JP3127079B2 - 恒温核酸増幅反応に関する内部対照 - Google Patents

恒温核酸増幅反応に関する内部対照

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、恒温インビトロ核酸増
幅法に関し、特定すれば、サンプルの増幅活性を評価す
るための方法またはサンプル中に存在する標的配列の量
を定量するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】インビトロ核酸増幅技術は、少量の核酸
の検出および分析のための有力な道具を提供した。この
ような方法の究極の感度は感染性疾患および遺伝的疾患
の診断の開発のための試みに通じてきた。核酸増幅技術
は、方法の温度要求性により分類されうる。ポリメラー
ゼチェインリアクション法(PCR;サイキ(R.K.
Saiki)ら、1985、Science 230,
1350−1354)、ライゲーステェインリアクショ
ン(LCR;ウー(D.Y.Wu)ら、1989、Ge
nomics 4,560−569;バリンガー(K.
Barringer)ら、1990、Gene 89,
117−122;バラニー(F.Barany)、19
91、Proc.Natl.Acad.Sci.USA
88,189−193)および転写に基づく増幅(コ
ー(D.Y.Kwoh)ら、1989、Proc.Na
tl.Acad.Sci.USA 86,1173−1
177)は温度循環を必要とする。対照的に、鎖置換増
幅(SDA;ウオーカー(G.T.Walker)ら、
1992、Proc.Natl.Acad.Sci.U
SA 89、392−396;ウオーカー(G.T.W
alker)ら、1992、Nuc.Acids.Re
s.20,1691−1696)、自己保持配列複製
(3SR;グアテリ(J.C.Guatelli)ら、
1990、Proc.Natl.Acad.Sci.U
SA 87,1874−1878)およびQβレプリカ
ーゼシステム(リザルディ(P.M.Lizardi)
ら、1988、BioTechnology 6,11
97−1202)のような方法は、恒温反応である。さ
らに、国際公開第90/10064号および国際公開第
91/03573号は、核酸の恒温複製に関するバクテ
リオファージ、ファイ29の複製オリジンの使用を記載
している。
【0003】通常、これらの核酸増幅技術は、診断アッ
セイにおける定性結果を得るために用いられた。しかし
ながら、定量的核酸増幅法およびサンプルの増幅活性
(即ち、効率)を測定する方法の開発における多大な興
味が存在する。これらの可能性は、核酸に基づく増幅診
断アッセイにおける改良された信頼性および正確さを提
供するはずである。
【0004】多くの場合、核酸増幅は対数的工程である
ため、内部対照配列の共増幅による特異的標的の絶対量
の定量が困難であった。この理由から、対照および標的
配列の増幅効率におけるわずかな差が、増幅産物の収量
における大きな差および誤った定量比較をもたらしう
る。内部対照配列の共増幅は、サンプル中に存在する標
的配列の量を定量するためにPCRにおいて用いられ
た。何年かの間、この方法の正確さは、標的配列と同じ
増幅効率を示す内部対照配列を選択するための可能性に
依存すると認識されてきた。最初に、共増幅技術は異な
るPCRプライマー対により増幅された標的配列および
対照配列を用いたため、増幅効率とこの方法の正確さの
低下のバランスを困難にした。例えば、テェリー(J.
Chelly)ら((1988)、Nature 33
3,858−860は、ヒト組織におけるアルドラーゼ
AリセプターのmRNAおよびジストロフィンのmRN
Aの共増幅を報告した。ジストロフィンのmRNAの絶
対量は直接測定できなかったが、この方法は、アルドラ
ーゼA増幅産物をジストロフィン増幅産物と比較するこ
とにより相対量を評価した。全mRNAのパーセンテー
ジとしてのジストロフィン標的mRNAの量の評価は、
アルドラーゼAのmRNAを評価するための公表された
計算を用いて得られた。したがって、これらの著者は、
標的配列と関連しない内部対照配列を用い、そして2つ
の配列は異なるプライマー対を用いて共増幅された。さ
らに、対照配列と増幅配列の増幅産物は異なるサイズで
あった。
【0005】PCRの内部対照の改良は、標的配列と同
じプライマーを用いて増幅されうる内部対照配列を選択
することにより報告された。例えば、国際公開第93/
02215号および国際公開第92/11273号を参
照されたい。特定の研究において、標的配列と対照配列
を異なる長さにしてゲル上での同定を促進することが薦
められた(アイゼナッハ(K.D.Eisenach)
ら、1991、Amer.Rev.Resp.Dis.
144,1160−1163;ワング(A.M.Wan
g)ら、1989、Proc.Natl.Acad.S
ci.USA86,9717−9721;国際特許出願
国際公開番号第91/02817号)。ギリランド
(G.Gilliland)ら(1989,J.Cel
l.Biochem.13,Suppl.E.,27
0;(1990) Proc.Natl.Acad.S
ci.USA 87,2725−2729)は、内部対
照配列が標的とほぼ同じサイズであり、かつ、同じプラ
イマーにより複製開始する競合PCR反応を記載してい
る。ギリランドらは、標的および内部配列が可変物の数
を減らすことに関連するべきであると教示しているが、
増幅される配列の長さを、増幅効率に顕著に影響する可
変物のひとつとして記載しておらず、PCRの速度は標
的の長さにより相対的に影響されないことは公知のとお
りである。
【0006】PCR反応の内部対照に関連する文献は、
標的および対照配列の間の等しい増幅効率を保証するよ
うに可変物が制御されるべきであることを記載してい
る。一部には、これらは、プライマー対の長さおよびヌ
クレオチド配列、ポリメラーゼ、dNTPs、MgCl
2、鋳型核酸およびプライマーの濃度、プライマーダイ
マー形成の速度、核酸の変成温度、および鋳型核酸の濃
度および長さを含む。上記国際公開番号第91/028
17号を参照されたい。増幅効率と、含まれる可変物の
バランスの重要性はPCRにおいて評価されてきたが、
恒温システム、例えばSDAにおける増幅速度に影響す
る因子(および、したがって適切な対照配列の選択)
は、PCRに影響するものとは異なると期待される。
【0007】PCRにおいて顕著に異なる特徴は以下の
単一増幅サイクルからなる3つの工程からなる:(1)
二本鎖核酸の熱変成、(2)今一本鎖になった標的への
プライマーのハイブリダイゼーション、および(3)ハ
イブリダイズしたプライマーを伸長合成して工程(1)
において変成した二本鎖標的の同一コピーを形成する。
PCRにおいては、工程のうちの一つが任意の与えられ
た時間において生じうるようにこれらの工程を同調させ
る。一つの工程が終われば、反応温度を変更した後にの
み、次が始まりうる。したがって、ひとつの完全なサイ
クルは幾度かの温度変更を必要とする。即ち、PCR増
幅は、まとまった相(coherentphase)に
おいて、すべての標的分子が同じときに同じ工程を経る
ように進行する。与えられた標的が増幅される効率は、
構成する3つの工程の総合された効率に直接依存する。
【0008】2つ以上の標的配列をPCRにより増幅す
る場合、各配列の増幅効率は、同じく、構成する工程に
関する効率の結果である。したがって、PCRにおいて
等しい効率で増幅される2つの等しくない配列に関して
は、各構成工程はその工程に割り当てられた時間の終わ
りに2つの配列に関して同時にのみ終了する。与えられ
た反応(即ち、プライマー伸長合成)が両方の標的に関
して同じ速度で生じる必要はない。全反応がサイクルの
次の工程(例えば、変成)に移行する前に、反応が同じ
範囲で生じることのみが必要とされる。即ち、2つの標
的の反応速度は任意の与えられた工程においてわずかに
異なってよく、次の反応工程が開始する前にゆっくりと
反応を完了させるのに十分な時間が提供される。結果と
して、PCRにおいては、基本的分子加工速度(即ち、
サイクルを構成する工程の速度)が単に温度循環を調整
することにより異なっていてさえも、2つの標的に関す
るすべての増幅効率を同一にすることができる。2つの
標的配列の増幅特性は、生じる増幅の等しい範囲に関し
て、精巧にバランスをとる必要はない。
【0009】恒温システム、例えばSDAにおいて、増
幅がまとまった相(coherent phase)で
進行する場合はない。各標的分子の増幅は、そのような
システムにおける一致した一連の反応を通して、時間内
の与えられた点において生じるが、異なる個々の標的分
子は増幅サイクルの異なる相にある。このような連続増
幅システムにおいて、1つの標的配列に関して反応工程
を遅延させることにより第2標的配列を含む遅れた反応
を追いつかせることは不可能である。代わりに、いかに
遅い速度であっても、2つの標的配列に関する反応の基
本速度の不均衡は、増幅効率を直接異なったものに変え
る。前に言及されたとおり、増幅効率におけるわずかな
差異でさえも、対数的増幅システム、例えばPCRおよ
びSDAにおける生成物の収量に大きな差異がもたらさ
れる。わずかな反応速度の不均衡は、したがって、恒温
増幅システム、例えばSDAにおいて膨大になるが、P
CRにおける同様な不均衡は、適切な温度循環の選択に
より効果的に否定される。これらの理由により、適切に
バランスをとった増幅効率を有する対照配列の選択はよ
り決定的であり、かつ、異なる反応工程において実施さ
れるシステムよりも恒温システムにおいて、より困難で
ある。例えば、SDAの効率は、標的または対照配列の
長さが約60ヌクレオチド以上に増加すると低下する。
対照的に、数百ヌクレオチド長さの違うPCR標的が同
様な効率で増幅されうる。SDAおよび他の恒温増幅反
応の低い増幅温度は、プライマーおよび標的配列の二次
構造の程度を増加させ、ひるがえって増幅反応速度に影
響する。
【0010】欧州特許第0525882号は、標的核酸
と変異配列の競合増幅による核酸配列に基づく増幅(N
ucleic Acid Sequence Base
dAmplification:NASBA)反応にお
ける標的核酸の定量法を記載している。この方法は、一
定量のサンプルと変異配列の希釈シリーズを用いて実施
される。分析は、標的配列からのシグナルを50%低下
させる添加変異配列量を測定することにより実施される
が、この50%という値は、変異配列と標的配列が等量
存在することを示す。正確な定量を生じさせるために、
欧州特許第0525882号に記載された増幅反応は、
少なくとも一つの試薬が完全に消費されるまで、即ち、
限定された試薬の競合が生じうる、反応の後対数相(p
ost−exponential phase)まで続
けられなければならない。さらに、試薬と、標的の増幅
との競合および変異配列の増幅との競合の2つの反応が
起こる場合に限って、計算が正確である。結果は、した
がって、第3の反応、例えばバックグラウンド増幅が生
じる場合は信頼できない。本質的なこととして、すべて
の増幅反応はある程度のバックグラウンド増幅を含み、
欧州特許第0525882号の定量法は高いレベルの標
的配列に関してのみ正確である。低い標的レベルにおい
ては、バックグラウンドの増幅反応の競合が顕著に計算
の正確さを妨害する。標的配列による変異配列のさまざ
まな希釈物の増幅に依存するため、欧州特許第0525
882号の方法は、変異配列と標的配列の量のチューブ
間の変化にも敏感である。標的配列の量のわずかな差異
またはチューブ間の変異配列の希釈物のわずかな不正確
さが次の増幅反応において対数的に増幅され、そして定
量の計算に反映される。対照的に、本発明の方法は、試
薬に関して対照配列と標的配列を競合させる必要はな
く、反応を後対数相に導く必要もない。増幅反応の対数
相および後対数相は両方とも正確である。本発明の方法
における標的配列/対照配列の比は、したがって、生じ
るかもしれないバックグラウンド増幅反応により逆に影
響されず、そして、バックグラウンド反応の程度いかん
に拘わらず同じままである。したがって、結果は増幅反
応の初期においても得られ、一連の反応よりむしろ単一
標的/対照共増幅反応の使用により可変性は減る。
【0011】出願人らは、最初に、バックグラウンドの
妨害とは本質的に独立した恒温核酸増幅反応において生
じた増幅産物量から前増幅(pre−amplific
ation)標的レベルを減じるためのいくつかの方法
を提供する。これらの方法は、個々の増幅反応が十分な
増幅活性を有することにより特定された最小数の標的分
子を検出可能にすることを実証するのに有用なことと並
んで、最初に存在した標的量を定量するのにも有用であ
る。これらの方法は、恒温増幅反応における対照配列と
標的配列との増幅速度のバランスをとるために制御され
なければならない反応可変物を出願人らが発見したこと
により可能となった。他の増幅法のように、SDAおよ
び他の恒温反応の対数性は、増幅速度にわずかな変化を
生じさせることにより生じた標的コピー数に大きな変化
を生じさせる。増幅速度および効率は、実験におけるさ
まざまなパラメーター、例えば温度、イオン強度および
非標的DNAの存在の検出に敏感であることが知られて
いる。結果として、これら(および他の)パラメーター
におけるわずかな変化が、名目上同一のサンプルからの
増幅標的の劇的に異なる収量をもたらしうる。このサン
プルからサンプルへの変化は、低い増幅活性により標的
がサンプル中に存在しなかったといゆう誤った結果を導
くならば、最初の標的レベルの定量を極めて困難なもの
にし、そして、誤った診断結果をもたらしうる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】恒温反応における増幅
速度の可変性に貢献するすべての反応パラメーターは、
しかしながら、知られていない。さらに、このような可
変物の制御および増幅速度のバランスは、恒温増幅法に
おいてはより決定的でありより困難であるが、それは、
それらの連続性がPCRの場合のようにわずかな不均衡
を調整する機会を与えないからである(上記参照)。結
果として、反応速度におけるわずかな差異が最初の標的
レベルの定量を極めて不正確にし、そして低い増幅活性
により標的がサンプル中に存在しなかったという誤った
結果を導くならば、誤った結果をもたらしうる。
【0013】本発明は、(1)増幅反応効率を測定し、
そして(2)前増幅標的レベルを定量するための、恒温
核酸増幅反応における内部オリゴヌクレオチド標準物の
使用法を提供する。内部対照配列は、標的配列と同じ反
応混合物中で増幅されるから、可変物、例えばイオン強
度、非標的核酸のレベルおよび温度は一定である。恒温
増幅反応における標的配列および対照配列の増幅速度の
バランスをとるためには、標的配列および対照配列は実
質的に同じ長さであり、かつ、実質的に同じG+C含有
量を有するべきである。G+C含有量以外にはヌクレオ
チドレベルにおいてこれら配列は密接に関連している必
要はない。これにより、標的配列と同様の変成特性を有
する内部対照配列が提供される。さらに、増幅温度にお
いて最小限の二次構造を有するように内部対照配列を選
択すべきことが見いだされた。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、(1)増幅反
応効率を測定し、そして(2)前増幅標的レベルを定量
するための、恒温核酸増幅反応における内部標準物また
は対照としてのオリゴヌクレオチドの使用法に関する。
内部対照オリゴヌクレオチドも「誤った陰性」結果を同
定する手段を提供するが、その際、増幅された標的配列
に関しても陰性であるサンプル中の増幅された対照配列
の不在は、標的配列の不在よりむしろ増幅反応の失敗を
示唆する。与えられた増幅反応において生じた標的コピ
ー数は、増幅前に存在した標的の量および増幅反応自身
の全効率および速度に依存する。本発明の方法は、サン
プル中の標的分子の存在または不在とは独立して、個々
の反応混合物の増幅活性を評価する手段を提供する。既
知量の内部対照オリゴヌクレオチドを各混合物に添加
し、そして、この分子を、もしも存在するならば標的配
列と共に増幅する。この内部対照配列を選択することに
より、標準セットの反応条件下における増幅速度を標的
配列の増幅速度に近似させる。この方法において、標的
の濃度に対する対照の濃度の比は全増幅反応を通して一
定に保たれる。次に、最初に存在した標的配列の量を増
幅後の標的と対照のレベルの比および添加された対照配
列の既知量から計算する。
【0015】信頼性に関して、対照および標的の増幅速
度は可能な限り同一にするべきである。このことは、標
的配列を増幅するために用いられるのと同じプライマー
により増幅されうる対照配列を選択することにより、恒
温増幅反応において達成されることが好ましい。単一セ
ットのプライマーの使用は、多種類のプライマーセット
を単一増幅反応において用いた場合に遭遇するかもしれ
ない非特異的バックグラウンド増幅反応のレベルを低下
させる。同じ増幅速度を達成するためには、対照配列を
選択して、最小限の二次構造(したがって、最小限のフ
ォールディング)および標的配列と同じ長さを有するよ
うにすることが好ましい。さらに、対照配列の内部領域
(プライマー結合部位の間)を標的配列と十分に異なら
せることにより、オリゴヌクレオチドプローブによるハ
イブリダイゼーションにより2つの分子を区別すること
が好ましい。標的配列および対照配列は、しかしなが
ら、おおまかに等しいG+C含有量を有することによ
り、ハイブリダイゼーションおよび変成の特性を同様に
することが好ましい。
【0016】内部対照オリゴヌクレオチドは化学的に合
成するか、クローン化配列から増幅するか、または当該
分野において公知の他の手段により単離してよい。便利
なのは、規定された核酸配列の公知のあらゆる合成法を
用いてオリゴヌクレオチドを合成することが好ましい。
例えば、カルサーズ(C.Caruthers)ら、1
982、Cold Spring Harbour S
ymp.Quant.Biol.47,411−41
8;アダムス(Adams)ら、1983、J.Am.
Chem.Soc.105,601;フロエラー(Fr
oehler)ら、1986、Nuc.Acids R
es.14,5399;ナラン(Narang)ら、1
979、Methods Enz.68,90;オギル
ビー(Ogilvie)ら、1988、PNAS 8
5,5764を参照されたい。上記パラメーターに従っ
た、選択された標的配列に関する内部対照配列の生産に
続いて、既知量の対照配列を恒温核酸増幅反応、例えば
SDA、3SRまたはQβレプリカーゼ増幅に添加す
る。SDAは、上記内部対照を用いた使用に好ましい。
反応に加えられる対照配列の量は、増幅を行う時間の長
さおよび反応の見積もり速度に依存する。与えられた量
の標的配列に関する対照配列のダイナミックレンジは、
極めて広い(例えば、50マイコバクテリウムツベルク
ロシス(Mtb)ゲノムの増幅に関して少なくとも10
0,000分子以上の対照配列)。増幅された対照配列
の正確に検出しうる量を、与えられた増幅反応において
算出することを保証するためには、対照濃度の範囲を含
む反応混合物の希釈物を調製し、そして競合PCRに関
するギリランド(Gilliland)ら(1989お
よび1990、前記)に記載された方法と同様の様式で
平行に操作する。別法としては、期待される増幅の程度
が見積もられるならば、対照配列を単一量、単一反応に
加える。
【0017】増幅後、生成された標的配列および対照配
列のレベルは、特定の核酸配列を検出するための当該分
野において公知のあらゆる方法により測定される。例え
ば、増幅産物は、検出可能な標識をつけたオリゴヌクレ
オチドへのハイブリダイゼーションにより検出され、そ
の際、一方のプローブは対照配列に特異的にハイブリダ
イズし、他方のプローブは標的配列に特異的にハイブリ
ダイズする。標的特異的プローブおよび対照特異的プロ
ーブが同様に増幅産物にハイブリダイズすれば、対照と
標的のそれぞれの量の区別を促進するために、標識は別
々に同定されるべきである。さもなくば、増幅反応の別
々のアリコートを、同じ標識をつけた標的特異的プロー
ブおよび対照特異的プローブに別々にハイブリダイズさ
せる。検出可能な標識は、合成後に結合させるか、また
は合成中にプローブに取り込むが、例えば、標識誘導ヌ
クレオチドの形態である。このような標識は当該分野に
おいて公知であり、直接または間接に検出可能な標識を
含む。直接検出可能な標識は、さらなる化学反応を必要
とせずにシグナルを生じ、蛍光色素、放射性標識および
染料を含む。間接検出可能な標識は、さらなる化学反応
を必要とするか、または検出可能なシグナルを生じる試
薬の付加を必要とする。例えば、これらは、酵素、例え
ばホースラディッシュパーオキシダーゼおよびアルカリ
ホスファターゼ、リガンド、例えば標識結合アビジンへ
の結合により検出されるビオチン、および化学発光分子
を含む。プローブは、溶液、ゲル、または固相支持体に
おいてそれぞれの増幅産物にハイブリダイズしてよい。
ハイブリダイズ後、関連した標識によるシグナルを生じ
させ、選択された標識およびハイブリダイゼーションプ
ロトコルに適切な方法を用いて検出および別々に定量さ
れる。各増幅産物に関して検出されるシグナルの量は、
存在量を反映する。
【0018】標的および対照増幅産物の検出のための好
ましいひとつの方法は、標的配列または対照配列に特異
的にハイブリダイズするプライマーのポリメラーゼ伸長
合成による。プライマーは上記のとおり、好ましくは放
射性同位体により標識されて、プライマーの標識を伸長
反応産物に取り込む。この方法は、ウオーカー(Wal
ker)ら(1992)Nuc.Acids Res.
およびPNAS(上記)に詳しく記載されている。
【0019】増幅された標的および対照配列を検出する
ための他の好ましい方法は、ビオチン化取得オリゴデオ
キシヌクレオチドプローブおよび酵素結合検出用オリゴ
デオキシヌクレオチドプローブを用いて増幅産物を検出
する化学発光方法である。これら2つのプローブを増幅
標的配列の異なる部位にハイブリダイゼーションさせた
後、複合体はストレプトアビジンでコートされたマイク
ロタイタープレート上で取得され、そして化学発光が生
じ、そして発光メーターにおいて読み取られる。この検
出法は2時間未満で実施でき、そしてひとつの前増幅標
的配列と同じ量を検出するのに十分な感度を有する。
【0020】本発明の方法を用いて標的配列の最初のレ
ベルを定量する場合、標的および対照の増幅後のレベル
は、シグナル発生法により測定され、そして標的特異的
/対照特異的シグナルのレベル(R)が計算される。こ
の比(R:標的シグナル/対照シグナル)は、標的/対
照初期濃度(即ち、増幅前)の比に対して直線的に変化
することが見いだされる。この直線関係は、初期標的/
対照比の100,000倍の範囲以上にわたって保たれ
ることが示された。原則として、時間0において存在す
る標的の濃度は、増幅後の対照に対する標的シグナル比
Rと、標準プロットの上記Rを、初期のマイコバクテリ
ウムツベルクロシス(Mtb)のレベルと比較すること
により、測定される。
【0021】本発明の方法を用いてサンプルの効率を測
定する場合、反応混合物に添加される対照配列の量は、
通常、陽性サンプルにおいて検出されるはずの最小数の
標的分子量に相当するように選択される。この方法にお
いて、対照配列は増幅反応自体に関する対照として機能
し、反応感度の最低閾値における量で存在する対照配列
の検出可能な増幅物は、標的配列に関する陰性の結果を
確証するために機能する。対照配列の増幅を検出する不
可能性は、サンプルが本当に陰性ではないが、増幅反応
の失敗のために陰性になったに過ぎないという事実を、
使用者に警告する。
【0022】マイコバクテリウムツベルクロシス(My
cobacterium tuberculosis:
Mtb)の検出に関する増幅反応に用いられる、特に好
ましい対照オリゴヌクレオチド配列(配列番号:1)
は、5’−ACTGAGATCCCCTAGCGACG
ATGTCTGAGGCAACTAGCAAAGCTG
GTCGAGTACGCC−3’である。このオリゴヌ
クレオチドは、IS6110の挿入配列の第972番目
〜第1023番目に由来するMtb標的配列(配列番
号:2):5’ACTGAGATCCCCTATCCG
TATGGTGGATAACGTCTTTCAGGTC
GAGTACGCC−3’を含む対照−標的混合物に適
合している。
【0023】
【実施例】
実施例1 上記内部対照配列およびMtb標的配列の共増幅は、上
記ウオーカーら(1992)に記載された条件下で、以
下の修飾をして、SDA手段により実施された。各50
μl反応混合物は30,000コピーの一本鎖対照配列
分子(配列番号:1)および0から300,000コピ
ーの範囲の濃度で存在するゲノミックのMtbのDNA
を、反応あたり、含んだ。各反応混合物は、50mMリ
ン酸カリウム(pH7.4)、6mM塩化マグネシウ
ム、0.1mgウシ血清アルブミン、12%グリセロー
ル(v/v)、250ngヒト胎盤DNA(シグマケミ
カル(Sigma Chemical)社、セントルイ
ス、MO)、150ユニットHincII(ニューイン
グランドバイオラブズ(New England Bi
olabs)社、ビバリー、MA)および2.5ユニッ
トexo-クレノーDNAポリメラーゼ(ユナイテドス
テーツバイオケミカル(United States
Biochemical)社、クリーブランド、OH)
も含んだ。反応物は、ウオーカーらにより記載されたS
1,S2,B1およびB2オリゴデオキシヌクレオチドプラ
イマーも含んだ(500nMのS1およびS2,50nM
のB1およびB2)。
【0024】HincIIおよびexo-クレノー以外
の全増幅反応成分を混合して、該混合物を95℃にて2
分間加熱して二本鎖標的DNAを変成した。39℃に冷
却した後(3−5分)、HincIIおよびexo-
レノーポリメラーゼを添加して、混合物を39℃におい
て2時間保ち、そして、増幅は95℃において2分間加
熱することにより完了した。冷却後、上記ウオーカーら
により記載された32Pプライマー伸長合成法を用いて、
増幅された標的分子または対照分子のいずれかの存在に
関して各反応の3.8μlアリコートを分析した。標的
の検出に関しては、上記ウオーカーらにより記載された
32P標識プローブを用いた。対照配列の検出に関して
は、以下のプローブを用いた:5’−32P−GCTTT
GCTAGTTGCC−3’(配列番号:3)。プライ
マー伸長合成の成分はポリアクリルアミドゲル電気泳動
により分離し、そして標的または対照に特異的な伸長合
成バンドに相当するバンドをゲルから切り出し、32P放
射活性の減衰を液体シンチレーションカウンティングす
ることにより定量した。
【0025】図1は、増幅前の混合物中に存在するMt
bゲノムコピー数に対してプロットされた各バンドから
測定された放射活性を示す(カウント/分)。このプロ
ットは、広い(105倍)範囲の初期Mtbレベルにわ
たる、標的および対照配列の効果的共増幅を示す。さら
に、標的シグナル/対照シグナル比は増幅前のMtbレ
ベルの全範囲に対して直線である。サンプル中に存在す
るMtbのDNAの増幅前のレベルは、(i)既知量の
対照分子を増幅前にサンプルに加え、(ii)SDA手
段により標的および対照配列を共増幅し、(iii)標
的/対照特異的シグナルレベルを測定し、そして(i
v)図1のMtbゲノムのプロットに対する比(R)の
ような標準カーブを用いることにより、標的特異的/対
照特異的シグナルレベルの増幅後の比から増幅前の標的
レベルを査定することにより測定される。
【0026】実施例2 培養によりMtbに関して陽性または陰性とされた患者
の痰の臨床サンプルを以下のとおりに処理した。痰サン
プルに対して、等体積の液体試薬(水酸化カリウム/N
−アセチルシステイン)を加えた。渦巻き撹拌により混
合物を簡単に混合し、4,000×gにて15分間遠心
分離した。上清をデカントし、そして沈殿物を2回、2
5mM KPO4、pH7.6で洗浄した。これら洗浄
物からの沈殿物は同じバッファーで500μlにしてオ
ートクレーブした。オートクレーブされたサンプルは、
25μlの臨床サンプルを用いて、全50μlの標準S
DA反応において分析した。反応に含まれたのは10,
000分子の合成内部対照配列(配列番号:1)であっ
た。2時間37℃において増幅後、95℃に2分間加熱
することにより反応を停止し、そしてIS6110(M
tb)からの産物および内部対照増幅の独立の検出のた
めに分離した。
【0027】増幅産物を化学発光分析において検出し
た。オリゴヌクレオチド取得プローブは、DNA合成機
(モデル380B、Aplied Biosystem
s,Foster City,CA)BIOTIN−O
Nホスホルアミダイト(Clontech,Palo
Alto,CA)を用いて合成した。対照配列に関する
取得プローブ(配列番号:4)は5’−GCTTTGC
TAGTTGCC−3’であり、Mtb IS6110
標的配列番号に関する取得プローブ(配列番号:6)は
5’−CCTGAAAGACGTTAT−3’であっ
た。オリゴヌクレオチドは、逆相高速液体クロマトグラ
フィー(HPLC)(Brownlee Lab Aq
uapore RP300カラム 220×4.6m
m、C8カラム、7粒子、300Åポアサイズ)によ
り、254nmにおけるUVモニターを用いて、バッフ
ァーA中の14−44%バッファーBの勾配を用いて、
1時間(バッファーB:0.1Mトリエチルアミン−ア
セテート、pH7および50%アセトニトリル;バッフ
ァーA:0.1Mトリエチルアミン−アセテート、pH
7)、流速1ml/分で精製した。
【0028】オリゴヌクレオチド検出用プローブは、モ
デル380BDNA合成機および3’−アミノ−修飾C
3カラム(Glen Research,Sterli
ng,VA)を用いて合成した。これにより、次にアル
カリホスファターゼに結合させるための3’アミノ末端
を有するオリゴヌクレオチドが生成された。対照配列に
関する検出用プローブ(配列番号:5)は5’−TCA
GACATCGTCGCT−al2−AP−3’(al2
とはアミノ結合2である)であった。IS6110標的
配列番号に関する検出用プローブ(配列番号:7)
5’−CCACCATACGGATAGT−am−AP
−3’(amはアミノ修飾である)であった。子ウシ腸
アルカリホスファターゼ(AP)(EIA grad
e,Boehringer Mannheim,Ind
ianapolis,ID)は、一晩4℃において50
mMリン酸カリウム(pH7.5)に対して透析し、凝
集物を除くために次に遠心分離した。4mlの10mg
/ml APを、N,N’−ジメチルホルムアミド(D
MF)(Aldrich,Milwaukee,WI)
に溶解した40μlの50mMサクシニミジル−4−
(p−マレイミドフェニル)ブチレート(SMPB)
(Pierce,Rockford,IL)と混合し、
そして、暗所で室温において30分間反応させた。誘導
されたAPおよび過剰のSMPBは、NAP−25カラ
ム(Pharmacia)および50mMリン酸カリウ
ム(pH7.5)(脱気してN2でパージ)を用いて分
離した。NAP−25カラム画分の吸光は、260nm
および280nmにおいて読み、そしてボイド体積のピ
ークを保存した。誘導されたアルカリホスファターゼの
濃度は、0m75ml/μmole-1の吸光係数を用い
て280nmにおける吸光により測定した。得られた誘
導化APは、誘導化オリゴデオキシヌクレオチドに結合
するまで、2時間未満氷上に置いた。
【0029】50nmoleのオリゴデオキシヌクレオ
チドを13.4μlの1Mリン酸カリウム(pH7.
2)で希釈し、そしてDMFで希釈した26.8μlの
50mM n−サクシニミジル−3−(2−ピリジルヂ
チオ)プロピオネート(SPDP)(Pierce,R
ockford,IL)と混合した。この混合物を暗所
で1時間、室温にてインキュベートした。ジチオスレイ
トール(DTT)を50mMリン酸カリウム(pH7.
5)で希釈して1Mの濃度にし、そして最終濃度0.1
Mになるまでオリゴデオキシヌクレオチド/DMFに加
え、そして室温にて15分間インキュベートした。過剰
のDTTおよびSPDPを誘導化オリゴデオキシヌクレ
オチドから分離したが、その際、NAP−25カラムを
用いて、50mMリン酸カリウム(pH7.5)により
溶出した(脱気およびN2でパージ)。この誘導化オリ
ゴデオキシヌクレオチドは160nmおよび180nm
における吸光により判断してボイド体積を溶出した。酸
化を避けるために還元されたオリゴデオキシヌクレオチ
ドを誘導化APと10分以内反応させた。誘導化オリゴ
デオキシヌクレオチドおよび誘導化APは、室温におい
て1−4時間、次に4℃において一晩インキュベートし
た。50mMリン酸カリウム(pH7.5)中の50m
Mベータ−メルカプトエタノールを1/100倍の体積
用いてこの溶液をクエンチした。粗結合物を製造者の指
示にしたがって、CENTRIPREP30(Amic
on)を用いて、20mM Tris(pH7.5)で
約2mlに濃縮した。粗結合物は、DEAE−5PWカ
ラム(7.5mm×7.5cm)およびバッファーA中
の0〜66%のバッファーBの勾配を用いて、流速1m
l/分で、HPLCにより精製した(バッファーB:2
0mM Tris、1MNaCl(pH7.5);バッ
ファーA:20mM Tris(pH7.5))。吸光
は254nmにおいてモニターした。A260およびA280
における吸光は、スペクトロフォトメーターを用いて測
定し、A260/A280=1の画分を集めた。結合オリゴデ
オキシヌクレオチドの蛋白質濃度を測定した(BCA
Protein Assay Kit,Pierce,
Rockford,IL)。
【0030】アルカリホスファターゼ(AP)検出用オ
リゴデオキシヌクレオチドプローブの活性は、以下のと
おりに測定した。結合物を、50mM Tris−HC
l,100mM NaCl,1mM MgCl2,1m
g/ml BSA(pH7.5)中で5μg/mlに希
釈した。基質、4−ニトロフェニルリン酸(pNP
P)、濃度5mM、を1Mジエタノールアミン、1mM
MgCl2(pH9.8)中に調製した。APの活性
は以下のとおりに25℃において分析した。結合物(5
μl)をピペットで2mlの基質溶液中に入れ、吸光の
変化を405nmにおいてモニターした。初期速度は、
直線領域から計算し、そして反応速度は、405nmに
おける産物p−ニトロフェノールの吸光係数を1850
0M-1cm-1に等しいものとして用いて、計算した。A
P検出用オリゴデオキシヌクレオチドの比活性は、μm
ole/分/mgで計算した。AP検出用プローブは、
20mM Tris(pH7.5),1M NaCl,
50μg/ml音波処理サケ精子DNA、0.05%ア
ジ化ナトリウム中で2μMに希釈し、以後4℃において
保存した。20mM Tris(pH7.5),1M
NaClバッファーは、他の成分の添加前にオートクレ
ーブした。
【0031】標的/プローブ複合体の取得に関する、コ
ートされたマイクロタイタープレートは以下のとおりに
調製した。ビオチン化ウシ血清アルブミン(ビオチン*
BSA)(Pierce,Rockford,IL)を
0.3Mグリシン(pH9.6)中に5μg/mlに希
釈し(オートクレーブされた水を用いて調製した)、そ
してMICROLITEIプレート(Dynatec
h,Chantilly,VA)の各ウエル(200μ
l/ウエル)にピペットで入れた。プレートは4℃にお
いて一晩インキュベートし、そしてオートクレーブされ
た水を用いて調製したFTA赤血球凝集バッファー(B
ecton Dickinson Microbiol
ogy Systems)(pH7.2)を用いて2回
洗浄した(375μl/洗浄)。赤血球凝集バッファー
中のストレプトアビジン(50μg/ml)(BRL,
Bethesda,MD)を、ビオチン*BSAでコー
トされたマイクロタイターウエル(100μl/ウエ
ル)に加えた。プレートをカバーし、そして1時間37
℃においてインキュベートした。未結合ストレプトアビ
ジンは、倒置および手による撹拌により捨てた。ブロッ
キングバッファー(300μl/ウエル)(赤血球凝集
バッファー(pH7.2)、0.05% w/vウシ血
清アルブミン)を次に加えた。プレートをカバーし、そ
して30分間37℃においてインキュベートした。ブロ
ッキングバッファーは、倒置および手による撹拌により
捨てた。プレートは赤血球凝集バッファー(375μl
/ウエル)を用いて2回洗浄し、そして2% w/vト
レハロース(375μl/ウエル)(Fluka,Ro
nkonkoma,NY)を含む赤血球凝集バッファー
で1回洗浄した。プレートを激しくたたいて手による操
作で乾燥し、そして≦0.5Torrの真空下で25℃
において約4時間乾燥し、乾燥剤を含むマイラーパウチ
(mylar pouch)でシールし、そして使用前
に、室温において一晩保存した。以後、プレートは2−
8℃において保存した。
【0032】微小遠心管中のSDA反応物(50μl)
を5μlの1mg/mlキャリアーDNA(音波処理に
より裁断された)(サケ精子、Sigma,セントルイ
ス、MO)と混合した。サンプルを5分間95℃におい
て加熱してDNAを変成して室温にて5分間冷却した。
45μlのハイブリダイゼーション混合物(0.5Mリ
ン酸ナトリウム(pH7.0)、0.1% w/v ウ
シ血清アルブミン(Sigma,セントルイス、M
O))、2pmoleのビオチン化取得オリゴデオキシ
ヌクレオチドプローブ、および0.5−1pmoleの
AP検出用オリゴデオキシヌクレオチドプローブを各サ
ンプルに加え、最終体積を100μlにした。サンプル
を5分間、37℃においてインキュベートしてDNAを
ハイブリダイズさせた。個々のサンプルを各マイクロタ
イタープレートウエルに加え、カバーし、そして30分
間37℃においてインキュベートした。3つのストリン
ジェンシーな洗浄(300μl/ウエル)(10mMリ
ン酸ナトリウム(pH7.0)、0.1% w/v ウ
シ血清アルブミン、0.05% v/v NONIDE
T 40)を、室温において実施した。各洗浄は、マイ
クロタイターウエルに1分間放置して除去した。LUM
IPHOS530(100μl)(Lumigen,I
nc.,デトロイト、MI)基質を加え、そしてプレー
トをカバーし、30分間37℃においてインキュベート
した。発光は相対光ユニット(Relative Li
ght Units:RLU)においてマイクロタイタ
ープレートルミノメーター(Labsystems,R
esearch TrianglePark,NC)上
で37℃において2秒/ウエルインテグレーション時間
を用いて読んだ。
【0033】図2のAは、Mtb(TB)および内部対
照(対照)増幅産物の両者に関して、6つの別々の臨床
的陰性サンプルのRLUの結果を示す。RLU TB軸
上の破線は、Mtb標的配列が存在しなかった場合の標
準カーブからのRLUを示す。この値(50RLU未
満)は、サンプルが陰性であると期待されるはずであ
る。RLU対照軸上の破線は、増幅産物の阻害がない場
合の内部対照配列の値を示す。陰性サンプルのひとつの
み(N1)が、内部対照配列の増幅の阻害のないことを
示す。このサンプルからの対応するTBシグナルは標準
カーブから0以下であり、このことから、このサンプル
は真にMtbに関して陰性であることを示唆する。残り
の各サンプル(特にN2,N4,N5およびN6)は、
内部対照の阻害並びに低いTB値を示す。内部対照が存
在しない場合、これらのサンプルはDNAプローブセッ
トniyoriTB陰性であると誤って考えられるかも
しれない。即ち、この内部対照配列により、まちがった
陰性であることが避けられる。約95%の臨床サンプル
がTbに関して陰性であるから、使用者に真の陰性を捨
てさせるためのこの内部対照の値は意義がある。
【0034】図2のBは、一連の陽性臨床サンプルに関
する結果を示す。それぞれのサンプルは内部対照増幅の
いくつかの阻害を示す。しかしながら、低いRLU(1
600RLU,P1)のサンプルに関するTBシグナル
でさえも、ゼロ値を上回り(約50RLU)、このこと
から、これらサンプルが陽性であることが迅速に確認さ
れる。
【0035】図3は、図2のAおよびBにおけるサンプ
ルのTB/対照シグナル比の使用により、増幅阻害の結
果を補償または補正することを示す。高いTB/対照比
を有するサンプルは真に陽性であり、あおして、低い比
を有するサンプルは真に陰性である。陽性に関する適切
な最小比は、既知量の標的配列のシリーズ(標的配列を
含まない場合も)を一定量の対照配列と共に増幅するこ
とにより生じる標準曲線から測定される。この標準曲線
も、サンプル中に最初に存在した標的配列の量を定量す
るために用いられる。
【0036】実施例3 内部対照配列を、さまざまなレベルのMtbゲノミック
DNAと共増幅した。生成されたMtbのDNA、0、
5、10、25または50ゲノミックコピーのサンプル
を、25,000コピーの合成内部対照配列(配列番
号:1)と共に、SDA反応により共増幅した。SDA
に続き、上記のとおりに、化学発光により二通りに生成
物の検出を実施した。図4は、Mtbシグナルをバーで
示し、対応する反応に関する内部対照を黒丸で示す。特
別のチューブはわずかに高いかまたは低い内部対照レベ
ルを示したが、全体の流れとしては、標的配列に対する
対照配列の初期比にかかわらず、著しく一定している。
【0037】
【配列表】
配列番号:1 配列の長さ:57 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列 ACTGAGATCC CCTAGCGACG ATGTCTGAGG CAACTAGCAA AGCTGGTCGA GTACGCC 57 配列番号:2 配列の長さ:52 配列の型:核酸 鎖の数:二本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:genomic DNA 起源 生物名:マイコバクテリウムツベルクロシス(Myco
bacterium tuberculosis) 配列 ACTGAGATCC CCTATCCGTA TGGTGGATAA CGTCTTTCAG GTCGAGTACG CC 52 配列番号:3 配列の長さ:15 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列 GCTTTGCTAG TTGCC 15 配列番号:4 配列の長さ:15 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の特徴 特徴を表す記号:misc feature 存在位置:1 他の情報:標準名=5’ビオチン標識 :記号=5’−BBB− 配列 GCTTTGCTAG TTGCC 15 配列番号:5 配列の長さ:15 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の特徴 特徴を表す記号:misc feature 存在位置:15 他の情報:標準名=3’アミノのアルカリホスファター
ゼへの結合 :記号=5’−BBB− 配列 TCAGACATCG TCGCT 15 配列番号:6 配列の長さ:15 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の特徴 特徴を表す記号:misc feature 存在位置:1 他の情報:標準名=5’ビオチン標識 :記号=5’−BBB− 配列 CCTGAAAGAC GTTAT 15 配列番号:7 配列の長さ:16 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の特徴 特徴を表す記号:misc feature 存在位置:15 他の情報:標準名=3’アミノのアルカリホスファター
ゼへの結合 :記号=5’−BBB− 配列 CCACCATACG GATAGT 16
【0038】
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】図1は、マイコバクテリウムツベルクロシス
(Mycobacteriumtuberculosi
s)の内部対照配列およびIS6110配列断片の共増
幅を示す。
【0040】
【図2】図2は、増幅阻害を検出するため、および「間
違った陰性」を同定するために、臨床サンプルの恒温核
酸増幅において対照として内部対照配列を含む場合の利
点を示す。Aは、培養により臨床的に陰性であったサン
プルの分析を示す。Bは、培養により臨床的に陽性であ
ったサンプルの分析を示す。
【0041】
【図3】図3は、臨床サンプルにおける増幅の阻害を修
正するための標的/対照配列比の使用を示し、結果の正
確な解釈の助けとなる。
【0042】
【図4】図4は、さまざまな量の標的配列存在下におけ
る一定量の対照配列の増幅の一致性を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 595117091 1 BECTON DRIVE, FR ANKLIN LAKES, NEW JERSEY 07417−1880, UNI TED STATES OF AMER ICA (72)発明者 ジェームズ・ジー・ナドュー アメリカ合衆国ノース・カロライナ州 27514,チャペル・ヒル,コッカー・レ ーン 710 (72)発明者 マイケル・シー・リトル アメリカ合衆国ノース・カロライナ州 27610,ローリー,ウィンウェイ・ドラ イブ 1729 (56)参考文献 特表 平2−500565(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12Q 1/68

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)既知量の配列番号:1のヌクレオチ
    ド配列を有する内部対照ヌクレオチド配列及び、もしも
    存在するのならば配列番号:2のヌクレオチド配列を有
    する標的ヌクレオチド配列を恒温増幅により共増幅し;
    そして (b)内部対照標的配列の増幅を検出することによりサ
    ンプルの増幅効率を測定する; 工程を含む、上記サンプルの増幅効率を測定する方法。
  2. 【請求項2】増幅を化学発光分析により検出する、請求
    項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】標的配列の増幅が配列番号:7を有するプ
    ローブにより検出され、そして内部対照配列の増幅が配
    列番号:5を有するプローブにより検出される、請求項
    1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】(a)恒温核酸増幅反応において、増幅前
    の量が既知の配列番号:1のヌクレオチド配列を有する
    内部対照ヌクレオチド配列を、もしも存在するのならば
    配列番号:2のヌクレオチド配列を有する標的ヌクレオ
    チド配列と共増幅して、検出可能な量の後増幅対照配列
    を生成し; (b)前記対照配列の増幅後の量および、もし存在する
    ならば前記標的配列の増幅後の量を測定し; (c)前記標的配列の増幅後の量と前記対照配列の増幅
    後の量の比を計算し;そして (d)上記比、ならびに増幅前の内部対照配列の量を用
    いて、増幅前の標的ヌクレオチドの量を計算する工程を
    含む、サンプル中の標的ヌクレオチド配列の増幅前の量
    を定量するための方法。
  5. 【請求項5】増幅を化学発光分析により検出する、請求
    項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】標的配列の増幅が配列番号:7を有するプ
    ローブにより検出され、そして内部対照配列の増幅が配
    列番号:5を有するプローブにより検出される、請求項
    4又は5に記載の方法。
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