JP2008178338A - Nucleic acid amplification method in which target nucleic acid in nucleic acid sample mixed with fragmented nucleic acid is amplified, and kit therefor - Google Patents

Nucleic acid amplification method in which target nucleic acid in nucleic acid sample mixed with fragmented nucleic acid is amplified, and kit therefor Download PDF

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康司 重森
Hiroko Urawa
博子 浦和
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nucleic acid amplification method in which a target nucleic acid is specifically and efficiently amplified without being affected by a fragmented nucleic acid, and to provide a kit for nucleic acid amplification. <P>SOLUTION: In the nucleic acid amplification method in which the target nucleic acid in the nucleic acid sample mixed with the fragmented nucleic acid is amplified, the nucleic acid amplification reaction is carried out to the nucleic acid sample mixed with the fragmented nucleic acid in the presence of RecA protein derived from a highly thermophilic bacterium. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は断片化核酸が混入する核酸試料中の標的核酸を増幅する核酸増幅方法、及びそのキットに関する。詳細には、断片化核酸が混入する核酸試料を高度好熱菌由来のRecAタンパク質の存在下で核酸増幅反応を行う核酸増幅方法、及びそのキットに関する。   The present invention relates to a nucleic acid amplification method for amplifying a target nucleic acid in a nucleic acid sample contaminated with fragmented nucleic acid, and a kit thereof. Specifically, the present invention relates to a nucleic acid amplification method for performing a nucleic acid amplification reaction on a nucleic acid sample mixed with a fragmented nucleic acid in the presence of a RecA protein derived from an extreme thermophile, and a kit thereof.

ポリメラーゼ連鎖反応(以下、「PCR」と略する場合がある。)等に代表される核酸増幅技術は、目標とする特定の核酸領域を短時間で10万倍以上に増幅できる画期的な技術である。しかしながら、その反応を最適化することは難しく、鋳型となる核酸に起因する要因により標的産物が得られない場合があった。また、標的産物が得られない場合だけでなく、望まない産物の生成を招く場合があった。このような要因の1つに鋳型核酸の一部の断片化が挙げられる。かかる鋳型核酸の一部が断片化した断片化核酸がプライマーのように働き、目的産物の産生が阻害される場合があった。   Nucleic acid amplification technology represented by the polymerase chain reaction (hereinafter sometimes abbreviated as “PCR”) is a revolutionary technology that can amplify a specific target nucleic acid region more than 100,000 times in a short time. It is. However, it is difficult to optimize the reaction, and the target product may not be obtained due to factors attributable to the nucleic acid used as a template. In addition to the case where the target product is not obtained, there are cases where undesired products are generated. One such factor is fragmentation of a part of the template nucleic acid. In some cases, the fragmented nucleic acid in which a part of the template nucleic acid is fragmented works like a primer and the production of the target product is inhibited.

鋳型核酸の断片化は、臨床検体等の被検体から核酸試料を調製する過程でも発生する。例えば、夾雑物質が複雑に混在する場合、かかる夾雑物質が増幅阻害要因となるため、これを排除すべく核酸試料の単離精製を行っていた。時には煩雑かつ長時間にわたる処理を要する場合があり、核酸の断片化が重大な問題となっていた。また、分析までの間の被検体、および調製した核酸の保存中に、酸化等により核酸の分子構造の一部が損傷を受け断片化が発生する。   Fragmentation of the template nucleic acid also occurs in the process of preparing a nucleic acid sample from a subject such as a clinical sample. For example, when a contaminating substance is mixed in a complicated manner, such a contaminating substance becomes an amplification inhibiting factor, and therefore, a nucleic acid sample has been isolated and purified to eliminate this. Sometimes complicated and long processing is required, and fragmentation of nucleic acids has been a serious problem. In addition, during the storage of the specimen before analysis and the prepared nucleic acid, a part of the molecular structure of the nucleic acid is damaged due to oxidation or the like, and fragmentation occurs.

従来において、目的産物が得られない場合には、増幅反応を構成するパラメーターを変更することにより最適化を図っていた。例えば、重要なパラメーターとして、プライマーデザインおよび濃度、マグネシウム濃度、ヌクレオチド濃度、DNAポリメラーゼのタイプ及び濃度、サーモサイクルが例示される。しかしながら、パラメーターの最適化には実験者の熟練を要し、また、パラメーター設定に際しての試料の損失により微量試料の場合には十分に最適化を図ることができなかった。そのため、核酸増幅を断念せざるを得ない場合があった。   In the past, when a target product could not be obtained, optimization was attempted by changing parameters constituting the amplification reaction. For example, important parameters include primer design and concentration, magnesium concentration, nucleotide concentration, DNA polymerase type and concentration, and thermocycle. However, parameter optimization requires the skill of an experimenter, and due to sample loss during parameter setting, optimization could not be sufficiently achieved in the case of a small amount of sample. For this reason, there have been cases where it has been necessary to give up nucleic acid amplification.

また、効率的な増幅反応の達成の側面からも様々な試みが報告されている。例えば、DNA結合タンパク質である、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来の一本鎖結合タンパク質(以下、「SSB」と略する)の存在下でPCRを行うことで核酸増幅効率を向上できることが報告されている(例えば、非特許文献1を参照のこと。)。さらに、被検試料中に存在する、核酸増幅を阻害する電荷物質を中和することで、核酸の単離精製工程を経ず被検試料を直接PCRに適用できる技術が報告されている(例えば、非特許文献2を参照のこと。)。   Various attempts have also been reported from the aspect of achieving an efficient amplification reaction. For example, it has been reported that nucleic acid amplification efficiency can be improved by performing PCR in the presence of a single-stranded binding protein (hereinafter abbreviated as “SSB”) derived from thermus thermophilus, a DNA binding protein. (For example, see Non-Patent Document 1.) Furthermore, a technique has been reported in which a test sample can be directly applied to PCR without neutralizing and purifying nucleic acid by neutralizing a charged substance that inhibits nucleic acid amplification present in the test sample (for example, , See Non-Patent Document 2.)

しかしながら、上記した何れにおいても、断片化した核酸を含む試料からの核酸増幅効率の向上効果が報告されていない。何れもプライミング効率効果は認められていなかった。特に、電荷物質を中和する方法は、試料中に含まれる増幅阻害物質である電荷物質に対する中和にしかすぎない。したがって、断片化された核酸が混在する核酸試料においても、標的核酸を効率的に増幅できる技術の確立が求められていた。   However, in any of the above, no effect of improving the nucleic acid amplification efficiency from a sample containing a fragmented nucleic acid has been reported. In any case, no priming efficiency effect was observed. In particular, the method of neutralizing a charge substance is only neutralization of a charge substance that is an amplification inhibitor contained in a sample. Therefore, establishment of a technique capable of efficiently amplifying a target nucleic acid has been demanded even in a nucleic acid sample in which fragmented nucleic acids are mixed.

Perales 他著、“Enhancement of DNA, cDNA synthesis and fidelity at high temperatures by a dimeric single-stranded DNA-binding protein.” Nucleic Acids Research、2003年、第31巻、第22号、第6473〜6480頁Perales et al., “Enhancement of DNA, cDNA synthesis and fidelity at high temperatures by a dimeric single-stranded DNA-binding protein.” Nucleic Acids Research, 2003, Vol. 31, No. 22, pp. 6473-6480 Ampdirect(登録商標)〔online〕〔平成18年1月6日検索〕、島津製作所、インターネット<URL: HYPERLINK "http://www.shimadzu-biotech.jp/reagents/amp/" http://www.shimadzu-biotech.jp/reagents/amp/>Ampdirect (registered trademark) [online] (searched January 6, 2006), Shimadzu Corporation, Internet <URL: HYPERLINK "http://www.shimadzu-biotech.jp/reagents/amp/" http: // www .shimadzu-biotech.jp / reagents / amp />

そこで、本発明は以上の実情を鑑みて、断片化された核酸の影響を受けることなく、標的核酸を特異的かつ効率的に増幅できる核酸増幅方法並びに核酸増幅用キットを提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above circumstances, the present invention has an object to provide a nucleic acid amplification method and a nucleic acid amplification kit that can specifically and efficiently amplify a target nucleic acid without being affected by fragmented nucleic acids. To do.

上記課題を解決すべく本発明者らは鋭意研究した結果、断片化された核酸が混在する核酸試料に対して、高度好熱菌由来のRecAタンパク質の存在下で核酸の増幅反応を行なうことで、所望の核酸のみを特異的に増幅できるとの知見を得た。更に鋭意研究を行ったところ、高度好熱菌由来のRecAタンパク質が、増幅阻害物質に対する中和作用をも有することが判明し、精製度の低い試料に適用した場合においても所望の核酸のみを特異的に増幅できるとの知見を得た。これらの知見に基づき本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have conducted a nucleic acid amplification reaction in the presence of a RecA protein derived from a highly thermophilic bacterium on a nucleic acid sample in which fragmented nucleic acids are mixed. As a result, it was found that only the desired nucleic acid can be specifically amplified. Further research has revealed that RecA protein from hyperthermophilic bacteria also has a neutralizing action against amplification inhibitors, and only the desired nucleic acid is specified even when applied to samples with low purity. The knowledge that it can amplify automatically was acquired. Based on these findings, the present invention has been completed.

即ち、上記目的を達成するため本発明は、以下の〔1〕〜〔7〕に示す構成を有する。   That is, in order to achieve the above object, the present invention has the following configurations [1] to [7].

〔1〕断片化核酸が混入する核酸試料中の標的核酸を増幅する核酸増幅方法において、
断片化核酸が混入する核酸試料に対して高度好熱菌由来のRecAタンパク質の存在下で核酸増幅反応を行い、前記核酸試料中の標的核酸を増幅する核酸増幅方法。
〔2〕前記核酸試料が、生体試料、環境試料、及び食品から選択される試料である上記〔1〕の核酸増幅方法。
〔3〕前記断片化核酸が、100〜300bpの核酸断片である上記〔1〕又は〔2〕の核酸増幅方法。
〔4〕前記高度好熱菌由来のRecAタンパク質が、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、又はサーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)に由来する上記〔1〕〜〔3〕のいずれかの核酸増幅方法。
〔5〕前記核酸増幅反応が、ポリメラーゼ連鎖反応に基づく反応である上記〔1〕〜〔4〕の核酸増幅方法。
[1] In a nucleic acid amplification method for amplifying a target nucleic acid in a nucleic acid sample contaminated with a fragmented nucleic acid,
A nucleic acid amplification method for amplifying a target nucleic acid in a nucleic acid sample by performing a nucleic acid amplification reaction on a nucleic acid sample contaminated with a fragmented nucleic acid in the presence of a RecA protein derived from an extreme thermophile.
[2] The nucleic acid amplification method according to [1], wherein the nucleic acid sample is a sample selected from biological samples, environmental samples, and foods.
[3] The nucleic acid amplification method according to [1] or [2], wherein the fragmented nucleic acid is a nucleic acid fragment of 100 to 300 bp.
[4] The nucleic acid amplification method according to any one of [1] to [3], wherein the RecA protein derived from the extreme thermophile is derived from Thermus thermophilus or Thermus aquaticus.
[5] The nucleic acid amplification method according to [1] to [4], wherein the nucleic acid amplification reaction is a reaction based on a polymerase chain reaction.

上記〔1〕〜〔5〕の構成によれば、従来の核酸増幅技術では増幅が困難であった断片化核酸を含む核酸試料から、標的核酸の効率的な増幅が可能となる。高度好熱菌由来のRecAタンパク質の働きにより、プライマーのプライミング効率と正確性が向上でき、ひいては、断片化した標的核酸に類似する配列へのプライマーのプライミングを抑制し、増幅産物のキメラ化を抑制できる。また、同時に核酸増幅阻害物質に作用し、その作用を中和することから、精製度の低い試料からも効率よく標的核酸を増幅することができる。したがって、様々な産業分野、特には分子生物学の分野に幅広く利用可能である。   According to the above configurations [1] to [5], it is possible to efficiently amplify a target nucleic acid from a nucleic acid sample containing a fragmented nucleic acid that has been difficult to amplify by conventional nucleic acid amplification techniques. The function of RecA protein from hyperthermophilic bacteria improves primer priming efficiency and accuracy, and in turn suppresses primer priming to sequences similar to fragmented target nucleic acids and suppresses chimerization of amplification products it can. Moreover, since it acts on a nucleic acid amplification inhibitor at the same time and neutralizes the action, the target nucleic acid can be efficiently amplified from a sample with a low degree of purification. Therefore, it can be widely used in various industrial fields, particularly in the field of molecular biology.

〔6〕DNAポリメラーゼ、高度好熱菌由来のRecAタンパク質、とを含む断片化核酸が混在する核酸試料核酸を増幅するための核酸増幅用キット。
〔7〕前記高度好熱菌由来のRecAタンパク質がサーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、又はサーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)に由来する上記〔6〕の核酸増幅用キット。
[6] A nucleic acid amplification kit for amplifying a nucleic acid sample nucleic acid containing a fragmented nucleic acid containing DNA polymerase and a RecA protein derived from an extreme thermophile.
[7] The nucleic acid amplification kit according to [6], wherein the RecA protein derived from the extreme thermophile is derived from Thermus thermophilus or Thermus aquaticus.

上記〔6〕〜〔7〕の構成によれば、このように核酸増幅に必要な成分をキットして構成することにより、簡便且つ迅速な核酸増幅が可能となる。   According to the above configurations [6] to [7], simple and rapid nucleic acid amplification becomes possible by configuring the components necessary for nucleic acid amplification as a kit.

以下、具体的な本発明の実施の形態について説明するが、これはあくまでも本発明を例示するに留まり、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, these are merely examples of the present invention, and do not limit the present invention.

本発明は、断片化核酸が混在する核酸試料中の標的核酸を、高度好熱菌由来のRecAタンパク質(以下、「高度好熱菌RecAタンパク質」と称する場合がある)の存在下で核酸増幅反応を行い、標的核酸を特異的かつ効率的に増幅する方法を提供する。従来の核酸増幅反応においては、断片化核酸の存在により標的核酸を増幅できず目的産物の取得を断念せざるを得ない場合があったが、高度高熱菌RecAタンパク質の添加により断片化核酸の混在に影響されることなく目的産物の取得が可能となった。   The present invention provides a nucleic acid amplification reaction in which a target nucleic acid in a nucleic acid sample in which fragmented nucleic acids are mixed is present in the presence of a RecA protein derived from an extreme thermophile (hereinafter sometimes referred to as an “extremely thermophilic RecA protein”). To provide a method for specifically and efficiently amplifying a target nucleic acid. In conventional nucleic acid amplification reactions, the target nucleic acid could not be amplified due to the presence of fragmented nucleic acid, and it was unavoidable to give up the target product. The target product can be obtained without being affected by

本明細書において、核酸増幅反応とは、好ましくは耐熱性DNAポリメラーゼを利用して目的とする特定の核酸領域を増幅するポリメラーゼ連鎖反応(以下、「PCR」と称する場合がある。)である。また、様々なPCRの変法をも含む。たとえば、アダプター付加PCR、アレル特異的増幅法(MASA法)、非対称PCR、逆PCR(IPCR)、逆転写PCR(RT-PCR)、一本鎖DNA高次構造多型PCR(PCR-SSCP法)、アービトラリリーポリメラーゼ連鎖反応(AP-PCR)、RACE、マルチプレックスPCR(multiplex PCR)等が挙げられる。しかしながら、これらに限定するものではなく、あらゆるPCRの変法に利用可能である。更には、原理の異なる他の酵素を利用した各種核酸増幅方法を排除するものではない。したがって、リガーゼ連鎖反応(以下、「LCR」と称する場合がある)、鎖置換増幅反応(以下、「SDA」と称する場合がある)、ローリングサイクル増幅反応(以下、「RCA」と称する場合がある)等の公知の核酸増幅反応を含む。   In the present specification, the nucleic acid amplification reaction is preferably a polymerase chain reaction (hereinafter sometimes referred to as “PCR”) that amplifies a specific nucleic acid region of interest using a thermostable DNA polymerase. It also includes various PCR variants. For example, adapter-added PCR, allele-specific amplification method (MASA method), asymmetric PCR, reverse PCR (IPCR), reverse transcription PCR (RT-PCR), single-stranded DNA conformation polymorphism PCR (PCR-SSCP method) Arbitrary polymerase chain reaction (AP-PCR), RACE, multiplex PCR, and the like. However, the present invention is not limited to these, and can be used for any PCR modification. Furthermore, it does not exclude various nucleic acid amplification methods using other enzymes having different principles. Therefore, ligase chain reaction (hereinafter sometimes referred to as “LCR”), strand displacement amplification reaction (hereinafter sometimes referred to as “SDA”), rolling cycle amplification reaction (hereinafter sometimes referred to as “RCA”). Etc.) known nucleic acid amplification reactions.

本発明において増幅対象となる標的核酸は、標的核酸の長さ及び塩基配列等に対する制限なく、また、一本鎖、二本鎖を問わず、いかなる核酸であってもよい。具体的には、生物のゲノムDNAでもよく、或いは、該ゲノムDNAを物理的手段若しくは制限酵素消化により切断された断片であっても良い。更に、DNA断片をプラスミド、ファージ等に挿入したものに対しても好適に利用できる。また、当該技術分野で常用されている核酸自動合成機等を使用して合成されたDNA断片、mRNAを鋳型にして合成したcDNA断片等の人工的産物等、いずれも標的核酸となり得る。   The target nucleic acid to be amplified in the present invention is not limited to the length and base sequence of the target nucleic acid, and may be any nucleic acid regardless of whether it is single-stranded or double-stranded. Specifically, it may be a genomic DNA of an organism, or a fragment obtained by cleaving the genomic DNA by physical means or restriction enzyme digestion. Furthermore, it can be suitably used for DNA fragments inserted into plasmids, phages and the like. In addition, a DNA fragment synthesized using an automatic nucleic acid synthesizer or the like commonly used in the technical field, and an artificial product such as a cDNA fragment synthesized using mRNA as a template can be used as target nucleic acids.

ここで、核酸試料としては、標的核酸を含む、もしくは標的核酸を含む可能性のある試料であれば特に制限はない。したがって、生体試料、環境試料、食品等の他、DNA合成技術等による人工産物試料をも含む。生体試料として動物由来の血液、尿、糞、唾液、組織、細胞培養物等、及び植物由来の根、茎、葉、花、果実等が、環境試料として土壌、地下水、河川水、湖沼水、海水等が、食品として肉、卵、加工食品等が例示される。   Here, the nucleic acid sample is not particularly limited as long as it is a sample containing the target nucleic acid or possibly containing the target nucleic acid. Therefore, in addition to biological samples, environmental samples, foods, and the like, artificial product samples by DNA synthesis technology and the like are also included. Biological samples such as animal-derived blood, urine, feces, saliva, tissues, cell cultures, and plant-derived roots, stems, leaves, flowers, fruits, etc., environmental samples such as soil, groundwater, river water, lake water, Examples of the food include seawater and meat, eggs, processed foods, and the like.

核酸試料は、直接、本発明の核酸増幅方法に適用してもよく、また、公知の核酸抽出、精製等の処理を行った後、本発明の核酸増幅方法に適用してもよい。核酸試料の調製は、任意の方法で行うことができる。被検体から細胞、原虫、真菌、細菌、ウイルス等を分離し、次に核酸を抽出することにより行われる。核酸の抽出方法としては、SDS等の界面活性剤、リゾチーム及びプロテインナーゼ等の酵素、カオトロピック塩により細胞等を破壊し、フェノール/クロロホルム等により核酸を抽出することにより行うことができる。また、抽出に際して、必要に応じて精製を行ってもよい。   The nucleic acid sample may be directly applied to the nucleic acid amplification method of the present invention, or may be applied to the nucleic acid amplification method of the present invention after performing known processes such as nucleic acid extraction and purification. The nucleic acid sample can be prepared by any method. It is carried out by separating cells, protozoa, fungi, bacteria, viruses, etc. from the subject and then extracting the nucleic acid. The nucleic acid can be extracted by disrupting cells with a surfactant such as SDS, enzymes such as lysozyme and proteinase, chaotropic salts, and extracting the nucleic acid with phenol / chloroform or the like. Moreover, you may refine | purify as needed in the case of extraction.

そして、本発明の核酸増幅方法の対象と成る核酸試料は、断片化核酸の混入している、もしくは混入している可能性のある核酸試料である。断片化核酸としては、一本鎖、二本鎖を問わず、また、二本鎖の場合には核酸の末端の形態についても、接着末端、付着末端の別をも問わない。更に、塩基配列等に対する制限なく、いかなる核酸であってもよい。特には、鋳型となる標的核酸の少なくとも一部の領域の連続した塩基配列を有するもの、また、標的核酸の少なくとも一部の領域の連続した塩基配列に類似する配列を有するものを指す。また、断片化核酸の大きさは、標的核酸のポリヌクレオチド(塩基長n)に対して1〜n−1までの塩基長のものを指し、特には15〜150塩基、若しくは300塩基以下の塩基長である。そして、標的核酸の一部が分解して生じたもの、また、標的核酸に由来しない断片化核酸も含む。また、核酸の骨格鎖の1つの切断により生じるニックが形成された核酸をも含む。更に、断片化核酸は、せん断等の物理的要因、分解酵素等の酵素的要因、酸化水分解、酸化等の化学的要因により生じたもの別を問わない。   The nucleic acid sample to be subjected to the nucleic acid amplification method of the present invention is a nucleic acid sample in which fragmented nucleic acid is mixed or possibly mixed. The fragmented nucleic acid may be single-stranded or double-stranded, and in the case of a double-stranded nucleic acid, the form of the end of the nucleic acid may be different from the sticky end and the sticky end. Furthermore, any nucleic acid may be used without any restriction on the base sequence. In particular, it refers to those having a continuous base sequence of at least a partial region of the target nucleic acid as a template, and those having a sequence similar to the continuous base sequence of at least a partial region of the target nucleic acid. The size of the fragmented nucleic acid refers to that having a base length of 1 to n-1 with respect to the polynucleotide (base length n) of the target nucleic acid, in particular 15 to 150 bases, or 300 bases or less. It is long. And what was produced by decomposing | disassembling a part of target nucleic acid, and the fragmented nucleic acid which does not originate in a target nucleic acid are also included. It also includes a nucleic acid in which a nick generated by one cleavage of the nucleic acid backbone is formed. Further, the fragmented nucleic acid is not limited to those generated by physical factors such as shear, enzymatic factors such as degrading enzymes, and chemical factors such as oxidized water decomposition and oxidation.

したがって、被検体からの標的核酸の調製過程、被検体の保存過程、または微生物等の死骸や組織の損傷等により核酸の断片化が生じた試料に本発明は好適に適用することができる。例えば、微生物、哺乳類由来の試料が例示される。特には、土壌微生物等を含む土壌試料のように生物多様性に富み、種々の核酸の混入が想定される試料に好適に適用できる。さらに、長期保存を行った試料等、従来の核酸増幅技術によっては増幅が困難であった試料に好適に適用することができる。   Therefore, the present invention can be suitably applied to a sample in which nucleic acid fragmentation occurs due to a target nucleic acid preparation process from a specimen, a specimen storage process, or a dead body or tissue such as a microorganism. For example, a sample derived from a microorganism or a mammal is exemplified. In particular, it can be suitably applied to a sample that is rich in biodiversity, such as a soil sample containing soil microorganisms, and that is expected to be mixed with various nucleic acids. Furthermore, it can be suitably applied to samples that have been difficult to amplify by conventional nucleic acid amplification techniques, such as samples that have been stored for a long time.

ここで、PCRに適用する場合について詳細に説明する。PCRは、耐熱性DNAポリメラーゼを用いて連鎖反応的にDNAを増幅する方法である。そしてPCRの原理は、プライマーおよび耐熱性DNAポリメラーゼの存在下で、3段階の温度変化をnサイクル繰り返すことにより増幅対象核酸(以下、標的核酸と略する場合がある。)を2n倍に増幅するものである。 Here, the case where it applies to PCR is demonstrated in detail. PCR is a method of amplifying DNA in a chain reaction using a heat-resistant DNA polymerase. The principle of PCR is to amplify a nucleic acid to be amplified (hereinafter sometimes abbreviated as a target nucleic acid) 2 n times by repeating three cycles of temperature changes in n cycles in the presence of a primer and a heat-resistant DNA polymerase. To do.

本発明においてPCR反応液は、高度好熱菌RecAタンパク質の存在下、標的核酸、耐熱性DNAポリメラーゼ、プライマーDNA、デオキシヌクレオチド5´−三リン酸(以下、「dNTP」と称する。)、並びに適当な緩衝液を含んで調製される。また、dNTPとは別個にヌクレオチド5´−三リン酸(以下、「NTP」と称する。)を含んで調製してもよい。ここで、プライマーDNA、dNTPは必要に応じて検出のため適当な標識物質により標識していても良い。このような標識物質は公知であるので当業者は適宜選択して使用できる。   In the present invention, the PCR reaction solution is a target nucleic acid, thermostable DNA polymerase, primer DNA, deoxynucleotide 5′-triphosphate (hereinafter referred to as “dNTP”), and appropriate in the presence of highly thermophilic RecA protein. Prepared with various buffers. Further, it may be prepared containing nucleotide 5'-triphosphate (hereinafter referred to as "NTP") separately from dNTP. Here, the primer DNA and dNTP may be labeled with an appropriate labeling substance for detection, if necessary. Since such a labeling substance is known, those skilled in the art can select and use it appropriately.

ここで、高度好熱菌RecAタンパク質とは、単鎖核酸に協同的に結合し、該単鎖核酸と二本鎖核酸との間で相同領域を検索し、核酸の相同組換えを行うタンパク質である。本発明において使用されるRecAタンパク質は、高度好熱菌由来タンパク質である。したがって、本発明において大腸菌由来のRecAタンパク質等の使用は適さない。本発明の使用に適した高度好熱菌RecAタンパク質としては、サーマス(Thermus)属、サーモコッカス(Thermococcus)属、ピロコッカス(Pyrococcus)属、サーモトーガ(Thermotoga)属等由来のRecAタンパク質が例示される。具体的には、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、サーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来のRecAタンパク質が例示される。特に、好ましくは、サーマス・サーモフィラス由来である。   Here, the hyperthermophilic RecA protein is a protein that binds cooperatively to a single-stranded nucleic acid, searches for a homologous region between the single-stranded nucleic acid and a double-stranded nucleic acid, and performs homologous recombination of nucleic acids. is there. The RecA protein used in the present invention is a highly thermophilic bacterium-derived protein. Therefore, use of E. coli-derived RecA protein or the like is not suitable in the present invention. Examples of the highly thermophilic RecA protein suitable for use in the present invention include RecA protein derived from the genus Thermus, Thermococcus, Pyrococcus, Thermotoga and the like. Specifically, RecA protein derived from Thermus thermophilus and Thermus aquaticus is exemplified. In particular, it is preferably derived from Thermus thermophilus.

これらの高度好熱菌RecAタンパク質は、天然由来の高度好熱菌RecAタンパク質の他、化学合成的もしくは遺伝子工学的に人工的に合成された高度好熱菌RecAタンパク質も包含する。具体的には、常法に従って、高度好熱菌から抽出したものを利用することができる。更に、既知の大腸菌等の宿主・発現ベクター系を利用して、容易に精製することができる。例えば、当該高度好熱菌RecAタンパク質をコードする遺伝子を公知の方法により導入した発現ベクターにより宿主である大腸菌を形質転換して培養し、当該高度好熱菌RecAタンパク質を発現させる。そして、宿主の大腸菌を破砕して熱処理を行うことにより、当該高度好熱菌RecAタンパク質以外の大腸菌由来タンパク質は熱変性して熱凝集するため、遠心分離等により分離除去できる。これにより熱変性しない当該高度好熱菌RecAタンパク質を可溶画分として大腸菌由来タンパク質と分離し、親和性クロマトグラフィー等を用いて精製できる。   These highly thermophilic bacteria RecA proteins include naturally-occurring highly thermophilic bacteria RecA proteins, as well as highly thermophilic bacteria RecA proteins artificially synthesized chemically or genetically. Specifically, those extracted from highly thermophilic bacteria can be used according to a conventional method. Furthermore, it can be easily purified using a known host / expression vector system such as Escherichia coli. For example, host Escherichia coli is transformed and cultured with an expression vector into which a gene encoding the hyperthermophile RecA protein is introduced by a known method, and the hyperthermophile RecA protein is expressed. By crushing the host E. coli and performing heat treatment, E. coli-derived proteins other than the highly thermophilic RecA protein are thermally denatured and thermally aggregated, and thus can be separated and removed by centrifugation or the like. As a result, the highly thermophilic RecA protein that is not heat denatured can be separated from the E. coli-derived protein as a soluble fraction and purified using affinity chromatography or the like.

このとき、当該高度好熱菌RecAタンパク質は高度好熱菌由来であるため室温で構造が安定しており、さらに有機溶剤に対しても高い安定性を有している。そのため、上記精製工程は室温で行うことが可能である。   At this time, since the hyperthermophilic RecA protein is derived from the hyperthermophilic bacterium, the structure is stable at room temperature, and also has high stability against organic solvents. Therefore, the purification step can be performed at room temperature.

尚、宿主細胞は大腸菌に限らず、例えば、酵母(Saccharomyces cerevisiae)や昆虫(Sf9細胞)などの真核生物細胞を利用することが可能である。また、発現ベクターは、プロモーター配列、高度好熱菌のRecAタンパク質をコードする遺伝子を挿入できる少なくとも1つの制限酵素サイトを有するマルチクローニングサイト等の配列を含み、かつ、上記宿主細胞で発現できるものであれば、何れの発現ベクターを用いることができる。好適なプロモーターとしては、例えば、T7lacプロモーターを利用するのが好ましい。   The host cell is not limited to E. coli, and eukaryotic cells such as yeast (Saccharomyces cerevisiae) and insects (Sf9 cells) can be used. The expression vector includes a promoter sequence, a sequence such as a multicloning site having at least one restriction enzyme site into which a gene encoding the RecA protein of hyperthermophilic bacteria can be inserted, and can be expressed in the host cell. Any expression vector can be used as long as it exists. For example, the T7lac promoter is preferably used as a suitable promoter.

さらに、この発現ベクターには他の公知の塩基配列が含まれていてもよい。他の公知の塩基配列としては特に限定されない。例えば、発現産物の安定性を付与する安定性リーダー配列、発現産物の分泌を付与するシグナル配列、及び、ネオマイシン耐性遺伝子・カナマイシン耐性遺伝子・クロラムフェニコール耐性遺伝子・アンピシリン耐性遺伝子・ハイグロマイシン耐性遺伝子等の形質転換された宿主において表現型選択を付与することが可能なマーキング配列等が挙げられる。このような発現ベクターは、市販の大腸菌用発現ベクター(例えばpETタンパク質発現システム:ノバジェン社製)を用いることが可能である。さらに、適宜所望の配列を組み込んだ発現ベクターを作製して使用することが可能である。   Furthermore, this expression vector may contain other known base sequences. Other known base sequences are not particularly limited. For example, a stability leader sequence that confers stability of the expression product, a signal sequence that confers secretion of the expression product, and a neomycin resistance gene, kanamycin resistance gene, chloramphenicol resistance gene, ampicillin resistance gene, hygromycin resistance gene Marking sequences that can confer phenotypic selection in transformed hosts such as As such an expression vector, a commercially available expression vector for Escherichia coli (for example, pET protein expression system: manufactured by Novagen) can be used. Furthermore, an expression vector incorporating a desired sequence can be prepared and used as appropriate.

更に、上記したような高度好熱菌RecAタンパク質と類似の構造を有し、かつ、機能的に同等なタンパク質をも含む。したがって、自然界に存在するRecA類似タンパク質の他、人為的な変異誘発または遺伝子組換えにより改変されたタンパク質をも含むことが意図される。例えば、上記した天然由来の高度好熱菌RecAタンパク質のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、付加されたアミノ酸配列を有し、かつ上記した高度好熱菌RecAタンパク質と生物学的機能が同等である改変体が包含し得る。なお、アミノ酸配列における変異の数は、もとのタンパク質の生物学的機能が維持される限り制限されない。   Further, it includes a protein having a structure similar to the above-mentioned hyperthermophilic RecA protein and functionally equivalent. Therefore, in addition to RecA-like proteins that exist in nature, it is intended to include proteins that have been modified by artificial mutagenesis or genetic recombination. For example, in the amino acid sequence of the above-mentioned naturally-derived extreme thermophile RecA protein, one or several amino acids have an amino acid sequence substituted, deleted or added, and the above-mentioned extreme thermophile RecA protein and organism Variants that are equivalent in scientific function may be included. The number of mutations in the amino acid sequence is not limited as long as the biological function of the original protein is maintained.

ここで、アミノ酸配列に対する改変は、改変しようとするアミノ酸配列に部位特異的変異導入法(Nucleic Acid Res. 10、pp6487、1982年)等の公知の変異操作手段を用いて人工的に行うことができる。更には、自然界におけるアミノ酸の変異によって生じた改変体をも含む。   Here, the modification to the amino acid sequence may be artificially performed on the amino acid sequence to be modified using a known mutation manipulation means such as a site-specific mutagenesis method (Nucleic Acid Res. 10, pp6487, 1982). it can. Furthermore, the modified substance produced by the variation | mutation of the amino acid in nature is also included.

プライマーは、標的核酸の特定配列に対して相補的になるように設計されるものである。特には、増幅すべき標的配列のその両端に相補的な塩基配列を有するものであることが好ましい。もっとも単純な系ではプライマーが2つ要求されるが、マルチプレックスPCR(Multiplex PCR)等を行う場合は3つ以上でもよく、また、1のプライマーのみでの増幅反応にも好適に利用可能である。プライマーの設計は、ランダムプライマーを用いる場合を除いて、標的核酸の配列を予め調査し決定される。そして、標的核酸の塩基配列の調査には、GeneBank、EBI等のデータベースを好適に利用できる。   The primer is designed to be complementary to a specific sequence of the target nucleic acid. In particular, it is preferable to have a complementary base sequence at both ends of the target sequence to be amplified. In the simplest system, two primers are required, but when performing multiplex PCR, etc., three or more may be used, and it can be suitably used for amplification reaction with only one primer. . The design of the primer is determined by examining the sequence of the target nucleic acid in advance, except when a random primer is used. A database such as GeneBank or EBI can be suitably used for investigating the base sequence of the target nucleic acid.

プライマーは、ホスホアミダイト法等に基づく化学合成法、既に標的となる核酸が取得されている場合にはその制限酵素断片等が利用可能である。化学合成法に基づきプライマーを調製する場合には、合成に先立って標的核酸の配列情報に基づいて設計される。プライマーは合成後、HPLC等の手段により精製される。また、化学合成を行う場合には市販の自動合成装置を利用することも可能である。ここで、相補的とは、プライマーと標的核酸とが塩基対合則に従って特異的に結合し安定な二重鎖構造を形成できることを意味し、完全な相補性のみならず、プライマーと標的核酸が互いに安定な二重鎖構造を形成し得るのに十分である限り、いくつかの核酸塩基のみが塩基対合則に沿って適合する部分的な相補性であっても許容される。その塩基数は、標的核酸を特異的に認識するために十分に長くなければならないが、長すぎると逆に非特異的反応を誘発するので好ましくない。したがって、適当な長さはGC含量等の標的核酸の配列情報、並びに、反応温度、反応液中の塩濃度等のハイブリダイゼーション反応条件など多くの因子に依存して決定されるが、好ましくは、20〜50塩基長である。   As the primer, a chemical synthesis method based on the phosphoramidite method or the like, or a restriction enzyme fragment or the like when a target nucleic acid has already been obtained can be used. When preparing a primer based on a chemical synthesis method, it is designed based on the sequence information of the target nucleic acid prior to synthesis. After synthesis, the primer is purified by means such as HPLC. Moreover, when performing chemical synthesis, it is also possible to use a commercially available automatic synthesizer. Here, the term “complementary” means that the primer and the target nucleic acid can specifically bind according to the base pairing rule to form a stable double-stranded structure. As long as it is sufficient to be able to form a stable duplex structure with each other, only a few nucleobases are allowed to have partial complementarity that fits along the base-pairing rules. The number of bases must be long enough to specifically recognize the target nucleic acid, but if it is too long, a non-specific reaction is induced, which is not preferable. Therefore, the appropriate length is determined depending on many factors such as sequence information of the target nucleic acid such as GC content, and hybridization reaction conditions such as reaction temperature and salt concentration in the reaction solution. It is 20-50 bases long.

ここで、使用されるDNAポリメラーゼは、PCRにおいて使用できる耐熱性のDNAポリメラーゼであれば、特に制限はない。例えば、サーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)由来のTaqポリメラーゼ、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のTthポリメラーゼ、バチルス・ステアロサーモフィラス(Bacillus Stearothermophilus)由来のBstポリメラーゼ、サーモコッカス・リトラリス(Thermococcus litoralis)由来のVent DNAポリメラーゼ等の好熱菌由来のDNAポリメラーゼ他、ピロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)由来のPfuポリメラーゼ等の好熱古細菌由来のDNAポリメラーゼが挙げられる。   Here, the DNA polymerase used is not particularly limited as long as it is a heat-resistant DNA polymerase that can be used in PCR. For example, Taq polymerase from Thermus aquaticus, Tth polymerase from Thermus thermophilus, Bst polymerase from Bacillus Stearothermophilus, Thermococcus litoralis And other DNA polymerases derived from thermophilic bacteria such as Vent DNA polymerase derived from thermophilic archaebacteria such as Pfu polymerase derived from Pyrococcus furiosus.

dNTPとしては、アデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの各塩基に夫々対応する4種類のデオキシヌクレオチドが使用される。特には、dGTP、dATP、dTTP、dCTPの混合物が好ましく使用される。更に、PCRで合成され伸長されるDNA分子中に、耐熱性DNAポリメラーゼによって取り込まれ得る限りにおいては、デオキシヌクレオチドの誘導体をも含み得る。そのような誘導体として、7−デアザ−dGTP、7−デアザ−dATP等が例示され、例えば、夫々dGTP、dATPに代えて、若しくは、双方を共在させて使用することができる。したがって、核酸合成に必要なアデニン、チミン、グアニンおよびシトシンの各塩基に対応する4種類が含まれる限り、いかなる誘導体の使用を排除するものではない。   As dNTP, four types of deoxynucleotides corresponding to each base of adenine, thymine, guanine and cytosine are used. In particular, a mixture of dGTP, dATP, dTTP, and dCTP is preferably used. Furthermore, a derivative of deoxynucleotide can be included in the DNA molecule synthesized and extended by PCR as long as it can be incorporated by a thermostable DNA polymerase. Examples of such derivatives include 7-deaza-dGTP, 7-deaza-dATP, and the like. For example, they can be used instead of dGTP and dATP, or both can be used together. Therefore, the use of any derivative is not excluded as long as four types corresponding to each base of adenine, thymine, guanine and cytosine necessary for nucleic acid synthesis are included.

緩衝液としては、適当な緩衝成分およびマグネシウム塩等を含んで調製されたものを使用でき、特に制限はない。緩衝成分としては、トリス酢酸、トリス塩酸、リン酸ナトリウム並びにリン酸カルシウム等のリン酸塩が好適に使用でき、特にはトリス酢酸の使用が好ましい。緩衝成分の最終濃度は5mM〜100mMの範囲で、pH6.0〜9.5の範囲内で調製される。また、マグネシウム塩としては特に制限はないが、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム等を適宜使用でき、特には酢酸マグネシウムが好ましい。更に、必要に応じて、KCl等のカリウム塩、DMSO、グリセロール、ベタイン、ゼラチン、Triton等を添加することができる。また、市販のPCR用耐熱性DNAポリメラーゼに添付の緩衝液を用いることができる。緩衝液の組成は、使用するDNAポリメラーゼの種類等に応じて適宜変更することができる。特には、MgCl2、KCl等のイオン強度の影響、DMSO、グリセロール等のDNAの融解温度に影響を与える各種添加物並びにそれらの濃度を勘案して、適宜設定することができる。 As the buffer solution, those prepared containing an appropriate buffer component and magnesium salt can be used, and there is no particular limitation. As the buffer component, phosphates such as trisacetic acid, trishydrochloric acid, sodium phosphate and calcium phosphate can be suitably used, and trisacetic acid is particularly preferred. The final concentration of the buffer component is in the range of 5 mM to 100 mM and is prepared in the range of pH 6.0 to 9.5. Further, the magnesium salt is not particularly limited, but magnesium chloride, magnesium acetate and the like can be appropriately used, and magnesium acetate is particularly preferable. Furthermore, potassium salts such as KCl, DMSO, glycerol, betaine, gelatin, Triton and the like can be added as necessary. In addition, a buffer solution attached to a commercially available heat-resistant DNA polymerase for PCR can be used. The composition of the buffer can be appropriately changed according to the type of DNA polymerase used. In particular, it can be set appropriately in consideration of the effects of ionic strength such as MgCl 2 and KCl, various additives that affect the melting temperature of DNA such as DMSO and glycerol, and their concentrations.

そして、反応液は容量100μl以下、特には、10〜50μlの範囲で調製することが好ましい。各成分の濃度として、高度好熱菌RecAタンパク質は好ましくは反応溶液中に0.004〜0.02μg/μlの濃度で含まれるよう使用される。高度好熱菌RecAタンパク質以外の各成分の濃度は、PCRは公知であることから、当業者は適宜設定することができる。例えば、標的核酸は、好ましくは100μl当り10pg〜1μgの濃度で、プライマーDNAは好ましくは、最終濃度0.01〜10μM、特には0.1〜1μMの濃度に調製される。更に、DNAポリメラーゼは、好ましくは100μlあたり0.1〜50unit、特には1〜5unitの範囲の濃度で使用する。そして、dNTPは、好ましくは最終濃度0.1mM〜1Mに調製する。また、マグネシウム塩は最終濃度で0.1〜50mM、特には、1〜5mMの範囲に調製することが好ましい。   The reaction solution is preferably prepared in a volume of 100 μl or less, particularly in the range of 10 to 50 μl. As the concentration of each component, the hyperthermophilic RecA protein is preferably used so as to be contained in the reaction solution at a concentration of 0.004 to 0.02 μg / μl. The concentration of each component other than the hyperthermophilic RecA protein can be appropriately set by those skilled in the art since PCR is known. For example, the target nucleic acid is preferably prepared at a concentration of 10 pg to 1 μg per 100 μl, and the primer DNA is preferably prepared at a final concentration of 0.01 to 10 μM, particularly 0.1 to 1 μM. Furthermore, the DNA polymerase is preferably used at a concentration in the range of 0.1 to 50 units, particularly 1 to 5 units per 100 μl. And dNTP is preferably prepared to a final concentration of 0.1 mM to 1 M. The magnesium salt is preferably prepared in a final concentration of 0.1 to 50 mM, particularly 1 to 5 mM.

PCRは、以下の工程に従って実行され、これらの工程は高度好熱菌RecAタンパク質の存在下で行なわれる。
(1)鋳型核酸の熱変性
(2)プライマーのアニーリング
(3)耐熱性ポリメラーゼによる伸長反応
PCR is performed according to the following steps, which are performed in the presence of the hyperthermophilic RecA protein.
(1) Thermal denaturation of template nucleic acid (2) Primer annealing (3) Extension reaction with thermostable polymerase

上記(1)〜(3)からなる三段階の温度変化を1サイクルとする反応を、適切なサイクルを繰り返すことによって、プライマーが起点となって標的核酸を鋳型として、相補性を有するもう一本の核酸鎖の合成が開始される。その結果、nサイクルの反応で標的核酸は2n倍に増幅される。サーモサイクル数は、鋳型となる標的核酸の種類、量およびその純度等に応じて決定されるが、非特異的増幅を抑制し効率的な核酸増幅の観点から20〜40サイクル、特には、32〜36サイクルで行うことが好ましい。 Another reaction having complementarity using the target nucleic acid as a template with the primer as a starting point by repeating the appropriate cycle of the reaction in which the three-stage temperature change consisting of the above (1) to (3) is one cycle. Synthesis of the nucleic acid strand is started. As a result, the target nucleic acid is amplified 2 n times by the reaction of n cycles. The number of thermocycles is determined according to the type, amount and purity of the target nucleic acid serving as a template, but 20 to 40 cycles, particularly 32, from the viewpoint of efficient nucleic acid amplification by suppressing non-specific amplification. It is preferable to carry out in ~ 36 cycles.

以下に各工程について詳細に説明する(以下の数値については一般的な数値を記載しております。本発明に適合するか否かのご確認をお願いします。
(1)鋳型核酸の熱変性
二本鎖核酸を加熱により、変性させ一本鎖に解離させる。好ましくは、92〜98℃で10〜60秒行われる。また、ゲノムDNA等の長いDNAを鋳型核酸とする場合は、鋳型核酸の変性を完全にするため、一番初めの熱変性のみを長め(10分程度)に設定することができる。
Each process will be explained in detail below. (The following numerical values are general values. Please confirm whether or not they conform to the present invention.
(1) Thermal denaturation of template nucleic acid Double-stranded nucleic acid is denatured by heating and dissociated into single strands. Preferably, it is carried out at 92 to 98 ° C. for 10 to 60 seconds. When a long DNA such as genomic DNA is used as a template nucleic acid, only the first heat denaturation can be set longer (about 10 minutes) in order to completely denature the template nucleic acid.

(2)プライマーのアニーリング
温度を下げることにより上記(1)において熱変性され一本鎖となった鋳型核酸とプライマーとのハイブリッドを形成する。アニーリングは、好ましくは30〜60秒間行われる。また、アニーリング温度はプライマーに用いるオリゴヌクレオチドのTmを推定し、このTmをアニーリング温度として設定することが好ましい。通常は、50〜70℃で行われる。
(2) Primer annealing By reducing the temperature, the template nucleic acid that has been heat denatured and becomes a single strand in (1) above and a primer are formed. Annealing is preferably performed for 30 to 60 seconds. The annealing temperature is preferably estimated from the Tm of the oligonucleotide used for the primer, and this Tm is set as the annealing temperature. Usually, it is carried out at 50 to 70 ° C.

(3)耐熱性ポリメラーゼによる伸長反応
耐熱性ポリメラーゼによりプライマーからの核酸鎖の伸長反応が3´末端において行われる。伸長反応温度は、耐熱性ポリメラーゼの種類に応じて、適宜設定されるものであるが、65〜75℃で行うことが好ましい。また、伸長時間は、標的配列が1kb以下のときは1分程度で十分であり、それより長い場合には、1kbにつき1分の割合で長くすることが好ましい。
(3) Extension reaction by heat-resistant polymerase The nucleic acid chain extension reaction from the primer is performed at the 3 'end by the heat-resistant polymerase. The extension reaction temperature is appropriately set according to the type of heat-resistant polymerase, but is preferably performed at 65 to 75 ° C. The extension time is sufficient for about 1 minute when the target sequence is 1 kb or less, and when it is longer, the extension time is preferably increased at a rate of 1 minute per 1 kb.

以上のように構成する事により、高度好熱菌RecAタンパク質の存在下でPCRを行うことにより、断片化核酸を含む試料から標的核酸を効率的に増幅することが可能となる。断片化核酸は核酸増幅阻害物質として作用し、従来においては断片化核酸が混在する核酸試料中の標的核酸の増幅は困難であったが、本発明はかかる核酸増幅阻害の影響を最小限に低減できる。これは、高度好熱菌RecAタンパク質の働きにより、PCRにおけるプライミング効率と正確性が向上できることに起因するものである。特に、断片化した標的核酸に類似する配列へのプライミングを抑制し、増幅産物のキメラ化を抑制できる。また、同時に核酸増幅阻害物質に作用し、その作用を中和することから、精製度の低い試料からも効率よく標的核酸を増幅することができると考えられる。   By comprising as mentioned above, it becomes possible to amplify a target nucleic acid efficiently from the sample containing a fragmented nucleic acid by performing PCR in presence of a hyperthermophilic RecA protein. Fragmented nucleic acid acts as a nucleic acid amplification inhibitor, and in the past, it was difficult to amplify target nucleic acid in a nucleic acid sample mixed with fragmented nucleic acid, but the present invention reduces the influence of such nucleic acid amplification inhibition to a minimum. it can. This is because the priming efficiency and accuracy in PCR can be improved by the action of the highly thermophilic bacteria RecA protein. In particular, priming to a sequence similar to the fragmented target nucleic acid can be suppressed, and chimerization of the amplification product can be suppressed. At the same time, since it acts on a nucleic acid amplification inhibitor and neutralizes the action, it is considered that the target nucleic acid can be efficiently amplified from a sample with a low degree of purification.

そして本発明の増幅方法は、様々な用途に利用可能である。例えば、医療分野、生物化学分野、環境分野、食品分野等の多岐にわたる用途に利用可能である。特に、核酸増幅反応の最適化が容易に行われることから微量試料にも好適に適用することができる。例えば、遺伝子型分析のために、少量の試料から大量のDNAを調製するに際して、或いは、シークエンシングのための核酸試料の調製に際して利用可能である。さらに、動物或いは植物細胞、微生物等から抽出した少量の試料からDNAチップ固定用DNAを調製する等、種々の用途に適用できる。   The amplification method of the present invention can be used for various applications. For example, it can be used for a wide variety of applications such as the medical field, biochemical field, environmental field, and food field. In particular, since the nucleic acid amplification reaction can be easily optimized, it can be suitably applied to a very small amount of sample. For example, it can be used for preparing a large amount of DNA from a small amount of sample for genotyping or preparing a nucleic acid sample for sequencing. Furthermore, the present invention can be applied to various uses such as preparing DNA for DNA chip fixation from a small amount of sample extracted from animals, plant cells, microorganisms or the like.

具体的には、医療分野での利用として、一塩基多型性の検出をはじめとする遺伝子診断、SARS、インフルエンザ等のウイルスや細菌等の病原体の検出等が例示される。特に、臨床試料における一塩基多型の検出方法に本発明は好適に適用できる。本発明により、プライマーの標的核酸以外の核酸への結合を特に抑制することができ、効果的にプライマーのミスプライミングを抑制できる。したがって、所望の一塩基多型を有する核酸に相補的なプライマーを用いることにより、かかる一塩基多型を有する核酸が効率的に増幅できる。その一方で、かかる一塩基多型を有しない核酸は増幅されないか、または増幅が抑制されることから、かかる一塩基多型を有する核酸を特異的に増幅することが可能となる。そのため、臨床試料のように断片化核酸の混入が疑われる試料に対しても、断片化核酸の影響を最低減に抑制し、鋳型特異的な増幅が可能となる。そして、長期保存により断片化を生じた臨床試料等にも好ましく適用される。また、生物化学分野での利用として、個人の同定、生物種の同定が挙げられる。   Specific examples of uses in the medical field include genetic diagnosis including detection of single nucleotide polymorphisms, detection of pathogens such as viruses and bacteria such as SARS and influenza, and the like. In particular, the present invention can be suitably applied to a method for detecting a single nucleotide polymorphism in a clinical sample. According to the present invention, binding of a primer to a nucleic acid other than the target nucleic acid can be particularly suppressed, and primer mispriming can be effectively suppressed. Therefore, by using a primer complementary to a nucleic acid having a desired single nucleotide polymorphism, a nucleic acid having such a single nucleotide polymorphism can be efficiently amplified. On the other hand, since a nucleic acid not having such a single nucleotide polymorphism is not amplified or the amplification is suppressed, a nucleic acid having such a single nucleotide polymorphism can be specifically amplified. Therefore, even for a sample suspected of being contaminated with a fragmented nucleic acid such as a clinical sample, the influence of the fragmented nucleic acid is suppressed to the minimum, and template-specific amplification becomes possible. And it is preferably applied also to the clinical sample etc. which fragmented by long-term storage. In addition, the use in the field of biochemistry includes identification of individuals and identification of biological species.

そして、環境分野における利用においては、環境中における細菌、ウイルス等の病原体検出等の環境測定、新規有用微生物の探索等が例示される。特に土壌は生物多様性が非常に大きいことが知られている一方、微生物の死骸に由来する断片化核酸の混入等により通常の核酸増幅技術では有用遺伝子の探索には限界があった。しかし本発明により断片化核酸の混在下においても効率的に核酸増幅が可能となったことからその利用価値は高い。さらに、食品分野における利用としては、遺伝子組み換え作物含有の判定、偽ブランド食物の検定等が例示される。しかしながら、これに限定されるものではない。核酸増幅技術が適用可能な用途であれば、制限されることなく本発明の方法を適用できる。従来においては困難であった断片化核酸の混入が疑われる試料に対して好適に利用することができる。   And in the utilization in the environmental field, environmental measurements such as pathogen detection such as bacteria and viruses in the environment, search for new useful microorganisms, and the like are exemplified. In particular, soil is known to have very large biodiversity, but there are limits to the search for useful genes in ordinary nucleic acid amplification techniques due to contamination with fragmented nucleic acids derived from dead bodies of microorganisms. However, since the present invention enables efficient nucleic acid amplification even in the presence of fragmented nucleic acids, its utility value is high. Furthermore, examples of use in the food field include determination of the inclusion of genetically modified crops, and testing for fake brand foods. However, the present invention is not limited to this. As long as the nucleic acid amplification technique can be applied, the method of the present invention can be applied without limitation. It can be suitably used for a sample suspected of contaminating a fragmented nucleic acid, which has been difficult in the past.

また、本発明はPCRにより核酸を増幅させるための核酸増幅用キットを提供する。本発明の核酸増幅用キットは、DNAポリメラーゼ、高度好熱菌RecAタンパク質を含んで構成される。更に、適当な緩衝液、マグネシウム、dNTP塩等のPCRに必要な成分を適宜含んで構成してもよい。また、所望の核酸をもって病原体等を検出するためのキットのような場合には、所望の核酸増幅に特異的な任意のプライマー等を含ませてもよい。このようにPCR増幅に必要な成分をキットして構成することにより、簡便且つ迅速なPCR増幅が可能となる。   The present invention also provides a nucleic acid amplification kit for amplifying a nucleic acid by PCR. The nucleic acid amplification kit of the present invention comprises DNA polymerase and highly thermophilic RecA protein. Furthermore, it may be configured by appropriately containing components necessary for PCR such as an appropriate buffer, magnesium, and dNTP salt. Moreover, in the case of a kit for detecting a pathogen or the like with a desired nucleic acid, an arbitrary primer or the like specific for desired nucleic acid amplification may be included. Thus, by configuring the components necessary for PCR amplification as a kit, simple and rapid PCR amplification becomes possible.

以下に実施例を示し、さらに本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

様々な核酸試料につき、高度好熱菌RecAタンパク質の存在下でPCRを行った。まず、実施例において、実施例にて使用した試薬について説明する。   Various nucleic acid samples were subjected to PCR in the presence of highly thermophilic RecA protein. First, in the examples, the reagents used in the examples will be described.

(試薬)
核酸試料としては、大腸菌ゲノムDNA試料、枯草菌ゲノムDNA試料、及びこれらの混合試料、並びにヒトゲノムDNA試料を使用した。
具体的には、大腸菌ゲノムDNA試料としては、以下を使用した。
大腸菌ゲノムDNA試料1は、大腸菌W3110株から新生化学実験講座 核酸I 分離精製 第3章 大腸菌DNAの抽出(東京化学同人出版)に記載の方法に準じて調整した。
一方、大腸菌DNA試料2は、大腸菌W3110株からDNeasy tissue kit(キアゲン社製)により調製した。
枯草菌ゲノムDNA試料は、枯草菌168株からDNeasy tissue kit(キアゲン社製)により調製した。
ヒトゲノムDNA試料は、Human genomic DNA(プロメガ社から購入)を使用した。
(reagent)
As the nucleic acid sample, Escherichia coli genomic DNA sample, Bacillus subtilis genomic DNA sample, a mixed sample thereof, and human genomic DNA sample were used.
Specifically, the following was used as an E. coli genomic DNA sample.
E. coli genomic DNA sample 1 was prepared from Escherichia coli W3110 strain according to the method described in Shinsei Kagaku Kogaku Kogyo Nucleic Acid I Separation and Purification Chapter 3 Extraction of E. coli DNA (Tokyo Kagaku Dojin Publishing).
On the other hand, Escherichia coli DNA sample 2 was prepared from Escherichia coli W3110 using DNeasy tissue kit (manufactured by Qiagen).
Bacillus subtilis genomic DNA samples were prepared from 168 strains of Bacillus subtilis using DNeasy tissue kit (Qiagen).
Human genomic DNA (purchased from Promega) was used as the human genomic DNA sample.

DNAポリメラーゼは、rTaq DNA Polymerase(Takara−Bio社製)を使用した。     As the DNA polymerase, rTaq DNA Polymerase (Takara-Bio) was used.

高度好熱菌TthRecAタンパク質としては、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のRecAタンパク質(以下、「TthRecAタンパク質」と称する場合がある。)を使用した。ここで、TthRecAタンパク質は、Masui R, Mikawa T, Kato R, Kuramitsu S.著、Characterization of the oligomeric states of RecA protein: monomeric RecA protein can form a nucleoprotein filament.,Biochemistry.1998年10月20日、第37巻、第42号、第14788〜14797頁の記載を参照して本発明の発明者が調製したものを使用した。このとき、50 mM Tris-HCl (pH7.5)、1.5 M KCl、1.0 mM EDTA、0.5 mM DTT、50 % Glycerolを保存溶液として使用した。かかる溶液と共にTthRecAタンパク質を添加して使用した。   As the hyperthermophilic TthRecA protein, a RecA protein derived from Thermus thermophilus (hereinafter sometimes referred to as “TthRecA protein”) was used. Here, TthRecA protein is described in Masui R, Mikawa T, Kato R, Kuramitsu S., Characterization of the oligomeric states of RecA protein: monomeric RecA protein can form a nucleoprotein filament., Biochemistry. The one prepared by the inventor of the present invention with reference to the description on 37, No. 42, pages 14788 to 14797 was used. At this time, 50 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1.5 M KCl, 1.0 mM EDTA, 0.5 mM DTT, and 50% Glycerol were used as stock solutions. TthRecA protein was added and used with such a solution.

ここで使用したプライマー対の配列を以下に示す。
プライマー対BS:
オリゴヌクレオチド1
5'-AAG CGG ATG ATA TTA TCG GC-3'(配列認識番号:1)
オリゴヌクレオチド2
5'-ATG TTT TGC AGG TTC GGA TC -3'(配列認識番号:2)
プライマー対BSは枯草菌ゲノムDNAのDNAポリメラーゼI遺伝子の一部を増幅するために設計されたプライマーである。
The sequence of the primer pair used here is shown below.
Primer vs. BS:
Oligonucleotide 1
5'-AAG CGG ATG ATA TTA TCG GC-3 '(sequence recognition number: 1)
Oligonucleotide 2
5'-ATG TTT TGC AGG TTC GGA TC -3 '(sequence recognition number: 2)
Primer pair BS is a primer designed to amplify a part of the DNA polymerase I gene of Bacillus subtilis genomic DNA.

プライマー対EC:
オリゴヌクレオチド3
5'-AAG CGG ACG ACG TTA TCG GT-3'(配列認識番号:3)
オリゴヌクレオチド4
5'- ATG TTT TGC AGG TTA GGA TC -3'(配列認識番号:4)
プライマー対ECは大腸菌ゲノムDNAのDNAポリメラーゼI遺伝子の一部を増幅するために設計されたプライマーである。
Primer vs. EC:
Oligonucleotide 3
5'-AAG CGG ACG ACG TTA TCG GT-3 '(sequence recognition number: 3)
Oligonucleotide 4
5'- ATG TTT TGC AGG TTA GGA TC -3 '(sequence recognition number: 4)
Primer pair EC is a primer designed to amplify part of the DNA polymerase I gene of E. coli genomic DNA.

プライマー対HS:
オリゴヌクレオチド5
5'- GAC TAC TCT AGC GAC TGT CCA TCT C -3'(配列認識番号:5)
オリゴヌクレオチド6
5'- GAC AGC CAC CAG ATC CAA TC -3'(配列認識番号:6)
Primer vs. HS:
Oligonucleotide 5
5'-GAC TAC TCT AGC GAC TGT CCA TCT C-3 '(sequence recognition number: 5)
Oligonucleotide 6
5'-GAC AGC CAC CAG ATC CAA TC-3 '(sequence recognition number: 6)

実施例1:PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果確認−1
PCR増幅における、高度好熱菌RecAタンパク質の増幅効率向上効果について確認した。
Example 1: Confirmation of effect of highly thermophilic RecA protein in PCR amplification-1
It confirmed about the amplification efficiency improvement effect of highly thermophilic bacteria RecA protein in PCR amplification.

(方法)
本実施例においては、大腸菌ゲノムDNA試料1、枯草菌ゲノムDNA試料が混在する核酸試料を、枯草菌増幅用プライマー(プライマー対BS)にてPCRを行った。
(Method)
In this example, PCR was performed on a nucleic acid sample in which E. coli genomic DNA sample 1 and Bacillus subtilis genomic DNA sample were mixed with primers for amplification of Bacillus subtilis (primer pair BS).

PCR反応液(25 μl)を、大腸菌ゲノムDNA試料1を100ng、枯草菌ゲノムDNA試料を10ng、TthRecAタンパク質を0.5 μg、オリゴヌクレオチド1及びオリゴヌクレオチド2(プライマー対BS)を各 0.5μM(最終濃度)、DNAポリメラーゼを0.6 unit、dNTP混合液0.2 mM(最終濃度)を、10 mM Tris-HCl Buffer (pH8.3)、50 mM KCl、1.5 mM MgCl2に混合することにより調製した。 PCR reaction solution (25 μl), 100 ng of E. coli genomic DNA sample 1, 10 ng of Bacillus subtilis genomic DNA sample, 0.5 μg of TthRecA protein, 0.5 μM each of oligonucleotide 1 and oligonucleotide 2 (primer pair BS) (final concentration) ), 0.6 unit of DNA polymerase and 0.2 mM (final concentration) of dNTP mixture were prepared by mixing 10 mM Tris-HCl Buffer (pH 8.3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl 2 .

上記で調製したPCR反応液をPCRに供し、増幅産物を得た。PCRは、94℃にて30秒の熱変性の後、94℃にて10秒、55℃にて30秒、70℃にて60秒の反応を1サイクルとした35サイクルの増幅反応後、70℃にて7分、4℃にて1分からなる1サイクルの最終反応によって行った。   The PCR reaction solution prepared above was subjected to PCR to obtain an amplification product. PCR was performed after heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, followed by 35 cycles of amplification reaction with one cycle consisting of 94 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 70 ° C. for 60 seconds. The final reaction was performed in 1 cycle consisting of 7 minutes at 4 ° C and 1 minute at 4 ° C.

増幅後、各増幅反応液に電気泳動緩衝液を添加して撹拌し、その半量を分取して1.2%アガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後のゲルをエチジウムブロミドで染色し、DNAのバンドを可視化した。   After amplification, an electrophoresis buffer was added to each amplification reaction solution and stirred, and half of the solution was taken and subjected to 1.2% agarose gel electrophoresis. The gel after electrophoresis was stained with ethidium bromide to visualize the DNA band.

そして、TthRecAタンパク質に代えて、TthRecAタンパク質の保存溶液を0.15μl添加したものについても上記と同様の手順でPCRを行なった後、電気泳動に供した。これにより、TthRecAタンパク質の保存溶液のPCRに対する影響を排除して、TthRecAタンパク質のPCRに対する真の効果を評価することができる。   Then, instead of TthRecA protein, PCR was carried out in the same manner as described above with addition of 0.15 μl of a TthRecA protein stock solution, followed by electrophoresis. Thereby, the influence with respect to PCR of the preservation | save solution of TthRecA protein can be excluded, and the true effect with respect to PCR of TthRecA protein can be evaluated.

また、TthRecAタンパク質、TthRecAタンパク質の保存溶液、何れをも添加せず、上記と同様の手順でPCRを行なった後、電気泳動に供し、これをコントロールとした。   In addition, PCR was performed in the same procedure as described above without adding any of the TthRecA protein and the TthRecA protein stock solution, and then subjected to electrophoresis, which was used as a control.

(結果)
結果を図1に示す。
図1中、レーン1は、コントロールである。
図1中、レーン2は、TthRecAタンパク質の保存溶液を添加してPCRを行った場合の増幅結果を示す。
図1中、レーン3は、TthRecAタンパク質を添加してPCRを行った場合の増幅結果を示す。
(result)
The results are shown in FIG.
In FIG. 1, lane 1 is a control.
In FIG. 1, lane 2 shows the amplification result when PCR was performed by adding a stock solution of TthRecA protein.
In FIG. 1, lane 3 shows the amplification result when PCR was performed by adding the TthRecA protein.

図1の結果より、TthRecAタンパク質の添加下でPCRを行った場合には枯草菌に由来する増幅産物を確認できた(レーン3)。一方、コントロール、及びTthRecAタンパク質の保存溶液のみの添加下では、増幅産物を確認することができず(レーン1、2)、何らかの増幅阻害要因により増幅反応が阻害されたことが考えられる。以上の結果より、高度好熱菌RecAタンパク質の添加により、増幅反応阻害要因の影響を低減させ鋳型核酸を特異的かつ効率的に増幅できることが判明した。   From the result of FIG. 1, when PCR was performed with the addition of TthRecA protein, an amplification product derived from Bacillus subtilis was confirmed (lane 3). On the other hand, under the addition of the control and the TthRecA protein storage solution alone, the amplification product could not be confirmed (lanes 1 and 2), and it was considered that the amplification reaction was inhibited by some amplification inhibiting factor. From the above results, it was found that the addition of the extreme thermophile RecA protein can reduce the influence of the amplification reaction inhibiting factor and specifically and efficiently amplify the template nucleic acid.

実施例2:PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果確認−2
実施例1に続いて、PCR増幅における、高度好熱菌RecAタンパク質の増幅効率向上効果について確認した。
Example 2: Confirmation of effect of highly thermophilic RecA protein in PCR amplification-2
Following Example 1, the effect of improving the amplification efficiency of the highly thermophilic RecA protein in PCR amplification was confirmed.

(方法)
本実施例においては、大腸菌ゲノムDNA、枯草菌ゲノムDNAが混在する核酸試料を大腸菌ゲノムDNA増幅用プライマー(プライマー対EC)、枯草菌ゲノムDNA増幅用プライマー(プライマー対BS)にてPCRを行った。
(Method)
In this example, PCR was performed on a nucleic acid sample in which E. coli genomic DNA and Bacillus subtilis genomic DNA were mixed using an E. coli genomic DNA amplification primer (primer pair EC) and a Bacillus subtilis genomic DNA amplification primer (primer pair BS). .

ここで、PCRに供した核酸試料は具体的には以下の通りである。
試料Aは、大腸菌大腸菌ゲノムDNAとして大腸菌ゲノムDNA試料1と、枯草菌ゲノムDNA試料を含む試料であり、試料A−1、A−2は枯草菌ゲノムDNA試料の含有量が相違する。即ち、
試料A−1は、100ngの大腸菌ゲノムDNA試料1、10ngの枯草菌ゲノムDNA試料を、
試料A−2は、100ngの大腸菌ゲノムDNA試料1、5ngの枯草菌ゲノムDNA試料(試料A−1の半量)を含有してなる。
試料Bは、大腸菌大腸菌ゲノムDNAとして大腸菌ゲノムDNA試料2と、枯草菌ゲノムDNA試料を含む試料であり、試料B−1、B−2は枯草菌ゲノムDNA試料の含有量が相違する。即ち、
試料B−1は、100ngの大腸菌ゲノムDNA試料2、10ngの枯草菌ゲノムDNA試料を、
試料B−2は、100ngの大腸菌ゲノムDNA試料2、5ngの枯草菌ゲノムDNA試料(試料B−1の半量)を含有してなる。
Here, the nucleic acid samples subjected to PCR are specifically as follows.
Sample A is a sample containing E. coli genomic DNA sample 1 as an E. coli genomic DNA sample and a Bacillus subtilis genomic DNA sample, and samples A-1 and A-2 differ in the content of the Bacillus subtilis genomic DNA sample. That is,
Sample A-1 is 100 ng of E. coli genomic DNA sample 1, 10 ng of Bacillus subtilis genomic DNA sample,
Sample A-2 contains 100 ng of E. coli genomic DNA sample 1, 5 ng of Bacillus subtilis genomic DNA sample (half of sample A-1).
Sample B is a sample containing E. coli genomic DNA sample 2 as an E. coli E. coli genomic DNA and a Bacillus subtilis genomic DNA sample, and samples B-1 and B-2 differ in the content of the Bacillus subtilis genomic DNA sample. That is,
Sample B-1 is 100 ng of E. coli genomic DNA sample 2, 10 ng of Bacillus subtilis genomic DNA sample,
Sample B-2 contains 100 ng of E. coli genomic DNA sample 2, 5 ng of Bacillus subtilis genomic DNA sample (half of sample B-1).

上記試料をPCR増幅すべく、PCR反応液(25 μl)を、上記試料A−1、A−2、B−1、B−2を夫々含み、TthRecAタンパク質を0.5 μg、プライマー対を各 0.5μM(最終濃度)、DNAポリメラーゼを0.6 unit、dNTP混合液0.2 mM(最終濃度)を、10 mM Tris-HCl Buffer (pH8.3)、50 mM KCl、1.5 mM MgCl2に混合することにより調製した。 In order to amplify the above sample by PCR, a PCR reaction solution (25 μl) containing each of the above samples A-1, A-2, B-1, and B-2, 0.5 μg of TthRecA protein, and 0.5 μM of each primer pair (Final concentration), DNA polymerase 0.6 unit, dNTP mixture 0.2 mM (final concentration) was prepared by mixing 10 mM Tris-HCl Buffer (pH 8.3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl 2 .

上記で調製したPCR反応液をPCRに供し、増幅産物を得た。PCRは、94℃にて30秒の熱変性の後、94℃にて10秒、55℃にて30秒、70℃にて60秒の反応を1サイクルとした35サイクルの増幅反応後、70℃にて7分、4℃にて1分からなる1サイクルの最終反応によって行った。   The PCR reaction solution prepared above was subjected to PCR to obtain an amplification product. PCR was performed after heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, followed by 35 cycles of amplification reaction with one cycle consisting of 94 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 70 ° C. for 60 seconds. The final reaction was performed in one cycle consisting of 7 minutes at 4 ° C and 1 minute at 4 ° C.

増幅後、各増幅反応液に電気泳動緩衝液を添加して撹拌し、その半量を分取して1.2%アガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後のゲルをエチジウムブロミドで染色し、DNAのバンドを可視化した。   After amplification, an electrophoresis buffer was added to each amplification reaction solution and stirred, and half of the solution was taken and subjected to 1.2% agarose gel electrophoresis. The gel after electrophoresis was stained with ethidium bromide to visualize the DNA band.

そして、試料A−1、B−1につき、TthRecAタンパク質に代えて、TthRecAタンパク質の保存溶液を0.15μl添加したものについても上記と同様の手順でPCRを行なった後、電気泳動に供した。これにより、TthRecAタンパク質の保存溶液のPCRに対する影響を排除して、TthRecAタンパク質のPCRに対する真の効果を評価することができる。   And about sample A-1 and B-1, it replaced with TthRecA protein, and also about what added 0.15 microliters of preservation | save solutions of TthRecA protein performed the electrophoresis in the procedure similar to the above, and used for electrophoresis. Thereby, the influence with respect to PCR of the preservation | save solution of TthRecA protein can be excluded, and the true effect with respect to PCR of TthRecA protein can be evaluated.

(結果)
結果を図2に示す。
図2中、レーン1〜3は大腸菌ゲノムDNA試料1を含む試料Aを、大腸菌ゲノムDNA増幅用プライマー(プライマー対EC)にて増幅した結果を示す。そして、レーン1はTthRecAタンパク質の保存溶液の添加下で試料A−1を、レーン2はTthRecAタンパク質の添加下で試料A−1、レーン3はTthRecAタンパク質の添加下で試料A−2(枯草菌ゲノムDNA試料が半量)のPCR増幅結果を示す。
図2中、レーン4〜6は大腸菌ゲノムDNA試料1を含む試料Aを、枯草菌ゲノムDNA増幅用プライマー(プライマー対BS)にて増幅した結果を示す。そして、レーン4はTthRecAタンパク質の保存溶液の添加下で試料A−1を、レーン5はTthRecAタンパク質の添加下で試料A−1、レーン6はTthRecAタンパク質の添加下で試料A−2(枯草菌ゲノムDNA試料が半量)のPCR増幅結果を示す。
図2中、レーン7〜9は大腸菌ゲノムDNA試料2を含む試料Bを、大腸菌ゲノムDNA増幅用プライマー(プライマー対EC)にて増幅した結果を示す。そして、レーン7はTthRecAタンパク質の保存溶液の添加下で試料B−1を、レーン8はTthRecAタンパク質の添加下で試料B−1、レーン9はTthRecAタンパク質の添加下で試料B−2(枯草菌ゲノムDNA試料が半量)のPCR増幅結果を示す。
図2中、レーン10〜12は大腸菌ゲノムDNA試料2を含む試料Bを、枯草菌ゲノムDNA増幅用プライマー(プライマー対BS)にて増幅した結果を示す。そして、レーン10はTthRecAタンパク質の保存溶液の添加下で試料B−1を、レーン11はTthRecAタンパク質の添加下で試料B−1を、レーン12はTthRecAタンパク質の添加下で試料B−2(枯草菌ゲノムDNA試料が半量)のPCR増幅結果を示す。
(result)
The results are shown in FIG.
In FIG. 2, lanes 1 to 3 show the results of amplifying sample A containing E. coli genomic DNA sample 1 using primers for amplifying E. coli genomic DNA (primer pair EC). Lane 1 is sample A-1 with the addition of a stock solution of TthRecA protein, lane 2 is sample A-1 with the addition of TthRecA protein, and lane 3 is sample A-2 with the addition of TthRecA protein (B. subtilis). The PCR amplification results for half of the genomic DNA sample are shown.
In FIG. 2, lanes 4 to 6 show results obtained by amplifying sample A containing E. coli genomic DNA sample 1 with a primer for amplifying Bacillus subtilis genomic DNA (primer pair BS). Lane 4 is sample A-1 with the addition of a stock solution of TthRecA protein, lane 5 is sample A-1 with the addition of TthRecA protein, and lane 6 is sample A-2 with the addition of TthRecA protein (B. subtilis). The PCR amplification results for half of the genomic DNA sample are shown.
In FIG. 2, lanes 7 to 9 show the results of amplifying sample B containing E. coli genomic DNA sample 2 with E. coli genomic DNA amplification primers (primer pair EC). Lane 7 is sample B-1 with the addition of the TthRecA protein stock solution, lane 8 is sample B-1 with the addition of TthRecA protein, and lane 9 is sample B-2 with the addition of TthRecA protein (B. subtilis). The PCR amplification results for half of the genomic DNA sample are shown.
In FIG. 2, lanes 10 to 12 show the results of amplifying sample B containing E. coli genomic DNA sample 2 with primers (primer pair BS) for Bacillus subtilis genomic DNA amplification. Lane 10 is sample B-1 with the addition of a stock solution of TthRecA protein, lane 11 is sample B-1 with the addition of TthRecA protein, and lane 12 is sample B-2 with the addition of TthRecA protein. The results of PCR amplification of half of the fungal genomic DNA sample are shown.

図2の結果より、試料Bにおいては、TthRecAタンパク質の添加の有無を問わず、大腸菌及び枯草菌ゲノムDNA双方に由来する増幅産物を確認できた(レーン7〜12)。一方、試料Aにおいては、TthRecAタンパク質の添加下でPCRを行った場合には、大腸菌及び枯草菌ゲノムDNA双方に由来する増幅産物を確認できた(レーン2、3、5、6)。また、鋳型DNAとして添加する枯草菌ゲノムDNA量を低減させた場合においても十分な増幅産物を確認できた(レーン6)。一方、TthRecAタンパク質の保存溶液のみの添加下でのPCRでは、増幅産物を確認することができない(レーン4)か、若しくは増幅産物量が著しく低減した(レーン1)。試料Bにおいては試料Aのような増幅阻害が生じていないことから、試料A中に含まれる何らかの増幅阻害要因により増幅反応が阻害されたことが考えられる。試料Aと試料Bの相違は、大腸菌ゲノムDNA試料にあることから、試料Aに含まれる大腸菌ゲノムDNA試料1に増幅阻害要因が含まれており、高度好熱菌RecAタンパク質が、かかる増幅阻害要因の影響を低減させることができるものと考えられる。かかる結果は、同様に大腸菌ゲノムDNA試料を含む核酸試料での実施例1の結果を追随するものである。   From the results shown in FIG. 2, in sample B, amplification products derived from both E. coli and Bacillus subtilis genomic DNA could be confirmed regardless of whether or not the TthRecA protein was added (lanes 7 to 12). On the other hand, in sample A, when PCR was performed with the addition of TthRecA protein, amplification products derived from both E. coli and Bacillus subtilis genomic DNA could be confirmed (lanes 2, 3, 5, 6). In addition, even when the amount of Bacillus subtilis genomic DNA added as template DNA was reduced, sufficient amplification products could be confirmed (lane 6). On the other hand, in the PCR under the addition of only the TthRecA protein stock solution, the amplification product could not be confirmed (lane 4), or the amount of amplification product was significantly reduced (lane 1). In sample B, since the amplification inhibition as in sample A did not occur, it is considered that the amplification reaction was inhibited by some amplification inhibition factor contained in sample A. Since the difference between sample A and sample B is in the E. coli genomic DNA sample, the E. coli genomic DNA sample 1 contained in sample A contains an amplification inhibiting factor, and the highly thermophilic bacteria RecA protein is the amplification inhibiting factor. It is considered that the influence of the can be reduced. Such results follow the results of Example 1 with nucleic acid samples including E. coli genomic DNA samples as well.

実施例3:大腸菌ゲノムDNA試料1と大腸菌ゲノムDNA試料2の性状確認
実施例1、2の結果を更に詳細に検討すべく、大腸菌ゲノムDNA試料1と大腸菌ゲノムDNA試料2の性状を分子量の観点から確認した。
Example 3: Confirmation of properties of E. coli genomic DNA sample 1 and E. coli genomic DNA sample 2 In order to examine the results of Examples 1 and 2 in more detail, the properties of E. coli genomic DNA sample 1 and E. coli genomic DNA sample 2 were examined in terms of molecular weight. Confirmed from.

(方法)
大腸菌ゲノムDNA試料1、大腸菌ゲノムDNA試料2、夫々200ngを、DNA Labeling Kit(Takara-Bio社製)を用いて25μlの反応量にて製造業者のプロトコールに従い32Pで標識した。反応液の全量をフェノール・クロロホルム抽出、それに続くゲル濾過(アマシャムバイオサイエンス社製:G-50 Micro-spin column)に供し、反応を停止した。反応液に電気泳動緩衝液を加えて撹拌し、その全量を1.2%アガロースゲル電気泳動に供し、泳動後のゲルをエチジウムブロミド染色し、DNAのバンドを可視化した。
(Method)
200 ng each of E. coli genomic DNA sample 1 and E. coli genomic DNA sample 2 were labeled with 32 P according to the manufacturer's protocol using a DNA Labeling Kit (Takara-Bio) in a reaction volume of 25 μl. The total amount of the reaction solution was subjected to phenol / chloroform extraction followed by gel filtration (Amersham Biosciences: G-50 Micro-spin column) to stop the reaction. Electrophoresis buffer was added to the reaction solution and stirred, and the entire amount was subjected to 1.2% agarose gel electrophoresis, and the gel after electrophoresis was stained with ethidium bromide to visualize the DNA band.

(結果)
結果を図3に示す。
図3中、レーン1は大腸菌ゲノムDNA試料1の結果を、図3中、レーン2は大腸菌ゲノムDNA試料2の結果を示す。以上の結果より、大腸菌ゲノムDNA試料1は、100〜300bpの大きさの断片化DNAを多く含むことが確認された(レーン1)。一方、大腸菌ゲノムDNA試料2は、断片化DNAをほとんど含まない試料であることが確認された(レーン2)。
(result)
The results are shown in FIG.
In FIG. 3, lane 1 shows the result of E. coli genomic DNA sample 1, and in FIG. 3, lane 2 shows the result of E. coli genomic DNA sample 2. From the above results, it was confirmed that the Escherichia coli genomic DNA sample 1 contained a large amount of fragmented DNA having a size of 100 to 300 bp (lane 1). On the other hand, it was confirmed that E. coli genomic DNA sample 2 was a sample containing almost no fragmented DNA (lane 2).

以上の結果、実施例1、2において、確認された増幅阻害要因が、断片化された核酸の混入によるものであることが導かれた。また、高度好熱菌RecAタンパク質は、断片化された核酸が混在する核酸試料に対する核酸増幅効率を改善できる能力を有することが判明した。   As a result, in Examples 1 and 2, it was found that the confirmed amplification inhibition factor was due to contamination of fragmented nucleic acids. Further, it was found that the highly thermophilic bacteria RecA protein has the ability to improve the nucleic acid amplification efficiency for nucleic acid samples in which fragmented nucleic acids are mixed.

実施例4:PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果確認−3
PCR増幅における、高度好熱菌RecAタンパク質の増幅効率向上効果について、実施例1〜3の結果を受けて断片化核酸を添加して確認した。
Example 4: Confirmation of effect of highly thermophilic RecA protein in PCR amplification-3
The effect of improving the amplification efficiency of the highly thermophilic RecA protein in PCR amplification was confirmed by adding a fragmented nucleic acid based on the results of Examples 1-3.

(方法)
断片化核酸が混在する核酸試料における、TthRecAタンパク質添加による増幅効率向上効果に関して確認した。具体的には、10ngの枯草菌ゲノムDNA試料からなる試料と、10ngの枯草菌ゲノムDNA試料に100〜200ngの断片化大腸菌ゲノムDNAを添加した試料を枯草菌増幅用プライマーにて、TthRecAタンパク質存在下、不在下にてPCRを行った。ここで、添加した断片化された大腸菌ゲノムDNAは以下のようにして調製した。大腸菌ゲノムDNA試料1に対して、緩衝液(10 mM Tris-HCl pH8.0, 1 mM EDTA, 150 mM NaCl)中で、ゲル濾過クロマトグラフィー(S-400 HR:アマシャムファルマシア社製)を行い、高分子のDNAと低分子化した断片化DNAとを分離し、それを使用した。
(Method)
It confirmed about the amplification efficiency improvement effect by TthRecA protein addition in the nucleic acid sample in which fragmented nucleic acid was mixed. Specifically, a sample consisting of 10 ng of Bacillus subtilis genomic DNA sample and a sample of 10 ng of Bacillus subtilis genomic DNA added with 100-200 ng of fragmented Escherichia coli genomic DNA was used as a primer for Bacillus subtilis amplification, and TthRecA protein was present. PCR was performed in the absence and absence. Here, the added fragmented E. coli genomic DNA was prepared as follows. E. coli genomic DNA sample 1 was subjected to gel filtration chromatography (S-400 HR: Amersham Pharmacia) in a buffer solution (10 mM Tris-HCl pH 8.0, 1 mM EDTA, 150 mM NaCl) A high molecular weight DNA and a low molecular weight fragmented DNA were separated and used.

ここで、検討した検討した核酸試料を具体的に以下に示す。
核酸試料C
10ngの枯草菌ゲノムDNA試料
核酸試料D
10ngの枯草菌ゲノムDNA試料+100ngの断片化大腸菌ゲノムDNA
核酸試料E
10ngの枯草菌ゲノムDNA試料+150ngの断片化大腸菌ゲノムDNA
核酸試料F
10ngの枯草菌ゲノムDNA試料+200ngの断片化大腸菌ゲノムDNA
Here, the examined nucleic acid samples examined are specifically shown below.
Nucleic acid sample C
10 ng Bacillus subtilis genomic DNA sample Nucleic acid sample D
10 ng Bacillus subtilis genomic DNA sample + 100 ng fragmented E. coli genomic DNA
Nucleic acid sample E
10 ng Bacillus subtilis genomic DNA sample + 150 ng fragmented E. coli genomic DNA
Nucleic acid sample F
10ng Bacillus subtilis genomic DNA sample + 200ng fragmented E. coli genomic DNA

上記核酸試料をPCR増幅すべく、PCR反応液(25 μl)を、上記核酸試料C〜Fを夫々含み、TthRecAタンパク質を0.5 μg、オリゴヌクレオチド1及びオリゴヌクレオチド2(プライマー対BS)を各 0.5μM(最終濃度)、DNAポリメラーゼを0.6 unit、dNTP混合液0.2 mM(最終濃度)を、10 mM Tris-HCl Buffer (pH8.3)、 50 mM KCl、1.5 mM MgCl2に混合することにより調製した。 In order to PCR amplify the nucleic acid sample, a PCR reaction solution (25 μl) containing the nucleic acid samples C to F, 0.5 μg of TthRecA protein, and 0.5 μM each of oligonucleotide 1 and oligonucleotide 2 (primer pair BS) (Final concentration), 0.6 unit of DNA polymerase and 0.2 mM (final concentration) of dNTP mixture were prepared by mixing 10 mM Tris-HCl Buffer (pH 8.3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl 2 .

上記で調製したPCR反応液をPCRに供し、増幅産物を得た。PCRは、94℃にて30秒の熱変性の後、94℃にて10秒、55℃にて30秒、70℃にて60秒の反応を1サイクルとした35サイクルの増幅反応後、70℃にて7分、4℃にて1分からなる1サイクルの最終反応によって行った。   The PCR reaction solution prepared above was subjected to PCR to obtain an amplification product. PCR was performed after heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, followed by 35 cycles of amplification reaction with one cycle consisting of 94 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 70 ° C. for 60 seconds. The final reaction was performed in one cycle consisting of 7 minutes at 4 ° C and 1 minute at 4 ° C.

増幅後、各増幅反応液に電気泳動緩衝液を添加して撹拌し、その半量を分取して1.2%アガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後のゲルをエチジウムブロミドで染色し、DNAのバンドを可視化した。   After amplification, an electrophoresis buffer was added to each amplification reaction solution and stirred, and half of the solution was taken and subjected to 1.2% agarose gel electrophoresis. The gel after electrophoresis was stained with ethidium bromide to visualize the DNA band.

そして、TthRecAタンパク質を添加せずに上記核酸試料C〜F夫々つき、上記と同様の手順でPCRを行なった後、電気泳動に供し、これを各試料に対するコントロールとした。   Then, each of the nucleic acid samples C to F was attached without adding the TthRecA protein, PCR was performed in the same procedure as described above, and then subjected to electrophoresis, which was used as a control for each sample.

(結果)
結果を図4に示す。
図4中、レーン1〜2は、核酸試料C、即ち、枯草菌ゲノムDNA試料のみを含む試料での結果を示す。そして、レーン1はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン2はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図4中、レーン3〜4は、核酸試料D、即ち、枯草菌ゲノムDNA試料と100ngの断片化大腸菌ゲノムDNAを含む試料での結果を示す。そして、レーン3はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン4はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図4中、レーン5〜6は、核酸試料E、即ち、枯草菌ゲノムDNA試料と150ngの断片化大腸菌ゲノムDNAを含む試料での結果を示す。そして、レーン5はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン6はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図4中、レーン7〜8は、核酸試料F、即ち、枯草菌ゲノムDNA試料と200ngの断片化大腸菌ゲノムDNAを含む試料での結果を示す。そして、レーン7はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン8はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
(result)
The results are shown in FIG.
In FIG. 4, lanes 1 and 2 show the results of the nucleic acid sample C, that is, the sample containing only the Bacillus subtilis genomic DNA sample. Lane 1 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 2 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 4, lanes 3 to 4 show the results of nucleic acid sample D, that is, a sample containing Bacillus subtilis genomic DNA sample and 100 ng of fragmented E. coli genomic DNA. Lane 3 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 4 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 4, lanes 5 to 6 show the results of the nucleic acid sample E, that is, a sample containing Bacillus subtilis genomic DNA sample and 150 ng of fragmented E. coli genomic DNA. Lane 5 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and lane 6 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 4, lanes 7 to 8 show the results of nucleic acid sample F, that is, a sample containing Bacillus subtilis genomic DNA sample and 200 ng of fragmented E. coli genomic DNA. Lane 7 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and lane 8 shows the result in the addition of TthRecA protein.

図4の結果より、TthRecAタンパク質を添加下でPCRを行った場合には、断片化DNA量が増加しても、枯草菌ゲノムDNA由来の特異的な増幅産物が確認された(レーン2、4、6、8)。一方、TthRecAタンパク質を添加せずにPCRを行った場合には、断片化DNA量が増加すると枯草菌ゲノムDNA由来の増幅産物を確認することができず(レーン1、3、5、7)、増幅反応が阻害された。以上の結果より、高度好熱菌RecAタンパク質の添加により、増幅阻害要因となる断片化DNAの影響を低減させ鋳型核酸を特異的かつ効率的に増幅できることが判明した。   From the results of FIG. 4, when PCR was performed with the addition of TthRecA protein, a specific amplification product derived from Bacillus subtilis genomic DNA was confirmed even when the amount of fragmented DNA was increased (lanes 2, 4). , 6, 8). On the other hand, when PCR was performed without adding the TthRecA protein, an amplified product derived from Bacillus subtilis genomic DNA could not be confirmed when the amount of fragmented DNA increased (lanes 1, 3, 5, 7). The amplification reaction was inhibited. From the above results, it was found that the addition of the highly thermophilic bacterium RecA protein can reduce the influence of fragmented DNA, which is an amplification inhibiting factor, and specifically and efficiently amplify the template nucleic acid.

実施例5:PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果確認−4
PCR増幅における、高度好熱菌RecAタンパク質の増幅効率向上効果について、種々の環境試料の混在した核酸試料にて確認した。
Example 5: Confirmation of effect of highly thermophilic RecA protein in PCR amplification-4
The amplification efficiency improvement effect of the highly thermophilic bacteria RecA protein in PCR amplification was confirmed with nucleic acid samples mixed with various environmental samples.

(方法)
種々の環境試料の混在下における、TthRecAタンパク質添加による増幅効率向上効果に関して確認した。具体的にはヒトゲノムDNAを環境試料に混入のもとでPCR増幅することにより検討を行った。
(Method)
We confirmed the amplification efficiency improvement effect by adding TthRecA protein in the presence of various environmental samples. Specifically, human genomic DNA was examined by PCR amplification with contamination in environmental samples.

ここで、検討した環境試料を具体的に以下の表1に示す。サンプル1〜6、8〜11は土壌サンプルである点で共通するが、気候、及び性状等が異なる様々土地から採取されたものである。   Here, the examined environmental samples are specifically shown in Table 1 below. Samples 1-6 and 8-11 are common in that they are soil samples, but were collected from various lands with different climates and properties.

PCR反応液(25 μl)を、表1で示した核酸濃度の上記環境試料1〜11夫々を0.5 μl、ヒトゲノムDNAを10 ng、TthRecAタンパク質を0.5 μg、オリゴヌクレオチド5及びオリゴヌクレオチド6(プライマー対HS)を各 0.5μM(最終濃度)、DNAポリメラーゼを0.6 unit、dNTP混合液0.2 mM(最終濃度)を、10 mM Tris-HCl Buffer (pH8.3)、 50 mM KCl、1.5 mM MgCl2に混合することにより調製した。 PCR reaction solution (25 μl), 0.5 μl each of the above environmental samples 1-11 having the nucleic acid concentrations shown in Table 1, 10 ng human genomic DNA, 0.5 μg TthRecA protein, oligonucleotide 5 and oligonucleotide 6 (primer pair) HS) 0.5 μM each (final concentration), DNA polymerase 0.6 unit, dNTP mixture 0.2 mM (final concentration) mixed in 10 mM Tris-HCl Buffer (pH 8.3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl 2 It was prepared by doing.

上記で調製したPCR反応液をPCRに供し、増幅産物を得た。PCRは、94℃にて30秒の熱変性の後、94℃にて10秒、55℃にて30秒、70℃にて60秒の反応を1サイクルとした35サイクルの増幅反応後、70℃にて7分、4℃にて1分からなる1サイクルの最終反応によって行った。   The PCR reaction solution prepared above was subjected to PCR to obtain an amplification product. PCR was performed after heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, followed by 35 cycles of amplification reaction with one cycle consisting of 94 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 70 ° C. for 60 seconds. The final reaction was performed in one cycle consisting of 7 minutes at 4 ° C and 1 minute at 4 ° C.

増幅後、各増幅反応液に電気泳動緩衝液を添加して撹拌し、その半量を分取して1.2%アガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後のゲルをエチジウムブロミドで染色し、DNAのバンドを可視化した。   After amplification, an electrophoresis buffer was added to each amplification reaction solution and stirred, and half of the solution was taken and subjected to 1.2% agarose gel electrophoresis. The gel after electrophoresis was stained with ethidium bromide to visualize the DNA band.

そして、TthRecAタンパク質を添加せずに、ヒトゲノムDNAを環境試料1〜11夫々の混在下で、上記と同様の手順でPCRを行なった後、電気泳動に供し、これを各試料に対するコントロールとした。また、同時に環境試料を何ら加えず同様にしてPCRを行った結果をも示す。   Then, without adding TthRecA protein, human genomic DNA was subjected to PCR in the same manner as described above in a mixture of environmental samples 1 to 11, and then subjected to electrophoresis, which was used as a control for each sample. At the same time, the results of PCR performed in the same manner without adding any environmental sample are also shown.

(結果)
結果を図5に示す。
図5中、レーン1、13は、ヒトゲノムDNAを環境試料1の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン1はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン13はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン2、14は、ヒトゲノムDNAを環境試料2の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン2はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン14はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン3、15は、ヒトゲノムDNAを環境試料3の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン3はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン15はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン4、16は、ヒトゲノムDNAを環境試料4の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン4はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン16はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン5、17は、ヒトゲノムDNAを環境試料5の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン5はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン17はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン6、18は、ヒトゲノムDNAを環境試料6の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン6はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン18はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン7、19は、ヒトゲノムDNAを環境試料7の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン7はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン19はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン8、20は、ヒトゲノムDNAを環境試料8の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン8はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン20はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン9、21は、ヒトゲノムDNAを環境試料9の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン9はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン21はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン10、22は、ヒトゲノムDNAを環境試料10の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン10はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン22はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン11、23は、ヒトゲノムDNAを環境試料11の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン11はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン23はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図5中、レーン12、24は、環境試料の混入なしにPCR増幅した結果を示す。そして、レーン12はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン24はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
(result)
The results are shown in FIG.
In FIG. 5, lanes 1 and 13 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 1. Lane 1 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 13 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 2 and 14 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 2. Lane 2 shows the results in the absence of TthRecA protein (control), and lane 14 shows the results with the addition of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 3 and 15 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 3. Lane 3 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 15 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 4 and 16 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 4. Lane 4 shows the results in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 16 shows the results in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 5 and 17 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 5. Lane 5 shows the results in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 17 shows the results in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 6 and 18 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 6. Lane 6 shows the results in the absence of TthRecA protein (control), and lane 18 shows the results with the addition of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 7 and 19 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 7. Lane 7 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 19 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 8 and 20 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 8. Lane 8 shows the results in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 20 shows the results in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 9 and 21 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 9. Lane 9 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 21 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 10 and 22 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 10. Lane 10 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 22 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 11 and 23 show the results of PCR amplification of human genomic DNA in the presence of environmental sample 11. Lane 11 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 23 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 5, lanes 12 and 24 show the results of PCR amplification without contamination with environmental samples. Lane 12 shows the results in the absence of TthRecA protein (control), and lane 24 shows the results in the presence of TthRecA protein.

図5の結果より、TthRecAタンパク質を添加下でPCRを行った場合には、いずれの環境試料中での増幅においても、ヒトゲノムDNA由来の特異的な増幅産物が確認された一方で、非特異的な増幅産物は確認されなかった(レーン13〜24)。しかし、TthRecAタンパク質を添加せずにPCRを行った場合には、増幅産物が全く得られない試料が存在し(レーン1、2、4)、増幅産物が得られた場合も、非特異的な増幅産物が確認された(レーン3、5〜12)。このことから環境試料中に何らかの増幅阻害要因が含まれ、かかる増幅阻害要因の混入により、鋳型特異的な核酸増幅が阻害されていることが理解される。そして、高度好熱菌RecAタンパク質の添加により、増幅阻害要因の影響を低減できることが判明した。   From the results of FIG. 5, when PCR was performed with the addition of TthRecA protein, specific amplification products derived from human genomic DNA were confirmed in any environmental sample, but non-specific No amplification product was confirmed (lanes 13-24). However, when PCR was performed without adding the TthRecA protein, there were samples in which no amplification product was obtained (lanes 1, 2, and 4), and even when the amplification product was obtained, non-specific Amplification products were confirmed (lanes 3, 5-12). From this, it is understood that some amplification inhibiting factors are included in the environmental sample, and the template-specific nucleic acid amplification is inhibited by the mixing of such amplification inhibiting factors. And it became clear that the influence of an amplification inhibitory factor can be reduced by addition of highly thermophilic bacteria RecA protein.

環境試料中には、微生物の死骸等に起因する断片化DNAの混入が想定され、実施例1〜4の結果と同様、TthRecAタンパク質が、増幅阻害要因となる断片化DNAの影響を低減させ鋳型核酸を特異的かつ効率的に増幅を導いていることが理解される。また、種々の環境試料のいずれに対しても、TthRecAの添加下では鋳型特異的な核酸増幅が確認されていることも注目に値する。なぜならば、環境試料中には、多種多様な増幅阻害物質(例えば、糖、色素、タンパク質)の混入が想定されるにもかかわらず、TthRecAタンパク質の添加により鋳型核酸特異的な増幅が達成されている。したがって、高度好熱菌RecAタンパク質は、断片化核酸をはじめ、多種多様な増幅阻害物質の影響を低減する効果を有することが理解され、粗製の試料の核酸増幅にも適用できることが理解される。   In the environmental sample, it is assumed that fragmented DNA is caused by the dead bodies of microorganisms. As in the results of Examples 1 to 4, the TthRecA protein reduces the influence of fragmented DNA that causes amplification inhibition and reduces the template. It is understood that the nucleic acid is specifically and efficiently guided. It is also noteworthy that template-specific nucleic acid amplification was confirmed for any of various environmental samples under the addition of TthRecA. This is because template nucleic acid-specific amplification is achieved by the addition of TthRecA protein, even though environmental samples are expected to contain a wide variety of amplification inhibitors (eg, sugars, dyes, proteins). Yes. Therefore, it is understood that the highly thermophilic bacteria RecA protein has an effect of reducing the influence of a variety of amplification inhibitors, including fragmented nucleic acids, and can be applied to nucleic acid amplification of crude samples.

実施例6:PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果確認−5
PCR増幅における、高度好熱菌RecAタンパク質の増幅効率向上効果について、血液試料の混在した核酸試料にて確認した。
Example 6: Confirmation of effect of highly thermophilic RecA protein in PCR amplification-5
The amplification efficiency improvement effect of the highly thermophilic bacteria RecA protein in PCR amplification was confirmed with a nucleic acid sample mixed with blood samples.

(方法)
長期保存した血液の混在下における、TthRecAタンパク質添加による増幅効率向上効果に関して確認した。具体的にはヒトゲノムDNAを長期保存した血液試料に混入のもとでPCRに供することにより検討を行った。
(Method)
The effect of increasing amplification efficiency by adding TthRecA protein in a mixture of blood stored for a long time was confirmed. Specifically, human genomic DNA was examined by subjecting it to PCR in a blood sample stored for a long time.

PCR反応液(25 μl)を、上記血液試料、ヒトゲノムDNAを0、1、若しくは100ng、TthRecAタンパク質を0.5 μg、オリゴヌクレオチド5及びオリゴヌクレオチド6(プライマー対HS)を各 0.5μM(最終濃度)、DNAポリメラーゼを0.6 unit、dNTP混合液0.2 mM(最終濃度)を、10 mM Tris-HCl Buffer (pH8.3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl2に混合することにより調製した。 PCR reaction solution (25 μl) was mixed with the above blood sample, human genomic DNA 0, 1, or 100 ng, TthRecA protein 0.5 μg, oligonucleotide 5 and oligonucleotide 6 (primer pair HS) each 0.5 μM (final concentration), It was prepared by mixing 0.6 unit of DNA polymerase and 0.2 mM (final concentration) of dNTP mixture in 10 mM Tris-HCl Buffer (pH 8.3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl 2 .

上記で調製したPCR反応液をPCRに供し、増幅産物を得た。PCRは、94℃にて30秒の熱変性の後、94℃にて10秒、55℃にて30秒、70℃にて60秒の反応を1サイクルとした35サイクルの増幅反応後、70℃にて7分、4℃にて1分からなる1サイクルの最終反応によって行った。   The PCR reaction solution prepared above was subjected to PCR to obtain an amplification product. PCR was performed after heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, followed by 35 cycles of amplification reaction with one cycle consisting of 94 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 70 ° C. for 60 seconds. The final reaction was performed in one cycle consisting of 7 minutes at 4 ° C and 1 minute at 4 ° C.

増幅後、各増幅反応液に電気泳動緩衝液を添加して撹拌し、その半量を分取して1.2%アガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後のゲルをエチジウムブロミドで染色し、DNAのバンドを可視化した。   After amplification, an electrophoresis buffer was added to each amplification reaction solution and stirred, and half of the solution was taken and subjected to 1.2% agarose gel electrophoresis. The gel after electrophoresis was stained with ethidium bromide to visualize the DNA band.

そして、上記試料につき、TthRecAタンパク質を添加せずに、上記と同様の手順でPCRを行なった後、電気泳動に供した。   The sample was subjected to PCR in the same procedure as above without adding the TthRecA protein, and then subjected to electrophoresis.

(結果)
結果を図6に示す。
図6中、レーン1〜2は、ヒトゲノムDNA 100ngを血液試料の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン1はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン2はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図6中、レーン3〜4は、ヒトゲノムDNA 1ngを血液試料の混入のもとでPCR増幅した結果を示す。そして、レーン3はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン4はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
図6中、レーン5〜6は、ヒトゲノムDNA 0ng、即ち血液試料のみをPCR増幅した結果を示す。そして、レーン5はTthRecAタンパク質の不在下(コントロール)での、レーン6はTthRecAタンパク質の添加下での結果を示す。
(result)
The results are shown in FIG.
In FIG. 6, lanes 1 and 2 show the results of PCR amplification of 100 ng of human genomic DNA in the presence of a blood sample. Lane 1 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 2 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 6, lanes 3 to 4 show the results of PCR amplification of 1 ng of human genomic DNA in the presence of a blood sample. Lane 3 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and Lane 4 shows the result in the presence of TthRecA protein.
In FIG. 6, lanes 5 to 6 show results obtained by PCR amplification of 0 ng of human genomic DNA, that is, only a blood sample. Lane 5 shows the result in the absence of TthRecA protein (control), and lane 6 shows the result in the presence of TthRecA protein.

図6の結果より、TthRecAタンパク質を添加下でPCRを行った場合には、血液試料混入によっても、ヒトゲノムDNA由来の特異的な増幅産物が確認され、また、非特異的な増幅産物は確認されなかった(レーン2、4)。しかし、TthRecAタンパク質を添加せずにPCRを行った場合には、ヒトゲノムDNAが100ngでは増幅産物が得られたが(レーン1)、同時に非特異的な増幅産物の生成も確認された。一方、ヒトゲノムDNAが1ngでは、TthRecAタンパク質を添加下でPCRを行った場合に比べて増幅産物量が著しく低減した(レーン3、4の比較)。このことから血液試料中に何らかの増幅阻害物質が含まれ、かかる増幅阻害物質の混入により、鋳型特異的な核酸増幅が阻害されていることが理解される。そして、高度好熱菌RecAタンパク質の添加により、増幅阻害物質の影響を低減できることが判明した。   From the results shown in FIG. 6, when PCR was performed with the addition of TthRecA protein, specific amplification products derived from human genomic DNA were confirmed by mixing with blood samples, and non-specific amplification products were confirmed. None (lanes 2, 4). However, when PCR was performed without adding the TthRecA protein, an amplification product was obtained with 100 ng of human genomic DNA (lane 1), but at the same time, the generation of a nonspecific amplification product was also confirmed. On the other hand, when the human genomic DNA was 1 ng, the amount of amplified product was remarkably reduced as compared with the case where PCR was carried out with the addition of TthRecA protein (comparison of lanes 3 and 4). From this, it is understood that some amplification inhibitory substance is contained in the blood sample, and the template-specific nucleic acid amplification is inhibited by mixing of the amplification inhibitory substance. And it became clear that the influence of an amplification inhibitory substance can be reduced by addition of highly thermophilic RecA protein.

血液試料等の核酸試料は、時間の経過と共に酸化等により核酸が変性し断片化する場合があることから、本実施例で使用した血液試料中に断片化DNAの混入していることが想定される。したがって、実施例1〜5の結果と同様、TthRecAタンパク質が、増幅阻害要因となる断片化DNAの影響を低減させ鋳型核酸を特異的かつ効率的に増幅を導いていることが理解される。また、血液試料には、実施例5で検討した環境試料と同様、多種多様な増幅阻害物質(例えば、糖、色素、タンパク質)の混入が想定されるにもかかわらず、TthRecAタンパク質の添加により鋳型核酸特異的な増幅が達成されている。したがって、高度好熱菌RecAタンパク質は、断片化核酸をはじめ、多種多様な増幅阻害物質の影響を低減する効果を有することが理解され、粗製の試料の核酸増幅にも適用できることが理解される。   Since nucleic acid samples such as blood samples may be denatured and fragmented due to oxidation, etc. over time, it is assumed that fragmented DNA is mixed in the blood sample used in this example. The Therefore, similarly to the results of Examples 1 to 5, it is understood that the TthRecA protein leads to specific and efficient amplification of the template nucleic acid by reducing the influence of the fragmented DNA that becomes an amplification inhibiting factor. In addition, as with the environmental sample examined in Example 5, the blood sample was added with the TthRecA protein even though a wide variety of amplification inhibitors (eg, sugars, dyes, proteins) were supposed to be mixed. Nucleic acid specific amplification has been achieved. Therefore, it is understood that the highly thermophilic bacteria RecA protein has an effect of reducing the influence of a variety of amplification inhibitors, including fragmented nucleic acids, and can be applied to nucleic acid amplification of crude samples.

医療分野、生物化学分野、環境分野、食品分野等において有用な核酸の増幅方法を提供する。   A nucleic acid amplification method useful in the medical field, biochemical field, environmental field, food field and the like is provided.

PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果を確認した実施例1(大腸菌ゲノムDNA試料1+枯草菌ゲノムDNA試料)の結果を示す図The figure which shows the result of Example 1 (E. coli genomic DNA sample 1 + Bacillus subtilis genomic DNA sample) which confirmed the effect of the extreme thermophile RecA protein in PCR amplification PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果を確認した実施例2(大腸菌ゲノムDNA試料1+枯草菌ゲノムDNA試料、大腸菌ゲノムDNA試料2+枯草菌ゲノムDNA試料)の結果を示す図The figure which shows the result of Example 2 (E. coli genomic DNA sample 1 + Bacillus subtilis genomic DNA sample, E. coli genomic DNA sample 2+ Bacillus subtilis genomic DNA sample) which confirmed the effect of the extreme thermophilic bacteria RecA protein in PCR amplification 大腸菌ゲノムDNA試料1と大腸菌ゲノムDNA試料2の性状を確認した実施例3の結果を示す図The figure which shows the result of Example 3 which confirmed the property of E. coli genomic DNA sample 1 and E. coli genomic DNA sample 2 PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果を確認した実施例4(枯草菌ゲノムDNA試料+断片化されたDNA)の結果を示す図The figure which shows the result of Example 4 (Bacillus subtilis genome DNA sample + fragmented DNA) which confirmed the effect of the hyperthermophilic bacteria RecA protein in PCR amplification PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果を確認した実施例5(ヒトゲノムDNA+環境試料)の結果を示す図The figure which shows the result of Example 5 (human genomic DNA + environmental sample) which confirmed the effect of the hyperthermophilic RecA protein in PCR amplification PCR増幅における高度好熱菌RecAタンパク質の効果を確認した実施例6(ヒトゲノムDNA+血液試料)の結果を示す図The figure which shows the result of Example 6 (human genomic DNA + blood sample) which confirmed the effect of the hyperthermophilic RecA protein in PCR amplification

Claims (7)

断片化核酸が混入する核酸試料中の標的核酸を増幅する核酸増幅方法において、
断片化核酸が混入する核酸試料に対して高度好熱菌由来のRecAタンパク質の存在下で核酸増幅反応を行い、前記核酸試料中の標的核酸を増幅する核酸増幅方法。
In a nucleic acid amplification method for amplifying a target nucleic acid in a nucleic acid sample contaminated with a fragmented nucleic acid,
A nucleic acid amplification method for amplifying a target nucleic acid in a nucleic acid sample by performing a nucleic acid amplification reaction on a nucleic acid sample contaminated with a fragmented nucleic acid in the presence of a RecA protein derived from an extreme thermophile.
前記核酸試料が、生体試料、環境試料、及び食品から選択される試料である請求項1に記載の核酸増幅方法。   The nucleic acid amplification method according to claim 1, wherein the nucleic acid sample is a sample selected from a biological sample, an environmental sample, and a food. 前記断片化核酸が、100〜300bpの核酸断片である請求項1又は2に記載の核酸増幅方法。   The nucleic acid amplification method according to claim 1 or 2, wherein the fragmented nucleic acid is a nucleic acid fragment of 100 to 300 bp. 前記高度好熱菌由来のRecAタンパク質が、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、又はサーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)に由来する請求項1〜3のいずれか一項に記載の核酸増幅方法。   The nucleic acid amplification method according to any one of claims 1 to 3, wherein the RecA protein derived from the extreme thermophile is derived from Thermus thermophilus or Thermus aquaticus. 前記核酸増幅反応が、ポリメラーゼ連鎖反応に基づく反応である請求項1〜4のいずれか一項に記載の核酸増幅方法。   The nucleic acid amplification method according to any one of claims 1 to 4, wherein the nucleic acid amplification reaction is a reaction based on a polymerase chain reaction. DNAポリメラーゼと、
高度好熱菌由来のRecAタンパク質、とを含む断片化核酸が混入する核酸試料中の標的核酸を増幅するための核酸増幅用キット。
DNA polymerase;
A nucleic acid amplification kit for amplifying a target nucleic acid in a nucleic acid sample contaminated with a fragmented nucleic acid containing a highly thermophilic bacterium-derived RecA protein.
前記高度好熱菌由来のRecAタンパク質がサーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)、又はサーマス・アクアティカス(Thermus aquaticus)に由来する請求項6に記載の核酸増幅用キット。
The nucleic acid amplification kit according to claim 6, wherein the RecA protein derived from the extreme thermophile is derived from Thermus thermophilus or Thermus aquaticus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114585749A (en) * 2019-10-16 2022-06-03 斯蒂拉科技公司 Determination of the concentration of nucleic acid sequences

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