JP4402321B2 - Nucleotide sequence determination or nucleic acid quantification method using DNA chip - Google Patents

Nucleotide sequence determination or nucleic acid quantification method using DNA chip Download PDF

Info

Publication number
JP4402321B2
JP4402321B2 JP2001184949A JP2001184949A JP4402321B2 JP 4402321 B2 JP4402321 B2 JP 4402321B2 JP 2001184949 A JP2001184949 A JP 2001184949A JP 2001184949 A JP2001184949 A JP 2001184949A JP 4402321 B2 JP4402321 B2 JP 4402321B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dna chip
dna
temperature
hybridization
base sequence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001184949A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003000300A (en
Inventor
和久 竹内
美帆 杉森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2001184949A priority Critical patent/JP4402321B2/en
Publication of JP2003000300A publication Critical patent/JP2003000300A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4402321B2 publication Critical patent/JP4402321B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一度に定量性の高いハイブリダイゼーションを行うことができる方法及び該方法を実施するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
DNAチップは、1〜2cm2ほどの固体表面に数百〜数十万のDNAプローブをアレイ状に配列したものであり、DNAの検出やスクリーニング等を迅速かつ低コストで行うことができる。これを用いれば、サンプル中に目的の遺伝子が存在するか否かを瞬時に判別することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、DNAチップ上の塩基配列は、25塩基程度と比較的短く、1つの基板に多種類のDNAが存在し、それらはそれぞれ異なる塩基配列を有し、また異なる最適ハイブリダイゼーション温度を有するため、特異性に問題が生じる場合が多い。
【0004】
したがって、本発明は、DNAチップを用いて、一度に定量性の高いハイブリダイゼーションを行うことができる方法及び該方法を実施するための装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、ハイブリダイゼーションの特異性は温度が重要な因子となることに着目した。そして、同一配列を有する複数の塩基配列をDNAチップ上に一列に配置し、その配列方向に温度勾配を設ける手段、又はDNAチップ上の塩基配列に対して経時的に温度を変化させる手段を用いれば、一度に定量性の高いハイブリダイゼーションを行うことができることを見出し、本発明を完成した。
【0006】
すなわち、本発明の第一参考例は、同一の配列を有する複数個の塩基配列が1列に固定化されたDNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法であって、同一の塩基配列が固定化されている方向に温度勾配を設け、検出すべき塩基配列を標識した後DNAチップ上でハイブリダイゼーションさせ、次いで緩衝液で洗浄した後、1列に固定化された各塩基配列の標識の強度を比較することによって該検出すべき塩基配列の核酸量を定量することを特徴とするDNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法を提供するものである。
【0007】
ハイブリダイゼーションは、特異性(選択性)を重視すれば高温で行うことが好ましいが、強度(ハイブリダイゼーション強度)が低くなるという問題がある。一方、低温で行えば強度は高くなるが、特異性が低くなるという問題がある。したがって、できるだけ低温で、かつ目的の塩基配列とのみハイブリダイズする条件でハイブリダイゼーションを行うことが好ましいが、従来のDNAチップを用いた場合、かかる条件を見出すことが困難であった。
上記のように、同一の塩基配列が固定化されている方向に温度勾配を設ける手段をとれば、各塩基配列の強度を容易に検出することができ、目的とする塩基配列の核酸量を特異的に定量することができる。
【0008】
本発明の第二参考例は、DNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法であって、検出すべき塩基配列を標識した後DNAチップ上で低温でハイブリダイゼーションさせ、次いで緩衝液を経時的に昇温させながら該緩衝液で洗浄し、昇温過程における各塩基配列の標識の強度をモニタリングすることによって該検出すべき塩基配列の核酸量を定量することを特徴とするDNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法を提供するものである。
かかる方法は、DNAチップに固定化された各塩基配列を経時的に昇温させるものである。低温でハイブリダイゼーションさせると、目的とする塩基配列以外の配列ともハイブリダイズし得る。次いで経時的に昇温させた緩衝液で洗浄していけば、ミスマッチが大きいものほどハイブリダイゼーション強度が低下していく。したがって、かかる手段を用いれば、各塩基配列に特徴的な温度特性パターンを得ることができる。また本方法を用いることにより標識の強度のバラツキが最も大きくなる温度を容易に検出することができる。かかる温度が特異性が最も高いと考えられるから、それらの強度を比較することによってその塩基配列の核酸量を容易に定量することができる。
【0009】
本発明の第三参考例は、緩衝液貯蔵容器と、該緩衝液の加熱手段と、該緩衝液をDNAチップ上を流すための流路と、標識の強度を測定する手段と、を有することを特徴とする上記塩基配列決定又は核酸定量方法に用いるための装置を提供するものである。
かかる装置を用いれば、DNAチップに固定化された各塩基配列の昇温、降温を容易に行うことができ、一度に定量性の高いハイブリダイゼーションを行うことができる。
【0010】
本発明は、DNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法であって、ハイブリダイゼーション温度を経時的に昇温もしくは降温させながらDNAチップ上でハイブリダイゼーションさせ、DNAチップに、レーザーシートにした光源をDNAチップの平面方向から照射して、2本鎖となった塩基配列を検出することを特徴とするDNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法を提供するものである。
検出すべき塩基配列は、DNAチップに固定化された塩基配列とハイブリダイズすることによって2本鎖となり、DNAチップに固定される。1本鎖の場合は、ハイブリダイゼーション溶液中を浮遊しており、DNAチップに固定されることはない。、したがって、レーザーシートにした光源をDNAチップにDNAチップの平面方向から照射すれば、2本鎖のみを検出することができ、その塩基配列の核酸量を容易に定量することができる。
【0011】
本発明の第四参考例は、DNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法であって、ハイブリダイゼーション温度を経時的に昇温もしくは降温させながら、DNAチップ上でハイブリダイゼーションさせ、2本鎖となった塩基配列のみを電気化学的手段を用いて検出することを特徴とするDNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法を提供するものである。
電気化学的手段を用いることによって、2本鎖となった塩基配列のみを高精度で検出することができる。
【0012】
本発明の第五参考例は、DNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法であって、ハイブリダイゼーション温度を高温から経時的に降温させながら、DNAチップ上でハイブリダイゼーションさせ、2本鎖のみを特異的に検出する試薬をハイブリダイゼーション溶液に加え、2本鎖となった塩基配列を検出することを特徴とするDNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法を提供するものである。
かかる方法は、2本鎖のみを特異的に検出する試薬を用いるものである。2本鎖のみを特異的に検出する試薬を用いれば、第四発明の場合と異なり、光をDNAチップの上面方向から照射した場合であっても、2本鎖塩基配列を検出することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の第一参考例は、まず同一の配列を有する塩基配列を複数個、DNAチップ上に一列に固定化する。このように一列に固定化された塩基配列を複数種類DNAチップ上に固定化する。次いで、同一の塩基配列が固定化されている方向に温度勾配を設ける。温度勾配は、DNAチップ上の異なる塩基配列の最適ハイブリダイゼーション温度の近似性を考慮して適宜設定することができる。また、異なる塩基配列の最適ハイブリダイゼーション温度が近似している場合は、各塩基配列の温度間隔は小さくとることが好ましい。
【0014】
温度勾配の設定は、以下の方法で行うことが好ましい。まず、DNAチップを、同一配列の方向を垂直方向に固定する。同一配列の方向を水平方向に固定すると、温度が拡散する速度が物質が拡散する速度より速いため、ハイブリダイゼーションを十分に行うことができない。そして、上部に加熱部、下部に冷却部のいずれか一方又は両方を設ける。これにより、垂直方向に温度勾配を形成させることができる。
【0015】
次いで、検出すべき塩基配列を標識した後、DNAチップ上でハイブリダイゼーションさせる。標識の方法としては、例えば蛍光試薬を用いる方法、放射性同位元素を用いる方法等が挙げられるが、このうち蛍光試薬を用いる方法が好ましい。ハイブリダイゼーションは、ハイブリダイゼーション溶液をDNAチップ上に添加すればよい。反応時間は、ハイブリダイズさせる配列の長さ等に応じて適宜設定することができる。次いで緩衝液を用いて洗浄を行い、バックグラウンドを除去する。
【0016】
このようにして得られたDNAチップ上においては、一列に配列された同一の塩基配列のうち、最適ハイブリダイゼーション温度に保持された部分が特異的且つ最大の標識強度を有するため,該塩基配列の核酸量を高い精度で定量することが出来る。
【0017】
本発明の第二参考例は、まず検出すべき塩基配列を標識した後、DNAチップ上で低温でハイブリダイゼーションさせる。標識の方法は、上記と同様である。ここで、「低温で」とは、検出すべき塩基配列がDNAチップ上のすべての塩基配列とハイブリダイゼーションすることができる程度の温度を意味する。すなわち、第二発明においては、検出すべき塩基配列を、DNAチップ上のすべての塩基配列とハイブリダイゼーションさせる。これは、低温では、相補性の低い塩基配列であってもハイブリダイズすることを利用したものである。
【0018】
次いで、緩衝液を経時的に昇温させながら該緩衝液でDNAチップを洗浄する。緩衝液を加熱する方法としては、特に制限はないが、例えば緩衝液貯蔵容器を直接加熱する方法、緩衝液貯蔵容器からDNAチップへのライン中で加熱する方法、あるいはDNAチップやその周辺を直接加熱する方法等が挙げられる。経時的に昇温させるには、加熱手段の強度を経時的に上げればよい。昇温速度は、一定であることが好ましい。緩衝液でDNAチップを洗浄することにより、バックグラウンドを除去する。
【0019】
次いで、DNAチップ上の各塩基配列の経時的な標識強度の変化を測定する。ここで、低温では相補性の低い塩基配列でもハイブリダイゼーションするが、昇温するに従ってミスマッチの多い2本鎖から解離していく。そして、ある特定の温度で、DNAチップ上の各塩基配列の標識の強度のバラツキが最も大きくなる。この温度で特異性が最も大きくなると考えられるから、その温度での標識の強度から核酸量を定量する。
【0020】
図1は、第二参考例を実施するための装置の一例を示したものである。図1において、該装置1は、緩衝液貯蔵容器2、緩衝液のDNAチップ上へのライン3、DNAチップ上の流路5、光源6及び検出部7からなる。緩衝液は、緩衝液貯蔵容器2及び/又はDNAチップ4へのライン3中で加熱される。緩衝液の温度は、低温から経時的に昇温させていく。低温でのハイブリダイゼーション終了後、経時的に昇温させながら、緩衝液を、DNAチップ上(緩衝液流路5)に送液する。洗浄によるバックグラウンドの除去後、光源6を用いて標識強度を検出部7によって測定する。
【0021】
図2は、第二参考例を実施するための装置の他の一例を示したものである。緩衝液の加熱部8は、DNAチップの上部にある。緩衝液は、緩衝液流路5を通過する際に加熱部8によって加熱される。緩衝液の温度を低温から経時的に昇温させていくように、加熱部8における加熱強度を調整する。図2においては、標識強度測定装置として、光ファイバを用いて、光源6’、検出器7’が測定対象物に対して同一側にある装置を例示している。ただし、測定装置は、これに限定されるものではない。
【0022】
本発明は、レーザーシートにした光源を、DNAチップに、DNAチップの平面方向から照射して、2本鎖となった塩基配列を検出、決定するものである。すなわち、DNAチップにDNAチップの平面方向から照射することによって、DNAチップ上でハイブリダイズしたもののみを検出するものである。経時的に昇温もしくは降温させながらハイブリダイゼーションさせつつ、かかる方法での検出を行うことによって、バックグラウンドの洗浄、除去を行うことなく、一度に定量性の高いハイブリダイゼーションを迅速に行うことができる。
【0023】
本発明の第四参考例は、まず経時的に昇温もしくは降温させながらDNAチップ上でハイブリダイゼーションさせ、次いで、DNAチップ上で2本鎖となった塩基配列のみを電気化学的手段を用いて検出するものである。これにより、バックグラウンドの洗浄、除去を行うことなく、一度に定量性の高いハイブリダイゼーションを迅速に行うことができる。
【0024】
電気化学的手段による検出法の一例を以下に示す。最近、2本鎖DNA識別能が極めて高く、安定した電気化学的応答を示す新規リガンドFND(ferrocenylnaphthalenediimide derivative)が開発された。これは、2本鎖DNAへ縫い込み型インターカレートすることにより、DNA二重ラセンの主溝と副溝の両方にリガンド置換基が飛び出す構造を有している。これらの置換基部がかすがいとなってDNA二重ラセンを安定化させると同時に、リガンドをDNA二重ラセンから解離し難くする。しかし、1本鎖DNAに対してはこのような効果はないため、2本鎖DNAに対して極めて高い結合特異性を示す。
【0025】
リガンドFNDを用いたDNA検出システムの概念を図3に示す。まず、金電極にチオール化したDNAプローブを結合させ、試料DNA断片とハイブリダイゼーションを行う。そして、リガンドを含む溶液で測定を行い、リガンドの酸化還元応答を電気化学的手法によって測定する。このことにより、目的遺伝子の2本鎖形成量が定量化される。電気化学的手法として、ディファレンシャルパルスボルタモグラフィー(DPV)を用いることにより、460mV付近にリガンドの酸化に伴う電流が流れる。電極上でのリガンドの濃縮による電流値は、2本鎖の形成量に応じて増加する。
【0026】
本発明の第五参考例は、まずハイブリダイゼーション温度を高温から経時的に降温させながらDNAチップ上でハイブリダイゼーションさせる。次いで、2本鎖のみを特異的に検出する試薬をハイブリダイゼーション溶液に加え、2本鎖となった塩基配列を検出する。2本鎖のみを特異的に検出する試薬としては、例えばSYBR Green I(登録商標:Molecular Probes,Inc)が挙げられる。検出は、例えば254nmのUVを照射することにより行うことができるが、この方法には限定されない。
【0027】
次に参考実施例を示して本発明の参考例をさらに詳細に説明するが、本発明の参考例は以下の実施例に限定されるものではない。
【0028】
参考実施例1
配列番号1〜7で表される7種類の塩基配列を、それぞれ複数個ずつDNAチップ上に1列に配列し、その列方向が鉛直方向になるようにDNAチップを固定する。海水1Lを0.2μmヌクレポアフィルターでろ過し、フィルター上のバクテリアよりRNAを抽出する。このRNAを塩化マグネシウムで分解し、アルカリフォスファターゼで脱リン酸後、核酸のリボースを酸化してアルデヒド体とする。リザミンローダミンエチレンジアミンと反応させ、次いでシッフ塩基で還元した後、カラム精製し、30〜50merのラベル化RNAを調製する。
ラベル化RNAをこの上記チップに対してハイブリダイズさせる。ラベル化RNA(1μg/μL)3μLを、ハイブリダイゼーションバッファーに加えて35μLとする。ろ過精製後、94℃で3分間加熱する。冷却後、30μLをスライドガラス上のDNAチップに乗せ、カバーグラスを端の方から静かに乗せる。DNAチップの温度勾配は20〜80℃とし、6時間ハイブリダイズさせる。ハイブリダイズ後、ウォッシングバッファーで洗浄し、蛍光シグナルを検出器によって検出し、解析を行う。
【0029】
参考実施例2
上記で調製したラベル化RNAを20℃で、DNAチップ上でハイブリダイズさせる。ハイブリダイゼーション後、洗浄バッファー(1×SSC、1%SDS)中で20℃から徐々に95℃まで昇温し、その間、チップにハイブリダイズしているDNAの蛍光をスキャンする。各々のプローブについて図4のような曲線(図4では6本)が得られる。各曲線が最も離れたとき(図4の垂直線部分)が最も特異性が高いと考えられるので、この温度について定量を行う。
【0030】
【発明の効果】
本発明を用いれば、従来のDNAチップにある特異性の低さの問題点が解消され、一度に定量性の高いハイブリダイゼーションを行うことができる。また、本発明、第四参考例および第五参考例を用いれば、バックグラウンドを洗浄、除去することなく迅速に定量性の高いハイブリダイゼーションを行うことができる
【0031】
【配列表】
SEQUENCE LISTING
<110>MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES,LTD
<120>Method of determining base sequence by DNA chip
<130>200101079
<160>7
<210>1
<211>18
<212>DNA
<213>Actinomycetes
<400>1
ggatgagccc gcggccta 18
<210>2
<211>17
<212>DNA
<213>α-Proteobacteria
<400>2
cgttcgytct gagccag 17
<210>3
<211>20
<212>DNA
<213>Planktomycete
<400>3
ccaccgcttg tgtgagcccc 20
<210>4
<211>18
<212>DNA
<213>Cytophaga-Flavobacterium
<400>4
tggtccgtrt ctcagtac 18
<210>5
<211>24
<212>DNA
<213>Acinetobacter
<400>5
gctttagtgg cgcagctaac gcga 24
<210>6
<211>19
<212>DNA
<213>Vibrio
<400>6
tgatgtgggg gataaccat 19
<210>7
<211>20
<212>DNA
<213>Bacteria specific(standard)
<400>7
agagtttgat cctggctcag 20
【図面の簡単な説明】
【図1】 第二参考例を実施するための装置の一例を示したものである。
【図2】 第二参考例を実施するための装置の一例を示したものである。
【図3】 リガンドFNDを用いたDNA検出システムの概念を示すものである。
【図4】 参考実施例2における、時間に対する蛍光強度の関係を示す図である。垂直線は、各曲線が最も離れる点(温度)を示している。図4においては、曲線は6本であるが、曲線の数はDNAチップ上の塩基配列の数に等しい。
【符号の説明】
1:本発明の第二参考例の塩基配列決定又は核酸定量方法に用いる装置
2:緩衝液貯蔵容器
3:緩衝液のDNAチップ上へのライン
4:DNAチップ
5:DNAチップ上の流路
6、6’:光源
7、7’:検出部
8:加熱部
9:DNAセンサー
10:対極
11:温度センサー
12:DNAプローブ修飾電極
13:参照電極(Ag/AgCl2
14:電界溶液
15:恒温槽
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method capable of performing highly quantitative hybridization at once and an apparatus for carrying out the method.
[0002]
[Prior art]
A DNA chip has hundreds to hundreds of thousands of DNA probes arranged in an array on a solid surface of about 1 to 2 cm 2 , and can detect and screen DNA quickly and at low cost. By using this, it is possible to instantaneously determine whether or not the target gene is present in the sample.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the base sequence on the DNA chip is relatively short, about 25 bases, and there are many types of DNA on one substrate, each having a different base sequence, and having different optimum hybridization temperatures. Often there are problems with specificity.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of performing highly quantitative hybridization at once using a DNA chip and an apparatus for carrying out the method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies aimed at achieving the above object, the present inventors have focused on the fact that the specificity of hybridization becomes an important factor. Then, a means for arranging a plurality of base sequences having the same sequence in a line on the DNA chip and providing a temperature gradient in the direction of the arrangement, or a means for changing the temperature with respect to the base sequence on the DNA chip with time is used. For example, the inventors have found that hybridization with high quantitativeness can be performed at one time, and completed the present invention.
[0006]
That is, the first reference example of the present invention is a base sequence determination or nucleic acid quantification method using a DNA chip in which a plurality of base sequences having the same sequence are immobilized in one row, wherein the same base sequence is Provide a temperature gradient in the direction of immobilization, label the base sequence to be detected, hybridize on the DNA chip, then wash with buffer solution, and then label each base sequence immobilized in one row. The present invention provides a method for determining a nucleotide sequence using a DNA chip or a method for quantifying a nucleic acid, characterized in that the amount of nucleic acid of the nucleotide sequence to be detected is quantified by comparing the intensities.
[0007]
Hybridization is preferably performed at a high temperature if importance is placed on specificity (selectivity), but there is a problem that strength (hybridization strength) is lowered. On the other hand, if it is performed at a low temperature, the strength increases, but there is a problem that the specificity decreases. Therefore, it is preferable to perform hybridization under conditions that allow hybridization with only the target base sequence at as low a temperature as possible. However, when a conventional DNA chip is used, it is difficult to find such conditions.
As described above, if measures are taken to provide a temperature gradient in the direction in which the same base sequence is immobilized, the intensity of each base sequence can be easily detected, and the nucleic acid amount of the target base sequence can be specifically determined. Can be quantitatively determined.
[0008]
A second reference example of the present invention is a method for determining a nucleotide sequence or quantifying a nucleic acid using a DNA chip, wherein the nucleotide sequence to be detected is labeled, then hybridized at a low temperature on the DNA chip, and then the buffer solution is changed over time. Using a DNA chip characterized by quantifying the amount of nucleic acid of the base sequence to be detected by washing with the buffer solution while raising the temperature and monitoring the intensity of the label of each base sequence during the temperature raising process A method for determining a base sequence or quantifying a nucleic acid is provided.
In this method, the temperature of each base sequence immobilized on a DNA chip is raised over time. When hybridized at a low temperature, it can hybridize with a sequence other than the target base sequence. Subsequently, if washing is performed with a buffer whose temperature has been increased over time, the hybridization intensity decreases as the mismatch increases. Therefore, if such means is used, a temperature characteristic pattern characteristic to each base sequence can be obtained. Further, by using this method, it is possible to easily detect the temperature at which the intensity variation of the label becomes the largest. Since such temperature is considered to have the highest specificity, the amount of nucleic acid of the base sequence can be easily quantified by comparing their intensities.
[0009]
The third reference example of the present invention has a buffer storage container, a heating means for the buffer, a flow path for flowing the buffer over the DNA chip, and a means for measuring the intensity of the label. An apparatus for use in the above-described nucleotide sequence determination or nucleic acid quantification method is provided.
By using such an apparatus, it is possible to easily raise and lower the temperature of each base sequence immobilized on a DNA chip, and to perform highly quantitative hybridization at a time.
[0010]
The present invention relates to a nucleotide sequence determination or nucleic acid quantification method using a DNA chip, which is a light source that is hybridized on a DNA chip while raising or lowering the hybridization temperature over time, and the DNA chip is used as a laser sheet. The present invention provides a method for determining a base sequence or quantifying a nucleic acid using a DNA chip, wherein the base sequence in the form of a double strand is detected by irradiating the DNA chip from the plane direction of the DNA chip.
The base sequence to be detected becomes a double strand by hybridizing with the base sequence immobilized on the DNA chip, and is immobilized on the DNA chip. In the case of a single strand, it is suspended in the hybridization solution and is not fixed to the DNA chip. Therefore, if the light source made into a laser sheet is irradiated to the DNA chip from the planar direction of the DNA chip, only two strands can be detected, and the nucleic acid amount of the base sequence can be easily quantified.
[0011]
A fourth reference example of the present invention is a method for determining a base sequence or quantifying a nucleic acid using a DNA chip, wherein hybridization is performed on a DNA chip while raising or lowering the hybridization temperature with time, and a double strand. The present invention provides a method for determining a base sequence or quantifying a nucleic acid using a DNA chip, wherein only the base sequence thus obtained is detected using electrochemical means.
By using electrochemical means, only a double-stranded base sequence can be detected with high accuracy.
[0012]
A fifth reference example of the present invention is a method for determining a nucleotide sequence or quantifying a nucleic acid using a DNA chip, wherein hybridization is performed on a DNA chip while the hybridization temperature is lowered from high temperature over time, and only double strands are used. The present invention provides a method for determining a nucleotide sequence or quantifying a nucleic acid using a DNA chip, which comprises adding a reagent that specifically detects a DNA to a hybridization solution and detecting a double-stranded nucleotide sequence.
Such a method uses a reagent that specifically detects only two strands. If a reagent that specifically detects only two strands is used, unlike the case of the fourth invention, a double-stranded base sequence can be detected even when light is irradiated from the top surface of the DNA chip. .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the first reference example of the present invention, first, a plurality of base sequences having the same sequence are immobilized in a line on a DNA chip. The base sequences thus immobilized in a row are immobilized on a plurality of types of DNA chips. Next, a temperature gradient is provided in the direction in which the same base sequence is immobilized. The temperature gradient can be appropriately set in consideration of the closeness of the optimum hybridization temperature of different base sequences on the DNA chip. In addition, when the optimum hybridization temperature of different base sequences is approximate, it is preferable to take a small temperature interval between the base sequences.
[0014]
The temperature gradient is preferably set by the following method. First, the direction of the same arrangement | sequence is fixed to a perpendicular direction for a DNA chip. If the direction of the same array is fixed in the horizontal direction, the rate of diffusion of temperature is faster than the rate of diffusion of substances, and thus hybridization cannot be performed sufficiently. Then, either one or both of a heating unit at the top and a cooling unit at the bottom are provided. Thereby, a temperature gradient can be formed in the vertical direction.
[0015]
Next, the base sequence to be detected is labeled and then hybridized on a DNA chip. Examples of the labeling method include a method using a fluorescent reagent and a method using a radioisotope. Among these, a method using a fluorescent reagent is preferable. For hybridization, a hybridization solution may be added onto the DNA chip. The reaction time can be appropriately set according to the length of the sequence to be hybridized. The buffer is then washed to remove the background.
[0016]
On the DNA chip obtained in this way, the portion of the same base sequence arranged in a line that is maintained at the optimum hybridization temperature has a specific and maximum labeling intensity. The amount of nucleic acid can be quantified with high accuracy.
[0017]
In the second reference example of the present invention, first, a base sequence to be detected is labeled and then hybridized at a low temperature on a DNA chip. The labeling method is the same as described above. Here, “at low temperature” means a temperature at which the base sequence to be detected can hybridize with all base sequences on the DNA chip. That is, in the second invention, the base sequence to be detected is hybridized with all base sequences on the DNA chip. This utilizes the fact that even a base sequence with low complementarity will hybridize at low temperatures.
[0018]
Next, the DNA chip is washed with the buffer while raising the temperature of the buffer over time. The method for heating the buffer solution is not particularly limited. For example, the method for directly heating the buffer solution storage container, the method for heating the buffer solution storage container to the DNA chip, or the DNA chip and its surroundings directly. The method of heating etc. are mentioned. In order to raise the temperature with time, the strength of the heating means may be increased with time. The temperature rising rate is preferably constant. The background is removed by washing the DNA chip with buffer.
[0019]
Next, the change in label intensity with time of each base sequence on the DNA chip is measured. Here, even a base sequence with low complementarity is hybridized at a low temperature, but dissociates from a double strand with many mismatches as the temperature rises. Then, at a certain specific temperature, the intensity variation of the label of each base sequence on the DNA chip becomes the largest. Since the specificity is considered to be greatest at this temperature, the amount of nucleic acid is quantified from the intensity of the label at that temperature.
[0020]
FIG. 1 shows an example of an apparatus for carrying out the second reference example. In FIG. 1, the apparatus 1 includes a buffer storage container 2, a line 3 of the buffer solution on the DNA chip, a flow path 5 on the DNA chip, a light source 6, and a detector 7. The buffer is heated in the buffer storage container 2 and / or the line 3 to the DNA chip 4. The temperature of the buffer solution is raised from a low temperature over time. After completion of the hybridization at a low temperature, the buffer solution is fed onto the DNA chip (buffer solution channel 5) while the temperature is raised over time. After the background is removed by washing, the label intensity is measured by the detection unit 7 using the light source 6.
[0021]
FIG. 2 shows another example of an apparatus for carrying out the second reference example. The buffer heating unit 8 is located above the DNA chip. The buffer solution is heated by the heating unit 8 when passing through the buffer channel 5. The heating intensity in the heating unit 8 is adjusted so that the temperature of the buffer solution is raised from a low temperature over time. In FIG. 2, an apparatus in which a light source 6 ′ and a detector 7 ′ are on the same side with respect to an object to be measured is illustrated using an optical fiber as a marker intensity measuring apparatus. However, the measuring device is not limited to this.
[0022]
The present invention is to detect and determine a double-stranded base sequence by irradiating a DNA chip with a light source in the form of a laser sheet from the planar direction of the DNA chip. That is, by irradiating the DNA chip from the planar direction of the DNA chip, only those hybridized on the DNA chip are detected. By performing detection using such a method while performing hybridization while raising or lowering the temperature over time, it is possible to rapidly perform highly quantitative hybridization at once without washing and removing the background. .
[0023]
In the fourth reference example of the present invention, hybridization is first performed on a DNA chip while the temperature is raised or lowered over time, and then only a base sequence that has become a double strand on the DNA chip is subjected to electrochemical means. It is to detect. As a result, it is possible to rapidly perform highly quantitative hybridization at a time without washing and removing the background.
[0024]
An example of the detection method by electrochemical means is shown below. Recently, a novel ligand FND (ferrocenylnaphthalenediimide derivative) having an extremely high ability to discriminate double-stranded DNA and showing a stable electrochemical response has been developed. This has a structure in which a ligand substituent protrudes into both the main groove and the minor groove of a DNA double helix by threading intercalation into double-stranded DNA. These substituents are obscured to stabilize the DNA double helix and at the same time make the ligand difficult to dissociate from the DNA double helix. However, since there is no such effect on single-stranded DNA, it exhibits extremely high binding specificity for double-stranded DNA.
[0025]
The concept of a DNA detection system using the ligand FND is shown in FIG. First, a thiolated DNA probe is bound to a gold electrode, and hybridization with a sample DNA fragment is performed. Then, measurement is performed with a solution containing the ligand, and the redox response of the ligand is measured by an electrochemical method. This quantifies the amount of double strand formation of the target gene. By using differential pulse voltammography (DPV) as an electrochemical method, a current accompanying oxidation of the ligand flows in the vicinity of 460 mV. The current value due to the concentration of the ligand on the electrode increases according to the amount of double strands formed.
[0026]
In the fifth reference example of the present invention, hybridization is first performed on a DNA chip while the hybridization temperature is lowered from a high temperature over time. Next, a reagent that specifically detects only double strands is added to the hybridization solution, and the base sequence that has become double strands is detected. Examples of the reagent that specifically detects only two strands include SYBR Green I (registered trademark: Molecular Probes, Inc). Although detection can be performed by irradiating UV of 254 nm, for example, it is not limited to this method.
[0027]
Next, reference examples of the present invention will be described in more detail with reference examples, but the reference examples of the present invention are not limited to the following examples.
[0028]
Reference Example 1
Seven types of base sequences represented by SEQ ID NOs: 1 to 7 are arranged in a row on the DNA chip, respectively, and the DNA chip is fixed so that the row direction is the vertical direction. 1 L of seawater is filtered through a 0.2 μm Nuclepore filter, and RNA is extracted from bacteria on the filter. This RNA is decomposed with magnesium chloride, dephosphorylated with alkaline phosphatase, and then the ribose of the nucleic acid is oxidized to an aldehyde form. Reaction with lysamine rhodamine ethylenediamine, followed by reduction with a Schiff base, followed by column purification to prepare 30-50mer labeled RNA.
Labeled RNA is hybridized to the chip. Add 3 μL of labeled RNA (1 μg / μL) to the hybridization buffer to 35 μL. After filtration purification, heat at 94 ° C. for 3 minutes. After cooling, 30 μL is placed on the DNA chip on the slide glass, and the cover glass is gently placed from the end. The temperature gradient of the DNA chip is 20 to 80 ° C., and hybridization is performed for 6 hours. After hybridization, the sample is washed with a washing buffer, and the fluorescence signal is detected by a detector and analyzed.
[0029]
Reference Example 2
The labeled RNA prepared above is hybridized on a DNA chip at 20 ° C. After hybridization, the temperature is gradually raised from 20 ° C. to 95 ° C. in a washing buffer (1 × SSC, 1% SDS), and during that time, the fluorescence of DNA hybridized to the chip is scanned. Curves as shown in FIG. 4 (six in FIG. 4) are obtained for each probe. Since each curve is most distant (the vertical line portion in FIG. 4) is considered to have the highest specificity, the temperature is quantified.
[0030]
【The invention's effect】
By using the present invention, the problem of low specificity in the conventional DNA chip is solved, and hybridization with high quantitativeness can be performed at a time. In addition, by using the present invention, the fourth reference example and the fifth reference example , it is possible to rapidly perform highly quantitative hybridization without washing and removing the background.
[Sequence Listing]
SEQUENCE LISTING
<110> MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD
<120> Method of determining base sequence by DNA chip
<130> 200101079
<160> 7
<210> 1
<211> 18
<212> DNA
<213> Actinomycetes
<400> 1
ggatgagccc gcggccta 18
<210> 2
<211> 17
<212> DNA
<213> α-Proteobacteria
<400> 2
cgttcgytct gagccag 17
<210> 3
<211> 20
<212> DNA
<213> Planktomycete
<400> 3
ccaccgcttg tgtgagcccc 20
<210> 4
<211> 18
<212> DNA
<213> Cytophaga-Flavobacterium
<400> 4
tggtccgtrt ctcagtac 18
<210> 5
<211> 24
<212> DNA
<213> Acinetobacter
<400> 5
gctttagtgg cgcagctaac gcga 24
<210> 6
<211> 19
<212> DNA
<213> Vibrio
<400> 6
tgatgtgggg gataaccat 19
<210> 7
<211> 20
<212> DNA
<213> Bacteria specific (standard)
<400> 7
agagtttgat cctggctcag 20
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of an apparatus for carrying out a second reference example.
FIG. 2 shows an example of an apparatus for carrying out a second reference example.
FIG. 3 shows the concept of a DNA detection system using a ligand FND.
4 is a graph showing the relationship of fluorescence intensity with time in Reference Example 2. FIG. The vertical line indicates the point (temperature) at which each curve is farthest away. In FIG. 4, there are six curves, but the number of curves is equal to the number of base sequences on the DNA chip.
[Explanation of symbols]
1: Device used in the base sequence determination or nucleic acid quantification method of the second reference example of the present invention 2: Buffer storage container 3: Line of buffer solution on DNA chip 4: DNA chip 5: Flow path 6 on DNA chip 6 ′: Light source 7, 7 ′: Detection unit 8: Heating unit 9: DNA sensor 10: Counter electrode 11: Temperature sensor 12: DNA probe modified electrode 13: Reference electrode (Ag / AgCl 2 )
14: Electric field solution 15: Thermostatic bath

Claims (1)

DNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法であって、ハイブリダイゼーション温度を経時的に昇温もしくは経時的に降温させながらDNAチップ上でハイブリダイゼーションさせ、DNAチップに、レーザーシートにした光源をDNAチップの平面方向から照射して、2本鎖となった塩基配列を検出することを特徴とするDNAチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法。  A method for determining a nucleotide sequence or quantifying a nucleic acid using a DNA chip, wherein hybridization is performed on a DNA chip while raising or lowering a hybridization temperature with time, and a light source formed into a laser sheet is applied to the DNA chip. A method for determining a nucleotide sequence or quantifying a nucleic acid using a DNA chip, comprising: irradiating from a planar direction of the DNA chip to detect a double-stranded base sequence.
JP2001184949A 2001-06-19 2001-06-19 Nucleotide sequence determination or nucleic acid quantification method using DNA chip Expired - Fee Related JP4402321B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001184949A JP4402321B2 (en) 2001-06-19 2001-06-19 Nucleotide sequence determination or nucleic acid quantification method using DNA chip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001184949A JP4402321B2 (en) 2001-06-19 2001-06-19 Nucleotide sequence determination or nucleic acid quantification method using DNA chip

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003000300A JP2003000300A (en) 2003-01-07
JP4402321B2 true JP4402321B2 (en) 2010-01-20

Family

ID=19024618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001184949A Expired - Fee Related JP4402321B2 (en) 2001-06-19 2001-06-19 Nucleotide sequence determination or nucleic acid quantification method using DNA chip

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4402321B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7863455B2 (en) 2004-02-24 2011-01-04 Japan Science And Technology Agency Electrochemically active ligand for sequence-specific detection of double-stranded nucleic acid molecule
JP4723891B2 (en) * 2005-03-31 2011-07-13 三菱レイヨン株式会社 Hybridization cartridge, hybridization apparatus, and hybridization method
JP2007054048A (en) * 2005-07-27 2007-03-08 Sony Corp Method for detecting hybridization

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003000300A (en) 2003-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vercoutere et al. Biosensors for DNA sequence detection
Gilboa et al. Single-molecule analysis of nucleic acid biomarkers–A review
US20120285829A1 (en) Detecting analytes
US20100203516A1 (en) Detecting analytes using both an optical and an electrical measurement method
JP3752466B2 (en) Genetic testing method
CN110938673B (en) Method for generating single-stranded DNA (deoxyribonucleic acid) by using strand displacement primer-mediated asymmetric PCR (polymerase chain reaction)
JP5255439B2 (en) Method for confirming performance of optical detector and standard reagent used therefor
Yamashita et al. Visualization of DNA microarrays by scanning electrochemical microscopy (SECM)
JP4402321B2 (en) Nucleotide sequence determination or nucleic acid quantification method using DNA chip
US10294512B2 (en) Method and apparatus for analyzing biomolecules by using oligonucleotide
US20130196323A1 (en) Methods Of Nucleic Acid Analysis
KR20120044915A (en) Probe for detecting polymorphism, method of detecting polymorphism, method of evaluating drug efficacy, and kit for detecting polymorphism
KR100475312B1 (en) Chips for detecting DNA and method for detecting DNA using them
Xu et al. A PNA‐DNA2 Triple‐Helix Molecular Switch‐Based Colorimetric Sensor for Sensitive and Specific Detection of microRNAs from Cancer Cells
JP2012501174A (en) DNA measurement using impedance spectroscopy
US20050191651A1 (en) Temperature-jump enhanced electrochemical detection of nucleic acid hybridization
Zheng et al. Enzyme-based E-RNA sensor array with a hairpin probe: Specific detection of gene mutation
García‐Mendiola et al. Screening of Specific Gene Mutations Associated with Cystic Fibrosis
JP4320188B2 (en) Single base substitution detection method and single base substitution detection kit
US20120178181A1 (en) Device and method for label-free detection of dna hybridization
JP2011244815A (en) Method for detecting mutation in exon 12 of jak2 gene, and nucleic acid probe and kit for the same
US20160115538A1 (en) Methods and Systems for Using Photoswitchable Nucleic Acids to Control Hybridization Stringency
KR101957919B1 (en) Biosensors for Diagnosing Corneal Dystrophies and Uses Thereof
WO2006031061A1 (en) Fret gene probe selection method using pcr screening
KR101017199B1 (en) Method of Detecting Nucleic Acid by Using Nucleic Acid Microarray

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080930

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090317

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090609

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090909

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20090924

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091013

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091029

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121106

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees