JP3616107B2 - Polynucleotide detection method - Google Patents

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【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、疾病の原因となるウイルス、リケッチャ、細菌等の外来性ポリヌクレオチド、あるいは生物中の特定の遺伝情報を担うポリヌクレオチドの有無およびその変異を検出することが容易に可能なポリヌクレオチド検出法、並びに当該方法に使用する反応担体、反応装置、及び検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
「Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol.80, p278−282(1983)」において、標的となるポリヌクレオチド (DNAまたはRNA) 試料を直接固相に捕捉した後、あるいは標的ポリヌクレオチドと相補的な塩基配列を含む他のポリヌクレオチドプローブを固相に固定したハイブリダイゼーション反応を用いて標的ポリヌクレオチドを固相に捕捉した後、標識物を結合した標識ポリヌクレオチドを会合させることを特徴とするポリヌクレオチド検出法が開示されている。
【0003】
この方法は、1) 電気泳動により分子量分離したポリヌクレオチド断片試料をニトロセルロース膜に転写して固定した後に、当該ニトロセルロース膜を放射性同位元素で標識したポリヌクレオチドプローブを含む溶液に浸して会合反応を行ない、2) 反応後、未反応の標識プローブを膜から洗い流した後に、膜に結合した残留標識プローブの量をオートラジオグラフィーにより検出することで標的ポリヌクレオチドの有無を判定する方法である。
【0004】
また、血液や排泄物等の試料中の細菌やウイルス等の外来性の標的ポリヌクレオチドを検出する方法が、特開昭58−31998に開示されている。
この方法は、1) 精製した試料中のポリヌクレオチドを加熱等により変性させて一本鎖とした後、これを、ニトロセルロース膜に固定し、次に、2) 検査したい細菌やウイルスのポリヌクレオチドと相補的な塩基配列を持つ放射性同位元素標識されたポリヌクレオチドプローブを反応させた後、この膜を洗浄し、後に膜に結合した残留標識プローブの量をオートラジオグラフィーにより検出することで標的ポリヌクレオチドの有無を判定する方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の双方の検出法において標識に用いられている放射性同位元素は、作業者の放射線被爆を最小限に抑えなければならないうえにトレーサー量しか用いることができず、プローブ当りの比放射活性を高くすることが困難である上に、ニトロセルロース膜に吸着した標識プローブから放射線のバックグラウンドが生じやすく、検出に長時間を要し、かつ検出感度が不足する場合が多い。そのため定量的測定が困難で、ほとんどが標的ポリヌクレオチドの有無の判定かせいぜいオートラジオグラムのフィルムの黒化の程度を判定する半定量的測定が行なわれるにすぎず、近時の産業界の要請に対しきれていない面があった。さらにオートラジオグラフィーを用いるため検出の自動化が困難であり、加えて上記のごとく作業者の放射線被爆への考慮の必要があり、臨床フィールドで多量の検体について測定するには不都合な面が指摘されていた。
【0006】
そこで、本発明は、放射性同位元素の標識を必要とせずに、高感度で精度が高く定量的な測定が可能で、かつ自動化により単位時間あたりの測定サンプル数を多くすることで臨床フィールドで多量の検体を検査することが可能なポリヌクレオチド検出法及び当該方法を用いた検出装置の提供を課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題につき鋭意検討した結果、下記 (1)〜(7) に示した発明により、当該課題を解決し得ることを見出した。すなわち本発明は、
(1)反応担体に固定した被測定物であるポリヌクレオチド鎖と当該ポリヌクレオチド鎖と相補的なポリヌクレオチド鎖に標識物を結合した標識プローブを会合させ、会合した標識プローブの量を検出するポリヌクレオチド検出法において、上記会合反応を行なった反応担体表面の全てあるいは一部を微小領域に分割し、当該微小領域毎の標識物由来の信号の強度を検出して、強い信号を示す微小領域の数を計測することを特徴とするポリヌクレオチド検出法、
(2) 被測定物であるポリヌクレオチド鎖に相補的なポリヌクレオチド鎖に標識物を結合した標識プローブとして、被測定物であるポリヌクレオチド鎖内の異なる部位に会合し得る複数のポリヌクレオチド鎖の標識体を用いることを特徴とする (1) 記載のポリヌクレオチド検出法、
(3) 標識プローブとして用いる複数のポリヌクレオチド鎖の標識物が各々異なる蛍光体であることを特徴とする (2) 記載のポリヌクレオチド検出法、
(4) 複数の標識プローブを被測定物であるポリヌクレオチド鎖に会合した場合の当該ポリヌクレオチド鎖内における標識物間の距離が2000塩基長以内であることを特徴とする (2) 又は (3) 記載のポリヌクレオチド検出法、
(5) 平板上に、被測定物であるポリヌクレオチド鎖を含む試料を添加するための試料添加部、会合反応を行なうための被測定物であるポリヌクレオチド鎖に相補的なポリヌクレオチド鎖を固定した反応部、及び反応残液を排出するための反応残液排出部として適宜形状の凹部をそれぞれ設け、かつ当該試料添加部と当該反応部及び当該反応部と当該反応残液排出部がそれぞれ当該試料添加部、当該反応部、及び当該反応残液排出部最大限各部の最深部を結ぶ線と同じ深さの溝で連結されたことを特徴とする反応担体、
(6) (5) 記載の反応担体、当該反応担体における試料添加部に添加された試料若しくは洗浄液を当該試料添加部から反応部及び反応残液排出部の方向に、又はそれと逆方向に出し入れできるように当該反応担体を揺り動かす機構、試料若しくは洗浄液を当該反応担体の反応液添加部に添加する機構、並びに当該反応担体の反応残液排出部から反応残液若しくは洗浄液を排出する機構を有することを特徴とする (1) 〜 (4) 記載のポリヌクレオチド検出法に使用する反応装置、
(7) 少なくとも一種以上の励起光を発射する光源と、当該光源から発射された励起光のビーム径を拡大するビームエクスパンダー、ビーム径が拡大された励起光を一定方向に曲折させるとともに試料が発する蛍光を透過させることのできる鏡、当該鏡によって曲折させた励起光を鏡と集光レンズを同期させて試料への励起光の照射位置を調節しかつ試料が発する蛍光を前記ビーム径が拡大された励起光を一定方向と曲折させるとともに試料が発する蛍光を透過することのできる鏡に照射するための機構、及び蛍光検出機構、並びに当該蛍光検出機構からの信号を標識プローブの存在位置として識別し計数する装置からなることを特徴とする (1) 〜 (4) 記載のポリヌクレオチド検出法に使用する蛍光検出装置、を提供するものである。
【0008】
先ず、本発明ポリヌクレオチド検出法について説明する。
被測定物として本発明方法に供されるポリヌクレオチド鎖の種類は特に限定されず、例えば、疾病の原因となるウイルス、リケッチャ、細菌等の外来性ポリヌクレオチドはもちろん、生物中の特定の遺伝情報を担うポリヌクレオチドの有無を調べる場合には内在性のポリヌクレオチドを被測定物とすることができる。
【0009】
また、かかるポリヌクレオチドはDNAであるとRNAを問わず、その調製方法としては、具体的被測定対象の種類に応じた公知の方法を用いることができる。
被測定ポリヌクレオチド鎖と相補的なポリヌクレオチド鎖に標識物を結合した標識プローブにおいて、「相補的」とは、当該標識プローブが少なくとも被測定ポリヌクレオチド鎖に結合可能な程度に相互に水素結合をする組合せの塩基が存在することをいい、かかる条件が満たされる限りにおいて必ずしもすべての塩基同士が相互に水素結合をする組合せである必要はない。また、当該標識プローブとして用いられるポリヌクレオチドの長さは、被測定ポリヌクレオチドとして何を用いるか、すなわちどの程度の長さのポリヌクレオチドを標識プローブとして用いれば目的のポリヌクレオチドを検出可能であるかによって決定され、その限りにおいて特に限定されるものではない。そして当該標識プローブとして用いられるポリヌクレオチドは、ホスファイトトリエステル法 (Nature, 310, 105(1984))、ホスホアミダイド法(Mc Bride, L. J. and Caruthers, M. H Tetrahedron Letters, vol.24, pp.245−248 (1983))等の通常公知の方法によって化学合成することが可能であり、また生物の特定遺伝子部分をPCR法 (Saiki, R.K., et al., Science, vol.37, p170(1985)) 等の通常公知の方法により増幅して得ることもできる。
【0010】
ここで用いられる標識物は、後述する微小分割を行なって被測定物であるポリヌクレオチドの検出が可能であれば特に限定されるものではない。そして、特に検出感度及び安全性の点から好ましくは、蛍光分析用の蛍光色素を挙げることができる。用いられる蛍光色素の種類は特に限定されず、例えばB−フィコエリスリンやR−フィコエリスリン等のフィコビリプロテイン;ローダミン、フルオレッセイン、4−ニトロベンゾ−2−オキサ−1、3−ジアゾール、フタロシアニン等とこれらの誘導体;ならびにこれら蛍光体を含むポリマーを用いることができる。ただし、フィコビリプロテインは熱安定性や変性剤に対する安定性に問題があるため、あらかじめ標的ポリヌクレオチドに会合したプローブにビオチン−アビヂンあるいは、ハプテン−抗−ハプテン抗体等を用いて標識する必要がある。また、蛍光体を含むポリマーは、特定の色素を公知方法によりポリマーに感作して得ることもできるが、市販品を直接用いることもできる。
【0011】
これらの蛍光色素の標識プローブとするポリヌクレオチドへの結合方法は特に限定されるものではない。例えば、アミノ基導入試薬を用いて核酸塩基に直接蛍光体標識をする方法や特開昭61−44353号開示の方法、すなわち、ポリヌクレオチドの蛍光体標識部位のリン酸結合を官能基を有するホスホン酸結合に置き換え、この官能基を蛍光体結合させることにより蛍光体標識を実現し、ポリヌクレオチドの任意の位置に標識物を導入する方法等を採用することができる。
【0012】
ポリヌクレオチド鎖の反応担体への結合方法は、公知の方法、例えば当該担体の表面に官能基を結合させて、次いでこの官能基を活性化させ、当該活性化官能基に結合する他の官能基を予め導入したポリヌクレオチド鎖を接触させる方法により実行される。例えば、反応担体上の官能基とポリヌクレオチド鎖は、アミド結合を介して担体表面のカルボキシル基と結合させることができる。
【0013】
かかる場合、被測定ポリヌクレオチドを直接反応担体上に固定することも可能であるが、捕捉用プローブを予め調製してこれを固定して用いるのが被測定ポリヌクレオチドを選択的に固定できるという点において好ましい。
このようにして、反応担体に固定した被測定物であるポリヌクレオチド鎖と前記の当該ポリヌクレオチド鎖と相補的なポリヌクレオチド鎖に標識物を結合した標識プローブを通常の条件で会合させて、以下のポリヌクレオチド検出過程に供するが、被測定物であるポリヌクレオチド鎖に相補的なポリヌクレオチド鎖に標識物を結合した標識プローブとして、被測定物であるポリヌクレオチド鎖内の異なる部位に会合し得る複数のポリヌクレオチド鎖の標識体を用いることが、標識プローブの被測定物であるヌクレオチド鎖への非特異的結合が発する信号を、当該複数の標識プローブの非特異的吸着により生ずる信号から区別し得るという点において好ましい。さらに、検出精度を考慮すれば複数の標識プローブを被測定物であるポリヌクレオチド鎖に会合した場合の当該ポリヌクレオチド鎖内における標識物間の距離が少なくとも2000塩基長以内であること、さらに600〜700塩基長以内であることが好ましい。
【0014】
さらに上記の標識プローブを用いる場合において、標識物が各々異なる蛍光体を用いることが、さらに検出を容易にするうえで好ましい。かかる場合用いられる蛍光体の組合せはフルオレッセイン系とローダミン系、あるいはフィコビリタンパク質とローダミン系であることが好ましく、より具体的にはフルオレッセインとスルホローダミン101、あるいはフィコエリスリンとスルホローダミン101等の組合せを好適なものとして挙げることができる。
【0015】
なお、反応担体の形状等は、本願発明方法の実施に適する限りにおいて特に限定されるものではないが、平板上に、被測定物であるポリヌクレオチド鎖を含む試料を添加するための試料添加部、会合反応を行なうための被測定物であるポリヌクレオチド鎖に相補的なポリヌクレオチド鎖を固定した反応部、及び反応残液を排出するための反応残液排出部として適宜形状の凹部をそれぞれ設け、かつ当該試料添加部と当該反応部及び当該反応部と当該反応残液排出部がそれぞれ当該試料添加部、当該反応部、及び当該反応残液排出部最大限各部の最深部を結ぶ線と同じ深さの溝で連結されたことを特徴とする反応担体を好ましいものとして例示できる。本例示反応担体については後記実施例にて詳細に説明する。
【0016】
本願発明方法の大きな特徴は、上記会合反応の後、当該反応を行なった反応担体の表面又は一部を微小領域に分割し、当該微小領域毎の標識物由来の信号の強弱を検出して、強い信号を示す微小領域の数を計測することにある。
すなわち、測定対象を微小領域に分割することによって、反応担体から生ずる背景光の影響を最低限に押さえることが可能になり、その結果相対的に検出感度を上げることが可能になる。特に複数の標識プローブを用いる場合には、複数の標識物同士の会合する被測定ポリヌクレオチドにおける距離が十分に近接、すなわち前記のごとく2000塩基長以内であれば、複数の標識物由来の信号が同時に当該微小領域において検出され、非特異的に標識プローブが吸着して、単一の標識プローブ由来の信号のみ検出される微小領域と明確に区別することが可能であり、当該非特異的吸着に依存するゴーストに伴う感度の低下を防ぐことが可能である。
【0017】
上記微小領域分割は、ポリヌクレオチドの検出の際に一次元あるいは二次元の検出器、すなわちダイオードアレー検出器やCCD二次元検出器の各ピクセルとして分割測定する手段、若しくはレーザーを二次元的にスキャンし一定時間おきにデータを取り込む手段により行なうことができる。
なお、この微小領域は、可能な限り微小であることが検出感度を上げるという点において好ましいが、標識物として用いられる物質の性質に応じておのずから限界がある。例えば、蛍光物質を標識物とする場合には、光の波長より小さい領域に分割することはできない。
【0018】
以上述べた本発明測定法の概念図を図1及び図2に示した。
微小領域毎の標識物由来の信号の強弱の検出手段は、標識物として用いる物質の種類に応じて選択される。例えば、標識物として蛍光色素を用いる場合には、前記の反応担体、当該反応担体における試料添加部に添加された試料若しくは洗浄液を当該試料添加部から反応部及び反応残液排出部の方向に、又はそれと逆方向に出し入れできるように当該反応担体を揺り動かす機構、試料若しくは洗浄液を当該反応担体の反応液添加部に添加する機構、並びに当該反応担体の反応残液排出部から反応残液若しくは洗浄液を排出する機構を有することを特徴とする反応装置;少なくとも一種以上の励起光を発射する光源と、当該光源から発射された励起光のビーム径を拡大するビームエクスパンダー、ビーム径が拡大された励起光を一定方向に曲折させるとともに試料が発する蛍光を透過させることのできる鏡、当該鏡によって曲折させた励起光を鏡と集光レンズを同期させて試料への励起光の照射位置を調節しかつ試料が発する蛍光を前記ビーム径が拡大された励起光を一定方向と曲折させるとともに試料が発する蛍光を透過することのできる鏡に照射するための機構、及び蛍光検出機構、並びに当該蛍光検出機構からの信号を標識プローブの存在位置として識別し計数する装置からなることを特徴とする蛍光検出装置による、検出を好ましい検出手段として採用し得る。なお、かかる反応装置及び蛍光検出装置については、後記実施例において詳述する。
【0019】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
【0020】
【実施例1】
本発明反応担体
図3は、本発明反応担体の一実施態様である。
平板上に、反応部91、試料添加部92、及び反応残液排出部93が設けられ、反応部91と試料添加部92及び反応部91と反応残液排出部93が溝部分によって連結されている。
【0021】
かかる反応担体の素材は、反応部における標識信号を検出可能な限りにおいて特に限定されるものではない。例えば標識物として蛍光色素を用いる場合には、光学的に平坦な素材、例えば、ガラス、シリコンウエハー、又は光学的に平坦な構造を有するプラスチックを用いるのが好ましい。これら反応担体の上面部94は試料添加部、反応部、反応残液排出部中の反応液の保持の目的で提状にフッ素樹脂、例えばポリテトラフルオルエチレンでコーティングされている。
【0022】
各部を連結する溝は、通常各部を直線上に連結し、各部の最深部と等しい深さであるが、反応液等の流出速度等を調節するために、当該最深部よりも深くしたり、浅くしたりすることも可能であり、さらに蛇行させることも可能である。
反応部91には、使用に際して若しくは予め、前記した、反応部91の表面に官能基を結合させて、次いで、この官能基を活性化させ、当該活性化官能基に結合する官能基を予め導入した被測定ポリヌクレオチド鎖を接触させる方法に代表される公知方法により被測定ポリヌクレオチド鎖が固定される。なお、かかる固定化の実行に際して、担体中の他の部分はテープ等でマスクをするのが好ましい。
【0023】
試料添加部92には、例えば次記実施例2における反応装置によって、標識プローブを含む試料が添加され、本発明反応担体を揺り動かして当該試料を溝を介して反応部91に移行させ、反応後生じる反応残液を前記同様溝を介して反応残液排出部93に移行させ、当該反応残液排出部93における反応残液を例えば巻き取り式のろ紙等によって排出・除去を行ない得る。
【0024】
ところで、本発明反応担体における反応部等及び溝の形状は、試料添加後、当該試料を前記した反応・排出工程に付することができる限りにおいて特に限定されない。例えば、反応部等と溝全体が一つの溝にとり込まれる形状も許容される。
【0025】
【実施例2】
本発明反応装置
図4は、本発明反応装置の一実施態様である。ポリヌクレオチド同士の会合反応は、当該装置を用いて以下の手順で行なうのが好ましい。
まず、試料を容器1にいれ、これを容器保持ステージ2にセットする。標識プローブ等も同様の容器にいれ容器保持ステージ2にセットする。容器ステージには各反応容器毎に専用の使い捨てピペットチップ3が装着されている。容器1中の試料等は加熱機4により必要に応じて加熱され、試料等を変性させ1本鎖オリゴヌクレオチドにすることができる。容器保持ステージ2は円盤状で、ステッピングモーター5で回転させることができ、任意の容器を自動ピペット6の位置にセットすることができる。自動ピペット6はX軸 (左右軸) ステージ7とZ軸 (縦軸) ステージ8によりX軸方向と縦軸 (Z軸) 方向に移動することができる。まず、自動ピペット6をX軸方向に移動させ、ピペットチップ3をセットする。
【0026】
次に、容器1中の試料を吸い上げ、反応担体ステージ9にセットした第1のプローブを固定した実施例1に記載した反応担体10の試料添加部に添加し、反応部に試料溶液を導入する。使用済みのピペットチップはチップ破棄箱50に捨てられる。反応担体ステージ9はY軸方向 (紙面の手前方向) に移動できる構造になっており、複数の反応担体の添加部に順次試料溶液を添加できる。さらに、反応担体ステージ9は内部に加熱器を持つ構造で、反応担体を一定温度に保ことができる。当該温度は用いる試料と標識プローブの組合せに応じて適宜設定することができる。反応担体ステージ9はステッピングモーター11で上下に傾けることができる構造になっている。かかる傾斜角度は、企図する反応時間に応じ適宜決定されるが、通常15〜30°程度が好ましい。この機構を用いて、一定時間おきに反応担体を傾け試料溶液を反応部に出し入れすることで反応液をゆるやかに攪拌する。反応後、反応残液を実施例1記載の反応担体の反応残液排出部 (図3の93記載) にろ紙12をあてがい排出する。ろ紙12の形態は特に限定されないが、ロール状のものが、連続使用が可能であり交換が容易という点で好ましい。そして、本実施例におけるろ紙12は、ローラー13で容易に供給することができる。また、試料等の反応中はろ紙は反応担体からはなれているが、反応残液排出時にはローラー14が反応担体上の反応残液排出部に移動する。
【0027】
ろ紙を退避させた後、標識プローブを実施例1記載の反応担体反応部に添加する。操作は上記試料添加方法と同様である。試料反応と同様な方法で担体ステージを傾斜させることで反応液をゆるやかに攪拌する。未反応標識プローブ残液を実施例1記載の反応担体の反応残液排出部 (図3の93記載) にろ紙12をあてがい排出する。ろ紙をあてがったままの状態で、Z軸ステージ15に装着した洗浄液ノズル16を反応担体の添加部に移動しポンプ17を用いてバルブ19を介してつながれている洗浄液保持容器18に入れた洗浄液を添加する。洗浄液は予め42〜65℃に加温しておく。洗浄液は反応部を通過し、ろ紙により排出される。そして使用済みのろ紙はろ紙破棄箱51に捨てられる。なお、洗浄液保持容器18は単数でもよいが、複数の洗浄液保持容器がバルブ19を介して連結されていてもよい。
【0028】
【実施例3】
本発明検出装置
標識物として、蛍光色素を用いた場合には、本実施例に示す検出装置を用いて反応担体上の蛍光体結合部を検出するのが好ましい。
(1) 図5は、本発明検出装置の一実施態様を示したものである。
レーザー光源101 の光は、ビームエキスパンダー102 でビーム径を拡張し、ダイクロイックミラー103 で反射される。ダイクロイックミラー103 はレーザー光源101 の波長の光を反射し、他の波長の光を80%以上透過する物を使用する。ダイクロイックミラー103 で反射された光は、サーボモーター105 で角度を変えられるミラー104 で反射され、さらに、ミラー104 と直交する方向に角度を変えられるミラー106 で反射された後、集光レンズ108 で集光され、反応担体109 上の特定領域を照射する。ここで、ミラー104 とミラー106 はお互いに直交する方向に角度が変えられるので、反応担体上をX−Y方向に走査することが出来る。反応担体表面の蛍光体が存在する部位にレーザースポットがあたるとその部位から蛍光が発生する。蛍光は集光レンズ108 、ミラー106 、ミラー104 の順に進行し、ダイクロイックミラー103 を通過する。バンドパスフィルター110 を通過した後、光電子増倍管111 で検出される。検出された信号は、マイクロプロセッサー112 に取り込まれ、サーボモーター105、 107からの角度情報と同期させて処理することで、反応担体表面の各位置における蛍光強度を算出する。この方法で、背景光に由来する微弱蛍光を発する部位と蛍光プローブ由来の強い蛍光を発する部位を区別することが出来る。一定の蛍光度を持つ位置1カ所には1個の蛍光標識プローブがあると考えられるので、蛍光を発している部位を計数することで標的ポリヌクレオチドの量を定量することが出来る。
【0029】
なお、当該蛍光測定装置において、光電子増倍管の前に集光レンズ及びピンホールを設け、ピンホール位置を共焦点位置とする光学系、すなわち共焦点顕微鏡方式にすれば、位置分解能及び感度を向上させることができ、より高感度に標的ポリヌクレオチドを検出することができる。
(2) 図7は2種類の蛍光色素を用いた本発明検出装置の一実施態様を示したものである。
【0030】
反応担体はレーザー光で照射される。レーザー発振器141 及び142 から出たレーザー光はレーザー光142 の波長の光を反射しレーザー光源141 の波長の光を透過するダイクロイックミラー151 で合成された後、レンズ152 及び153 からなるビームエキスパンダーでビーム径を拡張させ、リング状のミラー155で反射され集光レンズ154 で集光されて、反応担体の反応部に照射される。レーザーで励起されることにより標識プローブより発した蛍光は、集光レンズ154 で集められ、リング状ミラー155 の中心部の素通り部分を通過し、さらに一方のレーザー光由来の蛍光を反射し、かつ他方のレーザー光由来の光を透過するダイクロイックミラー156 で蛍光を分離する。これらの蛍光はバンドパスフィルター157、 158によりそれぞれの蛍光成分のみを取りだし、結像レンズ159、 160により高感度CCDカメラ161、 162で撮像する。高感度CCDカメラでとられた信号は画素ごとに画像処理用マイクロプロセッサー164 で処理し反応担体上の蛍光発光位置を特定する。2種類の蛍光色素の蛍光発光位置の一致する場合は標的DNAに標識プローブがハイブリダイゼーションしていると判断し、この位置を計数し標的DNAの分子数とする。いずれか一方の蛍光団由来の蛍光しか検出されない部位には標識プローブが非特異的に吸着しているとみなし計数の対象から除外する。また、図7において163 はカメラコントローラーであり、165 は出力装置である。
【0031】
なお、当該蛍光検出装置においても前記 (2) 記載の蛍光検出装置と同様、共焦点光学系を有する測定装置とすることができる。
【0032】
【実施例4】
ポリヌクレオチドの検出 (1)
(1) 本実施例においては、検出の対象となる標的ポリヌクレオチド試料として、バクテリオファージλのDNAを用いた。
そして、当該バクテリオファージλのDNAに対して、2種類のプローブを用いて、かかる標的ポリヌクレオチド試料を検出した。
【0033】
第一のプローブとなるポリヌクレオチドは、配列番号1に示す塩基配列を有するポリヌクレオチド鎖であって、標的となるバクテリオファージλのDNAの塩基配列の6601番から6875番の各塩基に対して、相補的に結合するポリヌクレオチド鎖である。第二のプローブとなるポリヌクレオチドは、配列番号2に示す塩基配列を有するポリヌクレオチド鎖であって、標的バクテリオファージλのDNA上の異なる部位に結合し得るポリヌクレオチド鎖である。そして、第一のプローブの5’末端には、反応担体に固定化するためのアミノ基が導入されている。第二のプローブの5’末端と27番、57番、89番、130番、162番のチミン残基に蛍光体B−フィコエリスリン導入のためにビオチンを結合させている。
(2) ▲1▼そして、上記の標的ポリヌクレオチド試料である、バクテリオファージλのDNAは、宝酒造社製のλDNA(バクテリオファージλ cI857 Sam 7由来)を用いた。
▲2▼ 第一のプローブとなるポリヌクレオチド鎖は、ホスホアミダイド法に従い合成した。そして、この合成の最終段階において、N−モノメトキシトリチルアミノヘキサ−6−オキシ−β−シアノチエル−N, N−ジイソプロピルアミノホスホアミダイドを反応させてアミノ基を5’末端に導入した。
▲3▼ 第二のプローブは、以下の様に合成した。
【0034】
配列番号2に示す塩基配列のポリヌクレオチドを40塩基長ないし60塩基長のオリゴヌクレオチドに分割し、それぞれホスホアミダイド法で化学合成した。その際、1〜20番目のポリヌクレオチドの合成の最終段階において、N−モノメトキシトリチルアミノヘキサ−6−オキシ−β−シアノエチル−N, N−ジイソプロピルアミノホスホアミダイドを反応させてアミノ基を1番目のヌクレオチドの5’末端に導入した。また、その他のポリヌクレオチドにおいて、27番、57番、89番、130番、162番の本来チミジンが残存する部位に、チミジンの代りにウリジンの5位にアミノ基を導入した (式1) 記載のアミノ化チミジンの5’水酸基を4, 4’−ジメトキシトリチル基保護したヌクレオチドを導入して、それぞれのポリヌクレオチドの合成を完了した。
【0035】
【化1】

Figure 0003616107
【0036】
なお、 (式1) のアミノ化チミジンは、「Geoffrey B. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA., vol.82, pp.968−972,(1985)」の方法に従い調製した。
そして、それぞれ合成したアミノ基を有するポリヌクレオチドを、配列番号2に示す塩基配列に従い、T4 リガーゼを用いそれぞれを連結して、6個のアミノ基を有するポリヌクレオチドを得た。次いで遊離のアミノ基をトリフルオロアセチル化し、3’の水酸基をクロロ−N, N−ジイソプロピルアミノメトキシホスフインで活性化し、これにスルホスクシンイミジル6− (ビオチンアミド) ヘキサノエート (PIERCE(イリノイ州 USA)製) を公知の条件で反応させて、各々のアミノ基をビオチン化して、所望のビオチン化プローブを得た。
【0037】
(3) 標的ポリヌクレオチドの捕捉用のプローブである5’末端をアミノ化した配列番号1に示す塩基配列を有する第一のプローブの反応担体への固定は窒素気流中で以下の様に行なった。
まず、ガラス製の実施例1に示す反応担体の表面を十分に洗浄し、3− (2−アミノエチルアミノプロピル) トリメトキシシラン32mmol/Lを反応部91に作用させて、当該反応部にアミノ基を導入した。このアミノシラン化した反応担体を、2.5%グルタルアルデヒド水溶液で活性化して、反応部91以外の部分をテープでマスクした後、当該反応部に第一のプローブを10pmol添加し、室温で3時間反応させた。次にテープをはがして未反応部分を50mMのエタノールアミンでマスクした。この反応担体を、0.5%SDS、 100μg/mlキャリヤーDNA (変性サケスペルマDNA) 5mg/ml牛血清アルブミン、50%ホルムアミド、0.5 %NaClを含むpH7の50mM Tris・HCl からなるハイブリダイゼーションバッファー中で保存した。
【0038】
(4) ハイブリダイゼーション反応は、実施例2に示す装置を用いて、以下の手順に従い行なった。
試料となるバクテリオファージλのDNAの濃度は、モル分子吸光係数=5.18×10−1・cm−1として求めた。キャリアーDNAとして加えた 100μg/mlの変性サケスペルマDNAを含む各種濃度のバクテリオファージλDNAを容器91にいれ、容器保持ステージ92にセットした。当該試料は、加熱器4により95℃に加熱され、バクテリオファージλDNAを変性して一本鎖状態とした。次に容器1中の試料を10μl 吸い上げ反応担体ステージ9にセットした前記 (3) において調製した反応担体10の試料添加部 (図3の92記載) に添加し、当該反応担体10をステッピングモーター11で約30°傾斜させて、反応部 (図3の91記載) に試料溶液を導入した。そして30秒毎に反応担体10を傾け試料溶液を反応部に出し入れすることで、当該試料溶液をゆるやかに攪拌した。なお、反応担体ステージ9は、内部に加熱器を有し、本実施例においては、65℃に設定した。4時間後に、反応残液を反応担体9の反応残液排出部 (図3の93記載) にロール状のろ紙12を用いて排出させた。
【0039】
ろ液を排出させた後、前記 (2) で調製したビオチン化プローブ1×10−10mol/L〜1×10−9mol/Lを10μl を反応担体反応部に添加した。操作は上記試料添加方法と同様である。試料反応と同様な方法で担体ステージを傾斜させることで反応液をゆるやかに攪拌した。4時間後、未反応ビオチン化プローブ残液を反応担体の反応残液排出部 (図3の93記載) にろ紙12をあてがい排出した。ろ紙をあてがったままの状態で、Z軸ステージ15に装着した洗浄液ノズル16を反応担体の添加部に移動しポンプ17を用いて洗浄液を添加した。
【0040】
すなわち、0.1%ドデシル硫酸ナトリウム5mg/ml、牛血清アルブミン、0.5M NaCl を含む0.3Mクエン酸緩衝液(pH7.0)で25分間洗浄した後、さらに、0.1%ドデシル硫酸ナトリウム、2mM EDTA、3M テトラメチルアンモニウム、トリス塩酸 (pH8.0) 溶液で58℃で30分間洗浄した。次に、0.05% Tween20、5mg/ml(ミリリットル) 牛血清アルブミン、0.15mol/L(リットル) のNaCl、0.05mol/L(リットル) のリン酸緩衝液 (pH7.4) で洗浄した。
【0041】
次に、ストレプトアビジン化B−フィコエリスリン(Molecular Probes, Inc.製) (濃度約1×10mol/Lで0.05% Tween20、5mg/ml牛血清アルブミン、0.15MNaClを含む0.05mol/Lリン酸緩衝液(pH7.4)で希釈) を添加した。操作方法は上記試料添加法と同じである。37℃で1時間反応させた後、0.05% Tween20、5mg/ml 牛血清アルブミン、0.15mol/L のNaCl、0.05mol/L のリン酸緩衝液 (pH7.4) で洗浄し、反応担体上に捕捉されたビオチン化プローブをB−フィコエリスリンで標識した。この操作により反応担体上に捕捉した標的ポリヌクレオチドであるバクテリオファージλDNAを、蛍光体であるB−フィコエリスリンで標識した。
【0042】
(5) 反応の終了した反応担体上の蛍光体結合部を検出するには、YAGレーザー (532nm)とホトンカウンティング可能な光電子増倍管を用いた実施例3の検出装置で測定した。レーザー光源101 の光は、ビームエキスパンダー102 でビーム径を拡張し、ダイクロイックミラー103 で反射される。当該検出装置は本実施例においては、ダイクロイックミラー103 として532nm の光を反射し、575nm 以上の光を80%以上透過する物を使用した。
【0043】
反応担体上の標識試料により生じた蛍光を前記ダイクロイックミラー103 を通じて透過させ、光電子増倍管111 で信号として検出して、これをマイクロプロセッサー112 で処理して、サーボモーター105 ・ 107 からの角度情報と同期させて処理することで、反応担体表面の各位置における蛍光強度を算出した。そして、かかるデータをもとに検量線を作成した。
【0044】
結果を図6に示す。
なお、同様な操作により反応担体上に標的ポリヌクレオチドであるバクテリオファージλを捕捉し、蛍光体であるB−フィコエリスリンで標識し、従来の検出法として蛍光光度計を用いホトンカウンティングモードで蛍光強度を測定した結果も○で示す。その結果本発明によれば標的ポリヌクレオチドであるバクテリオファージλを従来法に比べ一桁以上高感度で測定できることが判明した。すなわち、蛍光測定領域を微小な領域に区切って測定することによる背景光除去による高感度変化が確認された。
【0045】
【実施例5】
ポリヌクレオチドの検出 (2)
(1) 本実施例においては、実施例4と同様に、検出の対象となる標的ポリヌクレオチド試料として、パクテリオファージλのDNAを用いた。
そして、当該バクテリオファージλのDNAに対して3種類のプローブを用いて、かかる標的ポリヌクレオチド試料を検出した。
【0046】
標的ポリヌクレオチドの捕捉用の第一のプローブとしては、実施例4と同様に配列番号1に示す塩基配列を有するポリヌクレオチド鎖を用いた。また、第一の標識用プローブとして用いられるポリヌクレオチドとして配列番号3で示される塩基配列を有するポリヌクレオチドを、第二の標識用プローブとして用いられるポリヌクレオチドとして配列番号4で示される塩基配列を有するポリヌクレオチドを用いた。標的ポリヌクレオチドであるバクテリオファージλのDNA上で第三の標識プローブとして用いられるポリヌクレオチドは第二の標識プローブとして用いられるポリヌクレオチドの3’末端側に隣接する配列である。
【0047】
第二の標識用プローブとして用いられるポリヌクレオチドの5’末端には、ポリTスペーサーを介してスルホローダミン101 様蛍光団が結合している。本実施例においては、かかる蛍光団として、スルホローダン101 様色素と思われる蛍光色素を直径が0.02μm で表面にカルボキシル基を有する粒子ポリマーを用いた。かかる粒子ポリマーとしてMolecular Probes, INC.製のCarboxylate−modified Lafex red (580/605)を用いた。そして、当該スルホローダミン101様蛍光団を含む粒子による第2のプローブの標識は以下の方法で行った。
すなわち、ポリヌクレオチドの合成最終段階に、N−モノメトキシトリチルアミノヘキサ−6−オキシ−β−シアノエチル−N, N−ジイソプロピルアミノホスホアミダイトを反応させて5’末端にアミノ基を導入し、これに水溶性カルボジイミドで当該粒子のカルボキシル基を活性化して結合させた。そして、結合後、弱アルカリ条件下で未反応のカルボキシル基を再生した。
【0048】
第三の標識用プローブとして用いられるポリヌクレオチドの3’末端にポリTスペーサーを介してフルオレッセイン様蛍光団が結合している。本実施例においては、当該蛍光色素を含む直径0.02μm の表面にカルボキシル基を有する粒子ポリマーを用いた。かかる粒子ポリマーとして、Molecular Probes, INC.製のCarboxylate−modified Latex Yellow−green (490/515)を用いた。そして当該フルオレッセイン蛍光団を含む粒子による第3のプローブの標識は以下の方法で行った。すなわち、ポリヌクレオチドの合成後に、アナリティカルバイオケミストリー記載のラリー イー. モリソン等の方法 (Larry E. Morrison et al., Analytical Biochemistry, 183, pp.231−244(1989)) に従い、ターミナル デオキシヌクレオチジル トランスフェラーゼを用いて8− (6−アミノヘキシル) アミノアデノシンを結合して、ポリヌクレオチドの3’末端にアミノ基を導入し、これと水溶性カルボジイミドで当該カルボキシル基を活性化した粒子ポリマーを結合させ当該蛍光団を導入した。そして、結合後、弱アルカリ条件下で未反応のカルボキシル基を再生した。
【0049】
調製したこれら第二第三の標識プローブは、0.05%SDS、 100μg/mlのキャリヤーDNA (変性サケスペルマDNA) を含む実施例4と同様のpH7のハイブリダイゼーションバッファーに懸濁して保存した。
(2) ハイブリダイゼーション反応は、実施例2に示す装置を用いて、実施例4に記載した方法に従い行なった。なお前記、第二、第三の標識プローブは予め混合して、一回のピペット操作で同時に添加した。
【0050】
(3) 反応担体表面に捕捉された蛍光プローブの位置を、実施例3 (2) 記載の検出装置で測定した。
レーザー発振器141 及び142 から出たレーザー光は488nm の光を反射し590nm の光を透過するダイクロイックミラー151 で合成された後、レンズ152 及び153 からなるビームエキスパンダーでビーム径を拡張させ、リング状のミラー155 で反射され集光レンズ154 で集光されて、反応担体の反応部に照射される。本発明においてはレーザーとしてAr レーザーで励起した可変波長色素レーザー (波長590nm)と、Ar レーザー (波長488nm)を用いた。レーザーで励起されることにより標識プローブより発した蛍光は、集光レンズ154 で集められ、リング状ミラー155 の中心部の素通り部分を通過し、さらに510nm の光を反射し610nm の光を透過するダイクロイックミラー156 でフルオレッセイン様蛍光団由来の蛍光とスルホローダミン101 様蛍光団由来の蛍光を分離した。これらの蛍光はバンドパスフィルター157、 158によりそれぞれの蛍光成分のみを取りだし、結像レンズ159、 160により高感度CCDカメラ161、 162で撮像した。高感度CCDカメラでとらえた信号は画素ごとに画像処理用マイクロプロセッサー164 で処理し反応担体上の蛍光発光位置を特定した。各画素は反応担体表面の約350nm 四方に相当する。フルオレッセイン様蛍光団由来の蛍光発光位置とスルホローダミン101 様蛍光団由来の蛍光発光位置の一致する場合は標的DNAに標識プローブがハイブリダイゼーションしていると判断し、この位置を計数し標的DNAの分子数とした。いずれか一方の蛍光団由来の蛍光しか検出されない部位には標識プローブが非特異的に吸着しているとみなし計数の対象から除外した。
【0051】
上記方法に基づいて各種濃度のバクテリオファージλの量を測定した結果を図8に示す。ここで、●は2種の蛍光プローブが同一位置に検出される場合のみを示している。本発明によればバクテリオファージλが高感度に検出できることがわかる。なお、○は同様な操作により反応担体上に標的ポリヌクレオチドであるバクテリオファージλを捕捉し、スルホローダミン101 様蛍光団及びフルオロレッセイン様蛍光団で標識し、従来の検出量である蛍光光度計にセットしホトンカウンティングモードで蛍光強度を測定した結果である。
【0052】
【発明の効果】
本発明により、放射性同位元素の標識を必要とせずに、高感度で精度が高く、定量的な測定が可能で、かつ自動化により単位時間あたりの測定サンプル数を多くすることで臨床フィールドで多量の検体を検査することが可能なポリヌクレオチド検出法、及び当該方法を用いた検出装置が提供される。
【配列表】
配列番号 :1
配列の長さ:275
配列の型 :核酸
鎖の数 :1本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:他の配列 他の構造体を含む合成ポリヌクレオチド
配列の特徴:1 NH(CH付加
Figure 0003616107
配列番号 :2
配列の長さ:200
配列の型 :核酸
鎖の数 :1本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:他の配列 他の構造体を含む合成ポリヌクレオチド
配列の特徴:27, 57, 89, 130, 162 ビオチン付加
Figure 0003616107
配列番号 :3
配列の長さ:65
配列の型 :核酸
鎖の数 :1本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:他の配列 他の構造体を含む合成ポリヌクレオチド
配列の特徴:1 スルホローダミン101 様蛍光団を含む粒子
Figure 0003616107
配列番号 :4
配列の長さ:65
配列の型 :核酸
鎖の数 :1本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:他の配列 他の構造体を含む合成ポリヌクレオチド
配列の特徴:1 フルオレッセイン様蛍光団を含む粒子
Figure 0003616107

【図面の簡単な説明】
【図1】従来の蛍光測定法と本発明に基づく蛍光測定法の概念図。
【図2】本発明による方法の反応の概念図。
【図3】本発明反応担体の模式図。
【図4】本発明反応装置の構成図。
【図5】本発明測定装置の概念図。
【図6】実施例1による測定結果。
【図7】2種類の蛍光色素を用いた本発明測定装置の概念図。
【図8】実施例2による測定結果。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention is a polynucleotide detection method that can easily detect the presence or absence of a foreign polynucleotide such as a virus, rickettsia, or bacteria that causes disease, or the presence of a polynucleotide carrying specific genetic information in an organism. And a reaction carrier, a reaction apparatus, and a detection apparatus used in the method.
[0002]
[Prior art]
In “Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol. 80, p278-282 (1983)”, a target polynucleotide (DNA or RNA) sample is directly captured on a solid phase or complemented with a target polynucleotide. A target polynucleotide is captured on a solid phase using a hybridization reaction in which another polynucleotide probe containing a typical nucleotide sequence is immobilized on the solid phase, and then a labeled polynucleotide to which a label is bound is associated. A polynucleotide detection method is disclosed.
[0003]
In this method, 1) a polynucleotide fragment sample separated by molecular weight by electrophoresis is transferred to and fixed on a nitrocellulose membrane, and then the nitrocellulose membrane is immersed in a solution containing a polynucleotide probe labeled with a radioisotope to perform an association reaction. 2) After reaction, after washing away unreacted labeled probe from the membrane, the amount of residual labeled probe bound to the membrane is detected by autoradiography to determine the presence or absence of the target polynucleotide.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 58-31998 discloses a method for detecting foreign target polynucleotides such as bacteria and viruses in samples such as blood and excreta.
In this method, 1) a polynucleotide in a purified sample is denatured by heating or the like to form a single strand, which is then fixed to a nitrocellulose membrane, and then 2) a bacterial or viral polynucleotide to be examined. After reacting with a radioisotope-labeled polynucleotide probe having a base sequence complementary to the membrane, the membrane is washed, and the amount of residual labeled probe bound to the membrane is detected by autoradiography. This is a method for determining the presence or absence of nucleotides.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the radioisotopes used for labeling in both of the above detection methods must minimize the radiation exposure of workers and can only use tracer amounts, and the specific radioactivity per probe. In addition, it is difficult to increase the exposure time, and a background of radiation is likely to be generated from the labeled probe adsorbed on the nitrocellulose membrane, so that detection takes a long time and detection sensitivity is often insufficient. For this reason, quantitative measurement is difficult, and most of them are used to determine the presence or absence of a target polynucleotide. At most, only semi-quantitative measurement is performed to determine the degree of blackening of an autoradiogram film. There was an unsatisfactory aspect. Furthermore, since autoradiography is used, it is difficult to automate detection. In addition, it is necessary to consider the radiation exposure of workers as described above, and it is pointed out that it is inconvenient for measuring a large amount of specimens in the clinical field. It was.
[0006]
Therefore, the present invention is capable of high-sensitivity, high-accuracy and quantitative measurement without the need for radioisotope labeling, and increases the number of measurement samples per unit time by automation, resulting in a large amount in the clinical field. It is an object of the present invention to provide a polynucleotide detection method and a detection apparatus using the method that can inspect the specimen.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found that the problems can be solved by the inventions shown in the following (1) to (7). That is, the present invention
(1) A polynucleotide that detects a quantity of associated labeled probe by associating a polynucleotide probe that is immobilized on a reaction carrier with a labeled probe that binds a labeled substance to a polynucleotide chain that is complementary to the polynucleotide chain. In the nucleotide detection method, all or part of the surface of the reaction carrier on which the association reaction has been performed is divided into minute regions, and the intensity of the signal derived from the label for each minute region is detected, and the minute region showing a strong signal is detected. A polynucleotide detection method characterized by measuring the number,
(2) As a labeled probe in which a label is bound to a polynucleotide chain complementary to the polynucleotide strand that is the object to be measured, a plurality of polynucleotide chains that can associate with different sites in the polynucleotide chain that is the object to be measured (1) the polynucleotide detection method according to (1), wherein a labeled body is used;
(3) The polynucleotide detection method according to (2), wherein the labeled products of the plurality of polynucleotide chains used as the labeled probe are different phosphors,
(4) The distance between the labeled products in the polynucleotide chain when a plurality of labeled probes are associated with the polynucleotide chain to be measured is within 2000 base lengths. (2) or (3 ) The polynucleotide detection method described,
(5) On the flat plate, a sample addition part for adding a sample containing a polynucleotide chain to be measured and a polynucleotide chain complementary to the polynucleotide chain to be measured for performing an association reaction are fixed. The reaction part and the reaction residue discharge part for discharging the reaction residual liquid are provided with appropriately shaped recesses, respectively, and the sample addition part, the reaction part, the reaction part, and the reaction residue discharge part are respectively A reaction carrier characterized by being connected by a groove having the same depth as a line connecting the deepest part of each part, the sample addition part, the reaction part, and the reaction residual liquid discharge part,
(6) The reaction carrier described in (5), the sample added to the sample addition part in the reaction carrier, or the cleaning solution can be taken in and out from the sample addition part to the reaction part and the reaction residual liquid discharge part, or in the opposite direction. A mechanism for shaking the reaction carrier, a mechanism for adding a sample or washing liquid to the reaction liquid addition part of the reaction carrier, and a mechanism for discharging the reaction residual liquid or washing liquid from the reaction liquid discharge part of the reaction carrier. A reactor used for the polynucleotide detection method according to any one of (1) to (4),
(7) A light source that emits at least one type of excitation light, a beam expander that expands the beam diameter of the excitation light emitted from the light source, and a sample that bends the excitation light with the expanded beam diameter in a certain direction. A mirror that can transmit the emitted fluorescence, the excitation light bent by the mirror is synchronized with the mirror and the condenser lens to adjust the irradiation position of the excitation light to the sample, and the beam diameter of the fluorescence emitted by the sample is expanded A mechanism for irradiating a mirror that can bend the excited light in a certain direction and transmit the fluorescence emitted by the sample, and the fluorescence detection mechanism, and the signal from the fluorescence detection mechanism is identified as the location of the labeled probe And a fluorescence detection device used for the polynucleotide detection method according to any one of (1) to (4).
[0008]
First, the polynucleotide detection method of the present invention will be described.
The type of polynucleotide chain used in the method of the present invention as an object to be measured is not particularly limited. For example, specific genetic information in an organism, as well as foreign polynucleotides such as viruses, rickets, and bacteria that cause disease. In the case of examining the presence or absence of a polynucleotide that bears, an endogenous polynucleotide can be used as the analyte.
[0009]
In addition, regardless of whether the polynucleotide is DNA or not, any known method can be used as a preparation method according to the type of the specific object to be measured.
In a labeled probe in which a label is bound to a polynucleotide strand complementary to the polynucleotide strand to be measured, “complementary” means that hydrogen bonds are mutually connected to such an extent that the labeled probe can bind at least to the polynucleotide strand to be measured. In other words, all bases do not necessarily have to be hydrogen bonds with each other as long as such a condition is satisfied. The length of the polynucleotide used as the labeled probe is what is used as the polynucleotide to be measured, that is, how long the polynucleotide can be detected as the labeled probe. And is not particularly limited as long as it is determined. The polynucleotide used as the labeled probe is a phosphite triester method (Nature, 310 , 105 (1984)), and the phosphoramidide method (Mc Bride, L. J. and Caruthers, MH Tetrahedron Letters, vol. 24, pp. 245-248 (1983)). It is also possible to obtain a specific gene portion of an organism by amplifying it by a generally known method such as a PCR method (Saiki, RK, et al., Science, vol. 37, p170 (1985)). it can.
[0010]
The labeling substance used here is not particularly limited as long as it can detect the polynucleotide to be measured by performing minute division described later. Particularly preferred from the viewpoint of detection sensitivity and safety, fluorescent dyes for fluorescence analysis can be mentioned. The kind of fluorescent dye used is not particularly limited, and for example, phycobiliproteins such as B-phycoerythrin and R-phycoerythrin; rhodamine, fluorescein, 4-nitrobenzo-2-oxa-1, 3-diazole, It is possible to use phthalocyanine and the like and derivatives thereof; and polymers containing these phosphors. However, since phycobiliprotein has problems with thermal stability and stability against denaturing agents, it is necessary to label the probe associated with the target polynucleotide in advance using biotin-avidin or hapten-anti-hapten antibody. . The polymer containing the phosphor can be obtained by sensitizing a specific dye to the polymer by a known method, but a commercially available product can also be used directly.
[0011]
The method for binding these fluorescent dyes to the polynucleotide as a labeled probe is not particularly limited. For example, a method of directly labeling a nucleobase with a fluorophore using an amino group introduction reagent or a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44353, that is, a phosphone having a functional group with a phosphoric acid bond at a phosphor labeling site of a polynucleotide. A method of introducing a labeled substance at an arbitrary position of a polynucleotide by replacing with an acid bond and realizing a fluorescent label by binding the functional group to a fluorescent substance can be employed.
[0012]
The polynucleotide chain can be bound to the reaction carrier by a known method, for example, by binding a functional group to the surface of the carrier, then activating the functional group and binding to the activated functional group. Is carried out by a method of bringing a polynucleotide chain into which is previously introduced into contact with each other. For example, the functional group and the polynucleotide chain on the reaction carrier can be bonded to the carboxyl group on the surface of the carrier via an amide bond.
[0013]
In such a case, the polynucleotide to be measured can be directly immobilized on the reaction carrier, but it is possible to selectively immobilize the polynucleotide to be measured by preparing a capture probe in advance and immobilizing it. Is preferable.
In this way, a polynucleotide probe, which is an object to be measured immobilized on a reaction carrier, and a labeled probe in which a label is bound to a polynucleotide chain complementary to the polynucleotide chain, are associated under normal conditions. As a labeled probe in which a label is bound to a polynucleotide strand complementary to the polynucleotide strand that is the analyte, it can associate with different sites in the polynucleotide strand that is the analyte. Using a label of multiple polynucleotide strands distinguishes the signal generated by nonspecific binding of the labeled probe to the nucleotide strand to be measured from the signal generated by nonspecific adsorption of the multiple labeled probes. It is preferable in terms of obtaining. Furthermore, in consideration of detection accuracy, when a plurality of labeled probes are associated with a polynucleotide chain that is an object to be measured, the distance between the labeled substances in the polynucleotide chain is at least 2000 base lengths or less, and 600 to It is preferably within 700 base length.
[0014]
Further, in the case of using the above-described labeled probe, it is preferable to use a fluorescent substance having a different label for further easy detection. In such a case, the combination of the phosphors used is preferably a fluorescein system and a rhodamine system, or a phycobiliprotein and a rhodamine system, more specifically, fluorescein and sulforhodamine 101, or phycoerythrin and sulforhodamine. A combination such as 101 can be cited as a suitable one.
[0015]
The shape of the reaction carrier is not particularly limited as long as it is suitable for carrying out the method of the present invention. However, a sample addition unit for adding a sample containing a polynucleotide chain as a measurement object on a flat plate. , A reaction part in which a polynucleotide chain complementary to the polynucleotide chain, which is an object to be measured for conducting the association reaction, is fixed, and a concave part of an appropriate shape are provided as a reaction liquid discharge part for discharging the reaction liquid. And the sample addition part, the reaction part, and the reaction part and the reaction residual liquid discharge part are the same as the lines connecting the deepest parts of the sample addition part, the reaction part, and the reaction residual liquid discharge part, respectively, at the maximum. A preferable example is a reaction carrier characterized by being connected by a groove having a depth. The exemplary reaction carrier will be described in detail in the examples below.
[0016]
A major feature of the method of the present invention is that, after the association reaction, the surface or part of the reaction carrier on which the reaction has been performed is divided into minute regions, and the intensity of the signal derived from the label for each minute region is detected, The purpose is to measure the number of minute regions showing a strong signal.
That is, by dividing the measurement target into minute regions, it is possible to minimize the influence of background light generated from the reaction carrier, and as a result, it is possible to relatively increase the detection sensitivity. In particular, when a plurality of labeled probes are used, if the distance in the polynucleotide to be measured in which the plurality of labels are associated is sufficiently close, that is, within 2000 base lengths as described above, the signals derived from the plurality of labels are generated. At the same time, it is detected in the microregion, and the labeled probe is adsorbed non-specifically, so that it can be clearly distinguished from the microregion in which only a signal derived from a single labeled probe is detected. It is possible to prevent a decrease in sensitivity due to a dependent ghost.
[0017]
The above-mentioned minute area division is a means for dividing and measuring two-dimensionally with a one-dimensional or two-dimensional detector, that is, a diode array detector or a CCD two-dimensional detector when detecting a polynucleotide. However, it can be performed by means for fetching data at regular intervals.
In addition, although it is preferable in terms of increasing detection sensitivity that the minute region is as small as possible, there is a limit depending on the nature of the substance used as the label. For example, when a fluorescent substance is used as a label, it cannot be divided into regions smaller than the wavelength of light.
[0018]
A conceptual diagram of the measurement method of the present invention described above is shown in FIGS.
The means for detecting the strength of the signal derived from the label for each minute region is selected according to the type of substance used as the label. For example, when a fluorescent dye is used as the label, the reaction carrier, the sample added to the sample addition part of the reaction carrier, or the cleaning solution is moved from the sample addition part to the reaction part and the reaction residual liquid discharge part. Or a mechanism for rocking the reaction carrier so that it can be taken in and out in the opposite direction, a mechanism for adding a sample or washing liquid to the reaction liquid addition part of the reaction carrier, and a reaction residual liquid or washing liquid from the reaction liquid discharge part of the reaction carrier A reaction apparatus characterized by having a discharge mechanism; a light source that emits at least one type of excitation light, a beam expander that expands the beam diameter of the excitation light emitted from the light source, and excitation with an expanded beam diameter A mirror that can bend light in a certain direction and transmit the fluorescence emitted from the sample, and collect the excitation light bent by the mirror with the mirror. A mirror that adjusts the irradiation position of the excitation light to the sample by synchronizing the lens and bends the fluorescence emitted by the sample in a certain direction and transmits the fluorescence emitted by the sample. Detection by a fluorescence detection device characterized by comprising an irradiation mechanism, a fluorescence detection mechanism, and a device that identifies and counts the signal from the fluorescence detection mechanism as the presence position of the labeled probe is adopted as a preferred detection means. Can do. Such a reaction apparatus and fluorescence detection apparatus will be described in detail in Examples below.
[0019]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[0020]
[Example 1]
Reaction carrier of the present invention
FIG. 3 shows one embodiment of the reaction carrier of the present invention.
A reaction unit 91, a sample addition unit 92, and a reaction residue discharge unit 93 are provided on a flat plate, and the reaction unit 91, the sample addition unit 92, the reaction unit 91, and the reaction residue discharge unit 93 are connected by a groove portion. Yes.
[0021]
The material of the reaction carrier is not particularly limited as long as the label signal in the reaction part can be detected. For example, when a fluorescent dye is used as the label, it is preferable to use an optically flat material such as glass, a silicon wafer, or a plastic having an optically flat structure. The upper surface portion 94 of these reaction carriers is coated with a fluorine resin, for example, polytetrafluoroethylene, for the purpose of holding the reaction solution in the sample addition portion, reaction portion, and reaction residual solution discharge portion.
[0022]
The groove connecting each part usually connects each part in a straight line, and is the same depth as the deepest part of each part, but in order to adjust the outflow speed etc. of the reaction solution etc., it is deeper than the deepest part, It is possible to make it shallow, and to meander further.
In the use of the reaction unit 91 or in advance, the functional group is bonded to the surface of the reaction unit 91, and then the functional group is activated and the functional group bonded to the activated functional group is previously introduced. The polynucleotide chain to be measured is immobilized by a known method typified by the method of bringing the measured polynucleotide chain into contact. In carrying out such immobilization, it is preferable to mask other portions in the carrier with tape or the like.
[0023]
A sample containing a labeled probe is added to the sample addition unit 92 by, for example, the reaction apparatus in Example 2 below, and the reaction carrier of the present invention is shaken to transfer the sample to the reaction unit 91 through the groove. The resulting reaction residual liquid is transferred to the reaction residual liquid discharge section 93 through the groove as described above, and the reaction residual liquid in the reaction residual liquid discharge section 93 can be discharged and removed by, for example, a roll-up filter paper.
[0024]
By the way, the shape of the reaction part and the groove in the reaction carrier of the present invention is not particularly limited as long as the sample can be subjected to the reaction / discharge process described above after the sample is added. For example, a shape in which the reaction part and the entire groove are taken in one groove is also acceptable.
[0025]
[Example 2]
The reactor of the present invention
FIG. 4 shows one embodiment of the reaction apparatus of the present invention. The association reaction between polynucleotides is preferably carried out by the following procedure using the apparatus.
First, the sample is put in the container 1 and set on the container holding stage 2. A labeled probe or the like is placed in a similar container and set on the container holding stage 2. The container stage is equipped with a dedicated disposable pipette tip 3 for each reaction container. The sample or the like in the container 1 is heated by the heater 4 as necessary, and the sample or the like can be denatured into a single-stranded oligonucleotide. The container holding stage 2 has a disk shape and can be rotated by a stepping motor 5, and an arbitrary container can be set at the position of the automatic pipette 6. The automatic pipette 6 can be moved in the X-axis direction and the vertical-axis (Z-axis) direction by the stage 8 and the Z-axis (vertical axis) stage 8. First, the automatic pipette 6 is moved in the X-axis direction, and the pipette tip 3 is set.
[0026]
Next, the sample in the container 1 is sucked up and added to the sample addition part of the reaction carrier 10 described in Example 1 in which the first probe set on the reaction carrier stage 9 is fixed, and the sample solution is introduced into the reaction part. . Used pipette tips are discarded in the tip discard box 50. The reaction carrier stage 9 has a structure that can move in the Y-axis direction (the front side of the paper), and the sample solution can be sequentially added to a plurality of reaction carrier addition portions. Further, the reaction carrier stage 9 has a structure having a heater inside, and can keep the reaction carrier at a constant temperature. The temperature can be appropriately set according to the combination of the sample to be used and the labeled probe. The reaction carrier stage 9 has a structure that can be tilted up and down by a stepping motor 11. Such an inclination angle is appropriately determined according to the intended reaction time, but is usually preferably about 15 to 30 °. Using this mechanism, the reaction solution is tilted at regular intervals, and the reaction solution is gently stirred by taking the sample solution into and out of the reaction section. After the reaction, the reaction residual liquid is discharged by applying the filter paper 12 to the reaction liquid discharge part (described in 93 of FIG. 3) of the reaction carrier described in Example 1. The form of the filter paper 12 is not particularly limited, but a roll-like one is preferable in that it can be continuously used and can be easily replaced. And the filter paper 12 in a present Example can be easily supplied with the roller 13. FIG. During the reaction of the sample or the like, the filter paper is separated from the reaction carrier, but when the reaction residual liquid is discharged, the roller 14 moves to the reaction residual liquid discharge part on the reaction carrier.
[0027]
After retracting the filter paper, the labeled probe is added to the reaction carrier reaction part described in Example 1. The operation is the same as the above sample addition method. The reaction solution is gently stirred by tilting the carrier stage in the same manner as the sample reaction. The unreacted labeled probe residual liquid is discharged by applying the filter paper 12 to the reaction carrier liquid discharge part (denoted by 93 in FIG. 3) described in Example 1. With the filter paper still applied, the cleaning liquid nozzle 16 mounted on the Z-axis stage 15 is moved to the addition portion of the reaction carrier, and the cleaning liquid placed in the cleaning liquid holding container 18 connected through the valve 19 using the pump 17 is supplied. Added. The cleaning liquid is preheated to 42 to 65 ° C. The cleaning liquid passes through the reaction section and is discharged by filter paper. Then, the used filter paper is discarded in the filter paper discarding box 51. The cleaning liquid holding container 18 may be single, or a plurality of cleaning liquid holding containers may be connected via a valve 19.
[0028]
[Example 3]
The detection device of the present invention
When a fluorescent dye is used as the label, it is preferable to detect the phosphor-binding portion on the reaction carrier using the detection apparatus shown in this example.
(1) FIG. 5 shows an embodiment of the detection apparatus of the present invention.
The light from the laser light source 101 is expanded by the beam expander 102 and reflected by the dichroic mirror 103. The dichroic mirror 103 uses an object that reflects light of the wavelength of the laser light source 101 and transmits 80% or more of light of other wavelengths. The light reflected by the dichroic mirror 103 is reflected by the mirror 104 whose angle can be changed by the servo motor 105, and further reflected by the mirror 106 whose angle can be changed in a direction orthogonal to the mirror 104, and then by the condenser lens 108. The light is collected and irradiated on a specific area on the reaction carrier 109. Here, since the angles of the mirror 104 and the mirror 106 can be changed in directions orthogonal to each other, the reaction carrier can be scanned in the XY direction. When a laser spot hits a site where the phosphor on the surface of the reaction carrier exists, fluorescence is generated from that site. The fluorescence proceeds in the order of the condenser lens 108, the mirror 106, and the mirror 104, and passes through the dichroic mirror 103. After passing through the band pass filter 110, it is detected by the photomultiplier tube 111. The detected signal is taken into the microprocessor 112 and processed in synchronization with the angle information from the servo motors 105 and 107 to calculate the fluorescence intensity at each position on the surface of the reaction carrier. By this method, a site emitting weak fluorescence derived from background light and a site emitting strong fluorescence derived from a fluorescent probe can be distinguished. Since it is considered that there is one fluorescently labeled probe at one position having a constant fluorescence, the amount of target polynucleotide can be quantified by counting the sites emitting fluorescence.
[0029]
In this fluorescence measuring apparatus, if a condensing lens and a pinhole are provided in front of the photomultiplier tube and the pinhole position is a confocal position, that is, a confocal microscope system, the position resolution and sensitivity are improved. The target polynucleotide can be detected with higher sensitivity.
(2) FIG. 7 shows one embodiment of the detection apparatus of the present invention using two types of fluorescent dyes.
[0030]
The reaction carrier is irradiated with laser light. Laser light emitted from the laser oscillators 141 and 142 is synthesized by a dichroic mirror 151 that reflects light having the wavelength of the laser light 142 and transmits light having the wavelength of the laser light source 141, and then is beamed by a beam expander including lenses 152 and 153. The diameter is expanded, the light is reflected by a ring-shaped mirror 155, condensed by a condenser lens 154, and irradiated to the reaction part of the reaction carrier. The fluorescence emitted from the labeling probe by being excited by the laser is collected by the condenser lens 154, passes through the center portion of the ring-shaped mirror 155, and further reflects the fluorescence derived from one laser beam, and The fluorescence is separated by a dichroic mirror 156 that transmits the light derived from the other laser beam. These fluorescences are picked up by the band-pass filters 157 and 158, and are picked up by the high-sensitivity CCD cameras 161 and 162 by the imaging lenses 159 and 160, respectively. The signal taken by the high-sensitivity CCD camera is processed by the image processing microprocessor 164 for each pixel to identify the fluorescence emission position on the reaction carrier. When the fluorescence emission positions of the two types of fluorescent dyes coincide with each other, it is determined that the labeled probe is hybridized with the target DNA, and this position is counted to obtain the number of molecules of the target DNA. It is considered that the labeled probe is adsorbed nonspecifically at a site where only the fluorescence derived from either one of the fluorophores is detected, and is excluded from the object of counting. In FIG. 7, reference numeral 163 denotes a camera controller, and reference numeral 165 denotes an output device.
[0031]
Note that the fluorescence detection apparatus can be a measurement apparatus having a confocal optical system, similarly to the fluorescence detection apparatus described in (2).
[0032]
[Example 4]
Detection of polynucleotide (1)
(1) In this example, DNA of bacteriophage λ was used as a target polynucleotide sample to be detected.
Then, the target polynucleotide sample was detected using two kinds of probes for the DNA of the bacteriophage λ.
[0033]
The polynucleotide serving as the first probe is a polynucleotide chain having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and for each base of the base sequence 6601 to 6875 of the DNA sequence of the target bacteriophage λ, A complementary strand of polynucleotide. The polynucleotide that serves as the second probe is a polynucleotide chain that has the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 and can bind to different sites on the DNA of the target bacteriophage λ. An amino group for immobilization on the reaction carrier is introduced at the 5 ′ end of the first probe. Biotin is bound to the 5 ′ end of the second probe and the thymine residues of Nos. 27, 57, 89, 130, and 162 for introduction of the phosphor B-phycoerythrin.
(2) {circle over (1)} The bacteriophage λ DNA, which is the target polynucleotide sample, was λDNA (derived from bacteriophage λ cI857 Sam 7) manufactured by Takara Shuzo.
(2) The polynucleotide chain used as the first probe was synthesized according to the phosphoramidide method. In the final stage of the synthesis, N-monomethoxytritylaminohex-6-oxy-β-cyanothiel-N, N-diisopropylaminophosphoamidide was reacted to introduce an amino group at the 5 ′ end.
(3) The second probe was synthesized as follows.
[0034]
The polynucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 was divided into oligonucleotides having a length of 40 to 60 bases, and each was chemically synthesized by the phosphoramidide method. At that time, in the final stage of the synthesis of the 1st to 20th polynucleotides, N-monomethoxytritylaminohexa-6-oxy-β-cyanoethyl-N, N-diisopropylaminophosphoamidide is reacted to convert the amino group to 1 Introduced at the 5 'end of the second nucleotide. In addition, in other polynucleotides, amino groups were introduced at the 5-position of uridine instead of thymidine at sites 27, 57, 89, 130 and 162 where thymidine originally remained (Formula 1) Synthesis of each polynucleotide was completed by introducing nucleotides in which the 4′-dimethoxytrityl group of the aminated thymidine was protected at the 4′-hydroxy group.
[0035]
[Chemical 1]
Figure 0003616107
[0036]
The aminated thymidine of (Formula 1) was prepared according to the method of “Geoffrey B. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA., Vol. 82, pp. 968-972, (1985)”. .
Then, each synthesized polynucleotide having an amino group was ligated using T4 ligase according to the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 to obtain a polynucleotide having 6 amino groups. The free amino group is then trifluoroacetylated and the 3 'hydroxyl group activated with chloro-N, N-diisopropylaminomethoxyphosphine, to which sulfosuccinimidyl 6- (biotinamide) hexanoate (PIERCE (IL) USA)) under the known conditions, and each amino group was biotinylated to obtain the desired biotinylated probe.
[0037]
(3) Immobilization of the first probe having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, which was aminated at the 5 'end, which was a probe for capturing the target polynucleotide, to the reaction carrier was carried out in a nitrogen stream as follows. .
First, the surface of the reaction carrier shown in Example 1 made of glass was sufficiently washed, and 3- (2-aminoethylaminopropyl) trimethoxysilane (32 mmol / L) was allowed to act on the reaction part 91, and the reaction part was subjected to amino A group was introduced. The aminosilanized reaction carrier was activated with 2.5% glutaraldehyde aqueous solution, and the parts other than the reaction part 91 were masked with a tape. Then, 10 pmol of the first probe was added to the reaction part, and the reaction was performed at room temperature for 3 hours. Reacted. Next, the tape was removed and the unreacted part was masked with 50 mM ethanolamine. This reaction carrier is a hybridization buffer comprising 0.5% SDS, 100 μg / ml carrier DNA (denatured salmon sperm DNA) 5 mg / ml bovine serum albumin, 50% formamide, 50 mM Tris · HCl containing 0.5% NaCl. Saved in.
[0038]
(4) The hybridization reaction was performed according to the following procedure using the apparatus shown in Example 2.
The concentration of bacteriophage λ DNA serving as a sample is the molar extinction coefficient = 5.18 × 10 6. 8 M -1 ・ Cm -1 As sought. Various concentrations of bacteriophage λDNA containing 100 μg / ml denatured salmon sperm DNA added as carrier DNA were placed in a container 91 and set on a container holding stage 92. The sample was heated to 95 ° C. by the heater 4 to denature the bacteriophage λDNA into a single-stranded state. Next, 10 μl of the sample in the container 1 is sucked up and set on the reaction carrier stage 9 and added to the sample addition part (described in 92 of FIG. 3) of the reaction carrier 10 prepared in (3), and the reaction carrier 10 is added to the stepping motor 11. The sample solution was introduced into the reaction part (described in 91 in FIG. 3) at an inclination of about 30 °. The sample solution was gently stirred by tilting the reaction carrier 10 every 30 seconds and putting the sample solution into and out of the reaction section. The reaction carrier stage 9 has a heater inside, and was set to 65 ° C. in this example. After 4 hours, the reaction residue was discharged using a roll-shaped filter paper 12 into the reaction residue discharge part (described in 93 of FIG. 3) of the reaction carrier 9.
[0039]
After discharging the filtrate, the biotinylated probe 1 × 10 prepared in (2) above is used. -10 mol / L to 1 × 10 -9 10 μl of mol / L was added to the reaction carrier reaction part. The operation is the same as the above sample addition method. The reaction solution was gently stirred by tilting the carrier stage in the same manner as the sample reaction. After 4 hours, the unreacted biotinylated probe residual solution was discharged by applying the filter paper 12 to the reaction residual solution discharge part (described in 93 in FIG. 3). With the filter paper still applied, the cleaning liquid nozzle 16 mounted on the Z-axis stage 15 was moved to the reaction carrier addition section, and the cleaning liquid was added using the pump 17.
[0040]
Specifically, after washing with 0.3 M citrate buffer (pH 7.0) containing 0.1% sodium dodecyl sulfate 5 mg / ml, bovine serum albumin, 0.5 M NaCl for 25 minutes, 0.1% dodecyl sulfate was further added. The plate was washed with a solution of sodium, 2 mM EDTA, 3M tetramethylammonium, tris-hydrochloric acid (pH 8.0) at 58 ° C. for 30 minutes. Next, it was washed with 0.05% Tween 20, 5 mg / ml (milliliter) bovine serum albumin, 0.15 mol / L (liter) NaCl, 0.05 mol / L (liter) phosphate buffer (pH 7.4). did.
[0041]
Next, streptavidinated B-phycoerythrin (Molecular Probes, Inc.) (concentration of about 1 × 10 9 0.05% Tween 20, 5 mg / ml bovine serum albumin, diluted with 0.05 mol / L phosphate buffer (pH 7.4) containing 0.15 M NaCl) was added. The operation method is the same as the sample addition method. After reacting at 37 ° C. for 1 hour, it was washed with 0.05% Tween 20, 5 mg / ml bovine serum albumin, 0.15 mol / L NaCl, 0.05 mol / L phosphate buffer (pH 7.4), The biotinylated probe captured on the reaction carrier was labeled with B-phycoerythrin. The bacteriophage λ DNA, which is the target polynucleotide captured on the reaction carrier by this operation, was labeled with B-phycoerythrin, which is a fluorescent substance.
[0042]
(5) In order to detect the phosphor-binding portion on the reaction carrier after the reaction, measurement was performed with the detection apparatus of Example 3 using a YAG laser (532 nm) and a photomultiplier tube capable of photon counting. The light of the laser light source 101 is expanded by the beam expander 102 and reflected by the dichroic mirror 103. In this embodiment, the detection device used is a dichroic mirror 103 that reflects light of 532 nm and transmits light of 575 nm or more by 80% or more.
[0043]
Fluorescence generated by the labeled sample on the reaction carrier is transmitted through the dichroic mirror 103, detected as a signal by the photomultiplier tube 111, processed by the microprocessor 112, and angular information from the servo motors 105 and 107. The fluorescence intensity at each position on the surface of the reaction carrier was calculated by processing in synchronization with. A calibration curve was created based on such data.
[0044]
The results are shown in FIG.
In the same manner, bacteriophage λ, which is a target polynucleotide, is captured on the reaction carrier, labeled with B-phycoerythrin, which is a fluorescent substance, and fluorescent in photon counting mode using a fluorometer as a conventional detection method. The result of measuring the strength is also indicated by ○. As a result, it was found that according to the present invention, the target polynucleotide, bacteriophage λ, can be measured with a sensitivity higher than that of the conventional method by one digit or more. That is, a high-sensitivity change due to background light removal by measuring the fluorescence measurement region divided into minute regions was confirmed.
[0045]
[Example 5]
Detection of polynucleotide (2)
(1) In this example, as in Example 4, pacteriophage λ DNA was used as the target polynucleotide sample to be detected.
Then, the target polynucleotide sample was detected using three types of probes against the DNA of the bacteriophage λ.
[0046]
As the first probe for capturing the target polynucleotide, a polynucleotide chain having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 was used as in Example 4. In addition, the polynucleotide having the base sequence shown by SEQ ID NO: 3 as the polynucleotide used as the first labeling probe has the base sequence shown by SEQ ID NO: 4 as the polynucleotide used as the second labeling probe. Polynucleotide was used. The polynucleotide used as the third labeled probe on the DNA of the target polynucleotide bacteriophage λ is a sequence adjacent to the 3 ′ end of the polynucleotide used as the second labeled probe.
[0047]
A sulforhodamine 101-like fluorophore is bound to the 5 ′ end of the polynucleotide used as the second labeling probe via a poly-T spacer. In this example, a particle polymer having a diameter of 0.02 μm and having a carboxyl group on its surface was used as such a fluorophore. Such particle polymers include Molecular Probes, INC. Carboxylate-modified Lafex red (580/605) manufactured by the same company was used. The labeling of the second probe with particles containing the sulforhodamine 101-like fluorophore was performed by the following method.
That is, in the final synthesis step of the polynucleotide, N-monomethoxytritylaminohex-6-oxy-β-cyanoethyl-N, N-diisopropylaminophosphoamidite is reacted to introduce an amino group at the 5 ′ end. The carboxyl groups of the particles were activated and bound with water-soluble carbodiimide. And after coupling | bonding, the unreacted carboxyl group was reproduce | regenerated under weak alkali conditions.
[0048]
A fluorescein-like fluorophore is bound to the 3 ′ end of the polynucleotide used as the third labeling probe via a poly-T spacer. In this example, a particle polymer having a carboxyl group on the surface having a diameter of 0.02 μm containing the fluorescent dye was used. Examples of such particle polymers include Molecular Probes, INC. Carboxylate-modified Latex Yellow-green (490/515) manufactured by the company was used. And the label | marker of the 3rd probe by the particle | grains containing the said fluorescein fluorophore was performed with the following method. That is, after synthesis of the polynucleotide, Larry E. described in Analytical Biochemistry. According to the method of Morrison et al. (Larry E. Morrison et al., Analytical Biochemistry, 183, pp. 231-244 (1989)), 8- (6-aminohexyl) aminoadenosine was bound using terminal deoxynucleotidyl transferase. Then, an amino group was introduced at the 3 ′ end of the polynucleotide, and this was combined with a particle polymer in which the carboxyl group was activated with water-soluble carbodiimide, to introduce the fluorophore. And after coupling | bonding, the unreacted carboxyl group was reproduce | regenerated under weak alkali conditions.
[0049]
These prepared second and third labeled probes were suspended and stored in the same pH 7 hybridization buffer as in Example 4 containing 0.05% SDS and 100 μg / ml carrier DNA (denatured salmon sperm DNA).
(2) The hybridization reaction was performed according to the method described in Example 4 using the apparatus shown in Example 2. The second and third labeled probes were mixed in advance and added simultaneously by a single pipetting operation.
[0050]
(3) The position of the fluorescent probe captured on the surface of the reaction carrier was measured with the detection device described in Example 3 (2).
The laser light emitted from the laser oscillators 141 and 142 is synthesized by a dichroic mirror 151 that reflects 488 nm light and transmits 590 nm light, and then expands the beam diameter with a beam expander comprising lenses 152 and 153, thereby producing a ring-shaped laser beam. The light is reflected by the mirror 155, condensed by the condenser lens 154, and irradiated to the reaction part of the reaction carrier. In the present invention, a variable wavelength dye laser (wavelength 590 nm) excited by an Ar laser and an Ar laser (wavelength 488 nm) were used as lasers. Fluorescence emitted from the labeled probe by being excited by the laser is collected by the condensing lens 154, passes through the central portion of the ring-shaped mirror 155, reflects 510 nm light, and transmits 610 nm light. A dichroic mirror 156 was used to separate fluorescence derived from a fluorescein-like fluorophore and fluorescence derived from a sulforhodamine 101-like fluorophore. These fluorescences were extracted by the bandpass filters 157 and 158, respectively, and imaged by the high sensitivity CCD cameras 161 and 162 by the imaging lenses 159 and 160, respectively. The signal captured by the high-sensitivity CCD camera was processed for each pixel by the image processing microprocessor 164 to identify the fluorescence emission position on the reaction carrier. Each pixel corresponds to about 350 nm square on the surface of the reaction carrier. If the fluorescence emission position derived from the fluorescein-like fluorophore coincides with the fluorescence emission position derived from the sulforhodamine 101-like fluorophore, it is judged that the labeled probe is hybridized to the target DNA, and this position is counted and the target DNA is counted. The number of molecules. It was considered that the labeled probe was adsorbed nonspecifically at the site where only the fluorescence derived from either one of the fluorophores was detected, and was excluded from the target of counting.
[0051]
The results of measuring the amount of bacteriophage λ at various concentrations based on the above method are shown in FIG. Here, ● indicates only when two types of fluorescent probes are detected at the same position. According to the present invention, it can be seen that bacteriophage λ can be detected with high sensitivity. In addition, (circle) capture | acquires bacteriophage (lambda) which is a target polynucleotide on a reaction support | carrier by the same operation, labels with sulforhodamine 101-like fluorophore and fluororescein-like fluorophore, and is a conventional fluorophore which is a detection amount It is a result of setting the fluorescence intensity in the photon counting mode.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is no need for radioisotope labeling, high sensitivity, high accuracy, quantitative measurement is possible, and a large amount of measurement samples per unit time can be obtained by automation. A polynucleotide detection method capable of examining a specimen, and a detection apparatus using the method are provided.
[Sequence Listing]
SEQ ID NO: 1
Sequence length: 275
Sequence type: Nucleic acid
Number of chains: 1 strand
Topology: Linear
Sequence type: other sequences Synthetic polynucleotides containing other structures
Sequence features: 1 NH 2 (CH 2 ) 6 Addition
Figure 0003616107
SEQ ID NO: 2
Sequence length: 200
Sequence type: Nucleic acid
Number of chains: 1 strand
Topology: Linear
Sequence type: other sequences Synthetic polynucleotides containing other structures
Sequence characteristics: 27, 57, 89, 130, 162 Biotin addition
Figure 0003616107
SEQ ID NO: 3
Sequence length: 65
Sequence type: Nucleic acid
Number of chains: 1 strand
Topology: Linear
Sequence type: other sequences Synthetic polynucleotides containing other structures
Sequence Features: 1 Particles containing sulforhodamine 101-like fluorophore
Figure 0003616107
SEQ ID NO: 4
Sequence length: 65
Sequence type: Nucleic acid
Number of chains: 1 strand
Topology: Linear
Sequence type: other sequences Synthetic polynucleotides containing other structures
Sequence features: 1 particle containing fluorescein-like fluorophore
Figure 0003616107

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a conventional fluorescence measurement method and a fluorescence measurement method based on the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of the reaction of the method according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of the reaction carrier of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of the reaction apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram of the measurement apparatus of the present invention.
6 is a measurement result according to Example 1. FIG.
FIG. 7 is a conceptual diagram of the measurement apparatus of the present invention using two types of fluorescent dyes.
8 is a measurement result according to Example 2. FIG.

Claims (3)

反応担体に固定した標的ポリヌクレオチドと、該標的ポリヌクレオチドと相補的であり異なる蛍光体で各々標識された複数種類の標識プローブとをハイブリダイゼーションさせて、前記標的ポリヌクレオチドとハイブリダイゼーションした前記標識プローブを検出するポリヌクレオチド検出方法であって、前記反応担体の表面を微小領域に分割計測して、該微小領域毎に前記異なる蛍光体に由来する蛍光の蛍光強度を検出することを特徴とするポリヌクレオチド検出方法。 The labeled probe that is hybridized with a target polynucleotide immobilized on a reaction carrier and a plurality of types of labeled probes that are complementary to the target polynucleotide and labeled with different fluorescent substances, respectively. a polynucleotide detection method of detecting, poly and detecting the fluorescence intensity of the fluorescence which the surface of the reaction carrier by dividing measured minute regions, derived from the different phosphors in each fine small area Nucleotide detection method. 前記複数種類の標識プローブと前記標的ポリヌクレオチドとのハイブリダイゼーション体の前記異なる蛍光体間の距離が2000塩基長以内であることを特徴とする請求項1に記載のポリヌクレオチド検出方法。The polynucleotide detection method according to claim 1, wherein the distance between the different fluorescent substances in the hybrid of the plurality of types of labeled probes and the target polynucleotide is within 2000 base length. 前記蛍光体に由来する蛍光の蛍光強度を検出し、一定の蛍光強度の蛍光を発する微小領域の数を計数することにより、前記標的ポリヌクレオチドの量を定量することを特徴とする請求項1に記載のポリヌクレオチド検出方法。The amount of the target polynucleotide is quantified by detecting the fluorescence intensity of the fluorescence derived from the phosphor and counting the number of minute regions emitting fluorescence with a certain fluorescence intensity. The polynucleotide detection method as described.
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