JP2009222635A - Nucleic acid detection method - Google Patents

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隆亮 村山
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永治 藤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nucleic acid detection method for detecting a nucleic acid having a specific sequence with high sensitivity. <P>SOLUTION: The nucleic acid detection method is employed to detect a nucleic acid having a specific sequence in a specimen sample. The nucleic acid detection method includes: the bonding process for manufacturing a primer that has a specific sequence to a nucleic acid to be detected and has modified a substance that is immobilized to a solid phase for bonding to the nucleic acid to be detected; the extension reaction process for synthesizing the complementary strand of a nucleic acid to be detected by an enzyme; the bonding process for bonding an electrochemically active substance to a synthetic nucleic acid sample synthesized by the extension reaction process; the immobilization process for immobilizing the synthesized nucleic acid sample obtained by the bonding process to the solid phase; the cleaning process for recovering the synthesized nucleic acid sample immobilized to the solid phase by cleaning; and the detection process for detecting the electrochemically active substance bonded to the synthesized nucleic acid sample immobilized to the solid phase by an electrochemical measurement. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、検体試料中の特定の配列を有する核酸を検出する核酸検出方法に関するものである。   The present invention relates to a nucleic acid detection method for detecting a nucleic acid having a specific sequence in a specimen sample.

従来の核酸検出方法は、まず、ビーズなどの固相に固定したプローブと、電気化学活性な物質を標識した標識プローブと、核酸サンプルとをハイブリダイズさせる。次に、反応液から固相を抽出し、その固相をバッファ等で洗浄することにより、2本鎖形成しなかったプローブを除去する。その後、固相に電圧を印加して、核酸サンプルに結合した標識プローブからの電気化学的な信号を検出することにより、目的とする核酸の有無を検出する(例えば、特許文献1参照)。   In a conventional nucleic acid detection method, first, a probe immobilized on a solid phase such as a bead, a labeled probe labeled with an electrochemically active substance, and a nucleic acid sample are hybridized. Next, the solid phase is extracted from the reaction solution, and the solid phase is washed with a buffer or the like to remove the probe that has not formed a double strand. Then, the presence or absence of the target nucleic acid is detected by applying a voltage to the solid phase and detecting an electrochemical signal from the labeled probe bound to the nucleic acid sample (see, for example, Patent Document 1).

また、特許文献1では、基質に固相と結合する物質を修飾させたヌクレオチドを用いて、ポリメラーゼ連鎖反応を行い、増幅生成物を合成する。次に、熱変性により増幅生成物を変性させた後、標識プローブとハイブリダイズさせて2本鎖を形成させる。この増幅生成物を固相に固定させて電気化学的な信号を測定することで、目的の核酸を検出する手法も行なっている。   Moreover, in patent document 1, a polymerase chain reaction is performed using the nucleotide which modified the substance couple | bonded with a solid phase to a substrate, and an amplification product is synthesize | combined. Next, the amplification product is denatured by heat denaturation and then hybridized with a labeled probe to form a double strand. The amplification product is immobilized on a solid phase and an electrochemical signal is measured to detect a target nucleic acid.

これらの手法は、プローブの5´末端もしくは、3´末端あるいは両末端にのみ標識剤を結合させているだけであるため、信号が弱く、核酸サンプルの増幅を行なわなければ目的の核酸を検出できなかった。   In these methods, since the labeling agent is only bound to the 5 ′ end, 3 ′ end or both ends of the probe, the signal is weak and the target nucleic acid can be detected without amplification of the nucleic acid sample. There wasn't.

これを解消するために、以下の工程を行なうことにより、標識剤を複数結合させて目的の核酸を高感度化に検出する手法がある。まず、核酸サンプルと電気化学活性な物質とを結合させたサンプルを作製する。次に捕捉プローブと呼ばれる、前記核酸サンプルと相補的な塩基配列を有し、かつ固相に固定化できるように末端を修飾したプローブを用意する。この捕捉プローブと前記電気化学活性な物質結合サンプルとをハイブリダイズさせて2本鎖を形成する。その後、固相に固定して、前記電気化学活性な物質由来の電気化学的な信号を測定することで、目的の核酸サンプルを検出している(例えば、特許文献2参照。)。   In order to solve this problem, there is a technique for detecting a target nucleic acid with high sensitivity by binding a plurality of labeling agents by performing the following steps. First, a sample in which a nucleic acid sample and an electrochemically active substance are combined is prepared. Next, a probe called a capture probe, which has a base sequence complementary to the nucleic acid sample and whose end is modified so as to be immobilized on a solid phase, is prepared. The capture probe and the electrochemically active substance binding sample are hybridized to form a double strand. Thereafter, the target nucleic acid sample is detected by fixing to a solid phase and measuring an electrochemical signal derived from the electrochemically active substance (see, for example, Patent Document 2).

この手法では、核酸サンプルに複数個標識剤を標識させるため、核酸サンプルを増幅させなくとも、目的の核酸を検出することが可能である。
特開2002−34561号公報 特開2007−304091号公報
In this technique, since a plurality of labeling agents are labeled on the nucleic acid sample, the target nucleic acid can be detected without amplifying the nucleic acid sample.
JP 2002-34561 A JP 2007-304091 A

しかしながら、従来の手法では、生検体を直接測定する場合、目的の核酸サンプルの絶対量が不明なため、電気化学活性な物質の添加量を調整できない。そのため電気化学活性な物質が多量に核酸サンプルに結合する場合がある。この電気化学活性な物質が核酸サンプルに多量に結合すると、捕捉プローブとの結合部位にも電気化学活性な物質が結合するため立体障害となり、ハイブリダイズさせる際に2本鎖の形成が阻害される。その結果、核酸サンプルの回収量が低下し、測定感度が低下するという課題を有していた。   However, in the case of directly measuring a living specimen, the conventional method cannot adjust the addition amount of the electrochemically active substance because the absolute amount of the target nucleic acid sample is unknown. Therefore, a large amount of electrochemically active substance may bind to the nucleic acid sample. When a large amount of this electrochemically active substance binds to the nucleic acid sample, the electrochemically active substance also binds to the binding site with the capture probe, resulting in steric hindrance and inhibition of double strand formation when hybridizing. . As a result, there has been a problem that the amount of nucleic acid sample recovered decreases and the measurement sensitivity decreases.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、目的の核酸サンプルの絶対量が不明な場合でも、電気化学活性な物質の添加量を調整することなく、目的の核酸を高感度に検出するための核酸検出方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and even when the absolute amount of the target nucleic acid sample is unknown, the target nucleic acid is detected with high sensitivity without adjusting the amount of the electrochemically active substance added. An object of the present invention is to provide a nucleic acid detection method for the above.

前記従来の課題を解決するために、本発明の核酸検出方法は、検出すべき核酸に対して特定の配列を有し且つ固相に固定化可能な物質を修飾したプライマーを作製し前記検出すべき核酸と結合させる結合工程と、酵素を用いて前記検出すべき核酸の相補鎖を合成する伸長反応工程と、前記伸長反応工程で合成した合成核酸サンプルに電気化学活性な物質を結合させる結合工程と、前記結合工程で得られた合成核酸サンプルを固相に固定化する固定化工程と、洗浄により固相に固定化された合成核酸サンプルを回収する洗浄工程と、前記固相に固定化された合成核酸サンプルに結合した前記電気化学活性な物質を電気化学的な測定により検出する検出工程からなることを特徴としたものである。   In order to solve the above-described conventional problems, the nucleic acid detection method of the present invention prepares a primer by modifying a substance having a specific sequence for a nucleic acid to be detected and which can be immobilized on a solid phase. A binding step for binding to the nucleic acid to be detected, an extension reaction step for synthesizing a complementary strand of the nucleic acid to be detected using an enzyme, and a binding step for binding an electrochemically active substance to the synthetic nucleic acid sample synthesized in the extension reaction step An immobilization step for immobilizing the synthetic nucleic acid sample obtained in the binding step on a solid phase, a washing step for recovering a synthetic nucleic acid sample immobilized on the solid phase by washing, and an immobilization step on the solid phase. And a detection step of detecting the electrochemically active substance bound to the synthesized nucleic acid sample by electrochemical measurement.

さらに、検体試料中の特定の配列を有する核酸を検出する核酸検出方法において、検出すべき核酸に対して特定の配列を有するプライマーを作製し前記検出すべき核酸と結合させる結合工程と、固相に固定化可能な物質を修飾した基質を用いて前記検出すべき核酸の相補鎖を酵素反応で合成する伸長反応工程と、前記伸長反応工程で合成した合成核酸サンプルに電気化学活性な物質を結合させる結合工程と、前記結合工程で得られた合成核酸サンプルを固相に固定化する固定化工程と、洗浄により固相に固定化された合成核酸サンプルを回収する洗浄工程と、前記固相に固定化された合成核酸サンプルに結合した前記電気化学活性な物質を電気化学的な測定により検出する検出工程からなることを特徴としたものである。   Further, in a nucleic acid detection method for detecting a nucleic acid having a specific sequence in a specimen sample, a binding step for producing a primer having a specific sequence for the nucleic acid to be detected and binding the nucleic acid to be detected; An extension reaction step of synthesizing a complementary strand of the nucleic acid to be detected by an enzyme reaction using a substrate modified with a substance that can be immobilized on the substrate, and an electrochemically active substance bound to the synthetic nucleic acid sample synthesized in the extension reaction step A binding step, an immobilization step of immobilizing the synthetic nucleic acid sample obtained in the binding step on a solid phase, a washing step of recovering a synthetic nucleic acid sample immobilized on the solid phase by washing, and the solid phase It comprises a detection step of detecting the electrochemically active substance bound to the immobilized synthetic nucleic acid sample by electrochemical measurement.

本発明の核酸検出方法によれば、伸長工程で特有の配列を有する核酸のみを合成し、また、固相に固定化可能な物質を修飾したプライマーを使用して核酸合成を行なうことから、生成した合成核酸サンプルのみでも固相に固定できる。そのため、合成核酸サンプルと捕捉プローブとをハイブリダイズにより固相に固定化させる必要がなくなるので、サンプルの回収率が向上する。また、立体障害を気にすることなく、電気化学活性な物質を合成核酸サンプルに多量に結合させることができるため、従来法よりも検出感度が向上する。   According to the nucleic acid detection method of the present invention, the nucleic acid synthesis is performed by synthesizing only a nucleic acid having a unique sequence in the extension step and using a primer modified with a substance that can be immobilized on a solid phase. Only the synthesized nucleic acid sample can be immobilized on the solid phase. This eliminates the need to immobilize the synthetic nucleic acid sample and the capture probe on the solid phase by hybridization, thereby improving the sample recovery rate. In addition, since the electrochemically active substance can be bound in a large amount to the synthetic nucleic acid sample without worrying about steric hindrance, the detection sensitivity is improved as compared with the conventional method.

(実施の形態1)
以下に、本発明の核酸検出方法の実施の形態を図1とともに詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an embodiment of the nucleic acid detection method of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

なお、以下の実施の形態における核酸サンプルとは、例えば、血液、白血球、血清、尿、糞便、精液、唾液、培養細胞、各種臓器細胞のような組織細胞、その他核酸を含有する任意の試料から、細胞を破壊してRNA若しくはDNAを遊離させたものである。また、制限酵素で切断して電気泳動による分離等で精製した核酸断片を用いるのでもよい。   In addition, the nucleic acid sample in the following embodiments refers to, for example, blood, leukocytes, serum, urine, feces, semen, saliva, cultured cells, tissue cells such as various organ cells, and any other sample containing nucleic acid. , Cells or cells are destroyed to release RNA or DNA. Alternatively, a nucleic acid fragment that is cleaved with a restriction enzyme and purified by electrophoresis separation or the like may be used.

(ステップ1)
まず、図1(a)に示すプライマーを作製する。ここで使用するプライマーは、目的の核酸に対して特異的な配列を有する。このプライマーは、生物試料から抽出した核酸を制限酵素で切断し、電気泳動による分離等で精製した核酸を用いることができるが、化学合成で作製する方がより確実で好ましい。
(Step 1)
First, the primer shown in FIG. The primer used here has a sequence specific to the target nucleic acid. As this primer, a nucleic acid obtained by cleaving a nucleic acid extracted from a biological sample with a restriction enzyme and purifying it by separation by electrophoresis or the like can be used, but it is more reliable and preferable to prepare it by chemical synthesis.

(ステップ2)
次に、図1(b)に示すように、前記プライマーを固相に固定化するため、5´末端に官能基あるいは抗原を修飾する。このプライマー末端の官能基あるいは抗原の種類は、特に限定されないが、一例を挙げると、固相にアミノ基を修飾させている場合では、官能基にはカルボン酸若しくはアルデヒド基を修飾する。また、固相にアビジンを修飾させている場合では、プライマーにはビオチンを修飾する。ただし、プライマーの修飾にチオール基やアミノ基を使用する場合は、後述するハロゲンとの求核置換反応により、合成核酸サンプルと結合する可能性があるので、なるべく避けた方が良い。なお、プライマーに官能基あるいは抗原を修飾する手法は公知なので、ここでは省略する。一例として、図1(b)にはビオチンを修飾させたプライマーを示す。
(Step 2)
Next, as shown in FIG. 1B, in order to immobilize the primer on the solid phase, a functional group or an antigen is modified at the 5 ′ end. The type of the functional group at the end of the primer or the antigen is not particularly limited. For example, when the amino group is modified on the solid phase, the functional group is modified with a carboxylic acid or an aldehyde group. In the case where avidin is modified on the solid phase, the primer is modified with biotin. However, when a thiol group or amino group is used for the modification of the primer, it may be bound to a synthetic nucleic acid sample by a nucleophilic substitution reaction with a halogen described later, so it is better to avoid it as much as possible. In addition, since the method of modifying a primer with a functional group or an antigen is known, it is omitted here. As an example, FIG. 1B shows a primer modified with biotin.

(ステップ3)
上述した核酸サンプルに、前記プライマー、伸長酵素、基質、バッファを加え、任意の温度をかけることで、図1(c)に示すように核酸サンプルと前記プライマーとを結合させる。その後、前記核酸サンプルを鋳型として、任意の温度で前記プライマーを伸長させ図1(d)、前記核酸サンプルの相補鎖である合成核酸サンプルを完成させる。なお、前記プライマーは、検出すべき核酸のみが有する特異的な配列に対して、相補的な配列を持つため、目的としない核酸サンプルは、このプライマーと結合せず、伸長反応は起こらない。
(Step 3)
The primer, extension enzyme, substrate and buffer are added to the nucleic acid sample described above, and an arbitrary temperature is applied to bind the nucleic acid sample and the primer as shown in FIG. Thereafter, the primer is extended at an arbitrary temperature using the nucleic acid sample as a template to complete a synthetic nucleic acid sample which is a complementary strand of the nucleic acid sample, as shown in FIG. Since the primer has a sequence complementary to a specific sequence that only the nucleic acid to be detected has, an unintended nucleic acid sample does not bind to the primer and no extension reaction occurs.

(ステップ4)
図1(e)に示すように前記伸長反応により得られた合成核酸サンプルの塩基にハロゲンを付加させる。ハロゲンを付加させる物質は、特に限定されるものではなく、核酸の塩基にハロゲンを付加させられるものであればどれでも良く、一例としてクロロスクシンイミド、ブロモスクシンイミド、ヨードスクシンイミドなどを挙げることができる。このハロゲン化合物の溶液を、前記合成核酸サンプルに適量添加し、穏やかに撹拌させることにより、前記合成核酸サンプルの塩基にハロゲンを結合させることができる。
(Step 4)
As shown in FIG. 1 (e), halogen is added to the base of the synthetic nucleic acid sample obtained by the extension reaction. The substance to which the halogen is added is not particularly limited, and any substance that can add a halogen to the base of the nucleic acid may be used. Examples thereof include chlorosuccinimide, bromosuccinimide, and iodosuccinimide. An appropriate amount of this halogen compound solution is added to the synthetic nucleic acid sample and gently stirred to allow halogen to bind to the base of the synthetic nucleic acid sample.

(ステップ5)
次に、電気化学活性な物質(以下、「標識剤」と称する)を添加して、図1(f)に示す通り、前記合成核酸サンプルに結合したハロゲンと標識剤とを置換させて前記標識剤を前記合成核酸サンプルに共有結合させる。
(Step 5)
Next, an electrochemically active substance (hereinafter referred to as “labeling agent”) is added, and as shown in FIG. 1 (f), the halogen bound to the synthetic nucleic acid sample is replaced with the labeling agent, and the labeling is performed. An agent is covalently bound to the synthetic nucleic acid sample.

この標識剤は、酸化還元性を有する物質であれば、特に限定されない。一例を挙げると、ルブレン、アントラセン、コロネン、ピレン、フルオランテン、クリセン、フェナントレン、ペリレン、ビナフチル、オクタテトラエン、フェロセン、カテコールアミン、ビオロゲン、キノン、トリスビピリジンルテニウム錯体、トリスフェナントロリンルテニウム錯体、トリスビピリジンオスミウム錯体、トリスフェナントロリンオスミウム錯体等が挙げられる。   The labeling agent is not particularly limited as long as it is a substance having redox properties. For example, rubrene, anthracene, coronene, pyrene, fluoranthene, chrysene, phenanthrene, perylene, binaphthyl, octatetraene, ferrocene, catecholamine, viologen, quinone, trisbipyridine ruthenium complex, trisphenanthroline ruthenium complex, trisbipyridine osmium complex, And trisphenanthroline osmium complex.

また、この標識剤は、前述した合成核酸サンプルの塩基に結合したハロゲン基と求核置換反応する官能基をもち、特に限定されないが、アミン類、アルコール類、エーテル類、チオール類、オキシド類から選ばれる。   This labeling agent has a functional group that undergoes a nucleophilic substitution reaction with the halogen group bound to the base of the synthetic nucleic acid sample described above, and is not particularly limited, but includes amines, alcohols, ethers, thiols, and oxides. To be elected.

この標識剤の溶液を、前記ハロゲン結合合成核酸サンプルに加えて、任意の温度で撹拌若しくは静置させることにより、求核置換反応が生じて標識剤結合合成核酸サンプルが生成する。   The solution of the labeling agent is added to the halogen-bonded synthetic nucleic acid sample and stirred or allowed to stand at an arbitrary temperature, whereby a nucleophilic substitution reaction occurs and a labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample is generated.

(ステップ6)
洗浄により標識剤が結合したプライマー、標識剤が結合した基質及び、未反応の標識剤を除去し、標識剤結合合成核酸サンプルを抽出する。この精製法は特に限定されないが、一例を挙げると、高濃度の塩をサンプルに添加させることで標識剤結合合成核酸サンプルを凝集させ、これをシリカゲルカラムなどにより分取する手法や、ゲルろ過を用いて分子量の差で目的物の標識剤結合合成核酸サンプルを採取する手法を挙げることができる。
(Step 6)
The primer to which the labeling agent is bound, the substrate to which the labeling agent is bound, and the unreacted labeling agent are removed by washing, and the labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample is extracted. Although this purification method is not particularly limited, for example, a method of aggregating a labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample by adding a high-concentration salt to the sample and separating the sample using a silica gel column or the like, gel filtration, etc. A method for collecting a target labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample based on the difference in molecular weight can be used.

(ステップ7)
図1(g)に示すように、抽出した標識剤結合合成核酸サンプルを固相に固定化させる。
(Step 7)
As shown in FIG. 1 (g), the extracted labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample is immobilized on a solid phase.

固定化手法は、(ステップ2)で記述したように、前記プライマーの官能基がカルボン酸、若しくはアルデヒド基の場合、固相にはアミノ基を表面に修飾した物質を用い、アミド結合にて標識剤結合合成核酸サンプルを結合させる。プライマーにビオチンを修飾した場合、アビジンを修飾した固相を使用し、アビジン‐ビオチン結合により標識剤結合合成核酸サンプルを固定化する。一例として図1(g)はアビジンを修飾した固相に標識剤結合合成核酸サンプルを固定させている。このように標識剤結合合成核酸サンプルを固相に固定化させた後、洗浄処理を行い、核酸サンプルなどを除去する。   As described in (Step 2), when the functional group of the primer is a carboxylic acid or an aldehyde group, the immobilization method uses a substance whose surface is modified with an amino group and is labeled with an amide bond. An agent-bound synthetic nucleic acid sample is bound. When biotin is modified in the primer, a solid phase modified with avidin is used, and a labeled agent-bound synthetic nucleic acid sample is immobilized by avidin-biotin bond. As an example, in FIG. 1 (g), a labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample is immobilized on a solid phase modified with avidin. After the labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample is immobilized on the solid phase in this way, a washing process is performed to remove the nucleic acid sample and the like.

(ステップ8)
最後に、前記固相に固定された標識剤結合合成核酸サンプルに結合した標識剤由来の電気化学的な信号を測定することにより、目的の核酸を検出することが出来る。その結果、標識剤結合後に捕捉プローブとハイブリダイズを行なう必要が無くなるため、サンプルの回収率が向上する。また、立体障害を気にすることなく、標識剤を合成核酸サンプルに多量に結合させることができるため、従来法よりも目的の核酸を高感度に検出することができる。
(Step 8)
Finally, the target nucleic acid can be detected by measuring an electrochemical signal derived from the labeling agent bound to the labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample immobilized on the solid phase. As a result, it is not necessary to hybridize with the capture probe after binding the labeling agent, so that the sample recovery rate is improved. In addition, since a large amount of the labeling agent can be bound to the synthetic nucleic acid sample without worrying about steric hindrance, the target nucleic acid can be detected with higher sensitivity than the conventional method.

なお、標識剤由来の電気化学的な信号は、添加する種類により異なるが、酸化還元電流を生じる標識剤を用いた場合には、ポテンショスタット、ファンクションジェネレータ等からなる計測系で測定できる。一方、電気化学発光を生じる標識剤を用いた場合には、フォトマルチプライヤー等を用いて計測が可能である。   The electrochemical signal derived from the labeling agent varies depending on the type to be added, but when a labeling agent that generates an oxidation-reduction current is used, it can be measured by a measurement system including a potentiostat, a function generator, and the like. On the other hand, when a labeling agent that generates electrochemiluminescence is used, measurement is possible using a photomultiplier or the like.

以下に実施の形態1の方法で大腸菌測定を行なった(以下、実施法1と称する。)ので、その手順の詳細を説明する。   Since the E. coli measurement was carried out by the method of Embodiment 1 (hereinafter referred to as Embodiment 1), the details of the procedure will be described.

(核酸サンプルの抽出)
核酸サンプルは、大腸菌を1コロニー採取し、液体培地にて37℃、2時間培養した後、プロメガ社のRNA抽出キットにて抽出した大腸菌RNAを使用した。
(Nucleic acid sample extraction)
As the nucleic acid sample, one colony of E. coli was collected, cultured at 37 ° C. for 2 hours in a liquid medium, and then E. coli RNA extracted with a Promega RNA extraction kit was used.

(プライマーの準備)
ポジティブコントロール(ポジティブ)のプライマーには、5´末端よりCGTCAATGAGCAAAGGTATT(配列番号1)の配列を有する、5´末端のリン酸基を介してビオチンを修飾した20塩基のオリゴデオキシヌクレオチドを使用した。このプライマーの配列は、大腸菌16SrRNAの465から484番目に対して相補な配列であるので、伸長反応により、大腸菌の核酸サンプルと相補な核酸を合成することが出来る。このプライマーをRNaseが混入していない純水(RNase free水)で10μMに調製した。
(Preparation of primer)
As a positive control (positive) primer, a 20-base oligodeoxynucleotide having a CGTCAATGAGCAAAGGTATT (SEQ ID NO: 1) sequence from the 5 ′ end and modified with biotin via a phosphate group at the 5 ′ end was used. Since the primer sequence is a sequence complementary to positions 465 to 484 of E. coli 16S rRNA, a nucleic acid complementary to the E. coli nucleic acid sample can be synthesized by an extension reaction. This primer was prepared to 10 μM with pure water not containing RNase (RNase free water).

また、ここでネガティブコントロール(ネガティブ)として、AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA(配列番号2)の配列を有する5´末端のリン酸基を介してビオチンを修飾した20塩基のオリゴデオキシヌクレオチドをプライマーとして使用した。このプライマーは、大腸菌の核酸サンプルとは非相補であるので、伸長反応は起こらない。   In addition, as a negative control (negative), a 20-base oligodeoxynucleotide modified with biotin via a phosphate group at the 5 ′ end having the sequence AAAAAAAAAAAAAAAAAAA (SEQ ID NO: 2) was used as a primer. Since this primer is non-complementary to the nucleic acid sample of E. coli, no extension reaction occurs.

(合成核酸サンプルの合成)
前述した大腸菌RNAを鋳型として、大腸菌RNAと相補な合成核酸サンプルを合成した。なお、この合成には、TAKARA社製のキット(1st−strand cDNA)を使用した。
(Synthesis of synthetic nucleic acid sample)
A synthetic nucleic acid sample complementary to E. coli RNA was synthesized using the above-mentioned E. coli RNA as a template. For this synthesis, a kit (1st-strand cDNA) manufactured by TAKARA was used.

まず、前記プライマーを1.0μL、10mMに調整した原料である基質(dNTP)を1.0μL、前記大腸菌RNAを4.5μL、RNase free水3.5μLをチューブに加え、65℃で5分間加温させた後、5分間氷冷することによりアニーリング処理を行なった。   First, 1.0 μL of the substrate (dNTP), which is a raw material prepared by adjusting the primer to 1.0 μL and 10 mM, 4.5 μL of the E. coli RNA, and 3.5 μL of RNase free water are added to the tube and added at 65 ° C. for 5 minutes. After warming, annealing was performed by cooling with ice for 5 minutes.

その後、キットに付属されているバッファを4.0μL、RNase阻害剤0.5μL、逆転写酵素1.0μL、RNase free水4.5μLを前記チューブにさらに加え、穏やかに撹拌させた後、43℃で1時間伸長反応を行った。反応後、95℃で5分間加熱させることにより酵素を失活させた後、氷上で冷却することにより合成核酸サンプルを得た。   Thereafter, 4.0 μL of the buffer attached to the kit, 0.5 μL of RNase inhibitor, 1.0 μL of reverse transcriptase, and 4.5 μL of RNase free water were further added to the tube, and the mixture was gently stirred. The extension reaction was performed for 1 hour. After the reaction, the enzyme was inactivated by heating at 95 ° C. for 5 minutes, and then a synthetic nucleic acid sample was obtained by cooling on ice.

(標識剤の合成)
標識剤(化1)は、以下のようにして得た。まず、テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran:THF)60.0mLに溶解させた4,4´−ジメチル−2,2´ビピリジン2.50g(13.5mmol)溶液を窒素雰囲気の容器に注入した後、リチウムジイソプロピルアミド2M溶液16.9mL(27.0mmol)を滴下し、氷冷しながら30分撹拌した。一方、同様に窒素気流中で乾燥させた容器に、1,3−ジブロモプロパン4.2mL(41.1mmol)とTHF10mLとを加え、氷冷しながら撹拌させた。この容器に、先程の反応液をゆっくり滴下させて2.5時間反応させた。反応溶液は2Nの塩酸で中和し、THFを留去した後、クロロホルムで抽出した。溶媒を留去して得た粗生成物をシリカゲルカラムで精製し、生成物Aを得た(収率47.2%)。
(Synthesis of labeling agent)
The labeling agent (Chemical Formula 1) was obtained as follows. First, a solution of 2.50 g (13.5 mmol) of 4,4′-dimethyl-2,2′bipyridine dissolved in 60.0 mL of tetrahydrofuran was injected into a container in a nitrogen atmosphere, and then lithium diisopropylamide 2M. 16.9 mL (27.0 mmol) of the solution was added dropwise and stirred for 30 minutes while cooling with ice. On the other hand, 4.2 mL (41.1 mmol) of 1,3-dibromopropane and 10 mL of THF were added to a container that was similarly dried in a nitrogen stream, and stirred while cooling with ice. The previous reaction solution was slowly dropped into this container and allowed to react for 2.5 hours. The reaction solution was neutralized with 2N hydrochloric acid, and THF was distilled off, followed by extraction with chloroform. The crude product obtained by distilling off the solvent was purified with a silica gel column to obtain the product A (yield 47.2%).

次に窒素雰囲気の容器に、前記生成物A1.0g(3.28mmol)、フタルイミドカリウム0.67g(3.61mmol)、及びジメチルホルムアミド(脱水)30.0mLを加え、オイルバスで18時間還流した。反応後、クロロホルムで抽出し、0.2N水酸化ナトリウム50mL及び蒸留水200mLで洗浄した。溶媒を留去して酢酸エチルとヘキサンから再結晶を行い、生成物Bを得た(収率61.5%)。   Next, 1.0 g (3.28 mmol) of the product A, 0.67 g (3.61 mmol) of potassium phthalimide, and 30.0 mL of dimethylformamide (dehydrated) were added to a container in a nitrogen atmosphere and refluxed in an oil bath for 18 hours. . After the reaction, the mixture was extracted with chloroform and washed with 50 mL of 0.2N sodium hydroxide and 200 mL of distilled water. The solvent was distilled off and recrystallization was performed from ethyl acetate and hexane to obtain the product B (yield 61.5%).

塩化ルテニウム(III)(2.98g、0.01mol)、及び2,2´−ビピリジン(
3.44g、0.022mol)をジメチルホルムアミド(80.0mL)中で6時間還
流した後、溶媒を留去した。その後、アセトンを加え、18時間4℃に冷却することで得られた黒色沈殿物を採取し、エタノール水溶液170mL(エタノール:水=1:1)を加え1時間加熱還流を行った。ろ過後、塩化リチウムを20g加え、エタノールを留去し、さらに16時間4℃で静置した。析出した黒色物質は吸引ろ過で採取し、生成物Cを得た(収率68.2%)。
Ruthenium (III) chloride (2.98 g, 0.01 mol) and 2,2′-bipyridine (
After refluxing 3.44 g, 0.022 mol) in dimethylformamide (80.0 mL) for 6 hours, the solvent was distilled off. Then, acetone was added and the black precipitate obtained by cooling to 4 degreeC for 18 hours was extract | collected, 170 mL of ethanol aqueous solution (ethanol: water = 1: 1) was added, and it heated and refluxed for 1 hour. After filtration, 20 g of lithium chloride was added, ethanol was distilled off, and the mixture was further allowed to stand at 4 ° C. for 16 hours. The deposited black substance was collected by suction filtration to obtain a product C (yield 68.2%).

窒素置換した容器に、前記生成物B0.50g(1.35mmol)、前記生成物C0.
78g(1.61mmol)、及びエタノール50mLを加えた。9時間窒素雰囲気で還
流した後、溶媒を留去し、蒸留水で溶解させ、1.0Mの過塩素酸水溶液で沈殿させた。
この沈殿物を採取し、メタノールで再結晶を行い、生成物Dを得た(収率81.6%)。
In a container purged with nitrogen, 0.50 g (1.35 mmol) of the product B, the product C0.
78 g (1.61 mmol) and 50 mL of ethanol were added. After refluxing in a nitrogen atmosphere for 9 hours, the solvent was distilled off, dissolved in distilled water, and precipitated with a 1.0 M aqueous perchloric acid solution.
This precipitate was collected and recrystallized with methanol to obtain a product D (yield 81.6%).

さらに、前記生成物D1.0g(1.02mmol)、及びメタノール70.0mLを
1時間還流した。室温まで冷却した後、ヒドラジン一水和物0.21mL(4.21mm
ol)を加え再び13時間還流した。反応後、蒸留水を15mL加え、メタノールを留去
した。
Further, 1.0 g (1.02 mmol) of the product D and 70.0 mL of methanol were refluxed for 1 hour. After cooling to room temperature, 0.21 mL (4.21 mm) of hydrazine monohydrate
ol) and refluxed again for 13 hours. After the reaction, 15 mL of distilled water was added and methanol was distilled off.

次に、濃塩酸を5.0mL加え、2時間還流して得られた反応液を4℃で16時間静置し、析出した不純物を自然ろ過で除去した。   Next, 5.0 mL of concentrated hydrochloric acid was added, and the reaction solution obtained by refluxing for 2 hours was allowed to stand at 4 ° C. for 16 hours, and the precipitated impurities were removed by natural filtration.

これを炭酸水素ナトリウムで中和した後、蒸留水を留去し、無機物をアセトニトリルで除去した。溶媒を留去して得た粗生成物をシリカゲルカラムで精製し、目的物である標識剤(化1)を得た(収率71.4%)。   After neutralizing this with sodium hydrogen carbonate, distilled water was distilled off and inorganic substances were removed with acetonitrile. The crude product obtained by distilling off the solvent was purified with a silica gel column to obtain the target labeling agent (Chemical Formula 1) (yield 71.4%).

表1は、前述のようにして得た標識剤(化1)の1H-NMR結果である。   Table 1 shows 1H-NMR results of the labeling agent (Chemical Formula 1) obtained as described above.

Figure 2009222635
Figure 2009222635

Figure 2009222635
Figure 2009222635

(核酸サンプルへの標識剤結合)
炭酸バッファで7.3mMに調整したN−ブロモスクシンイミド(N−bromosuccinimide:NBS)5.0μLを、上述した合成核酸サンプルに添加し、4℃で3時間静置させることにより、合成核酸サンプルの塩基にブロモ基を修飾させた。
(Binding of labeling agent to nucleic acid sample)
The base of the synthetic nucleic acid sample is prepared by adding 5.0 μL of N-bromosuccinimide (NBS) adjusted to 7.3 mM with a carbonate buffer and allowing to stand at 4 ° C. for 3 hours. The bromo group was modified.

次に、蒸留水で10mMに調整した標識剤溶液2.4μLを前記ブロモ基が修飾した合成核酸サンプルに添加し、12時間、室温で静置させることにより、合成核酸サンプルに標識剤を結合させた。反応後、プロメガ社製の核酸抽出キット(Wizard(R) SV Gel and PCR Clean−Up System)を用いて標識剤結合サンプルを抽出した。   Next, 2.4 μL of a labeling agent solution adjusted to 10 mM with distilled water is added to the synthetic nucleic acid sample modified with the bromo group and allowed to stand at room temperature for 12 hours to bind the labeling agent to the synthetic nucleic acid sample. It was. After the reaction, a labeling agent-binding sample was extracted using a nucleic acid extraction kit manufactured by Promega (Wizard® SV Gel and PCR Clean-Up System).

(標識剤結合核酸サンプルの磁気ビーズ固定)
固相には、磁気ビーズを使用した。磁気ビーズは、Bangs Laboratories社製のCM01N/5896ストレプトアビジン磁気ビーズを用いた(粒径0.35μm)。この磁気ビーズ液を5.0μL採取し、前記標識剤結合核酸サンプルを含む溶液に添加して42℃,1時間穏やかに撹拌させて前記標識剤結合核酸サンプルを磁気ビーズに固定させた。固定後、リン酸バッファでこのサンプル結合磁気ビーズを洗浄することにより、核酸サンプル等の残渣を除去した。
(Labeling of labeling agent-bound nucleic acid sample with magnetic beads)
Magnetic beads were used for the solid phase. The magnetic beads used were CM01N / 5896 streptavidin magnetic beads manufactured by Bangs Laboratories (particle size: 0.35 μm). 5.0 μL of this magnetic bead solution was collected, added to the solution containing the labeling agent-bound nucleic acid sample, and gently stirred at 42 ° C. for 1 hour to immobilize the labeling agent-bound nucleic acid sample on the magnetic bead. After fixation, the sample-bound magnetic beads were washed with a phosphate buffer to remove residues such as nucleic acid samples.

(測定)
磁気ビーズに固定した前記標識剤結合核酸サンプルを電極に固定した。電極は金電極を使用した。金電極は、ガラス基板上にスパッタ装置(アルバック製SH−350)によりチタン10nm厚を下地に金200nm厚を形成し、フォトリソグラフィ工程により電極パターンを形成することで準備した。この電極を60℃に加熱したホットプレート上に置き、作用極上に前記磁気ビーズを2.0μL滴下して5分間加熱することにより、前記磁気ビーズを電極上に乾燥固定させた。
(Measurement)
The labeling agent-bound nucleic acid sample immobilized on magnetic beads was immobilized on an electrode. A gold electrode was used as the electrode. The gold electrode was prepared by forming an electrode pattern on a glass substrate by forming a gold film with a thickness of 10 nm on a base with a sputtering apparatus (SH-350 made by ULVAC) and forming a gold film with a thickness of 200 nm. This electrode was placed on a hot plate heated to 60 ° C., and 2.0 μL of the magnetic beads were dropped on the working electrode and heated for 5 minutes to dry and fix the magnetic beads on the electrode.

この電極に、0.1Mのリン酸バッファ、及び0.1Mのトリエチルアミンを混合した電解液を80μL滴下した。その後、電極に電圧を印加し、このときに生じた電気化学発光の測定を行った。なお、電圧の印加は、0Vから1.3Vまで走査し、3秒間電気化学測定を行った。電気化学発光量の測定は、光電子増倍管(浜松ホトニクス製H7360−01)を用いて行い、電圧走査中における最大発光量を計測した。   To this electrode, 80 μL of an electrolyte mixed with 0.1 M phosphate buffer and 0.1 M triethylamine was dropped. Thereafter, a voltage was applied to the electrode, and the electrochemiluminescence generated at this time was measured. The voltage was applied by scanning from 0 V to 1.3 V and performing electrochemical measurement for 3 seconds. The electrochemiluminescence amount was measured using a photomultiplier tube (H7360-01 manufactured by Hamamatsu Photonics), and the maximum luminescence amount during voltage scanning was measured.

一方、比較対象とした従来法は、下記の工程とした。   On the other hand, the conventional method used as a comparison object was the following process.

(核酸サンプルの抽出)
従来法による核酸サンプルは、上述した実施法1で行なった大腸菌測定と同様にして抽出した大腸菌RNAを使用した。
(Nucleic acid sample extraction)
As the nucleic acid sample by the conventional method, E. coli RNA extracted in the same manner as the E. coli measurement performed in the above-described Method 1 was used.

(プライマーの準備)
プライマーには5´末端よりCCCCCGTCAATTCATTTGAG(配列番号3)の配列を有する、20塩基のオリゴデオキシヌクレオチドを使用した。なお、このプライマーの配列は、大腸菌16SrRNAの910から929番目に対して相補な配列である。
(Preparation of primer)
As a primer, a 20-base oligodeoxynucleotide having a CCCCGTCAATTCATTTGAG (SEQ ID NO: 3) sequence from the 5 ′ end was used. The primer sequence is complementary to the 910th to 929th positions of Escherichia coli 16S rRNA.

このプライマーをRNaseが混入していない純水(RNase free水)で10μMに調製した。   This primer was prepared to 10 μM with pure water not containing RNase (RNase free water).

(合成核酸サンプルの合成)
合成核酸サンプルの合成手法は、実施法1と同様なので、ここでは省略する。
(Synthesis of synthetic nucleic acid sample)
Since the synthetic method of the synthetic nucleic acid sample is the same as that of the method 1, it is omitted here.

(合成核酸サンプルへの標識剤結合)
合成核酸サンプルへの標識剤結合についても実施法1と同様に行ったので、ここでは省略する。
(Binding of labeling agent to synthetic nucleic acid sample)
Since the labeling agent binding to the synthetic nucleic acid sample was performed in the same manner as in the method 1, it is omitted here.

(捕捉プローブの準備)
ポジティブの捕捉プローブは、5´末端よりAATACCTTTGCTCATTGACG(配列番号4)の配列を有する、5´末端のリン酸基を介してビオチンを修飾した20塩基のオリゴデオキシヌクレオチドを使用し、前述した合成核酸サンプルを捕捉する。なお、このプローブの配列は、大腸菌16SrRNAの465から484番目の配列である。つまり、合成核酸サンプルと相補な配列なので、2本鎖を組むことが出来る。
(Preparation of capture probe)
The positive capture probe uses a 20-base oligodeoxynucleotide having a sequence of AATACCTTGCCTCATTGACG (SEQ ID NO: 4) from the 5 ′ end and modified with biotin via a phosphate group at the 5 ′ end. To capture. The probe sequence is the 465th to 484th sequence of E. coli 16S rRNA. That is, since the sequence is complementary to the synthetic nucleic acid sample, it can form a double strand.

また、ここでネガティブの捕捉プローブとして、実施の形態1に示す、配列番号2のオリゴデオキシヌクレオチドを使用した。このプライマーは、合成核酸サンプルとは非相補であるので、二本鎖を形成しない。これらのプライマーを純水で10μMに調製した。   Here, the oligodeoxynucleotide of SEQ ID NO: 2 shown in Embodiment 1 was used as a negative capture probe. Since this primer is non-complementary to the synthetic nucleic acid sample, it does not form a double strand. These primers were prepared to 10 μM with pure water.

(標識剤結合核酸サンプルと捕捉プローブとのハイブリダイゼーション反応)
前述の標識剤が結合した合成核酸サンプルに、5XSSCを9.5μL、10μLに調整した捕捉プローブを1.0μLそれぞれ添加し、44℃で18時間穏やかに撹拌させた。反応後、前述した核酸抽出キットを用いて合成核酸サンプルを抽出した。
(磁気ビーズへの固定)
上記核酸サンプルを磁気ビーズに固定した。実施法1と同様の磁気ビーズを5.0μL採取し、前記合成核酸サンプルの反応液に添加して37℃で1時間静置させることにより、前記合成核酸サンプルに結合した捕捉プローブを磁気ビーズに固定した。固定後、0.1Mのリン酸バッファにて洗浄した。
(Hybridization reaction between labeling agent-bound nucleic acid sample and capture probe)
To the synthetic nucleic acid sample to which the above-mentioned labeling agent was bound, 1.0 μL of a capture probe adjusted to 9.5 μL and 10 μL of 5XSSC was added, and gently stirred at 44 ° C. for 18 hours. After the reaction, a synthetic nucleic acid sample was extracted using the nucleic acid extraction kit described above.
(Fixed to magnetic beads)
The nucleic acid sample was immobilized on magnetic beads. Collect 5.0 μL of the same magnetic beads as in Example 1, add it to the reaction solution of the synthetic nucleic acid sample, and allow to stand at 37 ° C. for 1 hour, so that the capture probe bound to the synthetic nucleic acid sample is applied to the magnetic beads. Fixed. After fixation, it was washed with 0.1 M phosphate buffer.

(測定)
実施法1と同様にして前記磁気ビーズに固定した合成核酸サンプルを電極に固定した。その後、電極に電圧を印加し、生じた電気化学発光の最大発光量を計測した。
(Measurement)
The synthetic nucleic acid sample fixed to the magnetic beads was fixed to the electrode in the same manner as in Example 1. Thereafter, a voltage was applied to the electrode, and the maximum amount of generated electrochemiluminescence was measured.

本手法における、実施法1、及び従来法の大腸菌測定結果を図2に示す。図2に示す通り、従来法では、ネガティブ(目的の合成核酸サンプルと非相補である捕捉プローブを用いた測定結果)と、ポジティブ(目的の合成核酸サンプルと相補である捕捉プローブを用いた測定結果)との差異が出なかった。これは伸長反応で合成した合成核酸サンプルに標識剤が多量に結合してしまい、捕捉プローブとの結合部位にも標識剤が複数個結合してしまったため、ハイブリダイズが阻害されて2本鎖を形成しなかったからである。   FIG. 2 shows the E. coli measurement results of Example 1 and the conventional method in this method. As shown in FIG. 2, in the conventional method, negative (measurement results using a capture probe that is non-complementary to the target synthetic nucleic acid sample) and positive (measurement results using a capture probe that is complementary to the target synthetic nucleic acid sample). ) Was not different. This is because a large amount of the labeling agent is bound to the synthetic nucleic acid sample synthesized by the extension reaction, and a plurality of labeling agents are bound to the binding site with the capture probe. It was because it did not form.

一方、実施法1では、ポジティブとネガティブとを明確に識別できた。これは、大腸菌核酸サンプルと特異的に結合する配列を有するプライマーにより、ポジティブのみ目的の合成核酸サンプルが合成でき、また、合成核酸サンプルが直接磁気ビーズに結合できるよう、プライマーにビオチンを修飾させたため、ハイブリダイズを行なわなくても目的の核酸サンプルのみを高収率に回収することができたからである。また、標識剤が目的の核酸サンプルに多量に結合したため、発光量が向上したことも要因として挙げられる。   On the other hand, in Method 1, positive and negative could be clearly identified. This is because a primer with a sequence that specifically binds to an E. coli nucleic acid sample can be used to synthesize a synthetic nucleic acid sample only for positive purposes, and the primer is modified with biotin so that the synthetic nucleic acid sample can be directly bound to magnetic beads. This is because only the target nucleic acid sample could be recovered in high yield without hybridization. Another factor is that the amount of luminescence is improved because a large amount of the labeling agent is bound to the target nucleic acid sample.

以上のことから、本発明の手法により、目的の核酸サンプルの絶対量が不明な場合でも、標識剤の添加量を調整することなく、目的の核酸を高感度に検出することができる。   From the above, even when the absolute amount of the target nucleic acid sample is unknown, the target nucleic acid can be detected with high sensitivity without adjusting the addition amount of the labeling agent.

(実施の形態2)
以下に、固相に固定化可能な物質を修飾した基質を用いた核酸検出法の実施の形態を図3とともに説明する。なお、実施の形態1との差異は、実施の形態1では、固相に固定化可能な物質をプライマーに修飾していたが、ここでは、基質に修飾させている点である。
(Embodiment 2)
Hereinafter, an embodiment of a nucleic acid detection method using a substrate in which a substance that can be immobilized on a solid phase is modified will be described with reference to FIG. The difference from Embodiment 1 is that, in Embodiment 1, a substance that can be immobilized on a solid phase is modified with a primer, but here it is modified with a substrate.

(ステップ1)
実施の形態1と同様にプライマーを作製する。作製法については、実施の形態1で詳述したので、ここでは省略する。
(Step 1)
Primers are prepared in the same manner as in the first embodiment. Since the manufacturing method has been described in detail in Embodiment 1, it is omitted here.

(ステップ2)
核酸サンプルにプライマー、伸長酵素、基質、バッファを加え、図3(a)のように任意の温度で前記核酸サンプルとプライマーとを結合させた後、図3(b)に示すとおり、前記核酸サンプルを鋳型として、任意の温度でプライマーを伸長させて核酸サンプルの相補鎖である合成核酸サンプルを合成する。ここでは、基質の一部に、固相に固定化可能な官能基を修飾した基質を使用する。固相に固定化可能な官能基は、実施の形態1で記述した通りである。
(Step 2)
A primer, an extension enzyme, a substrate, and a buffer are added to the nucleic acid sample, and the nucleic acid sample and the primer are bound at an arbitrary temperature as shown in FIG. 3A, and then the nucleic acid sample as shown in FIG. 3B. As a template, a primer is extended at an arbitrary temperature to synthesize a synthetic nucleic acid sample which is a complementary strand of the nucleic acid sample. Here, a substrate in which a functional group that can be immobilized on a solid phase is modified is used as a part of the substrate. The functional groups that can be immobilized on the solid phase are as described in Embodiment 1.

なお、一例として、図3(b)では、基質にビオチンを修飾させた。前記プライマーは、検出すべき核酸のみに有する特異的な配列に対して、相補的な配列を持つため、目的としない核酸サンプルは、このプライマーと結合せず、伸長反応が起こらない。   As an example, in FIG. 3B, biotin was modified on the substrate. Since the primer has a sequence complementary to a specific sequence only in the nucleic acid to be detected, an unintended nucleic acid sample does not bind to the primer and no extension reaction occurs.

(ステップ3)
次に、図3(c)に示すように、前記伸長反応により得られた合成核酸サンプルの塩基にハロゲンを付加させる。ハロゲンの付加反応については、(実施の形態1)に記述しているので、ここでは省略する。その後、標識剤を添加することにより、前記ハロゲンが結合した核酸サンプルと標識剤とを求核置換反応させることにより、図3(d)に示すように標識剤を結合させる。この結合手法についても、実施の形態1で詳述したので、ここでは省略する。
(Step 3)
Next, as shown in FIG. 3C, halogen is added to the base of the synthetic nucleic acid sample obtained by the extension reaction. Since the halogen addition reaction is described in (Embodiment 1), it is omitted here. Thereafter, a labeling agent is added to cause the nucleic acid sample to which the halogen is bound and the labeling agent to undergo a nucleophilic substitution reaction, thereby binding the labeling agent as shown in FIG. Since this combining method has also been described in detail in the first embodiment, it is omitted here.

(ステップ4)
標識剤が結合したプローブ、標識剤が結合した基質及び、未反応の標識剤をゲルろ過や抽出キットにて除去し、標識剤が結合した標識剤結合合成核酸サンプルを抽出する。詳細は実施の形態1に記述している。
(Step 4)
The probe to which the labeling agent is bound, the substrate to which the labeling agent is bound, and the unreacted labeling agent are removed by gel filtration or an extraction kit, and the labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample to which the labeling agent is bound is extracted. Details are described in the first embodiment.

(ステップ5)
抽出後、図3(e)に示すように、上述した手法で得られた標識剤結合合成核酸サンプルを固相に固定化させる。固定化手法の詳細は、実施の形態1で記述したので、ここでは省略する。
(Step 5)
After the extraction, as shown in FIG. 3E, the labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample obtained by the above-described method is immobilized on a solid phase. Since the details of the immobilization method are described in Embodiment 1, they are omitted here.

(ステップ6)
固相に固定された標識剤結合合成核酸サンプルを洗浄した後、標識剤の電気化学的な信号を測定することにより、目的の核酸の有無を測定することができる。なお、測定手法の詳述は、実施の形態1で記述したので、ここでは省略する。
(Step 6)
After washing the labeling agent-bound synthetic nucleic acid sample immobilized on the solid phase, the presence or absence of the target nucleic acid can be measured by measuring the electrochemical signal of the labeling agent. Since the details of the measurement method are described in Embodiment 1, they are omitted here.

以下に実施の形態2の方法で大腸菌測定を行なったので、手順を詳細に説明する。   Since the E. coli measurement was performed by the method of Embodiment 2 below, the procedure will be described in detail.

(核酸サンプルの抽出)
核酸サンプルは、実施例1に示した大腸菌RNAを使用した。
(Nucleic acid sample extraction)
E. coli RNA shown in Example 1 was used as the nucleic acid sample.

(プライマーの準備)
まず、ポジティブコントロール(ポジティブ)として、大腸菌核酸サンプルと結合するプライマーを用意する。このプライマーとして、5´末端よりCGTCAATGAGCAAAGGTATT(配列番号5)の配列を有する、20塩基のオリゴデオキシヌクレオチドを使用した。なお、このプライマーの配列は、大腸菌16SrRNAの465から484番目に対して相補な配列である。
(Preparation of primer)
First, a primer that binds to an E. coli nucleic acid sample is prepared as a positive control (positive). As this primer, a 20-base oligodeoxynucleotide having a sequence of CGTCAATGAGCAAAGGTATT (SEQ ID NO: 5) from the 5 ′ end was used. The primer sequence is complementary to the 465th to 484th positions of Escherichia coli 16S rRNA.

また、伸長反応が起こらない、ネガティブコントロール(ネガコン)のプライマーとして、CGTCAAAACAGCAAGGTATT(配列番号6)の配列を有する、20塩基のオリゴデオキシヌクレオチドを使用した。なお、このプライマーの配列は緑膿菌16SrRNAの465から484番目に対して相補な配列である。
このプライマーをRNase free水で10μMに調製した。
Further, a 20-base oligodeoxynucleotide having the sequence of CGTCAAAACAGCAAGGTATT (SEQ ID NO: 6) was used as a negative control (negative control) primer that does not cause an extension reaction. The primer sequence is complementary to the 465th to 484th positions of Pseudomonas aeruginosa 16S rRNA.
This primer was prepared to 10 μM with RNase free water.

(合成核酸サンプルの合成)
前述した大腸菌RNAを鋳型として、大腸菌RNAと相補な合成核酸サンプルを合成した。なお、この合成は、実施法1と同様にTAKARA社製のキット(1st−strand cDNA)を使用した。また、固相に固定化可能な物質を修飾した基質は、ビオチンを修飾したdUTP(ロッシュ社製)を使用した。
(Synthesis of synthetic nucleic acid sample)
A synthetic nucleic acid sample complementary to E. coli RNA was synthesized using the above-mentioned E. coli RNA as a template. In this synthesis, a kit (1st-strand cDNA) manufactured by TAKARA was used in the same manner as in Example 1. In addition, biotin-modified dUTP (manufactured by Roche) was used as a substrate modified with a substance that can be immobilized on a solid phase.

まず、前記プライマーを1.0μL、1mMに調整した原料である基質(dNTP)を4.0μL、ビオチン修飾dUTPを1.0μL、前記大腸菌RNAを4.5μLチューブに加え、65℃で5分間加温させた後、5分間氷冷することによりアニーリング処理を行なった。   First, the substrate (dNTP), which is a raw material adjusted to 1.0 μL and 1 mM, is added to the substrate (1.0 μL), biotin-modified dUTP is 1.0 μL, and the E. coli RNA is added to a 4.5 μL tube and added at 65 ° C. for 5 minutes. After warming, annealing was performed by cooling with ice for 5 minutes.

その後、キットに付属されているバッファを4μL、RNase阻害剤0.5μL、逆転写酵素1.0μL、RNase free水4.5μLを前記チューブにさらに加え、穏やかに撹拌させた後、43℃で1時間伸長反応を行った。反応後、95℃で5分間加熱させることにより酵素を失活させた後、氷上で冷却することにより合成核酸サンプルを得た。   Thereafter, 4 μL of the buffer attached to the kit, 0.5 μL of RNase inhibitor, 1.0 μL of reverse transcriptase, and 4.5 μL of RNase free water were further added to the tube, and the mixture was gently agitated. A time extension reaction was performed. After the reaction, the enzyme was inactivated by heating at 95 ° C. for 5 minutes, and then a synthetic nucleic acid sample was obtained by cooling on ice.

(標識剤の合成)
標識剤は実施法1に記述した試薬を使用したので、ここでは省略する。以降の工程、核酸サンプルへの標識剤結合、標識剤結合核酸サンプルの磁気ビーズ固定、測定についても実施法1と同様であるので、省略する。
(Synthesis of labeling agent)
Since the reagent described in Example 1 was used as the labeling agent, it is omitted here. Subsequent steps, labeling agent binding to the nucleic acid sample, fixation of the labeling agent-bound nucleic acid sample with the magnetic beads, and measurement are the same as in Method 1, and are therefore omitted.

本手法における、大腸菌測定結果を図4に示す。図4に示す通り、ポジティブとネガティブの差異が明確であった。これは、大腸菌核酸サンプルと特異的に結合する配列を有するプライマーにより、ポジティブのみ目的の合成核酸サンプルが合成でき、また、合成核酸サンプルが直接磁気ビーズに結合できるよう、基質の一部(dUTP)にビオチンを修飾し、それを原料として合成核酸サンプルを合成する。そのため、ハイブリダイズを行なわなくても目的の核酸サンプルのみを高収率に回収できたからである。また、標識剤が目的の核酸サンプルに多量に結合したため、発光量が向上したことも第2の要因として挙げられる。   The E. coli measurement results in this method are shown in FIG. As shown in FIG. 4, the difference between positive and negative was clear. This is because part of the substrate (dUTP) is used so that a synthetic nucleic acid sample for positive only can be synthesized by a primer having a sequence that specifically binds to an E. coli nucleic acid sample, and the synthetic nucleic acid sample can be directly bound to magnetic beads. Biotin is modified to synthesize a nucleic acid sample using the biotin as a raw material. Therefore, only the target nucleic acid sample can be recovered in high yield without hybridization. Another reason is that the amount of luminescence is improved because the labeling agent is bound in a large amount to the target nucleic acid sample.

以上のことから、本発明の手法により、目的の核酸サンプルの絶対量が不明な場合でも、標識剤の添加量を調整することなく、目的の核酸を高感度に検出することができる。   From the above, even when the absolute amount of the target nucleic acid sample is unknown, the target nucleic acid can be detected with high sensitivity without adjusting the addition amount of the labeling agent.

本発明にかかる核酸検出法は、伸長工程で特有の配列を有する核酸のみを合成し、また、固相に固定化可能な物質を修飾したプライマーを使用して核酸合成を行なう。この合成した核酸に標識剤を結合させることにより、試料中に存在する特定の核酸を高感度に検出することができ、遺伝子診断、感染症診断、ゲノム創薬等の用途等に適用できる。   In the nucleic acid detection method according to the present invention, only a nucleic acid having a unique sequence is synthesized in the extension step, and nucleic acid synthesis is performed using a primer modified with a substance that can be immobilized on a solid phase. By binding a labeling agent to the synthesized nucleic acid, a specific nucleic acid present in the sample can be detected with high sensitivity, and can be applied to uses such as genetic diagnosis, infectious disease diagnosis, and genome drug discovery.

本発明の実施の形態1における核酸検出方法を示す図The figure which shows the nucleic acid detection method in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の方法の核酸検出方法を用いた大腸菌測結果を示す図The figure which shows the colon_bacillus | E._coli measurement result using the nucleic acid detection method of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2における核酸検出方法を示す図The figure which shows the nucleic acid detection method in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2の方法の核酸検出方法を用いた大腸菌測結果を示す図The figure which shows the E. coli measurement result using the nucleic acid detection method of Embodiment 2 of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 プライマー
2 ビオチン
3 核酸サンプル
4 合成核酸サンプル
5 ハロゲン
6 電気化学活性な物質
7 アビジン
8 固相
9 ビオチン
10 合成核酸サンプル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Primer 2 Biotin 3 Nucleic acid sample 4 Synthetic nucleic acid sample 5 Halogen 6 Electrochemically active substance 7 Avidin 8 Solid phase 9 Biotin 10 Synthetic nucleic acid sample

Claims (10)

検出すべき核酸に対して特定の配列を有し且つ固相に固定化可能な物質を修飾したプライマーを作製し前記検出すべき核酸と結合させる結合工程と、
酵素を用いて前記検出すべき核酸の相補鎖を合成する伸長反応工程と、
前記伸長反応工程で合成した合成核酸サンプルに電気化学活性な物質を結合させる結合工程と、
前記結合工程で得られた合成核酸サンプルを固相に固定化する固定化工程と、
洗浄により固相に固定化された合成核酸サンプルを回収する洗浄工程と、
前記固相に固定化された合成核酸サンプルに結合した前記電気化学活性な物質を電気化学的な測定により検出する検出工程と、からなる検体試料中の特定の配列を有する核酸を検出する核酸検出方法。
A binding step in which a primer having a specific sequence for the nucleic acid to be detected and modified with a substance that can be immobilized on a solid phase is prepared and bound to the nucleic acid to be detected;
An extension reaction step of synthesizing a complementary strand of the nucleic acid to be detected using an enzyme;
A binding step of binding an electrochemically active substance to the synthetic nucleic acid sample synthesized in the extension reaction step;
An immobilization step of immobilizing the synthetic nucleic acid sample obtained in the binding step on a solid phase;
A washing step for recovering the synthetic nucleic acid sample immobilized on the solid phase by washing;
A detection step of detecting the electrochemically active substance bound to the synthetic nucleic acid sample immobilized on the solid phase by electrochemical measurement; and a nucleic acid detection for detecting a nucleic acid having a specific sequence in a specimen sample. Method.
検出すべき核酸に対して特定の配列を有するプライマーを作製し前記検出すべき核酸と結合させる結合工程と、
固相に固定化可能な物質を修飾した基質を用いて前記検出すべき核酸の相補鎖を酵素反応で合成する伸長反応工程と、
前記伸長反応工程で合成した合成核酸サンプルに電気化学活性な物質を結合させる結合工程と、
前記結合工程で得られた合成核酸サンプルを固相に固定化する固定化工程と、
洗浄により固相に固定化された合成核酸サンプルを回収する洗浄工程と、
前記固相に固定化された合成核酸サンプルに結合した前記電気化学活性な物質を電気化学的な測定により検出する検出工程と、からなる検体試料中の特定の配列を有する核酸を検出する核酸検出方法。
A binding step for preparing a primer having a specific sequence for the nucleic acid to be detected and binding the nucleic acid to be detected;
An extension reaction step of synthesizing a complementary strand of the nucleic acid to be detected by an enzymatic reaction using a substrate obtained by modifying a substance that can be immobilized on a solid phase;
A binding step of binding an electrochemically active substance to the synthetic nucleic acid sample synthesized in the extension reaction step;
An immobilization step of immobilizing the synthetic nucleic acid sample obtained in the binding step on a solid phase;
A washing step for recovering the synthetic nucleic acid sample immobilized on the solid phase by washing;
A detection step of detecting the electrochemically active substance bound to the synthetic nucleic acid sample immobilized on the solid phase by electrochemical measurement; and a nucleic acid detection for detecting a nucleic acid having a specific sequence in a specimen sample. Method.
前記結合工程は、前記合成核酸サンプル中の塩基にハロゲンを付加させた後電気化学活性な物質を添加し前記電気化学活性な物質に含まれる官能基と前記合成核酸サンプル中の塩基に付加したハロゲンとの求核置換反応により前記合成核酸サンプルと前記電気化学活性な物質とを結合させる工程である、請求項1または2に記載の核酸検出方法。 The binding step includes adding a halogen to a base in the synthetic nucleic acid sample, adding an electrochemically active substance, and adding the functional group contained in the electrochemically active substance to the base in the synthetic nucleic acid sample. The nucleic acid detection method according to claim 1, wherein the synthetic nucleic acid sample and the electrochemically active substance are combined by a nucleophilic substitution reaction. 前記固定化工程における前記合成核酸サンプルと前記固相との結合は、アミド結合、エステル結合、エーテル結合、チオエーテル結合、スルフィド結合、カルボニル結合、イミノ結合、抗原抗体結合、アビジン‐ビオチン結合のいずれかである請求項1または2に記載の核酸検出方法。 The binding between the synthetic nucleic acid sample and the solid phase in the immobilization step is any one of an amide bond, an ester bond, an ether bond, a thioether bond, a sulfide bond, a carbonyl bond, an imino bond, an antigen-antibody bond, and an avidin-biotin bond. The nucleic acid detection method according to claim 1 or 2. 前記結合工程後に、得られた合成核酸サンプルを抽出する抽出工程を含む請求項1及び2に記載の核酸検出方法。 The nucleic acid detection method according to claim 1, further comprising an extraction step of extracting the obtained synthetic nucleic acid sample after the binding step. 前記電気化学活性な物質は、酸化還元性を有する化合物である請求項1及び2に記載の核酸検出方法。 The nucleic acid detection method according to claim 1 or 2, wherein the electrochemically active substance is a compound having redox properties. 前記酸化還元性を有する化合物は、配位子に複素環式化合物を有する金属錯体、ルブレン、アントラセン、コロネン、ピレン、フルオランテン、クリセン、フェナントレン、ペリレン、ビナフチル、オクタテトラエン、フェロセン、カテコールアミン、ビオロゲン、キノンのいずれかである請求項6に記載の核酸検出方法。 The compound having a redox property is a metal complex having a heterocyclic compound as a ligand, rubrene, anthracene, coronene, pyrene, fluoranthene, chrysene, phenanthrene, perylene, binaphthyl, octatetraene, ferrocene, catecholamine, viologen, The nucleic acid detection method according to claim 6, which is any one of quinones. 前記配位子に複素環式化合物を有する金属錯体は、配位子にピリジン部位を有する金属錯体である請求項7に記載の遺伝子検出方法。 The gene detection method according to claim 7, wherein the metal complex having a heterocyclic compound as a ligand is a metal complex having a pyridine moiety as a ligand. 前記配位子にピリジン部位を有する金属錯体は、金属ビピリジン錯体、金属フェナントロリン錯体のいずれかである請求項8に記載の遺伝子検出方法。 The gene detection method according to claim 8, wherein the metal complex having a pyridine moiety in the ligand is either a metal bipyridine complex or a metal phenanthroline complex. 前記配位子に複素環式化合物を有する金属錯体の中心金属は、ルテニウム、オスミウムである請求項9に記載の遺伝子検出方法。 The gene detection method according to claim 9, wherein the central metal of the metal complex having a heterocyclic compound as the ligand is ruthenium or osmium.
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