JP2006325529A - Method for detecting organism species, microarray used therefor and kit for detecting organism species - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for detecting an organism species, with which the organism species is judged positive or false positive. <P>SOLUTION: The method for detecting an organism species comprises preparing a microarray in which spots for a plurality of kinds of detection probes specific to the organism species of a detection target are arranged, preparing the detection target labeled by a first labeled compound from nucleic acids in a test sample, preparing a detection reference labeled by a second labeled compound from the standard sample of the organism species of the detection target, mixing the target with the reference to hybridize the microarray, measuring the label signals of the first and the second labeled compounds in the spots and a judgment process for calculating and assaying a correlation coefficient r in the correlation between the two label signals in the spots, judging the organism species positive when a correlation is confirmed at a fixed significant level and the value of the correlation coefficient r exceeds a fixed value and judging the organism species false positive in a case except that. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、生物種の検出方法、それに用いるマイクロアレイ及び生物種検出用キットに関する。   The present invention relates to a biological species detection method, a microarray used therefor, and a biological species detection kit.

特定の生物種を迅速に検出する方法として、従来、PCRとDNAプローブとを用いた方法が実施されている。この方法は、例えば、まず、特定生物種のゲノム塩基配列のうち、前記生物種に特異的な配列からなるプローブを準備し、次に、被検試料に含まれる核酸からPCRによって前記プローブの相補配列を含み、検出可能な標識化合物で標識されたターゲットを準備し、そして、前記プローブと前記ターゲットとをハイブリダイズして前記プローブとハイブリダイズしたターゲットの標識シグナルを測定し、前記生物種を検出する方法である。そして、この方法には、DNAプローブが基板上に固定化されたマイクロアレイ(DNAチップともいう)が利用され、1回のハイブリダイゼーションで、複数種類の生物種について検出することが可能となっている。   As a method for rapidly detecting a specific species, a method using PCR and a DNA probe has been conventionally performed. In this method, for example, first of all, a probe having a sequence specific to the biological species among the genomic base sequences of a specific biological species is prepared, and then complementation of the probe is performed by PCR from a nucleic acid contained in a test sample. A target containing a sequence and labeled with a detectable labeling compound is prepared, and the probe and the target are hybridized to measure the label signal of the target hybridized with the probe to detect the species. It is a method to do. In this method, a microarray (also referred to as a DNA chip) in which DNA probes are immobilized on a substrate is used, and it is possible to detect a plurality of types of biological species by one hybridization. .

上記生物種の検出方法の問題点として、例えば、偽陽性の問題が挙げられる。すなわち、多くの生物種のゲノム塩基配列が決定されつつあるといっても、地球上の生物種全体から見れば、現段階では、そのほとんどのゲノム塩基配列が不明のままといえる。そうすると、例えば、研究室外の試料を対象に前記検出方法を試みて、ある生物種のプローブに対してターゲットのシグナルが検出されたとしても、そのシグナルがクロスハイブリダイゼーションによる偽陽性である可能性が、技術的限界として常に存在する。この問題を解決する方法として、例えば、競合ハイブリダイゼーション法(非特許文献1及び2参照)や、改変ヌクレオチドを含むブロッキング剤を利用する方法(特許文献1参照)が開示されている。しかしながら、これらの方法であっても、プローブ配列と同一又は相同性の高い配列を含む偽陽性ターゲットのクロスハイブリダイゼーションを排除することは困難という問題がある。   As a problem of the above-mentioned species detection method, for example, there is a false positive problem. That is, even though the genome base sequences of many biological species are being determined, it can be said that most of the genome base sequences remain unclear at this stage when viewed from all the species on the earth. Then, for example, even if a target signal is detected for a probe of a certain biological species when the detection method is attempted on a sample outside the laboratory, the signal may be a false positive due to cross-hybridization. It always exists as a technical limit. As a method for solving this problem, for example, a competitive hybridization method (see Non-Patent Documents 1 and 2) and a method using a blocking agent containing a modified nucleotide (see Patent Document 1) are disclosed. However, even with these methods, there is a problem that it is difficult to eliminate cross-hybridization of a false positive target including a sequence that is identical or highly homologous to the probe sequence.

上記生物種の検出方法のその他の問題点として、例えば、定量性の問題がある。すなわち、マイクロアレイを用いた定量方法としては、例えば、内部標準や外部標準を用いる方法が開示されているが(特許文献2参照)、多数の生物種を同時に検出する場合に生じる前記クロスハイブリダイゼーションに起因する定量の不確定性は、解決されていない。   As another problem of the above-described species detection method, for example, there is a problem of quantitativeness. That is, as a quantification method using a microarray, for example, a method using an internal standard or an external standard is disclosed (see Patent Document 2), but the cross-hybridization that occurs when a large number of biological species are detected simultaneously is disclosed. The resulting quantitative uncertainty is not resolved.

一方、多数の生物種を検出する方法は、例えば、汚染環境中の汚染物質分解バクテリアの検出に利用されることが期待されている。例えば、テトラクロロエチレン(PCE)やトリクロロエチレン(TCE)をはじめ、各種の有機塩素化合物による地下水や土壌の汚染は、世界共通の深刻な問題であり、しばしば、新聞紙上等のマスコミでも詳細に取り上げられ、これらの物質による環境汚染を修復するための技術開発が社会的に強く要求されている。汚染環境修復技術の生物的方法(バイオレメディエーション)として、汚染された土壌や地下水に元来生息するバクテリアの分解除去能力を増強させる方式(バイオスティミュレーション)と、環境汚染物質を分解除去する能力を持つバクテリアを汚染環境に直接導入する方式(バイオオーギュメンテーション)とがある。したがって、バイオレメディエーションを適用するにあたり、その汚染環境に存在する汚染物質分解生物種の検出とその定量とを迅速に行う汚染環境のモニタリングができれば、その汚染サイトがバイオスティミュレーション可能か、あるいは、バイオオーギュメンテーションを適用しなければならないかを迅速に判定できる。
特表2005−502346号公報 特開2004−28695号公報 Oliveira, R et al. (2002) 『Competitive hybridization on spotted microarrays as a tool to conduct comparative genomic analyses of Xylella fastidiosa strains』 FEMS Microbiol. Let. 216: 15−21. Abecassis, V. et al. (2003) 『Microarray−Based Method for Combinatorial Library Sequence Mapping and Characterization』 BioTechniques 34: 1272−1279.
On the other hand, a method for detecting a large number of biological species is expected to be used, for example, for detecting pollutant-degrading bacteria in a contaminated environment. For example, contamination of groundwater and soil by various organic chlorinated compounds such as tetrachlorethylene (PCE) and trichlorethylene (TCE) is a serious problem common to the world, and is often taken up in detail in the media such as newspapers. There is a strong social demand for technological development to repair environmental pollution caused by these substances. As a biological method (bioremediation) of remediation technology for contaminated environment, a method that enhances the ability to decompose and remove bacteria originally inhabiting contaminated soil and groundwater (biostimulation) and the ability to decompose and remove environmental pollutants There is a method (bioaugmentation) that directly introduces bacteria having a contamination into the contaminated environment. Therefore, in applying bioremediation, if the contaminated environment can be monitored quickly by detecting and quantifying pollutant-degrading species present in the contaminated environment, the contaminated site can be biostimulated, or It can quickly determine whether bioaugmentation has to be applied.
JP 2005-502346 A JP 2004-28695 A Oliveira, R et al. (2002) “Competitive hybridisation on spotted microarrays as a tool to conduct competitive analysis of Xylella festidosa strains EM. Let. 216: 15-21. Abecassis, V.M. et al. (2003) “Microarray-Based Method for Combinatorial Library Sequencing and Charac- terization” BioTechniques 34: 1272-1279.

本発明は、陽性か偽陽性かの判定が可能な生物種の検出方法の提供を目的とする。   An object of this invention is to provide the detection method of the biological species which can determine positive or false positive.

前記目的を達成するために、本発明の生物種の検出方法は、被検試料中の生物種を検出する方法であって、検出対象生物種に特異的な複数種類の検出用プローブのスポットが配置されたマイクロアレイを準備するマイクロアレイ準備工程と、前記被検試料中の核酸から、第1の標識化合物で標識された検出用ターゲットを準備するターゲット準備工程と、前記検出対象生物種の標準試料から、第2の標識化合物で標識された検出用リファレンスを準備するリファレンス準備工程と、前記ターゲットと前記リファレンスとを混合して前記マイクロアレイにハイブリダイズし、前記スポットにおける第1及び第2の標識化合物の標識シグナルをそれぞれ測定する競合ハイブリダイゼーション工程と、前記スポットにおける前記2つの標識シグナルの相関関係について、相関係数rの算出及び検定を行い、所定の有意水準で相関が肯定され、かつ、前記相関係数rの値が所定の値を超える場合に陽性と判定し、それ以外の場合を偽陽性と判定する判定工程とを含む生物種の検出方法である。   In order to achieve the above object, a method for detecting a biological species of the present invention is a method for detecting a biological species in a test sample, wherein a plurality of types of detection probe spots specific to the target biological species are detected. From the microarray preparation step of preparing the arranged microarray, the target preparation step of preparing the detection target labeled with the first labeling compound from the nucleic acid in the test sample, and the standard sample of the species to be detected Preparing a reference for detection labeled with a second labeling compound, mixing the target and the reference and hybridizing them to the microarray, and the first and second labeling compounds in the spot A competitive hybridization step for measuring each of the labeled signals, and the two labeled signals in the spot For the correlation, the correlation coefficient r is calculated and tested. If the correlation is affirmed at a predetermined significance level and the value of the correlation coefficient r exceeds a predetermined value, it is determined to be positive. It is the detection method of the biological species including the determination process which determines a case as a false positive.

本発明者らは、マイクロアレイを用いて環境試料中の生物種を検出する方法について鋭意研究を重ね、1種類の生物種を検出するための検出用プローブスポットを複数種類配置することの利点に着目した。従来技術においても検出の信頼性を高めるという観点から、例えば、1種類の生物種につき2〜3種類のプローブを配置することはあったが、具体的な偽陽性を排除する方法はなかった。本発明者らは、より多くの種類及び数のプローブスポットを配置したマイクロアレイに、ターゲット及びリファレンスの競合ハイブリダイゼーションをすることで得られる標識シグナルの分布の相関関係に着目すれば、測定されたターゲットのシグナルが偽陽性か否かを判定できることを見出し本発明に到達した。   The present inventors have conducted extensive research on a method for detecting a species in an environmental sample using a microarray, and focused on the advantage of arranging a plurality of types of detection probe spots for detecting one species of organism. did. Even in the prior art, from the viewpoint of improving the reliability of detection, for example, two to three types of probes were arranged for one type of biological species, but there was no specific method for eliminating false positives. The inventors of the present invention are able to obtain a measured target by paying attention to the correlation of the distribution of labeled signals obtained by competitive hybridization of the target and the reference to a microarray in which more types and numbers of probe spots are arranged. The present invention has been found that it can be determined whether or not the signal is false positive.

本発明の生物種の検出方法によれば、一部のプローブスポットにおいてターゲットの標識シグナルが強く測定された場合であっても、リファレンスの標識シグナルとの相関の有無を検定し、さらに、両者の正の相関の強さを示す相関係数rを算出して所定の値と比較することで、前記ターゲット標識シグナルが陽性か偽陽性かを判定できる。したがって、本発明によれば、簡便かつ迅速で信頼性がより向上した生物種の検出方法が可能となる。   According to the method for detecting a biological species of the present invention, even if the target label signal is strongly measured in some probe spots, the presence or absence of correlation with the reference label signal is tested. By calculating the correlation coefficient r indicating the strength of the positive correlation and comparing it with a predetermined value, it can be determined whether the target label signal is positive or false positive. Therefore, according to the present invention, a method for detecting a species that is simple, quick, and more reliable is possible.

また、ターゲットの標識シグナルが弱い場合であっても、同様に、リファレンスの標識シグナルとの相関関係に基づき陽性か偽陽性かを判断して、偽陽性を排除できる。このように、本発明によれば、ターゲット標識シグナルの強弱に関わらず陽性・偽陽性の判断ができるから、より一層、検出感度や信頼性が向上した簡便かつ迅速な生物種の検出方法が可能となる。   Further, even when the target label signal is weak, it is possible to determine whether it is positive or false positive based on the correlation with the reference label signal, and to eliminate false positives. As described above, according to the present invention, since positive / false positive can be determined regardless of the strength of the target label signal, a simple and quick method for detecting a species with improved detection sensitivity and reliability is possible. It becomes.

さらに、競合ハイブリダイゼーションにおいては、各スポットにおける標識シグナルのターゲット/リファレンス比は、両者の濃度比を反映するから、例えば、ターゲットとリファレンスのシグナルをスキャタープロットした場合における回帰直線の傾き(回帰係数)を利用して、ターゲットの定量が可能となる。したがって、本発明の生物種の検出方法によれば、簡便かつ迅速な生物種の定量が可能となる。   Furthermore, in competitive hybridization, the target / reference ratio of the labeled signal at each spot reflects the concentration ratio of both, so for example, the slope of the regression line when the target and reference signals are scatter-plotted (regression coefficient) Using this, the target can be quantified. Therefore, according to the method for detecting a species of the present invention, it is possible to easily and quickly quantify the species.

さらにまた、本発明は、マイクロアレイを用いるから、複数種類の生物種について、一度に、生物種の検出や定量をすることができる。   Furthermore, since the present invention uses a microarray, the species can be detected and quantified at once for a plurality of species.

そして、本発明の生物種の検出方法を、例えば、テトラクロロエチレン(PCE)、トリクロロエチレン(TCE)等の有機塩素化合物で汚染された環境中に存在する有機塩素化合物分解バクテリアの検出や定量に適用すれば、汚染環境中のバクテリアの種類・存在量についての簡便かつ迅速で、信頼性が向上したモニタリングが可能となる。   If the method for detecting a biological species of the present invention is applied to, for example, detection or quantification of organochlorine-decomposing bacteria present in an environment contaminated with organochlorine compounds such as tetrachloroethylene (PCE) and trichlorethylene (TCE). In addition, it is possible to easily and quickly monitor the type and abundance of bacteria in a contaminated environment with improved reliability.

本発明の生物種の検出方法は、前記被検試料における検出対象生物種の存在量を算出する定量工程を含み、前記定量工程が、前記スポットにおける前記2つの標識シグナルの回帰直線の傾き(回帰係数)bを算出することを含むことが好ましい。   The species detection method of the present invention includes a quantification step of calculating the abundance of the species to be detected in the test sample, and the quantification step includes a slope of a regression line (regression of the two labeled signals in the spot). It is preferable to include calculating the coefficient b).

本発明の生物種の検出方法において、前記マイクロアレイ準備工程、ターゲット準備工程及びリファレンス準備工程が、それぞれ、内部標準プローブのスポットを配置すること、第1の標識化合物で標識された内部標準ターゲットを調製すること、及び第2の標識化合物で標識された内部標準リファレンスを調製することを含み、前記判定工程が、検出用ターゲット及びリファレンス標識シグナルを、前記内部標準のシグナルに基づいて修正することを含むことが好ましい。   In the method for detecting a species of the present invention, the microarray preparation step, the target preparation step, and the reference preparation step each arrange a spot of an internal standard probe, and prepare an internal standard target labeled with a first labeling compound. And preparing an internal standard reference labeled with a second labeling compound, wherein the determining step comprises modifying the detection target and the reference label signal based on the signal of the internal standard It is preferable.

前記マイクロアレイ準備工程のマイクロアレイにおいて、前記検出用プローブが、1種類の検出対象生物種につき、3種類以上であり、前記検出用プローブのスポット数が、1種類の検出対象生物種につき、6個以上であることが好ましい。   In the microarray of the microarray preparation step, the number of detection probes is three or more for one type of detection target species, and the number of spots of the detection probe is six or more for one type of detection target species. It is preferable that

前記判定工程において、前記所定の有意水準が、20%〜0.1%の範囲であり、前記相関係数の所定の値が、0.80〜0.99の範囲であることが好ましい。   In the determination step, it is preferable that the predetermined significance level is in a range of 20% to 0.1%, and the predetermined value of the correlation coefficient is in a range of 0.80 to 0.99.

前記ターゲット準備工程及び前記リファレンス準備工程において、前記ターゲット及び前記リファレンスの調製が、LATE−PCR法により行われることが好ましい。   In the target preparation step and the reference preparation step, it is preferable that the target and the reference are prepared by a LATE-PCR method.

本発明の生物種の検出方法は、検出対象生物種が、複数種類であってもよい。また、検出対象生物種が、バクテリアであって、前記検出用プローブが、前記バクテリアのITS領域に由来するプローブであってもよい。   In the method for detecting a biological species of the present invention, the detection target biological species may be a plurality of types. Further, the species to be detected may be bacteria, and the detection probe may be a probe derived from the ITS region of the bacteria.

本発明の生物種の検出方法は、前記被検試料が、テトラクロロエチレン(PCE)、トリクロロエチレン(TCE)及びこれらの脱ハロゲン化物からなる群から選択される有機塩素化合物で汚染された環境から採取された試料であってもよい。   In the method for detecting a biological species of the present invention, the test sample is collected from an environment contaminated with an organic chlorine compound selected from the group consisting of tetrachlorethylene (PCE), trichlorethylene (TCE), and their dehalogenated products. It may be a sample.

本発明のマイクロアレイは、本発明の生物種の検出方法に使用するマイクロアレイである。本発明の生物種検出用キットは、本発明のマイクロアレイを含み、本発明の生物種の検出方法に使用するキットである。   The microarray of the present invention is a microarray used in the method for detecting a species of the present invention. The biological species detection kit of the present invention includes the microarray of the present invention and is a kit used for the biological species detection method of the present invention.

本発明において、検出対象となる「生物種」とは、特に制限されないが、動物、植物、菌類を含み、具体的には、例えば、バクテリア、カビ、粘菌類、単細胞藻類、原生動物、ウイルス、菌類が挙げられる。   In the present invention, the “species” to be detected is not particularly limited, and includes animals, plants, fungi, and specifically, for example, bacteria, fungi, slime molds, unicellular algae, protozoa, viruses, Examples include fungi.

本発明において、「検出用プローブ」とは、検出対象生物種のゲノム領域に特異的にハイブリダイズ可能なポリヌクレオチドを含むプローブである。前記検出用プローブの長さとしては、特に制限されないが、例えば、10〜200ヌクレオチドであって、20〜100ヌクレオチドが好ましく、より好ましくは40〜80ヌクレオチドである。複数のプローブ間で、プローブの長さは、同じでもよいし、異なっていてもよい。通常、プローブは、その長さが短くなるほど配列特異性が増し、信頼度が向上する。プローブのポリヌクレオチドとしては、特に限定されず、DNA、RNA、又は、従来公知のこれらの誘導体や類縁体等を使用できる。検出用プローブの製造方法としては、特に制限されず、例えば、従来公知の方法により化学合成により製造してもよく、酵素的にインビボ又はインビトロで製造してもよい。本発明では、前記検出用プローブをマイクロアレイとして利用するから、前記検出用プローブには、マイクロアレイの基板に固定するための修飾がされていてもよい。前記修飾は、使用するマイクロアレイ基板の種類に応じて従来公知のものを選択できるが、例えば、プローブのポリヌクレオチドの5’又は3’側のC(3〜7)アミノ化等が挙げられる。   In the present invention, the “detection probe” is a probe containing a polynucleotide that can specifically hybridize to the genome region of the species to be detected. Although it does not restrict | limit especially as length of the said probe for a detection, For example, it is 10-200 nucleotides, 20-100 nucleotides are preferable, More preferably, it is 40-80 nucleotides. The probe length may be the same or different between the plurality of probes. In general, the shorter the length of a probe, the greater the sequence specificity and the higher the reliability. The polynucleotide of the probe is not particularly limited, and DNA, RNA, or a conventionally known derivative or analog thereof can be used. The method for producing the detection probe is not particularly limited, and for example, it may be produced by chemical synthesis by a conventionally known method, or may be produced enzymatically in vivo or in vitro. In the present invention, since the detection probe is used as a microarray, the detection probe may be modified to be fixed to the substrate of the microarray. As the modification, a conventionally known modification can be selected depending on the type of the microarray substrate to be used, and examples thereof include C (3-7) amination on the 5 'or 3' side of the polynucleotide of the probe.

前記検出用プローブの配列としては、検出対象生物種に特異的である従来公知の配列であってもよく、また、前記生物種のゲノム配列に基づき設計しても良い。プローブ配列の設計方法は、特に制限されないが、例えば、従来公知のアルゴリズムやソフトウエアを利用することができる。前記ソフトウエアとしては、例えば、PRIMROSE ver.1.1.7(Kevin E. Ashelford, Andrew J. Weightman andJohn C. Fry (2002) ”PRIMROSE: a computer program for generating and estimating the phylogenetic range of 16S rRNA oligonucleotide probes and primers in conjunction with the RDP−II database”
Nucleic Acids Research, Vol. 30, No. 15 3481−3489)等が挙げられる。プローブ設計における一般的な好ましい要件としては、例えば、GC含量(例えば、50%)、長さ(例えば、40〜80nt)、ヘアピン構造をとらないこと、同じ塩基、A+T、又はG+Cが連続して5つ以上並ばないこと、NCBI−BLAST等の相同性検索で、同一又は90%、92.5%若しくは95%以上の相同性を示すヒットがないこと、ミスマッチがプローブ中心部に近いこと、センス鎖の配列であること、遺伝子の末端部分であること、同時に検出する生物種が複数種類ある場合には、少なくともそれらの生物種間でクロスハイブリダイゼーションしないこと等が挙げられる。検出対象生物種がバクテリアである場合には、前記検出用プローブは、例えば、16SrDNAやITS領域に由来する配列を利用することができる。ここで記述するITS領域とは、バクテリアゲノムの16SリボゾーマルDNAと23SリボゾーマルDNAとの間の転写を受ける領域(Internal Trancscribed Spacer)のことである。バクテリアのリボゾーマルRNA(rRNA)である16SrRNA、23SrRNA及び5SrRNAは、通常、1つの転写単位(オペロン)として転写されるため、16SrRNA遺伝子と23SrRNA遺伝子は隣り合ってゲノム上に配置されている。この16SrRNA遺伝子と23SrRNA遺伝子との間の領域が、16S−23S Internal Transcribed Spacer(ITS)と呼ばれる領域である。
The sequence of the detection probe may be a conventionally known sequence that is specific to the species to be detected, or may be designed based on the genome sequence of the species. The method for designing the probe sequence is not particularly limited, and for example, a conventionally known algorithm or software can be used. Examples of the software include PRIMOROS ver. 1.1.7 (Kevin E. Ashelford, Andrew J. Weightman andJohn C. Fry (2002) "PRIMROSE: a computer program for generating and estimating the phylogenetic range of 16S rRNA oligonucleotide probes and primers in conjunction with the RDP-II database ”
Nucleic Acids Research, Vol. 30, no. 15 3481-3489) and the like. General preferred requirements in probe design include, for example, GC content (eg 50%), length (eg 40-80 nt), no hairpin structure, the same base, A + T, or G + C in succession No alignment of 5 or more, NCBI-BLAST homology search, no hits that show the same or 90%, 92.5%, or 95% homology, mismatch near the probe center, sense Examples of the sequence include a chain sequence, a terminal portion of a gene, and when there are a plurality of species to be detected at the same time, at least no cross-hybridization is performed between these species. When the species to be detected is a bacterium, the detection probe can use, for example, a sequence derived from 16S rDNA or an ITS region. The ITS region described here refers to a region that receives transcription between 16S ribosomal DNA and 23S ribosomal DNA of the bacterial genome (Internal Transscribed Spacer). Bacterial ribosomal RNA (rRNA) 16SrRNA, 23SrRNA and 5SrRNA are usually transcribed as one transcription unit (operon), and therefore the 16SrRNA gene and the 23SrRNA gene are arranged side by side on the genome. A region between the 16SrRNA gene and the 23SrRNA gene is a region called 16S-23S Internal Transcribed Spacer (ITS).

本発明において、「複数種類の検出用プローブ」とは、1種類の検出対象生物種に対して特異的な複数種類のプローブのことである。その種類の数としては、例えば、3種類、4種類、5種類、6種類、7種類、8種類、9種類、10種類、11種類、12種類又はそれ以上であって、5種類以上が好ましく、その種類は、多いほどより好ましい。前記判定工程における偽陽性排除の信頼性が向上するからである。また、同一マイクロアレイ上に、同一種類の検出用プローブのスポットを、例えば、2個、3個、4個、5個又はそれ以上重複させて配置してもよい。例えば、ある検出対象生物種の検出用プローブが5種類で、それぞれ3個重複させた場合、前記生物種に対する検出用プローブのスポット数は、15個となる。1種類の検出対象生物種に対して用いる検出用プローブのスポット数としては、例えば、6個、9個、10個、12個、15個、20個、25個、30個又はそれ以上であって、9〜60個が好ましく、そのスポット数は多いほどより好ましい。   In the present invention, “plural types of detection probes” are a plurality of types of probes specific to one type of detection target species. As the number of types, for example, 3 types, 4 types, 5 types, 6 types, 7 types, 8 types, 9 types, 10 types, 11 types, 12 types or more, and 5 types or more are preferable. The more types, the more preferable. This is because the reliability of eliminating false positives in the determination step is improved. Moreover, the spots of the same type of detection probe may be arranged on the same microarray so as to overlap, for example, 2, 3, 4, 5, or more. For example, when there are five types of detection probes for a certain species to be detected and three probes are overlapped, the number of detection probe spots for the species is 15. The number of detection probe spots used for one type of detection target species is, for example, 6, 9, 10, 12, 15, 20, 25, 30, or more. 9 to 60 is preferable, and the larger the number of spots, the more preferable.

本発明において、「プローブのスポットが配置されたマイクロアレイ」とは、基材と、前記基材の表面上に規則的に配置された前記プローブのスポットとを含むマイクロアレイをいう。前記マイクロアレイの製造方法は、特に制限されず、例えば、プローブ溶解液を基材に微小滴下するインクジェット法や、半導体製造技術で用いられるフォトリソグラフィー法を応用した方法等の従来公知の方法を利用して製造できる。前記基材としては、特に制限されず、例えば、ガラス、金属、プラスチック等が挙げられる。   In the present invention, the “microarray in which probe spots are arranged” refers to a microarray including a base material and the probe spots regularly arranged on the surface of the base material. The method for producing the microarray is not particularly limited, and for example, a conventionally known method such as an inkjet method in which a probe solution is finely dropped on a substrate or a method using a photolithography method used in a semiconductor manufacturing technology is used. Can be manufactured. The substrate is not particularly limited, and examples thereof include glass, metal, and plastic.

本発明において、「検出用ターゲット」とは、被検試料中の核酸に基づき調製される、第1の標識化合物で標識されたポリヌクレオチドである。被検試料中に検出対象生物種が存在する場合には、前記検出用プローブの相補配列を含むポリヌクレオチドが検出用ターゲットとして調製され、前記マイクロアレイ上で前記プローブとハイブリダイズして、陽性の標識シグナルを示すこととなる。前記核酸の調製方法は、特に制限されず、従来公知の方法を用いることができる。また、前記検出用ターゲットの調製方法としては、特に制限されないが、例えば、検出対象生物種のゲノムDNAを鋳型としたランダムプライミング法、PCR法、その他の遺伝子増幅法等が挙げられる。これらの中でも、前記定量工程における定量性の観点からは、前記検出用ターゲットに含まれるポリヌクレオチドが、前記被検試料中の濃度に比例することが好ましい。さらに、ハイブリダイゼーションの効率や感度の観点からは、前記検出用ターゲットは、二重鎖よりも、前記検出用プローブと相補的な単一鎖が多く占めることが好ましい。これらを踏まえると、前記検出用ターゲットは、ランダムプライミング法や、アシンメトリックPCR法により調製されることが好ましい。第1の標識化合物の標識化の方法は、特に制限されず、例えば、プライマーを予め標識化しておく方法や、標識化ヌクレオチドを用いる方法等が挙げられるが、標識化ヌクレオチドの場合、取り込み時に偏りがあることから、標識化プライマーを用いる方法が好ましい。   In the present invention, a “detection target” is a polynucleotide labeled with a first labeling compound prepared based on a nucleic acid in a test sample. When the species to be detected is present in the test sample, a polynucleotide containing a complementary sequence of the detection probe is prepared as a detection target, hybridized with the probe on the microarray, and labeled positive A signal will be shown. The method for preparing the nucleic acid is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. The method for preparing the detection target is not particularly limited, and examples thereof include a random priming method using the genomic DNA of the species to be detected as a template, a PCR method, and other gene amplification methods. Among these, from the viewpoint of quantification in the quantification step, it is preferable that the polynucleotide contained in the detection target is proportional to the concentration in the test sample. Furthermore, from the viewpoint of hybridization efficiency and sensitivity, the detection target preferably occupies more single strands complementary to the detection probe than double strands. In consideration of these, the detection target is preferably prepared by a random priming method or an asymmetric PCR method. The method for labeling the first labeling compound is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a primer is labeled in advance and a method in which a labeled nucleotide is used. Therefore, a method using a labeled primer is preferable.

本発明者らは、本発明の生物種の検出方法において、LATE−PCR法(Linear−After−The−Exponential−PCR; Sanchez et al. (2004) PNAS, 101(7); 1933−1938)によりターゲット及びリファレンスを調製すると、従来のPCR法を用いる場合を比べて、約1000倍も標識シグナルが上昇するという、予想を越える効果があることを見出した。さらに、LATE−PCR法の最終増幅産物は、被検試料中の濃度に比例するから、定量性も良好である。すなわち、LATE−PCR法を用いる本発明の生物種の検出方法であれば、検出感度、定量性及び簡便性をより向上できる。   In the method for detecting a biological species of the present invention, the present inventors used the LATE-PCR method (Linear-After-The-Exponential-PCR; Sanchez et al. (2004) PNAS, 101 (7); 1933-1938). It has been found that when the target and reference are prepared, the labeling signal is increased by about 1000 times compared to the case where the conventional PCR method is used. Furthermore, since the final amplification product of the LATE-PCR method is proportional to the concentration in the test sample, the quantitative property is also good. That is, if it is the detection method of the biological species of this invention using a LATE-PCR method, detection sensitivity, quantitative property, and simplicity can be improved more.

本発明において、「LATE−PCR法」とは、アシンメトリックPCR法を改良した方法をいう。アシンメトリックPCR法とは、1組のプライマーのモル比を、例えば、100:1のように不均等にして、主に単一鎖DNA産物を生成することを目的としたPCR法である。LATE−PCR法は、「Linear−After−The−Exponential」という名が示すとおり、対数増幅後に直線増幅を可能とする、すなわち、プラトーとならないPCR法である(Sanchez et al. (2004) PNAS, 101(7); 1933−1938)。LATE−PCR法のポイントは、プライマー設計であって、少ない方のプライマーのTm値を、過剰な方のプライマーのTm値以上とすることである。前記Tm値の計算は、例えば、隣接法(Nearest Neighbor Method)により行うことが好ましく、例えば、前記PRIMROSE等のソフトウェアにより計算できる。ただし、本発明における「LATE−PCR法」は、対数増幅後に直線増幅可能であって、主に単一鎖DNA産物を生成することを目的としたものであれば、上記方法の制限されず、さらに改良されたPCR法を含む。   In the present invention, the “LATE-PCR method” refers to a method obtained by improving the asymmetric PCR method. The asymmetric PCR method is a PCR method mainly intended to produce a single-stranded DNA product by making the molar ratio of a set of primers unequal, for example, 100: 1. The LATE-PCR method, as the name “Linear-After-The-Exponential” indicates, is a PCR method that allows linear amplification after logarithmic amplification, that is, does not become a plateau (Sanchez et al. (2004) PNAS, 101 (7); 1933-1938). The point of the LATE-PCR method is primer design, and the Tm value of the smaller primer is set to be equal to or higher than the Tm value of the excess primer. The calculation of the Tm value is preferably performed by, for example, an adjacent method (Nearest Neighbor Method), and can be calculated by software such as the PRIMOROSE, for example. However, the “LATE-PCR method” in the present invention is not limited to the above method as long as it can be linearly amplified after logarithmic amplification and is mainly intended to generate a single-stranded DNA product. Further improved PCR methods are included.

本発明において、「検出用リファレンス」とは、検出対象生物種の標準試料から調製される、第2の標識化合物で標識されたポリヌクレオチドである。その調製方法は、被検試料中の核酸に代えて前記標準試料を使用し、第1の標識化合物に代えて第2の標識化合物を使用する以外は、前記検出用ターゲットと同様の調製方法であることが好ましい。前記検出用リファレンスは、前記検出用ターゲットと共に、前記マイクロアレイへの競合ハイブリダイゼーションに使用される。この競合ハイブリダイゼーションは、検出用ターゲットのクロスハイブリダイゼーションをブロッキングする役割を果たすのみならず、複数のプローブスポットにおける標識シグナルのターゲット/リファレンス比を提供することで、後述する統計処理により、従来の競合ハイブリダイゼーション法では排除できなかった偽陽性を排除し、さらに、検出対象生物種を定量することを可能とする。前記検出対象生物種の標準試料とは、単離培養された既知細胞数の検出対象生物種、又は、それから調製される核酸をいう。前記定量工程において、後述するように、前記検出用リファレンスに相当する前記標準試料の細胞数と、前記ターゲット/リファレンス比とから、検出対象生物種の細胞数を定量できる。複数の生物種を検出する場合、それらの標準試料を混合して検出用リファレンスを調製してもよく、検出対象生物種ごとに調製してもよい。   In the present invention, the “reference for detection” is a polynucleotide labeled with a second labeling compound prepared from a standard sample of a species to be detected. The preparation method is the same as the detection target except that the standard sample is used instead of the nucleic acid in the test sample, and the second label compound is used instead of the first label compound. Preferably there is. The detection reference is used for competitive hybridization to the microarray together with the detection target. This competitive hybridization not only serves to block the cross-hybridization of the target for detection, but also provides a target / reference ratio of the labeled signal at a plurality of probe spots. False positives that could not be excluded by the hybridization method are excluded, and further, the species to be detected can be quantified. The standard sample of the species to be detected refers to a species to be detected having a known number of cells isolated and cultured, or a nucleic acid prepared therefrom. In the quantification step, as described later, the number of cells of the species to be detected can be quantified from the number of cells of the standard sample corresponding to the reference for detection and the target / reference ratio. When detecting a plurality of biological species, a reference for detection may be prepared by mixing the standard samples, or may be prepared for each biological species to be detected.

本発明において、「標識化合物」とは、特に制限されず、例えば、発光標識や放射性標識の化合物が挙げられる。前記発光標識としては、例えば、蛍光標識、生体発光標識、化学発光標識及び比色定量標識等が挙げられ、フルオレセイン、リン光体、ローダミン、ポリメチン色素誘導体等の蛍光標識化合物が好ましい。市販の蛍光標識化合物としては、例えば、フルオレプライム(FluorePrime、アマシャムファルマシア社製)、フルオレダイト(Fluoredite、ミリポア社製)、FAM(ABI社製)、Cy3及びCy5(アマシャムファルマシア社製)等の蛍光ホスホルアミダイト類が挙げられる。第1と第2の標識化合物は、同一プローブスポットにおいて、混在しても互いに独立に標識シグナルが測定できる標識化合物であることが好ましい。例えば、蛍光標識化合物である場合、第1と第2の標識化合物は、励起波長及び蛍光波長が異なるものを選択することが好ましい。   In the present invention, the “label compound” is not particularly limited, and examples thereof include a luminescent label and a radioactive label compound. Examples of the luminescent label include a fluorescent label, a bioluminescent label, a chemiluminescent label, and a colorimetric label, and a fluorescent label compound such as fluorescein, phosphor, rhodamine, and polymethine dye derivative is preferable. Examples of commercially available fluorescent labeling compounds include fluorescence such as fluorprime (FluorePrime, manufactured by Amersham Pharmacia), fluoredite (Fluoredite, manufactured by Millipore), FAM (manufactured by ABI), Cy3 and Cy5 (manufactured by Amersham Pharmacia), and the like. Phosphoramidites are mentioned. The first and second labeling compounds are preferably labeling compounds that can measure the labeling signal independently of each other even if they are mixed in the same probe spot. For example, in the case of a fluorescent labeling compound, it is preferable to select the first and second labeling compounds having different excitation wavelengths and fluorescence wavelengths.

本発明において、「内部標準プローブ」とは、第1標識化合物と第2標識化合物との標識シグナルを補正するためのものであって、前記検出用プローブとともにマイクロアレイに配置して使用できる。競合ハイブリダイゼーションを行う場合に、例えば、あるスポットにおいて、検出用ターゲットと検出用リファレンスとが、1:1の割合で結合しても、測定される標識シグナルが、1:1とならない場合がある。そのような場合に備えて、同一内部標準試料から調製された既知数量の内部標準ターゲット及び内部標準リファレンスを、前記検出用ターゲット及び検出用リファレンスと共に同一マイクロアレイに対して競合ハイブリダイゼーションを行うことで、測定された標識シグナルを補正し、定量性を高めることができる。内部標準プローブの配列は、マイクロアレイに含まれる検出用ターゲット及び検出用リファレンスとクロスハイブリダイゼーションを起こさないことが好ましく、例えば、ヒト、マウス等といった被検試料には存在しないことが明らかな生物種由来の配列を選択して使用することが挙げられる。内部標準プローブの長さ及び調製方法は、特に制限されず、例えば、検出用プローブと同じである。また、内部標準ターゲット及び内部標準リファレンスの調製及び標識方法は、特に制限されず、例えば、検出用ターゲット及び検出用リファレンスと同じである。前記マイクロアレイにおける内部標準プローブの種類やスポット数は、特に制限されず、例えば、1種類の検出対象微生物に対する検出用プローブと同様の種類及びスポット数である。   In the present invention, the “internal standard probe” is for correcting the label signal of the first labeled compound and the second labeled compound, and can be used by being arranged in a microarray together with the detection probe. When competitive hybridization is performed, for example, even if the detection target and the detection reference are combined at a ratio of 1: 1 at a certain spot, the measured label signal may not be 1: 1. . In preparation for such a case, by performing competitive hybridization on the same microarray together with the detection target and the detection reference, a known quantity of the internal standard target and the internal standard reference prepared from the same internal standard sample, The measured label signal can be corrected to improve the quantitativeness. The sequence of the internal standard probe preferably does not cause cross-hybridization with the detection target and detection reference contained in the microarray. For example, it is derived from a biological species that is clearly not present in the test sample such as human or mouse. These sequences can be selected and used. The length and preparation method of the internal standard probe are not particularly limited, and are the same as, for example, the detection probe. The preparation and labeling methods of the internal standard target and the internal standard reference are not particularly limited, and are the same as, for example, the detection target and the detection reference. The type and the number of spots of the internal standard probe in the microarray are not particularly limited, and are, for example, the same type and the number of spots as the detection probe for one type of microorganism to be detected.

本発明において、「被検試料」は、特に制限されず、例えば、土壌、地下水、池、海水等の環境から採取された試料の他、食物や生体から採取される試料であってもよい。また、後述するように、被検試料は、テトラクロロエチレン(PCE)、トリクロロエチレン(TCE)及びこれらの脱ハロゲン化物からなる群から選択される有機塩素化合物で汚染された環境から採取された試料であってもよい。   In the present invention, the “test sample” is not particularly limited, and may be, for example, a sample collected from food or a living body in addition to a sample collected from an environment such as soil, groundwater, pond, seawater or the like. Further, as will be described later, the test sample is a sample taken from an environment contaminated with an organic chlorine compound selected from the group consisting of tetrachlorethylene (PCE), trichlorethylene (TCE) and their dehalogenated compounds. Also good.

本発明において、「偽陽性」とは、検出対象生物種ではない生物種に由来する検出用ターゲットが検出用プローブとクロスハイブリダイズし、ターゲットの標識シグナルが観察されることをいう。本発明の生物種の検出方法において、検出用ターゲットの標識シグナルが陽性か偽陽性かを判定する工程が、前記判定工程である。   In the present invention, “false positive” means that a detection target derived from a biological species that is not the detection target biological species cross-hybridizes with the detection probe, and a labeled signal of the target is observed. In the biological species detection method of the present invention, the step of determining whether the label signal of the detection target is positive or false positive is the determination step.

次に、本発明の生物種の検出方法について説明する。   Next, the biological species detection method of the present invention will be described.

(マイクロアレイ準備工程)
まず、マイクロアレイ準備工程において、1種類又は複数種類の検出対象生物種に対する検出用プローブ、及び、必要に応じて前記内部標準プローブが基板上に配置されたマイクロアレイを準備する。前記検出用プローブ及び内部標準プローブの調製方法、種類、スポット数は、前述のとおりである。前記マイクロアレイは、本発明の生物種の検出方法を行う前に製造してもよく、又は、本発明のマイクロアレイ若しくは本発明の生物種検出用キットに含まれるマイクロアレイを使用してもよい。
(Microarray preparation process)
First, in the microarray preparation step, a microarray in which probes for detection with respect to one or a plurality of types of species to be detected and, if necessary, the internal standard probes are arranged on a substrate is prepared. The preparation method, type, and number of spots of the detection probe and internal standard probe are as described above. The microarray may be manufactured before the biological species detection method of the present invention is performed, or the microarray included in the microarray of the present invention or the biological species detection kit of the present invention may be used.

(ターゲット準備工程)
つぎに、ターゲット準備工程において、被検試料中の核酸から、第1の標識化合物で標識された検出用ターゲットを準備する。また、必要に応じて、第1の標識化合物で標識された内部標準ターゲットを準備する。これらのターゲットの調製方法は、前述のとおりである。前記被検試料中に検出対象以外の生物種であって、検出対象生物種の検出用プローブと同一又は相同性が高い配列を有する生物種が存在し、この配列が検出用ターゲットとして調製されると、クロスハイブリダイゼーションによる偽陽性のシグナルの原因となる。本発明の生物種の検出方法では、前記クロスハイブリダイゼーション及び偽陽性は、後述する競合ハイブリダイゼーション工程及び判定工程により、抑制し除外することができる。
(Target preparation process)
Next, in the target preparation step, a detection target labeled with the first labeling compound is prepared from the nucleic acid in the test sample. Moreover, if necessary, an internal standard target labeled with the first labeling compound is prepared. The method for preparing these targets is as described above. There is a biological species other than the detection target in the test sample and has a sequence that is identical or highly homologous to the detection probe of the detection target biological species, and this sequence is prepared as a detection target. And a false positive signal due to cross-hybridization. In the method for detecting a species of the present invention, the cross hybridization and false positive can be suppressed and excluded by a competitive hybridization step and a determination step described later.

(リファレンス準備工程)
前記ターゲット準備工程と同時又は別個に、検出対象生物種の標準試料から、第2の標識化合物で標識された検出用リファレンスを準備する。また、必要に応じて、第2の標識化合物で標識された内部標準リファレンスを準備する。これらリファレンスの調製方法は、ターゲットの調製方法と同様であることが好ましい。前記標準試料は、前述のとおり、既知数の検出対象生物種の細胞、又は、それから得られる核酸であることが好ましい。
(Reference preparation process)
Simultaneously or separately from the target preparation step, a detection reference labeled with a second labeling compound is prepared from a standard sample of the species to be detected. Further, if necessary, an internal standard reference labeled with a second labeling compound is prepared. The reference preparation method is preferably the same as the target preparation method. As described above, the standard sample is preferably a known number of cells of the species to be detected or a nucleic acid obtained therefrom.

(競合ハイブリダイゼーション工程)
つぎに、前記3つの準備工程で準備した前記検出用ターゲット及びリファレンス、並びに、必要に応じて前記内部標準ターゲット及びリファレンスを混合し、この混合物を前記マイクロアレイにハイブリダイズし、各スポットについて第1及び第2の標識シグナルをそれぞれ測定する。前記混合物に含まれるターゲット及びリファレンスは、それらの濃度に比例して各スポットにハイブリダイズし、各スポットにおけるターゲットとリファレンスの標識シグナルの分布は、正の相関関係を示し、また、その標識シグナルのターゲット/リファレンス比は、一定値を示すこととなる。この関係を利用して、後述するとおり、相関分析等により、偽陽性の排除及び検出対象生物種の定量が可能となる。なお、前述の内部標準を利用する場合には、内部標準ターゲット及びリファレンスは、等量使用することが好ましい。等量であれば、標識シグナルの補正値を算出しやすいからである。
(Competitive hybridization process)
Next, the detection target and reference prepared in the three preparation steps, and the internal standard target and reference, if necessary, are mixed, and the mixture is hybridized to the microarray. Each second label signal is measured. The target and reference contained in the mixture hybridize to each spot in proportion to their concentration, and the distribution of the target and reference label signals in each spot shows a positive correlation, and the label signal The target / reference ratio shows a constant value. By utilizing this relationship, as described later, it becomes possible to eliminate false positives and quantify the species to be detected by correlation analysis or the like. In addition, when utilizing the above-mentioned internal standard, it is preferable to use equal amounts of the internal standard target and the reference. This is because it is easy to calculate the correction value of the label signal if the amount is equal.

競合ハイブリダイゼーションの方法及び条件は、特に制限されず、従来公知の方法で行うことができ、当業者であれば、プローブ、ターゲット、ポリヌクレオチドの種類などによって、適宜調節できる。一般的なハイブリダイゼーション方法及び条件としては、例えば、5×SSC+0.3%SDS中でターゲット及びリファレンスを熱変性した後、マイクロアレイに添加し、65℃で4〜16時間のハイブリダイゼーションし、常温の2×SSC+0.1%SDS、及び、2×SSCでそれぞれ5分間洗浄し、0.05×SSCでリンスすること等が挙げられる。   The method and conditions for competitive hybridization are not particularly limited, and can be performed by a conventionally known method. Those skilled in the art can appropriately adjust depending on the type of probe, target, polynucleotide, and the like. As a general hybridization method and conditions, for example, the target and reference are thermally denatured in 5 × SSC + 0.3% SDS, and then added to the microarray, followed by hybridization at 65 ° C. for 4 to 16 hours. Examples include washing with 2 × SSC + 0.1% SDS and 2 × SSC for 5 minutes and rinsing with 0.05 × SSC.

前記プローブとハイブリダイゼーションした前記ターゲット及びリファレンスの標識シグナルをそれぞれ検出し測定する方法は、特に制限されず、標識の種類に応じて、従来公知の方法又は装置により測定できる。例えば、標識として蛍光標識を用いる場合、顕微鏡やスキャナー等を用いて自動的に検出、測定することができる。また、内部標準プローブを使用した場合であって、例えば、前述のように、内部標準ターゲットと内部標準リファレンスをと等量混合して使用した場合には、内部標準により得られた第1の標識シグナルと第2の標識シグナルとが等しくなるように、検出用ターゲット及びリファレンスの標識シグナルを補正することができる。   The method for detecting and measuring the target and reference label signals hybridized with the probe is not particularly limited, and can be measured by a conventionally known method or apparatus according to the type of label. For example, when a fluorescent label is used as the label, it can be automatically detected and measured using a microscope or a scanner. Further, when the internal standard probe is used, for example, as described above, when the internal standard target and the internal standard reference are mixed in equal amounts, the first label obtained by the internal standard is used. The detection target and reference label signals can be corrected so that the signal and the second label signal are equal.

(判定工程)
最後に、判定工程により、検出対象生物種の検出を行う。すなわち、前記検出用ターゲット及び前記検出用リファレンスの標識シグナルの分布について相関関係を評価するために、相関係数rの算出及び検定を行い、所定の有意水準で相関が肯定され、かつ、前記相関係数rの値が所定の値を超える場合に陽性と判定し、それ以外の場合に偽陽性と判定し、陽性であれば、前記検出対象生物種が検出されたとする。前記判定工程は、具体的には、以下のとおりに行うことができる。
(Judgment process)
Finally, the detection target species is detected by the determination step. That is, in order to evaluate the correlation with respect to the distribution of the labeled signal of the detection target and the detection reference, the correlation coefficient r is calculated and tested, the correlation is affirmed at a predetermined significance level, and the phase If the value of the relationship number r exceeds a predetermined value, it is determined as positive, otherwise it is determined as false positive, and if it is positive, the detection target species is detected. Specifically, the determination step can be performed as follows.

まず、前記相関係数rは、ピアソンの積率相関係数として、2つの変数x、yについて、式:r=Cov(x,y)/Sxy(前記式において、Cov(x,y)は、共分散を表し、Sx及びSyは、それぞれ、標準偏差を表す。)から算出することができる。また、例えば、マイクロソフトエクセル(商品名;マイクロソフト社製)等の表計算ソフトウエアでも容易に算出できる。前記相関係数rは、−1〜1の値をとり、1に近いほど正の相関が強く、rが0であれば、両変数に相関がないことを示す。正の相関関係とは、例えば、検出用ターゲットの標識シグナルを縦軸、検出用リファレンスの標識シグナルを横軸としてスキャタープロットをすると、プロットが右肩上がりの直線に沿って分布する関係である。2つの変数、リファレンス標識シグナル及びターゲット標識シグナルの相関係数rが大きいほど、検出対象生物種以外の生物種由来のターゲットによるクロスハイブリダイゼーションがないこと、すなわち、偽陽性ではないことを示す。したがって、算出された相関係数rが所定の値より大きければ、陽性であり、前記所定の値以下であれば、偽陽性と判定することができる。判定に用いる相関係数の前記所定の値としては、例えば、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98及び0.99が挙げられ、好ましくは、0.95〜0.99である。 First, the correlation coefficient r is a Pearson product-moment correlation coefficient with respect to two variables x and y: r = Cov (x, y) / S x S y (where Cov (x, y) represents the covariance, and S x and S y each represent a standard deviation. Further, for example, it can be easily calculated using spreadsheet software such as Microsoft Excel (trade name; manufactured by Microsoft Corporation). The correlation coefficient r takes a value of −1 to 1, and the closer to 1, the stronger the positive correlation. When r is 0, it indicates that there is no correlation between both variables. The positive correlation is, for example, a relationship in which, when a scatter plot is performed with the detection target label signal as the vertical axis and the detection reference label signal as the horizontal axis, the plot is distributed along a straight line. The larger the correlation coefficient r between the two variables, the reference label signal and the target label signal, indicates that there is no cross-hybridization by a target derived from a species other than the detection target species, that is, no false positive. Therefore, if the calculated correlation coefficient r is greater than a predetermined value, it is positive, and if it is equal to or less than the predetermined value, it can be determined that it is false positive. Examples of the predetermined value of the correlation coefficient used for the determination include 0.80, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0. 88, 0.89, 0.90, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98 and 0.99 are preferable, Is 0.95-0.99.

次に、リファレンス標識シグナルとターゲット標識シグナルとの相関の有無を検定する。前記相関係数rが、前記所定の値を超える場合でも、両者の相関があるとはいえない場合があるからである。前記検定は、例えば、両者の相関がないとした場合、式:t=|r|(n−2)1/2/(1−r21/2が、自由度n−2のt分布に従うことを利用したt検定により行うことができる。前記式において、rは、前記相関係数rであり、nは、検出用プローブの種類又はスポットの数である。前記t検定により算出されるP値が、前記所定の有意水準未満であれば、その有意水準でターゲットとリファレンス間の相関を認めることができる。前記所定の有意水準としては、例えば、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.9、0.8、0.7、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1%であって、好ましくは、10%以下であり、より好ましくは、5%以下であり、さらにより好ましくは、1%以下である。そして、前記所定の有意水準での相関が有意であり、かつ、相関係数rが前記所定の値を超える場合に陽性と、それ以外の場合を偽陽性と判定する。この判定工程における統計学的計算は、例えば、マイクロソフトエクセル(商品名;マイクロソフト社製)等の表計算ソフトウエアで容易に行える。 Next, the presence or absence of correlation between the reference label signal and the target label signal is tested. This is because even if the correlation coefficient r exceeds the predetermined value, it may not be said that there is a correlation between the two. In the test, for example, when there is no correlation between the two, the formula: t = | r | (n−2) 1/2 / (1−r 2 ) 1/2 is a t distribution with n−2 degrees of freedom. Can be performed by t-test using the following. In the above equation, r is the correlation coefficient r, and n is the type of detection probe or the number of spots. If the P value calculated by the t test is less than the predetermined significance level, the correlation between the target and the reference can be recognized at the significance level. Examples of the predetermined significance level include 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1%, preferably 10% or less, more preferably 5 % Or less, and more preferably 1% or less. Then, when the correlation at the predetermined significance level is significant and the correlation coefficient r exceeds the predetermined value, it is determined as positive, and other cases are determined as false positive. The statistical calculation in this determination step can be easily performed with spreadsheet software such as Microsoft Excel (trade name; manufactured by Microsoft Corporation).

また、判定工程において、前記相関係数rに代えて、前記スキャタープロットの回帰直線の決定係数(寄与率)r2を利用することもできる。決定係数r2を利用する場合の所定の値は、例えば、前記相関係数rの所定の値を二乗した値が挙げられる。前記決定係数を利用した場合、前記検定として、前記t検定に代えて、例えば、F検定等により回帰の有無を検定してもよい。前記所定の有意水準としては、前記t検定のものがあげられる。回帰が有意であり、かつ、決定係数r2が前記所定の値を超える場合を、陽性、それ以外を偽陽性と判定することができる。 Further, in the determination step, the determination coefficient (contribution rate) r 2 of the regression line of the scatter plot may be used instead of the correlation coefficient r. The predetermined value when using the determination coefficient r 2 is, for example, a value obtained by squaring the predetermined value of the correlation coefficient r. When the determination coefficient is used, the presence or absence of regression may be tested by, for example, F test instead of the t test as the test. Examples of the predetermined significance level include those of the t test. When the regression is significant and the determination coefficient r 2 exceeds the predetermined value, it can be determined as positive and the others are determined as false positives.

(定量工程)
前記判定工程で陽性であると判定され検出された生物種については、以下のようにして定量することができる。まず、縦軸に検出用ターゲット標識シグナルをとり横軸に検出用リファレンス標識シグナルをとったスキャタープロットの回帰直線の傾きである回帰係数bを算出する。次に、前記回帰係数bに検出用リファレンスの濃度を乗じて検出用ターゲットの濃度を得て、最後に、被検試料における検出対象生物の存在量を算出する。従来、マイクロアレイとPCR法とを用いる方法は、PCR法におけるプラトー効果等の理由により、定量性に欠けるという問題点があった。しかし、本発明者らは、LATE−PCR法であれば、最終増幅産物を用いて競合ハイブリダイゼーションしても、濃度の比率が保たれることを見出した。その一例を図1に示す。図1は、横軸に示す様々な細胞数に相当する標準試料DNAから調製したターゲットと、一定量の標準試料DNAから調製したリファレンスとを用いて競合ハイブリダイゼーションを行った場合の標識シグナル比(ターゲット/リファレンス比)を縦軸にとった対数グラフである。同図に示すとおり、LATE−PCR法を用いれば、ターゲット調製に用いた試料中の細胞数と、ターゲット/リファレンス比が比例関係となる。したがって、前記回帰係数bとリファレンスの標準試料の濃度から、ターゲットの試料濃度、すなわち、被検試料中の検出対象生物の存在量が定量できる。例えば、回帰係数bが2の場合、検出用ターゲットに用いた被検試料中には、検出用リファレンスに用いた標準試料の2倍に相当する検出生物種が存在することがわかる。この定量工程を行う場合には、前述したように、内部標準プローブを用いて、第1及び第2標識シグナルの補正を行うことが好ましい。
(Quantitative process)
The species detected and detected as positive in the determination step can be quantified as follows. First, the regression coefficient b, which is the slope of the regression line of the scatter plot, with the detection target label signal on the vertical axis and the reference label signal for detection on the horizontal axis, is calculated. Next, the concentration of the detection target is obtained by multiplying the regression coefficient b by the concentration of the detection reference, and finally, the abundance of the detection target organism in the test sample is calculated. Conventionally, a method using a microarray and a PCR method has a problem that it lacks quantitativeness due to a plateau effect in the PCR method. However, the present inventors have found that in the LATE-PCR method, the concentration ratio is maintained even when competitive hybridization is performed using the final amplification product. An example is shown in FIG. FIG. 1 shows the ratio of labeled signals when competitive hybridization is performed using a target prepared from standard sample DNA corresponding to various cell numbers shown on the horizontal axis and a reference prepared from a certain amount of standard sample DNA ( It is the logarithmic graph which took the target / reference ratio on the vertical axis. As shown in the figure, when the LATE-PCR method is used, the number of cells in the sample used for target preparation is proportional to the target / reference ratio. Therefore, the target sample concentration, that is, the abundance of the detection target organism in the test sample can be quantified from the regression coefficient b and the reference standard sample concentration. For example, when the regression coefficient b is 2, it can be seen that in the test sample used for the detection target, there is a detection species corresponding to twice the standard sample used for the detection reference. When performing this quantification step, it is preferable to correct the first and second labeled signals using an internal standard probe as described above.

本発明の生物種の検出方法は、1つの基板上に複数種類の生物種を検出するためのプローブを配置したマイクロアレイを使用することで、同時に複数の生物種を検出し、定量できる。したがって、本発明の生物種の検出方法は、例えば、後述するように、有機塩素化合物等の汚染された土壌をバイオレメディエーション等により環境修復する分野において、その土壌中に存在する生物種を迅速に検出・定量するモニタリングの用途等に有用である。また、例えば、食品製造、食品流通の分野において、食品に汚染した生物種を検出定量する用途等に有用である。   The biological species detection method of the present invention can detect and quantify a plurality of biological species at the same time by using a microarray in which probes for detecting a plurality of types of biological species are arranged on a single substrate. Therefore, the biological species detection method of the present invention, for example, as described later, in the field of environmental remediation of contaminated soil such as organochlorine compounds by bioremediation or the like, rapidly detects the biological species present in the soil. This is useful for monitoring and detection purposes. In addition, for example, in the fields of food production and food distribution, it is useful for applications for detecting and quantifying biological species contaminated with food.

本発明のマイクロアレイは、本発明の生物種の検出方法に用いるマイクロアレイであって、前述した検出用プローブや内部標準プローブのスポットが基板に規則的に配置されたものである。本発明のマイクロアレイの製造方法は、特に制限されず、前述のとおり、従来公知の方法を利用して製造できる。   The microarray of the present invention is a microarray used in the method for detecting a biological species of the present invention, in which spots of the above-described detection probes and internal standard probes are regularly arranged on a substrate. The method for producing the microarray of the present invention is not particularly limited, and can be produced using a conventionally known method as described above.

本発明の生物種検出用キットは、本発明のマイクロアレイを含む本発明の生物種の検出方法のためのキットである。本発明の生物種検出用キットは、さらに、検出用ターゲット及びリファレンスを調製するためのプライマー、酵素、試薬、検出対象生物種の標準試料等を含んでもよい。さらにまた、内部標準ターゲット及びリファレンスを調製するためのプライマー、内部標準試料等を含んでもよい。前記酵素及び試薬としては、従来公知の試薬が利用でき、例えば、ポリメラーゼ、ヌクレオチド、標識化合物、バッファー等があげられる。本発明の検出キットは、必要に応じて、ターゲットやリファレンスの調製用の核酸抽出用試薬及びフィルター若しくはチップ等を含んでいてもよい。   The biological species detection kit of the present invention is a kit for the method of detecting a biological species of the present invention including the microarray of the present invention. The biological species detection kit of the present invention may further include a primer for preparing a detection target and a reference, an enzyme, a reagent, a standard sample of the biological species to be detected, and the like. Furthermore, a primer for preparing an internal standard target and a reference, an internal standard sample, and the like may be included. As the enzyme and the reagent, conventionally known reagents can be used, and examples thereof include a polymerase, a nucleotide, a labeled compound, and a buffer. The detection kit of the present invention may contain a nucleic acid extraction reagent for preparing a target or a reference, a filter, a chip, or the like, if necessary.

以下に、テトラクロロエチレン(PCE)、トリクロロエチレン(TCE)及びこれらの脱ハロゲン化物からなる群から選択される有機塩素化合物で汚染された環境を被検試料とし、その環境に存在する有機塩素化合物分解バクテリアを検出する本発明の生物種の検出方法の一態様について説明する。   In the following, an environment contaminated with an organochlorine compound selected from the group consisting of tetrachlorethylene (PCE), trichlorethylene (TCE) and their dehalogenated compounds is used as a test sample, and an organochlorine-decomposing bacterium present in the environment is selected. One mode of the method for detecting a species of the present invention to be detected will be described.

PCE、TCE及びこれらの脱ハロゲン化物を含む有機塩素化合物の分解に関わるバクテリアとしては、下記A〜Tのバクテリアが知られている。
A:デハロスピリルム マルチヴォボランス(Dehalospirillum multivorans
B:デスルフィトバクテリウム フラピエリ(Desulfitobacterium frappieri
C:アクチノマイセタレス Sm−1(ロドコッカス sp. Sm−1)(Actinomycetales Sm−1 (Rhodococcus sp. Sm−1))
D:ロドコッカス ロドコッカス(Rhodococcus rhodococcus
E:キサントバクター フラバス(Xanthobacter flavus
F:マイコバクテリウム L1(Mycobacterium L1)
G:デスルフォミクロビウム ノルベギカム(デスルフォヴィブリオ バキュラタス)(Desulfomicrobium norvegicumDesulfovibrio baculatus))
H:デスルフィトバクテリウム デハロゲナンス(Desulfitobacterium dehalogenans
I:デスルフィトバクテリウム ハフニエンス(Desulfitobacterium hafniense
J:クロストリジウム フォルミコアセチカム(Clostridium formicoaceticum
K:デスルフロノナス クロロエテニカ(Desulfuromonas chloroethenica
L:アセトバクテリウム ウッディ DSM 1030(Acetobacterium woodii DSM 1030)
M:デハロバクター レストリクタス(Dehalobacter restrictus
N:デスルフィトバクテリウム sp. PCE1(Desulfitobacterium sp. strain PCE1)
O:デスルフィトバクテリウム フラピエリ TCE1(Desulfitobacterium frappieri TCE1)
P:アセトバクテリウム ウッディ DSM 2396(Acetobacterium woodii DSM 2396)
Q:デスルフォモニル タイドジェイ DCB−1(Desulfomonile tiedjei DCB−1)
R:クロストリジウム バイファメンタンス DPH−1(Clostridium bifermentans DPH−1)
S:クロストリジウム sp. KYT−1(Clostridium sp. KYT−1)
T:クロストリジウム sp. DC−1(Clostridium sp. DC−1)
前記AからQのバクテリアは、以下に示す生物資源保存機関であるATCC又はDSMZの寄託番号が付されており、該当機関から入手することができる。
A: DSM12446 B: DSM13498 C:ATCC51239
D:ATCC21197 E: DSM10330 F: DSM 6695
G: DSM 1741 H: DSM 9161 I: DSM10644
J:ATCC27076 K: DSM12431 L: DSM 1030
M: DSM 9455 N: DSM10344 O: DSM12704
P: DSM 2396 Q:ATCC49306
PCEは、脱塩素化され、TCE、ジクロロエチレン(DCE)、ビニルクロライド(VC)となり、最終的に、エテン又は二酸化炭素に分解される。図2に、一般的なPCEの分解経路と、前記A〜TのバクテリアのPCE及び脱塩素化物に対する分解活性を示す。被検試料中の前記バクテリアを検出できれば、例えば、前記試料環境の汚染物質分解能力を知ることができ、効率的なバイオレメディエーションが可能となる。
The following bacteria A to T are known as bacteria involved in the decomposition of organochlorine compounds containing PCE, TCE and their dehalides.
A: Dehalospirilum multivobolans ( Dehalospirum multivorans )
B: Desulfitobacterium frapieri
C: Actinomycetales Sm-1 (Rhodococcus sp. Sm-1) ( Actinomycetales Sm-1 ( Rhodococcus sp. Sm-1))
D: Rhodococcus Rhodococcus ( Rhodococcus rhodococcus )
E: Xantobacter flavus
F: Mycobacterium L1 ( Mycobacterium L1)
G: Death Gandolfo micro-bi Umm Norubegikamu (Death Gandolfo Vie Brio Bakyuratasu) (Desulfomicrobium norvegicum (Desulfovibrio baculatus) )
H: Desulfitobacterium dehalogenans
I: Desulfitobacterium hafniense
J: Clostridium formicoaceticum ( Clostridium formicoaceticum )
K: Desulfurononas chloroethnica ( Desulfuromonas chloroethnica )
L: Acetobacterium woody DSM 1030 ( Acetobacterium woodi DSM 1030)
M: Deharobakuta Resutorikutasu (Dehalobacter restrictus)
N: Desulfitobacterium sp. PCE1 ( Desulfitobacterium sp. Strain PCE1)
O: Desulfitobacterium flapieri TCE1 ( Desulfitobacterium frapieri TCE1)
P: Acetobacterium woody DSM 2396 ( Acetobacterium woodi DSM 2396)
Q: Desurufomoniru Tide Jay DCB-1 (Desulfomonile tiedjei DCB- 1)
R: Clostridium bifamentans DPH-1 ( Clostridium bifermentans DPH-1)
S: Clostridium sp. KYT-1 ( Clostridium sp. KYT-1)
T: Clostridium sp. DC-1 ( Clostridium sp. DC-1)
The bacteria from A to Q are given the deposit numbers of ATCC or DSMZ, which are the biological resource storage organizations shown below, and can be obtained from the corresponding organizations.
A: DSM12446 B: DSM13498 C: ATCC51239
D: ATCC 21197 E: DSM10330 F: DSM 6695
G: DSM 1741 H: DSM 9161 I: DSM 10644
J: ATCC 27076 K: DSM 12431 L: DSM 1030
M: DSM 9455 N: DSM 10344 O: DSM 12704
P: DSM 2396 Q: ATCC 49306
PCE is dechlorinated to become TCE, dichloroethylene (DCE), vinyl chloride (VC), and finally decomposed into ethene or carbon dioxide. FIG. 2 shows the general degradation pathway of PCE and the degradation activity of bacteria A to T on PCE and dechlorinated products. If the bacteria in the test sample can be detected, for example, it is possible to know the ability to decompose pollutants in the sample environment, and efficient bioremediation becomes possible.

本発明の生物種の検出方法を用いて、前記バクテリアA〜Tを検出するには、まず、前記各バクテリアについて検出用プローブを複数種類設計し、検出に用いる本発明のマイクロアレイを準備する必要がある。前記検出用プローブは、前記各バクテリアのITS領域から選択することが好ましい。前記A〜Tの各バクテリアについての複数種類の検出用プローブを、塩基長40merであること、前記隣接法によるTm値が、85℃〜105℃であること、他のバクテリアのITS領域と相同性がないこと、G+C、A+T塩基が6つ以上連続しないこと、ITS領域の末端にプローブが位置しないこと、及びプローブ同士の塩基配列の重複を少なくすることに基づき設計した例を以下に示す。   In order to detect the bacteria A to T using the biological species detection method of the present invention, it is first necessary to design a plurality of detection probes for each of the bacteria and prepare the microarray of the present invention used for detection. is there. The detection probe is preferably selected from the ITS region of each bacterium. Plural types of detection probes for each of the bacteria A to T have a base length of 40 mer, the Tm value by the adjacent method is 85 ° C. to 105 ° C., and homology with ITS regions of other bacteria The following is an example of design based on the absence of nucleosides, the absence of 6 or more consecutive G + C and A + T bases, the absence of probes at the end of the ITS region, and the reduction in base sequence duplication between probes.

前記バクテリアAの検出用プローブが、配列番号1〜7の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアBの検出用プローブが、配列番号8〜12の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアCの検出用プローブが、配列番号13〜17の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアDの検出用プローブが、配列番号18〜22の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアEの検出用プローブが、配列番号23〜27の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアFの検出用プローブが、配列番号28〜30の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアGの検出用プローブが、配列番号31〜35の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアHの検出用プローブが、配列番号36〜39の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアIの検出用プローブが、配列番号40〜44の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアJの検出用プローブが、配列番号45〜50の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアKの検出用プローブが、配列番号51〜56の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアLの検出用プローブが、配列番号57〜61の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアMの検出用プローブが、配列番号62〜68の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアNの検出用プローブが、配列番号69〜73の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアOの検出用プローブが、配列番号74〜78の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアPの検出用プローブが、配列番号79〜81の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアQの検出用プローブが、配列番号82〜87の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアRの検出用プローブが、配列番号88〜92の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアSの検出用プローブが、配列番号93〜97の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアTの検出用プローブが、配列番号98〜102の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブである。ここで、「配列番号nの塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチド」とは、下記(1)〜(4)のポリヌクレオチドを含むことをいう。
(1)配列番号nの塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(2)配列番号nの塩基配列の1個から数個の塩基が、欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなるポリヌクレオチドであって、配列番号nの塩基配列からなるポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド。
(3)配列番号nの塩基配列の1個から数個の塩基が、欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなるポリヌクレオチドであって、前記(1)のポリヌクレオチドとの相同性が90%以上であるポリヌクレオチド。
(4)前記(1)から(3)のポリヌクレオチドの塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチド。
The bacterium A detection probe is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 7, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof; Is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 8 to 12, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, for detecting the bacterium C The probe is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOS: 13 to 17, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, and the probe for detecting the bacterium D comprises SEQ ID NO: 18 A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of 22 base sequences, a homologous polynucleotide thereof and a complementary polynucleotide thereof, wherein the probe for detection of bacteria E comprises bases of SEQ ID NOs: 23 to 27 A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide comprising a sequence, a homologous polynucleotide thereof and a complementary polynucleotide thereof, wherein the probe for detecting bacteria F comprises a base sequence of SEQ ID NOs: 28 to 30 A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide, a homologous polynucleotide thereof and a complementary polynucleotide thereof, wherein the probe for detecting bacteria G comprises a nucleotide sequence of SEQ ID NOS: 31 to 35, A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of the homologous polynucleotides and their complementary polynucleotides, wherein the probe for detecting bacteria H is a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 36 to 39, and its homologous poly A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of nucleotides and their complementary polynucleotides, wherein the probe for detection of bacteria I is a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 40 to 44, homologous polynucleotides thereof, and the like A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of complementary polynucleotides of the above, wherein the bacterial J detection probe comprises a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 45 to 50, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof. A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of nucleotides, wherein the bacterial K detection probe comprises a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 51 to 56, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof. A probe comprising a polynucleotide selected from the group, wherein the detection probe for bacteria L is selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 57 to 61, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide comprising the nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 62 to 68, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof. A probe containing rheotide, wherein the probe for detecting bacteria N comprises a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 69 to 73, a homologous polynucleotide thereof and a complementary polynucleotide thereof The probe for detecting bacteria O is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 74 to 78, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof. The probe for detecting bacteria P is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 79 to 81, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, The probe for detecting Q is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 82 to 87, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, The detection probe is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 88 to 92, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, and the probe for detecting the bacteria S Is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 93 to 97, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, and the probe for detection of bacteria T has the sequence Number 98-10 A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide comprising two nucleotide sequences, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof. Here, “a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: n, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof” includes the following polynucleotides (1) to (4).
(1) A polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: n.
(2) A polynucleotide consisting of a base sequence in which one to several bases of SEQ ID NO: n are deleted, substituted or added, and complementary to the polynucleotide consisting of the base sequence of SEQ ID NO: n A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising a simple base sequence under stringent conditions.
(3) A polynucleotide comprising a nucleotide sequence in which one to several bases of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: n have been deleted, substituted or added, and the homology with the polynucleotide of (1) above is 90 % Of a polynucleotide.
(4) A polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of the polynucleotide of (1) to (3).

前記(2)又は(3)のポリヌクレオチドにおいて、欠失、置換もしくは付加が可能な塩基数としては、例えば、40塩基に対して、欠失・付加で、1個〜6個であり、1個〜3個が好ましく、より好ましくは1個〜2個であり、置換で、1個〜4個であり、1個〜2個が好ましく、より好ましくは1個である。また、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするとは、2つのDNA断片がSambrook Jらによって記載されたような標準的なハイブリダイゼーション条件下で、相互にハイブリダイズすることを意味する(Expression of cloned genes in E. coli(Molecular Cloning:A laboratory manual(1989))Cold Spring harbor Laboratory Press, New York, USA, 9. 47−9. 62及び11.45−11.61)。より具体的には、Tm値の±10℃を基準としてハイブリダイゼーション及び洗浄(例えば約2.0×SSC、50℃)を行うことを意味する。また、前記相同性としては、例えば、90%以上であり、好ましくは95%以上であり、より好ましくは、97.5%以上である。   In the polynucleotide (2) or (3), the number of bases that can be deleted, substituted or added is, for example, 1 to 6 by deletion / addition to 40 bases, The number is preferably from 1 to 3, more preferably from 1 to 2, and from 1 to 4 by substitution, preferably from 1 to 2 and more preferably 1. Hybridization under stringent conditions also means that two DNA fragments hybridize to each other under standard hybridization conditions as described by Sambrook J et al. (Expression of cloned genes). in E. coli (Molecular Cloning: A laboratory manual (1989)) Cold Spring harbor Laboratory Press, New York, USA, 9.47-9.62 and 11.45-11.61). More specifically, this means that hybridization and washing (for example, about 2.0 × SSC, 50 ° C.) are performed based on a Tm value of ± 10 ° C. Moreover, as said homology, it is 90% or more, for example, Preferably it is 95% or more, More preferably, it is 97.5% or more.

前記検出用プローブを基板上に配置して、前記A〜Tのバクテリアを検出するための本発明のマイクロアレイを準備することができる。そして、検出用ターゲット及び検出用リファレンスの調製は、アシンメトリックPCRやLATE−PCRを用いる場合、前記A〜TのバクテリアのITS領域を増幅可能なユニバーサルプライマーを設計して使用することができる。   The microarray of the present invention for detecting the bacteria A to T can be prepared by arranging the detection probe on a substrate. The detection target and the detection reference can be prepared by designing and using universal primers capable of amplifying the ITS region of the bacteria A to T when asymmetric PCR or LATE-PCR is used.

以下、実施例を用いて本発明をさらに説明する。なお、実施例において設定した数値等は、なんら本発明の範囲を限定するものではない。   The present invention will be further described below using examples. Note that the numerical values set in the embodiments do not limit the scope of the present invention.

(標準試料を使用した競合ハイブリダイゼーション)
1.検出用プローブの作製
前記A〜Tのバクテリアを検出対象生物種として、それらのITS領域から、40塩基からなる複数の検出用プローブをデザインした。前記検出用プローブのデザインは、40塩基、GC含有量48−50%の一本鎖であり、相同性が無いか又はほとんどなく、国際データベースGenBankでヒットがない(あっても2以上のミスペア)ことを基準として行った。以下に、作製した生物種検出用DNAプローブ(各バクテリアにつきそれぞれ3〜10種類)の塩基配列の配列番号(配列番号1〜87)を示す。なお、各プローブのC末端には、C6アミノ化を施した。
(Competitive hybridization using standard samples)
1. Production of Detection Probes A plurality of detection probes consisting of 40 bases were designed from the ITS region using the bacteria A to T as detection target species. The design of the detection probe is a single strand of 40 bases, 48-50% GC content, no or little homology, and no hits in the international database GenBank (at least two mispairs) It was done on the basis of that. The sequence numbers (SEQ ID NOs: 1 to 87) of the base sequences of the prepared DNA probes for detecting biological species (3 to 10 types for each bacterium) are shown below. The C-terminal of each probe was C6 aminated.

バクテリアAのプローブA1からA7が、それぞれ、配列番号1から7であり、バクテリアBのプローブB1からB5が、それぞれ、配列番号8から12であり、バクテリアCのプローブC1からC5が、それぞれ、配列番号13から17であり、バクテリアDのプローブD1からD5が、それぞれ、配列番号18から22であり、バクテリアEのプローブE1からE5が、それぞれ、配列番号23から27であり、バクテリアFのプローブF1からF3が、それぞれ、配列番号28から30であり、バクテリアGのプローブG1からG5が、それぞれ、配列番号31から35であり、バクテリアHのプローブH1からH4が、それぞれ、配列番号36から39であり、バクテリアIのプローブI1からI5が、それぞれ、配列番号40から44であり、バクテリアJのプローブJ1からJ6が、それぞれ、配列番号45から50であり、バクテリアKのプローブK1からK6が、それぞれ、配列番号51から56であり、バクテリアLのプローブL1からL5が、それぞれ、配列番号57から61であり、バクテリアMのプローブM1からM7が、それぞれ、配列番号62から68であり、バクテリアNのプローブN1からN5が、それぞれ、配列番号69から73であり、バクテリアOのプローブO1からO5が、それぞれ、配列番号74から78であり、バクテリアPのプローブP1からP3が、それぞれ、配列番号79から81であり、バクテリアQのプローブQ1からQ6が、それぞれ、配列番号82から87であり、バクテリアRのプローブR1からR5が、それぞれ、配列番号88から92であり、バクテリアSのプローブS1からS5が、それぞれ、配列番号93から97であり、バクテリアTのプローブT1からT5が、それぞれ、配列番号98から102である。   Bacteria A probes A1 to A7 are SEQ ID Nos. 1 to 7, respectively. Bacteria B probes B1 to B5 are respectively SEQ ID Nos. 8 to 12, and bacteria C probes C1 to C5 are arranged respectively. Nos. 13 to 17, probes D1 to D5 of bacteria D are respectively SEQ ID NOs: 18 to 22, probes E1 to E5 of bacteria E are SEQ ID NOs: 23 to 27, respectively, and probe F1 of bacteria F To F3 are SEQ ID NOs: 28 to 30, respectively, and bacteria G probes G1 to G5 are SEQ ID NOs: 31 to 35, respectively, and bacteria H probes H1 to H4 are SEQ ID NOs: 36 to 39, respectively. And bacteria I probes I1 to I5, respectively, from SEQ ID NO: 40 4, the probes J1 to J6 of the bacteria J are SEQ ID NOs: 45 to 50, the probes K1 to K6 of the bacteria K are respectively SEQ ID NOs: 51 to 56, and the probes L1 to L5 of the bacteria L are SEQ ID NOs: 57 to 61, bacteria M probes M1 to M7, respectively, SEQ ID NOs 62 to 68, and bacteria N probes N1 to N5, respectively, SEQ ID NOs 69 to 73, O probes O1 to O5 are SEQ ID NOs 74 to 78, bacteria P probes P1 to P3 are SEQ ID NOs 79 to 81, and bacteria Q probes Q1 to Q6 are SEQ ID NOs: 82 to 87, and bacteria R probes R1 to R5 are respectively It is 92 of SEQ ID NO: 88, from probe S1 S5 bacteria S, respectively, 97 of SEQ ID NO: 93, a probe T1 from T5 bacteria T, respectively, are 102 from SEQ ID NO: 98.

2.DNAマイクロアレイの作製とDNAプローブの特異性の確認
次に、前記102種類の検出用プローブを、Affymetrix 417 Arrayer(Affymetrix社製)により、Takara Hubble Slide(Takara社製)に、それぞれ、3個づつカスタムプリントしてマイクロアレイを作製した。また、各バクテリアの標準試料ごとに検出用ターゲットを調製するとともに、全バクテリアを含む標準試料から検出用ターゲットを調製した。
2. Preparation of DNA microarray and confirmation of specificity of DNA probe Next, the above-mentioned 102 kinds of detection probes were custom-made by Affymetrix 417 Arrayer (manufactured by Affymetrix) to each three Takara Hublide (manufactured by Takara). A microarray was produced by printing. In addition, a detection target was prepared for each bacterial standard sample, and a detection target was prepared from a standard sample containing all bacteria.

前記検出用プローブは、ITS領域のセンス鎖であるから、前記検出用ターゲット及び検出用リファレンスは、それぞれ、Cy5及びCy3で標識したアンチセンス(リバース)プライマーを用いるLATE−PCR法によって調製した。フォワードプライマー及びリバースプライマーは、それぞれ、配列番号103及び配列番号104の塩基配列をもとに、隣接法(Nearest Neighbor Method)によるTm値が、Tm(フォワード)−Tm(リバース)≧0となるように修正したものを使用した。なお、Tm値の計算は、ソフトウエア:PRIMROSE ver.1.1.7(Kevin E. Ashelford, Andrew J. Weightman andJohn C. Fry (2002) ”PRIMROSE: a computer program for generating and estimating the phylogenetic range of 16S rRNA oligonucleotide probes and primers in conjunction with the RDP−II database ”Nucleic Acids Research, Vol. 30, No. 15 3481−3489)を使用して行った。LATE−PCR法においては、前記フォワードプライマーと前記リバースプライマーは、濃度比1:100で使用した。増幅反応は、94℃10分ののち、94℃30秒−55℃30秒−72℃60秒を15サイクル行い、さらに、94℃30秒−50℃30秒−72℃60秒を25サイクル行った。増幅産物を、 Autoseq G−50(ファルマシア社製)を用いて脱塩し、SpeedVac(Savant社製)を用いて吸引乾燥した。   Since the detection probe is a sense strand of the ITS region, the detection target and the detection reference were prepared by a LATE-PCR method using antisense (reverse) primers labeled with Cy5 and Cy3, respectively. The forward primer and the reverse primer are based on the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 103 and SEQ ID NO: 104, respectively, so that the Tm value by the neighbor method (Nearest Neighbor Method) becomes Tm (forward) −Tm (reverse) ≧ 0. The modified version was used. The Tm value is calculated using software: PRIMOROSE ver. 1.1.7 (Kevin E. Ashelford, Andrew J. Weightman andJohn C. Fry (2002) "PRIMROSE: a computer program for generating and estimating the phylogenetic range of 16S rRNA oligonucleotide probes and primers in conjunction with the RDP-II database "Nucleic Acids Research, Vol. 30, No. 15 3481-3489). In the LATE-PCR method, the forward primer and the reverse primer were used at a concentration ratio of 1: 100. The amplification reaction was carried out at 94 ° C. for 10 minutes, followed by 15 cycles of 94 ° C. 30 seconds-55 ° C. 30 seconds-72 ° C. 60 seconds, and further 25 cycles of 94 ° C. 30 seconds-50 ° C. 30 seconds-72 ° C. 60 seconds. It was. The amplification product was desalted using Autoseq G-50 (manufactured by Pharmacia) and sucked and dried using SpeedVac (manufactured by Savant).

前記検出用ターゲット及び検出用リファレンスを、5×SSC、0.2%SDS、50%ホルムアミドのバッファーに溶解させた溶解液を、94℃で3分間ボイルして少なくとも2分間氷冷した後、前記マイクロアレイにアプライした。カバーグラスを前記マイクロアレイ上にかぶせ、その後、65℃に設定されたハイブリダイゼーションチャンバー内に4〜12時間配置した後、前記マイクロアレイを、0.2×SSC、0.2%SDSで5分間、0.2×SSCで5分間、そして、0.05×SSCで数秒間洗浄し、1500rpmでスピンドライした。結果の測定は、Scanarry version 5(パーキンエルマージャパン社製)でスキャンして行った。   A solution obtained by dissolving the detection target and the detection reference in a buffer of 5 × SSC, 0.2% SDS, 50% formamide was boiled at 94 ° C. for 3 minutes and ice-cooled for at least 2 minutes. Applied to microarray. A cover glass was placed on the microarray and then placed in a hybridization chamber set at 65 ° C. for 4-12 hours, after which the microarray was placed in 0.2 × SSC, 0.2% SDS for 5 minutes, 0 minutes. Washed with 2 × SSC for 5 minutes and 0.05 × SSC for a few seconds and spin dried at 1500 rpm. The result was measured by scanning with Scanary version 5 (Perkin Elmer Japan).

その結果をまとめたものを図3に示す。図3は、縦軸に示された前記A〜Tの20種類のバクテリア由来に由来するターゲットが横軸に示す102種類のプローブのスポットにハイブリダイズしたかどうかを示す表である。同図において、黒丸は、前記ターゲットが、横軸に示すバクテリアの全てのスポットに、500蛍光ユニット以上のシグナルを示してハイブリダイズしたことを示す。同図に示すとおり、前記A〜Tのバクテリアそれぞれから調製したターゲットは、クロスハイブリダイズすることなく、特異的に同一バクテリアのスポットのみとハイブリダイズすることが示された。   A summary of the results is shown in FIG. FIG. 3 is a table showing whether targets derived from 20 types of bacteria A to T shown on the vertical axis are hybridized to spots of 102 types of probes shown on the horizontal axis. In the figure, black circles indicate that the target has hybridized to all the bacterial spots shown on the horizontal axis with a signal of 500 fluorescent units or more. As shown in the figure, it was shown that the target prepared from each of the bacteria A to T specifically hybridized only with the same bacterial spot without cross-hybridization.

3.バクテリアA及びEの検出
次に、バクテリアA及びEの標準試料から調製した検出用ターゲットと、バクテリアA〜Pの16種類の標準試料から調製した検出用リファレンスとを混合し、競合ハイブリダイゼーションを行った。ターゲットやリファレンスの調製方法及びハイブリダイゼーションの条件は、上述と同様とした。その結果得られたターゲットのCy5シグナル強度及びリファレンスのCy3シグナル強度を、それぞれ、縦軸及び横軸にとったスキャタープロットを図4Aに示す。なお、同図における直線は、回帰直線である。同図に示すとおり、バクテリアA及びEについて強いターゲットシグナルが観察された。バクテリアA及びEについて、相関分析及び回帰分析を行った結果を下記表1に示す。下記表1に示すとおり、バクテリアA及びEともに、有意水準1%でターゲットとリファレンスとの相関が認められ、かつ、相関係数rが0.90を超える強い相関を示した。また、図4B及び下記表1に示すとおり、ターゲット/リファレンス比を表す回帰係数b(回帰直線の傾き)は、バクテリアAでは14.9であり、バクテリアEでは4.4であったことから、前記ターゲットの調製に用いたバクテリアA及びEの量は、それぞれ、前記リファレンスの14.9倍及び4.4倍であったことが分かった。
3. Detection of bacteria A and E Next, a target for detection prepared from standard samples of bacteria A and E is mixed with a reference for detection prepared from 16 types of standard samples of bacteria A to P, and competitive hybridization is performed. It was. Target and reference preparation methods and hybridization conditions were the same as described above. FIG. 4A shows a scatter plot of the obtained target Cy5 signal intensity and reference Cy3 signal intensity on the vertical and horizontal axes, respectively. In addition, the straight line in the figure is a regression line. As shown in the figure, strong target signals were observed for bacteria A and E. The results of correlation analysis and regression analysis for bacteria A and E are shown in Table 1 below. As shown in Table 1 below, for both bacteria A and E, a correlation between the target and the reference was observed at a significance level of 1%, and a strong correlation with a correlation coefficient r exceeding 0.90 was shown. Further, as shown in FIG. 4B and Table 1 below, the regression coefficient b representing the target / reference ratio (the slope of the regression line) was 14.9 for bacteria A and 4.4 for bacteria E. It was found that the amounts of bacteria A and E used to prepare the target were 14.9 times and 4.4 times that of the reference, respectively.

Figure 2006325529
Figure 2006325529

被検試料としてPCEを分解できるバクテリアが含まれる混合培養試料(T.H. Lee博士(韓国)の提供による)を使用し、そこから抽出した核酸を使用してCy5標識ターゲットを調製した他は、実施例1と同様にして、前記被検試料中に存在するバクテリアを検出した。バクテリアA〜Pについてのシグナル強度のスキャタープロットを図5Aに示す。これらの分布について、相関分析及び回帰分析を行った結果と下記表2に示す。下記表2右欄には、相関係数rの所定の値を0.9とし、所定の有意水準を1%とした場合の判定結果を示す。図5A及び下記表2に示すとおり、例えば、ターゲットのシグナル強度が強く測定されたバクテリアMは、偽陽性として排除できたことがわかる。また、例えば、バクテリアB、G、H等は、ターゲットのシグナル強度が弱かったが、陽性であると判定できた。なお、前記バクテリアBの存在は、バクテリアBのゲノムをクローニングし、塩基配列決定を行って、前記被検資料中に存在することを確認した。図5Bに、陽性と判定されたバクテリアについてのターゲット/リファレンス比、すなわち、各バクテリアの相対存在量を示す。   Other than using a mixed culture sample containing bacteria capable of degrading PCE (provided by Dr. TH Lee, Korea) as a test sample and preparing a Cy5-labeled target using nucleic acid extracted therefrom In the same manner as in Example 1, bacteria present in the test sample were detected. A scatter plot of signal intensity for bacteria AP is shown in FIG. 5A. The results of correlation analysis and regression analysis are shown in Table 2 below. The right column of Table 2 below shows the determination results when the predetermined value of the correlation coefficient r is 0.9 and the predetermined significance level is 1%. As shown in FIG. 5A and Table 2 below, it can be seen that, for example, the bacteria M whose signal intensity of the target was strongly measured could be excluded as false positives. In addition, for example, bacteria B, G, H, etc. were determined to be positive although the signal intensity of the target was weak. The presence of Bacteria B was confirmed by cloning the Bacterium B genome and determining the base sequence, and presenting it in the test material. FIG. 5B shows the target / reference ratio for bacteria judged positive, ie, the relative abundance of each bacterium.

Figure 2006325529
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被検試料としてTCE汚染土壌を使用し、これから抽出した核酸を使用してCy5標識ターゲットを調製した他は、実施例1と同様にして、前記TCE汚染土壌に存在するバクテリアを検出した。前記TCE汚染土壌には、0.03mg/mlのTCE、及び、0.33mg/mlのcDCE(シスジクロロエチレン)が存在した。バクテリアA〜Pについてのシグナル強度のスキャタープロットを図6Aに示す。これらの分布について、相関分析及び回帰分析を行った結果と下記表3に示す。下記表3右欄には、相関係数rの所定の値を0.9とし、所定の有意水準を1%とした場合の判定結果を示す。図6A及び下記表3に示すとおり、例えば、バクテリアMやOは、ターゲットのシグナル強度が強く測定されたが、偽陽性として排除できたことがわかる。また、例えば、バクテリアDやE等は、ターゲットのシグナル強度が弱かったが、陽性であると判定できた。図6Bに、陽性と判定されたバクテリアについてのターゲット/リファレンス比、すなわち、各バクテリアの相対存在量を示す。   Bacteria present in the TCE-contaminated soil were detected in the same manner as in Example 1 except that TCE-contaminated soil was used as a test sample and a Cy5-labeled target was prepared using a nucleic acid extracted therefrom. In the TCE-contaminated soil, 0.03 mg / ml TCE and 0.33 mg / ml cDCE (cisdichloroethylene) were present. A scatter plot of signal intensity for bacteria AP is shown in FIG. 6A. The results of correlation analysis and regression analysis are shown in Table 3 below. The right column of Table 3 below shows the determination results when the predetermined value of the correlation coefficient r is 0.9 and the predetermined significance level is 1%. As shown in FIG. 6A and Table 3 below, it can be seen that, for example, bacteria M and O were measured with strong target signal intensity, but could be excluded as false positives. In addition, for example, bacteria D, E, and the like were found to be positive although the signal intensity of the target was weak. FIG. 6B shows the target / reference ratio for bacteria judged positive, ie, the relative abundance of each bacterium.

Figure 2006325529
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以上説明したとおり、本発明の生物種の検出方法は、偽陽性か陽性かの判定を可能にすることで、より高い信頼性を実現し、検出したバクテリアの定量を可能とすることで、よりよい利便性を実現し、マイクロアレイを利用することで、操作の簡便性・迅速性及び大量サンプル一括処理等の優れた処理能力を実現できる。したがって、本発明は、例えば、環境調査、環境修復、バイオレメディエーションの分野や、食品製造、食品流通の分野で有用である。   As described above, the method for detecting a species of the present invention enables determination of false positive or positive, thereby realizing higher reliability and enabling quantification of detected bacteria, By realizing good convenience and using a microarray, it is possible to realize excellent processing capabilities such as easy and rapid operation and batch processing of a large number of samples. Therefore, the present invention is useful, for example, in the fields of environmental research, environmental repair, bioremediation, food production, and food distribution.

図1は、マイクロアレイのターゲット/リファレンス比とターゲットの細胞数の関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the target / reference ratio of a microarray and the number of target cells. 図2は、PCEの分解経路、及び、バクテリアA〜Tの有機塩素化合物分解活性を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the degradation pathway of PCE and the organochlorine compound degradation activity of bacteria A to T. 図3は、実施例で用いた検出用プローブの各バクテリアに対する特異性を示す表である。FIG. 3 is a table showing the specificity of each detection probe used in the examples for each bacterium. 図4Aは、ターゲットとリファレンスのスキャタープロットであり、図4Bは、ターゲット/リファレンス比のヒストグラムである(実施例1)。FIG. 4A is a scatter plot of the target and reference, and FIG. 4B is a histogram of the target / reference ratio (Example 1). 図5Aは、ターゲットとリファレンスのスキャタープロットであり、図5Bは、ターゲット/リファレンス比のヒストグラムである(実施例2)。FIG. 5A is a scatter plot of target and reference, and FIG. 5B is a histogram of target / reference ratio (Example 2). 図6Aは、ターゲットとリファレンスのスキャタープロットであり、図6Bは、ターゲット/リファレンス比のヒストグラムである(実施例3)。FIG. 6A is a scatter plot of the target and reference, and FIG. 6B is a histogram of the target / reference ratio (Example 3).

配列番号103 PCR用センスプライマー
配列番号104 PCR用アンチセンスプライマー
SEQ ID NO: 103 sense primer for PCR SEQ ID NO: 104 antisense primer for PCR

Claims (13)

被検試料中の生物種を検出する方法であって、
検出対象生物種に特異的な複数種類の検出用プローブのスポットが配置されたマイクロアレイを準備するマイクロアレイ準備工程と、
前記被検試料中の核酸から、第1の標識化合物で標識された検出用ターゲットを準備するターゲット準備工程と、
前記検出対象生物種の標準試料から、第2の標識化合物で標識された検出用リファレンスを準備するリファレンス準備工程と、
前記ターゲットと前記リファレンスとを混合して前記マイクロアレイにハイブリダイズし、前記スポットにおける第1及び第2の標識化合物の標識シグナルをそれぞれ測定する競合ハイブリダイゼーション工程と、
前記スポットにおける前記2つの標識シグナルの相関関係について、相関係数rの算出及び検定を行い、所定の有意水準で相関が肯定され、かつ、前記相関係数rの値が所定の値を超える場合に陽性と判定し、それ以外の場合を偽陽性と判定する判定工程とを含む生物種の検出方法。
A method for detecting a biological species in a test sample,
A microarray preparation step of preparing a microarray in which spots of a plurality of types of detection probes specific to the species to be detected are arranged;
A target preparation step of preparing a detection target labeled with a first labeling compound from the nucleic acid in the test sample;
A reference preparation step of preparing a reference for detection labeled with a second labeling compound from a standard sample of the species to be detected;
A competitive hybridization step in which the target and the reference are mixed and hybridized to the microarray, and the labeling signals of the first and second labeling compounds in the spot are measured, respectively.
When the correlation coefficient r is calculated and tested for the correlation between the two labeled signals in the spot, the correlation is affirmed at a predetermined significance level, and the value of the correlation coefficient r exceeds a predetermined value And a determination step of determining that the other cases are false positives.
さらに、前記被検試料における検出対象生物種の存在量を算出する定量工程を含み、
前記定量工程が、前記スポットにおける前記2つの標識シグナルの回帰直線の傾き(回帰係数)bを算出することを含む請求項1に記載の生物種の検出方法。
Furthermore, it includes a quantification step of calculating the abundance of the species to be detected in the test sample,
The method for detecting a biological species according to claim 1, wherein the quantification step includes calculating a slope (regression coefficient) b of a regression line of the two labeled signals at the spot.
前記マイクロアレイ準備工程、ターゲット準備工程及びリファレンス準備工程が、それぞれ、内部標準プローブのスポットを配置すること、第1の標識化合物で標識された内部標準ターゲットを調製すること、及び第2の標識化合物で標識された内部標準リファレンスを調製することを含み、前記判定工程が、検出用ターゲット標識シグナル及び検出用リファレンス標識シグナルを、前記内部標準のシグナルに基づいて修正することを含む請求項1又は2に記載の生物種の検出方法。   The microarray preparation step, the target preparation step and the reference preparation step are respectively arranged with a spot of an internal standard probe, preparing an internal standard target labeled with a first labeling compound, and a second labeling compound. The method of claim 1, comprising preparing a labeled internal standard reference, wherein the determining step includes correcting the detection target label signal and the detection reference label signal based on the signal of the internal standard. The method for detecting a biological species as described. 前記マイクロアレイ準備工程のマイクロアレイにおいて、前記検出用プローブが、1種類の検出対象生物種につき、3種類以上であり、前記検出用プローブのスポット数が、1種類の検出対象生物種につき、6個以上である請求項1から3のいずれか1項に記載の生物種の検出方法。   In the microarray of the microarray preparation step, the number of detection probes is three or more for one type of detection target species, and the number of spots of the detection probe is six or more for one type of detection target species. The method for detecting a biological species according to any one of claims 1 to 3. 前記判定工程における所定の有意水準が、20%〜0.1%の範囲であり、前記相関係数の所定の値が、0.80〜0.99の範囲である請求項1から4のいずれか1項に記載の生物種の検出方法。   The predetermined significance level in the determination step is in a range of 20% to 0.1%, and the predetermined value of the correlation coefficient is in a range of 0.80 to 0.99. The method for detecting a biological species according to claim 1. 前記ターゲット準備工程及び前記リファレンス準備工程におけるターゲット及びリファレンスの調製が、LATE−PCR法により行われる請求項1から5のいずれか1項に記載の生物種の検出方法。   The method for detecting a biological species according to any one of claims 1 to 5, wherein the target and reference are prepared in the target preparation step and the reference preparation step by a LATE-PCR method. 検出対象生物種が、複数種類である請求項1から6のいずれか1項に記載の生物種の検出方法。   The method of detecting a biological species according to any one of claims 1 to 6, wherein there are a plurality of types of biological species to be detected. 検出対象生物種が、バクテリアであって、前記検出用プローブが、前記バクテリアのITS領域に由来する請求項1から7のいずれか1項に記載の生物種の検出方法。   The method of detecting a biological species according to any one of claims 1 to 7, wherein the biological species to be detected is a bacterium, and the detection probe is derived from an ITS region of the bacterium. 被検試料が、テトラクロロエチレン(PCE)、トリクロロエチレン(TCE)及びこれらの脱ハロゲン化物からなる群から選択される有機塩素化合物で汚染された環境から採取された試料である請求項1から8のいずれか1項に記載の生物種の検出方法。   The test sample is a sample taken from an environment contaminated with an organic chlorine compound selected from the group consisting of tetrachlorethylene (PCE), trichlorethylene (TCE) and their dehalogenated compounds. The method for detecting a biological species according to Item 1. 検出対象生物種が、下記AからTからなる群から選択される少なくとも1種を含むバクテリアである請求項1から9のいずれか1項に記載の生物種の検出方法。
A:デハロスピリルム マルチヴォボランス(Dehalospirillum multivorans
B:デスルフィトバクテリウム フラピエリ(Desulfitobacterium frappieri
C:アクチノマイセタレス Sm−1(ロドコッカス sp. Sm−1)(Actinomycetales Sm−1 (Rhodococcus sp. Sm−1))
D:ロドコッカス ロドコッカス(Rhodococcus rhodococcus
E:キサントバクター フラバス(Xanthobacter flavus
F:マイコバクテリウム L1(Mycobacterium L1)
G:デスルフォミクロビウム ノルベギカム(デスルフォヴィブリオ バキュラタス)(Desulfomicrobium norvegicumDesulfovibrio baculatus))
H:デスルフィトバクテリウム デハロゲナンス(Desulfitobacterium dehalogenans
I:デスルフィトバクテリウム ハフニエンス(Desulfitobacterium hafniense
J:クロストリジウム フォルミコアセチカム(Clostridium formicoaceticum
K:デスルフロノナス クロロエテニカ(Desulfuromonas chloroethenica
L:アセトバクテリウム ウッディ DSM 1030(Acetobacterium woodii DSM 1030)
M:デハロバクター レストリクタス(Dehalobacter restrictus
N:デスルフィトバクテリウム sp. PCE1(Desulfitobacterium sp. strain PCE1)
O:デスルフィトバクテリウム フラピエリ TCE1(Desulfitobacterium frappieri TCE1)
P:アセトバクテリウム ウッディ DSM 2396(Acetobacterium woodii DSM 2396)
Q:デスルフォモニル タイドジェイ DCB−1(Desulfomonile tiedjei DCB−1)
R:クロストリジウム バイファメンタンス DPH−1(Clostridium bifermentans DPH−1)
S:クロストリジウム sp. KYT−1(Clostridium sp. KYT−1)
T:クロストリジウム sp. DC−1(Clostridium sp. DC−1)
The method for detecting a biological species according to any one of claims 1 to 9, wherein the biological species to be detected is a bacterium comprising at least one selected from the group consisting of A to T below.
A: Dehalospirilum multivobolans ( Dehalospirum multivorans )
B: Desulfitobacterium frapieri
C: Actinomycetales Sm-1 (Rhodococcus sp. Sm-1) ( Actinomycetales Sm-1 ( Rhodococcus sp. Sm-1))
D: Rhodococcus Rhodococcus ( Rhodococcus rhodococcus )
E: Xantobacter flavus
F: Mycobacterium L1 ( Mycobacterium L1)
G: Death Gandolfo micro-bi Umm Norubegikamu (Death Gandolfo Vie Brio Bakyuratasu) (Desulfomicrobium norvegicum (Desulfovibrio baculatus) )
H: Desulfitobacterium dehalogenans
I: Desulfitobacterium hafniense
J: Clostridium formicoaceticum ( Clostridium formicoaceticum )
K: Desulfurononas chloroethnica ( Desulfuromonas chloroethnica )
L: Acetobacterium woody DSM 1030 ( Acetobacterium woodi DSM 1030)
M: Deharobakuta Resutorikutasu (Dehalobacter restrictus)
N: Desulfitobacterium sp. PCE1 ( Desulfitobacterium sp. Strain PCE1)
O: Desulfitobacterium flapieri TCE1 ( Desulfitobacterium frapieri TCE1)
P: Acetobacterium woody DSM 2396 ( Acetobacterium woodi DSM 2396)
Q: Desurufomoniru Tide Jay DCB-1 (Desulfomonile tiedjei DCB- 1)
R: Clostridium bifamentans DPH-1 ( Clostridium bifermentans DPH-1)
S: Clostridium sp. KYT-1 ( Clostridium sp. KYT-1)
T: Clostridium sp. DC-1 ( Clostridium sp. DC-1)
請求項10に記載の生物種の検出方法であって、
前記バクテリアAの検出用プローブが、配列番号1〜7の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアBの検出用プローブが、配列番号8〜12の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアCの検出用プローブが、配列番号13〜17の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアDの検出用プローブが、配列番号18〜22の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアEの検出用プローブが、配列番号23〜27の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアFの検出用プローブが、配列番号28〜30の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアGの検出用プローブが、配列番号31〜35の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアHの検出用プローブが、配列番号36〜39の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアIの検出用プローブが、配列番号40〜44の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアJの検出用プローブが、配列番号45〜50の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアKの検出用プローブが、配列番号51〜56の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアLの検出用プローブが、配列番号57〜61の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアMの検出用プローブが、配列番号62〜68の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアNの検出用プローブが、配列番号69〜73の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアOの検出用プローブが、配列番号74〜78の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアPの検出用プローブが、配列番号79〜81の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアQの検出用プローブが、配列番号82〜87の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアRの検出用プローブが、配列番号88〜92の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアSの検出用プローブが、配列番号93〜97の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、前記バクテリアTの検出用プローブが、配列番号98〜102の塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチドからなる群から選択されるポリヌクレオチドを含むプローブであり、
ここで、「配列番号nの塩基配列からなるポリヌクレオチド、その相同ポリヌクレオチド及びそれらの相補ポリヌクレオチド」が、下記(1)〜(4)のポリヌクレオチドを含む生物種の検出方法。
(1)配列番号nの塩基配列からなるポリヌクレオチド。
(2)配列番号nの塩基配列の1個から数個の塩基が、欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなるポリヌクレオチドであって、配列番号nの塩基配列からなるポリヌクレオチドと相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチド。
(3)配列番号nの塩基配列の1個から数個の塩基が、欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなるポリヌクレオチドであって、前記(1)のポリヌクレオチドとの相同性が90%以上であるポリヌクレオチド。
(4)前記(1)から(3)のポリヌクレオチドの塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチド。
The method for detecting a biological species according to claim 10,
The bacterium A detection probe is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 7, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof; Is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 8 to 12, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, for detecting the bacterium C The probe is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOS: 13 to 17, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, and the probe for detecting the bacterium D comprises SEQ ID NO: 18 A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of 22 base sequences, a homologous polynucleotide thereof and a complementary polynucleotide thereof, wherein the probe for detection of bacteria E comprises bases of SEQ ID NOs: 23 to 27 A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide comprising a sequence, a homologous polynucleotide thereof and a complementary polynucleotide thereof, wherein the probe for detecting bacteria F comprises a base sequence of SEQ ID NOs: 28 to 30 A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide, a homologous polynucleotide thereof and a complementary polynucleotide thereof, wherein the probe for detecting bacteria G comprises a nucleotide sequence of SEQ ID NOS: 31 to 35, A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of the homologous polynucleotides and their complementary polynucleotides, wherein the probe for detecting bacteria H is a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 36 to 39, and its homologous poly A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of nucleotides and their complementary polynucleotides, wherein the probe for detection of bacteria I is a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 40 to 44, homologous polynucleotides thereof, and the like A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of complementary polynucleotides of the above, wherein the bacterial J detection probe comprises a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 45 to 50, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof. A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of nucleotides, wherein the bacterial K detection probe comprises a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 51 to 56, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof. A probe comprising a polynucleotide selected from the group, wherein the detection probe for bacteria L is selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 57 to 61, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide comprising the nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 62 to 68, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof. A probe containing rheotide, wherein the probe for detecting bacteria N comprises a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 69 to 73, a homologous polynucleotide thereof and a complementary polynucleotide thereof The probe for detecting bacteria O is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 74 to 78, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof. The probe for detecting bacteria P is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 79 to 81, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, The probe for detecting Q is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 82 to 87, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, The detection probe is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 88 to 92, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, and the probe for detecting the bacteria S Is a probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 93 to 97, a homologous polynucleotide thereof, and a complementary polynucleotide thereof, and the probe for detection of bacteria T has the sequence Number 98-10 A probe comprising a polynucleotide selected from the group consisting of a polynucleotide comprising two nucleotide sequences, a homologous polynucleotide thereof and a complementary polynucleotide thereof;
Here, the method for detecting a biological species, wherein the “polynucleotide consisting of the base sequence of SEQ ID NO: n, its homologous polynucleotide and their complementary polynucleotide” comprises the following polynucleotides (1) to (4).
(1) A polynucleotide comprising the base sequence of SEQ ID NO: n.
(2) A polynucleotide comprising a nucleotide sequence in which one to several bases of SEQ ID NO: n are deleted, substituted or added, and complementary to a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: n A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising a simple base sequence under stringent conditions.
(3) A polynucleotide comprising a nucleotide sequence in which one to several bases of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: n have been deleted, substituted or added, and has a homology of 90 with the polynucleotide of (1) above % Of a polynucleotide.
(4) A polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence of the polynucleotide of (1) to (3).
請求項1から11のいずれか1項に記載の生物種の検出方法に用いるマイクロアレイ。   The microarray used for the detection method of the biological species of any one of Claim 1 to 11. 請求項12に記載のマイクロアレイを含む請求項1から11のいずれか1項に記載の生物種の検出方法のための生物種検出用キット。   A biological species detection kit for the biological species detection method according to any one of claims 1 to 11, comprising the microarray according to claim 12.
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