JP2502041B2 - 熱安定性ｄｎａポリメラ―ゼを用いる核酸の増幅方法 - Google Patents

熱安定性ｄｎａポリメラ―ゼを用いる核酸の増幅方法

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    • C12Q1/686—Polymerase chain reaction [PCR]

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、精製した熱安定酵素の
使用に関する。一つの態様では、この酵素はテルムス・
アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）
から精製されたＤＮＡポリメラーゼであり、その分子量
は約８６，０００〜９０，０００である。
【０００２】本発明は、既存の核酸配列が試験試料中に
存在するならばそれらを増幅し、且つもし存在するなら
ばそれらをプローブを用いることによって検出する方法
に関する。更に具体的には、本発明は、ＤＮＡまたはＲ
ＮＡの所定の配列から特定の核酸配列を最初に存在して
いる量に比較して大量に産生してこれらの配列の検出を
容易にし、反応を触媒する熱安定酵素を用いる方法に関
する。ＤＮＡまたはＲＮＡは、一本鎖または二本鎖であ
ってもよく、比較的純粋な種類または核酸の混合物の一
成分であってもよい。本発明の方法は、所望な核酸配列
の増幅を達成するため、反復反応を利用する。
【０００３】
【従来の技術】Ｅ．コリ（Ｅ． ｃｏｌｉ）のような中
温微生物からのＤＮＡポリメラーゼの単離について、広
範な研究が行われてきた。例えば、ベスマン（Ｂｅｓｓ
ｍａｎ）ら、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．（１９５７
年）、２３３巻、１７１〜１７７頁およびブチン（Ｂｕ
ｔｔｉｎ）とコルンベルグ（Ｋｏｒｎ−ｂｅｒｇ）Ｊ．
Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．（１９６６年）、２４１巻、５４
１９〜５４２７頁を参照されたい。
【０００４】対照的に、テルムス・アクアチクス（Ｔｈ
ｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）のような好熱菌から
のＤＮＡポリメラーゼの単離と精製については、あまり
研究が行なわれていない。カレジン（Ｋａｌｅｄｉｎ）
ら、Ｂｉｏｋｈｙｍｉｙａ、（１９８０年）４５巻、６
４４〜６５１頁は、テルムス・アクアチクス（Ｔ．ａｑ
ｕａｔｉｃｕｓ）ＹＴ１株の細胞からのＤＮＡポリメラ
ーゼの６段階単離および精製法を開示している。これら
の工程は、粗製抽出物の単離、ＤＥＡＥ−セルロース・
クロマトグラフィ、ヒドロキシアパタイト上での分別、
ＤＥＡＥ−セルロース上での分別および単一鎖ＤＮＡ−
セルロース上でのクロマトグラフィから成っている。
【０００５】それぞれの段階からのプールは、エンド−
およびエクソヌクレアーゼの混入についてはスクリーニ
ングされていない。精製された酵素の分子量は、モノマ
ー単位当たり６２，０００ドルトンと報告されている。
テルムス・アクアチクス（Ｔ． ａｑｕａｔｉｃｕｓ）
からのポリメラーゼについての第二の精製法は、エイ・
チエン（Ａ．Ｃｈｉｅｎ）ら、Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏ
ｌ．（１９７６年）、１２７巻、１５５０〜１５５７頁
によって記載されている。
【０００６】この方法では、粗製の抽出物をＤＥＡＥ−
セファデックスカラムにかける。透析下プール分画を次
に、ホスホセルロースカラム上での処理に付す。このプ
ールした分画を透析して、ウシ血清アルブミン（ＢＳ
Ａ）を加えてポリメラーゼの活性の損失を防止する。生
成する混合物をＤＮＡ−セルロースカラムにかける。カ
ラムからのプールした物質透析し、ゲル透過によって分
析すると分子量は約６３，０００ドルトンであり、スク
ロース遠心分離によれば約６８，０００ドルトンであ
る。
【０００７】熱安定酵素を用いて、既存の核酸配列を初
めに存在する量に比べて大量に増幅する方法は、１９８
６年１２月１０日発行の欧州特許公開第２００，３６２
号明細書に示唆されている。この方法では、プライマ
ー、ヌクレオチドトリホスフェートおよびポリメラーゼ
が用いられ、変性、鋳型鎖の合成およびハイブリダイゼ
ーションからなっている。それぞれのプライマーの伸長
生成物は、所望の核酸配列を製造するための鋳型にな
る。
【０００８】この明細書では、用いられるポリメラーゼ
が熱安定酵素である場合には、熱によってその活性が破
壊されないので、各変性工程の後にそれを添加する必要
はない。精製された熱安定性ＤＮＡポリメラーゼの使用
については、他の利益および詳細な点についてはなにも
提供されていない。増幅および検出工程も、サイキ（Ｓ
ａｉｋｉ）らのＳｃｉｅｎｃｅ、２３０巻、１３５０〜
１３５４頁（１９８５年）およびサイキ（Ｓａｉｋｉ）
らのＢｉｏ／Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、３巻、１００８〜
１０１２頁（１９８５年）に記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、当業界で
は、上記の増幅工程を改良するために、精製された安定
な熱安定酵素を使用することが望まれている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明はヌ
クレオチドトリホスフェートの結合を触媒して核酸鋳型
鎖に相補的な核酸鎖を形成する精製された熱安定酵素の
使用方法を提供する。好ましくは、精製された酵素はテ
ルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉ
ｃｕｓ）由来のＤＮＡポリメラーゼであり、分子量は約
８６，０００〜９０，０００ドルトンである。この精製
された材料を温度サイクル増幅反応に用いて、所定の核
酸配列から核酸配列を初めに存在する量に比較して大量
に産生させて、それらを容易に検出することができるよ
うにすることができる。
【００１１】テルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ
ａｑｕａｔｉｃｕｓ）由来のＤＮＡポリメラーゼ酵素
をコードする遺伝子も同定され、本発明の熱安定酵素を
回収するもう一つの手段として使用することができる。
約８６，０００〜９０，０００ドルトンの酵素をコード
する遺伝子に加えて、ＤＮＡポリメラーゼ活性をコード
する遺伝子誘導体も本発明で使用する酵素の製造のため
に使用することができる。
【００１２】最後に、本発明は、１種以上の非イオン性
のポリマー性洗剤を含む緩衝液に上記のような精製され
た熱安定酵素を含有する安定な酵素組成物を使用するこ
とをも包含する。精製された酵素および組替えＤＮＡ技
術によって産生される酵素は、熱安定性ではないクレノ
ウ（Ｋｌｅｎｏｗ）フラグメントよりも遙かに高い特異
性を提供する。更に、精製された酵素及び組換え技術に
よって産生された酵素は、ｄＴＴＰまたは他のヌクレオ
チドトリホスフェートがＤＮＡ鋳型と共にインキュベー
ション混合物中に存在しないときに予想される適当な活
性を示す。
【００１３】また、これらの酵素は、文献に記載されて
いるテルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕ
ａｔｉｃｕｓ）由来の熱安定酵素のpHよりも広いpH範囲
を有し、pH７ではpH８における場合の５０％より大きな
活性を示す。更に、これらの熱安定酵素は、非イオン性
洗剤を有する緩衝液中に保存して、長時間に亙って活性
を失わずに安定であるようにすることができる。
【００１４】本発明は、プライマーおよび熱安定酵素を
用いて、核酸またはそれらの混合物中に存在する１種又
は複数種の特定の核酸配列を増幅する方法にある。一つ
のプライマーの伸長生成物が他のものにハイブリダイズ
すると、所望の特定の核酸配列を産生するための鋳型に
なり、その逆も同じであり、この方法は所望の量の配列
を産生するのに必要な回数だけ反復される。この方法
は、増幅反応の特異性を向上させて、増幅された核酸の
極めて明瞭なシグナルを生じる。
【００１５】更に、本発明の方法は、それぞれの増幅サ
イクルの後に一つの容器から別の容器に試薬を移す必要
をなくする。熱安定酵素は、核酸鎖を変性するのに要す
る高温に対して耐性を有し、それ故取り替える必要がな
いので、上記のような移し替えは必要でない。更に、温
度サイクル変化を自動化して、増幅反応を行うのに必要
な人員と工程数を更に削減することができる。更に具体
的には、本発明は、同一の長さ又は異る長さの２つの別
個の相補的鎖から成る核酸又はその混合物中に含まれる
少なくとも１種類の特定の核酸配列の増幅方法であっ
て、
【００１６】（ａ）前記鎖を、２以上のオリゴヌクレオ
チドプライマー及び熱安定性ＤＮＡポリメラーゼにより
処理して、増幅されるべき核酸配列について該核酸配列
の鎖に相補的なプライマーの伸長生成物を合成し、ここ
で、前記プライマーは、特定の核酸配列の鎖と実質的に
相補的であり、且つ増幅されるべき核酸配列の両端を規
定し、各プライマーから合成された伸長生成物がその相
補体から分離された場合に更なる合成のための鋳型とし
て機能することができるように選択され；
【００１７】（ｂ）前記プライマー伸長生成物をそれら
が合成された鋳型から分離して単鎖分子を生成せしめ；
そして （ｃ）段階（ｂ）から生じた単鎖分子を段階（ａ）のプ
ライマー及び熱安定性ＤＮＡポリメラーゼにより処理し
て、段階（ｂ）において生成した各単鎖分子を鋳型とし
て用いてプライマー伸長生成物を合成する；ことを含ん
で成る方法において、
【００１８】前記熱安定性ＤＮＡポリメラーゼとして、
次の性質： （１）作用 鋳型ＤＮＡにアニールされたオリゴヌクレオチド又はポ
リヌクレオチドの３′−ヒドロキシル基にデオキシリボ
ヌクレオシド５′−トリホスフェートのα−ホスフェー
トを共有結合せしめることにより、デオキシリボ核酸に
デオキシリボヌクレオシド５′−モノホスフェートを鋳
型依存的に導入する反応を触媒する；並びに
【００１９】（２）基質特異性 十分な活性のために鋳型ＤＮＡ鎖及びそれにハイブリダ
イズしているオリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチド
であって遊離３′−ヒドロキシル基を有するもの、並び
に４種類のデオキシリボヌクレオシド５′−トリホスフ
ェートを必要とする；を有する熱安定性ポリメラーゼを
使用することを特徴とする方法を提供する。
【００２０】本発明の方法は、次のような態様を含み、
又は下記のごとく応用することができる。核酸または核
酸の混合物に含まれる少なくとも１種の特定の核酸配列
を増幅する方法であって、核酸が二本鎖である時には、
この核酸が同じまたは異なる長さの２本の別々の相補的
鎖からなり、
【００２１】（ａ）それぞれの核酸鎖を、４個の異なる
ヌクレオチドトリホスフェートと増幅されるべきそれぞ
れの異なる特定の配列について１個のオリゴヌクレオチ
ドプライマーとに接触させ、但しそれぞれのプライマー
はそれぞれの特定の配列の異なる鎖に実質的に相補的で
あるように選択され、１個のプライマーから合成された
伸長生成物が、その相補体から分離したとき、他のプラ
イマーの伸長生成物の合成の鋳型として働くことができ
るようにし、上記接触を、それぞれのプライマーのその
相補的核酸鎖へのハイブリダイゼーションを促進する温
度で行い；
【００２２】（ｂ）それぞれの核酸鎖を、工程（ａ）と
同時にまたはこの工程の後に、ヌクレオチドトリホスフ
ェートの結合を触媒する熱安定酵素と接触させて、それ
ぞれの核酸のそれぞれの鎖に相補的なプライマー伸長生
成物を形成し； （ｃ）酵素の活性化し、そして増幅されるべきそれぞれ
の異なる配列について、それぞれの核酸鎖鋳型に相補的
なそれぞれのプライマーの伸長生成物を合成するために
は有効な温度であるがしかしそれぞれの伸長生成物をそ
の相補的鎖鋳型から分離する程の高温ではない温度にお
いて、有効な時間にわたり、工程（ｂ）からの混合物を
保持し；
【００２３】（ｄ）プライマー伸長生成物がその上で合
成された鋳型から該プライマー伸長生成物を分離して一
本鎖分子を生成せしめるためには有効な温度ではあるが
しかし酵素を不可逆的に変性させる程の高温ではない温
度において、有効な時間にわたり、工程（ｃ）からの混
合物を加熱し； （ｅ）工程（ｄ）からの混合物を、それぞれのプライマ
ーの工程（ｄ）で産生される一本鎖分子のそれぞれへの
ハイブリダイゼーションを促進するために有効な温度に
有効な時間にわたり冷却し；
【００２４】（ｆ）酵素の活性を促進させ、そして増幅
されるべきそれぞれの異なる配列について、工程（ｄ）
で産生されるそれぞれの核酸鎖鋳型に相補的なそれぞれ
のプライマーの伸長生成物を合成するためには有効な温
度であるがしかしそれぞれの伸長生成物をその相補的鎖
鋳型から分離する程の高温ではない温度において、有効
な時間にわたり、工程（ｂ）からの混合物を保持し、工
程（ｅ）および（ｆ）を同時にまたは順次に行うことを
特徴とする方法を提供する。
【００２５】工程（ｄ），（ｅ）および（ｆ）は、所望
な水準の配列の増幅が得られるまで繰り返すことができ
る。本明細書記載の好ましい熱安定酵素は、テルムス・
アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）
から抽出されたポリメラーゼ（Ｔａｑポリメラーゼ）で
ある。最も好ましくは、酵素がＴａｑポリメラーゼであ
る時には、工程（ａ）では核酸鎖を、約１．５〜２mMの
マグネシウム塩、１５０〜２００μＭのそれぞれのヌク
レオチドおよび１μＭのそれぞれのプライマーを含んで
成る緩衝液と接触させ、工程（ａ），（ｅ）および
（ｆ）を約４５〜５８℃で行い、工程（ｄ）を約９０〜
１００℃で行う。
【００２６】好ましい態様では、１種又は複数種の核酸
は二本鎖であり、工程（ａ）は、（ｉ）それぞれの核酸
を、４個の異なるヌクレオチドトリホスフェート及び増
幅されるべきそれぞれの異なる特定の配列について１個
のオリゴヌクレオチドプライマーの存在下で、それぞれ
の核酸を変性するのに有効な時間、有効な温度に加熱し
て、但しそれぞれのプライマーはそれぞれの特定の配列
の異なる鎖に実質的に相補的であるように選択され、１
個のプライマーから合成された伸長生成物が、その相補
体から分離したとき、他のプライマーの伸長生成物の合
成の鋳型として働くことができるようにし、（ii）変性
した核酸を、それぞれのプライマーのその相補的な核酸
鎖へのハイブリダイゼーションを促進する温度に冷却す
ることによって行なわれる。
【００２７】他の態様では、本発明は、核酸または核酸
の混合物を含む試料において少なくとも１種の特定の核
酸配列の存在または不存在を検出し、または上記試料に
おける２種の異なる配列を識別する方法であって、試料
は上記１または複数の配列を含むものと予想され、且つ
１又は複数の核酸が二本鎖である時には、それらはそれ
ぞれ、等しいまたは等しくない長さの２本の分離された
相補的鎖からなり、工程（ａ）〜（ｆ）は上記と同じで
あり、特定の１つの核酸配列または、存在するならば、
複数の配列の量を増幅させ、工程（ｅ）および（ｆ）を
同時にまたは順次に行い、
【００２８】（ｇ）工程（ｆ）の生成物に、上記配列へ
のまたはその変異体へハイブリダイズすることができ
る、検出されるべきそれぞれの配列のための、標識した
オリゴヌクレオチドプローブを加え；そして （ｈ）上記ハイブリダイゼーションが起こったかどうか
を決定することを特徴とする方法に関する。
【００２９】更にもう一つの態様では、本発明は、試料
中に含まれる１種又は複数種の核酸中の少なくとも１つ
のヌクレオチド配列の変化の存在または不存在を検出す
る方法であって、核酸が二本鎖である時には、それはそ
れぞれ、等しいまたは等しくない長さの２本の分離され
た相補的鎖からなり、上記工程（ａ）〜（ｆ）を含み、
１又は複数の配列変化が存在するときには、これらを含
む核酸の検出可能な増幅を得るのに十分な回数だけ、工
程（ｄ），（ｅ）および（ｆ）を繰り返し、且つ工程
（ｅ）と（ｆ）は同時にまたは順次に行い、
【００３０】（ｇ）工程（ｆ）の生成物を膜に固定し、 （ｈ）プローブの配列が増幅された配列の領域に相補的
であるときにのみ増幅された核酸配列とハイブリダイズ
することができる、標識された配列特異的オリゴヌクレ
オチドプローブで、上記膜をハイブリダイゼーション条
件下で処理し；そして（ｉ）プローブが核酸試料中の増
幅された配列にハイブリダイズしたか否かを検出するこ
とを特徴とする方法に関する。
【００３１】試料が細胞を含有するときには、好ましく
は、それらの細胞を工程（ａ）の前に加熱してその中の
核酸を試薬に暴露させる。この工程は、試薬の添加前の
核酸の抽出を回避する。
【００３２】この方法の変法においては１種又は複数の
プライマーおよび／またはヌクレオチドホスフェートを
標識して、生成する増幅された配列を標識するようにす
る。標識された１種又は複数のプライマーおよび／また
はヌクレオチドホスフェートは、最初から反応混合物中
に存在してもよくまたは後のサイクルで添加することも
できる。（非標識）配列特異的オリゴヌクレオチドトリ
ホスフェートを膜に固定し、標識された増幅生成物によ
りハイブリダイゼーション条件下で処理して、膜に結合
した配列が増幅生成物に存在するときにのみハイブリダ
イゼーションが起こるようにする。
【００３３】更にもう一つの態様では、本発明は、核酸
または核酸の混合物に含まれる１種又は複数種の特異的
核酸配列をクローニングベクターにクローン化する方法
であって、１種又は複数の核酸が二本鎖である時には２
本の分離された相補的鎖からなり、該１種又は複数種核
酸がクローニングの前に量的に増幅され、この方法は上
記工程（ａ）〜（ｆ）を含み、工程（ｄ），（ｅ）およ
び（ｆ）は１種又は複数種の配列を含む１種又は複数種
の核酸の検出可能な増幅を生じるのに十分な回数だけ繰
り返し；
【００３４】（ｇ）工程（ｆ）の生成物に上記制限部位
のそれぞれに対する制限酵素を加えて、制限消化物中に
開裂生成物を得； （ｈ）クローン化されるべき特定の配列を含む工程
（ｇ）の開裂生成物を１個以上のクローニングベクター
に連結することからなる方法に関する。
【００３５】最後の態様では、本発明は、核酸または核
酸の混合物に含まれる１種又は複数種の特定の核酸配列
をクローニングベクターにクローン化する方法であっ
て、１種又は複数種の核酸が二本鎖である時には、長さ
が等しいまたは等しくない２本の分離された相補的鎖か
らなり、該１種又は複数種の核酸がクローニングの前に
量的に増幅され、この方法は上記工程（ａ）〜（ｆ）を
含み、工程（ｄ），（ｅ）および（ｆ）を、１種以上の
クローニングベクターに平滑末端連結するために、１種
又は複数の配列を含む１種又は複数の核酸の検出可能な
増幅を生じるのに十分な回数だけ繰り返し、
【００３６】（ｇ）工程（ｆ）から得られたクローン化
されるべき１種又は複数種の増幅された特定の列をリガ
ーゼの存在下で１種又は複数種の上記クローニングベク
ターへ連結し、ここで、１種又は複数種の上記増幅され
た配列及び１種又は複数種のベクターが連結を行うのに
十分な量で存在することを特徴とする方法に関する。
【００３７】生成物の態様では、本発明は、核酸または
核酸の混合物に含まれる少なくとも１種の特定の核酸配
列を増幅するのに有用な組成物であって、増幅されるべ
きそれぞれの異なる特定の配列について、４個の異なる
ヌクレオチドトリホスフェートと１個のオリゴヌクレオ
チドプライマーを含有し、それぞれのプライマーはそれ
ぞれの特定の配列の異なる鎖に実質的に相補的であるよ
うに選択され、一つのプライマーから合成された伸長生
成物は、その相補体から分離されたと、他のプライマー
の伸長生成物の合成の鋳型として働くことができるよう
になる。
【００３８】もう一つの生成物の態様では、本発明は、
核酸に含まれる特定の核酸配列の複数鎖を含んで成る１
種又は複数種の核酸の試料を提供する。この試料は、約
１０〜１００の鎖、約１００〜１０００の鎖、または約
１０００を超える鎖を有することができる。
【００３９】本明細書に用いられる「細胞」「細胞系
（セルライン）」および「細胞培養物」は相互交換可能
に用いることができ、これらの名称は総て子孫を包含す
る。したがって、「形質転換体」または「形質転換され
た細胞」とは、一次細胞およびトランスファーの回数と
は関係なしにその細胞に由来する培養物を包含する。ま
た、総ての子孫は、故意のまたは偶然の突然変異により
ＤＮＡ含量が正確には同一ではないことがあることも理
解される。最初に形質転換された細胞に置いてスクリー
ニングしたのと同じ機能を有する変異体子孫も包含され
る。
【００４０】「制御配列」という用語は、特定の宿主生
物における作用可能に連結されたコード配列の発現に必
要なＤＮＡ配列を指す。原核生物に好適な制御配列は、
例えばプロモーター、任意にはオペレーター配列、リボ
ゾーム結合部位があるが、さらにその他の余り理解され
ていない配列も包含することが可能である。真核細胞
は、プロモーター、ポリアデニル化シグナルおよびエン
ハンサーを利用することが知られている。
【００４１】「発現系」という用語は、作用可能に連結
された所望のコード配列および制御配列を含むＤＮＡ配
列を指し、これらの配列で形質転換される宿主はコード
された蛋白質を産生することができる。形質転換を行う
ために、発現系をベクターに包含させてもよいが、次
に、関連のＤＮＡが宿主染色体に組み込まれてもよい。
本明細書で用いられる「遺伝子」という用語は、回収可
能な生物活性を有するポリペプチドまたは前駆体をコー
ド化するＤＮＡ配列を指す。このポリペプチドは、完全
な長さの遺伝子配列によりまたは酵素活性が保持されて
いるかぎりコード配列のいずれかの部分によってコード
されていてもよい。
【００４２】「作用可能に連結した」という用語は、成
分の正常な機能を行うことができる併置を指す。例え
ば、制御配列に「作用可能に連結した」コード配列は、
このコード配列が制御配列の制御下で発現することがで
きる配置を指す。「非イオン性のポリマー性洗剤」と
は、イオン性電荷を持たず、本発明の目的には、約３．
５〜約９．５のpH範囲、好ましくは４〜８．５のpH範囲
で酵素を安定化することができることを特徴とする界面
活性剤を指す。
【００４３】本明細書に用いられる「オリゴヌクレオチ
ド」という用語は、２個以上のデオキシリボヌクレオチ
ドまたはリボヌクレオチド、好ましくは３個以上のもの
からなる分子として定義される。その正確な大きさは多
くのファクターによって異り、これらのファクターはオ
リゴヌクレオチドの最終的な機能または用途によって異
る。オリゴヌクレオチドは、合成的にまたはクローニン
グによって誘導することができる。
【００４４】本明細書に用いられる「プライマー」とい
う用語は、生成された制限消化物中におけるように天然
存在し、または合成的に製造されるオリゴヌクレオチド
であって、核酸鎖に相補的なプライマー伸長生成物の合
成を誘発する条件、すなわち、適当な緩衝液（「緩衝
液」とはpH、イオン強度、コファクター等を包含する）
中で、好適な温度で４種の異なるヌクレオチドトリホス
フェートと熱安定酵素の存在の条件下に置くとき、合成
の開始点として作用することができるものを指す。
【００４５】Ｔａｑポリメラーゼについては、本明細書
の緩衝液は、好ましくは１．５〜２mMのマグネシウム
塩、好ましくはＭａＣｌ2 、１５０〜２００μＭのそれ
ぞれのヌクレオチドおよび１μＭのそれぞれのプライマ
ーを含有し、好ましくは、５０mMのＫＣｌと１０mMのト
リス緩衝液（pH８〜８．４）および１００μｇ／mlのゼ
ラチンを含む。このプライマーは、増幅において最大効
率を得るには好ましくは単一鎖であるが、二本鎖でもよ
い。二本鎖の場合には、プライマーは最初に処理され
て、伸長生成物を調製するのに用いる前にそれらの鎖ご
とに分離される。好ましくは、プライマーは、オリゴデ
オキシリボヌクレオチドである。プライマーは十分に長
く、熱安定酵素の存在で伸長生成物の合成をプライムで
きるものでなければならない。
【００４６】プライマーの正確な長さは、温度、プライ
マー由来および方法用途のような多くのファクターによ
って変わる。例えば、目標とする配列の複雑さによって
は、オリゴヌクレオチドプライマーは典型的には、１５
〜２５ヌクレオチドを含むが、それより多くのまたはそ
れより少ないヌクレオチドを含むこともある。短いプラ
イマー分子は一般的には、鋳型と十分に安定なハイブリ
ッド複合体を形成するには、低温が必要である。
【００４７】これらのプライマーは、増幅されるそれぞ
れの特定の列の異なる鎖に「実質的に」相補的になるよ
うに選択される。これは、それらのそれぞれの鎖とハイ
ブリッド形成するには十分に相補的でなければならない
ことを意味する。それ故、プライマー配列は鋳型の正確
な配列を反映する必要はない。例えば、非相補的ヌクレ
オチドフラグメントをプライマーの５′末端に結合さ
せ、残りのプライマー配列が鎖に対して相補的であるよ
うにすることができる。
【００４８】また、プライマー配列が増幅される鎖の配
列に対して十分に相補的で、この鎖とハイブリッド形成
することによって、他のプライマーの伸長生成物の合成
用の鋳型となる場合には、非相補的塩基またはより長い
配列をプライマー中に含むことができる。しかしなが
ら、検出の目的には、詳細には標識した配列特異的プロ
ーブを用いて検出するには、プライマーは典型的には正
確な相補性を有する場合に最高の結果が得られる。
【００４９】本明細書に用いられる「制限エンドヌクレ
アーゼ」および「制限酵素」という用語は、細菌酵素で
あって、それぞれが特異的ヌクレオチド配列のまたはそ
の付近の二重鎖ＤＮＡを切断するものを指す。本明細書
に用いられる「ＤＮＡ多形」という用語は、２種以上の
異なるヌクレオチド配列がＤＮＡの特定の部位に存在す
ることができる状態を指す。
【００５０】本明細書に用いられる「ヌクレオチド配列
の変化」という用語は、ある種の単一または複数のヌク
レオチド置換、欠失または挿入を指す。これらのヌクレ
オチド変化は、突然変異または多形性対立遺伝子変異で
あることもある。それ故、本明細書に用いられる方法
は、単一塩基の変異、付加または欠失によって起こされ
るβ−グロブリン遺伝症（ある種のβ−サラセミア、鎌
状赤血球貧血、ヘモグロビンＣ症など）において起こる
ような核酸での単一ヌクレオチド変化を検出することも
でき、またα−サラセミアまたはある種のβ−サラセミ
アに包含されるような多数塩基変異を検出することもで
きる。
【００５１】更に、本発明の方法は病気に必然的には関
連せず、集団中の核酸の特定の部位、例えばヒトゲノム
及びランダム多形例えばミトコンドリアＤＮＡのＨＬＡ
領域に単に（置換された、欠失されたまたは挿入された
ヌクレオチド塩基対のような）２種以上の異なるヌクレ
オチド配列が存在するような状態である多形を検出する
ことができる。以下に詳細に記載する多形配列に特異的
なオリゴヌクレオチドプローブは、インシュリン依存性
の糖尿病メリトゥス（ｍｅｌｌｉｔｕｓ）のような病気
に関連した遺伝的マーカーを検出するのに使用され、ま
たは法医学の応用に用いることもできる。核酸が二本鎖
である時には、配列中のヌクレオチド変化は配列の塩基
対変化になる。
【００５２】「配列特異的オリゴヌクレオチド」という
用語は、対立遺伝子に含まれるまたは含まれない特定の
配列にハイブリッド形成するオリゴヌクレオチドを指
し、これらの配列は検出される塩基対変化を含み、そし
て検出される配列変異に特異的である。分析される配列
によっては、１種以上の配列特異的ヌクレオチドをそれ
ぞれの配列に対して、以下に更に記載のように用いるこ
ともできる。本明細書に用いられる「制限フラグメント
長さ多形」（ＲＦＬＰ）という用語は、特定の制限エン
ドヌクレアーゼで消化することによって形成される制限
フラグメントの長さの個体間の差を指す。
【００５３】本明細書に用いられる「熱安定酵素」とい
う用語は、熱に安定であり、耐熱性を有し、それぞれの
核酸鎖に相補的であるプライマー伸長生成物を形成する
適当な方法でヌクレオチドの結合を触媒（促進）する酵
素を意味する。一般的には、合成はそれぞれのプライマ
ーの３′末端で開始され、合成が終結するまで鋳型鎖に
沿って５′方向に進行し、異なる長さの分子を産生す
る。しかしながら、５′末端で合成を開始し、上記と同
様な工程を用いて、他の方向に進む熱安定酵素もある。
【００５４】本明細書に用いられる熱安定酵素は、増幅
反応に効果的であるという唯一の規準を満たすものでな
ければならず、すなわち、酵素は、二本鎖核酸の変性を
行うのに必要な時間高温に付す時に、不可逆的に変性
（不活性化）するものであってはならない。この場合の
不可逆的変性とは、酵素活性を永久に且つ完全に喪失す
ることを意味する。
【００５５】変性に必要な加熱条件は、例えば緩衝液の
塩濃度、変性される核酸の長さおよびヌクレオチド組成
によって変わるが、典型的には、約９０〜約１０５℃の
範囲であり、時間については主として温度および核酸の
長さによって変わり、典型的には約０．５〜４分間であ
る。緩衝液の塩濃度および／または核酸のＧＣ組成が増
加すると、更に高温を用いることもできる。好ましく
は、酵素は約９０〜１００℃で不可逆的に変性しない。
【００５６】本明細書に用いられる熱安定酵素は、好ま
しくはその酵素が機能する最適温度は約４０℃よりも高
く、鋳型へのプライマーのハイブリダイゼーションが促
進される温度よりも低い温度であるが、（１）マグネシ
ウムおよび塩濃度および（２）プライマーの組成および
長さによっては、ハイブリダイゼーションは更に高い温
度（例えば４５〜７０℃）で起こることができる。酵素
にとっての最適温度が高くなれば、プライマー関連の伸
長法の特異性および／または選択性は大きくなる。しか
しながら、４０℃未満（例えば３７℃）で活性な酵素
も、熱に安定であるかぎり、本発明の範囲内に含まれ
る。好ましくは、最適温度は約５０〜９０℃であり、更
に好ましくは６０〜８０℃である。
【００５７】本明細書に用いられる熱安定酵素は、如何
なる由来から得ることもでき、天然または組換え蛋白質
であってもよい。耐熱性を有するものとして文献に報告
されている酵素の例は、熱に安定なポリメラーゼ、例え
ば好熱菌のテルムス・フラブス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｆｌ
ａｖｕｓ）、テルムス・テルモフイルス（Ｔｈｅｒｍｕ
ｓ Ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、バシルス・ステアロ
テルモフィルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈ
ｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）（他の文献に報告されているも
のよりも幾分低い最適温度を有する）、テルムス・アク
アチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）、テ
ルムス・ラクテウス（Ｔｈｅｒｍｕｓｌａｃｔｅｕ
ｓ）、テルムス・ルーベンス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｒｕｂ
ｅｎｓ）、およびメタノテルムス・フェルビドウス（Ｍ
ｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｕｓ ｆｅｒｖｉｄｕｓ）から
抽出されたポリメラーゼがある。
【００５８】本発明の熱安定性酵素は、例えば次のよう
な性質を有する。 （１）作用 本酵素は、鋳型ＤＮＡにアニールされたポリヌクレオチ
ドの３′−ヒドロキシル基にデオキシリボヌクレオジド
５′−トリホスフェートのα−ホスフェートを共有結合
せしめることにより、デオキシリボ核酸にデオキシリボ
ヌクレオシド５′−トリホスフェートを鋳型依存的に導
入する反応を触媒する。
【００５９】（２）基質特異性 本酵素はその十分な活性のために部分的に二本鎖を形成
したＤＮＡ鋳型及び４種類のデオキシリボヌクレオシド
５′−トリホスフェートを必要とする。ここで部分的に
二本鎖を形成したＤＮＡ鋳型とは、例えば単鎖鋳型ＤＮ
Ａ分子に遊離の３′−ヒドロキシル基を有するオリゴヌ
クレオチドプライマーがアニールしている状態を意味す
る。単鎖ＤＮＡに対しても低い活性を示す可能性があ
る。
【００６０】（３）最適pH及び安定pH範囲 最適pH範囲は、７０℃〜７５℃の温度においてpH８．０
〜８．５である。但し、pH７．０においても有意な活性
を有する。本酵素は少なくともpH５．０〜pH９．４の範
囲で比較的安定である。 （４）作用温度範囲 室温〜８５℃の範囲で活性であり、最適温度は約７５℃
である。３５℃における活性は７５℃における活性の約
１％である。
【００６１】（５）不活性化 本酵素は９２．５℃において２時間以上の半減期を有
し、９５℃において４０分間の半減期を有し、そして９
７．５℃において５分間の半減期を有する。 （６）阻害、活性化及び安定化 ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ＥＤＴ
Ａ、ホルムアミド、ＳＤＳ、高濃度の尿素、等により阻
害される。
【００６２】（７）分子量 本発明の分子量を、ＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲル電
気泳動により、分子量標準としてホスホリダーゼＢ（分
子量９２，０００）、ウシ血清アルブミン（分子量６
６，２００）、オバルブミン（分子量４５，０００）、
カーボニックアンヒドラーゼ（分子量３１，０００）、
大豆トリプシンインヒビーター（分子量２１，５００）
及びリゾチーム（分子量１４，０００）を用いて決定し
た場合、約８６，０００〜９０，０００ダルトンであっ
た。しかし最近の報告によればホスホリラーゼＢの分子
量は約９７，３００ダルトンであるとされており、この
分子量に基けば本発明の酵素の分子量は約９４，０００
ダルトンとされる。
【００６３】本発明において使用される熱安定性酵素は
さらに、前記の酵素のＣ−末端側の少なくとも３分の１
を含んで成り、なお酵素活性を有するものであってもよ
い。本明細書に用いられる好ましい熱安定酵素は、テル
ムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃ
ｕｓ）から単離されたＤＮＡポリメラーゼである。その
各種の株も、アメリカン・タイプ・カルチャ・コレクシ
ョン（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ
Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）ロックビル，メリーランド、か
ら入手することができ、ティ・ディ・ブロック（Ｔ．
Ｄ．Ｂｒｏｃｋ）、Ｊ．Ｂａｃｔ．（１９６９年）、９
８巻、２８９〜２９７頁、およびティ・オシマ（Ｔ．Ｏ
ｓｈｉｍａ）、Ａｒｃｈ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．、（１
９７８年）、１１７巻、１８９〜１９６頁に記載されて
いる。これらの好ましい菌株の一つは、ＹＴ−１株であ
る。
【００６４】天然タンパク質を回収するためには、細胞
を適当な技術を用いて増殖させる。この様な技術は、カ
レジン（Ｋａｌｅｄｉｎ）ら、Ｂｉｏｋｈｉｍｉｙａ、
（１９８０年）同上、に記載されている。簡単に言え
ば、１リットルに、ニトリロトリ酢酸（１００mg）、ト
リプトン（３ｇ）、酵母抽出液（３ｇ）、コハク酸（５
ｇ）、亜硫酸ナトリウム（５０mg）、リボフラビン（１
mg）、Ｋ2 ＨＰＯ4 （５２２mg），ＭｇＳＯ4 （４８０
mg），ＣａＣｌ2 （２２２mg），ＮａＣｌ（２０mg）、
および痕跡量の元素を含む培地上で細胞を増殖させる。
培地のpHは、ＫＯＨで８．０±０．２に調整している。
７０℃の温度で激しく通気しながら、細胞１リットルに
対して２０ｇまで培養すると、収量は増加する。後期対
数増殖期における細胞（５５０nmでの吸収により測定）
を遠心分離によって集めて、緩衝液で洗浄し、−２０℃
に凍結保存した。
【００６５】チエン（Ｃｈｉｅｎ）ら、Ｊ．Ｂａｃｔｅ
ｒｉｏｌ．、１９７６年、同上、による細胞を生育させ
るもう一つの方法では、０．１mg／ｌのビオチンを補填
した０．３％のグルタミン酸、０．１mg／ｌチアミンお
よび０．０５mg／ｌのニコチン酸を含む定義された無機
塩培地が用いられる。これらの塩にはニトリロトリ酢
酸、ＣａＳＯ4 ，ＭｇＳＯ4 ，ＮａＣｌ，ＫＮＯ3 ，Ｎ
ａＮＯ3 ，ＺｎＳＯ4 ，Ｈ3 ＢＯ3 ，ＣｕＳＯ4 ，Ｎａ
ＭｏＯ4 ，ＣｏＣｌ2 ，ＦｅＣｌ3 ，ＭｎＳＯ4、およ
びＮａ2 ＨＰＯ4 がある。培地のpHはＮａＯＨで８．０
に調整している。
【００６６】チエン（Ｃｈｉｅｎ）らの方法では、細胞
は最初は７５℃で水浴シェーカー中で増殖させる。一定
の濃度に達したなら、これらの細胞１リットルを、熱風
インキュベーターに入れてある１６リットルのカーボー
イ（ｃａｒｂｏｙｓ）に移す。無菌空気を培養液中に通
して、温度を７５℃に維持する。細胞を２０時間増殖さ
せた後、遠心分離によって回収する。細胞の増殖の後、
酵素の単離および生成を６段階で行い、それぞれの段階
は室温より低い温度、好ましくは約４℃で行う。
【００６７】第一の段階または工程では、細胞が、凍結
している場合には、解凍し、超音波で破砕し、pHが約
７．５の緩衝液に懸濁する。第二の段階では上澄液を集
めて、次いで乾燥硫酸アンモニウムのような塩を加える
ことによって分別する。適当な画分（典型的には、４５
〜７５％飽和）を集めて、０．２リン酸カリウム緩衝
液、好ましくはpH６．５の緩衝液に溶解して、同じ緩衝
液に対して透析する。
【００６８】第三の段階では、核酸及びある種の蛋白質
を取り除く。第二の段階からの画分を、上記と同じ緩衝
液で平衡化したＤＥＡＥ−セルロースカラムにかける。
次いで、このカラムを同じ緩衝液で洗浄し、蛋白質含有
画分を溶出し、２８０nmでの吸収によって測定し、集め
て、１０mMリン酸カリウム緩衝液に対して、好ましくは
第一の緩衝液でpHを７．５にしたものと同じ成分を有す
るもので透析する。
【００６９】第四の段階では、上記のようにして集めた
分画を、第三の段階で透析に用いた緩衝液で平衡にした
ヒドロキシアパタイトカラムにかける。次いで、このカ
ラムを洗浄し、１０mMの２−メルカプトエタノールと５
％のグリセリンを含むpH７．５の０．０１Ｍ〜０．５Ｍ
リン酸カリウム緩衝液の直線グラジエントで酵素を溶出
する。プールした熱安定酵素（例えばＤＮＡポリメラー
ゼ）活性を含む画分を、第三の段階で透析に使用したの
と同じ緩衝液で透析する。
【００７０】第五の段階では、透析した画分を、第三の
段階で透析に使用した緩衝液で平衡化したＤＥＡＥ−セ
ルロースカラムにかける。このカラムを次に洗浄し、第
三の段階で透析に使用した緩衝液中で０．０１〜０．６
ＭのＫＣｌのような緩衝液の直線グラジエントで、酵素
を溶出する。熱安定酵素の活性を有する画分を、適当な
方法を用いてデオキシリボヌクレアーゼ（エンド−およ
びエキソヌクレアーゼ）の混入について試験した。
【００７１】例えば、エンドヌクレアーゼ活性は、過剰
のＤＮＡポリメラーゼと共にインキュベートした後ファ
ージλＤＮＡまたはスーパーコイルプラスミドＤＮＡの
分子量の変化から、電気泳動によって測定することがで
きる。同様に、エキソヌクレアーゼ活性は、数個の部位
で開裂する制限酵素を用いて処理した後、ＤＮＡの分子
量の変化から電気泳動によって測定することができる。
デオキシリボヌクレアーゼ活性を持たないと決定された
画分をプールして、第三の段階で用いたのと同じ緩衝液
で透析する。
【００７２】第六の段階では、プールした画分を、一定
のベッドボリウムを有するホスホセルロースカラムに入
れる。このカラムを洗浄して、pH７．５でリン酸カリウ
ム緩衝液中０．０１〜０．４ＭのＫＣｌのような緩衝液
の直線グラジエントで酵素を溶出する。熱安定なポリメ
ラーゼ活性を有し、デオキシリボヌクレアーゼ活性を有
しないプールした画分を、pH８．０の緩衝液で透析す
る。
【００７３】透析した生成物の分子量は、蛋白質分子量
マーカーを用いてＳＤＳ ＰＡＧＥによる方法等によっ
て決定することができる。好ましい酵素の一つであるテ
ルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉ
ｃｕｓ）から精製されたＤＮＡポリメラーゼの分子量
は、上記方法によって、約８６，０００〜９０，０００
ドルトンと決定される。
【００７４】本発明の熱安定酵素は、この酵素をコード
する遺伝子がテルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ
ａｑｕａｔｉｃｕｓ）ゲノムＤＮＡからクローン化さ
れたとき、組換えＤＮＡ技術によって産生させることも
できる。テルムス・アクアチクス（Ｔａｑ）ポリメラー
ゼについての完全なコード配列は、約１８kb（キロベー
ス）のゲノムＤＮＡインサートフラグメント内に含まれ
る約３．５kbのＢｇｌII−Ａｓｐ７１８（部分）制限フ
ラグメント上バクテリオファージＣＨ３５：Ｔａｑ＃４
−２から誘導することができる。
【００７５】このバクテリオファージは、１９８７年５
月２９日にアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクシ
ョン（ＡＴＣＣ）に寄託され、寄託番号第４０，３３６
号を有する。また、この遺伝子は、プラスミドｐＦＣ８
３（ＡＴＣＣ第６７，４２２号、１９８７年５月２９日
寄託）から単離された約７５０塩基対（bp）のＢｇｌII
−ＨｉｎｄIII 制限フラグメントを、プラスミドｐＦＣ
８５（ＡＴＣＣ第６７，４２１号、１９８７年５月２９
日寄託）から単離された約２．８kb ＨｉｎｄIII −Ａ
ｓｐ７１８制限フラグメントに連結することによって造
成することができる。
【００７６】ｐＦＣ８３制限フラグメントはＴａｑポリ
メラーゼ遺伝子のアミノ末端を有するが、ｐＦＣ８５か
らの制限フラグメントはカルボキシ−末端を有する。し
たがって、これらの２個のフラグメントを、適当な制御
配列を有する対応して消化されたベクターと連結する
と、全長Ｔａｑポリメラーゼの翻訳が得られる。Ｔａｑ
ポリメラーゼ遺伝子の全コード配列は、所望の酵素活性
を有する生物学的に活性な遺伝子生成物を回収すること
を必要としないことも見出された。アミノ末端の欠失で
あって、コード配列の約３分の１が不在であるものが、
ポリメラーゼ分析において完全に活性な遺伝子生成物を
産生した。
【００７７】Ｎ−末端の欠失に加えて、Ｔａｑポリメラ
ーゼを構成するペプチド鎖中の個々のアミノ酸残基は、
酸化、還元、またはその他の誘導体化によって改変する
ことができ、そしてこの蛋白質を開裂して、活性を保持
するフラグメントを得ることができる。活性を破壊しな
いかかる変更は、遺伝子の定義から上記蛋白質をコード
するＤＮＡ配列を除外しない。したがって、翻訳の間に
配列に組み込まれるアミノ酸の欠失、付加または変更に
よる一次構造自体の改変は、蛋白質の活性を破壊するこ
となく行うことができる。かかる置換またはその他の変
更は、本発明の予想された範囲内にあるＤＮＡによって
コードされたアミノ酸配列を有する蛋白質をもたらす。
【００７８】本発明の精製された８６，０００〜９０，
０００ドルトンのポリメラーゼで免疫したウサギからの
ポリクローナル抗血清を用いて、テルムス・アクアチク
ス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）の部分ゲノ
ム発現ライブラリーをプローブして、下記のようにして
適当なコード配列を得た。クローン化されたゲノム配列
は融合ポリペプチドとして発現させたり、それ自体の制
御配列を用いて直接に発現させたり、または酵素の発現
に用いられる特定の宿主に好適な制御配列を用いる構成
によって発現させることができる。
【００７９】勿論、これらの配列をコードするＤＮＡ入
手可能性は、コドン配列を改変してＤＮＡポリメラーゼ
活性をも有するムテイン（ｍｕｔｅｉｎ）形を生じるよ
うにする機会を提供する。例えば、これらの手段は、Ｔ
ａｑＤＮＡポリメラーゼのための完全なコード配列を提
供して、これから、各種の宿主系に適用できるものを発
現ベクター構成し、そしてコード配列を発現することが
できる。以上のことから、Ｔａｑポリメラーゼコード配
列の部分はプローブとして有用であり、色々な種のその
他の熱安定ポリメラーゼコード配列を回収するためのプ
ローブとして有用であることも明らかである。
【００８０】したがって、少なくとも６個のアミノ酸を
コードするゲノムＤＮＡの部分をＥ．コリ（Ｅ． ｃｏ
ｌｉ）において複製することができ、そして少なくとも
６個のアミノ酸をコード化し且つ熱安定ポリメラーゼを
コード化するその他のＤＮＡを回収するために使用され
るプローブまたはオリゴデオキシリボヌクレオチドプロ
ーブとして用いられる変形した形態のものを合成するこ
とができる。
【００８１】テルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ
ａｑｕａｔｉｃｕｓ）におけるヌクレアーゼ配列とそ
の他の種類の対応する部分の配列は正確には一致しない
ことがあるので、（６個のアミノ酸ストレッチをコード
する）約１８個のヌクレオチドを有するオリゴマーは、
恐らく、間違った陽性を排除するのに十分なストリンジ
ェンシー条件下でハイブリダイゼーションを行うのに必
要であろう。６個のアミノをコードする配列は、かかる
プローブに十分な情報を供給するであろう。
【００８２】好適な宿主、制御系および方法 一般的な言い方では、組換え形のＴａｑポリメラーゼの
製造は、以下のような工程を含む。第一に、成熟酵素
（この場合、総てのムテインを含むように用いられ
る）、あるいはＴａｑポリメラーゼとその活性を破壊し
ない追加の配列との融合体または制御された条件下で
（例えば、ペプチドでの処理によるような）の開裂して
他の蛋白質をもたらすことができる追加の配列との融合
体をコード化するＤＮＡを得る。配列がイントロンによ
って中断されていないときには、それは如何なる宿主に
おける発現にも好適である。この配列は、切り出し可能
で且つ回収可能な形であるべきである。
【００８３】次に、好ましくは、切り出されたまたは回
収されたコード配列を、複製可能な発現ベクター中の好
適な制御配列と作用可能に連結する。このベクターを用
いて、好適な宿主を形質転換し、形質転換された宿主を
好ましい条件下で培養して、組替えＴａｑポリメラーゼ
を産生させる。任意には、Ｔａｑポリメラーゼを培養液
または細胞から単離するが、ある種の不純物が許容され
る場合には、蛋白質の回収および精製は必要でないこと
もある。
【００８４】上記の段階のそれぞれは、各種の方法で行
うことができる。例えば、所望のコード配列をゲノムフ
ラグメントから得て、適当な宿主に直接用いることもで
きる。各種の宿主で作用可能な発現ベクターの造成は、
以下のような適当なレプリコンを用いて行なわれる。好
適な制限部位は、通常は利用可能でない場合には、コー
ド配列の末端に加えて切り出し可能な遺伝子を得、これ
らのベクターに抽入することができる。
【００８５】制御配列、発現ベクターおよび形質転換法
は、遺伝子を発現するのに用いられる宿主細胞の型によ
って異る。一般的には、原核細胞、酵母、昆虫または哺
乳類細胞が、宿主として現在有用である。原核宿主は、
一般的には組換え蛋白質の産生にとって最も有効で好都
合であり、それ故Ｔａｑポリメラーゼの発現にとって好
ましい。Ｔａｑポリメラーゼの特定の場合には、組換え
条件下および自然条件下のいずれにおいても、蛋白質の
Ｎ−末端でかなり欠失が起こり、そして蛋白質の活性は
なお保持されたままであることを示す証拠が存在する。
単離された天然蛋白質は、蛋白質分解による減成の結果
であり、不完全な遺伝子の翻訳の結果ではない。
【００８６】プラスミドｐＦＣ８５の不完全な遺伝子か
ら産生されたムテインは、しかしながら、ＤＮＡポリメ
ラーゼの分析で完全な長さを有する配列をコード化する
ＤＮＡから産生されたムテインと同様に、完全に活性で
ある。ある種のＮ末端が短縮された形は活性であること
が明らかであるので、用いられる遺伝子構成またはポリ
メラーゼの発現も、対応する短縮された形状のコード配
列を有することがある。
【００８７】制御配列および対応する宿主 原核生物は、最も一般的には、Ｅ．コリ（Ｅ． ｃｏｌ
ｉ）の各種株によって代表される。しかしながら、バシ
ルス属、例えばバシルス・ズブチリス（Ｂａｃｉｌｕｓ
ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、各種のシュドモナス（Ｐｓｅｕ
ｄｏｍｏｎａｓ）またはその他の菌株のような他の微生
物株を用いることもできる。かかる原核系では、宿主と
適合性の種に由来する複製部位と制御配列を有するプラ
スミドベクターが用いられる。例えば、Ｅ．コリ（Ｅ．
ｃｏｌｉ）は、典型的には、ボリバー（Ｂｏｌｉｖａ
ｒ）ら、Ｇｅｎｅ、１９７７年、２巻、９５頁による
Ｅ．コリ（Ｅ． ｃｏｌｉ）種に由来するプラスミドで
あるｐＢＲ３２２の誘導体を用いて形質転換される。
【００８８】ｐＢＲ３２２はアンピシリンおよびテトラ
サイクリン耐性の遺伝子を有し、所望のベクターを造成
する際に保持されまたは破壊される付加的マーカーを提
供する。転写開始を促進し、任意にはオペレーターを有
し且つリボゾーム結合部位配列を有する本明細書記載の
一般的に用いられる原核制御配列には、β−ラクタマー
ゼ（ペニシリナーゼ）およびラクトース（ｌａｃ）プロ
モーター系〔チャン（Ｃｈａｎｇ）ら、Ｎａｔｕｒｅ
（１９７７年）１９８巻、１０５６頁〕、トリプトファ
ン（ｔｒｐ）プロモーター系〔ゲーデル（Ｇｏｅｄｄｅ
ｌ）ら、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．（１９
８０年）８巻、４０５７頁〕、およびλ由来のＰL プロ
モーター〔シマタケ（Ｓｈｉｍａｔａｋｅ）ら、Ｎａｔ
ｕｒｅ（１９８１年）２９２巻、１２８頁〕および輸送
可能な制御カセットとして有用なＮ−遺伝子リボゾーム
結合部位があり、これはポータブル制御カセットとして
有用にされており、このものは、ＮRBS 配列の６bp
３′内での開裂を可能にする少なくとも１個の制限部位
を有する第三のＤＮＡ配列のＮＲＢＳ上流に対応する第
二のＤＮＡ配列に操作可能に連結したＰL プロモーター
である第一ＤＮＡ配列を含んで成る。
【００８９】チャン（Ｃｈａｎｇ）らの欧州特許出願公
開第１９６，８６４号明細書（１９８６年１０月８日発
行）に記載され、同じ承継人に承継されたホスファター
ゼＡ（ｐｈｏＡ）系も有用である。しかしながら、原核
生物に適合性の如何なる利用可能なプロモーターも用い
ることができる。
【００９０】細菌に加えて、酵母のような真核微生物も
宿主として用いることができる。サッカロミセス・セレ
ビシアエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉ
ｓｉａｅ）の実験室菌株であるパン酵母が最も多く用い
られるが、その他の多くの菌株も一般的に利用可能であ
る。２ミクロン複製開始点を用いるベクターが示されて
いるが〔ブローチ，ジェイ，アール（Ｂｒｏａｃｈ，
Ｊ．Ｒ．）、Ｍｅｔｈ．Ｅｎｚ．（１９８３年）１０１
巻、３０７頁〕、酵母の発現に好適な他のプラスミドベ
クターも知られている〔例えば、スチンクコンブ（Ｓｔ
ｉｎｃｈｃｏｍｂ）ら、Ｎａｔｕｒｅ（１９７９年）２
８２巻、３９頁、チェンペ（Ｔｓｃｈｅｍｐｅ）ら、Ｇ
ｅｎｅ（１９８０年）１０巻、１５７頁およびクラーク
（Ｃｌａｒｋｅ）ら、Ｍｅｔｈ．Ｅｎｚ．（１９８３
年）１０１巻、３００頁を参照されたい〕。
【００９１】酵母ベクターに対する制御配列は、解糖酵
素の合成のプロモーターを有する〔ヘス（Ｈｅｓｓ）
ら、Ｊ．Ａｄｖ．Ｅｎｚｙｍｅ Ｒｅｇ．（１９６８
年）７巻、１４９頁、ホランド（Ｈｏｌｌａｎｄ）ら、
Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（１９７８年）１７巻、４
９００頁〕。
【００９２】その他の当業界に知られているプロモータ
ーには、３−ホスフィングリセレート・キナーゼ（ヒッ
ツェマン（Ｈｉｔｚｅｍａｎ）ら、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈ
ｅｍ．（１９８０年）２５５巻、２０７３頁）およびそ
の他の解糖酵素、例えばグリセルアルデヒド−３−ホス
フェート・デヒドロゲナーゼ、ヘキソキナーゼ、ピルベ
ート・デカルボキシラーゼ、ホスホフルクトキナーゼ、
グルコース−６−ホスフェート・イソメラーゼ、３−ホ
スホグリセレート・ムターゼ、ピルベート・キナーゼ、
トリオセホスフェート・イソメラーゼ、ホスホグルコー
スイソメラーゼおよびグルコキナーゼのプロモーターが
ある。
【００９３】増殖条件により制御される追加の利点を有
するその他のプロモーターは、アルコールデヒドロゲナ
ーゼ２、イソチトクロームＣ、酸性ホスファターゼ、窒
素代謝に関係する分解酵素およびマルトースおよびガラ
クトース利用に関する酵素のプロモーターである〔ホラ
ンド（Ｈｏｌｌａｎｄ）同上〕。
【００９４】ターミネーター配列は、コード配列の３′
末端において望ましいと思われる。かかるターミネータ
ーは、酵母由来の遺伝子におけるコード配列に続く３′
非翻訳領域に見出される。示されたベクターの多くはプ
ラスミドｐｅｎｏ４６を有するエノラーゼ遺伝子〔ホラ
ンド（Ｈｏｌｌａｎｄ，Ｍ．Ｊ．）ら、Ｊ．Ｂｉｏｌ．
Ｃｈｅｍ．（１９８１年）２５６巻、１３８５頁〕また
はＹＥｐ１３から得られるＬＥＵ２遺伝子〔ブローチ
（Ｂｒｏａｃｈ，Ｊ．）ら、Ｇｅｎｅ（１９７８年）８
巻、１２１頁〕から誘導される制御配列を有するが、酵
母適合性プロモーター、複製開始点およびたの制御配列
を有する如何なるベクターも好適である。
【００９５】勿論、多細胞生物に由来する真核宿主細胞
培養液においてポリペプチドをコードする遺伝子を発現
させることも可能である。例えば、Ｔｉｓｓｕｅ Ｃｕ
ｌｔｕｒｅ、アカデミック・プレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ
Ｐｒｅｓｓ）、クルツ（Ｃｒｕｚ）とパターソン（Ｐ
ａｔｔｅｒｓｏｎ）監修（１９７３年）を参照された
い。有用な宿主細胞系には、ネズミミエローマＮ５１、
ＶＥＲＯおよびＨｅｌａ細胞、およびテンジクネズミ卵
巣（ＣＨＯ）細胞がある。
【００９６】これらの細胞の発現ベクターは、通常は、
シミアンウイルス４０（ＳＶ４０）からの一般的に用い
られる早期および後期プロモーター（フィールス（Ｆｉ
ｅｒｓ）ら、Ｎａｔｕｒｅ（１９７８年）２７３巻、１
１３頁）、またはポリオーマ、アデノウイルス２、ウシ
パピローマウイルスまたはトリザルコーマウイルスに由
来するようなプロモーター、または免疫グロブリンプロ
モーターおよび熱ショックプロモーターのような哺乳類
細胞に適合性のプロモーターおよび制御配列を有する。
【００９７】ＢＰＶをベクターとして用いる哺乳類系に
おけるＤＮＡ発現系は、米国特許第４，４１９，４４６
号明細書に開示されている。この系の変形は、米国特許
第４，６０１，９７８号明細書に記載されている。哺乳
類細胞系の形質転換の一般的態様は、米国特許第４，３
９９，２１６号明細書に記載されている。「エンハンサ
ー」領域が、最適な発現において重要であると思われる
が、これらの領域は一般的にはプロモーター領域の上流
に見出される配列である。所望であるならば、複製開始
点をウイルス源から得ることができる。しかしながら、
染色体への組み込みは、真核生物でのＤＮＡ複製では一
般的な機構である。
【００９８】植物細胞も宿主として利用可能であり、植
物細胞に適合する制御配列、例えばノパリン・シンター
ゼ・プロモーターおよびポリアデニル化シグナル配列
（デピッカー（Ｄｅｐｉｃｋｅｒ，Ａ．）ら、Ｊ．Ｍｏ
ｌ．Ａｐｐｌ．Ｇｅｎ．（１９８２年）１巻、５６１
頁）が利用できる。更に、最近では、バクロウイルス・
ベクターによって提供される制御系を利用する昆虫細胞
を用いた発現系も報告されている〔ミラー（Ｍｉｌｌｅ
ｒ，Ｄ．Ｗ．）ら、Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ（１９８６年）、セトロウ（Ｓｅｔｌｏｗ，Ｊ．
Ｋ．）ら監修、プレナム・パブリッシング（Ｐｌｅｎｕ
ｍＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ）、８巻、２７７〜２９７
頁〕。これらの系はＴａｑポリメラーゼの産生にも成功
している。
【００９９】形質転換 用いる宿主細胞に依存して、形質転換はその細胞に適当
な標準的な技術を用いて行なわれる。塩化カルシウムを
用いるカルシウム処理（コーヘン（Ｃｏｈｅｎ，Ｓ．
Ｎ．）、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．（Ｕ
ＳＡ）（１９７２年）６９巻、２１１０頁）は、原核生
物またはその他の実質的な細胞障壁を有する細胞に用い
られる。アグロバクテリウム・チュメファシエンス（Ａ
ｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｕｍｅｆａｃｉｅｎｓ）
での感染〔シァウ（Ｓｈａｗ，Ｃ．Ｈ．）ら、Ｇｅｎｅ
（１９８３年）２３巻、３１５頁〕は、ある種の植物細
胞で用いられる。
【０１００】上記のような細胞壁を持たない哺乳類細胞
では、グラハム（Ｇｒａｈａｍ）とヴァン・デル・エブ
（ｖａｎ ｄｅｒ Ｅｂ）のリン酸カルシウム沈澱法が
好ましい〔Ｖｉｒｏｌｏｇｙ（１９７８年）５２巻、５
４６頁〕。酵母への形質転換は、ヴァン・ゾリンゲン
（Ｖａｎ Ｓｏｌｉｎｇｅｎ，Ｐ．）ら（Ｊ．Ｂａｃ
ｔ．、１９７７年、１３０巻、９４６頁）およびシアオ
（Ｈｓｉａｏ，Ｃ．Ｌ．）ら（Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａ
ｃａｄ．Ｓｃｉ．（ＵＳＡ）、１９７９年、７６巻、３
８２９頁）の方法によって行なわれる。
【０１０１】λｇｔ１１発現ライブラリーの造成 所望の蛋白質をコードするＤＮＡ、例えばＴａｑポリメ
ラーゼをコードするＤＮＡをバクテリオファージλｇｔ
１１を用いて単離する方法は、次の通りである。ライブ
ラリーは、テルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ
ａｑｕａｔｉｃｕｓ）ＤＮＡの完全な消化によって生
じ、λｇｔ１１ファージのＥｃｏＲＩ部位に挿入された
ＥｃｏＲＩ部位を両端に有するＡｌｕＩフラグメントか
ら構成され得る〔ヤング（Ｙｏｕｎｇ）とデービス（Ｄ
ａｖｉｓ）、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．
ＵＳＡ、１９８３年、８０巻、１１９４〜１１９８
頁〕。
【０１０２】このバクテリオファージ中のユニークＥｃ
ｏＲＩ部位がβ−ガラクトシダーゼ遺伝子のカルボキシ
末端に配置しているので、（適当なフレームおよび方向
で）挿入されたＤＮＡは、ラクトースオペロンプロモー
ター／オペレーターの制御下でβ−ガラクトシダーゼと
融合した蛋白質として発現される。
【０１０３】ゲノム発現ライブラリーを次に抗体プラー
クハイブリダイゼーション法を用いてスクリーニングす
る。この方法は「エピトープ選択」と呼ばれ、このファ
ージによってコードされた融合蛋白質配列に対する抗血
清を用いてハイブリッド形成したプラークを同定するも
のである。例えば、この組換えファージのライブラリー
は、８６，０００〜９０，０００ドルトンのＴａｑポリ
メラーゼを認識する抗体を用いてスクリーニングして、
この蛋白質の抗原決定基をコードするＤＮＡセグメント
を有するファージを同定することができる。
【０１０４】約２×１０5 個の組換えファージを、全ウ
サギＴａｑポリメラーゼ抗血清を用いてスクリーニング
する。この一次スクリーニングでは、陽性シグナルが検
出され、これらのプラークの１種以上が、免疫前血清と
反応せず且つ免疫血清と反応する候補プラークから精製
され、幾分詳細に分析される。組換えファージによって
産生される融合蛋白質を検査するため、宿主Ｙ１０８９
におけるファージの溶原株を得る。溶原株を誘発し、生
成する蛋白質をゲル電気泳動した後、それぞれの溶原株
が他の溶原株には見られない新たな蛋白質を産生するの
を観察することができ、または重複配列が生じることも
ある。
【０１０５】陽性シグナルを有するファクターを取り出
す。ここに記載する例においては陽性プラークを取り出
して更に同定を行ない、低密度で再プレートして組換体
を純化し、純化したクローンをＥｃｏＲＩ制限酵素での
消化によるサイズクラスによって分析した。次に、プロ
ーブを単離されたＤＮＡ挿入配列から作り、適当に標識
を行い、そしてこれらのプローブをマニアチス（Ｍａｎ
ｉａｔｉｓ）ら、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎ
ｇ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ、１９８
２年に記載されている通常のプラークハイブリダイゼー
ション又はコロニーハイブリダイゼーション分析法に用
いることができる。
【０１０６】標識したプローブを用いて、シャロン（Ｃ
ｈａｒｏｎ）３５バクテリオファージ中に構成された第
二のゲノムライブラリーをプローブした（ウイルヘルマ
イン（Ｗｉｌｈｅｌｍｉｎｅ，Ａ．Ｍ．）ら、Ｇｅｎ
ｅ、１９８３年、２６巻、１７１〜１７９頁）。このラ
イブラリーは、テルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕ
ｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）ゲノムＤＮＡのＳａｕ３Ａ部
分消化によって作られ、そしてサイズ分別したフラグメ
ント（１５〜２０kb）をシャロン３５ファージのＢａｍ
ＨＩ部位にクローン化した。このプローブを用いて、Ｔ
ａｑポリメラーゼをコードするＤＮＡを含むファージを
単離した。ＣＨ３５：Ｔａｑ ＃４−２と命名した生成
するファージの一つは、全遺伝子配列を有することが判
明した。この遺伝子の部分をコードする部分配列も単離
された。
【０１０７】ベクターの造成 所望のコード配列および制御配列を含有する好適なベク
ターの造成は、当業界で周知の標準的な連結および制限
技術を用いる。単離したプラスミド、ＤＮＡ配列または
合成されたオリゴヌクレオチドを開裂し、ととのえ、そ
して再連結して所望の形状にする。
【０１０８】部位特異的ＤＮＡ開裂は、当業界で周知の
条件下で好適な（１種以上の）制限酵素を用いて処理す
ることによって行ない、その詳細はこれらの市販の制限
酵素の製造業者によって記載されている。例えば、ニュ
ー・イングランド・バイオラブス（Ｎｅｗ Ｅｎｇｌａ
ｎｄ Ｂｉｏｌａｂｓ）、製品カタログを参照された
い。一般的には、約１μｇのプラスミドまたはＤＮＡ配
列を、約２０μｌの緩衝溶液中で１単位の酵素で開裂
し、本明細書の実施例では、典型的には、過剰量の制限
酵素を用いてＤＮＡ基質を完全に消化するようにしてい
る。
【０１０９】約３７℃で約１〜２時間のインキュベーシ
ョン時間が有効であるが、変更を行なうこともできる。
それぞれのインキュベーションの後に、蛋白質をフェノ
ール／クロロホルムで抽出して、次いでエーテル抽出を
行なうことによって除去して、核酸を水性分画からエタ
ノール沈澱によって回収することができる。所望なら
ば、開裂フラグメントのサイズ分離を、標準的技術を用
いるポリアクリルアミドゲルまたはアガロースゲル電気
泳動によって行なうことができる。サイズ分離の一般的
説明については、Ｍｅｔｈｏｄｓｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌ
ｏｇｙ、１９８０年、６５巻、４９９〜５６０頁に記載
されている。
【０１１０】制限開裂したフラグメントを、５０mMのト
リス、pH７．６、５０mMのＮａＣｌ、１０mMのＭｇＣｌ
2 、１０mMのＤＴＴおよび５０〜１００μＭのｄＮＴＰ
ｓ中で、２０〜２５℃で約１５〜２５分間のインキュベ
ーション時間を用いて、４種類のデオキシヌクレオチド
トリホスフェート（ｄＮＴＰ）の存在でＥ．コリ（Ｅ．
ｃｏｌｉ）ＤＮＡポリメラーゼＩ（クレノウ（Ｋｌｅｎ
ｏｗ））の大フラグメントで処理することによって平滑
末端にすることができる。
【０１１１】クレノウフラグメントは５′接着末端をフ
ィルインするが、４種のｄＮＴＰｓが存在していても、
突出する３′単一鎖をチューバック（ｃｈｅｗｓｂａｃ
ｋ）する。所望ならば、接着末端の性状によって指定さ
れる制限内で唯１種のまたは選択された複数のｄＮＴＰ
ｓを供給することによって選択的修復を行なうことがで
きる。クレノウで処理した後、混合物をフェノール／ク
ロロホルムで抽出し、エタノールで沈澱させた。適当な
条件下でＳ１ヌクレアーゼを用いて処理すると、単一鎖
部分の加水分解が起こる。
【０１１２】合成オリゴヌクレオチドは、マテウチ（Ｍ
ａｔｔｅｕｃｃｉ）ら（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．、１９８１年、１０３巻、３１８５〜３１９１頁）
のトリエステル法を用いて、または自動合成法を用いて
調製することができる。アニーリングの前のまたは標識
のための単一鎖のキナージングは、５０mMのトリス、pH
７．６、１０mMのＭｇＣｌ2 、５mMのジチオスレイトー
ル、１〜２mMのＡＴＰの存在下で、１nMの基質に対して
過剰量の、例えば約１０単位のポリヌクレオチドキナー
ゼを用いて行なう。このキナーゼ処理がプローブの標識
するためのものであるときには、ＡＴＰは高比活性のγ
−32Ｐを有する。
【０１１３】連結は、下記の標準的条件及び温度で１５
〜３０μｌの容積で行なう。２０mMＴｒｉｓ−ＨＣｌ、
（pH７．５）１０mM ＭｇＣｌ2 、１０mM ＤＴＴ、３
３μｇ／ml ＢＳＡ、１０mM〜５０mMのＮａＣｌ、およ
び（「接着末端」の連結には）４０μＭのＡＴＰ、０．
０１〜０．０２〔ワイス（Ｗｅｉｓｓ）〕単位のＴ４
ＤＮＡリガーゼ、０℃；または（「平滑末端」の連結に
は）１mMのＡＴＰ、０．３〜０．６〔ワイス（Ｗｅｉｓ
ｓ）〕単位のＴ４ ＤＮＡリガーゼ、１４℃。分子内
「粘着末端」連結は、通常は３３〜１００μｇ／mlの総
ＤＮＡ濃度（５〜１００nMの総末端濃度）で行なう。分
子間平滑末端連結（通常は１０〜３０倍の過剰モルのリ
ンカーを用いる）は、１μＭの総末端濃度で行なう。
【０１１４】「ベクターフラグメント」を用いるベクタ
ーの造成では、ベクターフラグメントを通常は細菌性ア
ルカリホスファターゼ（ＢＡＰ）で処理して５′ホスフ
ェートを除去して、ベクターの再連結を防止する。ＢＡ
Ｐ消化は、pH８で、約１５０mMのトリス中で、Ｎａ+ お
よびＭｇ+2の存在で、ベクター１mg当たり約１単位のＢ
ＡＰを用いて、６０℃で約１時間行なう。核酸フラグメ
ントを回収するため、調製物をフェノール／クロロホル
ムで抽出し、エタノール沈澱せしめる。また、好ましく
ないフラグメントを追加的制限酵素消化によって二重消
化されたベクターでは、連結は防止することができる。
【０１１５】ＤＮＡ配列の改変 配列の改変を必要とするｃＤＮＡまたはゲノムＤＮＡに
由来するベクターの部分については、部位特異的なプラ
イマー指令変異誘発を用いる。この技術は現在では当業
界で標準的であり、所望の変異を表わす限定されたミス
マッチを除いて変異誘発されるべき単一鎖ファージＤＮ
Ａに相補的なプライマー合成オリゴヌクレオチドを用い
て行なわれる。要約すれば、ファージに相補的な鎖の合
成を指令するプライマーとして合成オリゴヌクレオチド
を用い、生成する二本鎖ＤＮＡをファージ支持性の宿主
細菌に形質転換する。形質転換された細菌の培養液を上
層寒天に塗布しファージを有する単一細胞からプラーク
を形成させる。
【０１１６】理論的には、新たなプラークの５０％は変
異形を単一鎖として有するファージを含み、５０％はも
との配列を有する。プラークをニトロセルロースフィル
ターに移して、正確にマッチするハイブリダイゼーショ
ン可能にし且つもとの鎖とのミスマッチがハイブリダイ
ゼーションを防止するのに十分であるような温度で、キ
ナーゼ処理した合成プライマーで「リフト（ｌｉｆｔ
ｓ）」ハイブリダイゼーションを行なう。次に、このプ
ローブとハイブリッド形成するプラークを採取して、培
養し、ＤＮＡを回収する。
【０１１７】造成の証明 以下の造成では、プラスミド造成物の正確な連結を、最
初に連結混合物を用いてＥ．コリ（Ｅ． ｃｏｌｉ）Ｍ
Ｍ２９４株または他の適当な宿主を形質転換することに
よって確かめる。当業界で理解されているように、好結
果の形質転換体を、プラスミド造成の方式に依存してア
ンピシリン耐性、テトラサイクリン耐性またはその他の
抗生物質耐性によって選択する。
【０１１８】次に、形質転換体からのプラスミドを、ク
レウエル（Ｃｌｅｗｅｌｌ，Ｄ．Ｂ．）ら、（Ｐｒｏ
ｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ、１９６９
年、６２巻、１１５９頁）の方法により、場合によって
はクロラムフェニコール増幅法（クレウエル（Ｃｌｅｗ
ｅｌｌ，Ｄ．Ｂ．）、Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．、１９
７２年、１１０巻、６６７頁）によって調製する。単離
したＤＮＡを、制限処理により分析しそして／又はサン
ガー（Ｓａｎｇｅｒ，Ｆ．）ら（Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．
Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ、１９７７年、７４巻、５４
６３頁）のジデオキシ法であって更にメッシング（Ｍｅ
ｓｓｉｎｇ）ら（Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅ
ｓ．、１９８１年、９巻、３０９頁）によって記載され
ている方法またはマクサム（Ｍａｘａｍ）ら（Ｍｅｔｈ
ｏｄｓｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ、１９８０年、６５
巻、４９９頁）の方法によって配列決定する。
【０１１９】宿主の例 この発明においてクローニング及び発現に用いられる宿
主菌株は、次の通りである。クローニング及び配列決
定、並びにほとんどの細菌性プロモーターの制御下での
造成物の発現には、Ｅ．コリ（Ｅ． ｃｏｌｉ）ゲネチ
ック・ストック・センターＧＣＳＧ＃６１３５から得た
Ｅ．コリ（Ｅ． ｃｏｌｉ）株ＭＭ２９４を宿主として
用いた。ＰL ＮRBS プロモーターの制御下での発現に
は、Ｅ．コリ（Ｅ． ｃｏｌｉ）Ｋ１２株ＭＣ１０００
λ溶原株、Ｎ7 Ｎ53ｃ１８５７ＳｕｓＰ80、ＡＴＣＣ
３９５３１を用いることができる。本明細書では、１９
８７年４月７日にＡＴＣＣ（ＡＴＣＣ ５３６０６）で
寄託したＥ．コリ（Ｅ． ｃｏｌｉ）ＤＧ１１６を用い
る。
【０１２０】Ｍ１３ファージ組換体のためには、ファー
ジ感染を受けやすいＥ．コリ（Ｅ．ｃｏｌｉ）、例えば
Ｅ．コリＫ１２株ＤＧ９８を用いる。ＤＧ９８株は１９
８４年７月１３日にＡＴＣＣ寄託され、寄託番号３９７
６８を有する。哺乳類での発現はＣＯＳ−７，ＣＯＳ−
Ａ２，ＣＶ−１およびネズミ細菌で行うことができ、そ
して昆虫細胞ではスポドプテラ・フルジペイダ（Ｓｐｏ
ｄｏｐｔｅｒａ ｆｒｕｇｉｐｅｉｄａ）での発現を基
礎とする。
【０１２１】酵素活性の安定化 酵素は、長期間安定にするためには、１種又は複数種の
非イオン性ポリマー性洗剤を含む緩衝液中に貯蔵しなけ
ればならない。この様な洗剤は一般的には分子量が約１
００〜２５０，０００の範囲であり、好ましくは約４，
０００〜２００，０００ドルトンであり、pHが約３．５
〜約９．５、好ましくは約４〜８．５で酵素を安定化す
るものである。
【０１２２】この様な洗剤の例としては、マック・クチ
ェオン（ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ）のＥｍｕｌｓｉｆｉｅ
ｒｓ ＆ Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ、北アメリカ版（１９
８３年）エムシー・パブリッシング・カンパニー（ＭＣ
Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．）のマック・クチェオ
ン部門発行、１７５，ロックロード，グレンロック，ニ
ュージャージ（米国）、の２９５〜２９８頁に記載され
ているものがあり、その詳細については上記文献を参照
されたい。
【０１２３】好ましくは、洗剤はエトキシル化した脂肪
族アルコールエーテルおよびラウリルエーテル、エトキ
シル化したアルキルフェノール、オクチルフェノキシポ
リエトキシエタノール化合物、改質オキシエチル化した
および／またはオキシプロピル化した直鎖状アルコー
ル、ポリエチレングリコールモノオレエート化合物、ポ
リソルベート化合物およびフェノール性脂肪族アルコー
ルエーテルからなる群から選択される。
【０１２４】更に詳細には、好ましくは、ポリオキシエ
チル化（２０）ソルビタンモノラウレートであるツイー
ン（Ｔｗｅｅｎ）２０〔ＩＣＩ・アメリカス・インコー
ポレーテド（ＩＣＩ Ａｍｅｒｉｃａｓ Ｉｎｃ．）、
ウイルミントン，ＤＥ〕およびエトキシル化アルキルフ
ェノール（ノニル）であるイコノール（Ｉｃｏｎｏｌ）
（登録商標）ＮＰ−４０（バスフ（ＢＡＳＦ）イアンド
ット・コーポレーション、パーシパニー，ニュージャー
ジー）である。
【０１２５】本発明の熱安定酵素は、この酵素が必要で
あるかまたは望ましいような目的に用いられる。特定の
好ましい態様では、この酵素は下記のような増幅プロト
コールに用いられる。
【０１２６】増幅プロトコール 本発明の酵素を用いる増幅プロトコールは、欧州特許出
願公開第２００，３６２号明細書に開示され且つ特許請
求されている既存の核酸配列を増幅する方法である。し
かしながら、この酵素は以下のような増幅工程で用いる
のが好ましい。一般的には、増幅工程は、連鎖反応であ
って、関与する反応段階の数に関して対数的な量で少な
くとも１種の特異的核酸配列を産生する連鎖反応からな
る。但し、（ａ）所望な配列の末端が十分詳細に知られ
ており、それらにハイブリッド形成するオリゴヌクレオ
チドを合成することができ、（ｂ）少量の配列を連鎖反
応を開始するのに利用することができることを条件とす
る。連鎖反応の生成物は、用いられる特定のプライマー
の末端に対応する末端を有する別個の核酸デュプレック
スであろう。
【０１２７】精製されたまたは未精製の形の如何なる核
酸配列も、それが所望の特定の核酸配列を含むかまたは
含むと考えられる場合には、出発核酸として用いること
ができる。したがってこの工程は、例えばＤＮＡまたは
メッセンジャーＲＮＡを包含するＲＮＡを用いることが
でき、これらのＤＮＡまたはＲＮＡは一本鎖または二本
鎖であってもよい。
【０１２８】更に、ＤＮＡ−ＲＮＡハイブリッドであっ
てそれぞれの１つづつの鎖を有するものを利用すること
もできる。これらの核酸のいずれかの混合物を用いるこ
ともでき、または同じまたは異るプライマーを用いて先
行する増幅反応から産生された核酸も同様に用いること
ができる。増幅されるべき特定の核酸配列は大きな分子
の単なる部分であってもよく、または最初から別個な分
子として存在し、該特定の配列が全核酸を構成していて
もよい。
【０１２９】増幅される配列は純粋な形で存在すること
は必要ではなく、複雑な混合物の少量分画、例えば全ヒ
トＤＮＡに含まれるβ−グロビンの一部分〔サイキ（Ｓ
ａｉｋｉ）ら、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２３０巻、１５３０〜
１５３４頁、１９８５年、に例示されているようなも
の〕または、特定の生物学的試料の極少量部分のみを構
成する特定の微生物の核酸配列の一部分であることもで
きる。出発核酸配列は１種又は複数の所望の特定の核酸
配列を有し、この配列は同じでも異なるものであっても
よい。それ故、この増幅工程は、ある種の特定の核酸配
列を多量に産生するのに有用であるだけでなく、同じま
たは異る核酸分子に配置された１種以上の異る特定の核
酸配列を同時に増幅するのにも有用である。
【０１３０】１種又は複数種の核酸は、如何なる由来か
らも得ることができ、例えばｐＢＲ３２２のようなプラ
スミド、クローン化されたＤＮＡもしくはＲＮＡ、また
は細菌、酵母、ウイルス、オルガネラおよび植物または
動物のような高等生物のあらゆる由来の天然ＤＮＡまた
はＲＮＡから得ることもできる。ＤＮＡまたはＲＮＡは
血液、組織材料例えば絨毛膜または羊膜細胞から、マニ
アチス（Ｍａｎｉａｔｉｓ）ら、同上、２８０〜２８１
頁によって記載されている方法のような各種技法によっ
て抽出することができる。
【０１３１】増幅され、その後検出される配列に特異的
なプローブを用いるときには、細胞は核酸の抽出を行な
わずに直ちに用いることができ、この場合にはそれらを
低張緩衝液に懸濁して、細胞の溶解及び分子内成分の分
散が起こるまで、一般的には１〜１５分間約９０〜１０
０℃に加熱する。加熱工程の後、増幅試薬を、溶解した
細胞に直接に加えることができる。
【０１３２】如何なる特定の核酸配列も、増幅工程によ
って産生することができる。必要なことは、配列の両端
の十分な数の塩基が十分詳細に知られており、所望の配
列の異なる鎖と共に配列に沿った相対的な位置でハイブ
リッド形成する２個のオリゴヌクレオチドプライマーを
調製することができ、一つのプライマーから合成された
伸長生成物が、その鋳型（相補体）から分離した時に、
画定された長さの核酸配列へのもう一方の伸長のための
鋳型として働くことができるようにすることである。配
列の両端の塩基についての知識が多くなるに従って、標
的核酸配列のためのプライマーの特異性を高くすること
ができ、工程の効率も高くなる。
【０１３３】これ以後に用いられる「プライマー」とい
う用語は、増幅される１又は複数のフラグメントの末端
配列に関する情報が幾分不明確である場合には特に、１
種より多くのプライマーを意味することができる。例え
ば、核酸配列が蛋白質配列情報から推定される場合に
は、遺伝子コードの縮重による総ての可能なコドンの多
様性を代表する配列が有するプライマーの集合をそれぞ
れの鎖について用いられるであろう。この集合からのあ
る１つのプライマーは、増幅されるべき所望の配列の末
端と相同であろう。
【０１３４】オリゴヌクレオチドプライマーは、例えば
上記のホスホトリエステルおよびホスホジエステル法又
はそれらの自動化した態様のような如何なる好適な方法
を用いても調製することができる。この様な自動化した
態様ではジエチルホスホルアミダイトを出発物質として
用い、ビューケージ（Ｂｅａｕｃａｇｅ）らの方法（Ｔ
ｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８１年、
２２巻、１８５９〜１８６２頁）によって合成してもよ
い。修飾された固形支持体上でオリゴヌクレオチドを合
成する方法は、米国特許第４，４５８，０６６号明細書
に記載されている。生物学的起源（例えば制限エンドヌ
クレアーゼ消化物）から単離したプライマーを用いるこ
とも可能である。
【０１３５】特定の核酸配列は、この配列を含有する核
酸を鋳型として用いて産生される。第一の段階は、それ
ぞれの核酸鎖を、増幅されまたは検出されるべきそれぞ
れの異なる核酸配列について、４種の異なるヌクレオチ
ドトリホスフェートと１種のオリゴヌクレオチドプライ
マーと接触させることを含む。増幅されまたは検出され
るべき核酸がＤＮＡである時には、ヌクレオチドトリホ
スフェートはｄＡＴＰ，ｄＣＴＰ，ｄＧＴＰおよびＴＴ
Ｐである。
【０１３６】核酸鎖は、追加の核酸鎖の合成用の鋳型と
して用いられる。この合成は、如何なる好適な方法を用
いて行なうこともできる。一般的には、それは、好まし
くはpHは７〜９であり、最も好ましくは約８である水性
緩衝溶液中で起こる。好ましくは、分離された鋳型鎖を
含む緩衝液に２種のオリゴヌクレオチドプライマーを、
過剰モル量で（クローン化された核酸については、通常
は約１０００：１のプライマー：鋳型比であり、ゲノム
性核酸については、通常は約１０6 ：１のプライマー：
鋳型比である）加える。
【０１３７】しかしながら、この方法を診断的用途に用
いるときには、相補的鎖の量が知られていないことがあ
り、したがって相補的鎖の量に対するプライマーの量は
確定することができないことがあることが理解される。
しかしながら、実際的には、加えられるプライマーの量
は、一般的には、増幅される配列が複雑な長鎖核酸鎖の
混合物中に含まれるときには、相補的鎖（鋳型）の量に
対して過剰モル量となるであろう。工程の効率を向上す
るには、大過剰量が好ましい。ヌクレオチドトリホスフ
ェートの濃度は、増幅用の緩衝液中ではそれぞれ１５０
〜２００μＭであり、ＭｇＣｌ2 は緩衝液中に１．５〜
２mMの量で存在することにより反応の効率及び特異性を
増加させる。
【０１３８】次に、生成する溶液を、増幅または検出さ
れるべき核酸が二本鎖か一本鎖かに依存して処理する。
核酸が一本鎖であるときには、変性段階を用いる必要は
なく、反応混合物は、プライマーのその相補的標的（鋳
型）配列へのハイブリダイゼーションを促進する温度に
保持される。このような温度は一般的には約３５℃〜６
５℃又はそれ以上であり、好ましくは約３７〜６０℃で
あり、効果的な時間は一般的には０．５〜５分間であ
り、好ましくは１〜３分間である。好ましくは、Ｔａｑ
ポリメラーゼ及び１５−マー以上のプライマーについて
は４５〜５８℃を用いてプライマーのハイブリダイゼー
ションの特異性を増加させる。プライマーが短い場合に
は、より低温が必要である。
【０１３９】もとの一本鎖の核酸に対する相補体は、そ
れに１または２個のオリゴヌクレオチドプライマーを加
えることによって合成することができる。適当な単一プ
ライマーを加えた場合、プライマー伸長生成物が、該プ
ライマー、熱安定酵素およびヌクレオチドトリホスフェ
ートの存在で合成される。この生成物は該一本鎖の核酸
に部分的に相補的であり、そして該核酸鎖とハイブリダ
イズして等しくない長さの鎖のデュプレックスを形成
し、次いでこれが上記のように一本鎖に分離されて、２
本の単一の分離された相補的鎖を生成する。また、２種
の適当なプライマーを一本鎖核酸に加えて、反応を行な
ってもよい。
【０１４０】核酸が二本の鎖を有するときには、これを
鋳型として用いる前に核酸の鎖を分離する必要がある。
この鎖分離は、物理的、化学的または酵素的手段のよう
な好適な変性法によって行なうことができる。核酸の鎖
を分離する好ましい物理的方法は、核酸が完全（９９％
以上）に変性するまで加熱することを含む。典型的な熱
変性の温度は約９０〜１０５℃であり、時間は一般的に
は約０．５〜５分間である。好ましくは、効果的な変性
温度は、９０〜１００℃であり、０．５〜３分間であ
る。
【０１４１】鎖の分離は、ヘリカーゼとして知られてい
る酵素のクラスからの酵素、またはヘリカーゼ活性を有
しそしてリボＡＴＰの存在下でＤＮＡを変性することが
知られている酵素ＲｅｃＡによって誘発することもでき
る。ヘリカーゼを用いて核酸の鎖を分離するのに好適な
反応条件は、クーン・ホフマン−ベーリング（Ｋｕｈｎ
Ｈｏｆｆｍａｎｎ−Ｂｅｒｌｉｎｇ）、ＣＳＨ−Ｑｕ
ａｎｔｉｔａｔｉｖｅＢｉｏｌｏｇｙ ４３巻、６３
頁、１９７８年に記載されており、ＲｅｃＡを用いる技
法はシー・ラッジング（Ｃ．Ｒａｄｄｉｎｇ）、Ａｎ
ｎ．Ｒｅｖ．Ｇｅｎｅｔｉｃｓ、１６巻、４０５〜３７
頁、１９８２年に記載されている。これらの変性法によ
り、等しいかまたは等しくない長さの２本の分離された
相補的鎖が生じる。
【０１４２】二本鎖核酸が熱によって変性された場合に
は、反応混合物を、存在するそれぞれのプライマーの相
補的標的（鋳型）配列へのハイブリダイゼーションを促
進する温度に放冷する。この温度は、試薬によって異
り、通常は約３５℃〜６５℃又はこれ以上であり、好ま
しくは３７〜６０℃であり、効果的な時間、一般的には
０．５〜５分間、好ましくは１〜３分間維持される。実
際には、Ｔａｑポリメラーゼについては、温度は単に約
９５℃から３７℃程度へ、好ましくは約４５〜５８℃へ
低下させるだけであり、ハイブリダイゼーションはこの
範囲内の温度で起きる。
【０１４３】核酸が一本鎖または二本鎖のいずれであっ
ても、熱安定酵素を変性段階で加えることができ、ある
いはハイブリダイゼーションを促進する範囲まで温度が
下がった時又はこの範囲の温度にあるときに加えること
ができる。次いで、反応混合物を、酵素の活性が促進さ
れまたは最適化される温度、すなわちハイブリダイズし
たプライマー及び鋳型からのプライマー伸長生成物の合
成を促進するのに酵素の活性を増加させるのに十分な温
度まで加熱する。
【０１４４】この温度は、実際にそれぞれの核酸鋳型に
相補的なそれぞれのプライマーの伸長生成物を合成する
のに十分なものでなければならないが、その相補的鋳型
からのそれぞれの伸長生成物を変性してしまうほど高温
であってはならない（すなわち、この温度は一般的には
約８０℃〜９０℃以下である）。この合成反応に効果的
な典型的な温度は、主として用いられる酵素および１種
又は複数種の核酸のタイプによって異り、一般的には約
４０〜８０℃、好ましくは５０〜７５℃である。この温
度は更に好ましくは、テルムス・アクアチクス（Ｔｈｅ
ｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）からのＤＮＡポリメラ
ーゼを用いる場合には、約６５〜７５℃である。
【０１４５】この合成に要する時間は、主として温度、
核酸の長さ、酵素および核酸混合物の複雑さによって変
わり、約０．５〜４０分間又はこれ以上、好ましくは１
〜３分間の範囲にある。核酸が長いものであれば、一般
的にはより長時間を必要とする。ジメチルスルホキシド
（ＤＭＳＯ）はＴａｑポリメラーゼ酵素の活性を阻害す
ることが見出されているので、ＤＭＳＯは存在する必要
はなくまたは推奨されない。
【０１４６】新たに合成された鎖とその相補的核酸鎖は
二本鎖の分子を形成し、この分子はこの工程の引き続く
段階において用いられる。次の段階では、二本鎖分子を
変性するのに効果的ではあるがしかし熱安定酵素が完全
且つ不可逆的に変性しまたは不活性化するほど高くはな
い温度で熱変性することによって二本鎖分子の鎖を分離
する。
【０１４７】この温度は、主として酵素のタイプおよび
核酸の長さによって異り、一般的には約９０〜１０５
℃、更に好ましくは９０〜１００℃であり、変性に要す
る時間は、主として温度と核酸の長さによって変わり、
典型的には０．５〜４分間である。この処理時間の後、
プライマーに相補的な前の段階から生成した一本鎖分子
（鋳型）へのプライマーのハイブリダイゼーションを促
進する水準まで温度を下げる。この温度は、上記したよ
うな温度である。
【０１４８】このハイブリダイゼーション段階の後に、
またはハイブリダイゼーション段階の代わりに（または
それと同時に）、熱安定酵素の活性を促進しそして前の
段階からの新たに合成された鎖を鋳型として用いてプラ
イマー伸長生成物を合成することができる温度に調整す
る。この温度も、上記したように、その鋳型から伸長生
成物を分離（変性）するほど高いものであってはならな
い（通常は、４０〜８０℃で０．５〜４分間、好ましく
は５０〜７０℃で１〜３分間である）。ハイブリダイゼ
ーションがこの段階中に起こるので、前の段階の変性後
冷却は必要でない。このような２つ以上の段階を同時に
行なう場合には、好ましい温度範囲は５０〜７０℃であ
る。
【０１４９】鎖の分離、ハイブリダイゼーションおよび
伸長生成物の合成の加熱および冷却段階は、所望量の特
定の核酸配列を産生するのに必要な回数だけ繰り返すこ
とができ、この回数は最終的用途によって変わる。この
回数は、存在するプライマー、熱安定酵素およびヌクレ
オチドトリホスフェートの量によって制限されるだけで
ある。これらの段階は、少なくとも２回繰り返すのが好
ましい。
【０１５０】検出に使用するためには、サイクルの数
は、例えば試料の性状によって変わる。例えば、増幅さ
れるべき試料が純粋なときにはサイクル数は少なくて済
む。試料が核酸の複雑な混合物であるときには、シグナ
ルを十分に増幅して検出するには、より多くのサイクル
数が必要となる。一般的な増幅および検出には、工程を
少なくとも２０回繰り返すのが好ましい。
【０１５１】下記のように、標識した配列特異的プロー
ブを用いるときには、これらの段階を少なくとも５回繰
り返すのが好ましい。ヒトゲノムＤＮＡを上記のような
プローブと共に用いるときには、この工程を好ましくは
１５〜３０回繰り返して配列を十分に増幅して、明確に
検出可能なシグナルが生成するようにする。すなわちバ
ックグラウンドノイズが検出を妨げないようにする。以
下に更に詳細に説明するように、生成した特異的核酸配
列の量は、指数的に蓄積する。
【０１５２】酵素が不可逆的に変性または不活性化しな
い限り、ヌクレオチド、プライマーまたは熱安定酵素を
最初に加えた後に更に添加する必要はない。酵素が不可
逆的変性又は不活性化を受ける場合には、それぞれの変
性段階の後に酵素を補充する必要がある。しかしなが
ら、それぞれの段階でこれらの物質を添加しても反応に
は悪影響を及ぼさない。
【０１５３】第一の核酸または核酸の混合物から１種よ
り多くの特定の核酸配列を産生させることが所望な時に
は、適当な数の異なる種類のオリゴヌクレオチドプライ
マーを利用する。例えば、２種類の異なる特定の核酸配
列を産生させるときには、４種類のプライマーを用い
る。これらのプライマーの２つは特定の核酸配列の一つ
に特異的であり、残りの２種のプライマーは第二の特定
の核酸配列に特異的である。この場合には、２種類の異
なる特定の配列のそれぞれが、本発明によって指数的に
産生される。
【０１５４】適当な長さの時間が経過して所望量の特定
の核酸配列が産生された後、既知の方法（例えば、ＥＤ
ＴＡ、フェノール、ＳＤＳまたはＣＨＣｌ3 の添加）で
酵素を不活性化することによって、または反応の成分を
分離することによって、反応を停止させる。増幅工程は
連続的に行なってもよい。自動化法の一態様では、温度
を所定の水準に所定の時間制御するように設定する温度
サイクルを反応混合物に行なってもよい。
【０１５５】この目的のための一つの装置は、本発明の
増幅反応を制御するための自動化された装置である。こ
の装置はコンピューターによって制御される液体取扱系
を利用しており、第一の容器で或る制御された温度で保
管された酵素を、温度がコンピューターで制御されて所
定のインキュベーション方式に一致するようになってい
る第二の容器に液体移動させるものである。この第二の
容器は１種又は複数の増幅される核酸配列とヌクレオチ
ドトリホスフェートとプライマーを貯蔵している。コン
ピューターはユーザー・インターフェースを備えてお
り、それによって使用者がインキュベーションの時間お
よび温度、移動させる酵素の量などの、増幅工程におけ
る各種段階の特徴を制御する工程パラメーターを入力す
ることができるようになっている。
【０１５６】酵素はサイクル毎に移動させる必要はない
ので、用いることができる好ましい装置は液体制御系の
ない温度循環を利用している。この様な装置は、下記の
ような系からなっている。
【０１５７】１．所定数の試験管、好ましくは５００μ
ｌ試験管であって、ヌクレオチドトリホスフェート、プ
ライマー、核酸配列および酵素の反応混合物が入ってい
る試験管を固定する熱伝導性容器。 ２．熱伝導性容器を加熱、冷却し且つ室温より高いおよ
び低い温度に保持する装置であり、この装置は容器を加
熱、冷却しまたは保持する温度を制御する制御シグナル
を受けとる入力部を有する〔この様な装置はマテリアル
ス・エレクトロニクス・プロダクツ・コーポレーション
（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒ
ｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、トレント
ン，ニュージャージーから発売されているペルティーア
（Ｐｅｌｔｉｅｒ）熱ポンプまたは水熱交換器でもよ
い〕。
【０１５８】３．上記の装置の入力部に接続したコンピ
ューター装置（例えば、マイクロプロセッサー・コント
ローラー）であって、増幅工程、温度水準および温度勾
配とタイミングを自動的に制御するシグナルを発生する
装置。もう一つの態様では、プライマー伸長生成物の合
成に用いられる酵素は、カラム中に固定することができ
る。他の反応成分をポンプによってこのカラムと加熱コ
イル中を連続的に循環させることができる。したがっ
て、生成した核酸を、酵素を不活性化することなく繰り
返し変性させることができる。
【０１５９】次に、増幅プロトコールを模式的に示す。
ここでは、相補的な鎖〔Ｓ+ 〕及び〔Ｓ- 〕を含んで成
る所望の配列〔Ｓ〕を含有する２本鎖ＤＮＡが核酸とし
て使用される。第１の及びこれに続く各反応サイクルの
間、もとの鋳型上での各オリゴヌクレオチドプライマー
の延長が、プライマーの１つのみにより停止する無限長
の新しいssＤＮＡ分子生成物を生成する。今後“長生成
物”と称するこれらの生成物は直線的に蓄積するであろ
う。すなわち、ある数のサイクルの後に存在する量がサ
イクル数に比例するであろう。
【０１６０】こうして生成された長生成物は、その後の
サイクルの間一方又は他方のオリゴヌクレオチドプライ
マーの鋳型として機能し、そして所望の配列〔Ｓ+ 〕又
は〔Ｓ- 〕の分子を生成するであろう。これらの分子も
また、一方又は他方のオリゴヌクレオチドプライマーの
鋳型として機能してさらに〔Ｓ+ 〕及び〔Ｓ- 〕を生成
し、そしてそれ故に、サイクル数に対して指数的速度で
の〔Ｓ〕の蓄積をもたらすであろう連鎖反応が継続され
得る。
【０１６１】意図されるオリゴヌクレオチドハイブリダ
イゼーション以外のオリゴヌクレオチドハイブリダイゼ
ーションにより生成される副産物は自己触媒的ではな
く、そしてそれ故に直線的速度で蓄積する。
【０１６２】
【表１】
【０１６３】
【表２】
【０１６４】
【表３】
【０１６５】
【表４】
【０１６６】１つのプライマーのオリゴヌクレオチド配
列で停止する各鎖及び他方の相補鎖は生成することが所
望される特定の核酸鎖〔Ｓ〕であることがわかる。この
工程の段階は無限に反復することができ、プライマー１
及び２、誘導剤及び存在するヌクレオチドによってのみ
限定される。もとのヌクレオチドは複製されないので、
その量は全工程を通じて一定に維持される。長生成物は
もとの核酸からのみ生成されるのでその量は直線的に増
加する。特定の配列の量は指数的に増加する。すなわ
ち、特定の配列は支配的な種となる。これは次の表に示
される。この表は、各サイクルの効率を１００％とし
て、ｎサイクル後に存在する種の相対量を示す。
【０１６７】
【表５】
【０１６８】鋳型として一本鎖ヌクレオチドが使用され
る場合、サイクル当り１個のみの長生成物が生成する。
少なくとも１サイクルの増幅の後に、増幅される配列の
（末端にない）内部配列に相補的な一組のプライマーを
加えることによって、所定回数の増幅の後、所定の配列
内の配列を増幅して反応の特異性を大きくすることがで
きる。この様なプライマーは如何なる段階で加えてもよ
く、そしてこのものはより短い増幅されたプライマーを
供するであろう。また、非相補的末端を有するが、増幅
において前に用いてプライマーと幾分オーバーラップす
るプライマーを用いることによってより長いフラグメン
トを調製することができる。
【０１６９】この発明方法を用いて、特定の核酸配列を
クローン化して、適当な発現ベクターに挿入することが
できる。次に、このベクターを用いて適当な宿主生物を
形質転換して、組換えＤＮＡ技法の標準的方法によって
配列の遺伝子生成物を産生させることができる。この増
幅工程は、元の鋳型核酸、予想される標的増幅生成物お
よび各種のバックグラウンドの非標的生成物からの核酸
の混合物を生じさせることができる。元の鋳型ＤＮＡが
ヘテロ接合性二倍体ゲノムにおけるような複数の標的配
列を有するとき、または関連遺伝子のファミリーがある
ときには、増幅された生成物は混合物であることもあ
る。
【０１７０】これらのプライマーを改変して、増幅反応
によって生成されるＤＮＡの混合物の速やかで且つ特異
的なクローン化を補助することができる。この様な改変
では、プライマーのそれぞれに、または増幅され且つク
ローン化される配列中に制限部位が含まれる。好ましく
は、同じまたは異なる制限部位をプライマーの５′末端
に導入し、増幅された生成物の二個の末端に制限部位を
生じるようにするのが好ましい。適当な酵素で切断する
と、増幅された生成物は容易にプラスミドまたはバイア
ルベクター中に挿入されて、クローン化される。このク
ローニングによって、混合物ではなく個々の増幅された
生成物の分析または発現が可能になる。
【０１７１】プライマーがその中に導入された制限部位
を有するときには、同じ制限部位を両方のプライマーに
用いることができる。しかしながら、異なる制限部位を
用いると、生成物を特異的な方向でベクター中に挿入す
ることができ、複数の挿入、及び２個のプライマーの一
方のみに基づいた増幅から生じる挿入は抑制する。特異
的方向性は、一本鎖配列ベクターへのクローニング時、
一本鎖ハイブリダイゼーションプローブを用いる時また
はクローン化された生成物が発現されるべき場合に有用
である。
【０１７２】プライマーを調製する一つの方法は、標的
配列から極僅に異なるプライマー配列を選択することで
ある。プライマーのそれぞれが配置されるべき領域は、
所望のベクターに適当な制限部位に対する相同性につい
てスクリーニングされる。例えば、標的配列「CAGTATCC
GA... 」は、ＢａｍＨＩ部位を有するものと一個の塩基
しか違わない。
【０１７３】プライマー配列はその３′末端で正確にマ
ッチし、その５′末端付近に変更された配列および制限
部位を有するように選択される（例えば、「CAGgATCCG
A...」であり、小文字は標的配列とマッチしないものを
表わしている）。この最少限に変更した配列は、プライ
マーが元の標的配列とハイブリッド形成し、重合を開始
する能力を妨げない。第一の増幅サイクルの後、プライ
マーはコピーされて、標的となり、新たなプライマーと
正確にマッチする。
【０１７４】増幅工程の後、生成物を適当な制限酵素で
開裂せしめ、例えば、脱塩カラムまたは分子量クロマト
グラフィカラムを通過させあるいは膜を通過させること
によって、制限消化物を場合によってはヌクレオチドト
リホスフェートおよび塩のような連結の阻害剤から分離
させ、クローン化されるべき増幅配列を含有する（１種
以上の）消化生成物は、連結反応によって、バクテリオ
ファージＭ１３のようなクローニングベクターに挿入さ
れる。
【０１７５】クローニングベクターは、一般に選択マー
カーを有し、そして場合によってはさらにプロモーター
を有することもある。次に、遺伝子が蛋白質をコードす
るときには、これを公知の技法によって配列決定し、そ
して／または発現させることができる。遺伝子はまた、
配列決定されるべき所望の部分に相補的な適当なプライ
マーを増幅工程中に加えることによって配列決定するこ
ともできる。このプライマーは伸長生成物を形成して、
この伸長生成物を有する増幅の程度が配列情報を提供す
ることになる。
【０１７６】プライマーを調製するためのもう一つの方
法は、標的配列からプライマーの３′末端を取り出し
て、プライマーの５′末端へ所望の制限部位を加えるこ
とからなっている。例えば、ＨｉｎｄIII 部位を加え
て、配列「cgaagcttCAGTATCCGA..」（但し、小文字は上
記定義の通りである）を作ることができる。加えられた
塩基は増幅の第一のサイクルでハイブリダイゼーション
には寄与しないが、これ以後のサイクルでマッチする。
次に、最終的に増幅された生成物を１種又は複数種の制
限酵素で切断して、上記のようにクローン化し、発現さ
せる。増幅される遺伝子は、例えばヒトβ−ヘモグロビ
ンまたはヒトＨＬＡＤＱ、ＤＲまたはＤＰ−αおよび−
β遺伝子であってもよい。
【０１７７】もう一つの、余り好ましくはなく且つあま
り効率的なものとはいえないクローニング法であって
（制限酵素を用いる）接着末端連結よりはむしろ平滑末
端連結を用いる方法においては、クローン化されるべき
１種又は複数種の配列あるいはプライマー中の制限酵素
とは無関係に基本的増幅方法が用いられる。しかしなが
ら、これらの段階は、連結を行なうのに十分なだけ増幅
された１種又は複数種の配列を産生するのに十分な回数
にわたり繰り返さなければならない。
【０１７８】平滑末端連結では、接着末端連結の場合よ
りも高濃度の１種又は複数種の配列と１種又は複数種の
クローニングベクターを必要とする。更に、この連結反
応はＴ４リガーゼ、Ｅ．コリ（Ｅ． ｃｏｌｉ）リガー
ゼのようなリガーゼの存在で行なわなければならない。
増幅された生成物が得られたならば、連結処理法は当業
者に周知の条件を用いる標準的処理法により行われる。
平滑末端連結反応を用いないクローニング法は、増幅さ
れた生成物のクローニングベクターへの挿入の方向性ま
たは多重性を制御する。
【０１７９】更に、この工程は、試験管内での変異誘発
に用いることができる。オリゴヌクレオチドプライマー
は、増幅されるべき核酸配列に正確に相補的である必要
はない。それらは、熱安定酵素によって伸長されるべき
配列十分にハイブリダイズすることだけが必要である。
用いられるプライマーが元の鋳型に正確には相補的では
ない場合の増幅反応の生成物は、鋳型配列ではなくプラ
イマーの配列を有するので、試験管内突然変異が導入さ
れる。引き続くサイクルでは、この突然変異は、それ以
上不対合プライミングを必要としないので、限定されな
い効率で増幅される。このようにして産生された変異体
を標準的な生物学的技法によって適当なベクターへ挿入
することができ、このベクターに変更された蛋白質の産
生態のような変異体特性を付与することができる。
【０１８０】上記のような変更されたＤＮＡ配列を作る
工程は、他の配列の変化を誘発するための異なるプライ
マーを用いて、変更されたＤＮＡに対して繰り返すこと
ができる。このようにして、一連の変異配列が徐々に産
生され、このシリーズに新たに加えられたそれぞれのも
のは前のものから僅かしか異なっていないが元のＤＮＡ
源配列からはかなりの点で異なっているようにすること
ができる。このようにして、非常に不適正なプライマー
を機能させることはできないために単一段階では得られ
ないような変化を、最終的に行なうことができる。
【０１８１】更に、十分な量のプライマーが、増幅され
るべき鎖に相補的な配列を含有する場合には、プライマ
ーはその配列の一部に非相補的配列を有することができ
る。例えば、（プロモーター、リンカー、コード配列な
どの）鋳型配列に相補的でないヌクレオチド配列をプラ
イマーの一方または両方の５′末端に結合させ、これに
よって増幅工程の生成物に付加することができる。伸長
プライマーが添加された後、工程を十分な回数だけ繰り
返し、非相補的ヌクレオチド挿入部を含有する新たな鋳
型を所望な量で得る。これによって、単純な技法を用い
て、比較的短時間（例えば２時間以下）で結合したフラ
グメントを多量に産生することができる。
【０１８２】この方法を用いて、感染症、遺伝学的疾患
または細胞性疾患、例えば癌に関する特異的核酸配列、
例えば腫瘍遺伝子の検出および／または特徴化を行なう
ことができる。分析に利用できる核酸の量が極めて少な
いとき、例えば胎児細胞から得られるＤＮＡを用いる鎌
状赤血球貧血の出生前診断で有用である。この増幅法
は、非放射性検出法を用いる本来鋭敏でない分析法を用
いて少量試料の分析を行なう場合、または放射分析法を
用いる場合であって速やかな検出が望まれる場合に、特
に有用である。
【０１８３】本発明の目的に関して、遺伝学的疾患は、
例えば鎌状赤血球貧血、α−サラセミア、β−サラセミ
ア等のような生体からのゲノムＤＮＡの特異的欠失およ
び／または変異誘発を包含する。鎌状赤血球貧血は、本
方法により適当なＤＮＡ配列の増殖を行なった後の１９
８５年１２月１１日発行の欧州特許出願公開第１６４，
０５４号明細書に記載のオリゴマー制限分析によりまた
はＲＦＬＰ様分析により、容易に検出することができ、
α−サラセミアは、この疾患を起こす変異部に緊密に関
連した多形制限部位の不在によって検出することがで
き、またβ−サラセミアはその制限部位の存在によって
検出することができる。
【０１８４】これらの遺伝的疾患の総ては、適当な配列
を増幅し、それをサザン法によって放射性プローブを用
いることなく分析することによって検出することができ
る。この様な方法では、例えば極めて低水準の所望な配
列を含む羊水からのＤＮＡの少量の試料を増幅し、制限
酵素で切断し、サザン法によって分析する。増幅された
高水準のシグナルによって非放射性プローブの使用が容
易になる。
【０１８５】もう一つの態様では、ＤＮＡの少量試料を
通常の水準にまで増幅した後、伸長反応のサイクルを続
けて行ない、この場合、（32Ｐ−標識またはビオチン−
標識したヌクレオチドトリホスフェートのような）容易
に検出されるヌクレオチド誘導体を最終のＤＮＡ生成物
中に直接に導入し、これを制限酵素処理および電気泳動
法による分離またはその他の適当な方法で分析すること
が可能である。
【０１８６】もう一つの態様では、核酸を、増幅前に特
定の制限エンドヌクレアーゼに暴露することができる。
切断された配列は増幅することは出来ないので、あらか
じめＤＮＡ試料を制限酵素処理したにもかかわらず増幅
されたフラグメントが出現することは、増幅された配列
内のエンドヌクレアーゼの部位の不在を示唆する。増幅
された配列の存在または不在は、適当な方法によって検
出することができる。
【０１８７】本発明の方法の実際的応用は、本明細書、
および欧州特許第１６４，０５４号明細書（同上）およ
びサイキ（Ｓａｉｋｉ）らのＢｉｏ／Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ、３巻、１００８〜１０１２頁に記載されているオ
リゴマー制限法によって鎌状赤血球貧血の検出を容易に
するためのその使用によって例示することができる。鎌
状赤血球貧血は、β−グロブリン遺伝子の６番目のコド
ンにおける唯一つの塩基対の変化によって起こるヘモグ
ロビン疾患である。
【０１８８】本発明の方法は、配列特異的オリゴヌクレ
オチドを用いて（ゲノムＤＮＡのような）核酸配列の一
塩基対の変化を直接に検出するのにも用いることができ
る。この方法では、癌、感染症または遺伝的疾患例えば
遺伝的欠失から生じるような配列変化を直接に検出する
ことができ、本来なら必要な制限酵素消化、電気泳動お
よびゲル操作の必要がなくなる。本明細書に記載する増
幅の後のドット・ブロット方式において配列特異的オリ
ゴヌクレオチドを用いると、プローブの特異性および感
受性が向上し、解釈可能なシグナルを、０．０４μｇの
試料を用いて６時間以内に得ることができる。
【０１８９】また、膜にスポットする試料の量を０．１
〜０．５μｇに増加すると、従来の方法で用いられる放
射性プローブの代わりに、非放射性標識されたオリゴヌ
クレオチドを用いることができる。更に、以下に記載の
方法は、大きさが１９−マー未満の配列特異的オリゴヌ
クレオチドの使用に適用することができ、したがって更
に識別力のある配列特異的オリゴヌクレオチドを使用す
ることができる。
【０１９０】遺伝的疾患に関しては、ＲＦＬＰはこの疾
患に関する多形制限部位を必要とするが、配列特異的オ
リゴヌクレオチドは直接に遺伝的欠失を検出し、単一の
塩基の突然変異によって生じるヘモグロビンＣ症、α−
１−アンチトリプシンおよびβ−サラセミアのような病
気の解析に極めて有用である。また、オリゴヌクレオチ
ドを用いて、異なる対立遺伝子（例えばＨＬＡ型）を表
わす遺伝的変異体を識別することができるので、熱安定
酵素を含む配列特異的オリゴヌクレオチドを基礎とした
キットの可能性が示唆される。
【０１９１】本発明の１態様では、ヌクレオチドの配列
変化を検出しようとするときには、上記の様に、ヌクレ
オチド変化を含むと推定されるそれぞれの核酸のそれぞ
れの鎖について１個のプライマーを用いて増幅した試料
を一連の膜に直接にスポットし、そしてそれぞれの膜を
異る標識された配列特異的オリゴヌクレオチドプローブ
とハイブリダイズをせしめる。膜への試料のスポット法
については、カホトス（Ｋａｆｏｔｏｓ）ら、Ｎｕｃｌ
ｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ７巻、１５４
１〜１５５２頁、１９７９年に記載されている。
【０１９２】要約していえば、膜に固定されたＤＮＡ試
料を、ドデシル硫酸ナトリウム、フイコール（Ｆｉｃｏ
ｌｌ）、血清アルブミンおよび各種の塩を含むプレハイ
ブリダイゼーション溶液を用いて、プローブを加える前
に、前処理することができる。次いで、標識されたヌク
レオチドプローブであって検出しようとするそれぞれの
配列変化に特異的なものをプレハイブリダイゼーション
溶液と同様のハイブリダイゼーション溶液に加える。
【０１９３】このハイブリダイゼーション溶液を膜に適
用して、この膜を、プローブの型および長さ、成分の型
および濃度等によって異るハイブリダイゼーション条件
に付す。一般的には、ハイブリダイゼーションは約２５
〜７５℃、好ましくは３５〜６５℃、０．２５〜５０時
間、好ましくは３時間未満行なう。条件のストリンジエ
ンシーが大きくなればなるほど、プローブと試料とのハ
イブリダイゼーションに必要な相補性は大きくなる。バ
ックグラウンド水準が高ければ、それだけストリンジエ
ンシーは高くなる。ストリンジエンシー条件は、洗浄に
も取り込むことができる。
【０１９４】ハイブリダイゼーションの後、好適な手段
を用いてハイブリダイゼーションされないプローブを試
料から洗浄除去する。例えば各種濃度の標準的塩リン酸
ＥＤＴＡ（ＳＳＰＥ）（１８０mMのＮａＣｌ、１０mMの
ＮａＨＰＯ4 および１ＭのＥＤＴＡ、pH７．４）溶液で
２５〜７５℃で約１０分間〜１時間、１回以上洗浄する
が、この時間は温度によって変化する。次いで、この標
識を適当な検出法を用いて検出する。
【０１９５】ここで用いられる配列特異的オリゴヌクレ
オチドは、一般的には、プライマーを調製するために上
記の方法で調製され選択されるオリゴヌクレオチドであ
る。上記のように、配列特異的オリゴヌクレオチドは、
検出されるべきヌクレオチド変化にわたる配列の領域を
包含し、検出されるべきヌクレオチド変化に特異的なも
のでなければならない。
【０１９６】例えば、試料が鎌状赤血球貧血の変異を含
むかどうかを検出することが所望ならば、正常なβ−グ
ロブリン遺伝子に特徴的なヌクレオチド配列部位を含む
オリゴヌクレオチドを調製し、さらに鎌状赤血球対立遺
伝子に特徴的なヌクレオチド配列を含むオリゴヌクレオ
チドを調製する。それぞれのオリゴヌクレオチドを同じ
試料の複製物とハイブリダイズせしめ、試料が変異を含
むかどうかを決定する。ＨＬＡクラスII遺伝子の多形性
領域は第一エクソンの特定の領域に局在しており、保存
された配列によって挟まれているので、第一エクソンの
保存された５′および３′末端の対向する鎖に相補的な
オリゴヌクレオチドプライマーを調製することができ
る。
【０１９７】ＨＬＡクラスII遺伝子の多形性領域の検出
に用いられるオリゴヌクレオチドの数は、クラスター構
造を有するまたはばらばらに分散している塩基対変異の
領域を有する遺伝子の型によって異る。ＨＬＡ−ＤＱ−
αの場合のように、この領域がクラスター構造を有する
ときには、それぞれの対立遺伝子について一つのオリゴ
ヌクレオチドを用いる。
【０１９８】この領域が、ＨＬＡ−ＤＱ−βおよびＨＬ
Ａ−ＤＲ−βの場合のように、分散しているときには、
それぞれの対立遺伝子について１種より多くのプローブ
であってそれぞれ対立遺伝子変異体を包含するものが用
いられる。ＨＬＡ−ＤＱ−βおよびＨＬＡ−ＤＲ−βの
場合には、３種のプローブを、対立遺伝子変異が起きる
遺伝子座の３個の領域について用いる。インシュリン依
存性真性糖尿病（ＩＤＤＭ）の検出には、ＨＬＡ−ＤＲ
β第二エキソンについて４個のプローブを用いる。
【０１９９】ハプロタイプは、家族における分離（ｓｅ
ｇｒｅｇａｔｉｏｎ）から、または場合によって個体の
ＤＮＡ試料の直接分析によって推定することができる。
配列特異的オリゴヌクレオチド反応性の特異的対立遺伝
子の組合せ（ハロタイプ）は、増幅前にゲノムＤＮＡの
制限酵素消化を用いることによってヘテロ接合細胞にお
いて同定することができる。
【０２００】例えば、ＤＱβで、高度に変異可能な副領
域Ａ，ＢおよびＣが単一の増幅領域内に見出される場
合、およびそれぞれの領域で６個の異なる配列（Ａ１−
６，Ｂ１−６，Ｃ１−６）がある場合には、可能なハプ
ロタイプの組合わせＡ１，Ｂ２，Ｃ１；Ａ１，Ｂ２，Ｃ
４；Ａ２，Ｂ２，Ｃ１；Ａ２，Ｂ２，Ｃ４；Ａ１，Ｂ
３，Ｃ１；Ａ１，Ｂ３，Ｃ４；Ａ１，Ｂ２，Ｃ１；およ
びＡ１，Ｂ２，Ｃ４を伴って、配列特異的オリゴヌクレ
オチドプローブ分析によって個体をＤＱβ座においてＡ
１，Ａ２；Ｂ２，Ｂ３；Ｃ１，Ｃ４を含むものとしてタ
イプ分けすることができる。
【０２０１】ゲノムＤＮＡが多形制限酵素によって増幅
前に消化される場合、及びこの酵素がプライマーの間の
対立遺伝子を両方とも切断する場合、増幅の欠如のため
配列特異的プローブとの反応性はなく、何等情報を提供
しない。この酵素が対立遺伝子を切断しないときには、
消化されたおよび消化されないゲノムＤＮＡでの結果は
同じになり、その結果は何等情報を提供しないものとな
る。
【０２０２】この酵素が一方の対立遺伝子のみを切断す
るときには、消化されたおよび消化されないＤＮＡのプ
ローブ反応性パターンを比較することによって両方のハ
プロタイプを推定することができる。これらのハプロタ
イプは、未切断ゲノムＤＮＡおよび多形であり且つプラ
イマーの間の部位を認識する事が知られている１〜数個
の酵素で切断したゲノムＤＮＡと配列特異的オリゴヌク
レオチドとの反応性を比較することによって推定するこ
とができる。
【０２０３】配列特異的オリゴヌクレオチドの長さは、
検出されるべき特定の標的分子、オリゴヌクレオチド源
およびヌクレオチド組成のような多くのファクターによ
って異る。本発明の場合には、配列特異的オリゴヌクレ
オチドは、典型的には、１５〜２５ヌクレオチドを有す
るが、より多くのまたは少ないヌクレオチドを含んでい
てもよい。
【０２０４】長さが少なくとも１９マーであるオリゴヌ
クレオチドは、特異性および／または感受性を高める
が、１９マー未満の、例えば１６−マーであるプローブ
は、おそらく単一ミスマッチがより不安定化するので、
更に高い配列特異的識別力を示すことができる。増幅に
よって特異性が増加するので、より長い長さは必須では
なく、ハイブリダイゼーションおよび洗浄温度は同じ塩
濃度について低いものでもよく、長さが１９マー未満の
オリゴヌクレオチドを用いることが好ましい。
【０２０５】試料を最初に膜に置いて、次いでオリゴヌ
クレオチドで検出するときには、このオリゴヌクレオチ
ドは、分光的、光化学的、生化学的、免疫化学的または
化学的手段によって検出することができる好適な標識残
基で標識しなければならない。免疫化学的手段には、適
当な条件下でオリゴヌクレオチドと複合体を形成するこ
とができる抗体があり、生化学的手段には適当な条件下
でオリゴヌクレオチドと複合体を形成することができる
ポリペプチドまたはレクチンがある。
【０２０６】例えば、螢光線量、エレクトロン・デンス
（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｄｅｎｓｅ）試薬、不溶性反応生
成物を沈澱させまたは発色によって検出することができ
る酵素、例えば西洋ワサビ・ペルオキシダーゼ、アルカ
リホスファターゼのようなもの、32Ｐのような放射性標
識またはビオチンがある。ビオチンを用いるときには、
スペーサーアームを用いてそれをオリゴヌクレオチドに
結合せしめる。標識残基として西洋ワサビ・ペルオキシ
ダーゼが好ましい。
【０２０７】また、「逆」ドット・ブロット方式では、
プライマーの少なくとも１個および／または４種のヌク
レオチドトリホスフェートの少なくとも１つを検出可能
な標識で標識して、生成する増幅された配列を標識記す
る。これらの標識残基は最初から反応混合物中に存在し
てもよくまたは増幅の後期サイクルで加えて増幅生成物
に標識を導入することができる。次に、配列変異（正常
または突然変異体のいずれでも）が存在するときには、
増幅された核酸配列でハイブリッド形成できる未標識の
配列特異的オリゴヌクレオチドを上記のようなプレハイ
ブリダイゼーション条件下で膜にスポット（または固
定）する。
【０２０８】次に、増幅された試料を、上記のようにハ
イブリダイゼーション条件下で前処理した膜に加える。
最後に、検出手段を用いて、核酸試料の増幅された配列
が膜に固定されたオリゴヌクレオチドにハイブリダイゼ
ーションする場合に検出を行なう。ハイブリダイゼーシ
ョンは変異を含む膜に結合した配列が増幅生成物に存在
するときにのみ、すなわちプローブの配列が増幅された
配列の領域に相補的である場合にのみ起こる。
【０２０９】「逆」ドット・ブロット方式のもう一つの
態様では、上記の「順」ドット・ブロット方式でのよう
に標識を用いることはなく増幅を行ない、変異が存在す
るときにはそれを含む増幅された核酸配列とハイブリダ
イズすることができる標識された配列特異的オリゴヌク
レオチドプローブを、上記のようなプレハイブリダイゼ
ーション条件下で膜にスポット（または固定）する。次
に、増幅された試料を、上記のようなハイブリダイゼー
ション条件下で前処理した膜に加える。
【０２１０】次いで、標識したオリゴヌクレオチドまた
はそのフラグメントを膜から遊離せしめ、試料中の増幅
された配列が標識されたオリゴヌクレオチドにハイブリ
ダイゼーションする場合に、検出手段を用いて検出する
ことができるようにする。遊離は、例えばプローブの制
限部位を認識する膜に制限酵素を加えることによって起
こすことができる。オリゴマー制限として知られている
この方法は、１９８５年１２月１１日発行の欧州特許出
願公開第１６４，０５４号明細書に更に詳細に記載され
ている。
【０２１１】順および逆ドット・ブロット方式のいずれ
でも、いずれかの生物からの検出される遺伝的疾患は、
特異的欠失、挿入および／またはゲノムＤＮＡのような
核酸のいずれかの塩基対の突然変異または多形における
置換を含む。塩基対の変異が知られている疾患の例とし
ては、鎌状赤血球貧血、ヘモグロビンＣ症、α−サラセ
ミア、β−サラセミア等がある。検出することができる
他の病気にはＲＡＡ腫瘍遺伝子、例えばｎ−ＲＡＳ腫瘍
遺伝子を含む癌性疾患および感染症がある。
【０２１２】ドット・ブロット法は、組織の移植、病気
に罹り易さおよび父性の決定の分野でのＨＬＡタイピン
グに用いることもできる。ＨＬＡクラスII遺伝子は、Ｈ
ＬＡ−ＤＲ，ＨＬＡ−ＤＱおよびＨＬＡ−ＤＰ領域から
のαおよびβ遺伝子からなり、極めて多形性が高く、そ
れらのＤＮＡ水準での遺伝学的複雑性は血清学的タイピ
ングによって一般的に定義されている多形よりも著しく
大きい。更に、本発明の方法は、インシュリン依存性真
性糖尿病（ＩＤＤＭ）に関するＨＬＡクラスIIβタンパ
ク質（例えば、ＤＲβ）をコードする４個のＤＮＡ配列
を検出するのに用いることができる。
【０２１３】簡単にいえば、ＩＤＤＭに関する４種のＤ
ＮＡ配列は、 （１）５′−GAGCTGCGTAAGTCTGAG−３′ （２）５′−GAGGAGTTCCTGCGCTTC−３′ （３）５′−CCTGTCGCCGAGTCCTGG−３′および （４）５′−GACATCCTGGAAGACGAGAGA −３′ またはそれらに相補的なＤＮＡ鎖からなる群から選択さ
れる。これらの配列の１種又は複数種にハイブリッド形
成する配列特異的プローブを調製することができる。
【０２１４】各種感染性疾患は、臨床試料中に起因微生
物に特徴的な特定のＤＮＡ配列が存在することによって
診断することができる。これら起因微生物には、サルモ
ネラ、クラミジア、ネイセリアのような細菌、肝炎ウイ
ルスのようなウイルスおよびマラリアの原因となるプラ
スモジウムのような寄生虫がある。ファルコウ（Ｆａｌ
ｋｏｗ）らに発行された１９８６年５月１３日付け米国
特許再審査証明書第Ｂ１４，３５８，５３５号は、感染
性疾患の診断への特異的ＤＮＡハイブリダイゼーション
プローブの使用を記載している。
【０２１５】比較的少数の病原生物が、感染した患者か
らの臨床試料中に存在するので、これらから抽出される
ＤＮＡは試料中の総ＤＮＡの極めて小さな分画だけを構
成することがある。ＤＮＡ試料の固定の前に、推定され
る配列を特異的に増幅し、ハイブリダイゼーション検出
することによって、従来の方法の感度および特異性を著
しく向上することができる。
【０２１６】ワード（Ｗａｒｄ）の欧州特許第６３，８
７９号明細書に記載されているように、非放射性標識さ
れたプローブを用いることができれば、感染性疾患の診
断のためのＤＮＡプローブの日常的臨床使用はかなり簡
略化されるであろう。この方法では、ビオチン含有ＤＮ
Ａプローブを、アビジンまたはビオチン特異的抗体に結
合した発色性酵素によって検出する。この型の検出法は
好都合であるが、感受性が比較的低い。本発明の方法に
よる特異的ＤＮＡ増幅と安定に標識されたプローブの使
用の組み合わせによって、ファルコウ（Ｆａｌｋｏｗ）
とワード（Ｗａｒｄ）の方法を日常の臨床検査に有用に
するのに要する便宜と感度が得られる。
【０２１７】ＡＩＤＳウイルスの検出と監視に対するこ
の増幅技術の具体的な使用を以下に説明する。プライマ
ーとプローブであって、それぞれＡＩＤＳウイルスの核
酸中に実質的に保存されておりＡＩＤＳウイルス中の核
酸に特異的な核酸配列を増幅し検出するように設計され
ているものを、増幅および検出法に用いる。したがっ
て、検出される配列はＡＩＤＳウイルス中の核酸に十分
に相補的であり、酵素およびヌクレオチドトリホスフェ
ートの存在で、好ましくは室温で重合を開始するもので
なければならない。
【０２１８】また、このプローブは、ビオチンが、式 −Ｙ−（ＣＨ2)2 −Ｏ−〔（ＣＨ2)x Ｏ〕y −ＣＨ2 ＣＨ2 −ＮＨ− （式中、ＹはＯ，ＮＨまたはＮ−ＣＨＯであり、ｘは１
〜４の数であり、ｙは２〜４の数である）を有するスペ
ーサー・アームに結合しているビオチン化したプローブ
である。このスペーサー・アームはまた、式
【０２１９】
【化１】
【０２２０】のプソラレン残基に結合している。このプ
ソラレン残基は、コーラジ−テベ（Ｃｏｕｒａｇｅ−Ｔ
ｅｂｂｅ）ら、Ｂｉｏｃｈｉｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ａｃ
ｔａ．、６９７巻、１９８２年、１〜５頁に記載のよう
に、「ギャップド・サークル（ｇａｐｐｅｄ ｃｉｒｃ
ｌｅ）」プローブ中にインターカレーションして、架橋
しており、ギャップド・サークルの一本鎖ハイブリダイ
ゼーション領域はプライマー中に含まれる領域に及んで
いる。ビオチン化とドット・ブロット法の詳細について
は、１９８６年４月１５日発行の米国特許第４，５８
２，７８９号明細書および１９８６年１０月１４日発行
の米国特許第４，６１７，２６１号明細書に更に完全に
記載されている。
【０２２１】この増幅法を利用して、単一コピーヒト遺
伝子からＤＮＡを十分な量で産生させ、単純な非特異的
ＤＮＡ染色剤例えば臭化エチジウムをＤＮＡの検出に直
接に用いられる様にできる。生物のゲノムにおける感染
性疾患及び病理学的異常の検出に加えて、病的状態を伴
わないＤＮＡ多形を検出するのに用いることもできる。
【０２２２】要約すれば、増幅法は連鎖反応と熱安定酵
素を用いる１種以上の特定の核酸配列を増幅する方法を
提供するものであり、上記反応においてプライマー伸長
生成物を産生させ、これを次にその後のプライマー伸長
反応の鋳型として働くことができるようにする。この方
法は、最初は極めて少量でのみ存在する核酸配列を検出
するのに特に有用である。
【０２２３】以下の実施例は、単に例示のために提供す
るものであり、発明の範囲および特許請求の範囲を限定
することを意図するものではない。これらの実施例にお
いて、総てのパーセンテージは、特に断らないかぎり、
固体の場合には重量％、液体の場合には容積％であり、
総ての温度は摂氏で表わしている。
【０２２４】例１． Ｉ．プライマーの合成 次の２種類のプライマーを下記の方法により調製した。 ５′−ACACAACTGTGTTCACTAGC−３′（PC03） ５′−CAACTTCATCCACGTTCACC−３′（PC04） これらのプライマーはいずれも２０−マーであり、ゲノ
ムＤＮＡの相対する鎖に、１１０塩基対の間隔をおいて
それらの５′端にアニールする。
【０２２５】Ａ．自動化された合成法 Ｂｅａｕｃａｇｅ及びＣａｒｕｔｈｅｒｓ〔Ｔｅｔｒａ
ｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ（１９８１）２２：１８
５９−１８６２〕の方法に従って合成されたジエチルホ
スホラミダイトを、ヌクレオチドで誘導体化された制御
された孔サイズのガラス支持体上に逐次縮合させた。こ
の方法は、ジクロロメタン中トリクロロ酢酸による脱ト
リチル化、活性化プロトン供与体としてベンゾトリアゾ
ールを使用する縮合、並びにテトラヒドロフラン及びピ
リジン中無水酢酸及びジメチルアミノピリジンによるキ
ャッピングを含む。サイクル時間は約３０分間であっ
た。各段階での収率は本質的に定量的であり、そして脱
トリチル化中に放出されるジメトキシトリチルアルコー
ルの回収及び分光分析により決定した。
【０２２６】Ｂ．オリゴデオキシリボヌクレオチドの脱
保護及び精製 固体支持体をカラムから取り出し、そして密閉チューブ
中で室温にて４時間、１mlの濃水酸化アンモニウムに暴
露した。次に、支持体を濾過によって除去し、そして部
分的に保護されたオリゴデオキシヌクレオチドを含有す
る溶液を５時間５５℃とした。アンモニアを除去し、そ
して残渣を分取用ポリアクリルアミドゲルに適用した。
３０Ｖ／cmにて９０分間電気泳動を行い、次に生成物を
含有するバンドを、蛍光プレートのＵＶシャドーにより
同定した。
【０２２７】バンドを切り出し、そして１mlの蒸留水に
より４℃にて一夜溶出した。この溶液をＲＰ−ＨＰＬＣ
カラムに適用し、そして１％酢酸アンモニウム緩衝液
（pH６．０）中アセトニトリル７〜１３％のグラジエン
トにより溶出した。この溶出を２６０nmでのＵＶ吸収に
よりモニターし、そして適当な画分を集め、一定容量中
でのＵＶ吸収により定量し、そして真空遠心機中で室温
にて蒸発乾固した。
【０２２８】Ｃ．オリゴデオキシヌクレオチドの特徴付
け 精製されたオリゴヌクレオチドの試験アリコートをポリ
ヌクレオチドキナーゼ及びγ−32Ｐ−ＡＴＰにより32Ｐ
−ラベルした。ラベルされた化合物を、５０Ｖ／cmにて
４５分間の電気泳動の後、１４−２０％ポリアクリルア
ミドゲルのオートラジオグラフィーにより試験した。こ
の方法により分子量が確認される。塩基組成を、ヘビ毒
ジエステラーゼ及び細菌アルカリ性ホスファターゼによ
るオリゴデオキシヌクレオチドのヌクレオシドへの消
化、並びにこれに続く、逆相ＨＰＬＣカラム及び１０％
アセトニトリル＋１％酢酸アンモニウム移動相を用いる
該ヌクレオシドの分離・定量により決定した。
【０２２９】II．セルラインからのヒトゲノムＤＮＡの
単離 高分子量ゲノムＤＮＡを、Ｍａｎｉａｔｉｓ等、前掲、
Ｐ２８０−２８１に本質的に従って、ヒューマン・ゼネ
ティック・ミュータント・セル・デポジトリー、カムデ
ン、ＮＪからＧＭ２２１９Ｃとして入手可能な、正常β
−グロビンについてホモ接合性のＴ細胞系から単離し
た。
【０２３０】III ．テルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒ
ｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ）からのポリメラーゼの精
製 アメリカン・タイプ・カルチュアー・コレクション、１
２３０１ パークラウンドライブ，ロックビル，ＭＤか
らＡＴＣＣ No. ２５，１０４としてなんら制御なく入
手できるテルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａ
ｑｕａｔｉｃｕｓ）ＹＴ１株をフラスコ中で、下記の培
地で増殖せしめた。
【０２３１】 クエン酸ナトリウム １mM リン酸カリウムpH７．９ ５mM 塩化アンモニウム １０mM 硫酸マグネシウム ０．２mM 塩化カルシウム ０．１mM 塩化ナトリウム １ｇ／ｌ 酵母エキス １ｇ／ｌ トリプトン １ｇ／ｌ グルコース ２ｇ／ｌ 硫酸第一鉄 ０．０１mM （オートクレーブ前にpHを８．０に調整）
【０２３２】上記培地中で７０℃にて一夜培養したフラ
スコ種母を１０ｌ発酵槽に接種した。種母フラスコから
の合計６００mlの種母を１０ｌの同じ培地に接種した。
pHを水酸化アンモニウムにより８．０に調節し、溶存酸
素を４０％に調節し、温度を７０℃に調節し、そして攪
拌速度を４００rpm とした。細胞の増殖の後、最初の５
段階についてはＫａｌｅｄｉｎ等、前掲、の方法（わず
かに変更を加えて）を用い、そして第６段階では異る方
法を用いて精製を行った。６段階すべてを４℃にて行っ
た。カラムでの分画速度は０．５カラム／時とし、溶出
中のグラジエントの容量は１０カラム容量とした。これ
に代る好ましい方法を例６に後記する。
【０２３３】要約すれば、上記培養のＴ．アクアチクス
（Ｔ． ａｑｕａｔｉｃｕｓ）細胞を、９時間の培養の
後、後期対数期１．４ｇ乾燥重量／ｌの細胞濃度におい
て、遠心分離により集菌した。２０ｇの細胞を、５０mM
Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH７．５）及び０．１mM ＥＤＴ
Ａを含む緩衝液８０ml中に懸濁した。細胞を溶解し、そ
して溶解物を４℃のローター中で３５，０００rpm にて
２時間遠心した。上清を集め（画分Ａ）、そして硫酸ア
ンモニウムの４５〜７５飽和の間で沈澱する蛋白質画分
を集め、０．２Ｍリン酸カリウム（pH６．５）、１０mM
２−メルカプトエタノール及び５％グリセリンを含有
する緩衝液中に溶解し、そして最後に同じ緩衝液に対し
て透析して画分Ｂを得た。
【０２３４】画分Ｂを、上記の緩衝液で平衡化されたＤ
ＥＡＥ−セルロースの２．２×３０cmカラムに適用し
た。次に、このカラムを同じ緩衝液で洗浄し、そして蛋
白質を含有する画分（２８０nmにおける吸収により決定
する）を集めた。一緒にした蛋白質画分を、０．０１Ｍ
リン酸カリウム（pH７．５）、１０mM ２−メルカプト
エタノール及び５％グリセリンを含有する第二緩衝液に
対して透析して画分Ｃを得た。
【０２３５】画分Ｃを、第二緩衝液で平衡化されたヒド
ロキシアパタイトの２．６×２１cmカラムに適用した。
次に、このカラムを洗浄し、そして１０mM ２−メルカ
プトエタノール及び５％グリセリンを含有する０．０１
〜０．５Ｍリン酸カリウム（pH７．５）緩衝液の直線グ
ラジエントにより酵素を溶出した。ＤＮＡポリメラーゼ
活性を含有する画分（９０〜１８０mMリン酸カリウム）
を集め、アミコン攪拌セル及びＹＭ１０膜を用いて４倍
に濃縮し、そして第二緩衝液に対して透析して画分Ｄを
得た。
【０２３６】画分Ｄを、第二緩衝液で平衡化したＤＥＡ
Ｅ−セルロースの１．６×２８cmカラムに適用した。こ
のカラムを洗浄し、そして第二緩衝液中０．０１〜０．
５Ｍリン酸カリウムの直線グラジエントによりＤＮＡポ
リメラーゼを溶出した。画分をエンドヌクレアーゼ及び
エキソヌクレアーゼの汚染について測定した。
【０２３７】これは、過剰のＤＮＡポリメラーゼと共に
インキュベートした後のファージλＤＮＡ又はスーパー
コイルプラスミドＤＮＡの分子量の変化を電気泳動によ
り検出することにより（エンドヌクレアーゼについ
て）、そしてＤＮＡを幾つかのフラグメントに開裂せし
める制限酵素による処理の後に（エキソヌクレアーゼに
ついて）行った。最少のヌクレアーゼ汚染を有するＤＮ
Ａポリメラーゼ画分（６５〜９５mMリン酸カリウム）の
みをプールした。このプールにオートクレーブしたゼラ
チンを２５０μｇ／mlの量で添加し、そして第二緩衝液
に対して透析を行って画分Ｅを得た。
【０２３８】画分Ｅをホスホグルコースカラムに適用
し、そして２０mMリン酸カリウム（pH７．５）中０．０
１〜０．４Ｍ ＫＣｌのグラジエント１００mlにより溶
出した。画分を上記のようにしてエンドヌクレアーゼ／
エキソヌクレアーゼの汚染について、そしてさらにポリ
メラーゼ活性について（Ｋａｌｅｄｉｎ等の方法によ
り）測定した。プールした画分を第二緩衝液に対して透
析し、次に５０％グリセリン及び第二緩衝液に対する透
析により濃縮した。
【０２３９】ポリメラーゼの分子量をＳＤＳ−ＰＡＧＥ
により決定した。マーカー蛋白質はホスホリダーゼＢ
（９２，０００）、ウシ血清アルブミン（６６，２０
０）、オバルブミン（４５，０００）、カーボニックア
ンヒドラーゼ（３１，０００）、大豆トリプシンインヒ
ビター（２１，５００）、及びリゾチーム（１４，４０
０）であった。予備的データは、文献（例えばＫａｌｅ
ｄｉｎ等）に報告されている６２，０００〜６３，００
０ドルトンではなく、約８６，０００〜９０，０００ド
ルトンであった。
【０２４０】このポリメラーゼを、２５mM Ｔｒｉｓ−
ＨＣｌ（pH６．４及びpH８．０）、０．１Ｍ ＫＣｌ、
１０mM ＭｇＣｌ2 、１mM ２−メルカプトエタノー
ル、１０nmole ずつのｄＧＴＰ，ｄＡＴＰ及びＴＴＰ、
及び０．５μCi（ 3Ｈ）ｄＣＴＰ、８μｇの“活性化さ
れたウシ”胸腺ＤＮＡ並びに０．５−５ユニットのポリ
メラーゼを含有する混合物５０μｌ中でインキュベート
した。“活性化された”ＤＮＡは、ＤＮＡの５％が酸−
溶解性画分に移るまでＤＮａｓｅ Ｉにより消化して部
分加水分解した後のＤＮＡの天然調製物である。
【０２４１】この反応は７０℃にて３０分間行い、そし
て０．１２５Ｍ ＥＤＴＡ−Ｎａ2を含有するリン酸ナ
トリウムの飽和水溶液約５０μｌの添加により停止せし
めた。サンプルをＫａｌｅｄｉｎ等、前掲に記載されて
いるようにして処理しそして活性を測定した。この結果
は、ポリメラーゼはpH６．４においてpH８．０における
活性の半分より活性であることを示した。これに対し
て、Ｋａｌｅｄｉｎ等は、酸素はpH約７．０において、
pH８．３における活性の８％を有することを見出した。
従って、本発明の熱安定酵素のpHプロフィールはＫａｌ
ｅｄｉｎ等の酵素のそれよりも広い。
【０２４２】最後に、ＤＮＡポリメラーゼ測定反応混合
物から１種類のみ又は複数種類のヌクレオチドトリホス
フェートを除去した場合、本発明の酵素を用いて活性が
ほとんど観察されず、活性は予想値と一致しており、そ
して酵素は高い忠実性を示した。これに対して、Ｋａｌ
ｅｄｉｎ等、前掲、を用いて観察された活性は予想値と
一致しておらず、そしてヌクレオチドトリホスフェート
の間違った導入が示唆される。
【０２４３】IV．増幅反応 上記の１μｇのゲノムＤＮＡを、２５mM Ｔｒｉｓ−Ｈ
Ｃｌ（pH８．０）、５０mM ＫＣｌ、１０mM ＭｇＣｌ
2 、５mMジチオスレイトール、２００μｇ／mlゼラチ
ン、１μＭのプライマーＰＣ０２、１μＭのプライマー
ＰＣ０４、１．５mM ｄＡＴＰ、１．５mM ｄＣＴＰ、
１．５mM ｄＧＴＰ及び１．５mM ＴＴＰを含有する１
００μｌの初期水性反応容量中に稀釈した。サンプルを
９８℃にて１０分間加熱してゲノムＤＮＡを変性せし
め、次に室温に冷却した。
【０２４４】テルムス・アクアチクスからのポリメラー
ゼ４μｌを反応混合物に加え、そして１００μｌの鉱油
を重層した。次にサンプルを、溶体を供給するためにプ
ログラムされたピペット及び変温のための温度調節装置
を用いる上記の液体取扱い及び加熱装置のアルミニウム
加熱ブロックに入れた。ＤＮＡサンプルを、次のプログ
ラムサイクルを反復して２０サイクルの増幅にかけた。
【０２４５】１）加熱ブロック中で２．５分間にわたり
３７℃から９８℃に加熱し；そして ２）３分間にわたって９８℃から３７℃に冷却してプラ
イマーとＤＮＡとのアニールを可能にする。 最終サイクルの後、サンプルをさらに１０分間５５℃で
インキュベートして最終伸長反応を完了する。
【０２４６】Ｖ．オリゴデオキシリボヌクレオチドプロ
ーブの合成及びリン酸化 次の配列： ５′−* CCCACAGGGCAGTAACGGCAGACTTCTCCTCAGGAGTCAG−
３′（RS24） を有しＲＳ２４と称するラベルされたＤＮＡプローブを
調製した。配列中、＊はラベルを示す。このプローブは
４０塩基の長さを有し、遺伝子の第４コドンから第７コ
ドンまでを含み、そして正常β−グロビン対立遺伝子
（βA ）と相補的である。プライマーとプローブとの関
係を次に模式的に示す。
【０２４７】
【表６】
【０２４８】このプローブを例１．Ｉ．に記載した方法
に従って合成した。２０pmole のプローブを４ユニット
のＴ４ポリヌクレオチドキナーゼおよび約４０pmole の
γ− 32Ｐ−ＡＴＰ（約７０００Ci／mmole ）と、７０mM
Ｔｒｉｓ（pH７．６）、１０mM ＭｇＣｌ2 、１．５
mMスペルミン及び１０mMジチオスレイトールを含有する
４０μｌの反応容量中で３７℃にて６０分間接触せしめ
た。
【０２４９】次に２５mM ＥＤＴＡにより全容量を１０
０μｌに調製し、そしてＴｒｉｓ−ＥＤＴＡ（ＴＥ）緩
衝液（１０mM Ｔｒｉｓ、０．１mM ＥＤＴＡ、pH８．
０）により平衡化した１mlスピン透析カラム上で、Ｍａ
ｎｉａｔｉｓ等、前掲、ｐ４６６−４６７の方法に従っ
て精製した。反応生成物のＴＣＡ沈澱は、ＲＳ２４につ
いて比活性が４．３μCi／pmole であり、そして最終濃
度が０．１１８pmole／μｌであることを示した。
【０２５０】VI．ドットブロットハイブリダイゼーショ
ン 前記IV．からの増幅されたサンプル４μｌ、並びに７
０，７５，８０，８５，９０，９５及び１００％の増幅
効率を代表するように計算されたβ−グロビンプラスミ
ドＤＮＡの適当な稀釈物５．６μｌを２００μｌの０．
４Ｎ ＮａＯＨ及び２５mM ＥＤＴＡで稀釈し、そして
ナイロンフィルター上にスポットした。
【０２５１】これは、フィルターを水で湿し、これを、
フィルターを定位置に保持するドットブロック調製用装
置中に入れ、サンプルを適用し、そしてＲｅｅｄ及びＭ
ａｎｎ，Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃ
ｈ，１３，７２０２−７２２１（１９８５）により開示
されているようにして、０．１mlの２０×ＳＳＰＥ
（３．６Ｍ ＮａＣｌ、２００mM ＮａＨ2 ＰＯ4 、２
０mM ＥＤＴＡ）により各ウエルをすすいだ。次に、フ
ィルターを取り出し、２０×ＳＳＰＥ中で洗浄し、そし
て真空オーブン中で８０℃にて３０分間加熱した。
【０２５２】加熱の後、各フィルターを、３×ＳＳＰ
Ｅ、５×デンハート溶液（１×＝０．０２％ポリビニル
ピロリドン、０．０２％フィコール、０．０２％ウシ血
清アルブミン、０．２mM Ｔｒｉｓ、０．２mM ＥＤＴ
Ａ、pH８．０）、０．５％ ＳＤＳ及び３０％ホルムア
ミドから成るハイブリダイゼーション溶液１６mlと接触
せしめ、そして４２℃にて２時間インキュベートした。
次に、２pmole のプローブＲＳ２４をハイブリダイゼー
ション溶液に加え、そしてフィルターを４２℃にて２分
間インキュベートした。
【０２５３】最後に、ハイブリダイズした各フィルター
を１００mlの２×ＳＳＰＥ及び０．１％ ＳＤＳで２回
室温にて１０分間洗浄した。次に、フィルターを１００
mlの２×ＳＳＰＥ、０．１％ ＳＤＳで、６０℃にて１
０分間処理した。次に、各フィルターをオートラジオグ
ラフ処理した。シグナルは２時間後に容易に出現した。
【０２５４】VII ．オートラジオグラムの検討 ２時間後にドットブロットのオートラジオグラムを分析
して、そしてＨａｅIII ／ＭａｅＩ−消化ｐＢＲ：βA
により調製された標準逐次稀釈β−グロビン調製物と、
強度について比較した。βA は、Ｓａｉｋｉ等Ｓｃｉｅ
ｎｃｅ、前掲、において記載されている野性型対立遺伝
子である。反応生成物の分析により、全体の増幅効率は
約９５％であることが示され、これはβ−グロビン標的
配列の６３０，０００倍の増加に相当する。
【０２５５】例２． Ｉ．増幅反応 例１に記載したようにしてＭｏｌｔ４セルラインから抽
出されたゲノムＤＮＡの１μｇのサンプル２個をそれぞ
れ、５０mM ＫＣｌ、２５mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH
８．０）、１０mM ＭｇＣｌ2 、１μＭのプライマーＰ
Ｃ０３、１μＭのプライマーＰＣ０４、２００μｇ／ml
のゼラチン、１０％ジメチルスルホキシド、並びに１．
５mMずつのｄＡＴＰ，ｄＣＴＰ，ｄＧＴＰ及びＴＴＰを
含有する１００μｌの反応容量中に稀釈した。この混合
物を９８℃で１０分間加熱してゲノムＤＮＡを変性した
後、サンプルを室温に冷却し、そして例１に記載したテ
ルムス・アクアチクスからのポリメラーゼ４μｌを各サ
ンプルに加えた。サンプルに鉱油を重層して凝縮及び蒸
発ロスを防止した。
【０２５６】サンプルの１つを例１に記載した機械の加
熱ブロックに入れ、そして次のプログラムサイクルを反
復して２５サイクルの増幅にかけた。 （１）２．５分間にわたり３７℃から９３℃に加熱し； （２）３分間にわたって９３℃から３７℃に冷却するこ
とによりプライマー及びＤＮＡをアニールせしめ；そし
て （３）３７℃に２分間保持した。 最終サイクルの後、サンプルを６０℃にてさらに１０分
間インキュベートして最終伸長反応を完結した。
【０２５７】第二サンプルを温度サイクル（加熱及び冷
却）機の熱伝導コンテナーに入れた。この機械において
は、熱伝導コンテナーに温度を上方又は下方に調節する
ペルティールヒートポンプ並びに増幅サイクル、温度レ
ベル、温度勾配及び温度のタイミングを自動的にコント
ロールするマイクロプロセッサーに取り付けられる。第
二サンプルを、次のプログラムサイクルを反復する２５
サイクルの増幅に付した。
【０２５８】（１）３分間にわたり３７℃から９５℃に
加熱し； （２）９５℃に０．５分間保持して変性を生じさせ； （３）１分間にわたり９５℃から３７℃に冷却し；そし
て （４）３７℃にて１分間保持する。
【０２５９】II．アッセイ 分析、すなわちドットブロット分析及びアガロース分析
のために２つの試験を行った。 ドットブロット分析のためには、次の配列： ５′−* CTCCTGAGGAGAAGTCTGC −３′（RS18） のラベルされたＤＮＡプローブを調製した。この配列中
＊はラベルを示す。このプローブは１９塩基の長さを有
し、遺伝子の第４〜第７コドンを含み、そして正常β−
グロビン対立遺伝子（βA ）に相補的である。プライマ
ー及びプローブの概略の関係を次に示す。
【０２６０】
【表７】
【０２６１】このプローブを、例１．Ｉ．に記載した方
法により合成した。１０pmole のプローブを４ユニット
のＴ４ポリヌクレオチドキナーゼ及び約４０pmole のγ
−32Ｐ−ＡＴＰ（約７０００Ci／mmole ）と、７０mM
Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH７．６）、１０mM ＭｇＣｌ2 、
１．５mMスペルミン及び１０mMジチオスレイトールを含
む４０μｌの反応容量中で３７℃にて６０分間接触せし
めた。
【０２６２】次に２５mM ＥＤＴＡにより全容量を１０
０μｌに調整し、そしてＴｒｉｓ−ＥＤＴＡ（ＴＥ）緩
衝液（１０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ、０．１mM ＥＤＴ
Ａ、pH８．０）で平衡化された１mlスピン透析カラム上
でＭａｎｉａｔｉｓ等、前掲、ｐ４６６−４６７の方法
に従って精製した。反応生成物のＴＣＡ沈澱は、ＲＳ１
８については比活性が４．６μCi／pmole でありそして
最終濃度が０．１１４pmole ／μｌであることを示し
た。
【０２６３】前記Ｉ．からの増幅されたサンプル５μ
ｌ、及び熱安定酵素の代りにＥ．コリＤＮＡポリメラー
ゼＩのＫｌｅｎｏｗ断片を用いたほか前記の方法と同様
にして増幅したサンプル５μｌを、１９５μｌの０．４
Ｎ ＮａＯＨ、２５mM ＥＤＴＡにより稀釈し、そして
２枚のナイロンフィルターにスポットした。この場合、
まずフィルターを水で湿し、フィルターを適切な場所に
保持するドットブロット調製用装置に入れ、サンプルを
適用し、そしてＲｅｅｄ及びＭａｎｎ、前掲、により開
示されている様にして０．４mlの２０×ＳＳＰＥ（３．
６Ｍ ＮａＣｌ、２００mM ＮａＨ2 ＰＯ4 、２０mM
ＥＤＴＡ）で各ウエルをすすいだ。次に、フィルターを
取り出し、そして真空オーブン中で８０℃にて３０分間
加熱した。
【０２６４】加熱の後、各フィルターを、５×ＳＳＰ
Ｅ、５×デンハート溶液（１×＝０．０２％ポリビニル
ピロリドン、０．０２％フィコール、０．０２％ウシ血
清アルブミン、０．２mM Ｔｒｉｓ、０．２mM ＥＤＴ
Ａ、pH８．０）及び０．５％ＳＤＳから成るハイブリダ
イゼーション溶液６mlと接触せしめ、そして５５℃にて
６０分間インキュベートした。次に、５μｌのプローブ
ＲＳ１８をハイブリダイゼーション溶液に加え、そして
フィルターを５５℃にて６０分間インキュベートした。
最後に、ハイブリダイズした各フィルターを１００mlの
２×ＳＳＰＥ及び０．１％ ＳＤＳで２回室温にて１０
分間洗浄した。次に、フィルターをさらに２回（１回は
１分間、２回目は３分間）１００mlの５×ＳＳＰＥ、
０．１％ＳＤＳにより処理した。
【０２６５】次に、各フィルターをオートラジオグラフ
処理し、シグナルは９０分間後に容易に現われた。アガ
ロースゲル分析において、５μｌずつの増幅反応混合物
を、１×ＴＢＥ緩衝液（０．０８９Ｍ Ｔｒｉｓ、０．
０８９Ｍ硼酸及び２mM ＥＤＴＡ）中４％ＮｕＳｉｅｖ
ｅ／０．５％アガロースゲルに負荷し、そして１００Ｖ
にて６０分間電気泳動した。臭化エチジウムで染色した
後、ＤＮＡをＵＶ蛍光により可視化した。
【０２６６】この結果は、例１において使用した機械及
びこの例がＤＮＡの増幅において同様に効果的であるこ
とを示し、目的の配列に対応する同様の強度の別個の高
強度１１０塩基対、並びに非常に低強度の少数の他の別
個のバンドを示した。これに対して、Ｅ．コリ−ポリメ
ラーゼＩのクレノウフラグメントを用いて各サイクルの
後に試薬を移送する増幅方法は、多くの無関係のＤＮＡ
配列の非特異的増幅から生ずるＤＮＡの汚れ（ｓｍｅａ
ｒ）をもたらした。
【０２６７】ＨＬＡ−ＤＱ，ＤＲ及びＤＰ病変の評価に
おいて、増幅及び検出の同様の改良が達成されることが
期待される。上記の実験において、増幅反応緩衝液が１
０mM ＭｇＣｌ2 ではなく２mM ＭｇＣｌ2 、及び１．
５mMずつではなく１５０〜２００μＭずつの各ヌクレオ
チドを含有する場合、並びに増幅の間３７℃の低温を４
５℃〜５８℃に上げた場合、増幅の一層良好な特異性及
び効率が得られる。さらに、ＤＭＳＯは増幅のために必
要でないか、又は好ましくないことが見出された。
【０２６８】例３．ヒトβ−グロビン遺伝子上の１１９
塩基対断片の増幅のため、Ｍｏｌｔ４セルラインから又
はＧＭ２０６４セルライン（β−及びδ−ヒモグロビン
領域のホモ接合性欠失を代表し、そしてヒト・ケノミッ
ク・ミュータント・セル・デポンジトリー、カムデン、
ＮＪから得られる）を、５０mM ＫＣｌ、２５mM Ｔｒ
ｉｓ−ＨＣｌ（pH８）、１０mM ＭｇＣｌ2 、２００μ
ｇ／mlゼラチン、５mM ２−メルカプトエタノール、
１．５mMずつのｄＡＴＰ，ｄＣＴＰ，ＴＴＰ及びｄＧＴ
Ｐ、並びに１μＭずつの次のプライマー：
【０２６９】 ５′−CTTCTGcagCAACTGTGTTCACTAGC−３′（GH18） ５′−CACaAgCTTCATCCACGTTCACC −３′ （GH19） を含有する１００μｌの反応容量中で増幅した。上記プ
ローブの配列中、小文字は制限酵素部位を形成するため
の野性型配列からのミスマッチを示す。ＧＨ１８は負鎖
に対して相補的な２６−塩基のオリゴヌクレオチドであ
り、そして内部ＰｓｔＩ部位を含有する。ＧＨ１９は、
正鎖に対して相補的な２９−塩基オリゴヌクレオチドで
あり、そして内部ＨｉｎｄIII 認識部位を含有する。
【０２７０】これらのプライマーは、ＰｓｔＩ及びＨｉ
ｎｄIII 制限部位に相同な遺伝子の領域をまずスクリー
ニングすることにより選択された。次に、例１に記載し
たようにしてプライマーを調製した。上記の反応混合物
を９５℃にて１０分間加熱しそして次に室温に冷却し
た。例１に記載したポリメラーゼ合計４μｌを各反応混
合物に加え、そして次に各混合物に鉱油を重層した。こ
の反応混合物を次のプログラムによる３０サイクルの増
幅に付した。
【０２７１】２分間にわたり３７℃から９８℃に加熱
し；３０分間にわたり９８℃から３７℃に冷却し；そし
て３７℃に２分間浸漬する。最終サイクルの後、反応混
合物を６５℃にて２０分間インキュベートして最終伸長
を完結した。クロロホルムにより鉱油を抽出し、そして
混合物を−２０℃に貯蔵した。
【０２７２】合計１０μｌの増幅生成物を、一般に入手
可能なＭ１３ｍｐ１０クローニングベクター０．５μｇ
と共に、５０mM ＮａＣｌ、１０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ
（pH７．８）、１０mM ＭｇＣｌ2 、２０ユニットのＰ
ｓｔＩ及び２６ユニットのＨｉｎｄIII を含有する５０
μｌの容量中で３７℃にて９０分間消化した。−２０℃
に凍結することにより反応を停止した。ＴＥ緩衝液によ
り容量を１１０μｌに調整し、そして１００μｌを１ml
のビオゲルＰ−４スピン透析カラムに負荷した。１個の
０．１ml画分を集め、そしてエタノール沈澱せしめた。
【０２７３】（この時点において、ＧＭ２０６４サンプ
ル中にβ−グロビン増幅生成物が存在することが見出さ
れた。次の実験は、プライマーＧＨ１８又はＧＨ１９へ
の汚染源を追跡した。他のプライマー源が得られなかっ
たので、若干のクローン化配列がプライマー中の汚染Ｄ
ＮＡに由来するであろうと理解して実験を続けた。）
【０２７４】エタノールペレットを１５μｌの水に再懸
濁し、次に５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH７．８）、１
０mM ＭｇＣｌ2 、０．５mM ＡＴＰ、１０mMジチオス
レイトール及び４００ユニットのリガーゼを含有する２
０μｌ容量に調整した。〔１ユニットは、５′末端濃度
０．１２mM（約３００μｌ／ml）〕において２０μｌ中
で、１６℃にて３０分間に、ＨｉｎｄIII で消化された
λＤＮＡの５０％の連結をもたらすのに必要な酵素の量
である。この混合物を１６℃にて３時間インキュベート
した。
【０２７５】Ｍｏｌｔ４ＤＮＡを含有する１０μｌの連
結反応混合物を、一般に入手可能なＥ．コリＪＭ１０３
のコンピテント細胞に形質転換した。形質転換された株
を調製するための方法はＭｅｓｓｉｎｇ Ｊ．（１９８
１）Ｔｈｉｒｄ Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ Ｓｙｍｐｏｓｉ
ｕｍ ｏｎ Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ：Ｒｅｃｏ
ｍｂｉｎａｎｔ ＤＮＡ，Ａ．Ｗａｌｔｏｎ編、エルゼ
ビール，アムステルダム、１４３−１６３に記載されて
いる。合計６５１個の無色のプラーク（及び０個の青色
プラーク）が得られた。これらの内、１１９個（１８
％）は（＋）鎖挿入部を有し、１９個（３％）は（−）
鎖挿入部を有していた。
【０２７６】これは、Ｅ．コリ−ポリメラーゼＩのＫｌ
ｅｎｏｗフラグメントを用いる増幅技法からのプライマ
ー−陽性プラーク中のβ−グロビン陽性プラークのパー
セントのほとんど２０倍である。Ｋｌｅｎｏｗフラグメ
ントを用いる方法においては、反応を２５℃にて２分間
行い、次に１００℃への加熱段階を２分間行い、冷却
し、Ｋｌｅｎｏｗフラグメントを添加し、そして反応を
９回反復した。これらの結果は、この発明の熱安定酵素
を用いる増幅反応の改良された特異性を確認している。
【０２７７】ＧＭ２０６４及び汚染されたプライマーを
用いる後のクローニング実験においては、５１０個の無
色プラーク中４３個（８％）が（＋）鎖挿入部を有して
いた。これは、Ｍｏｌｔ４からの１１９クローンの約半
分が汚染配列を含有することを示唆する。Ｍｏｌｔ４か
らの（＋）鎖クローンの１０個を配列決定した。５個は
正常な野性型配列であり、そして１個のＣからＴへの変
異を遺伝子の第二コドンの第三位置に有していた（ＣＡ
Ｃ→ＣＡＴ）。ＧＭ２０６４からの汚染クローンの４個
を配列決定し、４個すべてが正常であった。
【０２７８】上記の技法を用いながら、制限部位変形プ
ライマーを用いてヒトＮ−ｒａｓ発癌遺伝子を増幅し、
クローン化し、そして部分的に配列決定し、及びＨＬＡ
ＤＱ−α，ＤＱ−β及びＤＲ−β遺伝子の塩基対セグメ
ントをクローン化するために使用することができる。
【０２７９】例４． 遺伝子の検索 Ａ．Ｔａｑポリメラーゼ遺伝子のためのＤＮＡ配列プロ
ーブの同定 Ｔａｑ ｐｏｌ遺伝子のための特異的ＤＮＡ配列プロー
ブを、λｇｔ１１発現ライブラリーの免疫的スクリーニ
ングにより得た。Ｔ．アクアチクスのＤＮＡをＡｌｕＩ
により完全消化し、ＥｃｏＲＩ １２−マ−リンカー
（CCGGAATTCCGG、ニューイングランドバイオラブス）に
連結し、ＥｃｏＲＩで消化し、そしてＥｃｏＲＩ−消化
され脱リン酸化されたλｇｔ１１ ＤＮＡ（プロゲマ・
バイオテク）と連結した。連結されたＤＮＡをパッケー
ジし（ジガパックプラス、ストラテジーン）、そして
Ｅ．コリＫ−１２株Ｙ１０９０（Ｒ．Ｙｏｕｎｇより入
手）にトランスフェクトした。
【０２８０】２×１０5 プラークの最初のライブラリー
を、精製されたＴａｑポリメラーゼ（例１及び例６を参
照のこと）に対するラビットポリクローナル抗血清の
１：２０００稀釈物を用いてスクリーニングした〔Ｙｏ
ｕｎｇ，Ｒ．Ａ．及びＲ．Ｗ．Ｄａｖｉｓ（１９８３）
Ｓｃｉｅｎｃｅ，２２２：７７８−７８２〕。候補プラ
ークを限界稀釈で再プレートし、そして均一になるまで
（約３サイクル）再スクリーニングした。免疫前血清と
反応せずそして免疫血清と反応する候補プラークからフ
ァージを精製した。
【０２８１】候補ファージを用いてＥ．コリＫ−１２株
Ｙ１０８９（Ｒ．Ｙｏｕｎｇ）を溶原化した。溶原菌
を、Ｔａｑポリメラーゼ抗血清と反応するＩＰＴＧ誘導
性融合蛋白質（β−ガラクトシダーゼより大）の産生に
ついてスクリーニングした。固相のサイズ分画された融
合蛋白質を用いて、全ポリクローナル抗体からエピトー
プ特異的抗体をアフィニティー精製した〔Ｇｏｌｄｓｔ
ｅｉｎ，Ｌ．Ｓ．Ｂ．等（１９８６）Ｊ．Ｃｅｌｌ．Ｂ
ｉｏｌ． １０２：２０７６−２０８７〕。
【０２８２】“つり上げられた”エピトープ−選択され
た抗体をウェスタン分析において用いて、Ｔａｑポリメ
ラーゼに特異的なＤＮＡ配列をコードしているλｇｔ１
１ファージ候補を同定した。λｇｔ：１と称する１つの
λｇｔ１１ファージ候補が、精製されたＴａｑポリメラ
ーゼ及びＴａｑポリメラーゼを含有する粗抽出画分の両
者と特異的に反応する抗体を、全ラビットポリクローナ
ルＴａｑポリメラーゼ抗血清から特異的に選択した。こ
のファージλｇｔ：１を使用してさらに検討した。
【０２８３】テルムス・アクアチクスＤＮＡの約１１５
bpのＥｃｏＲＩ−適合ＡｌｕＩ断片をラベルし（Ｍａｎ
ｉａｔｉｓ等、前掲）て、Ｔａｑポリメラーゼ特異的プ
ローブを形成した。このプローブをサザン分析におい
て、及びＴ．アクアチクスＤＮＡランダムゲノムライブ
ラリーをスクリーニングするために用いた。
【０２８４】Ｂ．テルムス・アクアチクス−ランダムゲ
ノムライブラリーの造成及びスクリーニング λファージシャロン３５（Ｗｉｌｈｅｌｍｉｎｅ，Ａ．
Ｍ．等、前掲）をその接着末端を介してアニールしそし
て連結し、ＢａｍＨＩにより完全消化し、そしてアニー
ルされたアームをスタファー（ｓｔｕｆｆｅｒ）フラグ
メントから、酢酸カルシウム密度勾配超遠心（Ｍａｎｉ
ａｔｉｓ等、前掲）により精製した。Ｔ．アクアチクス
のＤＮＡをＳａｕ３Ａで部分分解し、そして１５〜２０
kbサイズの画分をシュークロース密度勾配超遠心により
精製した。
【０２８５】標的ＤＮＡフラグメント及びベクターＤＮ
Ａフラグメントを１：１のモル比で連結することにより
ランダムゲノムライブラリーを造成した。ＤＮＡをパッ
ケージし、そしてＥ．コリＫ−１２株ＬＥ３９２又はＫ
８０２にトランスフェクトした。９９％以上の組換体を
含有する２０，０００以上の最初のファージのライブラ
リーをＥ．コリＫ−１２株ＬＥ３９２上で増幅した。
【０２８６】λｇｔ１１：１の放射性ラベルされたＥｃ
ｏＲＩ挿入部によりＣＨ３５ Ｔａｑゲノムファージラ
イブラリーをスクリーニングした（マニアチス等、前
掲）。特異的にハイブリダイズする候補ファージプラー
クを精製し、そしてさらに分析した。ＣＨ３５：：４−
２と称する１つのファージが、ＨｉｎｄIII による消化
の後に４個以上のＴ．アクアチクスＤＮＡフラグメント
を放出した（約８．０，４．５，０．８，０．５８k
b）。
【０２８７】４種類のＨｉｎｄIII Ｔ．アクアチクス
ＤＮＡフラグメントを、ＨｉｎｄIII で消化したプラス
ミドＢＳＭ１３+ （３．２kb、ベクタークローニングシ
ステムス、サンジェゴ）に連結し、そしてそれぞれＥ．
コリＫ−１２株ＤＧ９８の形質転換にクローン化した。
ＣＨ３５：：４−２からの約８．０kbのＨｉｎｄIII Ｄ
ＮＡフラグメントをプラスミドｐＦＣ８２（１１．２k
b）中に単離し、他方ＣＨ３５：：４−２からの４．５k
b ＨｉｎｄIII ＤＮＡフラグメントをプラスミドｐＦ
Ｃ８３（７．７kb）中に単離した。
【０２８８】ｐＦＣ８２を含有するＥ．コリＤＧ９８株
は熱安定性高温ＤＮＡポリメラーゼ活性を含有すること
が示された（表８）。さらに、この細胞は、免疫的にＴ
ａｑＤＮＡポリメラーゼと関連する新たな約６０kdの分
子量のポリペプチドを合成する。８．０kb ＨｉｎｄII
I ＤＮＡフラグメントのＴａｑポリメラーゼコード領域
をさらに処理し、８．０kb ＨｉｎｄIII フラグメント
の２．８kb ＨｉｎｄIII −Ａｓｐ７１８部分をｌａｓ
−プロモーターの近位に位置付けた。この領域をサブク
ローニングしてプラスミドｐＦＣ８５（６．０kb）を得
た。
【０２８９】ＩＰＴＧと共にインキュベートした後、プ
ラスミドｐＦＣ８５を含有するＥ．コリＤＧ９８細胞
は、もとの親クローン（ｐＦＣ８２／ＤＧ９８）に比べ
て１００倍までの熱安定性Ｔａｑポリメラーゼ関連活性
を合成する（表８）。ｐＦＣ８５を含有する細胞は有意
量の熱安定ＤＮＡポリメラーゼ活性を合成するが、Ｔａ
ｑ ｐｏｌ ＤＮＡ配列の一部分のみが翻訳され、約６
０kdのＴａｑポリメラーゼ関連ポリペプチドの蓄積が起
こる。
【０２９０】
【表８】
【０２９１】（＃）細胞は後期対数期まで増殖せしめ
（＋／− ＩＰＴＧ、１０mM）、集菌し、音波処理し、
７５℃にて２０分間加熱し、遠心し、そして透明な上清
を７０℃にてＤＮＡポリメラーゼ活性について測定し
た。 （＊）１ユニット＝３０分間に１nM ｄＣＴＰの導入。
【０２９２】例５．この発明の熱安定酵素の遺伝子は種
々の細菌発現ベクター、例えばＤＧ１４１（ＡＴＣＣ
３９５８８）及びｐＰL ＮRBS ＡＴＧ中で発現せしめる
ことができる。これらの宿主ベクターの両者はｐＢＲ３
２２の誘導体であって、トリプトファン・プロモーター
オペレーター及びＡＴＧ開始コドンと作用可能に連結さ
れたリボゾーム結合部位（ＤＧ１４１）、又はλＰL プ
ロモーターを含む配列及びＡＴＧ開始コドンに作用可能
に連結された遺伝子Ｎ結合部位（ｐＰL ＮRBS ＡＴＧ）
を有する。これらの宿主ベクターのいずれか一方をＳａ
ｃＩにより制限酵素処理し、そしてＫｌｅｎｏｗ又はＳ
１ヌクレアーゼにより平滑末端化して、Ｔａｑポリメラ
ーゼ遺伝子を後で挿入するための便利な部位を作ること
ができる。
【０２９３】次の様にして、プラスミドｐＦＣ８３及び
ｐＦＣ８５にサブクローニングされたＤＮＡ挿入フラグ
メントから完全な長さのＴａｑポリメラーゼ遺伝子を造
成した。ベクターＢＳＭ１３+ （ベクタークローニング
システムス、サンジエゴ，ＣＡから市販されている）を
ユニークＨｉｎｄIII 部位において消化し、Ｋｌｅｎｏ
ｗ及びｄＮＴＰにより修復し、そしてＴ４ ＤＮＡリガ
ーゼを用いてＢｇｌIIオクタヌクレオチドリンカー５′
−CAGATCTG−３′に連結し、そしてＥ．コリＤＧ９８株
に形質転換した。Ａｍｐ R ｌａｃＺα+ 形質転換体から
プラスミドを単離した。クローンの１つをＢｇｌII及び
Ａｓｐ７１８により消化し、そして大ベクターフラグメ
ントをゲル電気泳動により精製した。
【０２９４】次に、プラスミドｐＦＣ８３をＢｇｌII及
びＨｉｎｄIII で消化し、そして約７５０bpのフラグメ
ントを単離した。プラスミドｐＦＣ８５をＨｉｎｄIII
及びＡｓｐ７１８で消化し、そして約２．８kbのフラグ
メントを単離し、そして３片連結によりｐＦＣ８３から
の約７５０bpのＢｇｌII−ＨｉｎｄIII フラグメント及
びＢＳＭ１３+ のＢｇｌII−Ａｓｐ７１８ベクターフラ
グメントと連結した。
【０２９５】この連結混合物を用いてＥ．コリＤＧ９８
株（１９８４年７月１３日に寄託のＡＴＣＣ No. ３
９，７６８）を形質転換し、これからＡｍｐR コロニー
を選択し、そして約６．７５kbのプラスミド（ｐＬＳＧ
ｌ）を単離した。ｐＬＳＧｌを含有するイソプロピル−
β−Ｄ−チオガラクトシド（ＩＰＴＧ）−誘導ＤＧ９８
細胞は、Ｔ．アクアチクスから単離された天然酵素とは
サイズを異にするＴａｑＤＮＡポリメラーゼを合成し
た。次に、プラスミドｐＬＳＧｌを用いて、ベクターク
ローニングシステムスにより推奨される方法に従って単
鎖ＤＮＡ鋳型を形成することができる。
【０２９６】次に、オリゴヌクレオチド−指令変異誘発
〔Ｚｏｌｌｅｒ及びＳｍｉｔｈ，Ｎｕｃ．Ａｃｉｄｓ
Ｒｅｓ．（１９８２）１０：６４８７−６５００〕を用
いてＡＴＧ開始コドンの部分としてＳｐｈＩ制限部位を
導入することができる（Ｔａｑポリメラーゼ遺伝子のコ
ード配列中の内部ＨｉｎｄIII 部位の上流に）。同様に
して、遺伝子のカルボキシ末端の後（Ａｓｐ７１８部位
から約０．７kb上流）にＢｇｌII部位を導入して発現ベ
クターへのＴａｑポリメラーゼ遺伝子のサブクローニン
グを容易にすることができる。
【０２９７】部位特定変異誘導を終った後、遺伝子をＢ
ＳＭ１３+ から約３．２kbのＳｐｈＩ−ＢｓｔＥII制限
フラグメント上に単離し、Ｋｌｅｎｏｗフラグメント及
び４種類すべてのｄＮＴＰにより処理し、そしてＴ４
ＤＮＡリガーゼを用いて（平滑末端条件）、あらかじめ
ＳａｃＩで消化し、Ｋｌｅｎｏｗ及びｄＮＴＰにより修
復しそしてウシ腸ホスファターゼで処理して脱リン酸化
平滑末端を形成しておいた前記の発現ベクターに挿入す
ることができる。この連結混合物を用いてＥ．コリＤＧ
１１６を形質転換し、そして得られる形質転換体をＴａ
ｑポリメラーゼの産生についてスクリーニングする。酵
素の発現は、ウェスタンイムノブロット分析及び活性分
析により確認することができる。
【０２９８】プラスミドｐＦＣ８５の約２．８kbのＨｉ
ｎｄIII −Ａｓｐ７１８フラグメント中に含有されるＴ
ａｑポリメラーゼ遺伝子のより大きな部分を、例えばプ
ラスミドｐＰL ＮRBS ＡＴＧを用いて、Ｔａｑ ｐｏｌ
遺伝子をコードするアミノ−末端ＨｉｎｄIII 制限部位
をＡＴＧ開始コドンに連結することにより、発現せしめ
ることができる。この融合体の発現生成物は約６６，０
００〜６８，０００ドルトンの端が切り取られたポリメ
ラーゼをもたらす。
【０２９９】この特定の造成は、プラスミドｐＦＣ８５
をＨｉｎｄIII で消化し、そしてｄＡＴＰ，ｄＧＴＰ及
びｄＣＴＰの存在下でＫｌｅｎｏｗフラグメントで処理
することにより行うことができる。生じたフラグメント
をＳ１ヌクレアーゼでさらに処理することにより単鎖延
長部を除去し、そして生じたＤＮＡをＡｓｐ７１８で消
化し、そして４種類すべてのｄＮＴＰの存在下でＫｌｅ
ｎｏｗフラグメントにより処理する。
【０３００】回収された断片を、Ｔ４ ＤＮＡリガーゼ
を用いて、あらかじめＳａｃＩにより消化しそしてｄＧ
ＴＰの存在下でＫｌｅｎｏｗフラグメントで処理してＡ
ＴＧ平滑末端を形成しておいた脱リン酸化プラスミドｐ
ＰL ＮRBS ＡＴＧに連結することができる。次に、この
連結混合物を用いてＥ．コリＤＧ１１６を形質転換し、
そして形質転換体をＴａｑポリメラーゼの産生について
スクリーニングする。やはり、ウェスタンイムノブロッ
ト分析及び活性分析により発現を確認することができ
る。
【０３０１】例６． 精製 熱安定性ポリメラーゼは、後に記載する例に従って、テ
ルムス・アクアチクス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉ
ｃｕｓ）の培養物から直接精製することができ、あるい
は粗抽出物の調製において必要なわずかな変更を伴っ
て、組換生産された酵素を含有する細菌培養物から精製
することができる。
【０３０２】遠心分離により集菌した後、６０ｇの細胞
を５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH８．１）及び１mM Ｅ
ＤＴＡを含有する緩衝液７５ml中に懸濁した。細胞をフ
レンチプレス中で１４，０００〜１６，０００PSI にて
溶菌し、この後４容積（３００ml）の追加のＴｒｉｓ−
ＥＤＴＡを加えた。緩衝液Ａ（β−メルカプトエタノー
ルを５mMに、そしてＮＰ−４０及びトウィーン２０をそ
れぞれ０．５ｖ／ｖ％に）を添加し、そしてこの溶液を
冷却しながら十分に音波処理した。得られる均質懸濁液
を緩衝液Ａによりさらに稀釈して最終容量が出発細胞重
量の７．５〜８倍となるようにした。これを画分Ｉと称
する。
【０３０３】画分Ｉ及び上清画分中のポリメラーゼ活性
を、０．０２５Ｍ ＴＡＰＳ−ＨＣｌ（pH９．２、２０
℃）、０．００２Ｍ ＭｇＣｌ2 、０．０５Ｍ ＫＣ
ｌ、１mM ２−メルカプトエタノール、０．２mMずつの
ｄＧＴＰ，ｄＡＴＰ，ＴＴＰ、０．１mM ｄＣＴＰ〔α
−32Ｐ、０．０５Ci／mM〕、１２．５μｇ“活性化され
た”サケ精子ＤＮＡ及び０．０１〜０．２ユニットのポ
リメラーゼ（１０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ、pH８、５０mM
ＫＣｌ、１mg／mlのオートクレーブされたゼラチン、
０．５％ ＮＰ−４０、０．５％トウィーン２０及び１
mM ２−メルカプトエタノール中に稀釈）を含んで成る
５０μｌの混合物中で測定した。
【０３０４】１ユニットは３０分間中１０nMの生成物に
相当する。“活性化された”ＤＮＡは、ＤＮＡの５％が
酸可溶性画分に変るまでＤＮａｓｅＩにより部分加水分
解された後のＤＮＡの天然調製物である。反応を７４℃
にて１０分間行い、そして次に４０μｌを２mM ＥＤＴ
Ａ中５０μｇ／mlのキャリャーＤＮＡ溶液１．０ml（０
℃）中に移した。同容量（１．０ml）の２０％ ＴＣＡ
及び２％ピロリン酸ナトリウムを加えた。０℃にて１５
〜２０分間の後、サンプルをワットマンＧＦ／Ｃディス
クを通して濾過し、そして冷５％ ＴＣＡ−１％ピロリ
ン酸塩により十分に洗浄し、次に冷９５％エタノールで
洗浄し、そして乾燥し、計数した。
【０３０５】画分Ｉを、ベックマンＴＩ４５ローター中
で３５，０００rpm にて２時間、２℃にて遠心し、そし
て集めた上清を画分IIとした。活性の９０〜９５％を沈
澱せしめるのに必要なポリミン（Ｐｏｌｍｉｎ）Ｐの最
少量（この量は一般に最終容量の０．２５〜０．３％で
あることが見出された）を決定した後、ポリミンＰ（Ｂ
ＲＬ、ガイセルブルグ，ＭＤ）（１０ｖ／ｖ％、pH７．
５に調整しそしてオートクレーブしたもの）によりＴａ
ｑポリメラーゼ活性を沈澱せしめた。
【０３０６】０℃にて１５分間にわたり攪拌しながら、
適当なレベルのポリミンＰを画分IIに徐々に添加した。
この溶液を０℃にてベックマンＪＡ１４ローター中で２
０分間にわたり１３，０００rpm にて遠心した。上清の
活性を測定し、そしてペレットを１／５容量の０．５×
緩衝液Ａ（水で１：２に稀釈したもの）に再懸濁した。
この懸濁液を再遠心分離し、そしてペレットを１／４容
量の緩衝液Ａ（０．４Ｍ ＫＣｌを含有）に再懸濁し
た。この懸濁液を十分にホモジナイズし、そして４℃に
一夜置いた。このホモジネートを前記のように遠心し、
そして集めた上清を画分III と命名した。
【０３０７】蛋白質画分を硫酸アンモニウムの７５％飽
和での“沈澱”により集め、遠心分離し（２７，０００
rpm 、ＳＷ２７ローター、３０分間）そして浮上した薄
膜を５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH８）、１mM ＥＤＴ
Ａ中に再懸濁した。これらの段階を反復し、そして蛋白
質懸濁液を８０mM ＫＣｌを含有するＰ−ｃｅｌｌ緩衝
液〔２０mM ＫＰＯ4 、pH７．５、０．５mM ＥＤＴ
Ａ、５mM β−メルカプトエタノール、５ｗ／ｖ％グリ
セロール、０．５ｖ／ｖ％ ＮＰ−４０及びトウィーン
２０〕により十分に透析した。
【０３０８】透析物を遠心ビンに移し、これに、８０mM
ＫＣｌを含有するＰ−ｃｅｌｌ緩衝液ですすがれたサ
ックから回収された蛋白質を加えた。遠心を２０，００
０×ｇにて行い、そして時間は１５分間に短縮した。上
清を貯蔵し、そして残ったペレットをＰ−ｃｅｌｌ緩衝
液及び８０mM ＫＣｌにより洗浄・抽出し、そして再遠
心した。次に上清を一緒にして画分IVと命名した。
【０３０９】画分IVを、８０mM ＫＣｌを含有するＰ−
ｃｅｌｌ緩衝液で平衡化したホスホセルロースの２．２
×２２cmのカラムに適用した。このカラムを同じ緩衝液
で洗浄し（カラムの２．５〜３倍容量）、そしてＰ−ｃ
ｅｌｌ緩衝液中８０〜４００mM ＫＣｌの直線グラジエ
ントを用いて蛋白質を溶出した。ＤＮＡポリメラーゼ活
性を含有する画分（約０．１８〜０．２０Ｍ ＫＣｌ）
をプールし、そしてアミコン攪拌セル及びＹＭ３０膜上
で３〜４倍濃縮した。このセルを、ＫＣｌを含有しない
Ｐ−ｃｅｌｌ緩衝液ですすぎ、そして画分濃縮物（０．
１５Ｍ ＫＣｌ最終容量調整）に加えて画分Ｖとした。
【０３１０】画分Ｖを、Ｐ−ｃｅｌｌ緩衝液及び０．１
５Ｍ ＫＣｌで平衡化したヘパリン・セファロースＣＬ
−６Ｂカラム（ファルマシア）５mlに適用した。カラム
を０．１５Ｍ ＫＣｌ緩衝液（３〜４カラム容量）によ
り洗浄し、そしてＰ−ｃｅｌｌ緩衝液中０．１５〜０．
６５Ｍ ＫＣｌの直線グラジエントにより蛋白質を溶出
した。ＳＤＳ−ＰＡＧＥ分析のためにゼラチンを含まな
い稀釈剤への１：１０稀釈を行い、そして酵素の測定に
使用するため１mg／mlのゼラチンを含有する稀釈剤への
引続いての１：２０稀釈を行った。
【０３１１】活性画分（約０．３Ｍ ＫＣｌで溶出）
を、スーパーコイルＤＮＡ鋳型上で特異的及び非特異的
エンドヌクレアーゼ／トポイソメラーゼについて、過剰
のＤＮＡポリメラーゼと共にインキュベートした後のス
ーパーコイルプラスミドＤＮＡの分子量の変化を電気泳
動により検出することによって測定した。少量の線状Ｄ
ＮＡフラグメントとのインキュベーションの後エキソヌ
クレアーゼの汚染が検出された。
【０３１２】ピーク画分中、約８８kd蛋白質が主たるバ
ンドであることが見出された。画分VIと称する主要画分
は、このプールを約３〜５ポリメラーゼユニット／６０
０ngＤＮＡで５５℃にて３０分間測定した場合、最少の
検出可能なエンドヌクレアーゼ活性を伴って最高のポリ
メラーゼ活性を有していた。画分VIを、１０mM ＫＰＯ
4 （pH７．５）、５mM β−メルカプトエタノール、５
％グリセロール、０．２％ ＮＰ−４０及び０．２％ト
ウィーン２０（ＨＡ緩衝液）に対して透析した。この透
析されたサンプルを、ヒドロキシアパタイトの３mlのカ
ラムに適用し、そしてＨＡ緩衝液中１０〜２５０mM Ｋ
ＰＯ4 （pH７．５）の直線グラジエントにより酵素を溶
出した。ポリメラーゼ活性は７５mMＫＰＯ4 において溶
出し始め、１００mM ＰＯ4 においてピークを示した。
【０３１３】活性ピーク画分を１：１００〜１：３００
稀釈で測定した。前のクロマトグラフィー段階における
ように、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ分析のため、ゼラチンを含ま
ない稀釈剤中１：１０の稀釈物を調製した。５ポリメラ
ーゼユニットで５５℃において有意なエンドヌクレアー
ゼ又は二本鎖エキソヌクレアーゼ活性を有しない画分を
プールし、そして画分VII と命名した。
【０３１４】画分VII を、２５mM酢酸ナトリウム（pH
５．２）、５％グリセロール、５mMβ−メルカプトエタ
ノール、０．１mM ＥＤＴＡ、０．１％ ＮＰ−４０及
び０．１％トウィーン２０の溶液に対して透析し、室温
においてpH５に調整した。透析されたサンプルを、あら
かじめ平衡化した２mlのＤＥＡＥ−Ｔｒｉｓ−Ａｃｒｙ
ｌ−Ｍ（ＬＫＢ）カラムに適用し、そして次に同じ緩衝
液で洗浄した。カラムに付着しなかったポリメラーゼ活
性を含有する画分をプールし、そして同じ緩衝液中５０
mM ＮａＣｌに調整し、画分VIIIを得た。
【０３１５】画分VIIIを、同じ緩衝液（２５mM酢酸ナト
リウム、５０mM ＮａＣｌ、５％グリセロール、０．１
mM ＥＤＴＡ、０．１％ ＮＰ−４０及び０．１％トウ
ィーン２０）で平衡化された２mlのＣＭ−Ｔｒｉｓ−Ａ
ｃｒｙｌ−Ｍ（ＬＫＢ）カラムに適用した。このカラム
を、４〜５カラム容量の同じ緩衝液で洗浄し、そして酵
素を酢酸ナトリウム緩衝液中５０〜４００mM ＮａＣｌ
の直線グラジエントにより溶出した。ポリメラーゼ活性
のピークは約０．１５〜０．２０Ｍ ＮａＣｌにおいて
溶出された。
【０３１６】ポリメラーゼ活性を、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ分
析のためゼラチンを含有しない稀釈剤中にまず１：１０
で稀釈し、１：３００〜１：５００稀釈において測定し
た。７４℃にてＤＮＡポリメラーゼアッセイ塩（２５mM
ＴＡＰＳ−ＨＣｌ、pH９．４、２．０mM ＭｇＣｌ2
及び５０mM ＫＣｌ）を用いて特異的及び非特異的エン
ドヌクレアーゼ／トポイソメラーゼについてスーパーコ
イルＤＮＡ鋳型に対する活性ピークにわたる測定を行
い、さらにＭ１３ｓｓＤＮＡ及びｐＢＲ３２２フラグメ
ントに対するヌクレアーゼの測定も行った。
【０３１７】検出可能なヌクレアーゼを含有しない活性
画分をプールし、そして銀染色ＳＤＳ−ＰＡＧＥミニゲ
ル上を泳動せしめた。この結果は、約２５０，０００ユ
ニット／mgの比活性を有する約８８kdの単一バンドを示
す。
【０３１８】例７．例６に記載したようにして精製され
たＴａｑポリメラーゼは、Ｔａｑエンドヌクレアーゼ活
性及びＴａｑエキソヌクレアーゼ活性により汚染されて
いないことが見出された。さらに、Ｔａｑポリメラーゼ
は好ましくは、使用される各非イオン性洗剤約０．１〜
約０．５ｖ／ｖ％を含有する貯蔵緩衝液中に貯蔵され
る。さらに好ましくは、貯蔵緩衝液は５０ｖ／ｖ％グリ
セロール、１００mM ＫＣｌ、２０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣ
ｌ（pH８．０）、０．１mMエチレンジアミン四酢酸（Ｅ
ＤＴＡ）、１mMジチオスレイトール、０．５ｖ／ｖ％
ＮＰ−４０、０．５ｖ／ｖ％トウィーン２０及び２０μ
ｇ／mlゼラチンからなり、そして好ましくは−２０℃で
貯蔵される。
【０３１９】この貯蔵されたＴａｑポリメラーゼを、２
５mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH８．０）、２０mM ＫＣ
ｌ、１mM β−メルカプトエタノール、０．５％ ＮＰ
−４０、０．５％トウィーン２０及び５００μｇ／mlゼ
ラチンから成る緩衝液に稀釈した。次に、５０mM ＫＣ
ｌ、１０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH８．３）、１．５mM
【０３２０】ＭｇＣｌ2 、０．０１ｗ／ｖ％ゼラチン、
２００μＭずつのｄＮＴＰ、１μＭずつのプライマー
（バクテリオファージλからの対照鋳型上の５００塩基
対の標的配列を定義する）、及び２．０〜２．５ユニッ
トのＴａｑポリメラーゼ／１測定を１００μｌの最終容
量中に含有する反応緩衝液を調製した。この反応緩衝液
に鋳型を添加し、サンプルを０．５mlのポリプロピレン
チューブに入れ、そしてサンプルを１００μｌの重白色
鉱油で覆って蒸発を防止した。１ngの対照鋳型（バクテ
リオファージλＤＮＡ）を使用し、標的配列がＤＮＡの
出発量の約１％を占め、次の条件を用いた場合、少なく
とも１０5 倍の増幅が達成された。
【０３２１】チューブを熱浴中に置くことにより９４℃
にて３０秒間、１分間にわたり鋳型混合物をまず変性し
た。次に、チューブを３７℃の熱浴に２分間入れた。次
に、チューブを７２℃の熱浴に３分間入れ、そして次に
９４℃の熱浴に１分間入れた。このサンプルを合計２５
サイクル反復した。２５回目のサイクルの終りにおい
て、９４℃における熱変性段階を省略し、そしてその代
りに、７２℃のインキュベーション段階をさらに３分間
延長した。測定を停止した後、サンプルを室温に放冷
し、そして先行例において記載したようにして分析し
た。
【０３２２】異る濃度のｄＮＴＰ及び異る濃度のＴａｑ
ポリメラーゼを用いて、鋳型を最適に増幅することがで
きよう。さらに、ＤＮＡサンプル中の標的配列のサイズ
は、適切な伸長（７２℃でのインキュベーション段階）
のために必要な最短時間に影響を与えるであろう。最大
の効率を得るため、増幅されるべき個々の鋳型について
温度サイクルプロフィールの最適化を行うべきである。
【０３２３】例８．例１に記載したようにして精製した
Ｔａｑポリメラーゼを先行する例において記載したよう
にして貯蔵のために製剤化した。但し、非イオン性ポリ
マー洗剤を使用しなかった。その例において記載したよ
うにして活性を測定した場合、この酵素貯蔵混合物は不
活性であることが見出された。貯蔵緩衝液にＮＰ−２０
及びトウィーン２０を添加した場合、十分な酵素活性が
保存されており、酵素製剤の安定のために非イオン性洗
剤が必要であることが示された。
【０３２４】例９．ヒトゲノムＤＮＡの１μｇのサンプ
ル数個を、同等のユニット数のＫｌｅｎｏｗフラグメン
ト又はＴａｑポリメラーゼを用いて、例５に記載したよ
うにして２０〜３５サイクルの増幅に付し、そしてアガ
ロースゲル電気泳動及びサザンブロットにより分析し
た。これらの反応において使用されたプライマーＰＣ０
３及びＰＣ０４はヒトβ−グロビン遺伝子の１１０bpセ
グメントの合成を指令する。
【０３２５】Ｋｌｅｎｏｗポリメラーゼ増幅は、この酵
素を用いる場合に典型的に観察されるＤＮＡの汚れ（ｓ
ｍｅａｒ）を示し、その予想される原因は非特異的アニ
ーリング、及び本質的に非−ストリンジェントなハイブ
リダイゼーション条件（１×Ｋｌｅｎｏｗ塩、３７℃）
下での無関係のゲノム配列へのプライマーの伸長であ
る。それにもかかわらず、サザンブロットにおいて、す
べてのレーンで特異的１１０bp β−グロビン標的フラ
グメントが観察された。Ｔａｑポリメラーゼを用いて行
われた増幅において実質的に異る電気泳動パターンが見
られ、この場合、単一の主要バンドは１１０bp標的配列
である。この顕著な特異性は疑いなくプライマーが伸長
された時の温度によるものであった。
【０３２６】Ｋｌｅｎｏｗフラグメント増幅の場合のよ
うに、アニーリング段階は３７℃で行われたが、Ｔａｑ
−触媒反応の温度を約７０℃に上昇せしめた後に酵素は
有意な活性を示した。３７℃から７０℃へのこの変温の
間、貧弱にマッチしたプライマー−鋳型ハイブリド（３
７℃で形成される）が解離し、反応混合物が酵素活性化
温度に達する時点までに、高度に相補的な基質のみが伸
長のために利用可能であった。
【０３２７】この特異性はまた、Ｋｌｅｎｏｗフラグメ
ントを用いて行われる同様の増幅に比べて高収量の標的
配列をもたらす。なぜなら、非特異的伸長生成物がポリ
メラーゼに関して効果的に競争し、これによりＫｌｅｎ
ｏｗフラグメントにより作られ得る１１０−マーの量が
減少するからである。
【０３２８】例１０．１μｇ Ｍｏｌｔ４ＤＮＡ、５０
mM ＫＣｌ、１０mM Ｔｒｉｓ（pH８．３）、１０mM
ＭｇＣｌ2 、０．０１％ゼラチン、１μＭずつの次のプ
ライマー（１５０bp領域を増幅するためのもの）： ５′−CATGCCTCTTTGCACCATTC−３′（RS79） 及び ５′−TGGTAGCTGGATTGTAGCTG−３′（RS80） １．５mMずつのｄＮＴＰ及び５．０ユニットのＴａｑポ
リメラーゼを１００μｌの反応容量当りに含有するサン
プルの増幅を行った。２．５，１．３、又は０．６ユニ
ットのＴａｑポリメラーゼを含有する３個の追加のサン
プルを調製した。次のサイクルを用いて前記の温度サイ
クル機中で３０サイクルの増幅を行った。
【０３２９】１分間にわたり７０℃から９８℃に加熱
し；９８℃にて１分間保持し；１分間にわたり９８℃か
ら３５℃、４５℃又は５５℃に冷却し；３５℃、４５℃
又は５５℃に１分間保持し；１分間にわたり３５℃、４
５℃又は５５℃から７０℃に加熱し；そして７０℃に３
０秒間保持する。
【０３３０】３５℃のアニーリング温度において、２．
５ユニット／１００μｌのＴａｑ酵素稀釈物が、アガロ
ースゲル電気泳動において、他のすべてのＴａｑポリメ
ラーゼ濃度に比べて最良のシグナル：ノイズ比を与え
る。４５℃においては、５ユニット／１００μｌのＴａ
ｑ酵素が、他の濃度に比べて最良のシグナル：ノイズ比
を与える。５５℃においては、５ユニット／１００μｌ
のＴａｑ酵素が、他の濃度及び４５℃でのアニーリング
に比べて最良のシグナル：ノイズ比、及び改良された収
量を与える。Ｔａｑポリメラーゼは５５℃において一層
特異性が高く、そして一層好収量を与える。
【０３３１】別の実験において、Ｍｏｌｔ４ＤＮＡを、
ヒューマン・ゼネティック・ミュータント・セル・デポ
ジトリー（Ｈｕｍａｎ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｍｕｔａｎｔ
Ｃｅｌｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｒｙ）、カムデン、ニュ
ージャージーから得られるβ−又はγ−グロビン配列を
含有するセルラインＧＭ２０６４ＤＮＡに１０倍ごと
に、細胞当りのコピーの相違を代表する種々の濃度で稀
釈し、そしてこれらのサンプルについて、３５℃及び５
５℃のアニーリング温度においてこの例において記載し
たようにして増幅を行った。
【０３３２】３５℃において、アガロースゲル電気泳動
により見ることができる最良のものは５０細胞中１コピ
ーであった。５５℃においては、見られる最良のものは
１／５，０００細胞（低温に比べて１００倍の改良）で
あり、これらの条件下でのＴａｑポリメラーゼの特異性
のためには上昇したアニーリング温度が重要であること
が示された。
【０３３３】第三の実験において、ニューヨーク，シラ
クスのＢ．Ｐｏｉｅｓｚ州立大学から得られるＨＩＶ−
陽性ＤＮＡを含有するセルライン３６８ＨからのＤＮＡ
を同様にして、ＳＣ１セルライン（１９８５年３月１９
日にＡＴＣＣに寄託されている；鎌形赤血球対立遺伝子
についてホモ接合性でありそしてＨＩＶ配列をすべて欠
いているＥＢＶ−形質転換されたβ−セルライン）から
のＤＮＡに、細胞当りのコピーの相違を代表する種々の
濃度で稀釈し、そしてＨＩＶ配列の１１５bp領域を増幅
するプライマーＳＫ３８及びＳＫ３９：
【０３３４】 ５′−ATAATCCACCTATCCCAGTAGGAGAAAT−３′（SK38） 及び ５′−TTTGGTCCTTGTCTTATGTCCAGAATGC−３′（SK39） を用いて、３５℃及び５５℃のアニーリング温度におい
て、この例に記載したようにして増幅を行った。アガロ
ースゲル電気泳動による結果が示すところによれば、３
５℃のアニーリング温度においては未稀釈の３６８Ｈサ
ンプルのみが検出されたが、５５℃のアニーリング温度
によれば少なくとも１０-2稀釈を検出することができ、
検出における１００倍の改良が与えられた。
【０３３５】例１１．１μｇのラビット網状赤血球ｍＲ
ＮＡ（ベセスダ・リサーチ・ラボラトリース）から、ｃ
ＤＮＡを、１５０mM ＫＣｌ、５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣ
ｌ（pH８．３）、１０mM ＭｇＣｌ2 、５mM ＤＴＴ、
０．５mM ｄＡＴＰ、０．５mM ｄＣＴＰ、０．５mM
ＴＴＰ、０．５mM ｄＧＴＰ、０．２μｇオリゴ（ｄ
Ｔ）１２−１８（ファルコシア）、４０ユニットＲＮａ
ｓｉｎ（プロメガ・バイオテック）及び５ユニットのＡ
ＭＶ逆転写酵素を含有する１００μｌの反応容量中で作
り、そして４２℃にて３０分間インキュベートした。９
５℃にて１０分間加熱することにより反応を停止した。
２μｇのＲＮａｓｅ（水中２mg／mlの溶液２μｌ）をサ
ンプルに加え、そして３７℃にて１０分間インキュベー
トした。
【０３３６】異る対のプライマーを用いて、Ｋｌｅｎｏ
ｗフラグメントにより３回の増幅反応を行った。プライ
マーＰＣ０３／ＰＣ０４は１１０bpの生成物を定義す
る。プライマー対ＲＳ４５／オリゴ（ｄＴ）２５−３０
は約３７０bpの生成物を定義し、そしてプライマー対Ｐ
Ｃ０３／オリゴ（ｄＴ）２５−３０は約６００bpの生成
物を定義する。ＰＣ０３，ＰＣ０４、及びＲＳ４５はヒ
トβ−グロビン遺伝子に対して相補的であり、そしてラ
ビット遺伝子との間に２個のミスマッチを有する。ＰＣ
０３及びＰＣ０４は例１に記載されている。ＲＳ４５は
配列：５′−CAAGAAGGTGCTAGGTGCC −３′を有する。
【０３３７】増幅反応は、５０mM ＮａＣｌ、１０mM
Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH７．６）、１０mM ＭａＣｌ2 、
２００μｇ／mlゼラチン、１０％ ＤＭＳＯ、１μＭ
ＰＣ０３又はＲＳ４５、１μＭ ＰＣ０４又はオリゴ
（ｄＴ）２５−３０、１．５mMｄＡＴＰ、１．５mM ｄ
ＣＴＰ、１．５mM ＴＴＰ及び１．５mM ｄＧＴＰを含
有する１００μｌの反応容量中で、前記のｃＤＮＡの１
／２０（５μｌ）を用いて行った。サンプルを９８℃に
て５分間加熱し、次に室温に冷却し、そして１００μｌ
の鉱油を重層した。
【０３３８】このサンプルを、例１に記載した機械を用
いてそして次のプログラムを用いて、１０サイクルの増
幅に付した。 １）加熱ブロック中で２．５分間にわたり３７℃から９
８℃に加熱し（変性）； ２）３．０分間にわたって９８℃から３７℃に冷却し
（アニール）； ３）１ユニットのＫｌｅｎｏｗ断片を添加し；そして ４）３７℃にて２０分間保持した（伸長）。
【０３３９】各サンプルの１／２０（７μｌ）を２％ア
ガロースゲル上での電気泳動により分析した。臭化エチ
ジウムにより染色した後、ＰＣ０３／ＰＣ０４サンプル
及びＲＳ４５／オリゴ（ｄＴ）サンプル中に異るバンド
が見られた。バンドのサイズは予想した長さと一致し
た。すなわち、前者については１１０bpであり、後者に
ついては約３７０bpであった。ＰＣ０３／オリゴ（ｄ
Ｔ）プライマー対による約６００bpフラグメントの増幅
の証拠はなかった。
【０３４０】ゲルの内容物をゲナントラン（Ｇｅｎａｎ
ｔｒａｎ）ナイロン膜にサザンブロッティングし、そし
て標準的方法によりＳａｉｋｉ等、Ｓｃｉｅｎｃｅ、前
掲、に記載されているニックトランスレーションされた
ヒトβ−グロビンプローブｐＢＲ３２８：βＡとハイブ
リダイズせしめた。得られたオートラジオグラムは前に
達した結論を拡張した。すなわち、１１０bp及び約３７
０bpのフラグメントはβ−グロビン特異的増幅生成物で
あり、そして約６００bpバンドの有意な増幅は検出され
なかった。
【０３４１】３個の追加のサンプルを、上記の様にして
得られたＴａｑポリメラーゼにより、前記と同じプライ
マー対を用いて増幅した。ｃＤＮＡの５μｌ部分を、５
０mMＫＣｌ、２５mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH８．０）、
１０mM ＭａＣｌ2 、２００μｇ／mlゼラチン、１０％
ＤＭＳＯ、１μＭ ＰＣ０３又はＲＳ４５、１μＭ
ＰＣ０４又はオリゴ（ｄＴ）２５−３０、１．５mM ｄ
ＡＴＰ、１．５mMｄＣＴＰ、１．５mM ＴＴＰ及び１．
５mM ｄＧＴＰを含有する１００μｌの反応容量中で増
幅した。サンプルを９８℃にて５分間加熱し、そして室
温に冷却した。１μｌのＴａｑポリメラーゼ（ロット２
の１／８稀釈物）をそれぞれに加え、そして約１００μ
ｌの鉱油を重層した。
【０３４２】このサンプルを、次のプログラムを用いて
前に記載したペリティール（Ｐｅｌｔｉｅｒ）の装置中
で９サイクルの増幅に付した。 １）１分間にわたり３５℃から６０℃に加熱し； ２）１２分間にわたり６０℃から７５℃に加熱し（伸
長）； ３）１分間にわたり７０℃から９５℃に加熱し（変
性）； ４）９５℃に３０秒間浸漬し； ５）１分間にわたり９５℃から３５℃に冷却し（アニー
ル）；そして ６）３５℃にて３０秒間浸漬した。
【０３４３】最後のサイクルの後、サンプルをさらに１
０分間７０℃にてインキュベートすることにより最終
（１０サイクル目）伸長を完結した。それぞれの最終容
量は約１００μｌであった。前記のごとく、各サンプル
の１／２０（１０μｌ）を２％アガロースゲル上で分析
した。このゲル中で、増幅生成物は３個のサンプルすべ
てに存在した。すなわち、ＰＣ０３／ＰＣ０４について
は１１０bp、ＲＳ４５／オリゴ（ｄＴ）については約３
７０bp、そしてＰＣ０３／オリゴ（ｄＴ）については約
６００bpであった。これらの結果は、サザン移行及びｐ
ＢＲ３２８：βＡプローブとのハイブリダイゼーション
により確認された。
【０３４４】Ｋｌｅｎｏｗフラグメントによってではな
くＴａｑポリメラーゼによる６００bp生成物の生成は有
意であり、そしてＴａｑポリメラーゼがＫｌｅｎｏｗフ
ラグメントより一層長いＤＮＡを生成せしめることがで
きることを示唆する。下記のバクテリオファージ及び細
菌株がシタス・マスター・カルチュア・コレクション
（Ｃｅｔｕｓ Ｍａｓｔｅｒ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌ
ｌｅｃｔｉｏｎ）（ＣＭＣＣ）、米国カリホルニア，エ
メリービル，１４００，５３ストリート、及びアメリカ
ン・タイプ・カルチュア・コレクション（ＡＴＣＣ）、
米国マリーランド，ロックビル，１２３０１ パークラ
ウンドライブ、に寄託された。これらの寄託は、特許手
続のための微生物の寄託の国際的承認についてのブタペ
スト条約及びそれに基く規則（ブタペスト条約）の規定
のもとに行われた。
【０３４５】これは、寄託の日から３０年間にわたる生
存培養物の維持を保証する。これらの微生物はブタペス
ト条約の規定のもとにＡＴＣＣにより入手可能にされ、
そして関連する米国特許の発行の後の無限定の入手可能
性を保証する本件出願人とＡＴＣＣとの契約に従って入
手可能にされるであろう。寄託された微生物の入手可能
性は、いずれかの政府の権威のもとにその特許法に従っ
て認められた権利に反してこの発明を実施することの許
諾であると解してはならない。
【０３４６】
【表９】
【０３４７】要約すれば、この発明は、温度サイクル連
鎖反応及び熱安定酵素を用いる、１又は複数の特定の核
酸配列を増幅するための方法を提供し、この方法におい
ては次のプライマー伸長反応のための鋳型として機能し
得る反応プライマー伸長生成物が生成される。この方法
は、最初に非常に少量のみ存在する核酸配列を検出する
場合、及び配列特異的オリゴヌクレオチドを用いてヌク
レオチド変化を検出する場合に特に有用である。この発
明の方法は、増幅された生成物の収量の増加、より高い
特異性、及び増幅方法を行うのに必要な、従来開示され
ていたのよりも少ない段階を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、プラスミドＢＳＭ１３+ 中にサブクロ
ーニングされた約４．５kbのＨｉｎｄIII Ｉ．アクア
チクスＤＮＡ挿入部を含有するプラスミドｐＦＣ８３の
制限地図である。
【図２】図２は、プラスミドＢＳＭ１３+ 中にサブクロ
ーニングされた約２．８kbのＨｉｎｄIII −Ａｓｐ７１
８ Ｔ．アクアチクスＤＮＡ挿入部を含有するプラスミ
ドｐＦＣ８５の制限地図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 (Ｃ１２Ｎ 15/09 ＺＮＡ Ｃ１２Ｒ 1:01） Ｃ１２Ｒ 1:01） ） (72)発明者 カリー バンクス マリス アメリカ合衆国，カリフォルニア 92037，ラ ジョラ，ネプチューン プ レイス ４ 6767 (72)発明者 グレン ホーン アメリカ合衆国，カリフォルニア 94608，エミリービル，コモドアー ド ライブ ７ (72)発明者 デビッド ハロー ゲルファント アメリカ合衆国，カリフォルニア 94611，オークランド，ケルトン ドラ イブ 6208 (72)発明者 ランダル ケイヒ サイキ アメリカ合衆国，カリフォルニア 94805，リッチモンド，サーティナイン ス ストリート 320 (72)発明者 フランシス クック ローヤー アメリカ合衆国，カリフォルニア 94611，オークランド，サロニ ドライ ブ 6641 (72)発明者 スザンネ ストフェル アメリカ合衆国，カリフォルニア 94530，エル セリット，エルム コー ト 1008

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同一の長さ又は異る長さの２つの別個の
    相補的鎖から成る核酸又はその混合物中に含まれる少な
    くとも１種類の特定の核酸配列の増幅方法であって、 （ａ）前記鎖を、２以上のオリゴヌクレオチドプライマ
    ー及び熱安定性ＤＮＡポリメラーゼにより処理して、増
    幅されるべき核酸配列について該核酸配列の鎖に相補的
    なプライマーの伸長生成物を合成し、ここで、前記プラ
    イマーは、特定の核酸配列の鎖と実質的に相補的であ
    り、且つ増幅されるべき核酸配列の両端を規定し、各プ
    ライマーから合成された伸長生成物がその相補体から分
    離された場合に更なる合成のための鋳型として機能する
    ことができるように選択され； （ｂ）前記プライマー伸長生成物をそれらが合成された
    鋳型から分離して単鎖分子を生成せしめ；そして （ｃ）段階（ｂ）から生じた単鎖分子を段階（ａ）のプ
    ライマー及び熱安定性ＤＮＡポリメラーゼにより処理し
    て、段階（ｂ）において生成した各単鎖分子を鋳型とし
    て用いてプライマー伸長生成物を合成する；ことを含ん
    で成る方法において、 前記熱安定性ＤＮＡポリメラーゼとして、次の性質： （１）作用 鋳型ＤＮＡにアニールされたオリゴヌクレオチド又はポ
    リヌクレオチドの３′−ヒドロキシル基にデオキシリボ
    ヌクレオシド５′−トリホスフェートのα−ホスフェー
    トを共有結合せしめることにより、デオキシリボ核酸に
    デオキシリボヌクレオシド５′−モノホスフェートを鋳
    型依存的に導入する反応を触媒する；並びに （２）基質特異性 十分な活性のために鋳型ＤＮＡ鎖及びそれにハイブリダ
    イズしているオリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチド
    であって遊離３′−ヒドロキシル基を有するもの、並び
    に４種類のデオキシリボヌクレオシド５′−トリホスフ
    ェートを必要とする；を有する熱安定性ポリメラーゼを
    使用することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 段階（ｂ）及び（ｃ）を少なくとも１回
    反復することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 段階（ｂ）を変性により、又は酵素ヘリ
    カーゼを使用して行うことを特徴とする請求項１又は２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】 段階（ａ）及び（ｃ）を４種類の異なる
    ヌクレオシドトリホスフェートを用いて行うことを特徴
    とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記核酸がＤＮＡであることを特徴とす
    る請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記核酸がＤＮＡであり、そして前記プ
    ライマーがオリゴデオキシリボヌクレオチド類であるこ
    とを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 プライマーの集合を各相補的鎖のために
    使用し、それらプライマーの１つは前記鎖と実質的に相
    補的であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１
    項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 段階（ａ）において使用される核酸の混
    合物が段階（ｃ）において定義されるように生成される
    先行する増幅工程の生成物であることを特徴とする請求
    項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 使用されるプライマーが先行する増幅工
    程で使用されたプライマーと異ることを特徴とする請求
    項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 １のプライマーが、増幅されるべき特
    定の配列と相補的でない少なくとも１個のヌクレオチド
    を含有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１
    項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 段階（ａ）及び（ｃ）におけるプライ
    マーがそれぞれ少なくとも１０００：１のプライマー：
    相補的鎖のモル比で存在することを特徴とする請求項１
    〜１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記核酸が単鎖ＲＮＡまたは単鎖ＤＮ
    Ａから合成されることを特徴とする請求項１〜１１のい
    ずれか１項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ＲＮＡがメッセンジャーＲＮＡで
    あることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記増幅されるべき特定の核酸配列が
    複数の核酸の混合物中に含まれることを特徴とする請求
    項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記増幅されるべき核酸配列が、最初
    により大きな核酸中に含有されていることを特徴とする
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記プライマーの３′−末端が相補的
    でないことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項
    に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記段階（ａ）及び（ｃ）におけるプ
    ライマーがそれぞれ少なくとも１０6 ：１のプライマ
    ー：相補鎖のモル比で存在することを特徴とする請求項
    １〜１６のいずれか１項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記段階（ｂ）及び（ｃ）を少なくと
    も１０回反復することを特徴とする請求項１〜１７のい
    ずれか１項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記特定の核酸配列が１本のＲＮＡ鎖
    と１本のｃＤＮＡ鎖から成ることを特徴とする請求項１
    〜４及び７〜１８のいずれか１項に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記プライマーの一方がプロモーター
    をコードしていることを特徴とする請求項１〜１９のい
    ずれか１項に記載の方法。
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