JP3963422B2 - Nucleic acid measurement method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、標的核酸の濃度を測定する方法に関する。詳しくは蛍光色素で標識された核酸プローブを用いて、各種核酸の濃度の各種測定方法において、3’末端または5’末端が蛍光色素で標識され、かつオリゴリボヌクレオチドとオリゴデオキシリボヌクレオチドを含むキメリックオリゴヌクレオチド( chimeric oligonucleotide )からなる核酸プローブを用い、当該プローブと標的核酸とのハイブリダイゼーション前に、ハイブリダイゼーション反応系に、ハイブリダイゼーション効率を上げるためのヘルパープローブを添加し、ハイブリダイゼーション反応を行い、ハイブリダイゼーション前後の蛍光強度を測定する標的核酸の濃度の測定方法に係る。
【0002】
【従来の技術】
従来、蛍光色素で標識された核酸プローブを用いて核酸濃度を測定する各種方法が知られている。該方法には、以下のようなものがある。
(1)ドットブロッテング法
この方法は、標的核酸と蛍光色素で標識された核酸プローブをメンブラン上でハイブリダイズさせた後、未反応の核酸プローブを洗い流し、標的核酸とハイブリダイズした核酸プローブに標識された蛍光色素分子のみの蛍光強度を測定するものである。
【0003】
(2)インターカレーター方法(Glazer et al., Nature 359:959,1992)
この方法は、インターカレーターと称されるある種の蛍光色素が核酸の二重鎖内にはまりこんだときに、強く発光するのでその発光の増加量を測定する方法である。その蛍光色素として、例えば、エチジウムブロマイド(実験医学、15巻、7号、46〜51ページ、1997年、羊土社)、SYBR R グリーン(Green) I(LightCyclerTM System;1999年4月5日、ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社発行のパンフレット)を挙げることができる。
【0004】
(3)FRET(fluorescence energy transfer)を利用する方法(Mergney et al., Nucleic Acid Res., 22: 920-928,1994.)
この方法は、標的核酸に二つの核酸プローブをハイブリダイズさせることからなる。二つの核酸プローブは、各々異なった蛍光色素で標識されている。二つのプローブの内の一方の蛍光色素は、FRET現象を通して、エネルギーを他方のプローブの蛍光色素に送りこれを発光させることができる。二つのプローブは、蛍光色素が向き合うように、かつ1〜9塩基離れてハイブリダイズするように設計されている。それで、二つの核酸プローブが標的核酸にハイブリダイズすると後者の蛍光色素の発光が起こり、発光の強さが標的核酸の複製量に比例する。
【0005】
(4)分子ビーコン方法(Tyagi et al., Nature Biotech.,14:303-308,1996.)
この方法で使用する核酸プローブは、核酸プローブの一端にレポーター色素、他端にクエンチャー色素が標識さている。そしてその両端部は塩基配列において互いに相補性があるので、プローブ全体としてヘアーピン構造(hairpin stem)を形成するように塩基配列が設計されている。その構造のために液中に浮遊している状態では、Forster共鳴エネルギーのため、レポーター色素の発光は、クエンチャー色素により抑制されている。しかし、標的核酸にハイブリダイズするとヘアーピン構造が壊れるために、レポーター色素とクエンチャー色素の距離が大きくなるので、Forster共鳴エネルギーの移動が起こらなくなる。そのために、レポーター色素の発光が起こるようになる。
【0006】
(5)デービスの方法(Davis et al.、 Nucleic acids Res.24: 702-706、1996)
デービスは、オリゴヌクレオチドの3’末端に蛍光色素を、炭素原子18個を有するスペサーを介して結合したプローブを作成した。これをフローサイトメトリーに適用した。3’末端に蛍光色素を直接に結合した場合より、ハイブリダイズした場合、10倍の蛍光強度が得られることを報告した。
これらの方法は、核酸の各種測定方法、FISH方法(fluorescent in situ hybridization assays)、PCR方法、LCR方法(ligase chain reaction)、SD方法( strand displacement assays)、競合的ハイブリダイゼーション方法(competitive hybridization)などに適用されてめざましい発展をとげている。
【0007】
これらの方法は、現在一般的に使用されいるが、蛍光色素で標識した核酸プローブと標的核酸のハイブリダイゼーション反応を行った後、ハイブリダイズしなかった当該核酸プローブを反応系から洗い流す必要があるという好ましくない手順を有している。このような手順を除くと測定時間の短縮、測定の簡便性、測定の正確性をもたらすことは明らかである。そこで、このような手順を有さない核酸測定方法の開発が望まれていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前記の状況に鑑み、蛍光色素で標識された核酸プローブを用いる標的核酸濃度の測定方法において、より短時間に、より簡便、より正確に標的核酸の濃度を測定できる方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するにあたり、核酸プローブを用いた核酸の濃度を測定する方法について検討を重ねた。その結果、蛍光色素で標識された核酸プローブが標的核酸にハイブリダイズしたときに、蛍光色素の発光が減少するという現象(蛍光消光現象)があり、特定の色素においてはその減少が顕著であり、特にその減少の程度は、蛍光色素が結合した部分の塩基の種類又は塩基配列に依存するということを発見した。又、当該測定方法において、3’末端塩基がGまたはCで、かつ3’末端の3’位炭素のOH基を、または5’末端塩基がGまたはCで、かつ5’末端のリン酸基、もしくは、5’末端のリン酸基をホスファターゼ処理し、5’位の炭素OH基を、蛍光色素で標識し、かつオリゴリボヌクレオチドとオリゴデオキシリボヌクレオチドを含むキメリックオリゴヌクレオチド( chimeric oligonucleotide )からなる核酸プローブと標的核酸とのハイブリダイゼーション前に、ハイブリダイゼーション反応系に、ハイブリダイゼーション効率を上げるためのヘルパープローブを添加し、ハイブリダイゼーション反応を行うと、当該ハイブリダイゼーション効率が上がるために、より短時間に、より簡便、より正確に標的核酸の濃度を測定できるということを発見した。本発明はかかる発見に基づいて完成されたものである。
【0010】
即ち、本発明は、
1)6-joe、BODIPY TMR、BODIPY FL、BODIPY FL/C3、Alexa 488、Alexa 532の何れかの蛍光色素で標識された核酸プローブにおいて、3’末端塩基がGまたはCで、かつ3’末端の3’位炭素のOH基、または、5’末端塩基がGまたはCで、かつ5’末端のリン酸基、もしくは、5’末端のリン酸基をホスファターゼ処理し、5’位の炭素OH基を、蛍光色素で標識し、オリゴヌクレオチドとして、オリゴリボヌクレオチドとオリゴデオキシリボヌクレオチドを含むキメリックオリゴヌクレオチド(chimeric oligonucleotide)からなり、標的核酸にハイブリダイゼーションしたときに、当該末端部分においてハイブリダイゼーションの塩基対がG(グアニン)とC(シトシン)のペアーを少なくとも一対以上形成するように、当該プローブの塩基配列が設計され、標的核酸にハイブリダイゼーションしたときに、標識された蛍光色素が、その発光を減少させる核酸プローブ、又は、前記核酸プローブが、単数若しくは複数のリボースの2’位の炭素が化学的に修飾された2’−O−メチルオリゴヌクレオチド、2’−O−エチルオリゴヌクレオチド、2’−O−ブチルオリゴヌクレオチド、2’−O−エチレンオリゴヌクレオチド、又は2’−O−ベンジルオリゴヌクレオチドをその鎖中に介在させるものである核酸プローブを、標的核酸にハイブリダイゼーションさせる前に、ハイブリダイゼーション反応系に、前記核酸プローブのハイブリダイゼーション配列領域へのハイブリダイゼーション効率を更にあげるための、オリゴヌクレオチドとしてデオキシリボヌクレオチドで構成されているヘルパープローブ、または、オリゴヌクレオチドとして、オリゴリボヌクレオチドからなるヘルパープローブがリボースの2’位の炭素が化学的に修飾された2’−O−メチルオリゴヌクレオチド、2’−O−エチルオリゴヌクレオチド、2’−O−ブチルオリゴヌクレオチド、2’−O−エチレンオリゴヌクレオチド、又は2’−O−ベンジルオリゴヌクレオチドをその鎖中に介在させるヘルパープローブを添加し(但し、「リボースの2’位の炭素が化学的に修飾されていない前記の核酸プローブとリボースの2’位の炭素が化学的に修飾されていない前記のヘルパープローブの組合せ」、又は、「プローブとヘルパーオリゴヌクレオチドが、ジホスフェートエステル骨格、アルキル又はアリールホスフェートエステル骨格を有するDNAの組合せ」を除く。)、前記核酸プローブを標的核酸にハイブリダイゼーションさせ、ハイブリダイゼーション前後における蛍光色素の発光の減少量を測定することを特徴とする標的核酸の濃度の測定方法、または、
【0011】
2)前記標的核酸がRNAである前記1)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
【0012】
3)80〜100℃、1〜15分で加熱処理後、核酸プローブと標的核酸をハイブリダイゼーションさせる前記)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
4)前記ヘルパープローブがセルロモナスsp.KYM−7株の16SrRNAにハイブリダイズするものであり、かつその塩基配列が(5’)TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A(3’)又は(5’)CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT(3’)であり、前記核酸プローブがセルロモナスsp.のrRNA測定のためのものであり、かつその塩基配列が、(5’)CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC(3’)又はアグロバクテリウムsp.のrRNA測定のためのものであり、かつその塩基配列が(5’)CATCCCCACC TTCCTCTCGG CTTATCACCG GCAGTC(3’)である前記)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
【0013】
5)前記塩基配列(5’)TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A(3’)が、その中央8塩基分(5’末端から数えて9塩基〜16塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したオリゴリボヌクレオチド体である前記)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
【0014】
6)前記塩基配列(5’)CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT(3’)が、その中央8塩基分(5’末端から数えて9塩基〜16塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したオリゴリボヌクレオチド体である前記)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
7)前記塩基配列(5’)CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC(3’)が、その中央8塩基分(5’末端から数えて17塩基〜24塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したオリゴリボヌクレオチド体である前記)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
【0015】
8)前記塩基配列(5’)CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC(3’)がその中央塩基分(5’末端から数えて17塩基〜2塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したオリゴリボヌクレオチド体である前記)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
【0016】
9)前記核酸プローブは、標的核酸にハイブリダイゼーションしたとき、当該プローブにハイブリダイゼーションした標的核酸の末端塩基から1塩基離れて、標的核酸の塩基配列にG(グアニン)が1塩基存在するように、当該プローブの塩基配列が設計されている前記)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
10)前記核酸プローブが、3’末端のリボース若しくはデオキシリボースの3’炭素の水酸基がリン酸化されている前記1)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
11)標的核酸が蛍光色素で標識された核酸プローブとハイブリダイズした後の反応系の蛍光強度値を、そのように形成されたプローブ−核酸ハイブリッド複合体が解離した後で得られる反応系の蛍光強度値により補正する前記1)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
【0017】
12)標的核酸が、純粋分離して得た微生物由来、又は動物由来である前記1)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、または、
13)標的核酸が、複合微生物系、又は共生微生物系の細胞内若しくは細胞のホモジネートに含まれる核酸である前記1)に記載の標的核酸の濃度の測定方法、
を提供する。
【0037】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
本発明の第一の特徴は、蛍光色素で標識された核酸プローブを用いる標的核酸の濃度を測定する方法において、当該核酸プローブが標的核酸にハイブリダイズしたときに生ずる、ハイブリダイゼーション前後における蛍光色素の発光の減少量を測定することにある。
本発明において、プローブ−核酸ハイブリッド複合体とは、本発明の蛍光色素で標識された核酸プローブが標的核酸とハイブリダイズした状態のもの(複合体)のことを云う。そして簡便化のために、以下、核酸ハイブリッド複合体と略称する。
蛍光色素−核酸複合体とは、蛍光色素が標的核酸と結合した複合体のことを云う。例えば、2重鎖核酸内にインターカレターが結合した状態ものを挙げることができる。
また、本発明において、DNA、RNA、cDNA、mRNA、rRNA、XTPs、dXTPs、NTPs、dNTPs、核酸プローブ、ヘルパー核酸プローブ(又は核酸ヘルパープローブ、又は単にヘルパープローブ)、ハイブリダイズ、ハイブリダイゼーション、インターカレーター、プライマー、アニーリング、伸長反応、熱変性反応、核酸融解曲線、PCR、RT−PCR、RNA−primed PCR、Stretch PCR、逆PCR、Alu配列を利用したPCR、多重PCR、混合プライマーを用いたPCR、PNAを用いたPCR法、ハイブリダイゼーションアッセイ方法(hybridization assays)、FISH(fluorescent in situ hybridization assays)方法、PCR方法(polymerase chain assays )、LCR方法(ligase chain reaction)、 SD方法(strand displacement assays)、競合的ハイブリダイゼーション方法( competitive hybridization)、DNAチップ、核酸検出用(遺伝子検出用)デバイス,SNP(スニップ:一塩基置換多型)、複合微生物系等の用語は、現在、分子生物学、遺伝子工学、微生物工学等で一般的に使用されている用語と同じ意味である。
【0038】
本発明において標的核酸の濃度を測定するとは、測定系の単数種若しくは複数種の核酸について、濃度を定量をすること、定量的検出をすること、単なる検出をすること、または、多型・変異などの解析をすることなどを云う。なお、複数種の核酸の場合は、同時に複数種の核酸の定量的検出、同時に複数種の核酸の単なる検出、または、同時に複数種の核酸の多型・変異などの解析をすることなどは、当然本発明の技術的範囲内のものである。
標的核酸濃度測定用デバイスとは各種のDNAチップなどのことをいう。その具体例としては、とりもなおさず各種のDNAチップを挙げることができる。本発明においては本発明の核酸プローブが適用できるならば、どのような形式のDNAチップでもよい。
蛍光色素で標識された核酸プローブ(以下、単に本発明の核酸プローブ又は本発明のプローブという。)を用いて、標的核酸の濃度を測定する方法(以下、簡便化のために、単に核酸測定方法という。)とは、ハイブリダイゼーション方法(hybridization assays)、FISH方法(fluorescent in situ hybridization assays)、PCR方法(polymerase chain assays)、LCR方法(ligase chain reaction)、SD方法(strand displacement assays)、 競合的ハイブリダイゼーション方法(competitive hybridization)などの方法により標的核酸の濃度を測定することをいう。
【0039】
従来、これらの方法では、蛍光色素で標識された核酸プローブを加えた後、標的核酸にハイブリダイズしなかった未反応の当該核酸プローブの蛍光色素を測定系から洗浄等の方法で除去し、標的核酸にハイブリダイズした当該核酸プローブに標識された蛍光色素を当該プローブから直接的に、又は当該プローブに間接的な手段を施して(例えば、酵素を作用させたりして)、発光させて、その発光量を測定する方法である。本発明は、これらの方法においてこのような複雑な操作をしないで目的核酸を測定することに特徴がある。
【0040】
本発明において標的核酸とは、濃度の測定を目的とする核酸若しくは遺伝子のことを云う。精製の有無を問わない。また、濃度の大小も問わない。各種の核酸が混在していてもよい。例えば、複合微生物系(複数微生物のRNA若しくは遺伝子DNAの混在系)又は共生微生物系(複数の動植物及び/又は複数の微生物のRNA若しくは遺伝子DNAの混在系)における濃度の測定を目的とする特定核酸である。尚、標的核酸の精製が必要な場合は従来公知の方法で行うことができる。例えば、市販されている精製キット等を使用して行うことができる。上記の核酸の具体例として、DNA、RNA、PNA、オリゴデオキシリボヌクレオチド(oligodeoxyribonucleotides)、オリゴリボヌクレオチド(oligoribonucleotides)等、また、前記核酸の化学的修飾核酸を挙げることができる。化学的修飾核酸として2'-O-メチル(Me)RNA等を例示することができる。
【0041】
本発明において蛍光色素は、一般に核酸プローブに標識して、核酸の測定・検出に用いられるものが便利に使用できるが、蛍光色素で標識された核酸プローブが標的核酸にハイブリダイズしたときに、プローブに標識した当該蛍光色素が、その発光を減少させるものが好適に用いられる。例えば、フルオレセイン(fluorescein)又はその誘導体類{例えば、フルオレセインイソチオシアネート(fluorescein isothiocyanate)(FITC)若しくはその誘導体等、Alexa 488、Alexa 532、 cy3、 cy5、 EDANS(5-(2'-aminoethyl)amino-1-naphthalene sulfonic acid)}、ローダミン(rhodamine)6G(R6G)又はその誘導体(例えば、テトラメチルローダミン(teramethylrhodamine)(TMR)、テトラメチルローダミンイソチオシアネート(tetramethylrhodamine isothiocyanate)(TMRITC)、x−ローダミン(x-rhodamine)、テキサスレッド(Texas red)、ボデピー(BODIPY)FL(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、ボデピー(BODIPY)FL/C3(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、ボデピー(BODIPY)FL/C6(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、ボデピー(BODIPY)5-FAM(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、ボデピー(BODIPY)TMR(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、又はその誘導体(例えば、ボデピー(BODIPY)TR(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、デピー(BODIPY)R6G(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、ボデピー(BODIPY)564(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、ボデピー(BODIPY)581(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)等を挙げることができる。これらの中でも、FITC、EDANS、6-joe、TMR、Alexa 488、Alexa 532、ボデピー(BODIPY) FL/C3(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、ボデピー(BODIPY) FL/C6(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)等を好適なものとして、また、FITC、TMR、6-jeo、ボデピー(BODIPY) FL/C3(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)、ボデピー(BODIPY) FL/C6(商標名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国)をより好適なものとして挙げることができる。
【0042】
標的核酸にハイブリダイズさせる本発明の核酸プローブは、オリゴデオキシリボヌクレオチドで構成されていてもよいし、オリゴリボヌクレオチドで構成されていてもよい。また、それらの両方を含むキメリックオリゴヌクレオチド(chimeric oligonucleodite)でもよい。それらのオリゴヌクレオチドは化学的修飾を受けたものでもよい。化学的修飾を受けたオリゴヌクレオチドをキメリックオリゴヌクレオチドの鎖中に介在させてもよい。
【0043】
前記の化学的修飾を受けたオリゴヌクレオチドの修飾部位として、オリゴヌクレオチド末端部の末端水酸基若しくは末端リン酸基、インターヌクレオシドリン酸部位、ピリミジン環の5位の炭素、ヌクレオシドの糖(リボース若しくはデオキシリボース)部位を挙げることができる。好適にはリボース若しくはデオキシリボース部位を挙げることができる。具体的には、2'-O-アルキルオリゴリボヌクレオチド(2'-O-alkyloligoribonucleotides)(以下、2'-O-を2-O-に略記する。)、2-O-アルキレンオリゴリボヌクレオチド(2-o-alkyleneoligoribonucleotides)、 2-O-ベンジルオリゴリボヌクレオチド(2-o-benzyloligoribonucleotides)を例示することができる。当該オリゴヌクレオチドは、オリゴリボヌクレオチドの任意の位置の単数若しくは複数のリボースの2’位炭素のOH基がアルキル基、アルキレン基若しくはベンジル基で修飾(エーテル結合で)されているものである。本発明においては、好適には、2-O-アルキルオリゴリボヌクレオチドのなかでも、2-O-メチルオリゴリボヌクレオチド、2-O-エチルオリゴリボヌクレオチド、2-O-ブチルオリゴリボヌクレオチド、2-O-ベンジルオリゴリボヌクレオチドが、2-O-アルキレンオリゴリボヌクレオチドの中では、2-O-エチレンオリゴリボクレオチドが、及び2-O-ベンジルオリゴリボヌクレオチドが、特に好適には、2-O-メチルオリゴリボヌクレオチド(以下、単に2-O-Meオリゴリボヌクレオチドと略記する。)が用いられる。このような化学的修飾を、オリゴヌクレオチドに施すことにより、標的核酸との親和性が高まり、本発明の核酸プローブのハイブリダイゼーション効率が向上する。ハイブリダイゼーション効率が高まると、本発明の核酸プローブの蛍光色素の蛍光強度の減少率が更に向上するので、標的核酸の濃度の測定が精度が更に向上する。
なお、本発明において、オリゴヌクレオチドなる用語は、オリゴデオキシリボヌクレオチド又はオリゴリボヌクレオチド若しくはその双方を意味するもので、それらを総称するものとする。
2-O-アルキルオリゴリボヌクレオチド、2-O-アルキレンオリゴリボヌクレオチド、2-O-ベンジルオリゴリボヌクレオチドは、公知の方法(Nucleic Acids Research、 26巻、2224〜2229ページ、1998年)で合成できる。また、GENSET(株式会社)(フランス)が委託合成を行っているので、容易に入手できる。本発明者らは当該会社に当該化合物の合成を委託して実験を行って、本発明を完成した。
【0044】
尚、2-O-メチルオリゴリボヌクレオチド(以下、単に2-O-Meオリゴリボヌクレオチドという。)のような修飾されたRNAをオリゴデオキシリボヌクレオチドの中に介在させた本発明の核酸プローブは主にRNA特にrRNAの測定に用いると好ましい結果が得られる。
本発明の核酸プローブを使用してRNAを測定する場合、当該プローブとハイブリダイズさせる前に、試料であるRNA溶液を、80〜100℃、好ましくは90〜100℃、最適には93〜97℃で、1〜15分間、好ましくは2〜10分間、最適には3〜7分間、加熱処理してRNAの高次構造を破壊することがハイブリダイゼーション効率を向上させるのに好適である。
【0045】
更に、本発明の核酸プローブの、ハイブリダイゼーション配列領域へのハイブリダイゼーション効率を更に上げるためにヘルパープローブ(helper probe)をハイブリダイゼーション反応溶液に添加することが好適である。この場合、ヘルパープローブのオリゴヌクレオチドはオリゴデオキシリボヌクレオチド、オリゴリボヌクレオチドでも、また、前記と同様な化学的修飾を受けたオリゴヌクレオチドでもよい。前記のオリゴヌクレオチドの一例として、フォワード(forward)型として(5')TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A (3')、バックワード(back ward)型若しくはリバース(reverse ward)型として(5')CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT(3')なる塩基配列のものを挙げることができる。化学的修飾を受けたオリゴヌクレオチドの好適な例として、2-O-アルキルオリゴリボヌクレオチド、特に2-O-Meオリゴリボヌクレオチドを例示できる。
本発明の核酸プローブの塩基鎖が35塩基以下の場合、ヘルパープローブの利用は、特に効果的である。35塩基鎖を超える本発明の核酸プローブを使用する場合は、標的のRNAを熱変性するだけでよい場合もある。
前記のようにして、本発明の核酸プローブをRNAにハイブリダイズさせると、ハイブリダイゼーション効率が高まるので反応液中のRNAの量に応じて蛍光強度が減少し、最終RNA濃度が約150pMまでRNAを測定できるようになる。
かくして、本発明は、本発明の核酸プローブを含有若しくは付帯する、標的核酸の濃度を測定する測定キットに前記のヘルパープローブを含有、付帯させるなる、標的核酸の濃度を測定する測定キットでもある。
【0046】
核酸プローブを用いる従来のハイブリダイゼーション方法によるRNAの測定において、核酸プローブとしてオリゴデオキシリボヌクレオチド体又はオリゴリボヌクレオチド体が用いられてきた。RNAはそれ自体が強固な高次構造をとるため、プローブと標的RNAとのハイブリダイゼーション効率が悪く、定量性に乏しかった。そのために、RNAを変性させた後、メンブランに固定してからハイブリダイゼーション反応を行うという繁雑性を従来方法は有していた。これに対して、前記の本発明方法は、RNAの特定構造部と高い親和性を有するリボース部修飾核酸プローブを用いているので、従来方法に較べて高い温度でハイブリダイゼーション反応を行うことができる。それで、RNAの高次構造の前記悪影響は、前処理としての加熱変性処理、ヘルパープローブの併用だけで克服可能である。これにより本発明方法においてハイブリダイゼーション効率は実質的に100%になり、定量性が向上する。また、従来方法に較べて格段に簡便になる。
【0047】
本発明のプローブの塩基数は5〜50であり、好ましくは10〜25、特に好ましくは15〜20である。50を超える場合は、FISH方法に用いたとき細胞膜の透過性が悪くなり、本発明の適用範囲を狭めることになる。5未満の場合は、非特異的ハイブリダイゼーションが惹起し易くなり、測定誤差が大きくなる。
【0048】
そのプローブの塩基配列は、標的核酸に特異的にハイブリダイズするものであればよく、特に限定されない。好ましくは、蛍光色素で標識された核酸プローブが標的核酸にハイブリダイズしたとき、
(1)当該プローブにハイブリダイズした標的核酸の末端塩基部から1ないし3塩基離れて、標的核酸の塩基配列にG(グアニン)がすくなとも1塩基以上存在するように、当該プローブの塩基配列が設計されいる塩基配列、
(2)当該プローブの末端部分において核酸ハイブリッド複合体の複数の塩基対が少なくとも1対のG(グアニン)とC(シトシン)のペアーを形成するように、当該プローブの塩基配列が設計されている塩基配列、が好ましい。
【0049】
本発明の核酸プローブのオリゴヌクレオチドは、通常の一般的オリゴヌクレオチドの製造方法で製造できる。例えば、化学合成法、プラスミドベクター、ファージベクター等を使用する微生物法等で製造できる(Tetrahedron letters、 22巻、 1859〜1862頁、 1981年; Nucleic acids Research、 14巻、6227〜6245頁、1986年)。尚、現在、市販されている核酸合成機を使用するのが好適である(例えば、ABI394(Perkin Elmer社製、USA))。
【0050】
オリゴヌクレオチドに蛍光色素を標識するには、従来公知の標識法のうちの所望のものを利用することができる(Nature Biotechnology、 14巻、 303〜308頁、 1996年; Applied and Environmental Microbiology、 63巻、 1143〜 1147頁、 1997年; Nucleic acids Research、 24巻、 4532〜4535頁、 1996年)。例えば、5´末端に蛍光色素分子を結合させる場合は、先ず、常法に従って5´末端のリン酸基にスペーサーとして、例えば、-(CH2)n-SHを導入する。これらの導入体は市販されているので市販品を購入してもよい(メドランド・サーテイファイド・レージント・カンパニー(Midland Certified Reagent Company))。この場合、nは3〜8、好ましくは6である。このスペーサーにSH基反応性を有する蛍光色素又はその誘導体を結合させることにより標識したオリゴヌクレオチドを合成できる。このようにして合成された蛍光色素で標識されたオリゴヌクレオチドは、逆相等のクロマトグラフィー等で精製して本発明の核酸プローブとすることができる。
【0051】
また、オリゴヌクレオチドの3’末端に蛍光色素を結合させることもできる。この場合は、リボース又はデオキシリボースの3’位CのOH基にスペーサーとして、例えば、-(CH2)n-NH2を導入する。これらの導入体も前記と同様にして市販されているので市販品を購入してもよい(メドランド・サーテイファイフド・レージント・カンパニー(Midland Certified Reagent Company))。また、リン酸基を導入して、リン酸基のOH基にスペサーとして、例えば、-(CH2)n-SHを導入する。これらの場合、nは3〜8、好ましくは4〜7である。このスペーサーにアミノ基、SH基に反応性を有する蛍光色素又はその誘導体を結合させることにより標識したオリゴヌクレオチドを合成できる。このようにして合成された蛍光色素で標識されたオリゴヌクレオチドは、逆相等のクロマトグラフィー等で精製して本発明の核酸プローブとすることができる。このアミノ基を導入する場合、キット試薬(例えば、Uni-link aminomodifier(CLONTECH社製、米国)、フルオ・リポターキット(FluoReporter Kit) F-6082、 F-6083、 F-6084、 F-10220(いずれもモレクキュラー・プローベ(Molecular Probes)社製、米国))を用いるのが便利である。そして、常法に従って当該オリゴリボヌクレオチドに蛍光色素分子を結合させることができる。また、プローブ核酸の鎖内に蛍光色素分子を導入することも可能である(ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 225, 32-38頁(1998年))。
【0052】
以上のようにして本発明の核酸プローブが調製できるが、好ましいプローブの形態は、3’又は5’末端が蛍光色素が標識されたものであり、その標識されている末端の塩基がG又はCであるものである。5’末端が標識され、3’末端が標識されていない場合、3’末端のリボース又はデオキシリボースの3’位炭素のOH基をリン酸基等、また3’末端のリボースの2’位炭素のOH基をリン酸基等で修飾してもよく何ら制限されない。
【0053】
本発明の核酸プローブは、単に核酸測定だけでなく、標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析若しくは測定する方法に好適に利用できる。特に標的核酸濃度測定用デバイス{DNAチップ(蛋白質 核酸 酵素、43巻、2004〜2011ページ、1998年)}に応用することによりより便利な標的核酸濃度測定用デバイスを提供する。また、当該デバイスを用いて標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析若しくは測定する方法は極めて便利な方法である。すなわち、本発明の核酸プローブとのハイブリダイゼーションにおいて、GCペアーを形成するかどうかにより、蛍光強度が変化する。それで、本発明の核酸プローブを標的核酸にハイブリダイズさせ、発光強度を測定することにより、標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析若しくは測定することができる。具体的方法は、実施例14、15に記した。この場合、標的核酸は各種の核酸増幅方法のうちの一つの方法により増幅された増幅物でもよいし、抽出されたものでもよい。また標的核酸はその種類を問わない。ただ、鎖中又は末端にグアニン塩基又はシトシン塩基が存在しておればよい。鎖中又は末端にグアニン塩基又はシトシン塩基が存在しないと蛍光強度が減少しない。よって、本発明方法により、G→A、G←A、 C→T、C←T、G→C、G←Cの変異、又は置換、すなわち、1塩基多型(single nucleotide polymorphism (SNP))などの多型(polymorphism )等を解析若しくは測定することができる。なお、現在、多型分析は、マキサム・ギルバート(Maxam-Gilbert)法、ジデオキシ(dideoxy)法を用いて標的核酸の塩基配列を決定することにより行われているのが現状である。
【0054】
それで、本発明の核酸プローブを標的核酸の多型(polymorphism)及び変異(mutation)を解析若しくは測定する測定キットに含有させることにより、標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析若しくは測定する測定キットとして好適に使用することができる。
【0055】
本発明の標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析若しくは測定する方法により得られるデータを解析する場合に、標的核酸が本発明の核酸プローブとハイブリダイズしたときの反応系の蛍光強度値を、前記のものがハイブリダイズしていないときの反応系の蛍光強度値により補正する処理過程を設けると、処理されたデータは信頼性の高いものになる。
それで本発明は、標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析若しくは測定する方法のためのデータ解析方法を提供する。
【0056】
また、本発明の特徴は、標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析若しくは測定する測定装置において、標的核酸が本発明の核酸プローブとハイブリダイズしたときの反応系の蛍光強度値を、前記のものがハイブリダイズしていないときの反応系の蛍光強度値により補正処理する手段を有することを特徴とする標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析若しくは測定する測定装置である。
【0057】
また、本発明の特徴は、標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析若しくは測定する方法により得られるデータを解析する場合に、標的核酸が本発明の核酸プローブとハイブリダイズしたときの反応系の蛍光強度値を、前記のものがハイブリダイズしていないときの反応系の蛍光強度値により補正する処理過程をコンピュータに実行させるための手順をプログラムとして記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
【0058】
本発明の核酸プローブは固体(支持層)表面、例えばスライドガラスの表面に固定されていてもよい。この場合、蛍光色素で標識されていない端が固定されているのが好ましい。この形式は現在DNAチップと言われる。遺伝子発現(gene expression)のモニタリング、塩基配列(base sequence)の決定,変異解析(mutation analysis),1塩基多型(single nucleotide polymorphism (SNP))などの多型解析(polymorphism analysis)等に使用できる。勿論、核酸測定用デバイス(チップ)として使用することもできる。
【0059】
本発明の核酸プローブを例えばスライドガラスの表面に結合させるには、ポリリジン、ポリエチレンイミン、ポリアルキルアミンなどのポリ陽イオンをコートしたスライドガラス、アルデヒド基を導入したスライドガラス、アミノ基を導入したスライドガラスを先ず用意する。そして、i)ポリ陽イオンをコートしたスライドガラスには、プローブのリン酸基を反応させる、ii)アルデヒド基を導入したスライドガラスには、アミノ基を導入したプローブを反応させる、iii)アミノ基を導入したスライドガラスには、PDC(pyridinium dichromate)導入、アミノ基又はアルデヒド基導入したプローブを反応させる、などにより達成できる(Fodor,P.A.,et al.,Science,251,767-773(1991); Schena,M.,et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.,U.S.A.,93,10614-10619(1996);McGal,G.,et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.,U.S.A.,93,13555-13560(1996);Blanchad,A.P.,et al.,Biosens.Bioelectron.,11,687-690(1996))。
【0060】
本発明の核酸プローブを固体表面にアレー状に配列、結合させたデバイスは核酸測定がより便利になる。
この場合、塩基配列の異なる多くの本発明の核酸プローブを、個別に同一固体表面上に結合しているデバイスをつくることにより、同時に多種類の標的核酸を測定できる。
このデバイスにおいては、プローブ毎に、前記固体の本発明の核酸プローブを結合した面と反対側の面に少なくとも一つの温度センサーとヒーターが設け、そのプローブを結合した前記固体の領域が最適温度条件になるように温度調節され得るように設計されているのが好適である。
【0061】
このデバイスにおいては、本発明の核酸プローブ以外のプローブ、例えば、一つの分子内に二つの異なった蛍光色素を有し、標的核酸にハイブリダイズしていないときは、二つの蛍光色素の相互作用により、消光若しくは発光しているが、標的核酸にハイブリダイズすると発光若しくは消光するように設計された構造をもつ核酸プローブ、即ち、前記の分子ビーコン(Tyagi et al., Nature Biotech.,14:303-308,1996)等を結合したものも好適に使用できる。それで、このようなデバイスも本発明の技術的範囲内に含まれる。
【0062】
本発明のデバイスを用いる測定方法の基本的操作は、核酸プローブを結合した固体表面上にmRNA、cDNA、rRNA等の標的核酸を含む溶液をのせ、ハイブリダイズさせるだけである。これにより、標的核酸量に応じて蛍光量の変化がおこり、その蛍光変化量から標的核酸の測定が可能となる。また、一つの固体表面上に塩基配列の異なる本発明の核酸プローブを多数種結合させることにより、一度に多くの標的核酸の濃度を測定することができる。それで、DNAチップと全く同じ用途で標的核酸の測定に使用できるので新規のDNAチップである。最適の反応条件では標的核酸以外の核酸は蛍光の発光量を変化させないために、未反応な核酸を洗浄する操作は必要がない。更に、微小ヒーターにて本発明の核酸プローブ毎に温度コントロールすることにより、当該プローブ毎に最適反応条件にコントロールできるために正確な濃度の測定が可能となる。また、微小ヒーターにて温度を連続的に変化させ、その間、蛍光量を測定することにより、本発明の核酸プローブと標的核酸との解離曲線を解析することができる。その解離曲線の違いからハイブリダイズした核酸の性質の判定や、SNPの検出ができる。
【0063】
従来の標的核酸の濃度測定用デバイスは、蛍光色素で修飾されていない核酸プローブを固体表面に結合(固定:fix)し、それに蛍光色素で標識した標的核酸をハイブリダイズさせた後、ハイブリダイズしていない標的核酸を洗い流して、残存している蛍光色素の蛍光強度を測定していた。
蛍光色素で標的核酸を標識するには、例えば、特定mRNAを標的とした場合、次のステップ(steps)を取る:(1)細胞から抽出されたmRNA全部を抽出する。(2)それから、逆転写酵素(reverse transcriptase)を用いて、蛍光色素で修飾されヌクレオサイドをとり込ませながらcDNAを合成する。本発明ではこのような操作は必要がない。
【0064】
当該デバイスには各種のプローブが多数スポットしてあるが、その各々のプローブにハイブリダイズする核酸の最適ハイブリダイゼーション条件、例えば、温度等は各々異なる。よって本来であれば、プローブ毎(スポット毎)に、ハイブリダイゼーション反応、洗浄操作を最適な条件で行う必要がある。しかし、それは物理的に不可能であるので、すべてのプローブ毎に同一の温度でハイブリダイゼーションを行い、また、洗浄も同一温度で同一洗浄液で行われている。それで、ハイブリダイゼーションが期待されている核酸がハイブリダイズしなかったり、ハイブリダイズしてもハイブリダイゼーションが強固でないので容易に洗い流されてしまう等の欠点を有していた。そのような原因で核酸の定量性が低いものであった。本発明ではこの洗浄操作が必要ないのでこのような欠点を有しない。また、スポットの底に微小ヒータを設け、ハイブリダイゼーション温度をコントロールすることで、本発明のプローブ毎に最適温度でハイブリダイゼーション反応を行わせることができる。それで、本発明は定量性が格段に向上したものである。
【0065】
本発明においては、前記した本発明の核酸プローブ又はデバイスを使用することで、標的核酸の濃度を短時間で、簡便かつ特異的に測定することができる。以下に測定法を述べる。
本発明の測定方法において、先ず、測定系に本発明の核酸プローブを添加し、標的核酸にハイブリダイズさせる。その方法は、通常の既知方法で行なうことができる(Analytical Biochemistry、 183巻、 231〜244頁、 1989年; Nature Biotechnology、 14巻、 303〜308頁、 1996年; Applied and Environmental Microbiology、 63巻、 1143-1147頁、 1997年)。例えば、ハイブリダイゼーションの条件は、塩濃度が0〜2モル濃度、好ましくは0.1〜1.0モル濃度、pHは6〜8、好ましくは6.5〜7.5である。
【0066】
反応温度は、本発明の核酸プローブが標的核酸の特異的部位にハイブリダイズして得られる核酸ハイブリッド複合体のTm値±10℃の範囲内であるのが好ましい。このようにすることにより非特異的なハイブリダイゼーションを防止することができる。Tm−10℃未満のときは、非特異的ハイブリダイゼーション起こり、Tm+10℃を越えるときは、ハイブリダイゼーションが起こらない。尚、Tm値は本発明の核酸プローブを設計するのに必要な実験と同様にして求めることができる。すなわち、本発明の核酸プローブとハイブリダイズする(当該核酸プローブに対して相補する塩基配列の)オリゴヌクレオチドを前記の核酸合成機等で化学合成し、当該核酸プローブとの核酸ハイブリッド複合体のTm値を通常の方法で測定する。
【0067】
また、その反応時間は1秒間〜180分間、好ましくは5秒間〜90分間である。1秒間未満のときは、ハイブリダイゼーションにおいて未反応の本発明の核酸プローブが多くなる。また、反応時間を余り長くしても特に意味がない。なお、反応時間は核酸種、すなわち、核酸の長さ、あるいは塩基配列によって大きく影響を受ける。
前記のようにして、本発明の核酸プローブを標的核酸にハイブリダイズさせる。そして、ハイブリダイゼーションの前後で、蛍光色素の発光量を蛍光光度計で測定し、発光の減少量を計算する。その減少量の大きさは標的核酸の濃度と比例するので、標的核酸の濃度を求めることができる。
【0068】
反応液中の標的核酸の濃度:0.1〜10.0nMであるのが好ましい。反応液中の本発明の核酸プローブの濃度:1.0〜25.0nMであるが好ましい。検量線を作成する場合は、標的核酸に対して、本発明の核酸プローブを1.0〜2.5の比率で用いるのが望ましい。
【0069】
実際、試料中の未知濃度の標的核酸を測定する場合、上記の条件で先ず、検量線を作成する。そして、複数の濃度の対応する本発明の核酸プローブを試料に添加して、それぞれ蛍光強度値の減少を測定する。そして、測定された蛍光強度の減少値のうちの最大なものに対応するプローブ濃度を好ましいプローブ濃度とする。好ましい濃度のプローブで測定された蛍光強度の減少値もって、検量線から標的核酸の定量値を求めることになる。
【0070】
本発明の核酸測定法の原理は、前記のごとくであるが、本発明は各種の核酸測定方法、例えば、FISH方法、PCR方法、LCR方法、SD方法, 競合的ハイブリダイゼーション方法、TAS方法、 などに適用できる。
【0071】
以下にその例を記す。
a)FISH方法に適用した場合
即ち、本発明は色々の種類の微生物が混在するか、若しくは一種類以上の微生物が動物や植物由来の細胞と共に混在していて、相互に単離できない微生物系(複合微生物系、共生微生物系)の細胞内若しくは細胞のホモジネート等の核酸測定に好適に適用できる。ここでいう微生物とは一般的にいう微生物のことで、特に限定されるものではない。例えば、真核微生物、原核微生物、その他、マイコプラズマ、ウイルス、リッケチャ等を挙げることができる。そして、ここの系でいう標的核酸とは、これらの微生物系において、例えば、どのように活躍しているのか調べたい菌株の細胞に特異性を有する塩基配列をもつ核酸のことである。例えば、特定菌株の5SrRNA、16SrRNA若しくは23SrRNA又はそれらの遺伝子DNAの特定配列である。
【0072】
本発明の核酸プローブを複合微生物系又は共生微生物系に添加し、特定菌株の5SrRNA、16SrRNA若しくは23SrRNA又はそれらの遺伝子DNAの量を測定することにより、当該系における特定菌株の存在量を測定することできる。尚、複合微生物系又は共生微生物系のホモジネートに前記核酸プローブを添加して、ハイブリダイゼーション前後における蛍光色素の発光の減少量を測定して特定菌株の存在量を測定する方法も、本発明の技術的範囲内とする。
【0073】
前記の測定方法は、例えば、以下の如くである。即ち、本発明の核酸プローブを添加する前に、複合微生物系又は共生微生物系の温度、塩濃度、pHを前記の条件に調整する。複合微生物系又は共生微生物系における特定菌株は、細胞数として107〜1012個/ml、好ましくは109〜1010個/mlに調整することが好適である。それは希釈、又は遠心分離等による濃縮等で行うことができる。細胞数が107個/ml未満のときは、蛍光強度が弱く、測定誤差が大きくなる。1012個/mlを超えるときは、複合微生物系又は共生微生物系の蛍光強度が強すぎるため、特定微生物の存在量を定量的に測定することができなくなる。
【0074】
添加する本発明の核酸プローブの濃度は、複合微生物系又は共生微生物系における特定菌株の細胞数に依存する。細胞数1×108/mlに対して0.1〜10.0nM濃度、好ましくは0.5〜5nM濃度、より好ましくは1.0nM濃度である。0.1nM未満のときは、特定微生物の存在量を正確に反映したデータにならない。しかし、最適な本発明の核酸プローブの量は、細胞内の標的核酸量に依存するために一概にはいえない。
【0075】
次に本発明において前記核酸プローブと特定菌株の5SrRNA、16SrRNA若しくは23SrRNA又はその遺伝子DNAにハイブリダイズさせるときの反応温度は、前記した条件と同様である。また、その反応時間も前記の条件と同様である。
前記のような条件で本発明の核酸プローブを特定菌株の5SrRNA、16SrRNA若しくは23SrRNA又はそれの遺伝子DNAにハイブリダイズさせ、ハイブリダイゼーション前後の複合微生物系又は共生微生物系の蛍光色素の発光の減少量を測定する。
【0076】
前記のようにして測定された蛍光色素の発光の減少量は、複合微生物系又は共生微生物系における特定菌株の存在量と比例する。それは5SrRNA、16SrRNA若しくは23SrRNA又はそれらの遺伝子DNAの量と特定菌株の存在量とが比例するからである。
【0077】
尚、本発明において、複合微生物系又は共生微生物系における微生物以外の成分は、本発明の核酸プローブと特定菌株の5SrRNA、16SrRNA若しくは23SrRNA又はそれらの遺伝子DNAとのハイブリダイゼーションを阻害しない限り、また、本発明の核酸プローブの蛍光色素の発光を阻害をしない限り、特に限定されない。例えば、KH2PO4、K2HPO4、NaH2PO4、Na2HPO4等のリン酸塩、硫安、硝安、尿素等の無機窒素類、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、カルシウムイオン等の金属イオンの各種塩類、マンガン、亜鉛、鉄、コバルトイオン等の微量金属イオンの硫酸塩、塩酸塩、炭酸塩等の各種塩類、更にビタミン類等が適当に含まれていてもよい。もし、上記の阻害が観察される場合は、遠心分離等の操作で複数の微生物が混在する細胞系から細胞を分離し、再び緩衝液系等に懸濁すればよい。
【0078】
上記の緩衝液としては、リン酸緩衝液、炭酸緩衝液、トリス・塩酸緩衝液、トリス・グリシン緩衝液、クエン酸緩衝液、グット緩衝液等の各種緩衝液をも用いることができる。緩衝液の濃度は、ハイブリダイゼーション、FRET現象、蛍光色素の発光を阻害しない濃度である。その濃度は緩衝液の種類に依存する。緩衝液のpHは4〜12、好ましくは5〜9である。
【0079】
b)PCR 方法に適用する場合
PCR 方法であればどのような方法でも適用できるのであるが、リアルタイム定量的PCR方法に適用する場合を以下に記す。
即ち、リアルタイム定量的PCR方法において、本発明の特定の核酸プローブを用いてPCRを行い、反応前後の蛍光色素の発光の減少をリアルタイムで測定するものである。
本発明のPCRとは各種方法のPCRを意味するものである。例えば、RT−PCR、RNA−primed PCR、Stretch PCR、逆PCR、Alu配列を利用したPCR、多重PCR、混合プライマーを用いたPCR、PNAを用いたPCR法等をも含む。また、定量的とは、本来の定量測定の他に、検出程度の定量測定をも意味するのは前記同様である。
【0080】
前記のとおり、標的核酸とは、存在量を測定する核酸のことを云う。精製の有無を問わない。また、濃度の大小も問わない。各種の核酸が混在していてもよい。例えば、複合微生物系(複数微生物のRNA若しくは遺伝子DNAの混在系)又は共生微生物系(複数の動植物及び/又は複数微生物のRNA若しくは遺伝子DNAの混在系)における増幅目的の特定核酸である。尚、標的核酸の精製が必要な場合は従来公知の方法で行うことができる。例えば、市販されている精製キット等を使用して行うことができる。
【0081】
従来公知の定量的PCR方法はdATP、dGTP、dCTP、dTTP若しくはdUTP、標的核酸(DNA又はRNA)、Taqポリメラーゼ、プライマー、並びに蛍光色素で標識した核酸プローブ若しくはインターカレーターを用いてMgイオンの存在下に、温度を低温、高温を繰り返しつつ標的核酸を増幅し、増幅過程の蛍光色素の発光の増加量をリアルタイムでモニタリングするものである(実験医学、15巻、7号、46〜51ページ、1997年、羊土社)。
【0082】
本発明の定量的PCR方法は、本発明の核酸プローブを用いて標的核酸を増幅させ、増幅過程において、蛍光色素の発光の減少量を測定することを特徴とするものである。本発明の定量的PCRにおいて、好ましい本発明の核酸プローブとしては、その塩基数は5〜50であり、好ましくは10〜25、特に好ましくは15〜20で、PCRサイクル中に標的核酸の増幅産物とハイブリダイズするものであれば、どのようなものでもよい。また、フォワード(forward)型、リバース(reverse)型のどちらに設計してもよい。
【0083】
例えば、以下のものを挙げることができる。
(1)核酸プローブの末端部、好ましくは末端が、本発明の蛍光色素で標識されており、当該核酸プローブが標的核酸にハイブリダイズしたとき、当該プローブの蛍光色素で標識された末端部もしくは末端にハイブリダイズした標的核酸の末端塩基から1ないし3塩基離れて、標的核酸の塩基配列にG(グアニン)が少なくとも1塩基存在するように、当該プローブの塩基配列が設計されている。
(2)前記(1)のうち、核酸プローブが3’末端において蛍光色素で標識されている。
【0084】
(3)前記(1)のうち、核酸プローブが5’末端において蛍光色素で標識されている。
(4)核酸プローブが、標的核酸にハイブリダイズしたとき、プローブ末端部分において核酸ハイブリッド複合体の複数塩基対が少なくとも一つのG(グアニン)とC(シトシン)のペアーを形成するように、当該プローブの塩基配列が設計されている。
(5)前記(4)のうち、核酸プローブの3’末端塩基がG又はCで、かつ3’末端が蛍光色素で標識されている。
(6)前記(4)のうち、核酸プローブの5’末端塩基がG又はCで、かつ5’末端が蛍光色素で標識されている。
(7)前記(1)〜(6)の核酸プローブが、3’末端のリボース若しくはデオキシリボースの3’位炭素の水酸基、又は3’末端のリボースの3’位若しくは2’位炭素の水酸基がリン酸化されている。
(8)前記(1)〜(6)の核酸プローブのオリゴヌクレオチドが、化学的に修飾されている。
【0085】
前記(6)の場合、標的核酸の塩基配列から、どうしても3’若しくは5’末端がG又はCに設計できない場合は、標的核酸の塩基配列から設計したプライマーであるオリゴヌクレオチドの5’末端に、5’−グアニル酸若しくはグアノシン又は5’−シチジル酸若しくはシチジンを付加しても、本発明の目的は好適に達成できる。3’末端に5’−グアニル酸若又は5’−シチジル酸を付加しても、本発明の目的は好適に達成できる。よって、本発明において、3’、又は5’末端の塩基がG又はCになるように設計した核酸プローブとは、標的核酸の塩基配列から設計したプローブの他に、当該のプローブの5’末端に5’−グアニル酸若しくはグアノシン又は5’−シチジル酸もしくはシチジンを付加してなるプローブ、並びに当該のプローブの5’末端に5’−グアニル酸又は5’−シチジル酸を付加してなるプローブを含むものと定義する。
【0086】
特に上記の(7)の本発明の核酸プローブはプライマーとして利用されないように設計したものである。FRET現象を用いるリアルタイム定量的PCR方法において使用する(蛍光色素で標識した)二つのプローブの代わりに、一つの本発明の核酸プローブを用いてPCRを行うものである。PCRの反応系に当該プローブを添加し、PCRを行う。核酸伸長反応時、標的核酸若しくは増幅標的核酸にハイブリダイズしていた当該プローブがポリメラーゼにより分解され、核酸ハイブリッド複合体から分解除去される。このときの反応系又は核酸変性反応が完了した反応系の蛍光強度値を測定する。また、標的核酸若しくは増幅した増幅標的核酸が当該プローブとハイブリダイズしている反応系(アニーリング反応、若しくはポリメラーゼにより当該プローブが核酸ハイブリッド複合体から除かれるまでの核酸伸長反応時の反応系)の蛍光強度値を測定する。そして、前者からの蛍光強度値の減少率を算出することにより増幅された核酸を測定する。当該プローブが標的核酸若しくは増幅標的核酸から、核酸変性反応により完全に解離するか、又は核酸伸長時にポリメラーゼにより当該プローブと標的核酸若しくは増幅標的核酸との核酸ハイブリッド複合体から分解除去されたときは蛍光強度値は大きい。しかし、当該プローブが標的核酸若しくは増幅標的核酸に十分にハイブリダイズしているアニーリング反応が完了している反応系若しくは核酸伸長反応時にポリメラーゼにより当該プローブと標的核酸若しくは増幅標的核酸との核酸ハイブリッド複合体から分解除去されるまでの反応系の蛍光強度値は前者より減少している。蛍光強度値の減少は増幅された核酸量に比例する。
【0087】
この場合、当該プローブが標的核酸とハイブリダイズしたときのその核酸ハイブリッド複合体のTmが、プライマーの核酸ハイブリッド複合体のTm値の±15℃、好ましくは±5℃の範囲になるように、(7)のプローブの塩基配列が設計されることが望ましい。プローブのTm値が、プライマーのTm値−5℃、特に−15℃未満であると、プローブがハイブリダイズしないために、蛍光色素の発光の減少は起こらない。反対にプライマーのTm値+5℃、特に+15℃を超えると、プローブが標的核酸以外の核酸ともハイブリダイズするので、プローブの特異性が失われる。
【0088】
上記(7)以外のプローブ、特に(6)のプローブは、プライマーとしてPCRの反応系に添加するものである。蛍光色素で標識されたプライマーを用いるPCR方法は本発明以外未だ知られていない。PCRの反応が進むに従い、増幅された核酸は本発明の実施に有用な蛍光色素で2次標識される。それで、核酸変性反応が完了している反応系の蛍光強度値は大きいが、アニーリング反応が完了しているか若しくは核酸伸長反応時の反応系においては、反応系の蛍光強度は前者の蛍光強度より減少する。
【0089】
PCRの反応は通常のPCR方法と同様の反応条件で行うことができる。それで、Mgイオン濃度が低濃度(1〜2mM)である反応系で標的核酸の増幅を行うことができる。勿論、従来公知の定量的PCRにおいて使用されている高濃度(2〜4mM)のMgイオン存在下の反応系でも本発明は実施できる。
【0090】
尚、本発明のPCR方法において、本発明のPCRを行い、その増幅産物について核酸の融解曲線を分析を行ってTm値を求めるできる。この方法は新規な核酸の融解曲線の分析方法である。本方法において本発明のPCR方法に用いた核酸プローブ又はプライマーとして用いた本発明の核酸プローブが好適に利用できる。
この場合、本発明の核酸プローブの塩基配列を、SNP(スニップ;一塩基置換多型)を含む領域と相補的な配列にすることで、PCR終了後、その核酸の本発明の核酸プローブから解離曲線を解析することにより、その解離曲線の違いからSNPの検出ができる。本発明の核酸プローブの配列としてSNPを含む配列と相補的な塩基配列を使用すれば、プローブ配列とSNPを含む配列との解離曲線より得られるTm値は、SNPを含まない配列との解離曲線から得られるTm値より高くなる。
【0091】
本発明の第二の特徴は、前記のリアルタイム定量的PCR方法ので得られるデータを解析する方法の発明である。
リアルタイム定量的PCR方法は、現在、PCRを行わせる反応装置、蛍光色素の発光を検出する装置、ユーザーインターフェース、即ち、データ解析方法の各手順をプログラム化して、それを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体(別称:Sequence Detection Software System)、及びそれらを制御し、データ解析するコンピュータから構成される装置で、リアルタイムで測定されている。それで、本発明の測定もこのような装置で行われる。
【0092】
以下に、先ず、リアルタイム定量的PCRの解析装置から説明する。本発明において用いる装置は、PCRをリアルタイムでモニタリングできる装置であればどのような装置でもよいが、例えば、ABI PRISMTM 7700 塩基配列検出システム(Sequence Detection System SDS 7700)(パーキン・エルマー・アプライド・バイオシステム社(Perkin Elmer Applied Biosytems社、 USA))、ライトサイクラーTM システム(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社、ドイツ)等を特に好適なものとして挙げることができる。
【0093】
尚、前記のPCR反応装置は、標的核酸の熱変性反応、アニーリング反応、核酸の伸長反応を繰り返し行う装置(例えば、温度を95℃、60℃、72℃に繰り返し行うことができる。)である。また、検出システムは、蛍光励起用アルゴンレーザー、スペクトログラフ並びにCCDカメラからなっている。更に、データ解析方法の各手順をプログラム化して、それを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータにインストールされて使用され、コンピュータを介して上記のシステムを制御し、検出システムから出力されたデータを解析処理するプログラムを記録したものである。
【0094】
コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されているデータ解析用プログラムは、サイクルごとの蛍光強度を測定する過程、測定された蛍光強度を、サイクルの関数として、すなわちPCRのamplification plotとしてコンピュータのデスプレー上に表示する過程、蛍光強度が検出され始めるPCRサイクル数(threshold cycle number:Ct)を算出する過程、Ct値から試料核酸のコピー数を求める検量線を作成する過程、前記各過程のデータ、プロット値を印字する過程、からなっている。PCRが指数的に進行している場合、PCR開始時の標的核酸のコピー数のLog値と、Ctとの間には直線関係が成り立つ。従って標的核酸の既知量のコピー数を用いて検量線を作成し、未知コピー数の標的核酸を含有するサンプルのCtを検出することにより、標的核酸のPCR開始時のコピー数を計算できる。
【0095】
上記のデータ解析方法等のPCR関連発明は、前記のようなリアルタイム定量的PCR方法で得られたデータを解析する方法である。以下に各特徴について記す。
第一の特徴は、リアルタイム定量的PCR方法で得られたデータを解析する方法において、各サイクルにおける増幅した核酸が蛍光色素と結合したとき、あるいは増幅した核酸が本発明の核酸プローブとハイブリダイズしたときの反応系の蛍光強度値を、各サイクルにおける前記の蛍光色素と核酸が結合したもの、すなわち蛍光色素−核酸複合体、あるいは前記本発明の核酸プローブと標的核酸がハイブリダイズしたもの、すなわち核酸ハイブリッド複合体が解離したときの反応系の蛍光強度値により補正する演算処理過程、即ち、補正演算処理過程である。
【0096】
「増幅した標的核酸が蛍光色素と結合したとき、あるいは増幅した標的核酸が本発明の核酸プローブとハイブリダイズしたときの反応系」とは、具体的に例示すると、PCRの各サイクルにおける40〜85℃、好ましくは50〜80℃の反応温度を有する核酸伸長反応あるいはアニーリングのときの反応系を挙げることができる。そして、反応が完了した反応系を意味する。実際の温度は増幅した核酸の長さに依存する。
また、「前記の蛍光色素−核酸複合体、あるいは前記の核酸ハイブリッド複合体が解離したときの反応系」とは、PCRの各サイクルにおける核酸の熱変性の反応系、具体的には、反応温度90〜100℃、好ましくは94〜96℃のときのもので、反応が完了した系を例示できる。
【0097】
補正演算処理過程の補正演算処理としては本発明の目的に合致するものであればどのようなものでもよいのであるが、具体的には、次の〔数式1〕あるいは〔数式2〕による処理過程を含むものを例示することができる。
n=fhyb,n/fden,n 〔数式1〕
n=fden,n/fhyb,n 〔数式2〕
〔式中、
n:〔数式1〕あるいは〔数式2〕により算出されたn次サイクルにおける補正演算処理値、
hyb,n:n次サイクルにおける、増幅した核酸が蛍光色素と結合したとき、あるいは増幅した核酸が本発明の核酸プローブとハイブリダイズしたときの反応系の蛍光強度値、
den,n:n次サイクルにおける、前記の蛍光色素−核酸複合体、あるいは核酸ハイブリッド複合体が解離したときの反応系の蛍光強度値〕
尚、本過程においては、上記の処理で得られた補正演算処理値をコンピュータのデスプレー上に表示及び/又は当該値を各サイクル数の関数としてグラフの形で同様に表示及び/又は印字するサブステップを含むものである。
【0098】
第二の特徴は、各サイクルにおける〔数式1〕あるいは〔数式2〕による補正演算処理値を次の〔数式3〕あるいは〔数式4〕に代入し、各サンプル間の蛍光変化割合あるいは蛍光変化率を算出し、それらを比較するデータ解析方法である。
【0099】
n=fn/fa 〔数式3〕
n=fa/fn 〔数式4〕
〔式中、
n:n次サイクルにおける、〔数式3〕あるいは〔数式4〕により算出された蛍光変化割合あるいは蛍光変化率、
n:n次サイクルにおける〔数式1〕あるいは〔数式2〕による補正演算処理値
a:〔数式1〕あるいは〔数式2〕による補正演算処理値で、fnの変化が観察される以前の任意のサイクル数のものであるが、通常は、例えば、10〜40サイクルのもの、好適には15〜30サイクルのもの、より好適には20〜30サイクルのものが採用される。〕
尚、本過程においては、上記処理で得られた算出値コンピュータのデスプレー上に表示及び/又は印字する、又は比較値若しくは当該値を各サイクル数の関数としてグラフの形で同様に表示及び/又は印字するサブステップを含むものであるが、〔数式1〕あるいは〔数式2〕による補正演算処理値については、上記サブステップを適用しても、しなくともよい。
【0100】
第三の特徴は、
(3.1)〔数式3〕あるいは〔数式4〕により算出された蛍光変化割合あるいは蛍光変化率のデータを用いて、〔数式5〕、〔数式6〕あるいは〔数式7〕による演算処理する過程、
logb(Fn)、ln(Fn) 〔数式5〕
logb{(1−Fn)×A}、ln{(1−Fn)×A} 〔数式6〕
logb{(Fn−1)×A}、ln{(Fn−1)×A} 〔数式7〕
【0101】
〔式中、
A、b:任意の数値、好ましくは整数値、より好ましくは自然数である。そして、A=100、b=10のときは、{(Fn−1)×A}は百分率(%)で表わされる。
n:〔数式3〕あるいは〔数式4〕により算出されたnサイクルにおける蛍光変化割合あるいは蛍光変化率〕、
(3.2)前記(3.1)の演算処理値が一定値に達したサイクル数を求める演算処理過程、
(3.3)既知濃度の核酸試料におけるサイクル数と反応開始時の標的核酸のコピー数の関係式を計算する演算処理過程、
(3.4)未知試料におけるPCR開始時の標的核酸のコピー数を求める演算処理過程、
を有するデータ解析方法である。そして、(3.1)→(3.2)→(3.3)→(3.4)の順からなる過程が好適である。
【0102】
前記(3.1)〜(3.3)の各過程は、それぞれの処理で得られた演算処理値をコンピュータのデスプレー上に表示及び/又は当該値を各サイクル数の関数としてグラフの形で前記同様に表示及び/又は印字するサブステップを含むものであってもよい。前記(3.4)の過程で得られた演算処理値は、少なくとも印字される必要があるので、当該過程は印字するサブステップを含む。前記(3.4)で得られた演算処理値を更にコンピュータのデスプレイ上に表示してもよい。
尚、〔数式1〕あるいは〔数式2〕による補正演算処理値、〔数式3〕あるいは〔数式4〕による算出処理値を、各サイクル数の関数としてにグラフの形でコンピュータのデスプレー上に表示及び/又は印字しても、しなくてもよいので、それらの表示及び/又は印字のサブステップは必要に応じて追加すればよい。
【0103】
前記データ解析方法は、リアルタイム定量的PCR方法が蛍光色素の発光の減少量を測定するものである場合に特に有効である。その具体例として、前記の本発明のリアルタイム定量的PCR方法である。
【0104】
第4の特徴は、リアルタイム定量的PCRの解析装置において、前記本発明のリアルタイム定量的PCR方法のためのデータ解析方法を実行する演算及び記憶手段を有するリアルタイム定量的PCRの測定及び/又は解析装置である。
【0105】
第5の特徴は、リアルタイム定量的PCRの解析装置を用いてPCRを解析するデータ解析方法の各手順をプログラム化して、そのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体において、前記本発明のデータ解析方法の各手順をコンピュータに実行させることができるようにしたプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
【0106】
第6の特徴は、核酸測定方法において、前記本発明のデータ解析方法、測定及び/又は解析装置、記録媒体を利用する新規な核酸の測定方法である。
【0107】
また、第7の特徴は、前記の本発明の核酸の融解曲線の分析方法、即ち、本発明のPCR方法を行って核酸のTm値を求める方法によって得られるデータを解析する方法である。
即ち、本発明のPCR法により増幅された核酸について、低い温度から核酸が完全に変性するまで、温度を徐々に上げる過程(例えば、50℃から95℃まで)、この過程において、短い時間間隔(例えば、0.2℃〜0.5℃の温度上昇に相当する間隔)で蛍光強度を測定する過程、測定結果を時間の関数としてデスプレー上に表示する過程、即ち、核酸の融解曲線を表示する過程、この融解曲線を微分して微分値(−dF/dT、F:蛍光強度、T:時間)を得る過程、その値を微分値としてデスプレー上に表示する過程、その微分値から変曲点を求める過程からなる、解析方法である。本発明においては、蛍光強度は温度が上がるごとに増加する。本発明においては、各サイクルにおける核酸伸長反応時、好ましくはPCR反応終了時の蛍光強度値を熱変性反応時の蛍光強度値を用いて割る演算処理する過程を上記の過程に追加することにより、より好ましい結果が得られる。
【0108】
前記の本発明の新規なPCR方法のデータ解析方法に、本発明の核酸の融解曲線の分析をする方法を追加してなる本発明のリアルタイム定量的PCRの測定及び/又は解析装置も本発明の技術的範囲内である。
【0109】
更に、本発明の特徴の一つは、本発明の核酸の融解曲線の分析をする方法の各手順をコンピュータに実行させることができるようにしたプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体、また、前記本発明のPCR方法のデータ解析方法の各手順をコンピュータに実行させることができるようにしたプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体において、本発明の核酸の融解曲線の分析をする方法の各手順をコンピュータに実行させることができるようにしたプログラムを追加して記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
【0110】
本発明の前記のデータ解析方法、装置、及び記録媒体は、医学、法医学、人類学、古代生物学、生物学、遺伝子工学、分子生物学、農学、植物育種学等の各種の分野で利用できる。また、複合微生物系、共生微生物系と云われ、色々の種類の微生物が混在するか若しくは少なくとも一種類の微生物が他の動物、植物由来の細胞と共に混在していて相互に単離できない微生物系等に好適に利用できる。ここで云う微生物とは一般的に云う微生物のことで、特に限定されるものではない。例えば、真核微生物、原核微生物、その他マイコプラズマ、ウイルス、リッケチャ等を挙げることができる。
【0111】
また、本発明の前記データ解析方法、装置及び記録媒体の一つ又はそれ以上を用いて、複合微生物系又は共生微生物系における特定菌株の5SrRNA、16SrRNA若しくは23SrRNA又はそれらの遺伝子DNAのコピー数を定量することにより、当該系における特定菌株の存在量を測定することができる。それは、5SrRNA、16SrRNA若しくは23SrRNAの遺伝子DNAのコピー数は菌株よって一定であるからである。本発明においては、複合微生物系又は共生微生物系のホモジネートを用いて、本発明のリアルタイム定量的PCRを行い、特定菌株の存在量を測定することが可能である。この方法も、本発明の技術的範囲内とする。
【0112】
【実施例】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
実施例1
大腸菌(Escherichia coli)の16SrRNAの核酸塩基配列にハイブリダイズする、即ち、(3')CCGCTCACGC ATC(5')の塩基配列を有する核酸プローブの調製を以下の通りに行った。
【0113】
核酸プローブの調製:(3')CCGCTCACGC ATC(5')の塩基配列をもつオリゴデオキシリボヌクレオチドの3’末端のデオキシリボースの3’位炭素のOH基に、−(CH27−NH2を結合したものを、メドランド・サーテイファイド・レージント・カンパニー社(Midland Certified Reagent Company、 米国)から購入した。更に、モレキュラープローブ(Molecular Probes)社からフロオ・リポーターキット(FluoReporter Kit)F-6082(ボデピーFLのプロピオン酸サクシニミジルエステル(BODIPY FL propionic acid succinimidyl ester)の他に、当該化合物をオリゴヌクレオチドのアミン誘導体に結合する試薬を含有するキット)を購入した。当該キットを前記購入のオリゴヌクレオチドに作用させて、本実施例で使用するボデピーFLで標識した核酸プローブを合成した。
【0114】
合成物の精製:得られた合成物を乾固し乾固物を得た。それを0.5M NaHCO3/Na2CO3緩衝液(pH9.0)に溶解した。当該溶解物をNAP−25カラム(ファルマシア社製)でゲルろ過を行い、未反応物を除去した。更に逆相HPLC(B gradient:15〜65%、25分間)を以下の条件で行った。そして、溶出するメインピークを分取した。分取した画分を凍結乾燥して、最初のオリゴヌクレオチド原料2mMより23%の収率で核酸プローブを得た。
【0115】

Figure 0003963422
【0116】
実施例2
殺菌したニュウトリエントブロス(NB)(Difco社製)液体培地50ml(組成:NB、0.08g/100ml)が添加された200ml容の(殺菌された)三角フラスコを用いて、大腸菌JM109株を37℃で一晩振蘯培養した。次に、本培養液に99.7%エタノールを当量添加した。このエタノール添加培養液2mlを2.0ml容量のエッペンドルフ遠心チューブで遠心分離し、菌体を得た。30mMリン酸緩衝液(ソーダ塩)(pH:7.2)100μlで菌体を一回洗浄した。菌体を130mMのNaCl含有の前記リン酸緩衝液100μlに懸濁した。当該懸濁液を氷冷中で40分間超音波処理し(出力:33w、発振周波数:20kHz、発振法:0.5秒発振、0.5秒休止)、ホモジネートを作製した。
【0117】
前記ホモジネートを遠心分離した後、上澄液を採取し蛍光光度計のセルに移した。それを36℃に温調した。それに36℃に予め加温した前記核酸プローブの溶液を最終濃度で5nMとなるように添加した。36℃に温調しながら90分間大腸菌16SrRNAと核酸プローブとをハイブリダイズさせた。そして蛍光光度計で蛍光色素の発光量を測定した。
【0118】
ハイブリダイゼーション前の蛍光色素の発光量は、上記の上澄液の代りに、130mMのNaCl含有の30mMのリン酸緩衝液(ソーダ塩)(pH:7.2)を用いて測定した値を採用した。核酸プローブの量と上澄液の量の比を変えて発光量を測定した(励起光503nm;測定蛍光色512nm)。その結果を図1に示した。図1から分かるように、上澄液の量比が増加することにより蛍光色素の発光が減少した。即ち、本発明においては、核酸プローブにハイブリダイズする標的核酸量に比例して、蛍光色素の発光の減少量の大きさが大きくなることが分かる。
【0119】
実施例3
核酸プローブの調製:大腸菌JM109株の23SrRNAにハイブリダイズする(5')CCCACATCGTTTTGTCTGGG(3')の塩基配列をもつオリゴヌクレオチドの5’末端ヌクレオチドの3’位炭素のOH基に、−(CH2)7−NH2を結合したものを、実施例1と同様にメドランド・サーテイファイド・レージント・カンパニー社(Midland Certified Reagent Company、米国)から購入した。更に、実施例1と同様にモレキュラープローブ(Molecular Probes)社からフロオ・リポーターキット(FluoReporter Kit) F-6082 (ボデピーFLのプロピオン酸サクシニミジルエステル(BODIPY FL propionic acid succinimidyl ester)の他に、当該化合物をオリゴヌクレオチドのアミン誘導体に結合する試薬を含有するキット)を購入した。当該キットを前記オリゴヌクレオチドに作用させて、ボデピーFLで標識した核酸プローブを合成した。得られた合成物を実施例1と同様に精製して、最初のオリゴヌクレオチド原料2mMより25%の収率でボデピーFLで標識した核酸プローブを得た。
【0120】
実施例4
実施例2で得られた大腸菌JM109株の菌体に実施例2と同一の培地及び培養条件で調製したシュウドモナス・プウシモビルス 421Y株(Pseudomonas paucimobilis)(現在名:スフィンゴモナス・プウシモビルス)(FERM P-5122)の菌体をOD660値で大腸菌JM109株と同濃度混合し、複合微生物系を調製した。得られた混合液(大腸菌JM109株の菌体濃度は実施例2と同一)について実施例2と同じ方法によりホモジネートを調製した。実施例3で調製した核酸プローブを用いて、励起光を543nm、また、測定蛍光色を569nmにする以外は、実施例2と同様な実験を行った結果、実施例2と同様な結果を得た。
【0121】
実施例5
蛍光消光現象における標的核酸の塩基選択性、即ち、本発明の塩基特異性を検討した。下記に示す標的合成デオキシリボオリゴヌクレオチド(30mer)の10種類(poly a〜poly j)をDNA合成機ABI394(Perkin Elmer社製、米国)で調製した。
【0122】
更に、上記の合成DNAに対応するデオキシリボオリゴヌクレオチドの5’末端にボデピーFLで標識した下記に示す本発明のプローブを調製した。
上記の合成DNAに対応するプライマーDNAの5’末端のリン酸基に、−(CH2)6-NH2を結合したものをメドランド・サーテイファイド・レージント・カンパニー社(Midland Certified Reagent Company、米国)から購入した。更に、モレキュラープローブ(Molecular Probes)社からフロオ・リポーターキット(FluoReporter Kit)F-6082(ボデピーFL/C6のプロピオン酸サクシニジルエステル(BODIPY FL propionic acid succinidyl ester)の他に、当該化合物をオリゴヌクレオチドのアミン誘導体に結合させる試薬を含有するキット)を購入した。当該キットを前記購入のプライマーDNAに作用させて下記のボデピーFLで標識した本発明のプローブprobe a〜d、及びf〜hのを合成した。そして対応する合成デオキシリボオリゴヌクレオチドとハイブリダイズしたときに、蛍光色素の発光がどの程度減少するかを下記の条件下に調べ、本発明のプローブの特異性を検討した。
【0123】
Figure 0003963422
【0124】
Figure 0003963422
【0125】
Figure 0003963422
【0126】
Figure 0003963422
【0127】
Figure 0003963422
【0128】
Figure 0003963422
【0129】
その結果を表1に示した。表1から分かるように、蛍光色素で標識された核酸プローブが標的DNA(オリゴデオキシリボヌクレオチド)にハイブリダイズしたときに、当該末端部において、当該プローブと標的DNAとがハイブリダイズした末端塩基部から1〜3塩基離れて、標的DNAの塩基配列にG(グアニン)が少なくとも1塩基以上存在するように、当該プローブの塩基配列が設計されていることが好適である。また、蛍光色素で標識された核酸プローブが標的DNAにハイブリダイズしたときに、当該末端部において核酸ハイブリッド複合体の複数の塩基対がGとCのペアーを少なくとも一対以上形成するように、当該プローブの塩基配列が設計されていることが好適であることが表1から分かる。
【0130】
実施例6
下記のような塩基配列の標的核酸と本発明の核酸プローブを調製した。標的核酸内のG及び本発明の核酸プローブ内のGの数の影響について、前記実施例と同様にして調べた。
【0131】
Figure 0003963422
【0132】
Figure 0003963422
【0133】
Figure 0003963422
【0134】
Figure 0003963422
【0135】
Figure 0003963422
【0136】
表2から分かるように、標的核酸内のGの数、本発明のプローブ内のGの数はそれほど蛍光強度の減少に影響しないことが認識される。
【0137】
実施例7
前記と同様にして下記のような塩基配列の標的核酸と本発明の核酸プローブを調製した。なお、本実施例における本発明の核酸プローブはオリゴヌクレオチドの5’末端部をボデピーFL/C6で標識したものである。標的核酸内の塩基種及び本発明の核酸プローブ内の塩基種の影響について、前記実施例と同様にして調べた。
【0138】
Figure 0003963422
【0139】
Figure 0003963422
【0140】
Figure 0003963422
【0141】
表3及び前記の実施例から分かるように、(i)蛍光色素で標識される本発明のプローブの末端がCで構成され、標的核酸がハイブリダイズしたとき、GCペアーを形成するとき、(ii)蛍光色素で標識される本発明のプローブの末端がC以外の塩基で構成された場合、蛍光色素で標識されている個所の塩基と、標的核酸の塩基との塩基ペアーより、標的核酸の3’末端側にGが少なくとも1個以上存在する場合に、蛍光強度の減少率が大きい。
【0142】
実施例8
本発明の核酸プローブに標識する色素の種類について、前記実施例と同様にして調べた。なお、本発明のプローブは、前記実施例7のプローブzを、また、標的核酸は前記実施例7のオリゴヌクレオチドzを用いた。
その結果を、表4に示した。表から分かるように、本発明に用いる蛍光色素として好適なものは、FITC、 BODIPY FL、 BODIPY FL/C3、 6-joe、TMRなどを挙げることができる。
【0143】
Figure 0003963422
【0144】
実施例9(標的核酸(16SrRNA)の加熱処理の効果の実験)
本発明の核酸プローブの調製:大腸菌JM109株の16SrRNAの1156塩基目から1190塩基の塩基配列に相当するKYM−7株の16SrRNA塩基配列に特異的にハイブリダイズする(5')CATCCCCACC TTCCT CCGAG TTGACCCCGG CAGTC(3')(35塩基対)の塩基配列をもち、1〜16及び25〜35塩基目がデオキシリボヌクレオチド、17〜24塩基目が2’位炭素のOH基をメチル基で修飾(エーテル結合で修飾)したリボオリゴヌクレオチドからなり、その5’末端のリン酸基のOH基を-(CH2)7-NN2で修飾して結合したオリゴヌクレオチドを、実施例1と同様にメドランド・サーテイファイド・レージント・カンパニー社(Midland Certified Reagent Company、米国)から購入した。また、2-O-Meプローブ(2-O-Meオリゴヌクレオチドからなるプローブを単に2-O-Meプローブという。)に使用する2-O-Meオリゴヌクレオチドは、GENSET株式会社(フランス)に合成を委託し、得たものである。
更に実施例1と同様にモレキュラープローブ(Molecular Probes)社からフロオ・リポーターキット(FluoReporter Kit) F-6082 (ボデピーFL/C6のプロピオン酸サクシニミジルエステル(BODIPY FL/ C6 propionic acid succinimidyl ester)の他に、当該化合物をオリゴヌクレオチドのアミン誘導体に結合する試薬を含有するキット)を購入した。当該キットを前記オリゴヌクレオチドに作用させて、ボデピーFL/C6で標識した本発明の核酸プローブを合成した。得られた合成物を実施例1と同様に精製して、最初のオリゴヌクレオチド原料2mMより23%の収率でボデピーFL/C6で標識した本発明の核酸プローブを得た。このプローブを35塩基鎖2-O-Meプローブと名づけた。
【0145】
5')TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A (3')の塩基配列を有するオリゴリボヌクレオチドを前記同様にしてDNA合成機を用いて合成して、フォワード(forward)型のヘルパープローブとした。一方、(5')CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT(3')の塩基配列を有するオリゴリボヌクレオチドを前記同様にしてDNA合成機を用いて合成して、バックワード(back ward) 型すなわちリバース型ヘルパープローブとした。
【0146】
35塩基鎖2-O-Meプローブ、フォワード型のヘルパープローブ及びリバース型ヘルパープローブを各々25nMになるように下記に示す組成の緩衝液に溶解させ、75℃に加温した(プローブ溶液)。
前記の16SrRNAを95℃で5分加熱処理した後、それを下記に示す反応条件においた前記のプローブ溶液に添加した後、蛍光測定機器パーキンエルマー(Perkin Elmer) LS-50Bで蛍光強度を測定した。その結果を図2に示した。尚、上記の加熱処理しない16SrRNAを用いたものをコントロールとした。加熱処理した実験区においては、蛍光強度の減少が大きいことが図2から分かる。この結果は、16SrRNAを95℃で加熱処理することで本発明のプローブとより強いハイブリダイゼーションをしていることを示している。
Figure 0003963422
【0147】
実施例10(2'-O-Meオリゴヌクレオチド及びヘルパープローブのハイブリダイゼーション効率向上への寄与の実験)
前記の16SrRNAにハイブリダイズする下記の各種の本発明の核酸プローブ及び各種のヘルパープローブを前記実施例9と同様にして調製した。また、2-O-Meプローブに使用する2-O-Meオリゴヌクレオチドは、すべてGENSET株式会社(フランス)に合成を委託し、得たものである。そして下記の条件にて、本発明の2-O-Meプローブの効果、当該プローブの塩基鎖の長さの影響、及びヘルパープローブの効果について、下記の図3A、B、C、及びDの実験系で前記実施例9と同様にして検討した。その結果を図3に示した。
図から、本発明の2-O-Meプローブがハイブリダイゼーション効率に寄与していることが分かる。また、2-O-Meプローブの塩基鎖が短い場合にヘルパープローブがハイブリダイゼーション効率を高めるのに役立っている。
【0148】
1)35塩基鎖2-O-Meプローブ: 前記実施例9と同じプローブ、
2)35塩基鎖DNAプローブ: 前記1)の35塩基鎖2-O-Meプローブと同じ塩基配列であるが、オリゴヌクレオチドがデオキシリボースで構成されているプローブ、
3)17塩基鎖2-O-Meプローブ: 前記1)の35塩基鎖2-O-Meプローブと同じ塩基配列であるが、5’末端から8塩基分、3’末端から10塩基分のヌクレオチドを削除したプローブ、
4)17塩基鎖DNAプローブ: 前記2)の33塩基鎖DNAプローブと同じ塩基配列であるが、3’末端から16塩基分のヌクレオチドを削除したプローブ、
【0149】
5)フォワード型2-O-Meヘルパープローブ: 前記実施例9のフォワード型ヘルパープローブの中央8塩基分(5’末端から数えて9塩基〜16塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したヘルパープローブ、
6)リバース型2-O-Meヘルパープローブ: 前記実施例9のリバース型ヘルパープローブの中央8塩基分(5’末端から数えて9塩基〜16塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したヘルパープローブ、
7)フォワード型DNAヘルパープローブ: 前記実施例9のフォワード型ヘルパープローブの塩基配列と同じ塩基配列であるが、オリゴヌクレオチドがデオキシリボヌクレオチドで構成されているヘルパープローブ、
8)リバース型DNAヘルパープローブ: 前記 前記実施例9のリバース型ヘルパープローブの塩基配列と同じ塩基配列であるが、オリゴヌクレオチドがデオキシリボヌクレオチドで構成されているヘルパープローブ、
9)35塩基オリゴリボヌクレオチド: (5')CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGA CCCCGG CAGTC(3')なる塩基配列を有するオリゴリボヌクレオチド、
10)17塩基鎖オリゴリボヌクレオチド: (5')CCTTCCTCCG AGTTGAC(3')なる塩基配列を有するオリゴリボヌクレオチド。
【0150】
Figure 0003963422
【0151】
Figure 0003963422
【0152】
Figure 0003963422
【0153】
Figure 0003963422
【0154】
Figure 0003963422
【0155】
実施例11(rRNA測定のための検量線の作成)
前記rRNAを、0.1〜10nMの範囲のさまざまな濃度において、95℃で5分間加熱後、得られた核酸溶液を予め下記反応条件においた反応液に添加し、1000秒後、蛍光強度の減少をパーキンエルマーLS-50Bを使用して測定した。その結果を図4に示した。図から検量線は0.1〜10nMにおいて直線性を示すことが分かる。なお、下記の35塩基鎖2-O-Meプローブは実施例9と同じプローブである。
Figure 0003963422
【0156】
実施例12(FISH方法)
セルロモナス(Cellulomonas)sp.KYM-7(FERM P-11339)及びアグロバクテリウム(Agrobacterium) sp. KYM-8(FERM P-16806)の各々のrRNAにハイブリダイズする下記の本発明の35又は36塩基鎖オリゴデオキシリボヌクレオチド 2-O-Meプローブを前記と同様にして調製した。各プローブの塩基配列は下記の通りである。
【0157】
セルロモナス sp.KYM-7のrRNA測定のための35塩基鎖オリゴデオキシリボヌクレオチド2-O-Meプローブ:
(5')CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC(3')(アンダーライン部分がメチル基で修飾されている。)。
アグロバクテリウム sp. KYM-8のrRNA測定のための36塩基鎖オリゴデオキシリボヌクレオチド2-O-Meプローブ:
(5')CATCCCCACC TTCCTCTCGG CTTATCACCG GCAGTC(3')(アンダーライン部分がメチル基で修飾されている。)。
【0158】
セルロモナス sp. KYM-7及びアグロバクテリウム sp. KYM-8を下記の培地組成の培地で下記の培養条件で混合培養し、培養時間毎に培養物を採取した。それらから、rRNAをRNeasy Maxikit(QIAGEN社)を用いて調製した。当該rRNAを95℃で5分加熱後、予め反応条件においた反応液に添加し、70℃、1000秒間反応させた後、蛍光強度をパーキンエルマーLS-50Bを使用して測定した。その結果を図5に示した。尚、全rRNAはリボグリーン(RiboGreen) total RNA Quantification Kit (会社名:モレキュラープローブ(molecular probes)、所在地名:Eugene,Oregon, USA)を用いて測定した。
図から分かるように、各菌株のrRNAの動態は全 rRNAの動態と一致した。また、各菌株のrRNAの合計量は全rRNAと一致した。このことは、本発明方法はFISH方法において有効な方法になることを示している。
【0159】
・培地組成(g/l):デンプン,10.0;アスパラギン酸,0.1; K2HPO4,5.0;KH2PO4,2.0;MgSO4・7H2O ,0.2;NaCl,0.1; (NH4)2SO4;0.1.
・培地100mlを500ml容のコニカルフラスコに分注し、該フラスコを120℃で10分間、オートクレーブ釜を用いて殺菌した。
・培養条件:前記の菌株を斜面培地で予め培養した。該斜面培地より1白金耳の菌体をとり、前記の殺菌したコニカルフラスコの培地に接種した。30℃、150rpmで撹拌培養した。
【0160】
Figure 0003963422
【0161】
以下実施例13に、標的核酸の多型及び変異を解析若しくは測定する方法を記す。
実施例13
下記に示した塩基配列をもつ4種類のオリゴヌクレオチドを前記実施例5のDNA合成機を用いて合成した。また、前記実施例5と同様にして、下記の塩基配列の本発明の核酸プローブを合成した。該プローブと各々のオリゴヌクレオチドを溶液中でハイブリダイズさせた後、蛍光強度の変化から1塩基置換の評価ができるかどうか検討した。本発明の核酸プローブの塩基配列は、標的オリゴヌクレオチドのうちのいずれかの3’末端にGが存在する場合に、そのオリゴヌクレオチドの塩基配列に100%マッチするように設計されている。ハイブリダイゼーション温度は、プローブと標的オリゴヌクレオチドとの間の全塩基対(base-pairs)が100%ハイブリダイズできる40℃に設定した。プローブ及び標的オリゴヌクレオチドの濃度、緩衝液の濃度,蛍光測定装置、蛍光測定条件、実験操作などは、前記実施例5と同様である。
【0162】
Figure 0003963422
【0163】
その結果を表5に示した。表から、標的オリゴヌクレオチドNo.1〜3においては、蛍光強度に変化は観察されなかったが、標的オリゴヌクレオチドNo.4においては84%の減少が観察された。
【0164】
Figure 0003963422
【0165】
本発明において、標的核酸(例えば上記標的オリゴヌクレオチドNo.1〜4)の多型及び/又は変異を解析若しくは測定する方法により得られるデータ(例えば表5のカラムA及びBのデータ)を解析する方法において、標的核酸が本発明の核酸プローブ(上記の核酸プローブ)とハイブリダイズしたときの反応系の蛍光強度値を、前記のハイブリダイズしていないときの反応系の蛍光強度値により補正演算処理するとは、表3の(A−B)/Bの計算をいう。
以上の結果より、標的核酸が2本鎖の場合、G→A、G←A、C→T、C←T、G→C、G←Cの置換を検出できることが明らかになった。
【0166】
実施例14
図6に本発明のDNAチップのモデルの一例を図示した。先ず、実施例13で調製した本発明のプローブである3'TTTTTTTTGGGGGGGGC5'BODIPY FL/C6のの3’末端のリボースの3’位炭素のOH基にアミノ基を導入して調製した修飾プローブ、また、スライドガラスを反応基としてエポキシ基を有するシランカップリン剤でスライドガラスの表面を処理した表面処理済スライドガラスを用意した。上記の修飾プローブを含む溶液をDNAチップ作成装置GMSTM417ARRAYER(TAKARA)で該表面処理済スライドガラス上にスポットした。そうすると、3’末端で上記修飾プローブがガラス面に結合した。該スライドガラスを密閉容器内に4時間位おき反応を完結させた。そして該スライドガラスを0.2%SDS溶液、水に1分程度交互に2回づつ漬けた。更にホウ素溶液(水300mlにNaBH41.0gを溶かしたもの。)に5分位つけた。95℃の水に2分つけてから、素早く0.2%SDS溶液、水に1分程度交互に2回づつ漬けて試薬を洗い流した。室温で乾燥した。このようにして本発明のDNAチップを調製した。
【0167】
更に、ガラスの下面の修飾プローブの各スポットに対応する位置に図のような微小な温度センサーとヒータを設けることにより、本発明のDNAチップに高性能を付与することができた。
このDNAチップを用いて標的核酸を測定する場合を説明する。該プローブに標的核酸がハイブリダイズしていないとき、又はハイブリダイズしても蛍光色素標識末端でGCペアーを形成しないとき、若しくは当該プローブと標的核酸とがハイブリダイズした末端塩基部分から1ないし3塩基離れて、標的核酸の塩基配列にG(グアニン)又はシトシン(C)が少なくとも1つ存在しないときは、蛍光強度に変化ない。しかし、その反対に、該プローブに標的核酸がハイブリダイズしているとき、又はハイブリダイズしても蛍光色素標識末端でGCペアーを形成しているとき、若しくは当該プローブと標的核酸とがハイブリダイズした末端塩基部分から1ないし3塩基離れて、標的核酸の塩基配列にG(グアニン)又はシトシン(C)が少なくとも1つ存在するときは蛍光強度が減少する。この蛍光強度はDNAチップ解析装置GMSTM418アレースキャナー(Array Scanner)(TAKARA)を使用して測定できる。
【0168】
実施例15:本発明のDNAチップを用いた一塩基多型(SNPs)の検出実験
I)標的核酸の調製:(5')AAACGATGTG GGAAGGCCCA GACAGCCAGG ATGTTGGCTT AGAAGCAGCC(3')の塩基配列をもつオリゴデオキシリボヌクレオチドを、DNA合成機ABI394(Perkin Elmer社製、米国)を用いて合成し、標的核酸とした。
II)核酸プローブの調製:標的核酸の5’末端から15塩基の配列(アンダーライン部)にハイブリダイズする塩基配列をもつ、下記の6個のオリゴデオキシリボヌクレオチドを、DNA合成機ABI394(Perkin Elmer社製、米国)を用いて合成した。そして、3'-Amino-Modifier C7 CPG(グレンリサーチ、カタログ番号20ー2957)を用いて、3’末端のデオキシリボースの3’位のOH基をアミノ化した。更に5’末端のリン酸基を実施例5と同様な方法でBODIPY FLで標識した。
【0169】
1)プローブ100(100%マッチ):(5')CCTTCCCACA TCGTTT(3')、
2)プローブ−T(1塩基ミスマッチ):(5')CCTTCCCATA TCGTTT(3')、
3)プローブ−A(1塩基ミスマッチ): (5')CCTTCCCAAA TCGTTT(3')、
4)プローブ−G(1塩基ミスマッチ): (5')CCTTCCCAGA TCGTTT(3')、
5)プローブ−TG(2塩基ミスマッチ):(5')CCTTCCCTGA TCGTTT(3')、
6)プローブ−TGT(3塩基ミスマッチ):(5')CCTTCCCTGT TCGTTT(3')、
【0170】
III)DNAチップの調製
全てのDNAプローブを、滅菌蒸留水に溶解して、1μM濃度の溶液にした。DNAマイクロアレイヤー装置(DNAマイクロアレイヤーNo.439702、32ピン型、およびDNAスライドインデックスNo.439701からなる手動式のチップアレイヤーである。greiner社)を用いて、DNAチップ用スライドグラス(Black silylated slides、greiner社)の上に、前記プローブ溶液をスポテイング(spotting)した。スポット終了後10分間反応させ、プローブをスライドグラス上に固定化した。その後、50mMのTE緩衝液(pH:7.2)にて洗浄した。なお、各プローブ溶液につき、4スポットづつスポッテングした。
本発明のDNAチップの模式図を図6に示した。スライドグラス上に固定化された本発明のプローブは、標的核酸にハイブリダイズしないときはBODIPY FLは発色しているが、ハイブリダイズしているときは発色が、ハイブリダイズしないときのものよりも少ない。すなわち減少する。スライドグラスはマイクロヒーターで加熱されるようになっている(本発明では、下記に示すように顕微鏡用透明加熱板(MP-10MH-PG、(株式会社)北里サプライ)で行われた。)。
【0171】
IV)SNPsの検出測定
100μM濃度の標的核酸溶液{50mMのTE緩衝液(pH:7.2)使用}を上記のごとくに調製したDNAチップの上にのせた。カバーグラスで覆い、標的核酸が漏れないようにマニキュアにてカバーグラスをシールした。
検出測定のための装置類の概略は図7に示した。先ず、オリンパス正立顕微鏡(AX80型)の試料台に顕微鏡用透明加熱板(MP-10MH-PG、(株式会社)北里サプライ)をのせた。当該板上に前記に調製した本発明のDNAチップを置き、95℃から33℃まで3℃刻みで変化させ、30分かけて反応させた。各スポットの反応過程の蛍光強度変化を、冷却CCDカメラ(C5810型、浜松フォトニクス社)にて画像取り込み形式で測定した。
取り込み画像を画像解析装置(画像解析ソフト(TPlab spectrum; Signal Analytics社,Verginia)がインストールされたパソコン(NEC))にて解析し、各スポットの輝度を算出し、温度と輝度の関係を求めた。
【0172】
実験結果を図8に示した。図から全てのプローブで蛍光強度が減少していることが分かる。従って、本発明の方法により、本発明のプローブと標的核酸との解離曲線を簡便にモニタリングすることができる。また、標的核酸と100%マッチするプローブ100と一塩基ミスマッチするプローブとのTm値の差は10℃以上あるので、解離曲線から両者を容易に識別することができる。すなわち本発明のDNAチップを使用することによりSNPsの解析が容易にできることがわかる。
【0173】
以下、実施例16〜19に本発明のPCR方法を記す。
実施例16
大腸菌のゲノムDNAにおける16SrRNA遺伝子を標的核酸として、当該核酸の増幅のための(BODIPY FL/C6で標識した)プライマー(本発明の核酸プローブ)を調製した。
【0174】
プライマー1(Eu800R:リバース型)の調製:(5')CATCGTTTAC GGCGTGGAC(3')の塩基配列をもつオリゴデオキシリボヌクレオチドを、DNA合成機ABI394(Perkin Elmer社製、米国)を用いて合成し、更に当該オリゴデオキシリボヌクレオチドの5’末端のリン酸基をホスファターゼ処理してシトシンとし、そのシトシンの5’位の炭素OH基に、-(CH2)9-NH2を結合したオリゴヌクレオチドを、ミドランド・サーテイファイド・レージンド・カンパニー社(米国)から購入した。更に、モレキュラープローブ社からフロオ・リポーターキット(FluoReporter Kits)F-6082(ボデピーFL/C6のプロピオン酸サクシニミジルエステル(BODIPY FL propionic acid succinimidyl ester)の他に、当該化合物をオリゴヌクレオチドのアミン誘導体に結合させる試薬を含有するキット)を購入した。前記購入したオリゴヌクレオチドに当該キットを作用させて、本発明のボデピーFL/C6で標識したプライマー1を合成した。
【0175】
合成物の精製:得られた合成物を乾固し乾固物を得た。それを0.5M Na2CO3/NaHCO3緩衝液(pH9.0)に溶解した。当該溶解物をNAP−25カラム(ファルマシア社製)でゲルろ過を行い、未反応物を除去した。更に逆相HPLC(B gradient:15〜65%、25分間)を以下の条件で行った。そして、溶出するメインピークを分取した。分取した画分を凍結乾燥して本発明のプライマー1を、最初のオリゴヌクレオチド原料2mMより50%の収率で得た。
【0176】
Figure 0003963422
【0177】
実施例17
プライマー2(Eu500R/forward:フォワード型)の調製:(5')CCAGCAGCCG CGGTAATAC(3')の塩基配列をもつオリゴデオキシリボヌクレオチドの5’末端に蛍光色素(BODIPY FL/C6)で標識したプライマー2を実施例14と同様にして収率50%で調製した。
【0178】
実施例18
殺菌したニュトリエントブロス(NB)(Difco社製)液体培地5ml(組成:NB、0.08g/100ml)を含有する試験管を用いて、大腸菌JM109株を37℃で一晩振蘯培養した。培養液1.5mlを1.5ml容量の遠心チューブで遠心分離し、菌体を得た。この菌体から、DNeasy Tissue Kit(キアゲン(QIAGEN)社、ドイツ国)を用いてゲノムDNAを抽出した。その抽出は本キットのプロトコルに従った。その結果、17ng/μlのDNA溶液を得た。
【0179】
実施例19
上記の大腸菌のゲノムDNA、プライマー1及び/又はプライマー2を使用して、ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社発売のライトサイクラーTMシステム(LightCyclerTM System)を用いて常法通りにPCR反応を行った。操作は当該システム機器の手順書に従った。
また、上記システムにおいてPCRは、当該手順書に記されている核酸プローブ(FRET現象を利用する二個のプローブ)と通常のプライマー(蛍光色素で標識されていない通常のプライマー)の代りに本発明プライマー1及び/又は2を用いる以外は当該手順書通りに行った。
【0180】
PCRは次のコンポーネントのハイブリダイゼーション溶液中で行った。
Figure 0003963422
尚、標的核酸である大腸菌16SrDNAは、図9の説明欄に示される実験区の濃度で、また、プライマーは、同様に図9の説明欄に示される実験区のプライマー1及び/又は2の組合せで実験を行った。
【0181】
また、上記のTaq溶液は次の試薬の混合液である。
Figure 0003963422
【0182】
尚、Taq 溶液、 Taq DNAポリメラーゼ溶液はロシュ・ダイアグノスティックス株式会社発売のDNAマスターハイブリダイゼーションプローブ(DNA Master Hybridization Probes)キットのものである。特にTaq DNA ポリメラーゼ溶液は10×conc.(赤いキャップ)を10倍に希釈して用いた。また、Taq スタートは、クローンテック社(USA)より販売されているTaq DNAポリメラーゼ用の抗体で、これを反応液に添加することで70℃までTaq DNAポリメラーゼの活性を抑えることができる。即ち、ホット・スタート(hot start)を行うことができるものである。
【0183】
Figure 0003963422
測定は、ライトサイクラーTMシステムを用いて行った。その際、該システムにあるF1〜3の検出器にうち、F1の検出器を用い、その検出器のゲインは10、励起強度は75に固定した。
【0184】
その結果を図9及び10に示した。図9及び10から、蛍光色素の発光の減少が観察される時点のサイクル数と標的核酸の大腸菌16SrDNAのコピー数が比例していることが分かる。尚、図においては、蛍光色素の発光の減少量を蛍光強度の減少値として表現した。
図11は、サイクル数の関数として、大腸菌16SrDNAのコピー数を表現した大腸菌16SrDNAの検量線を示す。相関係数は0.9973で、極めてよい相関を示した。
以上の結果から分かるように、本発明の定量的PCR方法を用いると標的核酸の当初のコピー数を測定できるようになる。即ち、標的核酸の濃度の測定ができる。
【0185】
実施例20
実施例19においては、本発明のプローブをプライマーとしてPCRを行ったが、本実施例では従来法に用いるFRET現象を利用する二個のプローブの代わりに本発明のプローブを用いて下記の条件で本発明のPCRを行った。
a)標的核酸:大腸菌の16S−rDNA
b)使用プライマー:
・フォワードプライマー E8F:(5')AGAGTTTGAT CCTGGCTCAG(3')
・リバースプライマー E1492R:(5')GGTTACCTTG TTACGACTT(3')
c)使用プローブ:BODIPY FL-(5')CGGGCGGTGT GTAC(3')
d)使用PCR測定機器:ライトサイクラーTMシステム
e)PCRの条件:
変性反応 :95℃、10秒(第一回のみ、60秒間、95℃)
アニーリング反応:50℃、5秒
核酸伸長反応 :72℃、70秒
全サイクル数 :70サイクル
【0186】
Figure 0003963422
【0187】
その結果を図12に示した。図から、蛍光色素の発光の減少が観察される時点のサイクル数と標的核酸の大腸菌16SrDNAのコピー数が比例していることが分かる。
以上の結果から分かるように、本発明の定量的PCR方法を用いると標的核酸の当初のコピー数を測定できるようになる。即ち、標的核酸の測定ができる。
【0188】
次に以下の実施例に、上記の本発明の定量的PCR方法を用いて得られるデータを解析する本発明のデータ解析方法について記す。
実施例21
ヒトゲノムDNA(ヒトβ−グロビン(globin)(TaKaRaカタログ商品番号 9060)(TaKaRa株式会社製)(以下、ヒトゲノムDNAという。)を標的核酸として、当該核酸の増幅のためのボデピー FL/C6で標識したプライマーを調製した。
【0189】
プライマーKM38+C(リバース型)の調製:(5')CTGGTCTCCT TAAACCTGTC TTG(3')の塩基配列をもつオリゴデオキシリボヌクレオチドを、DNA合成機ABI394(Perkin Elmer社製、米国)を用いて合成し、更に当該オリゴデオキシリボヌクレオチドの5’末端のリン酸基をホスファターゼ処理してシトシンとし、そのシトシンの5’位の炭素OH基に、-(CH2)9-NH2を結合したものを、ミドランド・サーテイファイド・レージンド・カンパニー社から購入した。更に、モレキュラープローブ社からリポーターキット(FluoReporter Kit)F-6082(ボデピーFL/C6のプロピオン酸サクシニミジルエステル(BODIPY FL propionic acid succinimidyl esters)の他に、当該化合物をオリゴヌクレオチドのアミン誘導体に結合させる試薬を含有するキット)を購入した。前記購入したオリゴヌクレオチドに当該キットを作用させて、本発明のボデピーFL/C6で標識したプライマーKM38+Cを合成した。
【0190】
合成物の精製:得られた合成物を乾固し乾固物を得た。それを0.5M Na2CO3/NaHCO3緩衝液(pH9.0)に溶解した。当該溶解物をNAP-25カラム(ファルマシア社製)でゲルろ過を行い、未反応物を除去した。更に逆相HPLC(B gradient:15〜65%、25分間)を以下の条件で行った。そして、溶出するメインピークを分取した。分取した画分を凍結乾燥して本発明のプライマーKM38+Cを、最初のオリゴヌクレオチド原料2mMより50%の収率で得た。
【0191】
Figure 0003963422
【0192】
実施例21
プライマーKM29(フォワード型)の調製:(5')GGTTGGCCAA TCTACTCCCA GG(3')の塩基配列をもつオリゴデオキシリボヌクレオチドを実施例18と同様に合成した。
【0193】
比較実験例1
本比較実験例は、核酸伸長反応時の蛍光強度値を、熱変性反応時の蛍光強度値を用いて割る演算処理過程(数式(1)の処理)を有しないデータ解析用ソフトウエアの使用に係るものである。
上記のヒトゲノムDNA、プライマーKM38+C及びプライマーKM29を使用して、ライトサイクラー TMシステムを用いてPCR反応を行い、各サイクル毎の蛍光強度を測定した。
尚、本比較実施例のPCRは、前記に説明した蛍光色素色素で標識したプライマーを用いるものであり、蛍光発光の増加でなく、減少を測定する新規なリアルタイム定量的PCR方法である。データ解析は当該システムのソフトウエアを用いて行った。本比較実験例のPCRは、当該手順書に記されている核酸プローブ(FRET現象を利用する二個のプローブ)と通常のプライマー(蛍光色素で標識されていない通常のプライマー)の代りに本発明プライマーKM38+C及びKM29を用いる以外は当該装置の手順書通りに行った。
【0194】
PCRは次のコンポーネントのハイブリダイゼーション溶液中で行った。
Figure 0003963422
尚、ヒトゲノムDNAは、図13の簡単な説明欄に示される実験区の濃度で実験を行った。MgCl2の最終濃度は2mMであった。
【0195】
また、上記のTaq溶液は次に試薬の混合液である。
Figure 0003963422
【0196】
尚、Taq溶液、 Taq DNA ポリメラーゼ溶液はロシュ・ダイアグノスティックス株式会社発売のDNAマスターハイブリダイゼーションプローブ(DNA Master Hybridization Probes)キットのものである。特にTaq DNA ポリメラーゼ溶液は10×conc.(赤いキャップ)を10倍に希釈して用いた。また、Taqスタートは、クローンテック社(USA)より販売されているTaq DNA ポリメラーゼ用の抗体で、これを反応液に添加することで70℃までTaq DNAポリメラーゼの活性を抑えることができる。即ち、ホット・スタートを行うことができるものである。
【0197】
反応条件は次の如くである。
Figure 0003963422
測定は、ライトサイクラーTMシステムを用いて行った。その際、該システムにあるF1〜3の検出器にうち、F1の検出器を用い、その検出器のゲインは10、励起強度は75に固定した。
【0198】
前記の如くにPCRを行って、各サイクルの蛍光強度を実測した。その結果を図13に示す。即ち、各コピー数のヒトゲノムDNAについて、各サイクルの変性反応時及び核酸伸長反応時の蛍光強度を測定し、印字したものである。どのサイクルにおいても変性反応時には蛍光強度値は一定であるが、核酸伸長反応時には、25サイクル目当たりから蛍光強度が減少しているのが観察される。そうして、減少はヒトゲノムDNAのコピー数が多い順に起こることが分かる。
【0199】
図13に示すようにヒトゲノムDNAの各コピー数について初期のサイクル数の蛍光強度値が一様でなかった。それで、本比較例で使用するデータ解析方法に以下の過程(b)〜(j)を追加した。
(b)10サイクル目の蛍光強度値を1として各サイクルの蛍光強度値を換算する過程、即ち、下記の〔数式8〕による計算をする過程、
n=Fn(72)/F10(72) 〔数式8〕
ただし、Cn=各サイクルにおける蛍光強度値の換算値、Fn(72)=各サイクルの72℃の蛍光強度値、F10(72)=10サイクル目の72℃における伸長反応後の蛍光強度値。
(c)前記(b)の過程で得られた各換算値を、サイクル数の関数として、デスプレー上に表示及び/又は印字する過程、
【0200】
(d)前記(b)の過程で得られた各サイクルの換算値から下記の〔数式9〕による蛍光強度の変化率(減少率、消光率)を計算をする過程、
〔数式9〕
dn =log10{100−Cn×100)}
dn =2log10{1−Cn
ただし、Fdn=蛍光強度変化率(減少率、消光率)、Cn=〔数式8〕で得られた値。
(e)前記(d)の過程で得られた各換算値を、サイクル数の関数として、デスプレー上に表示及び/又は印字する過程、
【0201】
(f)前記(d)の過程で処理されたデータを、スレッシュホールド(threshold)としての0.5と比較し、その値に達したサイクル数を計数する過程、
(g)前記(f)の過程で計数した値をX軸に、反応開始前のコピー数をY軸にプロットしたグラフを作成する過程、
(h)前記(g)の過程で作成したグラフをデスプレー上に表示及び/又は印字する過程、
(i)前記(h)の過程で描かれた直線の相関係数又は関係式を計算する過程、
(j)前記(i)の過程で計算された相関係数又は関係式をデスプレー上に表示及び/又は印字する過程。
【0202】
上記のデータ解析用ソフトウエアを用いて、前記図13で得られたデータを前記に引き続いて以下のように処理した。
図14は、上記(b)の過程で処理されたデータを印字した(前記(c)過程)したものである。即ち、10サイクル目の蛍光強度値を1として各サイクルの蛍光強度を換算し、その換算値を対応するサイクル数に対してプロットしたものである。
図15は、前記(d)の過程で処理したデータを印字した(前記(e)過程)ものである。即ち、図14の各プロット値から蛍光強度の減少率(消光率)を計算して、各計算値を各サイクル数に対してプロットしたものである。
【0203】
図16は、前記(f)の過程で処理したデータについて、前記(g)の過程で作成したグラフを印字した(前記(h)の過程)ものである。即ち、蛍光強度減少率=0.5をスレッシュホールド(threshold)し、その値に達したサイクル数をX軸に、ヒトゲノムDNAの反応開始前のコピー数をY軸にプロットしたグラフである。このグラフの直線の相関係数(R2)を前記(i)の過程で計算し、印字した(前記(j)の過程)もので、0.9514であった。このように、この相関係数では正確なコピー数を求めるは無理であった。
【0204】
実施例23(本発明のデータ解析方法を用いてデータ処理がなされた実験例)
PCRは比較実験例1と同様に行った。
データ処理は、比較実験例1の(b)の過程の前に下記の(a)の過程をおき、(b)、(d)の過程を以下のように変更する以外は比較実験例1と同様な過程で行った。
(a)各サイクルにおける増幅した核酸が本発明の核酸プローブである(蛍光色素で標識された)核酸プライマーとハイブリダイズしたときの反応系の蛍光強度値(即ち、核酸伸長反応時(72℃)の蛍光強度値)を、核酸ハイブリッド複合体(増幅した核酸が核酸プライマーとハイブリダイズしたもの)が解離したときに測定された反応系の蛍光強度値(即ち、核酸熱変性反応完了時(95℃)の蛍光強度値)で割る補正演算処理過程、即ち、実測の蛍光強度値を次の〔数式1〕で補正した。
n=fhyb,n/fden,n 〔数式1〕
[式中、fn=サイクルの蛍光強度の補正値、fhyb,n=各サイクルの72℃の蛍光強度値、fden,n=各サイクルの95℃の蛍光強度値]
得られた値を各サイクル数に対してプロットしたのが図17である。
【0205】
(b)各サイクルにおける〔数式1〕における補正演算処理値を〔数式3〕に代入し、各サイクルにおける各サンプル間の蛍光変化率(減少率又は消光率)を算出する演算処理過程、即ち、下記の〔数式10〕で演算処理する過程、
n=fn/f25 〔数式10〕
[式中、Fn=各サイクルの演算処理値、fn=〔数式1〕で得られた各サイクルの値、f25=〔数式1〕で得られた値で、サイクル数が25回目のもの]。
〔数式10〕は〔数式3〕において、a=25とした場合におけるものである。
【0206】
(d)前記(b)の過程で得られた各サイクルの演算処理値を〔数式6〕による蛍光強度の変化率(減少率又は消光率)の対数値を得るための演算処理に付す過程、即ち、下記の〔数式11〕で演算処理する過程、
log10{(1−Fn)×100} 〔数式11〕
[式中、Fn=[数式10]で得られた値]。
〔数式11〕は〔数式6〕において、b=10、A=100とした場合におけるものである。
【0207】
上記の結果を図18及び19に示した。
図18は、前記(a)及び(b)の過程で処理された値をサイクル数に対してプロットし、印字したものである。
図19は、図18で得られた値を前記(d)の過程のように処理して得られた値を、サイクル数に対してプロットし、印字したものである。
【0208】
次に、図19のグラフを基に、前記(f)、(g)、及び(h)の過程で処理した。即ち、図19のグラフを基に比較実験例1と同様に、log10(蛍光強度変化率)のスレッシュホールド値として、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.2を選び、その値に達したサイクル数をX軸に、ヒトゲノムDNAの反応開始前のコピー数をY軸にプロットし、検量線を描かせた。その結果を図20に示した。これらの検量線について前記(i)及び(j)の過程で処理して求めた相関係数(R2)は、前記各スレッシュホールド値に対して、各々0.998、0.999、0.9993、0.9985、0.9989、0.9988であった。これらの相関係数から、スレッシュホールド値として0.5(相関係数0.9993)を採用することが望ましいことが認識できた。この相関係数をもつ検量線であれば、未知コピー数の核酸試料について反応開始前のコピー数を精度よく求めることができることが分かる。
【0209】
実施例24(核酸の融解曲線分析及びTm値分析の例)
本発明の新規なPCR法により増幅された核酸について、51)低い温度から核酸が完全に変性するまで、温度を徐々に上げるあるいは下げる過程(例えば、50℃から95℃まで)、52)前記51)過程において、短い時間間隔(例えば、0.2℃〜0.5℃の温度上昇に相当する間隔)で蛍光強度を測定する過程、53)前記52)過程の測定結果を時間の関数としてデスプレー上に表示する過程、即ち、核酸の融解曲線を表示する過程、54)前記53)過程の融解曲線を一次微分する過程、55)前記54)過程の微分値(−dF/dT、F:蛍光強度、T:時間)をデスプレー上に表示する過程、56)前記55)から得られる微分値から変曲点を求める過程からなるソフトウエアを作成し、前記本発明のデータ解析用ソフトウエアに合体した。当該データ解析用ソフトウエアを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体をインストールした前記ライトサイクラーTMシステムを用いて本発明の新規リアルタイム定量的PCR反応を行い、核酸融解曲線の分析を行った。本発明においては、蛍光強度は温度が上がるごとに増加する。
【0210】
実施例23と同じヒトゲノムDNAの1コピーと10コピーについて、実施例21と同様のPCRを行い、前記51)、52)、53)、54)及び55)の過程で処理されたデータを印字したものが図21である。1コピーと10コピーの75回目の増幅産物について、本実施例の51)、52)及び53)の過程で処理した核酸融解曲線の図が図22である。54)の過程でこの曲線を微分し、55)及び56)の過程で変曲点(Tm値)を求めたものが図23である。図23から、1コピーと10コピーの増幅産物のTm値が異なる故に、各増幅産物は異なる産物であることが判明した。
【0211】
【発明の効果】
本発明は次のような効果を有する。
1)本発明の標的核酸の濃度を測定する方法、本発明の各種の核酸プローブ、特に2-O-アルキルオリゴヌクレオチド若しくは2-O-アルキレンオリゴヌクレオチド、2-O-ベンジルオリゴヌクレオチドなど化学的修飾オリゴヌクレオチドなどからなる本発明の核酸プローブ、またオリゴリボヌクレオチドとオリゴデオキシリボヌクレオチドが介在するキメリックオリゴヌクレオチドなどからなる本発明の核酸プローブ、それらの本発明の核酸プローブを含有若しくは付帯する、標的核酸の濃度を測定する測定キット、及び前記の本発明の核酸プローブを結合してなるDNAチップなどの核酸チップ若しくは核酸デバイスを用いると、測定系から未反応の核酸プローブを除く等の操作をすることがないので、標的核酸の濃度を短時間でかつ簡便に測定できる。また、複合微生物系又は共生微生物系に適用すると、当該系における特定菌株の存在量を特異的かつ短時間に測定できる。また、本発明は標的核酸若しくは遺伝子のSNPなどの多型又は変異などの解析若しくは測定する簡便な方法を提供している。
【0212】
2)また、本発明の定量的PCR方法は、次のような効果を有する。
a.TaqDNAポリメラーゼによる標的核酸の増幅に阻害的に作用する因子が添加されていないことから、従来公知の特異性のある通常のPCRと同様の条件で定量的PCRを行うことができる。
b.また、PCRの特異性を高く保つことができるので、プライマーダイマーの増幅が遅くなることから、従来公知の定量的PCRと比較すると定量限界が約1桁のオーダー低くなる。
c.複雑な核酸プローブを用意する必要がないので、それに要する時間と費用が節約できる。
d.標的核酸の増幅効果も大きく、増幅過程をリアルタイムでモニタリングすることができる。
【0213】
3)また、リアルタイム定量的PCR方法で得られたデータを解析する際、本発明のデータ解析方法を用いて、未知核酸コピー数の核酸試料について核酸のコピー数を求める検量直線を作成すると、検量線の相関係数は従来の方法により得られたものに較べて格段に高い。それで、本発明のデータ解析方法を用いると核酸の正確なコピー数を求めることができる。
【0214】
4)また、本発明のリアルタイム定量的PCR方法によって得られたデータの解析方法に係るデータ解析用ソフトウエア、また、その解析方法の手順をプログラムとして記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、また、それを用いたリアルタイム定量的PCRの測定若しくは解析装置を用いると、相関係数の高い検量直線を自動的に作成することができる。
【0215】
5)また、本発明の新規な核酸の融解曲線の分析方法を用いると、精度の高い、核酸のTm値を求めることができる。更に、当該方法に係るデータ解析用ソフトウエア、また、その分析方法の手順をプログラムとして記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、また、それを用いたリアルタイム定量的PCRの測定若しくは解析装置を用いると、正確なTm値を求めることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得た核酸プローブを用いて大腸菌の16SrRNAの5´末端から数えて335から358番目の核酸塩基配列を測定した場合の蛍光強度測定データを示す図。
【図2】35塩基鎖2-O-Meプローブの標的核酸へのハイブリダイゼーションに対する熱処理の効果
点線:rRNAを加熱処理後,標的核酸が添加された。
実線:非加熱処理rRNA.
【図3】プローブと標的核酸16SrRNAのハイブリダイゼーションに対するプローブの塩基鎖の塩基数、ヘルパープローブ及びプローブの5’末端のリボースの2’位炭素OH基のメチル基修飾の効果
【図4】本発明方法によるrRNA測定のための検量線
【図5】KYM7株及びKYM8株の複合培養系のrRNA量の時間経過についての本発明のFISH方法による分析
【図6】本発明のDNAチップを説明する図。
【図7】本発明のDNAチップを用いるSNPs検出測定のための装置類を説明する図。
【図8】本発明のDNAチップを用いるSNPs検出測定の実験結果を示す図。
【図9】 ボデピーFL/C6で標識したプライマー1及び2を用いた定量的PCR方法:サイクル数と蛍光色素の発光の減少量の関係を示す図。図中の▲1▼〜▲8▼なる記号は、下記の意味を表す。
Figure 0003963422
【図10】ボデピーFL/C6で標識したプライマー1及び2を用いた定量的PCR方法:サイクル数と蛍光色素の発光の減少量の対数値の関係を示す図。図中の▲1▼〜▲8▼なる記号は、図9と同じ意味を表す。
【図11】本発明の定量的PCR方法を用いて作成した大腸菌16SrDNAの検量線を示す図。n:10n
【図12】上図は、FRET現象を用いるリアルタイム定量的PCR方法において使用する蛍光色素で標識した二つのプローブの代わりに、本発明の一つのプローブを用いてリアルタイム定量的PCRを行った場合の蛍光強度の減少率の変化を示す図である。下図は蛍光強度の減少が有為に観察され始めるサイクル数(threshold number:Ct値)を算出し、検量線を作成した図である。
【図13】本発明の補正演算処理しない場合の、本発明のボデピーFL/C6で標識したプライマーを用いたリアルタイム定量的PCRによって得られた蛍光減少曲線を示す図。
■:標的核酸=10コピー;蛍光強度測定の反応系の温度=72℃
●:標的核酸=100コピー;蛍光強度測定の反応系の温度=72℃
▲:標的核酸=1000コピー;蛍光強度測定の反応系の温度=72℃
◆:標的核酸=10000コピー;蛍光強度測定の反応系の温度=72℃
□:標的核酸=10コピー;蛍光強度測定の反応系の温度=95℃
○:標的核酸=100コピー;蛍光強度測定の反応系の温度=95℃
△:標的核酸=1000コピー;蛍光強度測定の反応系の温度=95℃
◇:標的核酸=10000コピー;蛍光強度測定の反応系の温度=95℃
【図14】各曲線の10サイクル目の値を1として補正する以外は、図13の曲線の場合と同様にしたリアルタイム定量的PCRによって得られた蛍光減少曲線を示す図。
■:標的核酸=10コピー;蛍光強度測定温度=72℃
●:標的核酸=100コピー;蛍光強度測定温度=72℃
▲:標的核酸=1000コピー;蛍光強度測定温度=72℃
◆:標的核酸=10000コピー;蛍光強度測定温度=72℃
5:標的核酸=10000コピー;蛍光強度測定温度=72℃
【図15】図14の各曲線の各プロット値について、[数式9]の蛍光強度減少率(変化率)を計算し、計算値をプロットした曲線を示す図。
■:標的核酸=10コピー
●:標的核酸=100コピー
▲:標的核酸=1000コピー
◆:標的核酸=10000コピー
【図16】図15のデータから求めたヒトゲノムDNAの検量直線を示す図。
y=ヒトβ−グロビン遺伝子コピー数
x=サイクル数(Ct)
2=相関係数
【図17】図13の各サイクルの測定値を〔数式1〕で補正演算処理した値を各サイクル数に対してプロットした曲線を示す図。
■:標的核酸=10コピー
●:標的核酸=100コピー
▲:標的核酸=1000コピー
◆:標的核酸=10000コピー
【図18】図17の各サイクルの演算処理値を〔数式3〕で演算処理した値をサイクル数に対してプロットした曲線を示す図。
■:標的核酸=10コピー
●:標的核酸=100コピー
▲:標的核酸=1000コピー
◆:標的核酸=10000コピー
【図19】図18の各サイクルの演算処理値を〔数式6〕の式で演算処理した値をサイクル数に対してプロットした曲線を示す図。
■:標的核酸=10コピー
●:標的核酸=100コピー
▲:標的核酸=1000コピー
◆:標的核酸=10000コピー
【図20】図18の各log(蛍光変化率)値からCt値の候補として、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.2を適当に選んで、それに対応する検量直線を描かせた場合の図。尚、各検量線における相関係数を下記に示した。
▲:log10(蛍光変化率)=0.1;相関係数=0.998
■:log10(蛍光変化率)=0.3;相関係数=0.999
●:log10(蛍光変化率)=0.5;相関係数=0.9993
△:log10(蛍光変化率)=0.7;相関係数=0.9985
□:log10(蛍光変化率)=0.9;相関係数=0.9989
○:log10(蛍光変化率)=1.2;相関係数=0.9988
【図21】1コピー及び10コピーのヒトゲノムDNAについて、本発明のボデピーFL/C6で標識したプライマーを用いてリアルタイム定量的PCRを行った場合の蛍光減少曲線を示す図。ただし、〔数式1〕の補正演算処理を施した。
1:標的核酸=0コピー
2:標的核酸=1コピー
3:標的核酸=10コピー
【図22】図21に示されるPCRの増幅産物についての核酸の融解曲線分析を行った場合の核酸の融解曲線を示す図。
1:標的核酸=0コピー
2:標的核酸=1コピー
3:標的核酸=10コピー
【図23】図22の曲線を微分して得られた、Tm値を示す曲線を示す図(谷がTm値)。
2:標的核酸=1コピー
3:標的核酸=10コピー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method for measuring the concentration of a target nucleic acid. Specifically, in various methods for measuring the concentration of various nucleic acids using a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye,Chimeric oligonucleotides that are labeled with a fluorescent dye at the 3 ′ end or 5 ′ end and contain oligoribonucleotides and oligodeoxyribonucleotides ( chimeric oligonucleotide )Nucleic acid probeThe probeBefore the hybridization between the target nucleic acid and the target nucleic acid, a helper probe for increasing the hybridization efficiency is added to the hybridization reaction system, the hybridization reaction is performed, and the fluorescence intensity before and after the hybridization is measured. Related to the method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various methods for measuring a nucleic acid concentration using a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye are known. The method includes the following.
(1) Dot blotting method
In this method, a nucleic acid probe labeled with a target nucleic acid and a fluorescent dye is hybridized on the membrane, then an unreacted nucleic acid probe is washed away, and only the fluorescent dye molecule labeled on the nucleic acid probe hybridized with the target nucleic acid is used. The fluorescence intensity is measured.
[0003]
(2) Intercalator method (Glazer et al., Nature 359: 959, 1992)
This method is a method of measuring the amount of increase in light emission because a certain type of fluorescent dye called an intercalator emits strong light when it gets stuck in the double strand of a nucleic acid. Examples of the fluorescent dye include ethidium bromide (Experimental Medicine, Vol. 15, No. 7, pages 46-51, 1997, Yodosha), SYBR R Green (LightCycler)TM System; pamphlet issued on April 5, 1999, published by Roche Diagnostics Co., Ltd.).
[0004]
(3) Method using FRET (fluorescence energy transfer) (Mergney et al., Nucleic Acid Res., 22: 920-928, 1994.)
This method consists of hybridizing two nucleic acid probes to a target nucleic acid. The two nucleic acid probes are each labeled with a different fluorescent dye. One fluorescent dye of the two probes can transmit energy to the fluorescent dye of the other probe through the FRET phenomenon to emit light. The two probes are designed to hybridize so that the fluorescent dyes face each other and 1-9 bases apart. Therefore, when the two nucleic acid probes are hybridized to the target nucleic acid, the latter fluorescent dye emits light, and the intensity of the light emission is proportional to the replication amount of the target nucleic acid.
[0005]
(4) Molecular beacon method (Tyagi et al., Nature Biotech., 14: 303-308, 1996.)
The nucleic acid probe used in this method is labeled with a reporter dye at one end of the nucleic acid probe and a quencher dye at the other end. Since both ends thereof are complementary to each other in the base sequence, the base sequence is designed so as to form a hairpin stem as a whole probe. Due to Forster resonance energy, the light emission of the reporter dye is suppressed by the quencher dye in a state of floating in the liquid due to its structure. However, since the hairpin structure is broken when hybridized to the target nucleic acid, the distance between the reporter dye and the quencher dye increases, so that the Forster resonance energy does not move. As a result, the reporter dye emits light.
[0006]
(5) Davis method (Davis et al., Nucleic acids Res. 24: 702-706, 1996)
Davis created a probe with a fluorescent dye attached to the 3 'end of the oligonucleotide via a spacer with 18 carbon atoms. This was applied to flow cytometry. It has been reported that 10-fold fluorescence intensity can be obtained when hybridizing than when a fluorescent dye is directly bound to the 3 'end.
These methods include various nucleic acid measurement methods, FISH method (fluorescent in situ hybridization assays), PCR method, LCR method (ligase chain reaction), SD method (strand displacement assays), competitive hybridization method (competitive hybridization), etc. It is applied to and has made remarkable progress.
[0007]
These methods are generally used at present, but after performing a hybridization reaction between a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye and a target nucleic acid, it is necessary to wash away the non-hybridized nucleic acid probe from the reaction system. Has an unfavorable procedure. It is clear that the removal of such procedures leads to a reduction in measurement time, ease of measurement, and accuracy of measurement. Therefore, development of a nucleic acid measurement method that does not have such a procedure has been desired.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a method for measuring the concentration of a target nucleic acid in a shorter time, more simply, and more accurately in a method for measuring the concentration of a target nucleic acid using a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye. Is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present inventors have repeatedly studied a method for measuring the concentration of nucleic acid using a nucleic acid probe. As a result, when a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye is hybridized to the target nucleic acid, there is a phenomenon that the emission of the fluorescent dye decreases (fluorescence quenching phenomenon), and the decrease is remarkable in a specific dye, In particular, it has been discovered that the degree of reduction depends on the type or base sequence of the base to which the fluorescent dye is bound. In the measurement method,The 3 ′ terminal base is G or C and the 3 ′ terminal 3 ′ carbon OH group, or the 5 ′ terminal base is G or C and the 5 ′ terminal phosphate group, or the 5 ′ terminal A phosphoric acid group is treated with phosphatase, a 5'-position carbon OH group is labeled with a fluorescent dye, and a chimeric oligonucleotide containing oligoribonucleotides and oligodeoxyribonucleotides ( chimeric oligonucleotide )Before the hybridization between the nucleic acid probe and the target nucleic acid, a helper probe for increasing the hybridization efficiency is added to the hybridization reaction system and the hybridization reaction is performed. Furthermore, it was discovered that the concentration of the target nucleic acid can be measured more simply and more accurately. The present invention has been completed based on such findings.
[0010]
  That is, the present invention
  1) Nucleic acid probe labeled with any fluorescent dye of 6-joe, BODIPY TMR, BODIPY FL, BODIPY FL / C3, Alexa 488, or Alexa 532The 3 ′ terminal base is G or C and the 3 ′ terminal 3 ′ carbon OH group, or the 5 ′ terminal base is G or C and the 5 ′ terminal phosphate group, or 5 ′. The phosphate group at the terminal is treated with phosphatase, the carbon OH group at the 5 ′ position is labeled with a fluorescent dye,As an oligonucleotideTheIt consists of a chimeric oligonucleotide containing rigoribonucleotide and oligodeoxyribonucleotide, and when hybridized to the target nucleic acid, the base pair of hybridization is a pair of G (guanine) and C (cytosine) at the terminal portion. The base sequence of the probe is designed so that at least one pair is formed, and when hybridized to the target nucleic acid, the labeled fluorescent dye reduces the light emission, or the nucleic acid probe is a single nucleic acid probe. Alternatively, the 2 'carbons of multiple riboses are chemically modified2'-O-methyl oligonucleotide, 2'-O-ethyl oligonucleotide, 2'-O-butyl oligonucleotide, 2'-O-ethylene oligonucleotide, or 2'-O-benzyl oligonucleotideIn order to further increase the efficiency of hybridization to the hybridization sequence region of the nucleic acid probe before hybridization of the nucleic acid probe, which intervenes in the chain, to the target nucleic acid,Helper probes composed of deoxyribonucleotides as oligonucleotides, orA helper probe consisting of oligoribonucleotides as oligonucleotidesIsThe 2 'carbon of ribose was chemically modified2'-O-methyl oligonucleotide, 2'-O-ethyl oligonucleotide, 2'-O-butyl oligonucleotide, 2'-O-ethylene oligonucleotide, or 2'-O-benzyl oligonucleotideIs added in the chain (provided that “the 2′-position carbon of ribose is not chemically modified and the 2′-position carbon of ribose is not chemically modified) Not a combination of the above-mentioned helper probes "or" a combination of a probe and a helper oligonucleotide having a diphosphate ester backbone, an alkyl or aryl phosphate ester backbone "), or hybridization of the nucleic acid probe to a target nucleic acid. A method for measuring the concentration of a target nucleic acid, characterized by measuring a decrease in light emission of a fluorescent dye before and after hybridization, or
[0011]
  2) The aboveTarget nucleic acid is RNAThe method for measuring the concentration of the target nucleic acid according to 1) above, or
[0012]
  3)After heat treatment at 80-100 ° C. for 1-15 minutes, the nucleic acid probe and the target nucleic acid are hybridized.Said2) For measuring the concentration of the target nucleic acid according to
  4) The aboveThe helper probe is Cellulomonas sp. It hybridizes to 16S rRNA of KYM-7 strain, and its nucleotide sequence is (5 ′) TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A (3 ′) or (5 ′) CCCTGGTCGT AAGGGCCCATTGATGTGAC GT (3 ′), and the nucleic acid probe Cellulomonas sp. And its nucleotide sequence is (5 ′) CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC (3 ′) or Agrobacterium sp. And its nucleotide sequence is (5 ′) CATCCCCACC TTCCTCTCGGG CTTATCACCCG GCAGTC (3 ′)Said2) For measuring the concentration of the target nucleic acid according to
[0013]
  5) SaidBase sequence (5 ′) TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A (3 ′) is modified with a methyl group on the 2′-position carbon OH group of the central 8 bases (9 to 16 bases counted from the 5 ′ end) (Ether-linked) oligoribonucleotide bodySaid4) For measuring the concentration of the target nucleic acid according to
[0014]
  6) Said base sequence(5 ′) CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT (3 ′)Is an oligoribonucleotide body in which the OH group at the 2'-position of ribose in the middle 8 bases (9 to 16 bases counted from the 5 'end) is modified (ether-linked) with a methyl group.4) For measuring the concentration of the target nucleic acid according to
  7) Said base sequence(5 ′) CATCCCCACC TTCCTCCCAG TTGACCCCGG CAGTC (3 ′)But the middle 8 bases (counted from the 5 'end)17base~24The oligoribonucleotide body in which the OH group at the 2'-position carbon of ribose in the base portion) is modified with a methyl group (ether bond)4) For measuring the concentration of the target nucleic acid according to
[0015]
  8) The base sequence (5 ') CATCCCCACC TTCCTCCCGAG TTGACCCCGG CAGTC (3')9Base content (17 to 2 bases counting from the 5 'end5The oligoribonucleotide body in which the OH group at the 2'-position carbon of ribose in the base portion) is modified with a methyl group (ether bond)4) For measuring the concentration of the target nucleic acid according to
[0016]
  9) SaidWhen the nucleic acid probe is hybridized to the target nucleic acid, the base of the target nucleic acid is one base away from the terminal base of the target nucleic acid hybridized to the probe, and one G (guanine) base is present in the target nucleic acid. The base sequence is designedSaid1) For measuring the concentration of the target nucleic acid according to
  10)In the nucleic acid probe, the 3 ′ carbon hydroxyl group of ribose or deoxyribose at the 3 ′ end is phosphorylated.The method for measuring the concentration of the target nucleic acid as described in 1) above, or
  11)The fluorescence intensity value of the reaction system obtained after the target nucleic acid is hybridized with a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye and the probe-nucleic acid hybrid complex thus formed is dissociated. Correct byThe method for measuring the concentration of the target nucleic acid as described in 1) above, or
[0017]
  12)The target nucleic acid is derived from a microorganism obtained by pure separation or from an animal.The method for measuring the concentration of the target nucleic acid as described in 1) above, or
  13)The target nucleic acid is a nucleic acid contained in a complex microbial system or a symbiotic microbial system or in a cell homogenate.The method for measuring the concentration of the target nucleic acid as described in 1) above,
I will provide a.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments.
The first feature of the present invention is a method for measuring the concentration of a target nucleic acid using a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye, wherein the fluorescent dye before and after hybridization is generated when the nucleic acid probe is hybridized to the target nucleic acid. The purpose is to measure the decrease in luminescence.
In the present invention, the probe-nucleic acid hybrid complex refers to a compound (complex) in which a nucleic acid probe labeled with the fluorescent dye of the present invention is hybridized with a target nucleic acid. For the sake of simplicity, hereinafter, it is abbreviated as a nucleic acid hybrid complex.
A fluorescent dye-nucleic acid complex refers to a complex in which a fluorescent dye is bound to a target nucleic acid. For example, a state in which an intercalator is bound in a double-stranded nucleic acid can be mentioned.
In the present invention, DNA, RNA, cDNA, mRNA, rRNA, XTPs, dXTPs, NTPs, dNTPs, nucleic acid probe, helper nucleic acid probe (or nucleic acid helper probe, or simply helper probe), hybridization, hybridization, intercalator , Primer, annealing, extension reaction, heat denaturation reaction, nucleic acid melting curve, PCR, RT-PCR, RNA-primed PCR, Stretch PCR, reverse PCR, PCR using Alu sequence, multiplex PCR, PCR using mixed primers, PCR method using PNA, hybridization assay method, FISH (fluorescent in situ hybridization assays) method, PCR method (polymerase chain assays), LCR method (ligase chain reaction), SD method (strand displacement assays), Terms such as competitive hybridization, DNA chip, nucleic acid detection (gene detection) device, SNP (snip: single nucleotide substitution polymorphism), complex microbial system, etc. are currently used in molecular biology, genetic engineering It has the same meaning as a term generally used in microbial engineering and the like.
[0038]
In the present invention, measuring the concentration of the target nucleic acid means quantifying the concentration, quantitative detection, simple detection, or polymorphism / mutation of one or more types of nucleic acids in the measurement system. It means to analyze such as. In the case of multiple types of nucleic acids, quantitative detection of multiple types of nucleic acids at the same time, simple detection of multiple types of nucleic acids at the same time, or simultaneous analysis of polymorphisms and mutations of multiple types of nucleic acids, etc. Naturally, it is within the technical scope of the present invention.
The target nucleic acid concentration measuring device refers to various DNA chips and the like. Specific examples include various DNA chips. In the present invention, any type of DNA chip may be used as long as the nucleic acid probe of the present invention is applicable.
A method for measuring the concentration of a target nucleic acid using a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye (hereinafter simply referred to as the nucleic acid probe of the present invention or the probe of the present invention) (hereinafter simply referred to as a nucleic acid measurement method for the sake of simplicity). Means hybridization method, FISH method (fluorescent in situ hybridization assays), PCR method (polymerase chain assays), LCR method (ligase chain reaction), SD method (strand displacement assays), competitive It means measuring the concentration of a target nucleic acid by a method such as a hybridization method.
[0039]
Conventionally, in these methods, after adding a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye, unreacted fluorescent dye of the nucleic acid probe that has not hybridized to the target nucleic acid is removed from the measurement system by a method such as washing, The fluorescent dye labeled to the nucleic acid probe hybridized to the nucleic acid is directly emitted from the probe or indirectly applied to the probe (for example, by causing an enzyme to act) to emit light, and the This is a method for measuring the amount of luminescence. The present invention is characterized in that the target nucleic acid is measured without these complicated operations in these methods.
[0040]
In the present invention, the target nucleic acid refers to a nucleic acid or gene whose concentration is to be measured. Regardless of purification. Moreover, the magnitude | size of a density | concentration does not ask | require. Various nucleic acids may be mixed. For example, a specific nucleic acid intended for measurement of concentration in a complex microbial system (mixed system of RNA or gene DNA of a plurality of microorganisms) or a symbiotic microorganism system (mixed system of RNA or gene DNA of a plurality of animals and plants and / or a plurality of microorganisms) It is. When purification of the target nucleic acid is necessary, it can be performed by a conventionally known method. For example, it can be performed using a commercially available purification kit. Specific examples of the nucleic acid include DNA, RNA, PNA, oligodeoxyribonucleotides, oligoribonucleotides and the like, and chemically modified nucleic acids of the nucleic acids. 2'- as a chemically modified nucleic acidO-Methyl (Me) RNA and the like can be exemplified.
[0041]
In the present invention, a fluorescent dye generally labeled with a nucleic acid probe and used for nucleic acid measurement / detection can be conveniently used. However, when a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye is hybridized with a target nucleic acid, the probe is used. As the fluorescent dye labeled with, those that reduce the light emission are preferably used. For example, fluorescein or derivatives thereof (eg, fluorescein isothiocyanate (FITC) or derivatives thereof, such as Alexa 488, Alexa 532, cy3, cy5, EDANS (5- (2'-aminoethyl) amino- 1-naphthalene sulfonic acid)}, rhodamine 6G (R6G) or a derivative thereof (eg, tetramethylrhodamine isothiocyanate (TMRITC), x-rhodamine (x -rhodamine), Texas red, BODIPY FL (trade name; manufactured by Molecular Probes, USA), BODIPY FL / C3 (trade name; molecular probes) ), BODIPY FL / C6 (trade name; manufactured by Molecular Probes, USA), BODIP (BOD) IPY) 5-FAM (trade name; manufactured by Molecular Probes, USA), BODIPY TMR (trade name; manufactured by Molecular Probes, USA), or a derivative thereof (for example, BODIPY TR (trade name; manufactured by Molecular Probes, USA), BODIPY R6G (trade name; manufactured by Molecular Probes, USA), BODIPY 564 ( Trade names: Molecular Probes (USA), BODIPY 581 (Trade Name: Molecular Probes, USA), etc. Among these, FITC, EDANS, 6-joe, TMR, Alexa 488, Alexa 532, BODIPY FL / C3 (trade name; manufactured by Molecular Probes, USA), BODIPY FL / C6 (trade name) As a suitable example, a molecular probe (Molecular Probes), USA), etc., FITC, TMR, 6-jeo, BODIPY FL / C3 (trade name; manufactured by Molecular Probes), (US), BODIPY FL / C6 (trade name; manufactured by Molecular Probes, USA) can be mentioned as more preferable ones.
[0042]
The nucleic acid probe of the present invention to be hybridized to the target nucleic acid may be composed of oligodeoxyribonucleotides or oligoribonucleotides. Moreover, the chimeric oligonucleotide (chimeric oligonucleodite) containing both of them may be sufficient. Those oligonucleotides may be chemically modified. Chemically modified oligonucleotides may be interposed in the chain of the chimeric oligonucleotide.
[0043]
As the modification site of the oligonucleotide subjected to the above-mentioned chemical modification, the terminal hydroxyl group or terminal phosphate group of the oligonucleotide, the internucleoside phosphate site, the carbon at the 5-position of the pyrimidine ring, the nucleoside sugar (ribose or deoxyribose) ) Part. A ribose or deoxyribose moiety is preferable. Specifically, 2'-O-Alkyl oligoribonucleotides (2'-O-alkyloligoribonucleotides) (hereinafter 2'-O-Is abbreviated as 2-O-. ), 2-O-alkyleneoligoribonucleotides and 2-O-benzyloligoribonucleotides. The oligonucleotide is one in which the OH group at the 2'-position of one or more ribose at any position of the oligoribonucleotide is modified (by an ether bond) with an alkyl group, an alkylene group or a benzyl group. In the present invention, among 2-O-alkyl oligoribonucleotides, 2-O-methyl oligoribonucleotide, 2-O-ethyl oligoribonucleotide, 2-O-butyl oligoribonucleotide, 2-O Among O-benzyl oligoribonucleotides, among 2-O-alkylene oligoribonucleotides, 2-O-ethylene oligoribonucleotides and 2-O-benzyl oligoribonucleotides are particularly preferably 2-O- Methyl oligoribonucleotide (hereinafter simply abbreviated as 2-O-Me oligoribonucleotide) is used. By applying such chemical modification to the oligonucleotide, the affinity with the target nucleic acid is increased, and the hybridization efficiency of the nucleic acid probe of the present invention is improved. When the hybridization efficiency is increased, the rate of decrease in the fluorescence intensity of the fluorescent dye of the nucleic acid probe of the present invention is further improved, so that the accuracy of measurement of the concentration of the target nucleic acid is further improved.
In the present invention, the term oligonucleotide means oligodeoxyribonucleotide and / or oligoribonucleotide, and they are collectively referred to.
2-O-alkyl oligoribonucleotides, 2-O-alkylene oligoribonucleotides and 2-O-benzyl oligoribonucleotides can be synthesized by known methods (Nucleic Acids Research, 26, 2224-2229, 1998). . In addition, since GENSET (Inc.) (France) is commissioned synthesis, it can be easily obtained. The inventors of the present invention commissioned the company to synthesize the compound and conducted an experiment to complete the present invention.
[0044]
The nucleic acid probe of the present invention in which modified RNA such as 2-O-methyl oligoribonucleotide (hereinafter simply referred to as 2-O-Me oligoribonucleotide) is interposed in oligodeoxyribonucleotide is mainly used. Preferred results are obtained when used for the measurement of RNA, particularly rRNA.
When RNA is measured using the nucleic acid probe of the present invention, the sample RNA solution is subjected to 80 to 100 ° C., preferably 90 to 100 ° C., and optimally 93 to 97 ° C. before hybridization with the probe. In order to improve hybridization efficiency, it is preferable to destroy the higher order structure of RNA by heat treatment for 1 to 15 minutes, preferably 2 to 10 minutes, and optimally 3 to 7 minutes.
[0045]
Furthermore, in order to further increase the hybridization efficiency of the nucleic acid probe of the present invention to the hybridization sequence region, it is preferable to add a helper probe to the hybridization reaction solution. In this case, the oligonucleotide of the helper probe may be an oligodeoxyribonucleotide, an oligoribonucleotide, or an oligonucleotide that has undergone the same chemical modification as described above. As an example of the oligonucleotide, (5 ′) TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A (3 ′) as a forward type, (5 ′) CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT () as a backward type or reverse ward type 3 '). Preferable examples of the chemically modified oligonucleotide include 2-O-alkyl oligoribonucleotides, particularly 2-O-Me oligoribonucleotides.
When the base chain of the nucleic acid probe of the present invention is 35 bases or less, the use of a helper probe is particularly effective. When the nucleic acid probe of the present invention having more than 35 base chains is used, it may be necessary only to heat denature the target RNA.
As described above, when the nucleic acid probe of the present invention is hybridized to RNA, the hybridization efficiency increases, so the fluorescence intensity decreases according to the amount of RNA in the reaction solution, and the RNA is reduced to a final RNA concentration of about 150 pM. It becomes possible to measure.
Thus, the present invention is also a measurement kit for measuring the concentration of a target nucleic acid, which contains or accompanies the above-mentioned helper probe in a measurement kit for measuring the concentration of a target nucleic acid that contains or is accompanied by the nucleic acid probe of the present invention.
[0046]
In RNA measurement by a conventional hybridization method using a nucleic acid probe, an oligodeoxyribonucleotide body or oligoribonucleotide body has been used as a nucleic acid probe. Since RNA has a strong high-order structure itself, the hybridization efficiency between the probe and the target RNA is poor, and the quantitativeness is poor. For this reason, the conventional method has the complexity of performing a hybridization reaction after denaturing RNA and then immobilizing it on the membrane. In contrast, the above-described method of the present invention uses a ribose moiety-modified nucleic acid probe having a high affinity for a specific structure portion of RNA, and thus can perform a hybridization reaction at a higher temperature than conventional methods. . Therefore, the above-described adverse effects of RNA higher-order structure can be overcome only by heat denaturation treatment as a pretreatment and the combined use of a helper probe. Thereby, in the method of the present invention, the hybridization efficiency is substantially 100%, and the quantitativeness is improved. Moreover, it becomes much simpler than the conventional method.
[0047]
The number of bases of the probe of the present invention is 5 to 50, preferably 10 to 25, particularly preferably 15 to 20. When it exceeds 50, the permeability of the cell membrane is deteriorated when used in the FISH method, and the application range of the present invention is narrowed. If it is less than 5, non-specific hybridization is likely to occur, resulting in a large measurement error.
[0048]
The base sequence of the probe is not particularly limited as long as it specifically hybridizes to the target nucleic acid. Preferably, when a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye hybridizes to a target nucleic acid,
(1) The base sequence of the probe is 1 to 3 bases away from the terminal base portion of the target nucleic acid hybridized to the probe so that at least one G (guanine) is present in the base sequence of the target nucleic acid. Designed base sequence,
(2) The base sequence of the probe is designed so that a plurality of base pairs of the nucleic acid hybrid complex form at least one pair of G (guanine) and C (cytosine) at the terminal portion of the probe. A base sequence is preferred.
[0049]
The oligonucleotide of the nucleic acid probe of the present invention can be produced by a general method for producing an oligonucleotide. For example, it can be produced by a chemical synthesis method, a microbial method using a plasmid vector, a phage vector or the like (Tetrahedron letters, 22, 1859-1862, 1981; Nucleic acids Research, 14, 6227-6245, 1986) ). In addition, it is preferable to use a commercially available nucleic acid synthesizer (for example, ABI394 (manufactured by Perkin Elmer, USA)).
[0050]
In order to label the oligonucleotide with a fluorescent dye, any desired labeling method known in the art can be used (Nature Biotechnology, 14, 303-308, 1996; Applied and Environmental Microbiology, 63). 1143-1147, 1997; Nucleic acids Research, 24, 4532-4535, 1996). For example, when a fluorescent dye molecule is bonded to the 5 ′ end, first, as a spacer on the phosphate group at the 5 ′ end, for example, — (CH2)nIntroduce -SH. These introducers are commercially available and may be purchased commercially (Midland Certified Reagent Company). In this case, n is 3-8, preferably 6. A labeled oligonucleotide can be synthesized by binding a fluorescent dye having SH group reactivity or a derivative thereof to this spacer. The oligonucleotide labeled with the fluorescent dye synthesized in this way can be purified by chromatography such as reverse phase to obtain the nucleic acid probe of the present invention.
[0051]
A fluorescent dye can also be bound to the 3 'end of the oligonucleotide. In this case, as a spacer to the OH group at the 3'-position C of ribose or deoxyribose, for example,-(CH2)n-NH2Is introduced. Since these introductions are also commercially available in the same manner as described above, commercial products may be purchased (Midland Certified Reagent Company). In addition, by introducing a phosphate group, as a spacer to the OH group of the phosphate group, for example,-(CH2)nIntroduce -SH. In these cases, n is 3-8, preferably 4-7. A labeled oligonucleotide can be synthesized by binding a fluorescent dye having reactivity to an amino group or SH group or a derivative thereof to the spacer. The oligonucleotide labeled with the fluorescent dye synthesized in this way can be purified by chromatography such as reverse phase to obtain the nucleic acid probe of the present invention. When introducing this amino group, kit reagents (for example, Uni-link aminomodifier (CLONTECH, USA), FluoReporter Kit F-6082, F-6083, F-6084, F-10220 ( In any case, it is convenient to use a molecular probe (Molecular Probes, USA). Then, a fluorescent dye molecule can be bound to the oligoribonucleotide according to a conventional method. It is also possible to introduce fluorescent dye molecules into the probe nucleic acid chain (ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 225, 32-38 (1998)).
[0052]
Although the nucleic acid probe of the present invention can be prepared as described above, the preferred probe form is one in which the 3 ′ or 5 ′ end is labeled with a fluorescent dye, and the labeled end base is G or C. It is what is. When the 5 ′ end is labeled and the 3 ′ end is not labeled, the OH group at the 3′-position carbon of the ribose or deoxyribose at the 3′-end is a phosphate group, etc., and the 2′-position carbon of the ribose at the 3 ′ end The OH group may be modified with a phosphate group or the like without any limitation.
[0053]
The nucleic acid probe of the present invention can be suitably used not only for nucleic acid measurement but also for a method for analyzing or measuring polymorphism or / and mutation of a target nucleic acid. In particular, a device for measuring a target nucleic acid concentration is provided by applying to a device for measuring a target nucleic acid concentration {DNA chip (protein nucleic acid enzyme, 43, 2004-2011, 1998)}. Further, a method for analyzing or measuring polymorphism or / and mutation of a target nucleic acid using the device is a very convenient method. That is, in the hybridization with the nucleic acid probe of the present invention, the fluorescence intensity varies depending on whether a GC pair is formed. Therefore, the polymorphism or / and mutation of the target nucleic acid can be analyzed or measured by hybridizing the nucleic acid probe of the present invention to the target nucleic acid and measuring the luminescence intensity. Specific methods are described in Examples 14 and 15. In this case, the target nucleic acid may be an amplified product obtained by one of various nucleic acid amplification methods, or may be an extracted product. Moreover, the target nucleic acid does not ask | require the kind. However, it is sufficient that a guanine base or cytosine base is present in the chain or at the end. If there is no guanine base or cytosine base in the chain or at the end, the fluorescence intensity does not decrease. Therefore, according to the method of the present invention, mutation or substitution of G → A, G ← A, C → T, C ← T, G → C, G ← C, that is, single nucleotide polymorphism (SNP). Polymorphism such as can be analyzed or measured. Currently, polymorphism analysis is currently performed by determining the base sequence of a target nucleic acid using the Maxam-Gilbert method or dideoxy method.
[0054]
Therefore, by including the nucleic acid probe of the present invention in a measurement kit for analyzing or measuring polymorphism and mutation of the target nucleic acid, polymorphism or / and mutation of the target nucleic acid can be obtained. It can be suitably used as a measurement kit for analysis or measurement.
[0055]
Reaction system when a target nucleic acid is hybridized with a nucleic acid probe of the present invention when analyzing data obtained by a method for analyzing or measuring polymorphism or / and mutation of the target nucleic acid of the present invention If the process of correcting the fluorescence intensity value of the above by the fluorescence intensity value of the reaction system when the above is not hybridized, the processed data becomes highly reliable.
Thus, the present invention provides a data analysis method for a method of analyzing or measuring polymorphism or / and mutation of a target nucleic acid.
[0056]
Further, the present invention is characterized in that the fluorescence of the reaction system when the target nucleic acid is hybridized with the nucleic acid probe of the present invention in a measuring apparatus for analyzing or measuring polymorphism or / and mutation of the target nucleic acid. Analyzing the target nucleic acid polymorphism and / or mutation characterized by having means to correct the intensity value based on the fluorescence intensity value of the reaction system when the above is not hybridized Or it is a measuring device to measure.
[0057]
In addition, the present invention is characterized in that when analyzing data obtained by a method for analyzing or measuring polymorphism or / and mutation of a target nucleic acid, the target nucleic acid hybridizes with the nucleic acid probe of the present invention. A computer-readable recording of a procedure for causing a computer to execute a process of correcting the fluorescence intensity value of the reaction system with the fluorescence intensity value of the reaction system when the above is not hybridized. It is a recording medium.
[0058]
The nucleic acid probe of the present invention may be fixed on the surface of a solid (support layer), for example, the surface of a slide glass. In this case, it is preferable that the end not labeled with the fluorescent dye is fixed. This format is now called a DNA chip. Can be used for gene expression monitoring, base sequence determination, mutation analysis, polymorphism analysis such as single nucleotide polymorphism (SNP) . Of course, it can also be used as a nucleic acid measuring device (chip).
[0059]
In order to bind the nucleic acid probe of the present invention to the surface of a slide glass, for example, a slide glass coated with a polycation such as polylysine, polyethyleneimine, polyalkylamine, a slide glass introduced with an aldehyde group, a slide introduced with an amino group First prepare the glass. And i) a slide glass coated with a polycation is reacted with a phosphate group of the probe, ii) a slide glass introduced with an aldehyde group is reacted with a probe introduced with an amino group, iii) an amino group Can be achieved by introducing PDC (pyridinium dichromate), reacting with an amino group or aldehyde group introduced probe (Fodor, PA, et al., Science, 251, 767-773 (1991); Schena , M., et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 93, 10614-10619 (1996); McGal, G., et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 93, 13555-13560 (1996); Blanchad, AP, et al., Biosens. Bioelectron., 11, 687-690 (1996)).
[0060]
The device in which the nucleic acid probes of the present invention are arrayed and bound in an array on a solid surface makes nucleic acid measurement more convenient.
In this case, many types of target nucleic acids can be simultaneously measured by creating a device in which many nucleic acid probes of the present invention having different base sequences are individually bound on the same solid surface.
In this device, for each probe, at least one temperature sensor and a heater are provided on the surface opposite to the surface to which the solid nucleic acid probe of the present invention is bound, and the solid region to which the probe is bound is the optimum temperature condition. It is preferably designed so that the temperature can be adjusted.
[0061]
In this device, a probe other than the nucleic acid probe of the present invention, for example, two different fluorescent dyes in one molecule, and when not hybridized to the target nucleic acid, the interaction of the two fluorescent dyes A nucleic acid probe having a structure designed to be quenched or luminescent but to be luminescent or quenched when hybridized to a target nucleic acid, ie, the molecular beacon (Tyagi et al., Nature Biotech., 14: 303- 308, 1996) and the like can be suitably used. Therefore, such a device is also included in the technical scope of the present invention.
[0062]
The basic operation of the measurement method using the device of the present invention is to simply place a solution containing a target nucleic acid such as mRNA, cDNA or rRNA on a solid surface to which a nucleic acid probe is bound, and hybridize. Thereby, the amount of fluorescence changes according to the amount of target nucleic acid, and the target nucleic acid can be measured from the amount of fluorescence change. Moreover, the concentration of many target nucleic acids can be measured at a time by binding many kinds of the nucleic acid probes of the present invention having different base sequences on one solid surface. Therefore, it is a novel DNA chip because it can be used for measuring a target nucleic acid in exactly the same application as a DNA chip. Under optimal reaction conditions, nucleic acids other than the target nucleic acid do not change the amount of fluorescence emitted, and therefore, there is no need to wash the unreacted nucleic acid. Furthermore, by controlling the temperature for each nucleic acid probe of the present invention with a microheater, it is possible to control the optimum reaction conditions for each probe, so that accurate concentration measurement can be performed. In addition, the dissociation curve between the nucleic acid probe of the present invention and the target nucleic acid can be analyzed by continuously changing the temperature with a micro heater and measuring the amount of fluorescence during that time. From the difference in the dissociation curve, the property of the hybridized nucleic acid can be determined and the SNP can be detected.
[0063]
A conventional device for measuring the concentration of a target nucleic acid binds (fixes) a nucleic acid probe not modified with a fluorescent dye to a solid surface, hybridizes the target nucleic acid labeled with the fluorescent dye, and then hybridizes. The target nucleic acid not washed out was washed away, and the fluorescence intensity of the remaining fluorescent dye was measured.
In order to label a target nucleic acid with a fluorescent dye, for example, when a specific mRNA is targeted, the following steps are taken: (1) All mRNA extracted from cells is extracted. (2) Then, a reverse transcriptase is used to synthesize cDNA while incorporating a nucleoside modified with a fluorescent dye. In the present invention, such an operation is not necessary.
[0064]
A number of various probes are spotted on the device, but the optimum hybridization conditions, such as temperature, of nucleic acids that hybridize to the probes are different. Therefore, originally, it is necessary to perform the hybridization reaction and the washing operation under optimum conditions for each probe (each spot). However, since this is physically impossible, hybridization is performed at the same temperature for all the probes, and washing is performed at the same temperature with the same washing solution. As a result, the nucleic acid expected to be hybridized does not hybridize, and even if it is hybridized, the hybridization is not strong, so that it is easily washed away. For these reasons, the quantitativeness of nucleic acids was low. In the present invention, this washing operation is not necessary, and thus there is no such disadvantage. Further, by providing a micro heater at the bottom of the spot and controlling the hybridization temperature, the hybridization reaction can be performed at the optimum temperature for each probe of the present invention. Therefore, the present invention has a greatly improved quantitativeness.
[0065]
In the present invention, by using the above-described nucleic acid probe or device of the present invention, the concentration of the target nucleic acid can be measured easily and specifically in a short time. The measurement method is described below.
In the measurement method of the present invention, first, the nucleic acid probe of the present invention is added to the measurement system and hybridized with the target nucleic acid. The method can be carried out by conventional known methods (Analytical Biochemistry, 183, 231-244, 1989; Nature Biotechnology, 14, 303-308, 1996; Applied and Environmental Microbiology, 63, 1143-1147, 1997). For example, the hybridization conditions are a salt concentration of 0 to 2 molar, preferably 0.1 to 1.0 molar, and a pH of 6 to 8, preferably 6.5 to 7.5.
[0066]
The reaction temperature is preferably within the range of Tm value ± 10 ° C. of the nucleic acid hybrid complex obtained by hybridizing the nucleic acid probe of the present invention to a specific site of the target nucleic acid. By doing so, non-specific hybridization can be prevented. Non-specific hybridization occurs when the temperature is lower than Tm-10 ° C, and no hybridization occurs when the temperature exceeds Tm + 10 ° C. The Tm value can be determined in the same manner as the experiment necessary for designing the nucleic acid probe of the present invention. That is, an oligonucleotide that hybridizes with the nucleic acid probe of the present invention (with a base sequence complementary to the nucleic acid probe) is chemically synthesized with the nucleic acid synthesizer or the like, and the Tm value of the nucleic acid hybrid complex with the nucleic acid probe Is measured in the usual way.
[0067]
The reaction time is 1 second to 180 minutes, preferably 5 seconds to 90 minutes. When the time is less than 1 second, the number of unreacted nucleic acid probes of the present invention in hybridization increases. Also, there is no particular meaning if the reaction time is too long. The reaction time is greatly influenced by the nucleic acid species, that is, the length of the nucleic acid or the base sequence.
As described above, the nucleic acid probe of the present invention is hybridized to the target nucleic acid. Then, before and after hybridization, the amount of emission of the fluorescent dye is measured with a fluorometer, and the amount of decrease in emission is calculated. Since the magnitude of the decrease is proportional to the concentration of the target nucleic acid, the concentration of the target nucleic acid can be determined.
[0068]
The concentration of the target nucleic acid in the reaction solution is preferably 0.1 to 10.0 nM. The concentration of the nucleic acid probe of the present invention in the reaction solution is preferably 1.0 to 25.0 nM. When preparing a calibration curve, it is desirable to use the nucleic acid probe of the present invention at a ratio of 1.0 to 2.5 with respect to the target nucleic acid.
[0069]
In fact, when measuring an unknown concentration of target nucleic acid in a sample, a calibration curve is first created under the above conditions. Then, the corresponding nucleic acid probe of the present invention having a plurality of concentrations is added to the sample, and the decrease in the fluorescence intensity value is measured for each. Then, the probe concentration corresponding to the maximum value of the measured decrease in fluorescence intensity is set as a preferable probe concentration. The quantitative value of the target nucleic acid is obtained from the calibration curve with the decrease value of the fluorescence intensity measured with a probe having a preferred concentration.
[0070]
The principle of the nucleic acid measurement method of the present invention is as described above, but the present invention is not limited to various nucleic acid measurement methods such as FISH method, PCR method, LCR method, SD method, competitive hybridization method, TAS method, etc. Applicable to.
[0071]
An example is given below.
a) When applied to FISH method
That is, in the present invention, various types of microorganisms are mixed, or one or more types of microorganisms are mixed with cells derived from animals and plants, and cannot be isolated from each other (complex microbial system, symbiotic microorganism system). It can be suitably applied to the measurement of nucleic acids such as intracellular or cell homogenates. The microorganism here is a general microorganism, and is not particularly limited. For example, eukaryotic microorganisms, prokaryotic microorganisms, mycoplasma, viruses, rickettsias and the like can be mentioned. The target nucleic acid referred to in this system is a nucleic acid having a base sequence having specificity for cells of a strain to be examined, for example, how it is active in these microbial systems. For example, a specific sequence of 5SrRNA, 16SrRNA or 23SrRNA of a specific strain or their gene DNA.
[0072]
By adding the nucleic acid probe of the present invention to a complex microorganism system or a symbiotic microorganism system, and measuring the amount of 5SrRNA, 16SrRNA or 23SrRNA of the specific strain or their gene DNA, the abundance of the specific strain in the system is measured. it can. The method of measuring the abundance of a specific strain by adding the nucleic acid probe to a complex microbial or symbiotic microbial homogenate, and measuring the amount of decrease in fluorescence emission of the fluorescent dye before and after hybridization. Within the target range.
[0073]
The measurement method is as follows, for example. That is, before adding the nucleic acid probe of the present invention, the temperature, salt concentration, and pH of the complex microorganism system or symbiotic microorganism system are adjusted to the above conditions. Specific strains in complex or symbiotic microbial systems are 10 cells7-1012Pieces / ml, preferably 109-10TenIt is preferable to adjust to the unit / ml. It can be performed by dilution or concentration by centrifugation or the like. 10 cells7When the number is less than 1 / ml, the fluorescence intensity is weak and the measurement error becomes large. 1012When the number exceeds 1 / ml, the fluorescence intensity of the complex microbial system or the symbiotic microbial system is too strong, and the abundance of the specific microorganism cannot be measured quantitatively.
[0074]
The concentration of the nucleic acid probe of the present invention to be added depends on the number of cells of a specific strain in a complex microorganism system or a symbiotic microorganism system. Number of cells 1 × 108The concentration is 0.1 to 10.0 nM, preferably 0.5 to 5 nM, more preferably 1.0 nM with respect to / ml. When it is less than 0.1 nM, the data does not accurately reflect the abundance of the specific microorganism. However, since the optimal amount of the nucleic acid probe of the present invention depends on the amount of the target nucleic acid in the cell, it cannot be generally stated.
[0075]
Next, in the present invention, the reaction temperature when hybridizing the nucleic acid probe to 5SrRNA, 16SrRNA or 23SrRNA of the specific strain or the gene DNA thereof is the same as described above. The reaction time is also the same as the above conditions.
Under the conditions as described above, the nucleic acid probe of the present invention is hybridized to 5S rRNA, 16S rRNA or 23S rRNA of a specific strain or gene DNA thereof, and the amount of decrease in the emission of the fluorescent dyes of the complex microorganism or the symbiotic microorganism before and after hybridization is reduced. taking measurement.
[0076]
The amount of decrease in the emission of the fluorescent dye measured as described above is proportional to the abundance of the specific strain in the complex microorganism system or the symbiotic microorganism system. This is because the amount of 5SrRNA, 16SrRNA or 23SrRNA or their gene DNA is proportional to the abundance of the specific strain.
[0077]
In the present invention, the components other than the microorganism in the complex microorganism system or the symbiotic microorganism system, unless the nucleic acid probe of the present invention and the 5S rRNA, 16S rRNA or 23S rRNA of the specific strain or their gene DNA are not inhibited. There is no particular limitation as long as the emission of the fluorescent dye of the nucleic acid probe of the present invention is not inhibited. For example, KH2POFour, K2HPOFour, NaH2POFour, Na2HPOFourPhosphates such as ammonium sulfate, ammonium nitrate, urea, etc., various salts of metal ions such as magnesium, sodium, potassium, calcium ions, sulfates of trace metal ions such as manganese, zinc, iron, cobalt ions, Various salts such as hydrochloride and carbonate, vitamins and the like may be appropriately contained. If the above-mentioned inhibition is observed, the cells may be separated from the cell system in which a plurality of microorganisms are mixed by an operation such as centrifugation and suspended again in a buffer solution system or the like.
[0078]
As the above buffer solution, various buffer solutions such as a phosphate buffer solution, a carbonate buffer solution, a Tris / hydrochloric acid buffer solution, a Tris / glycine buffer solution, a citrate buffer solution, and a Gut buffer solution can also be used. The concentration of the buffer solution is a concentration that does not inhibit the hybridization, the FRET phenomenon, and the luminescence of the fluorescent dye. Its concentration depends on the type of buffer. The pH of the buffer is 4-12, preferably 5-9.
[0079]
b) When applied to PCR method
Although any method can be applied as long as it is a PCR method, a case where it is applied to a real-time quantitative PCR method will be described below.
That is, in the real-time quantitative PCR method, PCR is performed using the specific nucleic acid probe of the present invention, and the decrease in the emission of the fluorescent dye before and after the reaction is measured in real time.
The PCR of the present invention means various methods of PCR. For example, RT-PCR, RNA-primed PCR, Stretch PCR, reverse PCR, PCR using Alu sequence, multiplex PCR, PCR using mixed primers, PCR method using PNA, and the like are also included. In addition, the term “quantitative” means not only the original quantitative measurement but also the quantitative measurement of the detection level as described above.
[0080]
As described above, the target nucleic acid refers to a nucleic acid whose abundance is to be measured. Regardless of purification. Moreover, the magnitude | size of a density | concentration does not ask | require. Various nucleic acids may be mixed. For example, a specific nucleic acid for amplification in a complex microorganism system (mixed system of RNA or gene DNA of a plurality of microorganisms) or a symbiotic microorganism system (mixed system of a plurality of animals and plants and / or RNA or gene DNA of a plurality of microorganisms). When purification of the target nucleic acid is necessary, it can be performed by a conventionally known method. For example, it can be performed using a commercially available purification kit.
[0081]
Conventionally known quantitative PCR methods include dATP, dGTP, dCTP, dTTP or dUTP, target nucleic acid (DNA or RNA), Taq polymerase, primer, and nucleic acid probe or intercalator labeled with a fluorescent dye in the presence of Mg ions. In addition, the target nucleic acid is amplified while repeating the temperature at low and high temperatures, and the increase in emission of the fluorescent dye in the amplification process is monitored in real time (Experimental Medicine, Vol. 15, No. 7, pp. 46-51, 1997). Year, Yodosha).
[0082]
The quantitative PCR method of the present invention is characterized in that the target nucleic acid is amplified using the nucleic acid probe of the present invention, and the amount of decrease in the emission of the fluorescent dye is measured in the amplification process. In the quantitative PCR of the present invention, the preferred nucleic acid probe of the present invention has 5 to 50 bases, preferably 10 to 25, particularly preferably 15 to 20, and an amplification product of the target nucleic acid during the PCR cycle. Anything may be used as long as it can hybridize with. In addition, either a forward type or a reverse type may be designed.
[0083]
For example, the following can be mentioned.
(1) The end portion, preferably the end, of the nucleic acid probe is labeled with the fluorescent dye of the present invention, and when the nucleic acid probe is hybridized to the target nucleic acid, the end or end labeled with the fluorescent dye of the probe The base sequence of the probe is designed so that at least one base of G (guanine) is present in the base sequence of the target nucleic acid at a distance of 1 to 3 bases from the terminal base of the target nucleic acid that has hybridized to.
(2) Among the above (1), the nucleic acid probe is labeled with a fluorescent dye at the 3 'end.
[0084]
(3) Among the above (1), the nucleic acid probe is labeled with a fluorescent dye at the 5 'end.
(4) When the nucleic acid probe is hybridized to the target nucleic acid, the probe is such that a plurality of base pairs of the nucleic acid hybrid complex forms at least one G (guanine) and C (cytosine) pair at the probe end portion. The nucleotide sequence is designed.
(5) In the above (4), the 3 'terminal base of the nucleic acid probe is labeled with G or C, and the 3' terminal is labeled with a fluorescent dye.
(6) Among the above (4), the 5 'terminal base of the nucleic acid probe is labeled with G or C, and the 5' terminal is labeled with a fluorescent dye.
(7) The nucleic acid probe of (1) to (6) above has a hydroxyl group at the 3′-position of ribose or deoxyribose at the 3 ′ end, or a hydroxyl group at the 3′-position or 2′-position of ribose at the 3 ′ end. It is phosphorylated.
(8) The oligonucleotide of the nucleic acid probe of (1) to (6) is chemically modified.
[0085]
In the case of the above (6), when the 3 ′ or 5 ′ end cannot be designed as G or C from the base sequence of the target nucleic acid, at the 5 ′ end of the oligonucleotide that is a primer designed from the base sequence of the target nucleic acid, Even if 5′-guanylic acid or guanosine or 5′-cytidylic acid or cytidine is added, the object of the present invention can be suitably achieved. Even if 5'-guanylic acid or 5'-cytidylic acid is added to the 3 'end, the object of the present invention can be preferably achieved. Therefore, in the present invention, the nucleic acid probe designed so that the base at the 3 ′ or 5 ′ end is G or C refers to the 5 ′ end of the probe in addition to the probe designed from the base sequence of the target nucleic acid. A probe obtained by adding 5′-guanylic acid or guanosine or 5′-cytidylic acid or cytidine, and a probe obtained by adding 5′-guanylic acid or 5′-cytidylic acid to the 5 ′ end of the probe. It is defined as including.
[0086]
In particular, the nucleic acid probe of the present invention (7) is designed not to be used as a primer. Instead of the two probes (labeled with fluorescent dyes) used in the real-time quantitative PCR method using the FRET phenomenon, PCR is carried out using one nucleic acid probe of the present invention. The probe is added to the PCR reaction system and PCR is performed. During the nucleic acid extension reaction, the probe hybridized to the target nucleic acid or the amplified target nucleic acid is decomposed by the polymerase and decomposed and removed from the nucleic acid hybrid complex. The fluorescence intensity value of the reaction system at this time or the reaction system in which the nucleic acid denaturation reaction has been completed is measured. In addition, the fluorescence of the reaction system in which the target nucleic acid or the amplified amplified target nucleic acid is hybridized with the probe (an annealing reaction or a reaction system during the nucleic acid extension reaction until the probe is removed from the nucleic acid hybrid complex by polymerase) Measure the intensity value. And the nucleic acid amplified by calculating the decreasing rate of the fluorescence intensity value from the former is measured. Fluorescence when the probe is completely dissociated from the target nucleic acid or amplified target nucleic acid by a nucleic acid denaturation reaction, or is decomposed and removed from the nucleic acid hybrid complex of the probe and the target nucleic acid or amplified target nucleic acid by a polymerase during nucleic acid extension. The intensity value is large. However, the reaction system in which the probe is sufficiently hybridized to the target nucleic acid or the amplified target nucleic acid, or the nucleic acid hybrid complex of the probe and the target nucleic acid or the amplified target nucleic acid by the polymerase during the nucleic acid extension reaction. From the former, the fluorescence intensity value of the reaction system until it is decomposed and removed is decreased. The decrease in fluorescence intensity value is proportional to the amount of nucleic acid amplified.
[0087]
In this case, the Tm of the nucleic acid hybrid complex when the probe is hybridized with the target nucleic acid is within the range of ± 15 ° C., preferably ± 5 ° C. of the Tm value of the primer nucleic acid hybrid complex ( It is desirable that the base sequence of the probe in 7) is designed. When the Tm value of the probe is -5 ° C., particularly less than −15 ° C. of the primer, the probe does not hybridize, so that the emission of the fluorescent dye does not decrease. On the other hand, when the Tm value of the primer exceeds + 5 ° C., particularly + 15 ° C., the probe hybridizes with a nucleic acid other than the target nucleic acid, so that the specificity of the probe is lost.
[0088]
Probes other than the above (7), particularly the probe of (6) are added as primers to the PCR reaction system. A PCR method using a primer labeled with a fluorescent dye is not yet known except the present invention. As the PCR reaction proceeds, the amplified nucleic acid is secondarily labeled with a fluorescent dye useful in the practice of the present invention. Therefore, the fluorescence intensity value of the reaction system in which the nucleic acid denaturation reaction has been completed is large, but in the reaction system in which the annealing reaction is completed or in the nucleic acid extension reaction, the fluorescence intensity of the reaction system is lower than the former fluorescence intensity. To do.
[0089]
The PCR reaction can be performed under the same reaction conditions as in a normal PCR method. Thus, the target nucleic acid can be amplified in a reaction system with a low Mg ion concentration (1-2 mM). Of course, the present invention can also be carried out in a reaction system in the presence of a high concentration (2 to 4 mM) of Mg ions used in conventionally known quantitative PCR.
[0090]
In the PCR method of the present invention, the Tm value can be determined by performing the PCR of the present invention and analyzing the nucleic acid melting curve of the amplified product. This method is a novel method for analyzing melting curves of nucleic acids. In this method, the nucleic acid probe used in the PCR method of the present invention or the nucleic acid probe of the present invention used as a primer can be suitably used.
In this case, by making the base sequence of the nucleic acid probe of the present invention complementary to the region containing SNP (snip; single nucleotide substitution polymorphism), the nucleic acid is dissociated from the nucleic acid probe of the present invention after the PCR is completed. By analyzing the curve, SNP can be detected from the difference in the dissociation curve. If a nucleotide sequence complementary to the sequence containing SNP is used as the sequence of the nucleic acid probe of the present invention, the Tm value obtained from the dissociation curve between the probe sequence and the sequence containing SNP is the dissociation curve from the sequence not containing SNP. Higher than the Tm value obtained from
[0091]
The second feature of the present invention is an invention of a method for analyzing data obtained by the real-time quantitative PCR method.
The real-time quantitative PCR method is currently a computer-readable record in which each procedure of a reaction apparatus for performing PCR, an apparatus for detecting luminescence of a fluorescent dye, a user interface, that is, a data analysis method is programmed and recorded. It is measured in real time on a medium (also known as Sequence Detection Software System) and an apparatus composed of a computer that controls and analyzes the data. Therefore, the measurement of the present invention is also performed with such an apparatus.
[0092]
First, a real-time quantitative PCR analyzer will be described below. The apparatus used in the present invention may be any apparatus as long as it can monitor PCR in real time. For example, ABI PRISMTM 7700 Sequence Detection System SDS 7700 (Perkin Elmer Applied Biosytems, USA), Light CyclerTM A system (Roche Diagnostics Inc., Germany) can be cited as a particularly suitable one.
[0093]
The PCR reaction apparatus is an apparatus that repeatedly performs heat denaturation reaction, annealing reaction, and nucleic acid extension reaction of a target nucleic acid (for example, the temperature can be repeated at 95 ° C., 60 ° C., and 72 ° C.). . The detection system includes an argon laser for fluorescence excitation, a spectrograph, and a CCD camera. Further, a computer-readable recording medium on which each procedure of the data analysis method is programmed and recorded is used by being installed in the computer, and the system is controlled via the computer and output from the detection system. A program for analyzing data is recorded.
[0094]
The data analysis program recorded on the computer-readable recording medium is a process for measuring the fluorescence intensity for each cycle, and the measured fluorescence intensity is displayed on the computer display as a function of the cycle, that is, as an amplification plot of PCR. The process of displaying, the process of calculating the PCR cycle number (threshold cycle number: Ct) at which the fluorescence intensity starts to be detected, the process of creating a calibration curve for obtaining the copy number of the sample nucleic acid from the Ct value, the data of each process, the plot value The process of printing. When PCR progresses exponentially, a linear relationship is established between the Log value of the copy number of the target nucleic acid at the start of PCR and Ct. Therefore, a copy number at the start of PCR of the target nucleic acid can be calculated by preparing a calibration curve using a known number of copies of the target nucleic acid and detecting Ct of the sample containing the target nucleic acid with an unknown copy number.
[0095]
A PCR-related invention such as the above data analysis method is a method for analyzing data obtained by the above-described real-time quantitative PCR method. Each feature is described below.
The first feature is that in the method of analyzing data obtained by the real-time quantitative PCR method, the amplified nucleic acid in each cycle is bound to the fluorescent dye, or the amplified nucleic acid is hybridized with the nucleic acid probe of the present invention. The fluorescence intensity value of the reaction system is obtained by combining the fluorescent dye and the nucleic acid in each cycle, that is, the fluorescent dye-nucleic acid complex, or the hybridized nucleic acid probe of the present invention and the target nucleic acid, that is, the nucleic acid. This is a calculation process in which correction is performed based on the fluorescence intensity value of the reaction system when the hybrid complex is dissociated, that is, a correction calculation process.
[0096]
The “reaction system when the amplified target nucleic acid is bound to the fluorescent dye or the amplified target nucleic acid is hybridized with the nucleic acid probe of the present invention” is specifically exemplified by 40 to 85 in each cycle of PCR. A reaction system for nucleic acid elongation reaction or annealing having a reaction temperature of 50 ° C., preferably 50 to 80 ° C. can be mentioned. And it means a reaction system in which the reaction is completed. The actual temperature depends on the length of the amplified nucleic acid.
The “reaction system when the fluorescent dye-nucleic acid complex or the nucleic acid hybrid complex is dissociated” means a reaction system for heat denaturation of nucleic acid in each cycle of PCR, specifically, reaction temperature. A system in which the reaction is completed at 90 to 100 ° C., preferably 94 to 96 ° C. can be exemplified.
[0097]
The correction calculation process in the correction calculation process may be any process that meets the object of the present invention. Specifically, the process according to the following [Formula 1] or [Formula 2] Can be exemplified.
fn= Fhyb, n/ Fden, n          [Formula 1]
fn= Fden, n/ Fhyb, n          [Formula 2]
[Where,
fn: Correction calculation processing value in the n-th cycle calculated by [Equation 1] or [Equation 2],
fhyb, n: In the n-th cycle, when the amplified nucleic acid is bound to the fluorescent dye, or when the amplified nucleic acid is hybridized with the nucleic acid probe of the present invention, the fluorescence intensity value of the reaction system,
fden, n: In the n-th cycle, the fluorescence intensity value of the reaction system when the fluorescent dye-nucleic acid complex or the nucleic acid hybrid complex is dissociated]
In this process, the correction calculation processing value obtained by the above processing is displayed on the computer display and / or the value is similarly displayed and / or printed in the form of a graph as a function of each cycle number. Includes steps.
[0098]
The second feature is that the correction calculation processing value according to [Equation 1] or [Equation 2] in each cycle is substituted into the following [Equation 3] or [Equation 4], and the fluorescence change rate or the fluorescence change rate between the samples. Is a data analysis method for calculating and comparing them.
[0099]
Fn= Fn/ Fa          [Formula 3]
Fn= Fa/ Fn          [Formula 4]
[Where,
Fn: In the n-th cycle, the fluorescence change rate or the fluorescence change rate calculated by [Equation 3] or [Equation 4],
fn: Correction calculation processing value according to [Formula 1] or [Formula 2] in the n-th cycle
fa: Correction calculation processing value according to [Formula 1] or [Formula 2], fnOf any number of cycles before the change is observed, but typically for example 10 to 40 cycles, preferably 15 to 30 cycles, more preferably 20 to 30 cycles Is adopted. ]
In this process, the calculated value obtained by the above process is displayed and / or printed on the computer display, or the comparison value or the value is similarly displayed and / or displayed in the form of a graph as a function of each cycle number. Although it includes a sub-step for printing, the sub-step may or may not be applied to the correction calculation processing value according to [Formula 1] or [Formula 2].
[0100]
The third feature is
(3.1) A process of performing arithmetic processing according to [Equation 5], [Equation 6] or [Equation 7] using the fluorescence change rate or the fluorescence change rate data calculated by [Equation 3] or [Equation 4]. ,
logb(Fn), Ln (Fn[Formula 5]
logb{(1-Fn) × A}, ln {(1-Fn) × A} [Formula 6]
logb{(Fn−1) × A}, ln {(Fn−1) × A} [Formula 7]
[0101]
[Where,
A, b: Any numerical value, preferably an integer value, more preferably a natural number. When A = 100 and b = 10, {(Fn−1) × A} is expressed as a percentage (%).
Fn: [Fluorescence change rate or fluorescence change rate in n cycles calculated by [Equation 3] or [Equation 4]]
(3.2) An arithmetic processing step for obtaining the number of cycles in which the arithmetic processing value of (3.1) has reached a certain value;
(3.3) An arithmetic process for calculating a relational expression between the number of cycles in a nucleic acid sample of a known concentration and the number of copies of the target nucleic acid at the start of the reaction,
(3.4) An operation process for obtaining a copy number of a target nucleic acid at the start of PCR in an unknown sample,
Is a data analysis method. A process consisting of (3.1) → (3.2) → (3.3) → (3.4) is preferable.
[0102]
In each of the processes (3.1) to (3.3), the processing value obtained by each processing is displayed on a computer display and / or the value is expressed in the form of a graph as a function of the number of cycles. Similarly to the above, it may include a sub-step of displaying and / or printing. Since the arithmetic processing value obtained in the process (3.4) needs to be printed at least, the process includes a sub-step for printing. The arithmetic processing value obtained in the above (3.4) may be further displayed on a computer display.
It should be noted that the correction processing value according to [Formula 1] or [Formula 2] and the calculation processing value according to [Formula 3] or [Formula 4] are displayed on the computer display in the form of a graph as a function of the number of cycles. Since it may or may not be printed, the display and / or printing sub-steps may be added as necessary.
[0103]
The data analysis method is particularly effective when the real-time quantitative PCR method measures the amount of decrease in the emission of the fluorescent dye. A specific example is the above-described real-time quantitative PCR method of the present invention.
[0104]
A fourth feature of the real-time quantitative PCR analyzer is a real-time quantitative PCR measurement and / or analysis device having a calculation and storage means for executing the data analysis method for the real-time quantitative PCR method of the present invention. It is.
[0105]
A fifth feature of the present invention is that in the computer-readable recording medium in which each procedure of the data analysis method for analyzing PCR using a real-time quantitative PCR analyzer is programmed and the program is recorded, the data analysis of the present invention is performed. A computer-readable recording medium recording a program that allows a computer to execute each procedure of the method.
[0106]
A sixth feature is a novel nucleic acid measurement method using the data analysis method, measurement and / or analysis apparatus, and recording medium of the present invention in the nucleic acid measurement method.
[0107]
A seventh feature is a method for analyzing data obtained by the method for analyzing a melting curve of a nucleic acid of the present invention, that is, a method for obtaining a Tm value of a nucleic acid by performing the PCR method of the present invention.
That is, for a nucleic acid amplified by the PCR method of the present invention, the temperature is gradually increased from a low temperature until the nucleic acid is completely denatured (for example, from 50 ° C. to 95 ° C.). For example, the process of measuring fluorescence intensity at intervals corresponding to a temperature rise of 0.2 ° C. to 0.5 ° C., the process of displaying the measurement result on the display as a function of time, ie, the melting curve of the nucleic acid is displayed. The process, the process of differentiating this melting curve to obtain a differential value (-dF / dT, F: fluorescence intensity, T: time), the process of displaying the value as a differential value on the display, the inflection point from the differential value It is an analysis method that consists of the process of obtaining. In the present invention, the fluorescence intensity increases with increasing temperature. In the present invention, the process of dividing the fluorescence intensity value at the time of nucleic acid extension reaction in each cycle, preferably at the end of the PCR reaction, using the fluorescence intensity value at the heat denaturation reaction is added to the above process, More favorable results are obtained.
[0108]
An apparatus for measuring and / or analyzing real-time quantitative PCR according to the present invention, which is obtained by adding a method for analyzing the melting curve of the nucleic acid according to the present invention to the data analysis method of the novel PCR method according to the present invention, is also provided. Within the technical scope.
[0109]
Furthermore, one of the features of the present invention is a computer-readable recording medium storing a program that allows a computer to execute each step of the method for analyzing a melting curve of a nucleic acid of the present invention, Each of the methods for analyzing the melting curve of the nucleic acid of the present invention in a computer-readable recording medium recording a program that allows a computer to execute each procedure of the data analysis method of the PCR method of the present invention A computer-readable recording medium additionally recorded with a program that allows a computer to execute the procedure.
[0110]
The data analysis method, apparatus, and recording medium of the present invention can be used in various fields such as medicine, forensic medicine, anthropology, ancient biology, biology, genetic engineering, molecular biology, agriculture, plant breeding, and the like. . Also referred to as a complex microbial system or a symbiotic microbial system, such as microbial systems in which various types of microorganisms are mixed or at least one type of microorganism is mixed with cells of other animals and plants and cannot be isolated from each other. Can be suitably used. The microorganism referred to herein is a microorganism generally referred to, and is not particularly limited. For example, eukaryotic microorganisms, prokaryotic microorganisms, other mycoplasmas, viruses, rickettsias and the like can be mentioned.
[0111]
Further, by using one or more of the data analysis method, apparatus and recording medium of the present invention, the number of copies of 5S rRNA, 16S rRNA or 23S rRNA of a specific strain in a complex microorganism system or a symbiotic microorganism system or their gene DNA is quantified. By doing so, the abundance of the specific strain in the system can be measured. This is because the gene DNA copy number of 5SrRNA, 16SrRNA or 23SrRNA is constant depending on the strain. In the present invention, it is possible to perform the real-time quantitative PCR of the present invention using a complex microbial or symbiotic microbial homogenate to measure the abundance of a specific strain. This method is also within the technical scope of the present invention.
[0112]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
Example 1
E. coli (Escherichia coliThe nucleic acid probe which hybridizes with the nucleic acid base sequence of 16S rRNA of (3 ') CCGCTCACGC ATC (5') was prepared as follows.
[0113]
Nucleic acid probe preparation: (3 ′) CCGCTCACGC To the OH group at the 3′-position of deoxyribose at the 3 ′ end of an oligodeoxyribonucleotide having the base sequence of ATC (5 ′), — (CH2)7-NH2The product was purchased from Medland Certified Reagent Company (USA). In addition to the Fluo Reporter Kit F-6082 (BODIPY FL propionic acid succinimidyl ester) from Molecular Probes, the compound is added to the oligonucleotide amine. A kit containing a reagent that binds to the derivative) was purchased. The kit was allowed to act on the purchased oligonucleotide to synthesize a nucleic acid probe labeled with bodepy FL used in this example.
[0114]
Purification of compound: The obtained synthesized product was dried to obtain a dried product. 0.5M NaHCOThree/ Na2COThreeDissolved in buffer (pH 9.0). The lysate was subjected to gel filtration with a NAP-25 column (Pharmacia) to remove unreacted substances. Further, reverse phase HPLC (B gradient: 15 to 65%, 25 minutes) was performed under the following conditions. And the main peak which eluted was fractionated. The fraction thus collected was lyophilized to obtain a nucleic acid probe in a yield of 23% from 2 mM of the first oligonucleotide raw material.
[0115]
Figure 0003963422
[0116]
Example 2
Using a 200 ml (sterilized) Erlenmeyer flask to which 50 ml of a sterilized Nutrient Broth (NB) (Difco) liquid medium (composition: NB, 0.08 g / 100 ml) was added, 37 strains of E. coli JM109 were obtained. Shake culture overnight at ° C. Next, an equivalent amount of 99.7% ethanol was added to the main culture solution. 2 ml of this ethanol-added culture was centrifuged with a 2.0 ml Eppendorf centrifuge tube to obtain bacterial cells. The cells were washed once with 100 μl of 30 mM phosphate buffer (soda salt) (pH: 7.2). The cells were suspended in 100 μl of the phosphate buffer containing 130 mM NaCl. The suspension was sonicated in ice-cooling for 40 minutes (output: 33 w, oscillation frequency: 20 kHz, oscillation method: oscillation for 0.5 seconds, pause for 0.5 seconds) to produce a homogenate.
[0117]
After the homogenate was centrifuged, the supernatant was collected and transferred to a fluorometer cell. The temperature was adjusted to 36 ° C. The nucleic acid probe solution pre-warmed to 36 ° C. was added to a final concentration of 5 nM. The Escherichia coli 16S rRNA and the nucleic acid probe were hybridized for 90 minutes while controlling the temperature at 36 ° C. The amount of luminescence of the fluorescent dye was measured with a fluorometer.
[0118]
The light emission amount of the fluorescent dye before hybridization is a value measured using a 30 mM phosphate buffer solution (soda salt) (pH: 7.2) containing 130 mM NaCl instead of the above supernatant. did. The amount of luminescence was measured by changing the ratio between the amount of the nucleic acid probe and the amount of the supernatant (excitation light 503 nm; measurement fluorescence color 512 nm). The results are shown in FIG. As can be seen from FIG. 1, the light emission of the fluorescent dye decreased as the amount ratio of the supernatant increased. That is, in the present invention, it can be seen that the amount of decrease in emission of the fluorescent dye increases in proportion to the amount of target nucleic acid hybridized to the nucleic acid probe.
[0119]
Example 3
Preparation of nucleic acid probe: (5 ′) CCCACATCGTTTTGTCTGGG (3 ′) hybridizing to 23S rRNA of Escherichia coli JM109 strain,-(CH2)7-NH2In the same manner as in Example 1, the product was purchased from Medland Certified Reagent Company (USA). Further, in the same manner as in Example 1, in addition to the Fluo Reporter Kit F-6082 (BODIPY FL propionic acid succinimidyl ester), from the Molecular Probes Co., Ltd. Kits containing reagents that bind compounds to amine derivatives of oligonucleotides were purchased. The kit was allowed to act on the oligonucleotide to synthesize a nucleic acid probe labeled with bodepy FL. The obtained synthesized product was purified in the same manner as in Example 1 to obtain a nucleic acid probe labeled with bodepy FL at a yield of 25% from 2 mM of the first oligonucleotide raw material.
[0120]
Example 4
Pseudomonas paucimobilis (current name: Sphingomonas pusiomobils) (FERM P-5122) prepared in the same medium and culture conditions as in Example 2 on the cells of Escherichia coli JM109 obtained in Example 2 ) Was mixed at the same concentration with E. coli strain JM109 at an OD660 value to prepare a complex microorganism system. A homogenate was prepared by the same method as in Example 2 for the obtained mixed solution (the cell concentration of Escherichia coli JM109 strain was the same as in Example 2). Using the nucleic acid probe prepared in Example 3, an experiment similar to Example 2 was performed except that the excitation light was changed to 543 nm and the measurement fluorescence color was changed to 569 nm. As a result, the same result as in Example 2 was obtained. It was.
[0121]
Example 5
The base selectivity of the target nucleic acid in the fluorescence quenching phenomenon, that is, the base specificity of the present invention was examined. Ten types (poly a to poly j) of target synthetic deoxyribooligonucleotides (30 mer) shown below were prepared with a DNA synthesizer ABI394 (Perkin Elmer, USA).
[0122]
Furthermore, the following probe of the present invention labeled with bodepy FL at the 5 'end of the deoxyribooligonucleotide corresponding to the above synthetic DNA was prepared.
To the phosphate group at the 5 'end of the primer DNA corresponding to the above synthetic DNA,-(CH2)6-NH2The product was purchased from Medland Certified Reagent Company (USA). Furthermore, in addition to the Fluo Reporter Kit F-6082 (BODIPY FL propionic acid succinidyl ester of Bodepy FL / C6) from Molecular Probes, A kit containing a reagent to be bound to an amine derivative was purchased. Probes a to d and f to h of the present invention labeled with the following Bodepy FL were synthesized by allowing the kit to act on the purchased primer DNA. Then, the degree to which the fluorescence of the fluorescent dye decreased when hybridized with the corresponding synthetic deoxyribooligonucleotide was examined under the following conditions, and the specificity of the probe of the present invention was examined.
[0123]
Figure 0003963422
[0124]
Figure 0003963422
[0125]
Figure 0003963422
[0126]
Figure 0003963422
[0127]
Figure 0003963422
[0128]
Figure 0003963422
[0129]
The results are shown in Table 1. As can be seen from Table 1, when a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye is hybridized to a target DNA (oligodeoxyribonucleotide), at the terminal part, the terminal base part from which the probe and target DNA hybridized is 1 It is preferable that the base sequence of the probe is designed so that at least one base or more of G (guanine) exists in the base sequence of the target DNA at a distance of -3 bases. Further, when the nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye is hybridized to the target DNA, the probe is so formed that a plurality of base pairs of the nucleic acid hybrid complex form at least one pair of G and C at the terminal portion. It can be seen from Table 1 that the base sequence is preferably designed.
[0130]
Example 6
A target nucleic acid having the following base sequence and a nucleic acid probe of the present invention were prepared. The influence of the number of G in the target nucleic acid and the number of G in the nucleic acid probe of the present invention was examined in the same manner as in the above example.
[0131]
Figure 0003963422
[0132]
Figure 0003963422
[0133]
Figure 0003963422
[0134]
Figure 0003963422
[0135]
Figure 0003963422
[0136]
As can be seen from Table 2, it is recognized that the number of G in the target nucleic acid and the number of G in the probe of the present invention do not significantly affect the decrease in fluorescence intensity.
[0137]
Example 7
In the same manner as described above, a target nucleic acid having the following base sequence and a nucleic acid probe of the present invention were prepared. The nucleic acid probe of the present invention in this example is one in which the 5 'end of the oligonucleotide is labeled with bodepy FL / C6. The influence of the base species in the target nucleic acid and the base species in the nucleic acid probe of the present invention was examined in the same manner as in the above Example.
[0138]
Figure 0003963422
[0139]
Figure 0003963422
[0140]
Figure 0003963422
[0141]
As can be seen from Table 3 and the above examples, (i) when the end of the probe of the present invention labeled with a fluorescent dye is composed of C and the target nucleic acid is hybridized to form a GC pair (ii) ) When the end of the probe of the present invention labeled with a fluorescent dye is composed of a base other than C, the target nucleic acid 3 is determined from the base pair of the base labeled with the fluorescent dye and the base of the target nucleic acid. 'When at least one G exists on the terminal side, the decrease rate of the fluorescence intensity is large.
[0142]
Example 8
The kind of the dye labeled on the nucleic acid probe of the present invention was examined in the same manner as in the above example. Note that the probe z of Example 7 was used as the probe of the present invention, and the oligonucleotide z of Example 7 was used as the target nucleic acid.
The results are shown in Table 4. As can be seen from the table, suitable fluorescent dyes for use in the present invention include FITC, BODIPY FL, BODIPY FL / C3, 6-joe, TMR and the like.
[0143]
Figure 0003963422
[0144]
Example 9 (Experiment of effect of heat treatment of target nucleic acid (16SrRNA))
Preparation of the nucleic acid probe of the present invention: specifically hybridizes to the 16S rRNA base sequence of the KYM-7 strain corresponding to the base sequence of 1190 bases to 1190 bases of the 16S rRNA of Escherichia coli JM109 strain (5 ') CATCCCCACC TTCCT CCGAG TTGACCCCGG CAGTC (3 ') The base sequence of (35 base pairs) is modified with deoxyribonucleotides at the 1st to 16th and 25th to 35th bases, and the OH group at the 2' position carbon at the 17th to 24th bases with a methyl group (with an ether bond) Modified) ribooligonucleotides, and the OH group of the phosphate group at the 5 'end is-(CH2)7-NN2Oligonucleotides modified and bound in the same manner as in Example 1 were purchased from Medland Certified Reagent Company, USA. In addition, 2-O-Me oligonucleotides used for 2-O-Me probes (probes consisting of 2-O-Me oligonucleotides are simply referred to as 2-O-Me probes) were synthesized by GENSET Corporation (France). It was obtained by consigning.
Furthermore, in the same manner as in Example 1, Fluo Reporter Kit F-6082 (BODIPY FL / C6 propionic acid succinimidyl ester) was obtained from Molecular Probes. In addition, a kit containing a reagent that binds the compound to an amine derivative of an oligonucleotide was purchased. The kit was allowed to act on the oligonucleotide to synthesize the nucleic acid probe of the present invention labeled with bodepy FL / C6. The obtained synthesized product was purified in the same manner as in Example 1 to obtain the nucleic acid probe of the present invention labeled with Bodepy FL / C6 at a yield of 23% from 2 mM of the first oligonucleotide raw material. This probe was named 35-base chain 2-O-Me probe.
[0145]
5 ′) TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A (3 ′) The oligoribonucleotide having the base sequence was synthesized using a DNA synthesizer in the same manner as described above to obtain a forward type helper probe. On the other hand, an oligoribonucleotide having the base sequence of (5 ′) CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT (3 ′) was synthesized using a DNA synthesizer in the same manner as described above, and a backward type, that is, a reverse type helper probe. did.
[0146]
A 35-base chain 2-O-Me probe, a forward-type helper probe, and a reverse-type helper probe were each dissolved in a buffer solution having the composition shown below so as to have a concentration of 25 nM, and heated to 75 ° C. (probe solution).
The 16S rRNA was heat-treated at 95 ° C. for 5 minutes, added to the probe solution under the reaction conditions shown below, and then measured for fluorescence intensity with a fluorescence measuring instrument Perkin Elmer LS-50B. . The results are shown in FIG. A control using 16S rRNA not subjected to heat treatment was used as a control. It can be seen from FIG. 2 that the decrease in fluorescence intensity is large in the heat-treated experimental section. This result indicates that the 16S rRNA is heat-treated at 95 ° C. to thereby perform stronger hybridization with the probe of the present invention.
Figure 0003963422
[0147]
Example 10 (Experiment on Contribution of 2′-O-Me Oligonucleotide and Helper Probe to Improvement of Hybridization Efficiency)
The following various nucleic acid probes of the present invention and various helper probes hybridizing to the 16S rRNA were prepared in the same manner as in Example 9. All 2-O-Me oligonucleotides used for 2-O-Me probes were obtained by entrusting synthesis to GENSET (France). Under the following conditions, the effects of the 2-O-Me probe of the present invention, the influence of the length of the base chain of the probe, and the effect of the helper probe are shown in the experiments shown in FIGS. 3A, 3B, 3D, and 3D below. The system was examined in the same manner as in Example 9. The results are shown in FIG.
From the figure, it can be seen that the 2-O-Me probe of the present invention contributes to the hybridization efficiency. Further, when the base chain of the 2-O-Me probe is short, the helper probe is useful for increasing the hybridization efficiency.
[0148]
1) 35-base chain 2-O-Me probe: The same probe as in Example 9,
2) 35-base DNA probe: a probe having the same base sequence as the 35-base 2-O-Me probe of 1) above, wherein the oligonucleotide is composed of deoxyribose,
3) 17-base chain 2-O-Me probe: The same nucleotide sequence as the 35-base chain 2-O-Me probe in 1) above, but 8 nucleotides from the 5 'end and 10 bases from the 3' end Removed probe,
4) 17-base DNA probe: a probe having the same base sequence as the 33-base DNA probe of 2) above, except that 16 base nucleotides are deleted from the 3 'end;
[0149]
5) Forward type 2-O-Me helper probe: OH group at the 2′-position carbon of ribose corresponding to the center 8 bases (9 bases to 16 bases from the 5 ′ end) of the forward type helper probe of Example 9 A helper probe modified with a methyl group (ether bond),
6) Reverse-type 2-O-Me helper probe: OH group at the 2′-position carbon of ribose corresponding to the center 8 bases (9 to 16 bases counted from the 5 ′ end) of the reverse-type helper probe of Example 9 A helper probe modified with a methyl group (ether bond),
7) Forward DNA helper probe: a helper probe having the same base sequence as that of the forward helper probe of Example 9, but having an oligonucleotide composed of deoxyribonucleotides,
8) Reverse-type DNA helper probe: a helper probe having the same base sequence as that of the reverse-type helper probe of Example 9 above, wherein the oligonucleotide is composed of deoxyribonucleotides,
9) 35 base oligoribonucleotide: (5 ') CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGA CCCCGG CAGTC (3') oligoribonucleotide having the base sequence,
10) 17-base-chain oligoribonucleotide: (5 ′) Oligoribonucleotide having a base sequence of CCTTCCTCCG AGTTGAC (3 ′).
[0150]
Figure 0003963422
[0151]
Figure 0003963422
[0152]
Figure 0003963422
[0153]
Figure 0003963422
[0154]
Figure 0003963422
[0155]
Example 11 (Preparation of calibration curve for rRNA measurement)
The rRNA was heated at 95 ° C. for 5 minutes at various concentrations ranging from 0.1 to 10 nM, and the obtained nucleic acid solution was added to the reaction solution in advance under the following reaction conditions. After 1000 seconds, the fluorescence intensity was increased. The decrease was measured using a Perkin Elmer LS-50B. The results are shown in FIG. It can be seen from the figure that the calibration curve exhibits linearity at 0.1 to 10 nM. The following 35-base chain 2-O-Me probe is the same probe as in Example 9.
Figure 0003963422
[0156]
Example 12 (FISH method)
Cellulomonas sp. KYM-7 (FERM P-11339) and Agrobacterium sp. KYM-8 (FERM P-16806) The following 35 or 36 bases of the present invention that hybridize to each rRNA Strand oligodeoxyribonucleotide 2-O-Me probes were prepared as described above. The base sequence of each probe is as follows.
[0157]
35-base oligodeoxyribonucleotide 2-O-Me probe for rRNA measurement of Cellulomonas sp. KYM-7:
(5 ') CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC (3 ') (underlined part is modified with a methyl group).
A 36-base oligodeoxyribonucleotide 2-O-Me probe for rRNA measurement of Agrobacterium sp. KYM-8:
(5 ') CATCCCCACC TTCCTCTCGG CTTATCACCG GCAGTC (3 ') (underlined part is modified with methyl group).
[0158]
Cellulomonas sp. KYM-7 and Agrobacterium sp. KYM-8 were mixed and cultured in a medium having the following medium composition under the following culture conditions, and the culture was collected at each culture time. From them, rRNA was prepared using RNeasy Maxikit (QIAGEN). The rRNA was heated at 95 ° C. for 5 minutes, then added to the reaction solution in advance under reaction conditions, reacted at 70 ° C. for 1000 seconds, and then the fluorescence intensity was measured using Perkin Elmer LS-50B. The results are shown in FIG. The total rRNA was measured using RiboGreen total RNA Quantification Kit (company name: molecular probes, location name: Eugene, Oregon, USA).
As can be seen from the figure, the kinetics of rRNA in each strain was consistent with the kinetics of total rRNA. Moreover, the total amount of rRNA of each strain was consistent with the total rRNA. This indicates that the method of the present invention is an effective method in the FISH method.
[0159]
Medium composition (g / l): starch, 10.0; aspartic acid, 0.1; K2HPOFour, 5.0; KH2POFour, 2.0; MgSOFour・ 7H2O, 0.2; NaCl, 0.1; (NHFour)2SOFour; 0.1.
-100 ml of medium was dispensed into a 500 ml conical flask, and the flask was sterilized at 120 ° C for 10 minutes using an autoclave kettle.
-Culture conditions: The above strain was cultured in advance on a slant medium. One platinum loop of fungus was taken from the slant medium and inoculated into the medium of the sterilized conical flask. Stirring culture was performed at 30 ° C. and 150 rpm.
[0160]
Figure 0003963422
[0161]
Hereinafter, Example 13 describes a method for analyzing or measuring polymorphisms and mutations of the target nucleic acid.
Example 13
Four types of oligonucleotides having the base sequences shown below were synthesized using the DNA synthesizer of Example 5. Further, in the same manner as in Example 5, the nucleic acid probe of the present invention having the following base sequence was synthesized. After the probe and each oligonucleotide were hybridized in solution, it was examined whether single base substitution could be evaluated from the change in fluorescence intensity. The base sequence of the nucleic acid probe of the present invention is designed to match 100% with the base sequence of the oligonucleotide when G exists at the 3 'end of any of the target oligonucleotides. The hybridization temperature was set at 40 ° C. at which 100% of all base-pairs between the probe and target oligonucleotide could be hybridized. The concentration of the probe and target oligonucleotide, the concentration of the buffer, the fluorescence measuring device, the fluorescence measuring conditions, the experimental operation, etc. are the same as in Example 5.
[0162]
Figure 0003963422
[0163]
The results are shown in Table 5. From the table, the target oligonucleotide No. 1-3, no change was observed in the fluorescence intensity. In 4 a decrease of 84% was observed.
[0164]
Figure 0003963422
[0165]
In the present invention, data (for example, data in columns A and B in Table 5) obtained by a method for analyzing or measuring a polymorphism and / or mutation of the target nucleic acid (for example, the target oligonucleotide Nos. 1 to 4) is analyzed. In the method, the fluorescence intensity value of the reaction system when the target nucleic acid is hybridized with the nucleic acid probe of the present invention (the above-described nucleic acid probe) is corrected by the fluorescence intensity value of the reaction system when not hybridized. Then, it means the calculation of (AB) / B in Table 3.
From the above results, it was revealed that when the target nucleic acid is double-stranded, substitutions of G → A, G ← A, C → T, C ← T, G → C, and G ← C can be detected.
[0166]
Example 14
FIG. 6 shows an example of the DNA chip model of the present invention. First, a modified probe prepared by introducing an amino group into the OH group at the 3′-position carbon of the 3′-terminal ribose of 3′TTTTTTTTGGGGGGGGC5′BODIPY FL / C6, which is the probe of the present invention prepared in Example 13, A surface-treated slide glass was prepared by treating the surface of the slide glass with a silane coupling agent having an epoxy group using the slide glass as a reactive group. The solution containing the above modified probe is converted into a DNA chip making apparatus GMS.TMSpotted on the surface-treated glass slide with 417 ARRAYER (TAKARA). Then, the modified probe bound to the glass surface at the 3 'end. The slide glass was placed in a sealed container for about 4 hours to complete the reaction. Then, the glass slide was soaked twice in a 0.2% SDS solution and water for about 1 minute. Further boron solution (NaBH in 300 ml water)FourDissolved 1.0g. ) For about 5 minutes. After immersing in water at 95 ° C. for 2 minutes, the reagent was quickly washed off by alternately immersing twice in a 0.2% SDS solution and water for about 1 minute. Dry at room temperature. Thus, the DNA chip of the present invention was prepared.
[0167]
Furthermore, by providing a minute temperature sensor and a heater as shown in the figure at the position corresponding to each spot of the modified probe on the lower surface of the glass, high performance could be imparted to the DNA chip of the present invention.
A case where target nucleic acid is measured using this DNA chip will be described. When the target nucleic acid is not hybridized to the probe, or when it does not form a GC pair at the fluorescent dye-labeled end, or 1 to 3 bases from the terminal base portion where the probe and the target nucleic acid are hybridized Aside from this, when at least one G (guanine) or cytosine (C) is not present in the base sequence of the target nucleic acid, the fluorescence intensity does not change. However, on the contrary, when the target nucleic acid is hybridized to the probe, or when a GC pair is formed at the fluorescent dye-labeled end even if it is hybridized, or the probe and the target nucleic acid are hybridized. When at least one G (guanine) or cytosine (C) is present in the base sequence of the target nucleic acid 1 to 3 bases away from the terminal base portion, the fluorescence intensity decreases. This fluorescence intensity is measured by the DNA chip analyzer GMS.TMIt can be measured using a 418 Array Scanner (TAKARA).
[0168]
Example 15: Single nucleotide polymorphism (SNPs) detection experiment using the DNA chip of the present invention
I) Preparation of target nucleic acid: (5 ')AAACGATGTG GGAAGGCCCA GACAGAn oligodeoxyribonucleotide having a base sequence of CCAGG ATGTTGGCTT AGAAGCAGCC (3 ′) was synthesized using a DNA synthesizer ABI394 (Perkin Elmer, USA) to obtain a target nucleic acid.
II) Preparation of nucleic acid probe: The following 6 oligodeoxyribonucleotides having a base sequence that hybridizes to the sequence (underlined) of 15 bases from the 5 ′ end of the target nucleic acid were converted into a DNA synthesizer ABI394 (Perkin Elmer) And the United States). Then, the 3'-position OH group of deoxyribose at the 3 'end was aminated using 3'-Amino-Modifier C7 CPG (Glen Research, catalog number 20-2957). Further, the phosphate group at the 5 'end was labeled with BODIPY FL in the same manner as in Example 5.
[0169]
1) Probe 100 (100% match): (5 ') CCTTCCCACA TCGTTT (3'),
2) Probe-T (1 base mismatch): (5 ') CCTTCCCATA TCGTTT (3'),
3) Probe-A (1 base mismatch): (5 ') CCTTCCCAAA TCGTTT (3'),
4) Probe-G (1 base mismatch): (5 ') CCTTCCCAGA TCGTTT (3'),
5) Probe-TG (2-base mismatch): (5 ') CCTTCCCTGA TCGTTT (3'),
6) Probe-TGT (3-base mismatch): (5 ') CCTTCCCTGT TCGTTT (3'),
[0170]
III) Preparation of DNA chip
All DNA probes were dissolved in sterile distilled water to make a 1 μM concentration solution. A DNA chip slide glass (Black silylated slides) using a DNA microarrayer (manual chip arrayer consisting of DNA microarrayer No.439702, 32-pin type, and DNA slide index No.439701, Greiner). The probe solution was spotted on top of Greiner. The reaction was performed for 10 minutes after the spot was completed, and the probe was immobilized on a slide glass. Then, it was washed with 50 mM TE buffer (pH: 7.2). Each probe solution was spotted by 4 spots.
A schematic diagram of the DNA chip of the present invention is shown in FIG. When the probe of the present invention immobilized on a slide glass is not hybridized to the target nucleic acid, BODIPY FL is colored, but when it is hybridized, the color is less than that when it is not hybridized. . That is, it decreases. The slide glass is heated by a microheater (in the present invention, as shown below, it was performed with a transparent heating plate for a microscope (MP-10MH-PG, Kitasato Supply Co., Ltd.)).
[0171]
IV) SNPs detection measurement
A target nucleic acid solution {using 50 mM TE buffer (pH: 7.2)} having a concentration of 100 μM was placed on the DNA chip prepared as described above. Covered with a cover glass and sealed with a nail polish so that the target nucleic acid did not leak.
An outline of the apparatus for detection measurement is shown in FIG. First, a transparent heating plate for a microscope (MP-10MH-PG, Kitasato Supply Co., Ltd.) was placed on a sample stage of an Olympus upright microscope (AX80 type). The DNA chip of the present invention prepared above was placed on the plate, changed from 95 ° C. to 33 ° C. in increments of 3 ° C., and reacted for 30 minutes. The change in fluorescence intensity during the reaction process of each spot was measured in an image capture format with a cooled CCD camera (C5810 type, Hamamatsu Photonics).
The captured image was analyzed with an image analysis device (PC (NEC) with image analysis software (TPlab spectrum; Signal Analytics, Verginia) installed), the brightness of each spot was calculated, and the relationship between temperature and brightness was obtained. .
[0172]
The experimental results are shown in FIG. From the figure, it can be seen that the fluorescence intensity decreased for all probes. Therefore, the dissociation curve between the probe of the present invention and the target nucleic acid can be easily monitored by the method of the present invention. Further, since the difference in Tm value between the probe 100 that matches 100% with the target nucleic acid and the probe that mismatches by one base is 10 ° C. or more, both can be easily identified from the dissociation curve. That is, it can be seen that SNPs can be easily analyzed by using the DNA chip of the present invention.
[0173]
Hereinafter, Examples 16 to 19 describe the PCR method of the present invention.
Example 16
Using a 16S rRNA gene in the genomic DNA of E. coli as a target nucleic acid, a primer (labeled with BODIPY FL / C6) for amplification of the nucleic acid (the nucleic acid probe of the present invention) was prepared.
[0174]
Preparation of primer 1 (Eu800R: reverse type): Oligodeoxyribonucleotide having the base sequence of (5 ′) CATCGTTTAC GGCGTGGAC (3 ′) was synthesized using a DNA synthesizer ABI394 (manufactured by Perkin Elmer, USA). The phosphate group at the 5 ′ end of the oligodeoxyribonucleotide is treated with phosphatase to form cytosine, and the carbon OH group at the 5 ′ position of the cytosine has — (CH2)9-NH2Was purchased from Midland Certified Raised Company (USA). In addition to the Fluo Reporter Kits F-6082 (BODIPY FL propionic acid succinimidyl ester) from Molecular Probes, the compound is converted to an amine derivative of oligonucleotide. A kit containing the reagent to be bound was purchased. The kit was allowed to act on the purchased oligonucleotide to synthesize Primer 1 labeled with Bodepy FL / C6 of the present invention.
[0175]
Purification of synthesized product: The obtained synthesized product was dried to obtain a dried product. 0.5M Na2COThree/ NaHCOThreeDissolved in buffer (pH 9.0). The lysate was subjected to gel filtration with a NAP-25 column (Pharmacia) to remove unreacted substances. Further, reverse phase HPLC (B gradient: 15 to 65%, 25 minutes) was performed under the following conditions. And the main peak which eluted was fractionated. The fraction obtained was freeze-dried to obtain the primer 1 of the present invention in a yield of 50% from the initial oligonucleotide raw material of 2 mM.
[0176]
Figure 0003963422
[0177]
Example 17
Preparation of primer 2 (Eu500R / forward: forward type): Primer 2 labeled with a fluorescent dye (BODIPY FL / C6) at the 5 ′ end of oligodeoxyribonucleotide having the base sequence of (5 ′) CCAGCAGCCG CGGTAATAC (3 ′) Prepared in 50% yield as in Example 14.
[0178]
Example 18
Using a test tube containing 5 ml of a sterilized neutral broth (NB) (manufactured by Difco) liquid medium (composition: NB, 0.08 g / 100 ml), E. coli strain JM109 was shaken and cultured overnight at 37 ° C. 1.5 ml of the culture solution was centrifuged with a 1.5 ml capacity centrifuge tube to obtain bacterial cells. From this microbial cell, genomic DNA was extracted using DNeasy Tissue Kit (QIAGEN, Germany). The extraction followed the protocol of this kit. As a result, a DNA solution of 17 ng / μl was obtained.
[0179]
Example 19
Light cycler released by Roche Diagnostics Inc. using the above genomic DNA of Escherichia coli, primer 1 and / or primer 2.TMSystem (LightCyclerTM The PCR reaction was performed as usual using System). The operation followed the procedure manual for the system equipment.
In the above system, PCR is performed according to the present invention in place of the nucleic acid probes (two probes using the FRET phenomenon) and ordinary primers (ordinary primers not labeled with a fluorescent dye) described in the procedure. The procedure was followed except that primers 1 and / or 2 were used.
[0180]
PCR was performed in the following component hybridization solution.
Figure 0003963422
The target nucleic acid E. coli 16SrDNA is the concentration of the experimental group shown in the explanatory column of FIG. 9, and the primer is also a combination of primers 1 and / or 2 of the experimental group similarly shown in the explanatory column of FIG. The experiment was conducted.
[0181]
The above Taq solution is a mixture of the following reagents.
Figure 0003963422
[0182]
The Taq solution and Taq DNA polymerase solution are those of the DNA Master Hybridization Probes kit sold by Roche Diagnostics Inc. In particular, the Taq DNA polymerase solution was used by diluting 10 × conc. (Red cap) 10 times. Taq start is an antibody for Taq DNA polymerase sold by Clontech (USA), and the activity of Taq DNA polymerase can be suppressed to 70 ° C. by adding it to the reaction solution. That is, a hot start can be performed.
[0183]
Figure 0003963422
Measurement is a light cyclerTMPerformed using the system. At that time, among the detectors F1 to F3 in the system, the detector of F1 was used, and the gain of the detector was fixed to 10 and the excitation intensity was fixed to 75.
[0184]
The results are shown in FIGS. 9 and 10, it can be seen that the number of cycles at which the decrease in the emission of the fluorescent dye is observed is proportional to the number of copies of the target nucleic acid E. coli 16SrDNA. In the figure, the amount of decrease in emission of the fluorescent dye is expressed as a decrease in fluorescence intensity.
FIG. 11 shows a calibration curve of E. coli 16SrDNA expressing the copy number of E. coli 16SrDNA as a function of cycle number. The correlation coefficient was 0.9973, indicating a very good correlation.
As can be seen from the above results, the initial copy number of the target nucleic acid can be measured by using the quantitative PCR method of the present invention. That is, the concentration of the target nucleic acid can be measured.
[0185]
Example 20
In Example 19, PCR was performed using the probe of the present invention as a primer, but in this example, the probe of the present invention was used in place of the two probes using the FRET phenomenon used in the conventional method under the following conditions. The PCR of the present invention was performed.
a) Target nucleic acid: 16S-rDNA of E. coli
b) Primers used:
-Forward primer E8F: (5 ') AGAGTTTGAT CCTGGCTCAG (3')
・ Reverse primer E1492R: (5 ') GGTTACCTTG TTACGACTT (3')
c) Probe used: BODIPY FL- (5 ') CGGGCGGTGT GTAC (3')
d) PCR measuring instrument used: Light cyclerTMsystem
e) PCR conditions:
Denaturation reaction: 95 ° C., 10 seconds (only once, 60 seconds, 95 ° C.)
Annealing reaction: 50 ° C, 5 seconds
Nucleic acid elongation reaction: 72 ° C., 70 seconds
Total number of cycles: 70 cycles
[0186]
Figure 0003963422
[0187]
The results are shown in FIG. From the figure, it can be seen that the number of cycles at which the decrease in the emission of the fluorescent dye is observed is proportional to the number of copies of the target nucleic acid E. coli 16S rDNA.
As can be seen from the above results, the initial copy number of the target nucleic acid can be measured using the quantitative PCR method of the present invention. That is, the target nucleic acid can be measured.
[0188]
Next, the data analysis method of the present invention for analyzing data obtained by using the quantitative PCR method of the present invention will be described in the following examples.
Example 21
Human genomic DNA (human β-globin (TaKaRa catalog product number 9060) (TaKaRa Co., Ltd.) (hereinafter referred to as human genomic DNA) was labeled as a target nucleic acid with Bodepy FL / C6 for amplification of the nucleic acid. Primers were prepared.
[0189]
Preparation of primer KM38 + C (reverse type): (5 ′) Oligodeoxyribonucleotide having the base sequence of CTGGTCTCCT TAAACCTGTC TTG (3 ′) was synthesized using DNA synthesizer ABI394 (Perkin Elmer, USA) Further, the phosphate group at the 5 ′ end of the oligodeoxyribonucleotide is treated with phosphatase to form cytosine, and the carbon OH group at the 5 ′ position of the cytosine has — (CH2)9-NH2The product was purchased from Midland Certified Raised Company. In addition to FluoReporter Kit F-6082 (BODIPY FL propionic acid succinimidyl esters of Bodepy FL / C6) from Molecular Probes, this compound is conjugated to an oligonucleotide amine derivative. A kit containing the reagent) was purchased. The kit was allowed to act on the purchased oligonucleotide to synthesize primer KM38 + C labeled with Bodepy FL / C6 of the present invention.
[0190]
Purification of the synthesized product: The obtained synthesized product was dried to obtain a dried product. 0.5M Na2COThree/ NaHCOThreeDissolved in buffer (pH 9.0). The lysate was subjected to gel filtration with a NAP-25 column (Pharmacia) to remove unreacted substances. Further, reverse phase HPLC (B gradient: 15 to 65%, 25 minutes) was performed under the following conditions. And the main peak which eluted was fractionated. The collected fraction was freeze-dried to obtain the primer KM38 + C of the present invention in a yield of 50% from 2 mM of the first oligonucleotide raw material.
[0191]
Figure 0003963422
[0192]
Example 21
Preparation of primer KM29 (forward type): An oligodeoxyribonucleotide having the base sequence of (5 ′) GGTTGGCCAA TCTACTCCCA GG (3 ′) was synthesized in the same manner as in Example 18.
[0193]
Comparative Experiment Example 1
This comparative experimental example is for the use of data analysis software that does not have a calculation process (processing of Equation (1)) that divides the fluorescence intensity value at the time of nucleic acid extension reaction by the fluorescence intensity value at the time of heat denaturation reaction. It is concerned.
Using the above human genomic DNA, primer KM38 + C and primer KM29, light cyclerTMA PCR reaction was performed using the system, and the fluorescence intensity for each cycle was measured.
The PCR of this comparative example uses a primer labeled with the fluorescent dye described above, and is a novel real-time quantitative PCR method that measures a decrease rather than an increase in fluorescence. Data analysis was performed using the system software. The PCR of this comparative experimental example uses the present invention in place of the nucleic acid probe (two probes using the FRET phenomenon) described in the procedure manual and a normal primer (a normal primer not labeled with a fluorescent dye). Except for using primers KM38 + C and KM29, the procedure was performed according to the procedure of the apparatus.
[0194]
PCR was performed in the following component hybridization solution.
Figure 0003963422
The human genomic DNA was tested at the concentration in the experimental group shown in the simple explanation column of FIG. MgCl2The final concentration of was 2 mM.
[0195]
Further, the above Taq solution is a mixed solution of reagents next.
Figure 0003963422
[0196]
The Taq solution and Taq DNA polymerase solution are those of the DNA Master Hybridization Probes kit released by Roche Diagnostics Inc. In particular, Taq DNA polymerase solution was used by diluting 10 × conc. (Red cap) 10 times. Taq start is an antibody for Taq DNA polymerase sold by Clontech (USA), and the activity of Taq DNA polymerase can be suppressed to 70 ° C. by adding it to the reaction solution. That is, a hot start can be performed.
[0197]
The reaction conditions are as follows.
Figure 0003963422
Measurement is a light cyclerTMPerformed using the system. At that time, among the detectors F1 to F3 in the system, the detector of F1 was used, and the gain of the detector was fixed to 10 and the excitation intensity was fixed to 75.
[0198]
PCR was performed as described above to measure the fluorescence intensity of each cycle. The result is shown in FIG. That is, for the human genomic DNA of each copy number, the fluorescence intensity at the time of denaturation reaction and nucleic acid extension reaction of each cycle was measured and printed. In any cycle, the fluorescence intensity value is constant during the denaturation reaction, but during the nucleic acid extension reaction, it is observed that the fluorescence intensity decreases from around the 25th cycle. Thus, it can be seen that the decrease occurs in order of increasing copy number of human genomic DNA.
[0199]
As shown in FIG. 13, the fluorescence intensity value at the initial cycle number was not uniform for each copy number of human genomic DNA. Therefore, the following steps (b) to (j) were added to the data analysis method used in this comparative example.
(B) The process of converting the fluorescence intensity value of each cycle by setting the fluorescence intensity value of the 10th cycle to 1, that is, the process of calculating by the following [Equation 8],
Cn= Fn(72) / FTen(72) [Formula 8]
However, Cn= Conversion value of fluorescence intensity value in each cycle, Fn(72) = Fluorescence intensity value at 72 ° C. for each cycle, FTen(72) = Fluorescence intensity value after extension reaction at 72 ° C. in the 10th cycle.
(C) a process of displaying and / or printing each converted value obtained in the process of (b) on the display as a function of the number of cycles;
[0200]
(D) A process of calculating the change rate (decrease rate, quenching rate) of the fluorescence intensity according to the following [Equation 9] from the converted value of each cycle obtained in the process of (b).
[Formula 9]
Fdn  = LogTen{100-Cn× 100)}
Fdn  = 2logTen{1-Cn}
However, Fdn= Fluorescence intensity change rate (decrease rate, extinction rate), Cn= Value obtained by [Formula 8].
(E) a process of displaying and / or printing each converted value obtained in the process of (d) on the display as a function of the number of cycles;
[0201]
(F) comparing the data processed in the step (d) with 0.5 as a threshold and counting the number of cycles that have reached that value;
(G) A process of creating a graph in which the value counted in the process of (f) is plotted on the X axis and the copy number before starting the reaction is plotted on the Y axis,
(H) a process of displaying and / or printing the graph created in the process of (g) on the display;
(I) a process of calculating a correlation coefficient or a relational expression of the straight line drawn in the process of (h),
(J) A process of displaying and / or printing the correlation coefficient or the relational expression calculated in the process of (i) on the display.
[0202]
Using the above data analysis software, the data obtained in FIG. 13 was processed as follows.
FIG. 14 shows the result of printing the data processed in the process (b) (process (c)). That is, the fluorescence intensity value of each cycle is converted with the fluorescence intensity value of the 10th cycle being 1, and the converted value is plotted against the corresponding number of cycles.
FIG. 15 shows the data processed in the process (d) printed (process (e)). That is, the decrease rate (quenching rate) of the fluorescence intensity is calculated from each plot value in FIG. 14, and each calculated value is plotted against each cycle number.
[0203]
FIG. 16 is a graph in which the graph created in the process (g) is printed for the data processed in the process (f) (process (h)). That is, it is a graph in which the fluorescence intensity reduction rate = 0.5 is thresholded, the number of cycles reaching that value is plotted on the X axis, and the number of copies of human genomic DNA before the reaction is plotted on the Y axis. The correlation coefficient (R2) of the straight line in this graph was calculated in the process (i) and printed (process (j)), which was 0.9514. Thus, it is impossible to obtain an exact copy number with this correlation coefficient.
[0204]
Example 23 (Experimental example of data processing using the data analysis method of the present invention)
PCR was performed in the same manner as in Comparative Experimental Example 1.
The data processing is the same as in Comparative Experiment Example 1 except that the following process (a) is performed before the process (b) in Comparative Experiment Example 1 and the processes (b) and (d) are changed as follows. The same process was performed.
(A) The fluorescence intensity value of the reaction system when the amplified nucleic acid in each cycle is hybridized with a nucleic acid primer (labeled with a fluorescent dye) that is the nucleic acid probe of the present invention (ie, at the time of nucleic acid extension reaction (72 ° C.)) The fluorescence intensity value of the reaction system measured when the nucleic acid hybrid complex (the amplified nucleic acid hybridized with the nucleic acid primer) was dissociated (ie, at the completion of the nucleic acid heat denaturation reaction (95 ° C.)). The process of correction calculation divided by (fluorescence intensity value)), that is, the actually measured fluorescence intensity value was corrected by the following [Equation 1].
fn= Fhyb, n/ Fden, n          [Formula 1]
[Where fn= Cycle fluorescence intensity correction value, fhyb, n= 72 ° C fluorescence intensity value for each cycle, fden, n= 95 ° C fluorescence intensity value of each cycle]
FIG. 17 shows the obtained values plotted against the number of cycles.
[0205]
(B) Substituting the correction calculation processing value in [Formula 1] in each cycle into [Formula 3], and calculating the fluorescence change rate (decrease rate or quenching rate) between the samples in each cycle, The process of calculating with the following [Equation 10],
Fn= Fn/ Ftwenty five          [Formula 10]
[Where Fn= Arithmetic processing value of each cycle, fn= Value of each cycle obtained by [Equation 1], ftwenty five= The value obtained by [Equation 1] and the number of cycles is 25th].
[Equation 10] is the case where a = 25 in [Equation 3].
[0206]
(D) The process of subjecting the calculation processing value of each cycle obtained in the process of (b) to the calculation processing for obtaining the logarithmic value of the change rate (decrease rate or quenching rate) of the fluorescence intensity according to [Formula 6], That is, the process of calculating the following [Formula 11],
logTen{(1-Fn) × 100} [Formula 11]
[Where Fn= [Value obtained by [Equation 10]].
[Formula 11] is obtained when b = 10 and A = 100 in [Formula 6].
[0207]
The above results are shown in FIGS.
FIG. 18 is a plot of the values processed in steps (a) and (b) plotted against the number of cycles.
FIG. 19 is a plot of values obtained by processing the values obtained in FIG. 18 as in the step (d), plotted against the number of cycles.
[0208]
Next, it processed in the process of said (f), (g), and (h) based on the graph of FIG. That is, based on the graph of FIG.TenAs the threshold value of (fluorescence intensity change rate), select 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.2, and the number of cycles that reached that value on the X-axis, The copy number of human genomic DNA before the start of the reaction was plotted on the Y axis, and a calibration curve was drawn. The results are shown in FIG. Correlation coefficients (R) obtained by processing these calibration curves in the processes (i) and (j).2) Were 0.998, 0.999, 0.9993, 0.9985, 0.9989, and 0.9988, respectively, for the threshold values. From these correlation coefficients, it was recognized that it was desirable to adopt 0.5 (correlation coefficient 0.9993) as the threshold value. It can be seen that a calibration curve having this correlation coefficient can accurately determine the copy number before starting the reaction for a nucleic acid sample having an unknown copy number.
[0209]
Example 24 (Example of melting curve analysis and Tm value analysis of nucleic acid)
For the nucleic acid amplified by the novel PCR method of the present invention, 51) gradually increasing or decreasing the temperature from the low temperature until the nucleic acid is completely denatured (for example, from 50 ° C. to 95 ° C.), 52) 51 ) In the process, the fluorescence intensity is measured at a short time interval (for example, an interval corresponding to a temperature rise of 0.2 ° C. to 0.5 ° C.). 53) The measurement result of the 52) process is displayed as a function of time. The process shown above, that is, the process of displaying the melting curve of the nucleic acid, 54) the process of primary differentiation of the melting curve of the process 53), 55) the differential value of the process 54) (−dF / dT, F: fluorescence) Intensity, T: time) is displayed on the display, 56) software including a process of obtaining an inflection point from the differential value obtained from 55) is created, and the data analysis software of the present invention is created. Coalesced to A. The light cycler installed with a computer-readable recording medium recording the data analysis softwareTMUsing the system, the novel real-time quantitative PCR reaction of the present invention was performed, and nucleic acid melting curves were analyzed. In the present invention, the fluorescence intensity increases with increasing temperature.
[0210]
The same PCR as in Example 21 was performed for 1 copy and 10 copies of the same human genomic DNA as in Example 23, and the data processed in the process of 51), 52), 53), 54) and 55) were printed. The thing is FIG. FIG. 22 is a diagram of nucleic acid melting curves obtained by treating the 1st and 10th copies of the 75th amplification product in the process of 51), 52) and 53) of this example. This curve is differentiated in the process of 54), and the inflection point (Tm value) is obtained in the processes of 55) and 56) is shown in FIG. From FIG. 23, it was found that each amplification product was a different product because the Tm values of the 1-copy and 10-copy amplification products were different.
[0211]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
1) Method for measuring the concentration of the target nucleic acid of the present invention, various nucleic acid probes of the present invention, especially 2-O-alkyl oligonucleotides, 2-O-alkylene oligonucleotides, 2-O-benzyl oligonucleotides and other chemical modifications Nucleic acid probes of the present invention comprising oligonucleotides, etc., nucleic acid probes of the present invention comprising chimeric oligonucleotides intervening between oligoribonucleotides and oligodeoxyribonucleotides, and target nucleic acids containing or incidental to those nucleic acid probes of the present invention When using a measurement kit for measuring the concentration of DNA and a nucleic acid chip or nucleic acid device such as a DNA chip formed by binding the nucleic acid probe of the present invention, an operation such as removing an unreacted nucleic acid probe from the measurement system is performed. Therefore, the target nucleic acid concentration can be measured easily in a short time. That. Moreover, when applied to a complex microorganism system or a symbiotic microorganism system, the abundance of a specific strain in the system can be measured specifically and in a short time. The present invention also provides a simple method for analyzing or measuring polymorphisms or mutations such as target nucleic acids or gene SNPs.
[0212]
2) Further, the quantitative PCR method of the present invention has the following effects.
a. Since no factor that inhibits the amplification of the target nucleic acid by Taq DNA polymerase is added, quantitative PCR can be carried out under the same conditions as conventional PCR with known specificity.
b. In addition, since the specificity of PCR can be kept high, amplification of primer dimers is delayed, and the limit of quantification is about an order of magnitude lower than that of conventionally known quantitative PCR.
c. Since it is not necessary to prepare a complicated nucleic acid probe, the time and cost required for it can be saved.
d. The amplification effect of the target nucleic acid is also great, and the amplification process can be monitored in real time.
[0213]
3) In addition, when analyzing data obtained by the real-time quantitative PCR method, using the data analysis method of the present invention, a calibration line for obtaining the copy number of a nucleic acid for a nucleic acid sample having an unknown nucleic acid copy number is prepared. The correlation coefficient of the line is much higher than that obtained by the conventional method. Therefore, when the data analysis method of the present invention is used, the exact copy number of the nucleic acid can be obtained.
[0214]
4) Also, data analysis software according to a method for analyzing data obtained by the real-time quantitative PCR method of the present invention, a computer-readable recording medium recording the procedure of the analysis method as a program, and When a real-time quantitative PCR measurement or analysis apparatus using is used, a calibration line having a high correlation coefficient can be automatically created.
[0215]
5) Further, by using the novel method for analyzing a melting curve of a nucleic acid of the present invention, a highly accurate Tm value of a nucleic acid can be obtained. Furthermore, using data analysis software according to the method, a computer-readable recording medium in which the procedure of the analysis method is recorded as a program, and a real-time quantitative PCR measurement or analysis device using the software, Accurate Tm value can be obtained
[Brief description of the drawings]
1 is a graph showing fluorescence intensity measurement data when the 335th to 358th nucleobase sequence counted from the 5 ′ end of E. coli 16S rRNA was measured using the nucleic acid probe obtained in Example 1. FIG.
FIG. 2. Effect of heat treatment on hybridization of 35-base 2-O-Me probe to target nucleic acid
Dotted line: The target nucleic acid was added after heat treatment of rRNA.
Solid line: non-heat-treated rRNA.
FIG. 3 shows the effect of modification of the number of bases of the probe base chain and the methyl group modification of the 2′-position carbon OH group of the ribose at the 5 ′ end of the helper probe and the probe on the hybridization between the probe and the target nucleic acid 16SrRNA.
FIG. 4 is a calibration curve for rRNA measurement by the method of the present invention.
FIG. 5 shows the time course of rRNA amount in the combined culture system of KYM7 strain and KYM8 strain by the FISH method of the present invention.
FIG. 6 illustrates a DNA chip of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining devices for SNPs detection measurement using the DNA chip of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing experimental results of SNPs detection measurement using the DNA chip of the present invention.
FIG. 9 shows a quantitative PCR method using primers 1 and 2 labeled with bodepy FL / C6: the relationship between the number of cycles and the amount of decrease in emission of the fluorescent dye. Symbols (1) to (8) in the figure represent the following meanings.
Figure 0003963422
FIG. 10 shows a quantitative PCR method using primers 1 and 2 labeled with bodepy FL / C6: the relationship between the number of cycles and the logarithmic value of the amount of decrease in emission of the fluorescent dye. Symbols (1) to (8) in the figure have the same meaning as in FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a calibration curve of E. coli 16S rDNA prepared using the quantitative PCR method of the present invention. n: 10n
FIG. 12 shows the case where real-time quantitative PCR is performed using one probe of the present invention instead of two probes labeled with a fluorescent dye used in the real-time quantitative PCR method using the FRET phenomenon. It is a figure which shows the change of the decreasing rate of fluorescence intensity. The figure below shows the calibration curve created by calculating the number of cycles (threshold number: Ct value) at which a decrease in fluorescence intensity begins to be observed.
FIG. 13 is a graph showing a fluorescence decrease curve obtained by real-time quantitative PCR using a primer labeled with Bodepy FL / C6 of the present invention when the correction calculation processing of the present invention is not performed.
■: target nucleic acid = 10 copies; temperature of reaction system for fluorescence intensity measurement = 72 ° C.
●: target nucleic acid = 100 copies; temperature of reaction system for fluorescence intensity measurement = 72 ° C.
▲: target nucleic acid = 1000 copies; temperature of reaction system for fluorescence intensity measurement = 72 ° C.
◆: Target nucleic acid = 10000 copies; temperature of reaction system for fluorescence intensity measurement = 72 ° C.
□: target nucleic acid = 10 copies; temperature of reaction system for fluorescence intensity measurement = 95 ° C.
○: target nucleic acid = 100 copies; temperature of reaction system for fluorescence intensity measurement = 95 ° C.
Δ: target nucleic acid = 1000 copies; temperature of reaction system for fluorescence intensity measurement = 95 ° C.
◇: target nucleic acid = 10000 copies; temperature of reaction system for fluorescence intensity measurement = 95 ° C.
14 is a graph showing a fluorescence decrease curve obtained by real-time quantitative PCR in the same manner as the curve in FIG. 13, except that the value at the 10th cycle of each curve is corrected to 1. FIG.
■: target nucleic acid = 10 copies; fluorescence intensity measurement temperature = 72 ° C.
●: target nucleic acid = 100 copies; fluorescence intensity measurement temperature = 72 ° C.
▲: target nucleic acid = 1000 copies; fluorescence intensity measurement temperature = 72 ° C.
◆: Target nucleic acid = 10000 copies; fluorescence intensity measurement temperature = 72 ° C.
5: target nucleic acid = 10000 copies; fluorescence intensity measurement temperature = 72 ° C.
FIG. 15 is a diagram showing a curve obtained by calculating the fluorescence intensity reduction rate (change rate) of [Formula 9] for each plot value of each curve in FIG. 14 and plotting the calculated values.
■: Target nucleic acid = 10 copies
●: Target nucleic acid = 100 copies
▲: Target nucleic acid = 1000 copies
◆: Target nucleic acid = 10000 copies
16 is a diagram showing a calibration straight line of human genomic DNA obtained from the data of FIG.
y = human β-globin gene copy number
x = cycle number (Ct)
R2= Correlation coefficient
FIG. 17 is a diagram showing a curve in which values obtained by correcting and calculating the measured values of each cycle in FIG.
■: Target nucleic acid = 10 copies
●: Target nucleic acid = 100 copies
▲: Target nucleic acid = 1000 copies
◆: Target nucleic acid = 10000 copies
18 is a diagram showing a curve in which values obtained by calculating the calculation processing values of each cycle in FIG. 17 by [Equation 3] are plotted against the number of cycles.
■: Target nucleic acid = 10 copies
●: Target nucleic acid = 100 copies
▲: Target nucleic acid = 1000 copies
◆: Target nucleic acid = 10000 copies
FIG. 19 is a diagram showing a curve obtained by plotting the values obtained by calculating the calculation processing values of the respective cycles in FIG. 18 using the formula [6] with respect to the number of cycles.
■: Target nucleic acid = 10 copies
●: Target nucleic acid = 100 copies
▲: Target nucleic acid = 1000 copies
◆: Target nucleic acid = 10000 copies
20 appropriately selects 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, and 1.2 as Ct value candidates from each log (fluorescence change rate) value of FIG. The figure at the time of having drawn the calibration straight line corresponding to it. In addition, the correlation coefficient in each calibration curve is shown below.
▲: logTen(Fluorescence change rate) = 0.1; correlation coefficient = 0.998
■: logTen(Fluorescence change rate) = 0.3; correlation coefficient = 0.999
●: logTen(Fluorescence change rate) = 0.5; correlation coefficient = 0.993
Δ: logTen(Fluorescence change rate) = 0.7; correlation coefficient = 0.985
□: logTen(Fluorescence change rate) = 0.9; correlation coefficient = 0.9989
Y: logTen(Fluorescence change rate) = 1.2; correlation coefficient = 0.99888
FIG. 21 is a graph showing fluorescence decrease curves when real-time quantitative PCR is performed on 1-copy and 10-copy human genomic DNA using a primer labeled with Bodepy FL / C6 of the present invention. However, the correction calculation processing of [Formula 1] was performed.
1: Target nucleic acid = 0 copy
2: Target nucleic acid = 1 copy
3: Target nucleic acid = 10 copies
22 is a diagram showing a melting curve of a nucleic acid when a nucleic acid melting curve analysis is performed on the PCR amplification product shown in FIG. 21. FIG.
1: Target nucleic acid = 0 copy
2: Target nucleic acid = 1 copy
3: Target nucleic acid = 10 copies
FIG. 23 is a diagram showing a curve indicating a Tm value obtained by differentiating the curve of FIG. 22 (valley is a Tm value).
2: Target nucleic acid = 1 copy
3: Target nucleic acid = 10 copies

Claims (13)

6-joe、BODIPY TMR(商標)、BODIPY FL(商標)、BODIPY FL/C3(商標)、Alexa 488(商標)、Alexa 532(商標)の何れかの蛍光色素で標識された核酸プローブにおいて、3’末端塩基がGまたはCで、かつ3’末端の3’位炭素のOH基、または、5’末端塩基がGまたはCで、かつ5’末端のリン酸基、もしくは、5’末端のリン酸基をホスファターゼ処理し、5’位の炭素OH基を、蛍光色素で標識し、オリゴヌクレオチドとしてオリゴリボヌクレオチドとオリゴデオキシリボヌクレオチドを含むキメリックオリゴヌクレオチド(chimeric oligonucleotide)からなり、標的核酸にハイブリダイゼーションしたときに、当該末端部分においてハイブリダイゼーションの塩基対がG(グアニン)とC(シトシン)のペアーを少なくとも一対以上形成するように、当該プローブの塩基配列が設計され、標的核酸にハイブリダイゼーションしたときに、標識された蛍光色素が、その発光を減少させる核酸プローブ、又は、前記核酸プローブが、単数若しくは複数のリボースの2’位の炭素が化学的に修飾された2’−O−メチルオリゴヌクレオチド、2’−O−エチルオリゴヌクレオチド、2’−O−ブチルオリゴヌクレオチド、2’−O−エチレンオリゴヌクレオチド、又は2’−O−ベンジルオリゴヌクレオチドをその鎖中に介在させるものである核酸プローブを、標的核酸にハイブリダイゼーションさせる前に、ハイブリダイゼーション反応系に、前記核酸プローブのハイブリダイゼーション配列領域へのハイブリダイゼーション効率を更にあげるための、オリゴヌクレオチドとしてデオキシリボヌクレオチドで構成されているヘルパープローブ、または、オリゴヌクレオチドとして、オリゴリボヌクレオチドからなるヘルパープローブがリボースの2’位の炭素が化学的に修飾された2’−O−メチルオリゴヌクレオチド、2’−O−エチルオリゴヌクレオチド、2’−O−ブチルオリゴヌクレオチド、2’−O−エチレンオリゴヌクレオチド、又は2’−O−ベンジルオリゴヌクレオチドをその鎖中に介在させるヘルパープローブを添加し(但し、「リボースの2’位の炭素が化学的に修飾されていない前記の核酸プローブとリボースの2’位の炭素が化学的に修飾されていない前記のヘルパープローブの組合せ」、又は、「プローブとヘルパーオリゴヌクレオチドが、ジホスフェートエステル骨格、アルキル又はアリールホスフェートエステル骨格を有するDNAの組合せ」を除く。)、前記核酸プローブを標的核酸にハイブリダイゼーションさせ、ハイブリダイゼーション前後における蛍光色素の発光の減少量を測定することを特徴とする標的核酸の濃度の測定方法。In a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye of any one of 6-joe, BODIPY TMR ™, BODIPY FL ™, BODIPY FL / C3 ™, Alexa 488 ™, Alexa 532 ™ , 3 'The terminal base is G or C and the 3' carbon OH group at the 3 'end, or the 5' terminal base is G or C and the 5 'terminal phosphate group, or the 5' terminal phosphorus acid phosphatased, and the carbon OH groups of the 5'-position, and labeled with a fluorescent dye, as an oligonucleotide consists texture Rick oligonucleotides comprising oligoribonucleotides and oligodeoxyribonucleotides (chimeric oligonucleotide), high in the target nucleic acid When the hybridization is performed, the base pair of hybridization forms at least one pair of G (guanine) and C (cytosine) at the terminal portion. When the nucleotide sequence of the nucleic acid probe is designed and hybridized to the target nucleic acid, the labeled fluorescent dye reduces the emission of the nucleic acid probe, or the nucleic acid probe is a carbon at the 2 ′ position of one or more riboses. Chemically modified 2′-O-methyl oligonucleotide, 2′-O-ethyl oligonucleotide, 2′-O-butyl oligonucleotide, 2′-O-ethylene oligonucleotide, or 2′-O-benzyl In order to further increase the efficiency of hybridization to the hybridization sequence region of the nucleic acid probe in the hybridization reaction system before the nucleic acid probe that intervenes the oligonucleotide in the chain is hybridized to the target nucleic acid. Consists of deoxyribonucleotides as oligonucleotides And which helper probes, or as an oligonucleotide, a helper probe is 2'-O- methyl oligonucleotide carbon at the 2 'position of the ribose is chemically modified comprising a oligoribonucleotides, 2'-O- ethyl oligo A helper probe is added which intervenes nucleotides, 2′-O-butyl oligonucleotides, 2′-O-ethylene oligonucleotides, or 2′-O-benzyl oligonucleotides in the strand (provided that “the 2 ′ position of ribose A combination of the above-described nucleic acid probe in which carbon is not chemically modified and the above-mentioned helper probe in which the carbon at the 2 ′ position of ribose is not chemically modified ”or“ a probe and a helper oligonucleotide are diphosphates ” DNA with an ester backbone, alkyl or aryl phosphate ester backbone Excluding “combinations”. ), A method for measuring the concentration of a target nucleic acid, wherein the nucleic acid probe is hybridized to a target nucleic acid, and the amount of decrease in light emission of the fluorescent dye before and after hybridization is measured. 前記標的核酸がRNAである請求項1に記載の標的核酸の濃度の測定方法。  The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 1, wherein the target nucleic acid is RNA. 80〜100℃、1〜15分で加熱処理後、核酸プローブと標的核酸をハイブリダイゼーションさせる請求項に記載の標的核酸の濃度の測定方法。The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 2 , wherein the nucleic acid probe and the target nucleic acid are hybridized after heat treatment at 80 to 100 ° C for 1 to 15 minutes. 前記ヘルパープローブがセルロモナスsp.KYM−7株の16SrRNAにハイブリダイズするものであり、かつその塩基配列が、(5’)TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A(3’)又は(5’)CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT(3’)であり、前記核酸プローブがセルロモナスsp.のrRNA測定のためのものであり、かつその塩基配列が、(5’)CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC(3’)又はアグロバクテリウムsp.のrRNA測定のためのものであり、かつその塩基配列が(5’)CATCCCCACC TTCCTCTCGG CTTATCACCG GCAGTC(3’)である請求項に記載の標的核酸の濃度の測定方法。The helper probe is cellulomonas sp. Hybridizes to the 16SrRNA of KYM-7 strain, the nucleotide sequence of Katsuso is a (5 ') TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A ( 3') or (5 ') CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT (3'), the nucleic acid The probe is Cellulomonas sp. Of is for the rRNA measurements, the base sequence of Katsuso is, (5 ') CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC (3') or Agrobacterium sp. The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 2 , wherein the nucleotide sequence is (5 ') CATCCCCACC TTCCTCTCGGG CTTATCACCGCAGTC (3'). 前記塩基配列(5’)TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A(3’)が、その中央8塩基分(5’末端から数えて9塩基〜16塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したオリゴリボヌクレオチド体である請求項に記載の標的核酸の濃度の測定方法。The base sequence (5 ′) TCCTTTGAGT TCCCGGCCGG A (3 ′) is an 8-base central OH group (9 to 16 bases counted from the 5 ′ end) of the 2′-position carbon OH group in the methyl group. The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 4 , which is a modified (ether-linked) oligoribonucleotide body. 前記塩基配列(5’)CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT(3’)が、その中央8塩基分(5’末端から数えて9塩基〜16塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したオリゴリボヌクレオチド体である請求項に記載の標的核酸の濃度の測定方法。The base sequence (5 ′) CCCTGGTCGT AAGGGCCATG ATGACTTGAC GT (3 ′) has a OH group at the 2′-position carbon of ribose in the middle 8 bases (9 to 16 bases counted from the 5 ′ end), a methyl group The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 4 , which is an oligoribonucleotide body modified with (ether bond). 前記塩基配列(5’)CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC(3’)がその中央8塩基分(5’末端から数えて17塩基〜24塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したオリゴリボヌクレオチド体である請求項に記載の標的核酸の濃度の測定方法。The base sequence (5 ′) CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC (3 ′) is the central 8 bases (17 to 24 bases counted from the 5 ′ end) of the 2′-position OH group of the ribose with a methyl group. The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 4 , which is a modified (ether-linked) oligoribonucleotide body. 前記塩基配列(5’)CATCCCCACC TTCCTCCGAG TTGACCCCGG CAGTC(3’)がその中央9塩基分(5’末端から数えて17塩基〜25塩基分)のリボースの2’位炭素のOH基を、メチル基で修飾(エーテル結合)したオリゴリボヌクレオチド体である請求項に記載の標的核酸の濃度の測定方法。The base sequence (5 ') CATCCCCACC TTCCTCCCGAG TTGACCCCGG CAGTC (3') is an OH group at the 2'-position carbon of ribose of the central 9 bases (17 to 25 bases counted from the 5 'end) with a methyl group. The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 4 , which is a modified (ether-linked) oligoribonucleotide body. 前記核酸プローブは、標的核酸にハイブリダイゼーションしたとき、当該プローブにハイブリダイゼーションした標的核酸の末端塩基から1塩基離れて、標的核酸の塩基配列にG(グアニン)が1塩基存在するように、当該プローブの塩基配列が設計されている請求項1に記載の標的核酸の濃度の測定方法。The nucleic acid probe when hybridized to target nucleic acid, as off 1 salt group from the terminal base of a target nucleic acid hybridized to the probe, G (guanine) to the nucleotide sequence of the target nucleic acid is present one base, The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 1, wherein the base sequence of the probe is designed. 前記核酸プローブが、3’末端のリボース若しくはデオキシリボースの3’炭素の水酸基がリン酸化されている請求項1に記載の標的核酸の濃度の測定方法。The nucleic acid probe, the 3 'end of the ribose or 3 deoxyribose' method of measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 1, hydroxyl group of carbon is phosphorylated. 標的核酸が蛍光色素で標識された核酸プローブとハイブリダイズした後の反応系の蛍光強度値を、そのように形成されたプローブ−核酸ハイブリッド複合体が解離した後で得られる反応系の蛍光強度値により補正する請求項1に記載の標的核酸の濃度の測定方法。  The fluorescence intensity value of the reaction system obtained after the target nucleic acid is hybridized with a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye is obtained after the probe-nucleic acid hybrid complex thus formed is dissociated. The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 1, wherein the concentration is corrected by the above. 標的核酸が、純粋分離して得た微生物由来、又は動物由来である請求項1に記載の標的核酸の濃度の測定方法。  The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 1, wherein the target nucleic acid is derived from a microorganism obtained by pure separation or from an animal. 標的核酸が、複合微生物系、又は共生微生物系の細胞内若しくは細胞のホモジネートに含まれる核酸である請求項1に記載の標的核酸の濃度の測定方法。  The method for measuring the concentration of a target nucleic acid according to claim 1, wherein the target nucleic acid is a nucleic acid contained in a cell of a complex microorganism system or a symbiotic microorganism system or in a cell homogenate.
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