JP2005151877A - Method for amplifying dna and method for detecting dna - Google Patents

Method for amplifying dna and method for detecting dna Download PDF

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彰久 中島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for easily detecting whether a DNA in a specimen is a target DNA or not. <P>SOLUTION: The method for amplifying the DNA by amplifying the DNA by a thermal recycling reaction repeating three steps of (a) a step (an annealing step) for recognizing the terminus of a sequence region for amplifying the 3' part of each diverged single-stranded DNA, and hybridizing two kinds of hybridizable oligonucleotides, (b) a step for carrying out an elongation reaction of a primer by a DNA polymerase, and (c) a denaturation step involves using oligonucleotides having polymers having the lower critical solution temperatures and linked to the 5' terminus as the two kinds of the oligonucleotides used in the step (a). The method for detecting the DNA comprises carrying out the amplification method, adding a salt to the product, heating the resultant mixture to a temperature not lower than the lower critical solution temperature of the polymer linked to the 5' terminus of the oligonucleotide and not higher than Tm of the amplified DNA, and measuring the change of turbidity of the solution. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、目的のDNA配列が存在するかどうかを、高価な蛍光色素検出装置を用いることなく、簡易に検出する方法に関する。   The present invention relates to a method for easily detecting whether a target DNA sequence is present without using an expensive fluorescent dye detection apparatus.

遺伝子を増幅する技術としてポリメラーゼ連鎖反応法(Polymerase Chain Reaction;以下、PCR法と略す。)が一般的に行われている。PCR法は、Saikiらが開発した方法(Science 230,1350−1354(1985))で、ある特定のヌクレオチド配列領域(試料中のDNAなどの)を検出する場合、2本鎖のDNA(一方を+鎖、他方を−鎖)の特定の領域の両端の一方は+鎖の3’末端を、他方は−鎖の3’末端をそれぞれ認識してハイブリダイゼーションするような2つのオリゴヌクレオチドを用意し、それを熱変性により1本鎖状態にした試料DNAに対し鋳型依存性ヌクレオチド重合反応のプライマーとして機能させ、生成した2本鎖DNAを再び1本鎖に分離し、再び同様な反応を起こさせる一連の操作を繰り返すことで2つのプライマーに挟まれた前述の特定領域を検出可能な量にまで増幅させる方法である。
プライマーを適切に設計した反応系では、DNAが増幅できたかできなかったかを評価することにより、検体中にごく少量の、例えば、1個のウイルス、細菌、細胞が存在するかどうかを検出することができる。
増幅産物を確認する方法としては、増幅産物をそのまま、直接、ポリアクリルアミドを用いて電気泳動し、その泳動度の差から変異を検出するPCR−SSCP(PCR−Single Strand Conformation Polymorphism)法がある。
この方法では変異による増幅産物の立体構造の変化を電気泳動度の差として検出するものである。又、ショットガン法、プライマーウォーキング法、クローニング法などシークエンス技術や、DNAを制限酵素で適当に切断し、変異のある部分に意図的にPCRプライマーの3’末端を配置し、PCRが行われるか否かで判別するPCR−ASP(PCR−Allele Specific Primer)法や、変異部分をPCRで増幅し、これが制限酵素で切断可能か否かで判別するPCR−RFLP(PCR−Restriction Fragment Length Polymorphism)法、変異部分をさらに蛍光標識プローブで検出するタックマンプローブ法などがある。しかしながらいずれの方法も、高度な技術を習熟した者が高価な機器を用い、相当の時間的、金銭的な負担をかけてなし得る方法であり、このような方法しか開発されていないのが現状である。
As a technique for amplifying a gene, a polymerase chain reaction method (hereinafter referred to as a PCR method) is generally performed. The PCR method is a method developed by Saiki et al. (Science 230, 1350-1354 (1985)) and detects a specific nucleotide sequence region (such as DNA in a sample). Prepare two oligonucleotides that hybridize by recognizing the 3 'end of the + strand on one end of the specific region of the + strand and the other-strand), and the other on the 3' end of the-strand. The sample DNA that has been made into a single strand by heat denaturation is allowed to function as a primer for a template-dependent nucleotide polymerization reaction, and the generated double-stranded DNA is again separated into single strands to cause a similar reaction again. In this method, the above-mentioned specific region sandwiched between two primers is amplified to a detectable amount by repeating a series of operations.
In a reaction system with appropriately designed primers, it is possible to detect whether or not a very small amount of DNA, for example, one virus, bacteria, or cell is present in a sample by evaluating whether or not DNA has been amplified. Can do.
As a method of confirming the amplification product, there is a PCR-SSCP (PCR-Single Strand Polymorphism) method in which the amplification product is directly electrophoresed using polyacrylamide and a mutation is detected from the difference in the migration degree.
In this method, a change in the three-dimensional structure of the amplification product due to mutation is detected as a difference in electrophoretic mobility. In addition, is it possible to perform PCR by sequencing techniques such as shotgun method, primer walking method, cloning method, etc., or by appropriately cleaving DNA with restriction enzymes and deliberately placing the 3 'end of the PCR primer at the mutated part? PCR-ASP (PCR-Allele Specific Primer) method for discriminating depending on whether or not, and PCR-RFLP (PCR-Restriction Fragment Length Polymorphism) method for discriminating whether or not the mutated portion is amplified by PCR and can be cleaved with a restriction enzyme Further, there is a Taqman probe method in which a mutated portion is further detected with a fluorescently labeled probe. However, any of these methods is a method in which a person skilled in advanced technology can use an expensive device and put a considerable time and money, and only such a method has been developed. It is.

DNAのハイブリダイゼーションは、アデニン(A)はチミン(T)と、シトシン(C)はグアニン(G)と水素結合することを利用しているが、A−T間の水素結合は2本、G−C間の水素結合は3本であり、G−C配列が多い部分では、AもしくはTの配列がわずかにずれていても、従来法では、間違ってハイブリダイゼーションしてしまうことがあり、確定診断に使用するには、まだ精度も不十分であった。
一方、前田等の特許出願(特開2001−252098号公報)には、1本鎖DNAと疎水性物質の複合体であるDNAコンジュゲート物質と金属陽イオンを含有する水溶液に、遺伝子DNAを添加し、該水溶液の光散乱強度、または光透過率のいずれかの変化を測定する遺伝子診断方法が提案されている。これは、DNAの水溶性が高くコロイドを形成するが、2本鎖となるとアデニンがチミンと、シトシンとグアニンが水素結合をして親水性が落ちる性質があり、DNAと同じ長さで完全に相補鎖を形成するDNAが存在しハイブリダイゼーションを起こしたときだけコロイドの安定性が崩れ、凝集が生じるのを利用した方法で、一塩基多型(SNPS)のようなたった1つのDNAの変異を高精度に検出することができる優れた方法である。
しかしながら、この検出法を各種の遺伝子検査に用いるためには、検体のDNAを多く集めたり、あるいは、検体のDNAを増幅し、得られたDNAをDNAコンジュゲート物質に合わせた長さに高価な制限酵素を用いて切断し、DNAコンジュゲート物質とDNAのハイブリダイゼーションを妨害するもう一方のDNAを除去するという非常に手間と時間をかけた処理を行い、試料を調整しなければならず、実際の診断に使用するためにはさらなる改良の必要があった。
特開2001−252098号公報
DNA hybridization utilizes the fact that adenine (A) is hydrogen bonded to thymine (T), and cytosine (C) is hydrogen bonded to guanine (G). There are three hydrogen bonds between -C, and in the part where there are many GC sequences, even if the sequence of A or T is slightly shifted, the conventional method may inadvertently hybridize. The accuracy was still insufficient for use in diagnosis.
On the other hand, in the patent application of Maeda et al. (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-252098), gene DNA is added to an aqueous solution containing a DNA conjugated substance, which is a complex of single-stranded DNA and a hydrophobic substance, and a metal cation. In addition, a genetic diagnosis method for measuring a change in light scattering intensity or light transmittance of the aqueous solution has been proposed. This is because the DNA is highly water-soluble and forms a colloid. However, when it is double-stranded, adenine has a property of thymine, and cytosine and guanine have hydrogen bonds, resulting in a decrease in hydrophilicity. Only when DNA that forms a complementary strand exists and hybridization occurs, the stability of colloids collapses and aggregation occurs, so that mutation of only one DNA such as single nucleotide polymorphism (SNPS) can be performed. It is an excellent method that can be detected with high accuracy.
However, in order to use this detection method for various genetic tests, a large amount of sample DNA is collected, or the sample DNA is amplified and the obtained DNA is expensive to match the length of the DNA conjugate substance. The sample must be prepared by cutting with a restriction enzyme and removing the other DNA that interferes with the hybridization of the DNA conjugate substance and the DNA. There was a need for further improvements for use in the diagnosis of
JP 2001-252098 A

本発明は以上の事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、DNAの簡単な検査方法を提供することにあり、さらに詳しくは、検体のDNAがターゲットのDNAであるかどうかを、簡単に検出する方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a simple DNA testing method, and more specifically, whether or not the sample DNA is the target DNA. It is to provide a simple detection method.

本発明の上記目的は、
(1)(a)乖離されたそれぞれの1本鎖DNAに、増幅する配列の領域のそれぞれの3’側の末端を認識しハイブリダイズするように設計された配列の2種類のオリゴヌクレオチド(以下、プライマーということがある。)をハイブリダイズさせる工程(アニール工程)、
(b)デオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)の存在下にDNAポリメラーゼによりオリゴヌクレオチドを伸長反応させる工程(ポリメラーゼ工程)、
(c)変性を行う工程(変性工程)
の3工程を繰り返すサーマルサイクル反応を行ことによりDNAを増幅するに当り、上記(a)の工程において使用する2種類のオリゴヌクレオチドとして、5’末端に下限臨界共溶温度を有するポリマーが連結されているオリゴヌクレオチドを用いることを特徴とするDNAの増幅方法。
(2)上記(1)に記載の工程でDNAの増幅方法を行った後、塩を加え、さらにオリゴヌクレオチドの5’末端に結合されたポリマーの下限臨界共溶温度以上、増幅されたDNAのTm以下の温度に加熱し、その溶液の濁りの変化を測定することを特徴とするDNAの検出方法。
により達成された。
The above object of the present invention is to
(1) (a) Two types of oligonucleotides of sequences designed to recognize and hybridize to the separated single-stranded DNAs by recognizing and hybridizing each 3 'end of the region of the sequence to be amplified , Sometimes referred to as a primer), a step of hybridizing (annealing step),
(B) a step of extending an oligonucleotide with a DNA polymerase in the presence of deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP) (polymerase step),
(C) Step of modifying (denaturing step)
When the DNA is amplified by performing a thermal cycle reaction that repeats the above three steps, a polymer having a lower critical solution temperature is linked to the 5 ′ end as two types of oligonucleotides used in the step (a). A method for amplifying DNA, comprising using the oligonucleotide.
(2) After performing the DNA amplification method in the step described in (1) above, a salt is added, and further, the DNA that has been amplified at a temperature above the lower critical solution temperature of the polymer bound to the 5 ′ end of the oligonucleotide A method for detecting DNA, which comprises heating to a temperature below Tm and measuring the change in turbidity of the solution.
Achieved by.

本発明によれば、高価な蛍光試薬や蛍光検出装置などを用いなくても、目視により目的の遺伝子があるか否かを簡単に検出できる。   According to the present invention, it is possible to easily detect whether or not a target gene is present visually without using an expensive fluorescent reagent or a fluorescence detection device.

以下、本発明について具体的に説明する。
まず、本発明の原理について説明する。
本発明で用いられる5'末端に下限臨界共溶温度を有するポリマーが連結されたオリゴヌクレオチド(以下、オリゴヌクレオチド共重合体ということがある。)は、オリゴヌクレオチドに連結しているポリマーの転移温度以下では、すべての成分が鎖状に伸びた状態となり、増幅の鋳型となるDNA(鋳型のDNA、あるいは、単に鋳型ということがある。)にハイブリダイゼーションしやすい構造となる。オリゴヌクレオチドに連結する下限臨界共溶温度を有するポリマーとしてポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)を選んだ場合、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)の下限臨界共溶温度は32℃であるので、鋳型のDNAにハイブリダイゼーションしやすい温度、例えば、25℃あたりで、鋳型にアニールさせる。アニールが終わったときには、ポリメラーゼ酵素を用いて、オリゴヌクレオチドを鋳型のDNAに沿って伸長する。一般的に用いられるポリメラーゼ酵素は、55℃以上の温度でDNAを伸長するため、5'末端に下限臨界共溶温度を有するポリマーの転移温度以上となり、この部分は疎水化し、オリゴヌクレオチドを親水性部位としたミセル構造となる。ミセル構造をとるかどうかは、合成したDNAの構造で決まる。つまり、重要なのは、合成したDNAにおけるDNAの長さと、DNAの含有量である。
本発明の増幅方法では、低温でアニールした場合にミスマッチが起きるためか異常な増幅が起きる場合があるが、このようなミセル構造をとるとミスマッチ部分は外れ、正常な増幅のみが進行しもう一方のプライマーがアニールした部分まで伸長する。これにより、鋳型のDNAと完全に相補鎖を有する5'末端に下限臨界共溶温度を有するポリマーが連結されたDNAが合成される。
このDNAの増幅が成功しているかどうかは、下限臨界共溶温度以上の温度とし、塩濃度を高めることにより5'末端に下限臨界共溶温度を有するポリマーが連結されたDNAが凝集するかどうかで判定することができる。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
First, the principle of the present invention will be described.
The oligonucleotide in which a polymer having a lower critical solution temperature is linked to the 5 ′ end used in the present invention (hereinafter sometimes referred to as an oligonucleotide copolymer) is a transition temperature of the polymer linked to the oligonucleotide. In the following, all components are stretched in a chain, and the structure is easy to hybridize to DNA serving as a template for amplification (sometimes referred to as template DNA or simply a template). When poly (N-isopropylacrylamide) is selected as the polymer having the lower critical solution temperature linked to the oligonucleotide, the lower critical solution temperature of poly (N-isopropylacrylamide) is 32 ° C. The template is annealed at a temperature at which hybridization is easy, for example, around 25 ° C. When the annealing is finished, a polymerase enzyme is used to extend the oligonucleotide along the template DNA. Generally used polymerase enzyme elongates DNA at a temperature of 55 ° C. or higher, so that it becomes higher than the transition temperature of a polymer having a lower critical solution temperature at the 5 ′ end, and this part becomes hydrophobic, making the oligonucleotide hydrophilic. It becomes a micelle structure as a site. Whether the micelle structure is taken or not depends on the structure of the synthesized DNA. That is, what is important is the length of DNA in the synthesized DNA and the content of DNA.
In the amplification method of the present invention, abnormal amplification may occur due to mismatch occurring when annealed at a low temperature. However, when such a micelle structure is adopted, the mismatch portion is removed and only normal amplification proceeds. This primer extends to the annealed part. As a result, DNA in which a polymer having a lower critical solution temperature is linked to the 5 ′ end having a completely complementary strand to the template DNA is synthesized.
Whether this DNA has been successfully amplified depends on whether the DNA having a lower critical solution temperature linked to the 5 'end is agglomerated by increasing the salt concentration to a temperature above the lower critical solution temperature. Can be determined.

次に、本発明の構成要素について順次説明する。
本発明のアニール工程で用いられるオリゴヌクレオチド共重合体は、オリゴヌクレオチドの5'末端に下限臨界共溶温度を有するポリマーを有する。
ここで下限臨界共溶温度とは、重合体が水に溶解する状態から不溶の状態へ転位する臨界温度をいう。この温度より低温では、ポリマーは水和状態にあり、分子鎖は広がっているが、この温度より高温では、脱水和を起こし、分子鎖は凝集する。この温度による変化は可逆である。
下限臨界共溶温度は、下限臨界共溶温度を呈さないポリマーを形成する単量体1種以上を、下限臨界共溶温度を呈するポリマーを得ることができる単量体1種以上と共に用いることにより変化させることができる。
下限臨界共溶温度を呈さないポリマーを形成する単量体として、例えば、疎水性単量体を用いた場合、下限臨界共溶温度を低温側へ移動でき、また、親水性単量体を用いた場合、下限臨界共溶温度を高温側へ移動できる。
下限臨界共溶温度を呈するポリマーを形成する単量体としては、N置換(メタ)アクリルアミド誘導体及びビニルメチルエーテル等が挙げられ、この中でも、N置換(メタ)アクリルアミド誘導体が好ましい。
これらのモノマーを重合して得られるポリマーの下限臨界共溶温度は、例えば、
ポリ(N−エチルアクリルアミド):72℃
ポリ(N−エチル−N−メチルアクリルアミド):56℃
ポリ(N−ピロリジニルアクリルアミド):56℃
ポリ(N−シクロプロピルアクリルアミド):46℃
ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド):32℃
ポリ(N−ジエチルアクリルアミド):29℃
ポリ(N−プロピルアクリルアミド):21℃
ポリ(N−ピペリジニルアクリルアミド):5℃
ポリ(N−シクロプロピルメタクリルアミド):59℃
ポリ(N−エチルメタリルアミド):50℃
ポリ(N−イソプロピルメタクリルアミド):44℃
ポリ(N−プロピルアクリルアミド):13℃
であるが、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)(以下、PNIPAAmと称することがある。)が、その温度応答挙動もよく知られており(Schild,H.G.,Prog.Polym.Sci.17,163−249,(1992))、1本鎖DNAと複合体を形成した際には、応答温度範囲が比較的低く、扱いやすい上、入手しやすい((株)興人より入手)ため、本発明においては、PNIPAAmを下限臨界共溶温度を有するポリマーとして用いるのが好ましい。
Next, the components of the present invention will be described sequentially.
The oligonucleotide copolymer used in the annealing step of the present invention has a polymer having a lower critical solution temperature at the 5 ′ end of the oligonucleotide.
Here, the lower critical solution temperature refers to a critical temperature at which a polymer is rearranged from a state dissolved in water to an insoluble state. Below this temperature, the polymer is in a hydrated state and the molecular chains are spreading, but above this temperature, dehydration occurs and the molecular chains aggregate. This change with temperature is reversible.
The lower critical solution temperature is obtained by using one or more monomers that form a polymer that does not exhibit the lower critical solution temperature together with one or more monomers that can obtain a polymer that exhibits the lower critical solution temperature. Can be changed.
As a monomer that forms a polymer that does not exhibit the lower critical eutectic temperature, for example, when a hydrophobic monomer is used, the lower critical eutectic temperature can be moved to a lower temperature side, and a hydrophilic monomer can be used. The lower critical eutectic temperature can be moved to the higher temperature side.
Examples of the monomer that forms a polymer exhibiting a lower critical eutectic temperature include N-substituted (meth) acrylamide derivatives and vinyl methyl ether, among which N-substituted (meth) acrylamide derivatives are preferable.
The lower critical solution temperature of the polymer obtained by polymerizing these monomers is, for example,
Poly (N-ethylacrylamide): 72 ° C
Poly (N-ethyl-N-methylacrylamide): 56 ° C
Poly (N-pyrrolidinylacrylamide): 56 ° C
Poly (N-cyclopropylacrylamide): 46 ° C
Poly (N-isopropylacrylamide): 32 ° C
Poly (N-diethylacrylamide): 29 ° C
Poly (N-propylacrylamide): 21 ° C
Poly (N-piperidinylacrylamide): 5 ° C
Poly (N-cyclopropylmethacrylamide): 59 ° C
Poly (N-ethylmethallylamide): 50 ° C
Poly (N-isopropylmethacrylamide): 44 ° C
Poly (N-propylacrylamide): 13 ° C
However, poly (N-isopropylacrylamide) (hereinafter sometimes referred to as PNIPAAm) is well known for its temperature response behavior (Schild, HG, Prog. Polym. Sci. 17, 163-249, (1992)) When a complex is formed with a single-stranded DNA, the response temperature range is relatively low, easy to handle and easy to obtain (obtained from Kojin Co., Ltd.). In the invention, PNIPAAm is preferably used as a polymer having a lower critical solution temperature.

上記のポリマーにおいて、下限臨界共溶温度が失われない限りにおいて、他のモノマーを共重合してもかまわない。
オリゴヌクレオチド共重合体のオリゴヌクレオチドの5’末端に連結する下限臨界共溶温度を有するポリマーとしてPNIPAAmを用いた場合には、オリゴヌクレオチドが1本鎖DNAである場合、オリゴヌクレオチド共重合体は、1本鎖DNA−PNIPAAmとなる。このような1本鎖DNA−PNIPAAmの製造方法としては、種々の方法が適用されるが、好ましくは、末端アミノ化1本鎖DNAとアクリロイルオキシスクシンイミド(アクロス社より入手)をカップリング反応させ、末端アミノ基をアクリロイル化した1本鎖DNAとした後、N−イソプロピルアクリルアミド(以下、NIPAAmという。)モノマーをラジカル共重合させることにより得る方法が挙げられる。このとき、カップリング反応や共重合反応に用いられる触媒はどのようなものであってもよく、反応条件も特に限定されない。例えば、末端アミノ化1本鎖DNAとアクリロイルオキシスクシンイミドをNa2CO3−NaHCO3下でpHを調整した反応系でカップリングし、生成物とNIPAAmを緩衝剤であるTris−HCl下でpHを調整し、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンを活性剤とし、過硫酸アンモニウムなどを開始剤としてラジカル重合させてもよい。もちろん、これら以外の触媒や、助触媒、添加剤を用いてもよい。
なお、末端アミノ化1本鎖DNAは、特開昭59−27900号公報、特開昭59−93098号公報、特開昭59−93099号公報、特開昭59−93100号公報にその具体的な合成方法が記載されている。また、末端ビニル化する方法及びそれとNIPAAmとの共重合方法は、前田等の論文(biotechnology and bioengineering,vol.72,No.2,261−268及びpolymer journal,vol.33,No.10,830−833)に詳しく記載されている。
本発明のアニール工程で用いられる2種類のオリゴヌクレオチドは、いずれもオリゴヌクレオチド共重合体であることが好ましいが、いずれか一方がオリゴヌクレオチド共重合体であることもできる。
In the above polymer, other monomers may be copolymerized as long as the lower critical eutectic temperature is not lost.
When PNIPAAm is used as a polymer having a lower critical solution temperature linked to the 5 ′ end of the oligonucleotide of the oligonucleotide copolymer, when the oligonucleotide is a single-stranded DNA, the oligonucleotide copolymer is: It becomes single-stranded DNA-PNIPAAm. As a method for producing such a single-stranded DNA-PNIPAAm, various methods are applied. Preferably, a terminal-aminated single-stranded DNA and acryloyloxysuccinimide (obtained from Acros) are coupled to each other, Examples thereof include a method obtained by radical-copolymerizing an N-isopropylacrylamide (hereinafter referred to as NIPAAm) monomer after making the terminal amino group acryloylated single-stranded DNA. At this time, any catalyst may be used for the coupling reaction or copolymerization reaction, and the reaction conditions are not particularly limited. For example, terminal aminated single-stranded DNA and acryloyloxysuccinimide are coupled in a reaction system adjusted in pH under Na 2 CO 3 -NaHCO 3 , and the product and NIPAAm are adjusted in pH under Tris-HCl as a buffer. It is also possible to carry out radical polymerization using N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine as an activator and ammonium persulfate as an initiator. Of course, other catalysts, promoters, and additives may be used.
Specific examples of terminal aminated single-stranded DNA are described in JP-A-59-27900, JP-A-59-93098, JP-A-59-93099, and JP-A-59-93100. A simple synthesis method is described. Further, methods for terminal vinylation and copolymerization thereof with NIPAAm are described in Maeda et al. (Biotechnology and bioengineering, vol. 72, No. 2, 261-268 and polymer journal, vol. 33, No. 10, 830). -833).
Both of the two types of oligonucleotides used in the annealing step of the present invention are preferably oligonucleotide copolymers, but one of them can also be an oligonucleotide copolymer.

本発明のアニール工程で用いられるオリゴヌクレオチド共重合体のオリゴヌクレオチド部分は、鋳型のDNAの塩基配列の一部と実質的に相補的な塩基配列を有し、変性後の(+)側のDNAと(−)側のDNAの増幅する配列の領域のそれぞれの3’側の末端にハイブリダイズする。また、ハイブリダイズした後、DNA鎖を伸長する。なお、ここで「実質的に相補的な塩基配列」とは、使用される反応条件において鋳型のDNAにミスマッチなくアニーリングすることができる塩基配列を意味する。
上記オリゴヌクレオチド共重合体のオリゴヌクレオチド部分は、例えば、デオキシリボヌクレオチド及びそのアナログ(併せてデオキシリボヌクレオチドということがある。)から選択されるもので構成される。該デオキシリボヌクレオチドには未修飾のものばかりでなく修飾されたものも含まれる。ここで修飾デオキシリボヌクレオチドは、特に限定されるものではなく、例えば、リン酸基に結合する酸素原子が硫黄原子に置換された(α−S)デオキシリボヌクレオチドや、リボースの2位の水酸基がメトキシ基に置換されたデオキシリボヌクレオチドが挙げられる。
本明細書においてデオキシリボヌクレオチドとは、糖部分がD−2−デオキシリボースで構成されたヌクレオチドのことをいい、例えば、塩基部分にアデニン(A)、シトシン(C)、グアニン(G)、チミン(T)を有するものが挙げられる。さらに、7−デアザグアノシン等の修飾塩基を有するデオキシリボヌクレオチドやデオキシイノシンヌクレオチドのようなデオキシリボヌクレオチドアナログも上記のデオキシリボヌクレオチドに包含される。
The oligonucleotide part of the oligonucleotide copolymer used in the annealing step of the present invention has a base sequence that is substantially complementary to a part of the base sequence of the template DNA, and the (+)-side DNA after denaturation And hybridize to the 3 ′ end of each region of the sequence to be amplified of the (−) side DNA. In addition, after hybridization, the DNA strand is elongated. Here, the “substantially complementary base sequence” means a base sequence that can be annealed to the template DNA without mismatch under the reaction conditions used.
The oligonucleotide portion of the oligonucleotide copolymer is composed of, for example, one selected from deoxyribonucleotides and analogs thereof (also sometimes referred to as deoxyribonucleotides). The deoxyribonucleotides include not only unmodified but also modified ones. The modified deoxyribonucleotide is not particularly limited. For example, (α-S) deoxyribonucleotide in which an oxygen atom bonded to a phosphate group is substituted with a sulfur atom, or the hydroxyl group at the 2-position of ribose is a methoxy group. And deoxyribonucleotides substituted.
As used herein, deoxyribonucleotide refers to a nucleotide whose sugar moiety is composed of D-2-deoxyribose. For example, the base moiety includes adenine (A), cytosine (C), guanine (G), thymine ( Those having T). Furthermore, deoxyribonucleotide analogs such as deoxyribonucleotides and deoxyinosine nucleotides having modified bases such as 7-deazaguanosine are also included in the above deoxyribonucleotides.

オリゴヌクレオチド共重合体のオリゴヌクレオチド部分をヌクレオチドアナログとすることは、高次構造形成の抑制、鋳型とのアニーリング形成の安定化の観点からも有効である。これらのオリゴヌクレオチド部分は、例えば、アプライド バイオシステムズ社(ABI社、Applied Biosystems Inc.)のDNAシンセサイザー394型を用いて、ホスホアミダイト法により合成できる。また、別法としてリン酸トリエステル法、H−ホスホネート法、チオホスホネート法等が用いられるが、いかなる方法で合成されたものであってもよい。   Making the oligonucleotide part of the oligonucleotide copolymer into a nucleotide analog is effective also from the viewpoint of suppressing higher-order structure formation and stabilizing the formation of annealing with the template. These oligonucleotide moieties can be synthesized, for example, by the phosphoramidite method using a DNA synthesizer type 394 from Applied Biosystems Inc. (ABI, Applied Biosystems Inc.). Moreover, although the phosphoric acid triester method, the H-phosphonate method, the thiophosphonate method, etc. are used as another method, what was synthesize | combined by what kind of method may be used.

次に、本発明のポリメラーゼ工程について説明する。この工程により検出の標的となるDNAが伸長される。
ポリメラーゼ工程はデオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)の存在下にDNAポリメラーゼによりDNAにハイブリダイズしたプライマー(オリゴヌクレオチド)を伸長させることにより行われる。
デオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)はオリゴヌクレオチドを伸長させるが、これらデオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)としては、PCR法等に使われるdNTP、すなわちdATP、dCTP、dGTP、dTTPの混合物が好適に使用できる。
これらデオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)は、使用されるDNAポリメラーゼの基質となる限りにおいては、デオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)のアナログ、例えば、7−デアザ−dGTP、dITP等のヌクレオチド三リン酸も含まれる。また、デオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)及びデオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)のアナログの誘導体も含まれ、これら誘導体としては、官能基を有する誘導体、例えば、アミノ誘導体が挙げられる。
デオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)は、例えば、DNA合成機等を用いて通常の合成方法と同様に調製することができる。
Next, the polymerase process of the present invention will be described. This step elongates the DNA to be detected.
The polymerase step is performed by extending a primer (oligonucleotide) hybridized to DNA with DNA polymerase in the presence of deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP).
Deoxyribonucleotide triphosphates (dNTPs) extend oligonucleotides, but as these deoxyribonucleotide triphosphates (dNTPs), dNTPs used in PCR methods, that is, mixtures of dATP, dCTP, dGTP, and dTTP are preferably used. it can.
These deoxyribonucleotide triphosphates (dNTPs) are analogs of deoxyribonucleotide triphosphates (dNTPs), for example, nucleotide triphosphates such as 7-deaza-dGTP and dITP, as long as they are substrates for the DNA polymerase used. Is also included. Deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP) and deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP) analog derivatives are also included, and these derivatives include derivatives having functional groups, such as amino derivatives.
Deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP) can be prepared, for example, using a DNA synthesizer or the like in the same manner as a normal synthesis method.

本発明に用いるデオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)とオリゴヌクレオチド共重合体の使用量は、検出の標的となるDNAの塩基配列、目的の増幅断片長及び使用する反応系組成により調整すればよく、例えば、増幅産物量を目安に調整することができるが、特に限定はされない。   The amount of deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP) and oligonucleotide copolymer used in the present invention may be adjusted according to the base sequence of the DNA to be detected, the target amplified fragment length, and the reaction system composition used, For example, the amount of amplification product can be adjusted as a guide, but is not particularly limited.

DNAポリメラーゼとは、DNA鎖を鋳型として新たなDNA鎖を合成する酵素のことをいい、天然型のDNAポリメラーゼの他、前記活性を有する変異体酵素も包含されるが、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有していないDNAポリメラーゼであることが好ましい。
本発明に使用されるDNAポリメラーゼは、特に限定はなく、例えば、バチルス カルドテナックス(Bacillus caldotenax、以下、B.caと称す。)やバチルス ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus、以下、B.stと称す。)等の好熱性バチルス属細菌由来DNAポリメラーゼの5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を欠失した変異体や、大腸菌(以下、E.coliと称す)由来のDNAポリメラーゼIのラージ フラグメント(クレノウ断片)等が挙げられる。また、本発明においては、DNAポリメラーゼは、常温性から耐熱性のいずれのものも好適に使用できる。B.caは生育至適温度が約70℃である好熱性細菌であり、この細菌由来のB.ca DNAポリメラーゼは、DNA依存DNAポリメラーゼ活性、RNA依存DNAポリメラーゼ活性(逆転写活性)、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を持つことが知られている。上記の酵素は、その本来の起源より精製して取得されたもの、あるいは遺伝子工学的に生産された組み換えタンパク質の何れであってもよい。また、該酵素は、遺伝子工学的あるいはその他の手法によって置換、欠失、付加、挿入等の改変を加えたものであってもよく、このような酵素の例として、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を欠損させたB.ca DNAポリメラーゼであるB.ca BEST DNAポリメラーゼ(宝酒造社製)等が挙げられる。
また、DNAポリメラーゼの中には、特定の条件でエンドヌクレアーゼ活性、例えば、RNaseH活性を有するものが知られている。このようなDNAポリメラーゼを本発明に用いることができる。すなわち、該DNAポリメラーゼをRNaseH活性が発現されるような条件下、例えば、Mn2+の存在下で使用する態様が挙げられる。該態様においては、上記RNaseHを添加することなく本発明を実施することができる。すなわち、Mn2+を含有する緩衝液中で上記のB.ca DNAポリメラーゼがRNaseH活性を示すことができる。なお、上記の態様はB.ca DNAポリメラーゼに限定されるものではなく、RNaseH活性を併せ持つことが知られている公知のDNAポリメラーゼ、例えば、サーマス サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のTth DNAポリメラーゼも本発明に使用することができる。
DNA polymerase refers to an enzyme that synthesizes a new DNA strand using a DNA strand as a template. In addition to natural DNA polymerase, a mutant enzyme having the above activity is also included, but 5 ′ → 3 ′ exo A DNA polymerase that does not have nuclease activity is preferred.
The DNA polymerase used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include Bacillus caldotenax (hereinafter referred to as B.ca) and Bacillus stearothermophilus (hereinafter referred to as B.st). A mutant lacking the 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity of a thermophilic Bacillus genus DNA polymerase such as E. coli (hereinafter referred to as E. coli) or a large fragment (Klenow) of DNA polymerase I Fragment) and the like. In the present invention, as the DNA polymerase, any of room temperature to heat resistant can be suitably used. B. ca is a thermophilic bacterium having an optimum growth temperature of about 70 ° C. The ca DNA polymerase is known to have DNA-dependent DNA polymerase activity, RNA-dependent DNA polymerase activity (reverse transcription activity), 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity, and 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity. The enzyme may be either purified and obtained from its original origin or a recombinant protein produced by genetic engineering. In addition, the enzyme may be modified by substitution, deletion, addition, insertion or the like by genetic engineering or other methods. Examples of such an enzyme include 5 ′ → 3 ′ exonuclease. B. deficient in activity B. a ca DNA polymerase. and ca BEST DNA polymerase (Takara Shuzo).
Some DNA polymerases are known to have endonuclease activity, for example, RNase H activity, under specific conditions. Such a DNA polymerase can be used in the present invention. That is, an embodiment in which the DNA polymerase is used under such conditions that RNase H activity is expressed, for example, in the presence of Mn 2+ can be mentioned. In this embodiment, the present invention can be carried out without adding the RNase H. That is, the above B. in buffer containing Mn 2+ ca DNA polymerase can exhibit RNase H activity. Note that the above-described aspect is the same as that of The present invention is not limited to ca DNA polymerase, and known DNA polymerases known to have RNase H activity, for example, Tth DNA polymerase derived from Thermos thermophilus can also be used in the present invention.

本発明の方法において、使用される酵素の活性が反応中に低下するおそれのある場合には、反応の途中で当該酵素をさらに添加することができる。添加する酵素は、反応開始時に反応液中に含まれる酵素と同じものでもよいし、同じ作用を示す異なる種類の酵素であってもよい。すなわち、反応途中で添加することにより、検出感度の向上あるいは増幅産物量の増大等の効果が得られるならば、添加する酵素の種類及び該酵素の性質には何ら限定はない。   In the method of the present invention, when the activity of the enzyme used may be lowered during the reaction, the enzyme can be further added during the reaction. The enzyme to be added may be the same as the enzyme contained in the reaction solution at the start of the reaction, or may be a different type of enzyme that exhibits the same action. That is, if the effect of improving the detection sensitivity or increasing the amount of amplified product can be obtained by adding during the reaction, the kind of enzyme to be added and the nature of the enzyme are not limited.

本発明のDNAの増幅方法によれば、2本鎖DNAばかりでなく、1本鎖DNAを増幅することができ、また、RNAを鋳型とした逆転写反応によって得たcDNAを用いることによりRNAのヌクレオチドの配列を増幅することもできる。
本発明の実施に用いるDNAやRNAは、当該DNAやRNAを含む可能性のあるあらゆる試料から調製し、あるいは単離することができる。
本発明のDNAの増幅反応や検出方法には、上記試料を直接使用してもよい。
DNAやRNAを含む試料は特に限定されないが、これら試料としては、例えば、全血、血清、バフィーコート、尿、糞便、脳脊髄液、精液、唾液、組織(例えば、癌組織、リンパ節等)、細胞培養物(例えば、哺乳動物細胞培養物及び細菌培養物等)のような生体由来試料、ウイロイド、ウイルス、細菌、カビ、酵母、植物及び動物のようなDNA含有試料、ウイルス又は細菌のような微生物が混入もしくは感染している可能性のある試料(食品、生物学的製剤等)、あるいは土壌、排水のような生物を含有する可能性のある試料が挙げられる。また、前記試料等を公知の方法で処理することによって得られるDNA、RNA含有調製物であってもよい。
該調製物としては、例えば、細胞破砕物やそれを分画して得られる試料、該試料中のDNA、あるいは特定のDNA分子群、例えば、mRNAを富化した試料等が使用できる。さらに、上記試料中に含まれるDNAやRNAを公知方法で増幅したものも好適に使用できる。
上記の試料からの調製物の調製方法には特に限定はなく、例えば、界面活性剤による溶解処理、超音波処理、ガラスビーズを用いた振盪撹拌、フレンチプレスの使用等の方法を調製に用いることができる。幾つかの例(例えば、内在性ヌクレアーゼが存在するとき)においては、さらに操作を加えてDNAを精製することが有利である。これらの例において、精製はフェノール抽出、クロマトグラフィー、イオン交換、ゲル電気泳動または密度勾配遠心分離等の公知方法により実施される。
According to the DNA amplification method of the present invention, not only double-stranded DNA but also single-stranded DNA can be amplified, and by using cDNA obtained by reverse transcription reaction using RNA as a template, Nucleotide sequences can also be amplified.
The DNA or RNA used in the practice of the present invention can be prepared or isolated from any sample that may contain the DNA or RNA.
In the DNA amplification reaction and detection method of the present invention, the sample may be used directly.
Samples containing DNA or RNA are not particularly limited. Examples of these samples include whole blood, serum, buffy coat, urine, feces, cerebrospinal fluid, semen, saliva, tissue (eg, cancer tissue, lymph node, etc.). Biological samples such as cell cultures (eg, mammalian cell cultures and bacterial cultures), DNA-containing samples such as viroids, viruses, bacteria, molds, yeasts, plants and animals, such as viruses or bacteria Samples that may be contaminated or infected with various microorganisms (food, biological preparations, etc.), or samples that may contain organisms such as soil and wastewater. Moreover, the preparation containing DNA and RNA obtained by processing the said sample etc. by a well-known method may be sufficient.
As the preparation, for example, a cell disrupted product, a sample obtained by fractionating the same, DNA in the sample, or a specific DNA molecule group, for example, a sample enriched with mRNA can be used. Furthermore, DNA or RNA amplified by a known method can be suitably used.
There is no particular limitation on the method for preparing the preparation from the above sample, and for example, methods such as dissolution treatment with a surfactant, ultrasonic treatment, shaking and stirring using glass beads, and the use of a French press are used for the preparation. Can do. In some instances (eg, when an endogenous nuclease is present), it may be advantageous to further manipulate and purify the DNA. In these examples, purification is performed by known methods such as phenol extraction, chromatography, ion exchange, gel electrophoresis or density gradient centrifugation.

RNA由来の配列を有するDNAを形成するのに用いるRNAは、逆転写反応に使用されるプライマーが作製可能なものであれば特に制限はなく、試料中の全RNAであることができ、その他、mRNA、tRNA、rRNA等のRNA分子群、あるいは特定のRNA分子種が挙げられる。
逆転写反応に使用するプライマーは、使用される反応条件において鋳型のRNAにアニールするものであれば特に限定されるものではない。該プライマーは、特定の鋳型RNAに相補的な塩基配列を有するプライマーの他、オリゴdT(デオキシチミン)プライマーやランダムな配列を有するプライマー(ランダムプライマー)であってもよい。逆転写用プライマーの長さは、特異的なアニーリングを行わせる観点から、好ましくは6ヌクレオチド以上であり、更に好ましくは9ヌクレオチド以上であり、オリゴヌクレオチドの合成の観点から、好ましくは100ヌクレオチド以下であり、更に好ましくは30ヌクレオチド以下である。
上記の逆転写反応に使用される酵素は、RNAを鋳型とするcDNA合成活性を有するものであれば特に限定はなく、例えば、トリ骨髄芽球症ウイルス由来逆転写酵素(AMV RTase)、モロニーネズミ白血病ウイルス由来逆転写酵素(MMLV RTase)、ラウス関連ウイルス2逆転写酵素(RAV−2 RTase)等、種々の起源の逆転写酵素が挙げられる。この他、逆転写活性を併せ持つDNAポリメラーゼを使用することもできる。また、高温で逆転写活性を有する酵素も好適であり、例えば、サーマス属細菌由来DNAポリメラーゼ(Tth DNAポリメラーゼ等)、好熱性バチルス属細菌由来DNAポリメラーゼ等を使用できる。これらは特に限定されるものではないが、例えば、好熱性バチルス属細菌由来DNAポリメラーゼが好ましく、B.st由来DNAポリメラーゼ(B.st DNAポリメラーゼ)、さらにB.ca DNAポリメラーゼが好ましい。例えば、B.ca DNAポリメラーゼは、逆転写反応にマンガンイオンを必要とせず、また、高温条件下で鋳型RNAの二次構造形成を抑制しながらcDNAを合成することができる。
上記の逆転写酵素活性を有する酵素は、当該活性を有している範囲において天然体、変異体のいずれもが使用できる。
The RNA used to form the DNA having the sequence derived from RNA is not particularly limited as long as the primer used for the reverse transcription reaction can be prepared, and can be the total RNA in the sample. An RNA molecule group such as mRNA, tRNA, rRNA, or a specific RNA molecular species can be mentioned.
The primer used for the reverse transcription reaction is not particularly limited as long as it anneals to the template RNA under the reaction conditions used. The primer may be a primer having a base sequence complementary to a specific template RNA, an oligo dT (deoxythymine) primer, or a primer having a random sequence (random primer). The length of the primer for reverse transcription is preferably 6 nucleotides or more, more preferably 9 nucleotides or more from the viewpoint of performing specific annealing, and preferably 100 nucleotides or less from the viewpoint of oligonucleotide synthesis. More preferably 30 nucleotides or less.
The enzyme used in the reverse transcription reaction is not particularly limited as long as it has cDNA synthesis activity using RNA as a template. For example, avian myeloblastosis virus-derived reverse transcriptase (AMV RTase), Moloney murine Examples include reverse transcriptases of various origins such as leukemia virus-derived reverse transcriptase (MMLV RTase) and rous-associated virus 2 reverse transcriptase (RAV-2 RTase). In addition, a DNA polymerase having reverse transcription activity can also be used. Enzymes having reverse transcription activity at high temperatures are also suitable. For example, DNA polymerases derived from thermus bacteria (Tth DNA polymerase, etc.), DNA polymerases derived from thermophilic Bacillus bacteria, etc. can be used. Although these are not particularly limited, for example, a thermophilic Bacillus bacterium-derived DNA polymerase is preferable. st-derived DNA polymerase (B.st DNA polymerase); ca DNA polymerase is preferred. For example, B.I. The ca DNA polymerase does not require manganese ions for the reverse transcription reaction, and can synthesize cDNA while suppressing secondary structure formation of the template RNA under high temperature conditions.
As the enzyme having the above-mentioned reverse transcriptase activity, any of a natural body and a mutant can be used as long as the enzyme has the activity.

また、本発明の別の態様としては、増幅しようとする塩基配列を含むDNAあるいはRNAをあらかじめ複製した後、本発明の方法の鋳型となるDNAとしてあるいは鋳型となるDNAを形成して用いてもよい。
DNAの複製の方法は、特に限定はされないが、増幅しようとする塩基配列を含むDNA断片を挿入したベクターで適当な宿主を形質転換させた後、得られた形質転換体を培養して、上記増幅しようとする塩基配列を含むDNA断片を挿入したベクターを抽出して使用する方法が例示される。該ベクターは、宿主内で安定して複製されるものであれば特に限定はなく、例えば、pUC系、pBluescript系、pGEM系、コスミド系、ファージ系のいずれもが好適に使用できる。また、宿主は、使用されるベクターを保持することができるものであれば特に限定はなく、例えば、培養が容易な大腸菌等が例示される。さらに、上記複製の方法の別の態様としては、増幅しようとする塩基配列を含むDNA断片を鋳型としてRNAポリメラーゼで該塩基配列を有するRNAを多数作製した後、逆転写反応により多数のcDNAとする方法が挙げられる。
RNAの複製は、増幅しようとする塩基配列を含むDNA断片を用いて行うことができる。該DNA断片はRNAポリメラーゼのプロモーター配列を有していれば特に限定はなく、また、RNAポリメラーゼのプロモーター配列を有するベクターに挿入されたものでもよいし、末端にRNAポリメラーゼのプロモーター配列を有するアダプターあるいはカセットをライゲーションさせたものでもよいし、RNAポリメラーゼのプロモーター配列を有するプライマーと適切な鋳型を用いて酵素的に合成したものであってもよい。すなわち、上記の増幅しようとする塩基配列を含むDNA断片を、上記のように配置されたRNAポリメラーゼのプロモーター配列を用いて、RNAの形で複製、増幅することができる。上記ベクターは、RNAポリメラーゼのプロモーター配列を有するものであれば特に限定はなく、例えば、pUC系、pBluescript系、pGEM系、コスミド系、ファージ系のいずれもが好適に使用できる。また、該ベクターは、環状のままあるいは直鎖状に処理したもののいずれもが好適に使用できる。さらに、上記の複製、増幅方法に用いられるRNAポリメラーゼは特に限定はなく、例えば、SP6 RNAポリメラーゼ、T7 RNAポリメラーゼあるいはT3 RNAポリメラーゼ等が好適に使用できる。
As another aspect of the present invention, DNA or RNA containing the base sequence to be amplified may be replicated in advance, and then used as the template DNA of the method of the present invention or after forming the template DNA. Good.
The method for replicating DNA is not particularly limited, but after transforming a suitable host with a vector into which a DNA fragment containing the nucleotide sequence to be amplified is inserted, the obtained transformant is cultured, A method of extracting and using a vector into which a DNA fragment containing a base sequence to be amplified is inserted is exemplified. The vector is not particularly limited as long as it is stably replicated in the host. For example, any of pUC system, pBluescript system, pGEM system, cosmid system, and phage system can be suitably used. The host is not particularly limited as long as it can hold the vector to be used, and examples thereof include E. coli that can be easily cultured. Furthermore, as another embodiment of the above-mentioned replication method, a large number of RNAs having the nucleotide sequence are prepared by RNA polymerase using a DNA fragment containing the nucleotide sequence to be amplified as a template, and then converted into a large number of cDNAs by reverse transcription reaction. A method is mentioned.
RNA replication can be performed using a DNA fragment containing a base sequence to be amplified. The DNA fragment is not particularly limited as long as it has an RNA polymerase promoter sequence, and may be inserted into a vector having an RNA polymerase promoter sequence, or an adapter having an RNA polymerase promoter sequence at the end or The cassette may be ligated, or may be synthesized enzymatically using a primer having an RNA polymerase promoter sequence and an appropriate template. That is, the DNA fragment containing the base sequence to be amplified can be replicated and amplified in the form of RNA using the RNA polymerase promoter sequence arranged as described above. The vector is not particularly limited as long as it has an RNA polymerase promoter sequence. For example, any of pUC system, pBluescript system, pGEM system, cosmid system, and phage system can be suitably used. In addition, as the vector, any of those circularly processed or linearly processed can be preferably used. Furthermore, the RNA polymerase used in the above-described replication and amplification methods is not particularly limited, and for example, SP6 RNA polymerase, T7 RNA polymerase, T3 RNA polymerase, or the like can be preferably used.

上記方法により単離したゲノムDNAやPCRフラグメントのような2本鎖DNA、および全RNA若しくはmRNAから逆転写反応で調製されたcDNAのような1本鎖DNAのいずれもが、本発明のDNAの増幅方法の鋳型とするDNAとして好適に使用できる。
RNA由来の配列を有するDNAの増幅を目的とする場合には、RNAを鋳型とした逆転写反応によって得られたRNA−cDNA2本鎖DNAのRNA鎖をRNaseHなどを用いて分解して1本鎖cDNAとして増幅反応を行うが、本発明の増幅用反応液にRNaseHなどのRNA鎖分解酵素を加えることにより、予めRNA鎖を分解しておかなくても本発明の増幅反応を開始することができる。さらに、本発明のDNAの増幅方法に逆転写酵素活性と鎖置換活性とを有するDNAポリメラーゼを使用することにより、RNAを鋳型とした逆転写反応と、当該反応によって生成したcDNAを鋳型にしたDNA増幅反応とを1種類のDNAポリメラーゼで行なうことができる。
上記鋳型とするDNAの長さは、標的配列がその断片中に完全に含まれる長さか、あるいは、標的配列の十分な部分が少なくとも断片中に存在することにより、プライマー配列の十分な結合を提供するような長さのものがよい。
本発明の方法では、特に限定するものではないが、鋳型のDNAが2本鎖DNAの場合にはそれらを変性して1本鎖にすることにより鋳型DNA鎖へのオリゴヌクレオチドの結合を可能にさせることができる。2本鎖DNAが変性する温度、例えば、約95℃で保持することは好ましい変性法である。他の方法はpHの上昇を含むが、オリゴヌクレオチドを標的物に結合させるためには、増幅反応時にpHを低下させる必要がある。上記のような2本鎖を1本鎖DNAに変性する工程、もしくは、鋳型がRNAの場合、逆転写反応によりcDNA(1本鎖DNA)を調製する工程の後に、温度を変化させてDNAを増幅させる。この温度変化は、例えば、25℃でアニールを行い、55℃でDNAを増幅し、95℃で変性を行うこれを繰り返すことにより、連続的にDNAが増幅される。
Both the double-stranded DNA such as genomic DNA and PCR fragment isolated by the above method and the single-stranded DNA such as cDNA prepared by reverse transcription reaction from total RNA or mRNA are all of the DNA of the present invention. It can be suitably used as DNA as a template for the amplification method.
For the purpose of amplification of DNA having a sequence derived from RNA, the RNA strand of RNA-cDNA double-stranded DNA obtained by reverse transcription reaction using RNA as a template is decomposed with RNase H or the like to produce a single strand. An amplification reaction is carried out as cDNA. By adding an RNA strand degrading enzyme such as RNase H to the amplification reaction solution of the present invention, the amplification reaction of the present invention can be started without degrading the RNA strand in advance. . Furthermore, by using a DNA polymerase having reverse transcriptase activity and strand displacement activity in the DNA amplification method of the present invention, reverse transcription reaction using RNA as a template, and DNA using the cDNA generated by the reaction as a template The amplification reaction can be performed with one type of DNA polymerase.
The length of the DNA used as the template is such that the target sequence is completely contained in the fragment, or sufficient part of the target sequence is present in the fragment, thereby providing sufficient binding of the primer sequence. It should be long enough.
In the method of the present invention, although not particularly limited, when the template DNA is a double-stranded DNA, the oligonucleotide can be bound to the template DNA strand by denaturing them into a single strand. Can be made. Holding at a temperature at which the double-stranded DNA is denatured, for example, about 95 ° C. is a preferred denaturing method. Other methods include increasing the pH, but in order to bind the oligonucleotide to the target, it is necessary to decrease the pH during the amplification reaction. After the step of denaturing the double strand as described above into a single strand DNA, or the step of preparing cDNA (single strand DNA) by reverse transcription when the template is RNA, the DNA is changed by changing the temperature. Amplify. For example, this temperature change is performed by annealing at 25 ° C., amplifying DNA at 55 ° C., and denaturing at 95 ° C., whereby DNA is continuously amplified.

本発明のDNAの増幅反応は、例えば、クレノウ断片のような常温性DNAポリメラーゼを使用することにより常温(例えば37℃)でも実施できるが、耐熱性を有する酵素(エンドヌクレアーゼ、DNAポリメラーゼ)を使用して高温、例えば、50℃以上で、さらに例えば60℃以上で実施することもできる。
さらに増幅反応は、逆転写反応およびDNAの増幅を連続して行なう態様も可能であり、上記反応に逆転写酵素を組み合わせて、あるいは逆転写活性を有するDNAポリメラーゼを使用して、RNA由来の配列を有するDNAを増幅することができる。
使用するDNAポリメラーゼは、オリゴヌクレオチド部分の3’末端から下流への伸長鎖合成に寄与し、そして重要なことは置換鎖を分解する可能性のある5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を示さないことである。このようなDNAポリメラーゼ、例えば、大腸菌由来のDNAポリメラーゼIのエキソヌクレアーゼ欠損変異体であるクレノウ断片、B.st DNAポリメラーゼ由来の同様の断片(ニューイングランドバイオラブス社製)、B.ca由来のB.ca BEST DNAポリメラーゼ(宝酒造社製)が有用である。シークエネース1.0およびシークエネース2.0(米国バイオケミカル社)、ジーン(Gene)第97巻、13〜19頁(1991)記載のT5DNAポリメラーゼおよびφ29 DNAポリメラーゼも使用することができる。通常は5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNAポリメラーゼであっても、その活性が適当な阻害剤の添加により阻害することが可能な場合は、本発明のDNA合成方法に使用できる。
本発明では自動でサーマルサイクラーのような反応装置を使って増幅してもよいし、アニール工程、ポリメラーゼ工程、変性工程のそれぞれの温度に調整したヒートブロック中に順番に入れることで増幅を行ってもかまわない。
本発明のポリメラーゼ工程は使用する酵素の活性が十分に保持される適当な温度で行うことが好ましい。従って、使用する酵素にもよるが、好ましい反応温度は、約20℃〜約80℃であり、さらに好ましくは約30℃〜約75℃であり、特に好ましくは、約50℃〜約70℃である。
本発明においては、鋳型とするDNAのGC含量に応じて反応温度を調節し、増幅効率を向上させることができる。例えば、鋳型となるDNAがGC含量の低い場合には、伸長する鎖長やオリゴヌクレオチドのTm値にもよるが、ポリメラーゼ工程を50〜55℃で行うことができる。
また、逆転写酵素活性を持つDNAポリメラーゼ、例えば、B.ca BEST DNAポリメラーゼを使用した場合、RNAからcDNAを調製する工程(逆転写反応)を含むRNA由来のDNAの増幅を1種類の酵素のみで簡便に実施することができる。また、RNAからcDNAを調製する工程を独立させて行い、その生成物(cDNA)を本発明の方法に鋳型のDNAとして使用することもできる。
The DNA amplification reaction of the present invention can be carried out at room temperature (for example, 37 ° C.) by using a room temperature DNA polymerase such as Klenow fragment, but an enzyme having heat resistance (endonuclease, DNA polymerase) is used. Then, it can be carried out at a high temperature, for example, 50 ° C. or higher, and further, for example, 60 ° C. or higher.
Further, the amplification reaction may be carried out in a manner that the reverse transcription reaction and the DNA amplification are continuously performed. The RNA reaction is performed by combining the above reaction with a reverse transcriptase or using a DNA polymerase having reverse transcription activity. Can be amplified.
The DNA polymerase used contributes to the synthesis of the extended strand downstream from the 3 ′ end of the oligonucleotide portion and, importantly, it does not exhibit 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity that can degrade the substituted strand. It is. Klenow fragment, which is an exonuclease-deficient mutant of such a DNA polymerase, for example, E. coli-derived DNA polymerase I; a similar fragment derived from st DNA polymerase (manufactured by New England Biolabs); B derived from ca. ca BEST DNA polymerase (Takara Shuzo) is useful. T5 DNA polymerase and φ29 DNA polymerase described in Sequene 1.0 and Sequene 2.0 (US Biochemical), Gene, Vol. 97, pages 13 to 19 (1991) can also be used. Usually, even a DNA polymerase having 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity can be used in the DNA synthesis method of the present invention if the activity can be inhibited by addition of an appropriate inhibitor.
In the present invention, amplification may be performed automatically using a reaction device such as a thermal cycler, or amplification may be performed by sequentially placing in a heat block adjusted to each temperature of the annealing step, polymerase step, and denaturing step. It doesn't matter.
The polymerase process of the present invention is preferably performed at an appropriate temperature at which the activity of the enzyme used is sufficiently maintained. Therefore, depending on the enzyme used, the preferred reaction temperature is about 20 ° C. to about 80 ° C., more preferably about 30 ° C. to about 75 ° C., and particularly preferably about 50 ° C. to about 70 ° C. is there.
In the present invention, the amplification efficiency can be improved by adjusting the reaction temperature according to the GC content of the template DNA. For example, when the template DNA has a low GC content, the polymerase step can be performed at 50 to 55 ° C., depending on the chain length to be extended and the Tm value of the oligonucleotide.
Also, a DNA polymerase having reverse transcriptase activity, such as B.I. When ca BEST DNA polymerase is used, amplification of RNA-derived DNA including a step of preparing cDNA from RNA (reverse transcription reaction) can be carried out conveniently with only one type of enzyme. Further, the step of preparing cDNA from RNA can be carried out independently, and the product (cDNA) can be used as template DNA in the method of the present invention.

本発明のDNAの増幅方法は、DNAの増幅を利用した種々の実験操作、例えば、DNAの検出、標識、塩基配列の決定に使用することができる。
また、本発明のDNAの増幅方法は、in situDNA増幅方法、DNAチップのような固相担体上でのDNA増幅方法あるいは多種類の領域を同時に増幅するマルチプレックスDNA増幅方法として使用することができる。
本発明でいうTmとは、DNAの2本鎖が熱変性して1本鎖になる温度をいい、“Current Protcols in Molecular Biology”による以下の式で計算される。
Tm(℃)=81.5+16.6*log[S]+0.41*(%GC)-(500/n)
[S] :塩のモル濃度
(%GC):オリゴDNA中のGC含量(%)
n :オリゴDNAの長さ(bp)
但し、[S]は、[(ナトリウムイオン濃度)+(カリウムイオン濃度)+(Trisイオン濃度)×0.67]をいい、マグネシウムイオン濃度は濃度の計算に入れない。
The DNA amplification method of the present invention can be used for various experimental operations utilizing DNA amplification, such as DNA detection, labeling, and base sequence determination.
The DNA amplification method of the present invention can be used as an in situ DNA amplification method, a DNA amplification method on a solid phase carrier such as a DNA chip, or a multiplex DNA amplification method for simultaneously amplifying multiple types of regions. .
Tm in the present invention refers to the temperature at which double strands of DNA are thermally denatured to become single strands, and is calculated by the following formula according to “Current Protocols in Molecular Biology”.
Tm (℃) = 81.5 + 16.6 * log [S] +0.41 * (% GC)-(500 / n)
[S]: Molar concentration of salt
(% GC): GC content in oligo DNA (%)
n: Length of oligo DNA (bp)
However, [S] means [(sodium ion concentration) + (potassium ion concentration) + (Tris ion concentration) × 0.67], and the magnesium ion concentration is not included in the calculation of the concentration.

本発明のDNAの検出方法によれば、標的DNA上の塩基配列の違いを判別することができる。
この態様においては、プライマーの中間部分が、標的とされる塩基配列の判別しようとする特定の塩基に位置するように、例えば、該塩基とプライマーの中間部分の塩基とが水素結合を形成するようにプライマーが設計される。このようなプライマーを使用して増幅反応を実施した場合、プライマーの中間部分の塩基配列と鋳型として用いたDANの塩基配列との間にミスマッチが存在する場合には増幅が起こらず、増幅産物の生成が見られない。
本発明の方法により、点突然変異、一塩基置換(Single nucleotide polymorphysm、SNP)のような遺伝子上の特定の塩基についての情報を得ることが可能である。
本発明のDNAの検出方法を用いて行う標的DNAの検出は、DNAを含有する試料を用いて直接、あるいは、標的DNAを増幅して実施することができる。この場合、増幅される標的DNAの鎖長には、特に限定はないが、感度よく標的DNAを検出する観点からは、例えば、200bp以下、さらに好ましくは150bp以下の領域が有効である。
さらに、本発明の検出方法では、ビシン、トリシン、ヘペス、リン酸塩あるいはトリス緩衝成分を含有する反応バッファー、及びスペルミジンやプロピレンジアミンを含有するアニーリング溶液の使用により、微量のDNA試料からもさらに高感度に標的DNAを検出することができる。この場合、使用するDNAポリメラーゼは特に限定はされない。
本発明のDNAの検出方法を用いて遺伝子診断を行う場合、本発明のDNAの増幅方法で得られたDNAの増幅液における1本鎖のDNAの含有率は、安定なミセル構造を形成できれば、限定されない。あまり低い含有率では、相補的遺伝子の添加による光分散強度の変化が確認されにくいばかりでなく、ミセルが形成されないことも考えられるので好ましくない。また、1本鎖DNAの含有率が高すぎる場合には、ポリマーを有するDNA(DNA共重合体という。)がミセルとなりにくく、ミセルが形成されても不安定となる場合が多いため好ましくない。したがって、0.1mol%以上0.5mol%以下程度が好ましい。しかし、1本鎖DNAの含有率は、1本鎖DNA鎖長や疎水性物質の構造に応じて変更することが望ましいため、上記の範囲に限定されるものではない。
According to the DNA detection method of the present invention, the difference in the base sequence on the target DNA can be discriminated.
In this embodiment, for example, the base and the base in the intermediate part of the primer form a hydrogen bond so that the intermediate part of the primer is located at a specific base to be discriminated from the target base sequence. Primers are designed. When an amplification reaction is carried out using such a primer, amplification does not occur if there is a mismatch between the base sequence of the middle part of the primer and the base sequence of DAN used as a template. Generation is not seen.
According to the method of the present invention, it is possible to obtain information about a specific base on a gene such as a point mutation or single nucleotide substitution (SNP).
The detection of the target DNA using the DNA detection method of the present invention can be carried out directly using a sample containing DNA or by amplifying the target DNA. In this case, the length of the target DNA to be amplified is not particularly limited, but from the viewpoint of detecting the target DNA with high sensitivity, for example, a region of 200 bp or less, more preferably 150 bp or less is effective.
Furthermore, in the detection method of the present invention, a reaction buffer containing a bicine, tricine, hepes, phosphate or tris buffer component, and an annealing solution containing spermidine or propylenediamine are used to further increase the amount of DNA sample. Target DNA can be detected with high sensitivity. In this case, the DNA polymerase to be used is not particularly limited.
When genetic diagnosis is performed using the DNA detection method of the present invention, the content of single-stranded DNA in the DNA amplification solution obtained by the DNA amplification method of the present invention is such that a stable micelle structure can be formed. It is not limited. If the content is too low, not only is it difficult to confirm the change in light dispersion intensity due to the addition of a complementary gene, but it is also not possible to form micelles. In addition, when the content of single-stranded DNA is too high, DNA having a polymer (referred to as a DNA copolymer) is unlikely to become micelles, and even if micelles are formed, they are often unstable. Therefore, about 0.1 mol% or more and 0.5 mol% or less is preferable. However, since the content of single-stranded DNA is desirably changed according to the length of the single-stranded DNA chain and the structure of the hydrophobic substance, it is not limited to the above range.

本発明のDNAの検出方法を用いた遺伝子診断では、増幅が終わったDNAの増幅液中に、塩、例えば、マグネシウムやナトリウムなどの金属陽イオンを共存させる。
イオン性界面活性剤のミセルや高分子ミセルでは、溶液中の対イオン濃度の増大に伴って、臨界ミセル濃度(CMC)の低下と会合数の増大が起こることが知られている。つまり、対イオンが増大すると、少量の界面活性剤でもミセルを形成できるようになったり、ミセルの粒子径が増大したりするのである。
本発明のDNAの検出方法を用いて遺伝子診断を行う場合、形成されたポリマーを有する1本鎖DNA(1本鎖DNA共重合体物質)の濃度が小さくてもミセルが形成され、ミセルの粒子径が大きくなり、光散乱の測定が容易になる等という理由からも金属陽イオンを共存させることが好ましい。
ここで使用する金属陽イオンはとくに限定されないが、好ましくは、マグネシウムイオン、ナトリウムイオンである。マグネシウムイオンとしては、MgCl2等を用いることができ、その濃度は、20〜100mMが好ましく、より好ましくは、30〜50mMである。また、ナトリウムイオンとしては、NaCl等を用いることができ、その濃度は0.1〜2Mが好ましく、より好ましくは、0.5〜1.5Mとする。
本発明のDNAの検出方法では、1本鎖DNAの含有率0.1〜0.5mol%の範囲において、Mg2+イオンを30mM添加した後、下限臨界共溶温度を有するポリマーの相転移温度以上(PNIPAMでは32℃以上)とすることが好ましい。ただし、増幅されたDNAのTm以上の温度にすると、DNA同士のハイブリダイゼーションがほぐれてしまうので、例えば、32〜40℃にすることが好ましい。
本発明のDNAの検出方法においては、1本鎖DNAと相補鎖との間での二重らせんの形成や光散乱強度の測定を妨げない範囲で、増幅が終わったDNAの増幅液中に他の物質を添加してもよい。
In gene diagnosis using the DNA detection method of the present invention, a salt, for example, a metal cation such as magnesium or sodium is allowed to coexist in the amplified DNA solution.
In ionic surfactant micelles and polymer micelles, it is known that as the counter ion concentration in the solution increases, the critical micelle concentration (CMC) decreases and the number of associations increases. That is, when the counter ion increases, micelles can be formed even with a small amount of surfactant, and the particle size of micelles increases.
When genetic diagnosis is performed using the DNA detection method of the present invention, micelles are formed even when the concentration of the formed single-stranded DNA (single-stranded DNA copolymer substance) is small, and the micelle particles It is preferable to allow a metal cation to coexist for reasons such as an increase in diameter and ease of light scattering measurement.
The metal cation used here is not particularly limited, but is preferably a magnesium ion or a sodium ion. The magnesium ions can be used MgCl 2 or the like, its concentration is preferably from 20 to 100 mm, more preferably 30 to 50 mm. Moreover, NaCl etc. can be used as a sodium ion, The density | concentration is 0.1-2M, More preferably, it is 0.5-1.5M.
In the method for detecting DNA of the present invention, a phase transition temperature of a polymer having a lower critical solution temperature after adding 30 mM of Mg 2+ ions in the range of the content of single-stranded DNA of 0.1 to 0.5 mol%. The above is preferable (32 ° C. or more for PNIPAM). However, if the temperature is higher than the Tm of the amplified DNA, the hybridization between the DNAs will be loosened. For example, the temperature is preferably 32 to 40 ° C.
In the method for detecting DNA of the present invention, other DNA is contained in the amplified solution of the amplified DNA as long as it does not interfere with the formation of a double helix between the single-stranded DNA and the complementary strand or the measurement of light scattering intensity. These substances may be added.

以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例1
緑膿菌を寒天培地に塗沫して、37℃で一晩培養した。
ICAN GN Sample Preparation kit(タカラバイオ社製)を用いて以下の手順に従い緑膿菌のDNAを抽出した。
(1)1.5mLのマイクロチューブにLysis Solutionを200μL入れる。
(2)培養した緑膿菌のコロニーの一つを爪楊枝で突っつき、(1)のマイクロチュウブ中に入れ、ボルテックスでよく分散させた。
(3)これを37℃のヒートブロック中に入れ、30分間保温した。
(4)さらに95℃のヒートブロックで5分間加熱処理を行い、2本鎖DNAを2本の1本鎖DNAに分けた。
(5)これを5℃に冷却した遠心分離機にセットし12000rpmで5分間遠心分離し、上澄みを回収した。
緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)は、セラミダーゼ産出菌であるため、このセラミダーゼ産出遺伝子を検出することで、緑膿菌を検出することとし、genbankデータベースを用いてこの部分の配列を調査した。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
Pseudomonas aeruginosa was smeared on an agar medium and cultured at 37 ° C. overnight.
DNA of Pseudomonas aeruginosa was extracted according to the following procedure using ICAN GN Sample Preparation kit (manufactured by Takara Bio Inc.).
(1) Add 200 μL of Lysis Solution to a 1.5 mL microtube.
(2) One of the colonies of Pseudomonas aeruginosa cultured was struck with a toothpick, placed in the microtube of (1), and well dispersed by vortexing.
(3) This was placed in a 37 ° C. heat block and kept warm for 30 minutes.
(4) Further, heat treatment was performed for 5 minutes in a 95 ° C. heat block to separate the double-stranded DNA into two single-stranded DNAs.
(5) This was set in a centrifuge cooled to 5 ° C. and centrifuged at 12000 rpm for 5 minutes, and the supernatant was collected.
Since Pseudomonas aeruginosa is a ceramidase-producing bacterium, Pseudomonas aeruginosa was detected by detecting this ceramidase-producing gene, and the sequence of this part was investigated using the genbank database.

1 ggatcctctt cggcatctgg atgatggcgg tgcagtacat cgactatccg gcggacaacc
61 acaagctcgg ctggaacgag atgctcgcct ggctgcgcag caagcgctgg gcgtgcatgg
121 gtttcggcgg ggtgacctac ctggcgctgc tgatcccgct ggtcaacctg gtcatgatgc
181 ccgccgccgt cgccggcgcc accctgttct gggtccgcga ggaaggcgag aaggcgctgg
241 tgaaataagc atgcgcccgg tgtccgctgt cggcattgtc aggcgggcgt cagcgccctg
301 acagccggcg tcgggcacac tacgaatgcc ctcgggagcg tcggcgcagg ccgcagccga
361 gacctgcgcc agcccttgca gaccggctcg acgctgccga accgactggc cgccggtgcc
421 tccccacgca ggcggccttt ttttacccgc ctgccttgcc gtccatgcag gatggccggc
481 gctcaccccc ttcctgtccg ctacgccccc ctcgactcca ccaccctggc actacagtgg
541 caaccaggcg aagcaggctc cggcccgctt tcgatgacca ccgtccccag cccgcccagc
601 ggcggaaaac aagaagaggg tcgccatgtc acgttccgca ttcaccgcgc tcttgctgtc
661 ctgcgtcctg ctggcgctct ccatgcctgc cagggccgac gacctgccct accgcttcgg
721 cctgggcaag gcggacatca ccggcgaagc cgccgaagtc ggcatgatgg gttactcctc
781 cctcgaacag aagaccgccg gcatccacat gcgccagtgg gcgcgtgcct tcgtgatcga
841 ggaagcggcc agcggacgtc gcctggtcta cgtcaacacc gacctgggga tgaccttcca
901 ggccgtgcac ctgaaggtcc tggcccggct caaggcgaag taccccggtg tctacgacga
961 gaacaacgtg atgctcgccg ccacccacac ccactccggt ccgggcggct tctcccacta
1021 cgcgatgtac aacctgtcgg tgctcggctt ccaggaaaag accttcaacg ccatcgtcga
1081 cggcatcgtc cgctccatcg agcgggccca ggccaggttg cagcccggcc gcctgttcta
1141 cggcagcggc gagctgcgca acgccagccg caaccgttcg ctgctgtcgc acctgaagaa
1201 tccggacatc gccggctacg aggatggcat cgacccgcag atgagcgtgc tcagcttcgt
1261 cgacgccaac ggcgagctgg ccggcgcgat cagttggttc ccggtgcaca gcacctcgat
1321 gaccaacgcc aatcacctga tctccccgga caacaagggc tacgcctcct atcactggga
1381 gcacgacgtc agccgcaaga gcggtttcgt cgccgccttc gcccagacca atgccggcaa
1441 cctgtcgccc aacctgaacc tgaagcccgg ctccggtccc ttcgacaacg agttcgacaa
1501 cacccgcgag atcggtctgc gccaattcgc caaggcctac gagatcgccg gccaggccca
1561 ggaggaagtg ctcggcgaac tggattcgcg cttccgtttc gtcgacttca cccgcctgcc
1621 gatccgcccg gagttcaccg acggccagcc gcgccagttg tgcaccgcgg ccatcggcac
1681 cagcctggcc gccggtagca ccgaagacgg tccaggcccg ctggggctgg aggaaggcaa
1741 caatccgttc ctctcggccc ttggcgggtt gctcaccggc gtgccgccgc aggaactggt
1801 gcaatgccag gcggaaaaga ccatcctcgc cgacaccggc aacaagaaac cctacccctg
1861 gacgccgacg gtgctgccga tccagatgtt ccgcatcggc cagttggaac tgctcggcgc
1921 ccccgccgag ttcaccgtga tggccggggt gcggatccgc cgcgcggtgc aggcggccag
1981 cgaagcggcc ggtatccgcc atgtggtctt caatggctac gcgaatgcct atgccagcta
2041 cgtcaccacc cgcgaggaat acgccgccca ggaatacgaa ggcggctcga ccctctacgg
2101 cccctggacc caggccgcct accagcagtt gttcgtcgac atggcggtgg cgctgcgcga
2161 acgcctgccg gtggaaacct cggcgatagc gccggacctg tcctgctgcc agatgaactt
2221 ccagaccgga gtagtggccg atgatcccta tatcggcaag tccttcggcg acgtgttgca
2281 acaacccagg gaaagttatc gcatcggcga caaggtgacc gtcgctttcg tgaccggaca
2341 tccgaagaat gacttgcgca ccgagaagac tttcctggaa gtggtgaata tcggcaagga
2401 tggcaaacag acgcccgtga ccgttgccac cgataatgac tgggataccc aataccgctg
2461 ggagagagtg ggtatatctg cctcgaaagc gactatcagc tggtccattc caccagggac
2521 cgagcccggc cattactaca tcaggcacta tggcaacgcg aagaacttct ggacccagaa
2581 gatcagcgaa atcggcggct cgacccgctc cttcgaggtg ctcggcacca ctccctagcg
2641 ggctccagcc aaggtttcga gattcgccag ccaactttat gacgcatgaa agtcgtcaaa
2701 taaaatgtga tttaaaacac atgaacaagt gaccttttca ttca
1 ggatcctctt cggcatctgg atgatggcgg tgcagtacat cgactatccg gcggacaacc
61 acaagctcgg ctggaacgag atgctcgcct ggctgcgcag caagcgctgg gcgtgcatgg
121 gtttcggcgg ggtgacctac ctggcgctgc tgatcccgct ggtcaacctg gtcatgatgc
181 ccgccgccgt cgccggcgcc accctgttct gggtccgcga ggaaggcgag aaggcgctgg
241 tgaaataagc atgcgcccgg tgtccgctgt cggcattgtc aggcgggcgt cagcgccctg
301 acagccggcg tcgggcacac tacgaatgcc ctcgggagcg tcggcgcagg ccgcagccga
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541 caaccaggcg aagcaggctc cggcccgctt tcgatgacca ccgtccccag cccgcccagc
601 ggcggaaaac aagaagaggg tcgccatgtc acgttccgca ttcaccgcgc tcttgctgtc
661 ctgcgtcctg ctggcgctct ccatgcctgc cagggccgac gacctgccct accgcttcgg
721 cctgggcaag gcggacatca ccggcgaagc cgccgaagtc ggcatgatgg gttactcctc
781 cctcgaacag aagaccgccg gcatccacat gcgccagtgg gcgcgtgcct tcgtgatcga
841 ggaagcggcc agcggacgtc gcctggtcta cgtcaacacc gacctgggga tgaccttcca
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961 gaacaacgtg atgctcgccg ccacccacac ccactccggt ccgggcggct tctcccacta
1021 cgcgatgtac aacctgtcgg tgctcggctt ccaggaaaag accttcaacg ccatcgtcga
1081 cggcatcgtc cgctccatcg agcgggccca ggccaggttg cagcccggcc gcctgttcta
1141 cggcagcggc gagctgcgca acgccagccg caaccgttcg ctgctgtcgc acctgaagaa
1201 tccggacatc gccggctacg aggatggcat cgacccgcag atgagcgtgc tcagcttcgt
1261 cgacgccaac ggcgagctgg ccggcgcgat cagttggttc ccggtgcaca gcacctcgat
1321 gaccaacgcc aatcacctga tctccccgga caacaagggc tacgcctcct atcactggga
1381 gcacgacgtc agccgcaaga gcggtttcgt cgccgccttc gcccagacca atgccggcaa
1441 cctgtcgccc aacctgaacc tgaagcccgg ctccggtccc ttcgacaacg agttcgacaa
1501 cacccgcgag atcggtctgc gccaattcgc caaggcctac gagatcgccg gccaggccca
1561 ggaggaagtg ctcggcgaac tggattcgcg cttccgtttc gtcgacttca cccgcctgcc
1621 gatccgcccg gagttcaccg acggccagcc gcgccagttg tgcaccgcgg ccatcggcac
1681 cagcctggcc gccggtagca ccgaagacgg tccaggcccg ctggggctgg aggaaggcaa
1741 caatccgttc ctctcggccc ttggcgggtt gctcaccggc gtgccgccgc aggaactggt
1801 gcaatgccag gcggaaaaga ccatcctcgc cgacaccggc aacaagaaac cctacccctg
1861 gacgccgacg gtgctgccga tccagatgtt ccgcatcggc cagttggaac tgctcggcgc
1921 ccccgccgag ttcaccgtga tggccggggt gcggatccgc cgcgcggtgc aggcggccag
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2161 acgcctgccg gtggaaacct cggcgatagc gccggacctg tcctgctgcc agatgaactt
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2281 acaacccagg gaaagttatc gcatcggcga caaggtgacc gtcgctttcg tgaccggaca
2341 tccgaagaat gacttgcgca ccgagaagac tttcctggaa gtggtgaata tcggcaagga
2401 tggcaaacag acgcccgtga ccgttgccac cgataatgac tgggataccc aataccgctg
2461 ggagagagtg ggtatatctg cctcgaaagc gactatcagc tggtccattc caccagggac
2521 cgagcccggc cattactaca tcaggcacta tggcaacgcg aagaacttct ggacccagaa
2581 gatcagcgaa atcggcggct cgacccgctc cttcgaggtg ctcggcacca ctccctagcg
2641 ggctccagcc aaggtttcga gattcgccag ccaactttat gacgcatgaa agtcgtcaaa
2701 taaaatgtga tttaaaacac atgaacaagt gaccttttca ttca

この配列の内、1045〜1500の456bpを増幅することとしプライマーとして、
foward primer :5'-CGGCTTCCAGG-3'
reverse primer :5'-TTGTCGAACTC-3'
と設定した。
オリゴヌクレオチドの吸光度(260nm)は、以下の計算式より計算できる。
260=A*15300+C*7400+G*11800+T*9300
式中、Aはオリゴヌクレオチド中のアデノシンの数、Cはオリゴヌクレオチド中のシチジンの数、Gはオリゴヌクレオチド中のグアノジンの数、Tはオリゴヌクレオチド中のチミジンの数を表す。
上記計算式から、foward primerの吸光度(EF)は
EF=1*15300+4*7400+4*11800+2*9300=110700
reverse primerの吸光度(ER)は
ER=2*15300+3*7400+2*11800+4*9300=113600
foward primer、reverse primer及びfoward primer、reverse primerそれぞれの5'末端をアミノヘキシル化したものをオリゴDNA合成業者(シグマゲノミクス社)に発注し入手した。
In this sequence, 456 bp from 1045 to 1500 is amplified and used as a primer.
foward primer: 5'-CGGCTTCCAGG-3 '
reverse primer: 5'-TTGTCGAACTC-3 '
Was set.
The absorbance (260 nm) of the oligonucleotide can be calculated from the following formula.
E 260 = A * 15300 + C * 7400 + G * 11800 + T * 9300
In the formula, A represents the number of adenosine in the oligonucleotide, C represents the number of cytidine in the oligonucleotide, G represents the number of guanidine in the oligonucleotide, and T represents the number of thymidine in the oligonucleotide.
From the above formula, the absorbance (EF) of the forward primer is EF = 1 * 15300 + 4 * 7400 + 4 * 11800 + 2 * 9300 = 110700
Absorbance (ER) of reverse primer is ER = 2 * 15300 + 3 * 7400 + 2 * 11800 + 4 * 9300 = 113600
The forward primer, reverse primer, forward primer, and reverse primer, which were aminohexylated at the 5 ′ end, were ordered from an oligo DNA synthesizer (Sigma Genomics) and obtained.

5’末端をアミノヘキシル化したfoward primer0.6μmolを、炭酸バッファー(Na2CO3(10mM)−NaHCO3(90mM))150μLに溶解し、プライマー溶液を作製した。
アクリロイルオキシサクシンイミド(アクロス社製)8.5μmolをジメチルスルホキシド460μLに溶解し、先ほどのプライマー溶液に加え、24時間室温で反応させた。この液をイソプロパノール10mL中に添加し、よく攪拌した後、遠心分離機にかけ、上澄みを除去し5’末端にビニル基を導入した。
同様の方法で、5’末端をアミノヘキシル化したreverse primerの5’末端をビニル化した。
得られた末端ビニル化foward primerと末端ビニル化reverse primerのそれぞれをN−イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とテトラメチルエチレンジアミンの存在下、過硫酸アンモニウムを開始剤としてラジカル共重合させ、foward primer−PNIPAAm複合体およびreverse primer−PNIPAAm複合体を合成した。得られた反応物を透析後、SHEPHADEXG100を充填したカラムでゲルろ過を行い未反応物を除去した。
得られたポリマーを、凍結乾燥したのち、25mLの精製水に溶解したところ260nmでの吸光度はそれぞれ以下のとおりだった。
foward primerから得られたもの 2.16 (以降、プライマーA溶液という。)
reverse primerから得られたもの 2.29 (以降、プライマーB溶液という。)
タカラバイオ社のポリメラーゼとPCR反応用バッファー、dNTP混合液のキット“Pyrobest DNA Polymerase”を購入した。
The forward primer 0.6 μmol in which 5 ′ end was aminohexylated was dissolved in 150 μL of carbonate buffer (Na 2 CO 3 (10 mM) -NaHCO 3 (90 mM)) to prepare a primer solution.
8.5 μmol of acryloyloxysuccinimide (manufactured by Acros) was dissolved in 460 μL of dimethyl sulfoxide, added to the primer solution, and allowed to react at room temperature for 24 hours. This solution was added to 10 mL of isopropanol and stirred well, and then centrifuged to remove the supernatant and introduce a vinyl group at the 5 ′ end.
In the same manner, the 5 ′ end of the reverse primer in which the 5 ′ end was aminohexylated was vinylated.
Each of the obtained terminal vinylated forward primer and terminal vinylated reverse primer was radically copolymerized with ammonium persulfate as an initiator in the presence of N-isopropylacrylamide (NIPAAm) and tetramethylethylenediamine, and forward primer-PNIPAAm complex and A reverse primer-PNIPAAm complex was synthesized. After dialysis of the obtained reaction product, gel filtration was performed with a column packed with SHEPHADEXG100 to remove unreacted products.
The obtained polymer was freeze-dried and then dissolved in 25 mL of purified water. The absorbance at 260 nm was as follows.
Obtained from forward primer 2.16 (hereinafter referred to as primer A solution)
Obtained from reverse primer 2.29 (hereinafter referred to as primer B solution)
A kit “Pyrobest DNA Polymerase” of Takara Bio's polymerase, PCR reaction buffer and dNTP mixed solution was purchased.

1.5mlのPCRチューブ中に
緑膿菌のDNAを抽出した上澄み液 100μL
10×PyrobestBuffer 100μL
dNTP Mixture 80μL
プライマーA溶液 253μL
プライマーB溶液 245μL
滅菌蒸留水 222μL
を混合し、98℃で10秒、25℃で2分、68℃で1分のサーマルサイクルを40回繰り返した。
得られた反応液をPNIPAMの下限臨界共溶温度32℃以上である40℃に加熱した。反応液は透明であったが、330mMの塩化マグネシウム水溶液、100μLを加えたところ、反応液は、白濁し、10分後には透過率が5%以下となった。
同様に、サーマルサイクルを行わない反応液に塩を加え、40℃に加熱しても白濁しなかったことから、白濁は、PCRの反応が進行したことを検知しているといえる。
100 μL of supernatant obtained by extracting Pseudomonas aeruginosa DNA in a 1.5 ml PCR tube
10 x PyrobestBuffer 100μL
dNTP Mixture 80μL
Primer A solution 253μL
Primer B solution 245μL
Sterile distilled water 222μL
And a thermal cycle of 98 ° C. for 10 seconds, 25 ° C. for 2 minutes and 68 ° C. for 1 minute was repeated 40 times.
The obtained reaction solution was heated to 40 ° C., which is 32 ° C. or higher, the lower critical solution temperature of PNIPAM. The reaction solution was transparent, but when a 330 mM magnesium chloride aqueous solution and 100 μL were added, the reaction solution became cloudy, and the transmittance became 5% or less after 10 minutes.
Similarly, it can be said that the white turbidity has detected that the PCR reaction has progressed since salt was added to the reaction solution not subjected to the thermal cycle and the white turbidity did not occur even when heated to 40 ° C.

Claims (2)

(a)乖離されたそれぞれの1本鎖DNAに、増幅する配列の領域のそれぞれの3’側の末端を認識しハイブリダイズするように設計された配列の2種類のオリゴヌクレオチドをハイブリダイズさせる工程(アニール工程)、
(b)デオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTP)の存在下にDNAポリメラーゼによりオリゴヌクレオチドを伸長反応させる工程(ポリメラーゼ工程)、
(c)変性を行う工程(変性工程)
の3工程を繰り返すサーマルサイクル反応を行ことによりDNAを増幅するに当り、上記(a)の工程において使用する2種類のオリゴヌクレオチドとして、5’末端に下限臨界共溶温度を有するポリマーが連結されているオリゴヌクレオチドを用いることを特徴とするDNAの増幅方法。
(A) A step of hybridizing each of the separated single-stranded DNAs with two kinds of oligonucleotides having a sequence designed to recognize and hybridize each 3 ′ end of the region to be amplified (Annealing process),
(B) a step of extending an oligonucleotide with a DNA polymerase in the presence of deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP) (polymerase step),
(C) Step of modifying (denaturing step)
When the DNA is amplified by performing a thermal cycle reaction that repeats the above three steps, a polymer having a lower critical solution temperature is linked to the 5 ′ end as two types of oligonucleotides used in the step (a). A method for amplifying DNA, comprising using the oligonucleotide.
請求項1に記載の工程でDNAの増幅方法を行った後、塩を加え、さらにオリゴヌクレオチドの5’末端に結合されたポリマーの下限臨界共溶温度以上、増幅されたDNAのTm以下の温度に加熱し、その溶液の濁りの変化を測定することを特徴とするDNAの検出方法。   After performing the DNA amplification method in the step according to claim 1, a salt is added, and a temperature not lower than the lower critical solution temperature of the polymer bonded to the 5 ′ end of the oligonucleotide and not higher than Tm of the amplified DNA And detecting a change in the turbidity of the solution.
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