JP2004301637A - ベンゼン系化合物の測定方法および測定キット - Google Patents
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Abstract
【課題】安価で簡便かつ迅速なベンゼン系化合物の測定方法、およびその測定キットを提供する。
【解決手段】(1)ベンゼン系化合物とキシレンレセプタータンパク質を溶液中で反応させ、(2)該反応により生じたベンゼン化合物とキシレンレセプタータンパク質の複合体と、該複合体と特異的に結合するDNAをさらに反応させ、(3)該複合体と該DNAの結合に起因する物理的あるいは化学的変化を検出することにより、(4)キシレンレセプタータンパク質と結合したベンゼン系化合物を定量化することを特徴とする測定方法、およびキシレンレセプタータンパク質と、該タンパク質とベンゼン系化合物の複合体と特異的に結合するDNAを含むことを特徴とする測定キット。
【選択図】 図1
【解決手段】(1)ベンゼン系化合物とキシレンレセプタータンパク質を溶液中で反応させ、(2)該反応により生じたベンゼン化合物とキシレンレセプタータンパク質の複合体と、該複合体と特異的に結合するDNAをさらに反応させ、(3)該複合体と該DNAの結合に起因する物理的あるいは化学的変化を検出することにより、(4)キシレンレセプタータンパク質と結合したベンゼン系化合物を定量化することを特徴とする測定方法、およびキシレンレセプタータンパク質と、該タンパク質とベンゼン系化合物の複合体と特異的に結合するDNAを含むことを特徴とする測定キット。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体試料、海水、河川水、地下水などの水系試料中のベンゼン系化合物を測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、一般的なベンゼン系化合物の測定は、ガスクロマトグラフ法、またはガスクロマトグラフ質量分析法を利用して行われている(例えば、非特許文献1参照)。ガスクロマトグラフ法は、試料をある担体に固定された固定相(吸着剤、溶媒)に気体キャリアガスとともに導入し、分析対象成分の蒸気圧及び親和性の差で分離・分析をする方法である。この方法は、大部分の無機、有機化合物の同定や構造の推定に有効で、品質管理から各種科学分野の研究に至るまで広く利用されている。また、ガスクロマトグラフ質量分析法は、ガスクロマトグラフで分離された成分や加熱によって生成した成分をさらにイオン化し、質量スペクトルで示される各フラグメントの質量数から、成分の同定や構造を推定する方法であり、主に有機混合物成分の同定やガス組成の分析に用いられている。
【0003】
しかしながら、これらの方法では大型で高価な装置が必要であり、かつ排気設備等を必要とするため特定の施設でしか行うことができない。しかも、非常に煩雑な作業が必要であり測定に長時間を要する場合が多い。一方、石油化学工業の発達に伴い、石油化学製品の廃棄物、工場排水等による環境汚染が問題となっており、生態系や人体に対する影響が危惧されている。また、近年は家庭、学校、または職場などの身近な市民生活の場における環境汚染に関心が集まっている。特に、水系におけるベンゼン系化合物等の有害汚染物質の測定は上述したように需要が多いにもかかわらず、従来法では煩雑な操作に要する時間とコストがかさむため、簡便で安価な測定方法の開発が望まれている。
【0004】
【非特許文献1】
日本工業規格 JIS K0125、「用水・排水中の揮発性有機化合物試験方法」平成7年改定版
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来の技術における問題を解決するためになされたもので、その課題は大型装置、特殊施設、および煩雑な操作を必要としない、安価で簡便かつ迅速なベンゼン系化合物の測定方法、およびその測定キットを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行い、(1)生物由来のキシレンレセプタータンパク質がベンゼン系化合物と特異的に結合すること、(2)この複合体と特異的に結合するDNAが存在すること、(3)これらの間の相互作用が検出可能であること、(4)さらに検出された結果から結合したベンゼン化合物を定量できることを見い出し、本発明を完成した。
【0007】
すなわち、本発明の測定方法は、(1)ベンゼン系化合物とキシレンレセプタータンパク質を溶液中で反応させ、(2)該反応により生じたベンゼン化合物とキシレンレセプタータンパク質の複合体と、該複合体と特異的に結合するDNAをさらに反応させ、(3)該複合体と該DNAの結合に起因する物理的あるいは化学的変化を検出することにより、(4)キシレンレセプタータンパク質と結合したベンゼン系化合物を定量化することを特徴とする。また、前記測定方法を利用した本発明の測定キットは、キシレンレセプタータンパク質と、該タンパク質とベンゼン系化合物の複合体と特異的に結合するDNAを含むことを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明で利用するキシレンレセプタータンパク質とは、例えばシュードモナス属細菌のTOLプラスミドにコードされている一連のベンゼン系化合物代謝に関わる、複数の酵素遺伝子の転写活性を調節しているレセプタータンパク質である。キシレンレセプタータンパク質はベンゼン系化合物と結合すると、これら酵素遺伝子のプロモーター領域の特定配列と特異的に結合することで、上記の酵素遺伝子の転写を活性化する。本発明はこの生物反応を利用するものである。
【0009】
本発明で用いるキシレンレセプタータンパク質(以下、XylRと表記する)の由来や構造は、ベンゼン系化合物、ならびに前記特定DNA配列(以下、psプロモーターDNAと表記する)に対する結合能を有してさえいれば特に限定されない。例えば、アミノ酸配列の改変や修飾などにより、ベンゼン系化合物や前記DNAに対する親和性が高く、検出に好適なタンパク質を作製し利用することができる。また、本発明におけるpsプロモーターDNAの由来や構造は、XylRとベンゼン系化合物の複合体に結合することができるのであれば特に限定されない。例えば、配列の改変や修飾などにより、検出に好適なDNAを作製し利用することができる。具体的には、ベンゼン系化合物と結合したXylR(以下、Bz−XylR複合体と表記する)が特異的に結合する配列を複数個連続させた人工オリゴヌクレオチドを作製し利用することができる。本発明において測定されるベンゼン系化合物は、XylRにより特異的に結合されるものであれば特に限定されないが、例えばm−キシレン、o−キシレン、p−キシレン、3−メチルベンジルアルコール、m−クロロトルエン、o−クロロトルエン、p−クロロトルエン、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、アニリン、2−4−Dなどが挙げられる。
【0010】
本発明の測定方法においては、ベンゼン系化合物とXylRの反応と、Bz−XylR複合体とpsプロモーターDNAの反応は必ずしも別々に行われる必要はなく、ベンゼン系化合物、XylR、psプロモーターDNAを同一溶液中へ同時に導入することも可能である。
【0011】
本発明の測定方法は、前記XylRが、蛍光物質、発光物質、放射性同位元素、酵素タンパク質、または蛍光タンパク質のいずれかで標識されていることを特徴とする。これにより、psプロモーターDNAに結合した標識XylRを検出したり、標識XylRにpsプロモーターDNAが結合することによって、例えば標識した酵素による反応が阻害されるのを観察することが可能となる。すなわち、本発明の測定方法の応用範囲を拡大することができる。導入する標識物質と標識方法は、公知の物質または方法から好適なものを選択すればよく、XylRの生物活性、すなわちベンゼン系化合物とpsプロモーターDNAに対する結合能を損なうものでなければ特に限定されない。通常の場合、検出の簡便さや生物活性に対する影響度を考慮すると、分子量の小さい蛍光物質または発光物質がより好適である。蛍光物質としては、種々の発蛍光団を有する色素が使用可能であるが、例えばフルオレセイン誘導体、ローダミン誘導体、テキサスレッド誘導体、アクリジン誘導体、マラカイトグリーン誘導体、ピレン誘導体、ルシファーイエロー誘導体、リボフラビン誘導体、フィコエリトリン誘導体、フィコシアニン誘導体、アロフィコシアニン誘導体などが挙げられる。発光物質としては、ルミノール誘導体、N−メチルアクリジニウム誘導体、ルシフェリン誘導体などが挙げられる。一方、蛍光タンパク質としては緑色蛍光タンパク質(GFP)やその変異体、必要であれば紫外線により緑から赤に蛍光が変色するカエデなどを使用することが可能である。酵素タンパク質としては、基質と特異的に結合しても反応を触媒する能力を有するタンパク質であれば特に制限されないが、例えばアルカリホスファターゼ、β−ガラクトキシダーゼ、ルシフェラーゼ、グルコースオキシダーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)などが使用可能である。これらタンパク質の標識方法としては、タンパク質のアミノ酸残基を利用する方法が好適に利用できる。具体的には、システイン残基のチオール基、リジン残基やN末端のアミノ基、グルタミン酸残基およびアスパラギン酸残基やC末端のカルボキシル基、セリン残基やスレオニン残基の水酸基などを利用し、標識物質の反応基と共有結合を生成させる。とりわけ、システイン残基は特殊なタンパク質を除いてその含量が少なく、アミノ酸の中で最も化学反応性が高いことから好適である。また、タンパク質の機能に関与していないアミノ酸残基を、遺伝子工学的手法により好適な残基に置換してから標識することも可能である。さらに、あらかじめアビジンまたはビオチンを導入し、これらの結合を介して標識することもできる。また、酵素タンパク質や蛍光性タンパク質の場合、XylRとの融合タンパク質として得ることもできる。具体的には、標識タンパク質を発現するベクターの、標識タンパク質をコードする遺伝子の下流にXylRをコードする遺伝子を連結し、融合タンパク質をコードするDNA配列を構築する。これを適当な宿主に導入して形質転換し、得られた形質転換株を培養することにより作製することができる。
【0012】
本発明の測定方法は、前記DNAが、蛍光物質、発光物質、放射性同位元素、酵素タンパク質、または蛍光性タンパク質のいずれかで標識されていることを特徴とする。これにより、XylRに結合した標識psプロモーターDNAを検出したり、標識psプロモーターDNAにBz−XylR複合体が結合することによって、例えば標識した酵素による反応が阻害されるのを観察することが可能となる。導入する標識物質と標識方法は、公知の物質または方法から好適なものを選択すればよく、Bz−XylR複合体がpsプロモーターDNAに結合するのを妨げなければ特に限定されない。通常の場合、検出の簡便さや生物活性に対する影響度を考慮すると、分子量の小さい蛍光物質または発光物質がより好適である。標識される蛍光物質、発光物質、酵素タンパク質、または蛍光タンパク質としては、前記XylRの標識に例示した種々の物質が同様に使用可能である。標識方法としては、5’末端を好適な標的物質で標識したプライマーを用い、ポリメラーゼ チェイン リアクション(以下、PCRと表記する)を行うことで末端標識したDNAを得ることができる。さらに、あらかじめアビジンまたはビオチンを導入しておき、これらの結合を介して標識することも可能である。
【0013】
本発明の測定方法は、前記XylRが固相に固定されていることを特徴とする。これは、Bz−XylR複合体と結合したpsプロモーターDNAと、未結合のpsプロモーターDNAを分離する手段として非常に有効である。XylRを固相に固定する方法は、公知の方法から好適なものを選択すればよく、XylRの生物活性、すなわちベンゼン系化合物とpsプロモーターDNAに対する結合能を損なうものでなければ特に限定されない。例えば、XylRのアミノ酸残基と固相上の物質との結合を利用する方法、あるいはタグをつけたXylRを作製してそのタグと固相上の物質との吸着や結合を利用する方法などが挙げられる。具体的には、システイン残基のチオール基、リジン残基やN末端のアミノ基、グルタミン酸残基およびアスパラギン酸残基やC末端にあるカルボキシル基、セリン残基やスレオニン残基の水酸基などを利用して固相上の反応基と共有結合を生成させる方法、固相上のアビジンとビオチン化XylRを結合させる方法、固相上のNTA等のキレート剤でヒスチジンタグ融合XylRを捕捉する方法、固相上の抗体で抗原融合XylRを捕捉する方法などが挙げられる。
【0014】
本発明の測定方法は、前記DNAが、固相に固定されていることを特徴とする。これは、psプロモーターDNAと結合したBz−XylR複合体と、未結合のXylRを分離する手段として非常に有効である。psプロモーターDNAを固相に固定する方法は、公知の方法から好適なものを選択すればよく、XylRがpsプロモーターDNAに結合するのを妨げなければ特に限定されない。例えば、固相上のアビジンとビオチン化psプロモーターDNAの結合により固定する方法などが挙げられる。
【0015】
本発明の検出方法は、表面プラズモン共鳴を利用することを特徴とする。表面プラズモン共鳴法(以下、SPRと表記する)は、プリズム表面の金属薄膜上の質量変化に伴う屈折率変化を検出する方法であり、物質の相互作用を標識なしで検出することが可能である。具体的には、物質L(以下、リガンドと表記する)を金属薄膜表面に固定し、これに作用する物質A(以下、アナライトと表記する)を含む試料を展開することにより、L−Aの結合に伴う金属薄膜表面での微量な質量変化による屈折率変化を検出する。本発明においては、XylRをリガンド、psプロモーターDNAをアナライトとする方法、またはpsプロモーターDNAをリガンド、XylRをアナライトとする方法のいずれも利用可能である。リガンドを固相表面に固定する方法は公知の方法から好適なものを選択すればよく、XylRとベンゼン系化合物、Bz−XylR複合体とpsプロモーターDNAとの結合を妨げるものでなければ特に限定されない。具体的には、あらかじめ金属表面に結合可能な官能基を有する物質を導入してリガンドが有する反応基と化学的に結合させるか、金属表面をリガンドと化学的に結合または吸着可能な物質で修飾した後、リガンドを反応させることにより固定することができる。
【0016】
また本発明の検出方法は、水晶振動子を利用することを特徴とする。水晶振動子法の原理は前記SPR法と類似している。具体的には、振動子の表面に物質が吸着すると振動子を組み込んだ発振回路の発振周波数が変化することに基づいており、物質の相互作用を標識なしで検出することができる。すなわち、物質Lを振動子の表面に固定し、これに作用する物質Aを含む試料を展開することにより、L−Aの結合に伴う振動子表面での微量な質量変化を発振周波数の変化として検出する。本発明においては、XylRをリガンド、psプロモーターDNAをアナライトとする方法、またはpsプロモーターDNAをリガンド、XylRをアナライトとする方法のいずれも利用可能である。リガンドを固相表面に固定する方法は、前記SPRの場合と全く同様に公知の方法から好適なものを選択することができる。
【0017】
本発明の検出方法は、蛍光物質間で生じる蛍光共鳴エネルギー移動を利用することを特徴とする。蛍光共鳴エネルギー移動(以下、FRETと表記する)とは、1つの発蛍光団(以下、供与体と表記する)の蛍光スペクトルが他の発色団(以下、受容体と表記する)の励起スペクトルと重なり、かつ供与体と受容体が充分に接近する位置にある場合、供与体の励起が受容体からの蛍光を誘導し、更に供与体自身からの蛍光強度は減少するという現象である。本発明で使用される供与体及び受容体となる蛍光物質は、XylRまたはpsプロモーターDNAに標識された状態でFRETを生起することが可能な組み合わせであれば、特に制限されない。種々の発蛍光団を有する色素が使用可能であるが、例えばフルオレセイン系、ローダミン系の色素等が好適に使用することができる。フルオレセインは492 nmで励起した場合に518 nmに蛍光のピークを示し、ローダミンは570 nmで励起した場合に590 nmに蛍光ピークを示す。この2種類の発色光団がFRETを生じるに充分に近い位置にある場合には、供与体であるフルオレセインから受容体であるローダミンへの蛍光エネルギー移動が起こり、フルオレセインに由来する蛍光強度は減少し、ローダミンに由来する蛍光強度が増加することになる。
【0018】
本発明の測定キットは、XylRと、Bz−XylR複合体と特異的に結合するDNAからなることを特徴とする。本測定キットにおいて、XylRとpsプロモーターDNAが(1)各々一定の濃度で含まれる溶液、あるいは(2)乾燥状態、または固定化された状態の各々一定量の固体とそれを溶解可能な溶媒の組み合わせ、のいずれかの形態で供給される。溶媒となる溶液としては測定に好適な溶液、例えば緩衝液が好適に利用される。
【0019】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、以下の実施例により本発明は何ら限定されない。
【0020】(実施例1)
測定キット(1)の作製
XylRをコードする遺伝子をシュードモナス属菌のTOLプラスミドからPCRにより増幅した。これをプロモーター、ターミネーター等を有するベクターの中の発現可能な位置に挿入し、得られた発現ベクターで大腸菌を形質転換した。得られた形質転換大腸菌を培養した後、菌体を遠心分離で集菌し、PBS緩衝液(pH7.0、以下の全実施例に共通の緩衝液)に懸濁した。超音波処理により菌体を破砕し、遠心分離して上清画分を回収することによりXylRを含む細胞抽出液を得た。次いで、この抽出液をイオン交換クロマトグラフィーとゲルろ過クロマドグラフィーに供することによりXylRを精製した。得られたXylRをビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、PBS緩衝液(pH7.0)に溶解させて500μg/mlのビオチン化XylR溶液を調製した。さらに、ストレプトアビジンをコートした96穴プレート(ナルゲン社製)にビオチン化XylR溶液を50μl加え、室温で10分間回転振とうした後、同一のPBS緩衝液で洗浄した。次に、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型として、一方のプライマーとして5’末端FITC標識オリゴヌクレオチドを用いてPCRを行い、得られた増幅DNAをPBS緩衝液(pH 7.0)に溶解させ、500μg/mlのFITC標識psプロモーターDNA溶液を調製した。この測定系を測定キット(1)とした。
【0021】(実施例2)
測定キット(1)によるm−キシレンの測定
ベンゼン系化合物としてm−キシレン(和光純薬製)をDMSO(和光純薬製)に溶解させた後、さらにPBS緩衝液に溶解させ、最終的に0.01〜50μg/mlの濃度のm−キシレンと、0.2%(v/v)の濃度のDMSOを含むキシレン溶液を調製した。各濃度のキシレン溶液50 μlを測定キット(1)のXylRを固定したウェルに加え、室温で5分間回転振とうし、50μlのFITC標識psプロモーターDNA溶液を加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図1に示した。図1の結果から、測定キット(1)では0.01〜5μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0022】(実施例3)
測定キット(2)の作製
実施例1で作製したXylRを、ビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、FITC標識ストレプトアビジンと反応させた後にPBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlのFITC標識XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型として、一方のプライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、得られた増幅DNAをPBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlの末端ビオチン化psプロモーターDNA溶液とした。ストレプトアビジンをコートした96穴プレート(ナルゲン社製)に前記ビオチン化psプロモーターDNA溶液を50μl加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液洗浄した。この測定系を測定キット(2)とした。
【0023】(実施例4)
測定キット(2)によるm−キシレンの測定
実施例2で作製した各濃度のキシレン溶液とFITC標識XylR溶液の各50μlを、室温で約5分間混合した。混合液をpsプロモーターDNA固定ウェルに加え、室温で10分間回転振とうした後、PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図2に示した。図2の結果から、測定キット(2)では0.01〜1.0μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0024】(実施例5)
測定キット(3)の作製
実施例1で作製したXylRをPBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlのXylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラシミドを鋳型とし、プライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチドと、5’末端FITC標識オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、得られた増幅DNAをPBS緩衝液に溶解させて、500μg/mlのビオチン化FITC標識psプロモーターDNA溶液を調製した。ストレプトアビジンをコートした96穴プレート(ナルゲン社製)に前記ビオチン化FITC標識psプロモーターDNA溶液を50μl加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。この測定系を測定キット(3)とした。
【0025】(実施例6)
測定キット(3)によるm−キシレンの測定
実施例2で作製した各濃度のキシレン溶液とXylR溶液の各50μlを、室温で約5分間混合した。混合液をFITC標識psプロモーターDNA固定ウェルに加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図3に示した。図3の結果から、測定キット(3)では0.1〜50μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0026】(実施例7)
測定キット(4)の作製
実施例1で作製したXylRをビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、PBS緩衝液に溶解させ500μg/mlのビオチン化XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型としてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させ、100μg/mlのpsプロモーターDNA溶液を調製した。ビオチン化XylR溶液を、あらかじめストレプトアビジンが固定されているセンサーチップSA(ビアコア社製)に流速15μl/minで10分間展開し、ストレプトアビジンとビオチンの結合を介してXylRをチップ上に固定した。この測定系を測定キット(4)とした。
【0027】(実施例8)
測定キット(4)によるm−キシレンの測定
psプロモーターDNA溶液10μlと実施例2で作製したキシレン溶液50μlを混合後、SPR(Biacore 2000、ビアコア社製)に供した。すなわち、XylRを固定したセンサーチップにこの混合溶液を流速20μl/minで2分間展開した後、PBS緩衝液で40秒間洗浄した。混合溶液展開開始点における共振シグナルを0とした時の、洗浄後の共振シグナルをレスポンスとした。測定結果を図4に示した。表面プラズモン共鳴による検出を利用した測定キット(4)では、0.5〜50μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0028】(実施例9)
測定キット(5)の作製
実施例1で作製したXylRをPBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlのXylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型とし、一方のプライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させ、100μg/mlの末端ビオチン化psプロモーターDNA溶液を調製した。ビオチン化プロモーターDNA溶液をあらかじめストレプトアビジンが固定されているセンサーチップSA(ビアコア社製)に流速15μg/minで10分間展開し、ストレプトアビジンとビオチンの結合を介してpsプロモーターDNAをチップ上に固定した。この測定系を測定キット(5)とした。
【0029】(実施例10)
測定キット(5)によるm−キシレンの測定
XylR溶液10μlと実施例2で作製したキシレン溶液50μ1を混合後、実施例8と同様にSPRに供した。すなわち、psプロモーターDNAを固定したセンサーチップにこの混合溶液を流速20μl/minで2分間展開した後PBS緩衝液で40秒間洗浄した。混合溶液展開開始点における共振シグナルを0とした時の、洗浄後の共振シグナルをレスポンスとした。測定結果を図5に示した。図5の結果から、表面プラズモン共鳴による検出を利用した測定キット(5)では、0.5〜50μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0030】(実施例11)
測定キット(6)の作製
実施例1で作製したXylRを、ビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、PBS緩衝液に溶解させ500μg/mlのビオチン化XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型としてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させ、100μg/mlのpsプロモーターDNA溶液を調製した。さらに、水晶振動子の金表面を、5mM 10−カルボキシ−1−デカンチオール(同人化学研究所製)の80%エタノール溶液で40℃で20分間反応させ、カルボキシル基を導入した。アミンカップリングによりストレプトアビジンを固定し、溶液セルにビオチン化XylR溶液を100μl注入し、ストレプトアビジンとビオチンの結合を介して水晶振動子上にXylRを固定した。この測定系を測定キット(6)とした。
【0031】(実施例12)
測定キット(6)によるm−キシレンの測定
溶液セルに20μlのXylR溶液を注入後、実施例2で作製したキシレン溶液100μlを加えた。キシレン溶液を加える前の周波数を0としたとき時の、周波数変化量の絶対値をレスポンスとした。測定結果を図6に示した。図6の結果から、水晶振動子による検出を利用した測定キット(6)では、0.5〜10μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0032】(実施例13)
測定キット(7)の作製
実施例1で作製したXylRをPBS緩衝液PBSに溶解させ500μg/mlのXylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型として、一方のプライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させ、100μg/mlの末端ビオチン化psプロモーターDNA溶液を調整した。水晶振動子の金表面を、5mM 10−カルボキシ−1−デカンチオール(同人化学研究所製)の80%エタノール溶液で40℃で20分間反応させ、カルボキシル基を導入した。アミンカップリングによりストレプトアビジンを固定し、溶液セルにビオチン化psプロモーターDNA溶液を100μl注入し、ストレプトアビジンとビオチンの結合を介してpsプロモーターDNAを水晶振動子上に固定した。この測定系を測定キット(7)とした。
【0033】(実施例14)
測定キット(7)によるm−キシレンの測定
溶液セルに20μlのpsプロモーターDNA溶液を注入後、実施例2で作製したキシレン溶液100μlを加えた。キシレン溶液を加える前の周波数を0とした時の、周波数変化量の絶対値をレスポンスとした。測定結果を図7に示した。図7の結果から、水晶振動子による検出を利用した測定キット(7)では、0.5〜10μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0034】(実施例15)
測定キット(8)の作製
実施例1で作製したXylRを、ビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、FITC標識ストレプトアビジンと反応させPBS緩衝液に溶解させ、1.0mg/mlのFITC標識XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型として、一方のプライマーとして5’末端ローダミン標識オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、PBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlのローダミン標識psプロモーターDNA溶液を調製した。あらかじめストレプトアビジンがコートされた96穴プレート(ナルゲン社製)に前記ビオチン化FITC標識XylR溶液を50μl加え、室温で20分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。この測定系を測定キット(8)とした。
【0035】(実施例16)
測定キット(8)によるm−キシレンの測定
実施例2で作製した各濃度のキシレン溶液とローダミン標識psプロモーターDNA溶液の各50μlを、室温で約5分間混合した。混合液をFITC標識XylR固定ウェルに加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図8に示した。図8の結果から、蛍光共鳴エネルギー移動による検出を利用した測定キット(8)では、0.1〜10μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0036】(実施例17)
測定キット(9)の作製
実施例1で作製したXylRを、ビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、ローダミン標識ストレプトアビジンと反応させ、PBS緩衝液に溶解させて500μg/mlのローダミン標識XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型とし、プライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチドと、5’末端FITC標識オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させて、500μg/mlのビオチン化FITC標識psプロモーターDNA溶液を調製した。あらかじめストレプトアビジンがコートされた96穴プレート(ナルゲン社製)に前記ビオチン化FITC標識psプロモーターDNA溶液を50μl加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。この測定系を測定キット(9)とした。
【0037】(実施例18)
測定キット(9)によるm−キシレンの測定
実施例2で作製した各濃度のキシレン溶液とローダミン標識XylR溶液の各50μlを、室温で約5分間混合した。混合液をFITC標識psプロモーターDNA固定ウェルに加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図9に示した。図9の結果から、蛍光共鳴エネルギー移動による検出を利用した測定キット(9)では、0.1〜5μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】固相に固定したXylRと結合した蛍光標識psプロモーターDNAの検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例2の測定結果を示している。
【図2】固相に固定したpsプロモーターDNAと結合した蛍光標識XylRの検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例4の測定結果を示している。
【図3】固相に固定した蛍光標識psプロモーターDNAとXylRとの結合による蛍光強度の減少を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例6の測定結果を示している。
【図4】XylRをリガンド、psプロモーターDNAをアナライトとした表面プラズモン共鳴による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例8の測定結果を示している。
【図5】psプロモーターDNAをリガンド、XylRをアナライトとした表面プラズモン共鳴を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例10の測定結果を示している。
【図6】XylRをリガンド、psプロモーターDNAをアナライトとした水晶振動子による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例12の測定結果を示している。
【図7】psプロモーターDNAをリガンド、XylRをアナライトとした水晶振動子による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例14の測定結果を示している。
【図8】固相に固定した蛍光標識XylRと、結合した蛍光標識psプロモーターDNAとの蛍光共鳴エネルギー移動による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例16の測定結果を示している。
【図9】固相に固定した蛍光標識psプロモーターDNAと、結合した蛍光標識XylRとの蛍光共鳴エネルギー移動による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例18の測定結果を示している。
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体試料、海水、河川水、地下水などの水系試料中のベンゼン系化合物を測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、一般的なベンゼン系化合物の測定は、ガスクロマトグラフ法、またはガスクロマトグラフ質量分析法を利用して行われている(例えば、非特許文献1参照)。ガスクロマトグラフ法は、試料をある担体に固定された固定相(吸着剤、溶媒)に気体キャリアガスとともに導入し、分析対象成分の蒸気圧及び親和性の差で分離・分析をする方法である。この方法は、大部分の無機、有機化合物の同定や構造の推定に有効で、品質管理から各種科学分野の研究に至るまで広く利用されている。また、ガスクロマトグラフ質量分析法は、ガスクロマトグラフで分離された成分や加熱によって生成した成分をさらにイオン化し、質量スペクトルで示される各フラグメントの質量数から、成分の同定や構造を推定する方法であり、主に有機混合物成分の同定やガス組成の分析に用いられている。
【0003】
しかしながら、これらの方法では大型で高価な装置が必要であり、かつ排気設備等を必要とするため特定の施設でしか行うことができない。しかも、非常に煩雑な作業が必要であり測定に長時間を要する場合が多い。一方、石油化学工業の発達に伴い、石油化学製品の廃棄物、工場排水等による環境汚染が問題となっており、生態系や人体に対する影響が危惧されている。また、近年は家庭、学校、または職場などの身近な市民生活の場における環境汚染に関心が集まっている。特に、水系におけるベンゼン系化合物等の有害汚染物質の測定は上述したように需要が多いにもかかわらず、従来法では煩雑な操作に要する時間とコストがかさむため、簡便で安価な測定方法の開発が望まれている。
【0004】
【非特許文献1】
日本工業規格 JIS K0125、「用水・排水中の揮発性有機化合物試験方法」平成7年改定版
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来の技術における問題を解決するためになされたもので、その課題は大型装置、特殊施設、および煩雑な操作を必要としない、安価で簡便かつ迅速なベンゼン系化合物の測定方法、およびその測定キットを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行い、(1)生物由来のキシレンレセプタータンパク質がベンゼン系化合物と特異的に結合すること、(2)この複合体と特異的に結合するDNAが存在すること、(3)これらの間の相互作用が検出可能であること、(4)さらに検出された結果から結合したベンゼン化合物を定量できることを見い出し、本発明を完成した。
【0007】
すなわち、本発明の測定方法は、(1)ベンゼン系化合物とキシレンレセプタータンパク質を溶液中で反応させ、(2)該反応により生じたベンゼン化合物とキシレンレセプタータンパク質の複合体と、該複合体と特異的に結合するDNAをさらに反応させ、(3)該複合体と該DNAの結合に起因する物理的あるいは化学的変化を検出することにより、(4)キシレンレセプタータンパク質と結合したベンゼン系化合物を定量化することを特徴とする。また、前記測定方法を利用した本発明の測定キットは、キシレンレセプタータンパク質と、該タンパク質とベンゼン系化合物の複合体と特異的に結合するDNAを含むことを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明で利用するキシレンレセプタータンパク質とは、例えばシュードモナス属細菌のTOLプラスミドにコードされている一連のベンゼン系化合物代謝に関わる、複数の酵素遺伝子の転写活性を調節しているレセプタータンパク質である。キシレンレセプタータンパク質はベンゼン系化合物と結合すると、これら酵素遺伝子のプロモーター領域の特定配列と特異的に結合することで、上記の酵素遺伝子の転写を活性化する。本発明はこの生物反応を利用するものである。
【0009】
本発明で用いるキシレンレセプタータンパク質(以下、XylRと表記する)の由来や構造は、ベンゼン系化合物、ならびに前記特定DNA配列(以下、psプロモーターDNAと表記する)に対する結合能を有してさえいれば特に限定されない。例えば、アミノ酸配列の改変や修飾などにより、ベンゼン系化合物や前記DNAに対する親和性が高く、検出に好適なタンパク質を作製し利用することができる。また、本発明におけるpsプロモーターDNAの由来や構造は、XylRとベンゼン系化合物の複合体に結合することができるのであれば特に限定されない。例えば、配列の改変や修飾などにより、検出に好適なDNAを作製し利用することができる。具体的には、ベンゼン系化合物と結合したXylR(以下、Bz−XylR複合体と表記する)が特異的に結合する配列を複数個連続させた人工オリゴヌクレオチドを作製し利用することができる。本発明において測定されるベンゼン系化合物は、XylRにより特異的に結合されるものであれば特に限定されないが、例えばm−キシレン、o−キシレン、p−キシレン、3−メチルベンジルアルコール、m−クロロトルエン、o−クロロトルエン、p−クロロトルエン、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、アニリン、2−4−Dなどが挙げられる。
【0010】
本発明の測定方法においては、ベンゼン系化合物とXylRの反応と、Bz−XylR複合体とpsプロモーターDNAの反応は必ずしも別々に行われる必要はなく、ベンゼン系化合物、XylR、psプロモーターDNAを同一溶液中へ同時に導入することも可能である。
【0011】
本発明の測定方法は、前記XylRが、蛍光物質、発光物質、放射性同位元素、酵素タンパク質、または蛍光タンパク質のいずれかで標識されていることを特徴とする。これにより、psプロモーターDNAに結合した標識XylRを検出したり、標識XylRにpsプロモーターDNAが結合することによって、例えば標識した酵素による反応が阻害されるのを観察することが可能となる。すなわち、本発明の測定方法の応用範囲を拡大することができる。導入する標識物質と標識方法は、公知の物質または方法から好適なものを選択すればよく、XylRの生物活性、すなわちベンゼン系化合物とpsプロモーターDNAに対する結合能を損なうものでなければ特に限定されない。通常の場合、検出の簡便さや生物活性に対する影響度を考慮すると、分子量の小さい蛍光物質または発光物質がより好適である。蛍光物質としては、種々の発蛍光団を有する色素が使用可能であるが、例えばフルオレセイン誘導体、ローダミン誘導体、テキサスレッド誘導体、アクリジン誘導体、マラカイトグリーン誘導体、ピレン誘導体、ルシファーイエロー誘導体、リボフラビン誘導体、フィコエリトリン誘導体、フィコシアニン誘導体、アロフィコシアニン誘導体などが挙げられる。発光物質としては、ルミノール誘導体、N−メチルアクリジニウム誘導体、ルシフェリン誘導体などが挙げられる。一方、蛍光タンパク質としては緑色蛍光タンパク質(GFP)やその変異体、必要であれば紫外線により緑から赤に蛍光が変色するカエデなどを使用することが可能である。酵素タンパク質としては、基質と特異的に結合しても反応を触媒する能力を有するタンパク質であれば特に制限されないが、例えばアルカリホスファターゼ、β−ガラクトキシダーゼ、ルシフェラーゼ、グルコースオキシダーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)などが使用可能である。これらタンパク質の標識方法としては、タンパク質のアミノ酸残基を利用する方法が好適に利用できる。具体的には、システイン残基のチオール基、リジン残基やN末端のアミノ基、グルタミン酸残基およびアスパラギン酸残基やC末端のカルボキシル基、セリン残基やスレオニン残基の水酸基などを利用し、標識物質の反応基と共有結合を生成させる。とりわけ、システイン残基は特殊なタンパク質を除いてその含量が少なく、アミノ酸の中で最も化学反応性が高いことから好適である。また、タンパク質の機能に関与していないアミノ酸残基を、遺伝子工学的手法により好適な残基に置換してから標識することも可能である。さらに、あらかじめアビジンまたはビオチンを導入し、これらの結合を介して標識することもできる。また、酵素タンパク質や蛍光性タンパク質の場合、XylRとの融合タンパク質として得ることもできる。具体的には、標識タンパク質を発現するベクターの、標識タンパク質をコードする遺伝子の下流にXylRをコードする遺伝子を連結し、融合タンパク質をコードするDNA配列を構築する。これを適当な宿主に導入して形質転換し、得られた形質転換株を培養することにより作製することができる。
【0012】
本発明の測定方法は、前記DNAが、蛍光物質、発光物質、放射性同位元素、酵素タンパク質、または蛍光性タンパク質のいずれかで標識されていることを特徴とする。これにより、XylRに結合した標識psプロモーターDNAを検出したり、標識psプロモーターDNAにBz−XylR複合体が結合することによって、例えば標識した酵素による反応が阻害されるのを観察することが可能となる。導入する標識物質と標識方法は、公知の物質または方法から好適なものを選択すればよく、Bz−XylR複合体がpsプロモーターDNAに結合するのを妨げなければ特に限定されない。通常の場合、検出の簡便さや生物活性に対する影響度を考慮すると、分子量の小さい蛍光物質または発光物質がより好適である。標識される蛍光物質、発光物質、酵素タンパク質、または蛍光タンパク質としては、前記XylRの標識に例示した種々の物質が同様に使用可能である。標識方法としては、5’末端を好適な標的物質で標識したプライマーを用い、ポリメラーゼ チェイン リアクション(以下、PCRと表記する)を行うことで末端標識したDNAを得ることができる。さらに、あらかじめアビジンまたはビオチンを導入しておき、これらの結合を介して標識することも可能である。
【0013】
本発明の測定方法は、前記XylRが固相に固定されていることを特徴とする。これは、Bz−XylR複合体と結合したpsプロモーターDNAと、未結合のpsプロモーターDNAを分離する手段として非常に有効である。XylRを固相に固定する方法は、公知の方法から好適なものを選択すればよく、XylRの生物活性、すなわちベンゼン系化合物とpsプロモーターDNAに対する結合能を損なうものでなければ特に限定されない。例えば、XylRのアミノ酸残基と固相上の物質との結合を利用する方法、あるいはタグをつけたXylRを作製してそのタグと固相上の物質との吸着や結合を利用する方法などが挙げられる。具体的には、システイン残基のチオール基、リジン残基やN末端のアミノ基、グルタミン酸残基およびアスパラギン酸残基やC末端にあるカルボキシル基、セリン残基やスレオニン残基の水酸基などを利用して固相上の反応基と共有結合を生成させる方法、固相上のアビジンとビオチン化XylRを結合させる方法、固相上のNTA等のキレート剤でヒスチジンタグ融合XylRを捕捉する方法、固相上の抗体で抗原融合XylRを捕捉する方法などが挙げられる。
【0014】
本発明の測定方法は、前記DNAが、固相に固定されていることを特徴とする。これは、psプロモーターDNAと結合したBz−XylR複合体と、未結合のXylRを分離する手段として非常に有効である。psプロモーターDNAを固相に固定する方法は、公知の方法から好適なものを選択すればよく、XylRがpsプロモーターDNAに結合するのを妨げなければ特に限定されない。例えば、固相上のアビジンとビオチン化psプロモーターDNAの結合により固定する方法などが挙げられる。
【0015】
本発明の検出方法は、表面プラズモン共鳴を利用することを特徴とする。表面プラズモン共鳴法(以下、SPRと表記する)は、プリズム表面の金属薄膜上の質量変化に伴う屈折率変化を検出する方法であり、物質の相互作用を標識なしで検出することが可能である。具体的には、物質L(以下、リガンドと表記する)を金属薄膜表面に固定し、これに作用する物質A(以下、アナライトと表記する)を含む試料を展開することにより、L−Aの結合に伴う金属薄膜表面での微量な質量変化による屈折率変化を検出する。本発明においては、XylRをリガンド、psプロモーターDNAをアナライトとする方法、またはpsプロモーターDNAをリガンド、XylRをアナライトとする方法のいずれも利用可能である。リガンドを固相表面に固定する方法は公知の方法から好適なものを選択すればよく、XylRとベンゼン系化合物、Bz−XylR複合体とpsプロモーターDNAとの結合を妨げるものでなければ特に限定されない。具体的には、あらかじめ金属表面に結合可能な官能基を有する物質を導入してリガンドが有する反応基と化学的に結合させるか、金属表面をリガンドと化学的に結合または吸着可能な物質で修飾した後、リガンドを反応させることにより固定することができる。
【0016】
また本発明の検出方法は、水晶振動子を利用することを特徴とする。水晶振動子法の原理は前記SPR法と類似している。具体的には、振動子の表面に物質が吸着すると振動子を組み込んだ発振回路の発振周波数が変化することに基づいており、物質の相互作用を標識なしで検出することができる。すなわち、物質Lを振動子の表面に固定し、これに作用する物質Aを含む試料を展開することにより、L−Aの結合に伴う振動子表面での微量な質量変化を発振周波数の変化として検出する。本発明においては、XylRをリガンド、psプロモーターDNAをアナライトとする方法、またはpsプロモーターDNAをリガンド、XylRをアナライトとする方法のいずれも利用可能である。リガンドを固相表面に固定する方法は、前記SPRの場合と全く同様に公知の方法から好適なものを選択することができる。
【0017】
本発明の検出方法は、蛍光物質間で生じる蛍光共鳴エネルギー移動を利用することを特徴とする。蛍光共鳴エネルギー移動(以下、FRETと表記する)とは、1つの発蛍光団(以下、供与体と表記する)の蛍光スペクトルが他の発色団(以下、受容体と表記する)の励起スペクトルと重なり、かつ供与体と受容体が充分に接近する位置にある場合、供与体の励起が受容体からの蛍光を誘導し、更に供与体自身からの蛍光強度は減少するという現象である。本発明で使用される供与体及び受容体となる蛍光物質は、XylRまたはpsプロモーターDNAに標識された状態でFRETを生起することが可能な組み合わせであれば、特に制限されない。種々の発蛍光団を有する色素が使用可能であるが、例えばフルオレセイン系、ローダミン系の色素等が好適に使用することができる。フルオレセインは492 nmで励起した場合に518 nmに蛍光のピークを示し、ローダミンは570 nmで励起した場合に590 nmに蛍光ピークを示す。この2種類の発色光団がFRETを生じるに充分に近い位置にある場合には、供与体であるフルオレセインから受容体であるローダミンへの蛍光エネルギー移動が起こり、フルオレセインに由来する蛍光強度は減少し、ローダミンに由来する蛍光強度が増加することになる。
【0018】
本発明の測定キットは、XylRと、Bz−XylR複合体と特異的に結合するDNAからなることを特徴とする。本測定キットにおいて、XylRとpsプロモーターDNAが(1)各々一定の濃度で含まれる溶液、あるいは(2)乾燥状態、または固定化された状態の各々一定量の固体とそれを溶解可能な溶媒の組み合わせ、のいずれかの形態で供給される。溶媒となる溶液としては測定に好適な溶液、例えば緩衝液が好適に利用される。
【0019】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、以下の実施例により本発明は何ら限定されない。
【0020】(実施例1)
測定キット(1)の作製
XylRをコードする遺伝子をシュードモナス属菌のTOLプラスミドからPCRにより増幅した。これをプロモーター、ターミネーター等を有するベクターの中の発現可能な位置に挿入し、得られた発現ベクターで大腸菌を形質転換した。得られた形質転換大腸菌を培養した後、菌体を遠心分離で集菌し、PBS緩衝液(pH7.0、以下の全実施例に共通の緩衝液)に懸濁した。超音波処理により菌体を破砕し、遠心分離して上清画分を回収することによりXylRを含む細胞抽出液を得た。次いで、この抽出液をイオン交換クロマトグラフィーとゲルろ過クロマドグラフィーに供することによりXylRを精製した。得られたXylRをビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、PBS緩衝液(pH7.0)に溶解させて500μg/mlのビオチン化XylR溶液を調製した。さらに、ストレプトアビジンをコートした96穴プレート(ナルゲン社製)にビオチン化XylR溶液を50μl加え、室温で10分間回転振とうした後、同一のPBS緩衝液で洗浄した。次に、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型として、一方のプライマーとして5’末端FITC標識オリゴヌクレオチドを用いてPCRを行い、得られた増幅DNAをPBS緩衝液(pH 7.0)に溶解させ、500μg/mlのFITC標識psプロモーターDNA溶液を調製した。この測定系を測定キット(1)とした。
【0021】(実施例2)
測定キット(1)によるm−キシレンの測定
ベンゼン系化合物としてm−キシレン(和光純薬製)をDMSO(和光純薬製)に溶解させた後、さらにPBS緩衝液に溶解させ、最終的に0.01〜50μg/mlの濃度のm−キシレンと、0.2%(v/v)の濃度のDMSOを含むキシレン溶液を調製した。各濃度のキシレン溶液50 μlを測定キット(1)のXylRを固定したウェルに加え、室温で5分間回転振とうし、50μlのFITC標識psプロモーターDNA溶液を加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図1に示した。図1の結果から、測定キット(1)では0.01〜5μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0022】(実施例3)
測定キット(2)の作製
実施例1で作製したXylRを、ビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、FITC標識ストレプトアビジンと反応させた後にPBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlのFITC標識XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型として、一方のプライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、得られた増幅DNAをPBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlの末端ビオチン化psプロモーターDNA溶液とした。ストレプトアビジンをコートした96穴プレート(ナルゲン社製)に前記ビオチン化psプロモーターDNA溶液を50μl加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液洗浄した。この測定系を測定キット(2)とした。
【0023】(実施例4)
測定キット(2)によるm−キシレンの測定
実施例2で作製した各濃度のキシレン溶液とFITC標識XylR溶液の各50μlを、室温で約5分間混合した。混合液をpsプロモーターDNA固定ウェルに加え、室温で10分間回転振とうした後、PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図2に示した。図2の結果から、測定キット(2)では0.01〜1.0μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0024】(実施例5)
測定キット(3)の作製
実施例1で作製したXylRをPBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlのXylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラシミドを鋳型とし、プライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチドと、5’末端FITC標識オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、得られた増幅DNAをPBS緩衝液に溶解させて、500μg/mlのビオチン化FITC標識psプロモーターDNA溶液を調製した。ストレプトアビジンをコートした96穴プレート(ナルゲン社製)に前記ビオチン化FITC標識psプロモーターDNA溶液を50μl加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。この測定系を測定キット(3)とした。
【0025】(実施例6)
測定キット(3)によるm−キシレンの測定
実施例2で作製した各濃度のキシレン溶液とXylR溶液の各50μlを、室温で約5分間混合した。混合液をFITC標識psプロモーターDNA固定ウェルに加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図3に示した。図3の結果から、測定キット(3)では0.1〜50μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0026】(実施例7)
測定キット(4)の作製
実施例1で作製したXylRをビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、PBS緩衝液に溶解させ500μg/mlのビオチン化XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型としてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させ、100μg/mlのpsプロモーターDNA溶液を調製した。ビオチン化XylR溶液を、あらかじめストレプトアビジンが固定されているセンサーチップSA(ビアコア社製)に流速15μl/minで10分間展開し、ストレプトアビジンとビオチンの結合を介してXylRをチップ上に固定した。この測定系を測定キット(4)とした。
【0027】(実施例8)
測定キット(4)によるm−キシレンの測定
psプロモーターDNA溶液10μlと実施例2で作製したキシレン溶液50μlを混合後、SPR(Biacore 2000、ビアコア社製)に供した。すなわち、XylRを固定したセンサーチップにこの混合溶液を流速20μl/minで2分間展開した後、PBS緩衝液で40秒間洗浄した。混合溶液展開開始点における共振シグナルを0とした時の、洗浄後の共振シグナルをレスポンスとした。測定結果を図4に示した。表面プラズモン共鳴による検出を利用した測定キット(4)では、0.5〜50μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0028】(実施例9)
測定キット(5)の作製
実施例1で作製したXylRをPBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlのXylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型とし、一方のプライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させ、100μg/mlの末端ビオチン化psプロモーターDNA溶液を調製した。ビオチン化プロモーターDNA溶液をあらかじめストレプトアビジンが固定されているセンサーチップSA(ビアコア社製)に流速15μg/minで10分間展開し、ストレプトアビジンとビオチンの結合を介してpsプロモーターDNAをチップ上に固定した。この測定系を測定キット(5)とした。
【0029】(実施例10)
測定キット(5)によるm−キシレンの測定
XylR溶液10μlと実施例2で作製したキシレン溶液50μ1を混合後、実施例8と同様にSPRに供した。すなわち、psプロモーターDNAを固定したセンサーチップにこの混合溶液を流速20μl/minで2分間展開した後PBS緩衝液で40秒間洗浄した。混合溶液展開開始点における共振シグナルを0とした時の、洗浄後の共振シグナルをレスポンスとした。測定結果を図5に示した。図5の結果から、表面プラズモン共鳴による検出を利用した測定キット(5)では、0.5〜50μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0030】(実施例11)
測定キット(6)の作製
実施例1で作製したXylRを、ビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、PBS緩衝液に溶解させ500μg/mlのビオチン化XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型としてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させ、100μg/mlのpsプロモーターDNA溶液を調製した。さらに、水晶振動子の金表面を、5mM 10−カルボキシ−1−デカンチオール(同人化学研究所製)の80%エタノール溶液で40℃で20分間反応させ、カルボキシル基を導入した。アミンカップリングによりストレプトアビジンを固定し、溶液セルにビオチン化XylR溶液を100μl注入し、ストレプトアビジンとビオチンの結合を介して水晶振動子上にXylRを固定した。この測定系を測定キット(6)とした。
【0031】(実施例12)
測定キット(6)によるm−キシレンの測定
溶液セルに20μlのXylR溶液を注入後、実施例2で作製したキシレン溶液100μlを加えた。キシレン溶液を加える前の周波数を0としたとき時の、周波数変化量の絶対値をレスポンスとした。測定結果を図6に示した。図6の結果から、水晶振動子による検出を利用した測定キット(6)では、0.5〜10μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0032】(実施例13)
測定キット(7)の作製
実施例1で作製したXylRをPBS緩衝液PBSに溶解させ500μg/mlのXylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型として、一方のプライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させ、100μg/mlの末端ビオチン化psプロモーターDNA溶液を調整した。水晶振動子の金表面を、5mM 10−カルボキシ−1−デカンチオール(同人化学研究所製)の80%エタノール溶液で40℃で20分間反応させ、カルボキシル基を導入した。アミンカップリングによりストレプトアビジンを固定し、溶液セルにビオチン化psプロモーターDNA溶液を100μl注入し、ストレプトアビジンとビオチンの結合を介してpsプロモーターDNAを水晶振動子上に固定した。この測定系を測定キット(7)とした。
【0033】(実施例14)
測定キット(7)によるm−キシレンの測定
溶液セルに20μlのpsプロモーターDNA溶液を注入後、実施例2で作製したキシレン溶液100μlを加えた。キシレン溶液を加える前の周波数を0とした時の、周波数変化量の絶対値をレスポンスとした。測定結果を図7に示した。図7の結果から、水晶振動子による検出を利用した測定キット(7)では、0.5〜10μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0034】(実施例15)
測定キット(8)の作製
実施例1で作製したXylRを、ビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、FITC標識ストレプトアビジンと反応させPBS緩衝液に溶解させ、1.0mg/mlのFITC標識XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型として、一方のプライマーとして5’末端ローダミン標識オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、PBS緩衝液に溶解させ、500μg/mlのローダミン標識psプロモーターDNA溶液を調製した。あらかじめストレプトアビジンがコートされた96穴プレート(ナルゲン社製)に前記ビオチン化FITC標識XylR溶液を50μl加え、室温で20分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。この測定系を測定キット(8)とした。
【0035】(実施例16)
測定キット(8)によるm−キシレンの測定
実施例2で作製した各濃度のキシレン溶液とローダミン標識psプロモーターDNA溶液の各50μlを、室温で約5分間混合した。混合液をFITC標識XylR固定ウェルに加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図8に示した。図8の結果から、蛍光共鳴エネルギー移動による検出を利用した測定キット(8)では、0.1〜10μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0036】(実施例17)
測定キット(9)の作製
実施例1で作製したXylRを、ビオチン化試薬(同仁化学研究所製)を用いてビオチン標識し、ローダミン標識ストレプトアビジンと反応させ、PBS緩衝液に溶解させて500μg/mlのローダミン標識XylR溶液を調製した。次いで、シュードモナス属菌のTOLプラスミドを鋳型とし、プライマーとして5’末端ビオチン化オリゴヌクレオチドと、5’末端FITC標識オリゴヌクレオチド用いてPCRを行い、増幅したDNAをPBS緩衝液に溶解させて、500μg/mlのビオチン化FITC標識psプロモーターDNA溶液を調製した。あらかじめストレプトアビジンがコートされた96穴プレート(ナルゲン社製)に前記ビオチン化FITC標識psプロモーターDNA溶液を50μl加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。この測定系を測定キット(9)とした。
【0037】(実施例18)
測定キット(9)によるm−キシレンの測定
実施例2で作製した各濃度のキシレン溶液とローダミン標識XylR溶液の各50μlを、室温で約5分間混合した。混合液をFITC標識psプロモーターDNA固定ウェルに加え、室温で10分間回転振とうした後PBS緩衝液で洗浄した。蛍光光度計を用いて波長494nmで励起し、波長518nmの蛍光を測定した。その結果を図9に示した。図9の結果から、蛍光共鳴エネルギー移動による検出を利用した測定キット(9)では、0.1〜5μg/mlの濃度のm−キシレンが測定可能であった。
【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】固相に固定したXylRと結合した蛍光標識psプロモーターDNAの検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例2の測定結果を示している。
【図2】固相に固定したpsプロモーターDNAと結合した蛍光標識XylRの検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例4の測定結果を示している。
【図3】固相に固定した蛍光標識psプロモーターDNAとXylRとの結合による蛍光強度の減少を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例6の測定結果を示している。
【図4】XylRをリガンド、psプロモーターDNAをアナライトとした表面プラズモン共鳴による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例8の測定結果を示している。
【図5】psプロモーターDNAをリガンド、XylRをアナライトとした表面プラズモン共鳴を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例10の測定結果を示している。
【図6】XylRをリガンド、psプロモーターDNAをアナライトとした水晶振動子による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例12の測定結果を示している。
【図7】psプロモーターDNAをリガンド、XylRをアナライトとした水晶振動子による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例14の測定結果を示している。
【図8】固相に固定した蛍光標識XylRと、結合した蛍光標識psプロモーターDNAとの蛍光共鳴エネルギー移動による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例16の測定結果を示している。
【図9】固相に固定した蛍光標識psプロモーターDNAと、結合した蛍光標識XylRとの蛍光共鳴エネルギー移動による検出を利用した、m−キシレンの測定結果を示す図である。実施例18の測定結果を示している。
Claims (9)
- (1)ベンゼン系化合物とキシレンレセプタータンパク質を溶液中で反応させ、(2)該反応により生じたベンゼン化合物とキシレンレセプタータンパク質との複合体と、該複合体と特異的に結合するDNAをさらに反応させ、(3)該複合体と該DNAの結合に起因する物理的あるいは化学的変化を検出することにより、(4)キシレンレセプタータンパク質と結合したベンゼン系化合物を定量化することを特徴とする、ベンゼン系化合物の測定方法
- 前記(1)キシレンレセプタータンパク質が、蛍光物質、発光物質、放射性同位元素、酵素タンパク質、または蛍光タンパク質のいずれかで標識されていることを特徴とする請求項1に記載の測定方法
- 前記(2)DNAが、蛍光物質、発光物質、放射性同位元素、酵素タンパク質、または蛍光タンパク質のいずれかで標識されていることを特徴とする請求項1に記載の測定方法
- 前記(1)キシレンレセプタータンパク質が、固相に固定されていることを特徴とする請求項1〜3に記載の測定方法
- 前記(2)DNAが、固相に固定されていることを特徴とする請求項1〜3に記載された測定方法
- 前記(3)検出が、表面プラズモン共鳴法を利用することを特徴とする請求項1、4、5いずれかに記載の測定方法
- 前記(3)検出が、水晶振動子を利用することを特徴とする請求項1、4、5いずれかに記載の測定方法
- 前記(3)検出が、蛍光物質間で生じる蛍光共鳴エネルギー移動を利用することを特徴とする請求項1〜5に記載の測定方法
- 前記キシレンレセプタータンパク質と、該タンパク質とベンゼン系化合物との複合体に特異的に結合するDNAを含むことを特徴とする、請求項1〜8に記載の測定方法を利用した測定キット
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003094431A JP2004301637A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | ベンゼン系化合物の測定方法および測定キット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003094431A JP2004301637A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | ベンゼン系化合物の測定方法および測定キット |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2004301637A true JP2004301637A (ja) | 2004-10-28 |
Family
ID=33406999
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2003094431A Pending JP2004301637A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | ベンゼン系化合物の測定方法および測定キット |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004301637A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010004736A1 (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-14 | 国立大学法人宇都宮大学 | Dnaを素子としたバイオセンサー |
-
2003
- 2003-03-31 JP JP2003094431A patent/JP2004301637A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2010004736A1 (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-14 | 国立大学法人宇都宮大学 | Dnaを素子としたバイオセンサー |
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