JP2016075511A - Electrochemical detection method of specimen using aptamer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quick and quantitative detection method and detection means with respect to various specimens, and to provide a method for creating means for detecting a specimen quickly and specifically.SOLUTION: There are provided a method and means for detecting a specimen. To put it concretely, this invention is related to a method, a kit and a sensor, for detecting a specimen by using aptamer bonding specifically to the specimen and polymerizing electrochemically therewith. A creation method of such aptamer is also provided.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、被検物を検出するための方法及び手段に関する。具体的には、本発明は、被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを用いて被検物を検出する方法、キット及びセンサに関する。また本発明は、かかるアプタマーの製造方法に関する。   The present invention relates to a method and means for detecting a test object. Specifically, the present invention relates to a method, a kit, and a sensor that detect an analyte using an aptamer that specifically binds to the analyte and electrochemically polymerizes. The present invention also relates to a method for producing such an aptamer.

ウイルスなどの被検物の検出は、医療、食品、環境などの分野で慣用的に行われている。例えば、インフルエンザウイルスを含むウイルスの検出は、現在は主に免疫クロマト法にて行われている。この方法は定性的で時間を要し、定量的測定ができないという課題がある。   Detection of a test object such as a virus is routinely performed in fields such as medicine, food, and the environment. For example, detection of viruses including influenza virus is currently performed mainly by immunochromatography. This method has the problem that it is qualitative and time-consuming and cannot be quantitatively measured.

また、電気化学センシングも利用されており、最も成功を収めている例はグルコースセンサである(例えば特許文献1)。このような酵素検出に加えて、抗体又はアプタマーに基づくセンサが開発されている。酵素検出は特異的な基質に制限されるが、これらのセンサプローブは任意の標的のために調製することができる。例えば、インフルエンザに対する抗体、アプタマーは数多く報告されている(非特許文献1)。しかし、抗体やアプタマーはそれだけではインフルエンザに結合するだけで、そのほかの機能はない。また、抗体及びアプタマーは唯一の結合アフィニティを有するため、検出プロセスにはシグナル部分とのコンジュゲーション及び洗浄プロセスが必要となる。   Electrochemical sensing is also used, and the most successful example is a glucose sensor (for example, Patent Document 1). In addition to such enzyme detection, sensors based on antibodies or aptamers have been developed. While enzyme detection is limited to specific substrates, these sensor probes can be prepared for any target. For example, many antibodies and aptamers against influenza have been reported (Non-patent Document 1). However, antibodies and aptamers alone bind to influenza and have no other function. Also, since antibodies and aptamers have unique binding affinity, the detection process requires conjugation with a signal moiety and a washing process.

一方、伝導性高分子(重合すると着色する高分子)を利用したセンサーが報告されている(非特許文献2)。また、例えば非特許文献3は、標的ssDNAの直接検出及び定量のための、伝導性ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)に基づく新規な標識不要のDNAセンサの設計及び開発を報告している。非特許文献4は、電気化学重合により溶存酸素の光電気化学センサのためにポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン) (PEDOT)/シュウ酸鉄複合材料を合成している。非特許文献5は、化学センサのための金属イオン還元媒介蒸着重合(VDP)を用いてAgナノ粒子(NP)修飾PEDOTナノチューブ(NTs)を構築している。Ag NPs/PEDOT NTsは、表面領域の増大及びAg NPsによるPEDOTの酸化に起因する導電性の改善のためにNH3を効率的に感知する。 On the other hand, a sensor using a conductive polymer (a polymer colored when polymerized) has been reported (Non-patent Document 2). For example, Non-Patent Document 3 reports the design and development of a novel label-free DNA sensor based on conductive poly (3,4-ethylenedioxythiophene) for direct detection and quantification of target ssDNA. Yes. Non-Patent Document 4 synthesizes a poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) / iron oxalate composite for a photoelectrochemical sensor of dissolved oxygen by electrochemical polymerization. Non-Patent Document 5 constructs Ag nanoparticle (NP) modified PEDOT nanotubes (NTs) using metal ion reduction mediated vapor deposition polymerization (VDP) for chemical sensors. Ag NPs / PEDOT NTs efficiently sense NH 3 due to increased surface area and improved conductivity due to oxidation of PEDOT by Ag NPs.

特開2014-6155号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-6155

Woo, H.M. et al., Antiviral Res. 100(2):337-345, 2013Woo, H.M. et al., Antiviral Res. 100 (2): 337-345, 2013 Sikes, H.D. et al., Nature Materials 7(1):52-56, 2008Sikes, H.D. et al., Nature Materials 7 (1): 52-56, 2008 Krishnamoorthy, K. et al., Chem. Commun. 7:820-821, 2004Krishnamoorthy, K. et al., Chem. Commun. 7: 820-821, 2004 Bencsik, G. et al., Analyst, 135(2):375-380, 2010Bencsik, G. et al., Analyst, 135 (2): 375-380, 2010 Park, E. et al., J. Mater. Chem. 22:1521-1526, 2012Park, E. et al., J. Mater. Chem. 22: 1521-1526, 2012

本発明は、種々の被検物について迅速かつ定量的な検出方法及び検出手段を提供することを目的とする。また本発明は、被検物を迅速かつ特異的に検出するための手段を製造する方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a rapid and quantitative detection method and detection means for various specimens. Another object of the present invention is to provide a method for producing a means for detecting a test object quickly and specifically.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、標的センサプローブとなるアプタマーに結合機能とシグナル機能をもたせることによって、煩雑な工程を要することなく簡便かつ迅速に標的を検出することができる方法及び手段を開発するに至った。具体的には、シグナル部分として電気化学重合可能で高分子になると伝導性になるモノマー基を有する標的特異的アプタマーを選別し、標的と相互作用してアプタマーの重合挙動が変化することを利用することによって、標的を定量的に検出できることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor detects a target simply and quickly without requiring complicated steps by providing an aptamer serving as a target sensor probe with a binding function and a signal function. It has led to the development of methods and means that can. Specifically, a target-specific aptamer having a monomer group that can be electrochemically polymerized as a signal moiety and becomes conductive when it becomes a polymer is selected, and the interaction with the target is used to change the polymerization behavior of the aptamer. It was found that the target can be detected quantitatively.

すなわち、本発明は以下を包含する。
[1]被検サンプル中の被検物の検出方法であって、
被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを、電極上又は電極間で被検サンプルと接触させる工程、
電極に電圧を印加し、電流を測定する工程
を含む、被検物の検出方法。
[2]被検物が、ウイルス、細菌、真菌、原生生物、天然分子及び合成分子からなる群より選択される少なくとも1種である、[1]に記載の方法。
[2-1]被験物がインフルエンザウイルスである、[1]又は[2]に記載の方法。
[3]アプタマーが、タンパク質アプタマー、ペプチドアプタマー、ペプチド核酸アプタマー、及び核酸アプタマーからなる群より選択される少なくとも1種である、[1]又は[2]に記載の方法。
[3-1]アプタマーが、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるペプチド、又は配列番号5に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなりかつインフルエンザウイルスに対して特異的に結合するペプチドを含む、[1]又は[2]に記載の方法。
[4]アプタマーがチオフェン、アニリン、ピロール及びアセチレンからなる群より選択される少なくとも1種を有する電気化学重合性基を含む、[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[4-1]アプタマーがチオフェンを有する電気化学重合性基を含む、[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]電気化学重合性基が3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)である、[4]に記載の方法。
[6]被検物を含まない対照サンプルと比較して電流が増大している場合には、被検サンプルが被検物を含むことを示す、[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7]被検物を含む対照サンプルと比較して電流が低下している場合には、被検サンプルが被検物を含まない又は対照サンプルよりも少ない被検物を含むことを示す、[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7-1]電極が金電極である、[1]〜[7]のいずれかに記載の方法。
[8]被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを含むことを特徴とする被検物検出用キット。
[9]被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを含む被検物結合手段と、
電極を含む検出手段と
を備えることを特徴とする被検物センサ。
[10]インフルエンザウイルスに対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するペプチドアプタマー。
[10-1]配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるペプチド、又は配列番号5に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなりかつインフルエンザウイルスに対して特異的に結合するペプチドを含む、電気化学重合するペプチドアプタマー。
[11][10-1]に記載のペプチドアプタマーを含むことを特徴とするインフルエンザウイルス検出用キット。
[12][10-1]に記載のペプチドアプタマーを含むインフルエンザウイルス結合手段と、
電極を含む検出手段と
を備えることを特徴とするインフルエンザウイルスセンサ。
[13]被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーの製造方法であって、
電気化学重合性基を含むアプタマーを調製する工程、
前記アプタマーが、被検物の存在下において電気化学重合せず、被検物の不在下において電気化学重合することを確認する工程
を含む、アプタマーの製造方法。
[14]被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーの製造方法であって、
電気化学重合性基を含む分子から構成されるライブラリを調製する工程、
前記ライブラリの分子を被検物と接触させ、被検物と特異的に結合する分子を選択する工程、
選択した分子が、被検物の存在下において電気化学重合せず、被検物の不在下において電気化学重合することを確認する工程
を含む、アプタマーの製造方法。
[14-1]アプタマーがペプチドアプタマーであり、ライブラリがリボソームディスプレイによるペプチドライブラリである、[14]に記載の方法。
[14-2]被検物が、ウイルス、細菌、真菌、原生生物、天然分子及び合成分子からなる群より選択される少なくとも1種である、[13]又は[14]に記載の方法。
[14-3]被験物がインフルエンザウイルスである、[13]又は[14]に記載の方法。
[14-4]分子が、タンパク質、ペプチド、ペプチド核酸、及び核酸からなる群より選択される少なくとも1種である、[14]に記載の方法。
[14-5]電気化学重合性基がチオフェン、アニリン、ピロール及びアセチレンからなる群より選択される少なくとも1種を有する、[13]又は[14]に記載の方法。
[14-6]電気化学重合性基が3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)である、[14-5]に記載の方法。
[15][13]又は[14]に記載の方法により製造されたアプタマー。
That is, the present invention includes the following.
[1] A method for detecting a test substance in a test sample,
A step of bringing an aptamer that specifically binds to a test substance and undergoes electrochemical polymerization into contact with a test sample on or between the electrodes,
A method for detecting a test object, comprising: applying a voltage to an electrode and measuring a current.
[2] The method according to [1], wherein the test substance is at least one selected from the group consisting of viruses, bacteria, fungi, protists, natural molecules, and synthetic molecules.
[2-1] The method according to [1] or [2], wherein the test substance is an influenza virus.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the aptamer is at least one selected from the group consisting of a protein aptamer, a peptide aptamer, a peptide nucleic acid aptamer, and a nucleic acid aptamer.
[3-1] The aptamer consists of a peptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5, or an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 and The method according to [1] or [2], comprising a peptide that specifically binds to influenza virus.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the aptamer includes an electrochemical polymerizable group having at least one selected from the group consisting of thiophene, aniline, pyrrole, and acetylene.
[4-1] The method according to any one of [1] to [3], wherein the aptamer includes an electrochemically polymerizable group having thiophene.
[5] The method according to [4], wherein the electrochemically polymerizable group is 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT).
[6] In any one of [1] to [5], when the current is increased as compared with a control sample not containing a test substance, the test sample contains the test substance. the method of.
[7] If the current is reduced compared to a control sample containing a test substance, indicating that the test sample contains no test substance or contains less test substance than the control sample. The method according to any one of [1] to [5].
[7-1] The method according to any one of [1] to [7], wherein the electrode is a gold electrode.
[8] An analyte detection kit comprising an aptamer that specifically binds to an analyte and electrochemically polymerizes.
[9] An analyte binding means including an aptamer that specifically binds to an analyte and electrochemically polymerizes;
A test object sensor comprising: a detection means including an electrode.
[10] A peptide aptamer that specifically binds to influenza virus and electrochemically polymerizes.
[10-1] A peptide comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5, or an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5, and A peptide aptamer that electrochemically polymerizes, comprising a peptide that specifically binds to it.
[11] An influenza virus detection kit comprising the peptide aptamer according to [10-1].
[12] Influenza virus binding means comprising the peptide aptamer according to [10-1],
An influenza virus sensor comprising: detection means including an electrode.
[13] A method for producing an aptamer that specifically binds to an analyte and undergoes electrochemical polymerization,
Preparing an aptamer containing an electrochemically polymerizable group;
A method for producing an aptamer, comprising the step of confirming that the aptamer does not undergo electrochemical polymerization in the presence of a test substance and undergoes electrochemical polymerization in the absence of the test substance.
[14] A method for producing an aptamer that specifically binds to an analyte and undergoes electrochemical polymerization,
Preparing a library composed of molecules containing electrochemically polymerizable groups;
Contacting a molecule of the library with a test substance and selecting a molecule that specifically binds to the test substance;
A method for producing an aptamer, comprising a step of confirming that a selected molecule does not undergo electrochemical polymerization in the presence of a test substance and undergoes electrochemical polymerization in the absence of the test substance.
[14-1] The method according to [14], wherein the aptamer is a peptide aptamer and the library is a peptide library by ribosome display.
[14-2] The method according to [13] or [14], wherein the test substance is at least one selected from the group consisting of viruses, bacteria, fungi, protists, natural molecules, and synthetic molecules.
[14-3] The method according to [13] or [14], wherein the test substance is an influenza virus.
[14-4] The method according to [14], wherein the molecule is at least one selected from the group consisting of proteins, peptides, peptide nucleic acids, and nucleic acids.
[14-5] The method according to [13] or [14], wherein the electrochemically polymerizable group has at least one selected from the group consisting of thiophene, aniline, pyrrole, and acetylene.
[14-6] The method according to [14-5], wherein the electrochemically polymerizable group is 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT).
[15] An aptamer produced by the method according to [13] or [14].

本発明により、被検物の迅速かつ定量的な検出方法及び検出手段が提供される。アプタマーに被検物との結合能力だけでなく、シグナル機能を持たせることで、洗浄工程や高価な測定器(SPRやQCM)を使用した検出工程を要することなく、被検物を検出することが可能である。したがって、本発明に係る方法、キット及びセンサは、被検物の検出が必要とされる医療、食品、環境などの分野で有用である。   The present invention provides a rapid and quantitative detection method and detection means for a test object. In addition to the ability of the aptamer to bind to the test object, it also has a signal function to detect the test object without requiring a washing process or a detection process using expensive measuring instruments (SPR or QCM). Is possible. Therefore, the method, kit, and sensor according to the present invention are useful in fields such as medical care, food, and environment where detection of a test object is required.

電気化学重合するアプタマーによる被検物の検出原理を示す概略図である。It is the schematic which shows the detection principle of the test object by the aptamer which electrochemically polymerizes. リボソームディスプレイ及びミスアシル化tRNAを用いた試験管内選抜(in vitroセレクション)の原理を示す概略図である。It is a schematic diagram showing the principle of in vitro selection (in vitro selection) using ribosome display and misacylated tRNA. 合成したペプチドのインフルエンザウイルスに対するアフィニティを比較したグラフである。It is the graph which compared the affinity with respect to the influenza virus of the synthetic | combination peptide. 選択したEDOT-ペプチドアプタマーのインフルエンザウイルスに対する生物学的特異性をドットブロットにより調べた結果である。It is the result of having investigated the biological specificity with respect to the influenza virus of the selected EDOT-peptide aptamer by the dot blot. 電気化学検出の実験設定の一例を示す。(a) 実際の実験設定の全体的観点、(b) 対応する概略図、(c) (a)の部分拡大イメージ。An example of an experimental setup for electrochemical detection is shown. (a) Overall view of actual experimental setup, (b) Corresponding schematic, (c) Partial enlarged image of (a). サイクリックボルタンメトリーによる金電極上での種々の濃度のペプチド#7の重合及び沈着後の、矩形波ボルタモグラムからの平均ピーク電流を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the average peak current from square wave voltammograms after polymerization and deposition of various concentrations of peptide # 7 on a gold electrode by cyclic voltammetry. (A)サイクリックボルタンメトリーによる金電極上での分析物の重合及び沈着後の、矩形波ボルタモグラムからの平均ピーク電流を示すグラフである。種々の濃度の不活化インフルエンザウイルスを、0.1 mg/mL (1)、又は0.2 mg/mL (2)のペプチド#7の存在下で検出した。(B)サイクリックボルタンメトリーによる金電極上での分析物の重合及び沈着後の、矩形波ボルタモグラムからの平均ピーク電流を示すグラフである。陰性対照としてのゼラチン (3)、及びオボアルブミン (4)の結果を示す。(A) Graph showing average peak current from square wave voltammograms after polymerization and deposition of analyte on gold electrode by cyclic voltammetry. Various concentrations of inactivated influenza virus were detected in the presence of 0.1 mg / mL (1) or 0.2 mg / mL (2) peptide # 7. (B) Graph showing average peak current from square wave voltammogram after polymerization and deposition of analyte on gold electrode by cyclic voltammetry. The results for gelatin (3) and ovalbumin (4) as negative controls are shown. サイクリックボルタンメトリーによる金被覆シリコンチップ上での重合及び沈着後の、種々の濃度のFITC標識ペプチド#7からの蛍光イメージの統合密度(integrated density)を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the integrated density of fluorescent images from various concentrations of FITC-labeled peptide # 7 after polymerization and deposition on gold-coated silicon chips by cyclic voltammetry. 電気化学重合するペプチドアプタマーを用いてウイルスを検出する方法の概要を示す。An outline of a method for detecting a virus using a peptide aptamer that electrochemically polymerizes is shown.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを用いた被検物の検出方法に関する。本発明において「検出」とは、被検サンプル中の被検物の存在の有無を検出することだけではなく、被検物を定量的に検出すること、被検物の存在比を決定することも含む。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention relates to a method for detecting an analyte using an aptamer that specifically binds to the analyte and undergoes electrochemical polymerization. In the present invention, “detection” not only detects the presence / absence of a test substance in a test sample, but also quantitatively detects the test substance, and determines the abundance ratio of the test substance. Including.

本発明の原理を図1に示す。図1に示すように、本発明において使用するアプタマーは、被検物と特異的に結合することができ、かつ電気化学重合するものである。アプタマーは、被検物の不在下では、電気化学重合して作用電極の表面上に沈着し、これが絶縁層として働くため、電極に電圧を印加しても電流が低下する。一方、被検物が存在する場合、アプタマーは被検物と結合することによって、遊離アプタマー分子の数が低減し、電極上でのアプタマーの電気化学重合が被検物の濃度依存的に阻害され、結果として絶縁層が形成されず、電極に電圧を印加すると電流が増大する。そのため、かかるアプタマーを電極上又は電極間で被検サンプルと接触させ、電極における電流を測定することによって、被検サンプル中の被検物を検出することが可能となる。この原理によって、被検物特異的な電気センサが提供される。   The principle of the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the aptamer used in the present invention can specifically bind to a test substance and undergoes electrochemical polymerization. In the absence of the test substance, the aptamer is electrochemically polymerized and deposited on the surface of the working electrode, and this acts as an insulating layer, so that the current decreases even when a voltage is applied to the electrode. On the other hand, when the analyte is present, the aptamer binds to the analyte, thereby reducing the number of free aptamer molecules, and the electrochemical polymerization of the aptamer on the electrode is inhibited in a concentration-dependent manner. As a result, the insulating layer is not formed, and the current increases when a voltage is applied to the electrode. Therefore, it becomes possible to detect the test substance in the test sample by bringing the aptamer into contact with the test sample on or between the electrodes and measuring the current in the electrode. This principle provides an object-specific electrical sensor.

本発明において使用するアプタマーは、被検物と特異的に結合し、かつ電気化学重合するものであれば任意の分子を使用することができる。例えば、アプタマーは、タンパク質アプタマー(抗体など)、ペプチドアプタマー、ペプチド核酸アプタマー、核酸アプタマー(DNA、RNA、DNA/RNAハイブリッド)などである。   As the aptamer used in the present invention, any molecule can be used as long as it specifically binds to an analyte and undergoes electrochemical polymerization. For example, the aptamer is a protein aptamer (such as an antibody), a peptide aptamer, a peptide nucleic acid aptamer, a nucleic acid aptamer (DNA, RNA, DNA / RNA hybrid), or the like.

本発明は、このような被検物と特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーの製造方法も提供する。   The present invention also provides a method for producing an aptamer that specifically binds to such an analyte and undergoes electrochemical polymerization.

本発明のアプタマーの製造方法は、電気化学重合性基を含むアプタマーを調製する工程、及び、前記アプタマーが、被検物の存在下において電気化学重合せず、被検物の不在下において電気化学重合することを確認する工程を含む。例えば、既に被検物に対して特異的に結合するアプタマーがわかっている場合、アプタマー分子のいずれかの部分に電気化学重合性基を結合することにより、電気化学重合性基を含むアプタマーを調製することができる。   The method for producing an aptamer of the present invention comprises a step of preparing an aptamer containing an electrochemically polymerizable group, and the aptamer does not electrochemically polymerize in the presence of a test substance, and is electrochemical in the absence of the test substance. A step of confirming polymerization. For example, if an aptamer that specifically binds to the analyte is already known, prepare an aptamer containing an electrochemically polymerizable group by binding an electrochemically polymerizable group to any part of the aptamer molecule. can do.

被検物に対するアプタマーがわかっていない場合や、よりアフィニティの高いアプタマーが必要とされる場合、試験管内選抜(いわゆるin vitroセレクション又はin vitro進化)により製造することができる。この方法は、具体的には、電気化学重合性基を含む分子から構成されるライブラリを調製する工程、ライブラリの分子を被検物と接触させ、被検物と特異的に結合する分子を選択する工程、選択した分子が、被検物の存在下において電気化学重合せず、被検物の不在下において電気化学重合することを確認する工程を含む。in vitroセレクションの一例を図2に示す。この方法によれば、電気化学重合性基を含むアプタマーを容易に得ることができる。   When an aptamer for a test substance is not known or an aptamer with higher affinity is required, it can be produced by in vitro selection (so-called in vitro selection or in vitro evolution). Specifically, this method comprises a step of preparing a library composed of molecules containing an electrochemically polymerizable group, contacting a molecule of the library with a test substance, and selecting a molecule that specifically binds to the test substance. And a step of confirming that the selected molecule is not electrochemically polymerized in the presence of the test substance and is electrochemically polymerized in the absence of the test object. An example of in vitro selection is shown in FIG. According to this method, an aptamer containing an electrochemically polymerizable group can be easily obtained.

電気化学重合するアプタマーを得るため、電気化学重合性基を利用する。電気化学重合性基とは、電気化学的に重合することができる基又は部分を意味する。そのような基としては、限定されるものではないが、チオフェン、例えば3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)、3-メチルチオフェン、3-エチルチオフェン、3-ブチルチオフェン、3-ヘキシルチオフェン、3-オクチルチオフェン、ビスチオフェン;アニリン;ピロール;アセチレン等の単量体、二量体又は多量体が挙げられる。   In order to obtain an aptamer that undergoes electrochemical polymerization, an electrochemical polymerizable group is used. An electrochemically polymerizable group means a group or moiety that can be polymerized electrochemically. Such groups include, but are not limited to, thiophenes such as 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT), 3-methylthiophene, 3-ethylthiophene, 3-butylthiophene, 3-hexylthiophene, Examples include monomers, dimers, and multimers such as 3-octylthiophene, bisthiophene; aniline, pyrrole, and acetylene.

まず、このような電気化学重合性基を含む分子から構成されるライブラリを調製する。ライブラリは、使用する分子の種類に応じて、当業者であれば適宜調製することができる。例えば、ペプチドアプタマーを製造する場合には、リボソームディスプレイシステム(例えば、特開2003-102495号公報、特開2008-271903号公報)、ファージディスプレイシステム(例えば、Smith, G.P. et al., Science 228:1315-1317, 1985)を利用することができる。リボソームディスプレイシステムは、簡単に説明すると、cDNAライブラリに含まれるcDNAをmRNAへin vitroで転写し、in vitro翻訳においてmRNAを翻訳する際にmRNAとポリペプチドとリボソームとの複合体の形でポリペプチドが翻訳されることによって、mRNAとポリペプチドとの相関が保たれたままポリペプチドを被検物と接触させ、被検物と特異的に結合するポリペプチド(すなわちmRNA)を選択し分析することができる技術である。リボソームディスプレイシステムにおいて電気化学重合性基を含むペプチドをディスプレイするため、電気化学重合性基を結合させたアミノ酸を担持しかつアンバーコドンに対応するアンチコドンを有するミスアシル化tRNAを用いて、in vitro翻訳を行うことが好ましい。非天然アミノ酸をポリペプチドに導入するための方法は公知であり(例えば、Taira, H. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, 374, 304-308、Noren, C.J. et al., Science 244:182-188, 1989、特許第4917044号など)、任意の方法により電気化学重合性基を含むペプチドを調製しうる。これにより電気化学重合性基を含むペプチドから構成されるペプチドライブラリを調製することができる。   First, a library composed of molecules containing such electrochemical polymerizable groups is prepared. A library can be appropriately prepared by those skilled in the art depending on the type of molecule used. For example, in the case of producing a peptide aptamer, a ribosome display system (for example, JP 2003-102495 A, JP 2008-271903 A), a phage display system (for example Smith, GP et al., Science 228: 1315-1317, 1985). In brief, the ribosome display system transcribes the cDNA contained in the cDNA library into mRNA in vitro, and translates the mRNA in vitro to a polypeptide in the form of a complex of mRNA, polypeptide and ribosome. By translating the mRNA, the polypeptide is brought into contact with the specimen while maintaining the correlation between the mRNA and the polypeptide, and the polypeptide (ie, mRNA) that specifically binds to the specimen is selected and analyzed. It is a technology that can. To display peptides containing electrochemically polymerizable groups in a ribosome display system, in vitro translation is performed using a misacylated tRNA that carries an amino acid with an electrochemically polymerizable group and has an anticodon corresponding to the amber codon. Preferably it is done. Methods for introducing unnatural amino acids into polypeptides are known (eg, Taira, H. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, 374, 304-308, Noren, CJ et al., Science 244: 182-188, 1989, Japanese Patent No. 4914704, etc.), peptides containing electrochemically polymerizable groups can be prepared by any method. Thereby, the peptide library comprised from the peptide containing an electrochemically polymerizable group can be prepared.

また、DNAやRNA等の核酸アプタマーを製造する場合には、ランダム配列を含むDNAライブラリ、ゲノムDNAライブラリ、cDNAライブラリ、mRNAライブラリなどを構築することができる。ライブラリ内の分子への電気化学重合性基の組み込みも当技術分野では公知であり、電気化学重合性基が付加されたヌクレオチド基質を用いた転写又は増幅反応によって、電気化学重合性基を含む核酸分子から構成されるライブラリを調製することができる。   In addition, when a nucleic acid aptamer such as DNA or RNA is produced, a DNA library containing a random sequence, a genomic DNA library, a cDNA library, an mRNA library, or the like can be constructed. Incorporation of an electrochemically polymerizable group into a molecule in a library is also known in the art, and a nucleic acid containing an electrochemically polymerizable group by a transcription or amplification reaction using a nucleotide substrate to which an electrochemically polymerizable group has been added. A library composed of molecules can be prepared.

続いて、ライブラリの分子を被検物と接触させて、被検物と特異的に結合する分子を選択する。   Subsequently, the molecules of the library are brought into contact with the test object, and molecules that specifically bind to the test object are selected.

本発明において、検出対象、すなわち被検物の種類は特に限定されるものではない。例えば、被検物は、任意の物質的因子、具体的には、天然に生じる分子、例えば、アミノ酸、ペプチド、オリゴペプチド、ポリペプチド、タンパク質、核酸、脂質、炭水化物(糖等)、ステロイド、グリコペプチド、糖タンパク質、プロテオグリカンなど;天然に生じる分子の合成アナログ又は誘導体、例えば、ペプチド擬態物、核酸分子(アンチセンス核酸等)など;天然に生じない分子、例えば、コンビナトリアルケミストリー技術等を用いて作成した低分子有機化合物(無機及び有機化合物ライブラリー、又はコンビナトリアルライブラリー等)など;それらの混合物を挙げることができる。また被検物は、単一物質であってもよいし、複数の物質から構成される複合体、転写因子等であってもよい。さらに被検物は、ウイルス、細菌、真菌、原生生物などの個体であってもよい。また被検物は、炭素、窒素、酸素などの気体因子であってもよい。   In the present invention, the detection target, that is, the type of the test object is not particularly limited. For example, a test substance can be any material factor, specifically a naturally occurring molecule such as an amino acid, peptide, oligopeptide, polypeptide, protein, nucleic acid, lipid, carbohydrate (such as a sugar), steroid, glyco Peptides, glycoproteins, proteoglycans, etc .; synthetic analogs or derivatives of naturally occurring molecules, such as peptidomimetics, nucleic acid molecules (antisense nucleic acids, etc.); created using non-naturally occurring molecules, such as combinatorial chemistry techniques Low molecular organic compounds (inorganic and organic compound libraries, combinatorial libraries, etc.); and mixtures thereof. Further, the test object may be a single substance, a complex composed of a plurality of substances, a transcription factor, or the like. Further, the test object may be an individual such as a virus, a bacterium, a fungus, or a protist. Further, the test object may be a gas factor such as carbon, nitrogen, or oxygen.

ライブラリの分子と被検物を接触させる条件は、特に限定されるものではなく、液相系又は固相系のいずれをも用いることができる。当業者であれば、被検物の種類、ライブラリの分子の種類及び形態(固定化の有無など)に応じて適宜接触の条件を決定することができる。例えば、被検物を含む溶液中にライブラリの分子を添加し、それらを接触させてもよいし、固相化した被検物に対して、ライブラリの分子を接触させてもよい。   Conditions for bringing the molecules of the library into contact with the analyte are not particularly limited, and either a liquid phase system or a solid phase system can be used. A person skilled in the art can appropriately determine the conditions for contact according to the type of test substance, the type and form of the molecules in the library (such as the presence or absence of immobilization). For example, library molecules may be added to a solution containing the test substance and brought into contact with each other, or the library molecules may be brought into contact with the immobilized test substance.

接触後のライブラリの分子と被検物との結合は、当技術分野で公知の任意の方法に従って判定することができる。例えば、固定化された被検物を用いる場合、被検物と結合しなかったライブラリの分子を洗浄等により除去し、残った被検物からライブラリの分子を遊離させることによって、被検物に結合したライブラリの分子を得ることができる。あるいは、ライブラリの分子を標識(例えば蛍光標識)し、被検物と接触させた後に、被検物と結合したライブラリの分子をその標識に基づいて選択することができる。   The binding between the molecules of the library after contact and the analyte can be determined according to any method known in the art. For example, when using an immobilized test substance, the library molecules that did not bind to the test substance are removed by washing or the like, and the library molecules are released from the remaining test substance. Bound library molecules can be obtained. Alternatively, the library molecules can be labeled (eg, fluorescently labeled) and contacted with the analyte, and then the library molecules bound to the analyte can be selected based on the label.

必要に応じて、上述したライブラリの調製、被検物との接触、及び被検物と結合したライブラリの分子の選択を反復して行ってもよく、それにより、被検物と特異的に結合するアプタマーがよりリファインされる。   If necessary, the above-described library preparation, contact with the specimen, and selection of the molecules of the library bound to the specimen may be repeated, thereby specifically binding to the specimen. The aptamer to do is refined more.

次に、選択した分子の電気化学重合を確認する。具体的には、選択した分子が、被検物の存在下において電気化学重合せず、被検物の不在下において電気化学重合することを確認する。例えば、選択した分子を被検物と接触させる前後に、選択した分子と電解質を含む溶液を滴下した電極上又は電極間に電圧を印加し、電流を測定する。電解質としては、任意の化合物を用いることができ、例えばフェリシアン化カリウムを用いることができる。電流の測定は、当技術分野で公知の任意の方法により行うことができ、例えばサイクリックボルタンメトリー、矩形波ボルタンメトリー、光電流分光法などを用いることができる。分子が電気化学重合していれば電流が低下し、電気化学重合していなければ電流に変化がないか電流の低下が少なくなる。   Next, the electrochemical polymerization of the selected molecule is confirmed. Specifically, it is confirmed that the selected molecule does not electrochemically polymerize in the presence of the test object, and does electrochemical polymerization in the absence of the test object. For example, before and after bringing the selected molecule into contact with the test object, a voltage is applied on or between the electrodes to which a solution containing the selected molecule and the electrolyte is dropped, and the current is measured. Any compound can be used as the electrolyte, and for example, potassium ferricyanide can be used. The current can be measured by any method known in the art, and for example, cyclic voltammetry, square wave voltammetry, photocurrent spectroscopy, or the like can be used. If the molecule is electrochemically polymerized, the current decreases, and if the molecule is not electrochemically polymerized, there is no change in current or the decrease in current is small.

こうして、所望の被検物に対する電気化学重合アプタマーを選択することができる。上述のようなセレクションにより選択されたアプタマーは、公知の方法により製造することができる。例えばペプチドアプタマーの場合には固相合成法などにより、核酸アプタマーの場合には増幅反応(PCR等)、オリゴヌクレオチド合成法などにより、目的のアプタマーを製造する。アプタマーへの電気化学重合性基の導入は、当技術分野で公知の方法により行うことができる。好ましくは、電気化学重合性基を、アプタマーの製造と同時に導入することができる。例えばペプチドアプタマーの場合には、固相合成法において電気化学重合性基を結合させた保護アミノ酸を使用してペプチドアプタマーを製造することにより、あるいは上述したように、電気化学重合性基を結合させたアミノ酸を担持しかつアンバーコドンに対応するアンチコドンを有するミスアシル化tRNAを用いて、ペプチドアプタマーをin vitro翻訳により製造することにより、電気化学重合性基を含むペプチドアプタマーを調製することができる。また核酸アプタマーの場合には、電気化学重合性基が付加されたヌクレオチド基質を用いた転写又は増幅反応により核酸アプタマーを製造することにより、あるいは固相合成法により電気化学重合性基が付加されたヌクレオチドを使用して核酸アプタマーを製造することにより、電気化学重合性基を含む核酸アプタマーを調製することができる。   In this way, an electrochemical polymerization aptamer for a desired analyte can be selected. The aptamer selected by the selection as described above can be produced by a known method. For example, in the case of a peptide aptamer, the target aptamer is produced by a solid phase synthesis method or the like, and in the case of a nucleic acid aptamer, an amplification reaction (PCR or the like), an oligonucleotide synthesis method or the like. Introduction of the electrochemically polymerizable group into the aptamer can be performed by a method known in the art. Preferably, the electrochemically polymerizable group can be introduced simultaneously with the production of the aptamer. For example, in the case of a peptide aptamer, a peptide aptamer is produced using a protected amino acid to which an electrochemically polymerizable group is bonded in a solid phase synthesis method, or as described above, an electrochemically polymerizable group is bonded. A peptide aptamer containing an electrochemically polymerizable group can be prepared by producing a peptide aptamer by in vitro translation using a misacylated tRNA carrying an amino acid and having an anticodon corresponding to an amber codon. In the case of a nucleic acid aptamer, an electrochemically polymerizable group was added by producing a nucleic acid aptamer by a transcription or amplification reaction using a nucleotide substrate to which an electrochemically polymerizable group was added, or by a solid phase synthesis method. By producing a nucleic acid aptamer using nucleotides, a nucleic acid aptamer containing an electrochemically polymerizable group can be prepared.

本発明者は、被検物としてインフルエンザウイルスを選択し、ペプチドアプタマーのin vitroセレクションを試みたところ、インフルエンザウイルスに特異的に結合しかつ電気化学重合するペプチドアプタマーを取得することができた。このペプチドアプタマーは、後述する実施例4に示されるように、被検物であるインフルエンザウイルスの存在下では、インフルエンザウイルスとの結合が立体障害となって電気化学重合が阻害され、ウイルス濃度依存的に電流が増大する。一方、インフルエンザウイルスの不在下では、ペプチドアプタマーが電気化学条件下において電気化学重合し、電流が妨害される。本発明は、かかるペプチドアプタマーも提供する。   The inventor selected an influenza virus as a test substance and attempted in vitro selection of peptide aptamers. As a result, the present inventors were able to obtain a peptide aptamer that specifically binds to the influenza virus and electrochemically polymerizes. In this peptide aptamer, as shown in Example 4 described later, in the presence of the influenza virus which is a test substance, binding to the influenza virus becomes steric hindrance, and electrochemical polymerization is inhibited. Current increases. On the other hand, in the absence of influenza virus, the peptide aptamer undergoes electrochemical polymerization under electrochemical conditions, and the current is interrupted. The present invention also provides such peptide aptamers.

具体的には、本発明に係るペプチドアプタマーは、HAAXHATPTSG(式中、XはEDOT結合アミノフェニルアラニンを表す;配列番号5)に示されるアミノ酸配列からなるペプチドを含む、電気化学重合するペプチドアプタマーである。また本発明に係るペプチドアプタマーは、配列番号5に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなりかつインフルエンザウイルスに対して特異的に結合するペプチドを含む、電気化学重合するペプチドアプタマーである。   Specifically, the peptide aptamer according to the present invention is a peptide aptamer that undergoes electrochemical polymerization, including a peptide having an amino acid sequence represented by HAAXHATPTSG (wherein X represents EDOT-linked aminophenylalanine; SEQ ID NO: 5). . The peptide aptamer according to the present invention is a peptide consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 and specifically binding to influenza virus. A peptide aptamer that undergoes electrochemical polymerization.

本発明に係るペプチドアプタマーは、公知の方法により、例えばペプチド固相合成法、in vitro転写翻訳系を利用した方法、遺伝子組換え法などにより製造することができる。ペプチドアプタマーへの電気化学重合性基の導入は上述のように行うことができ、固相合成法において電気化学重合性基を結合させた保護アミノ酸を使用してペプチドアプタマーを製造することにより、あるいは上述したように、電気化学重合性基を結合させたアミノ酸を担持しかつアンバーコドンに対応するアンチコドンを有するミスアシル化tRNAを用いて、ペプチドアプタマーをin vitro翻訳により製造することにより、電気化学重合性基を含むペプチドアプタマーを調製することができる。また、アミノ酸変異を有するペプチドがインフルエンザウイルスと特異的に結合するか否かも、当技術分野で公知の任意の方法、例えば上述した方法に従って判定することができる。   The peptide aptamer according to the present invention can be produced by a known method, for example, a peptide solid phase synthesis method, a method using an in vitro transcription / translation system, a gene recombination method, or the like. The introduction of the electrochemically polymerizable group into the peptide aptamer can be performed as described above, by producing a peptide aptamer using a protected amino acid to which an electrochemically polymerizable group is bound in a solid phase synthesis method, or As described above, the peptide aptamer is produced by in vitro translation using a misacylated tRNA carrying an amino acid to which an electrochemically polymerizable group is bound and having an anticodon corresponding to the amber codon. Peptide aptamers containing groups can be prepared. Whether or not a peptide having an amino acid mutation specifically binds to an influenza virus can also be determined according to any method known in the art, for example, the method described above.

本発明に係る被検物の検出方法では、まず上述のアプタマーを、電極上又は電極間で被検サンプルと接触させる。   In the test object detection method according to the present invention, the aptamer described above is first brought into contact with the test sample on or between the electrodes.

被検サンプルは、検出対象の被検物を含む疑いのあるサンプルであれば特に限定されるものではなく、液体、固体若しくは気体サンプル、又はこれらの混合サンプルであってよい。被検サンプルは、具体的には、生体液サンプル(唾液、鼻汁、血液、尿など)、細胞又は組織サンプル(口腔スワブなど)、環境サンプル(海水、河川水、工業用水、土壌など)を包含する。液体サンプルは、そのまま、又は溶媒で希釈若しくは濃縮して使用することができる。固体サンプルは、溶媒に懸濁するか、粉砕機などによりホモジナイズするか、あるいは溶媒と共に攪拌して得られる上清を使用してもよい。例えば綿棒などのスティックを無菌水で湿らせ、測定箇所をぬぐった後に、溶媒の中ですすぎ、得られる液体をサンプルとしてもよい。溶媒としては、例えば、蒸留水、生理食塩水、リン酸緩衝液、トリス緩衝液などが挙げられる。さらには、サンプルをフィルターでろ過し、サンプル成分(細胞、細菌、ウイルス等)を捕捉したフィルターを用いることも可能である。そのようなフィルターは、被検物を捕捉できるサイズであれば特に限定されない。   The test sample is not particularly limited as long as it is a sample suspected of containing the test object to be detected, and may be a liquid, solid or gas sample, or a mixed sample thereof. Test samples specifically include biological fluid samples (saliva, nasal discharge, blood, urine, etc.), cell or tissue samples (oral swabs, etc.), environmental samples (seawater, river water, industrial water, soil, etc.) To do. The liquid sample can be used as it is, or diluted or concentrated with a solvent. The solid sample may be suspended in a solvent, homogenized by a pulverizer or the like, or a supernatant obtained by stirring with a solvent may be used. For example, a stick such as a cotton swab may be moistened with sterile water and the measurement location may be wiped, then rinsed in a solvent, and the resulting liquid may be used as a sample. Examples of the solvent include distilled water, physiological saline, phosphate buffer, Tris buffer, and the like. Furthermore, it is also possible to use a filter obtained by filtering a sample with a filter and capturing sample components (cells, bacteria, viruses, etc.). Such a filter is not particularly limited as long as it has a size capable of capturing the test object.

電極は、電気化学的検出を行うことができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、金属材料、例として貴金属(金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)等)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)等、ステンレス、ハステロイ、インコネル、モネル、ジュラルミン等の合金、炭素材料、例としてカーボン、グラファイト(グラフェン等)を用いて形成された電極、あるいは半導体素子等の電極(トランジスタ、FETなど)を用いる。電極の形状は、棒状、チップ状、膜状、フィルム状などとすることができ、絶縁体基板上に形成されていてもよい。電極の大きさは、検出対象の被検物の種類、検出目的などに応じて適宜設定することができ、例えば1mm〜1cm、あるいはより微小な、例えばマイクロメーター又はナノメーターのサイズとすることが可能である。   The electrode is not particularly limited as long as it can perform electrochemical detection. For example, metal materials such as noble metals (gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), ruthenium (Ru), etc.), copper (Cu) , Aluminum (Al), Tungsten (W), Molybdenum (Mo), Chromium (Cr), Titanium (Ti), Nickel (Ni), etc., alloys such as stainless steel, hastelloy, inconel, monel, duralumin, carbon materials, examples An electrode formed using carbon or graphite (graphene or the like) or an electrode such as a semiconductor element (transistor, FET, or the like) is used. The electrode may have a rod shape, a chip shape, a film shape, a film shape, or the like, and may be formed on an insulator substrate. The size of the electrode can be appropriately set according to the type of analyte to be detected, the detection purpose, etc., for example, 1 mm to 1 cm, or smaller, for example, a micrometer or nanometer size. Is possible.

アプタマーと被検サンプルとの接触は、被検サンプル中に存在する被検物とアプタマーとが結合できるように近接することができる状態にすることを意味し、当業者であれば、被検サンプル及び被検物の種類又は状態、アプタマーの種類及び形態に応じて適宜接触の条件を決定することができる。例えば、被検サンプル溶液中にアプタマーを添加する、ビーズ等に固相化した被検サンプルをアプタマー溶液と混合するなどの操作によって行うことができる。被検物とアプタマーとの接触は、適当な温度(例えば5〜100℃)で、適当なpH条件(例えばpH3〜12)で行うことが可能である。   The contact between the aptamer and the test sample means that the test object existing in the test sample and the aptamer can be brought into close proximity so that they can be combined. In addition, contact conditions can be appropriately determined according to the type or state of the test object and the type and form of the aptamer. For example, it can be performed by an operation such as adding an aptamer to a test sample solution, or mixing a test sample immobilized on beads or the like with an aptamer solution. The contact between the test substance and the aptamer can be performed at an appropriate temperature (for example, 5 to 100 ° C.) and at an appropriate pH condition (for example, pH 3 to 12).

続いて、電極に電圧を印加し、電流を測定する。その際、被検サンプルとアプタマーとを電解質を含む溶液で満たし、アプタマーが電気化学重合する条件とすることが好ましい。電圧の印加と電流の測定は、公知の方法により、例えば電極に接続した電流変化測定器によって行うことができる。電流変化測定器は、電圧変化に惹起される電極内電子移動(電流)を検知可能な測定器であればいかなる回路構成を有する測定器でもよい。例えば、電流変化を測定するために、サイクリックボルタンメトリ、矩形波ボルタンメトリーなどの測定器を用いることができる。ここで、電極に電圧を印加して電気化学重合が起こった後に、電極を洗浄して遊離しているアプタマー及び被検サンプルを洗い流し、その後、電流の測定を行うことが好ましい。   Subsequently, a voltage is applied to the electrode and the current is measured. At that time, it is preferable that the test sample and the aptamer are filled with a solution containing an electrolyte so that the aptamer is electrochemically polymerized. Application of voltage and measurement of current can be performed by a known method, for example, with a current change measuring instrument connected to the electrode. The current change measuring instrument may be a measuring instrument having any circuit configuration as long as it is a measuring instrument capable of detecting the intra-electrode electron movement (current) caused by the voltage change. For example, a measuring instrument such as cyclic voltammetry or square wave voltammetry can be used to measure the current change. Here, it is preferable that after the voltage is applied to the electrode to cause electrochemical polymerization, the electrode is washed to wash away the liberated aptamer and the test sample, and then the current is measured.

測定した電流を、対照と比較し、電流の変化を判定する。例えば、被検物を含まない対照サンプル、被検物を含む対照サンプル(好ましくは既知濃度の被検物を含む対照サンプル)を用いて得られた電流と比較する。そこで、被検物を含まない対照サンプルと比較して電流が増大している場合には、被検サンプルが被検物を含むことを示す。一方、被検物を含む対照サンプルと比較して低下している場合には、被検サンプルが被検物を含まない又は対照サンプルよりも少ない被検物を含むことを示す。好ましくは、被検物の濃度依存的に電流の変化の程度も変わるため、既知の段階的な濃度の被検物を含む対照サンプルのセットを用いて電流を測定し、検量線を作成することによって、被検物を定量することが可能である。   The measured current is compared to a control to determine the change in current. For example, the comparison is made with a current obtained using a control sample not containing a test substance, a control sample containing a test substance (preferably a control sample containing a test substance having a known concentration). Therefore, when the current is increased as compared with the control sample not including the test object, it indicates that the test sample includes the test object. On the other hand, if it is lower than the control sample containing the test substance, it indicates that the test sample does not contain the test substance or contains less test substance than the control sample. Preferably, the degree of change in current also depends on the concentration of the analyte, so the current is measured using a set of control samples containing known graded concentrations of the analyte to create a calibration curve Thus, it is possible to quantify the specimen.

上述した本発明に係る被検物の検出方法は、キット又はセンサ或いはデバイスを利用して簡便に実施することができる。本発明に係る被検物検出用キットは、被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを含むものである。被検物検出用キットは、被検物を検出するための手順、被検物を定量するための基準(検量線など)を記載した説明書を備えてもよい。本発明の被検物検出用キットの一態様はインフルエンザウイルス検出用キットである。本発明のインフルエンザイウイルス検出用キットの一例は、被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーとして、配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるペプチド、又は配列番号5に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなりかつインフルエンザウイルスに対して特異的に結合するペプチドを含む、電気化学重合するペプチドアプタマーである。   The above-described method for detecting a test object according to the present invention can be easily performed using a kit, a sensor, or a device. The test object detection kit according to the present invention includes an aptamer that specifically binds to the test object and undergoes electrochemical polymerization. The test object detection kit may include an instruction describing a procedure for detecting the test object and a standard (a calibration curve or the like) for quantifying the test object. One aspect of the test object detection kit of the present invention is an influenza virus detection kit. One example of the influenza virus detection kit of the present invention is a peptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 or an SEQ ID NO: 5 as an aptamer that specifically binds to a test substance and undergoes electrochemical polymerization. A peptide aptamer that undergoes electrochemical polymerization, comprising a peptide that consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted, or added in the amino acid sequence shown, and that specifically binds to influenza virus.

また本発明に係る被検物センサ或いは被検物検出用デバイスは、被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを含む被検物結合手段と、電極を含む検出手段とを備えるものである。本発明の被検物センサ又は被検物検出用デバイスの一態様は、インフルエンザウイルスセンサ又はインフルエンザ検出用デバイスである。本発明に係るインフルエンザウイルスセンサ又はインフルエンザ検出用デバイスは、上記のペプチドアプタマーを含むインフルエンザウイルス結合手段と、電極を含む検出手段とを備える。   Further, the test object sensor or the test object detecting device according to the present invention includes a test substance binding means including an aptamer that specifically binds to the test substance and electrochemically polymerizes, and a detection means including an electrode. Are provided. One aspect of the test object sensor or the test object detection device of the present invention is an influenza virus sensor or an influenza detection device. An influenza virus sensor or an influenza detection device according to the present invention includes an influenza virus binding unit including the peptide aptamer and a detection unit including an electrode.

本発明に係るキット及びデバイスは、被検物を簡便に検出することができるものであるため、多様な分析に有用である。   Since the kit and device according to the present invention can detect a test substance easily, they are useful for various analyses.

以下、本発明を実施例及び図面によりさらに具体的に説明する。ただし、以下の実施例は、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and drawings. However, the following examples do not limit the present invention.

[実施例1]アプタマーの製造
電気化学重合するアプタマーを製造するために、電気化学重合性基として3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を有する非標準アミノ酸をペプチドアプタマーに組み込む選択系としてリボソームディスプレイを開発した。これを用いて、図2に示す手法でアプタマーの試験管内選別(in vitroセレクション)を実施した。
[Example 1] Production of aptamer Ribosome as a selection system for incorporating a non-standard amino acid having 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) as an electrochemically polymerizable group into a peptide aptamer to produce an aptamer that undergoes electrochemical polymerization Developed a display. Using this, aptamer selection in vitro (in vitro selection) was performed by the method shown in FIG.

(1)EDOT-アミノフェニルアラニル-tRNAの合成
まず、電気化学重合するペプチドアプタマーを得るため、EDOTと結合させたアミノフェニルアラニンを有するtRNAを調製した。最初に、tBoc-ε-アミノフェニルアラニンを5’-O-ホスホリル-2’-デオキシシチジリル-(3’-5’)アデノシン(pdCpA)と結合させ、EDOTをアミノフェニルアラニル-pdCpAと結合させた。次に、EDOT-スクシンイミジルエステルのDMSO溶液を、DMSO溶液と、水性ピリジン-HCl(5M, pH 5.0, 80μL)中のアミノフェニルアラニル-pdCpA(AF-pdCpA)(5 mM, 40μL)と混合した。37℃で3時間インキュベーション後、EDOT-AF-pdCpAを、逆相HPLC(Waters XTerra C18; 2.5μm、4.6 mm × 20 mm)で、流速1.5 mL/分、10分での0.1%トリフルオロ酢酸中0%〜100%アセトニトリルの線形勾配を用いて精製した。MALDI-TOFMS(Voyager, Applied Biosystems)により、[M-H]-の計算値1010.83のところ1010.20の値を得、生成物を確認した。
(1) Synthesis of EDOT-aminophenylalanyl-tRNA First, in order to obtain a peptide aptamer to be electrochemically polymerized, tRNA having aminophenylalanine bound to EDOT was prepared. First, tBoc-ε-aminophenylalanine is coupled with 5'-O-phosphoryl-2'-deoxycytidylyl- (3'-5 ') adenosine (pdCpA) and EDOT is coupled with aminophenylalanyl-pdCpA I let you. Next, a DMSO solution of EDOT-succinimidyl ester is added to the DMSO solution and aminophenylalanyl-pdCpA (AF-pdCpA) (5 mM, 40 μL) in aqueous pyridine-HCl (5M, pH 5.0, 80 μL). Mixed. After 3 hours incubation at 37 ° C, EDOT-AF-pdCpA was run in reverse phase HPLC (Waters XTerra C18; 2.5 μm, 4.6 mm x 20 mm) in 0.1% trifluoroacetic acid at a flow rate of 1.5 mL / min for 10 minutes Purified using a linear gradient from 0% to 100% acetonitrile. By MALDI-TOFMS (Voyager, Applied Biosystems ), [MH] - give the value of 1010.20 at the calculated value 1010.83, confirmed the product.

得られたEDOT-AF-pdCpAを、既報(Taira, H. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, 374, 304-308)の通り、化学ライゲーション法により3’ジヌクレオチドなしでマイコプラズマ・カプリコラム(Mycoplasma capricolum)Trp1 tRNAに由来するアンバーサプレッサーtRNA(アンバーコドンをコードする2塩基短縮したtRNA)にライゲートした。精製したEDOT-AF-tRNAsを凍結し、-80℃で保存した。 The obtained EDOT-AF-pdCpA was obtained from mycoplasma without 3 'dinucleotide by chemical ligation method as previously reported (Taira, H. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, 374, 304-308). -Ligated to amber suppressor tRNA derived from Mycoplasma capricolum Trp 1 tRNA (2-base shortened tRNA encoding amber codon). Purified EDOT-AF-tRNAs were frozen and stored at -80 ° C.

(2)ペプチドライブラリの作製
ランダム配列ライブラリとして、アンバーコドンを含むDNAのランダム配列ライブラリ、すなわち(VVN)3TAG(VVN)7(VはG、C又はAを表し、NはG、C、T又はAを表す)(配列番号1)を作製した。具体的には、T7 RNAポリメラーゼのプライマー配列、大腸菌(Escherichia coli)リボソーム結合配列、SfiI制限酵素配列、タンパク質リンカー配列、及びリボソーム停止配列を有するプラスミド(13Trx)を使用し、並行してランダム二本鎖DNA(dsDNA)を調製した。ライブラリの配列はOperon Co. Ltd.(Tokyo, Japan)から入手した。その配列は、5’-ATATGGCCATGCAGGCC(VVN)3TAG(VVN)7GGCCAGCTAGGCCAGTT-3’(VはG、C又はAを表し、NはG、C、T又はAを等しく表す)(配列番号2)であった。VVNは、疎水性アミノ酸(例えばロイシン、バリン、トリプトファン等)以外の12種の天然アミノ酸のみ、及び停止コドン(TAG、TAA及びTGA)を含む。この設計は、水性バッファー中での高溶解度のため、及びEDOTの意図しない追加の組み込みなくライブラリ配列の同じ位置にEDOT分子を組み込むためのものである。Takara Ex taq DNAポリメラーゼ(Takara Bio Inc., Otsu, Shiga, Japan)を用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を1サイクル行ってdsRNAを調製し、QIAquick PCR Purification kit(Qiagen, Valencia, CA, USA)を用いて精製した。得られたdsDNA及び13Trxプラスミドを制限酵素(SfiI; New England Biolabs, Ipswich, MA, USA)で消化し、ライゲートした(DNA Ligation Kit; Takara Bio)。最後に、二本鎖DNAライブラリを、新たなプライマー(New-T7-fp-rec-1: 5’-GTAATACGACTCACTATAGGCCGCGTCGACAATAA-3’(配列番号3)及びNew-rp-fp-M13-NS: 5’-GATTACGCCAAGCTGAGTGAGA-3’(配列番号4))を用いたPCRにより調製した。ランダム配列DNAライブラリのin vitro転写のため、37℃にて3時間転写を実施し、続いて産物をDNaseで処理した。RNeasy kits(Qiagen)を用いてmRNAを精製した。
(2) Preparation of peptide library As a random sequence library, a random sequence library of DNA containing amber codons, that is, (VVN) 3 TAG (VVN) 7 (V represents G, C or A, N represents G, C, T Or represents A) (SEQ ID NO: 1). Specifically, a T7 RNA polymerase primer sequence, an Escherichia coli ribosome binding sequence, a SfiI restriction enzyme sequence, a protein linker sequence, and a plasmid (13Trx) having a ribosome stop sequence are used. Strand DNA (dsDNA) was prepared. Library sequences were obtained from Operon Co. Ltd. (Tokyo, Japan). The sequence is 5′-ATATGGCCATGCAGGCC (VVN) 3 TAG (VVN) 7 GGCCAGCTAGGCCAGTT-3 ′ (V represents G, C or A, N represents G, C, T or A equally) (SEQ ID NO: 2) Met. VVN contains only 12 natural amino acids other than hydrophobic amino acids (eg leucine, valine, tryptophan, etc.) and stop codons (TAG, TAA and TGA). This design is for high solubility in aqueous buffers and for incorporating EDOT molecules at the same position in the library sequence without unintentional additional incorporation of EDOT. Perform one cycle of polymerase chain reaction (PCR) using Takara Ex taq DNA polymerase (Takara Bio Inc., Otsu, Shiga, Japan) to prepare dsRNA, and prepare QIAquick PCR Purification kit (Qiagen, Valencia, CA, USA) And purified. The obtained dsDNA and 13Trx plasmid were digested with restriction enzymes (SfiI; New England Biolabs, Ipswich, MA, USA) and ligated (DNA Ligation Kit; Takara Bio). Finally, the double-stranded DNA library was prepared using new primers (New-T7-fp-rec-1: 5′-GTAATACGACTCACTATAGGCCGCGTCGACAATAA-3 ′ (SEQ ID NO: 3) and New-rp-fp-M13-NS: 5′- It was prepared by PCR using GATTACGCCAAGCTGAGTGAGA-3 ′ (SEQ ID NO: 4)). For in vitro transcription of random sequence DNA libraries, transcription was performed at 37 ° C. for 3 hours, and the product was subsequently treated with DNase. MRNA was purified using RNeasy kits (Qiagen).

続いて、PURE system Classic II kit(Wako Pure Chemical Industries Ltd., Chuo-ku, Osaka, Japan)を用いて、EDOT結合アミノフェニルアラニンを有するtRNAの存在下においてin vitro翻訳を実施し、EDOT含有ペプチドライブラリを作製した。TAGコドンにはEDOT結合アミノフェニルアラニンが対応することになる。ライブラリは、停止コドンの喪失のため、リボソームはmRNA又は翻訳されたペプチドを放出することができない。低温に保つことでリボソーム-mRNA−ペプチドの複合体として安定的に結合し、リボソームの表面上にディスプレイされたEDOT修飾ペプチドが産生される。これがいわゆるリボソームディスプレイシステムである。混合物を氷上に10分置くことで反応を停止させた。この翻訳収量は、tRNAの添加のためおよそ10倍低かった。   Subsequently, using the PURE system Classic II kit (Wako Pure Chemical Industries Ltd., Chuo-ku, Osaka, Japan), in vitro translation was performed in the presence of tRNA having EDOT-bound aminophenylalanine, and an EDOT-containing peptide library Was made. The TAG codon corresponds to EDOT-linked aminophenylalanine. The library is unable to release mRNA or translated peptides due to loss of stop codon. By maintaining at a low temperature, the EDOT-modified peptide that is stably bound as a ribosome-mRNA-peptide complex and displayed on the surface of the ribosome is produced. This is the so-called ribosome display system. The reaction was stopped by placing the mixture on ice for 10 minutes. This translation yield was approximately 10 times lower due to the addition of tRNA.

(3)試験管内選別(in vitroセレクション)
翻訳したライブラリ溶液を、選択バッファー(0.1%Tween 20、50 mM Tris、150 mM NaCl、50 mM酢酸マグネシウム)中のシリカアフィニティビーズ(Sumitomo Bakelite co., ltd, Tokyo, Japan)上に固定された不活化インフルエンザウイルスA/California/07/2009(H1N1, Denka Seiken co., ltd, Tokyo, Japanより供与)と共に4℃で1時間インキュベートして、アフィニティセレクションを実施した。ウイルス固定化ビーズを10,000 gで5分遠心して回収し、4℃にて洗浄バッファー(50 mM Tris、150 mM NaCl、50 mM酢酸マグネシウム)を用いて未結合のmRNA-リボソーム-ペプチド複合体を洗い流した。室温にて30分間エチレンジアミン四酢酸(EDTA)と共にインキュベートした後、結合したmRNA-リボソーム-ペプチド複合体からmRNAを回収した。
(3) In vitro selection (in vitro selection)
The translated library solution is immobilized on silica affinity beads (Sumitomo Bakelite co., Ltd, Tokyo, Japan) in a selection buffer (0.1% Tween 20, 50 mM Tris, 150 mM NaCl, 50 mM magnesium acetate). Affinity selection was performed by incubating with activated influenza virus A / California / 07/2009 (provided by H1N1, Denka Seiken co., Ltd, Tokyo, Japan) at 4 ° C. for 1 hour. The virus-immobilized beads are collected by centrifugation at 10,000 g for 5 minutes, and the unbound mRNA-ribosome-peptide complex is washed away at 4 ° C using a washing buffer (50 mM Tris, 150 mM NaCl, 50 mM magnesium acetate). It was. After incubation with ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) for 30 minutes at room temperature, mRNA was recovered from the bound mRNA-ribosome-peptide complex.

単離されたmRNAをRNeasyキットを用いて精製した。逆転写(RT)-ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を行って、回収したmRNAからDNAを増幅した。DNA産物をQIAquick PCR purification kits(Qiagen)を用いて精製した。単離されたDNAを次のラウンドの選択(転写及び翻訳)のための鋳型として使用した。   The isolated mRNA was purified using the RNeasy kit. Reverse transcription (RT) -polymerase chain reaction (PCR) was performed to amplify DNA from the recovered mRNA. The DNA product was purified using QIAquick PCR purification kits (Qiagen). The isolated DNA was used as a template for the next round of selection (transcription and translation).

選択プロセスを6ラウンド行った後、選択したDNAの配列をクローニングし、配列を解析した。92のクローンから89種の配列を見出した。   After 6 rounds of the selection process, the selected DNA sequence was cloned and sequenced. We found 89 sequences from 92 clones.

[実施例2]ペプチド合成
実施例1で得られたペプチド配列の中から重複があった3つのペプチド配列を化学合成し、後述するようにインフルエンザへの結合性を確認するため、ペプチドにフルオレセインを付加した(表1)。
[Example 2] Peptide synthesis In order to chemically synthesize three peptide sequences that were duplicated from the peptide sequences obtained in Example 1, and to confirm the binding to influenza as described later, fluorescein was added to the peptides. Added (Table 1).

Figure 2016075511
Figure 2016075511

具体的には、選択したペプチド#07、#81及び#93を、RIKEN Brain Science Instituteにおいて一般的なFmoc固相法により合成した。選択したペプチド配列にEDOTを組み込むためにFmoc-アミノフェニルアラニルEDOTを合成した。ペプチド合成樹脂からのこれらのペプチドの切断のため、トリフルオロ酢酸:フェノール:チオアニソール:ddH2O:エタンジチオールを85:5:4:4:2 (v/v)の比で含むΔTIS切断溶液を使用して、チオフェン部分の還元を回避した。 Specifically, the selected peptides # 07, # 81 and # 93 were synthesized by a general Fmoc solid phase method at RIKEN Brain Science Institute. Fmoc-aminophenylalanyl EDOT was synthesized to incorporate EDOT into selected peptide sequences. A ΔTIS cleavage solution containing trifluoroacetic acid: phenol: thioanisole: ddH 2 O: ethanedithiol in the ratio 85: 5: 4: 4: 2 (v / v) for the cleavage of these peptides from peptide synthesis resins Was used to avoid reduction of the thiophene moiety.

[実施例3]生物学的特異性
合成したペプチドのアフィニティを実施例1の(3)と同様に試験し、図3に示すように比較した。3つのペプチドアプタマーのうち、#7のみがインフルエンザウイルスに対する結合アフィニティを示した。
[Example 3] Biological specificity The affinity of the synthesized peptides was tested in the same manner as (3) of Example 1 and compared as shown in FIG. Of the three peptide aptamers, only # 7 showed binding affinity for influenza virus.

ドットブロットにより、選択したEDOT-アプタマーであるペプチド#7の不活化インフルエンザウイルスへの結合についての生物学的特異性をさらに確認した。最初にPVDF膜(Immobilon-P Transfer Membrane, 孔径:0.45μm)をメタノールに浸漬し、続いてブロッティングバッファー(25 mM Tris、192 mMグリシン、20%(v/v)エタノール)に浸漬した。乾燥を避けるためにろ紙上に膜を置いた後、2μLの不活化インフルエンザウイルスA/California/07/2009(H1N1, Denka Seiken co., ltd, Tokyo, Japanより供与)(128HAユニット/μLをmilliQで1:1、1:2、1:4及び1:8の比で希釈)をそれぞれ膜上に滴下し、一方、陰性対照として、2μLの1.5 mg/mLゼラチン及び2μLの1.5 mg/mLウシ血清アルブミン(BSA, Sigma-Aldrich)を同じ希釈比で滴下した。乾燥させた後、膜を再度、メタノール、続いてブロッティングバッファー中に浸漬した。その後、ブロッキングバッファー(TBS-Tバッファー(50 mM Tris、150 mM NaCl、0.05% Tween 20、pH 7.4)中の5% w/v ECL Advance blocking agent)に浸漬し、室温で1時間振盪して、非特異的結合をブロックした。TBS-Tバッファーで簡単に洗浄し、湿潤状態を維持するためにパラフィルム上に置き、100μLの0.2 mg/mL FITC標識ペプチド#7を膜上に滴下して、全領域を覆った。暗室で室温で1時間インキュベートし、TBS-Tバッファーで3回(それぞれ5分)洗浄した後、RIKEN Brain Science InstituteにおいてMolecular Imager FX(Bio-Rad Laboratories, Tokyo, Japan)により膜の表面イメージを取得した。   The biological specificity of binding of the selected EDOT-aptamer, peptide # 7, to inactivated influenza virus was further confirmed by dot blot. First, a PVDF membrane (Immobilon-P Transfer Membrane, pore size: 0.45 μm) was immersed in methanol, and then immersed in a blotting buffer (25 mM Tris, 192 mM glycine, 20% (v / v) ethanol). 2 μL of inactivated influenza virus A / California / 07/2009 (provided by H1N1, Denka Seiken co., Ltd, Tokyo, Japan) (128 HA units / μL of milliQ after placing the membrane on filter paper to avoid drying) Diluted 1: 1, 1: 2, 1: 4 and 1: 8 ratios) on the membrane, respectively, while 2 μL of 1.5 mg / mL gelatin and 2 μL of 1.5 mg / mL bovine as negative controls Serum albumin (BSA, Sigma-Aldrich) was added dropwise at the same dilution ratio. After drying, the membrane was again immersed in methanol followed by blotting buffer. Then immerse in blocking buffer (5% w / v ECL Advance blocking agent in TBS-T buffer (50 mM Tris, 150 mM NaCl, 0.05% Tween 20, pH 7.4)), shake at room temperature for 1 hour, Nonspecific binding was blocked. Washed briefly with TBS-T buffer and placed on parafilm to keep wet and 100 μL of 0.2 mg / mL FITC-labeled peptide # 7 was dropped onto the membrane to cover the entire area. Incubate at room temperature in the dark for 1 hour, wash 3 times with TBS-T buffer (5 minutes each), and then obtain an image of the membrane surface using Molecular Imager FX (Bio-Rad Laboratories, Tokyo, Japan) at RIKEN Brain Science Institute did.

結果を図4に示す。図4は、ペプチド#7がインフルエンザウイルスに特異的に結合可能であることを示す。陰性対照であるゼラチン及びBSAはインフルエンザウイルスに結合しなかった。   The results are shown in FIG. FIG. 4 shows that peptide # 7 can specifically bind to influenza virus. Negative controls gelatin and BSA did not bind to influenza virus.

[実施例4]センサによる電気化学検出
最も結合性の高かったペプチド#7を用い、ペプチド#7の重合を調べた。すなわち、図1に示すような原理でインフルエンザ濃度に応じた電流変化があるかどうかを調べた。
[Example 4] Electrochemical detection by sensor Using peptide # 7 having the highest binding, polymerization of peptide # 7 was examined. That is, it was examined whether there was a current change according to the influenza concentration based on the principle shown in FIG.

(1)センサの製造
図5に概略を示すように、金(Au)電極(OD: 6 mm、ID: 3 mm;ALS Co., Ltd, Tokyo, Japan)を作用電極として使用し、プラチナ(Pt)ワイヤー及びAg/AgCl電極(RE-1S、ALS Co., Ltd, Tokyo, Japan)をそれぞれ対電極及び参照電極として使用した。図5の(a)は、実際の実験設定の全体的観点、(b)は対応する概略図、(c)は(a)の部分拡大イメージである。金電極を最初に6μm研磨ダイアモンドを用いて機械的に研磨し、続いて0.05μm研磨アルミナスラリーを用いて研磨した後、milliQで十分にすすいだ。
(1) Manufacture of sensor As shown schematically in Fig. 5, a gold (Au) electrode (OD: 6 mm, ID: 3 mm; ALS Co., Ltd, Tokyo, Japan) was used as the working electrode, and platinum ( A Pt) wire and an Ag / AgCl electrode (RE-1S, ALS Co., Ltd, Tokyo, Japan) were used as a counter electrode and a reference electrode, respectively. (A) of FIG. 5 is an overall view of an actual experimental setting, (b) is a corresponding schematic diagram, and (c) is a partially enlarged image of (a). The gold electrode was first mechanically polished using a 6 μm polishing diamond followed by a 0.05 μm polishing alumina slurry and then thoroughly rinsed with milliQ.

(2)電気化学検出
実験は、autolab(AUTOLAB PGSTAT128N, Eco Chemie B.V., Utrecht, Netherlands)を用いて実施した。分析物として、ペプチド#7のストック溶液をmilliQで調製し、続いて0.1 M Tris-HClバッファー(pH 7.0)で所望の濃度にまで希釈した。
(2) Electrochemical detection The experiment was carried out using autolab (AUTOLAB PGSTAT128N, Eco Chemie BV, Utrecht, Netherlands). As an analyte, a stock solution of peptide # 7 was prepared with milliQ and subsequently diluted to the desired concentration with 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 7.0).

電極の設置後(図5)、すべての電極に分析物が触れるように20μLの分析物を金電極に滴下した。サイクリックボルタンメトリー(0〜1.2V 対 Ag/ AgCl、スキャン速度0.1 V/s)を6サイクル実施して種々の濃度のペプチド#7を重合させ、金電極上にポリマー膜を形成させた。その後、金電極をmilliQに漬け、穏やかに振盪し、残りの分析物溶液を除去した。風乾して、0.1 M Tris-HClバッファー(pH 7.0)中の5 mM K3[Fe(CN)6]の20μLを金電極に滴下し、矩形波ボルタンメトリー((0.05V, 1s; 0.45V, 1s)、5サイクル)を実施して電流を検出した。6s、8s及び10s時点での測定値を平均化し、図6に示す。 After the electrodes were installed (FIG. 5), 20 μL of the analyte was dropped onto the gold electrode so that the analyte touched all the electrodes. Cyclic voltammetry (0 to 1.2 V vs. Ag / AgCl, scan rate 0.1 V / s) was performed for 6 cycles to polymerize peptide # 7 at various concentrations to form a polymer film on the gold electrode. The gold electrode was then immersed in milliQ and gently shaken to remove the remaining analyte solution. Air-dry and drop 20 μL of 5 mM K 3 [Fe (CN) 6 ] in 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 7.0) onto a gold electrode, and square wave voltammetry ((0.05V, 1s; 0.45V, 1s ), 5 cycles), and the current was detected. The measured values at 6s, 8s and 10s time points are averaged and shown in FIG.

図6は、サイクリックボルタンメトリーによる金電極上での種々の濃度のペプチド#7の重合及び沈着後の、矩形波ボルタモグラムからの平均ピーク電流を示す。この結果は、電流がペプチド濃度の増加に伴って低下し、最終的に飽和したことを示す(図6)。   FIG. 6 shows the average peak current from square wave voltammograms after polymerization and deposition of various concentrations of peptide # 7 on the gold electrode by cyclic voltammetry. This result shows that the current decreased with increasing peptide concentration and eventually saturated (FIG. 6).

続いて、分析物として、ペプチド#7、ゼラチン及びオボアルブミン(ニワトリ卵白由来アルブミン, Sigma-Aldrich)のストック溶液をmilliQで調製し、続いて0.1 M Tris-HClバッファー(pH 7.0)で所望の濃度にまで希釈した。また、ペプチド#7の濃度を0.1mg/mL及び0.2mg/mLにそれぞれ固定して、種々の濃度のインフルエンザウイルスを分析物に添加した。上と同じ電気化学プロセスを行った結果を図7A及びBに示す。   Subsequently, as an analyte, a stock solution of peptide # 7, gelatin and ovalbumin (albumin from chicken egg white, Sigma-Aldrich) was prepared with milliQ, followed by the desired concentration with 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 7.0). Dilute to In addition, the concentration of peptide # 7 was fixed at 0.1 mg / mL and 0.2 mg / mL, respectively, and various concentrations of influenza virus were added to the analyte. The results of performing the same electrochemical process as above are shown in FIGS. 7A and 7B.

図7Aは、サイクリックボルタンメトリーによる金電極上での分析物の重合及び沈着後の、矩形波ボルタモグラムからの平均ピーク電流を示す。種々の濃度の不活化インフルエンザウイルス(H1N1, Californian)を、固定濃度のペプチド#7の存在下で検出した(上のグラフ: 0.1 mg/mL, 近似曲線; 下のグラフ: 0.2 mg/mL, 直接プロット)。図7Bは、ゼラチン及びオボアルブミンを、0.2mg/mLのペプチド#7と共に陰性対照として用いて得られた結果を示す。図7Aから、両方の濃度で、インフルエンザウイルスの濃度が増大すると、それに対応して電流が増加していることがわかった。このことは、ペプチド#7がインフルエンザウイルスに結合し、有効な(未結合の)ペプチド#7の濃度が低下し、したがってポリマー膜が薄くなったことを示している。図7Bに示すように、アルブミンやゼラチンなどのペプチド#7が結合しないタンパク質の共存下ではこのような変化は起こらなった。平らな曲線は、ペプチド#7がインフルエンザウイルスを特異的に検出できたことを示す。   FIG. 7A shows the average peak current from a square wave voltammogram after polymerization and deposition of the analyte on the gold electrode by cyclic voltammetry. Various concentrations of inactivated influenza virus (H1N1, Californian) were detected in the presence of a fixed concentration of peptide # 7 (upper graph: 0.1 mg / mL, fitted curve; lower graph: 0.2 mg / mL, direct plot). FIG. 7B shows the results obtained using gelatin and ovalbumin with 0.2 mg / mL peptide # 7 as a negative control. From FIG. 7A, it was found that at both concentrations, as the concentration of influenza virus increased, the current increased correspondingly. This indicates that peptide # 7 binds to influenza virus, reducing the concentration of effective (unbound) peptide # 7 and thus thinning the polymer membrane. As shown in FIG. 7B, such a change did not occur in the presence of a protein such as albumin or gelatin to which peptide # 7 does not bind. The flat curve shows that peptide # 7 was able to specifically detect influenza virus.

このようにして、図9に示されるような、分析物におけるインフルエンザウイルスの定量プロトコールが確立された。   In this way, a quantification protocol for influenza virus in the analyte was established, as shown in FIG.

[実施例5]重合の確認
金電極表面上でのペプチド#7の重合及び沈着をFITC標識ペプチド#7を用いて確認した。
[Example 5] Confirmation of polymerization The polymerization and deposition of peptide # 7 on the gold electrode surface were confirmed using FITC-labeled peptide # 7.

Molecular Image FXシステムの測定要件を満たすために、棍棒状金電極の代わりに、金被覆シリコンウエハ(Sigma-Aldrich)から切り出した金被覆シリコンチップ(5 mm x 10 mm)を作用電極として使用した。実験設定及び重合のためのサイクリックボルタンメトリーは実施例4と同様とした。具体的には、0.1M Tris-HClバッファー(pH 7.0)中0、0.5、1及び1.5 mg/mL FITC標識ペプチド#7の20μLを金被覆シリコンチップ上に滴下し、ポテンシオスタット(ALS/CH Instruments, 電気化学分析機、model 700C, BAS)を用いてサイクリックボルタンメトリー(0〜1.2 V 対 Ag/ AgCl、スキャン速度0.1 V/s)を6サイクル実施した。その後、チップをmilliQに漬け、穏やかに振盪し、残りのFITC標識ペプチド#7を除去した。風乾した後、RIKEN Brain Science InstituteにおいてMolecular Imager FX(Bio-Rad Laboratories, Tokyo, Japan)によりチップ表面のイメージを取得した。ソフトウエアImageJ64により蛍光イメージを解析することにより、分析物スポットの統合密度を使用して図8を作図した。   In order to meet the measurement requirements of the Molecular Image FX system, a gold-coated silicon chip (5 mm × 10 mm) cut from a gold-coated silicon wafer (Sigma-Aldrich) was used as the working electrode instead of the rod-shaped gold electrode. The experimental settings and cyclic voltammetry for polymerization were the same as in Example 4. Specifically, 20 μL of 0, 0.5, 1 and 1.5 mg / mL FITC-labeled peptide # 7 in 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 7.0) was dropped onto a gold-coated silicon chip, and a potentiostat (ALS / CH Six cycles of cyclic voltammetry (0-1.2 V vs. Ag / AgCl, scan rate 0.1 V / s) were performed using Instruments, Electrochemical Analyzer, model 700C, BAS. Thereafter, the chip was immersed in milliQ and gently shaken to remove the remaining FITC-labeled peptide # 7. After air drying, an image of the chip surface was obtained by Molecular Imager FX (Bio-Rad Laboratories, Tokyo, Japan) at RIKEN Brain Science Institute. Figure 8 was constructed using the integrated density of analyte spots by analyzing the fluorescence image with the software ImageJ64.

図8は、FITC標識ペプチド#7の濃度が増大するにつれて画像の統合密度が増加したことを示す。このことは、ペプチドアプタマーが作用電極表面上で重合及び沈着に成功したことを示している。   FIG. 8 shows that the integrated density of the images increased as the concentration of FITC labeled peptide # 7 increased. This indicates that the peptide aptamer has been successfully polymerized and deposited on the working electrode surface.

本発明は、被検物の迅速かつ定量的な検出を可能とするものである。そのため、本発明は、被検物の検出が必要とされる医療、食品、環境などの分野で有用である。   The present invention enables rapid and quantitative detection of a test object. Therefore, the present invention is useful in fields such as medicine, food, and environment where detection of a test object is required.

配列番号1及び2:人工配列(合成オリゴヌクレオチド)
配列番号3及び4:人工配列(プライマー)
配列番号5〜7:人工配列(合成ペプチド)
SEQ ID NO: 1 and 2: Artificial sequence (synthetic oligonucleotide)
SEQ ID NOs: 3 and 4: Artificial sequence (primer)
SEQ ID NOs: 5-7: Artificial sequence (synthetic peptide)

Claims (15)

被検サンプル中の被検物の検出方法であって、
被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを、電極上又は電極間で被検サンプルと接触させる工程、
電極に電圧を印加し、電流を測定する工程
を含む、被検物の検出方法。
A method for detecting an object in a sample,
A step of bringing an aptamer that specifically binds to a test substance and undergoes electrochemical polymerization into contact with a test sample on or between the electrodes,
A method for detecting a test object, comprising: applying a voltage to an electrode and measuring a current.
被検物が、ウイルス、細菌、真菌、原生生物、天然分子及び合成分子からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the test substance is at least one selected from the group consisting of a virus, a bacterium, a fungus, a protist, a natural molecule, and a synthetic molecule. アプタマーが、タンパク質アプタマー、ペプチドアプタマー、ペプチド核酸アプタマー、及び核酸アプタマーからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the aptamer is at least one selected from the group consisting of a protein aptamer, a peptide aptamer, a peptide nucleic acid aptamer, and a nucleic acid aptamer. アプタマーがチオフェンを有する電気化学重合性基を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method of any one of claims 1 to 3, wherein the aptamer comprises an electrochemically polymerizable group having thiophene. 電気化学重合性基が3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)である、請求項4に記載の方法。   The method of claim 4, wherein the electrochemically polymerizable group is 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT). 被検物を含まない対照サンプルと比較して電流が増大している場合には、被検サンプルが被検物を含むことを示す、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。   6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the test sample contains a test substance when the current is increased compared to a control sample containing no test substance. 被検物を含む対照サンプルと比較して電流が低下している場合には、被検サンプルが被検物を含まない又は対照サンプルよりも少ない被検物を含むことを示す、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。   Claim 1--indicating that the test sample contains no test substance or less test substance than the control sample if the current is reduced compared to a control sample containing the test substance. 6. The method according to any one of 5 above. 被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを含むことを特徴とする被検物検出用キット。   A kit for detecting an analyte, comprising an aptamer that specifically binds to the analyte and electrochemically polymerizes. 被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーを含む被検物結合手段と、
電極を含む検出手段と
を備えることを特徴とする被検物センサ。
An analyte binding means comprising an aptamer that specifically binds to the analyte and electrochemically polymerizes;
A test object sensor comprising: a detection means including an electrode.
配列番号5に示されるアミノ酸配列からなるペプチド、又は配列番号5に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなりかつインフルエンザウイルスに対して特異的に結合するペプチドを含む、電気化学重合するペプチドアプタマー。   A peptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5, or an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5, and specific to influenza virus A peptide aptamer that electrochemically polymerizes, including a peptide that binds. 請求項10に記載のペプチドアプタマーを含むことを特徴とするインフルエンザウイルス検出用キット。   An influenza virus detection kit comprising the peptide aptamer according to claim 10. 請求項10に記載のペプチドアプタマーを含むインフルエンザウイルス結合手段と、
電極を含む検出手段と
を備えることを特徴とするインフルエンザウイルスセンサ。
An influenza virus binding means comprising the peptide aptamer according to claim 10;
An influenza virus sensor comprising: detection means including an electrode.
被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーの製造方法であって、
電気化学重合性基を含むアプタマーを調製する工程、
前記アプタマーが、被検物の存在下において電気化学重合せず、被検物の不在下において電気化学重合することを確認する工程
を含む、アプタマーの製造方法。
A method for producing an aptamer that specifically binds to an analyte and undergoes electrochemical polymerization,
Preparing an aptamer containing an electrochemically polymerizable group;
A method for producing an aptamer, comprising the step of confirming that the aptamer does not undergo electrochemical polymerization in the presence of a test substance and undergoes electrochemical polymerization in the absence of the test substance.
被検物に対して特異的に結合し、かつ電気化学重合するアプタマーの製造方法であって、
電気化学重合性基を含む分子から構成されるライブラリを調製する工程、
前記ライブラリの分子を被検物と接触させ、被検物と特異的に結合する分子を選択する工程、
選択した分子が、被検物の存在下において電気化学重合せず、被検物の不在下において電気化学重合することを確認する工程
を含む、アプタマーの製造方法。
A method for producing an aptamer that specifically binds to an analyte and undergoes electrochemical polymerization,
Preparing a library composed of molecules containing electrochemically polymerizable groups;
Contacting a molecule of the library with a test substance and selecting a molecule that specifically binds to the test substance;
A method for producing an aptamer, comprising a step of confirming that a selected molecule does not undergo electrochemical polymerization in the presence of a test substance and undergoes electrochemical polymerization in the absence of the test substance.
請求項13又は14に記載の方法により製造されたアプタマー。   An aptamer produced by the method according to claim 13 or 14.
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