JP2023074765A - 腐蛆病菌の同時検出方法及びプライマーキット - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
試料中の、遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌(Paenibacillus larvae ERIC I)、遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌(Paenibacillus larvae ERIC II)、ERIC I型及びII型以外の遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌、表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌(atypical Melissococcus plutonius)、及び表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌(typical Melissococcus plutonius)を同時に検出する方法であり、
前記試料由来のDNAを鋳型として、下記の5種の標的領域:
配列番号1に記載のヌクレオチド配列における53~1024番目の第1の標的領域、
配列番号2に記載のヌクレオチド配列における794~2101番目の第2の標的領域、
配列番号3に記載のヌクレオチド配列における2~339番目の第3の標的領域、
配列番号4に記載のヌクレオチド配列における109~367番目の第4の標的領域、及び
配列番号5に記載のヌクレオチド配列における36~222番目の第5の標的領域、
をそれぞれ増幅可能なプライマーの組み合わせであるプライマーセットを5種用いて、マルチプレックスPCRを行なうPCR工程と、
前記PCR工程で得られたPCR産物を検出する検出工程と、
を含む、腐蛆病菌の同時検出方法。
[2]
前記5種のプライマーセットが、
配列番号1のヌクレオチド配列における53~75番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIと、配列番号1のヌクレオチド配列における1002~1024番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIと、の組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号2のヌクレオチド配列における1369~1396番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIIと、配列番号2のヌクレオチド配列における1895~1922番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号3のヌクレオチド配列における3~30番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIIIと、配列番号3のヌクレオチド配列における312~335番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号4のヌクレオチド配列における111~138番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIVと、配列番号4のヌクレオチド配列における340~367番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号5のヌクレオチド配列における36~55番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーVと、配列番号5のヌクレオチド配列における201~222番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーVと、の組み合わせであるプライマーセットV、
である、[1]に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
[3]
前記プライマーセットIIが、配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせである、[2]に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
[4]
前記プライマーセットIIIが、配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせである、[2]又は[3]に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
[5]
前記プライマーセットIVが、配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせである、[2]~[4]のうちのいずれか一項に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
[6]
前記5種のプライマーセットが、
配列番号6のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIと、配列番号7のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIと、の組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号14のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーVと、配列番号15のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーVと、の組み合わせであるプライマーセットV、
である、[1]~[5]のうちのいずれか一項に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
[7]
前記検出工程が、電気泳動により前記PCR産物を分離する工程を含む、[1]~[6]のうちのいずれか一項に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
[8]
配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、及び
配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、
からなる群から選択される少なくとも1種のプライマーセットを含む、プライマーキット。
[9]
配列番号6のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIと、配列番号7のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIと、の組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号14のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーVと、配列番号15のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーVと、の組み合わせであるプライマーセットV、
を含む、[8]に記載のプライマーキット。
[10]
[1]~[7]のうちのいずれか一項に記載の腐蛆病菌の同時検出方法に用いるためのプライマーキットである、[8]又は[9]に記載のプライマーキット。
本発明の腐蛆病菌の同時検出方法によれば、遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌(Paenibacillus larvae ERIC I)、遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌(Paenibacillus larvae ERIC II)、ERIC I型及びII型以外の遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌、表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌(atypical Melissococcus plutonius)、及び表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌(typical Melissococcus plutonius)を同時に検出することが可能である。検出される腐蛆病菌としては、そのDNAが存在し得る限り、菌体の一部や死菌であってもよい。
アメリカ腐蛆病菌は、グラム陽性の有芽胞桿菌であり、現時点では、5つの遺伝子型(遺伝子型ERIC I型~V型)が知られている。ERIC型は、Genersch et al.,2006,Int.J.Syst.Evol.Microbiol.56:501-511及びBeims et al.,2020,Int.J.Med.Microbiol.310:151394の方法により区別される。いずれの遺伝子型株も蜂児に対する毒性が強いが、遺伝子型ERIC I型株は蜂児に対する毒性が比較的弱く、発症までに時間がかかるため、蛹になるときに巣房に蓋がされた後の有蓋蜂児期での死亡率が高くなる。他方、遺伝子型ERIC II型株は蜂児に対する毒性が強いため、巣房に蓋がされる前に早期に幼虫を死に至らしめる。また、蜂群に対しては、遺伝子型ERIC I型株では、感染蜂児が有蓋蜂児期に死亡することが多いため、働きバチによる死亡蜂児の発見と除去が遅れ、結果として蜂群全体への菌の蔓延が早まり蜂群の崩壊が早くなる傾向がある。他方、遺伝子型ERIC II型株では、感染した蜂児は早期に死亡し、働きバチによって早期に発見されて巣から除去されるため、蜂群全体に菌が広がりにくく、蜂群が崩壊するほど重症になるまでには時間がかかる傾向がある。さらに、どちらの遺伝子型株も消毒薬(例えば、微酸性次亜塩素酸水や亜塩素酸水)に対する抵抗性が強いが、遺伝子型ERIC II型株は特に強いことが知られている(Ohashi et al.,2020,J.Vet.Med.Sci.82:261-271)。
ヨーロッパ腐蛆病菌としては、世界各国でヨーロッパ腐蛆病症例から一般的に分離され、古くから知られる典型的な性状を示す株(典型株)と、典型株とは性状が大きく異なる株(非典型株)とが知られている。表現型典型株は、Haynes et al.,2013,Environ.Microbiol.Rep.,5:525-529の方法に従ったMLST分類により、CC3又はCC13に分類され、表現型非典型株は、同MLST分類により、CC12に分類される。いずれの表現型株も嫌気又は微好気条件で発育可能であるが、表現型非典型株は、発育が比較的早く、また、Na/K比<1の培地では好気条件でも発育可能である。さらに、表現型非典型株は、L アラビノース、D セロビオース、及びサリシンからの酸産生能、並びに、エスクリンの加水分解能を有し、βグルコシダーゼ活性を有する株が多いのに対して、表現型典型株はいずれも有さない。
本発明の腐蛆病菌の同時検出方法は、試料中の、遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌、遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌、ERIC I型及びII型以外の遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌、表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌、及び表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌を同時に検出する方法であり、
前記試料由来のDNAを鋳型として、下記の5種の標的領域:
配列番号1に記載のヌクレオチド配列における53~1024番目の第1の標的領域、
配列番号2に記載のヌクレオチド配列における794~2101番目の第2の標的領域、
配列番号3に記載のヌクレオチド配列における2~339番目の第3の標的領域、
配列番号4に記載のヌクレオチド配列における109~367番目の第4の標的領域、及び
配列番号5に記載のヌクレオチド配列における36~222番目の第5の標的領域、
をそれぞれ増幅可能なプライマーの組み合わせであるプライマーセットを5種用いて、マルチプレックスPCRを行なうPCR工程と、
前記PCR工程で得られたPCR産物を検出する検出工程と、
を含む方法である。
本発明の腐蛆病菌の同時検出方法の対象となる「試料」としては、腐蛆病菌由来のDNAが存在し得る試料である限り特に制限はなく、例えば、ミツバチ(成虫、蛹、幼虫)、ミツバチの死骸、ミツバチの腐蛆(ミツバチの幼虫や蛹が腐敗したもの);蜂群の巣、ハチミツ、ローヤルゼリー、プロポリス、花粉、土壌、ミツバチの糞、蜂群の巣の底に落ちた様々な堆積物(デブリ)等の巣内又は巣周辺から採取される環境材料が挙げられる。本発明に係る試料としてはこれらのうちのいずれであってもよいが、例えば、蜂群の腐蛆病菌汚染状況調査を目的とする場合にはハチミツが好ましい。腐蛆病菌は、ハチミツに混入することが知られており、かかるハチミツが幼虫の感染源になったり、農場全体に感染が拡がる原因となったりするためや、腐蛆病が発症する数年前からハチミツに腐蛆病菌が混入し始めるという報告もされているためである。本発明によれば、ハチミツのように腐蛆病菌のDNA含有量が比較的微量の試料を用いても、下記のマルチプレックスPCRで効率よく腐蛆病菌由来のDNAを増幅することができるため、培養を介さずに、迅速かつ簡便に、高い精度で目的の腐蛆病菌を検出することが可能である。
本発明によれば、本発明者らが見出した下記の5種の標的領域:
配列番号1に記載のヌクレオチド配列における53~1024番目の第1の標的領域、
配列番号2に記載のヌクレオチド配列における794~2101番目の第2の標的領域、
配列番号3に記載のヌクレオチド配列における2~339番目の第3の標的領域、
配列番号4に記載のヌクレオチド配列における109~367番目の第4の標的領域、及び
配列番号5に記載のヌクレオチド配列における36~222番目の第5の標的領域、
をそれぞれ増幅可能なようにプライマーを設計することにより、マルチプレックスPCRで前記腐蛆病菌を全て同時に検出することができる。
第1の標的領域では、配列番号1に記載のヌクレオチド配列における53~1024番目の範囲(同配列では972塩基)、
第2の標的領域では、配列番号2に記載のヌクレオチド配列における1369~1922番目の範囲(同配列では554塩基)、
第3の標的領域では、配列番号3に記載のヌクレオチド配列における3~335番目の範囲(同配列では333塩基)、
第4の標的領域では、配列番号4に記載のヌクレオチド配列における111~367番目の範囲(同配列では257塩基)、及び
第5の標的領域では、配列番号5に記載のヌクレオチド配列における36~222番目の範囲(同配列では187塩基)
であることが好ましい。
本発明においては、上記第1~第5の各標的領域をそれぞれ増幅可能なように、すなわち、上記第1~第5の各標的領域上のそれぞれ互いに異なる2つの部位(以下、場合により「プライマー設計部位」という)にそれぞれハイブリダイズするように、プライマーを設計する。1つの標的領域上の2つのプライマー設計部位は、互いに一部重複していてもよい。
第1の標的領域では、配列番号1のヌクレオチド配列における53~75番目の部位、及び配列番号1のヌクレオチド配列における1002~1024番目の部位、好ましくはこれらの組み合わせ、
第2の標的領域では、配列番号2のヌクレオチド配列における1369~1396番目の部位、及び配列番号2のヌクレオチド配列における1895~1922番目の部位、好ましくはこれらの組み合わせ、
第3の標的領域では、配列番号3のヌクレオチド配列における3~30番目の部位、及び配列番号3のヌクレオチド配列における312~335番目の部位、好ましくはこれらの組み合わせ、
第4の標的領域では、配列番号4のヌクレオチド配列における111~138番目の部位、及び配列番号4のヌクレオチド配列における340~367番目の部位、好ましくはこれらの組み合わせ、
第5の標的領域では、配列番号5のヌクレオチド配列における36~55番目の部位、配列番号5のヌクレオチド配列における201~222番目の部位、好ましくはこれらの組み合わせ、
が挙げられる。
本発明に係るプライマーセットは、上記第1~第5の各標的領域のうち、互いに異なる2つのプライマー設計部位にそれぞれハイブリダイズするプライマーの組み合わせである。
配列番号1のヌクレオチド配列における53~75番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIと、配列番号1のヌクレオチド配列における1002~1024番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIと、の組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号2のヌクレオチド配列における1369~1396番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIIと、配列番号2のヌクレオチド配列における1895~1922番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号3のヌクレオチド配列における3~30番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIIIと、配列番号3のヌクレオチド配列における312~335番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号4のヌクレオチド配列における111~138番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIVと、配列番号4のヌクレオチド配列における340~367番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号5のヌクレオチド配列における36~55番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーVと、配列番号5のヌクレオチド配列における201~222番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーVと、の組み合わせであるプライマーセットV、
が挙げられる。
プライマーセットIによれば、好ましくは、配列番号1に記載のヌクレオチド配列における53~1024番目の範囲(972塩基)、若しくは、配列番号1に記載のヌクレオチド配列における53~1024番目の範囲に対応する範囲(好ましくは972~974塩基)が増幅されたPCR産物;
プライマーセットIIによれば、好ましくは、配列番号2に記載のヌクレオチド配列における1369~1922番目の範囲(554塩基)、若しくは、配列番号2に記載のヌクレオチド配列における1369~1922番目の範囲に対応する範囲(好ましくは551~557塩基)が増幅されたPCR産物;
プライマーセットIIIによれば、好ましくは、配列番号3に記載のヌクレオチド配列における3~335番目の範囲(333塩基)、若しくは、配列番号3に記載のヌクレオチド配列における3~335番目の範囲に対応する範囲(好ましくは330~336塩基)が増幅されたPCR産物;
プライマーセットIVによれば、好ましくは、配列番号4に記載のヌクレオチド配列における111~367番目の範囲(257塩基)、若しくは、配列番号4に記載のヌクレオチド配列における111~367番目の範囲に対応する範囲(好ましくは254~260塩基)が増幅されたPCR産物;
プライマーセットVによれば、好ましくは、配列番号5に記載のヌクレオチド配列における36~222番目の範囲(187塩基)若しくは、配列番号4に記載のヌクレオチド配列における36~222番目の範囲に対応する範囲(好ましくは184~190塩基)が増幅されたPCR産物
が得られる。
プライマーセットIIとしては、配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットIIであることが好ましく、
プライマーセットIIIとしては、配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせであることが好ましく、
プライマーセットIVとしては、配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせであることが好ましく、
プライマーセットVとしては、配列番号14のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーVと、配列番号15のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーVと、の組み合わせであることが好ましい。
本発明の腐蛆病菌の同時検出方法としては、前記PCR工程の前に、前記試料からDNAを抽出する工程をさらに含んでいてもよい。DNAの抽出方法としては特に制限されず、従来公知の方法を適宜用いることができ、例えば、アルカリ-SDS法、フェノール抽出法、市販の核酸抽出・精製キット(例えば、InstaGene Matrix(Bio-Rad)、DNeasy PowerSoil Kit(QIAGEN)、DNeasy Plant Mini Kit(QIAGEN)、ヨーネスピン(ファスマック)、ヨーネ・ピュアスピン(ファスマック))を用いる方法、及びこれらに準じた方法が挙げられる。中でも、前記試料としてハチミツを用いる場合の好ましい方法としては、ハチミツ中で外的刺激に強い硬い殻に覆われた芽胞の状態で存在しているアメリカ腐蛆病菌のDNAと、ハチミツ中で外的刺激に比較的脆弱な栄養体の形態で存在しているヨーロッパ腐蛆病菌のDNAと、をいずれもハチミツからより効率よくかつ同時に抽出できる観点から、ヨーネスピン及びヨーネピュアスピンを用いる方法が挙げられる。
本発明の腐蛆病菌の同時検出方法は、上記の第1~第5の各標的領域をそれぞれ増幅可能なプライマーの組み合わせである前記プライマーセットを5種用いて、マルチプレックスPCRを行なうPCR工程を含む。
前記PCR工程で得られたPCR産物は、適宜公知の方法又はそれに準じた方法で検出することができる。これにより、目的の標的配列の検出、すなわち、目的の腐蛆病菌に特異的な配列の存在を検出することが可能となり、間接的に前記試料中の目的の腐蛆病菌を検出することが可能となる。
本発明は、
配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、及び
配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、
からなる群から選択される少なくとも1種のプライマーセットを含む、プライマーキットも提供する。
プライマーセットIIは、配列番号2に記載のヌクレオチド配列における1369~1922番目の範囲(554塩基)若しくはそれに対応する範囲(好ましくは551~557塩基)を増幅することで、第2の標的配列を検出、つまり遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌を特異的に検出可能なプライマーセットであり、
プライマーセットIIIは、配列番号3に記載のヌクレオチド配列における3~335番目の範囲(333塩基)若しくはそれに対応する範囲(好ましくは330~336塩基)を増幅することで、第3の標的配列を検出、つまり遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌を特異的に検出可能なプライマーセットであり、
プライマーセットIVは、配列番号4に記載のヌクレオチド配列における111~367番目の範囲(257塩基)若しくはそれに対応する範囲(好ましくは254~260塩基)を増幅することで、第4の標的配列を検出、つまり表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌を特異的に検出可能なプライマーセットである。
配列番号6のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIと、配列番号7のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIと、の組み合わせであるプライマーセットI、及び/又は
配列番号14のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーVと、配列番号15のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーVと、の組み合わせであるプライマーセットV、
をさらに含むことも好ましい。
1.1.アメリカ腐蛆病菌の標的配列
(ERIC I型)
遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌に特異的な標的配列としては、Beims et al.,2020,Open Vet.J.,10:53-58に記載のToxin 1遺伝子(plx1)の配列を用いた。遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌の標的配列(Toxin 1遺伝子)の典型的なヌクレオチド配列を配列番号2に示す。
遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌に特異的な標的配列は次のように選択した。すなわち、先ず、Funfhaus et al.,2009,Environ.Microbiol.Rep.,1:240-250においてERIC II型株にのみ存在することが報告されている9つの配列をGenBankデータベースから取得した。次いで、GenBankデータベースに登録されている、他の遺伝子型(ERIC I型、III型、IV型、V型)のアメリカ腐蛆病菌株の完全長ゲノムと比較し、ERIC II型株のみが保有するといえる配列は1つ(GenBankアクセッション番号FI763267で登録されている配列)であることを見出し、標的配列とした。なお、下記の表11~12の菌株No.72~86に記載の、遺伝子型が既知のアメリカ腐蛆病菌株における、同標的配列の有無を、下記のプライマーセットIIIによるPCRで調べたところ、当該標的配列が確かに真にERIC II型株に特異的な配列であることが確認された。遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌の標的配列の典型的なヌクレオチド配列を配列番号3に示す。
遺伝子型ERIC I型及びII型を含む全ての遺伝子型(ERIC I~V型)のアメリカ腐蛆病菌が共通に保有する16S rRNA遺伝子の配列を、全遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌に特異的な標的配列とした。全遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌の標的配列(16S rRNA遺伝子)の典型的なヌクレオチド配列を配列番号1に示す。この標的配列を上記の遺伝子型ERIC I型及びII型のアメリカ腐蛆病菌の両標的配列と組み合わせて検出対象とすることにより、上記の遺伝子型ERIC I型及びII型の標的配列のいずれも検出されず、かつ、全遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌の標的配列(16S rRNA遺伝子)のみが検出されることで、ERIC I型及びII型以外の遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌を検出することができる。
(非典型)
表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌に特異的な標的配列としては、Arai et al.,2014,J.Vet.Med.Sci.,76:491-498に記載のFur family transcriptional regulator遺伝子の配列を用いた。表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌の標的配列(Fur family transcriptional regulator遺伝子)の典型的なヌクレオチド配列を配列番号4に示す。
表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌に特異的な標的配列としては、Arai et al.,2014,J.Vet.Med.Sci.,76:491-498に記載のNa+/H+ antiporter遺伝子(napA)の配列を用いた。表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌の標的配列(Na+/H+ antiporter遺伝子)の典型的なヌクレオチド配列を配列番号5に示す。
2.1 全遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌に共通の標的配列
全遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌の標的配列(16S rRNA遺伝子)を特異的に検出するプライマーとして、Govan et al.,Appl.Environ.Microbiol.,65:2243-2245、及び、de Graaf et al.,2013,J.Apic.Res.,52:1-28に記載のプライマーを用いた。全遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌の標的配列(16S rRNA遺伝子)を検出するためのプライマー、そのヌクレオチド配列を示す配列番号、及び同プライマーセット(プライマーセットI)で増幅され得るヌクレオチド断片の期待されるサイズ(PCR産物サイズ)を下記の表1に示し、各プライマーの配列番号1のヌクレオチド配列における設計部位を示す概略図を図1に示す。
表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌の標的配列(Na+/H+ antiporter遺伝子)を特異的に検出するプライマーとしては、Arai et al.,2014,J.Vet.Med.Sci.,76:491-498に記載のプライマーを用いた。表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌の標的配列(Na+/H+ antiporter遺伝子)を検出するためのプライマー、そのヌクレオチド配列を示す配列番号、及び同プライマーセット(プライマーセットV)で増幅され得るヌクレオチド断片の期待されるサイズ(PCR産物サイズ)を下記の表2に示し、各プライマーの配列番号5のヌクレオチド配列における設計部位を示す概略図を図2に示す。
上記2.1~2.2以外の標的配列については、より精度の高いマルチプレックスPCRを構築するために、複数のフォワードプライマー(F)及びリバースプライマー(R)を設計した。各プライマーの設計には、遺伝子配列解析ソフトSequencher 5.4.6(Gene Codes Corp.)を使用し、長さが20~28bp、GC含量が40~60%となるように設計した。また、プライマーの特異性を上げるために3’末端の塩基がTとなる配列は避け、マルチプレックスPCRを行なった時に標的配列毎に異なる大きさのヌクレオチド断片が増幅されるように、すなわち、得られるPCR産物が異なる大きさとなるように、プライマーを設計した。また、BLAST検索(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov)によりGenBankのデータベース上にある全ての細菌の遺伝子配列と比較することによって、設計したプライマーが標的菌に高い特異性を持つことを確認した。
最適なマルチプレックスPCR用のプライマーセットの組み合わせを選出するため、上記で設計した表3~5に記載の複数のプライマーについて、遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌の標的配列に9セット(1~9)、遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌の標的配列に10セット(A~J)、表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌の標的配列に4セット(a~d)のプライマーセットを設計した。下記の表6に、各プライマーセットにおけるフォワードプライマー(F)とリバースプライマー(R)との組み合わせ、及び、各プライマーセットで増幅され得るヌクレオチド断片の期待されるサイズ(PCR産物サイズ)を示す。
PCR反応の酵素には、QIAGEN Multiplex PCR Kit(QIAGEN)を使用し、1反応あたり、2×QIAGEN Multiplex PCR Master Mixを10μL、Q solutionを2μL、及び鋳型DNAを2μLずつ含む全20μLの系で実施した。反応液中の各プライマーの最終濃度は、全遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌の標的配列(16S rRNA遺伝子)を検出するプライマー(表1に記載のプライマー)は0.1μM、それ以外のプライマー(表2~5に記載のプライマー)は全て0.2μMとした。
下記の表7に記載の、遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌の代表株(DTK386株)、遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌の代表株(DTK384株)、表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌の代表株(DAT606株)、及び表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌の代表株(DAT561株)から、それぞれ、InstaGene Matrix(Bio-Rad)を用いて、その取扱説明書に従ってゲノムDNAを抽出した。これら4株から抽出したゲノムDNA濃度をそれぞれNanoDrop ND-1000(Thermo Scientific)で測定後、各菌株のゲノムDNAが最終濃度0.25ng/μLになるように調整して混合した混合物2μLを陽性コントロール用の鋳型DNAとして用いた。
1-A-aのプライマーセットの組み合わせの特異性を確認するために、下記の表8~12に記載の腐蛆病菌を含む105株の菌株から抽出したゲノムDNAを鋳型DNAとして、マルチプレックスPCRを行なった。
鋳型DNAとして、上記の表7に記載の4株から、それぞれ次の方法で抽出したDNAを用いた。すなわち、アメリカ腐蛆病菌はMYPGP寒天培地を用いて35℃、5% CO2条件下で2日間、ヨーロッパ腐蛆病菌はKSBHI寒天培地を用いて35℃、嫌気条件下で3日間、それぞれ培養した後、ゲノムDNAを、Okamoto et al.,2021,Front.Microbiol.,12:667096、及び、Arai et al.,2012,PLoS One,7:e33708に記載の方法で抽出した。
(1)試料の調製
(1-1) アメリカ腐蛆病菌の芽胞液の調製
遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌の代表株、及び遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌の代表株として、それぞれ、表7に記載のDTK386株(別名:I株)及びDTK384株(別名:N株)(いずれもミツバチの腐蛆由来)を用いた。これらの菌株を、MYPGP寒天培地を用いて35℃、5% CO2条件下で長期間培養し、ウィルツ芽胞染色キット(武藤化学)を用いた芽胞染色で70-90%以上の菌細胞が芽胞になったことを確認した後、寒天培地上の芽胞を回収した。回収芽胞は滅菌水で洗浄後、再び滅菌水に懸濁して芽胞液とした。各芽胞液は実験に使用するまで4℃で保管した。芽胞濃度は倒立顕微鏡(CKX41、OLYMPUS)を用いて血球計算盤上の芽胞数をカウントして算出した。
表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌の代表株、及び表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌の代表株として、それぞれ、表7に記載のDAT606株及びDAT561株を用いた(いずれもミツバチの腐蛆由来)。これらの菌株を、KSBHI寒天培地を用いて35℃、嫌気条件下で3日間培養後、生えてきたコロニーを滅菌綿棒で集め、10%グリセリン加KSBHI液体培地に懸濁し、各菌液を-80℃で保管した。菌液のコロニー形成単位濃度(Colony Forming Unit[CFU]/mL)は、10倍段階希釈した菌液をBasal寒天培地(酵母エキス 10g、グルコース 10g、可溶性でんぷん 10g、L-システイン 0.25g、粉末寒天 20g、1M KH2PO4 100mL/L[pH 6.6]を、115℃で15分間オートクレーブ処理したもの;Forsgren et al.,2013,J.Apic.Res.,52:1-14)に滴下し、35℃で3日間嫌気培養を行なった後に生えてきたコロニーの数を数えて計測した。ヨーロッパ腐蛆病菌は連鎖状に配列しており、1つの連鎖から1つのコロニーが形成されるため、グラム染色した各菌液を顕微鏡下で観察して100連鎖の平均連鎖菌細胞数を計測し、正確な菌濃度(菌細胞/mL)を「CFU/mL×平均連鎖菌細胞数」の式により算出した。
ヨーロッパ腐蛆病の発生が報告されていない、すなわちヨーロッパ腐蛆病菌の混入がないニュージーランド産のハチミツを材料とし、培養法によりさらにアメリカ腐蛆病菌の混入を確認した。すなわち、先ず、滅菌水で50%(v/v)に希釈したハチミツを12,000×gで15分間遠心し、得られた沈渣を80℃、85℃、90℃、95℃、又は100℃で10分間加熱処理した。加熱処理後の沈渣をナリジクス酸20μg/mL及びピペミド酸10μg/mL添加MYPGP寒天培地に接種し、5% CO2条件下で6日間培養し、寒天培地上のアメリカ腐蛆病菌のコロニーの有無を確認した。アメリカ腐蛆病菌の発育が見られなかったニュージーランド産ハチミツを、腐蛆病菌を人工的に接種するためのハチミツ(腐蛆病菌に汚染されていないハチミツ)として選択した。
上記(1-3)で選択した腐蛆病菌に汚染されていないハチミツに、(1-1)で調製したアメリカ腐蛆病菌の芽胞液、及び(1-2)で調製したヨーロッパ腐蛆病菌の菌液を、ハチミツ中の各菌株の濃度がそれぞれ、1,000、100、10、又は1[菌細胞/mL]となるように添加し、既知の濃度の腐蛆病菌で汚染したハチミツ(腐蛆病菌接種ハチミツ)を調製した。
上記(1-4)で調製した腐蛆病菌接種ハチミツ5mLを滅菌水で50%(v/v)に希釈して12,000×gで15分間遠心分離を行ない、得られた沈渣を500μLの滅菌水に懸濁してDNA抽出材料とした。前記DNA抽出材料から、ヨーネスピン(ファスマック)又はヨーネピュアスピン(ファスマック)を用いて、それぞれこれらの取扱説明書に従ってDNAを抽出し、抽出されたDNAのうち2μLを鋳型DNAとして、下記のマルチプレックスPCRに供した。
上記1-A-aのプライマーセットの組み合わせで、上記3に記載の条件でマルチプレックスPCRを行なった。また、上記の表7に記載の4株から試験例1と同様にして調製した混合物(陽性コントロール)又は滅菌水(陰性コントロール)を鋳型DNAとして、同様にマルチプレックスPCRを行なった。マルチプレックスPCR後の2%アガロースゲル電気泳動で得られた電気泳動像を図11に示す。
上記1-A-aのプライマーセットの組み合わせを用いたマルチプレックスPCRの応用例として、ハチミツを用いた蜂群又は養蜂場の腐蛆病菌汚染状況調査法への有用性を確かめるため、国内で生産されたハチミツがどのくらいの割合で腐蛆病菌に汚染されているかを調査した。試料として、下記の表13~15に示す、可能な限り由来(産地、生産者、蜜源)が異なる116種類のハチミツを収集した。全てのハチミツは購入又は譲渡により2017年から2020年の間に入手された。J12、J24、及びJ42はニホンミツバチが生産したハチミツで、他は全てセイヨウミツバチが生産したハチミツである。ハチミツは全て常温で保管した。試験例4の(2)と同様の方法で、ヨーネピュアスピン(ファスマック)を用いてDNAを抽出し、抽出されたDNAのうち2μLを鋳型DNAとして、マルチプレックスPCRに供した。マルチプレックスPCRは、上記1-A-aのプライマーセットの組み合わせで、上記3に記載の条件で行なった。
<223> Plarvae1/フォーワードプライマーI
配列番号:7
<223> Plarvae2/リバースプライマーI
配列番号:8
<223> Pl-I-F1/フォーワードプライマーII
配列番号:9
<223> Pl-I-R1/リバースプライマーII
配列番号:10
<223> Pl-II-F1/フォーワードプライマーIII
配列番号:11
<223> Pl-II-R1/リバースプライマーIII
配列番号:12
<223> Mp-A-F1/フォーワードプライマーIV
配列番号:13
<223> Mp-A-R1/リバースプライマーIV
配列番号:14
<223> Mp-T-F/フォーワードプライマーV
配列番号:15
<223> Mp-T-R/リバースプライマーV
配列番号:16
<223> Pl-I-F2
配列番号:17
<223> Pl-I-F3
配列番号:18
<223> Pl-I-F4
配列番号:19
<223> Pl-I-F5
配列番号:20
<223> Pl-I-F6
配列番号:21
<223> Pl-I-F7
配列番号:22
<223> Pl-I-R2
配列番号:23
<223> Pl-I-R3
配列番号:24
<223> Pl-I-R4
配列番号:25
<223> Pl-I-R5
配列番号:26
<223> Pl-II-F2
配列番号:27
<223> Pl-II-F3
配列番号:28
<223> Pl-II-R2
配列番号:29
<223> Pl-II-R3
配列番号:30
<223> Mp-A-F2
配列番号:31
<223> Mp-A-R2
Claims (10)
- 試料中の、遺伝子型ERIC I型のアメリカ腐蛆病菌(Paenibacillus larvae ERIC I)、遺伝子型ERIC II型のアメリカ腐蛆病菌(Paenibacillus larvae ERIC II)、ERIC I型及びII型以外の遺伝子型のアメリカ腐蛆病菌、表現型非典型のヨーロッパ腐蛆病菌(atypical Melissococcus plutonius)、及び表現型典型のヨーロッパ腐蛆病菌(typical Melissococcus plutonius)を同時に検出する方法であり、
前記試料由来のDNAを鋳型として、下記の5種の標的領域:
配列番号1に記載のヌクレオチド配列における53~1024番目の第1の標的領域、
配列番号2に記載のヌクレオチド配列における794~2101番目の第2の標的領域、
配列番号3に記載のヌクレオチド配列における2~339番目の第3の標的領域、
配列番号4に記載のヌクレオチド配列における109~367番目の第4の標的領域、及び
配列番号5に記載のヌクレオチド配列における36~222番目の第5の標的領域、
をそれぞれ増幅可能なプライマーの組み合わせであるプライマーセットを5種用いて、マルチプレックスPCRを行なうPCR工程と、
前記PCR工程で得られたPCR産物を検出する検出工程と、
を含むことを特徴とする、腐蛆病菌の同時検出方法。 - 前記5種のプライマーセットが、
配列番号1のヌクレオチド配列における53~75番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIと、配列番号1のヌクレオチド配列における1002~1024番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIと、の組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号2のヌクレオチド配列における1369~1396番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIIと、配列番号2のヌクレオチド配列における1895~1922番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号3のヌクレオチド配列における3~30番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIIIと、配列番号3のヌクレオチド配列における312~335番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号4のヌクレオチド配列における111~138番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーIVと、配列番号4のヌクレオチド配列における340~367番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号5のヌクレオチド配列における36~55番目の部位にハイブリダイズするフォーワードプライマーVと、配列番号5のヌクレオチド配列における201~222番目の部位にハイブリダイズするリバースプライマーVと、の組み合わせであるプライマーセットV、
であることを特徴とする、請求項1に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。 - 前記プライマーセットIIが、配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせであることを特徴とする、請求項2に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
- 前記プライマーセットIIIが、配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせであることを特徴とする、請求項2又は3に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
- 前記プライマーセットIVが、配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせであることを特徴とする、請求項2~4のうちのいずれか一項に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
- 前記5種のプライマーセットが、
配列番号6のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIと、配列番号7のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIと、の組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号14のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーVと、配列番号15のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーVと、の組み合わせであるプライマーセットV、
であることを特徴とする、請求項1~5のうちのいずれか一項に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。 - 前記検出工程が、電気泳動により前記PCR産物を分離する工程を含むことを特徴とする、請求項1~6のうちのいずれか一項に記載の腐蛆病菌の同時検出方法。
- 配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、及び
配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、
からなる群から選択される少なくとも1種のプライマーセットを含むことを特徴とする、プライマーキット。 - 配列番号6のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIと、配列番号7のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIと、の組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号8のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIと、配列番号9のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIと、の組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号10のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号11のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIIIと、の組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号12のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーIVと、配列番号13のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーIVと、の組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号14のヌクレオチド配列からなるフォーワードプライマーVと、配列番号15のヌクレオチド配列からなるリバースプライマーVと、の組み合わせであるプライマーセットV、
を含むことを特徴とする、請求項8に記載のプライマーキット。 - 請求項1~7のうちのいずれか一項に記載の腐蛆病菌の同時検出方法に用いるためのプライマーキットであることを特徴とする、請求項8又は9に記載のプライマーキット。
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