JP2011250792A - 核酸検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】標的核酸を検出するためのシステムを提供する。
【解決手段】５'および３'末端が異なるハプテンで標識されているプライマーおよび、場合により、ハプテンで標識されているｄＮＴＰを含み、核酸複合体を形成している核酸増幅混合物を含む容器；ならびに、特異的結合パートナーと核酸複合体の結合に適した試薬条件を含む貯留領域；核酸複合体に対する特異的結合パートナーを含む色素領域、この場合、特異的結合パートナーはレポーター色素または別のハプテンに連結またはコンジュゲートされている；および核酸複合体の異なる側面に特異的な異なる特異的結合パートナーを含む検査領域を含む水平流動式検査装置。
【選択図】図１６

Description

関連出願への相互参照
本出願は、2004年4月7日提出の米国仮出願第60/560,197号、および2004年5月3日提出の第60/567,845号の優先権の特権を主張する。前記仮出願の内容は参照によりその全体が本明細書中に包含される。

発明に関する政府の利権に関する記述
本取り組みは契約第DAMD17-03-C-0098号の下にU.S. Army Medical Research and Material Commandによって支援される。

発明の背景
１．発明の属する分野：
本発明は、水平流動式（lateral flow）核酸検出システムを使用する核酸分子の高感度検出分野に関する。

２．当技術の一般的背景および水準：
予防医学の進歩は、疾患、例えば兵士が熱帯または亜熱帯地域に配置される場合の蚊媒介性デング熱から現代の兵士を保護するために大きな役割を果たす。しかし、現地で注意を払うにもかかわらず、依然としてデング熱またはさらに深刻なデング出血熱／デングショック症候群（ＤＨＦ／ＤＳＳ）にかかっている兵士がいる。本疾患を現地レベルで迅速に検出することは、適時の処置およびそれ以上の急激な発生の予防に不可欠である。

フラビウイルス科ファミリーはおよそ７０種のウイルスを含有し、黄熱病、デング熱、ウエストナイル熱および日本脳炎を引き起こすウイルスが含まれる。国外旅行の増加のせいで、熱帯地域外で高頻度でこれらのウイルスの急激な発生が起こり始めている。米国本土では、セントルイス脳炎ウイルスの急激な発生および最近ではウエストナイルウイルスの急激な発生がニューヨークシティで始まり、米国東海岸全体に拡大した。さらに、米国には２種の媒介性の蚊、Aedes AegyptiおよびAedes albopictusが存在し、特定環境下で、それぞれデングウイルスを伝染させることが可能である。ＣＤＣによれば、この種類の伝染は南テキサスで1980、1986および1995年に検出されており、北メキシコでのデング熱の流行と関連付けられている。

デング熱およびＤＨＦ／ＤＳＳは最も重要な節足動物媒介性のヒトウイルス性疾患として出現した（Gubler and Clark, Emerg Infect Dis. 1995 Apr-Jun;1(2):55-7）。４種の異なるデングウイルス型（ＤＥＮ−１、ＤＥＮ−２、ＤＥＮ−３、およびＤＥＮ−４）が存在し、それぞれヒトの疾患を引き起こす能力がある。４種のデングウイルス血清型で保存されている３'−非翻訳配列をうまく利用して、（2002〜2003のMIDRP STO A/Lの資金援助を得て）ＴａｑＭａｎベースのＲＴ−ＰＣＲが開発された。この技術は、世界の諸地域由来のデングウイルスを定量的に同定するためのものである。

ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は正確な病原体の同定を提供するが、厳密なサンプル調製、保存期間が限定されている複雑な反応成分、正確な温度調節、洗練されたハードウェア、複雑な検出プロセス、および訓練された人材を必要とし、これらはすべて、現地または「リアルタイム」条件、例えば生物テロリストの攻撃の最中に確保することが困難なものである。

この技術は実験室での診断には適切であるが、生物学的汚染の性質および有無を迅速に評価することがその影響を最小限にするために不可欠である「リアルタイム」現地条件では有用性が限定される。タンパク質検出方法として適用されるクロマトグラフィーによる水平式アッセイ原理をＤＮＡ検出システムとして開発することができる。

ほとんどの検出システムにおいて重要な点は、生物学的病原体の存在に由来する特定の標的配列に対応する、ポリメラーゼ連鎖反応ではない核酸ベースのアプローチによって識別可能で検出可能なシグナルを誘発することである。

発明の要旨
本発明は、クロマトグラフィーによる水平流動式アッセイと併用のユーロピウム被包微粒子（europium encapsulated microparticles）および／または電気伝導度のようなシグナル増幅システムに関する。本システムは改良型の核酸検出システムであり、下記のような従来の免疫クロマトグラフィーアッセイのすべての利点を保持する：１）一段階、２）現地で使用可能、３）安定な試薬を利用、４）特殊な保存条件なし、５）迅速な結果。増幅シグナルは小型でポータブルの読み取り装置で測定され、定量的または定性的な結果が得られる。

本発明は血清型特異的な標的核酸の検出のための蛍光発生核酸試薬キットの拡大生産に関する。本発明は、高感度で、特異的で、かつ安定な凍結乾燥キット成分にさらに関する。種々の濃度のウイルス等の培養病原体、例えばデングウイルスまたはデングウイルスｃＤＮＡを検出してよい。

一態様において、本発明のシステムでは、調製済みで凍結乾燥された遺伝子増幅用試薬パッドを採用する。反応マトリックスには、バッファー、ｄＮＴＰ、ＲＮＡアーゼ阻害剤、逆転写酵素、標識された特異的プライマー、例えばデングウイルス血清型特異的プライマー（ＤＥＮ−１、−２、−３、−４）、下流プライマー（lower primer）、ビオチンｄＵＴＰ、Ｔａｑポリメラーゼ、内部標準ｍＲＮＡ、および標準ｍＲＮＡ特異的プライマーを含ませてよい。水平流動式アッセイを使用して検出し、ならびに指標シグナルを増幅するために、ビオチンｄＵＴＰを加えて核酸増幅産物を標識する。蛍光発生プライマーは、二本鎖ＰＣＲ産物に組み込まれた場合にその蛍光強度が増加するように設計されており（Nazarenko et al., Nucleic Acids Res. 2002 May 1;30(9):e37）、そのＰＣＲ産物を水平流動式免疫クロマトグラフィーアッセイに適用してデング血清型を同定する。

本発明の好ましいシステムでは、時間分解蛍光テクノロジーを使用し、好ましくは抗ハプテン抗体とコンジュゲートされたユーロピウム包埋微粒子（europium embedded micro particles）およびシグナル検出用の時間分解共焦点走査装置に基づくシステムを使用する。この特徴により、アッセイの追加の感度が提供される。この高感度のクロマトグラフィーによる水平流動式シグナル増幅システムは、蛍光検出システムより少ない閾値サイクル数（Ｃ^ｔ）しか必要としない。本発明のＰＣＲ産物検出システムは、高速（＜３０分）で、一段階方式で、安定（＜３０℃で１年を超えて保存できる）である。本アッセイは、操作が容易で、安価で、ポータブルで、熱安定性試薬を使用し、特殊な保存条件を必要としない。これらの特徴により、訓練されていない人材がリアルタイム条件で使用するための、高速で容易な調製済みＲＴ−ＰＣＲキットが得られる。

本発明の検出システムは任意の生物の検出に適用してもよく、任意の生物には、非限定的に、病原体、例えば軍事上重要なウイルス、例えばフラビウイルス、例えば日本脳炎ウイルス、黄熱病ウイルス、ウエストナイルウイルス、天然痘等が含まれる。他の病原体には、Bacillus anthracisのような細菌が含まれる。

また本発明は、ユーロピウムベースおよび／または電気伝導度ベースの標的核酸検出方法を使用する、遺伝子増幅ベースではない標的核酸ベースの検出に関する。

本発明の核酸ベースの検出システムでは、厳密なサンプル調製、保存期間が限定されている複雑な反応成分、洗練されたハードウェア、複雑な検出プロセス、または訓練された人材を伴わない条件で、生物学的病原体由来の低濃度の特定ゲノムＤＮＡ配列由来のシグナルを増幅する。また本方法は、類がなく、特異的で、シンプルであり、この増幅システムは現場に配置可能な検出モジュールにおいて操作するのが容易である。

本発明の具体的な実例では、本発明はデング３'−非翻訳領域のリアルタイム逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ−ＰＣＲ）テクノロジーベースのアッセイシステムに関し、このアッセイシステムは調製済みデングウイルス検出および診断システムに導入される。現地に配置可能で使いやすい診断上の装置を提示する。この装置では、水平流動式免疫クロマトグラフィーアッセイを使用する。この場合、リアルタイム蛍光発生サーマルサイクラーを用いる場合および用いない場合がある。本発明はリアルタイムＰＣＲおよび／または慣用のＰＣＲへの二重適用を許容する。

本発明はＲＴ反応と併せて血清型特異的情報の詳細な分析結果にさらに関する。多重ＰＣＲ反応は単一の試験管中で実行してよい（図４）。ＲＴ反応およびＰＣＲ反応用のすべての反応成分は適切な処方を用いてマトリックス中で凍結乾燥する。ビオチンｄＵＴＰまたは標識されたオリゴヌクレオチドプライマーおよび蛍光標識されたビーコンプライマーを加えて、ＰＣＲ産物を標識し、リアルタイム蛍光発生サーマルサイクラーまたは水平流動式検出キットを使用して検出する。４種のデングウイルスの血清型を単一のＰＣＲ反応で同定できる。この反応キットは室温で１年を超える期間保存できる。

本発明の水平流動式システムを使用してプローブとサンプル中の標的核酸の結合を検出可能にアッセイすることができる限り、任意の適切な検出システムを使用してよく、その検出システムには、蛍光、化学発光、酵素または任意の他の色素ベースのシステムが含まれることが理解されるべきである。前記色素システムには、フルオレセインベースの標識を有する分子ビーコン型システムを含ませてよく、あるいは他の標識、例えばビオチン標識をコロイド金コンジュゲートアビジンまたはストレプトアビジンパートナーとともに含有させるか、あるいは任意の他の検出可能でコンジュゲート可能な（conjugable）化学物質、例えばランタニド元素、例えばユーロピウムを含有させてよい。他の種類の検出標識および方法も本発明の範囲内である。

本発明は自己実施式（self-performing）の装置にさらに関する。この高速核酸検出システムには正確な量のすべての試薬および成分が含有されていて、サンプルを加えると検査結果が生成される。このシステムは内蔵の加熱パッドを有してもよい。それにより、システムはプローブオリゴヌクレオチド組成に基づくヌクレオチド標的配列の同定に正確に適合する。

サンプル中の生物学的病原体の標的ＤＮＡを、ユーロピウム粒子で標識されたオリゴヌクレオチド、ユーロピウム粒子で標識されたペプチド核酸（ＰＮＡ）と反応させてよい。この場合、光アドレスダイレクト電子読み取り（Light Addressable Direct Electrical Readout（ＬＡＤＥＲ））、または電気伝導度を用いる。水平流動式アッセイシステムとともに使用できる、前記ユーロピウムで標識されたオリゴマーおよび電気伝導度の検出方法では、コロイド金微粒子と比較して、感度が１０〜１，０００倍増加し得る。（図５）これらの２種のシグナル増幅システムでは、感度が１０３標的／１００μｌ（＝１０ａＭ）より高く増加し得る。さらに、これらの検出システムをクロマトグラフィーによる水平流動式アッセイと組み合わせると、平衡プレートアッセイと比較して１０倍を超えて感度が増加し得る（Hampl etal. Anal Biochem 2001; 176-187）。

一側面では、本発明は標的核酸を検出するための水平流動式装置であって、下記領域を含む装置に関する：貯留領域、色素領域および検査領域、この場合、貯留領域は、ハプテンで標識されたプライマーおよび／またはハプテンで標識されたｄＮＴＰを含む調製済みの核酸増幅混合物を含み；色素領域は、レポーター色素に連結された第一の種類のハプテンに対する特異的結合パートナーを含み；ならびに、検査領域は第二の種類のハプテンに対する特異的結合パートナーを含む。複数の形式の標的核酸が検出対象である場合、この装置には１種を超える異なる第二の種類のハプテンを有する貯留槽を含有させてよい。第一の種類のハプテンはビオチンであってよく、その特異的結合パートナーはストレプトアビジンであってよく、レポーター色素はユーロピウムまたは金であってよい。さらに、第二の種類のハプテンは、ビオチン、フルオロフォア、またはオリゴペプチドであってよく、その特異的結合パートナーはストレプトアビジンまたは、フルオロフォア（flurophore）またはオリゴペプチドに特異的な抗体であってよい。これは単一の形式の標的核酸が検出対象である場合である。さらに、第二の種類のハプテンは複数の種類のフルオロフォアまたはオリゴペプチドであってよく、その特異的結合パートナーは各種類のフルオロフォアまたはオリゴペプチドに特異的な抗体であってよい。標的核酸の供給源は病原体であってよく、その病原体はデングウイルス等のウイルスであってよく、種々の第二の種類のハプテンを使用してデングウイルス粒子の血清型を検出してよい。また、プライマーは分子ビーコン型であってよい。

また本発明は、サンプル中の標的核酸の存在に関するアッセイ方法であって、サンプルを上記装置の貯留領域に接触させる段階を含む方法に関し、この場合、サンプル中に標的核酸が存在すれば、標的核酸が増幅され、少なくとも２種類のハプテンで標識され、色素領域に輸送され、色素領域では、第一のハプテンが、レポーター色素に連結されているその特異的結合パートナーに結合し、毛細管作用によって検査領域を通ってさらに輸送され、検査領域上の第二の種類のハプテン特異的結合パートナーに結合し、その検出によってサンプル中に標的核酸が存在することが示される。複数の形式の標的核酸が検出対象である場合、貯留槽には１種を超える異なる第二の種類のハプテンを含ませてよい。第一の種類のハプテンはビオチンであってよく、その特異的結合パートナーはストレプトアビジンであってよく、レポーター色素はユーロピウムまたは金であってよい。第二の種類のハプテンは、ビオチン、フルオロフォア、またはオリゴペプチドであってよく、その特異的結合パートナーはストレプトアビジンまたは、フルオロフォア（flurophore）またはオリゴペプチドに特異的な抗体であってよい。これは単一の形式の標的核酸が検出対象である場合である。第二の種類のハプテンは複数の種類のフルオロフォアまたは複数の種類のオリゴペプチドであってよく、その特異的結合パートナーは各種類のフルオロフォアまたはオリゴペプチドに特異的な抗体であってよい。標的核酸の供給源は病原体であってよい。

本発明はサンプル中の標的核酸の存在に関するアッセイ方法であって、サンプルを水平流動式装置の貯留領域に接触させる段階を含む方法にさらに関し、この場合、サンプル中に標的核酸が存在すれば、標的核酸が増幅され、少なくとも１種類のハプテンで標識され、色素領域に輸送され、色素領域では、ハプテンが、レポーター色素に連結されているその特異的結合パートナーに結合し、毛細管作用によって検査領域を通ってさらに輸送され、検査領域で標的特異的オリゴヌクレオチドに結合し、その検出によってサンプル中に標的核酸が存在することが示され、この場合、検出は光アドレスダイレクト電子読み取りまたはレポーター色素の検出による。検査領域でのハイブリダイゼーションは水平流動式装置に内蔵の加熱パッドによって調節してよい。ハプテンはビオチンであってよく、その特異的結合パートナーはストレプトアビジンであり、レポーター色素はユーロピウムまたは金であってよい。

また本発明はサンプル中の標的核酸の存在に関するアッセイ方法であって、サンプルを水平流動式装置の貯留領域に接触させる段階を含む方法に関し、この場合、サンプル中に標的核酸が存在すれば、毛細管作用によって検査領域を通って標的核酸（nucleic）が輸送され、ユーロピウムで標識されている標的特異的オリゴヌクレオチドに結合する。さらに、検査領域に輸送される前に標的核酸を増幅してよい。電気伝導度およびユーロピウムの検出が使用される場合などの高感度なアッセイを使用する場合は、増幅は必要ないかもしれない。

本発明は、下記で提供される詳細な説明および添付の図面からさらに完全に理解されよう。図面は例証目的でのみ提供されるものであり、ゆえに本発明を限定するものではない。

図１Ａおよび１Ｂは、Ａ．修飾された血清型特異的上流プライマー（upper primers）；およびＢ．プライマーを使用して構築されるヘアピン構造を示す。 図２は分子ビーコンであるデングウイルス血清型特異的上流プライマーの構造を示す。 図３はＰＣＲアンチセンスプライマーおよびＲＴ反応プライマー用の下流プライマーを示す。 図４は多重ＰＣＲ増幅の図を示す。 図５Ａ〜５Ｂは本発明のアッセイシステムを示す。５（Ａ）は検査前の本システムの検査装置を示す。本装置は少なくとも２つの主要部分、装置底部のサンプルウェルおよび装置中央部の結果読み取りウインドウを有する。５（Ｂ）はアッセイ後の検査結果を示す。２本のラインは陽性を示し、１本のラインは陰性を示す。コントロールラインは組み込みの内部標準として働く。これはアッセイが適正に実施された場合に現れるはずである。 図６は多重ＰＣＲ産物同定アッセイを示す。 図７はＰＣＲ産物同定装置の図を示す。 図８は水平流動式装置の構成を示す。 図９は５'アミノ修飾因子連結型２型フォワードプライマーの構造を示す。 図１０は標識されたＰＣＲ産物を用いる免疫クロマトグラフィーＰＣＲ産物同定アッセイの構成（ストリップ形式）を示す。 図１１は標識されたＰＣＲ産物を用いる免疫クロマトグラフィーＰＣＲ産物同定アッセイの構成（装置形式）を示す。 図１２は５'ビオチン化フォワードプライマーの構造を示す。 図１３は５'ローダミンレッド標識リバースプライマーの構造を示す。 図１４は５'合成オリゴペプチド標識フォワードプライマーの構造を示す。 図１５はストリップ検査に関するアッセイ手順を示す。 図１６は装置形式のアッセイに関するアッセイ手順を示す。 図１７はデングウイルス血清型１の検出に関するリアルタイムＰＣＲおよび高速ＰＣＲ産物分析キットの比較結果を示す。両検査は１．５ｍＭ ＭｇＣｌ_２を用いて実施した。レーンＡ：４，３４０，０００コピー／検査、レーンＢ：８６８，０００コピー／検査、レーンＣ：１７３，６００コピー／検査、レーンＤ：３４，７２０コピー／検査、レーンＥ：６，９４４コピー／検査、レーンＦ：１，３８８コピー／検査、レーンＧ：２７７コピー／検査、レーンＨ：５５コピー／検査、レーンＩ：鋳型なし。 図１８はデングウイルス血清型２の検出に関するリアルタイムＰＣＲおよび高速ＰＣＲ産物分析キットの比較結果を示す。レーンＡ：３，７２０，０００コピー／検査、レーンＢ：１，２４０，０００コピー／検査、レーンＣ：４１３，０００コピー／検査、レーンＤ：１３８，０００コピー／検査、レーンＥ：４５，９００コピー／検査、レーンＦ：１５，３００コピー／検査、レーンＧ：５，１００コピー／検査、レーンＨ：１，７００コピー／検査、レーンＩ：５６７コピー／検査、レーンＪ：１８９コピー／検査、レーンＫ：６３コピー／検査、レーンＬ：２１コピー／検査、レーンＭ：鋳型なし。 図１９はデングウイルス血清型３の検出に関するリアルタイムＰＣＲおよび高速ＰＣＲ産物分析キットの比較結果を示す。両検査は１．５ｍＭ ＭｇＣｌ_２を用いて実施した。 レーンＡ：５，０９０，０００コピー／検査、レーンＢ：１，０１８，０００コピー／検査、レーンＣ：２０３，６００コピー／検査、レーンＤ：４０，７２０コピー／検査、レーンＥ：８，１４４コピー／検査、レーンＦ：１，６２８コピー／検査、レーンＧ：３２５コピー／検査、レーンＨ：６５コピー／検査、レーンＩ：鋳型なし。 図２０は光アドレスダイレクト電子読み取り（ＬＡＤＥＲ）の原理を示す。 図２１は読み取り装置の模式図およびＥＤＤＡ形式のＣＢＴチップ用の接触ヘッドの拡大図を示す。 図２２は、対応する標的とのハイブリダイゼーション前後の、２０ヌクレオチド長の捕獲プローブおよび共有結合型Ｏｓ標識で修飾されている電極の電気化学的挙動を示す。この場合、対応する標的自体はフェロセニウム（ferrocenium）（ＦｃＡｃ）標識で修飾されている。 図２３は、導電性（electroconductive）アッセイを使用する自己実施式高速核酸検出システムの構成を示す。 図２４は、時間分解蛍光発生および／または伝導率変化の検出を使用する、生物学的病原体特異的ＤＮＡ配列の検出に関するアッセイ原理の図を示す。 図２５Ａ〜２５Ｂは加熱システムの構成を示す。 図２６ＡおよびＢは加熱システムの構成を示す。 図２７ＡおよびＢは加熱システムの構成を示す。 図２８は機器コネクター部分を有する検査装置の図を示す。 図２９は医療検査用遺伝子針（gene point of care testing）（ＧＰＯＣＴ）装置を示す。この装置は統合型ＤＮＡサンプラーである。 図３０はＧＰＯＣＴ装置の詳細な態様を示す。 図３１はＧＰＯＣＴ装置の詳細な態様を示す。

好ましい態様の詳細な説明
本出願では、「ａ」および「ａｎ」を使用して、単一の対象および複数の対象の両者を表す。

本明細書中で使用される「複数の形式の標的核酸」とは、複数のアイソフォームまたは血清型の標的核酸、例えばデングウイルスの核酸を表し、デングウイルスの場合は４種の血清型を有してよい。

本明細書中で使用される場合、プローブ設定で使用される用語である「核酸」または「オリゴヌクレオチド」とは任意のヌクレオチド鎖を表す。ゆえに、ＤＮＡ、ＲＮＡまたはＰＮＡが含まれる。

本明細書中で使用される「核酸増幅」とは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、Ｑβレプリカーゼ、鎖置換アッセイ（ＳＤＡ）、核酸配列ベースの増幅（ＮＡＳＢＡ）、またはカスケード式ローリングサークル増幅（ＣＲＣＡ）を表す。

本明細書中で使用される、核酸増幅の関連での「調製済み（ready to use）」とは、標的核酸を含むサンプルとの接触時に標的核酸の増幅を実行するために必要なすべての試薬および酵素を表す。

一側面では、本発明は核酸検出用シグナルを生成させることに関する。本方法は、シグナルを高感度に測定するための種々の標識またはハプテンを使用することを含んでよい。

本発明の一側面では、調製済み核酸増幅プレミックスを容器に含ませてよい。プレミックスにサンプルを加え、核酸増幅を実行してよい。プレミックスには、核酸増幅用試薬、例えば５'および／または３'末端で識別可能に標識されているプライマーを含有させてよい。リアルタイムＰＣＲの適用では、分子ビーコン様式において単一プライマーの５'および３'末端を識別可能に標識してよい。この場合、一方の末端にはフルオロフォアが存在し、他方の末端にはクエンチャーが存在する。これらの各標識はハプテンとみなしてよい。その理由は、これらの標識に対する抗体が入手可能で、それらを作成することができるからである。さらに、ハプテンで標識されているｄＮＴＰ、例えばビオチンで増幅産物本体を適宜標識してよい。プレミックスは乾燥または凍結乾燥してよい。プレミックスは等温増幅ＰＣＲおよび／またはリアルタイムＰＣＲによる増幅に好適であってよい。

水平流動式アッセイでは、色素領域に流動可能な標的核酸（通常は切断部分）を含有する、ハプテン化（haptenized）または標識されている増幅核酸または未増幅ゲノムＤＮＡを、水平流動式アッセイ装置上の貯留領域で接触させる。貯留領域にはハイブリダイゼーション条件または抗体／抗原結合条件または他の特異的結合対条件に適切な試薬を含有させる。

その後、核酸は色素領域に進むであろう。色素領域には、核酸およびその核酸に結合しているハプテンからなる標的核酸複合体に対する特異的結合パートナーを含有させる。ゆえに、特異的結合パートナーは、標的特異的オリゴヌクレオチド、ハプテンの１つに対する抗体または高親和性リガンド、例えばストレプトアビジンであってよく、ストレプトアビジンは高親和力でビオチンに結合する。特異的結合パートナーを色素、好ましくは高感度の色素、例えばユーロピウムまたは金に連結またはコンジュゲートして、標的核酸特異的結合パートナーと色素の複合体を形成させてよい。別法では、異なる標識を用いて特異的結合パートナーをさらにハプテン化してよい。さらに、オリゴヌクレオチド特異的結合パートナーに関する標識は、任意の手段によってその標識が検出可能である限り、ユーロピウム、フルオロフォア、ＦＩＴＣ、ビオチン、オリゴペプチド等であってよい。

複合体が検査領域に移動するにつれて、検査領域には、標的核酸複合体中の他のハプテンの１つに対する別の特異的結合パートナー、例えば標的核酸に特異的なオリゴヌクレオチドを固定してよく、その時点で、複合体が検査領域上の異なる特異的結合パートナーと結合すれば標的核酸の存在が示される。色素領域で使用されるオリゴヌクレオチドおよび検査領域に固定されるオリゴヌクレオチドはペプチド核酸またはＲＮＡであってよい。検査領域上にＤＮＡオリゴヌクレオチドが固定される場合、標的核酸複合体と検査領域上のオリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションによって電気伝導度シグナルが生成され、そのシグナルを高感度ＬＡＤＥＲアッセイによって測定できる。さらに、ユーロピウムで標識されているオリゴヌクレオチドと検査領域上に固定されているオリゴヌクレオチドまたはＰＮＡをハイブリダイズさせる場合、ＬＡＤＥＲアッセイおよびユーロピウムアッセイの感度を組み合わせた高感度アッセイが行われる。例えば、ユーロピウムで標識されている部分が一体となって結合すると、ユーロピウムが強いシグナルを生じる。ユーロピウムで標識されている領域は固定済みの核酸に結合しないが、ユーロピウムで標識されていない部分の核酸だけが結合すれば、代替アッセイとしてＬＡＤＥＲ伝導率が利用可能である。

本発明の別の側面では、検査領域には、標的特異的オリゴヌクレオチドおよび／または、標的核酸をさらに識別し、特定するためのハプテンの１つに関する少なくとも１つの他の特異的結合パートナーを固定してよい。ゆえに、ある特定態様では、標的核酸上のハプテンの１つに対する特異的結合パートナー、例えば５'標識または３'標識のいずれかに特異的なパートナーを検査領域に固定してよく、標的核酸に対するオリゴヌクレオチドプローブを固定して、高い特異性で標的核酸の検出が行われるようにしてもよい。

下記説明では、ＰＣＲ核酸増幅法を使用するデングウイルスの検出を例証するが、任意の化学的に駆動される核酸増幅法、例えばＰＣＲ、ＬＣＲ、ＮＡＳＢＡ等を使用して任意の病原体を検出してよいことが理解される。

逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ−ＰＣＲ）
逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ−ＰＣＲ）は正確なウイルス性病原体の同定をもたらすが、従来通りに使用される場合、厳密なサンプル調製、保存期間が限定されている複雑な反応成分、正確な温度調節、洗練されたハードウェア、複雑な検出プロセス、および訓練された人材を必要とするのが現状である。本技術は実験室での診断に適しているが、「リアルタイム」現地条件では有用性が限定される。

本発明のシステムは汎用および血清型特異的な微生物の検出、例えばデングウイルス検出用のＲＴ−ＰＣＲ試薬キットの生産を最適化し、拡大する。乾燥および調製済みデングアッセイキットを作成するための特別な凍結乾燥プロトコルを開発する。キットは単一試験管中のＲＴ反応多重ＰＣＲ反応に関するすべての成分を含有する。本キットは、一般的なサーマルサイクラーまたはリアルタイムＰＣＲサーマルサイクラー、例えば蛍光発生ＰＣＲサーマルサイクラーで使用できる。

ウイルスＲＮＡの抽出
QiAamp Viral RNA Handbook（Qiagen Inc. Valencia, CA 91355）にしたがって、ウイルス感染血清、例えばデング感染血清のウイルス懸濁液からウイルスＲＮＡを抽出する。

分子ビーコン血清型特異的プライマーのデザインシンセシス
分子ビーコンはステムアンドループ構造を形成する「ヘアピン」オリゴヌクレオチドであり、内部レポーターシグナル、例えば蛍光レポーターおよびクエンチャー分子を有する。それらがヘアピン構造を形成すると、蛍光レポーターおよびクエンチャー分子はともに接近し、蛍光が抑制される。それらが相補的標的配列に結合すると、その高次構造が遷移して、蛍光のスイッチがオンになる（Bonnet et al., Proc Natl Acad Sci U S A. 1999 May 25;96(11):6171-6.）。このヘアピン分子ビーコンは蛍光発生ＰＣＲプライマーまたは蛍光発生プローブとして使用できる。オリゴヌクレオチドプライマーを修飾してフルオロフォアを有するヘアピン構造を形成させると、そのプライマーによってその低い初期蛍光を提供することができ、その蛍光はＰＣＲ産物の形成にしたがって８倍まで増加する（Nazarenko et al., Nucleic Acids Res. 2002 May 1;30(9):e37）。ヘアピンオリゴヌクレオチドは線状プライマーと同程度に効率的であろうし、プライマー二量体およびミスプライミングを妨げることによってＰＣＲに追加の特異性をもたらす。

上記研究に基づいて、上流プライマーを修飾してヘアピン構造を形成させてよい（図１）。ヘアピンプライマーを作成するために、プライマーの３'末端に相補的な５'尾部を伸長させる。５'尾部はその融点未満の温度で平滑末端のヘアピンを形成する。レポーターフルオレセイン（6-FAM^TM（５２０ｎｍ）、HEX^TM（５５６ｎｍ）、Texas Red^{（登録商標）}（６０３ｎｍ）、Bodipsy^{（登録商標）}（６４０ｎｍ）、等）で３'末端から３番目または４番目の塩基（Ｔ）を標識する。クエンチャーフルオレセイン（Iowa black^TM（クエンチング範囲５２０ｎｍ〜７００ｎｍ））で３'末端に相補的な伸長済み５'末端の配列を標識する。すべてのレポーター色素およびクエンチャーはIntegrated DNA Technology, Inc.（Coralville, IA）およびMolecular Probes, Inc.（Eugene, OR）から入手できる。予測される二次構造および蛍光標識位置を図２に示す。

本発明の別の側面では、フルオレセインは、水平流動式高速一段階同定検査キットを使用して血清型特異的ＰＣＲ産物を同定するための抗ハプテン抗体と反応するハプテン抗原としても機能する。

アンチセンスプライマーおよびＲＴプライマーのデザインシンセシス
デング１〜３の３'−非翻訳配列間で良好なホモロジーを有する汎用のアンチセンスプライマーＤＶ−Ｌ１（ヌクレオチド残基３６８〜３８８）を、これらのウイルスに関するＲＴプライマーとして設計する。デング４のゲノムはＤＶ−Ｌ１配列とかなりのホモロジーを共有するが、図３に示されるようにＤＶ−Ｌ１プライマー内に５個のヌクレオチドミスマッチが存在する。したがって、デング４ウイルスの検出に関するＲＴ反応では、別のアンチセンスプライマーＤＶ−Ｌ２を特に使用する。これら２種のアンチセンスプライマー（ＤＶ−Ｌ１およびＤＶ−Ｌ２）を汎用ＲＴプライマーセットとして使用し、全４種のデングウイルス血清型に関するＲＮＡを転写する（Houng et al., 2001 J. Virol. Meth. 95:24-35）。

単一試験管中の多重ＲＴ−ＰＣＲ反応
ＲＴ反応および多重ＰＣＲ反応は単一の試験管中で実行してよい（図４）。ＲＴ反応およびＰＣＲ反応用のすべての反応成分は適切な処方を用いてマトリックス中で凍結乾燥する。ビオチンｄＵＴＰおよび標識されたオリゴヌクレオチドプライマーおよび蛍光標識されたビーコンプライマーを加えて、ＰＣＲ産物を標識し、リアルタイム蛍光発生サーマルサイクラーまたは水平流動式検出キットを使用して検出する。４種のデングウイルスの血清型を単一のＰＣＲ反応で同定できる。この反応キットは室温で１年を超える期間保存できる。

ＰＣＲの結果の同定
本調製済みキットに関して市販のリアルタイム蛍光発生ＰＣＲシステムを使用できる。蛍光検出システムに応じて、調製済みキットを調節してカスタマイズできる。さらに、リアルタイムサーマルサイクラーがなく、理想的でない実験室条件下で本キットを使用できる。

水平流動式免疫クロマトグラフィーアッセイは増幅されたＰＣＲ産物を同定するための代替システムである。本方法は、類がなく、特異的で、現地に配置可能なシステムにおいて操作が容易である。本システムは実質的にすべての生物学的病原体およびウイルスに対して機能し、現地または「リアルタイム」条件で、例えば米国兵士がデング流行地域に配置される事例において確実な結果を提供する。

非ＰＣＲ水平流動式核酸検出
自己実施式高速核酸検出システムの構成は図２３に示される通りである。その構成には正確な量のすべての試薬および成分が含有されていて、サンプルを加えると検査結果が生成される。また、このシステムは内蔵の加熱パッドを有し、それにより、プローブオリゴヌクレオチド組成に基づくヌクレオチド標的配列の同定に正確に適合する。このアッセイの原理は図で説明される通りである（図２４）。サンプルはまず貯留パッドを通る。貯留パッドは、サンプルのｐＨを最適化するためのバッファー、サンプル中のすべての成分を懸濁するための界面活性剤、および装置を通して適切な流動を生じさせるための多孔性フィルターを含有する。次いでサンプルは毛細管作用によって色素領域へ流動し、色素領域では、サンプル中の生物学的病原体の標的ＤＮＡが、ユーロピウム粒子で標識されているオリゴヌクレオチドまたはペプチド核酸（ＰＮＡ）と反応する。上記のように形成された反応複合体は吸い上げ膜（wicking membrane）を通って移動し、この場合、伝導率検査およびコントロール領域には捕獲オリゴヌクレオチドが包埋されている。最初のユーロピウム標識済みプローブ反応では標的ヌクレオチド配列を開示することができる。

時間分解蛍光を用いる水平流動式アッセイ
水平流動式アッセイ形式で超高感度時間分解蛍光（ＴＲＦ）色素を使用する。その使用により、水平流動式アッセイの有益な側面を保ちつつ、改良された感度が確保される。ナノサイズＴＲＦ色素は、β−ジケトンによってエントラップされている３０，０００〜２，０００，０００個のユーロピウム分子を含有する。これは既知のランタニドキレート剤のうちで最高の量子収量の１つを有するものである（Harma, Technology Review 126/2002, TEKES, National Technology Agency, Helsinki 2002）。この被包化は色素の蛍光収率に対する影響を実質的に有さない。典型的な１００ｎｍサイズのユーロピウム粒子では、蛍光収率は約３，０００分子のフルオレセインに相当する。それに比べて、フィコビリンタンパク質Ｂ−ＰＥ（おそらく最高の既知蛍光物質）は約３０個のフルオレセイン分子に相当する蛍光収率を有する。１００ｎｍ粒子は直径がフィコビリンタンパク質Ｂ−ＰＥの約１０倍であり、容量／質量が１０００倍大きいため、Seradynユーロピウム粒子はモルベースではＢ−ＰＥより１００倍高い蛍光性であるが、容量／質量ベースでは１０％の蛍光性でしかない（Seradyn, Color-Rich^TM Dyed and Fluoro-Max^TM Florescent Microparticles Technical Bulletins 1999）。このＴＲＦ色素粒子を用いる水平流動式アッセイでは、ｐｇ／ｍｌレベルまで検出感度が増加し得る。したがって、閾値サイクル数（Ｃｔ）を１０サイクルまで減少させることができることを意味する。この特徴によって追加の特異性が提供される。

本システムは、複雑で高価な自動機器を必要としないシンプルで自己実施式の一段階方式を必要とする。本発明の自己実施式アッセイストリップを含有する小さいプラスチック片およびその検査結果の例を図５に示す。

本明細書中で提供されるアッセイシステムを用いれば、単一のサンプリングで追加の手順段階を行わずに複数の分析物を検出することが可能である。免疫クロマトグラフィーアッセイシステムが好ましい。種々の抗体−色素コンジュゲートを色素パッド領域に包埋し、各レポーター色素に特異的な抗体を膜上の別のゾーンにそれぞれ固定すれば、各検査ラインは特定の各デング血清型に特有の情報を提供する（図６）。

現地に配置可能な検出システム
現地に配置可能な検出システムが考慮される。ストリップ読み取り装置を使用してサンプルの存在を検出してよい。例えば、時間分解ランタニド発光を測定するための機器を使用してよい。この機器は、窒素レーザー、回折格子分光計、電荷結合素子（ＣＣＤ）および時間ゲート開閉用の機械的チョッパーを装備している。

本発明の範囲は本明細書中に記載の特定態様によって限定されないものとする。実際、前記説明および添付の図面から、本明細書中に記載されるものに加えて本発明についての種々の修飾が当業者には自明となる。このような修飾は特許請求の範囲内に入るものとする。下記実施例は本発明を説明するために提供されるものであり、限定するためのものではない。

ポジティブコントロールであるデングウイルスｃＤＮＡおよび内部標準であるウサギグロビンｍＲＮＡを用いて例証する段階的手順を以下に挙げる。増幅ＰＣＲ産物同定システムの全体の設計を説明する。

分子ビーコンプライマーの設計
Beacon Designer 2（Bio-Rad）プライマーおよびプローブ設計ソフトウェアを使用して分子ビーコンプライマーを設計する。

二重標識分子ビーコンプライマーの調製
種々のレポーターフルオレセイン（Oregon Green^{（登録商標）}（５１７ｎｍ）、6-FAM^TM（５２０ｎｍ）、HEX^TM（５５６ｎｍ）、TAMRA^TM（５７３ｎｍ）、Texas Red^{（登録商標）}（６０３ｎｍ）、Bodipsy^{（登録商標）}（６４０ｎｍ）、等）で３'末端から３番目または４番目の塩基（Ｔ）を標識する。クエンチャーフルオレセイン（Iowa black^TM（クエンチング範囲５２０ｎｍ〜７００ｎｍ））で３'末端に相補的な伸長済み５'末端の配列を標識する。すべてのレポーター色素およびクエンチャーはIntegrated DNA Technology, Inc.（Coralville, IA）およびMolecular Probes, Inc.（Eugene, OR）から入手できる。

内部品質管理システム
調製済みキットは、内部反応標準である１ｎｇのウサギグロビンｍＲＮＡおよび２種の各グロビン特異的ＰＣＲプライマーを含有する。ウサギグロビンｍＲＮＡのＰＣＲ産物を水平流動式同定キットによってコントロールゾーンで検出する。このコントロールゾーンの強度を半定量的結果に関する参照として使用できる。

調製済みＲＴ−ＰＣＲ反応キット
種々のマトリックス媒体、例えばセルロース、ガラス繊維、ポリエステルまたはレーヨン等を評価する。以下に列挙する配合成分を凍結乾燥機において一定減圧下で乾燥する。最適な試薬の再構成およびＲＴ−ＰＣＲ反応に関してマトリックスを選択する。

配合成分のリスト：
ＲＴ−ＰＣＲバッファー
適切な濃度のＭｇＣｌ２
ｄＮＴＰ
ビオチンｄＵＴＰ（ビオチン−１６−ｄＵＴＰまたはビオチン−２１−ｄＵＴＰ）
ＲＮＡアーゼ阻害剤
逆転写酵素
標識済みデングウイルス血清型特異的プライマー（１、２、３、４型）
標識済み下流プライマー
ウサギグロビンｍＲＮＡ
２種のグロビン特異的ＰＣＲプライマー
Ｔａｑポリメラーゼ
安定剤（ＲＮアーゼ／ＤＮアーゼフリーのＢＳＡおよび糖、等）

この段階の主目的は、すべての成分の解放およびＲＴ−ＰＣＲ反応条件下での再構成と組み合わせる最適な凍結乾燥および重要な成分の保存条件を見出すことである。化学物質、例えば非限定的にバッファー、界面活性剤、糖およびポリマーおよび生体材料、例えばタンパク質および他の生体ポリマーの種々の組み合わせを試験し、最良の条件を見出す。調製済みＲＴ−ＰＣＲキットをiCycler IQ^TM（BioRad）およびABI 7700リアルタイム蛍光発生サーマルサイクラーによって試験する。ＭｇＣｌ２濃度は水平流動式アッセイの成功に関する重要な要因である。好ましいＭｇＣｌ２濃度の範囲は約１．５ｍＭを超えない範囲であり、特定量のＭｇＣｌ２を超えるとプライマー二量体および偽陽性の結果が認められる。ビオチンｄＵＴＰを加えると、捕獲能の向上または指示薬結合能の向上のために感度が増加する（表１）。標識および未標識の比率をコントロールし、過剰の捕獲および指示薬量を適用することによって、基質阻害を克服した。

表１は、デングウイルス血清型２の検出に関する、標識済みプライマーを用いた増幅ＰＣＲの結果と標識済みプライマーおよびビオチンｄＵＴＰの取り込みを用いた増幅ＰＣＲの結果間の比較データを示す。

表１．デングウイルスの増幅ＰＣＲの結果間の比較データ

水平流動式高速ＰＣＲ産物同定検査キット
検査の構成
本発明の検査キットは自己実施式の装置として設計する。図７に描写されるような水平流動式高速ＰＣＲ産物同定検査キットには正確な量のすべての試薬および成分がその貯留パッドに含有されていて、サンプルを加えると検査結果が生成される。そのアッセイの原理および構成は図８に記載される通りである。サンプルはまず貯留パッドを通る。貯留パッドには、サンプルのｐＨを最適化するためのバッファー、サンプル中のすべての成分を懸濁するための界面活性剤、未反応基質、例えば標識済みプライマーおよびビオチン化ｄＵＴＰを分離するための分離カラム材料、例えばセファロースビーズ、等、および装置を通して適切な流動を生じさせるための多孔性貯留槽を含有させる。その後、サンプルは毛細管作用によって色素領域へ流動し、色素領域では、サンプル中のデングウイルスＤＮＡの血清型特異的ＰＣＲ産物が、ユーロピウム粒子で標識済みのストレプトアビジンと反応する。上記のように形成された反応複合体は、抗蛍光色素抗体による検査領域ならびにコントロール領域とともに包埋されている吸い上げ膜を通って移動する。

この検査は最小限の訓練を受けた人が現地で実施してよく、使い捨て検査カードに１または２滴のＤＮＡ抽出サンプルを加えた後１０分以内に迅速な結果が得られる。標識済みのストレプトアビジンおよび標的ＤＮＡの複合体は検査およびコントロール領域で捕獲される。検査領域では各血清型特異的ＰＣＲ産物が識別され、シグナル検出用の標識としてユーロピウムを使用する場合、時間分解蛍光走査装置を装備している読み取り装置でこの領域を検出できる。独立したコントロール領域では、内部品質管理システムとして任意の増幅ＰＣＲ産物が検出される。このコントロール領域の反応によって、重要な検査用コンポーネントが適切に機能していることが保証される。

捕獲用抗色素抗体を固定する調製
蛍光色素に対する抗体によって、シグナルの増強および蛍光色素で標識済みのＰＣＲ産物の二次検出の両者に関するまたとない機会が提供される。Molecular Probes, Inc.（Eugene, OR）から種々の抗フルオロフォア抗体が入手可能である。プリント装置（BioDot Corp.）を使用して、０．５〜２ｍｇ／ｍｌの範囲の諸濃度で厚さ０．５〜１ｍｍで各抗体をプリントする。可視バンドの質および抗体の結合特性はPonceau法（Hassan, J., et al, J. Clin. Lab. Immunol., 24:104, 1987）によって検査できる。

抗ハプテン抗体コンジュゲート微粒子の調製
ユーロピウム粒子
Seradyn（Indianapolis, Indiana）およびMolecular Probes（Eugene, Oregon）から種々の粒子サイズ（５０ｎｍ〜３００ｎｍ）のユーロピウム粒子を購入した。１０ｍｍｏｌ／ＬのＮ−（３−ジメチルアミノプロピル）−Ｎ'−エチルカルボジイミドおよび１００ｍｍｏｌ／ＬのＮ−ヒドロキシスルホスクシンイミドで３０分間ユーロピウムキレートナノ粒子のカルボキシル基を活性化した。活性化された粒子を５０ｍＭ ＭＥＳバッファー、ｐＨ６．１で１回洗浄した。５ｍｇ／Ｌの抗体またはストレプトアビジンを加えた。２時間インキュベートした後、抗体またはストレプトアビジンコーティング済み粒子を５０ｍＭ ＭＥＳバッファー、ｐＨ６．１で３回洗浄した。

金粒子
British Biocell International（UK）から種々の粒子サイズ（２０ｎｍ〜２００ｎｍ）の金粒子を購入した。最適なコンジュゲーションのために、コロイド金溶液のｐＨを６．５に調節した。５ｍｇ／Ｌの抗体またはストレプトアビジンを加えた。１５分間インキュベートした後、２ｇ／Ｌのウシ血清アルブミンを加えた。抗体またはストレプトアビジンコーティング済み粒子を１０ｍＭリン酸バッファー、ｐＨ７．４で２回洗浄した。

ストレプトアビジンに対する微粒子コンジュゲーションの最適化
ストレプトアビジンの濃度、コンジュゲートのブロック製法（blocking formulation）およびコンジュゲートの保存の影響を種々の条件下で測定する。また、共有結合性の架橋を測定する。コンジュゲーション収率および拡大の可能性は最適化システムの選択において重要な決定要因である。

抗ハプテン抗体に対する微粒子コンジュゲーションの最適化
抗ハプテン抗体の濃度、コンジュゲートのブロック製法およびコンジュゲートの保存の影響を種々の条件下で測定する。また、共有結合性の架橋を測定する。コンジュゲーション収率および拡大の可能性は最適化システムの選択において重要な決定要因である。

キット構築
色素領域
この段階の主目的は、湿式アッセイ条件下での標識済みストレプトアビジンまたは抗体の解放と組み合わせる最適な色素−ストレプトアビジンまたはハプテン−抗体コンジュゲートの保存条件を見出すことである。化学物質、例えば非限定的にバッファー、界面活性剤、糖およびポリマーおよび生体材料、例えばタンパク質および他の生体ポリマーの種々の組み合わせを試験して、最良の条件を見出す。

貯留領域
サンプルは貯留領域に適用されるので、種々の組み合わせの化学物質および生体材料でアッセイに最適な条件に調整される。

吸い上げ膜
このコンポーネントは核酸サンプルの毛細管移動を促すので、核酸が効率的に動員され、捕獲用ストレプトアビジンに結合している標識済み標的核酸間の免疫反応が許容され、長期間にわたって強い毛細管作用が提供されるはずである。適切な安定剤とともに使用される界面活性剤の最適濃度を見出すことも重要である。

水平流動式アッセイ
本システムの構成は抗原−抗体免疫クロマトグラフィーアッセイと同様であるが、ストレプトアビジンをコロイド金粒子にコンジュゲートさせて、ストレプトアビジン−ビオチン相互作用によってシグナルを生成させることができる。血清型２特異的プライマーを蛍光ハプテン、例えばローダミンレッドで標識した。抗ローダミンレッド抗体をニトロセルロース膜上に固定した。サンプルはまず貯留パッドを通り、毛細管作用によって色素領域へ流動し、色素領域では、デングウイルスの血清型特異的ＰＣＲ産物がコロイド金コンジュゲート型ストレプトアビジンと反応する。上記のように形成された反応複合体は吸い上げ膜を通って移動し、この場合、検査およびコントロール領域には抗蛍光色素抗体が包埋されている。

水平流動式のデングウイルス血清型２の検査を首尾良く適用して、デングウイルス血清型２特異的ＰＣＲ増幅を検出および同定することができた。デングウイルス血清型２の検査の検出限界は＜１００ｐｇ／検査であった。この値は＜１フェムトモル／検査に相当する。理論的には、この感度は１桁のコピーのデングウイルスｃＤＮＡから増幅ＰＣＲ産物を検出するのに十分である。

ここに報告するデングウイルス血清型２の検査は最小限の訓練を受けた人が現地で実施することができ、使い捨て検査カードにＰＣＲ産物を加えた後１０分以内に迅速な結果が得られる。また、本システムはシンプルで自己実施式の一段階方式であり、複雑で高価な実験室条件を必要としない。

イソチオシアン酸フルオレセイン（fluorecein）（ＦＩＴＣ）コンジュゲート型オリゴヌクレオチドの調製
イソチオシアン酸フルオレセイン（ＦＩＴＣ）はSigmaから購入した。コンジュゲーション用に、１２炭素鎖（Ｃ１２）アミノ修飾因子リンカーでデングウイルス２型フォワードプライマーの５'を修飾した。（図９）慣用の手順を使用して修飾型オリゴマーにＦＩＴＣを結合させた。

水平流動式アッセイの準備
ストレプトアビジンをコロイド金粒子にコンジュゲートさせ、抗原−抗体反応によってシグナルを生成させることができる。リバースプライマー（ＤＶ．Ｌ１）の５'末端にビオチン分子をコンジュゲートさせる。フォワードプライマー（ＤＶ２．Ｕ）の５'末端にＦＩＴＣ分子をコンジュゲートさせる。その修飾型フォワードおよびリバースプライマーを有する増幅ＰＣＲ産物はビオチンおよびＦＩＴＣ両分子を含有する。ＰＣＲ増幅中にビオチンｄＵＴＰが取り込まれる。検査用ストリップにこのサンプルを適用すると、増幅ＰＣＲ産物のビオチンタグがストレプトアビジンコンジュゲート型コロイド金と反応する。そしてＰＣＲ産物−金コンジュゲート複合体はクロマトグラフィーの毛細管力によってニトロセルロース膜を通って移動する。その複合体は固定済み抗ＦＩＴＣ抗体によって捕獲される。捕獲された金またはユーロピウム粒子の量に応じて、可視シグナルが生成される（図１０）。装置形式の構成は図１１に示される通りである。

１型、２型、および３型のビオチン標識済みフォワードプライマーの調製
デングウイルスフォワードプライマー（ＤＶ１．Ｕ、ＤＶ２．Ｕ、およびＤＶ３．Ｕ）の５'末端にビオチン分子をコンジュゲートさせた。各フォワードプライマーの５'を６炭素鎖（Ｃ６）リンカーで修飾した（図１２）。

ローダミンレッド標識済みリバースプライマー（ＤＶ．Ｌ１）の調製
リバースプライマーを修飾し、リバースプライマー（ＤＶ．Ｌ１）の５'末端にローダミンレッド分子をコンジュゲートさせた（図１３）。

オリゴペプチド標識済みリバースプライマー（ＤＶ２．Ｕ）の調製
フォワードプライマーを修飾し、プライマー（ＤＶ２．Ｕ）の５'末端に合成オリゴペプチド分子をコンジュゲートさせた（図１４）。

ストリップ形式アッセイのアッセイ手順（図１５）
１）サンプル適用
種々の鋳型濃度での増幅ＰＣＲ産物、金またはユーロピウムコンジュゲートおよびバッファーを混合し、ニトロセルロース膜上に接触させて加える。

２）アッセイ用バッファー
界面活性剤を含有するＰＢＳを慣用の方法にしたがって調製した。

３）アッセイ
１０分後に検査結果を読み取る。

装置形式アッセイのアッセイ手順（図１６）
１）サンプル適用
種々の鋳型濃度での増幅ＰＣＲ産物、例えば２μｌのＰＣＲ産物をサンプルウェルに加えた。

２）アッセイ用バッファー
慣用の方法を使用して界面活性剤を含有するＰＢＳを調製した。そしてシグナル検出用の標識に特異的な２〜３滴の顕色溶液をニトロセルロース上で装置と接触させる。

３）アッセイ
１０分後に検査結果を読み取る。

図１７、１８、および１９はデング血清型１、２、および３に関するリアルタイムＰＣＲおよび高速ＰＣＲ産物分析キットの比較結果を示す。

電気伝導度およびユーロピウム標識済みオリゴヌクレオチドを用いる水平流動式アッセイ
光アドレスダイレクト電子読み取り（ＬＡＤＥＲ）の原理は一本鎖（「孤立化（isolating）」）および二本鎖（「導電（conducting）」）形式のオリゴヌクレオチドの伝導率の差異に基づく。この伝導率の差異はスイッチとみなすことができる。捕獲プローブを電極に連結し、電子供与体／受容体複合体（ＤＡ）を取り付け、溶存活性成分を加えることによって分子の電気回路を構築する。電子供与体／受容体複合体は第二の光誘発性スイッチとして働く。入射光線はＤからＡへの電荷移動を誘発し、プローブがハイブリダイズすれば、電子はそこから電極へ移動することができる。活性成分によってＤＡ複合体に電荷が補充されると回路が閉じ、連続循環によって非常に増幅された読み取りシグナルが生成される。ＬＡＤＥＲの原理はEP 1144685 B1およびDE 19921940 C2に記載される通りである。EP 1144685 B1にはＬＡＤＥＲテクノロジーに関する電気化学的複合体として保護光合成反応中心および類似のシステムが記載される。前記文献の内容は電気伝導度テクノロジーの操作に関するその全体が参照により本明細書中に包含される。

供与体／受容体複合体は、光合成に関して反応中心として知られる色素／タンパク質複合体において有効に働く。これは光誘発後１００ｐｓ以内にポルフィリン供与体からキノン（chinon）受容体への電子伝達能を有する。この色素／タンパク質複合体はキノン受容体および残りの（アポ）タンパク質に容易に分離し得る。キノン受容体を修飾して、アポタンパク質とプローブ結合型キノン受容体の再構成後に一方ではオリゴヌクレオチド捕獲プローブに共有結合し、他方では（アポ）タンパク質に共有結合することができるようにする。

このアプローチは図２０の反応スキームに記載される通りである。ユビキノン（ＵＱ）欠損光合成反応中心を再構成し、二本鎖ＤＮＡに結合しているＵＱに架橋させる。ポルフィリン系Ｐによって供与体を表し、一方ユビキノン部分は受容体Ａを形成する。第一段階（１）の照射によって励起状態Ｐ＊−ＵＱが創出され、その状態は次の段階（２）で一時的に安定な電荷分離状態Ｐ^＋−ＵＱ⁻に進行する。この状態からＤＮＡ（３）を超えて電極（４）へ電子が取り出され、それによりＰ^＋−ＵＱ⁻がＰ^＋−ＵＱに酸化されて、測定可能な陽極の光電流が生じる。初期状態に戻るサイクルは還元剤シトクロムｃ^２＋（Ｘ）によって終結し、シトクロムｃ^２＋自体は系をＰ−ＵＱに還元する（５）ことによって酸化される。

値を読み取って解釈し、個別の各スポットでの参照および測定シグナル間の自動比較によって定性的および定量的に同定してよい。図２１は読み取り装置の模式図およびＥＤＤＡ形式のＣＢＴチップ用の接触ヘッドの拡大図を示す。読み取り装置は部分的に展開され、シンプルな「プレス底（press bottom）」アプローチによって実施するのに必要な全液体取扱い段階を可能にする。バーコード付きチップの参照用測定データ（ハイブリダイゼーション前）を内部バッファーに保存し、ハイブリダイゼーション後の実測データと比較する。電極ごとの差異の値を外部コンピュータスクリーンに表示し、その値をさらに処理することができる。

二本鎖ＤＮＡ対一本鎖ＤＮＡの伝導率およびそれに関連するトンネル効果パラメータ（tunnelling parameter）βをさらに調査した。その調査は、電気化学的インピーダンス分光学を用いて種々の長さのＤＮＡ一本鎖および二本鎖に関する電子伝達速度定数を測定することによって行った。図２２は、対応する標的とのハイブリダイゼーション前後の、２０ヌクレオチド長の捕獲プローブおよび共有結合型Ｏｓ標識で修飾されている電極の電気化学的挙動を示す。この場合、対応する標的自体はフェロセニウム（ＦｃＡｃ）標識で修飾されている。一本鎖の状態では、予測されるように捕獲プローブの遠隔末端のＯｓ標識に起因する電気化学的応答がある。ハイブリダイゼーション後は、フェロセニウム標識に起因する追加のピークが現れる（ＦｃＡｃピーク）。これにより、捕獲プローブの遠隔末端のＯｓ標識が電気化学的に走査できることばかりでなく、ハイブリダイゼーションの効率は１００％に近いことも実証される（捕獲プローブおよび標的を表す標識の２つのピークはほぼ同一の高さである）。

伝導率検出器を用いるクロマトグラフィーアッセイ
自己実施式の高速核酸検出システムの構成（図２３）には正確な量のすべての試薬および成分が含有されていて、サンプルを加えると検査結果が生成される。また、このシステムは内蔵の加熱パッドを有し、それにより、プローブオリゴヌクレオチド組成に基づくヌクレオチド標的配列の同定に正確に適合する。このアッセイの原理は図２４に図示される通りである。サンプルはまず貯留パッドを通る。貯留パッドは、サンプルのｐＨを最適化するためのバッファー、サンプル中のすべての成分を懸濁するための界面活性剤、および装置を通して適切な流動を生じさせるための多孔性フィルターを含有する。その後、サンプルは毛細管作用によって色素領域へ流動し、色素領域では、サンプル中の生物学的病原体の標的ＤＮＡが、ユーロピウム粒子で標識済みのオリゴヌクレオチドと反応する。上記のように形成された反応複合体は吸い上げ膜を通って移動し、この膜には、伝導率検査およびコントロール領域に適した捕獲用オリゴヌクレオチドが包埋されている。最初のユーロピウム標識済みプローブ反応では標的ヌクレオチド配列を開示することができる。

本明細書中で提案される検査は最小限の訓練を受けた人が現地で実施してよく、使い捨て検査カードに１または２滴のＤＮＡ抽出サンプルを加えた後３０分以内に迅速な結果が得られる。標識済みオリゴヌクレオチドプローブおよび標的ＤＮＡの複合体は伝導率で標識済みの検査およびコントロール領域によって捕獲される。検査領域は標的配列を表示し、時間分解蛍光走査装置および／または伝導率読み取り装置を装備した読み取り装置によってこの領域を検出できる。独立したコントロール領域はユーロピウムで標識済みのオリゴヌクレオチドのカウンターオリゴヌクレオチド配列を表示する。このコントロール領域の反応によって、重要な検査用コンポーネントが適切に機能していることが保証される。

クロマトグラフィーによる水平流動式アッセイは増幅システムである。液体サンプル中の標的ＤＮＡは、毛細管力によって膜を通って移動するときに、電気親和性によって膜上の荷電検査領域に着実に濃縮される。分子が非常に低い濃度でしか存在しない場合でさえ、検査領域中の分子の実際の濃度はサンプル中の濃度よりずっと高い。

内蔵加熱パッド
水平流動式アッセイは加熱用ＰＣＢ／ＰＣＰ（プリント済み回路ペーパー）上にマウントすることができる。その腰板（base board）上には高抵抗金属（例えばニッケル／クロム合金が加熱目的で利用できる）がプリントされている。このシステムであれば比較的正確な温度モニターおよび制御を安価で備えることができる。サンプル構成は図２５Ａ〜２５Ｃ、図２６Ａ〜２６Ｂ、および図２７Ａ〜２７Ｂに示される通りである。

検査装置図
検査キットは２つのウインドウを有する使い捨てプラスチックケースからなる。２つのウインドウの一方はコントロールおよび検査領域を調査するためのものであり、他方はサンプルを受け取るためのウェルを提供する。これは図２８に示される通りである。

装置内部には、２つのパッドを有する検査用ストリップがある。第一のパッドは、一貫した検査結果を保証するためのバッファー、界面活性剤、および化学物質を含有し、また特別に作成されたバッファー系中の標的オリゴヌクレオチドコンジュゲート型ユーロピウム粒子を含有する。第二のパッドは、反応用の膜を通過済みの過剰の液体を除去するためのものである。ニトロセルロース膜の検査およびコントロール領域上に細いライン状に２種類のオリゴヌクレオチドを別々に固定する。検査領域には標的生物学的病原体に特異的なオリゴヌクレオチドを固定し、一方コントロール領域にはユーロピウムで標識済みのプローブに特異的な他方のオリゴヌクレオチドを固定する。また機器コネクターを組み入れて、時間分解蛍光または、伝導率による標識が使用される状況では伝導率を測定するための機器を装置に連結できるようにする。

ユーロピウムで標識済みのペプチド核酸（ＰＮＡ）を用いる電気伝導度による水平流動式アッセイ
標的ＤＮＡを検出するためのプローブとして核酸を使用する実施例４に記載のすべての方法および手順は、ペプチド核酸をプローブとして同様に使用するために適用可能である。この場合、実施例４に記載の種々の加熱パッドおよび検査装置の使用を含む。

ＨＬＡ−ＤＱα配列多型の検出
個別の同定結果を遺伝子マーカー（genetic marker）として法医学的に分析するためにＨＬＡ−ＤＱα２遺伝子座を使用できる。ＰＣＲで増幅されたＤＮＡ中の遺伝子変異を検出するための種々の分析技術が使用されている。

種々のハプテンまたは蛍光性ハプテンでプライマーおよびプローブを標識してよい。したがって、種々の配列およびサイズのオリゴペプチドをハプテンとして使用してよく；エピトープとして働くであろう他の小分子をハプテンとして使用してよく、表２に列挙されるような種々の蛍光性ハプテンを使用してもよい。

上記ハプテンの対応物として抗ハプテン抗体を使用する。Molecular Probes, Inc.等の企業から多数の抗ハプテン抗体が市販されている。さらにまた、抗ハプテン抗体を固形マトリックス上に固定するか、あるいは種々の粒子とコンジュゲートさせてよい。「種々の粒子」とは、コロイド金、ラテックス粒子、磁性または常磁性粒子、ユーロピウム包埋ラテックス粒子等を意味する。

実施例７
医療検査用遺伝子針
本発明の別の態様では、本発明は医療検査用遺伝子針装置（ＧＰＯＣＴ）に関する。その目的は一段階またはシンプルな段階の統合型遺伝子分析システムを提供することである。吸収パッドはマトリックスに接続され、これは反応パッドに接続されていて、この場合、医療検査用遺伝子針装置に関するライン状または点状の水平流動式アッセイとしてマトリックス上に捕獲型抗体または抗原が固定されている。反応パッド上には試薬ゾーンがあり、このゾーンで反応サンプル（増幅サンプル）が適用され、次の媒体へ移動する。

態様１−サンプル抽出システム。
図２９に関して、抽出システムの非限定的な例には下記のものが含まれるであろう：
溶液およびバッファー成分を除去してＤＮＡまたはＲＮＡサンプルを濃縮するための貯留システム。また、特別な処理を施された多層吸収剤および、非限定的に界面活性剤およびアルカリ性バッファーを含有する抽出溶液を含んでよい。

このバッファーは細胞壁または膜を破壊し、ＤＮＡまたはＲＮＡ等の遺伝子サンプルを溶液中に曝露することができる。プロテアーゼを加えてヒストン様タンパク質および細胞壁を除去することが考慮される。別法では、別個の溶液カプセルまたは多層フィルムを使用してよい。

さらに各種貯留槽、炭素フィルター、イオン交換フィルターを使用してよい。さらに、フィルターは６０，０００〜３００，０００Ｄまたはそれ以上の範囲の分子カットオフを有する半透膜であってよく、非粘着性のコーティングを施してよい。

このフィルターシステムはすべての潜在的な阻害剤、小分子、イオン、およびタンパク質を除去する。その結果、元の抽出溶液からサンプルを１０〜１０００倍濃縮することができる。

態様２−粗製サンプルまたは抽出済みＤＮＡサンプル由来の統合型システム。
図２９に示されるように、統合型システムはサンプル入力領域を含み、この領域は多層状フィルターシステムに接続されていて、この場合、フィルターユニットはほとんどのイオンおよび小分子およびタンパク質を吸収する。この部分は機能的ろ過および濃縮器として働く。フィルターシステムは毛細管と同様の高速熱伝達用の非常に薄い管にさらに接続されている。容易かつ迅速に温度を調節するために、管表面にプリントされている一体型の金属を加熱コイルのように機能させてよい。薄い管の内側には、固形マトリックス中に包埋されて凍結乾燥されている特定コンポーネントを収容するための領域があってよい。薄い管は反応パッドに接続され、これはさらにニトロセルロース膜に接続され、さらに吸収パッドに接続されている。

態様３−増幅および検出用部分の概要。
精製サンプルを適用し、代替の態様では、サンプルを適用し、ローラーシステムに通す。ローラーシステムはサンプルの流動速度を調節する。その後、サンプルは熱センサーおよび熱制御回路を通り、増幅槽を通る。増幅槽は下記部分から構成されていてよい：１．すべての必要な試薬を含有するパッド；２．あらかじめ配合済みで凍結乾燥状態の試薬パッド；および３．ＰＣＲ反応用に、この槽（パッド）はＴａｑポリメラーゼ、ｄＮＴＰ、プライマー（タグ付き）、他の標識モノマー等を含有する。

サンプルが増幅槽を通過して流出すると、水平流動式アッセイの反応パッドと接触する。水平流動式アッセイ中に、サンプルは結果ウインドウを通って流動し、このウインドウでは、点またはラインまたは任意の種類の検出可能なシグナルによって結果を表示することができる。そしてサンプルは吸収パッド上に流動する。

以下、本発明の装置の部品を詳細に説明する。

１．熱センサーおよび熱制御回路ユニット。
可撓性マトリックス、例えばポリエステル、ポリカーボナートまたはポリスチレンの表面に各種の伝導性インクをプリントアウトすることができる。別法では、各種の伝導性インク、例えば炭素、炭素／銀混合物、銀、銀／塩化銀、金、白金、ＵＶ硬化型誘電体、熱硬化型誘電体の伝導性インクを基板上にプリントし、適切な熱を生成させて３０℃〜１００℃の範囲のサーモサイクル（thermocycling）の可変温度を実施してよい。ゆえに、その電流および抵抗を検出および制御することによって温度センサーおよび温度制御を達成できる。

サーモサイクルは、２または３通りの異なる温度を設定し、その温度で２０〜４０回反復してサイクルすることによって達成してよい。サーモサイクルの条件はそのプライマー配列に応じて最適化する必要がある。

２．増幅パッド
増幅パッドは等温増幅、例えばＰＣＲまたはＲＦＰＣＲ用のすべての試薬を含有する。すべての試薬をあらかじめ混合し、最適に配合し、凍結乾燥してよい。すべての試薬とは増幅反応用の必須の成分を意味する。このような試薬には非限定的に下記成分が含まれるであろう：逆転写酵素、ＤＮＡポリメラーゼ、Ｔａｑポリメラーゼ、ＰＮＡプライマー、標識済みプライマー、ｄＮＴＰ、標識済みｄＵＴＰ、バッファー、および安定剤、例えばタンパク質、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）、およびＥＤＴＡ。さらに増幅パッドは、比体積のサンプル適用を用いて再構成してよい。プライマーをガラスビーズまたはラテックスビーズに固定して、増幅反応を増強し、基質阻害を防止してよい。「基質阻害」とは、未反応プライマーが抗タグ抗体と重合プライマー間の反応を阻害できることを意味する。「プライマー」とは、オリゴヌクレオチドまたはＰＮＡ（ペプチド核酸）およびオリゴヌクレオチドハイブリッドを意味する。「ガラスビーズ」または「ラテックス粒子」とは微粒子を意味する。直径０．０１〜１０．０μｍの範囲のサイズの微粒子が利用可能であろう。好ましくは、本発明のこの態様に関する直径は０．１〜１０．０μｍの範囲であってよい。

米国特許第6,153,425号には検出システムが開示されているが、前記'425特許は、基質阻害を防止するために増幅パッド中で微粒子を使用することを開示も示唆もしていない。

遺伝子チップ
この医療検査用遺伝子針装置の別の側面では、本発明はタンパク質チップおよび遺伝子チップに関する。遺伝子チップに関して、医療検査用遺伝子針装置の説明において具体的態様を考察した。好ましい態様では、本装置は核酸抽出装置を含んでよく、これはＤＮＡまたはＲＮＡ精製槽に接続され、さらに増幅またはハイブリダイゼーション槽に接続され、生成シグナルを調査するための結果ウインドウに接続されている（図３０）。医療検査用遺伝子針装置には上記検査用ストリップを組み込んでよい。

本発明の一態様では、抽出バッファー容器中にサンプルを加える。さらに遺伝子ＰＯＣＴに抽出済みＤＮＡサンプルを加えてよく、肉眼またはシグナル読み取り装置で３０分以内に結果を読み取ってよい（図３１）。遺伝子ＰＯＣＴ法は高速で高感度である。

本明細書中に引用のすべての参考文献は参照によりその全体が包含される。

本明細書中に特に記載の本発明の具体的態様と等価な多数の発明を、当業者は認識し、あるいは単に通常の実験を使用して確認することができる。このような等価な発明は特許請求の範囲に包含されるものとする。

Claims (20)

1. ５'および３'末端が異なるハプテンで標識されているプライマー、および場合により、核酸複合体を形成するためのハプテンで標識されているｄＮＴＰを含む、等温増幅またはＰＣＲに適している核酸増幅混合物を含む容器、ならびに、
   特異的結合パートナーと核酸複合体の結合に適した試薬条件を含む貯留領域；
   特異的結合パートナーがレポーター色素または別のハプテンに連結またはコンジュゲートされている、核酸複合体に対する特異的結合パートナーを含む色素領域；および
   核酸複合体の異なる側面に特異的な異なる特異的結合パートナーを含む検査領域
   を含む水平流動式検査装置、
   を含む標的核酸検出システム。
2. 核酸増幅混合物が乾燥または凍結乾燥されている、請求項１に記載のシステム。
3. 複数の形式の標的核酸が検出対象である場合、核酸増幅混合物が複数の種類のハプテンを含む、請求項１に記載のシステム。
4. 特異的結合に関して核酸複合体が核酸上のハプテンまたはその核酸を含む、請求項１に記載のシステム。
5. ハプテンが、ビオチン、フルオロフォアまたはオリゴペプチドである、請求項４に記載のシステム。
6. 特異的結合パートナーが、ストレプトアビジン、ハプテン特異的抗体または標的核酸に相補的なオリゴヌクレオチドである、請求項５に記載のシステム。
7. レポーター色素が、ユーロピウム、金またはフルオロフォアである、請求項６に記載のシステム。
8. 複数の種類のハプテンが複数の種類のフルオロフォアまたはオリゴペプチドである、請求項３に記載のシステム。
9. 検査領域に固定されている特異的結合パートナーが色素領域の特異的結合パートナーと異なる、請求項１に記載のシステム。
10. 検査領域に固定されている特異的パートナーがハプテンに対する抗体および／または、標的核酸に対して相補的なオリゴヌクレオチドまたはＰＮＡである、請求項９に記載のシステム。
11. 検査領域に固定されている特異的結合パートナーがＤＮＡである、請求項１０に記載のシステム。
12. 電気伝導度に関するアッセイ読み取り用のコネクターを含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 標的核酸の供給源が病原体である、請求項１に記載のシステム。
14. 病原体がフラビウイルスファミリーに属するウイルスである、請求項１３に記載のシステム。
15. ウイルスがデングウイルスである、請求項１４に記載のシステム。
16. デングウイルス粒子の血清型が、それらを識別するための複数の異なるハプテンを有する標識プライマーによって検出される、請求項１５に記載のシステム。
17. プライマーが、一方の末端ではフルオロフォアで標識され、他方の末端ではクエンチャーで標識されていて、ならびに場合により標識されているｄＮＴＰがビオチンで標識されている、請求項１に記載のシステム。
18. サンプル中の標的核酸の存在に関してアッセイする方法であって、下記段階を含む方法：請求項１に記載の、標的核酸に特異的な標識済みプライマーおよび場合により標識されているｄＮＴＰを含むプレミックスを含有する容器にサンプルを接触させる段階、およびそれによって得られる増幅核酸を水平流動式装置の貯留領域に接触させる段階、および核酸複合体と検査領域上の特異的結合パートナーの結合に関してアッセイする段階。
19. サンプル中の標的核酸の存在に関してアッセイする方法であって、請求項１に記載の水平流動式装置の貯留領域とサンプルを接触させる段階を含む方法、この場合、色素領域はレポーター色素で標識されている標的核酸特異的オリゴヌクレオチドを含み、標識済みオリゴヌクレオチドは標的核酸に結合して核酸複合体を形成し、核酸複合体は検査領域へ流動し、検査領域にはオリゴヌクレオチドが固定されていて、標識済みオリゴヌクレオチドと固定済みオリゴヌクレオチドが結合すると、標的核酸の存在に関する陽性シグナルが生じる。
20. レポーター色素または電気伝導度によってシグナルを読み取る、請求項１９に記載の方法。

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