JP2016010402A - Amplification method for ultralow volume of nucleic acid - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of a conjugate which can be targeted to a substrate DNA of an ultralow volume of several molecules level, the conjugate containing a DNA synthetase and silica based nano-pore material, in nucleic acid amplification reactions, such as PCR.SOLUTION: A DNA synthetase-BSA-silica based nano-pore material conjugate is produced by once or more washing process with a serum albumin (BSA)-containing buffer solution after immobilizing DNA synthetase to a silica based nano-pore material. The contamination during nucleic acid amplification reaction is inhibited, the amplification sensitivity of target DNA can be improved, and the micro reactor concerned can withstand repeated use of two or more times, by using a DNA synthetase-silica based nano-pore material conjugate-supported micro reactor in which a DNA synthetase used for LAMP method is immobilized in a silica based nano-pore material-supported micro channel.

Description

本発明は、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体を用いた微量核酸増幅方法の改良技術に関する。更に詳しくは、DNA合成酵素とシリカ系ナノ空孔材料とを複合体化する過程で、積極的にDNA合成酵素とウシ血清アルブミン(BSA)との複合体化を促進させたDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の形成方法、及び当該DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を用いることによる、数分子レベルの鋳型DNAを対象とすることができる極微量DNAの増幅技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for improving a nucleic acid amplification method using a DNA synthase-silica nanopore material complex. More specifically, in the process of complexing DNA synthase and silica-based nanoporous material, DNA synthase-BSA that actively promotes complexation of DNA synthase and bovine serum albumin (BSA). -Method for forming silica-based nanoporous material complex, and extremely small amount of DNA capable of targeting template DNA at several molecular levels by using the DNA synthase-BSA-silica-based nanoporous material complex The present invention relates to an amplification technique.

DNA配列の解析に基づいた、環境試料、病気・健康、又、犯罪捜査などに向けた遺伝子診断では、対象となる試料が希少な試料であることから、極めて微量のDNA、究極的には1分子レベルのDNAを対象とした、迅速かつ簡便な解析法が求められており、そのような解析を可能とする極微量の核酸増幅技術の開発が必要である。
すなわち、簡便な手法により、非特異的DNA増幅反応を抑制でき、その結果、極微量の基質DNAの特異的かつ高感度の増幅を可能にし、更に、反応溶液中のDNA増幅産物を容易に回収可能である、新しい技術の提案・開発が切望されている。
In genetic diagnosis for environmental samples, illness / health, and criminal investigations based on DNA sequence analysis, the target sample is a rare sample, so a very small amount of DNA, ultimately 1 There is a need for a rapid and simple analysis method for molecular-level DNA, and it is necessary to develop an extremely small amount of nucleic acid amplification technology that enables such analysis.
In other words, non-specific DNA amplification reaction can be suppressed by a simple method. As a result, specific and highly sensitive amplification of a very small amount of substrate DNA is possible, and DNA amplification products in the reaction solution can be easily recovered. Proposal and development of new technologies that are possible is eagerly desired.

迅速かつ簡便な核酸増幅法としては、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)などDNA合成酵素を用いたDNA増幅法が考えられるが、従来のPCR法等の核酸の増幅技術では、反応系外から偶然に混入した標的DNAとは異なる微量のDNA、又は、プライマー等に由来した非特異的DNA増幅、といった問題点があったため、数分子レベルの極微量DNAの特異的かつ高感度の増幅は困難であった。一般に、PCR法の場合、50μLの反応系での基質DNA量は1ng(10の7乗分子)のオーダーが必要であるとされ、検出限界値は10pg(10の5乗分子)のオーダー程度といわれている。   As a rapid and simple nucleic acid amplification method, a DNA amplification method using a DNA synthesizing enzyme such as a polymerase chain reaction (PCR method) can be considered. However, conventional nucleic acid amplification techniques such as the PCR method accidentally occur from outside the reaction system. Because there were problems such as a small amount of DNA different from the contaminated target DNA or non-specific DNA amplification derived from primers, it was difficult to specifically and sensitively amplify a very small amount of DNA at several molecular levels. It was. In general, in the case of the PCR method, the amount of substrate DNA in a 50 μL reaction system needs to be in the order of 1 ng (10 7th molecule), and the detection limit is about 10 pg (10 5th molecule). It is said.

1分子レベルからのDNA増幅における先行技術として、微量遺伝子の正確な定量を可能にするとされる、デジタルPCR法が提案されている。本法は、具体的には、タイタープレートのウェル内で核酸試料を1分子レベルまで限界希釈した後にPCRを行い、蛍光検出によりDNA増幅産物の絶対量を評価する技術である(非特許文献1)。更に近年では、微小液滴(エマルジョン)を利用したデジタルPCR装置の開発が進展している(非特許文献2)。
しかしながら、前記デジタルPCR法によっても、反応系外から偶然に混入した標的DNAとは異なる微量のDNA、又は、プライマー等に由来した非特異的DNA増幅の問題が指摘されている。また、本法は元来、主として、遺伝子の発現量を評価するための技術であり、液滴などからDNA増幅産物を容易に回収する技術は確立されていない。
As a prior art in amplifying DNA from a single molecule level, a digital PCR method has been proposed which enables accurate quantification of trace genes. Specifically, this method is a technique for performing PCR after limiting dilution of a nucleic acid sample to the level of one molecule in a well of a titer plate and evaluating the absolute amount of a DNA amplification product by fluorescence detection (Non-patent Document 1). ). Furthermore, in recent years, development of digital PCR devices using microdroplets (emulsions) has progressed (Non-Patent Document 2).
However, the above-mentioned digital PCR method has also pointed out a problem of non-specific DNA amplification derived from a trace amount of DNA different from the target DNA accidentally mixed from outside the reaction system or a primer. This method is mainly a technique for evaluating the expression level of a gene, and a technique for easily recovering a DNA amplification product from a droplet or the like has not been established.

一方、従来から、MCM、SBA、FSM型などのシリカ系ナノ空孔材料の細孔内部に蛋白質を吸着させ、活性を保持させる人工的な蛋白質複合体に関するタンパク質固定化技術を酵素に適用して、酵素をこれらシリカ系ナノ空孔材料の細孔内部に固定化し、基質と反応させる方法が知られていた(特許文献1、2、非特許文献3)。本発明者らは、最近、微量のDNAを選択的に増幅するために、当該シリカ系ナノ空孔材料を用い、DNA合成酵素をシリカ系ナノ空孔材料に固定化して複合体化したDNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体を製造し、標的の微量DNAを増幅する方法を開発し、特許出願した(特許文献3、非特許文献4)。しかし、当該手法を用いることで、1ngレベルの微量DNAの増幅までは選択的に行えることが確認できたが、さらに極微量のDNA試料に適用することは困難であった。   On the other hand, conventionally, protein immobilization technology related to an artificial protein complex that adsorbs proteins inside the pores of silica-based nanoporous materials such as MCM, SBA, and FSM type and retains the activity has been applied to enzymes. In addition, there has been known a method in which an enzyme is immobilized inside the pores of these silica-based nanoporous materials and reacted with a substrate (Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 3). Recently, in order to selectively amplify a small amount of DNA, the present inventors have used the silica-based nanoporous material, and the DNA synthesizing enzyme is immobilized on the silica-based nanoporous material to form a complex. A method for producing an enzyme-silica nanoporous material composite and amplifying a target minute amount of DNA was developed and applied for a patent (Patent Document 3, Non-Patent Document 4). However, by using this method, it has been confirmed that selective amplification can be performed up to the amplification of a minute amount of DNA at the 1 ng level, but it has been difficult to apply to a very small amount of DNA sample.

また、DNA合成酵素の固定化に関する従来技術としては、他に、多孔性チタニア膜や金表面処理ガラス基板などにDNA合成酵素を固定化し、酵素活性を高効率に発現させることなどの特徴を有する固定化酵素の開発が行われている(非特許文献5、6、7)が、当該技術を、微量DNAを対象としたDNA増幅反応に適用した報告例は存在しない。   In addition, the prior art relating to the immobilization of DNA synthetase has other features such as immobilizing the DNA synthetase on a porous titania membrane, a gold surface-treated glass substrate, etc., and expressing the enzyme activity with high efficiency. Although an immobilized enzyme has been developed (Non-Patent Documents 5, 6, and 7), there is no report example in which the technique is applied to a DNA amplification reaction targeting a trace amount of DNA.

そのため、従来のDNA合成酵素を用いたDNA増幅法において、さらにDNA増幅反応中の副反応を極力抑制し、かつDNA増幅反応環境を至適化する技術を開発することで、DNA増幅反応の特異性及び感度を高め、数分子レベルの極微量DNAにも適用できる高精度のDNA増幅法の提供が強く要請されていた。   Therefore, in the conventional DNA amplification method using DNA synthase, the side reaction during the DNA amplification reaction is further suppressed as much as possible, and the technology for optimizing the DNA amplification reaction environment is developed. There has been a strong demand to provide a highly accurate DNA amplification method that can improve the performance and sensitivity and can be applied to a very small amount of DNA at several molecular levels.

ところで、近年、特に特異性が重要視される診断技術などの分野で、等温で鎖置換活性を有するDNA合成酵素の一種類のみで増幅反応させるLAMP法が、核酸の迅速、簡易、精確な増幅・検出方法として注目されている(非特許文献8)。
しかし、LAMP法は、PCR法と比較してより深刻な鋳型汚染(コンタミネーション)によって、陰性コントロール実験における非特異的DNA増幅が起こる場合が多々あり、増幅された標的遺伝子配列の有無の正確な判定が困難となる場合がある(非特許文献9)。
そのため、LAMP法によるDNA増幅反応において、コンタミネーションによる副反応を抑制し、かつDNA増幅反応環境を至適化するための技術開発が切望されていた。
By the way, in recent years, especially in the field of diagnostic technology where specificity is regarded as important, the LAMP method in which an amplification reaction is performed with only one type of DNA synthase having isothermal and strand displacement activity is a rapid, simple and accurate amplification of nucleic acids. -It has attracted attention as a detection method (Non-patent Document 8).
However, in the LAMP method, non-specific DNA amplification in negative control experiments often occurs due to more serious template contamination (contamination) as compared with the PCR method, and the presence or absence of the amplified target gene sequence is accurately determined. The determination may be difficult (Non-Patent Document 9).
Therefore, in the DNA amplification reaction by the LAMP method, there has been a strong demand for technical development for suppressing side reactions due to contamination and optimizing the DNA amplification reaction environment.

特許第4785174号公報Japanese Patent No. 4785174 特開2000−139459号公報JP 2000-139459 A 特開2014−103924号公報(平成26年6月9日公開)JP 2014-103924 A (released on June 9, 2014) 特許第4963117号公報Japanese Patent No. 4963117

B.Vogelstein et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,vol.96,pp.9236−9241(1999)B. Vogelstein et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol. 96, pp. 9236-9241 (1999) M.Baker,Nat.Methods,vol.9,pp.541−544(2012)M.M. Baker, Nat. Methods, vol. 9, pp. 541-544 (2012) 豊田研究所R&Dレビュー Vol.36,No.2(2001.6)第57−62Toyota R & D Review Vol. 36, no. 2 (2001.6) 57-62 松浦俊一ら、ナノ空孔反応場を利用した高効率DNA増幅システムの構築、分子生物学会講演要旨集(2012年12月11日)Shunichi Matsuura et al., Construction of high-efficiency DNA amplification system using nanopore reaction field, Abstract of Molecular Biology (December 11, 2012) M.G.Bellino et al.,Small,vol.6,pp.1221−1225(2012)M.M. G. Bellino et al. , Small, vol. 6, pp. 1221-1225 (2012) G.Lim et al.,Anal.Biochem.,vol.419,pp.205−210(2011)G. Lim et al. , Anal. Biochem. , Vol. 419, pp. 205-210 (2011) G.Lim et al.,Anal.Biochem.,vol.432,pp.139−141(2013)G. Lim et al. , Anal. Biochem. , Vol. 432, pp. 139-141 (2013) ウイルス Vol.54,No.1,pp.107−112(2004)Virus Vol. 54, no. 1, pp. 107-112 (2004) モダンメディア Vol.54,No.10,pp.283−301(2008)Modern Media Vol. 54, no. 10, pp. 283-301 (2008) 豊田研究所R&Dレビュー Vol.29,No.2(1994.6)第11−22頁Toyota R & D Review Vol. 29, no. 2 (19944.6) pp. 11-22 T.Kimura et al.,Adv.Funct.Mater.,vol.19,pp.511−527(2009)T. T. et al. Kimura et al. , Adv. Funct. Mater. , Vol. 19, pp. 511-527 (2009) S.Inagaki et al.,J.Chem.Soc.Chem.Commun.,pp.680−682(1993)S. Inagaki et al. , J .; Chem. Soc. Chem. Commun. , Pp. 680-682 (1993) D.Zhao et al.,Science,vol.279,pp.548−552(1998)D. Zhao et al. , Science, vol. 279, pp. 548-552 (1998) N.Wang et al.,Microporous Mesoporous Mater.,vol.91,pp.156−160(2006)N. Wang et al. , Microporous Mesoporous Mater. , Vol. 91, pp. 156-160 (2006)

本発明は、本発明者らが以前に開発したDNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体を用いた微量DNAを増幅させる手法(特許文献3、非特許文献4)を改良して、より極微量の基質DNAを標的として、高精度に増幅させる手法を提供するものである。具体的には、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体のDNA合成反応環境を整え、DNA増幅反応中にDNA合成酵素と相互作用する各種反応基質(DNA、プライマー、dNTPs)に影響を与えることなく、過剰量のプライマーなどに起因する非特異的DNA増幅反応を極力抑制し、酵素周辺における前記の反応基質濃度の至適化を極限まで高める極微量DNA増幅に適用可能なDNA増幅方法、及び当該方法に用いる、改良されたDNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体の製造方法を提供することにある。
また、LAMP法におけるコンタミネーションを防ぎ、かつより効率的に高精度なDNA増幅反応を行わせるための技術を提供することも目的とする。
The present invention improves the technique (patent document 3, non-patent document 4) for amplifying a trace amount of DNA using the DNA synthase-silica nanoporous material complex previously developed by the present inventors. The present invention provides a method for amplifying with high accuracy using a very small amount of substrate DNA as a target. Specifically, the DNA synthesis reaction environment of the DNA synthase-silica nanoporous material complex is prepared, and various reaction substrates (DNA, primers, dNTPs) that interact with the DNA synthase during the DNA amplification reaction are affected. DNA amplification method applicable to a very small amount of DNA amplification that suppresses non-specific DNA amplification reaction caused by an excessive amount of primer as much as possible and enhances optimization of the reaction substrate concentration around the enzyme to the maximum without giving And an improved method for producing a DNA synthase-silica nanoporous material composite used in the method.
Another object of the present invention is to provide a technique for preventing contamination in the LAMP method and performing a DNA amplification reaction more efficiently and accurately.

本発明者らは、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体を用いた微量DNAの増幅方法(特許文献3、非特許文献4)のDNA増幅反応中の副反応を抑制するために、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体から、固定化操作などで混入したDNA夾雑物などを、緩衝液による洗浄工程によって除去しようと想起した。その際、一般の固定化酵素の洗浄法に従えば、通常のリン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液などの緩衝液を用いることになるが、本発明者らは、DNA増幅反応においてDNA合成酵素の安定化及びプラスチック容器内壁への付着防止等を促すことで知られている、血清アルブミンによる酵素の安定化とシリカ系ナノ空孔材料の規則性細孔表面へのDNA吸着抑制効果を期待して、ウシ血清アルブミン(BSA)を含有させた緩衝液を用いることを思いついた。しかし、BSAは、確かに酵素の安定化とDNA吸着抑制効果も高いが、シリカ系ナノ空孔材料の疎水性表面へ吸着してしまう特性のために、せっかくシリカ系ナノ空孔材料に吸着させたDNA合成酵素までをも競合吸着によって系外に排除してしまうことが懸念される。そればかりか、BSA精製品に含まれている微量の核酸に由来した非特異的DNA増幅が、数分子レベルの極微量DNAの選択的な増幅を阻害する可能性もあった。   In order to suppress a side reaction during a DNA amplification reaction in a method for amplifying a trace amount of DNA using a DNA synthase-silica nanopore material composite (Patent Document 3, Non-Patent Document 4), The present inventors recalled that DNA contaminants and the like mixed by an immobilization operation or the like were removed from the DNA synthase-silica nanoporous material complex by a washing step using a buffer solution. At that time, if a general immobilized enzyme washing method is used, a buffer solution such as a normal phosphate buffer solution or borate buffer solution will be used. Expected to stabilize the enzyme by serum albumin and suppress the adsorption of DNA to the regular pore surface of silica-based nanoporous material, which is known to promote the stabilization of the resin and the prevention of adhesion to the inner wall of the plastic container. The idea was to use a buffer containing bovine serum albumin (BSA). However, BSA certainly has a high enzyme stabilization and DNA adsorption suppression effect, but because of its property of adsorbing to the hydrophobic surface of silica-based nanoporous materials, it is adsorbed on silica-based nanoporous materials. There is a concern that even the DNA synthase may be excluded from the system by competitive adsorption. In addition, nonspecific DNA amplification derived from a small amount of nucleic acid contained in a BSA purified product may inhibit selective amplification of a very small amount of DNA at several molecular levels.

そのような重大な懸念材料があったにもかかわらず、本発明者らはあえて、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体に対して、ウシ血清アルブミン(BSA)を含有させた緩衝液による洗浄工程を行い、回収してDNA増幅反応に供してみたところ、驚くべきことに、副反応が抑制され、かつ増幅反応の効率も高まる、という実験結果を得ることができた。
そこで、さらに増幅反応の精度を高めるために、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体とBSAとの複合体化を促進すべく、DNA合成酵素のシリカ系ナノ空孔材料への固定化操作時においても、積極的にBSA含有緩衝液中での固定化を行った。また、固定化後のBSA含有緩衝液による洗浄及び回収工程を複数回繰り返した。このように、確実に「DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体」を形成させた後に、典型的なPCR法による基質DNAの増幅反応を行ったところ、pgレベル、さらには数分子レベルという極微量の基質DNAの場合も特異的で感度の良い増幅に成功した。
基質DNAとして、100塩基対の二本鎖及び一本鎖の直鎖DNAと共に、環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20)に挿入した4種類の長鎖DNA(616、1272、2566、5027塩基対)を用いてDNA増幅実験を行ったところ、これらの特異的、高感度のDNA増幅効果は、基質DNAが環状でも一本鎖もしくは二本鎖の直鎖DNAでも、短鎖でも長鎖DNAであっても変わらない。さらに、反応系中に標的の基質DNAと共にバックグラウンドDNAを混入させた状態での極微量DNAの選択的な増幅にも成功した。
また、シリカ系ナノ空孔材料のFSM、SBA、及びSBA microsphereのそれぞれについての好ましい細孔径の範囲を見いだした。あわせて、各シリカ系ナノ空孔材料の種類に応じたBSA含有洗浄液中に含有される塩の最適な組成を検討し、シリカ系ナノ空孔材料ごとに、反応系中のバックグラウンドDNAの反応系外への排除能の高い最適な塩組成を確定することができた。
In spite of such serious concern, the present inventors dared to include a buffer solution containing bovine serum albumin (BSA) for the DNA synthase-silica nanoporous material complex. As a result of performing the washing step according to the above, and recovering and subjecting it to a DNA amplification reaction, it was surprisingly possible to obtain an experimental result that side reactions were suppressed and the efficiency of the amplification reaction was increased.
Therefore, in order to further enhance the accuracy of the amplification reaction, the DNA synthase is immobilized on the silica-based nanoporous material in order to promote the complexation of the DNA synthase-silica-based nanoporous material complex with BSA. Also in the operation, the BSA-containing buffer was positively immobilized. Moreover, the washing | cleaning and collection | recovery processes by the BSA containing buffer solution after fixation were repeated several times. As described above, when the “DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex” was reliably formed, the substrate DNA was amplified by a typical PCR method. In the case of a very small amount of substrate DNA at the molecular level, specific and sensitive amplification was successful.
Four types of long-chain DNA (616, 1272, 2566, 5027 base pairs) inserted into a circular plasmid DNA (T-Vector pMD20) together with double-stranded and single-stranded linear DNA of 100 base pairs as substrate DNA These specific and highly sensitive DNA amplification effects were observed when the substrate DNA was circular, single- or double-stranded linear DNA, short-chain or long-chain DNA. But it doesn't change. Furthermore, selective amplification of trace amounts of DNA was also successful in a state where background DNA was mixed with the target substrate DNA in the reaction system.
Moreover, the range of the preferable pore diameter about each of FSM, SBA, and SBA microsphere of a silica-type nanoporous material was found. In addition, the optimum composition of the salt contained in the BSA-containing cleaning solution according to the type of each silica-based nanoporous material was examined, and the reaction of background DNA in the reaction system for each silica-based nanoporous material. The optimum salt composition with high exclusion ability out of the system could be determined.

本発明者らは、以前、リパーゼをシリカ系ナノ空孔材料に固定化してマイクロ流体デバイスに担持させたマイクロリアクターを開発した(特許文献4)。当該リパーゼ−シリカ系ナノ空孔材料複合体担持マイクロリアクターの系では、酵素反応生成物が速やかに系外に排出されるので、副反応も抑えられ反応効率が高まる。その上、当該マイクロリアクターは繰り返し使用が可能となる。
本発明者らは、LAMP法によるDNA増幅法におけるコンタミネーション抑制のために、このマイクロリアクター技術を適用することを着想した。そこで、LAMP法用のDNA合成酵素(Bst DNAポリメラーゼ)を、シリカ系ナノ空孔材料を担持したマイクロ流体デバイスに固定化して、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体担持マイクロリアクターを調製した。
具体的には、シリカ系ナノ空孔材料を担持したマイクロ流路内部に、LAMP法用のDNA合成酵素と共に標的DNAと蛍光試薬を含む緩衝液を充填してDNA合成酵素を固定化した。マイクロ流路内部を65℃に加温して、標的鋳型DNA及びプライマーセットを含むLAMP法試薬反応液を連続的に送液し、DNA増幅産物含有溶液を25μLずつ9回回収したところ、増幅反応中のコンタミネーションを抑制することができ、かつ標的DNAの増幅感度を向上できた。そして、9回目の回収溶液でもDNA増幅効果の低下は見られなかった。これはマイクロ流路内の酵素複合体にとっては、連続して9回分の新たな試薬反応液と接触し相互作用を行ったことであり、酵素複合体の9回繰り返し使用ということもできる。すなわち前記マイクロリアクターに適用したLAMP法用酵素複合体は9回もの繰り返し使用によっても、その増幅効果が低下しないという優れた性能を確認した。
The present inventors have previously developed a microreactor in which lipase is immobilized on a silica-based nanoporous material and supported on a microfluidic device (Patent Document 4). In the lipase-silica nanoporous material composite-supported microreactor system, the enzyme reaction product is quickly discharged out of the system, so that side reactions are suppressed and the reaction efficiency is increased. In addition, the microreactor can be used repeatedly.
The present inventors have conceived of applying this microreactor technology for suppressing contamination in the DNA amplification method by the LAMP method. Therefore, a DNA synthase (Bst DNA polymerase) for the LAMP method is immobilized on a microfluidic device supporting a silica-based nanoporous material, and a DNA reactor supporting a DNA synthase-silica-based nanoporous material complex is prepared. did.
Specifically, the DNA synthase was immobilized by filling the inside of the microchannel carrying the silica-based nanoporous material with a buffer solution containing the target DNA and the fluorescent reagent together with the DNA synthase for the LAMP method. The inside of the microchannel was heated to 65 ° C., the LAMP method reagent reaction solution containing the target template DNA and the primer set was continuously fed, and the DNA amplification product-containing solution was recovered 9 times in 25 μL, and the amplification reaction It was possible to suppress internal contamination and improve the amplification sensitivity of the target DNA. Further, no decrease in the DNA amplification effect was observed even in the ninth collection solution. This is because the enzyme complex in the microchannel is in contact with and interacted with nine new reagent reaction solutions in succession, and it can be said that the enzyme complex is repeatedly used nine times. That is, the enzyme complex for LAMP method applied to the microreactor was confirmed to have excellent performance that the amplification effect was not lowered even after repeated use 9 times.

以上のように、本発明は、DNA合成酵素を当該シリカ系ナノ空孔材料担体に固定化する際に、BSA含有溶液中での固定化を行い、次いで、BSA含有洗浄液により1回以上の洗浄工程及び遠心分離による回収工程を施すことにより、シリカ系ナノ空孔材料担体と結合するDNA合成酵素に対して積極的にBSAとの複合体を形成させるというDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の製造方法を提供する。そのことにより、DNA増幅反応中での副反応を極力抑え、かつDNA増幅反応の特異性及び感度を高めることができたことで、はじめて数分子レベルという極微量のDNA試料を、特異的かつ高感度に増幅させることに成功した。
また、DNA合成酵素と相互作用させるシリカ系ナノ空孔材料をその種類に合わせた最適な細孔サイズに調製して、DNA酵素周辺環境を整えることで、特異性及び感度が高められることを見いだし、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の製造工程においてBSA含有洗浄液として用いる緩衝液における最適な塩組成を確定することができた。
As described above, in the present invention, when the DNA synthase is immobilized on the silica-based nanoporous material carrier, it is immobilized in a BSA-containing solution, and then washed once or more with a BSA-containing washing solution. A DNA synthase-BSA-silica nano-space that positively forms a complex with BSA for the DNA synthase that binds to the silica-based nanoporous material carrier by performing a step and a recovery step by centrifugation. A method for producing a porous material composite is provided. As a result, side reactions in the DNA amplification reaction can be suppressed as much as possible, and the specificity and sensitivity of the DNA amplification reaction can be increased. We succeeded in amplifying to sensitivity.
In addition, it has been found that the specificity and sensitivity can be improved by preparing a silica-based nanoporous material that interacts with the DNA synthase to the optimum pore size according to the type and adjusting the environment surrounding the DNA enzyme. The optimum salt composition in the buffer solution used as the BSA-containing washing solution in the production process of the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex could be determined.

さらに、LAMP法用のDNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体を担持させたマイクロリアクターを用いることで、コンタミネーションによるDNA増幅反応中の副反応を極力抑制でき、かつ至適DNA増幅反応条件を設定することで、DNA増幅反応の特異性及び感度を高めることができるようになった。また、当該マイクロリアクターに担持された複合体は複数回繰り返し使用しても、感度が低下しないという優れた性能を発揮することも見いだされた。
以上の知見を得たことで、本発明を完成した。
Furthermore, by using a microreactor carrying a DNA synthase-silica nanoporous material complex for LAMP, side reactions during DNA amplification reaction due to contamination can be suppressed as much as possible, and optimal DNA amplification reaction By setting the conditions, the specificity and sensitivity of the DNA amplification reaction can be increased. It has also been found that the composite supported on the microreactor exhibits excellent performance in that the sensitivity does not decrease even when it is repeatedly used a plurality of times.
By obtaining the above knowledge, the present invention was completed.

すなわち、上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
〔1〕 DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の製造方法であって、
(1)シリカ系ナノ空孔材料に対してDNA合成酵素を含む緩衝液を接触させ、シリカ細孔内にDNA合成酵素を吸着させる工程、
(2)得られた沈殿物を、ウシ血清アルブミン(BSA)を含む緩衝溶液に1回以上再懸濁し、遠心分離により回収する工程を設けることを特徴とする、製造方法。
〔2〕 工程(1)で用いる緩衝液が、BSAを含む緩衝溶液である、前記〔1〕に記載の製造方法。
〔3〕 シリカ系ナノ空孔材料が、FSM、SBA、及びSBA microsphereのいずれかから選択される、前記〔1〕又は〔2〕に記載の製造方法。
〔4〕 選択されたFSMの中心細孔直径が2〜4nmであるか、選択されたSBAの中心細孔直径が4〜9nmであるか、又は選択されたSBA microsphereの中心細孔直径が10〜20nmである、前記〔3〕に記載の製造方法。
〔5〕 シリカ系ナノ空孔材料がFSMであって、少なくとも工程(2)で用いるBSAを含む緩衝溶液が、さらにマグネシウム塩及び界面活性剤を含有している、前記〔3〕又は〔4〕に記載の製造方法。
〔6〕 工程(1)で用いるDNA合成酵素を含む緩衝液が、BSAと共に、マグネシウム塩及び界面活性剤を含有している緩衝液である前記〔5〕に記載の製造方法。
〔7〕 シリカ系ナノ空孔材料がSBA又はSBA microsphereであって、少なくとも工程(2)で用いるBSAを含む緩衝溶液が、マグネシウム塩を含有せず、界面活性剤を含有している、前記〔3〕又は〔4〕に記載の製造方法。
〔8〕 工程(1)で用いるDNA合成酵素を含む緩衝液が、BSAを含み、かつマグネシウム塩を含有せず、界面活性剤を含有している緩衝液である前記〔7〕に記載の製造方法。
〔9〕 前記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の製造方法によって製造されたDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体。
〔10〕 標的DNAを、BSAを含有する緩衝液内で、標的DNAの増幅用プライマー及びdNTPsと共に、前記〔9〕に記載のDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を作用させることで増幅させることを特徴とする、標的DNAの増幅方法。
〔11〕 被検試料中の標的DNAの検出又は同定する方法であって、下記の(1)〜(3)からなる方法;
(1)被検試料をBSAを含有する緩衝液で希釈する工程、
(2)前記〔9〕に記載のDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を標的DNAの増幅用プライマー及びdNTPsと共に作用させて、標的DNAを増幅する工程、
(3)標的DNAを検出する工程。
〔12〕 被検試料中の標的DNAの含有量が、0.01fg/ml〜1.0μg/mlである、前記〔11〕に記載の方法。
〔13〕 DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体がマイクロ流路内部に担持されたマイクロリアクターであって、
前記DNA合成酵素が、LAMP法によるDNA増幅反応に用いるためのDNA合成酵素であり、かつ当該酵素がシリカ系ナノ空孔材料の細孔内部に固定化されてDNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体を形成していることを特徴とするマイクロリアクター。
〔14〕 マイクロ流路内部に担持された前記DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体に対してさらにBSAが吸着されており、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を形成していることを特徴とする前記〔13〕に記載のマイクロリアクター。
〔15〕 シリカ系ナノ空孔材料が、FSM、SBA、及びSBA microsphereのいずれかから選択される、前記〔13〕又は〔14〕に記載のマイクロリアクター。
〔16〕 LAMP法を用いた核酸の増幅方法であって、下記の(1)〜(5)の工程を含む方法;
(1)前記〔13〕又は〔14〕に記載のマイクロリアクターのマイクロ流路内を緩衝液で洗浄する工程、
(2)流路内部が65℃になるように加温する工程、
(3)標的核酸を含むか又は含む可能性のある核酸試料及び標的核酸増幅用プライマーセットを含む反応溶液を送液する工程、
(4)流路内部で標的核酸を等温核酸増幅させる工程、
(5)得られた核酸増幅産物を含有する溶液を順次連続的に回収する工程。
〔17〕 核酸増幅産物を回収後、さらに(1)〜(5)の工程を繰り返す、前記〔16〕に記載の方法。
That is, the present invention for solving the above-described problems is composed of the following technical means.
[1] A method for producing a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material composite,
(1) A step of bringing a buffer solution containing a DNA synthase into contact with a silica-based nanoporous material to adsorb the DNA synthase into the silica pores;
(2) A production method, comprising a step of resuspending the obtained precipitate one or more times in a buffer solution containing bovine serum albumin (BSA) and collecting the precipitate by centrifugation.
[2] The production method according to [1], wherein the buffer solution used in the step (1) is a buffer solution containing BSA.
[3] The production method according to [1] or [2], wherein the silica-based nanoporous material is selected from any one of FSM, SBA, and SBA microsphere.
[4] The central pore diameter of the selected FSM is 2 to 4 nm, the central pore diameter of the selected SBA is 4 to 9 nm, or the central pore diameter of the selected SBA microsphere is 10 The production method according to [3], which is ˜20 nm.
[5] The above [3] or [4], wherein the silica-based nanoporous material is FSM, and the buffer solution containing BSA used in at least step (2) further contains a magnesium salt and a surfactant. The manufacturing method as described in.
[6] The production method according to [5], wherein the buffer containing the DNA synthase used in the step (1) is a buffer containing a magnesium salt and a surfactant together with BSA.
[7] The silica-based nanoporous material is SBA or SBA microsphere, and the buffer solution containing at least BSA used in the step (2) does not contain a magnesium salt but contains a surfactant. 3] or the production method according to [4].
[8] The production according to [7], wherein the buffer solution containing the DNA synthase used in the step (1) is a buffer solution containing BSA, containing no magnesium salt, and containing a surfactant. Method.
[9] A DNA synthase-BSA-silica nanoporous material composite produced by the production method according to any one of [1] to [8].
[10] The target DNA is allowed to act on the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex according to [9] together with a target DNA amplification primer and dNTPs in a buffer containing BSA. A method for amplifying a target DNA, which comprises amplifying the target DNA.
[11] A method for detecting or identifying target DNA in a test sample, comprising the following (1) to (3);
(1) A step of diluting a test sample with a buffer containing BSA,
(2) a step of amplifying the target DNA by allowing the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex according to [9] above to act together with the target DNA amplification primer and dNTPs;
(3) A step of detecting the target DNA.
[12] The method according to [11] above, wherein the content of the target DNA in the test sample is 0.01 fg / ml to 1.0 μg / ml.
[13] A microreactor in which a DNA synthase-silica nanoporous material complex is supported inside a microchannel,
The DNA synthesizing enzyme is a DNA synthesizing enzyme for use in a DNA amplification reaction by the LAMP method, and the enzyme is immobilized inside the pores of the silica-based nanoporous material, and the DNA synthesizing enzyme-silica-based nanoporous A microreactor characterized by forming a material composite.
[14] BSA is further adsorbed to the DNA synthase-silica nanoporous material composite supported inside the microchannel, and the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material composite is The microreactor according to [13], wherein the microreactor is formed.
[15] The microreactor according to [13] or [14] above, wherein the silica-based nanoporous material is selected from any of FSM, SBA, and SBA microsphere.
[16] A method for amplifying a nucleic acid using the LAMP method, which comprises the following steps (1) to (5);
(1) A step of washing the inside of the microchannel of the microreactor according to [13] or [14] with a buffer,
(2) A step of heating so that the inside of the flow path becomes 65 ° C.,
(3) sending a reaction solution containing a nucleic acid sample containing or possibly containing a target nucleic acid and a target nucleic acid amplification primer set;
(4) A step of isothermally amplifying the target nucleic acid inside the flow path,
(5) A step of successively and successively collecting the solution containing the obtained nucleic acid amplification product.
[17] The method according to [16] above, wherein the steps (1) to (5) are further repeated after recovering the nucleic acid amplification product.

本発明は、DNA合成酵素を当該シリカ系ナノ空孔材料担体に固定化する際、及び/又は洗浄工程において、BSAを含有させた緩衝液を積極的に使用することで、シリカ系ナノ空孔材料担体と結合するDNA合成酵素に対して積極的にBSAとの複合体を形成させ、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を提供するものである。そのことにより、DNA増幅反応中での副反応を極力抑え、かつDNA増幅反応の特異性及び感度を高めることができ、はじめて数分子レベルという極微量のDNA試料を、特異的かつ高感度に増幅させることに成功した。これらの特異的、高感度のDNA増幅効果は、基質DNAが環状でも一本鎖もしくは二本鎖の直鎖DNAでも、短鎖でも長鎖DNAであっても変わらず、かつ反応系中にバックグラウンドDNAが混入していても選択的な増幅が可能であることを実証した。
また、DNA合成酵素と相互作用させるシリカ系ナノ空孔材料の種類ごとに、DNA増幅反応の特異性及び感度を高めるための最適な細孔サイズ、BSA含有洗浄液中の最適な塩組成を確定することができた。
また、LAMP法用のDNA合成酵素を、シリカ系ナノ空孔材料複合体を担持させたマイクロリアクターに固定化して用いることで、LAMP法におけるコンタミネーションによるDNA増幅反応中の副反応を極力抑制でき、DNA増幅反応の特異性及び感度を高めることができた。しかも当該マイクロリアクターに担持された複合体は複数回繰り返し使用しても、LAMP法によるDNA増幅能が低下しないという優れた性能を発揮する。
In the present invention, when a DNA synthase is immobilized on the silica-based nanoporous material carrier and / or in the washing step, a buffer solution containing BSA is actively used, so that the silica-based nanoporous A DNA synthase that binds to a material carrier is positively formed into a complex with BSA to provide a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex. As a result, side reactions in the DNA amplification reaction can be suppressed as much as possible, and the specificity and sensitivity of the DNA amplification reaction can be increased. For the first time, a very small amount of DNA sample of several molecular levels can be amplified specifically and with high sensitivity. I succeeded in making it happen. These specific and highly sensitive DNA amplification effects are the same regardless of whether the substrate DNA is circular, single- or double-stranded linear DNA, short-chain or long-chain DNA, and back-up in the reaction system. It was proved that selective amplification was possible even when ground DNA was contaminated.
Also, for each type of silica-based nanoporous material that interacts with DNA synthase, determine the optimal pore size and the optimal salt composition in the BSA-containing cleaning solution to enhance the specificity and sensitivity of the DNA amplification reaction. I was able to.
In addition, by immobilizing a DNA synthase for the LAMP method in a microreactor carrying a silica-based nanoporous material composite, side reactions during DNA amplification reaction due to contamination in the LAMP method can be suppressed as much as possible. The specificity and sensitivity of the DNA amplification reaction could be increased. Moreover, the complex supported by the microreactor exhibits excellent performance that the DNA amplification ability by the LAMP method does not decrease even when it is used repeatedly several times.

シリカ系ナノ空孔材料(メソポーラスシリカ)の規則性細孔(シリカ細孔)表面への反応基質DNA、プライマー、dNTPsの吸着抑制により、シリカ細孔に固定化したDNA合成酵素及びBSAを備えたDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体と適量の反応基質(DNA、プライマー、dNTPs)が相互作用し、更に、酵素反応環境の至適化により非特異的DNA増幅を抑制できるようになった結果、微量DNAが特異的かつ高感度に増幅される様子を模式的に示す説明図である。It comprises DNA synthase and BSA immobilized on silica pores by suppressing adsorption of reaction substrate DNA, primers, and dNTPs to the surface of regular pores (silica pores) of silica-based nanoporous material (mesoporous silica) DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex and appropriate amount of reaction substrate (DNA, primer, dNTPs) interact, and further, non-specific DNA amplification can be suppressed by optimizing the enzyme reaction environment It is explanatory drawing which shows typically a mode that trace amount DNA is amplified specifically and highly sensitively as a result. DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の調製方法及びポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)の開始までの手順を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the procedure until the preparation method of a DNA synthetase-BSA-silica-type nanopore material composite, and the start of polymerase chain reaction (PCR method). 遊離のDNA合成酵素及び7種類のシリカ系ナノ空孔材料に固定化したDNA合成酵素を用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)後のDNA増幅産物(分子サイズ:100塩基対)をポリアクリルアミドゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)は、100塩基対の二本鎖DNAを基質DNAとした用いた場合、また、(b)は、100塩基の一本鎖DNAを基質DNAとした用いた場合、である。DNA amplification product (molecular size: 100 base pairs) after polymerase chain reaction (PCR method) using free DNA synthase and DNA synthase immobilized on 7 kinds of silica-based nanopore materials It is the result of analyzing by electrophoresis and evaluating the enzyme activity. In the figure, (a) shows the case where 100-base-pair double-stranded DNA was used as the substrate DNA, and (b) shows the case where 100-base single-stranded DNA was used as the substrate DNA. . 反応溶液50μL中の基質DNA(100塩基対の二本鎖DNA)量を5ngから0.05fgの範囲で段階的に希釈し、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後にDNA増幅産物(分子サイズ:100塩基対)をポリアクリルアミドゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)は、遊離のDNA合成酵素を利用した場合、また、(b)は、DNA合成酵素−FSM型メソポーラスシリカ(細孔径:2.6nm)複合体を利用した場合、である。The amount of substrate DNA (100 base pair double-stranded DNA) in 50 μL of the reaction solution is diluted stepwise in the range of 5 ng to 0.05 fg and subjected to polymerase chain reaction (PCR method), followed by DNA amplification product (molecular size) : 100 base pairs) was analyzed by polyacrylamide gel electrophoresis, and the enzyme activity was evaluated. In the figure, (a) is when free DNA synthase is used, and (b) is when DNA synthase-FSM type mesoporous silica (pore diameter: 2.6 nm) complex is used. . 100塩基対の二本鎖DNA(5fg)を基質DNAとした、異なるサイクル数でのポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後にDNA増幅産物(分子サイズ:100塩基対)をポリアクリルアミドゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)は、遊離のDNA合成酵素及びDNA合成酵素−FSM型メソポーラスシリカ(細孔径:2.6nm)複合体を用いた場合、また、(b)は、基質DNAのみを含まない遊離のDNA合成酵素反応溶液を用いた場合、である。A DNA amplification product (molecular size: 100 base pairs) was subjected to polyacrylamide gel electrophoresis after polymerase chain reaction (PCR method) with different number of cycles using 100 base pairs of double-stranded DNA (5 fg) as substrate DNA. It is the result of having analyzed and evaluating an enzyme activity. In the figure, (a) shows the case of using a free DNA synthase and a DNA synthase-FSM type mesoporous silica (pore size: 2.6 nm) complex, and (b) does not contain only substrate DNA. When a free DNA synthase reaction solution is used. 環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20、2736塩基対)に挿入した4種類の長鎖DNA(616、1272、2566、5027塩基対)を遊離のDNA合成酵素を用いて増幅し、各々のDNA増幅産物をアガロースゲル電気泳動で解析した結果である。Four kinds of long-chain DNA (616, 1272, 2566, 5027 base pairs) inserted into a circular plasmid DNA (T-Vector pMD20, 2736 base pairs) are amplified using free DNA synthase, and each DNA amplification product It is the result of having analyzed by agarose gel electrophoresis. DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)後のDNA増幅産物をアガロースゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)−(d)は、環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20、2736塩基対)に挿入した4種類の長鎖DNA(616、1272、2566、5027塩基対)を対象に増幅した場合、(a):約800塩基対、(b):約1500塩基対、(c):約2800塩基対、(d):約5200塩基対、の場合である。また、図中、(e)は、(a)−(d)におけるDNA増幅効率の違いを示す図である。It is the result of having analyzed the DNA amplification product after the polymerase chain reaction (PCR method) using a DNA synthetase-BSA-silica nanopore material complex by agarose gel electrophoresis, and evaluating the enzyme activity. In the figure, (a) to (d) were amplified using four types of long-chain DNA (616, 1272, 2566, 5027 base pairs) inserted into a circular plasmid DNA (T-Vector pMD20, 2736 base pairs). In this case, (a): about 800 base pairs, (b): about 1500 base pairs, (c): about 2800 base pairs, (d): about 5200 base pairs. Moreover, (e) is a figure which shows the difference in DNA amplification efficiency in (a)-(d) in the figure. 反応溶液50μL中の基質DNA(616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20))量を1ngから0.01fgの範囲で段階的に希釈し、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後にDNA増幅産物(分子サイズ:約800塩基対)をアガロースゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)は、遊離のDNA合成酵素を利用した場合、また、(b)は、DNA合成酵素−FSM型メソポーラスシリカ(細孔径:2.6nm)複合体を利用した場合、である。The substrate DNA (circular plasmid DNA (T-Vector pMD20) into which 616 base pairs of DNA was inserted) in 50 μL of the reaction solution was diluted stepwise in the range of 1 ng to 0.01 fg, and polymerase chain reaction (PCR method) This is a result of analyzing a DNA amplification product (molecular size: about 800 base pairs) by agarose gel electrophoresis after performing the above and evaluating the enzyme activity. In the figure, (a) is when free DNA synthase is used, and (b) is when DNA synthase-FSM type mesoporous silica (pore diameter: 2.6 nm) complex is used. . 616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20、0.01fg)を基質DNAとした、遊離のDNA合成酵素及び7種類のシリカ系ナノ空孔材料に固定化したDNA合成酵素を用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後にDNA増幅産物(分子サイズ:約800塩基対)をアガロースゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。DNA synthetase immobilized on free DNA synthetase and seven kinds of silica nanopore materials using circular plasmid DNA (T-Vector pMD20, 0.01 fg) with 616 base pair DNA inserted as substrate DNA This is a result of analyzing a DNA amplification product (molecular size: about 800 base pairs) by agarose gel electrophoresis after performing a polymerase chain reaction (PCR method) using, and evaluating the enzyme activity. DNA合成酵素(1unit)を含んだ、反応組成の異なる8種類のPCR用緩衝溶液を用いて、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体前駆体を得、次に、バックグラウンドDNAとして、616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(3354塩基対、1ng)を添加し、続いて、同PCR用緩衝溶液100μLを用いて前記複合体を洗浄した後、1272塩基対のDNAが挿入された標的となる環状プラスミドDNA(4010塩基対、1ng)を含んだ前記PCR用緩衝溶液50μLを添加することによってポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後にDNA増幅産物(分子サイズ:約1500塩基対)をアガロースゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)は、FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、(b)は、SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、である。A DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex precursor was obtained using eight types of PCR buffer solutions containing DNA synthase (1 unit) having different reaction compositions, and then background DNA. As described above, a circular plasmid DNA (3354 base pairs, 1 ng) into which 616 base pairs of DNA were inserted was added, and then the complex was washed with 100 μL of the same buffer solution for PCR, followed by 1272 base pairs of DNA. DNA polymerase product (molecular size: about) after carrying out polymerase chain reaction (PCR method) by adding 50 μL of the PCR buffer solution containing circular plasmid DNA (4010 base pairs, 1 ng) as a target into which DNA was inserted (1500 base pairs) was analyzed by agarose gel electrophoresis, and the enzyme activity was evaluated. In the figure, (a) is a DNA synthase immobilized on FSM-22 (central pore diameter: 4.2 nm), and (b) is SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm). In the case of immobilized DNA synthase. 616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(3354塩基対、0.1pg)をバックグラウンドDNAとして含んだDNA合成酵素(1unit)を含んだ、反応組成の異なる8種類のPCR用緩衝溶液を用いて、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体前駆体を得、続いて、同PCR用緩衝溶液100μLを用いて前記複合体を洗浄した後、1272塩基対のDNAが挿入された標的となる環状プラスミドDNA(4010塩基対、0.1pg)を含んだ前記PCR用緩衝溶液50μLを添加することによってポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後にDNA増幅産物(分子サイズ:約1500塩基対)をアガロースゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)は、FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、(b)は、SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、また、(c)は、SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、である。Eight kinds of PCR buffer solutions with different reaction compositions containing a DNA synthase (1 unit) containing a circular plasmid DNA (3354 base pairs, 0.1 pg) inserted with 616 base pairs of DNA as background DNA To obtain a DNA synthase-BSA-silica-based nanoporous material complex precursor, and then wash the complex with 100 μL of the same buffer solution for PCR, followed by insertion of 1272 base pair DNA. DNA amplification product (molecular size: about 1500) after carrying out polymerase chain reaction (PCR method) by adding 50 μL of the above PCR buffer solution containing the target circular plasmid DNA (4010 base pairs, 0.1 pg) (Base pair) is analyzed by agarose gel electrophoresis, and the enzyme activity is evaluated. In the figure, (a) is a DNA synthetase immobilized on FSM-16 (central pore diameter: 2.6 nm), and (b) is SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm). In the case of the immobilized DNA synthetase, (c) is the case of the DNA synthetase immobilized on SBA-15 microsphere (central pore diameter: 18.5 nm). DNA合成酵素−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体をガラス製流路に担持したマイクロ流体デバイスを示す説明図である。図中、(a)は、マイクロ流体デバイスの上面図及びマイクロ流路の寸法を示す図であり、(b)は、該マイクロ流体デバイスを上面から見た時の写真であり、また、(c)は、マイクロ流路を加温した場合の赤外線サーモグラフ画像、である。It is explanatory drawing which shows the microfluidic device which carry | supported the DNA synthetase-SBA-15 (center pore diameter: 5.4 nm) composite_body | complex to the glass-made flow path. In the figure, (a) is a top view of the microfluidic device and a drawing showing the dimensions of the microchannel, (b) is a photograph of the microfluidic device as viewed from above, and (c) ) Is an infrared thermograph image when the microchannel is heated. コイヘルペスウイルス(KHV)ゲノムDNAを基質DNAとした、遊離のDNA合成酵素及びDNA合成酵素−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体を用いた等温DNA増幅(LAMP法)を実施した後に、蛍光標識されたDNA増幅産物の蛍光強度を測定し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)は、バッチ式反応にて、SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)に固定化したDNA合成酵素を繰り返し使用した場合、また、(b)は、DNA合成酵素−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体を流路に担持したマイクロ流体デバイスを用いて、流通式の連続反応を行った場合、である。Isothermal DNA amplification (LAMP method) using free DNA synthase and DNA synthase-SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) complex using koi herpesvirus (KHV) genomic DNA as substrate DNA It is the result of measuring the fluorescence intensity of the fluorescence-labeled DNA amplification product after the execution and evaluating the enzyme activity. In the figure, (a) shows a case where a DNA synthase immobilized on SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) is repeatedly used in a batch reaction, and (b) shows a DNA synthase. This is the case where a flow-type continuous reaction is carried out using a microfluidic device in which a SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) complex is supported in a flow path. BSAを0.001%含有する反応溶液50μL中の基質DNA(1272塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20))量を1ngから0.01fgの範囲で段階的に希釈し、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後にDNA増幅産物(分子サイズ:約1500塩基対)をアガロースゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)は、遊離のDNA合成酵素を利用した場合、また、(b)は、DNA合成酵素−FSM型メソポーラスシリカ(細孔径:2.6nm)複合体を利用した場合、である。The amount of substrate DNA (circular plasmid DNA inserted with 1272 base pairs of DNA (T-Vector pMD20)) in 50 μL of a reaction solution containing 0.001% BSA was diluted stepwise in the range of 1 ng to 0.01 fg. The results are obtained by analyzing the DNA amplification product (molecular size: about 1500 base pairs) by agarose gel electrophoresis after performing the polymerase chain reaction (PCR method) and evaluating the enzyme activity. In the figure, (a) is when free DNA synthase is used, and (b) is when DNA synthase-FSM type mesoporous silica (pore diameter: 2.6 nm) complex is used. . 1272塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20、0.1fg)を基質DNAとした、遊離のDNA合成酵素及び7種類のシリカ系ナノ空孔材料に固定化したDNA合成酵素を用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後にDNA増幅産物(分子サイズ:約1500塩基対)をアガロースゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。DNA synthase immobilized on 7 kinds of silica-based nanoporous materials using a circular plasmid DNA (T-Vector pMD20, 0.1 fg) into which DNA of 1272 base pairs is inserted as substrate DNA This is a result of analyzing a DNA amplification product (molecular size: about 1500 base pairs) by agarose gel electrophoresis after performing a polymerase chain reaction (PCR method) using, and evaluating the enzyme activity. 616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(3354塩基対、0.1fg)をバックグラウンドDNAとして含んだDNA合成酵素(1unit)を含んだ、反応組成の異なる4種類のPCR用緩衝溶液(図11のレーン(1)、(3)、(5)、(7)の反応組成)を用いて、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体前駆体を得、続いて、同PCR用緩衝溶液100μLを用いて前記複合体を洗浄した後、1272塩基対のDNAが挿入された標的となる環状プラスミドDNA(4010塩基対、0.1fg)を含んだ前記PCR用緩衝溶液50μLを添加することによってポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後にDNA増幅産物(分子サイズ:約1500塩基対)をアガロースゲル電気泳動で解析し、酵素活性を評価した結果である。図中、(a)は、電気泳動像、また、(b)は、バックグラウンドDNAと標的DNAの増幅の有無を+、−で表示し、図11の実験結果と共にまとめた表、である。Four types of PCR buffer solutions with different reaction compositions (1 unit) containing DNA synthase (1 unit) containing circular plasmid DNA (3354 base pairs, 0.1 fg) with 616 base pairs of DNA inserted as background DNA. The reaction composition of lanes (1), (3), (5), and (7) in FIG. 11 is used to obtain a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material composite precursor, After washing the complex with 100 μL of PCR buffer solution, 50 μL of the PCR buffer solution containing the target circular plasmid DNA (4010 base pairs, 0.1 fg) into which 1272 base pair DNA was inserted was added. After the polymerase chain reaction (PCR method) was performed, the DNA amplification product (molecular size: about 1500 base pairs) was analyzed by agarose gel electrophoresis, and the enzyme activity was evaluated. This is the result of In the figure, (a) is an electrophoretic image, and (b) is a table summarizing together with the experimental results of FIG.

1.本発明において用いる「シリカ系ナノ空孔材料」について
(1−1)シリカ系ナノ空孔材料(メソポーラスシリカ)の種類
本発明で固定化酵素担体として用いるシリカ系ナノ空孔材料(メソポーラスシリカ)は、二酸化ケイ素(シリカ)を材質とする、均一な細孔を持つ多孔質材料であって、細孔の中心細孔直径が2〜50nm(メソ孔:IUPAC)であり、一般的には、全細孔容積が0.1〜2.0ml/gで、比表面積が200〜1500m/gである(非特許文献12など)。メソポーラスシリカ内の細孔を規則的に形成させるための一般的合成方法には、(a)液晶の鋳型法と(b)シート変形法の2種類あり、(a)では、界面活性剤をシリカ又はケイ酸ソーダと混和して縮合による自己組織化させ、焼成により界面活性剤を除去するのに対して、(b)では界面活性剤を層状のカネマイト(NaHSi・3HO)に添加してイオン交換によりシート変形を起こさせてハニカム構造を形成させ界面活性剤を焼成除去する方法(非特許文献11)がある。(a)の方法で得られる典型的なものとして、「MCM(MCM−41など)」、「SBA(SBA−15)」などがあり、(b)の方法で得られる典型的なものとして、「FSM(FSM−16など)」などがある。両法で得られる「シリカ系ナノ空孔材料」は、いずれも通常ハニカム構造の「ヘキサゴナル」型結晶構造を有している。(a)の方法で得られる「MCM」及び「SBA」などでは、「キュービック」型の結晶構造を採ることもある。
本発明において用いられる「シリカ系ナノ空孔材料」は、上記いずれかの手法で合成された規則的な細孔構造を有する「シリカ系ナノ空孔材料」であり、より好ましくは、「FSM」「SBA」又は「MCM」であり、特に好ましくは「FSM」、「SBA」又は「SBA」の合成過程で界面活性剤と共に膨張剤を混和して細孔径を拡大させた「SBA−microsphere」である。
1. “Silica-based nanoporous material” used in the present invention (1-1) Types of silica-based nanoporous material (mesoporous silica) Silica-based nanoporous material (mesoporous silica) used as an immobilized enzyme carrier in the present invention is , A porous material having uniform pores made of silicon dioxide (silica) and having a pore having a central pore diameter of 2 to 50 nm (mesopore: IUPAC), The pore volume is 0.1 to 2.0 ml / g, and the specific surface area is 200 to 1500 m 2 / g (Non-patent Document 12, etc.). There are two general synthesis methods for regularly forming pores in mesoporous silica: (a) liquid crystal template method and (b) sheet deformation method. In (a), the surfactant is silica. Or, it is mixed with sodium silicate and self-assembled by condensation, and the surfactant is removed by baking. In (b), the surfactant is converted into layered kanemite (NaHSi 2 O 3 .3H 2 O). There is a method (Non-patent Document 11) of adding and causing sheet deformation by ion exchange to form a honeycomb structure and firing and removing the surfactant. Typical examples obtained by the method (a) include “MCM (MCM-41 etc.)”, “SBA (SBA-15)” and the like, and typical examples obtained by the method (b) “FSM (FSM-16, etc.)” and the like. The “silica-based nanoporous material” obtained by both methods usually has a “hexagonal” type crystal structure of a honeycomb structure. “MCM” and “SBA” obtained by the method (a) may adopt a “cubic” type crystal structure.
The “silica-based nanoporous material” used in the present invention is a “silica-based nanoporous material” having a regular pore structure synthesized by any of the above methods, and more preferably “FSM”. “SBA” or “MCM”, particularly preferably “SBA-microsphere” in which the pore diameter is expanded by mixing a swelling agent with a surfactant in the synthesis process of “FSM”, “SBA” or “SBA” is there.

(1−2)本発明で用いたシリカ系ナノ空孔材料の合成方法
本発明の実施例では、典型的な規則的な細孔構造を有する「シリカ系ナノ空孔材料」のうち、上記(b)のタイプの典型的な「FSM(FSM−16、22)」及び上記(a)のタイプの典型的な「SBA(SBA−15)」と共に、細孔径を拡大させた「SBA(SBA−15) microsphere」を用い、「FSM」は、稲垣らの方法(非特許文献12)、「SBA」は、Zhaoらの方法(非特許文献13)、「SBA microsphere」は、Wangらの方法(非特許文献14)の記載をそれぞれ参考にして合成した。
具体的には、「FSM」は、カチオン性界面活性剤を鋳型として用い、層状ケイ酸塩であるカネマイトをシリカ源とした、弱アルカリ性溶液でのシリカの脱水重縮合反応を行い、焼成により界面活性剤を除去する方法により得、「SBA(SBA−15)」は、非イオン性界面活性剤を鋳型として用い、オルトケイ酸テトラエチルをシリカ源とした、酸性溶液でのシリカの脱水重縮合反応を行い、焼成により界面活性剤を除去する方法により得、また、「SBA(SBA−15) microsphere」は、非イオン性界面活性剤を鋳型として用い、オルトケイ酸テトラエチルをシリカ源とした膨張剤(メシチレン)存在下及び酸性溶液でのシリカの脱水重縮合反応を行い、焼成により界面活性剤を除去する方法により得た。
(1-2) Method for synthesizing silica-based nanoporous material used in the present invention In the examples of the present invention, among the “silica-based nanoporous material” having a typical regular pore structure, the above ( In addition to the typical “FSM (FSM-16, 22)” of type b) and the typical “SBA (SBA-15)” of type (a) above, “SBA (SBA− 15) “microsphere”, “FSM” is the method of Inagaki et al. (Non-Patent Document 12), “SBA” is the method of Zhao et al. (Non-patent Document 13), and “SBA microsphere” is the method of Wang et al. They were synthesized with reference to the description of Non-Patent Document 14).
Specifically, “FSM” performs dehydration polycondensation reaction of silica in a weak alkaline solution using a cationic surfactant as a template and kanemite, which is a layered silicate, as a silica source. “SBA (SBA-15)” is a dehydration polycondensation reaction of silica in an acidic solution using a nonionic surfactant as a template and tetraethyl orthosilicate as a silica source. Obtained by a method of removing the surfactant by baking, and “SBA (SBA-15) microsphere” is a swelling agent (mesitylene) using a nonionic surfactant as a template and tetraethyl orthosilicate as a silica source. The silica was dehydrated and polycondensed in the presence and in an acidic solution, and the surfactant was removed by calcination.

(1−3)シリカ系ナノ空孔材料の細孔径について
シリカ系ナノ空孔材料の一般的な細孔径は、中心細孔直径で2〜50nm(メソ孔)である。そのうち、好ましい細孔径の数値範囲はそれぞれで異なっており、例えば、FSMの場合、中心細孔直径は2〜4nm、好ましくは2〜3nmの範囲であり、特にFSM−16(中心細孔直径:2.6nm)が好適である。SBAの場合は、中心細孔直径は4〜11nm、好ましくは4〜9nm、より好ましくは5〜8nmの範囲であり、特にSBA−15(中心細孔直径:5.4nm)及びSBA−15(中心細孔直径:7.1nm)が好適である。SBA microsphereの場合は、中心細孔直径は10〜20nm、好ましくは13〜19nm、より好ましくは15〜19nmの範囲であり、特にSBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)が好適である。
(1-3) About the pore diameter of the silica-based nanoporous material The general pore diameter of the silica-based nanoporous material is 2 to 50 nm (mesopore) in the central pore diameter. Among them, the preferable numerical range of the pore diameter is different, for example, in the case of FSM, the central pore diameter is in the range of 2 to 4 nm, preferably in the range of 2 to 3 nm, particularly FSM-16 (central pore diameter: 2.6 nm) is preferred. In the case of SBA, the central pore diameter is in the range of 4 to 11 nm, preferably 4 to 9 nm, more preferably 5 to 8 nm, especially SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) and SBA-15 ( Center pore diameter: 7.1 nm) is preferred. In the case of SBA microsphere, the central pore diameter is 10 to 20 nm, preferably 13 to 19 nm, more preferably 15 to 19 nm, and particularly SBA-15 microsphere (central pore diameter: 18.5 nm) is suitable. is there.

2.本発明の「DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料」複合体の製造方法
次に、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料と共にウシ血清アルブミン(BSA)を備える、本発明のDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の製造について説明する。
2. Method for Producing “DNA Synthetase-BSA-Silica Nanoporous Material” Complex of the Present Invention Next, the DNA synthesis of the present invention comprising bovine serum albumin (BSA) together with the DNA synthetase-silica nanoporous material The production of the enzyme-BSA-silica nanoporous material composite will be described.

(2−1)DNA合成酵素のシリカ系ナノ空孔材料への固定化
本発明において、DNA合成酵素のシリカ系ナノ空孔材料への固定化方法は、通常の酵素固定化方法が適用でき、DNA合成酵素及び緩衝溶液を、シリカ系ナノ空孔材料粉末とを混合することで、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体の前駆体を沈殿物として得ることができる。その際、本発明においては、固定化用の緩衝液として、ウシ血清アルブミン(BSA)を含有させた緩衝液を用いることが好ましい。例えば、DNA合成酵素を、BSAを0.001%含んだ緩衝溶液50μL中に溶解又は懸濁させた後、シリカ系ナノ空孔材料の粉末0.5mgと混合して1秒程度室温で攪拌し、5〜10分間氷上で静置した後、5秒程度室温で攪拌し、遠心分離を行うことにより、沈殿物として、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体の前駆体を得ることができる。
固定化用の緩衝液として用いるBSA含有緩衝液は、BSAが0.0001〜0.1質量%、好ましくは0.001〜0.01質量%配合されている緩衝液が好ましく、固定化後の沈殿物に対して行う洗浄工程で用いるBSA含有洗浄用緩衝液と同一の組成であることがより好ましい。また、DNA増幅工程で用いる反応媒体用のBSA含有緩衝液と同一の組成であってもよい。
そのような緩衝液は、一般的なリン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液など無機塩緩衝液、又はトリス塩酸緩衝液などの有機物含有緩衝液、生理食塩水に、BSAを0.0001〜0.1質量%、好ましくは0.001〜0.01質量%配合することで調製できる。また、市販のDNA合成用反応液(東洋紡社製など)として市販されているBSA含有緩衝液を利用して用いることもできる。特に、シリカ系ナノ空孔材料としてFSMを用いる場合には、塩化マグネシウムなどのマグネシウム塩及び界面活性剤が存在していることが好ましいので、DNA増幅開始のために必須のマグネシウム塩及び界面活性剤が含まれている市販DNA合成用反応液をそのまま用いることができる。しかし、シリカ系ナノ空孔材料としてSBA又はSBA microsphereを用いる場合には、界面活性剤は含まれている方がよいが、マグネシウム塩を含有していない方が良いため、市販DNA合成用反応液は用いずに、BSAと共に必要な塩類を配合して調製することが好ましい。
ここで、本発明のBSA含有緩衝液中に配合される界面活性剤としては、Triton X−100、Nonidet P−40、Brij35及びTween20など、エーテル型及びエステルエーテル型非イオン性界面活性剤が好ましく、特にTriton X−100が好ましく用いられる。配合割合としては、緩衝液全量に対して0.01〜0.5質量%、好ましくは0.05〜0.1質量%配合されることが好ましく、単独もしくは2種類の以上の界面活性剤を併用することができる。
なお、本発明では、最も入手しやすい血清アルブミンとしてBSAを用いているが、様々な物質に対する吸着特性は、哺乳類由来のアルブミンであればほぼ同等の特性を示すことから、BSAに代えてヒト血清アルブミン(HSA)など、他の哺乳類由来の血清アルブミンを用いることもできる。
(2-1) Immobilization of DNA synthesizing enzyme on silica-based nanoporous material In the present invention, as a method for immobilizing DNA synthesizing enzyme on silica-based nanoporous material, a normal enzyme immobilization method can be applied, By mixing the DNA synthase and the buffer solution with the silica-based nanoporous material powder, the precursor of the DNA synthase-silica-based nanoporous material complex can be obtained as a precipitate. At this time, in the present invention, it is preferable to use a buffer solution containing bovine serum albumin (BSA) as a buffer solution for immobilization. For example, a DNA synthase is dissolved or suspended in 50 μL of a buffer solution containing 0.001% BSA, mixed with 0.5 mg of silica nanoporous material powder, and stirred at room temperature for about 1 second. After leaving it on ice for 5 to 10 minutes, it is stirred at room temperature for about 5 seconds and centrifuged to obtain a precursor of a DNA synthase-silica nanoporous material complex as a precipitate. it can.
The BSA-containing buffer solution used as the buffer solution for immobilization is preferably a buffer solution containing BSA in an amount of 0.0001 to 0.1% by mass, preferably 0.001 to 0.01% by mass. More preferably, it has the same composition as the BSA-containing washing buffer used in the washing step performed on the precipitate. Further, it may have the same composition as the BSA-containing buffer for the reaction medium used in the DNA amplification step.
Such a buffer solution is a general phosphate buffer solution, an inorganic salt buffer solution such as a borate buffer solution, or an organic substance-containing buffer solution such as a Tris-HCl buffer solution, physiological saline, and BSA in a concentration of 0.0001 to 0.00. It can be prepared by blending 1% by mass, preferably 0.001 to 0.01% by mass. Further, a BSA-containing buffer solution that is commercially available as a commercially available reaction solution for DNA synthesis (such as Toyobo Co., Ltd.) can also be used. In particular, when FSM is used as the silica-based nanoporous material, it is preferable that a magnesium salt such as magnesium chloride and a surfactant are present, so that the magnesium salt and surfactant essential for starting DNA amplification are present. A commercially available reaction solution for DNA synthesis containing can be used as it is. However, when SBA or SBA microsphere is used as the silica-based nanoporous material, it is better to contain a surfactant, but it is better not to contain a magnesium salt. It is preferable to prepare by blending necessary salts together with BSA without using.
Here, as the surfactant blended in the BSA-containing buffer of the present invention, ether type and ester ether type nonionic surfactants such as Triton X-100, Nonidet P-40, Brij35, and Tween 20 are preferable. In particular, Triton X-100 is preferably used. The blending ratio is 0.01 to 0.5% by weight, preferably 0.05 to 0.1% by weight, based on the total amount of the buffer solution. Can be used together.
In the present invention, BSA is used as the most readily available serum albumin. However, since the adsorption property to various substances shows almost the same property as albumin derived from mammals, human serum is substituted for BSA. Serum albumin derived from other mammals such as albumin (HSA) can also be used.

(2−2)DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の製造
本発明においては、次いで、沈殿物として得られたDNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体の前駆体を、BSAを含んだ緩衝溶液で再懸濁する工程を含む洗浄処理を施し、上清を除去してDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を製造する。当該洗浄工程は1回でも良いが、BSAの濃度が低い場合などは2回以上行うことが好ましい。例えば、BSAを0.001%含有する緩衝溶液100μLで該沈殿物を再懸濁することにより洗浄を行い、遠心分離後に上清を完全に除去する。必要に応じ、これらの工程を繰り返す。
(2-2) Production of DNA synthase-BSA-silica nanopore material composite In the present invention, a precursor of the DNA synthase-silica nanopore material composite obtained as a precipitate is then used. Then, a washing treatment including a step of resuspending with a buffer solution containing BSA is performed, and the supernatant is removed to produce a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material composite. The cleaning step may be performed once, but it is preferable to perform the cleaning step twice or more when the concentration of BSA is low. For example, the precipitate is washed by resuspending with 100 μL of a buffer solution containing 0.001% BSA, and the supernatant is completely removed after centrifugation. Repeat these steps as necessary.

ここで、洗浄に用いるBSA含有緩衝液は、DNA合成酵素をシリカ系ナノ空孔材料に固定化する際に用いるBSA含有緩衝液と、同一の組成であることが好ましいが、異なっていても良い。両者ともDNA合成酵素反応の際に用いるBSA含有反応液と同一組成の緩衝液を用いることもできる。
本発明の洗浄工程で用いるBSA含有緩衝液は、一般的なリン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液など無機塩緩衝液、又はトリス塩酸緩衝液などの有機物含有緩衝液、生理食塩水に、BSAを0.0001〜0.1質量%、好ましくは0.001〜0.01質量%又はさらに界面活性剤を0.01〜0.5質量%、好ましくは0.05〜0.1質量%配合することで調製できる。また、市販のDNA合成用反応液(東洋紡社製など)として市販されているBSA含有緩衝液を用いることもできるが、これら緩衝液中の最適な塩組成は、シリカ系ナノ空孔材料の種類によって異なるため、BSAと共に緩衝作用のある塩類を配合して調製することが好ましい。ここで、用いられる界面活性剤の種類及び好ましい配合割合は、(2−1)で述べたと同様である。
具体的には、FSMの場合は、BSAと共に界面活性剤の他、さらに塩化マグネシウムなどのマグネシウム塩が1〜5mM、好ましくは1〜3.5mM存在することが好ましいため、DNA増幅用に市販されているDNA合成用反応液をそのまま用いることができる。例えば、120mM Tris−HCl(pH8)、6mM 硫酸アンモニウム、10mM 塩化カリウム、0.1% Triton X−100、0.001% BSA、1mM 塩化マグネシウムの組成の緩衝液を用いることができる。
一方、SBAの場合は、界面活性剤の配合は好ましいが、マグネシウム塩の存在は好ましくないため、BSA及び他の緩衝液成分により調製することが好ましい。例えば、0.0001〜0.1質量%、好ましくは0.001〜0.01質量%のBSA及び0.01〜0.5% Triton X−100に対して、10〜150mMのTris−HCl(pH7〜9)、2〜10mMの硫酸アンモニウム、5〜15mMの塩化カリウムなどの塩類を組み合わせて調製した緩衝液を用いることができる。
同様に、SBA microsphereの場合もマグネシウム塩の存在は好ましくないため、SBAの場合と同様に、BSA及び他の緩衝液成分により調製することが好ましい。
Here, the BSA-containing buffer used for washing preferably has the same composition as the BSA-containing buffer used when immobilizing the DNA synthase on the silica-based nanoporous material, but may be different. . In both cases, a buffer solution having the same composition as the BSA-containing reaction solution used in the DNA synthase reaction can also be used.
The BSA-containing buffer solution used in the washing step of the present invention is prepared by adding BSA to a general phosphate buffer solution, an inorganic salt buffer solution such as a borate buffer solution, an organic substance-containing buffer solution such as a Tris-HCl buffer solution, or physiological saline. 0.0001 to 0.1% by mass, preferably 0.001 to 0.01% by mass, or 0.01 to 0.5% by mass, preferably 0.05 to 0.1% by mass of a surfactant. Can be prepared. Also, commercially available BSA-containing buffers can be used as commercially available reaction solutions for DNA synthesis (manufactured by Toyobo Co., Ltd.). The optimum salt composition in these buffers is the type of silica-based nanoporous material. Therefore, it is preferable to prepare BSA together with a salt having a buffering action. Here, the kind of surfactant used and the preferable blending ratio are the same as described in (2-1).
Specifically, in the case of FSM, it is preferable that magnesium salt such as magnesium chloride is present in addition to BSA as well as a surfactant in addition to 1 to 5 mM, preferably 1 to 3.5 mM. The reaction solution for DNA synthesis can be used as it is. For example, a buffer solution having a composition of 120 mM Tris-HCl (pH 8), 6 mM ammonium sulfate, 10 mM potassium chloride, 0.1% Triton X-100, 0.001% BSA, and 1 mM magnesium chloride can be used.
On the other hand, in the case of SBA, the addition of a surfactant is preferable, but the presence of a magnesium salt is not preferable, so it is preferable to prepare with BSA and other buffer components. For example, with respect to 0.0001 to 0.1% by mass, preferably 0.001 to 0.01% by mass of BSA and 0.01 to 0.5% Triton X-100, 10 to 150 mM Tris-HCl ( pH 7-9) A buffer prepared by combining salts such as 2 to 10 mM ammonium sulfate and 5 to 15 mM potassium chloride can be used.
Similarly, in the case of SBA microsphere, the presence of a magnesium salt is not preferable, and thus it is preferable to prepare with BSA and other buffer components as in the case of SBA.

洗浄後の沈殿物は、1000〜1500G、25秒間などの遠心分離処理を行い、上清と分離し、「DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体」として回収する。
必要に応じて、上記洗浄工程、及び遠心分離工程を繰り返す。
The precipitate after washing is centrifuged at 1000-1500 G for 25 seconds, etc., separated from the supernatant, and recovered as a “DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex”.
If necessary, the washing step and the centrifugation step are repeated.

(2−3)本発明で用いるDNA合成酵素について
本発明において対象とするDNA増幅方法は、典型的には汎用的でかつ最も簡便なポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)であるが、等温DNA増幅法(LAMP法)、Rolling Circle Amplification(RCA法)、及びMultiple Displacement Amplification(MDA法)などにも適用可能である。
したがって、本発明で用いることのできるDNA合成酵素としては、PCR用の酵素に限定されるものではなく、任意のDNA配列、又は、特定の遺伝子配列を合成、増幅する能力を有する酵素であれば、その種類に制限されることなく、本発明を適用することが可能である。
ポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)用のDNA合成酵素としては、本発明の実施例で用いた高耐熱性DNA合成酵素であるKOD DNAポリメラーゼの他、Taq DNAポリメラーゼなどのDNAポリメラーゼを用いることができる。他に、MDA法、RCA法、LAMP法には、phi29 DNAポリメラーゼ、Bst DNAポリメラーゼなどを用いることができる。
(2-3) DNA synthase used in the present invention The DNA amplification method targeted in the present invention is typically the general-purpose and most simple polymerase chain reaction (PCR method). (LAMP method), Rolling Circle Amplification (RCA method), and Multiple Displacement Amplification (MDA method) are also applicable.
Therefore, the DNA synthetase that can be used in the present invention is not limited to an enzyme for PCR, and any enzyme having an ability to synthesize and amplify an arbitrary DNA sequence or a specific gene sequence. The present invention can be applied without being limited to the type.
As a DNA synthase for polymerase chain reaction (PCR method), DNA polymerase such as Taq DNA polymerase can be used in addition to KOD DNA polymerase which is a high heat-resistant DNA synthase used in the examples of the present invention. In addition, phi29 DNA polymerase, Bst DNA polymerase, and the like can be used for the MDA method, the RCA method, and the LAMP method.

3.本発明における極微量DNAの増幅方法
本発明における「DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体」は、従来のDNA増幅方法(PCR法、LAMP法、RCA法、又はMDA法など)で用いるDNA合成酵素に対してシリカ系ナノ空孔材料への特有な固定化処理により「DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体」の状態で固定化された「固定化DNA合成酵素」であるといえるから、本発明の「DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体」は、通常の固定化DNA合成酵素の場合と同様に、一般的なDNA増幅方法で用いるDNA合成酵素に適宜代替して用いることができる。
したがって、本発明のDNA増幅の増幅手段自体は、基本的には従来からのDNA増幅方法、特に固定化DNA合成酵素を用いたDNA増幅方法での増幅手段をそのまま適用することができ、増幅の対象となる標的DNAの種類も同様である。
本発明における極微量DNAの増幅方法においては、DNA増幅に際し、当該「DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体」を用い、かつDNA合成用反応液として、BSA含有緩衝液を用いることを特徴としており、そのことにより標的DNAの量が極微量、特に被検試料中のDNA含有量が極微量の場合であっても副反応を抑制し、標的DNAを特異的、かつ高感度で増幅できる。
すなわち、本発明の対象とするDNA増幅方法は、PCR法に限られるものではないが、以下の説明では、主に典型的なKOD DNAポリメラーゼを用いたPCR法を用いた場合について、詳細に説明する。
3. Amplification method of very small amount of DNA in the present invention “DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex” in the present invention is a conventional DNA amplification method (PCR method, LAMP method, RCA method, MDA method, etc.) "Synthesis of immobilized DNA synthesized in a state of" DNA synthase-BSA-silica nanopore material complex "by a specific immobilization treatment on silica nanopore material with respect to DNA synthase used in Since it can be said that it is an “enzyme”, the “DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex” of the present invention is used in a general DNA amplification method as in the case of an ordinary immobilized DNA synthase. It can be used as a substitute for DNA synthase as appropriate.
Therefore, the amplification means itself of the DNA amplification of the present invention can basically be applied as it is with the conventional DNA amplification method, particularly the DNA amplification method using the immobilized DNA synthase. The same applies to the type of target DNA.
In the method for amplifying a very small amount of DNA in the present invention, in the DNA amplification, the “DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex” is used, and a BSA-containing buffer is used as a reaction solution for DNA synthesis. As a result, even if the amount of target DNA is extremely small, especially when the amount of DNA in the test sample is extremely small, side reactions are suppressed, and target DNA is specific and highly sensitive. Can be amplified.
That is, the DNA amplification method targeted by the present invention is not limited to the PCR method, but in the following description, the case where the PCR method using a typical KOD DNA polymerase is mainly used will be described in detail. To do.

(3−1)標的DNAについて
本発明における反応基質のDNAとしては、その塩基長さが限定されるものではなく、また、環状及び直鎖状、又は、一本鎖及び二本鎖などの適宜のDNAが適用可能である。
二本鎖DNAの場合、既知のDNA増幅用プラスミドのクローニングサイトに標的DNAを挿入してPCR増幅法を用いて増幅することが好ましい。
また、下記(3−3)において詳細に述べるが、本発明では数分子レベルの極微量の基質DNAであっても増幅可能であり、夾雑物の多い環境試料、血液など生体由来試料、病原微生物など細胞由来試料中の極微量の標的DNAの増幅も可能である。例えば、試料1ml中に0.01fg〜0.1pg含まれている極微量DNAの増幅を対象とすることができ、この値は、環境試料、生体試料中の1ml中に1〜10個レベルという極微量含まれる病原菌由来DNAが検出できることを意味する。
したがって、本発明の標的DNAというとき、一般的にDNA増幅の対象とする基質DNAの他、被検試料中に極微量含まれている検出又は同定の対象となるDNAを指す。
(3-1) Target DNA The reaction substrate DNA in the present invention is not limited in its base length, and may be appropriately selected from circular and linear, single-stranded and double-stranded. The DNA can be applied.
In the case of double-stranded DNA, it is preferable to amplify using a PCR amplification method by inserting the target DNA into a known cloning site for DNA amplification.
In addition, as described in detail in (3-3) below, in the present invention, even a very small amount of substrate DNA at several molecular levels can be amplified, and environmental samples with many contaminants, biological samples such as blood, pathogenic microorganisms For example, a very small amount of target DNA in a cell-derived sample can be amplified. For example, it is possible to target the amplification of a trace amount of DNA contained in 0.01 ml to 0.1 pg in 1 ml of a sample. This value is 1 to 10 levels in 1 ml of an environmental sample or a biological sample. This means that pathogen-derived DNA contained in a trace amount can be detected.
Therefore, the target DNA of the present invention generally refers to a DNA to be detected or identified, which is contained in a very small amount in a test sample, in addition to a substrate DNA to be amplified.

(3−2)本発明における極微量DNAの増幅方法
本発明は、標的DNA又は標的DNAを含む各種試料に対して、BSAを含有する緩衝液内で、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体と接触した状態でDNA増幅反応を行わせることを特徴とする。例えば、上記DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)は、上記DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の沈殿物に、反応基質DNA、2種類のプライマー、dNTPs、BSAを含んだ酵素反応溶液50μLを添加した後、該沈殿物を再懸濁することによって開始させることができる。本発明では、前記の洗浄工程により、遺伝子組換えDNA合成酵素の精製品に含有されることがある宿主由来の夾雑DNAや、反応系外から偶然に混入した標的DNAとは異なる核酸が極力取り除かれているため、微量の標的DNAを特異的に増幅することができる。
ここで用いるBSAを含んだ酵素反応溶液は、BSAを0.0001〜0.1質量%含有していることが好ましく、より好ましくは0.001〜0.01質量%含有する。上述のごとく、洗浄液として用いたBSA含有緩衝液又は固定化に用いたBSA含有緩衝液と同一の組成の緩衝液を用いることができる場合があるが、DNA増幅開始のために二価の陽イオンは必須なので、洗浄液でマグネシウム塩が配合されなかった場合でも、ここではマグネシウム塩を少なくとも1〜5mMは配合する。DNA増幅効率を考えれば、市販のDNA合成用反応液のうちでBSAを含有している反応液がある(例えば東洋紡社製KOD DNAポリメラーゼ用反応液)ので、このようなBSA含有反応液が、最もDNA増幅効率が高いと考えられ、本発明の反応液として好ましく用いることができる。
そのような調製例としては、0.0001〜0.1質量%好ましくは0.001〜0.01質量%のBSAと共に、塩化マグネシウムなどのマグネシウム塩が1〜5mM、好ましくは1〜3.5mM 及び0.01〜0.5%などのTriton X−100などの界面活性剤が存在することが好ましい。例えば、10〜150mMのTris−HCl(pH7〜9)、2〜10mM 硫酸アンモニウム、5〜15mM 塩化カリウム、0.01〜0.5% Triton X−100、0.0001〜0.1質量%、好ましくは0.001〜0.01質量%のBSA、5〜15mMの塩化マグネシウムなどが配合されたBSA含有緩衝液が例示できる。
(3-2) Method for Amplifying Ultratrace DNA in the Present Invention The present invention relates to a DNA synthase-BSA-silica nano-space in a buffer solution containing BSA for target DNA or various samples containing the target DNA. The DNA amplification reaction is carried out in contact with the pore material complex. For example, the polymerase chain reaction (PCR method) using the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex is reacted with the precipitate of the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex. After adding 50 μL of an enzyme reaction solution containing substrate DNA, two types of primers, dNTPs, and BSA, the precipitate can be resuspended. In the present invention, the washing step described above removes as much of the host-derived contaminating DNA that may be contained in the purified recombinant DNA synthase product as possible and nucleic acids that are different from the target DNA accidentally mixed from outside the reaction system. Therefore, a small amount of target DNA can be specifically amplified.
The enzyme reaction solution containing BSA used here preferably contains 0.0001 to 0.1% by mass of BSA, more preferably 0.001 to 0.01% by mass. As described above, a BSA-containing buffer solution used as a washing solution or a buffer solution having the same composition as the BSA-containing buffer solution used for immobilization may be used, but a divalent cation is used to start DNA amplification. Is essential, so at least 1 to 5 mM of magnesium salt is added here even if no magnesium salt is added in the cleaning solution. Considering DNA amplification efficiency, there are reaction solutions containing BSA among commercially available DNA synthesis reaction solutions (for example, a reaction solution for KOD DNA polymerase manufactured by Toyobo Co., Ltd.). The DNA amplification efficiency is considered to be the highest and can be preferably used as the reaction solution of the present invention.
As such a preparation example, 0.0001 to 0.1% by mass, preferably 0.001 to 0.01% by mass of BSA, and magnesium salt such as magnesium chloride is 1 to 5 mM, preferably 1 to 3.5 mM. And a surfactant such as Triton X-100 such as 0.01-0.5% is preferably present. For example, 10 to 150 mM Tris-HCl (pH 7 to 9), 2 to 10 mM ammonium sulfate, 5 to 15 mM potassium chloride, 0.01 to 0.5% Triton X-100, 0.0001 to 0.1% by mass, preferably Can be exemplified by a BSA-containing buffer solution containing 0.001 to 0.01% by mass of BSA, 5 to 15 mM magnesium chloride, and the like.

(3−3)試料中の極微量DNAの検出及び同定方法
本発明の極微量DNAの増幅方法は、特異性及び感度の高い増幅が可能なため、血液生体試料中に混入しているウイルス、病原菌由来のDNA検出、環境試料中にわずかに含まれる標的DNAの検出、難培養性微生物の一細胞ゲノムDNA等を対象とした未知の塩基配列解析のためのDNA増幅、又、犯罪捜査などのDNA鑑定など多くの夾雑物中の極微量DNAの検出、同定においてきわめて有効である。
本発明における極微量DNAの検出及び同定方法において、対象とする被検試料中のDNA含有量は、1.0μg/ml以下であり、標的DNAの検出限界量は0.01fg/mlである。好ましくは0.05fg/ml〜0.2μg/mlであり、より好ましくは、0.1fg〜0.5pg/ml、特に好ましくは、0.2fg〜0.1pg/mlである。
また、具体的な被検試料中の標的DNAの検出及び同定する方法は、以下の通りである。
(1)被検試料をBSAを含有する緩衝液で希釈する工程、
被検試料をそのままDNA増幅工程に供することもできるが、BSAを含有する緩衝液で希釈することが好ましい。
ここで、BSAを含有する緩衝液としては、市販のDNA合成用反応液のうちのBSAを含有している反応液(例えば東洋紡社製KOD DNAポリメラーゼ用反応液)を用いることができる。市販DNA合成用反応液をそのまま使用することが好ましい。または、0.0001〜0.1質量%、好ましくは0.001〜0.01質量%のBSA及び0.01〜0.5% Triton X−100に対して、DNA増幅開始のためのマグネシウム塩1〜5mMと共に、10〜150mMのTris−HCl(pH7〜9)、2〜10mMの硫酸アンモニウム、5〜15mMの塩化カリウムなどの塩類を組み合わせて調製した緩衝液により希釈する。その際の希釈率は、10分の1から100分の1が好ましい。
(2)本発明の前述のDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を標的DNAの増幅用プライマー及びdNTPsと共に作用させて、標的DNAを増幅する工程、
具体的には、本発明のDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔複合体と共に、標的DNA増幅用のプライマーDNA、dNTPsを、前記被検試料のPCR用緩衝溶液希釈液(例えば50μL)に対して添加した後、Vortex Mixer等を用いて約5秒間室温で攪拌し、反応を開始させることができる。
(3)標的DNAを検出する工程
ここで、本発明のDNA増幅法を適用して、特異的に増幅されたDNAが、標的DNAであることを確認するための方法としては、一般的なDNA同定方法が適用できるが、例えば以下の方法を例示することができる。
(a)配列特異的なプライマーDNAを適用することにより得られる、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)及び等温DNA増幅法(LAMP法)等における標的DNAの特異的増幅産物を電気泳動、濁度及び蛍光測定等で解析する方法
(b)リアルタイムPCR法等において、DNAを染色するための蛍光物質にインターカレーターを使用する方法及びTaqManプローブ等を用いたプローブ法により検出する方法
(c)DNAシーケンサー等を用いて、PCR、Rolling Circle Amplification(RCA法)、及びMultiple Displacement Amplification(MDA法)で増幅されたDNAの塩基配列を解析する方法
(d)PCR―制限酵素断片長多型法(PCR―Restriction Fragment Length Polymophism(RFLP法))及びDNAマイクロアレイ法等により、標的DNAを検出する方法
(3-3) Detection and identification method of trace amount DNA in sample Since the amplification method of trace amount DNA of the present invention enables amplification with high specificity and sensitivity, a virus mixed in a blood biological sample, DNA detection for pathogenic bacteria, detection of target DNA contained in environmental samples, DNA amplification for unknown base sequence analysis of one-cell genomic DNA of difficult-to-cultivate microorganisms, etc. It is extremely effective in the detection and identification of trace amounts of DNA in many contaminants such as DNA identification.
In the method for detecting and identifying an extremely small amount of DNA in the present invention, the DNA content in the target test sample is 1.0 μg / ml or less, and the detection limit amount of the target DNA is 0.01 fg / ml. Preferably they are 0.05 fg / ml-0.2 microgram / ml, More preferably, they are 0.1 fg-0.5 pg / ml, Most preferably, they are 0.2 fg-0.1 pg / ml.
A specific method for detecting and identifying target DNA in a test sample is as follows.
(1) A step of diluting a test sample with a buffer containing BSA,
The test sample can be directly subjected to the DNA amplification step, but is preferably diluted with a buffer containing BSA.
Here, as a buffer solution containing BSA, a reaction solution containing BSA among commercially available reaction solutions for DNA synthesis (for example, a reaction solution for KOD DNA polymerase manufactured by Toyobo Co., Ltd.) can be used. It is preferable to use a commercially available reaction solution for DNA synthesis as it is. Alternatively, magnesium salt for starting DNA amplification with respect to 0.0001 to 0.1% by mass, preferably 0.001 to 0.01% by mass of BSA and 0.01 to 0.5% Triton X-100 It is diluted with a buffer prepared by combining salts such as 10 to 150 mM Tris-HCl (pH 7 to 9), 2 to 10 mM ammonium sulfate, and 5 to 15 mM potassium chloride together with 1 to 5 mM. In this case, the dilution ratio is preferably 1/10 to 1/100.
(2) a step of amplifying the target DNA by allowing the aforementioned DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex of the present invention to act together with a target DNA amplification primer and dNTPs;
Specifically, together with the DNA synthase-BSA-silica nanopore complex of the present invention, primer DNA and dNTPs for target DNA amplification are diluted in a buffer solution for PCR (for example, 50 μL) of the test sample. After addition, the reaction can be started by stirring at room temperature for about 5 seconds using a Vortex Mixer or the like.
(3) Step of detecting target DNA Here, as a method for confirming that the DNA amplified specifically by applying the DNA amplification method of the present invention is the target DNA, a general DNA is used. Although the identification method can be applied, for example, the following method can be exemplified.
(A) Electrophoresis, turbidity, and fluorescence of a target DNA-specific amplification product in polymerase chain reaction (PCR method) and isothermal DNA amplification method (LAMP method) obtained by applying a sequence-specific primer DNA (B) In a real-time PCR method or the like, a method of using an intercalator as a fluorescent substance for staining DNA and a method of detecting by a probe method using a TaqMan probe or the like (c) a DNA sequencer or the like And (d) PCR-restriction fragment length polymorphism method (PCR-Restri) method for analyzing the base sequence of DNA amplified by PCR, Rolling Circle Amplification (RCA method), and Multiple Displacement Amplification (MDA method) a method for detecting a target DNA by, for example, a fragmentation length polymorphism (RFLP method) and a DNA microarray method.

(3−4)DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の繰り返し使用について
本発明のDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体は、上述の洗浄工程および回収方法によっても、酵素をシリカ系ナノ空孔材料のシリカ細孔に安定に吸着、固定、保持でき、任意の緩衝溶液、又は、環状及び直鎖状、一本鎖及び二本鎖など適宜の基質DNAを含んだ反応溶液に容易に交換可能であるため、微量DNAの増幅反応における該複合体の複数回の繰り返し使用ができる。
該複合体の繰り返し使用の対象となるDNA増幅方法は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)の他、等温DNA増幅法(LAMP法)、Rolling Circle Amplification(RCA法)、及びMultiple Displacement Amplification(MDA法)などである。また、従来のバッチ式反応に加え、マイクロ流体デバイス等を利用した流通式反応において該複合体を繰り返し使用することができる。
(3-4) Repetitive use of DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex The DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex of the present invention is obtained by the above-described washing step and recovery method. In addition, the enzyme can be stably adsorbed, fixed and held in the silica pores of the silica-based nanoporous material, and any buffer solution or appropriate substrate DNA such as circular and linear, single-stranded and double-stranded can be used. Since the reaction solution can be easily exchanged, the complex can be used a plurality of times in a minute DNA amplification reaction.
In addition to polymerase chain reaction (PCR method), DNA amplification methods to be used repeatedly for the complex include isothermal DNA amplification method (LAMP method), Rolling Circle Amplification (RCA method), and Multiple Displacement Amplification (MDA method). Etc. In addition to the conventional batch reaction, the complex can be used repeatedly in a flow reaction using a microfluidic device or the like.

4.LAMP法用DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体担持マイクロリアクター
本発明者らが以前開発した、シリカ系ナノ空孔材料を担持させたマイクロ流体デバイス(特許文献4)を用い、LAMP法用のDNA合成酵素(Bst DNAポリメラーゼ;非特許文献8など)を固定化して、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体担持マイクロリアクターを調製する。
ここで、マイクロ流体デバイス内に担持させるシリカ系ナノ空孔材料としては、前記(1−1)で示した二酸化ケイ素(シリカ)を材質とする、中心細孔直径が2〜50nm(メソ孔:IUPAC)の均一な細孔を持つ多孔質材料であって、「FSM」「SBA」又は「SBA」の合成過程で界面活性剤と共に膨張剤を混和して細孔径を拡大させた「SBA−microsphere」が好ましい。
4). LAMP Method DNA Synthesizing Enzyme-Silica-based Nanopore Material Composite-Supported Microreactor Using the microfluidic device (Patent Document 4) that was previously developed by the present inventors and supported on a silica-based nanopore material, the LAMP method A DNA synthesizing enzyme (Bst DNA polymerase; Non-Patent Document 8, etc.) is immobilized to prepare a DNA synthesizing enzyme-silica nanoporous material complex-supporting microreactor.
Here, as the silica-based nanoporous material supported in the microfluidic device, the center pore diameter is 2 to 50 nm (mesopore: made of silicon dioxide (silica) shown in (1-1) above. (IUPAC) is a porous material having uniform pores, and in the synthesis process of “FSM”, “SBA” or “SBA”, a swelling agent is mixed with a surfactant to expand the pore diameter, “SBA-microsphere” Is preferred.

シリカ系ナノ空孔材料をマイクロ流路内に担持させる方法としては、特許文献4に記載された通りであり、SBA粒子などのシリカ系材料粒子を、ガラス又はプラスチック基板に設けられたマイクロ流路表面を形成するポリジメチルシロキサン(PDMS)層上で硬化させることで、直接均一な細孔を形成させながら、PDMS層表面と共有結合させる。
例えば、厚みが約1mm程度のガラス基板の一部にマスクを施し、フッ酸によるエッチングにより形成した溝に取り付けられたPDMS層表面を有するガラス基板表面にナノ空孔材料(SBA)粒子を堆積させ、これを約85℃程度の温度で数時間静置して硬化させることで、ガラス基板表面にナノ空孔材料SBAを担持させる。圧縮空気を吹き付けて、非特異的に吸着したナノ空孔材料SBA粒子を除去後、PDMS膜を上から貼りシールする。
A method for supporting a silica-based nanoporous material in a microchannel is as described in Patent Document 4, and a silica-based material particle such as SBA particles is provided on a glass or plastic substrate. By curing on the polydimethylsiloxane (PDMS) layer forming the surface, it is covalently bonded to the surface of the PDMS layer while directly forming uniform pores.
For example, a part of a glass substrate having a thickness of about 1 mm is masked, and nanoporous material (SBA) particles are deposited on the glass substrate surface having a PDMS layer surface attached to a groove formed by etching with hydrofluoric acid. Then, this is allowed to stand at a temperature of about 85 ° C. for several hours to be cured, thereby supporting the nanoporous material SBA on the surface of the glass substrate. After spraying compressed air to remove non-specifically adsorbed nanoporous material SBA particles, a PDMS film is applied and sealed from above.

本発明のLAMP法用DNA合成酵素−ナノ空孔材料複合体担持マイクロリアクターは、以下の様に調製される。
シリカ系ナノ空孔材料を担持したマイクロ流路内部に、Bst DNAポリメラーゼと共に蛍光試薬を含む緩衝液、あるいは、Bst DNAポリメラーゼと共に標的DNAと蛍光試薬を含む緩衝液を充填することで固定化できる。次いで、マイクロ流路内部をLAMP法での反応温度(65℃)に加温し、標的DNA及びプライマーセットを含むLAMP法試薬反応液を送液し、流路内で等温での核酸増幅(LAMP法)を行い、得られた増幅DNA産物含有溶液を連続的に回収する。
The microreactor supporting the DNA synthase-nanopore material composite for LAMP method of the present invention is prepared as follows.
It can be immobilized by filling a microchannel carrying a silica-based nanoporous material with a buffer solution containing a fluorescent reagent together with Bst DNA polymerase or a buffer solution containing a target DNA and a fluorescent reagent together with Bst DNA polymerase. Next, the inside of the microchannel is heated to the reaction temperature (65 ° C.) in the LAMP method, the LAMP reagent reaction solution containing the target DNA and the primer set is fed, and nucleic acid amplification (LAMP) is carried out isothermally in the channel. The obtained amplified DNA product-containing solution is continuously recovered.

なお、DNA合成酵素−ナノ空孔材料複合体を担持させたマイクロリアクターは、使用に際してまず緩衝液で流路内を洗浄してから用いる。その際の緩衝液中には、0.001%程度のBSAを含有させておくことが好ましい。複数回の洗浄工程を設けることで、DNA合成酵素−ナノ空孔材料複合体がDNA合成酵素−BSA−ナノ空孔材料複合体となり、当該複合体が担持されたマイクロリアクターが提供される。   Note that the microreactor carrying the DNA synthase-nanopore material complex is used after first cleaning the inside of the flow path with a buffer solution. In the buffer solution at that time, it is preferable to contain about 0.001% of BSA. By providing a plurality of washing steps, the DNA synthase-nanopore material complex becomes a DNA synthase-BSA-nanopore material complex, and a microreactor carrying the complex is provided.

当該マイクロリアクターをLAMP法に適用した場合の効果は極めて大きく、増幅反応中のコンタミネーションを抑制し、標的DNAの増幅感度を大幅に向上できるばかりでなく、当該マイクロリアクターに担持された複合体は、連続的な試薬反応液との相互作用において、9回目の接触後の回収溶液でも比活性の低下は全くないという驚くべき性能を有する(図13b)。これはマイクロ流路内の酵素複合体にとっては、連続して9回分の新たな試薬反応液と接触し相互作用を行うことができることであるから、LAMP法用酵素複合体の9回繰り返し使用と表現することができる。当該9回の繰り返し使用に亘るDNA増幅活性の維持効果からみて、仮に試薬反応液の連続的な送液を中断し、緩衝液での洗浄を挿んで新たな連続的送液を行うマイクロリアクターの繰り返し使用に際しても、その効果に変わりがないことが十分に示唆される。   When the microreactor is applied to the LAMP method, the effect is extremely great, not only can the contamination during the amplification reaction be suppressed and the amplification sensitivity of the target DNA can be greatly improved, but also the complex supported by the microreactor is In the continuous interaction with the reagent reaction solution, the recovered solution after the ninth contact has a surprising performance that there is no decrease in specific activity (FIG. 13b). This is because the enzyme complex in the microchannel can be continuously contacted and interacted with nine new reagent reaction solutions, so that the enzyme complex for LAMP method can be used nine times. Can be expressed. In view of the effect of maintaining the DNA amplification activity over the 9 repeated use, a microreactor that interrupts the continuous feeding of the reagent reaction solution and inserts a new continuous feeding solution by washing with a buffer solution. It is fully suggested that the effect does not change even after repeated use.

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
本発明におけるその他の用語や概念は、当該分野において慣用的に使用される用語の意味に基づくものであり、本発明を実施するために使用する様々な技術は、特にその出典を明示した技術を除いては、公知の文献等に基づいて当業者であれば容易かつ確実に実施可能である。また、各種の分析などは、使用した分析機器又は試薬、キットの取り扱い説明書、カタログなどに記載の方法を準用して行った。
なお、本明細書中に引用した技術文献、特許公報及び特許出願明細書中の記載内容は、本発明の記載内容として参照されるものとする。
EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by the following Examples.
Other terms and concepts in the present invention are based on the meanings of terms that are conventionally used in the field, and various techniques used to implement the present invention include those that clearly indicate the source. Except for this, it can be easily and reliably carried out by those skilled in the art based on known documents and the like. In addition, various analyzes were performed by applying the methods described in the analytical instruments or reagents used, kit instruction manuals, catalogs, and the like.
In addition, the description content in the technical literature, the patent gazette, and the patent application specification cited in this specification shall be referred to as the description content of the present invention.

(合成例)シリカ系ナノ空孔材料の合成
本実施例で用いる、2次元ヘキサゴナルの細孔配列構造を有していて、細孔径の異なる各種シリカ系ナノ空孔材料(「FSM」、「SBA」、及び「SBA microsphere」)を、それぞれ複数種類合成した。
(Synthesis Example) Synthesis of Silica-based Nanoporous Materials Various silica-based nanoporous materials (“FSM”, “SBA”) having a two-dimensional hexagonal pore arrangement structure and different pore diameters used in this example. ”And“ SBA microsphere ”) were synthesized.

(合成例1)FSM−16、−22の合成
稲垣らの方法(非特許文献12)を参考にして、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド(3.2g、東京化成工業社製)、或いは、ドコシルトリメチルアンモニウムクロライド(4.24g、ライオン・アクゾ社製)を、70℃の水100ミリリットルに添加し、溶解後、カネマイト(トクヤマシルテック社製)5gを更に添加し、70℃に加熱しながら、ホモミキサーで3時間撹拌した。これに、2規定塩酸を約1時間かけて添加し、pH8.5の状態で、約3時間撹拌した。
(Synthesis Example 1) Synthesis of FSM-16 and -22 Referring to the method of Inagaki et al. (Non-patent Document 12), hexadecyltrimethylammonium chloride (3.2 g, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) or docosyltrimethyl Ammonium chloride (4.24 g, manufactured by Lion Akzo) was added to 100 ml of water at 70 ° C., and after dissolution, 5 g of kanemite (manufactured by Tokuyama Siltec) was further added and heated to 70 ° C. while homogenizing. Stir with a mixer for 3 hours. To this, 2N hydrochloric acid was added over about 1 hour, and the mixture was stirred for about 3 hours at pH 8.5.

これを、吸引濾過した後、70℃の熱水に再分散して濾過する工程を4回繰り返してから風乾した。これを、45℃で3日間乾燥した後、550℃で6時間焼成することにより、中心細孔直径の異なるシリカ系ナノ空孔材料(FSM;界面活性剤の種類が、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、また、ドコシルトリメチルアンモニウムクロライドの場合)を得た。中心細孔直径は、各々2.6nm(FSM−16)、また、4.2nm(FSM−22)、であった。   This was subjected to suction filtration, then re-dispersed in hot water at 70 ° C. and filtered four times and then air-dried. This was dried at 45 ° C. for 3 days and then calcined at 550 ° C. for 6 hours to obtain a silica-based nanoporous material having different central pore diameters (FSM; the type of surfactant is hexadecyltrimethylammonium chloride, In addition, in the case of docosyltrimethylammonium chloride). The central pore diameters were 2.6 nm (FSM-16) and 4.2 nm (FSM-22), respectively.

(合成例2)SBA−15の合成
Zhaoらの方法(非特許文献13)を参考にして、Pluronic P123(ポリオキシエチレン(42)ポリオキシプロピレン(67)グリコール[BASF社製])(10g)を、水300ミリリットルに添加し、35℃で一晩撹拌し溶解させた後、これに、塩酸21.87g及びオルトケイ酸テトラエチル(和光純薬工業社製)21.32gを更に添加し、ホットスターラーを用いて35℃に加熱しながら、約20時間撹拌した。これを、異なる合成温度(a:35℃、b:80℃、又は、c:130℃)で24時間静置した。
(Synthesis Example 2) Synthesis of SBA-15 Referring to the method of Zhao et al. (Non-patent Document 13), Pluronic P123 (polyoxyethylene (42) polyoxypropylene (67) glycol [manufactured by BASF]) (10 g) Was added to 300 ml of water and stirred overnight at 35 ° C. to dissolve, and 21.87 g of hydrochloric acid and 21.32 g of tetraethyl orthosilicate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were further added thereto, and a hot stirrer was added. The mixture was stirred for about 20 hours while heating to 35 ° C. This was left still for 24 hours at different synthesis temperatures (a: 35 ° C., b: 80 ° C., or c: 130 ° C.).

これを、吸引濾過した後、70℃の熱水に再分散して濾過する工程を4回繰り返してから風乾した。これを、45℃で3日間乾燥した後、時間あたり105℃の速度で550℃まで昇温させ、更に、これを、550℃で10時間焼成することにより、中心細孔直径の異なるシリカ系ナノ空孔材料(SBA−15)を得た。合成温度がa、b、cの場合、中心細孔直径は、各々a:5.4nm、b:7.1nm、また、c:10.6nm、であった。   This was subjected to suction filtration, then re-dispersed in hot water at 70 ° C. and filtered four times and then air-dried. This was dried at 45 ° C. for 3 days, then heated to 550 ° C. at a rate of 105 ° C. per hour, and further fired at 550 ° C. for 10 hours. A pore material (SBA-15) was obtained. When the synthesis temperatures were a, b, and c, the central pore diameters were a: 5.4 nm, b: 7.1 nm, and c: 10.6 nm, respectively.

(合成例3)SBA−15 microsphereの合成
Wangらの方法(非特許文献14)を参考にして、Pluronic P123(4g)を、水120ミリリットルに添加し、更に、これに塩化カリウム(和光純薬工業社製)6.08gを添加し、常温で1時間撹拌し溶解させた後、これに、塩酸(和光純薬工業社製)23.6g及びメシチレン(和光純薬工業社製)3gを更に添加し、常温で2時間撹拌した。これに、オルトケイ酸テトラエチル8.5gを更に添加し、10分間激しく撹拌した後、35℃で24時間静置した。これを、異なる合成温度(a:100℃、また、b:130℃)で24時間静置した。
(Synthesis Example 3) Synthesis of SBA-15 microsphere With reference to the method of Wang et al. (Non-Patent Document 14), Pluronic P123 (4 g) was added to 120 ml of water, and further potassium chloride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added. After adding 6.08 g (manufactured by Kogyo Co., Ltd.) and stirring and dissolving at room temperature for 1 hour, 23.6 g of hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 3 g of mesitylene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were further added. The mixture was added and stirred at room temperature for 2 hours. To this, 8.5 g of tetraethyl orthosilicate was further added, stirred vigorously for 10 minutes, and allowed to stand at 35 ° C. for 24 hours. This was allowed to stand for 24 hours at different synthesis temperatures (a: 100 ° C. and b: 130 ° C.).

これを、吸引濾過した後、70℃の熱水に再分散して濾過する工程を4回繰り返してから風乾した。これを、45℃で3日間乾燥した後、時間あたり60℃の速度で500℃まで昇温させ、更に、これを、500℃で6時間焼成することにより、中心細孔直径の異なるシリカ系ナノ空孔材料(SBA−15 microsphere)を得た。合成温度がa、bの場合、中心細孔直径は、各々a:18.5nm、また、b:24.5nm、であった。   This was subjected to suction filtration, then re-dispersed in hot water at 70 ° C. and filtered four times and then air-dried. This was dried at 45 ° C. for 3 days, then heated to 500 ° C. at a rate of 60 ° C. per hour, and further fired at 500 ° C. for 6 hours. A pore material (SBA-15 microsphere) was obtained. When the synthesis temperatures were a and b, the center pore diameters were a: 18.5 nm and b: 24.5 nm, respectively.

(実施例1)DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の製造及び酵素反応
本実施例では、前記合成例で作製した各種シリカ系ナノ空孔材料に対するDNA合成酵素の固定化と酵素活性の評価を行った。図1に、シリカ系ナノ空孔材料(メソポーラスシリカ)の規則性細孔(シリカ細孔)表面への反応基質DNA、プライマー、dNTPsの吸着抑制により、シリカ細孔に固定化したDNA合成酵素及びBSAを備えたDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体と適量の反応基質(DNA、プライマー、dNTPs)が相互作用し、更に、酵素反応環境の至適化により非特異的DNA増幅を抑制できるようになった結果、微量DNAが特異的かつ高感度に増幅される様子を模式的に表した説明図を示す。
(Example 1) Production and enzyme reaction of DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex In this example, immobilization of DNA synthase on various silica nanoporous materials prepared in the above synthesis examples Enzyme activity was evaluated. FIG. 1 shows DNA synthesizing enzymes immobilized on silica pores by suppressing adsorption of reaction substrate DNA, primers, and dNTPs on the surface of regular pores (silica pores) of silica-based nanoporous material (mesoporous silica). DNA synthase with BSA-BSA-silica nanoporous material complex and appropriate amount of reaction substrate (DNA, primer, dNTPs) interact, and non-specific DNA amplification by optimizing enzyme reaction environment As a result of being able to suppress the above, an explanatory view schematically showing how a minute amount of DNA is amplified specifically and with high sensitivity is shown.

(1−1)DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の製造
シリカ系ナノ空孔材料には、中心細孔直径の異なる7種類のシリカ系ナノ空孔材料:1)FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)、2)FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)、3)SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)、4)SBA−15(中心細孔直径:7.1nm)、5)SBA−15(中心細孔直径:10.6nm)、6)SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)、7)SBA−15 microsphere(中心細孔直径:24.5nm)、を使用し、また、DNA合成酵素には、KOD DNAポリメラーゼ(東洋紡社製、分子量:約86〜92kD)を用いた。
(1-1) Production of DNA Synthetic Enzyme-BSA-Silica-based Nanoporous Material Composite The silica-based nanoporous material includes seven types of silica-based nanoporous materials having different central pore diameters: 1) FSM- 16 (central pore diameter: 2.6 nm), 2) FSM-22 (central pore diameter: 4.2 nm), 3) SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm), 4) SBA-15 ( Central pore diameter: 7.1 nm), 5) SBA-15 (central pore diameter: 10.6 nm), 6) SBA-15 microsphere (central pore diameter: 18.5 nm), 7) SBA-15 microsphere ( Center pore diameter: 24.5 nm), and KOD DNA polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd., molecular weight: about 86 to 92 kD) was used as the DNA synthase.

図2に、DNA合成酵素及びBSAを固定化したシリカ系ナノ空孔材料粒子の製造法を示す。基本的な実験操作としては、DNA合成酵素(1〜2.5units)を含んだPCR用緩衝溶液(120mM Tris−HCl(pH 8)、6mM 硫酸アンモニウム、10mM 塩化カリウム、0.1% Triton X−100、0.001% BSA、1mM 塩化マグネシウム)50μLと、シリカ系ナノ空孔材料粉末0.5mgとを、Vortex Mixerを用いて約1秒間室温で混合し、5〜10分間氷上で静置した後、再び、Vortex Mixerを用いて約5秒間室温で攪拌し、遠心分離を行い、上清を全て除去することによって、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体前駆体を得た。続いて、前記PCR用緩衝溶液100μLを添加し、Vortex Mixerを用いて約5秒間室温で攪拌し、前記DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体前駆体を再懸濁した後、遠心分離を行い、上清を全て除去し、最終的にDNA合成酵素及びBSAをシリカ系ナノ空孔材料のシリカ細孔に固定化した複合体である、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を得た。   FIG. 2 shows a method for producing silica-based nanoporous material particles on which DNA synthase and BSA are immobilized. As a basic experimental procedure, a buffer solution for PCR (120 mM Tris-HCl (pH 8), 6 mM ammonium sulfate, 10 mM potassium chloride, 0.1% Triton X-100) containing DNA synthase (1 to 2.5 units) was used. , 0.001% BSA, 1 mM magnesium chloride) and 0.5 mg of silica-based nanoporous material powder were mixed at room temperature for about 1 second using a Vortex Mixer and allowed to stand on ice for 5 to 10 minutes. Again, using a Vortex Mixer, the mixture was stirred for about 5 seconds at room temperature, centrifuged, and all the supernatant was removed to obtain a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex precursor. Subsequently, 100 μL of the PCR buffer solution was added and stirred for about 5 seconds at room temperature using a Vortex Mixer to resuspend the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex precursor. Centrifugation is performed, all the supernatant is removed, and finally DNA synthase-BSA-silica nanospace is a complex in which DNA synthase and BSA are immobilized on silica pores of the silica-based nanopore material. A porous material composite was obtained.

(1−2)DNA合成活性の評価(基質DNAが100塩基対の直鎖状DNAの場合)
基質DNAとして100塩基対の直鎖状二本鎖DNA及び100塩基の直鎖状一本鎖DNAを用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)における、上記DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体のDNA合成活性について調べた。酵素反応は、上記DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の沈殿物(酵素:2.5units)に、pcDNA3プラスミドベクターのポリリンカー部位の一部配列である直鎖状DNA(二本鎖DNAの場合:5ng、一本鎖DNAの場合:2.5ng、100塩基対(bp)、5’−TAATACGACTCACTATAGGGAGACCCAAGCTTGGTACCGAGCTCGGATCCACTAGTAACGGCCGCCAGTGTGCTGGAATTCCTATAGTGTCACCTAAATC:配列番号1)、また、dNTPs(各々20nmol)、各々20pmolの2種類のプライマーDNA(T7 Promoter Primer、20mer、5’−TAATACGACTCACTATAGGG:配列番号2、及び、SP6 Promoter Primer、19mer、5’−GATTTAGGTGACACTATAG:配列番号3)、また、dNTPs(各々20nmol)、を含んだ前記PCR用緩衝溶液50μLを添加することによって開始した。また、前記直鎖状二本鎖DNAを用いた実験操作において、段階的に希釈した基質DNA量(5ng、0.5ng、0.05ng、5pg、0.5pg、0.05pg、5fg、0.5fg、0.05fg)を用い、微量DNAを鋳型とした活性評価を行った。
(1-2) Evaluation of DNA synthesis activity (when substrate DNA is linear DNA of 100 base pairs)
DNA synthesizing enzyme-BSA-silica nanoporous material in polymerase chain reaction (PCR method) using 100 base pair linear double stranded DNA and 100 base linear single stranded DNA as substrate DNA The DNA synthesis activity of the complex was examined. The enzymatic reaction is performed by adding a linear DNA (two-particulate sequence of the polylinker site of the pcDNA3 plasmid vector) to the precipitate (enzyme: 2.5 units) of the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex. For single-stranded DNA: 5 ng, for single-stranded DNA: 2.5 ng, 100 base pairs (bp), 5′-TAATACGACTCACTATAGGGAGACCCAAGCTTGGTACCGAGCTGCGATCCACTAGTAACGGCCGCCCAGTGTGCTGGGATCTCATATGGTCCACCTATP: TP Primer DNA (T7 Promoter Primer, 20mer, 5′-TAATACGACTCACTATAGGGG: SEQ ID NO: No. 2 and SP6 Promoter Primer, 19mer, 5′-GATTTAGGTGACACTATAG: SEQ ID NO: 3) and dNTPs (each 20 nmol) and 50 μL of the PCR buffer solution were added. In the experimental operation using the linear double-stranded DNA, the amount of substrate DNA diluted stepwise (5 ng, 0.5 ng, 0.05 ng, 5 pg, 0.5 pg, 0.05 pg, 5 fg,. 5fg, 0.05fg) was used to evaluate the activity using a trace amount of DNA as a template.

反応条件は、94℃で1分間の加熱の後、98℃で10秒間、50℃で30秒間、74℃で30秒間の温度サイクルを15〜55回繰り返すこととし、本反応には、PCR装置(バイオラッド社製、iCycler)を使用した。また、反応後のDNA増幅産物は、15% TBE−ポリアクリルアミドゲルを用いて電気泳動し、蛍光色素SYBR Green Iによるゲル染色後に、蛍光イメージアナライザー(FUJIFILM社製、FLA−5100)を用いて解析した。   The reaction conditions were that heating at 94 ° C. for 1 minute, then repeating a temperature cycle of 98 ° C. for 10 seconds, 50 ° C. for 30 seconds, and 74 ° C. for 30 seconds 15 to 55 times. (BioRad, iCycler) was used. In addition, the DNA amplification product after the reaction is electrophoresed using 15% TBE-polyacrylamide gel, and after gel staining with the fluorescent dye SYBR Green I, it is analyzed using a fluorescence image analyzer (manufactured by FUJIFILM, FLA-5100). did.

(1−3)DNA合成活性の評価(基質DNAが環状プラスミドDNAの場合)
基質DNAとしてλ−ファージDNA由来のアデニン(A)を末端に1塩基付加された長さの異なるPCR増幅産物(配列番号4(616bp)、配列番号5(1272bp)、配列番号6(2566bp)、配列番号7(5027bp))をT−Vector pMD20(配列番号8(2736bp、タカラバイオ社製))に挿入した4種類の環状プラスミドDNA(3354bp、4010bp、5304bp、7765bp)を用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)における、上記DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体のDNA合成活性について調べた。酵素反応は、上記DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の沈殿物(酵素:1unit)に、上記の環状プラスミドDNA(1ng)、また、dNTPs(各々10nmol)、各々10pmolの2種類のプライマーDNA(M13 Forward Primer、24mer、5’−CGCCAGGGTTTTCCCAGTCACGAC:配列番号9、及び、M13 Reverse Primer、24mer、5’−AGCGGATAACAATTTCACACAGGA:配列番号10)、また、dNTPs(各々20nmol)を含んだ前記PCR用緩衝溶液50μLを添加することによって開始した。また、前記環状プラスミドDNAを用いた実験操作において、段階的に希釈した基質DNA量(1ng、0.1ng、0.01ng、1pg、0.1pg、0.01pg、1fg、0.1fg、0.01fg)を用い、微量DNAを鋳型とした活性評価を行った。更に、前記環状プラスミドDNA(バックグラウンドDNA)1ngあるいは0.1pg及びDNA合成酵素(1unit)を含んだ、反応組成の異なる8種類の緩衝溶液を用いて、DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体前駆体を得、続いて、同緩衝溶液100μLを用いて前記複合体を洗浄した後、前記環状プラスミドDNA(4010塩基対)1ngあるいは0.1pgを含んだ前記BSA含有PCR用緩衝溶液50μLを添加することによって酵素反応を開始し、バックグラウンドDNAの洗浄及び標的DNAの増幅評価を行った。
(1-3) Evaluation of DNA synthesis activity (when substrate DNA is circular plasmid DNA)
PCR amplification products (SEQ ID NO: 4 (616 bp), SEQ ID NO: 5 (1272 bp), SEQ ID NO: 6 (2566 bp), having different lengths, with a base added to adenine (A) derived from λ-phage DNA as a substrate DNA, Polymerase chain reaction using 4 types of circular plasmid DNA (3354 bp, 4010 bp, 5304 bp, 7765 bp) in which SEQ ID NO: 7 (5027 bp)) was inserted into T-Vector pMD20 (SEQ ID NO: 8 (2736 bp, manufactured by Takara Bio Inc.)) In the PCR method, the DNA synthesis activity of the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex was examined. The enzymatic reaction was carried out by adding the above-mentioned circular plasmid DNA (1 ng) and dNTPs (each 10 nmol), 10 pmol each of 2 to the precipitate (enzyme: 1 unit) of the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex. Various types of primer DNA (M13 Forward Primer, 24mer, 5′-CGCCAGGGTTTCCCAGTCACGAC: SEQ ID NO: 9 and M13 Reverse Primer, 24mer, 5′-AGCGGATAACATTTCACACAGGA: SEQ ID NO: 10), and 20 dNTPols Started by adding 50 μL of working buffer solution. In the experimental operation using the circular plasmid DNA, the amount of substrate DNA diluted in stages (1 ng, 0.1 ng, 0.01 ng, 1 pg, 0.1 pg, 0.01 pg, 1 fg, 0.1 fg,. 01fg) was used to evaluate the activity using a trace amount of DNA as a template. Furthermore, DNA synthase-silica nanoporous material using 8 kinds of buffer solutions having different reaction compositions containing 1 ng or 0.1 pg of the circular plasmid DNA (background DNA) and DNA synthase (1 unit). After obtaining the complex precursor, and subsequently washing the complex with 100 μL of the same buffer solution, 50 μL of the BSA-containing PCR buffer solution containing 1 ng or 0.1 pg of the circular plasmid DNA (4010 base pairs) The enzyme reaction was started by adding, and background DNA was washed and target DNA was evaluated for amplification.

反応条件は、95℃で1分間の加熱の後、98℃で15秒間、65℃で5秒間、74℃で30秒間の温度サイクルを25回、又は、35回繰り返し、最後に74℃で1分間の加熱反応とし、本反応には、PCR装置(バイオラッド社製、iCycler)を使用した。また、反応後のDNA増幅産物は、1〜2% アガロースゲルを用いて電気泳動し、蛍光色素SYBR Green Iによるゲル染色後に、蛍光イメージアナライザー(FUJIFILM製、FLA−5100)を用いて解析した。   The reaction conditions were as follows: heating at 95 ° C. for 1 minute, then repeating a temperature cycle of 98 ° C. for 15 seconds, 65 ° C. for 5 seconds, 74 ° C. for 30 seconds 25 times or 35 times. The reaction was carried out for 1 minute, and a PCR apparatus (BioCycler, iCycler) was used for this reaction. In addition, the amplified DNA product after the reaction was electrophoresed using 1-2% agarose gel, and after gel staining with a fluorescent dye SYBR Green I, it was analyzed using a fluorescence image analyzer (manufactured by FUJIFILM, FLA-5100).

(実施例2)直鎖状DNAを対象としたDNA増幅(副反応抑制効果の検証)
図3の左図(a)及び右図(b)に、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体による、100塩基対(配列番号1)の直鎖状二本鎖DNA及び100塩基(配列番号1)の直鎖状一本鎖DNAを基質DNAとして用い、温度サイクルを15回繰り返した場合のDNA増幅産物の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、PCは、シリカ系ナノ空孔材料に固定化していない遊離のDNA合成酵素の場合、NCは、遊離のDNA合成酵素に基質DNAを添加せず、プライマーDNAを添加した場合、である。
(Example 2) DNA amplification for linear DNA (verification of side reaction suppression effect)
The left figure (a) and the right figure (b) of FIG. 3 show linear double-stranded DNA of 100 base pairs (SEQ ID NO: 1) and 100 by the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex. The analysis result of the DNA amplification product when the linear single-stranded DNA of the base (SEQ ID NO: 1) is used as the substrate DNA and the temperature cycle is repeated 15 times is shown. In the figure, M is a DNA molecular size marker, PC is a free DNA synthase that is not immobilized on a silica-based nanoporous material, NC is a primer that does not add substrate DNA to the free DNA synthase, This is the case when DNA is added.

また、図中、マル1から7は、中心細孔直径の異なる各種シリカ系ナノ空孔材料の、1:FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)、2:FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)、3:SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)、4:SBA−15(中心細孔直径:7.1nm)、5:SBA−15(中心細孔直径:10.6nm)、6:SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)、7:SBA−15 microsphere(中心細孔直径:24.5nm)、に固定化したDNA合成酵素の場合、である。   Also, in the figure, circles 1 to 7 indicate 1: FSM-16 (center pore diameter: 2.6 nm), 2: FSM-22 (center fine diameter) of various silica-based nanoporous materials having different center pore diameters. (Pore diameter: 4.2 nm), 3: SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm), 4: SBA-15 (central pore diameter: 7.1 nm), 5: SBA-15 (central pore diameter) 10.6 nm), 6: SBA-15 microsphere (center pore diameter: 18.5 nm), 7: SBA-15 microsphere (center pore diameter: 24.5 nm), It is.

図3(a)(b)より、全ての種類のシリカ系ナノ空孔材料について、DNA増幅産物の存在が認められ、これは、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体がDNA合成活性を有していることを示している。また、直鎖状の鋳型DNAの種類が一本鎖、二本鎖、どちらの場合においても、固定化していない遊離のDNA合成酵素を利用した場合では、目的のDNA増幅産物以外に非特異的DNA増幅産物であるプライマーダイマーの増幅が認められたが、固定化DNA合成酵素では、7種類全てのシリカ系ナノ空孔材料において、目的のDNA増幅産物が同程度に合成され、更に、プライマーダイマーの著しい増幅抑制が示された。   3 (a) and 3 (b), the presence of DNA amplification products is recognized for all types of silica-based nanoporous materials. This is because the DNA synthase-BSA-silica-based nanoporous material complex is DNA. It shows that it has synthetic activity. In addition, in both cases where the type of linear template DNA is single-stranded or double-stranded, non-immobilized free DNA synthesizing enzyme is used in addition to the target DNA amplification product. Although amplification of the primer dimer, which is a DNA amplification product, was observed, the immobilized DNA synthesizing enzyme synthesized the target DNA amplification product to the same extent in all seven types of silica nanopore materials. Marked amplification suppression.

(実施例3)直鎖状DNAを対象としたDNA増幅(微量DNAの増幅反応の評価)
図4の左図(a)及び右図(b)に、反応溶液50μL中の基質DNA(100塩基対の二本鎖DNA)量を5ngから0.05fgの範囲で段階的に希釈し、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体による、温度サイクル15回のポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後のDNA増幅産物の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、NCは、シリカ系ナノ空孔材料に固定化していない遊離のDNA合成酵素に基質DNAを添加せず、プライマーDNAを添加した場合、である。図中、(a)は、遊離のDNA合成酵素を利用した場合、また、(b)は、DNA合成酵素−BSA−FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)複合体を利用した場合、である。
(Example 3) DNA amplification for linear DNA (evaluation of amplification reaction of trace amount of DNA)
In the left figure (a) and right figure (b) of FIG. 4, the amount of substrate DNA (100 base pair double-stranded DNA) in 50 μL of the reaction solution is diluted stepwise in the range of 5 ng to 0.05 fg, The analysis result of the DNA amplification product after implementing polymerase chain reaction (PCR method) of the temperature cycle 15 times by a synthetic enzyme-BSA-silica nanopore material composite is shown. In the figure, M is a DNA molecular size marker, and NC is a case where a primer DNA is added without adding a substrate DNA to a free DNA synthase not immobilized on a silica-based nanoporous material. In the figure, (a) is when free DNA synthase is used, and (b) is when DNA synthase-BSA-FSM-16 (center pore diameter: 2.6 nm) complex is used. .

また、図中、マル1から9は、反応溶液50μL中の基質DNA量を、1:5ng、2:0.5ng、3:0.05ng、4:5pg、5:0.5pg、6:0.05pg、7:5fg、8:0.5fg、9:0.05fg、に段階的に希釈し、DNA増幅活性の評価を行った場合、である。   In the figure, marks 1 to 9 indicate the amount of substrate DNA in the reaction solution 50 μL: 1: 5 ng, 2: 0.5 ng, 3: 0.05 ng, 4: 5 pg, 5: 0.5 pg, 6: 0. When the DNA amplification activity was evaluated by stepwise dilution to 0.05 pg, 7: 5 fg, 8: 0.5 fg, 9: 0.05 fg.

図4(a)(b)より、遊離のDNA合成酵素を利用した場合では5pgまでの増幅が示され、固定化DNA合成酵素の場合ではプライマーダイマー形成の抑制が認められたと共に0.05pgまでの増幅が示された。これらの実験結果は、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体が副反応抑制能を有している結果、DNA増幅活性が向上した可能性を示している。   4 (a) and 4 (b), when free DNA synthase was used, amplification up to 5 pg was shown, and in the case of immobilized DNA synthase, suppression of primer dimer formation was observed and up to 0.05 pg. Amplification was shown. These experimental results indicate that the DNA synthesizing enzyme-BSA-silica nanoporous material composite has the ability to suppress side reactions, and as a result, may have improved DNA amplification activity.

また、図5の左図(a)及び右図(b)に、図4(b)で増幅が認められなかった5fgの基質DNAからの増幅において、PCRのサイクル数を更に10サイクルずつ55サイクルまで追加した場合のDNA増幅産物の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、図中、(a)のPCは、シリカ系ナノ空孔材料に固定化していない遊離のDNA合成酵素の場合、FSM−16は、DNA合成酵素−BSA−FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)複合体を利用した場合、また、(b)のNCは、シリカ系ナノ空孔材料に固定化していない遊離のDNA合成酵素に基質DNAを添加せず、プライマーDNAを添加した場合、である。また、図中の数字は、PCRのサイクル数を示している。   Further, in the left figure (a) and the right figure (b) of FIG. 5, in the amplification from 5 fg of substrate DNA in which the amplification was not recognized in FIG. The analysis result of a DNA amplification product when adding to is shown. In the figure, M is a DNA molecular size marker, and in the figure, PC in (a) is a free DNA synthase not immobilized on a silica-based nanoporous material, and FSM-16 is DNA synthase-BSA. -When FSM-16 (center pore diameter: 2.6 nm) complex is used, the NC in (b) transfers the substrate DNA to the free DNA synthase that is not immobilized on the silica-based nanoporous material. This is the case when primer DNA is added without addition. The numbers in the figure indicate the number of PCR cycles.

図5(a)(b)より、PC及びNCでは、全ての温度サイクルにおいて非特異的DNA増幅が示された。一方、DNA合成酵素−BSA−FSM−16複合体では、PCRのサイクル数を更に20サイクル追加した35サイクルで、非特異的DNA増幅の少ない標的DNAの選択的な増幅が認められたことより、5fgの微量DNAからの増幅が可能であることが示された。   5 (a) and 5 (b), PC and NC showed non-specific DNA amplification in all temperature cycles. On the other hand, in the DNA synthase-BSA-FSM-16 complex, selective amplification of the target DNA with less non-specific DNA amplification was observed in 35 cycles with an additional 20 cycles of PCR. It was shown that amplification from a trace amount of DNA of 5 fg is possible.

以上の結果から、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体には、DNA増幅反応におけるプライマーダイマー等の非特異的DNA増幅産物の形成を抑制する効果が有り、この効果によって、従来の遊離酵素を用いたDNA増幅反応で必要とされる基質DNA量よりも更に微量の基質DNAから増幅できることが分かった。すなわち、シリカ系ナノ空孔材料のシリカ細孔は、DNA増幅反応における副反応抑制場として好適であることが判明した。   From the above results, the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex has the effect of suppressing the formation of non-specific DNA amplification products such as primer dimers in the DNA amplification reaction. It was found that it was possible to amplify from a trace amount of substrate DNA more than the amount of substrate DNA required in the DNA amplification reaction using the free enzyme. That is, it was found that the silica pores of the silica-based nanoporous material are suitable as a side reaction suppression field in the DNA amplification reaction.

図6に、DNA増幅対象となる配列番号4〜7に示される長さの異なるDNA(616、1272、2566、5027塩基対)をT−Vector pMD20(配列番号8)に挿入した4種類の環状プラスミドDNA(3354、4010、5304、7765塩基対)1ngを用いた、シリカ系ナノ空孔材料複合体に固定化していない遊離のDNA合成酵素(1unit)によるポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後のDNA増幅産物の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、Aは、616塩基対を挿入した環状プラスミドDNA(3354塩基対)を鋳型にしたDNA増幅産物(約800塩基対)、Bは、1272塩基対を挿入した環状プラスミドDNA(4010塩基対)を鋳型にしたDNA増幅産物(約1500塩基対)、Cは、2566塩基対を挿入した環状プラスミドDNA(5304塩基対)を鋳型にしたDNA増幅産物(約2800塩基対)、Dは、5027塩基対を挿入した環状プラスミドDNA(7765塩基対)を鋳型にしたDNA増幅産物(約5200塩基対)、である。   FIG. 6 shows four types of circular shapes in which DNAs of different lengths (616, 1272, 2566, 5027 base pairs) shown in SEQ ID NOs: 4 to 7 to be amplified are inserted into T-Vector pMD20 (SEQ ID NO: 8). Polymerase chain reaction (PCR method) was performed using 1 ng of plasmid DNA (3354, 4010, 5304, 7765 base pairs) with free DNA synthase (1 unit) not immobilized on the silica-based nanoporous material complex. The analysis result of a subsequent DNA amplification product is shown. In the figure, M is a DNA molecule size marker, A is a DNA amplification product (about 800 base pairs) using a circular plasmid DNA (3354 base pairs) inserted with 616 base pairs as a template, and B is 1272 base pairs inserted A DNA amplification product (about 1500 base pairs) using the circular plasmid DNA (4010 base pairs) as a template, and C a DNA amplification product (about 2800 base pairs) using the circular plasmid DNA (5304 base pairs) into which 2566 base pairs are inserted. D) is a DNA amplification product (about 5200 base pairs) using a circular plasmid DNA (7765 base pairs) into which 5027 base pairs are inserted as a template.

図7の(a)−(d)に、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体による、環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20、配列番号8)に挿入した配列番号4〜7に示される4種類の長鎖DNA(616、1272、2566、5027塩基対)を基質DNAとして用い、温度サイクルを25回繰り返した場合のDNA増幅産物の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、PCは、シリカ系ナノ空孔材料に固定化していない遊離のDNA合成酵素の場合、である。図中、(a)は、約800塩基対のDNAを増幅した場合、(b)は、約1500塩基対のDNAを増幅した場合、(c)は、約2800塩基対のDNAを増幅した場合、また、(d)は、約5200塩基対のDNAを増幅した場合、である。また、図中、(e)は、各種DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体におけるDNA増幅効率の程度を、◎(増幅:大)、○(増幅:中)、▲(増幅:小)、×(増幅:無し)、を用いた表示した表である。   7 (a) to (d), SEQ ID NOS: 4 to 7 inserted into a circular plasmid DNA (T-Vector pMD20, SEQ ID NO: 8) using a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex. The analysis results of DNA amplification products when the four types of long-chain DNAs shown (616, 1272, 2566, 5027 base pairs) are used as substrate DNA and the temperature cycle is repeated 25 times are shown. In the figure, M is a DNA molecule size marker, and PC is a free DNA synthase that is not immobilized on a silica-based nanoporous material. In the figure, (a) shows a case where DNA of about 800 base pairs is amplified, (b) shows a case where DNA of about 1500 base pairs is amplified, and (c) shows a case where DNA of about 2800 base pairs is amplified. (D) is when a DNA of about 5200 base pairs was amplified. In the figure, (e) shows the degree of DNA amplification efficiency in various DNA synthase-BSA-silica nanoporous material composites as ◎ (amplification: large), ○ (amplification: medium), ▲ (amplification). : Small) and x (amplification: none).

また、図中、マル1から7は、中心細孔直径の異なる各種シリカ系ナノ空孔材料の、1:FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)、2:FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)、3:SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)、4:SBA−15(中心細孔直径:7.1nm)、5:SBA−15(中心細孔直径:10.6nm)、6:SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)、7:SBA−15 microsphere(中心細孔直径:24.5nm)、に固定化したDNA合成酵素の場合、である。   Also, in the figure, circles 1 to 7 indicate 1: FSM-16 (center pore diameter: 2.6 nm), 2: FSM-22 (center fine diameter) of various silica-based nanoporous materials having different center pore diameters. (Pore diameter: 4.2 nm), 3: SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm), 4: SBA-15 (central pore diameter: 7.1 nm), 5: SBA-15 (central pore diameter) 10.6 nm), 6: SBA-15 microsphere (center pore diameter: 18.5 nm), 7: SBA-15 microsphere (center pore diameter: 24.5 nm), It is.

図7(a)−(e)より、SBA−15 microsphere(中心細孔直径:24.5nm)以外の6種類のシリカ系ナノ空孔材料について、DNA増幅産物の存在が認められた。しかし、2566塩基対が挿入された環状プラスミドDNAの場合、SBA−15(中心細孔直径:10.6nm)に固定化したDNA合成酵素で増幅が認められず、また、5027塩基対が挿入された環状プラスミドDNAの場合、FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)及びSBA−15(中心細孔直径:10.6nm)に固定化したDNA合成酵素で増幅が認められなかった。また、シリカ系ナノ空孔材料がFSM、SBA型どちらの場合にも、該シリカ系ナノ空孔材料の中心細孔直径が小さくなる程、DNA増幅活性が増大する傾向が認められ、FSMの場合、特にFSM−16(中心細孔直径:2.6nm)が好適であり、SBAの場合は、特にSBA−15(中心細孔直径:5.4nm)、次いで、SBA−15(中心細孔直径:7.1nm)が好適であり、また、SBA microsphereの場合は、SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)が好適であった。以上の結果は、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体が、環状プラスミドDNAの600〜5000塩基対の長さの異なる挿入DNAを対象とした増幅活性を有しており、また、シリカ系ナノ空孔材料の中心細孔直径の違いによって、該DNA合成酵素のDNA増幅活性を制御できることを示唆している。   From FIG. 7 (a)-(e), the presence of DNA amplification products was observed in 6 types of silica-based nanoporous materials other than SBA-15 microsphere (central pore diameter: 24.5 nm). However, in the case of circular plasmid DNA having 2566 base pairs inserted, amplification was not observed with DNA synthase immobilized on SBA-15 (central pore diameter: 10.6 nm), and 5027 base pairs were inserted. In the case of the circular plasmid DNA, amplification was not observed with DNA synthase immobilized on FSM-22 (central pore diameter: 4.2 nm) and SBA-15 (central pore diameter: 10.6 nm). In addition, in both cases where the silica-based nanoporous material is FSM or SBA type, a tendency that the DNA amplification activity increases as the central pore diameter of the silica-based nanoporous material decreases is observed. In particular, FSM-16 (central pore diameter: 2.6 nm) is suitable. In the case of SBA, SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) is particularly suitable, and then SBA-15 (central pore diameter). : 7.1 nm), and in the case of SBA microsphere, SBA-15 microsphere (center pore diameter: 18.5 nm) was suitable. The above results indicate that the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex has amplification activity for insertion DNAs having different lengths of 600 to 5000 base pairs of circular plasmid DNA, This suggests that the DNA amplification activity of the DNA synthase can be controlled by the difference in the central pore diameter of the silica-based nanoporous material.

(実施例4)環状DNAを対象としたDNA増幅(極微量DNAの増幅反応の評価)
図8の左図(a)及び右図(b)に、反応溶液50μL中の基質DNA(配列番号4の616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20))量を1ngから0.01fgの範囲で段階的に希釈し、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体による、温度サイクル25回のポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した後のDNA増幅産物(分子サイズ:約800塩基対)の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、NCは、シリカ系ナノ空孔材料に固定化していない遊離のDNA合成酵素に基質DNAを添加せず、プライマーDNAを添加した場合、である。図中、(a)は、遊離のDNA合成酵素を利用した場合、また、(b)は、DNA合成酵素−BSA−FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)複合体を利用した場合、である。
(Example 4) DNA amplification for circular DNA (evaluation of amplification reaction of trace amount DNA)
The left figure (a) and the right figure (b) of FIG. 8 show the amount of substrate DNA (circular plasmid DNA (T-Vector pMD20) into which 616 base pairs of SEQ ID NO: 4 is inserted) in 1 μg of the reaction solution in 50 μL. To 0.01 fg, and a DNA amplification product (PCR method) after performing polymerase chain reaction (PCR method) 25 times with a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex. (Analysis results of molecular size: about 800 base pairs). In the figure, M is a DNA molecular size marker, and NC is a case where a primer DNA is added without adding a substrate DNA to a free DNA synthase not immobilized on a silica-based nanoporous material. In the figure, (a) is when free DNA synthase is used, and (b) is when DNA synthase-BSA-FSM-16 (center pore diameter: 2.6 nm) complex is used. .

また、図中、マル1から9は、反応溶液50μL中の基質DNA量を、1:1ng、2:0.1ng、3:0.01ng、4:1pg、5:0.1pg、6:0.01pg、7:1fg、8:0.1fg、9:0.01fg、に段階的に希釈し、DNA増幅活性の評価を行った場合、である。   In the figure, marks 1 to 9 indicate the amount of substrate DNA in the reaction solution 50 μL: 1: 1 ng, 2: 0.1 ng, 3: 0.01 ng, 4: 1 pg, 5: 0.1 pg, 6: 0. .01 pg, 7: 1 fg, 8: 0.1 fg, 9: 0.01 fg, when diluted stepwise and the DNA amplification activity was evaluated.

図8(a)より、遊離のDNA合成酵素を利用した場合では0.01ngまでの増幅が示され、それ以降、1pg以下の基質DNA量では、非特異的DNA増幅が顕著に進行するようになった。一方、図8(b)より、固定化DNA合成酵素の場合では非特異的DNA増幅の著しい抑制効果が認められたと共に、0.1〜0.01fgの極微量DNAの増幅が示された。これらの実験結果は、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体が副反応抑制能を有している結果、極めて微量の基質DNA(0.01fg=2.7分子)、すなわち、数分子のDNAからの増幅活性が向上した可能性を示している。   FIG. 8 (a) shows that when free DNA synthase is used, amplification up to 0.01 ng is shown, and thereafter, nonspecific DNA amplification proceeds remarkably at substrate DNA amounts of 1 pg or less. became. On the other hand, from FIG. 8 (b), in the case of the immobilized DNA synthase, a remarkable suppression effect of nonspecific DNA amplification was recognized, and amplification of a trace amount of DNA of 0.1 to 0.01 fg was shown. As a result of these experimental results, the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex has the ability to suppress side reactions. As a result, a very small amount of substrate DNA (0.01 fg = 2.7 molecules), that is, This shows the possibility that the amplification activity from several molecules of DNA has been improved.

(実施例5)環状DNAを対象としたDNA増幅(極微量DNAの増幅反応における細孔径の影響)
また、図9に、図8(b)のマル9の反応条件(基質DNA量:0.01fg)を用いた、遊離のDNA合成酵素及び7種類のシリカ系ナノ空孔材料に固定化したDNA合成酵素を用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)において、PCRのサイクル数を更に10サイクル追加し、35サイクルとした場合のDNA増幅産物(分子サイズ:約800塩基対)の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、PCは、シリカ系ナノ空孔材料に固定化していない遊離のDNA合成酵素の場合、また、NCは、遊離のDNA合成酵素に基質DNAを添加せず、プライマーDNAを添加した場合、である。
(Example 5) DNA amplification targeting circular DNA (effect of pore diameter in amplification reaction of trace amount DNA)
FIG. 9 shows DNA immobilized on free DNA synthase and seven types of silica-based nanopore materials using the reaction conditions of Maru 9 in FIG. 8B (substrate DNA amount: 0.01 fg). In the polymerase chain reaction (PCR method) using a synthetic enzyme, the analysis result of the DNA amplification product (molecular size: about 800 base pairs) when the number of PCR cycles is further increased to 35 cycles is shown. In the figure, M is a DNA molecular size marker, PC is a free DNA synthase that is not immobilized on a silica-based nanoporous material, and NC does not add substrate DNA to the free DNA synthase. When primer DNA is added.

また、図中、マル1から7は、中心細孔直径の異なる各種シリカ系ナノ空孔材料の、1:FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)、2:FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)、3:SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)、4:SBA−15(中心細孔直径:7.1nm)、5:SBA−15(中心細孔直径:10.6nm)、6:SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)、7:SBA−15 microsphere(中心細孔直径:24.5nm)、に固定化したDNA合成酵素の場合、である。   Also, in the figure, circles 1 to 7 indicate 1: FSM-16 (center pore diameter: 2.6 nm), 2: FSM-22 (center fine diameter) of various silica-based nanoporous materials having different center pore diameters. (Pore diameter: 4.2 nm), 3: SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm), 4: SBA-15 (central pore diameter: 7.1 nm), 5: SBA-15 (central pore diameter) 10.6 nm), 6: SBA-15 microsphere (center pore diameter: 18.5 nm), 7: SBA-15 microsphere (center pore diameter: 24.5 nm), It is.

図9より、PC及びNCでは、どちらも非特異的DNA増幅が示され、標的DNAの増幅が認められなかった。一方、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体では、7種類のシリカ系ナノ空孔材料のうち、4種類において、数分子レベルの極微量DNA(0.01fg=2.7分子)からの特異的な増幅が認められた。具体的には、FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)、SBA−15(中心細孔直径:10.6nm)、また、SBA−15 microsphere(中心細孔直径:24.5nm)に固定化したDNA合成酵素では、非特異的DNA増幅が示されなかったものの、標的のDNA増幅産物を得ることができず、FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)、SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)、SBA−15(中心細孔直径:7.1nm)、また、SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)に固定化したDNA合成酵素では、特異的なDNA増幅産物が明瞭に示された。SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)では、標的DNAの増幅が示されたものの、標的DNAより下流に非特異的DNA増幅が示された。   FIG. 9 shows that both PC and NC showed non-specific DNA amplification, and no amplification of target DNA was observed. On the other hand, in the DNA synthase-BSA-silica-based nanoporous material complex, a very small amount of DNA (0.01 fg = 2.7 molecule) in four types out of seven types of silica-based nanoporous materials. Specific amplification from) was observed. Specifically, FSM-22 (central pore diameter: 4.2 nm), SBA-15 (central pore diameter: 10.6 nm), and SBA-15 microsphere (central pore diameter: 24.5 nm) The immobilized DNA synthase did not show non-specific DNA amplification, but the target DNA amplification product could not be obtained. FSM-16 (central pore diameter: 2.6 nm), SBA-15 ( Central pore diameter: 5.4 nm), SBA-15 (central pore diameter: 7.1 nm), and DNA synthetase immobilized on SBA-15 microsphere (central pore diameter: 18.5 nm) A clear DNA amplification product was clearly shown. SBA-15 (center pore diameter: 5.4 nm) showed target DNA amplification, but nonspecific DNA amplification downstream of the target DNA.

以上の結果から、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体には、環状プラスミドDNAを鋳型とした長鎖DNAの増幅反応において、非特異的DNA増幅を著しく抑制する効果が有り、この効果によって、従来の遊離酵素を用いたDNA増幅反応で必要とされる基質DNA量よりも更に100万分の1の微量の基質DNA、すなわち、数分子レベルの基質DNAから増幅できることが分かり、シリカ系ナノ空孔材料のシリカ細孔は、DNA増幅反応における副反応抑制場として好適であることが判明した。また、各々のタイプのシリカ系ナノ空孔材料において、微量DNA増幅に最適な細孔径が異なったことから、極微量DNAの増幅における固定化DNA合成酵素の反応活性はシリカ系ナノ空孔材料の細孔径の違いによって制御できる可能性が示唆された。   From the above results, the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex has an effect of significantly suppressing nonspecific DNA amplification in the amplification reaction of long-chain DNA using circular plasmid DNA as a template, This effect shows that it can be amplified from a small amount of substrate DNA that is 1 / 1,000,000 of the amount of substrate DNA that is required for DNA amplification reactions using conventional free enzymes, that is, several molecules of substrate DNA. It has been found that the silica pores of the system nanopore material are suitable as a side reaction suppression field in the DNA amplification reaction. In addition, since each type of silica-based nanoporous material has a different optimum pore size for amplifying a trace amount of DNA, the reaction activity of the immobilized DNA synthase in the amplification of a trace amount of DNA is that of the silica-based nanoporous material. The possibility that it can be controlled by the difference in pore size was suggested.

(実施例6)環状DNAを対象としたDNA増幅(バックグラウンドDNAの反応系外への排除能の検証)
図10の左図(a)及び右図(b)に、DNA合成酵素(1unit)を含んだ、反応組成の異なる8種類のPCR用緩衝溶液を用いて、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体前駆体を得、次に、バックグラウンドDNAとして、配列番号4に示される616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(3354塩基対、1ng)を添加し、続いて、同PCR用緩衝溶液100μLを用いて前記複合体を洗浄した後、1272塩基対のDNAが挿入された標的となる環状プラスミドDNA(4010塩基対、1ng)を含んだ前記PCR用緩衝溶液50μLを添加することによって酵素反応を開始し、温度サイクルを25回繰り返した場合のDNA増幅産物の解析結果を示す。図中、(a)は、FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、(b)は、SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、である。
(Example 6) DNA amplification targeting circular DNA (verification of ability to exclude background DNA out of reaction system)
The left figure (a) and the right figure (b) of FIG. 10 show DNA synthase-BSA-silica nano-particles using eight kinds of PCR buffer solutions containing DNA synthase (1 unit) and having different reaction compositions. A porous material complex precursor is obtained, and then circular plasmid DNA (3354 base pairs, 1 ng) into which the 616 base pair DNA shown in SEQ ID NO: 4 is inserted is added as background DNA, followed by After washing the complex with 100 μL of the PCR buffer solution, 50 μL of the PCR buffer solution containing the target circular plasmid DNA (4010 base pairs, 1 ng) into which 1272 base pairs of DNA were inserted was added. This shows the analysis result of the DNA amplification product when the enzyme reaction is started and the temperature cycle is repeated 25 times. In the figure, (a) is a DNA synthase immobilized on FSM-22 (central pore diameter: 4.2 nm), and (b) is SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm). In the case of immobilized DNA synthase.

また、図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、マル1と5は、酵素固定化用及びバックグラウンドDNAの洗浄用の緩衝溶液の組成として、120mM Tris−HCl(pH 8)、6mM 硫酸アンモニウム、10mM 塩化カリウム、0.1% Triton X−100、0.001% BSAであり、マル2と6は、緩衝溶液の組成として、120mM Tris−HCl(pH 8)であり、マル3と7は、緩衝溶液の組成として、120mM Tris−HCl(pH 8)、6mM 硫酸アンモニウム、10mM 塩化カリウム、0.1% Triton X−100であり、また、マル4と8は、緩衝溶液の組成として、120mM Tris−HCl(pH 8)、6mM 硫酸アンモニウム、10mM 塩化カリウム、0.001% BSAである、場合である。また、図中、マル1から4は、前記緩衝溶液に1mM 塩化マグネシウムを含んでいる場合、マル5から8は、前記緩衝溶液に1mM 塩化マグネシウムを含んでいない場合、である。   In the figure, M is a DNA molecule size marker, and Mull 1 and 5 are 120 mM Tris-HCl (pH 8), 6 mM ammonium sulfate, 10 mM as the composition of a buffer solution for enzyme immobilization and background DNA washing. Potassium chloride, 0.1% Triton X-100, 0.001% BSA, Mull 2 and 6 are 120 mM Tris-HCl (pH 8), and Mull 3 and 7 are buffered. The composition of the solution is 120 mM Tris-HCl (pH 8), 6 mM ammonium sulfate, 10 mM potassium chloride, 0.1% Triton X-100, and Mal 4 and 8 are 120 mM Tris-HCl as the composition of the buffer solution. (PH 8), 6 mM ammonium sulfate, 10 mM potassium chloride, 0.0 A 1% BSA, is the case. Further, in the figure, circles 1 to 4 are when the buffer solution contains 1 mM magnesium chloride, and circles 5 to 8 are when the buffer solution does not contain 1 mM magnesium chloride.

図10(a)より、DNA合成酵素−BSA−FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)複合体の場合には、マル1の緩衝溶液を用いた場合においてのみDNA増幅反応の進行が認められ、マル2から8の緩衝溶液を用いた場合には、標的DNA及びバックグラウンドDNAの両方のDNA増幅が示されなかった。一方、図10(b)より、DNA合成酵素−BSA−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体の場合には、マル1、3、5、7の緩衝溶液を用いた場合には、標的DNAと共にバックグラウンドDNAに由来する非特異的DNA増幅が示され、マル2、4、6、8の緩衝溶液を用いた場合には、バックグラウンドDNAが示されず、標的DNAのみの選択的な増幅が認められ、そのうちでもMg塩を含まずBSAを含有させた場合(マル8)が、最も増幅効率が高まった(DNA増幅効率は、マル4のPCR産物のバンド強度を基準(1倍)とした場合、マル8が4.6倍、マル2が3.2倍、また、マル6が2.4倍であった)が、マル8の場合はバックグラウンドDNAが出ている。以上の結果より、FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)の場合には、BSAと共に、Mg塩及びTriton X−100等を含んだ通常のPCR用緩衝溶液が好適であるのに対して、SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)の場合には、Mg塩を含まずBSAを含む緩衝溶液が好適であることが分かった。
しかし、この実験ではDNAの添加量が微量でない(1ng)ことと、バックグラウンドDNAを酵素固定化後に添加しているため、正確なバックグラウンドDNAの反応系外への排除能の検証とはいえない可能性があるため、極微量(0.1pg)の標的DNAを対象として、引き続き以下の実験を行った。
From FIG. 10 (a), in the case of the DNA synthase-BSA-FSM-22 (central pore diameter: 4.2 nm) complex, the DNA amplification reaction proceeds only when the buffer solution of Mull 1 is used. As can be seen, no DNA amplification of both target DNA and background DNA was shown when the buffer solutions from 2 to 8 were used. On the other hand, from FIG. 10 (b), in the case of the DNA synthase-BSA-SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) complex, when the buffer solutions of Mull 1, 3, 5, 7 are used. Shows nonspecific DNA amplification derived from background DNA together with target DNA. When buffer solutions of 2, 4, 6, and 8 are used, no background DNA is shown and only target DNA is shown. In the case where selective amplification was observed, and when BSA was contained without containing Mg salt (Mal 8), the amplification efficiency was the highest (DNA amplification efficiency was based on the band intensity of the PCR product of Mull 4 ( 1), Mal 8 was 4.6 times, Mal 2 was 3.2 times, and Mal 6 was 2.4 times), but in the case of Mal 8, background DNA appeared. . From the above results, in the case of FSM-22 (center pore diameter: 4.2 nm), a normal PCR buffer solution containing Mg salt, Triton X-100 and the like is preferable together with BSA. In the case of SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm), it was found that a buffer solution containing BSA but not containing Mg salt was suitable.
However, in this experiment, the amount of DNA added is not a very small amount (1 ng), and the background DNA is added after enzyme immobilization, so it can be said that the background DNA can be accurately excluded from the reaction system. Therefore, the following experiment was continuously performed on a very small amount (0.1 pg) of target DNA.

(実施例7)極微量の環状DNAを対象としたDNA増幅(バックグラウンドDNAの反応系外への排除能の検証)
図11の(a)−(c)に、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体による、前記の配列番号4に示される616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(3354塩基対、バックグラウンドDNA)0.1pg及びDNA合成酵素(1unit)を含んだ、反応組成の異なる8種類のPCR用緩衝溶液を用いて、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体前駆体を得、続いて、同PCR用緩衝溶液100μLを用いて前記複合体を洗浄した後、1272塩基対のDNAが挿入された標的となる環状プラスミドDNA(4010塩基対)0.1pgを含んだ前記PCR用緩衝溶液50μLを添加することによって酵素反応を開始し、温度サイクルを25回繰り返した場合のDNA増幅産物の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、P1は、シリカ系ナノ空孔材料に固定化していない遊離のDNA合成酵素を用いて616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(3354塩基対、バックグラウンドDNA)を増幅した場合、P2は、遊離のDNA合成酵素を用いて1272塩基対のDNAが挿入された標的となる環状プラスミドDNA(4010塩基対)を増幅した場合、である。図中、(a)は、FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、(b)は、SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、また、(c)は、SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)に固定化したDNA合成酵素の場合、である。
(Example 7) DNA amplification for a very small amount of circular DNA (verification of the ability to exclude background DNA out of the reaction system)
11 (a)-(c), a circular plasmid DNA (3354) in which the DNA of 616 base pairs shown in SEQ ID NO: 4 is inserted by the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex. DNA synthase-BSA-silica nanoporous material composite using 8 types of PCR buffer solutions with different reaction compositions, including 0.1 pg of base pair, background DNA) and DNA synthase (1 unit) A precursor is obtained, and then the complex is washed with 100 μL of the same buffer solution for PCR, and then contains 0.1 pg of a target circular plasmid DNA (4010 base pairs) into which 1272 base pairs of DNA have been inserted. The results of analysis of the DNA amplification product when the enzyme reaction is started by adding 50 μL of the PCR buffer solution and the temperature cycle is repeated 25 times are shown. The In the figure, M is a DNA molecular size marker, and P1 is a circular plasmid DNA (3354 base pairs, 3354 base pairs, in which DNA of 616 base pairs is inserted using a free DNA synthase not immobilized on a silica-based nanoporous material. When the background DNA is amplified, P2 is when the target circular plasmid DNA (4010 base pairs) into which 1272 base pairs of DNA have been inserted is amplified using free DNA synthase. In the figure, (a) is a DNA synthetase immobilized on FSM-16 (central pore diameter: 2.6 nm), and (b) is SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm). In the case of the immobilized DNA synthetase, (c) is the case of the DNA synthetase immobilized on SBA-15 microsphere (central pore diameter: 18.5 nm).

また、図中、マル1と5は、酵素固定化用及びバックグラウンドDNAの洗浄用の緩衝溶液の組成として、120mM Tris−HCl(pH 8)、6mM 硫酸アンモニウム、10mM 塩化カリウム、0.1% Triton X−100、0.001% BSAであり、マル2と6は、緩衝溶液の組成として、120mM Tris−HCl(pH 8)であり、マル3と7は、緩衝溶液の組成として、120mM Tris−HCl(pH 8)、6mM 硫酸アンモニウム、10mM 塩化カリウム、0.1% Triton X−100であり、また、マル4と8は、緩衝溶液の組成として、120mM Tris−HCl(pH 8)、6mM 硫酸アンモニウム、10mM 塩化カリウム、0.001% BSAである、場合である。また、図中、マル1から4は、前記緩衝溶液に1mM 塩化マグネシウムを含んでいる場合、マル5から8は、前記緩衝溶液に1mM 塩化マグネシウムを含んでいない場合、である。   Further, in the figure, Mars 1 and 5 are 120 mM Tris-HCl (pH 8), 6 mM ammonium sulfate, 10 mM potassium chloride, 0.1% Triton as the composition of the buffer solution for enzyme immobilization and background DNA washing. X-100, 0.001% BSA, 2 and 6 are 120 mM Tris-HCl (pH 8) as the composition of the buffer solution, and 3 and 7 are 120 mM Tris- as the composition of the buffer solution. HCl (pH 8), 6 mM ammonium sulfate, 10 mM potassium chloride, 0.1% Triton X-100, and Mal 4 and 8 have a buffer solution composition of 120 mM Tris-HCl (pH 8), 6 mM ammonium sulfate, In this case, 10 mM potassium chloride, 0.001% BSA. Further, in the figure, circles 1 to 4 are when the buffer solution contains 1 mM magnesium chloride, and circles 5 to 8 are when the buffer solution does not contain 1 mM magnesium chloride.

図11(a)より、DNA合成酵素−BSA−FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)複合体の場合には、マル5の緩衝溶液を用いた場合にDNA増幅反応の進行がほとんど認められず、マル2、3、6、8の緩衝溶液を用いた場合に標的DNA及びバックグラウンドDNAの両方のDNA増幅が認められ、マル1、4、7の3種類の緩衝溶液を用いた場合にバックグラウンドDNAが示されず、標的DNAのみの選択的な増幅が認められた。特に、マル1と4の緩衝溶液を用いた場合に標的DNAの増幅効率が高く、これより、Triton X−100の存在非存在はあまり影響せず、BSAと共にMg塩を含んだ緩衝溶液を利用した時に、バックグラウンドDNAの洗浄及び標的DNAの増幅が効率良く進行することが分かった(DNA増幅効率は、遊離のDNA合成酵素によるPCR産物(P2)のバンド強度を基準(1倍)とした場合、マル1が1.11倍、マル4が1.01倍、また、マル7が0.25倍であった)。   From FIG. 11 (a), in the case of the DNA synthase-BSA-FSM-16 (central pore diameter: 2.6 nm) complex, the progress of the DNA amplification reaction hardly occurs when the buffer solution of Mull 5 is used. When the buffer solutions of 2, 3, 6, and 8 were used, DNA amplification of both the target DNA and the background DNA was observed, and three types of buffer solutions of 1, 4, and 7 were used. In some cases no background DNA was shown and selective amplification of only the target DNA was observed. In particular, when the buffer solutions of Mull 1 and 4 are used, the amplification efficiency of the target DNA is high. From this, the presence or absence of Triton X-100 is not so much affected, and a buffer solution containing Mg salt together with BSA is used. It was found that the background DNA washing and the target DNA amplification proceeded efficiently (the DNA amplification efficiency was based on the band intensity of the PCR product (P2) by free DNA synthase as a reference (1 time)). In this case, Maru 1 was 1.11 times, Maru 4 was 1.01 times, and Maru 7 was 0.25 times.

図11(b)より、DNA合成酵素−BSA−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体の場合には、マル1から8の全ての種類の緩衝溶液において、標的DNAの高効率の増幅が示された。マル1から4の緩衝溶液では、極微量のバックグラウンドDNAの増幅が示されたものの、マル5から8の緩衝溶液では、バックグラウンドDNAの際だった増幅は殆ど無く、特にマル5の緩衝溶液を用いた場合に最もバックグラウンドDNAの増幅が示されず、標的DNAのみの選択的な増幅が認められた。これより、塩化マグネシウムを含んでおらず、BSAと共にTriton X−100を含んでいる緩衝溶液を利用した時に、バックグラウンドDNAの洗浄及び標的DNAの増幅が効率良く進行することが分かった。   From FIG. 11 (b), in the case of the DNA synthase-BSA-SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) complex, the target DNA increased in all types of buffer solutions 1 to 8. Efficiency amplification was shown. Although the buffer solutions from 1 to 4 showed amplification of a very small amount of background DNA, the buffer solutions from 5 to 8 showed almost no amplification of the background DNA. When DNA was used, amplification of background DNA was not shown most, and selective amplification of only target DNA was observed. From this, it was found that when a buffer solution not containing magnesium chloride and containing Triton X-100 together with BSA was used, background DNA washing and target DNA amplification proceeded efficiently.

図11(c)より、DNA合成酵素−BSA−SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)複合体の場合には、マル2及び6のTris−HCl(pH 8)のみの他の添加物を含んでいない緩衝溶液を用いた場合にDNA増幅反応の進行がほとんど認められず、マル1、3、4、7、8の緩衝溶液を用いた場合では極微量のバックグラウンドDNAの増幅が示されたものの、高効率の標的DNAの増幅が認められ、また、マル5の緩衝溶液を用いた場合にバックグラウンドDNAの増幅が殆ど示されず、標的DNAのみの選択的な増幅が認められた。これより、塩化マグネシウムを含んでおらず、BSAとTriton X−100を含んでいる緩衝溶液を利用した時に、バックグラウンドDNAの洗浄及び標的DNAの増幅が効率良く進行することが分かった。   From FIG. 11 (c), in the case of the DNA synthase-BSA-SBA-15 microsphere (central pore diameter: 18.5 nm) complex, the other of only Tris-HCl (pH 8) of Mull 2 and 6 When a buffer solution containing no additive is used, the progress of the DNA amplification reaction is hardly observed, and when a buffer solution of Mull 1, 3, 4, 7, 8 is used, an extremely small amount of background DNA is amplified. However, the amplification of the target DNA with high efficiency was confirmed, and when the buffer solution of Mull 5 was used, the amplification of the background DNA was hardly exhibited, and the selective amplification of only the target DNA was observed. It was. From this, it was found that, when a buffer solution that does not contain magnesium chloride and contains BSA and Triton X-100 is used, washing of the background DNA and amplification of the target DNA proceed efficiently.

以上の結果から、反応系中のバックグラウンドDNAの反応系外への排除能が高く、また、微量の標的DNAの選択的な増幅に最適な固定化用液及び洗浄液の組成は、シリカ系ナノ空孔材料ごとに異なることが分かった。   From the above results, the composition of the immobilization solution and the washing solution optimal for the selective amplification of a small amount of target DNA is high. It was found that each pore material was different.

(実施例8)DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体のLAMP法への応用
本実施例では、DNA合成酵素(Bst DNAポリメラーゼ)−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体を用いた、バッチ式及びマイクロ流体デバイスを利用した流通式での等温DNA増幅(LAMP法)の評価を行った。LAMP法によるDNA増幅反応及び増幅評価には、DNA増幅試薬キット、プライマーセットKHV、また、蛍光・目視検出試薬(いずれも栄研化学社製)を用いた。反応条件としては、反応容量を25μLとし、65℃で50〜60分間の加温の後、蛍光検出により、DNA増幅の評価を行った。本酵素反応には、アルミブロック恒温槽(タイテック社製、Cool Thermo Unit)を使用し、また、蛍光プレートリーダー(モレキュラーデバイス社製、SpectraMax M2e)を用い、基質DNAを添加した場合(PC)と添加しなかった場合(NC)におけるDNA増幅産物の蛍光強度(励起波長:320nm、蛍光波長:515nm)を測定し、PC/NC比を指標とすることによって、酵素活性を評価した。
(Example 8) Application of DNA synthase-silica-based nanoporous material complex to LAMP method In this example, DNA synthase (Bst DNA polymerase) -SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) Evaluation of isothermal DNA amplification (LAMP method) using a complex and a flow type using a microfluidic device and a batch type was performed. For the DNA amplification reaction and amplification evaluation by the LAMP method, a DNA amplification reagent kit, primer set KHV, and a fluorescence / visual detection reagent (both manufactured by Eiken Chemical Co., Ltd.) were used. As reaction conditions, the reaction volume was set to 25 μL, and after heating at 65 ° C. for 50 to 60 minutes, DNA amplification was evaluated by fluorescence detection. In this enzyme reaction, an aluminum block thermostat (manufactured by Taitec Corp., Cool Thermo Unit) is used, and a fluorescence plate reader (manufactured by Molecular Devices Corp., SpectraMax M2e) is used, and substrate DNA is added (PC) When not added (NC), the fluorescence intensity (excitation wavelength: 320 nm, fluorescence wavelength: 515 nm) of the DNA amplification product was measured, and the enzyme activity was evaluated by using the PC / NC ratio as an index.

図13(a)に、コイヘルペスウイルス(KHV)ゲノムDNAを基質DNAとした、シリカ系ナノ空孔材料に固定していない遊離のDNA合成酵素及びDNA合成酵素−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体を用いた、バッチ式反応における等温DNA増幅(LAMP法)(65℃、60分間)を実施し、酵素活性を評価した結果を示す。DNA合成酵素−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体の場合には、1度目の反応後に、遠心分離し、上清を除去した後、新たな反応溶液を添加することによって、3度までの固定化酵素の繰り返し使用を行った。   FIG. 13 (a) shows free DNA synthase and DNA synthase-SBA-15 (central pore diameter) which are not immobilized on silica-based nanoporous materials, using koi herpesvirus (KHV) genomic DNA as substrate DNA. : 5.4 nm) Isothermal DNA amplification (LAMP method) (65 ° C., 60 minutes) in a batch reaction using the complex was performed, and the results of evaluation of enzyme activity are shown. In the case of a DNA synthase-SBA-15 (center pore diameter: 5.4 nm) complex, after the first reaction, the mixture is centrifuged, the supernatant is removed, and a new reaction solution is added. Repeated use of the immobilized enzyme up to 3 times.

図13(a)より、DNA合成酵素−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体の場合には、3度の繰り返し使用によっても、遊離の酵素と同等のDNA増幅活性を示した。これより、LAMP法におけるDNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体の繰り返し使用の実行可能性が示唆された。   From FIG. 13 (a), in the case of the DNA synthase-SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) complex, DNA amplification activity equivalent to that of the free enzyme is exhibited even after repeated use. It was. This suggested the feasibility of repeated use of the DNA synthase-silica nanoporous material complex in the LAMP method.

図13(b)に、DNA合成酵素−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体を流路に担持したマイクロ流体デバイス(反応容積:約125μL、図12)を用いた流通式の連続反応において、等温DNA増幅(LAMP法)(65℃、50分間(滞留時間))を行い、酵素活性を評価した結果を示す。実験操作としては、まず、コイヘルペスウイルス(KHV)ゲノムDNA、DNA合成酵素、また、蛍光・目視検出試薬等を含んだ反応溶液(50μL)をマイクロ流路内部に充填した後、酵素を含まない反応液(PC: 基質DNA有り、NC: 基質DNA無し)を300μL送液(流速:2.5μL/分)し、25μLずつ順次、サンプルを回収した。また、送液中の反応溶液の温度を一定に保持するために、マイクロ流体デバイスの背面に設置した透明導電膜(ブラスト社製)への電圧印加により、マイクロ流路内部を65℃に加温した。   FIG. 13 (b) shows a flow system using a microfluidic device (reaction volume: about 125 μL, FIG. 12) in which a DNA synthase-SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) complex is supported in a flow path. In the continuous reaction, isothermal DNA amplification (LAMP method) (65 ° C., 50 minutes (residence time)) was performed, and the results of evaluation of enzyme activity are shown. As an experimental operation, first, a reaction solution (50 μL) containing a koi herpesvirus (KHV) genomic DNA, a DNA synthase, a fluorescent / visual detection reagent, etc. is filled in the microchannel, and then no enzyme is contained. 300 μL of the reaction solution (PC: with substrate DNA, NC: without substrate DNA) was fed (flow rate: 2.5 μL / min), and samples were collected in order of 25 μL. In addition, in order to keep the temperature of the reaction solution being sent constant, the inside of the microchannel is heated to 65 ° C. by applying a voltage to the transparent conductive film (made by Blast) installed on the back of the microfluidic device. did.

図13(b)より、DNA合成酵素−SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)複合体を固定化したマイクロ流体デバイスは、9度の繰り返し使用によっても、遊離の酵素の2倍以上のDNA増幅活性を保持した。これより、マイクロ流体デバイスを利用した流通式での等温DNA増幅(LAMP法)におけるDNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体の繰り返し使用の実行可能性が示唆された。   From FIG. 13 (b), the microfluidic device in which the DNA synthase-SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) complex is immobilized is more than twice the free enzyme even after repeated use of 9 degrees. The DNA amplification activity was retained. This suggests the feasibility of repeated use of the DNA synthase-silica nanoporous material complex in a flow-type isothermal DNA amplification (LAMP method) using a microfluidic device.

(実施例9)環状DNAを対象としたDNA増幅(極微量DNAの増幅反応の評価)−2
本実施例は、基質DNAとして、配列番号5(1272塩基対)のDNAを環状プラスミドDNA(T−Vector pMD20)に挿入して用い、PCRサイクル数を35回に増やした以外は、(実施例4)と同様の方法を適用した。具体的には、BSAを0.001重量%含有する反応溶液50μL中の基質DNA量を1ngから0.01fgの範囲で段階的に希釈し、BSA含有緩衝液で洗浄したDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体による、温度サイクル35回のポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した。図14(a)及び(b)に、後のDNA増幅産物(分子サイズ:約1500塩基対)の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカーである。図14の(a)は、遊離のDNA合成酵素を利用した場合、また、(b)は、DNA合成酵素−BSA−FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)複合体を利用した場合、である。
なお、図中、マル1から9は、反応溶液50μL中の基質DNA量を、1:1ng、2:0.1ng、3:0.01ng、4:1pg、5:0.1pg、6:0.01pg、7:1fg、8:0.1fg、9:0.01fg、に段階的に希釈し、DNA増幅活性の評価を行った場合、である。
(Example 9) DNA amplification for circular DNA (evaluation of amplification reaction of trace amount DNA) -2
In this example, except that the DNA of SEQ ID NO: 5 (1272 base pairs) was inserted into a circular plasmid DNA (T-Vector pMD20) as a substrate DNA and the number of PCR cycles was increased to 35 (Examples). The same method as in 4) was applied. Specifically, the amount of substrate DNA in 50 μL of a reaction solution containing 0.001% by weight of BSA was diluted stepwise in the range of 1 ng to 0.01 fg and washed with a BSA-containing buffer solution-BSA- Polymerase chain reaction (PCR method) was performed 35 times with a silica-based nanoporous material composite. FIGS. 14A and 14B show the analysis results of the subsequent DNA amplification product (molecular size: about 1500 base pairs). In the figure, M is a DNA molecule size marker. 14A shows the case where a free DNA synthase is used, and FIG. 14B shows the case where a DNA synthase-BSA-FSM-16 (central pore diameter: 2.6 nm) complex is used. .
In the figure, marks 1 to 9 indicate the amount of substrate DNA in the reaction solution 50 μL: 1: 1 ng, 2: 0.1 ng, 3: 0.01 ng, 4: 1 pg, 5: 0.1 pg, 6: 0. .01 pg, 7: 1 fg, 8: 0.1 fg, 9: 0.01 fg, when diluted stepwise and the DNA amplification activity was evaluated.

図14(a)によれば、遊離のDNA合成酵素の場合ではマル3の1pgまでの基質DNA量において目的DNAの増幅が示され、マル4の0.1pg以下の基質DNA量では、顕著な非特異的なDNAの増幅反応が示された。一方、図14(b)によれば、固定化DNA合成酵素の場合では非特異的なDNAの増幅反応が抑制され、マル9の0.01fgの極微量DNAまで目的DNAの増幅が示された。これらの実験結果は、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体が非特異的なDNAの増幅反応の抑制能を有している結果、遊離のDNA合成酵素の場合の10万分の1の極めて微量の基質DNA(マル9の0.01fg=2.3分子に相当)、すなわち、数分子の基質DNAからの特異的かつ安定的な増幅を示している。
なお、反応溶液中にBSAを添加しなかった場合の同様の実験によると、PCR反応の安定性が低下し、非特異的反応量が増加する。特に遊離のDNA合成酵素の場合に、基質DNAが0.01ng量以下で増幅できなかった(図示せず。)。
According to FIG. 14 (a), in the case of free DNA synthase, amplification of the target DNA is shown in the amount of substrate DNA of Mal 3 up to 1 pg, and remarkable in the amount of substrate DNA of Mal 4 of 0.1 pg or less. Non-specific DNA amplification reaction was shown. On the other hand, according to FIG. 14 (b), in the case of the immobilized DNA synthase, the non-specific DNA amplification reaction was suppressed, and the amplification of the target DNA was demonstrated up to 0.01 fg trace DNA of mal 9. . These experimental results show that the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex has the ability to suppress nonspecific DNA amplification reaction, resulting in 100,000 minutes of free DNA synthase. It shows specific and stable amplification from one very small amount of substrate DNA (corresponding to 0.01 fg = 2.3 molecules of Mull 9), ie several molecules of substrate DNA.
In addition, according to the same experiment when BSA is not added to the reaction solution, the stability of the PCR reaction decreases and the amount of non-specific reaction increases. In particular, in the case of free DNA synthase, the substrate DNA could not be amplified with an amount of 0.01 ng or less (not shown).

(実施例10)環状DNAを対象としたDNA増幅(極微量DNAの増幅反応における細孔径の影響)−2
本実施例は、(実施例5)と同様の7種類のシリカ系ナノ空孔材料を用いて、(実施例9)の図14のマル8の反応条件(基質DNA量:0.1fg)を、PCRサイクル数を35回に増やして追試した。具体的には、配列番号5(1272塩基対)のDNAを含む0.1fgの基質DNAに対し、遊離のDNA合成酵素及び7種類のシリカ系ナノ空孔材料に固定化したDNA合成酵素を用いた、温度サイクル35回のポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)を実施した。
(Example 10) DNA amplification targeting circular DNA (effect of pore diameter in amplification reaction of trace amount DNA) -2
In this example, seven types of silica-based nanoporous materials similar to (Example 5) were used, and the reaction conditions (substrate DNA amount: 0.1 fg) of FIG. The number of PCR cycles was increased to 35 and a follow-up was performed. Specifically, for 0.1 fg of substrate DNA containing DNA of SEQ ID NO: 5 (1272 base pairs), free DNA synthase and DNA synthase immobilized on 7 types of silica-based nanoporous materials are used. The polymerase chain reaction (PCR method) was performed 35 times.

図15に、得られたDNA増幅産物(分子サイズ:約1500塩基対)の解析結果を示す。図中、Mは、DNA分子サイズマーカー、PCは、シリカ系ナノ空孔材料に固定化していない遊離のDNA合成酵素の場合、また、NCは、遊離のDNA合成酵素に基質DNAを添加せず、プライマーDNAを添加した場合、である。
また、図中、マル1から7は、中心細孔直径の異なる各種シリカ系ナノ空孔材料の、1:FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)、2:FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)、3:SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)、4:SBA−15(中心細孔直径:7.1nm)、5:SBA−15(中心細孔直径:10.6nm)、6:SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)、7:SBA−15 microsphere(中心細孔直径:24.5nm)、に固定化したDNA合成酵素の場合、である。
FIG. 15 shows the analysis result of the obtained DNA amplification product (molecular size: about 1500 base pairs). In the figure, M is a DNA molecular size marker, PC is a free DNA synthase that is not immobilized on a silica-based nanoporous material, and NC does not add substrate DNA to the free DNA synthase. When primer DNA is added.
Also, in the figure, circles 1 to 7 indicate 1: FSM-16 (center pore diameter: 2.6 nm), 2: FSM-22 (center fine diameter) of various silica-based nanoporous materials having different center pore diameters. (Pore diameter: 4.2 nm), 3: SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm), 4: SBA-15 (central pore diameter: 7.1 nm), 5: SBA-15 (central pore diameter) 10.6 nm), 6: SBA-15 microsphere (center pore diameter: 18.5 nm), 7: SBA-15 microsphere (center pore diameter: 24.5 nm), It is.

図15によれば、PC及びNCでは、どちらも非特異的DNA増幅が示され、標的DNAの増幅が認められなかった。一方、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体では、7種類のシリカ系ナノ空孔材料のうち、4種類において、数十分子レベルの極微量DNA(0.1fg=23分子)からの特異的な増幅が認められた。具体的には、FSM−22(中心細孔直径:4.2nm)、SBA−15(中心細孔直径:10.6nm)、また、SBA−15 microsphere(中心細孔直径:24.5nm)に固定化したDNA合成酵素では、非特異的DNA増幅が示されなかったものの、標的のDNA増幅産物を得ることができず、FSM−16(中心細孔直径:2.6nm)、SBA−15(中心細孔直径:5.4nm)、SBA−15(中心細孔直径:7.1nm)、また、SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)に固定化したDNA合成酵素では、特異的なDNA増幅産物が明瞭に示された。   According to FIG. 15, both PC and NC showed nonspecific DNA amplification, and no amplification of target DNA was observed. On the other hand, in the DNA synthase-BSA-silica-based nanoporous material complex, in 7 types of silica-based nanoporous materials, in 4 types, a very small amount of DNA (0.1 fg = 23 molecules) at the tens of centimeters level. Specific amplification from was observed. Specifically, FSM-22 (central pore diameter: 4.2 nm), SBA-15 (central pore diameter: 10.6 nm), and SBA-15 microsphere (central pore diameter: 24.5 nm) The immobilized DNA synthase did not show non-specific DNA amplification, but the target DNA amplification product could not be obtained. FSM-16 (central pore diameter: 2.6 nm), SBA-15 ( Central pore diameter: 5.4 nm), SBA-15 (central pore diameter: 7.1 nm), and DNA synthetase immobilized on SBA-15 microsphere (central pore diameter: 18.5 nm) A clear DNA amplification product was clearly shown.

以上の結果は、標的DNAの増幅産物の長さが0.8kbであった実施例5(図9)の結果とほぼ一致している。すなわち、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体は、標的DNAの増幅産物がさらに2倍近い1.5kbもの長さの長鎖DNAであっても、非特異的DNA増幅を著しく抑制し、数十分子レベルの基質DNAを増幅する効果が有ることが確認された。また、各々のタイプのシリカ系ナノ空孔材料ごとの微量DNA増幅に最適な細孔径についても、増幅産物の長さが変わっても同様の傾向が示された。   The above results almost coincide with the results of Example 5 (FIG. 9) in which the length of the target DNA amplification product was 0.8 kb. In other words, the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex significantly increases non-specific DNA amplification even if the target DNA amplification product is a long chain DNA of 1.5 kb, which is nearly twice as long. It was confirmed that it has the effect of suppressing and amplifying substrate DNA of several tens of centimeters. Moreover, the same tendency was shown about the optimal pore diameter for the micro amount DNA amplification for each type of silica-based nanoporous material even if the length of the amplification product was changed.

(実施例11)極微量の環状DNAを対象としたDNA増幅(バックグラウンドDNAの反応系外への排除能の検証)
本実施例は、(実施例6)と同様の方法を、0.1fgという数十分子レベルの極微量標的DNAに適用した実験である。
具体的には、(実施例6)で用いたと同様の配列番号5に示される1272塩基対のDNAが挿入された標的となる環状プラスミドDNA(4010塩基対)を基質DNAとし、配列番号4に示される616塩基対のDNAが挿入された環状プラスミドDNA(3354塩基対)をバックグラウンドDNAとし、それぞれ0.1fgずつ用いた。(実施例6)と同様に、バックグラウンドDNA0.1fgとDNA合成酵素(1unit)とを含んだ、反応組成の異なる4種類のPCR用緩衝溶液(図11のレーン(1)、(3)、(5)、(7)の反応組成)を用いて、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体前駆体を得、BSAを含む又は含まないPCR用緩衝溶液100μLで前記複合体を洗浄した後、1272塩基対の標的DNAを含む基質DNA0.1fgを含んだ前記PCR用緩衝溶液50μLを添加することによって酵素反応を開始し、温度サイクルを35回繰り返した。得られたDNA増幅産物の解析結果を図16に示す。(a)は電気泳動図であり、(b)は、(a)の結果を図11の実験結果と共に表にまとめた。
(Example 11) DNA amplification for a very small amount of circular DNA (verification of the ability to exclude background DNA out of the reaction system)
This example is an experiment in which the same method as in (Example 6) was applied to a very small amount of target DNA of the tens of centimeters level of 0.1 fg.
Specifically, the target circular plasmid DNA (4010 base pairs) into which the DNA of 1272 base pairs shown in SEQ ID NO: 5 as used in (Example 6) was inserted was used as the substrate DNA, and SEQ ID NO: 4 The circular plasmid DNA (3354 base pairs) into which the DNA of 616 base pairs shown was inserted was used as background DNA, and 0.1 fg each was used. As in (Example 6), four types of PCR buffer solutions having different reaction compositions containing 0.1 fg of background DNA and DNA synthase (1 unit) (lanes (1), (3), (5) and (7) reaction composition), a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex precursor is obtained, and the complex is added with 100 μL of a PCR buffer solution containing or not containing BSA. After washing, the enzymatic reaction was started by adding 50 μL of the PCR buffer solution containing 0.1 fg of substrate DNA containing 1272 base pair target DNA, and the temperature cycle was repeated 35 times. The analysis result of the obtained DNA amplification product is shown in FIG. (A) is an electropherogram, and (b) is a table summarizing the results of (a) together with the experimental results of FIG.

ここで、酵素固定化用反応溶液及びバックグラウンドDNAの洗浄用の緩衝溶液は同一であり、図中で示した4種類の溶液は、120mM Tris−HCl(pH 8)、6mM 硫酸アンモニウム、10mM 塩化カリウム、0.1% Triton X−100を共通の組成とする。
図16(a)中、Mは、DNA分子サイズマーカーである。また、図中、前記緩衝溶液に対する0.001% BSAの添加の有無を+、−で示しており、また、1mM 塩化マグネシウムの添加の有無を(+)、(−)で示している。
図16(b)中、前記緩衝溶液に対する0.001% BSAおよび1mM 塩化マグネシウムの添加の有無を+、−で表示し、また、バックグラウンドDNAと標的DNAの増幅の有無を+、−で表示した。太枠は、図11において得られた良好な特異性効果と一致した場合を示し、効果は弱いが同様の傾向を示した場合を点線枠で示している。
シリカ系ナノ空孔材料としてFSM−16(中心細孔直径:2.6nm)を用いた場合、及びSBA−15(中心細孔直径:5.4nm)を用いた場合では、BSAが添加された条件で非特異性DNAとの反応抑制効果が抑えられる効果が、0.1fgにおいても再現性があったことが実証できた。
Here, the enzyme immobilization reaction solution and the background DNA washing buffer solution are the same, and the four types of solutions shown in the figure are 120 mM Tris-HCl (pH 8), 6 mM ammonium sulfate, 10 mM potassium chloride. 0.1% Triton X-100 is a common composition.
In FIG. 16A, M is a DNA molecule size marker. In the figure, the presence or absence of addition of 0.001% BSA to the buffer solution is indicated by + and −, and the presence or absence of addition of 1 mM magnesium chloride is indicated by (+) and (−).
In FIG. 16B, the presence or absence of addition of 0.001% BSA and 1 mM magnesium chloride to the buffer solution is indicated by + and −, and the presence or absence of amplification of background DNA and target DNA is indicated by + and −. did. A thick frame indicates a case where the good uniqueness effect obtained in FIG. 11 is matched, and a case where the effect is weak but shows the same tendency is indicated by a dotted frame.
BSA was added when FSM-16 (central pore diameter: 2.6 nm) was used as the silica-based nanoporous material and when SBA-15 (central pore diameter: 5.4 nm) was used. It was proved that the effect of suppressing the reaction suppression effect with non-specific DNA under conditions was reproducible even at 0.1 fg.

SBA−15 microsphere(中心細孔直径:18.5nm)をシリカ系ナノ空孔材料として用いた場合では、1回目のDNA増幅実験結果では0.1fgでの再現性が認められなかったが、2回目のDNA増幅実験の結果によると、BSAが0.001%含まれると、MgClの有無にかかわらず標的DNA(+)、バックグラウンド(−)であり、BSAを含まないとMgClの有無にかかわらず標的DNA(+)、バックグラウンド(+)という結果が得られた(図示せず)。この2回目の結果も勘案すれば、0.1fgにおいても概ね実施例7(図11)でのBSA添加による効果が追認されたといえる。
すなわち、以上の結果から、バックグラウンドDNA及び標的DNAの鋳型量が0.1fgと極微量である場合においても、全体的には、BSAを添加した場合にバックラウンドDNAの洗浄による排除効果が実証された。
また、極微量の標的DNAの選択的な増幅にとって最適な固定化用液及び洗浄液中のMgClなどの組成成分割合を、シリカ系ナノ空孔材料ごとに検討することで、さらに標的DNAへの特異性の高いDNA増幅が可能となることも示唆された。
When SBA-15 microsphere (center pore diameter: 18.5 nm) was used as a silica-based nanoporous material, reproducibility at 0.1 fg was not observed in the results of the first DNA amplification experiment. According to the results of the second DNA amplification experiment, when 0.001% of BSA is contained, it is the target DNA (+) and background (−) regardless of the presence or absence of MgCl 2 , and when BSA is not contained, the presence or absence of MgCl 2 Regardless of the result, the results of target DNA (+) and background (+) were obtained (not shown). Considering this second result, it can be said that the effect of the addition of BSA in Example 7 (FIG. 11) was almost confirmed even at 0.1 fg.
That is, from the above results, even when the amount of template of background DNA and target DNA is as small as 0.1 fg, overall, the exclusion effect by washing of background DNA is demonstrated when BSA is added. It was done.
In addition, by examining the composition ratio of MgCl 2 and other components in the immobilization solution and the washing solution that are optimal for selective amplification of a very small amount of target DNA, it is possible to further target the target DNA. It was also suggested that highly specific DNA amplification becomes possible.

以上詳述したように、本発明は、極微量DNAの増幅可能なDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体に関するものであり、更に詳しくは、上記複合体が反応基質である核酸(DNA)と相互作用を示し、かつDNA合成能を安定に発現できる複合化状態にある構造を有することを特徴とするDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体による、非特異的DNA増幅を抑制できるDNAの増幅方法、及び数分子の鋳型DNAを対象とした極微量DNAの増幅方法などを提供することができる。   As described above in detail, the present invention relates to a DNA synthesizing enzyme-BSA-silica nanoporous material complex capable of amplifying a trace amount of DNA, and more specifically, a nucleic acid in which the complex is a reaction substrate. Non-specific by a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex characterized by having a structure in a complex state that can interact with (DNA) and can stably express DNA synthesis ability It is possible to provide a method for amplifying DNA capable of suppressing DNA amplification and a method for amplifying a very small amount of DNA targeting several molecules of template DNA.

本発明は、より具体的には、シリカ系ナノ空孔材料のシリカ細孔に固定化されたDNA合成酵素を反応基質の核酸(DNA)の増幅反応に適用する手法を中核とする技術であり、本手法では、シリカ系ナノ空孔材料の規則性細孔(シリカ細孔)の表面への反応基質DNA、プライマー、dNTPsの吸着を極限まで抑制することができ、更に、シリカ系ナノ空孔材料の中心細孔直径の違いによる、各種DNA合成酵素の固定化状態の適正化と、固定化したDNA合成酵素と相互作用できる各種反応基質(DNA、プライマー、dNTPs)の供給量及び反応環境の至適化によって、該DNA合成酵素による非特異的DNA増幅の抑制及び数分子の極微量DNAの特異的かつ高感度の増幅を可能にするものである。   More specifically, the present invention is a technology centered on a technique of applying a DNA synthesizing enzyme immobilized on silica pores of a silica-based nanoporous material to a nucleic acid (DNA) amplification reaction of a reaction substrate. In this method, adsorption of the reaction substrate DNA, primer, and dNTPs to the surface of the regular pores (silica pores) of the silica-based nanoporous material can be suppressed to the limit. Optimization of the immobilization state of various DNA synthases, the supply amount of various reaction substrates (DNA, primers, dNTPs) that can interact with the immobilized DNA synthase and the reaction environment The optimization enables suppression of non-specific DNA amplification by the DNA synthase and specific and highly sensitive amplification of a few molecules of trace DNA.

更に、本発明は、クローニング、遺伝子発現の解析など分子生物学的手法における、汎用のポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)や、環境微生物並びに生体の遺伝子診断、及び各種病原因子の検出などに向けた、等温DNA増幅(LAMP法)などにおける、極微量の基質DNAを対象としたDNA増幅手法、並びに、極微量の核酸試料、例えば、難培養性微生物の一細胞ゲノムDNAを対象とした、Rolling Circle Amplification(RCA法)、又は、Multiple Displacement Amplification(MDA法)などの分野における新規の高精度DNA増幅手法として適用可能である。   Furthermore, the present invention is directed to general-purpose polymerase chain reaction (PCR method), environmental microorganisms and biological genetic diagnosis, and detection of various pathogenic factors in molecular biological techniques such as cloning and gene expression analysis, DNA amplification method for a very small amount of substrate DNA in isothermal DNA amplification (LAMP method), etc., and Rolling Circle Amplification for a very small amount of nucleic acid sample, for example, single-cell genomic DNA of difficult-to-cultivate microorganisms (RCA method) or a novel high-precision DNA amplification method in the field such as Multiple Displacement Amplification (MDA method).

また、LAMP法用のDNA合成酵素とシリカ系ナノ空孔材料の複合体、さらにはBSAも含む複合体をマイクロ流路内に担持させたマイクロリアクターは、より効率的かつ高精度なDNA増幅反応を行わせることができるので、信頼性の高い迅速、簡便なDNA診断法、食品検査法が提供できる。   In addition, a microreactor in which a complex of DNA synthase for LAMP method and a silica-based nanoporous material, and also a complex containing BSA is supported in a microchannel is a more efficient and highly accurate DNA amplification reaction. Therefore, it is possible to provide a reliable and quick DNA diagnosis method and food inspection method.

Claims (17)

DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体の製造方法であって、
(1)シリカ系ナノ空孔材料に対してDNA合成酵素を含む緩衝液を接触させ、シリカ細孔内にDNA合成酵素を吸着させる工程、
(2)得られた沈殿物を、ウシ血清アルブミン(BSA)を含む緩衝溶液に1回以上再懸濁し、遠心分離により回収する工程を設けることを特徴とする、製造方法。
A method for producing a DNA synthase-BSA-silica nanopore material composite,
(1) A step of bringing a buffer solution containing a DNA synthase into contact with a silica-based nanoporous material to adsorb the DNA synthase into the silica pores;
(2) A production method, comprising a step of resuspending the obtained precipitate one or more times in a buffer solution containing bovine serum albumin (BSA) and collecting the precipitate by centrifugation.
工程(1)で用いる緩衝液が、BSAを含む緩衝溶液である、請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 1 whose buffer solution used at a process (1) is a buffer solution containing BSA. シリカ系ナノ空孔材料が、FSM、SBA、及びSBA microsphereのいずれかから選択される、請求項1又は2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the silica-based nanoporous material is selected from any of FSM, SBA, and SBA microsphere. 選択されたFSMの中心細孔直径が2〜4nmであるか、選択されたSBAの中心細孔直径が4〜9nmであるか、又は選択されたSBA microsphereの中心細孔直径が10〜20nmである、請求項3に記載の製造方法。   The selected FSM has a central pore diameter of 2-4 nm, a selected SBA has a central pore diameter of 4-9 nm, or a selected SBA microsphere has a central pore diameter of 10-20 nm. The manufacturing method of Claim 3 which exists. シリカ系ナノ空孔材料がFSMであって、少なくとも工程(2)で用いるBSAを含む緩衝溶液が、さらにマグネシウム塩及び界面活性剤を含有している、請求項3又は4に記載の製造方法。   The production method according to claim 3 or 4, wherein the silica-based nanoporous material is FSM, and the buffer solution containing at least BSA used in step (2) further contains a magnesium salt and a surfactant. 工程(1)で用いるDNA合成酵素を含む緩衝液が、BSAと共に、マグネシウム塩及び界面活性剤を含有している緩衝液である請求項5に記載の製造方法。   The production method according to claim 5, wherein the buffer solution containing the DNA synthase used in the step (1) is a buffer solution containing BSA and a magnesium salt and a surfactant. シリカ系ナノ空孔材料がSBA又はSBA microsphereであって、少なくとも工程(2)で用いるBSAを含む緩衝溶液が、マグネシウム塩を含有せず、界面活性剤を含有している、請求項3又は4に記載の製造方法。   The silica-based nanoporous material is SBA or SBA microsphere, and the buffer solution containing at least BSA used in step (2) does not contain a magnesium salt but contains a surfactant. The manufacturing method as described in. 工程(1)で用いるDNA合成酵素を含む緩衝液が、BSAを含み、かつマグネシウム塩を含有せず、界面活性剤を含有している緩衝液である請求項7に記載の製造方法。   The production method according to claim 7, wherein the buffer solution containing the DNA synthase used in the step (1) is a buffer solution containing BSA, containing no magnesium salt, and containing a surfactant. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法によって製造されたDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体。   A DNA synthase-BSA-silica nanoporous material composite produced by the production method according to claim 1. 標的DNAを、BSAを含有する緩衝液内で、標的DNAの増幅用プライマー及びdNTPsと共に、請求項9に記載のDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を作用させることで増幅させることを特徴とする、標的DNAの増幅方法。   The target DNA is amplified by acting the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex according to claim 9 together with a primer for amplifying the target DNA and dNTPs in a buffer containing BSA. A method for amplifying a target DNA. 被検試料中の標的DNAの検出又は同定する方法であって、下記の(1)〜(3)からなる方法;
(1)被検試料をBSAを含有する緩衝液で希釈する工程、
(2)請求項9に記載のDNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を標的DNAの増幅用プライマー及びdNTPsと共に作用させて、標的DNAを増幅する工程
(3)標的DNAを検出する工程。
A method for detecting or identifying target DNA in a test sample, comprising the following (1) to (3);
(1) A step of diluting a test sample with a buffer containing BSA,
(2) A step of amplifying the target DNA by allowing the DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex according to claim 9 to act together with the target DNA amplification primer and dNTPs. (3) Detection of the target DNA Process.
被検試料中の標的DNAの含有量が、0.01fg/ml〜1.0μg/mlである、請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the content of the target DNA in the test sample is 0.01 fg / ml to 1.0 μg / ml. DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体がマイクロ流路内部に担持されたマイクロリアクターであって、
前記DNA合成酵素が、LAMP法によるDNA増幅反応に用いるためのDNA合成酵素であり、かつ当該酵素がシリカ系ナノ空孔材料の細孔内部に固定化されてDNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体を形成していることを特徴とするマイクロリアクター。
A microreactor in which a DNA synthase-silica nanoporous material complex is supported inside a microchannel,
The DNA synthesizing enzyme is a DNA synthesizing enzyme for use in a DNA amplification reaction by the LAMP method, and the enzyme is immobilized inside the pores of the silica-based nanoporous material, and the DNA synthesizing enzyme-silica-based nanoporous A microreactor characterized by forming a material composite.
マイクロ流路内部に担持された前記DNA合成酵素−シリカ系ナノ空孔材料複合体に対してさらにBSAが吸着されており、DNA合成酵素−BSA−シリカ系ナノ空孔材料複合体を形成していることを特徴とする請求項13に記載のマイクロリアクター。   Further, BSA is adsorbed to the DNA synthase-silica nanoporous material complex supported inside the microchannel, thereby forming a DNA synthase-BSA-silica nanoporous material complex. The microreactor according to claim 13, wherein シリカ系ナノ空孔材料が、FSM、SBA、及びSBA microsphereのいずれかから選択される、請求項13又は14に記載のマイクロリアクター。   15. A microreactor according to claim 13 or 14, wherein the silica-based nanoporous material is selected from any of FSM, SBA, and SBA microsphere. LAMP法を用いた核酸の増幅方法であって、下記の(1)〜(5)の工程を含む方法;
(1)請求項13又は14に記載のマイクロリアクターのマイクロ流路内を緩衝液で洗浄する工程、
(2)流路内部が65℃になるように加温する工程、
(3)標的核酸を含むか又は含む可能性のある核酸試料及び標的核酸増幅用プライマーセットを含む反応溶液を送液する工程、
(4)流路内部で標的核酸を等温核酸増幅させる工程、
(5)得られた核酸増幅産物を含有する溶液を順次連続的に回収する工程。
A method for amplifying a nucleic acid using the LAMP method, which comprises the following steps (1) to (5);
(1) a step of washing the inside of the microchannel of the microreactor according to claim 13 or 14 with a buffer;
(2) A step of heating so that the inside of the flow path becomes 65 ° C.,
(3) sending a reaction solution containing a nucleic acid sample containing or possibly containing a target nucleic acid and a target nucleic acid amplification primer set;
(4) A step of isothermally amplifying the target nucleic acid inside the flow path,
(5) A step of successively and successively collecting the solution containing the obtained nucleic acid amplification product.
核酸増幅産物を回収後、さらに(1)〜(5)の工程を繰り返す、請求項16に記載の方法。   The method according to claim 16, wherein the steps (1) to (5) are further repeated after recovering the nucleic acid amplification product.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006019127A1 (en) * 2004-08-20 2006-02-23 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Method for capturing nucleic acid using divalent metal ion

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006019127A1 (en) * 2004-08-20 2006-02-23 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Method for capturing nucleic acid using divalent metal ion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHUN-ICHI MATSUURA, TOMOYA BABA, MANAMI CHIBAA AND TATSUO TSUNODA: "Nanoporous scaffold for DNA polymerase: Pore-size optimisation of mesoporous silica for DNA amplific", RSC ADVANCES, JPN6019009098, 2012, pages 1-4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021061771A (en) * 2019-10-11 2021-04-22 東洋製罐グループホールディングス株式会社 Member for gene examination vessel, and gene examination vessel
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