JP2019507606A - 性的感染症の病原体の検出方法 - Google Patents

性的感染症の病原体の検出方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、被験者における性的感染症病原体の検出のための方法に関する。前記検出は、サンプルを精製することなく、数種類の病原体について行うことができる。前記方法は、尿サンプルに理想的である。一つの病原体は、クラミジア・トラコマティスである。

Description

本発明は、事前の核酸精製を要さず粗生体試料に対して直接効率のよい核酸増幅を行い、迅速に安定して簡単に性的感染症の病原体を検出するための組成物および方法に関する。
本発明は、特に被験者における性的感染症の病原体、とりわけクラミジア・トラコマティス、淋菌、尿ベースの大腸菌等の細菌病原体を検出するための方法に関する。当該検出にはサンプルの精製を要さない。当該方法は、尿サンプルから性的感染症の細菌を検出する方法として最適化される。
性的感染症(STD)は、感染症を保持する者と性交渉を行うことによって感染する。STDの原因となるのは、細菌や寄生虫、ウィルスである。クラミジアや、淋病、性器ヘルペス、HIV/エイズ、梅毒、トリコモナス症等、20種類以上のSTDが知られている。
クラミジア・トラコマティスは、男と女のいずれにも感染可能な、最も一般的な性的感染症である。クラミジア・トラコマティス患者の半数以上が症状をまったくあるいはほとんど自覚しないため、患者はこの感染症の感染源として機能し続ける。クラミジア・トラコマティス用の迅速な高感度検査が存在しないため、効率的にクラミジアの感染を診断することは困難である。
偏性細胞内病原体であるため、クラミジア・トラコマティスを実験室で培養することは困難である。クラミジア・トラコマティスの治療は、感染場所だけでなく、患者の年齢や症例の複雑さにも依存する。従って、さらなる長期の合併症の発生を防ぎ、淋菌やヒト免疫不全ウィルス等の他の感染症に感染する可能性を減らすためには、感染の早期の段階でクラミジア・トラコマティスを同定し、なるべく早く迅速な治療を開始することが非常に重要である。
従来の性的感染によるクラミジアの診断方法においては、以下のようなサンプル収集が行われる。即ち、男性からは、定期的に収集された尿道の標本または尿検体、女性からは頸管内の標本または膣の標本が収集される。スクリーニングを成功させ、クラミジアのさらなる感染や合併症の発生を防ぐことができるかどうかは、どれだけ感染の診断を精度よくかつ迅速に低コストで行うことができるかにかかっている。現代の実験室では、いまだに細胞培養や抗原ベースの検出などの従来の検査方法が用いられている。細胞培養法は、特異性が高いものの、感度が非常に低く、高コストで、遅く(結果が3日後でなければ得られない)、特殊なサンプル収集・収容・移送を要する。酵素免疫測定法アッセイや直接蛍光抗体法(DFA)アッセイなどのような免疫アッセイは、細胞培養法と同様、感度および特異性が低い。したがって、診断分野におけるこれらの検査方法の使用が限定されている。
上記従来の実験室方法に代わるものとして、抗原に特有のDNA配列またはRNA配列の検出を可能にする複数の核酸増幅検査(NAAT)が開発された。これらの検査は、ターゲットの核酸の複製を一つ検出するだけのものであり、クラミジアの性器感染のスクリーニングおよび診断において、はるかに高い感度を有する。
クラミジア・トラコマティス検出検査には、数種類の核酸増幅ベースの検査を用いることができる: Abbott RealTime CT/NGは、リガーゼ連鎖反応(LCR)法を用いる;Aptima COMBOは転写増幅(TMA)法を用いる;BD ProbeTec ETは鎖置換増幅(SDA)法を用いる;Xpert CT/NG検査およびCobas CT/NG検査はリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法を用いる。
これらの方法にはいくつかの欠点がある。例えば、当該分野の専門知識のない個人がこれらの方法を用いることはできず、また、例えばPCR機器やサンプルを準備することなしに用いることはできない。
従って、わずかのサンプルを準備するだけでよいかまたは全くサンプルを要さず、簡単な検査設定をするだけで技術分野の専門知識をほとんどまたは全く要しないような性的感染症用の検査が必要とされている。例えばそれは市販の個人実施用検査キットである。
WO98/11259は、クラミジア・トラコマティス、淋菌、マイコプラズマ・ジェニタリウム、ウレアプラズマ・ウレアリチクムを含む複数の性的感染症の病原体を検出するために核酸増幅技術(NAAT)を用い、泌尿生殖器体液のサンプルを検査することを開示している。
WO2011/09588は、迅速検査によりサンプルからターゲット分子を検出するための方法および装置に関する。
WO2014/060604は、粗生体試料溶解物から直接迅速なサンプル前処理および増幅を行う方法に関する。
WO2011/038197は、細胞に溶菌酵素を施すことによりクラミジアなどを等温増幅することによりターゲットの核酸種を検出するための方法に関する。この開示によると、当該酵素が触媒反応を介して細菌細胞壁を破壊する。WO2011/038197は、当業者に、前記溶解用の代替手段を何も提供していない。
本発明家らによって開示されるように、セクロピン等の抗菌ペプチドは、化学反応は引き起こさないが、膜電位を介して活動し、細胞壁を貫通し、それにより壁を害し、その中に複数の孔/穴を作る。ポイント・オブ・ケア装置にはサンプル精製のための手段がなく、増幅を粗サンプル材料に適用せざるを得ないが、ターゲットとなる核酸の種を検出するためのそのような代替方法は、ポイント・オブ・ケア装置に診断を適応させる上で大きな利点を提供する。
本発明は、サンプルを精製することなく被験者における性的感染症の病原体を検出するための方法であって、
前記被験者からの尿サンプルを準備するステップと、
前記尿サンプルに抗菌ペプチドを付加するステップと、
放出された核酸を前記性的感染症の病原体の核酸をターゲットとするプライマーを用いるループ介在等温増幅(LAMP)によって増幅させるステップと、
前記性的感染症病原体有機体に由来する前記核酸からシグナルを検出するステップと、
前記シグナルが所定の値を超えている場合には、前記被験者が性的感染症病原体に感染していることを示すステップと、
を有する方法に関する。
本発明の一つの実施形態においては、前記尿サンプルが50%超希釈される。
本発明の他の実施形態においては、合計アッセイ時間は60分未満である。
本発明のさらなる実施形態においては、前記抗菌ペプチドベースの核酸の放出は、熱処理と組み合わせられる。
本発明のさらに他の実施形態においては、前記LAMP反応はラテラルフロー・ストリップで分析または表示される。
本発明のさらなる実施形態においては、前記性的感染症の病原体の前記プライマーは、クラミジア・トラコマティスに特異的な核酸を検出するように設計される。
本発明のさらに他の実施形態においては、前記抗菌ペプチドはセクロピンである。
本発明のさらなる実施形態においては、前記感度は70%超である。
その最も広い局面において、本発明は性的感染症の病原体を検出するためのポイント・オブ・ケア法に関する。分子生物学的診断プラットフォームを、非常に複雑な実験室のワークフローから微小流体装置等の簡単なポイント・オブ・ケア検査装置へと移行させることは、危険性の高いプロセスである。従って、本発明の一つの実施形態では、被験者が、実際に自分自身が感染しているか否かを示すことができるように、初期段階での表示(indication)を可能にする。
本発明の一つの実施形態では、前記表示(indication)は信頼のおける診断である。
本発明は、検査精度を改善し、標本管理を簡単なものにし、標本管理を便利なものにし、性的に活発な男女のスクリーニングを簡単なものにする手段を提供する。
本発明は、実験室の外で実施可能な、簡単な表示(indication)または診断を行うための手段を提供する。
本発明は、個人に対して医学的配慮を求めるべきか否かを示す、個人実施用検査キットである。
実施例の記載において、本発明者らは、21分以内に、1反応につき少なくとも5つのクラミジア・トラコマティス病原体(25個の潜在プラスミドコピー)を尿サンプルから検出可能な、LAMP(ループ介在等温増幅)に基づく迅速かつ精度の高いアッセイを提示する。また、側方流動(LF)片を用いて反応生成物を検出することが可能である。これはポイント・オブ・ケア(POC)設定への適用に非常に役立つものである。
臨床データによると、前記アッセイの特異性は100%であり、感度は73%であった。信頼のおける診断ポイント・オブ・ケア法を提供するためには、そのような高いパーセンテージのレベルが必要であり、それには重要な検査が必要であるため、当業者にとってそれは大きな課題となる。なぜなら、POC検査法は、例えば訓練されたスタッフや洗練された装置に頼ることはできないからである。
加えて、本アッセイは、尿サンプル内に存在する可能性のある30種を超える病原体のDNAとの交差反応を引き起こすことはない。
さらに、本アッセイは、増幅に先立つ臨床サンプルからのDNAの精製および抽出を要さない。従って、専用装置の必要がなくなる。
本アッセイは、尿サンプルから直接クラミジア・トラコマティスを検出することを可能にするため、迅速で精度が高く、指示を与える必要がほとんどない診断法を提供する。プライマー以外全て同じであるアッセイ条件は、尿サンプルから直接淋菌を検出することを可能にするため、迅速で精度が高く、指示を与える必要がほとんどない診断法を提供する。
これにより、全体の手順は、著しく労力が省かれ、時間が節約され、その結果感染症の早期の検出および同定を低コストで行うことが可能になる。
上記の全ては、低コストのポイント・オブ・ケア法によってかかる診断アッセイを実行するために開発が必要なものであり、危険性が高くても必要なものである。
クラミジア・トラコマティスおよび淋菌に特化した本LAMPアッセイは、そのユーザーインターフェースに対して、それが簡単に実行可能となるように最適化されるため、様々なポイント・オブ・ケア設定に適用することが可能となる。
従って、一つの局面において、本発明は、尿サンプル内の病原体から核酸を放出するために、病原体に特異的な抗菌薬によって尿サンプルを処理し、その後で病原体の存在を検出する方法に関する。
本発明の一つの局面は、以下に関する。即ち、サンプルを精製することなく被験者における性的感染症の病原体を検出するための方法であって、前記被験者からの尿サンプルを準備するステップと、前記尿サンプルに抗菌ペプチドを付加するステップと、放出された核酸を前記性的感染症の病原体の核酸をターゲットとするプライマーを用いるLAMP(ループ介在等温増幅)によって増幅させるステップと、前記性的感染症病原体有機体に由来する前記核酸からシグナルを検出するステップと、前記シグナルが所定の値を超えている場合には、前記被験者が性的感染症病原体に感染していることを示すステップとを有する方法。この方法は、速度(60分未満)、効率(感度60%超、特異性95%超)、有用性(洗練された機器や医学的訓練を要さない)などの装置要件が満たされているポイント・オブ・ケア検査装置であれば、簡単に適用可能である。
本発明の一つの実施形態は、以下に関する。即ち、被験者における性的感染症の病原体を検出するための方法であって、a)前記被験者から尿サンプルを準備することと、b)それ以上核酸の精製が適用されないという条件で前記尿サンプル内の前記細胞から核酸を放出するために前記尿サンプルに抗菌ペプチドを付加することと、c)放出された核酸を前記性的感染症の病原体の核酸をターゲットとするプライマーを用いるLAMP(ループ介在等温増幅)によって増幅させることと、d)前記性的感染症病原体有機体に由来する前記量の核酸を検出することとを有し、それにより前記被験者が性的感染症病原体に感染している尤度を示す方法。
本発明の他の実施形態は、以下に関する。即ち、被験者における性的感染症の病原体の存在を判定するための方法であって、a)前記被験者から得られた尿サンプル内の細胞から核酸を放出するために前記尿サンプルに抗菌ペプチドを接触させることと、b)前記病原体の細胞から放出された非精製核酸を公知の性的感染症病原体の核酸からのプライマーを含むLAMP(ループ介在等温増幅)によって増幅させることと、c)前記放出された核酸の増幅を検出することにより、前記尿サンプルにおける前記性的感染症病原体の存在を判定することとを有する方法。
本発明の他の実施形態は、以下に関する。即ち、被験者における性的感染症の病原体の存在を判定するための方法であって、a)前記被験者から得られた尿サンプルに抗菌ペプチドを接触させることと、b)前記病原体の細胞から放出された非精製核酸を無性的感染症の核酸をターゲットとしたプライマーを含むLAMP(ループ介在等温増幅)によって増幅させることと、c)前記性的感染症の病原体からの前記核酸の増幅を検出することにより、前記尿における前記性的感染症病原体の存在を判定することとを有する方法。
本発明の現在好ましい局面は、以下に関する。即ち、サンプル精製を行うことなく被験者におけるクラミジア・トラコマティスを検出するためのポイント・オブ・ケア法であって、a)前記被験者からの50%超希釈された尿サンプルを準備するステップと、b)セクロピン・ペプチドを前記尿サンプルに加えるステップと、c)放出された核酸をBsmポリメラーゼを用いるクラミジア・トラコマティスの核酸をターゲットとしたプライマーを用いるLAMP(ループ介在等温増幅)によって増幅させるステップと、d)ラテラルフロー・ストリップによってクラミジア・トラコマティスに由来する核酸からシグナルを検出するステップと、e)前記シグナルが所定の値を超えている場合には、前記被験者がクラミジア・トラコマティスに感染していることを示すステップとを有し、前記ポイント・オブ・ケア法は、標準設定のCobasR4800 CT/NG検査(Roche)と比較して60%超の検出感度を有する方法。
本発明の他の現在好ましい局面は、以下に関する。即ち、サンプル精製を行うことなく被験者における淋菌を検出するためのポイント・オブ・ケア法であって、a)前記被験者からの50%超希釈された尿サンプルを準備するステップと、b)セクロピン・ペプチドを前記尿サンプルに加えるステップと、c)放出された核酸をBsmポリメラーゼを用いるクラミジア・トラコマティスの核酸をターゲットとしたプライマーを用いるLAMP(ループ介在等温増幅)によって増幅させるステップと、d)ラテラルフロー・ストリップによってクラミジア・トラコマティスに由来する核酸からシグナルを検出するステップと、e)前記シグナルが所定の値を超えている場合には、前記被験者がクラミジア・トラコマティスに感染していることを示すステップとを有し、前記ポイント・オブ・ケア法は、PCRベースの標準設定と比較して60%超の検出感度を有する方法。
本発明の他の現在好ましい局面は、以下に関する。即ち、サンプル精製を行うことなく被験者におけるクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌を検出するためのポイント・オブ・ケア法であって、a)尿サンプルを準備するステップと、b)セクロピン・ペプチドを前記尿サンプルに加え、15分未満の間、前記ペプチドに前記細胞を溶解させるステップと、c)ステップb)で得られた前記尿サンプルを50%超希釈するステップと、d)放出された核酸をBsmポリメラーゼを用いるクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌の核酸をターゲットとしたプライマーを用いるLAMP(ループ介在等温増幅)によって増幅させるステップと、e)ラテラルフロー・ストリップによってクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌に由来する核酸からシグナルを検出するステップと、f)前記シグナルが所定の値を超えている場合には、前記被験者がクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌に感染していることを示すステップとを有し、前記ポイント・オブ・ケア法は、標準設定のCobasR4800 CT/NG検査(Roche)と比較して60%超の検出感度を有する方法。
・性的感染症の細菌
性的感染症(sexually transmitted infections:STI)は、sexually transmitted diseases (STD)や梅毒(venereal diseases:VD)とも呼ばれ、通常性行為によって広まる感染症である。
ほとんどのSTIは、初期段階において症状が現れない。これにより、病気を他人に感染させるリスクがより高くなる。本発明は、簡単に迅速に確実に性的感染症の病原体を検出する検査を提供することによりSTIを他人に感染させるリスクを減少させる。
本説明では、STI、STD、VD、性感染病原体(STP)という用語は置換可能に用いられ、これらは尿路感染(UTI)も含む。
STIを引き起こす可能性のある細菌やウィルス、寄生虫は、30種類を超える。細菌性のSTIにはクラミジア、淋菌、梅毒などがある。
文書化されていない、または研究の進んでいない細菌や原虫、菌類、ウィルスの種が数多く存在する。それにも関わらず、性交渉による病原菌の感染は、上記をはるかに超える。性交渉による感染経路は、通常の経路とはみなされず、かつ/または前記病原菌それ自体が疾患に関する大きな調査研究に含意されていないため、以下に示す病原体は、性感染症クリニックでスクリーニングすることはできない。
性感染することが知られている(が一般的にSTD/STIとは考えられない)病原菌には、マールブルグ熱やHTLV(タイプ1およびタイプ2)がある。
一つの実施形態において、本発明は、特定の時点において尿中に存在するおよび/または尿道を占拠する特定の病原体に関する。
現在好ましい実施形態において、前記病原体は細菌である。
他の実施形態において、前記病原体はグラム陰性菌である。
一つの実施形態において、前記細菌は、軟性下疳菌、クラミジア・トラコマティス、淋菌、クレブシエラ・グラニュロマティス、マイコプラズマ・ジェニタリウム、マイコプラズマ・ホミニス、梅毒トレポネーマ、ウレアプラズマ・パルバムからなる群から選択される。
他の実施形態において、前記細菌は、クラミジア・トラコマティス、淋菌、尿ベースの大腸菌、マイコプラズマ・ジェニタリウムからなる群から選択される。
・クラミジア
本発明の一つの実施形態において、前記性感染病原体は、クラミジア・トラコマティスである。
クラミジア感染は、人間における一般的な性的感染である。「クラミジア感染」という用語は、クラミジア科の細菌に属する特定の種によって引き起こされる感染を意味することもある。
クラミジア・トラコマティスは、人間の中にだけ発見される。クラミジアは、人間の性器と目に関する病気の感染における大きな要因となっている。
ほとんどの場合、クラミジア感染は無症状性であるため、長い間治療されずに放置される可能性がある。
クラミジア・トラコマティスは、人間のグラム陰性の偏性細胞病原体である。クラミジア・トラコマティス株は、主要な外膜タンパク質の抗原性変異に基づき、血清学上15の血清型に分類される。血清型A〜Cは、眼トラコーマを引き起こす眼病原体である。血清型D〜Kおよび性病性リンパ肉芽腫血清型L1〜L2は、生殖管の柱状上皮細胞に感染する性感染病原体である。
本発明の一つの実施形態において、前記性感染病原体は、血清型D〜Kおよび性病性リンパ肉芽腫血清型L1〜L2を有するクラミジア・トラコマティスである。
本発明は、感染を引き起こす前記血清学的株を検出することにより高精度の判定と診断、そしてそれに続く治療を可能にするものである。
本発明の他の実施形態において、前記性感染病原体は、クラミジア科に属する細菌である。
クラミジアは、女性の間に「密かに蔓延するもの」として知られている。クラミジアは、70%〜80%のケースで症状を発生させない可能性があり、発見されるまで何か月も何年も潜んでいることがある。本発明は、クラミジア菌に感染していることに気が付いておらず、従って医学的配慮を求めていない個人に、発見の手段を提供する。
・淋病
淋病は、淋菌感染症や、淋菌性尿道炎、淋毒(gonorrhoea、the clap)としても知られ、淋菌によって引き起こされる性的感染症である。
淋菌は、コーヒー豆の形をした、グラム陰性の双球菌と呼ばれる細菌である。
本発明の一つの実施形態において、前記性感染病原体は、淋菌である。
淋菌に対するPCRベースの検査の実施は、比較的高レベルの訓練と複雑な熱サイクルマシンを必要とするため、実験室の外で気軽に行うことのできるものではない。
しかし、上記の通り、本発明は、淋菌に感染していることに気が付いておらず、従って医学的配慮を求めていない個人に、淋病発見の手段を提供するものである。
しかし、淋病用の適切なプライマー・セットを選択することは簡単なことではない。検出に適したターゲット領域は、往々にして他の対象外のナイセリア種との交差反応を引き起こすことがある。このデータは実施例7に見ることができる。本実施例7においては、16S rRNA領域用に開発されたプライマー・セットが、ナイセリア・シネレア、ナイセリア・フラバ、髄膜炎菌(血清学的グループB)、髄膜炎菌(血清学的グループY)、ナイセリア・ラクタミカ、ナイセリア・ペルフラバ等の他のナイセリア種との交差反応(透視診断における偽陽性結果)を引き起こした。2086領域用に開発されたプライマー・セットは、尿中には滅多に発見されることのないナイセリア・ラクタミカとのみ交差反応を引き起こすが、それは口腔性交後の所定の時間枠においてのみであると推定される。
・尿ベースの大腸菌
本発明の一つの実施形態において、前記病原体は尿ベースの大腸菌である。
大腸菌は、温血器官(内温動物)のより低い腸によく発見される、グラム陰性で棒状の細菌である。腸管病原性大腸菌(enteropathogenic E. coli, EPEC)、志賀毒素産生大腸菌(STEC, Shigella/腸管侵入性大腸菌enteroinvasive E. coli, EIEC)、腸管凝集接着性大腸菌(enteroaggregative E. coli, EAEC)、分散接着性大腸菌(diffusely adherent E. coli, DAEC)、腸管毒素原性大腸菌(enterotoxigenic E. coli, ETEC)、および接着性侵入性大腸菌(adherent invasive E. coli, AIEC)は、病原性である。ただし、これらに限定されるものではない。
本発明の好ましい実施形態の目的は、感染を引き起こす大腸菌種を尿サンプルから検出することができることである。本発明は、上記大腸菌のいずれかによって引き起こされた尿路感染症(UTI)の種特異的な発生源を検出することができる。
老人および幼児に現れるUTIの兆候は、あいまいであるかまたは非特異的である。両種類の主な起因物質は大腸菌であるが、UTIはクラミジアや淋菌等の他の細菌によっても引き起こされる。
一つの実施形態において、本発明の方法は、尿路感染症が、大腸菌とクラミジア・トラコマティスと淋菌とのいずれ(の組み合わせ)によって引き起こされたものであるかを識別可能である。上記3つの尿路感染症の主要因の迅速な識別は、本発明の利点である。
・尿サンプル
ここで用いられる「サンプル」は、尿サンプル(尿サンプルから抽出されたサンプルを含む)、頸管内の標本、膣の標本、尿道の標本、および直腸の標本を含む。
また、サンプルという用語は、例えば、標本がその中に浸された緩衝液、緩衝液が加えられた尿サンプル等の、上記サンプルを希釈したものまたは中和したものを含む。
現在好ましい実施形態において、上記サンプルは尿サンプルである。
サンプルの採取は、医療専門家の介入なしに被験者自身で行うことができる。本発明の方法に対応して採取される尿サンプルは、様々な時点に採取可能であり、様々なサイズとすることができる。
前記サンプルは、一番通過尿(一番取り尿とも言う)から採取されることが好ましい。なぜなら、被験者から排出される尿におけるこの部分の尿は、中間の尿によって薄められておらず、尿道から得られる中で最も濃度の高い病原体を含んでいる可能性があるからである。
通常、最良のサンプルは朝一番に排出される尿である。なぜならそれはより多くの病原体または細菌を含んでいるからである。
前記サンプルは、新鮮なものかまたは冷凍したものとすることができる。
新鮮な尿については、一番取り尿を採取して速やかに用いることが好ましい。
または、それらを保存することもできるが、室温で2時間を超えないことが好ましい、または+4℃で24時間を超えないことが好ましい。
保存された尿サンプルは、ヌクレアーゼによるDNA分解を避けるために、10mMのEDTAを用いて事前になるべく早く処理することが好ましい。
または、サンプルを後で使用するために冷凍サンプルとして、−20℃以下で保存することもできる。
いくつかの実施形態において、尿道の標本サンプルや、膣の標本サンプル、頸管内の標本サンプルについても同様の結果が得られる。
・尿サンプルの希釈
ここに提供されるいくつかの例は、増幅工程において特異なポリメラーゼにターゲットを増幅させるために、尿サンプルの希釈が重要となる可能性があることを示す。
本発明が提供するデータによると、例えば、LAMP法におけるBsmポリメラーゼは、反応速度に影響を及ぼすことなく、従って感度に影響を及ぼすことなく、感度反応混合物における尿の20%まで優に耐えることができる。
図5Bに示されるように、少量(5〜10%)の尿は、純水と比較してポリメラーゼを活性化しさえする。これは、反応速度について、10%の尿が絶対適正であることを示唆している。15%を超える量の尿は、指数関数的に著しく重合反応を減少させ始める。提供されたデータを、TRが結果として得られる相対時間を表し、U%が尿中心量を表すときの検出力関数
にあてはめて外挿すると、尿濃度が50%を超えると反応時間が2時間を超えるという結果が得られる。これはポイント・オブ・ケア法への適用にもはや適さない値である。一般的に、ポイント・オブ・ケア法の適用・装置においては、1時間未満の応答時間が期待される。
尿濃度が高くなるにつれて、増幅反応時間も長くなるはずである。そうでないと、反応の対数期にまだ達していないかまたは反応の対数期がまだ終わっていないという事実のために感度の鈍化が発生し、検出するのに十分な反応産物(単位複製配列)が得られなくなるであろう。
例えば、所定の反応時間が25分で、尿の量が20%である場合、反応は十分なレベルには達しない。その場合、単位複製配列が得られず、それは陰性のサンプルであると誤って解釈され、その結果は感度全体に影響を及ぼす。従って、現在好ましい実施形態において、増幅は、希釈尿、好ましくは50%超希釈された尿、に耐えられるポリメラーゼによって提供される。
従って、本発明は、ターゲットとなる配列の増幅に先立ち緩衝液で50%超希釈された、例えば55%超希釈された、60%超希釈された、65%超希釈された、70%超希釈された、75%超希釈された、80%超希釈された、85%超希釈された、90%超希釈された、または95%超希釈された尿サンプルに関する。ただし、これらに限定されるものではない。
・増幅工程
ここに記載されるLAMP(ループ介在等温増幅)は、その簡便な操作性や1時間でごく少量の病原体遺伝物質を診断できる能力の故に、新規で、高い感度を有し、特異性のある診断ツールとして際立っている。
本発明のLAMP法は、広く用いられているPCR法に対していくつかの利点を有する。
本発明のLAMP法は、定温(典型的には55〜65℃)で実行され、サーマルサイクラーを要さない。実施例に示されているように、典型的な温度は、55〜65℃や58〜63℃のように60℃付近である。いくつかの実施形態において、前記温度は、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃および/または65℃である。
本発明のLAMP法は、4〜6種類のプライマー(innerプライマー2種類、outerプライマー2種類および/または追加のループ・プライマー2種類)と、ターゲットとなる遺伝子配列上の6つの明瞭な領域を識別するために鎖置換能を有するポリメラーゼとを用いる。これにより、ループ領域を含む増幅産物が生成され、温度変性を伴わないプライマーの結合が可能となる。ループ・プライマーを追加することにより、増幅は著しく加速され、それにより感度は高まり、反応時間は短縮される。
本発明のLAMP反応の終了時点におけるDNA生産物の量は、PCR法におけるそれよりはるかに多く、また、サイバーグリーン、臭化エチジウム、ピコグリーン、ヨウ化プロピジウム、ヒドロキシナフトールブルーなどのDNA結合色素またはカルセインを用いることにより簡単に視覚化することができる。
選択されるプライマーによっては、DNAばかりでなく、RNAも増幅することができる。従って、本発明では、抗原に特有のRNAでさえもターゲットにすることが可能である。
・ポリメラーゼ
本発明のLAMP法は、高い温度(通常55〜65℃の間)を用いるため、好熱性DNAポリメラーゼが必要とされる。これらのポリメラーゼは強い鎖置換能を有していなければならない。これらのポリメラーゼはPCR法での使用には適していない。熱安定性DNAポリメラーゼの全てが尿分析に適しているわけではない。
尿分析においては、尿マトリックス効果による活性喪失が最小限であるポリメラーゼを用いることが重要である。図9は、様々な種類のポリメラーゼ間の尿耐性の比較を示している。特に、OmiAmpポリメラーゼ、Tinポリメラーゼ、SDポリメラーゼは、低レベルの尿で活性を完全に喪失してしまう。本研究における他のポリメラーゼは、10%以上の尿レベルで著しく活性を喪失し始める。Bsmポリメラーゼが最も高い尿耐性を有する。
本発明家らは数多くのポリメラーゼを再検討した。図5AにBstポリメラーゼの尿耐性を示し、図5BにBsmポリメラーゼの耐性を示す。
少量の尿はBsmポリメラーゼの活性を強めさえするため、Bsmポリメラーゼは尿分析に非常に適している。
本発明の現在好ましい実施形態において、LAMP法に用いられるポリメラーゼはBsmポリメラーゼである。この場合、Bsmポリメラーゼは、5’→3’DNA合成に触媒作用を及ぼし、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性および3’→5’エキソヌクレアーゼ活性に欠けていて、バチルス・スミシイに属するDNAポリメラーゼである。
他の実施形態において、Bsmポリメラーゼは、Bsmポリメラーゼ・ラージフラグメントである。この場合、Bsmポリメラーゼ・ラージフラグメントは、5’→3’DNA合成に触媒作用を及ぼし、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性および3’→5’エキソヌクレアーゼ活性に欠けていて、バチルス・スミシイに属するDNAポリメラーゼの一部である。Bsmポリメラーゼ・ラージフラグメントは、強い鎖置換能を有しており、30℃〜63℃という広い温度範囲で活発であり、最適な活性は60℃である。Bsmポリメラーゼ・ラージフラグメントは、Bstポリメラーゼ・ラージフラグメントと機能的に類似した酵素であり、ほとんどの適用においてそれと置換可能である。
・抗菌ペプチド
抗菌ペプチド(AMP)は、独特かつ多様な分子群であり、アミノ酸組成および構造に基づいて亜群に分けられる。現在、ネブラスカ大学医療センターの抗菌ペプチドデータベースには、合成由来および天然由来の、様々な器官から分離された2500を超えるAMPの説明が入っている。
本発明の抗菌ペプチドの重要な特徴は、病原体から核酸を放出させ、サンプル・マトリックスによって引き起こされる抑制効果を抑圧する能力である。通常そのようなペプチドは、細胞膜を破壊し、溶解を引き起こす。この放出により、細菌または病原体の存在のよりよくより簡単な検出が可能になる。ほとんどのペプチドにおける効率的な溶解濃度は5〜100μMの範囲内にある。しかし、前記効率的な溶解濃度は、ペプチドおよびターゲットとなる病原体に対応して高くなっても低くなってもよい。
本発明の例に示されるように、抗菌ペプチドを用いた尿サンプルの前処理により、熱およびアルカリによるサンプルの準備に比べて6倍増量のターゲットDNAが得られた(図6)。従って、本発明の新しいサンプル前処理法は、方法をPOCに適応させるために必要な下流増幅アプリケーションによく適している。
高濃度のペプチドの使用により、例えば純水(MQ)などの理想とする条件と比較し、ある程度まで増幅反応が抑制される(図8)。これはペプチドの使用に伴う欠点である。しかし、全てのペプチドが等しい効果を有しているわけではない。現在のペプチドの選択の中で、セクロピンP1は最も低い抑制効果を有しているため、ここに記載されるアプリケーションに対して最も高い潜在可能性を有する。正しい使用濃度は、サンプル・マトリックス効果を考慮に入れて平衡を保つ必要がある。図6に示されるように、尿サンプル型、特にセクロピンP1は、純尿サンプルに比較して増強効果さえも有する。この効果は、ペプチドの第2の性質である反抑制効果によって説明がつく。即ち、溶解効果に加え、ペプチドは、本物のサンプルにおいて、抑制物質を中和している。
ペプチドの中にはLAMP反応などの下流アプリケーションに対する抑制効果を持つものも存在するため、本発明家は、高すぎるペプチド濃度を用いないことを推奨する。従って、現在好ましい実施形態において、AMP濃度は、希釈されていない尿サンプルにおいて1〜100μMの抗菌ペプチドの範囲内にあり、例えば、1〜90μMの抗菌ペプチド、10〜80μMの抗菌ペプチド、15〜50μMの抗菌ペプチド、20〜40μMの抗菌ペプチド、および/または30〜40μMの抗菌ペプチドの範囲内にある。ただし、これらに限定されるものではない。
ほとんどのAMPは、膜活性特性を有しており、細孔のような構造を形成して膜を浸透性にするもの(マストポラン、メリチン、ボンボリチン、マガイニン)またはカーペットモデルの中で活動して微生物膜を破壊するもの(セクロピン)などがある。
マガイニンは、トロイド状の細孔を形成することにより細胞膜を透過性にすると考えられる。推奨されるセクロピンの活性構造には、静電吸着によるペプチドの初期結合が含まれる。これらのAMPは、細孔を形成する細胞膜の脂質部分と相互作用することが示唆される。
一つの実施形態において、本発明はリニアカチオン性αヘリックス・ペプチドを有するAMPに関する。
他の実施形態において、本発明はシステインを欠くAMPに関する。
本発明の方法で用いられる抗菌ペプチドは、天然抗菌ペプチドまたは合成抗菌ペプチドである。
一つの実施形態において、本発明の抗菌ペプチドは、セクロピン、マストポラン、マガイニン、メリチン、およびボンボリチンからなる群から選択される。
一つの実施形態において、前記抗菌ペプチドは、マストポラン、マガイニン、メリチン、およびボンボリチンからなる群から選択される。
現在好ましい実施形態において、前記抗菌ペプチドは、セクロピンである。関連性のある溶解効果を示す他のペプチドもあるものの(図4、AMP5.02はセクロピンP1を表す)、図6に示されるように、それらはLAMP反応に対する著しい抑制効果も有する。
・セクロピン
セクロピンは、グラム陽性の細菌とグラム陰性の細菌の両方に対して活発な、典型的には約31〜37のアミノ酸残基の小さなタンパク質である。
セクロピアサン(Hyalophora cecropia:セクロピア蛾)以外の昆虫から分離されたセクロピアには、bactericidin, lepidopteran, sarcotoxin等の様々な名前が付けられている。これらのペプチドは全て構造的に関連性を有する。
Sus scrofa(豚)から分離される腸抗菌ペプチドであるセクロピンP1もまた、この科に属する。
セクロピン科はセクロピンAおよびセクロピンBも含む。
セクロピンは、膜透過性の損傷を通して幅広い種類の細菌に対する抗菌活性を有する。
本発明の一つの実施形態において、セクロピンは、変更が加えられたものであってもよく、または派生物であってもよい。
一つの現在好ましい実施形態において、AMPはセクロピンである。
本発明家らは、2種類の抗菌ペプチドセクロピン(P1およびSB−37)について検査を行い、それらの両方においてDNAレベルは著しく増加した。SB−37はターゲットとなるDNAに対して平均で2倍の増加が得られた。セクロピンB類似体SB−37のペプチド配列は、
MPKWKVFKKIEKVGRNIRNGIVKAGPAIAVLGEAKALG
である。
セクロピンP1は、全ての検査処理の中で最も効率がよく、等温増幅法で生成されるDNAにおいて平均で6倍の増加が得られた。従って、一つの特に好ましい実施形態において、前記セクロピンは、セクロピンP1である。セクロピンP1のペプチド配列は、
SWLSKTAKKLENSAKKRISEGIAIAIQGGPR
である。
他の抗菌ペプチドを用いたサンプル前処理では、等温増幅効率における著しい増加は見られなかったものの、まだ有効性は示している。等温増幅効率における増加の欠如は、メリチンおよびボンボリチンIIIにおける非効率的な溶解、またはマガイニングループのペプチド(MSI−78およびMSI−584)における増幅の抑制に帰することができると思われる。
配列番号1
MPKWKVFKKIEKVGRNIRNGIVKAGPAIAVLGEAKALG
セクロピア蛾
セクロピンSB37
配列番号2
SWLSKTAKKLENSAKKRISEGIAIAIQGGPR
豚回虫
セクロピンP1
・メリチン
メリチンは、ミツバチ毒の主要なペプチド成分である。それは哺乳類の細胞に対する強力な溶血性活性および細胞溶解活性を示すだけでなく、広範な抗菌特性、抗真菌特性、抗ウィルス特性、および抗原虫特性を備えている。
メリチンは、細孔構造を形成する細胞膜の中に入り込み、細胞の浸透性の深刻な損傷と、それに続く細胞死をもたらす。
一つの実施形態において、前記AMPはメリチンである。
・ボンボリチン
ボンボリチンは、ミツバチ毒に含まれる最も豊富な成分であり、その構造および生物学的特性をメリチンと共有している。ボンボリチンは、グラム陽性の細菌とグラム陰性の細菌に対して広範囲な活性を有するとともに、植物病原性真菌、赤血球、顆粒細胞およびリポソームに対しても広範囲な活性を有する。
一つの実施形態において、前記AMPはボンボリチンである。
・マガイニン
マガイニンは、当初、アフリカツメガエルというカエルの皮膚から分離された。マガイニン類似体MSI−78およびMSI594は、従来の抗生物質に耐性を有する菌株を含む数多くの細菌菌株に対して活発な、非常に強力なAMPである。
一つの実施形態において、前記AMPはマガイニンである。
・溶解混合物(カクテル)
(処理済み)尿の中に、以下に示す範囲で開発溶解混合物(カクテル)が含まれたものを用いる:
0.5〜5μMのAMP(セクロピンP1など)
5〜50mMのEDTA
0.1〜10%の非イオン性界面活性剤
前記溶解カクテルは、グラム陰性の細菌(特にクラミジア・トラコマティスおよび淋菌)を溶解する抗菌ペプチド(好ましくはセクロピンP1)と、エンドヌクレアーゼの抑制のために重要なEDTAと、哺乳類の宿主細胞の溶解のために重要な、特に細胞内寄生であるクラミジア・トラコマティスの溶解のために重要な非イオン性界面活性剤とからなる。前記例において、本発明家はTriton X-100を用いた。しかし、親水性のポリエチレンオキシド鎖と、芳香族炭化水素親油性グループまたは芳香族炭化水素親水性グループとを有する他の非イオン性界面活性剤でもよい。
上記の濃度は、本発明の希釈尿サンプルについて計算されたものである。
各成分の濃度は、サンプルタイプおよび希釈率ごとに変更することで平衡を保つことができる。例えば、細胞物質の接触が高いサンプルでは、高い溶解率と抑制抑圧成分とが必要であり、従って、高い希釈率が必要となる可能性がある。
・核酸精製
本発明の方法は、核酸精製を必要としない。ここに開示される方法が、増幅に先立つ精製や臨床サンプルからのDNAの抽出を必要としないという事実により、専用装置は不要になる。これにより、全体の手順は、著しく労力が省かれ、時間が節約され、その結果早期の検出および同定を低コストで行うことが可能になる。
従って、本発明の一つの実施形態において、核酸精製は実施されない。
しかし、ろ過または濃度の増加は、簡単な手段で行うことができ、所定の実施形態において、ろ過または濃度の増加は感度の増加に関わっている。そのような実施形態では、ターゲットとなるDNAの量の事前濃縮を介して感度が高められるため、アッセイLOD(limit of detection:検出限界)未満のDNAを有するサンプルが検出され、偽陰性とは判定されない。
・プライマー
本発明の方法に用いられるプライマーは、検査対象の細菌に特異的な種となるように設計される。プライマーは、例えば、どのような結果が望まれるかに応じて、細菌の種または属に特異的なものとすることができる。
一つの実施形態において、プライマーは、クラミジア属に特異的な核酸を検出するように設計される。
他の実施形態において、プライマーは、クラミジア・トラコマティス種に特異的な核酸を検出するように設計される。
現在好ましい実施形態において、クラミジア・トラコマティス・プライマーは、表S1に列挙されたLAMPプライマーである。
一つの実施形態において、プライマーは、表1〜3に示される淋菌に特異的な核酸を検出するように設計される。
さらなる実施形態において、プライマーは、大腸に特異的な核酸を検出するように設計される。
また、多病原体プライマー・セットを用いる同じサンプルにおいて、数種類の細菌を同時に検出することも可能である。この場合、前記アッセイは多重アッセイである。
プライマー・セットの中には、事前の増幅を行うことなしにラテラルフロー・ストリップに非特異的シグナルを付与することができるものもある(おそらくはヘテロ二量体の形成の故に)。これらのプライマー・セットは、ラテラルフロー・ストリップの検出が増幅の後に行われる場合には、使用を避ける必要がある。
本発明の現在好ましいプライマーは以下の通りである。
配列番号5
AATATCATCTTTGCGGTTGC
クラミジア・トラコマティス
CT・LAMPプライマーF3
配列番号6
TCTACAAGAGTACATCGGTCA
クラミジア・トラコマティス
CT・LAMPプライマーB3
配列番号7
TCGAGCAACCGCTGTGACGACCTTCATTATGTCGGAGTC
クラミジア・トラコマティス
CT・LAMPプライマーFIP
配列番号8
GCAGCTTGTAGTCCTGCTTGAGTCTTCGTAACTCGCTCC
クラミジア・トラコマティス
CT・LAMPプライマーBIP
配列番号9
TACAAACGCCTAGGGTGC
クラミジア・トラコマティス
CT・LAMPプライマーLF
配列番号10
CGGGCGATTTGCCTTAAC
クラミジア・トラコマティス
CT・LAMPプライマーLB
配列番号11
GCTCTGACTCCATTATCCTATG
淋菌
NG・LAMPプライマー2086 LD39 F3
配列番号12
GCATTCAGACGTGCTTCTA
淋菌
NG・LAMPプライマー2086 LD39 B3
配列番号13
TTGCCGCCTAAGGTTCCGAGCTATGGCATTAGGATTGTC
淋菌
NG・LAMPプライマー2086 LD39 FIP
配列番号14
TGGAACGAGCCAAGGTGTTCTCTTGCATCAACTGTTCCAT
淋菌
NG・LAMPプライマー2086 LD39 BIP
配列番号15
GCGGTCATTGACGAAATGG
淋菌
NG・LAMPプライマー2086 LD39 LF
配列番号16
GGCTACAAGTGATAAGGTGCT
淋菌
NG・LAMPプライマー2086 LD39 LB
配列番号17
AATCAAGAATACCGCCTCAC
淋菌
NG・LAMPプライマー1430 LD31 F3
配列番号18
AGTTCTACGAACACTTGCTG
淋菌
NG・LAMPプライマー1430 LD31 B3
配列番号19
TTGGAGATGTGGCGTTCGGACGACATCAACAACGACC
淋菌
NG・LAMPプライマー1430 LD31 FIP
配列番号20
CGGAAGCAGGCGTCATCAGTTGTTTGGTCGCAAGGA
淋菌
NG・LAMPプライマー1430 LD31 BIP
配列番号21
TGTCCAATGCGTCGTTGA
淋菌
NG・LAMPプライマー1430 LD31 LF
配列番号22
CGCCATGCCGACAATTAC
淋菌
NG・LAMPプライマー1430 LD31 LB
配列番号23
GACGTCAAGTCCTCATGG
淋菌
NG・LAMPプライマー16S id07 F3
配列番号24
CGGTTACCCTACCTACTTCT
淋菌
NG・LAMPプライマー16S id07 B3
配列番号25
TTGTGAGATTGGCTCCGCTCTCACACGTCATACAATGGTC
淋菌
NG・LAMPプライマー16S id07 FIP
配列番号26
TCGAGTGCATGAAGTCGGAATCGAACGTATTCACCGCAGT
淋菌
NG・LAMPプライマー16S id07 BIP
配列番号27
GCTTGGCTACCCTCTGTAC
淋菌
NG・LAMPプライマー16S id07 LF
配列番号28
CTAGTAATCGCAGGTCAGCAT
淋菌
NG・LAMPプライマー16S id07 LB
・プライマー変異
特異的ターゲット領域に加え、増幅用の適切なプライマーを設計するためには、いくつかの重要な要素がある。各領域のTmは、F1cおよびB1cに対しては65℃(64〜66℃)となるように、F2、B2,F3、B3に対しては60℃(59〜61℃)となるように、ループ・プライマーに対しては65℃(64〜66℃)となるように設計される。
プライマーの末端は、DNA合成の開始点としての役割を果たすため、ある程度の安定性がなければならない。F2/B2、F3/B3、LF/LBの3’末端とF1c/B1cの5’末端とは、自由エネルギーが−4kcal/mol以下となるように設計される。増幅後のF1cの5’末端は、F1の3’末端に対応する。安定性が重要である。
プライマーは、GC含有量が約40%から65%の間になるように設計される。特にInnerプライマーについては、プライマーが2次的な構造を形成しないように設計されることが重要である。
プライマーは、F2末端とB2末端との間(LAMP法で増幅された領域)の距離が120塩基と160塩基の間になるように設計される。また、プライマーは、F2の5’末端とF1の5’末端との間(ループを形成する部分)の距離が40塩基と60塩基の間になるように設計される。また、プライマーは、F2とF3の距離が0塩基と60塩基の間になるように設計される。
プライマーは、それらがプライマーダイマーを形成しないように設計される。ここで、プライマーダイマーは、増幅効率の低下および/または検出手順や視覚化手順における偽陽性シグナルを生じさせるものである。
本発明においては、上記プライマーのターゲット領域は以下の通りである。
クラミジア・トラコマティス・プラスミドのCDS2領域
淋菌のゲノム領域16S rRNAおよび仮定上のタンパク質領域2086、1430
従って、一つの実施形態において、本発明は、サンプルにおける例えばクラミジアおよび/または淋病などの性的感染症の発見用のプライマーであって、配列番号5〜28を含む群から選択された複数のヌクレオチド配列のいずれかをコードする核酸分子、またはその一部、または前記配列番号5〜28と少なくとも90%の配列同一性を有する核酸を含むプライマーに関する。ただし、これらに限定されるものではない。
・検出工程
・ラテラルフロー・ストリップ
ラテラルフロー・ストリップは、高価な専用機器を必要とせず、サンプル(マトリックス)におけるターゲットとなる検体の存在(または不在)を検出するための簡単な装置である。
通常、これらの検査は、家庭検査や、ポイント・オブ・ケア検査、実験室での使用のための医療診断のために用いられる。広く行き渡り、よく知られたアプリケーションは家庭妊娠検査である。
この技術は、多孔性紙や高分子焼結体などの一連の毛細血管床に基づいている。これらの要素のそれぞれは、自発的に流体(例えば尿)を輸送する能力を持っている。第1の要素(サンプルパッド)は、スポンジのような役割を果たし、過剰なサンプル流体を保持する。一度浸されると、前記流体は、製造者によっていわゆる複合体が格納された第2の要素(コンジュゲートパッド)に移動する。ここで、前記複合体とは、ターゲットとなる分子と粒子の表面上に固定された当該分子の化学的パートナーとの間の最適化化学反応を保証する全てのものを含んでいる塩−砂糖マトリックスにおける生物学的に活性な粒子(下記を参照のこと)の乾燥した形態である。
前記サンプル流体は前記塩−砂糖マトリックスを溶解させるが、それはまた前記粒子をも溶解させる。そして一緒に輸送され多孔構造の中を流れる間に、前記サンプルと前記複合体とは混ざり合う。
このように、前記検体は、さらに第3の毛細血管床を移動する間に前記粒子に結合する。この物体は、製造者によって第3の分子が固定された一以上の領域(よくストライプと呼ばれる)を有する。前記サンプルと複合体との混合物がこれらのストリップに到達するまでに、検体は粒子上に結合し、前記第3の「捕捉」分子は前記合成物を化学結合させる。しばらくしてかなりの量の流体が前記ストライプを通過した後に、複数の粒子が蓄積し、通常前記ストライプ領域の色が変わる。
通常、少なくとも2種類のストライプが存在する。その一つ(コントロール)は、どんな粒子も捕捉することにより、反応条件および技術が良好に機能したことを示すストライプであり、第2のストライプは、特異的捕捉分子を含み、検体分子が固定された粒子のみを捕捉する。これらの反応ゾーンを通過した後に、前記流体は、最後の多孔物体であり単に廃棄物容器として機能するウィックの中に入る。ラテラルフロー検査は、競合的アッセイまたはサンドイッチ・アッセイとして動作することが可能である。
一つの実施形態において、LAMP反応はラテラルフロー・ストリップで分析される。これらのストリップは、「yes」または「no」の答えを目的とした定性的シグナル発生に用いられる。多くのポイント・オブ・ケア迅速検査装置には、妊娠検査、麻薬乱用検査、アレルギー検査等に広く用いられているラテラルフロー塩基や、例えば金のナノ粒子を用いたプラズモンシグナル増強が用いられている。
ラテラルフロー・ストリップ・ベースのシグナル視覚化およびシグナル増強は、コスト面で有益であり、ポイント・オブ・ケア装置に適用可能な簡単な光読み出しを形成するための最も安い解決法である。
単位複製配列およびシグナル視覚化のためにラテラルフロー・ストリップを用いる際には、サンプル・マトリックスに由来するものも含んだ上流成分は、ラテラルフロー上の結合反応を抑制するものではないということを頭の中に入れておく必要がある。また、これには通常、ラテラルフロー緩衝材と、接合された必要な金のナノ粒子の量との間の平衡を保つことが必要とされる。成分間の平衡がうまく保たれない場合、シグナル損失および非特異的シグナルが発生する。従って、ラテラルフロー・ストリップ・ベースのシグナル視覚化を用いたポイント・オブ・ケアを提供することができる。
ラテラルフロー・ストリップで増幅産物を検出するために、FAM、ビオチン、DIG等様々な種類のハプテンを用いてプライマーをラベリングすることができる。また、様々な種類のハプテンの組み合わせを用いることで、多生産物検出(一度に数種類の病原体を検出する多重反応)が実現される。
・アッセイ時間
本発明の一つの実施形態において、合計アッセイ時間は60分未満である。アッセイ応答時間は、アッセイを強化するものと抑制するものとの間の平衡の保ち具合により決定される。とりわけ、全ての成分の最適な濃度の平衡を保つことが重要である。プロセスは本来ダイナミックな原理に従う。濃度が低過ぎると効果が出ず、濃度が高過ぎると全体のプロセスが抑圧・抑制され、アッセイが失敗に終わる。従って、本発明では、アッセイ応答時間が60分を超えないように、それぞれの成分の平衡が保たれる。これは申請者による市場分析から得られたユーザーが指定するベンチマークである。かかるポイント・オブ・ケア装置のユーザーは60分未満の応答時間を期待しているということが報告されている。ただし、もちろん、より長いアッセイ時間も可能である。
現在好ましい実施形態において、前記アッセイ時間は以下に示すステップにおいて分割される。
サンプル前処理時間(ペプチド使用)―――通常1〜15分、または少なくとも効率的な溶解および核酸の分離を行うのに十分な時間。
増幅時間―――通常21〜40分;これより少ない時間では、低いテンプレート濃度で増幅は検出されないであろう;これより多い時間では、非特異的増幅シグナル(偽陽性)が得られる可能性がある。
検出時間―――通常2〜5分、ラテラルフロー・ストリップによって決まる(LFシグナルの読み出しが早すぎた場合には偽陰性で、LFシグナルの読み出しが遅すぎた場合には偽陽性)。
当業者であれば理解するものと思われるが、アッセイ時間は変化する可能性があり、上記の分割は主として個々のステップ間の配分を示すためのものである。用いられる成分によって個々のステップが長くなったり短くなったりする。重要なことは、アッセイ全体の応答時間が、大局的なポイント・オブ・ケア装置のユーザーが期待する合理的な時間を超えてはならないということである。本発明では、これは好ましくは60分未満に制限される。
・感染尤度
本発明の方法で検出されるシグナルは、特異的病原体への感染を示すための所定の値に対応付けられる。
かかる所定の値は、ROC曲線特性を含む多数のパラメーターや、用いられる染料や例えば検出されるべき細菌によって決まる特異的設定の値によって決めることが可能である。
本発明の他の実施形態において、前記シグナルは、感染尤度を示すための標準値や、感染が急性期の段階にあるのかまたは(慢性)潜伏期の段階にあるのかを示すための標準値、連続的感染の影響を示すための標準値と対応付けられる。このことは、文献にも記載されている(「Correlating Chlamydia trachomatis infectious load with urogenital ecological success and disease pathogenesis(クラミジア・トラコマティス感染の遺伝荷重と尿生殖器の生態学的成功および発症との対応付け)」、Joao P. Gomes、Maria J. Borrego、Berna Atik、Irene Santo、Jacinta Azevedo、Armando Brito de Sa、Paulo Nogueira、Deborah Dean、Microbes and Infection 8 (2006) 16−26)。
・定量的シグナル
定量的シグナルは、サンプル内に存在する細菌の量やレベル、数を示す。定量的ポリメラーゼ連鎖反応と同様、例えば蛍光染料を付加することにより、定量的LAMP(qLAMP)法における反応生成物の形成を、リアルタイムで定量的に監視することができる。
これらの種類のシグナルは、感染の重症度を評価する上で非常に重要となる可能性がある。
従って、本発明の一つの実施形態において、前記方法は、核酸の存在用の定量的シグナルまたは絶対シグナルを含む。
・絶対シグナル
絶対シグナルは、選択された核酸の存在を検出する「onまたはoff」シグナルである。従って、絶対シグナルの検出は病原体の存在を示す。
通常これらの種類のシグナルは、上記の通り、所定の値またはROC曲線のような標準値に対応付けられる。
・感度および特異性
本発明の一つの実施形態において、前記感度は、70%よりも高い。
一つの実施形態において、前記感度は、取扱説明書に規定されている標準設定のCobasR4800 CT/NG検査(Roche)と比較して計算される。アッセイ内で用いられるサンプルの体積を増大することにより、またはサンプル濃縮技術を用いることにより感度は高められる。NAAT法は非常に特異的であるため、全体の特異性は100%に近いが、失敗の可能性を考慮に入れると95〜100%となる。
特定の診断検査の感度は、当該検査によって正しく認識されたまたは診断された、陽性反応の個人の比率を定義する。例えば、特定の状態にある全ての個人が陽性であるとき、前記感度は100%である。特定のスクリーニング検査の特異性は、当該検査によって正しく認識されたまたは診断された、前記の状態にない個人の比率を反映する。例えば、100%の特異性は、前記の状態にない全ての個人に陰性の検査結果が出た場合である。
感度は、本発明の記載方法によって正しく認識された(例えば、陽性のLAMP検査結果が出た)、特定の状態(例えば、活動性感染症)にある個人の比率、と定義される。
ここでの特異性は、本発明の記載方法によって正しく認識された(例えば、陰性の検査結果が出た)、前記の状態(例えば、活動性感染症)にない個人の比率、と定義される。
・受信者動作特性
診断検査の精度は、受信者動作特性(ROC)によって最もよく示される(特にZweig, M. H., and Campbell, G., Clin. Chem. 39 (1993) 561-577を参照のこと)。ROCグラフは、観察された全範囲のデータに対して判定閾値を連続的に変化させることで得られる感度/特異性の組の全てのプロットである。
診断検査の臨床成績は、その診断精度、即ち被験者を臨床的に関係のある亜群に正確に分類する能力に依存する。診断精度は、調査対象の被験者の2種類の状態を正確に区別する検査の能力を測定する。かかる状態は、例えば健康および疾患、潜伏期の感染や最近の感染対非感染、または良性対悪性の病気である。
それぞれの場合において、ROCプロットは、判定閾値の完全範囲について感度対1−特異度をプロットすることにより、2つの分布間での重複を示す。y軸は、感度即ち真の陽性率[(真陽性検査結果の数)(真陽性の数+偽陰性数検査結果の数]として定義される]である。また、これは疾患または状態の存在の陽性とも呼ばれている。これは罹患亜群からのみ計算される。x軸は、偽陽性率、即ち1−特異度[(偽陽性結果の数)/(真陰性の数+偽陽性結果の数]として定義される]である。それは特異性の指標であり、非罹患亜群から全体的に計算される。
真陽性率と偽陽性率は、2種類の亜群の検査結果に基づいて全体的に別々に計算されるため、ROCプロットは、サンプルにおける疾患の罹患とは独立している。ROCプロット上の各点は、特定の判定閾値に対応する感度/特異性対を表す。
完全な区別を有する検査(2つの分布結果における重複はない)は、真陽性率が1.0即ち100%であり(完全感度)、偽陽性率が0である(完全特異性)場合に左上隅を通過するROCプロットを有する。区別のない(2つの群の同じ分布結果)検査の理論上のプロットは、左下隅から右上隅への45°の対角線である。ほとんどのプロットはこれら2つの両端に入る。(ROCプロットが完全に45度対角線の下に位置するときは、「陽性」の尺度を「より大きい」から「より小さい」またはその逆に変更することで、容易に修正することができる。)定性的にプロットが左上隅に近づくほど、検査の全体精度は高くなる。
実験室検査の診断精度を定量化するための簡便な目標は1つの数でその結果を表すことである。最も一般的な世界的基準はROCプロット下面積(AUC)である。約束ごとで、この面積は常に0.5以上である(0.5以上でない場合、そうなるように判定規則を逆転し得る)。値は1.0(2つの群の検査値の完全な分離)〜0.5(2つの群の検査値間での分布差が明白でない)である。面積は、対角線に最も近い点または90%特異性での感度のようなプロットの特定の部分だけではなく、プロット全体にも依存する。これは、ROCプロットが完全なプロット(面積=1.0)にどれだけ近いかを定量的に記述する表現である。
本発明の臨床的利便性は、特定の感染症に対する他の診断ツールとの比較および組み合わせによって評価することができる。
クラミジアおよび/または淋病への感染の場合、本発明の臨床的利便性は、例えばCobasR4800 CT/NG検査(Roche)や他の比較可能なゴールドスタンダードPCR法などの、確立された診断ツールとの比較によって評価することができる。実施例1および6を参照のこと。実施例1および6では、臨床サンプルに対する本発明の発明アッセイが、参考方法としてのCobasR4800 CT/NG検査と比較され、特定の感度値が結果として得られている。
従って、本発明の好ましい実施形態の目的は、以下に述べる方法を提供することである。即ち、
人が性的感染症の病原体に遭遇したか否かを検出する方法であって、
a)前記ヒトの尿サンプルにおけるLAMP法増幅産物のレベルを判定することと、
b)健康人集団から得られた前記LAMP法増幅産物のレベルのパーセンタイル・プロットを構築することと、
c)前記健康人集団において判定されたLAMP法増幅産物のレベルと、問題となっている前記性的感染症の病原体と診断された集団において判定された前記LAMP法増幅産物のレベルとに基づきROC(受信者動作特性)曲線を構築することと、
d)所望の特異性を選択することと、
e)前記ROC曲線から、前記所望の特異性に対応する前記感度を判定することと、
f)前記パーセンタイル・プロットから、前記判定された感度に対応する前記LAMP法増幅産物のレベルを判定することと、
g)前記サンプルにおける前記LAMP法増幅産物のレベルが前記判定された特異性に対応する前記LAMP法増幅産物のレベルと等しいかまたはそれより高いとき、前記個人が性的感染症の病原体を保有していると予測し、前記サンプルにおける前記LAMP法増幅産物のレベルが前記判定された特異性に対応する前記LAMP法増幅産物のレベルより低いとき、前記個人が性的感染症の病原体を保有している可能性が低いかまたは保有していないと予測する方法。
本発明に係る前記方法の前記特異性は、70%から100%、さらに好ましくは80%から100%、さらに好ましくは90%から100%であってよい。従って、本発明の一つの実施形態において、本発明の前記特異性は、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、または100%である。
本発明に係る前記方法の前記感度は、60%から100%、好ましくは70%から100%、さらに好ましくは80%から100%、さらに好ましくは90%から100%であってよい。
従って、本発明の一つの実施形態において、本発明の前記感度は、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、または100%である。
前記LAMP法増幅産物のレベルは、一組の基準データまたはカットオフ値などの基準値と比較され、前記被験者の例えば感染の危険性または可能性が高いか否かが判定される。
検出の効率を高めるために、前記LAMP法増幅産物が一組の基準データと比較され、前記被験者が感染している可能性が高いか否かまたは例えば感染が成長している危険性が高いか否かが判定されてもよい。
検出の効率を高めるために、前記LAMP法増幅産物が一組の基準データと比較され、前記被験者が感染している可能性が高いか否かまたは例えば感染または病気が成長している危険性が高いか否かが判定されてもよい。
前記被験者において例えば感染が成長している危険性が高いか否かを判定するためには、カットオフを確立する必要がある。このカットオフは、前記ラテラルフロー・ストリップや、医師、又は個別に各被験者によって確立され得る。
他の方法として、陰性対照群((例えば、非感染、感染されておらず健康、感染されていない患者) +/− 一以上の標準偏差または標準偏差から導き出された値)の平均、中央値、または幾何平均をカット点として定めることができる。
・リスク評価
カットオフ点は、罹患の危険性、職業、地理上の住居または露出等の被験者の特異的条件に基づいて変動し得る。ただし、これらに限定されるものではない。
カットオフ点は、以下に限定されるものではないが、年齢、性別、遺伝的背景(即ち、HLAタイプ)、後天的または遺伝による免疫機能低下(例えば、HIV感染、糖尿病、腎不全または肝不全患者、以下に限定されるものではないがコルチコステロイド剤や化学療法、TNF−α遮断薬、有糸分裂阻害薬等の免疫修飾薬で治療中の患者)に基づいて変動し得る。
判定や限界の調整を行うことにより、感染していた場合にその感染を検出する検査感度を決定したり、この限界を下回っている場合に感染や疾患を除外することのできる特異性を決定することができるであろう。その原理は、前記カットオフ点を超える値は高い危険性を示し、前記カットオフ点未満の値は低い危険性を示すということである。
・カットオフ・レベル
一般的に当業者には理解可能と思われることであるが、本発明の方法は比較による意思決定の過程である。どのような意思決定の過程であれ、関心のある疾患や状態を有する被験者および/または関心のある疾患や感染、状態を有さない被験者に基づく基準値が必要である。
カットオフ・レベル(またはカットオフ点)は、さらなる診断検査を受ける必要のある被験者の数や、例えば感染を保有するおよび/またはさらなる診断検査を受ける必要のある被験者の全てに感染させる危険性の平均値、潜在的特異的危険性が(スクリーニング機関または個々の被験者が定義する)400につき1または1:250などの特定の患者危険レベルを超えている被験者はさらなる診断検査を受けなければならないという決定、または当業者に知られている他の基準を含む、いくつかの基準に基づいたものとすることができる。
カットオフ・レベルは、検査を受けた個人の群などのいくつかの基準に基づいて調整することができる。ただし、これらに限定されるものではない。例えば、カットオフ・レベルは、免疫不全患者や活動性疾患に発展する危険性の高い患者においては低く設定することができ、活動性疾患に発展する危険性の低い他の健康な個人の群においては高く設定することができる。
識別値は、健康人対照集団および公知の感染を有する集団の両方におけるパラメーターを計測することにより決定された値である。そのように決定された前記識別値は、前記パラメーター値と、前記健康人対照集団と感染患者集団の公知の臨床データとの間の関係性の分析に基づき、所定の特異性又は感度を有する感染集団を識別する。それは、ここに挙げた例に関する詳細な検討からも明らかである。
このように決定される前記識別値は、将来の個別検査において同様の実験設定がなされた場合に有効となる。他の実験設定、他のサンプル、他の抗原、及び他のパラメーターからは、もちろん他のカットオフ値が得られるであろう。かかるカットオフ値は、ここに提供される教示に従って、通常の設計手順または日常の実験により当業者により決定される。
・交差反応
他の病原体DNAとの交差反応は、POC診断にとって巨大な閾値である。少なくとも30の病原体のDNAが尿サンプル内に潜在的に存在する可能性がある。アッセイの高い特異性を確保するためには、ある病原体の検出に特異性を有するプライマーは、他の種のDNAを検出するものであってはならない。本発明のプライマーについては、交差反応のない十分な感度および特異性のための検査が行われる。それによりPOC検査における使用が狭められる。
・熱処理
本発明のさらなる実施形態において、抗菌ペプチドベースの核酸の放出は、熱処理と組み合わせられる。
高温は、真核性細胞および原核細胞の溶解を促進する。組み合わせて使用されることで、核酸放出に要する時間が増えるか、又は減少する。温度が高くなるにつれ、細胞膜は効率的に化学分解され、それにより診断アッセイのターゲットとなる核酸の放出が促進される。
・界面活性剤の使用
本発明の他の実施形態において、前記抗菌ペプチドベースの核酸の放出は、界面活性剤と組み合わせられる。界面活性剤(例えば、トリトンX−100、トリトンX−114、NP−40、CHAPS、CTAB、Tween20、Tween80、オクチルベータチオグルコシド、オクチルベータグルコシド等)の使用は、宿主細胞の破壊を助ける細胞内の寄生虫を溶解させるのに非常に有益である。
図4は、界面活性剤の使用により溶解効率が少し上昇することを示している。
・部品キット
本発明の方法を用いた病原体検出用のキットは、非常に関連性がある。
かかるキットは、選択された細菌をターゲットとする抗菌薬を含む緩衝液と、同じ細菌をターゲットとするプライマーを含む緩衝液とを備える。これらは同じ緩衝液内に含まれてもよく、また、染料、ポリメラーゼ、塩、および細菌の増幅および検出に必要な他の成分を含んでもよい。
一つの実施形態において、前記キットは、以下に限定されるものではないがクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌のような性的感染症の同時検出および定量化のためのLAMP法に基づくものであり、
a)以下の範囲の溶解混合物と、
0.5〜5μMのAMP(セクロピンP1)
5〜50mMのEDTA
0.1〜10%の非イオン界面活性剤
b)配列番号5〜28を含む群または配列番号5〜28の任意の組み合わせから選択されたヌクレオチド配列をコードする複数のヌクレオチド配列、またはその一部、または前記配列番号5〜28と少なくとも90%の配列同一性を有するヌクレオチド、および/またはLoop-mediated isothermal amplification:ループ介在等温増幅(LAMP)を介在可能なポリメラーゼを含む混合物と、
c)ラテラルフロー・ストリップを含む装置とを備える。
・一般事項
ここでは、「患者」と「被験者」は、人を表す用語として交換可能に用いられる。
以下のような図および例が、本発明の理解を助けるために提供される。それらは理解の助けを意図したものであって、如何なる意味においても限定するものではない。
本明細書の全体を通して、様々な刊行物が引用されている。これらの刊行物の開示は全て、この参照により本明細書の開示に含まれる。
LAMP法の尿耐性。0%、5%、10%、15%、および20%の患者の蓄尿の存在下でLAMP法の尿耐性が試験された。結果は定量的に分析され(A)、その分析にはLFストリップが用いられた(B)。定量分析では、1反応につき標準DNA希釈液107,105、および104のターゲットコピーにおける0%の尿反応との比較により、残りの増幅時間が平均時間として計算された。LFストリップの検出では、5パラレルにおける100個のテンプレート・コピーの存在下で反応が実行された。2つのバンドによってDNA増幅の成果が確認される。また、検査ストリップ上の単一の黒いバンドの存在によって否定的な結果が示されている。 水および蓄尿内のクラミジア・トラコマティス−LAMPアッセイLODのプロビット曲線 大腸菌の細胞統合性に対する熱(90℃5分間)および抗菌ペプチド(50μM)の溶解効果。SYTO9/PI組み合わせによる二重染色溶解細胞を用いてフローサイトメトリー分析が行われた。溶解反応が10%人口尿状態で実行された。AMP6が陰性対照(上記実験において成長阻害効果が見られない)として用いられた。 AMPと洗剤Triton-X-100の組み合わせの溶解効果。大腸菌の溶菌がフローサイトメトリー法によって分析された。溶解混合物におけるAMP濃度およびTriton-X-100濃度は、それぞれ50μMおよび2%であった。註)AMP5は、発明者による自己精製バッチを用いる代わりにPepScanから取得された。従って、以前に示された結果と比較すると、AMP5の溶解効果に違いが見受けられる。 107から104までのテンプレートDNA濃度での0%、5%、10%、15%、および20%の(CT陰性の男性5名および女性5名から得られた)患者の蓄尿の存在下で、qLAMP法(63℃で)を用いて、Bst(A)DNAポリメラーゼおよびBsm(B)DNAポリメラーゼについて尿耐性が分析された。尿耐性の結果は、結果に対する相対時間として表された。 直接大腸菌細胞溶解物からのループ介在等温増幅。様々な種類の溶解物準備技術を用いた尿入り大腸菌の前処理後の等温増幅。生物学的サンプル処理のためにリゾチームが1mg/ml濃度で、ポリエチレングリコールp−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−フェニルエーテルが1%で、ペプチドが50μM濃度で用いられた。全てのサンプル前処理は、室温で5分間実施された(95℃で培養された熱処理を除く)。 様々な種類の細胞融解物質の存在下におけるループ介在等温増幅活動度。0.1%ポリエチレングリコールp−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−フェニルエーテル、0.1mg/mlリゾチーム(0.1%ポリエチレングリコールp−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−フェニルエーテルまたは1mMのEDTAが存在する場合と存在しない場合)、またはアルカリ溶解成分の存在下における増幅活動度のパーセンテージ。 様々な種類の溶解ペプチドの存在下におけるループ介在等温増幅活動度。5μM抗菌ペプチドの存在下における増幅活動度のパーセンテージ。 結果までが分単位の想定増幅時間で計測された、様々な種類のポリメラーゼ(Bsm、GspM2.0、GspM、Bst、Bst2.0、GspSSD、GspSSD2.0、OmniAmp、Tin、SD)間の尿耐性の比較を示している。
・実施例
・実施例1 尿から直接クラミジア・トラコマティスを検出するための効率よく迅速なループ介在等温増幅に基づく方法。
・序論および概論
クラミジア・トラコマティス検出用の感度試験がなければ、未処理の患者のサンプルから直接効率よくクラミジア感染の有無を診断することは難しい。
ここに本発明者らは、21分以内に、1反応につき少なくとも5つのクラミジア・トラコマティス病原体(25個の潜在プラスミドコピー)を尿サンプルから検出可能な、LAMP(ループ介在等温増幅)に基づく迅速かつ精度の高い分析を提示する。我々の臨床データによると、前記分析の特異性は100%であり、感度は73%であった。加えて、我々は、本アッセイが、尿サンプル内に存在する可能性のある30種を超える病原体のDNAとの交差反応を引き起こすことはないということを実証する。さらに、アッセイによる新規な手法は、増幅に先立つ臨床サンプルからのDNAの精製および抽出を要さない。従って、専用装置の必要がなくなる。これにより、全体の手順は、著しく労力が省かれ、時間が節約され、その結果感染症の早期の検出および同定を低コストで行うことが可能になる。クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイは比較的簡単に実施できるため、様々なポイント・オブ・ケア設定に適用することが可能となる。
クラミジア・トラコマティスは、広範囲の性的感染偏性細胞内ヒト病原体である。ほとんどの場合、クラミジア・トラコマティスは、新たなまたは複数の性的パートナーを有する15〜25才の青少年の間に蔓延する。当該病原体は、膣から出産する際に、感染した母親からその赤ん坊へと感染され得る。男性においては、クラミジア・トラコマティスは、通常前立腺炎や精巣上体炎を引き起こし、ほとんどの場合軽度から中等度の、透明から白色の尿道分泌物を出し、排尿や排尿障害時に鋭く焼けるような感覚を覚えるという症状が起こる。しかし、女性の場合、感染しても症状がほとんどまたは全く出ないため、クラミジア感染との診断が遅くなる。クラミジア・トラコマティス感染の長期作用は、子宮管炎、骨盤感染症、子宮外妊娠、および急性または慢性の骨盤痛に代わる代わる関連している。
クラミジアは、基本小体(EB)と網状体(RB)という2つのライフサイクル・ステージを有する。これらは形態学的および生物学的性質により識別可能である。細胞外のEBは、感染力が高く、分散し、胞子に似ている。一度EBが上皮細胞に入ると、それは複製し細胞の細胞質内封入体内に蓄積することのできる、代謝的に活性なRBに変形する。その後、RBはより抵抗力のあるEBに変換され、細胞から放出される。
偏性細胞内寄生体であるため、クラミジア・トラコマティスを実験室で培養することは困難である。クラミジア・トラコマティスの治療は、感染場所だけでなく、患者の年齢や症例の複雑さにも依存する。従って、さらなる長期の合併症の発生を防ぎ、淋菌やヒト免疫不全ウィルス等の他の感染症に感染する可能性を減らすためには、感染の早期の段階でクラミジア・トラコマティスを同定し、なるべく早く迅速な治療を開始することが非常に重要である。
性的感染によるクラミジアの診断においてはサンプルが収集される。即ち、男性からは、定期的に収集された尿道の標本または尿検体、女性からは頸管内の標本または膣の標本が収集される。スクリーニングを成功させ、クラミジアのさらなる感染や合併症の発生を防ぐことができるかどうかは、どれだけ感染の診断を精度よくかつ迅速に低コストで行うことができるかにかかっている。現代の実験室では、いまだに細胞培養や抗原ベースの検出などの従来の検査方法が用いられている。細胞培養法は、特異性が高いものの、感度が非常に低く、高コストで、遅く(結果が3日後でなければ得られない)、特殊なサンプル収集・収容・移送を要する。酵素免疫測定法アッセイや直接蛍光抗体法(DFA)アッセイなどのような免疫アッセイは、細胞培養法と同様、感度および特異性が低い。したがって、診断分野におけるこれらの検査方法の使用が限定されている。従来の実験室方法に代わるものとして、抗原に特有のDNA配列またはRNA配列の検出を可能にする複数の核酸増幅検査(NAAT)が開発された。これらの検査は、ターゲットの核酸の複製を一つ検出するだけのものであり、クラミジアの性器感染のスクリーニングおよび診断において、はるかに高い感度を有する。クラミジア・トラコマティス検出検査には、数種類の核酸増幅ベースの検査を用いることができる:Abbott RealTime CT/NGは、リガーゼ連鎖反応(LCR)法を用いる;Aptima COMBOは転写増幅(TMA)法を用いる;BD ProbeTec ETは鎖置換増幅(SDA)法を用いる;Xpert CT/NG検査およびCobas CT/NG検査はリアルタイムのポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法を用いる。
ループ介在等温増幅(LAMP)は、その簡便な操作性や1時間でごく少量の病原体遺伝物質を診断できる能力の故に、新規で、高い感度を有し、特異性のある診断ツールとして際立っている。LAMP法は、広く用いられているPCR法に対していくつかの利点を有する。LAMP法は、定温(55〜65℃)で実行され、サーマルサイクラーを要さない。LAMP法は、4〜6種類のプライマー(innerプライマー2種類、outerプライマー2種類および/または追加のループ・プライマー2種類)と、ターゲットとなる遺伝子配列上の6つの明瞭な領域を識別するために鎖置換能を有するポリメラーゼとを用いる。これにより、一本鎖ループ領域を含む増幅産物が生成され、温度変性を伴わないプライマーの結合が可能となる。ループ・プライマーを追加することにより、増幅は著しく加速され、それにより感度は高まり、反応時間は短縮される。LAMP反応の終了時点におけるDNA生産物の量は、PCR法におけるそれよりはるかに多く、また、サイバーグリーン、臭化エチジウム、ピコグリーン、ヨウ化プロピジウム、ヒドロキシナフトールブルーなどのDNA結合色素またはカルセインを用いることにより簡単に視覚化することができる。
ここに本発明者らは、ヒトの尿から迅速かつ高感度に病原体を検出するための、最小限の処理工程からなる、クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイを開発した。開発されたアッセイは、尿サンプルから直接クラミジア・トラコマティスを検出することを可能にするため、迅速で精度が高く、訓練の必要がほとんどない診断法を提供する。臨床分析によると、前記クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイの感度は最高で73%であり、特異性は100%であった。前記アッセイは21分を要するものであり、産物はラテラルフロー(LF)ストリップを用いて検出することができる。これはポイント・オブ・ケア(POC)検査法の設定への適用に非常に有益である。
・材料および方法
・プライマーの設計と選択
クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイ・プライマー・セットは全て、コーディング配列2(CDS2)内におけるクラミジア・トラコマティス潜在プラスミドの高度に保存された領域をターゲットとするように設計された。LAMP法プライマーは、ソフトウェアLAMP Designer 1.10 (PREMIER Biosoft USA)を用いて設計され、DNAターゲットに対する高い感度と、ラテラルフロー・ストリップの非特異的バックグラウンドの不在とがスクリーニングされた。最良のプライマー・セットの配列が補足表1に示されている。ラテラルフロー・ストリップ上で産物の検出が可能となるように、プライマーFIPおよびLFはビオチンで5’ラベリングされ、プライマーBIPおよびLBはFAMでラベリングされた。プライマーはMicrosynth AG (スイス、Balgach)から得られた。
・クラミジア・トラコマティスATCC DNAサンプル
市販のクラミジア・トラコマティス菌株UW-36/Cx ゲノムDNA (ATCCRVR-886D?)は、ATCC(アメリカ培養細胞系統保存機関)から得られた。また、CDS2ターゲット・コピー番号は、qPCR(アプライドバイオシステムズ)によって、pGL3−CDS2プラスミドおよび以下のプライマーを用いて決定された。
Fw5’−CTCCTTGGAGCATTGTCTGG−3’
Rw5’−CGGATGCGATGAACAGTTTG−3’
・LAMP反応
クラミジア・トラコマティスに特異的なLAMP反応は、栄研化学株式会社から提供されたLAMP反応総量50μlのプロトコルに従って実施された。BstポリメラーゼはBsmポリメラーゼおよび1.2μlのgDNA(ATCC)/または5μlの前処理後の尿サンプルに替えられた。全てのLAMP反応は、製造者のプロトコルに従って指定された期間63℃で実施され、ラテラルフロー・ストリップ(AMODIA Bioservice GmbH)上で分析された。反応生成物は、生成物の特異性を確認するためにPmlI restrictase (Thermo Fisher Scientific Inc. USA)で切断された。
定量LAMP(qLAMP)法については、EvaGreen (Biotium)蛍光染料およびROX (Thermo Fisher Scientific Inc. USA)参照染料が前記反応に加えられた。ビオチン/FAMでラベリングしていないプライマーが用いられ、Applied Biosystems 7900HT Real-Time PCRを用いて生成物が検出された。BglII線形化pGL3-CDS2プラスミドの段階希釈を用いて標準曲線が構築された。qLAMPは、63℃で40サイクル実施された。各サイクルが1分間で30秒後にデータ読み出しが行われた。
・蓄尿
5人の男性と5人の女性からの、全てクラミジア・トラコマティス陰性の尿サンプルは、等量に混合された。蓄尿とも呼ばれるこれらのサンプルは、抑制およびアッセイ感度分析用のクラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイに用いられた。
・サンプル前処理
臨床患者の尿サンプル(30μl)は、溶解ペプチド(最終容量から12%)を含んでいる、または90℃で5分間予熱し、氷上で冷まされた1 x 溶解混合物(SelfD Technologie GmbH、ライプツィヒ、ドイツ)と一緒に5分間培養された。しかる後5μlの各前処理された尿サンプルは、クラミジア・トラコマティスに特化したLAMP法増幅に適用された。
・統計分析
クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイの検出限界に関する統計分析がXLSTATを用いて実施され、95%信頼区間(CI)がロジスティック回帰モデルを用いて計算された。アッセイの感度および特異性が、MedCalc95%信頼区間からのオンライン・ツールを用いて計算された。
・臨床標本の収集および格納
朝一番に排出された尿のサンプルが、Sexual Health Clinique(Tartu、エストニア)に通う18才から25才の間の650人(女性316人、男性334人)から2013年10月から2014年12月の間に収集された。尿サンプルは、各自で清潔なポリプロピレン製容器の中に収集され(平均サンプル量は25〜35ml)、防腐剤は用いず、その日の内に患者によってSexual Health Cliniqueに持ち込まれた。当該研究に患者を組み入れる基準は、性的パートナーを最近替えた、複数の性的パートナー、避妊手段をとっていない性交、パートナーの性的感染または性的感染症の症状(多量の/異常な膣分泌物、尿道分泌物、腹痛、痛みを伴う尿排泄、排尿障害、生殖器部におけるかゆみや発赤等)、妊娠、または予防薬である。
尿サンプルは、製造者の指示に従い、Tartu大学病院の統合実験室により、通常サンプル収集の2日目、遅くとも収集後72時間経過前に、クラミジア・トラコマティスおよび淋菌の存在についてCobasR4800 CT/NG Test (Roche)によって検査された。
91個の尿サンプルは、収集後6時間以内に(収集から24時間以内に)クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイによって検査された。71個のクラミジア・トラコマティス陽性サンプルは、−20℃で凍結され、別々に検査された。当該研究の承認は、Tartu大学の研究倫理委員会から得られた。患者情報が掲載された紙には守秘義務に注意が向けられている。
・結果
・クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイの開発
LAMPアッセイにはDNA精製工程は含まれていないため、開発された増幅方法は、反応混合物におけるより多量の尿に耐えなければならない。それにより、より多くのターゲットが反応に加えられるため、理論上は全体のアッセイ感度が高められる。従ってLAMP法の尿耐性が、蓄尿サンプルを用いて検査された。我々の実験設定では、LAMP反応混合物は、最高で20%の尿およびテンプレートDNAを100コピー含んでいた。その結果は、15%の尿を含む反応は、ラテラルフロー(LF)・ストリップで分析したときにシグナルを発しなかった。それは21分の増幅時間はターゲットを増幅するのに十分ではなかったということを示している。15〜20%の尿が存在するとき、増幅時間は30分に延長しなければならない(図1B)。従ってこのデータに基づき、これ以降の全ての実験では、10%の尿がLAMPアッセイにおけるサンプル材料として用いられた。必要最小限の増幅時間を決めるために、100テンプレート・コピーが用いられ、反応は15分、18分、21分、24分、または27分後に終了された。その結果、LFストリップ上で産物が形成されるのに必要な最小限の増幅時間は21分であることが分かった(補足表2)。これにより、反応感度を損なうことなしに、アッセイ増幅処理の時間を推奨された1時間から21分に減らすことができた。
・クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイの検出限界(LOD)の評価
次に、一番小さいクラミジア・トラコマティス・プラスミドコピー番号が、開発されたクラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイによって決定された。この目的のために、LAMP増幅効率が、水または10%蓄尿における異なる種類のクラミジア・トラコマティス・ゲノムDNA濃度について検査された。プロビット解析の結果、アッセイは水中における1反応につき25のプラスミドコピー(値0.95)を検出することができるほどの感度を有していることが分かった(図2)。開発アッセイは余分なDNA精製過程を含んでいないため、10%の粗尿が感度に影響し得るか否かを評価することが重要であった。そのため、蓄尿サンプルに、異なる種類の量のクラミジア・トラコマティス・ゲノムDNAが混入された。その結果、10%尿の存在下で、LAMPアッセイの感度は約3倍減少し、確立されたLODは1反応につき70ターゲット・コピー(値0.95)であった(表1)。これらの結果は、尿阻害実験と深い相互関係にある。尿阻害実験では、10%尿が追加されると、LAMP増幅時間(図1)が延び、増幅活動が約3倍減少した(表1)。
・表1−クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイに対するLODの決定
・クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイの特異性の判定
クラミジア・トラコマティス・プライマーは病原体に特異的な領域をターゲットとするように設計されているが、それらの特異性を実験を通して証明する必要があった。クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイは、ヒトからの過剰量のゲノムDNAおよびヒトの尿内に潜在的に存在する可能性がある30種類の微生物(補足表S3に列挙)を用いて、さらに非特異的反応の可能性について分析された。その結果、クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイは、どの検査された病原体のDNAとも交差反応性を示さなかった。従って、新たに開発されたLAMPアッセイは、ヒトの尿からクラミジア・トラコマティスを検出する際に非常に高い特異性を有するため、分子診断システムに適している。
・開発されたクラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイの臨床検証
症状のある患者および無症状の患者におけるクラミジア・トラコマティスの有病率を判定するために、臨床研究にかけられた尿サンプル(N=650)が追加で評価された。収集されたデータを分析するために、患者と医師から受け取った重要な情報が記述統計学を用いて提供された。症状のある群に含まれる患者は、医師の診断/制御を医師に求め、以下の症状を訴えた:異常な性器分泌物、排尿障害、腹痛、月経と月経の間の出血、生殖器部におけるかゆみや発赤。症状のない患者は無症状の群に含まれた。650人の患者の内157人(24%)に性的感染症(STI)の症状が見られ、493人の患者(76%)は無症状であった。患者の51%が男性で、49%が女性、平均年齢は22才(18〜25才)であった。39人の男性患者と47人の女性患者がクラミジア・トラコマティスと診断され、そのうち男性12人(31%)と女性13人(28%)に症状が見られた。全ての収集され、分析された尿サンプルにおいて、淋菌の有病率は3%であった。淋菌/クラミジア・トラコマティスの重感染は極めて頻度が高いように思われ、全てのクラミジア・トラコマティス陽性サンプルの6〜8%であった。
臨床データにより、クラミジア・トラコマティスは主に無症状であり、そのことがヒト集団における実際の蔓延を診断し評価することを困難にしているということが確認された(表2および補足表4)。
・表2−研究群(N=650)の臨床特性
*患者情報分析は、性別分布と、症状のある(SYM)および無症状の(ASYM)クラミジア・トラコマティス(CT)患者の数およびパーセンテージとを提示する。
クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイの臨床感度および特異性について、患者から収集された91個の新鮮な尿サンプルを用いた研究により評価が行われた。朝一番に排出された尿のサンプルが、56人の男性患者および34人の女性患者によってそれぞれ各自で収集された。91人のうちの11人がクラミジア・トラコマティスに感染していた(Roche Cobas 4800 CT/NG検査によって判定された)。1人のクラミジア・トラコマティス陽性患者は、淋菌にも陽性であった。収集された尿サンプルは、クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイに、並列に供された。2種類の異なる前処理が施されたサンプルが検査され、前処理が施されなかったサンプルと比較された。即ち、2種類の異なる前処理が施されたサンプルとは、90℃で5分間の熱処理にかけられたものと、ペプチド溶解混合物で培養されたものである。その結果、ペプチド/洗剤溶解混合物が用いられたものからは最高に高いアッセイ感度(73%)が得られた。熱による前処理が施されたものは64%のアッセイ感度を示した。そして前処理が施されなかった尿サンプルでは、感度は55%という低さを示した(表3)。これらのデータは、増幅に先立つ尿サンプルの前処理は、病原体DNA材料をよりよく利用できるようにすることを示している。
・表3−Roche Cobas Amplicor CTアッセイおよびクラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイを用いた、朝一番に排出された尿のサンプル91個におけるクラミジア・トラコマティスの検出
*5μlの新鮮な尿がLAMP反応に加えられた。**5μlの新鮮な尿が90℃で5分間培養され、その後LAMP反応に加えられた。***30μlの尿が4μl(ペプチド溶解混合物)とともに5分間培養され、その後5μlが取り出され、LAMP反応に加えられた。
80個のクラミジア・トラコマティス陰性サンプルの全てが、開発されたLAMPアッセイにより陰性として検出された。従って、臨床特異性は100%と評価される。
臨床研究の結果を確認するために、−20度で凍結させていた71個のクラミジア・トラコマティス陽性尿サンプルを、追加として分析した。上記と同様の前処理方法を用いてクラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイが実施された。当該サンプル・セットは、31人の男性および40人の女性からの凍結クラミジア・トラコマティス陽性尿サンプルを含んでいた。6人のクラミジア・トラコマティス陽性患者は淋菌でも陽性であり、9人の患者は淋菌のみに感染していた。71個のクラミジア・トラコマティス陽性尿サンプルの内48個は、熱処理またはペプチド溶解混合物を用いたクラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイによる検査の結果陽性と診断された。分析は、熱処理および溶解混合物がいずれも凍結サンプルに対する感度を68%に高めたことを示している(表4)。冷凍庫に尿サンプルを格納したことが「新鮮な」尿サンプル、即ち凍結されていない尿サンプル(ペプチド/洗剤溶解混合物と尿の溶解物)の73%から凍結尿サンプルの68%(ペプチド/洗剤溶解混合物または熱処理と尿の溶解物)に感度が下がったことの理由かもしれない。なぜなら、凍結尿は、「新鮮な」尿に比べて大量の尿の「微細な沈殿物」を産出し、サンプルの前処理を困難にしたからである。同時に、反応温度および冷凍−解凍処理自体が病原体膜を破壊し、それによりゲノム物質が放出されると推定することもできる。それが我々のアッセイが、処理が施されなかった尿に対して55%(「新鮮な」尿)および63%(凍結尿)の感度を示した理由である。
・表4−クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイを用いた71個の凍結クラミジア・トラコマティス陽性尿サンプルの分析
*5μlの凍結尿が反応混合物に加えられた。**5μlの凍結尿が90℃で5分間培養され、その後反応に加えられた。***30μlの凍結尿が4μlの1x溶解混合物とともに5分間培養され、その後5μlが取り出され、反応混合物に加えられた。
・考察
クラミジア・トラコマティス等の性的感染症(STI)は、世界規模の公衆衛生問題において重要な位置を占めてきた問題である。クラミジア・トラコマティス感染において無症状である場合の比率は高く(我々の臨床研究では76%)、それにより診断の遅れやさらなる深刻な複合問題が引き起こされる。クラミジア感染は有病率が高いものの、この性的感染症に関する知識は、公衆衛生のセッティングにおいて、病原体検出感度の低さ、速度の遅さ、時間がかかり、高価で特別な訓練を要することなどの診断方法の様々な制約により、非常に制限されていた。従って、この病原体の検出の成功と迅速な識別が、病気の早期の診断と処置にとって必要となっている。
本文書は、尿サンプルからクラミジア・トラコマティスを検出するための簡単で迅速で費用対効果が高く、感度が高く特異的なLAMPアッセイを初めて示すものである。このために、1ゲノムにつき最高10コピーの割合で存在するという理由から、クラミジア・トラコマティス潜在プラスミドが診断検査のターゲットとして選択された。潜在プラスミドは、ゲノムDNAに比べてヌクレアーゼ損傷に対してより耐性のある、比較的安定した核酸ターゲットである。選択されたCDS2領域は、何種類かのクラミジア・トラコマティス血液型亜型と高い相同性を共有し、スウェーデン人の変異株の中に存在する。LAMP反応に6つのプライマー(F3、B3/FIP、BIP/LF、LB)を用いることで、他の増幅法よりも大きな特異性が提供されるだででなく、増幅時間が加速される。我々のデータは、新規な、クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイが、1反応につき2.5〜6個の病原体に対応する少なくとも25コピーの潜在プラスミドを(特定の菌株次第で)検出可能であることを示した。従って、前記新規な、クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイは、クラミジア・トラコマティスの検出において100%特異的であり、簡単にポイント・オブ・ケア(POC)設定に適用することができる。アッセイは全体で30分もかからず、付加的な装置や訓練された職員を必要とせず、増幅産物はラテラルフロー・ディップスティックを用いて簡単に視覚化可能である。
現在の調査の焦点は、最小限の処理工程で、直接尿サンプルから病原体を検出することで、POC検査にとって非常に有利な、簡単で便利な適用を可能にすることにもあった。尿それ自体は様々な抑制物質を含んでいる可能性があるので、増幅前にDNA精製工程を実施していない尿サンプルを用いることは非常に困難なことであった。上記の通り、我々の新規な方法は、ループ介在等温増幅(LAMP)に基づいており、粗尿から直接病原体を検出することができる。我々の知る限り、LAMP法を用いて直接生物学的サンプルから細菌を検出したというレポートは、ほんのわずかしかない。そこでここに我々は、粗尿において直接クラミジア・トラコマティスの検出を可能にする、初めて開発されたLAMPアッセイを提示した。従ってそれは、非常に低い病原体検出感度(10〜40%)を有する現在のPOC検査と入れ替わる可能性がある。
10%尿の付加により分析感度がわずかに減少する(最大で3倍)という事実にもかかわらず、前記アッセイは、最小限の処理が施された患者のサンプルからクラミジアを検出するのに十分な感度を有していた。ヒトの尿は異なる数のクラミジア細胞を含んでいる可能性があるため、細胞からDNA材料によりよくアクセスするために病原体細胞膜を成功裏に溶解させることは重要なことであった。そのため、細胞膜を溶解させるための方法が何種類か検査された。90℃での加熱と溶解ペプチドの適用は、核酸増幅に先立つ尿溶解物の準備への適用可能性をもたらす。従って、我々の新規な方法は、LAMP増幅と迅速なサンプル準備技術(熱溶解またはペプチド溶解を直接臨床サンプルに適用すること)とを成功裏に結びつけた。その結果、前記新規な、クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイにより、全体の感度は、抗菌ペプチド溶解混合物を用いた場合は73%に、サンプルを増幅反応の前に熱処理にかけた場合は68%に増加した。シンプルであることと、サンプル前処理法を簡単に適用できることは、真の自己診断検査にとって主要な基準の一つである。従って、クラミジアのような困難な病原体を直接粗尿に溶解させ、遺伝子材料を放出させる最良の方策を見つけることは、非常に重要ことであり、それに続くLAMP法による迅速な増幅に適していると思われる。我々のデータは、抗菌ペプチド溶解混合物の適用により、上記の全ての要件を満たした、最も効率的な、新たに開発されたサンプル前処理方法が提供されることを示している。従って、PCRベースのクラミジア検出アッセイにおけるように予めDNA精製および濃縮を行う必要がないため、全体の検出に要する労力と時間が減少する。他の等温増幅法またはPOC免疫測定法と比較し、病原体検出における感度の増加、制御性、簡単さ、迅速な応答時間、高い特異性などの特徴により、我々のクラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイは、POC検査用の最も信頼のおける分子診断ツールとして好ましいものとなっている。これまでの話をまとめると、我々は、粗尿サンプルから直接クラミジア・トラコマティスを特異的に検出する、迅速で高感度のLAMPアッセイベースの方法を、最初に開発することに成功した。それは様々なPOC設定における適用への大きな可能性を示す。
・補足物
・表S1−クラミジア・トラコマティスに特化した検出用に選択されたLAMPプライマー・セット
・表S2−クラミジア・トラコマティスに特化したLAMPアッセイの増幅時間
・表S3−クラミジア・トラコマティスLAMPアッセイの特異性の判定に用いられた生命体の一覧
・表S4−淋菌との重感染患者のデータ
*クラミジア・トラコマティスと淋菌の重感染患者(CT&NG"+")およびクラミジア・トラコマティス陰性と淋菌感染患者(CT"-"&NG"+")の性別、数、症状有り(SYM)、症状なし(ASYM)
・実施例2 ループ介在等温増幅を用いて尿サンプルから直接検出する効率よく迅速な大腸菌の検出。
大腸菌の細菌を含む生物学的サンプル(図6の尿サンプル)は、以下に限定されるものではないがセクロピン群(図6のセクロピンまたはSB−37)に属する50μMの抗菌ペプチドを用いて室温℃で5分間処理される。5μlの尿サンプルは、ループ介在増幅反応に直接付加され、最終反応体積は50μlで最終成分濃度は以下の通りである:0.2μMのF3プライマー、0.2μMのB3プライマー、1.6μMのBIPプライマー、1.6μMのFIPプライマー、0.8μMのLFプライマー、0.8μMのLBプライマー、8mMのMaSO4、1.4mMのdNTP、0.8Mのbetain、20mMのTris−HCI pH8.8、10mMのKCI、10mMの(NH4)2SO4、0.1%(v/v)Tween20および16ユニットのBsmポリメラーゼ。
染料のEvaGreenおよびROXを定量産物検出によるLAMP反応に付加することができる、または、FAMでラベリングされたBIPおよびLBプライマーと、ビオチンでラベリングされたFIPおよびLFプライマーとをラテラルフロー・ストリップ上での定性的検出に用いることができる。
図6に示される大腸菌検出の例では、抗菌ペプチドを用いた尿サンプルの前処理によりターゲットDNAの量が6倍に増加した。従来広く用いられていた熱処理およびアルカリによるサンプル準備法では、ターゲットDNAレベルが3倍および2倍に増加した(図6)。従って新たなサンプル前処理法は、ダウンストリーム増幅の適用に適している。数種類の検出方法を用いることができる―――等温によるもの(LAMP−ループ介在等温増幅、SDA−鎖置換増幅、HDA−ヘリカーゼ依存性増幅、RPA−リコンビナーゼポリメラーゼ増幅、TMA−転写媒介増幅、MDA−複数置換増幅、NASBA−核酸配列に基づく増幅、NEAR−ニッキング酵素増幅反応)、および熱サイクリングを要するもの(PCR、リアルタイムのPCR、等)。
・実施例3−リコンビナーゼポリメラーゼ増幅を用いて患者の尿サンプルから直接検出する迅速かつ高感度のマイコプラズマ・ジェニタリウムの検出。
朝一番に排出される尿が、50μMの抗菌ペプチドを用いて室温℃で5分間処理される。マイコプラズマ・ジェニタリウム・サンプルの前処理には、細胞内マイコプラズマ種に影響を与えるメリチンやグラミシジンペプチド等の抗菌ペプチドを用いることができる。
抗菌性ペプチドの濃度は、ペプチドおよび生物学的サンプルタイプに応じて低いμM(0.1〜1μM)から高いμM(100〜1000μM)まで変化し得る。前処理時間は、ペプチド濃度や、ペプチドの種類、ターゲットの生命体、生物学的サンプルのタイプに応じて増減し得る。
生物学的サンプルは、必要であれば、ペプチド処理の前に濃縮または希釈することができる。サンプル前処理法に刺激を与えるために、必要であれば、洗剤、溶菌酵素、アルカリ等の付加的成分を用いることができる。
RPA酵素ペレットは、以下に示す成分を混合することにより準備される47.5μlの反応緩衝液を用いて再懸濁される:2.1μlの10mMのフォワード・プライマー、2.1μlの10mMのリバース・プライマー(反応における各プライマーの最終濃度は0.42mM)、29.5μlの再水和バッファー(TwistDX)、8.8μlの再蒸留水)およびマイコプラズマ・ジェニタリウムを潜在的に含んでいる5μlの生物学的サンプル溶解物(上記の通り準備される)。RPA反応は、2.5μlの280mMの酢酸マグネシウムを加えることで開始される。
MGPAおよび16S rRNAの保存特異領域をターゲットとする、マイコプラズマ・ジェニタリウムに特化したプライマーを用いることができる。適切な配列の例は、特許出願PCT/EP2013/071906に列挙されている。フォワード・プライマーは、ビオチンでラベリングされ、リバース・プライマーは6-カルボキシフルオセイン(FAM)でラベリングされる。これにより、ラテラルフロー・ストリップ上で、ビオチン−FAMで二重にラベリングされた産物の検出が可能となる。DIGや他のオリゴヌクレオチド・リンカー等の異なる種類のオリゴヌクレオチド・ラベリングを用いることができる。
反応は38℃で10〜30分間培養される。4分間の培養の後、反応は試験管を振ることで混合される。マイコプラズマ・ジェニタリウム感染の定性ラテラルフロー・ストリップの結果を得るまで、全体の工程は15〜35分かかる。
・実施例4−ループ介在等温増幅を用いて患者の尿サンプルから直接検出する迅速かつ高感度の淋菌の検出。
尿サンプルや、膣や、直腸、頸部、尿道の標本を含む生物学的サンプルが収集される。尿を用いる場合には、十分な数の病原体核酸が確実に存在しているように、朝一番に排出される尿が用いられる。必要な場合、ペプチド前処理に先立って、生物学的サンプルは濃縮または希釈される。サンプルは50μMの抗菌ペプチドを用いて室温℃で5分間処理される。ナイセリア種については、デルマセプチン、LL−37、PG−1等の抗菌ペプチドを、これに限定されるものではないが用いることができる。抗菌ペプチドの濃度は変動する可能性があり、ペプチドの溶解効果を刺激するために洗剤(や他の成分)を付加することができる。前処理時間は、ペプチド濃度や生物学的サンプルのタイプに応じて増減し得る。
最終反応体積が50μlで、最終成分濃度が以下の通りとなるように5μlの生物学的サンプル溶解物が、ループ介在等温増幅反応に直接付加される:0.2μMのF3プライマー、0.2μMのB3プライマー、1.6μMのビオチンでラベリングされたBIPプライマー、1.6μMのFAMでラベリングされたFIPプライマー、0.8μMのFAMでラベリングされたLFプライマー、0.8μMのビオチンでラベリングされたLBプライマー、8mMのMgSO4、1.4mMのdNTP、0.8Mのbetain、20mMのTris−HCI pH8.8、10mMのKCI、10mMの(NH4)2SO4、0.1%(v/v)Tween20および16ユニットのBsmポリメラーゼ。
増幅反応ごとの生物学的サンプルの量は、サンプルタイプや必要とされる感度に応じて変わり得る。MgSO4、dNTPおよびbetainの濃度は、前記反応に用いられる特異的ターゲットやポリメラーゼに応じて最適な感度を得るために変わり得る。DIGや他のオリゴヌクレオチド・リンカー等の何種類かのオリゴヌクレオチド・ラベリングを用いることができる。淋菌に特化した感度の検出には、Opa、PorA、pilinまたは16S rRNA遺伝子をターゲットとして、表8に列挙されたプライマー配列を用いることができる。
63℃で20〜25分間の培養後、淋菌に特異的な産物の形成がラテラルフロー・ストリップを用いて分析される。患者が淋菌陽性の場合、ラテラルフロー・ストリップ上に2本のストライプが、1本は「テスト」領域に、もう1本は「制御」領域に、現れる。患者が淋菌陰性の場合、ラテラルフロー・ストリップ上に1本のストライプのみが「制御」領域に現れる。淋菌試験は、全体で30分要する。
・実施例5−ダウンストリーム増幅効率に対する抗菌ペプチドの効果。
上記の方法では、増幅に先立ち溶解物準備成分を取り除く必要がない。従って、選択された膜活性ペプチドの効果は、ダウンストリーム増幅で評価されなければならない。
いくつかの効果的なサンプル準備方法は、SDSやプロテイナーゼK等の、ダウンストリーム増幅反応に対して著明な抑制を示す成分を含んでいるため、生物学的サンプル溶解物からの直接の増幅には適用できず、核酸を精製する工程を追加する必要がある。
ダウンストリーム適用効率に対する何種類かの溶解物準備方法(アルカリ、酵素、洗剤溶解物)および抗菌ペプチドの潜在的な抑制効果を評価するために、我々は様々な種類の細胞融解物質の存在下においてLAMP等温増幅を実行した(図4〜5)。
LAMP反応へのリゾチームの付加は、増幅効率に対して極めてささやかな影響を及ぼした。しかし、溶解増強剤(ポリエチレングリコールP−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−フェニルエーテルまたはEDTA)と組み合わせることにより、等温増幅効果は著しく減少した。アルカリ溶解成分は、等温増幅に大きな影響を与え、LAMP活動を最大で25倍減少させた(図4)。従って、数種類の溶解準備方法の成分は、著しくダウンストリーム適用を抑制し、それらの適用を制限する。
抗菌ペプチドは、しばしばカチオン性両親媒性構造を形成し、負に帯電した脂質二重層と相互作用する。αヘリックス構造、βターン構造、逆平行βシート構造、およびβヘアピン構造は、しばしば天然のDNA/RNA結合タンパク質の中に見出される。従って、抗菌タンパク質は、テンプレートDNAの結合を介して増幅に干渉する可能性を潜在的に有している。マガイニン・アナログMSI−78とMSI−594の付加は、実際に増幅効率に対して非常に厳しい抑制効果をもたらした(図5)。一方、セクロピン(P1およびSB−37)およびボンボリチンIIIがLAMP反応に対してほんの少しの抑制を示したのに対し、メリチンはアルカリ溶解成分に匹敵する抑制効果をもたらした(図5)。従って、特定の溶解ペプチドは、それらのダウンストリーム適用に対する効果のために、他の溶解ペプチドよりも溶解物の準備に適していると言えるであろう。しかし、AMPの細胞溶解活動を考慮に入れると、他の溶解物準備方法に比べ、それらのダウンストリーム適用に対する効果は極めて小さい。
・実施例6−抑制データ。
サンプルの中には、アッセイ、特に増幅反応、の故障を引き起こし、偽陰性の診断結果を出すことでアッセイの感度に影響を与える抑制成分を含んだものがあってもよい。本発明は、サンプル前処理と、抗抑制行動も伴う溶解成分カクテルとをバランスよく含んでいる。(処理済みの)尿の中に
0.1μMのAMP(セクロピンP1)
10mMのEDTA
0.4%のTX100(界面活性剤)
が含まれた、この開発された溶解混合物(カクテル)を用いることにより、未処理の尿サンプルに比較して、抑制効果が著しく抑圧された、ここで前記サンプルには、特に13%のサンプルにはCT(クラミジア・トラコマティス)DNAが入れられた。従って、前処理過程においては、ホストと病原体細胞の溶解が重要であるだけではなく、サンプル・マトリックスによって引き起こされる抑制効果と、異なる患者間における高い変動性とを抑圧することも重要である。
・実施例7−淋菌と反応性。
本発明家らは、実施例1に記載されたクラミジア・トラコマティス用の方法と同じ方法を用いて淋菌用のプライマー・セットをいくつか開発した。現在好ましいものを以下に列挙する。設定されたLOD(limit of detection:検出限界)は、230コピー/rxn(1反応当たり)である。また、他のナイセリア株に対する交差反応(偽陽性の可能性を評価するために重要である)が評価された。その結果を以下に示す。
交差反応(ナイセリア株に焦点をおいて)
交差反応は、尿では滅多に見られない菌株であるナイセリア・ラクタミカについてのみ検出された。
他のプライマーに対しても全く同じ交差反応が評価されたが、それらは高い交差反応率を示した。その結果を以下に示す。
ナイセリア・シネレア、ナイセリア・フラバ、ナイセリア・ラクタミカ、ナイセリアとの交差反応
このプライマー・セットは最良のLOD(77コピー/rxn)を示したが、検査された全てのナイセリア株との交差反応を示したため、診断用にはあまり適していない。
表1 淋菌仮想タンパク質2086ターゲットを検出するプライマー
表2 淋菌仮想タンパク質1430 LD31ターゲットを検出するプライマー
表3 淋菌16S rRNA id07ターゲットを検出するプライマー
交差反応は、尿では滅多に見られない菌株であるナイセリア・ラクタミカについてのみ検出された。
他のプライマーに対しても全く同じ交差反応が評価されたが、それらは高い交差反応率を示した。その結果を以下に示す。
・淋菌検出用の全く同じ溶解混合物(即ち尿の中に0.1μMのAMP/10mMのEDTA/0.4%のTX100)を用いる場合、感度および特異性は以下の通りである。
淋菌検出用の全く同じ溶解混合物(即ち尿の中に0.1μMのAMP/10mMのEDTA/0.4%のTX100)を用いる場合、感度および特異性は以下の通りである。

Claims (15)

  1. サンプルを精製することなく被験者における性的感染症の病原体を検出するための方法であって、
    a)前記被験者からの尿サンプルを準備するステップと、
    b)前記尿サンプルに抗菌ペプチドを付加するステップと、
    c)放出された核酸を前記性的感染症の病原体の核酸をターゲットとするプライマーを用いるループ介在等温増幅(LAMP)によって増幅させるステップと、
    d)前記性的感染症病原体有機体に由来する前記核酸からシグナルを検出するステップと、
    e)前記シグナルが所定の値を超えている場合には、前記被験者が性的感染症病原体に感染していることを示すステップと、
    を有する方法。
  2. 前記尿サンプルが緩衝液で50%超希釈される、
    請求項1に記載の方法。
  3. 合計アッセイ時間は60分未満である、
    請求項1から2のいずれかに記載の方法。
  4. 抗菌ペプチドベースの核酸の放出は、熱処理と組み合わせられる、
    請求項1から3のいずれかに記載の方法。
  5. 抗菌ペプチドベースの核酸の放出は、表面活性剤と組み合わせられる、
    請求項1から4のいずれかに記載の方法。
  6. LAMP反応はラテラルフロー・ストリップで分析される、
    請求項1から5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記性的感染症の病原体の前記プライマーは、クラミジア・トラコマティスに特異的な核酸を検出するように設計される、
    請求項1から6のいずれかに記載の方法。
  8. 前記抗菌ペプチドはセクロピンである、
    請求項1から7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記感度は60%超である、
    請求項1から8のいずれかに記載の方法。
  10. 前記ループ介在等温増幅(LAMP)はBsmポリメラーゼを含む、
    請求項1から9のいずれかに記載の方法。
  11. サンプル精製を行うことなく被験者におけるクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌を検出するためのポイント・オブ・ケア法であって、
    a)前記被験者からの50%超希釈された尿サンプルを準備するステップと、
    b)セクロピン・ペプチドを前記尿サンプルに加えるステップと、
    c)放出された核酸を、Bsmポリメラーゼを用いるクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌の核酸をターゲットとしたプライマーを用いるループ介在等温増幅(LAMP)によって増幅させるステップと、
    d)ラテラルフロー・ストリップによってクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌に由来する核酸からシグナルを検出するステップと、
    e)前記シグナルが所定の値を超えている場合には、前記被験者がクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌に感染していることを示すステップとを有し、
    前記ポイント・オブ・ケア法は、標準設定のCobasR4800 CT/NG検査(Roche)と比較して60%超の検出感度を有する方法。
  12. サンプル精製を行うことなく被験者におけるクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌を検出するためのポイント・オブ・ケア法であって、
    a)尿サンプルを準備するステップと、
    b)セクロピン・ペプチドを前記尿サンプルに加え、15分未満の間、前記ペプチドに前記細胞を溶解させるステップと、
    c)ステップb)で得られた前記尿サンプルを50%超希釈するステップと、
    c)放出された核酸をBsmポリメラーゼを用いるクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌の核酸をターゲットとしたプライマーを用いるループ介在等温増幅(LAMP)によって増幅させるステップと、
    d)ラテラルフロー・ストリップによってクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌に由来する核酸からシグナルを検出するステップと、
    e)前記シグナルが所定の値を超えている場合には、前記被験者がクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌に感染していることを示すステップとを有し、
    前記ポイント・オブ・ケア法は、標準設定のCobasR4800 CT/NG検査(Roche)と比較して60%超の検出感度を有する方法。
  13. 前記抗菌ペプチドベースの核酸の放出は、界面活性剤と組み合わせられる、
    請求項1から12のいずれかに記載の方法。
  14. 前記プライマーは、配列番号5〜28からなる群から選択される、
    請求項1から13のいずれかに記載の方法。
  15. 以下に限定されるものではないがクラミジア・トラコマティスおよび/または淋菌等の性的感染症の同時検出および定量化のための部品キットであって、
    a)以下の範囲の溶解混合物と、
    0.5〜5μMのAMP(セクロピンP1)
    5〜50mMのEDTA
    0.1〜10%の非イオン界面活性剤
    b)配列番号5〜28を含む群または配列番号5〜28の任意の組み合わせから選択されたヌクレオチド配列をコードする複数のヌクレオチド配列、またはその一部、または前記配列番号5〜28と少なくとも90%の配列同一性を有するヌクレオチド、および/またはループ介在等温増幅(LAMP)を介在可能なポリメラーゼを含む混合物と、
    c)ラテラルフロー・ストリップを含む装置と、
    を備えた部品キット。
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