかし、その一方、処理時間が長くなるの
で、試料の移動速度や圧力を高めて、目的とする遺伝子
に対しての最適な条件を見つける必要がある。さらに複
数の配列の異なるポリヌクレオチド鎖を毛細管の異なる
区域に固定化しておくと、複数種類の遺伝子やポリヌク
レオチド鎖が捕捉できる。捕捉用のポリヌクレオチドは
末端の塩基をアミノ化したりして、毛細管の内壁に固定
化できる。毛細管の材質としては、石英ガラスや石英が
使用できるので、内面に珪酸酸化物を被覆した毛細管で
も良い。
【0010】毛細管の内径は細くなるほど捕捉効率は高
くなるが、極度に細くすると、詰まりを生じ易いので、
内径0.2mm 以上が望ましいが、太くなりすぎると回収
効率が悪化するので、内径2mm以下が望ましい。毛細管
の長さは長いほど、またコイルの巻数が多くなるほど、
回収が良くなるが、処理時間が長くなり、毛細管のコス
ト,かさばりが著しくなる。実際的には長さ1m以下が
望ましいが、これに限定されない。
【0011】
【発明の実施の形態】毛細管は表面が珪酸酸化物で覆わ
れている時には、カオトロピックイオンの存在下で、選
択的に遺伝子や核酸を吸着する。この吸着は可逆的であ
り、低イオン強度の水溶液に接すると、遺伝子やポリヌ
クレオチドは壁面から遊離してくる。また対象ポリヌク
レオチド鎖と相補的な塩基配列を有するポリヌクレオチ
ド鎖を毛細管に固定しておけば、ハイブリダイゼーショ
ンにより捕捉できる。ハイブリダイゼーションで捕捉し
た遺伝子やポリヌクレオチドは、毛細管内部の温度を9
5℃くらいまで上げて溶離させることができる。対象ポ
リヌクレオチド鎖と相補的な塩基配列を有するポリヌク
レオチド鎖を毛細管に固定する場合には、毛細管の材質
は石英やガラスに限定する必要はない。
【0012】以下、本発明を実施例に基づいて説明す
る。
【0013】図1に本発明に基づく前処理方式の原理を
示す。
【0014】毛細管は内面が珪酸酸化物である場合と、
捕捉ポリヌクレオチドを固定した管である場合の2種類
に大別できるが、分離の原理は図1に示すとおり、毛細
管の表面への選択的な遺伝子やポリヌクレオチドの吸着
である。試料中の遺伝子は、吸引ポンプにより毛細管の
内部に導入され、内壁と接触させられ、内壁に結合す
る。次に洗浄液で不要な共存物を洗い流す。さらに脱離
用の液体を導入して回収容器に集める。捕捉ポリヌクレ
オチドを固定した管の場合、結合と脱離に際して温度を
制御する。
【0015】(実施例1)図2に示すような石英毛細管
(内径0.4mm,長さ250mm)を吸引管の端部に固定
し、分離装置を稼働した。血漿・血清などの測定試料を
試料容器に0.5ml入れ、これにグアニジンチオシアン
酸塩を7.5M含む緩衝液を2.0ml添加した。次にポ
ンプで試料25μlを吸引し、20秒停止した後、その
まま吐出する。試料は毛細管の上部まで到達するが、上
端までは達しない。再び同量の試料を低速で吸引・吐出
する。
【0016】この動作をさらに9回繰り返した後、吸引
管と毛細管を移動し、グアニジンチオシアン酸塩を6M
含むpH6.4 トリス−HCl緩衝液の入った容器の直
上に置く。次にグアニジンチオシアン酸塩を6M含むp
H6.4 トリス−HCl緩衝液を一度に28μlずつ低
速で5回吸引・吐出し、最後に吐出した後、吸引管と毛
細管を移動し、溶離液を25μl吸引する。溶離液の組
成は低塩水溶液、たとえば10mMトリス−HCl緩衝
液(pH7.0)が使用できる。
【0017】次に毛細管を回収容器直上に移動し、30
秒保持した後、内部の液体を回収容器に吐出させる。溶
離液を同量もう一度吸引・吐出した。こうして得た遺伝
子試料は、ポリメラーゼ・チェーン・リアクション(P
CR)法などにより増幅し、検出される。プラスミドの
pBR322のDNAを約8000コピー添加したプー
ル血清0.5ml を用いて、回収したDNAをPCR法
(プライマー,Taqポリメラーゼ,dNTP,PCR
用緩衝液を添加して94℃,30秒→55℃,30秒→
72℃,1分のヒートサイクルを30回行った。)で増
幅し、アガロース電気泳動法で確認した。
【0018】泳動バンドの吸光度を測定し、元の試料中
のpBR322の直接PCR増幅を行ったものの電気泳
動分離パターンのバンドの吸光度と比較した。その結
果、試料中の濃度比較で約60%となり、回収できるこ
とが確かめられた。また溶出して得られた遺伝子溶液中
の蛋白質濃度を調べたところ、従来のシリカ粒子からの
溶離液中のほうが30%高いことが分かった。
【0019】毛細管の内径と回収%の関係を示すグラフ
を図4に示す。内径の細い毛細管でより良好な回収が可
能であるが、PCR法のような増幅法を適用できれば、
回収率が低い場合でも実用には困らない。迅速な処理が
再現性よく行えれば、内径の太い毛細管でも使用するこ
とは可能である。内径が0.1mm よりも細い毛細管も入
手可能であるが、内容積を確保するために長さを極めて
長くする必要があり、実用的でない。また内径が太い
と、表面との接触効率が低下するので、毛細管の内径は
0.2mmから2.0mmの範囲が好適である。
【0020】(実施例2)内径0.3mm,外径0.6mmの
ポリイミド樹脂被覆石英毛細管(長さ450mm)を直径
約40mmの円弧状に2回巻き、分離毛細管を作製した
(図3)。これをシリコンチューブのコネクタで図2の
分離方法の装置に設置し、実施例1と同様なDNAの分
離を行った。プラスミドのpBR322のDNAを約5
000コピー添加したプール血清0.5ml を用いて、
分離操作を行い、回収したDNAを実施例1と同様にP
CR法で増幅し、アガロースゲル電気泳動法で確認し
た。泳動バンドの吸光度を測定し、元の試料中のpBR
322の直接PCR増幅を行ったものの電気泳動分離パ
ターンのバンドの吸光度と比較した。その結果、同濃度
の比較試料との濃度比較で約65%となり、直管の例よ
りも良好な回収ができることが確かめられた。
【0021】(実施例3)内径0.3mm,外径0.6mmの
ポリイミド樹脂被覆石英毛細管(長さ450mm)を直径
約40mmの円弧状に2回巻き、分離毛細管を作製した
(図3)。5′−末端をアリルアミノ基を有するように
合成したpBR322のプライマーをN−ヒドロキシス
クシイミドを用いてビオチン修飾した上記石英毛細管に
固定し、実施例2と同様に変性pBR322プラスミド
の一本鎖DNAと60℃で8時間ハイブリダイズさせ
た。次に洗浄緩衝液で毛細管を洗い、毛細管を95℃ま
で加温した溶出緩衝液25μlを管内往復させDNAを
脱離させた。このDNAを常法のPCR法で増幅し、ア
ガロースゲル電気泳動法でDNAが回収できることを確
認した。
【0022】
【発明の効果】本発明により、遺伝子や核酸を含む生体
試料からの遺伝子や核酸の分離を、容易に自動化して行
うことができる。本発明により、容易に遺伝子の単離が
行え、挟雑物の少ない遺伝子分離精製物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の原理である毛細管の一部を示
す図である。
【図2】本発明による一実施例の構成である毛細管に装
着した分離装置を示す図である。
【図3】曲線状の毛細管の一例を示す図である。
【図4】毛細管の内径とプラスミドの回収率の関係を示
す特性図である。
【符号の説明】
1…遺伝子鎖、2…中空毛細管壁、3…共存不要物、4
…チューブホールダ、5…微量可逆吸排気ポンプ、6…
導管、7…中空毛細管、8…試料混合液、9…試料チュ
ーブ、10…溶離液、11…コイル状毛細管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 33/48 G01N 33/48 A 33/50 33/50 P

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】生体試料中の遺伝子又は核酸を、共存物か
    ら分離する遺伝子分離方法において、試料を中空の毛細
    管に導入し、該遺伝子又は該核酸を毛細管壁上に捕捉す
    る工程と、不要な共存成分を洗浄・除去する工程、捕捉
    された該遺伝子又は該核酸を毛細管から溶離させる工程
    を有することを特徴とする遺伝子分離法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の遺伝子分離方法であっ
    て、試料を毛細管内で往復させることにより、試料中の
    該遺伝子又は該核酸を毛細管壁上に捕捉することを特徴
    とする請求項1に記載の遺伝子分離法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の遺伝子分離方法であっ
    て、該毛細管を複数備えることにより複数の試料を同時
    分離できることを特徴とする遺伝子分離法。
  4. 【請求項4】毛細管の内表面の材質が石英ガラスまたは
    石英であることを特徴とする請求項1から3のいずれか
    1項記載の遺伝子分離法。
  5. 【請求項5】毛細管の形状が曲線を有するものであるこ
    とを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の遺
    伝子分離法。
  6. 【請求項6】毛細管の内径が0.2mmから2.0mmの範囲
    であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項
    記載の遺伝子分離法。
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JP2006149386A (ja) * 2004-11-25 2006-06-15 Samsung Electronics Co Ltd 核酸の精製装置及び精製方法

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