JP4460228B2 - New method for measuring nucleic acids - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光色素で標識された核酸プローブを用いて、標的核酸を測定する方法に関する。
詳しくは、当該方法において、核酸のハイブリダイゼーション反応及び/又は核酸増幅反応を阻害する物質が、存在する測定系若しくは反応系に、標的核酸に特異的にハイブリダイズする標的核酸プローブと標的核酸に対応する内部標準核酸に特異的にハイブリダイズする内部標準核酸プローブを添加し、少なくとも一種の標的核酸を特異的かつ正確に測定する方法である。
【0002】
又、標的核酸塩基配列領域を切断しないような少なくとも一種の制限酵素によって標的核酸を含む全核酸を切断後、標的核酸塩基配列を含む核酸画分のみを分離・回収することを特徴とする標的核酸分離・回収濃縮方法である。
更に、任意の配列を有する人工合成された50bp以上の一本鎖のオリゴヌクレオチド核酸を鋳型として遺伝子増幅を行い、任意の配列を有する2本鎖DNAを取得することを特徴とする人工合成遺伝子の取得方法である。
【0003】
【従来の技術】
核酸プローブを用いて対応核酸を測定する方法は数多く知られている。例えば、
(1)FRET(fluorescence energy transfer)現象を利用したプローブを用いる方法(例えば、非特許文献1〜3及び特許文献1、2参照)、
(2)蛍光色素が特定の核酸塩基と相互作用して蛍光発光量を減少させる特性を利用したプローブを用いる方法、リアルタイムモニタリング定量的PCR方法で、核酸を増幅させ、増幅前の対応核酸の濃度若しくはコピー数を測定する方法(例えば、非特許文献4参照)、
など数多くの例を挙げることができる。
【0004】
いずれの方法においても、一種類の対応核酸が存在する測定系(測定系に複数の核酸種が存在するが、対応核酸が一種存在するという意味。)に、蛍光色素で標識されたプローブを一種又は二種{この場合は、ドナープローブ(単に、発光プローブ又は核酸プローブという場合もある。)とアクセプタープローブ(単にクエンチャーという場合もある。)}添加して、ハイブリダイゼーション反応及び/又は核酸増幅反応を行い、測定系の蛍光強度を測定するものである。特に核酸増幅反応を利用する方法は、核酸プローブ存在下でPCR法により対応核酸の増幅を行い、PCR産物をリアルタイムでモニタリングすることで、増幅前の対応核酸を測定する方法であり、リアルタイムモニタリング定量的PCR法として知られている。
【0005】
又、複雑な試料中にはハイブリダイゼーション反応や核酸増幅反応の阻害物質が含まれている場合が多い。特にリアルタイムモニタリング定量的PCR方法では、当該阻害物質を含まないという仮定に基づいて検量線を作成しているため、このような場合、当該方法で複雑な試料中の標的核酸若しくは核酸増幅反応前の標的核酸を正確に測定することは出来ない。リアルタイムモニタリング定量的PCR法は、指数関数的検量線を用いて増幅前の対応核酸の定量を行うため、定量値のぶれが大きかった。
【0006】
特定サンプル中に存在するトータルの遺伝子の種類は膨大であり、又、その量も一方に偏っている場合が多い。そして、そのようなサンプル中には、目的の標的遺伝子は僅かしか存在しないという場合が多い。標的遺伝子を検出・測定するための測定系(PCR方法、リアルタイム定量的PCR方法などのものを好適な例として挙げることができる。)へ添加可能な遺伝子量は限界があるため、当該限界量までこのような遺伝子を添加しても、添加した遺伝子の中に、目的の標的遺伝子が僅かしか存在しないか、或いは検出不可能な量しか存在しない場合が出現する。上記の特徴を有するサンプル中の標的遺伝子の検出・測定を行う場合、よくこのようなことが起こり得る。この場合、正確かつ特異的に標的遺伝子を検出・測定は不可能或いは困難となる。このため、標的遺伝子を分離・回収しておくことが好適である。更に分離・回収したものを濃縮しておくことが特に望ましい。しかしながら、現在そのような適当な手段がないのが現状である。
【0007】
任意な配列を有する人工遺伝子を作製する際には、一般的に市販されている核酸合成装置を用いて、任意の配列、任意の長さの一本鎖のオリゴヌクレオチド(DNA)を合成するケースが多い。しかしながら、1塩基を合成する効率は100%ではないため、オリゴヌクレオチドの塩基長が長くなればなるほど、途中で合成が停止し、目的以外の配列を有するオリゴヌクレオチドの割合が増加する。このため、オリゴヌクレオチドの合成可能な限界は、一般的に約100塩基(以下、bpという。)までと云われている。又、約50bp以上の長さになると、目的以外の配列を有するオリゴヌクレオチドの割合が増加するため、煩雑な分離操作が必要となる。又、当該操作を施したとしても、50bp以上の長いオリゴDNAを合成する場合、目的のオリゴヌクレオチドの取得割合は、短いオリゴDNAの場合と比較して、低下する場合が多い。このため、簡便に50塩基以上の任意な配列を有する人工遺伝子を得る方法が求められていた。
本発明は前記の問題を解決することを本発明の目的とする。
【0008】
【特許文献1】
特開平10−262700号公報
【特許文献2】
特開平10−84983号公報
【非特許文献1】
Morrison et al.,Anal. Biochem.,vol.183,231-244、1989
【非特許文献2】
Mergney et al.,Nucleic acid Res.,vol.22、920-928,1994
【非特許文献3】
Tyagi et al.,Nature Biotech.,vol.14,303-308、1996
【非特許文献4】
KURATA et al.,Nucleic acids Research,2001,vol.29,No.6 e34
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前記の目的から、複雑な試料を含む測定系に少なくとも一種以上の標的核酸が存在する場合に、それらの標的核酸を簡単な方法で、標的核酸を特異的に測定でき、かつ微量で、短時間、簡便、正確に測定できる新規方法、新規な核酸増幅方法並びにそれを用いる核酸増幅前の標的核酸の濃度若しくはコピー数を求める方法、これらの方法で得られるデータを解析する方法、及びこれらの方法を各種方法に適用する方法、を提供することである。更に当該方法に用いるDNAチップ等のデバイス類、測定試薬キット、データ解析方法の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、本発明方法で標的核酸を測定するための測定装置、コンピュータ読取可能な記録媒体を組み込んだ測定装置、標的核酸の分離・回収濃縮方法、任意な配列を有する人工遺伝子の合成方法などを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記2)のKURATA et alの方法(KURATA et al.,Nucleic acids Research,2001,vol.29,No.6 e34)を用いて、鋭意検討した結果、標的核酸の塩基配列の一部を変異させた核酸(以下、内部標準核酸という。)を測定系に既知濃度宛で添加し、さらに、標的核酸に特異的にハイブリダイズする標的核酸プローブ(以下、標的核酸プローブという。)と内部標準核酸に特異的にハイブリダイズする標的核酸プローブ(以下、内部標準核酸プローブという。)を測定系に添加して、ハイブリダイゼーション反応及び/又は核酸増幅反応を行い、標的核酸と内部標準核酸を同時に測定すること、又、標的核酸塩基配列領域を切断しないような少なくとも一種以上の制限酵素によって標的核酸を含む全核酸を切断後、標的核酸塩基配列を含む核酸画分のみを分離・回収すること、又、任意の配列を有する人工合成された50bp以上の一本鎖オリゴ核酸を鋳型として遺伝子増幅を行うことにより前記課題が解決できるということを知見した。本発明はかかる知見に基づいて完成されたものである。
【0011】
すなわち、本発明は、
[請求項1] (i)標的核酸、
(ii)標的核酸の塩基配列の一部を他の塩基で置換した塩基配列を持ち、
同一のプライマーを用いて標的核酸と同時に増幅できる既知量の内部標準核酸、
(iii)標的核酸と相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドからなり、少なくとも一種の蛍光色素で標識された標的核酸プローブであって、該標的核酸プローブと上記標的核酸との複合体のTm値が、該標的核酸プローブと上記内部標準核酸との複合体のTm値と比較して6℃以上の差を有するもの、及び
(iv)内部標準核酸と相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドからなり、かつ、標的核酸とはハイブリダイズしない塩基配列を一部に有し、上記標的核酸プローブを標識する蛍光色素とは発蛍光色が異なる少なくとも一種の蛍光色素で標識された、内部標準核酸プローブであって、該内部標準核酸プローブと上記標的核酸との複合体のTm値が、該内部標準核酸プローブと上記内部標準核酸との複合体のTm値と比較して6℃以上の差を有するもの
を含む反応系で、核酸増幅反応を行わせ、該反応系の標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブに標識された各蛍光色素に由来する蛍光強度を測定して、得られた測定値及び内部標準核酸の添加量から、標的核酸及び/又は核酸増幅反応前の標的核酸を測定することを特徴とする核酸の測定方法。
【0012】
[請求項2] (i)標的核酸、
(ii)標的核酸の塩基配列の一部を他の塩基で置換した塩基配列を持ち、
同一のプライマーを用いて標的核酸と同時に増幅できる既知量の内部標準核酸、
(iii)標的核酸と相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドからなり、少なくとも一種の蛍光色素で標識された標的核酸プローブであって、該標的核酸プローブと上記標的核酸との複合体のTm値が、該標的核酸プローブと上記内部標準核酸との複合体のTm値と比較して6℃以上の差を有するもの、及び
(iv)内部標準核酸と相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドからなり、かつ、標的核酸とはハイブリダイズしない塩基配列を一部に有し、上記標的核酸プローブを標識する蛍光色素とは発蛍光色が異なる少なくとも一種の蛍光色素で標識された、内部標準核酸プローブであって、該内部標準核酸プローブと上記標的核酸との複合体のTm値が、該内部標準核酸プローブと上記内部標準核酸との複合体のTm値と比較して6℃以上の差を有するもの
を含む反応系で、上記標的核酸と標的核酸プローブ並びに内部標準核酸と内部標準プローブとをハイブリダイゼーション反応させ、該反応の前後で上記標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブに標識された各蛍光色素に由来する蛍光強度を測定して、得られた測定値及び内部標準核酸の添加量から、標的核酸を測定することを特徴とする核酸の測定方法。
【0013】
[請求項3] 前記標的核酸プローブが、ドナー色素とアクセプター色素とで標識され、かつ、前記内部標準核酸プローブが、アクセプター色素と上記標的核酸プローブを標識するドナー蛍光色素とは異なるドナー色素とで標識されている請求項1又は2に記載の方法。
【0014】
[請求項4] 前記標的核酸プローブが、ドナー色素とクエンチャー色素とで標識され、かつ、前記内部標準核酸プローブが、クエンチャー色素と上記標的核酸プローブを標識するドナー蛍光色素とは異なるドナー色素とで標識されている請求項1又は2に記載の方法。
【0015】
[請求項5] 前記標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブの蛍光色素標識部位が、何れも該プローブの末端部分である請求項1〜4の何れか1項に記載の方法。
【0018】
[請求項] 上記核酸増幅反応において、ポリメラーゼが上記標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブを分解する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。
【0019】
[請求項] 上記標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブを上記核酸増幅反応のプライマーとして用いる請求項1に記載の方法。
【0020】
[請求項] 核酸を増幅させる方法が、PCR方法、ICAN方法、LAMP方法、NASBA方法、RCA方法、TAMA方法、LCR方法の何れかの方法である請求項1に記載の方法。
【0021】
[請求項] PCR方法が定量的PCR方法若しくはリアルタイム定量的PCR方法である請求項に記載の方法。
[請求項10] 前記ハイブリダイゼーション反応の温度を、標的核酸と標的核酸プローブとの複合体のTm値±10℃の範囲内とする請求項2に記載の方法。
【0041】
すなわち、本発明は、
1)少なくとも一種の標的核酸を含む測定系に、標的核酸に相応する内部標準核酸、標的核酸に特異的にハイブリダイズする核酸プローブ(以下、単に標的核酸プローブという。)、及び内部標準核酸に特異的にハイブリダイズする核酸プローブ(以下、単に内部標準核酸プローブという。)を添加若しくは存在させて、標的核酸を測定する方法、又、
【0042】
2)前記の核酸の新規測定方法に好適に用いることのできる内部標準核酸(後記した。)、又、
3)前記前記の核酸の新規測定方法に好適に用いることのできる内部標準核酸プローブ(後記した。)、又、
4)前記の前記の核酸の新規測定方法に好適に用いることのできる標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブ(後記した。)、又、
5)前記本発明の核酸の新規測定方法に好適に用いることのできる標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブ(後記した。)を、核酸増幅方法の単なる核酸プローブ若しくは核酸増幅のプライマーとして用いる新規な核酸増幅方法及び当該方法による標的核酸の核酸増幅前の標的核酸の濃度若しくはコピー数を測定する新規方法(好適な具体的方法については後記した。)、又、
6)本発明方法で得られたデータを解析する方法(好適な具体的方法については後記した。)、又、
【0043】
7)本発明方法に用いることが出来る、内部標準核酸、標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブを含んでなる、本発明の方法を実施出来る反応液類若しくは測定キット類、又、
8)本発明方法に用いることの出来る標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブを、複数個固体支持体表面に結合させ、当該標的核酸プローブに標的核酸及び/又は内部標準核酸プローブに内部標準核酸をハイブリさせて、当該標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブに標識された蛍光色素の蛍光キャラクターの変化もしくは変化量を測定することにより、本発明の方法を実施できるようにしたデバイス類、及び内部標準核酸を含有してなり、当該デバイス類を用いて前記本発明方法を実施できるようにした反応液若しくは測定キット、又、
【0044】
9)本発明方法を実施するための測定装置、又、
10)前記のデータ解析方法の過程を、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、又、
11)標的核酸塩基配列領域を切断しないような少なくとも一種以上の制限酵素によって標的核酸を含む全核酸を切断後、標的核酸塩基配列を含む核酸画分のみを分離・回収することを特徴とする標的核酸分離・回収濃縮方法、又、
12)任意の配列を有する人工合成された50bp以上の一本鎖のオリゴヌクレオチド核酸を鋳型として遺伝子増幅を行い、任意の配列を有する2本鎖DNAを取得することを特徴とする人工合成遺伝子の取得方法、を提供する。
【0045】
【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。
本発明は、少なくとも一種の蛍光色素で標識された核酸プローブ(単に、核酸プローブという。)であって、対応核酸{単にハイブリダイゼーション可能な核酸(必ずしも全塩基が相補的でなくともよい。すなわち、全塩基が水素結合の相応をしなくともよい。)を意味する。}にハイブリダイズすることにより、標識された蛍光色素の蛍光キャラクターが変化する少なくも一種の核酸プローブを用いて対応核酸を測定する方法(単に、核酸プローブを用いる核酸測定方法)において、少なくとも一種の標的核酸を含有する測定系に、標的核酸に相応する少なくとも一種の、既知濃度宛の内部標準核酸(詳しくは後記する。)と、少なくとも一種の蛍光色素で標識された標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブを添加し、ハイブリダイゼーション反応及び/又は核酸増幅反応を行って、標的核酸プローブと標的核酸とのハイブリダイゼーション反応及び/又は内部標準核酸プローブと内部標準核酸とのハイブリダイゼーション反応により生じる各核酸プローブに標識された蛍光色素若しくは測定系の蛍光キャラクターの、ハイブリダイゼーション前後における変化若しくは変化量を少なくとも一種の波長で測定し、得られる測定値及び内部標準核酸の濃度から、標的核酸の濃度及び/又は核酸増幅反応前の標的核酸の濃度若しくはコピー数を特異的に測定する新概念の測定方法である。
【0046】
又、この方法を本発明の原理として、各種の核酸プローブを用いて少なくとも一種の標的核酸を、好ましくは均一系で測定する際の各種の課題の解決を計るものである。
そして、標的核酸塩基配列領域を切断しないような少なくとも一種以上の制限酵素によって標的核酸を含む全核酸を切断し、標的核酸塩基配列を含む核酸画分のみを分離・回収、又は/及び更に濃縮する標的核酸濃縮方法である。
さらに、任意の配列を有する50bp以上の一本鎖オリゴ核酸を人工合成し、これを鋳型として遺伝子増幅を行うことで、任意の配列を有する2本鎖DNAを取得する人工合成遺伝子の調製方法である。
【0047】
本発明に用いている用語は、特別なことわりがない場合、現在、生物学、分子生物学、遺伝学若しくは遺伝子工学、微生物学若しくは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。
本発明においては、蛍光キャラクターとは、蛍光強度、蛍光寿命、蛍光偏光、蛍光異方性等の蛍光特性等のこと云う(以下、簡便化のために、蛍光強度と略称する。)。
又、核酸プローブと対応核酸とのハイブリダイゼーションによるプローブと核酸の複合体のことをハイブリッド(又はハイブリット)複合体、又は単に、核酸・プローブ複合体又はプローブ・核酸複合体という。
【0048】
又、核酸測定若しくは核酸濃度を測定するとは、標的核酸の濃度を定量することは勿論のこと、定量的検出をすること、又、単なる検出をすることを云う。
本発明でいう「標的核酸プローブであって、対応核酸にハイブリダイズすることにより、標識された蛍光色素の蛍光強度が変化する少なくとも一種の標的核酸プローブを用いて標的核酸を測定する方法」とは、単に、核酸プローブを用いて、核酸を測定する方法をいう。それは、公知、未知を問わない。例えば、下記に述べる現在公知の方法と本発明方法を挙げることができる。「対応核酸」とは、前記の通りである。
【0049】
本発明において、標的核酸とは、核酸測定を目的とする核酸もしくは遺伝子のことをいう。精製の有無を問わない。又、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もしくは遺伝子DNAの混在系、例えば、土壌中の核酸、遺伝子などを挙げることができる。)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もしくは遺伝子DNAの混在系)における測定を目的とする特定核酸である。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、又、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’−−メチル(Me)RNA等を例示することができる。
【0050】
本発明において、内部標的核酸とは、標的核酸と相応する核酸で、好適には下記の特質の少なくとも一つを有するものである:
1)内部標準核酸は、当該核酸が、内部標準核酸プローブとハイブリダイズさせることで生じる当該プローブに標識された蛍光色素の蛍光強度の変化若しくは変化量から標的核酸と識別可能な塩基配列を有する。この具体例は、実施例1の図2及び3に示されている。即ち、内部標準核酸と内部標準核酸プローブ、及び標的核酸と標的核酸プローブのプローブ・核酸複合体又は反応系の各プローブに標識された蛍光色素の蛍光強度の変化若しくは変化量の相違に基づいて、標的核酸と内部標的核酸の塩基配列の相違を識別できる。
2)内部標準核酸が、一定条件下(好適な条件の求め方は後記した。)で、内部標準核酸と特異的にハイブリダイズする内部標準核酸プローブとのみハイブリダイズし、標的核酸プローブとハイブリダイズしない塩基配列を有する。
3)内部標準核酸の塩基配列は、標的核酸のものと一部配列が異なるものである。一部配列とは、塩基数にして、1〜30、好ましくは1〜10、特に好ましくは1〜6位である。そして連続又は非連続の塩基配列である。
4)内部標準核酸の塩基長が、標的核酸のものと異なっていてもよい。
5)内部標準核酸が、同一のプライマーを用いて標的核酸と同時に増幅可能である。
【0051】
6)内部標準核酸とは、具体的な一例を挙げるならば、標的核酸の塩基配列の一部が他の塩基で置換もしくは欠失した塩基配列で、変異型核酸若しくは一種の多型核酸と云われるものである。そして、次の効果をもたらす塩基配列が好適である:標的核酸と標的核酸プローブのハイブリダイゼーションの効果が、内部標準核酸と内部標準核酸プローブのハイブリダイゼーションの効果と、同様若しくは近似している(全く同じである必要はない。)。
同様に、標的核酸の核酸増幅を阻害する物質の、阻害箇所、若しくはその阻害効果が、内部標準核酸の核酸増幅を阻害する物質のものと、同様若しくは近似している(全く同じである必要はない。)阻害箇所、若しくはその阻害効果をもたらす塩基配列を有することが好適である。
なお、上記の内部標準核酸は、後記の実施例1、実施例7、又核酸プローブに記した方法により調製若しくは合成できる。
【0052】
本発明において、前記の「少なくとも一種以上の標的核酸が存在する測定系」とは、単数種又は複数種の標的核酸が測定系に存在するという意味である。
測定系に単数種の標的核酸が存在する場合に、測定系に存在させる標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブの種は単数種でも複数種でもよい。この「複数でもよい」とは、一種の標的核酸に塩基配列の異なった複数の部位があり、当該部位にハイブリダイズする複数の種の標的核酸プローブを使用してもよいという意味である。内部標準核酸についても同様なことが云える。
【0053】
本発明において、測定系及び/又は反応系に複数種の標的核酸が存在する場合は、複数種の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸及び/又は内部標準核酸プローブを存在させることを特徴としている。そして、標的核酸と標的核酸プローブは、その種類の数において、少なくとも同数である。内部標準核酸と内部標準核酸プローブについても同様なことが云える。そして、この「少なくとも同数」とは、一種の標的核酸に、複数種の核酸プローブがハイブリダイズする塩基配列部位を設定して、一種の標的核酸に対して複数種の核酸プローブを測定系に存在させてもよいという意味である。
【0054】
更に、前記単数種及び複数種の標的核酸が測定系に存在する場合における「複数種の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸及び/又は内部標準核酸プローブ」における「複数種の標的核酸プローブ、複数種の内部標準核酸プローブ」とは、次のような意味である。すなわち、(a)本発明の核酸プローブにおいて、種類の異なった複数のプローブである。例えば、プローブの形態若しくは構造は同じであるが、互いに標識する色素が単に異なったプローブを例に挙げることができる。(b)プローブの形態若しくは構造が異なった核酸プローブの組合せであるが、互いに標識色素が異なった複数種の核酸プローブである。すなわち、後記する形態の異なった核酸プローブの組合せでもよいという意味である。
「ハイブリダイゼーション前後における核酸プローブの蛍光強度の変化又は変化量を測定する」とは、一例を挙げると、ハイブリダイゼーション前後における核酸プローブの蛍光強度の測定値の差、又、ハイブリダイゼーション反応系の時間を関数とする蛍光強度の変化率などをいう。又、核酸増幅反応においては、反応サイクルに関する蛍光強度の変化若しくは変化率などをいう。
【0055】
本願の発明は、第1〜第8の発明からなる。
第1発明は、核酸増幅反応を行わないで、核酸測定を行う方法に関する。
すなわち、第1発明は、前記した通りであるが、核酸プローブを用いて核酸を測定する方法(公知、未公知を問わない。)において、少なくとも一種以上の標的核酸を含む測定系若しくは反応系(以下、単に測定系と略称する。)に、標的核酸に対応する、既知量の内部標準核酸を少なくとも一種、かつ標的核酸に特異的な少なくとも一種の蛍光色素で標識された一種のオリゴヌクレオチドからなる標的核酸プローブ若しくは内部標準核酸に特異的な、少なくとも一種の蛍光色素で標識された一種のオリゴヌクレオチドからなる内部標準核酸プローブを少なくとも一種を含むか又は当該標的核酸プローブと当該内部標準核酸プローブとを合わせて少なくとも二種以上含む測定系において、ハイブリダイゼーション反応を行わせて、標的核酸プローブと標的核酸とのハイブリダイゼーションにより生じる標的核酸プローブに修飾した蛍光色素の蛍光強度の変化又は変化量、内部標準核酸プローブと内部標準核酸とのハイブリダイゼーションにより生じる内部標準核酸プローブに修飾した蛍光色素の蛍光強度の変化又は変化量を、核酸プローブ種の数(標的核酸プローブ種の数及び内部標準核酸プローブ種の数の和)と少なくとも同数種の波長で測定する。当該測定値及び内部標準核酸の量から、標的核酸を測定する核酸の新規測定方法である。
【0056】
そして、本発明において、当該方法に好適に使用される標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブは、以下の形態をとるものである。
1)標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブが、各々、対応核酸にハイブリダイズする一本鎖のオリゴヌクレオチドであり、一種のドナー色素(リポーター色素をも含む。)及び/又は一種のアクセプター色素(クエンチャー色素若しくはクエンチャー物質をも含む。)を標識してなる少なくとも一種の核酸プローブであって、当該核酸プローブが対応核酸にハイブリダイズしているときはハイブリダイゼーション反応系の蛍光キャラクターの変化又は変化量が増加するように、ドナー色素とアクセプター色素が当該オリゴヌクレオチドに標識されている。
【0057】
2)前記1)の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブが、下記の何れかの形態を有するものである:
(1)ドナー色素とアクセプター色素で標識された一種のオリゴヌクレオチドの形態で、対応核酸とハイブリダイズすることにより、ハイブリダイゼーション前後で、ドナー色素の蛍光キャラクターの変化又は変化量がプラスになるもの、
(2)ドナー色素とアクセプター色素で標識された一種のオリゴヌクレオチドの形態で、対応核酸とハイブリダイズすることにより、ハイブリダイゼーション前後で、ドナー色素及びアクセプター色素の蛍光キャラクターの変化又は変化量がマイナスになるもの、
(3)一種のドナー色素一つで標識された一種のオリゴヌクレオチドからなる一種のドナープローブ、及び一種のアクセプター色素一つで標識された一種のオリゴヌクレオチドからなる一種のアクセプタープローブの二種のプローブが対をなす形態であり、ドナープローブ及び/又はアクセプタープローブが対応核酸とハイブリダイズすることにより、ハイブリダイゼーション前後で、ドナー色素及びアクセプター色素の蛍光キャラクターの変化又は変化量がマイナス若しくはプラスになるもの。
【0058】
3)前記1)の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸が、ドナー色素とアクセプター色素で標識された一種のオリゴヌクレオチドの形態で、対応核酸とハイブリダイズすることにより、ハイブリダイゼーション前後で、ドナー色素及びアクセプター色素の蛍光キャラクターの変化又は変化量がマイナスになるものであって、かつその末端部においてドナー色素或いはアクセプター色素で標識されており、当該核酸プローブが当該末端部において対応核酸にハイブリダイズしたとき、当該プローブにハイブリダイズした対応核酸の末端塩基から1ないし3塩基離れて、対応核酸の塩基配列に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。
【0059】
4)前記1)の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸が、ドナー色素とアクセプター色素で標識された一種のオリゴヌクレオチドの形態で、対応核酸とハイブリダイズすることにより、ハイブリダイゼーション前後で、ドナー色素及びアクセプター色素の蛍光キャラクターの変化又は変化量がマイナスになるものであって、かつ対応核酸にハイブリダイゼーションしたとき、ドナー色素或いはアクセプター色素標識部においてプローブ−核酸ハイブリッド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。
【0060】
5)標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブが、少なくも一種の蛍光色素で標識された一本鎖のオリゴヌクレオチドからなるもので、以下の少なくとも一つの特質を有するように、当該プローブが設計されている:
(1)前記反応系若しくは測定系で一種の核酸プローブで機能を発揮できる、
(2)標的核酸及び/又は内部標準核酸にハイブリダイゼーションしたときに、前記蛍光色素が、クエンチャー色素及び/又はクエンチャープローブの非存在下にその蛍光キャラクターの変化又は変化量をマイナスに増大させる、
(3)当該プローブは、その末端部において少なくとも蛍光色素で標識されている、
【0061】
(4)当該核酸プローブが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標識塩基から1ないし3塩基離れて(但し、標識塩基を1と計数する。)、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、
(5)当該核酸プローブが当該末端部において標的核酸にハイブリダイゼーションしたとき、当該末端部分においてプローブ−核酸ハイブリッド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。
【0062】
6)前記5)の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブが、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、又は3’末端のリボースの3’若しくは2’炭素の水酸基がリン酸化されている。
7)前記5)の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブが、3’末端のOH基以外の部分で前記蛍光色素にて標識されており、当該核酸プローブが、前記対応核酸にハイブリダイゼーションしたとき、当該修飾部分においてプローブ−核酸ハイブリッド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標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブを用いる。
【0063】
尚、前記の標的核酸プローブを標識している蛍光色素の発蛍光色と前記の内部標準核酸プローブを標識している蛍光色素の発蛍光色が、互いに異なるように、標的核酸プローブと内部標準核酸プローブを設計することが好適である。具体的には、標的核酸プローブを標識している蛍光色素の種類と内部標準核酸プローブを標識している蛍光色素が異なることが好ましい。
【0064】
下記に具体的に上記の核酸プローブを使用した核酸測定方法を例示する。
I.公知方法の例
現在公知の方法とは、現在知られている全ての方法をいうが、例示するならば、下記のごとくである。なお、本例示でもって本発明は限定されるものではない。
A) FRET 現象を利用する場合
(1)Morrisonらの方法(Morrison et al.,Anal.Biochem.,183:231-244,1989)で代表される方法
二本鎖DNAを対応核酸とするもので、二種の核酸プローブを用いる方法である。二種のうち一方はリーデング鎖、他方はコーデング鎖にハイブリダイズするものである。又、プローブの一方は5’末端部位が一つの蛍光色素で標識されている場合、他方は3’末端部位が一つの蛍光色素で標識されている。さらにプローブの一方の色素は消光作用を有するドナー(donor)色素(リポーター(reporter)色素とも呼称される。)で、他方のものはアクセプター(acceptor)(クエンチャー(quencher)色素とも呼称される。)色素である。二種のプローブは互いにハイブリダイズすることができるように塩基配列が設計されている。二種のプローブがハイブリッド複合体を形成しているときは、FRET現象が作用して測定系の蛍光強度は低く抑制されている。
【0065】
測定系に、ハイブリッド複合体を形成している二種のプローブと二重鎖を形成している対応核酸を存在させる。そうすると、プローブと対応核酸が自己のハイブリッド複合体を解離させて、競合的にプローブと対応核酸がハイブリッド複合体を形成する。プローブと対応核酸がハイブリッド複合体を形成すると、色素間のFRET現象が解消して測定系の蛍光強度変化値若しくは時間を関数とする変化率が増加する。測定系の蛍光強度変化値及び変化率の増加が対応核酸の濃度に比例するので、対応核酸の濃度を測定できる。
【0066】
この場合、測定系に、まず二種のプローブを添加して、蛍光強度を測定し、次に対応核酸を含有するサンプルを添加して前後の蛍光変化値若しくは変化率を測定する場合と、対応核酸を含有する測定系に二種のプローブを添加し、時間を関数とする蛍光強度の変化率を測定する場合がある。このようして、対応核酸の濃度を測定できる。それは蛍光強度の変化値若しくは変化率の大小が対応核酸の濃度に比例するからである。
【0067】
(2)Mergneyらの方法(Mergney et al.,Nucleic acid Res.,22:920-928,1994)で代表される方法
一本鎖の対応核酸に二種の核酸プローブをハイブリダイズさせることを特徴とする。二種のプローブの一方は一つのドナー色素で標識されている場合、他方は一つのアクセプター色素で標識されている。又、プローブの一方は5’末端部位が蛍光色素で標識されている場合、他方は3’末端部位が標識されている。ドナー色素はアクセプター色素に作用してアクセプター色素の特定波長の蛍光発光を増加させることができる。ドナー色素は、リポーター色素とも称され、アクセプター色素に作用したときは、自分の蛍光発光を弱める。アクセプター色素はクエンチャー色素とも称される。二種のプローブが対応核酸にハイブリダイズしたとき、一方のプローブの色素標識末端部位と他方のプローブの色素標識末端部位が互いに向き合うように設計されている。両プローブの色素標識塩基間距離が1〜9塩基離れて両プローブが対応核酸にハイブリダイズするように塩基配列が設計されている。
実際の測定手順は前記Morrisonの方法と同様である。
【0068】
(3)分子ビーコン(molecular beacon)方法(Tyagi et al.,Nature Biotech.,14:303-308,1996;Schofield et al.,Applied and Environ. Microbiol.,63:1143-1147,1997);ヘヤーピンプローブ(サンライズプローブ)(Nazarenko,I.A.,Bhatnagar,S.K.and Hohman,R.J.(1997) A closed tube format for amplification and detection of DNA based on energy transfer. Nucleic Acids Res.,25,2516-2521);スコーピオンプローブ(Theaker,J.,Guy,S.P.,Brown,T.and Little,S.(1999) Detection of PCR products using self-probing amplicons and fluorescence.Nature Biotechnol.,17,804-807.)
【0069】
上記のプローブは、その末端が一つの蛍光色素で、その他の領域に一つの自らは蛍光を発しないクエンチャー物質が一般的に標識されている。そして、対応核酸にハイブリダイズしていないときは、プローブ分子内の塩基配列の相同性から、ステム・ループ構造を形成する。当該構造の形成により、蛍光色素とクエンチャー物質が互いに近い位置に配置される。当該配置によりFRET現象がおこり、ドナー色素の蛍光発光が抑制される。しかしながら、プローブが対応核酸とハイブリダイズすると、プローブの立体構造が変化し、ステム・ループ構造が壊れる。そうするとFRET現象が解消し、蛍光色素の蛍光発光が増大する。対応核酸の濃度は、測定系の蛍光色素の蛍光強度の増加量に比例する。実際の測定手順は前記Morrisonの方法と同様である。
【0070】
(4)Livakらの方法(US patent No.5,538,848)で代表される方法
一本鎖のオリゴヌクレオチドの末端部の異なった位置に一つのクエンチャー色素と一つのリポーター色素が標識されたプローブである。そして蛍光物質が標識されている個所とクエンチャー物質が標識されている個所の塩基鎖間でステムループ構造を形成することがない。当該プローブが対応核酸にハイブリダイズしていないときは、リポーター色素はクエンチャー色素の作用を受けて蛍光発色が抑制されているが、対応核酸にハイブリダイズするとその抑制が解除されて、リポーター色素の蛍光発色が増加するように設計されている。
実際の測定手順は、Morrisonらの方法と大体同様である。
【0071】
B)蛍光色素が特定の核酸塩基と相互作用して蛍光発光量を減少させる特性を利用したプローブを用いる方法
(1)KURATAらの方法(KURATA et al.,Nucleic acids Research,2001,vol.29,No.6 e34;EP 1 046 717 A9;特開2001-286300(P2001-286300A))で代表される方法(T.Horn, et al.,Nucleic acid Research,1997,25,4842-4849,1997;US Patent Application Publication No.US2001/0009760A1,Pub.Date:Jul.26,2001;US Patent No.6,140,054)
【0072】
一本鎖のオリゴヌクレオチドを一つの蛍光色素で標識した核酸プローブであるが、蛍光色素で標識した部位が対応核酸とハイブリダイズしたとき、当該標識した部位の塩基に対応する対応核酸の塩基若しくはその近傍に少なくとも一つのGが存在するか、又当該標識部位若しくはその近傍のプローブ核酸複合体にGCペアーが存在するように設計された核酸プローブである。当該プローブを対応核酸にハイブリダイズさせるとハイブリッド複合体の蛍光発光の強度がハイブリダイゼーション前に比較して顕著に減少する。測定系の蛍光強度の減少量が対応核酸の濃度に比例するので、対応核酸が測定できる。
実際の測定手順は、蛍光強度の減少値若しくは減少率を測定すること以外は、Morrisonらの方法と大体同様である。なお、この測定方法にはハイブリダイゼーション反応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反応を効率よく行わせるためのヘルパープローブを添加して測定してもよい。
【0073】
C)その他の方法
1)Davisらの方法(Davis et al.,Nucleic acids Res.,24:702-706,1996)で代表される方法
オリゴヌクレオチドの3’末端に蛍光色素を、炭素原子18個を有するスペーサーを介して結合したプローブを用いて対応核酸を測定するものである。当該プローブを対応核酸にハイブリダイズさせると、当該色素を直接に3’末端に結合させたプローブを使用した場合より、10倍の蛍光強度になる。
【0074】
2)HORNらの方法(US Patent Application Publication No.US2001/0009760A1,Pub.Date:Jul.26,2001)で代表される方法
一本鎖のオリゴヌクレオチドからなるプローブであるが、一端にBODIPY色素で標識されているものでる。両端部の一部の塩基配列が相互にハイブリダイズするように設計されている。測定系において、対応核酸が存在していないときは、両端部がハイブリダイズして、一つのループを形成している。そして、蛍光色素の発光は抑制されている。ところが、対応核酸が存在すると、このプローブは対応核酸にハイブリダイズするために前記ループ形状が壊れてしまう。そして、蛍光色素が発光するので、その蛍光強度を測定することにより、対応核酸の濃度と決めることができる。
【0075】
II.本発明の核酸プローブとそれを用いる方法の例
以下に要約する。
1)本願発明方法A
i)蛍光色素で標識された核酸プローブを用いて対応核酸を測定する方法において、少なくとも一種以上の対応核酸が存在する測定系に、当該対応核酸にハイブリダイズし、かつ発光蛍光色の異なる核酸プローブを、対応核酸の数と少なくとも同数、存在させ、ハイブリダイゼーション反応及び/又は核酸増幅反応を行い、核酸プローブ種の数と少なくとも同数の波長種で、ハイブリダイゼーション前後における核酸プローブの蛍光強度の変化又はプラスの変化量の増加を測定し、対応核酸の濃度又は増幅前の核酸濃度若しくはコピー数を測定する核酸の新規測定方法である。
【0076】
ii)核酸プローブが、対応核酸にハイブリダイズする一本鎖のオリゴヌクレオチドに蛍光色素(ドナー色素)及びクエンチャー色素を標識してなる核酸プローブであって、当該核酸プローブが対応核酸にハイブリダイズしているときはハイブリダイゼーション反応系の蛍光強度が増加するように、蛍光色素(ドナー色素)とクエンチャー色素が当該オリゴヌクレオチドに標識され、かつ蛍光色素(ドナー色素)が標識されている個所とクエンチャー色素が標識されている個所の塩基鎖間でステム・ループ構造を形成することがないオリゴヌクレオチドから構成されている核酸プローブを用いる前記i)に記載の核酸の新規測定方法。
【0077】
iii)前記ii)に記載の核酸プローブが更に次の少なくとも何れか1項に記載の特質を有するものである。
(1)蛍光色素(ドナー色素)及びクエンチャー色素が一本鎖のオリゴヌクレオチドの同一塩基の個所に標識されている。
(2)蛍光色素(ドナー色素)及びクエンチャー色素が標識されている一本鎖のオリゴヌクレオチドの塩基の個所が3’末端又は5’末端である。
(3)蛍光色素(ドナー色素)が標識されている個所の塩基とクエンチャー色素が標識されている個所の塩基の距離が、塩基数にて、1〜20、又は、{(3から8の任意の整数)+10n}(ただし、nは0を含む整数)である。
【0078】
(4)蛍光色素(ドナー色素)又はクエンチャー色素が、オリゴヌクレオチドの5’末端又は3’末端に標識され、対応するクエンチャー色素又は蛍光色素が鎖中に標識されている。
(5)蛍光色素(ドナー色素)又はクエンチャー色素がオリゴヌクレオチドの5’末端に標識され、かつ対応するクエンチャー色素又は蛍光色素が5’末端から6〜8番目の塩基に標識されている。
(6)一本鎖のオリゴヌクレオチドが、対応核酸と同鎖長である。
(7)核酸プローブの5’末端又は/及び3’末端のリン酸基が蛍光色素(ドナー色素)で標識されている。
【0079】
(8)核酸プローブを標識している蛍光色素(ドナー色素)が、テキサスレッド(Texas red)、EDANS(5-(2'-aminoethyl)aminonaphthalene-1-sulfonic acid)、テトラメチルローダミン(tetramethylrhodomine)もしくはその誘導体、FITC若しくはその誘導体、ボデピー(BODIPY)FL、ボデピー(BODIPY)R6G、ボデピー(BODIPY)TMR、ボデピー(BODIPY)TR、又は6−TAMURAの少なくとも何れかである。
【0080】
(9)核酸プローブを標識しているクエンチャー色素が、Dabcyl(4-(4'-dimethylaminophenylazo)benzoic acid)、Ferrocene又はその誘導体、methyl viologen、N,N'-dimethyl-2,9-diazopyreniumの少なくとも何れかでる。
尚、上記の核酸測定方法に用いられる核酸プローブにおいて、一種の核酸プローブに標識されている蛍光色素(ドナー色素)及びクエンチャー色素は、各々一種づつであり、オリゴヌクレオチドの標識箇所は各々少なくとも一箇所である。
【0081】
2)本願発明方法B
i)核酸測定方法が、少なくとも一種以上の対応核酸が存在する測定系において、当該対応核酸にハイブリダイズし、かつ発光蛍光色の異なる核酸プローブを対応核酸種の数と少なくとも同数存在させ、当該核酸プローブと対応核酸をハイブリダイズさせた後、核酸プローブ種の数と少なくとも同数の波長で、ハイブリダイゼーション前後における核酸プローブの蛍光強度の変化又はマイナスの変化量の増大を測定することを特徴とする核酸の新規測定方法。
【0082】
ii)核酸プローブが、FRET現象を引き起こす蛍光色素ペアーすなわちドナー色素になり得る蛍光色素(ドナー色素)とアクセプター色素になり得る蛍光色素(アクセプター色素)のペアーを少なくとも1ペアを形成するように複数種の蛍光色素で標識された一本鎖のオリゴヌクレオチドからなる核酸プローブにおいて、当該プローブが対応核酸にハイブリダイズしたときに、クエンチャープローブの非存在下にアクセプター色素のハイブリダイゼーション前後における蛍光強度の変化又は変化量がマイナスに増大するように塩基配列が設計され、かつ前記色素が標識されているものである前記i)に記載の核酸の新規測定方法。
【0083】
iii)核酸プローブが対応核酸にハイブリダイズしたときに、クエンチャー核酸プローブの非存在下において、ドナー色素及びアクセプター色素の蛍光強度の変化又は変化量がマイナスに増大する核酸プローブである前記(2)に記載の核酸プローブを用いる前記i)又は前記ii)に記載の核酸の新規測定方法。
【0084】
iv)前記ii)又はiii)に記載の核酸プローブが更に次の少なくとも何れか1項に記載の特質を有する核酸プローブを用いる前記i)に記載の核酸の新規測定方法。。
(1)核酸プローブを標識している色素がドナー色素となり得る蛍光色素でBODIPY FL、BODIPY 493/503、5-FAM、Tetramethylrhodamine、又は6-TAMRAの少なくとも一種である。
(2)核酸プローブがドナー色素とアクセプター色素の一対の色素ペアーで標識されている。
【0085】
(3)核酸プローブが、その末端部においてドナー色素或いはアクセプター色素で標識されており、当該核酸プローブが対応核酸にハイブリダイズしたとき、当該プローブ内のドナー色素或いはアクセプター色素で標識された塩基から1ないし3塩基離れて(この場合、末端塩基を1塩基と計数するものとする。以下の発明においても同様である。)、対応核酸の塩基配列にG(グアニン)が少なくとも1塩基存在するように、当該ローブの塩基配列が設計されている。
【0086】
(4)核酸プローブが、対応核酸にハイブリダイゼーションしたとき、ドナー色素標識部においてプローブ−核酸ハイブリッド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。
【0087】
(5)ドナー色素が核酸プローブの5’末端部(5’末端を含む。)を標識している。
(6)ドナー色素が核酸プローブの3’末端部(3’末端を含む。)を標識している。
(7)核酸プローブの5’末端塩基がG又はCで、かつ5’末端がドナー色素で標識されている。
(8)核酸プローブの3’末端塩基がG又はCで、かつ3’末端がドナー色素で標識されている。
(9)アクセプター色素が核酸プローブの5’末端部(5’末端を含む。)を標識している。
【0088】
(10)アクセプター色素が核酸プローブの3’末端部(3’末端を含む。)を標識している。
(11)核酸プローブの5’末端塩基がG又はCで、かつ5’末端がアクセプター色素で標識されている。
(12)核酸プローブの3’末端塩基がG又はCで、かつ3’末端がアクセプター色素で標識されている。
(13)核酸プローブの塩基配列が、当該プローブが対応核酸と結合した際に、プローブ内のドナー色素あるいはアクセプター色素で標識された塩基から、1ないし3塩基離れて、対応核酸の塩基配列にG(グアニン)が少なくとも1塩基存在するように設計されている。
【0089】
v)蛍光色素で標識された一本鎖のオリゴヌクレオチドからなる核酸プローブであって、当該核酸プローブが対応核酸にハイブリダイゼーションしたときに、前記蛍光色素が、クエンチャープローブ若しくはクエンチャー色素の非存在下にその蛍光強度の変化又は変化量がマイナスに増大し、かつ、当該プローブは、その末端部において前記蛍光色素で標識されており、当該核酸プローブが当該末端部において対応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対応核酸の末端塩基から1ないし3塩基離れて、対応核酸の塩基配列に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核酸プローブを用いる前記i)に記載の核酸の新規測定方法。
【0090】
vi)前記v)に記載の核酸プローブが次項の少なくとも何れか1項に記載の特質を有する核酸プローブを用いる前記i)に記載の核酸の新規測定方法。
(1)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。
(2)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。
【0091】
vii)蛍光色素で標識された一本鎖のオリゴヌクレオチドからなる核酸プローブであって、当該核酸プローブが対応核酸にハイブリダイゼーションしたときに、上記蛍光色素が、クエンチャープローブの非存在下に蛍光強度の変化又は変化量がマイナスに増大する核酸プローブであり、かつ、当該プローブは、その末端部において前記蛍光色素で標識されており、当該核酸プローブが、前記対応核酸にハイブリダイゼーションしたとき、当該末端部分においてプローブ−核酸ハイブリッド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核酸プローブを用いる前記i)に記載の核酸の新規測定方法。
【0092】
viii)前記vii)に記載の核酸プローブが次項の少なくとも何れか1項に記載の特質を有する核酸プローブを用いる前記i)に記載の核酸の新規測定方法。
(1)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。
(2)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。
【0093】
(3)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、又は3’末端のリボースの2’炭素の水酸基がリン酸化されている。
(4)核酸プローブの5’末端又は/及び3’末端のリン酸基が蛍光色素で標識されている。
【0094】
ix)蛍光色素で標識された一本鎖のオリゴヌクレオチドからなる核酸プローブであって、対応核酸にハイブリダイゼーションしたときに、上記蛍光色素が、クエンチャー核酸プローブの非存在下に蛍光強度の変化又は変化量がマイナスに増大する核酸プローブであり、かつ、当該プローブは、5’末端のリン酸基あるいは3’末端のOH基以外の部分で前記蛍光色素にて標識されており、当該核酸プローブが、前記対応核酸にハイブリダイゼーションしたとき、当該標識部分においてプローブ−核酸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核酸プローブを用いる前記i)に記載の核酸の新規測定方法。
【0095】
本発明においては、前記の公知の各種の方法、本願発明方法A及びBの方法を本発明の核酸の新規測定方法に適用するために、前記の核酸プローブを、少なくとも一種の蛍光色素(ドナー色素、アクセプター色素をも含めて、本発明に利用できる蛍光色素。)で標識された一種の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブにする必要がある。又、測定系に添加する核酸プローブは、即ち標的核酸プローブ、内部標準核酸プローブは各々少なくとも一種である。
【0096】
なお、本発明において、「ハイブリダイゼーション前後における核酸プローブの蛍光強度の変化又はマイナスの変化量の増加を測定する」とは、一例を挙げると、ハイブリダイゼーション前後における核酸プローブの蛍光強度の測定値のマイナスの差、又、ハイブリダイゼーション反応系の時間を関数とする蛍光強度のマイナスの変化率などをいう。又、PCRにおいては、反応サイクルを関数とする蛍光強度の変化若しくは変化率などをいう。「蛍光強度の変化又はマイナスの変化量が増大する」とは、この場合の最も簡単な例は、測定系の蛍光強度の減少量が増大する場合を挙げることができる。
【0097】
例えば、前記Morrisonらの方法(Morrison et al.,Anal. Biochem.,183:231-244(1989))におけるクエンチャープローブような核酸プローブを使用しないで、核酸プローブの発光に由来する測定系の、ハイブリダイゼーション後における蛍光強度の変化(例えば、減少)の測定値、又ハイブリダイゼーション反応中の時間を関数とする蛍光強度の減少率を測定するという意味である。又PCRにおいては反応サイクルを関数とする蛍光強度の変化率(例えば、減少率)を測定するという意味である。又、クエンチャープローブ、クエンチャー核酸プローブなる用語の意味は核酸プローブに作用して核酸プローブの発光を抑制する核酸プローブのことであり、前記Morrisonらの方法におけるクエンチャープローブのような核酸プローブのことをいう。
【0098】
1)本発明方法Aに用いられる核酸プローブについて、以下詳しく述べる。
本プローブの特徴は、対応核酸にハイブリダイズしていないときは、蛍光色素の発光が、クエンチャー色素により、阻害されているが、ハイブリダイズしているときは、その阻害が解除され、蛍光強度が変化(例、増加)するプローブである。
【0099】
本発明において蛍光物質とは、一般に核酸プローブに標識して、核酸の測定・検出に用いられている蛍光色素の類である。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、6-joe、EDANS、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(ボデピー(BODIPY)は商標名、FLは商品名;モレキュラー・プローブ(Molecular Probes)社製、米国;以下同様)、ボデピー(BODIPY)FL/C3、ボデピー(BODIPY)FL/C6、ボデピー(BODIPY)5-FAM、ボデピー(BODIPY)TMR、又はその誘導体(例えば、ボデピー(BODIPY)TR)、ボデピー(BODIPY)R6G、ボデピー(BODIPY)564、ボデピー(BODIPY)581、6-TAMURA等を挙げることができる。これらの中でも、FITC、EDANS、テキサスレッド、6-joe、TMR、Alexa 488、Alexa 532、ボデピー(BODIPY)FL/C3、ボデピー(BODIPY)R6G、ボデピー(BODIPY)FL、Alexa532、ボデピー(BODIPY)FL/C6、ボデピー(BODIPY)TMR、5-FAM、ボデピー(BODIPY)493/503、ボデピー(BODIPY)564、ボデピー(BODIPY)581、6-TAMURA、Cy3、Cy5、Texas red、x-Rhodamine等を好適なものとして挙げることができる。
【0100】
クエンチャー物質とは、前記蛍光物質に作用して、その発光を抑制もしくは消光する物質である。例えば、Dabcyl、QSY7(モルキュラー・プローブ)、QSY33(モルキュラー・プローブ)、Ferrocene又はその誘導体、methyl viologen、N,N'-dimethyl-2,9-diazopyreniumなど、好適にはDabcylなどを挙げることができる。
前記のような、蛍光物質及びクエンチャー物質を、オリゴヌクレオチドの特定の位置に標識することにより、蛍光物質の発光は、クエンチャー物質によりクエンチング効果を受ける。
【0101】
本発明において、本発明の核酸プローブを形成し、蛍光物質が標識されている個所とクエンチャー物質が標識されている個所の塩基鎖間でステム・ループ構造を形成することのない一本鎖のオリゴヌクレオチドとは、蛍光物質が標識されている個所とクエンチャー物質が標識されている個所の塩基鎖間で、少なくとも2か所以上の個所の塩基配列の相補性から、自己鎖中において2重鎖を形成し、ステム・ループ構造を形成することのないオリゴヌクレオチドのことを云う。
【0102】
本発明の核酸プローブが対応核酸にハイブリダイズしているときは、ハイブリダイゼーション反応系の蛍光強度が変化(例、増加)するように、蛍光物質とクエンチャー物質を、本発明のオリゴヌクレオチドに標識するには、以下のように行えばよい。蛍光物質が標識されている個所の塩基とクエンチャー物質が標識されている個所の塩基の距離は、塩基数にしてゼロすなわち蛍光物質及びクエンチャー物質が一本鎖のオリゴヌクレオチドの同一のヌクレオチドの個所に標識するか、又は、塩基数にて1〜20、又は、{(3から8の任意の整数)+10n}(ただし、nは0を含む整数)である。好ましくは、一本鎖のオリゴヌクレオチドの同一のヌクレオチドの個所、又は、3〜8若しくはそれらの中の任意の数に10を加算したものである。より好ましくは一本鎖のオリゴヌクレオチドの同一のヌクレチドの個所、又は、3〜8である。このように、各物質をオリゴヌクレオチドに標識するのがよい。しかしながら、塩基の間隔は、プローブの塩基配列、標識に用いる蛍光物質とクエンチャー物質、それらをオリゴヌクレオチドに結合させるリンカーの長さなどに強く依存する。それで、塩基間隔を完全に特定するのはむずかしく、前記の塩基間隔はあくまでも一般的例であり、例外的なものが多い。
【0103】
標識する個所は、一本鎖のオリゴヌクレオチドの同一ヌクレオチドの個所に標識する場合、一方を塩基に、他方を塩基以外の部分、すなわちリン酸部、又はリボース部もしくはデオキシリボース部に標識するのが好適である。なお、この場合、3’末端部又は5’末端部に標識するのが好適である。
【0104】
又は、蛍光物質とクエンチャー物質を標識する塩基の距離を前記のようにした場合、各物質をオリゴヌクレオチドの鎖中に標識してもよく、又一方をオリゴヌクレオチドの5’末端又は3’末端に標識し、対応する他の物質を鎖中に標識してもよい。好ましくは蛍光物質又はクエンチャー物質をオリゴヌクレオチドの5’末端又は3’末端に、対応するクエンチャー物質又は蛍光物質をそれらの末端から、上記の塩基数の間隔をおいて標識するのがよい。この場合、3’末端部、又は5’末端部に標識するとき、塩基、リン酸部、又はリボース部もしくはデオキシリボース部に、好ましくはリン酸部、リボース部もしくはデオキシリボース部に、より好ましくはリン酸部に標識するのがよい。又鎖中に標識する場合は、鎖中の塩基に標識するのが好適である。
【0105】
2)本願発明方法Bのi)〜iii)の核酸測定方法に用いられる核酸プローブについて以下詳しく述べる。
本発明においてドナー色素となり得るドナー色素とは、少なくとも、a.特定波長で励起され、特定波長で発光する、b.発光エネルギーを特定の色素(アクセプター色素になり得る色素)に転移することができる、c.核酸プローブが対応核酸とハイブリダイズしたときに生ずるGC塩基対の複合体(GC塩基対の水素結合体)(以下簡便のため、GC水素結合体という場合もある。)が、ドナー色素の近旁に存在するときは当該塩基対の方へエネルギーを転移することができる、などの条件を充たすものと定義される。すなわち、この条件を充たす色素であればどのようなものでもよい。一般に、FRET現象においてドナー色素となり得る色素で、それ自体を単独で標識した核酸プローブが対応核酸にハイブリダイズしたときにプローブの蛍光強度が変化(例、減少)するものが好適に用いられる(Nucleic Acid、29巻、No.6 e34、2001年)。
【0106】
用いられる色素は、具体的には、前記本発明Aに用いられる色素と同様であるが、その中でも好適なドナー色素として、BODIPY FL、BODIPY FL系の前記色素、BODIPY 493/503)、5-FAM、ボデピー(BODIPY)5-FAM、Tetramethylrhodamine、6-TAMRAなどを、より好適なものとして、BODIPY FL、BODIPY 493/503、5-FAM、Tetramethylrhodamine、6-TAMRAなどを挙げることができる。しかしながら、本発明において、これらの例示に限定されるものではない。
【0107】
又、アクセプター色素は一般にFRET現象において、ドナー色素との対において、アクセプター色素となり得る色素、すなわち、ドナー色素からエネルギー転移を受け得る(言葉を換えるとドナー色素に対してクエンチング(消光作用)作用をする)色素であればどのようなものでもよい。そして、対を形成するドナー色素の種類に依存する。強いて例示するならば、BODIPY FL、BODIPY FL系の前記色素、BODIPY 493/503、5-FAM、ボデピー(BODIPY)5-FAM、Tetramethylrhodamine、6-TAMRAなどをドナー色素とするならば、ローダミン(rhodamine)X、BODIPY 581/591などをアクセプター色素とすることができる。しかしながら、本発明において、これらの例示に限定されるものではない。
【0108】
好ましい核酸プローブの構造は、その末端部においてドナー色素で標識されており、当該核酸プローブが当該末端部において対応核酸にハイブリダイズしたとき、当該プローブにハイブリダイズした対応核酸の末端塩基から1ないし3塩基離れて、対応核酸の塩基配列にC(シトシン)又は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ことである。
【0109】
より好ましくは、核酸プローブが、対応核酸にハイブリダイゼーションしたとき、ドナー色素標識部においてプローブ−核酸ハイブリッド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ことである。
特に好適には、ドナー色素標識部位はG(グアニン)又はC(シトシン)塩基か、又はその塩基を有するヌクレオチドのリン酸基、又はリボースのOH基である。
【0110】
ドナー色素及びアクセプター色素の標識部位は、ドナー色素又はアクセプター色素が核酸プローブの5’末端部において、塩基、リン酸部又はデオキシリボース部、又はリボース部を標識しているときに、アクセプター色素又はドナー色素が核酸プローブの鎖中もしくは3’末端部(3’末端塩基を含む。)である。又、ドナー色素が核酸プローブの3’末端部において、塩基、リン酸部又はデオキシリボース部、又はリボース部を標識しているときに、ドナー色素又はアクセプター色素が核酸プローブの鎖中もしくは5’末端部(5’末端塩基を含む。)である。末端部を標識する場合には、両者の色素で、標識してもよい。すなわち、例えば、両者の一方で、リン酸部を標識し、他方でデオキシリボース部又はリボース部、又は塩基部を標識してもよい(例えばドナー色素とアクセプター色素の標識部塩基間距離が0の場合(下記に記述した。))。又、側鎖を有するスーペサーを用いて、一本のスーペサーに両者を結合させてもよい。本発明においてはドナー色素、アクセプター色素共に鎖中を標識しておいても前記の条件さえ充たせばよいことは勿論である。
前記各部位における蛍光色素の結合位置は、OH基、又はアミノ基にスペサーを介して結合させるのが好適である。
【0111】
ドナー色素とアクセプター色素の標識部塩基間距離は、本質的にはドナー色素とアクセプター色素の色素ペアーの種類に依存するが、一般的には0〜50塩基、好ましくは0〜40塩基、より好ましくは0〜35塩基、特に好ましくは0〜15塩基である。50塩基を越えると、FRET現象が不安定になる。15〜50塩基では、アクセプター色素の蛍光強度は変化(例、減少)するが、ドナー色素の蛍光強度も変化(例、増加)する場合がある。すなわち、核酸プローブが対応核酸にハイブリダイズしたとき、核酸プローブの立体構造が変化する場合がある。そしてその変化により核酸プローブの色素間のFRET現象が解消する場合が出てくる。ドナー色素に対するアクセプター色素のクエンチング作用(消光作用)とドナー色素に対するGCの水素結合体のクエンチング(quenching)作用の大小に依存して、ドナー色素の蛍光強度がハイブリダイゼーション前より増加したり、減少したりする。GCの水素結合体のクエンチング作用の方が大きいときは減少するが、小さいときは増加する場合がある。
【0112】
それで、本発明のプローブの好ましい形態は、ドナー色素とアクセプター色素の標識部が塩基間距離を有し、ドナー色素がBODIPY FL、BODIPY 493/503、5-FAM、Tetramethylrhodamine、又は6-TAMRAで、又アクセプター色素が6-TAMRA、BODIPY 581/591、X−ローダミンで、5’末端塩基がG又はCで、かつ5’末端がドナー色素或いはアクセプター色素で標識されているものか、又は、核酸プローブの3’末端塩基がG又はCで、かつ3’末端がドナー色素或いはアクセプター色素で標識されているものである。特に好ましい形態は、色素標識部位に対応する対応核酸の塩基がGであるものである。この場合、色素標識部位の塩基が必ずしもCである必要はない。
【0113】
本発明の核酸測定用の新規な核酸プローブの構造は上記の通りである。このような構造になっていると、励起されたドナー色素のエネルギーは対応核酸にハイブリダイズしていないときは、アクセプター色素に転移するので、アクセプター色素が発光して、強い蛍光強度を有している。それで、ドナー色素は発光が抑制されているので、蛍光強度は低いレベルに保たれている。ところが、核酸プローブが対応核酸にハイブリダイズすると、ドナー色素或いはアクセプター色素のエネルギーはプローブ−核酸ハイブリッド複合体により生ずるGCの水素結合体若しくは対応核酸のGの方に転移する。
【0114】
なお、本発明の核酸プローブは、対応核酸にハイブリダイズしたときに、核酸プローブの発光の蛍光強度が、ハイブリダイゼーション前に較べて著しく減少する。又、本発明において一種類のドナー色素に複数のアクセプター色素の組み合わせができるので、その組み合わせの数の核酸プローブができる。しかも前記性質を有している。
【0115】
実際の核酸測定においては、アクセプター色素の蛍光強度の減少を測定することになるので、一つの励起波長で多種類の核酸プローブを同時に使用できることになる。そのことは、同一測定系内に多種類の対応核酸が存在する場合に、このような核酸プローブを同時に添加すれば、一つの励起波長で多種類の核酸を同時に測定できることになる。すなわち、単純な装置でで多種類の核酸を同時に測定できることになる。
なお、上記i)〜iii)に記載の核酸測定方法に用いられる核酸プローブにおいて、一つの核酸プローブに標識されている蛍光色素及びクエンチャー色素は各々一種づつであり、オリゴヌクレオチドの標識箇所は各々少なくとも一箇所である。
【0116】
3)本願発明方法Bのv)〜ix)の核酸測定方法に用いられる核酸プローブについて以下詳しく述べる。
前記のKURATAらの方法で代表される方法で用いられる核酸プローブである。
本核酸プローブの特徴は、少なくとも一種の蛍光色素で標識された一本鎖のオリゴヌクレオチドからなるものであり、対応核酸にハイブリダイズさせると、クエンチャープローブ若しくはクエンチャー色素の非存在下(測定系に当該クエンチャープローブを存在させないで)においても、すなわちクエンチャー色素との相互作用なしに、核酸プローブの蛍光強度が変化(例、減少)する性質を有する。
原理的には、核酸プローブの発光エネルギーがプローブと対応核酸のGCペア(水素結合複合体)、特に対応核酸のGに移行して、発光が抑制される現象に基づくものである。
【0117】
本発明のプローブの塩基数は前記発明と同様である。そのプローブの塩基配列は、対応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、核酸プローブが蛍光色素で標識されており、かつ対応核酸にハイブリダイズしたとき、
(1)蛍光標識した塩基から1ないし3塩基離れて、対応核酸の塩基配列に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塩基配列、
(2)当該プローブにハイブリダイズした対応核酸の末端塩基部から1ないし3塩基離れて、対応核酸の塩基配列に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、
【0118】
(3)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、又は蛍光色素標識部位の対応核酸の塩基がGであ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、
(4)5’末端リン酸基、3’末端0H基以外の部分において蛍光色素で標識されたプローブにおいては、蛍光色素で標識された部分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、又は蛍光色素標識部位の対応核酸の塩基がGであ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。
【0119】
オリゴヌクレオチドに標識する蛍光色素は前記同様である。前記記載の中でも、FITC、EDANS、テキサスレッド(Texas red)、6-joe、TMR、x-rhodamine、Cy3、Cy5、Alexa 488、Alexa 532、5-FAM、ボデピー(BODIPY)FL、ボデピー(BODIPY)493/503、ボデピー(BODIPY)R6G、ボデピー(BODIPY)564、ボデピー(BODIPY)581、ボデピー(BODIPY)FL/C3、ボデピー(BODIPY)FL/C6、ボデピー(BODIPY)TMR、6-TAMURA等を好適なものとして、その中でも、特に、5-FAM、ボデピー(BODIPY)493/503、ボデピー(BODIPY)FL、6-joe、TMR、6-TAMURAなどをより好適なもの(蛍光強度減少率が60%以上を有する。)として挙げることができる。
オリゴヌクレオチドに蛍光色素を標識する方法は、前記発明と同様である。
又、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))。
【0120】
好ましいプローブの形態は、3’又は5’末端が蛍光色素で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、又は蛍光色素標識部位の対応核酸の塩基がG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、又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。
又、プローブ鎖内の塩基、特にC、又はGを修飾しても良い。
なお、上記v)〜ix)に記載の核酸測定方法に用いられる核酸プローブにおいて、一つの核酸プローブに標識されている蛍光色素は少なくとも一種であり、標識箇所は少なくとも一箇所である。
【0121】
本発明の核酸測定方法A及びBに使用される核酸プローブ(以下、簡便化のためは、各々を核酸プローブA又は核酸プローブBという場合がある。)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で構成されていてもよい。又、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。
【0122】
前記の化学的修飾を受ける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もしくは末端リン酸基、又は鎖中のヌクレオシドリン酸部位、ピリミジン環の5位の炭素、及びヌクレオシドの糖(リボースもしくはデオキシリボース)部位を挙げることができる。好適にはリボースもしくはデオキシリボース部位を挙げることができる。
【0123】
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。又市販されている核酸合成機を使用して合成するのが好適である(例えば、ABI394(Perkin Elmer社製、USA))。
【0124】
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蛍光色素で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。
【0125】
又、オリゴヌクレオチドの3’末端塩基も標識できる。
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。又、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蛍光色素で標識したオリゴヌクレオチドを合成できる。
【0126】
又、オリゴヌクレオチドの鎖中塩基も標識できる。
塩基のアミノ基又はOH基を5’又は3’末端の方法と同様にして本発明の色素で標識すればよい(ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 225、32-38頁(1998年))。
アミノ基に導入する場合、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。
このようにして合成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。
【0127】
本発明の内部標準プローブとは、前記の核酸プローブの形態のものを利用しているもので、以下のような特質を有するものである:
1)少なくとも一種以上の蛍光色素で標識されている。
2)内部標準核酸プローブが、一定条件下で内部標準核酸とのみハイブリダイズし、標的核酸とハイブリダイズしない配列を有する。
3)内部標準核酸とハイブリダイズすることによる、標識された蛍光色素の蛍光強度が変化若しくは変化量が、標的核酸プローブが標的核酸とハイブリダイズすることにより生ずる、標的核酸プローブに標識された蛍光色素の蛍光強度の変化若しくは変化量とは明瞭に識別可能である。
【0128】
4)(1)内部標準核酸プローブが、標的核酸とプローブ・核酸複合体を形成する場合:
内部標準核酸の塩基配列が、内部標準核酸プローブと内部標準核酸とのプローブ・核酸複合体のTm値が、内部標準核酸プローブと標的核酸とのプローブ・核酸複合体のTm値に比較し、3℃以上、好ましくは6℃以上、より好ましくは10℃以上の差を有するものである。
(2)標的核酸プローブが、内部標準核酸とプローブ・核酸複合体を形成する場合:
内部標準核酸の塩基配列が、当該プローブ・核酸複合体のTm値が、標的核酸プローブと標的核酸とのプローブ・核酸複合体のTm値に比較し、3℃以上、好ましくは6℃以上、より好ましくは6℃以上の差を有するものである。
【0129】
又、標的核酸プローブとは、標的核酸に特異的にハイブリダイズする塩基配列を有するもので、内部標準核酸には特異的にハイブリダイズしない塩基配列を有するものである。
同様に、内部標準核酸プローブとは、内部標準核酸に特異的にハイブリダイズする塩基配列を有するもので、標的核酸には特異的にハイブリダイズしない塩基配列を有するものである。
本発明においては、上記のプローブが、一種の標的核酸若しくは内部標準核酸に対して少なくとも一種用いられる。
内部標準核酸、内部標準核酸プローブ、標的核酸、標的核酸プローブは前記のようなものである。これらのことは、後記の核酸増幅方法を用いる核酸の測定方法においても、同様である。しかしながら、これは一例であり、本発明はこれらの例示に限定されるものではない。
【0130】
本発明は前記のような、少なくとも一種の標的核酸プローブ及び/又は少なくとも一種の内部標準核酸プローブを、少なくとも一種の、既知濃度の内部標準核酸と伴に、少なくとも一種の標的核酸を含む測定系に添加し、ハイブリダイゼーション反応を行わせ、測定系若しくはハイブリダイゼーション反応系の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブに標識された蛍光色素の蛍光強度の変化若しくは変化量を、少なくとも一種の波長で測定して、当該測定値及び内部標準核酸の濃度から、標的核酸濃度を測定するものである。
本発明ににおいて、測定系若しくはハイブリダイゼーション反応系は、溶液系、固体系を問わない。
【0131】
ハイブリダイゼーション反応の条件は、通常の公知の条件で行ってもよい。特に温度については、好適には実施例1に示されているように、次の手順の実験を行って、好適な温度条件を求めるのがよい:
(1)標的核酸と標的核酸プローブ若しくは内部標準核酸プローブの解離曲線を求める。
(2)内部標準核酸と内部標準核酸プローブ若しくは標的核酸プローブの解離曲線を求める。
(3)上記の解離曲線から、標的核酸と標的核酸プローブがハイブリダイズしているが、標的核酸と内部標準核酸プローブのプローブ・核酸プローブ複合体が解離している温度、及び内部標準核酸と内部標準核酸プローブがハイブリダイズしているが、内部標準核酸と標的核酸のプローブ・核酸プローブ複合体が解離している温度を求める。そして、両者の共通の温度がハイブリダイゼーションの温度である。
緩衝液、金属イオン等は通常の公知の条件でよい。
【0132】
前記の「変化量」とは、より具体的に例示すると以下のようである。標的核酸と標的核酸プローブ若しくは内部標準核酸と内部標準核酸プローブとのハイブリダイゼーション前後の測定系におけるある特定の測定波長での蛍光強度の差又は蛍光強度の変化率をいう。この場合の測定波長は、少なくとも一種以上である。これは一つの核酸プローブを標識している一つの蛍光色素について、少なくとも一種以上の波長で測定するという手順から来ている。
蛍光強度の変化率とは、ハイブリダイゼーション反応開始後の時間を関数とする反応開始前の蛍光強度に対する蛍光強度の変化量、変化率、又、PCRにおけるサイクル数を関数とする反応開始前の蛍光強度値に対する反応開始後の蛍光強度の変化率のことをいう。
【0133】
「標的核酸プローブと標的核酸とのハイブリダイゼーションにより生じる標的核酸プローブの蛍光キャラクターの変化又は変化量、内部標準核酸プローブと内部標準核酸とのハイブリダイゼーションにより生じる内部標準核酸プローブの蛍光強度の変化又は変化量及び内部標準核酸の添加量から、標的核酸を測定する」とは、例えば、既知濃度の内部標準核酸の量又は濃度と、内部標準核酸プローブが内部標準核酸とハイブリダイゼーションしたときの内部標準核酸プローブの蛍光強度の変化若しくは変化量との関係を、目視可能なようにグラフ化しておくか、又は数学的関係式にしておき、標的核酸プローブの蛍光強度変化若しくは変化量をグラフ又は関係式に挿入して標的核酸の量又は濃度を決めることを言う。又は前記グラフ又は関係式から標的核酸の量又は濃度を決める手順を、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録しておいて、標的核酸と標的核酸プローブがハイブリダイズしたときの標的核酸プローブに由来する蛍光強度の変化若しくは変化量をコンピュータにインプットして標的核酸の量又は濃度を決めることを言う。
【0134】
具体的には、
1)先ず、核酸間のハイブリダイゼーション反応、核酸増幅反応(ここでは核酸プローブを用いた反応である。以下、同様)を阻害しないと見做される反応系(測定系)で、既知濃度の標的核酸、内部標的核酸と相応するプローブを添加し、各反応を行う。
2)ハイブリダイゼーション反応、核酸増幅反応に由来する反応系(測定系)の蛍光強度の変化量若しくは変化率を測定する。
3)各核酸濃度と当該蛍光強度の変化量若しくは変化率の関係をグラフ化若しくは数式化する。
4)少なくとも一種の標的核酸を含む未知試料、標的核酸プローブ、既知の各種濃度の内部標準核酸、内部標準核酸プローブを用いて、ハイブリダイゼーション反応、核酸増幅反応を行う。そして、反応系の標的核酸プローブ、内部標準核酸プローブに標識されている各蛍光色素に由来する、反応系の蛍光強度の変化量、変化率を測定、算出する。
【0135】
5)前記4)における内部標準核酸プローブの蛍光色素に由来する反応系の蛍光強度の変化量、変化率と内部標準核酸の濃度又は内部標準核酸の増幅前の濃度との関係をグラフ化若しくは数式化する。
6)前記3)で得られた内部標準核酸についてのグラフ、若しくは数式を、前記5)で得られたものと比較・検討する。差がない場合は前記3)で得られたグラフ若しくは数式がそのまま使用できる。差がある場合は、手動若しくはコンピュータにより、差の係数を算出する。
7)当該係数を用いて前記3)の標的核酸についてのグラフ若しくは数式を補正する。
8)当該補正したグラフ若しくは数式に前記4)で得られた標的核酸についての蛍光強度の変化量若しくは変化量を当てはめて、未知試料中の標的核酸の濃度若しくはコピー、又は標的核酸の増幅前の濃度若しくはコピー数を求める。
【0136】
なお、上記の標的核酸の濃度を求める方法には各種のバリエションがあり、上記の例に限定されるものではない。
例えば、未知試料に内部標準核酸の既知量を添加する。標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブを用いて、ハイブリダイゼーション反応を行う。各プローブに標識された蛍光色素の蛍光強度の変化量を測定する。内部標準核酸についてのこの変化量と内部標準核酸濃度の関係が、標的核酸にも適用できると見做す(なお、ハイブリダイゼーション阻害物若しくは多型が存在しない系で当該見做しが出来ることを確認しておく)。それで、前以て内部標準核酸についてのこの変化量と内部標準核酸濃度の関係式を当該未知試料を使用して求めておく。当該関係式から未知試料中の標的核酸の濃度を推定できる。
【0137】
本発明の特徴は、蛍光強度の測定には少なくとも一種以上の波長で行うことである。例えば、一つの測定系に標的核酸が一種存在する場合は、標的核酸とそれにハイブリダイズする標的核酸プローブの測定と内部標準核酸とそれにハイブリダイズする内部標準核酸プローブの測定を同時に行うため少なくとも二種の波長が必要になる。標的核酸が二種ある場合は、測定波長は少なくとも4波長になる。
【0138】
しかしながら、本発明においては、前記測定を必ずしも同時に行う必要はない。すなわち、内部標準核酸と内部標準核酸プローブ、又標的核酸と標的核酸プローブのハイブリダイゼーション時における各プローブの蛍光強度の変化若しくは変化量を測定する場合に、必ずしも同時に行わずに別々の測定系について行ってもよい。この場合は測定波長は少なくとも一種でよい。その測定が別々でも測定系には、標的核酸若しくは内部標準核酸が含まれているのが好ましい。勿論それらの核酸が含まれていなくとも本発明方法は実施できる。
【0139】
又、本発明において、一つの標的核酸に少なくとも一種のプローブを存在させてもよいということは、一つの標的核酸に複数種のプローブがハイブリダイズする塩基配列がそのハイブリダイズする領域が重複することなく、複数あってもよいということである。この場合は、プローブの種類だけ測定波長が増加することになる。
本発明において、測定条件は、前記の公知の条件でよく、標的核酸を測定する方法に応じてそれに適したように変化させればよい。
【0140】
次に本発明の第2発明を以下に述べる。
第2の発明は、少なくとも一種の標的核酸を含む測定系若しくは核酸増幅反応系に、前記した少なくとも一種の、既知濃度の内部標準核酸、少なくとも一種の標的核酸プローブ及び/又は少なくとも一種の内部標準核酸プローブを添加若しくは存在させて、核酸増幅方法により、標的核酸及び/又は内部標準核酸を増幅し、各核酸プローブに標識さている蛍光色素の蛍光強度の、各サイクルの核酸増幅反応前後の変化若しくは変化量をリアルタイムで測定して、当該測定値及び内部標準核酸の濃度から、標的核酸の増幅前の濃度若しくはコピーを測定する方法である。
【0141】
本発明でいう核酸増幅方法とは、インビトロ(in vitro)で核酸を増幅する方法のことをいう。
例えば、公知、未公知を問わない。例えば、PCR方法、定量的PCR方法、LCR方法(ligase chain reaction)、リアルタイムモニタリング定量的PCR方法(real time monitoring quantitative polymerase chain reaction assays)、TAS方法、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などの方法(蛋白質・核酸・酵素:35巻、17号、1990年、共立出版株式会社;実験医学、15巻、7号、1997年、羊土社;PCR法利用の手引き、矢崎義雄編、1998年、中外医学社)、ICAN(Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleic acids)方法、LAMP方法、NASRA方法、RCA方法、TAMA方法、UCAN方法等を全て含めるものとする。又、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。尚、融解曲線の解析もしくは分析する方法等をも含むとする。
【0142】
I)公知方法
一例として、PCR方法について説明する。
PCR方法には次のプローブの利用の仕方で以下の二つの場合に分けられる。
A)核酸プローブをPCRによる増幅産物に単にハイブリダイズさせて、蛍光強度の変化を単にシグナルとして利用する場合(Witwer et al.,US Patent No.6,174,670 B1;Livak et al.,US Patent No.5,538,848;KURATA et al.,Nucleic acids Research,2001,vol.29,No.6 e34;EP 1 046 717 A9;特開2001-286300(P2001-286300A)); US Patent No. 6,495,326)
【0143】
この場合、核酸プローブの用い方で、二つの場合に分けられる。
a)2本の核酸プローブを用いる方法
前記Morrisonらの方法(Morrison et al.,Anal.Biochem.,183:231-244,1989)、及びMergneyらの方法(Mergney et al.,Nucleic acid Res.,22:920-928,1994)で代表される方法である。即ち、ドナー核酸プローブとアクセプター核酸プローブを用いる方法である。
(a)Mergneyらの方法は、2本の核酸プローブが増幅核酸にハイブリダイズするものである。そして、アニーリング反応時の核酸プローブのアクセプタープローブの蛍光強度、と核酸伸長反応時にDNAポリメラーゼにより核酸プローブが分解されて、増幅核酸から遊離したアクセプター色素の蛍光強度を測定する。各サイクルのこの測定値の差をリアルタイムで測定する方法である。
(b)Morrisonらの方法:
構造、作用、測定は第1発明及び前記に記載した通りである。
【0144】
b)一本の核酸プローブを用いる場合
この場合も以下の3つの場合に分けられる。
(a)分子ビーコン(molecular beacon)方法(Tyagi et al.,Nature Biotech.,14:303-308,1996;Schofield et al.,Applied and Environ. Microbiol.,63:1143-1147,1997);ヘヤーピンプローブ(サンライズプローブ)(商品名:Amplifluor haipin primers:Amplifluor haipin primers;Nazarenko, I.A.,Bhatnagar,S.K.and Hohman,R.J.(1997)A closed tube format for amplification and detection of DNA based on energy transfer.Nucleic Acids Res.,25,2516-2521.);スコーピオンプローブ((Whitcombe,D.,Theaker,J.,Guy,S.P.,Brown,T.and Little,S.(1999)Detection of PCR products using self-probing amplicons and fluorescence.Nature Biotechnol.,17,804-807.)で代表されるプローブを使用する方法。
【0145】
一種のオリゴヌクレオチドに、ドナー蛍光色素とアクセプター蛍光色素が、当該オリゴヌクレオチドの異なった部位に標識されている。当該オリゴヌクレオチドの立体構造に基づいて双方の色素はFRET現象を引き起こしている。増幅核酸と遭遇すると、立体構造が壊れて増幅核酸にハイブリダイズする。立体構造変化により、色素間のFRETて現象が解消する。増幅核酸にハイブリダイズしている核酸プローブは前記同様の運命になる。そして前記同様に蛍光強度の差が測定される。
【0146】
(b)Livakらの方法(US patent No.5,538,848)で代表される方法
構造、作用、測定は第1発明及び前記に記載した通りである。
(c)KURATAらの方法(KURATA et al.,Nucleic acids Research,2001,vol.29,No.6 e34;EP 1 046 717 A9;特開2001-286300(P2001-286300A))で代表される方法(T.Horn, et al.,Nucleic acid Research,1997,25,4842-4849,1997;US Patent Application Publication No.US2001/0009760A1,Pub.Date:Jul.26,2001;US Patent No.6,140,054)で代表される方法である。
構造、作用、測定は第1発明及び前記に記載した通りである。
【0147】
B)前記の特定核酸プローブをPCRのプライマーとして利用する場合
KURATAらの方法(KURATA et al.,Nucleic acids Research,2001,vol.29,No.6 e34;EP 1 046 717 A9;特開2001-286300(P2001-286300A))による方法である。
一本鎖のオリゴヌクレオチドからなるプローブで、プローブの3’末端以外の部分、好適には5’末端側部、より好適には5’末端若しくは5’末端部を蛍光色素で標識し、3’末端のリボース又はデオキリボースの3’OH基をフリーにしておくプローブである。即ち当該プローブをPCRのプライマー(本発明においては、プラマープローブと呼称する場合もある。)として利用する方法である。増幅される対応核酸は蛍光色素で標識される。増幅核酸が変性された状態とプローブとハイブリダイズした状態のPCR測定(反応)系の蛍光強度の変化をリアルタイムでモニタリングする方法である。そして、前記と同様に、変化率のカーブから増幅前の対応核酸の濃度を決める方法である。
【0148】
II)本発明方法
本発明の方法A及びBに記載した核酸プローブを用いる方法である。
構造、作用、測定は第一発明及び前記に記載した通りであるので、ここでは省略する。
第2発明に用いることが、好適に出来る各種の核酸増幅方法は前記の通りである。そこで、本発明でいう標的核酸を増幅し、増幅前の標的核酸の濃度、若しくはコピー数を測定する方法とは、前記の核酸増幅方法に本発明の原理を適用する方法である。
【0149】
即ち、前記の核酸増幅において、測定系に少なくとも一種の標的核酸と既知量の内部標準核酸を少なくとも少なくとも一種を含み、且つ標的核酸プローブ若しくは内部標準核酸プローブを含むか、又は標的核酸プローブと内部標準核酸プローブとを合わせて少なくとも2種を含む測定系で、核酸増幅反応を行わせ、反応前後で、標的核酸と標的核酸プローブとのハイブリダイゼーションにより生じる標的核酸プローブに標識されている蛍光色素の蛍光強度の変化若しくは変化量を測定して、当該測定値及び内部標準核酸の添加量から、増幅前の標的核酸の濃度若しくはコピー数を測定する方法である。
【0150】
以下に、リアルタイム定量的PCR方法に適用する場合を例示する。
本発明のリアルタイム定量的PCR方法は、少なくとも一種の標的核酸及び既知濃度の内部標準核酸を含む測定系に、標的核酸プローブ又は/及び内部標準核酸プローブを添加して、標的核酸又は/及び内部標準核酸を増幅させ、増幅過程において、各プローブに標識されている蛍光色素の反応前後の測定系の蛍光強度の変化若しくは変化量をリアルタイムでモニタリング(測定)することを特徴とするものである。本発明のリアルタイム定量的PCRにおいて、標的核酸プローブ若しくは内部標準核酸プローブとして、前記した核酸プローブは、公知、本発明のものを問わず、どれでも好適に利用できるが、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及びそ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。即ち、単なるプローブしてでも、フォワード(forward)型プライマー、リバース(reverse)型プライマーのどちらに設計してもよい。
【0151】
そして、単なる核酸プローブ、又プライマーとしては、前記の公知の方法にもちられている各種の核酸プローブ、及び本発明の方法A及びBに記載した核酸プローブを好適に用いることが出来る。より好適には本発明の方法A及びBに記載した核酸プローブである。特にこのましいプローブは、本発明方法Bの前記v)〜ix)のものである。
なお、プライマーとして利用するときは、必ずしも、フォワードプラマーとリバースプライマーを共に蛍光色素で標識する必要はない。本発明が達成できるので、どちらか一方でよい。
前記本発明方法Bの核酸プローブのうち、3’末端部のデオキシリボース又はリボースの3’OH基が修飾されていない核酸プローブはプライマーとして利用できるようにしてあるものである。この場合、公知の方法に用いる各種の核酸プローブにおいても、同様な形態の核酸プローブになる。
【0152】
このプライマーとして利用するとき、標的核酸、内部標準核酸の塩基配列から、どうしても標的核酸プローブ、内部標準核酸プローブの3’もしくは5’末端をG又はCに設計できない場合は、プローブのオリゴヌクレオチドの5’末端に、5’−グアニル酸も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も、又、3’末端に5’−グアニル酸又は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標的核酸プローブ、内部標準核酸プローブとは、標的核酸、内部標準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’−グアニル酸も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、ならびに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。
【0153】
標的核酸プローブ、内部標準核酸プローブをPCRのプライマーとして利用する場合、標的核酸を測定する方法の具体例はリアルタイム定量的PCRで得られるデータ解析方法(後述される。)に記載さているので、ここでは省略する。
【0154】
前記核酸プローブのうち、3’末端部のデオキシリボース又はリボースの3’OH基が修飾されている核酸プローブはプライマーとして利用できないが、PCRの反応系に当該プローブをリバース型プライマー及びフォワード型プライマーと共に添加し、PCRを行うことができる。この場合、核酸伸長反応時、標的核酸もしくは増幅標的核酸又は内部標準核酸若しくは増幅内部標準核酸にハイブリダイズしていた標的核酸プローブ又は内部標準核酸プローブがポリメラーゼにより分解され、核酸プローブ複合体から分解除去される。即ち、単なるプローブとして利用される。但し、当該プローブは、標的核酸、内部標準核酸にハイブリダイズできる塩基配列領域は両プラマーがハイブリダイズできる領域の間である。
【0155】
このとき、標的核酸プローブを標識していた色素の蛍光強度の変化若しくは変化量を測定する(一例として、反応系の蛍光強度を測定する。)。又、標的核酸もしくは増幅した標的核酸又は内部標準核酸若しくは増幅した内部標準核酸が各当該プローブとハイブリダイズしているときの標的核酸プローブを標識している色素の蛍光強度(値)(一例として、前者はアニーリング反応、ポリメラーゼにより当該プローブが標的核酸プローブ複合体から除かれるまでの核酸伸長反応時の反応系、後者は核酸変性反応が完了している反応系の蛍光強度値を挙げることができる。)を測定する。
【0156】
内部標準核酸プローブについて、蛍光強度の変化若しくは変化量を測定する場合、各種濃度の内部標準核酸について、前記ハイブリダイゼーション反応を行い、前記蛍光強度の変化若しくは変化量を測定する。この測定は、サイクル毎にリアルタイムで行う。
各濃度の内部標準核酸について、内部標準核酸プローブに標識されている蛍光色素について、サイクル毎に蛍光強度(値)の変化量(率)を算出する。
【0157】
次にこれらの変化量(率)から内部標準核酸の増幅前の濃度の関係式を求める(一例として、内部標準核酸の増幅前の濃度を関数とする変化量(率)の検量線を作製する。又、標的核酸プローブをプライマーとして用いる場合のデータ解析方法と同様にする。)。なお、通常は内部標準核酸濃度と前記変化量が直線的に比例するのは特定のサイクル数においてであるので、リアルタイムで測定を行うことにより当該サイクルを見つけることが出来る。
次いで、標的核酸について、前記サイクル数における前記同様の変化量(率)を求める。この変化量(率)を前記検量線若しくは関係式に当てはめる。かくして標的核酸を測定することができる。具体的な一例は、実施例に示されている。
【0158】
核酸プローブがプライマーとして利用される場合、標的核酸プローブが標的核酸と、又は内部標準核酸プローブが内部標準核酸とハイブリダイズしたときのそのプローブ・核酸複合体のTm値が、プライマーの核酸複合体のTm値の±15℃、好ましくは±5℃の範囲になるように、各標的核酸プローブの塩基配列が設計されることが望ましい。
【0159】
そして、本発明のPCRの反応が進むに従い、増幅された各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か又は小さいが、アニーリング反応が完了しているかも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か増大する。
【0160】
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。特に本発明の核酸ブローブA及びBにおいては、Mgイオン濃度が低濃度(1〜2mM)である反応系で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実施できる。
【0161】
本発明の第3の発明は、前記の核酸測定方法(第1発明)、核酸増幅方法(第2発明)、多型測定・分析・解析方法(後記した。)、FISH等の各種の測定・分析・解析方法(後記した。)等を実施した場合に、又、各種のデバイスを用いて各種の方法を実施した場合(後記した。)に、得られるデータを解析する方法の発明である。
以下、簡便化のために、核酸増幅方法の中でも特にリアルタイム定量的PCR方法について説明するが、他の方法についてもこれに準じてデータを解析すればよい。
【0162】
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。
【0163】
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。
【0164】
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である。又、検出システムは、蛍光励起用アルゴンレーザー、スペクトログラフならびに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。
【0165】
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値)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濃度若しくはコピー数(Log値)と、蛍光強度の変化量(率)若しくはCt値との間には直線関係が成り立つ。従って標的核酸及び内部標準核酸の既知量の濃度若しくはコピー数を用いて検量線を前以て作成しておき、未知の濃度若しくはコピー数の標的核酸を含有するサンプルについて、蛍光強度の変化量(率)若しくはCt値を測定することにより、標的核酸の核酸増幅前の濃度若しくはコピー数を計算できる。
【0166】
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の特徴について以下に記す。
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分析対象の核酸(標的核酸の他に、ここでは、内部標準核酸も含めるものとする。)が当該核酸に対応する(特異的にハイブリダイズする)核酸プローブにハイブリダイズしたときの当該プローブを標識していた蛍光色素の蛍光強度値を、各サイクルにおけるプローブ・核酸複合体から、ポリメラーゼによりプローブが分解されて、蛍光色素が遊離したとき、又は核酸変性反応により該複合体が解離したときの前記色素の蛍光強度値により補正する演算処理過程、すなわち、補正演算処理過程である。前記の「分析対象の核酸及び当該核酸に対応する(特異的にハイブリダイズする)核酸プローブ」とは、本発明においては内部標準核酸と内部標準核酸プローブ、及び標的核酸と標的核酸プローブである(以下、同様である)。
【0167】
「増幅した分析対象の核酸が当該核酸に対応する(特異的にハイブリダイズする)核酸プローブにハイブリダイズしたときの当該プローブを標識していた蛍光色素の蛍光強度値」とは、具体的に例示すると、当該プローブが単に核酸プローブとして利用されている場合は、PCRの各サイクルにおける40〜85℃、好ましくは50〜80℃のアニーリング反応系における核酸プローブを標識していた蛍光色素の蛍光強度値(より具体的には当該色素に特異的な測定波長で測定した、当該反応系の蛍光強度値)を挙げることができる(以下、同様である)。そして、反応が完了した反応系を意味する。当該プローブがプライマーとして利用されている場合は、40〜85℃、好ましくは50〜80℃のアニーリング反応系、核酸伸長反応系のものである。実際の温度は増幅した核酸の長さに依存する。
【0168】
又、「ローブ・核酸複合体が解離から、ポリメラーゼによりプローブが分解されて、蛍光色素が遊離したとき、又は核酸変性反応により該複合体が解離したときの前記色素の蛍光強度値」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、反応が完了した反応系における標的核酸プローブの色素に関わる測定波長で測定した場合の反応系の蛍光強度値を例示できる(以下、同様である)。この場合、当該プローブが、単に核酸プローブとして利用されている場合は、プローブ・核酸複合体から、ポリメラーゼによりプローブが分解されて、蛍光色素が遊離している反応系ものも含めるものとする。
【0169】
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、増幅した分析対象の核酸が当該核酸に対応する核酸プローブとハイブリダイズしているときの反応系の蛍光強度値、
den,n:n次サイクルにおける、前記のプローブ・核酸複合体からポリメラーゼによりプローブが、分解されて蛍光色素が遊離しているとき、又は核酸変性反応によプローブ・核酸複合体が解離したときの前記色素の蛍光強度値〕
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。
【0170】
第2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量(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。
【0171】
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量(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。〕
【0172】
尚、本過程においては、上記処理で得られた算出値をコンピュータのデスプレー上に表示及び/又は印字する、又は比較値も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。
【0173】
第3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量(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〕
【0174】
〔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量(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)既知濃度の標的核酸及び/又は内部標準核酸を含む試料におけるサイクル数と反応開始時の標的核酸及び内部標準核酸の核酸増幅前の濃度若しくはコピー数の関係式を計算する演算処理過程、
(3.4)標的核酸を含む試料における核酸増幅前の標的核酸の濃度若しくは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。
【0175】
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。
【0176】
なお、前記方法において、内部標準核酸を測定する反応系と標的核酸を測定する反応系を一緒にしてもよく、又別々にしてもよい。
又、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。
【0177】
本発明のデータ解析方法は上記の特徴を有するものであるが、実際の解析にあっては、次の手順で行うのが好適である。
1)核酸と核酸プローブのハイブリダイゼーション反応及び/又は核酸増幅反応を阻害する物質、又は多型核酸が存在しないと見做される反応系で、先ず本発明の第一〜第3の特徴を有する処理の全て、又は何れかまでを実施する。
2)次に、前記阻害物質、若しくは多型核酸が存在すると想定される未知試料(標的核酸が含まれると想定されるもの。)について、核酸プローブ、各種濃度の内部標準核酸、内部標準核酸プローブを用いて核酸増幅反応を行う。この場合、内部標準核酸については検量線は得られるが、標的核酸については得られない。
【0178】
3)前記1)及び2)で得られた、標的核酸、内部標準核酸についての処理されたデータを比較検討する。
(1)内部標準核酸についての処理されたデータ(前記のデータ解析方法により処理されたデータ。以下同様)が同一若しくは略同一である場合は、前記阻害物質若しくは多型が試料中に含まれていないと見做される。それで、前記1)で得られた標的核酸、内部標準核酸についての、各種のグラフ、関係式、検量線が、当該未知試料についても利用出来る。
【0179】
(2)内部標準核酸についての処理されたデータが同一若しくは略同一でない場合は、前記阻害物質若しくは多型が試料中に含まれていると見做される。1)と2)で得られた内部の標準核酸についての各種のグラフ、関係式、検量線の変化率すなわち変化係数を算出する。
(3)当該変化係数を1)で得られた標的核酸についての各種のグラフ、関係式、検量線に当てはめる。
かくして得られた各種のグラフ、関係式、検量線が標的核酸についての核酸増幅前の標的核酸の濃度若しくはコピーを求めるグラフ、関係式、検量線である。
【0180】
本発明の標的核酸の増幅前の濃度若しくはコピー数を求める方法には、各種の変法があり、本発明の目的を達成するものであれば、如何なる方法でも採用できる。例えば、実施例1に示した。
又、簡便方法としては、前記阻害物質が試料中に含まれていると見做される試料に内部標準核酸を添加し、本発明の標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブを用いるか用いずして、リアルタイムモニタリング定量的PCR方法で、試料中の標的核酸と内部標準核酸を増幅する。各増幅核酸について、本発明の標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブを用いて、ハイブリダイゼーション反応を行う。各プローブに標識された蛍光色素の蛍光強度の変化量を測定する。勿論、この変化量を求める場合は、本発明のデータ解析方法を用いるのが好適である。内部標準核酸についてのこの変化量と内部標準核酸濃度の関係が、標的核酸にも適用できると見做す(なお、ハイブリダイゼーション反応及び/又は核酸増幅反応の阻害物若しくは多型が存在しない系で当該見做しが出来ることを確認しておく)。それで、前以て内部標準核酸についてのこの変化量と内部標準核酸濃度の関係式を当該既知試料を使用して求めておく。
当該関係式から増幅された標的核酸と内部標準核酸の濃度若しくはコピー数を求めることが出来る。内部標準核酸の増幅前の濃度若しくはコピー数が分かっているので、増幅された標的核酸の増幅前の濃度若しくはコピー数が推定できる。
【0181】
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。
この場合、測定系には少なくとも一種以上の標的核酸を含むので、少なくとも一種以上の波長で測定できる測定装置が好ましい。又、少なくとも一種以上の波長で蛍光色素を励起できる装置であればより好ましい。
【0182】
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。
【0183】
本発明の第4発明は、標的核酸の多型(SNPを含むものとする。)又は/及び変異を解析もしくは測定する方法に、前記の各種方法を適用する発明である。
又、その測定キット、その測定のためのデータ解析方法、その測定装置、及びデータ解析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もある。
【0184】
又、本発明の標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析も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、分析対象核酸がそれに対応する核酸プローブとハイブリダイズしたときの当該プローブを標識していた蛍光色素の蛍光強度値を、前記のものがハイブリダイズしていないときの当該プローブを標識していた蛍光色素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(データ解析方法の適用)。
【0185】
又、第4発明は、標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析もしくは測定する測定装置において、前記データ解析方法により、得られるデータを処理する手段を有する測定装置である。
又、標的核酸の多型(polymorphism)又は/及び変異(mutation)を解析もしくは測定する方法により得られるデータを補正する前記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。
【0186】
本発明の第5発明は、本発明の核酸の新規測定方法を各種の核酸測定方法、例えば、FISH方法、LCR方法、SD方法、TAS方法などに適用する発明である。
以下にその例を記す。
FISH方法に適用する場合
すなわち、本発明方法は、核酸測定のための試料として、複合微生物系、共生微生物系の細胞内もしくは細胞のホモジネート等を好適に利用できる。それは、複合微生物系又は共生微生物系は本発明のハイブリダイゼーション(勿論、内部標準核酸とその内部標準核酸プローブのハイブリダイゼーションをも含む。)反応及び/又は核酸増幅反応を阻害する物質、又、核酸プローブの蛍光色素の発光を阻害をする物質を含む場合があるからである。
【0187】
本発明の前記の、核酸の新規測定方法、核酸増幅方法、
データ解析方法、それらの測定装置(コンピュータ読み取り可能な記録媒体を組み込んだものをも含む。)及び各種デバイス類(後記した。)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もしくは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もしくは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。
【0188】
本発明の第6発明は、本発明の核酸の新規測定方法を実施する際、便利に使用できる、反応液類若しくは測定キット類、デバイス類(例えば、下記のDNAチップなどを挙げることができる。)である。
反応液類若しくは測定キット類は、少なくとも一種の内部標準核酸、少なくとも一種の標的核酸プローブ若しくは標的核酸のプライマープローブ及び/又は少なくとも一種の内部標準核酸プローブ若しくは内部標準核酸のプライマープローブを含むものである。好ましくは、その他の成分(緩衝液、微量金属イオン等)を適宜含むものである。しかし、これらの成分は使用時に測定系に添加して使用できるので、反応液類若しくは測定キット類は、これらの成分に限定さるものではない。形態は、乾燥状態、液状のどちらでもよい。なお、本発明の第2発明(核酸増幅反応を用いる核酸測定方法)における反応液類若しくは測定キット類おいては、その他の成分に、プライマー(プライマープローブを使用しない場合)、ポリメラーゼ等の核酸増幅反応に必要な試薬類を含めるのが好適である。
【0189】
デバイス類は、本発明方法を実施できるものであれば、どのようなものでもよいのであるが、例えば、下記のDNAチップなどを挙げることができる。
即ち、本発明における使用できる少なくとも一種の内部標準核酸プローブ及び/又は少なくとも一種の標的核酸プローブを複数個固体支持体表面に結合させて、標的核酸プローブには標的核酸、又内部標準核酸プローブには内部標準核酸をハイブリダイズさせて、各プローブ・核酸複合体に由来する核酸プローブの蛍光色素に特異的な蛍光強度の変化若しくは変化量(ハイブリダイゼーション前後における)を測定して、少なくとも一種の標的核酸の量若しくは濃度を測定することができるようにしたデバイスである。
【0190】
そのデバイスにおいて、少なくとも一種の標的核酸プローブ及び/又は少なくとも一種の内部標準核酸プローブが固体支持体表面にアレー状に配列、結合したデバイスであり、又、固体支持体表面に結合した核酸プローブ毎に、反対側の表面に少なくとも一つの温度センサーとヒーターが設置され、核酸プローブ結合領域が最適温度条件になるように温度調節され得るデバイスである。
【0191】
すなわち、本発明の標的核酸プローブ及び内部標準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することができる。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。
それで、本発明の第5発明は、標的核酸の測定の他、これらの事項を達成する方法でもある。
【0192】
本発明において、塩基配列の異なる多くの標的核酸プローブ及び/又は内部標準核酸プローブを、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。それで、DNAチップの場合と全く同じ方法で標的核酸を測定できるので新規のDNAチップでもある。最適の反応条件では標的核酸以外の核酸は標的核酸プローブにはハイブリダイズしないので蛍光の発光量を変化させない。そのために、標的核酸プローブに特異的にハイブリダイズしない核酸を洗浄する操作は必要がない。
【0193】
本発明のデバイスを用いる核酸の新規測定方法の基本的操作は、分析対象の核酸に対応する標的核酸プローブを結合した固体表面上に分析対象の核酸を含む溶液をのせ、分析対象の核酸とそれに対応する標的核酸プローブをハイブリダイズさせるだけである。
これにより、分析対象の核酸量に応じて標的核酸プローブを標識した蛍光色素の蛍光強度の変化がハイブリダイゼーション前後でおこり、その蛍光強度の変化量(率)から分析対象の核酸の測定が可能となる。
【0194】
実際の測定においては、先ず、内部標準核酸とそれに対応する内部標準核酸プローブを使用して、前記の内部標準核酸プローブを標識した蛍光色素の蛍光強度変化量(率)と内部標準核酸の量若しくは濃度との関係式若しくは検量線を作成する。これに標的核酸に関わる蛍光強度変化量(率)を当てはめることにより標的核酸の測定ができる。この操作は前記したとおりである。
【0195】
更に、本発明のデバイスにおいては、微小ヒーターにて標的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。又、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、本発明の標的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。
【0196】
以下に測定の具体的条件を述べる。
それらの方法は、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)。
【0197】
ハイブリダイゼーションの条件は、例えば、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。
反応温度は、ハイブリダイゼーション反応の産物である標的核酸プローブ複合体の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が起こり、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値は標的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。
【0198】
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が十分に完成しない。又、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。
【0199】
反応液中の分析対象の核酸の濃度は0.1〜10.0nMであるのが好ましい。本発明のデバイスにおける分析対象に対応する標的核酸プローブの一スポット当たりの濃度は1.0〜25.0nMであるのが好適である。
前記内部標準核酸についての検量線若しくは関係式を作成する場合は、内部標準核酸プローブに対して、本発明の内部標準核酸を0.4〜1.0の比率で用いるのが望ましい。
なお、本発明のデバイス類は、当該デバイス類を使用して、本発明方法を実施できるようにした反応液類若しくは測定キット類を含むものである。当該反応液類若しくは測定キット類は、少なくとも一種の内部標準核酸を含むものである。その他の成分は、前記の反応液類若しくは測定キット類と同様である。
【0200】
本発明方法の第7発明は、前記の各発明方法を簡便、迅速、正確、特異的に実施できるようにした、標的核酸の分離・回収・濃縮方法である。
当該方法は、標的核酸塩基配列領域を切断しないような少なくとも一種以上の制限酵素によって標的核酸を含む全核酸を切断後、標的核酸塩基配列を含む核酸画分のみを分離・回収する標的核酸分離・回収濃縮方法である。例えば、好適には、次の手段からなる方法を採用すればよい。しかし、本例をもって本発明方法は限定されるものではない。
(1)標的核酸塩基配列領域を含むゲノム等の核酸を少なくとも一種の制限酵素で処理する。
(2)前記処理物について、分子分画を施す。
更に、次の手段を追加するのが好適である。
(3)分子分画画分を濃縮する。
【0201】
前記の制限酵素は、目的塩基配列領域を切断しないものであれば、どのようなものでもよく、特に制限されない。すなわち目的に応じて変えればよい。公知のものが好適に利用できる。例えば、Bfa I、Bsa JI、Bss KI、Dde1、Mse I、Bso FI、Hha I、Hph I、Mnl I、Rca I、Alu I、Msp Iなどを挙げることができる。これらを目的に応じて適当に組み合せて使用するのが好適である。しかしながら、これらを以て本発明は制限されない。
制限酵素処理条件は、制限酵素試薬のキットに添付されている説明書の記載(プロトコール)に従えばよい。
前記分子分画は、現在公知の方法を目的に合わせて適当なものを採用すればよい。例えば、各種のフィルターを用いた濾過方法、各種の充填剤を用いたゲル濾過方法(HPLC方法等を含む。)などの分子分画方法を挙げることが出来る。
前記濃縮方法は、目的に合わせて通常の方法を採用すればよい。例えば、エタノール等の溶剤による濃縮方法、凍結乾燥、風乾などを挙げることができる。
【0202】
本発明方法の第7発明は、任意の塩基配列を有する50bp以上の高純度の人工遺伝子(2本鎖のDNA)の簡便な調製方法である。
当該調製方法は、次の手段からなる。
1)任意の塩基配列を有する50bp以上の一本鎖オリゴヌクレオチドを、DNA合成機を使用して人工合成する。
2)合成された50bp以上の一本鎖オリゴヌクレオチドを鋳型として、各種の遺伝子増幅方法で核酸増幅反応を行う。
【0203】
DNA合成機は、本発明の目的を達成するものであれば、どのようなものを使用してもよい。好適には、DNA合成機(ABI394)(株式会社パーキンエルマージャパンアプライド)を使用すればよい。又、遺伝子増幅方法も本発明の目的を達成するものであれば、どのようなものでもよい。好適には、PCR方法を用いればよい。
目的以外の一本鎖オリゴヌクレオチドが、遺伝子増幅産物に混入する危険性を防止するため、鋳型は、十分希釈して使用することが望ましい。この鋳型の希釈率は、特に限定されない。又、遺伝子増幅産物を希釈し、再度、希釈液を鋳型として遺伝子増幅を行うことでも、上記した目的以外の一本鎖オリゴ核酸によるコンタミネーションの危険性を排除することが可能である。この遺伝子増幅を繰り返す回数は、本発明の目的に合わせで決めればよく、特に限定されない。
【0204】
本発明の前記の第1〜8発明は、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。又、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も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の解析・分析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。
【0205】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
実施例1
標的核酸(遺伝子)として、じゃがいものそうか病の原因遺伝子と考えられているnec1遺伝子を用い、土壌からのnec1遺伝子の定量を行った。
A)各種方法
1)オリゴデオキシリボヌクレオチド(核酸)の合成方法:
特別の記載がある場合を除いて、DNA合成機(ABI394)(株式会社パーキンエルマージャパンアプライド)を用いて、オリゴデオキシリボヌクレオチド(以下、オリゴヌクレオチドという。)を合成した。
【0206】
2)蛍光色素によるオリゴヌクレオチドの標識
(1)オリゴヌクレオチドのリンカーによる修飾
5'Amino-Modifier C6キット(Glen Research社、米国)を用いて5’末端のヌクレオチドの5’−リン酸基をリンカー-(CH2)6-SHで修飾した。この修飾ヌクレオチドを用い、DNA合成機(ABI394)を使用して、5’末端のリン酸基が前記リンカーで修飾されたオリゴヌクレオチドを合成した。なお、DNAの合成はβ−シアノエチルフォスフォアミダイト(β-cyanoethylphosphoramidite)方法で、かつ5’末端TrON法で行った。合成した後、保護基の脱離は28%アンモニア水で55℃、5時間で行った。
【0207】
(2)合成物の精製:
前記で得られた合成オリゴヌクレオチド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−10カラム(ファルマシア社製)でゲル濾過を行い、未反応物を除去した。
【0208】
(3)色素の標識:
前記ゲル濾過物を乾固し、150μLの滅菌水に溶解した(オリゴヌクレオチド溶液)。1mgの蛍光色素(例えば、BODIPY FL)-Chloride(Molecular Probes社、USA)を100μLのDMFに溶解し、前記オリゴヌクレオチド溶液、1M NaHCO3/Na2CO3バファー150μLを加え、撹拌後、室温で1晩反応させ、5’末端のリンカー-(CH2)6-SHに蛍光色素を結合させた。
【0209】
(4)合成物の精製:
前記反応物をNAP-25(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。SEP-PAC C18カラムを用いる逆相HPLCを行い、前記オリゴヌクレオチドのリンカー-(CH2)7-NH2に蛍光色素を結合させた目的物を分画した。分画物をNAP-10(ファルマシア社製)でゲル濾過した。かくして、5’末端に蛍光色素を結合させたオリゴヌクレオチドを得た。
【0210】
(5)本発明の5’末端に蛍光色素を結合させたオリゴヌクレオチドの定量
分光光度計で260nmの値を測定することにより行った。又、当該プローブについて、分光光度計を用いて650nm〜220nmの吸光度のスカンニグを行った結果、蛍光色素、DNAの吸収があることを確認した。さらに、前記同様の逆相HPLCで精製物の純度検定を行った結果、シングルピークであることを確認した。
【0211】
(6)逆相クロマトグラフィー
なお、上記の逆相クロマトグラフィーの条件は次の通りである。
・溶出ソルベントA:0.05N TEAA 5%CH3CN
・溶出ソルベントB(グラジエント(gradient)用):0.05N TEAA 40%CH3CN
・カラム:SEP-PAK C18;6×250mm
・溶出速度:1.0ml/min
・温度:40℃
・検出:254nm
【0212】
3)3’末端の3’位のOH基のリン酸化方法
オリゴヌクレオチドの合成の過程で、脱保護反応で3’リン酸基を生じさせた(Glen Research カタログ番号20−2913)。
4)アガロース電気泳動方法
通常の方法で行った。すなわち、
・アガロース濃度:0.5%
・緩衝液:TBE buffer, pH9.3
・温度:室温
【0213】
5)内部標準核酸(DNA遺伝子)の作製
表1に示した塩基配列を有するオリゴヌクレオチドからなるプライマーNEC-F及びNEC-R、NECM-F及びNECM-Rを作製した。これらのプライマーを用いてoverlap extention PCR方法(PCR法利用の手引き、ページ29〜37、中外医学社、1998年)により、標的核酸に変異導入を行った。なお、Fはフォーワードプライマー、Rはリバースプライマーの意味である。
【0214】

Figure 0004460228
【0215】
なお、表1の各塩基配列を有するオリゴヌクレオチドは、nec1遺伝子のどこの領域にハイブリダイズ(対応)するかを示したのが図1である。
又、NECM-Rの塩基配列は、表中の塩基配列11、12、13、及び15番目(5’末端から)の塩基が標的核酸(遺伝子)の配列に対して変異したものである(下記の表2参照)。同様にNECM−Fの塩基配列は、表中の11、13、14及び15番目(5’末端から)の塩基が変異したものである(下記の表2参照)。
【0216】
Figure 0004460228
【0217】
操作手順は以下の通りである。
(1)Streptomyces turgidiscabies IFO16080のゲノムDNA(IFOより購入)を鋳型として、aとdのプライマーを一つのセットとして、及びbとcのプライマーを一つのセットとして用い、それぞれについてPCRを行った。なお、ゲノムDNAは下記のようにして調製した。
(2)その産物について、アガロースゲル電気泳動を行った。そして増幅核酸に相当するバンドをそれぞれ切り出し、増幅核酸を抽出した。
(3)各抽出物を混合し、新たなプライマーを添加せずに、PCRを行った。
(4)その産物について、前記2)と同様にして電気泳動を行った。AからBまでの長さの産物に相当するバンドのみを切り出し、増幅産物を抽出した。
(5)抽出物を鋳型として、aとbのプライマーをセットとして用い、PCRを行った。
(6)その産物について、前記2)と同様にして電気泳動を行った。AからBまでの長さに相当するバンドのみを再び切り出した。
(7)シーケンサーにて変異挿入を確認した。又、DNA量を定量した。
【0218】
6)標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブの作製
表2に示されるNECB-24は標的核酸プローブの塩基配列であり、NECMB-24は、内部標準核酸プローブのものである。本実施例においては、標的核酸プローブをNECB-24と、内部標準核酸プローブをNECMB-24と呼称する。
NECB-24は、前記に記載する方法にて5’末端をBODIPY FLで標識し、NECMB-24は、前記に記載する方法にて5’末端を6-TAMRAで標識した。双方とも3’末端の3’OH基をリン酸化して用いた。
表中、NECB-24の10、11、12及び14番目の塩基C、T、G及びAが、NECMB-24においては、おのおのA、G、C及びTに変異したものである。
【0219】
7)PCRは次の条件で行った。
・変性反応:95℃、15sec
・アニーリング及び検出:62℃、18sec
・伸長(extention):72℃、14sec
・Taqポリメラーゼ:Gene Taq(日本ジーン株式会社)
・プライマー添加濃度:500nM、前記e及びf(図1及び表1参照)
・プローブ添加濃度:50nM
・鋳型核酸(Template):内部標準核酸NECM1及び標的核酸NECB1のPCR断片(a及びbプラマーをセットにしてPCR増幅産物:約700bp)の混合液
・測定装置:スマートサイクラーシステム(タカラバイオ株式会社)(以下、便宜上、スマートサイクラーという。)。
【0220】
・使用チャンネル:
チャンネル1(Ex、450〜495nm;Em、505〜537nm)。
チャンネル3(Ex、527〜555nm;Em、565〜605nm)。
チャンネル1でBODIPY FLの蛍光強度測定を行い、同時にチャンネル3で6-TAMRAの蛍光強度測定を行った。
【0221】
8)土壌からのDNAの抽出
Bio101キット(土壌用)を用いて土壌から標的核酸を抽出して、更にWizard DNA Clean-Up systemを用いて精製したものを土壌サンプル(試料)とした。
【0222】
B)実験例
1)作製プローブの評価
標的核酸プローブNECB-24及び内部標準核酸プローブNECMB-24の対応核酸(標的核酸又は内部標準核酸)とハイブリダイズしたときの蛍光強度変化(減少)率と解離曲線を作成した。反応用バッファーはPCR反応で用いるものと同じものを使用した。
その結果を図2及び3に示した。両プローブとも最大蛍光強度変化率は約70%であり、まずまずの変化率を示した。NECB-24は標的核酸と内部標準核酸とのTm値の差は、20℃弱であり、62℃付近で検出すれば、内部標準核酸を検出せずに標的核酸のみを検出できることが明らかとなった。又、同様にNECMB-24は内部標準核酸と標的核酸とのTm値の差は、20℃弱であり、62℃付近で検出すれば、標的核酸を検出せずに標的核酸のみを検出できることが明らかとなった。それで、両プローブともPCRの増幅産物の検出は、62℃で行なうことにした。
【0223】
2)プローブの特異性
前記A)の7)に記載のPCR反応条件にて、NECB-24を核酸プローブ、プライマーとして前記a、bを使用して、標的核酸のPCRを行なった際のリアルタイムモニタリングした結果を図4に示した。又、同様にNECMB-24を核酸プローブ、プライマーとして、前記c、dを使用して、内部標準核酸のPCRを行なった際のリアルタイムモニタリングした結果を図5に示した。両プローブとも約30%との高い蛍光強度変化率(蛍光消光率)を示すことが分かった。又、両プローブともに、標的核酸と内部標準核酸の混合比に応じ、得られる蛍光強度変化率が変化した。この結果より、本方法により、定量的に標的核酸の定量が行えるものと考えられた。
【0224】
3)DNA濃度と蛍光強度変化率の関係式の作成
種々のDNA濃度における蛍光強度変化率を前記両プローブで測定した。その結果を図6A及び6Bに示した(この図の作製に当たり、前記の本発明のデータ解析方法の記載の処理を行い蛍光強度変化率を求めた。)。
【0225】
各図から、未知試料中の標的核酸の濃度若しくはコピー数を求める方法について以下に記す。先ず、標的核酸を含む未知試料にコピー数の判明している内部標準核酸、及び標的核酸プローブ並びに内部標準核酸プローブを添加して、PCRを行う。双方の核酸の増幅が反応系の蛍光強度変化から目視可能となったとき、双方の核酸の蛍光強度変化率を求める。当該蛍光強度変化率を図6A及び6Bに当てはめて、当該蛍光変化率を示すときの増幅された内部標準核酸量(Aとする。)及び標的核酸量(Bとする。)を求める。内部標準核酸量の核酸増幅前のコピー数をA’とすると、標的核酸の増幅前のコピー数B’とする。B’は次式で求めることが出来る:
B’=(B/A)A’
【0226】
4)従来の検量線を用いたスマートサイクラーによる標的核酸の定量
既知濃度の標的遺伝子サンプルに、実際に土壌試料から抽出した核酸抽出試料を、濃度を変えて混合し、正確に定量を行なえるかどうか検討した。、内部標準核酸プローブと標的核酸プローブは、双方とも、反応チューブに添加し、それぞれ内部標準核酸と標的核酸を同時に検出した。
【0227】
先ず、既知濃度の外部標準遺伝子(nec1遺伝子)により検量線を作成した(図7A、7B)。土壌から抽出した核酸を含む試料0μl、1μl、2μl、3μlに、6,690,000コピーの標的遺伝子(nec1遺伝子)を添加したものを鋳型とし、本サンプル中のnec1遺伝子の定量を、前記の検量線を用いて行なった。その結果、入れる土壌試料の量が多くなるに応じて、グラフが右にシフトすること、つまり増幅が遅れて起こることが明らかになった(図8)。この遅れによりにCt値が上昇し、その結果、定量値は実際に添加した標的遺伝子(nec1遺伝子)よりも低く算出される事が分かった(表−3参照)。以上の結果より、従来の外部標準遺伝子による検量線を用いた既存法(リアルタイム定量的PCR法)では、PCR阻害物質を含むサンプルについて、標的遺伝子の定量を正確に行えないことが明らかとなった。
【0228】
Figure 0004460228
【0229】
5)本発明方法を用いたスマートサイクラーによる標的核酸の定量
本発明の内部標準核酸を添加した方法により、標的核酸の増幅前のコピー数を求めた。表3に方法の相違による定量値の相違を示した。その結果、入れる土壌試料の量が多くなるに応じてグラフが右にシフトするのは前記と同様であるが、本発明では、増幅効率の低下(増幅の遅れ)が観察されたが、内部標準遺伝子の増幅も同様に低下したため、添加した標的遺伝子量と本発明方法による定量値とがほぼ一致することが明らかになった。
【0230】
以上の結果より、内部標準核酸を添加し、標的核酸及び内部標準核酸由来の蛍光強度の変化量若しくは変化率から、標的核酸の濃度若しくはコピー数を求める本発明の新規測定方法の有用性が明らかになった。又、本発明の方法の標準偏差値は、従来のリアルタイム定量的PCR法のそれより小さく、定量値のぶれが小さいことが明らかとなった。これらの結果から、PCR阻害物質が存在する場合は勿論のこと、存在しない場合においても、その正確性において従来法に対する本発明の優位性が証明された。
【0231】
6)モデル系で本発明方法の実施
前記実験例を踏まえて、標的核酸と内部標準核酸の添加比を変化させ、それぞれのPCRの増幅産物を前記二種のプローブの蛍光強度変化量をリアルタイムモニタリングした。その結果、添加比に応じて蛍光強度変化量が得られることを確認した。
【0232】
7)実際の土壌試料についての定量
前記実験例を踏まえて、標的遺伝子(nec1遺伝子)のコピー数が未知である土壌試料(標的核酸を含む。)について、既知量の内部標準核酸を用いて定量した。
土壌抽出核酸試料1μl及び2μlに、内部標準核酸を66.9コピーほど測定系に添加し、標的遺伝子(nec1遺伝子)の定量を本発明の方法にて行った。その結果、土壌抽出核酸試料を1μl添加した系では、67.5コピーと定量された。又、土壌抽出核酸試料を2μl添加した系の定量値は142.5コピーであった。本定量値は、土壌抽出核酸試料を1μl添加した系の約2倍であることから、ほぼ正確に土壌抽出核酸試料中の標的遺伝子(nec1遺伝子)を定量出来ているものと判断される。
【0233】
実施例2
Mergneyらのプローブを用いて、実施例1と同様の検討を行った。
1)プローブの合成
プローブの合成は、(株)日本遺伝子研究所(http://www.ngrl.co.jp/)によって合成されたものを使用した。
2)内部標準核酸(DNA遺伝子)
実施例1と同様である。
【0234】
3)標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブの作製
表4に示されるNECB-24 acceptorの塩基配列は実施例1に記載の標的核酸プローブの塩基配列であり、NECMB-24 acceptorの塩基配列は、前記同様に実施例1に記載の内部標準核酸プローブのものである。本実施例においては、標的核酸プローブをNECB-24 acceptorと、内部標準核酸プローブをNECMB-24 acceptorと呼称する。NECB-24 acceptorは、5’末端をLCRed640と呼ばれる蛍光色素で標識したもの、NECMB-24 acceptorは、5’末端をLCRed705と呼ばれる蛍光色素で標識したものである。双方とも3’末端の3’OH基をリン酸化した。上記の2種のプローブに修飾した蛍光色素(LCRed705、LCRed640)は、FRET現象のアクセプター色素として機能する。これら色素を励起するために必要なドナー色素を修飾したプローブが、Nec-donorである(配列は表4参照)。当該プローブの3’末端はFITCにして修飾されており、それぞれの標的遺伝子が存在した場合、色素標識部位が互いに向き合うように、2塩基間隔を置いてハイブリダイズするように設計されている(図9参照)。この様に、Nec-donorとNECB-24 acceptorあるいは、Nec-donorとNECMB-24 acceptorが隣接してハイブリダイズした場合、FRET現象が発生し、蛍光キャラクターが大きく変化する。この変化量から、それぞれのプローブセットの対応核酸を検出することが出来る。
又、当該プローブの塩基配列は、NECMB-24 acceptorにおいては、実施例1で用いたNECMB-24と同様であり、NECB-24 acceptorにおいては、実施例1で用いたNECB-24と同様である。
【0235】
Figure 0004460228
【0236】
4)PCRは、以下に記述した以外の条件は、実施例1と同様の条件で行った。・各プローブ(NECB-24 acceptor、NECBM-24 acceptor、Nec-donor)添加濃度:200nM
・測定装置:ライトサイクラーシステム(ロッシュ株式会社)(以下、便宜上、ライトサイクラーという。)。
・使用した蛍光測定用チャンネル
チャンネル2(Ex、470〜490nm;Em、640nm)。
チャンネル3(Ex、470〜490nm;Em、710nm)。
チャンネル2でLCRed640の測定を行い、同時にチャンネル3でLCRed705の蛍光測定を行った。
5)土壌からのDNAの抽出
実施例1と同様の方法で実施した。
【0237】
B)実験例
1)作製プローブの評価
標的核酸プローブ(Nec-donorとNECB-24 acceptorのセット)及び内部標準核酸プローブ(Nec-donorとNECMB-24 acceptorのセット)の対応核酸(標的核酸又は内部標準核酸)とハイブリダイズしたときのアクセプター蛍光変化率と解離曲線を作成することにより作製プローブの評価を行った。反応用バッファーはPCR反応で用いるものと同じものを使用した。
【0238】
その結果を図10及び11に示した。両プローブともアクセプター蛍光強度増加化率は約40%であり、顕著にアクセプターの蛍光強度が増加した。実施例1で使用したNECB-24及びNECMB-24と同様、完全相補的な核酸(標的核酸と標的核酸プローブ、又、内部標準核酸と内部標準核酸プローブ)とミスマッチを有する核酸とのTm値の差は、20℃弱であり、62℃付近で検出すれば、ミスマッチを有する核酸(標的核酸と内部標準核酸プローブ、又、内部標準核酸と標的核酸プローブ)を検出せずに完全相補的な核酸のみを検出できることが明らかとなった。以上の結果より、実施例1と同様、両プローブともPCRの増幅産物の検出は、62℃で行なうことにした。
【0239】
2)標的核酸と内部標準核酸の濃度比に対する標的核酸由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸由来の蛍光強度増加率との関係式の作成
標的核酸(塩基配列と添加する濃度が判明しているので、標準核酸というべきであるが、本発明においては、便宜上、標的核酸と称することにした。)と内部標準核酸(濃度比を様々に変化させたもの)を鋳型として、前記実施例1のA)の7)に記載の反応条件にて、PCRを実施し、標的核酸由来の増幅産物と内部標準核酸由来の増幅産物とを、それぞれMergneyらのプローブにてリアルタイムモニタリングした。その結果から、標的核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率(NECB-24 acceptorプローブの蛍光強度増加率)と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率(NECMB-24 acceptorプローブの蛍光強度増加率)との比を求め、それをPCR前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比との関係を求めた(図12参照)。その結果、PCR前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比と、標的核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率との比との間に高い相関があることが明らかとなった。従って、本関係式からPCR前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比を知ることが出来ることが示された。尚、この図の作製に当たり、前記の本発明のデータ解析方法の記載の処理を行い、蛍光強度変化率を求めた。
【0240】
図12から、未知試料中の標的核酸の濃度若しくはコピー数を求める方法について以下に記す。先ず、標的核酸を含む未知試料にコピー数の判明している内部標準核酸、及び標的核酸プローブ並びに内部標準核酸プローブを添加して、PCRを行う。双方の核酸の増幅が反応系の蛍光強度変化から目視可能となったとき、双方の核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率を求める。当該蛍光強度増加率から、標的核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率を求める。この比を図12に当てはめて、標的核酸(B)と内部標準核酸(A)の比(B/A)を求める。内部標準核酸量の核酸増幅前のコピー数(A’)は既知であるので、標的核酸の増幅前のコピー数(B’)は次式で求めることが出来る:
B’=(B/A)A’
【0241】
3)従来方法による外部標的(標準)核酸(遺伝子)の検量線を用いたライトサイクラーによる標的核酸の定量
Mergneyらのプローブを用いた以外、実施例1と同様のサンプル、同様の条件にて、既知濃度の標的遺伝子サンプルに、実際に土壌試料から抽出した核酸抽出試料(以下、土壌抽出核酸抽試料という場合がある。)を、濃度を変えて混合し、正確に定量を行なえるかどうか検討した。なお、使用する土壌は、標的遺伝子であるNec1遺伝子を含まないことを予め確認して用いた。又、内部標準核酸の検出用プローブ(NECMB-24 acceptor)と標的核酸プローブ(NECB-24 acceptor)及びNec-donorは、双方とも、反応チューブに添加し、それぞれ内部標準核酸と標的核酸を同時に検出した。
【0242】
先ず、土壌から抽出した核酸を含む試料3μlに6.690,000コピーのNec1遺伝子を添加し、nec1遺伝子の定量を行なった。又、土壌抽出核酸試料を添加せず、同数のnec1遺伝子を添加したサンプルについても、nec1遺伝子の定量を行った。その結果、実施例1と同様、土壌抽出核酸試料を添加したものは、土壌抽出核酸試料を添加しなかったサンプルに比べて、増幅が遅れて起こることが明らかとなった。この結果より、土壌抽出核酸試料には、増幅効率を低下させるPCR阻害物質が含まれていることが示唆された。この遅れによりに、Ct値が大きくなり、その結果、定量値は低く算出される事が分かった(表5参照)。以上の結果より、外部標的核酸(遺伝子)の検量線を用いた従来方法(リアルタイム定量的PCR方法)では、PCR阻害物質を含むサンプルについては正確に標的遺伝子の定量を行えないことが明らかとなった。
【0243】
4)本発明方法を用いたライトサイクラーによる標的核酸の定量
本発明の内部標準核酸を添加した方法を、Mergneyらのプローブを用いて実施し、標的核酸の増幅前のコピー数を求めた。表5に方法の相違による測定値の相違を示した。その結果、土壌抽出核酸試料を添加したサンプルでは、前記の従来方法(リアルタイム定量的PCR法)と同様、増幅効率の低下(増幅反応の遅れ)が観察されたが、内部標準遺伝子の増幅効率も同様に低下したため、測定値が一定となることが明らかになった。この結果より、内部標準核酸を添加し、標的核酸及び内部標準核酸由来の蛍光強度の変化量若しくは変化率から、標的核酸の濃度若しくはコピー数を求める本発明の新規測定方法が、Mergneyらのプローブを用いても有効であることが明らかになった。
なお、表5の各方法の数値は、分析回数を5回ずつ行って得た数値の平均値である。
【0244】
Figure 0004460228
【0245】
5)実際の土壌試料についての測定
前記実験例を踏まえて、標的遺伝子(nec1遺伝子)のコピー数が未知である土壌試料について、既知量の内部標準核酸を用いて当該コピー数を測定した。使用した土壌サンプルは、実施例1の実際の土壌試料についての測定で用いたもの(土壌抽出溶液1μl当たり67.5コピーの標的遺伝子(nec1遺伝子)が存在すると測定されたサンプル)と同様である。
【0246】
実施例1と同様、土壌抽出核酸試料1μl及び2μlに、内部標準核酸を66.9コピーほど測定系に添加し、標的核酸(遺伝子)(nec1遺伝子)の測定を本発明の方法にて行った。その結果、土壌抽出核酸試料を1μl添加した系では、83.2コピーと測定された。当該測定値は、実施例1の測定値(67.5コピー)とほぼ同様の測定値を示した。又、土壌抽出核酸試料を2μl添加した系の測定値は152.7コピーであった。当該測定値は、土壌抽出核酸試料を1μl添加した系の約2倍であることから、ほぼ正確に土壌抽出核酸試料中の標的遺伝子(nec1遺伝子)を測定出来ているものと判断される。以上の結果より、Mergneyらのプローブを用いても、土壌中の標的遺伝子を正確に測定できることが強く示唆された。
【0247】
実施例3
分子ビーコン(Molecular beacon)プローブ(前記の公知発明方法の(3)に記載)を用いて、実施例1、2と同様の検討を行った。
1)プローブの合成
プローブは、エスペックオリゴサービス株式会社(http://www.business-zone.com/espec-oligo/)によって合成されたものを使用した。
【0248】
2)標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブ
表6に示されるNECB-24 beaconの塩基配列は標的核酸プローブの塩基配列であり、NECMB-24 beaconの塩基配列は、内部標準核酸プローブのものである。NECB-24 beaconは、ステム・ループ構造をとるよう4塩基ずつ塩基が付加されており、5’末端は、FAMと呼ばれる蛍光色素で、3’末端はDABCYLと呼ばれるクエンチャー物質で、それぞれ標識されている。NECMB-24 beaconも、ステム・ループ構造をとるよう4塩基ずつ塩基が付加されており、5’末端は、6−TAMRAと呼ばれる蛍光色素で、3’末端はDABCYLと呼ばれるクエンチャー物質で、それぞれ標識されている。
プローブ配列は表6に示したとおりである。
【0249】
Figure 0004460228
【0250】
3)PCRは、以下に記述した以外の条件は、実施例2と同様の条件で行った。
・各プローブ添加濃度:200nM
・測定装置:スマートサイクラーシステム(タカラバイオ株式会社)(以下、便宜上、スマートサイクラーという。)。
・使用チャンネル:
チャンネル1(Ex、450〜495nm;Em、505〜537nm)。
チャンネル3(Ex、527〜555nm;Em、565〜605nm)。
チャンネル1でNECB-24 beaconに標識したFAMの蛍光測定を行い、同時にチャンネル3でNECB-24 beaconに標識した6-TAMRAの蛍光測定を行った。
【0251】
4)土壌からのDNAの抽出
実施例1と同様の方法で実施した。
【0252】
B)実験例
1)作製プローブの評価
標的核酸プローブ(NECB-24 beacon)及び内部標準核酸プローブ(NECMB-24 beacon)の対応核酸(標的核酸又は内部標準核酸)とハイブリダイズしたときの蛍光強度増加率と解離曲線を作成した。反応用バッファーは前記同様にPCR反応で用いるものと同じものを使用した。
【0253】
その結果を図13及び14に示した。完全相補的な核酸を添加した場合、両プローブとも蛍光強度が約2,000%増加した。又、ミスマッチを有する核酸を添加した場合、両プローブとも、ほとんど蛍光強度の増加が見られなかった。この結果より、両プローブともミスマッチを有する核酸とはほどんどハイブリダイズしない(標的核酸と内部標準核酸プローブとが、また内部標準核酸と標的核酸プローブとがハイブリダイズしない)と判断された。以上の結果より、実施例1と同様、両プローブともPCRの増幅産物の検出は、62℃で行なうことにした。
【0254】
2)標的核酸と内部標準核酸の濃度比に対する標的核酸由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸由来の蛍光強度増加率との関係式の作成
標的核酸と内部標準核酸の濃度比に対する標的核酸由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸由来の蛍光強度増加率との関係式を実施例2と同様の方法で求めた。未知試料中の標的核酸の濃度若しくはコピー数を求める方法も、実施例2と同様である。
【0255】
3)Molecular beaconをプローブとして用いた際の、外部標準遺伝子の検量線を用いた従来方法による標的核酸の測定結果と、本発明の方法による標的核酸の測定結果との比較
Molecular beaconプローブを用いる以外、実施例1、2と同様に測定した。サンプル、同様の条件にて、外部標準遺伝子の検量線を用いた従来方法による標的核酸の測定結果と、本発明の方法による標的核酸の測定結果との比較を行った。その結果、土壌抽出核酸試料を添加した供試サンプルでは、実施例1、2と同様、増幅効率の低下(増幅反応の遅れ)が観察されたが、添加した標的核酸(遺伝子)を正確に測定可能であった(表7参照)。この結果より、molecular beaconをプローブとして用いても、本発明の新規測定方法を、好適に実施可能であることが明らかになった。
【0256】
Figure 0004460228
【0257】
実施例4
前記の本願発明方法Bのi)〜iv)の(1)〜(3)の特質を有する核酸プローブを利用する方法を適用する実施例である。
1)標的核酸及び内部標準核酸
実施例1と同様にした。
2)標的核酸プローブの合成
前記実施例1に記載のNECB-24と同じ塩基配列とした(表2参照)。そして、5’末端シチジル酸に蛍光物質テキサスレッド(Texas Red)を、5’末端から6番目のチミンにクエンチャー物質Dabcylを鎖中標識した。
当該核酸プローブの合成はエスペックオリゴサービス社に委託した。
【0258】
3)内部標準核酸プローブの合成
前記実施例1に記載のNECMB-24と同じ塩基配列とし、5’末端シチジル酸に蛍光物質Alexa 594を、5’末端から6番目のチミンにクエンチャー物質Dabcylを鎖中標識した。調製は標的核酸プローブと同様に委託合成した。
【0259】
4)標的核酸と標的核酸プローブ、及び内部標準核酸と内部標準核酸プローブのハイブリダイゼーション条件:
実施例1と同様にした。
5)測定条件
励起波長及び測定蛍光波長は以下の通りである。
・標的核酸プローブ:励起波長:590nm(4nm幅);測定蛍光波長:610nm(4nm幅)。
・内部標準核酸プローブ:励起波長:560nm(4nm幅);測定蛍光波長:580nm(4nm幅)。
【0260】
6)実際の土壌核酸抽出試料中の標的遺伝子(nec1遺伝子)の測定
土壌核酸抽出試料中の標的遺伝子(nec1遺伝子)を、前記の本願発明方法Bのi)〜iv)の(1)〜(3)の特質を有する核酸プローブを利用して、実施例1と同様の内部標準核酸を添加するPCR法を介した遺伝子測定方法を実施して、測定した。PCR条件等は実施例1と同様である。その結果、土壌核酸抽出試料1μL中に含まれる標的遺伝子(nec1遺伝子)は63.2コピー、土壌核酸抽出試料2μL中に含まれる標的遺伝子(nec1遺伝子)は148.1コピーであった。この測定値は、実施例1〜3で得られた結果とほぼ同等であることから、本願発明方法Bのi)〜iv)の(1)〜(3)の特質を有する核酸プローブを用いても、本発明の新規測定方法を、好適に実施可能であることが示された。
【0261】
前記したように実施例1〜4において、種類の異なる核酸プローブを用いて、共通の標的遺伝子(nec1遺伝子)を、同様の方法(内部標準核酸を添加する手法)で測定した。その結果、ほぼ同様の良好な結果を得ることができた。遺伝子増幅過程をリアルタイムモニタリング出来るプローブであれば、プローブの種類に関わらず、本発明の新規測定方法に適応可能であることが明らかとなった。
【0262】
実施例5
前記公知方法のFRET現象を利用する場合ののv)〜ix)に記載のヘヤーピンプローブをプライマー(サンライズプライマー)として用い、リアルタイム定量的PCRを行って、標的核酸の核酸増幅前のコピー数を求める方法に本発明方法を適用する実施例である。
1)標的核酸の塩基配列
実施例1〜3で使用したNec1遺伝子
2)内部標準核酸塩基配列
実施例1〜3で使用したNec1遺伝子に対応する内部標準遺伝子
【0263】
3)プライマー
(1)標的核酸検出用フォーワードプライマー
・塩基配列:acagtta CTCCATGAACTGTACCGCGACCAG(アンダーライン:付加した配列)
・5’末端をドナー色素FAMで標識し、3’末端から12塩基目のTをクエンチャー色素 DABCYLで標識した。
(2)内部標準核酸検出用フォーワードプライマー
・塩基配列:agctttg CTCCATGAAagcTtCCGCGACCAG(アンダーライン:付加した配列、小文字:標的核酸検出用フォーワードプライマーと配列が異なる部位。つまり、標的核酸と内部標準核酸の配列が異なる部位)
・5’末端のリン基をドナー色素6−TAMRAで標識し、3’末端から12塩基目のTを前記同様にクエンチャー色素DABCYLで標識した。
(3)リバースプライマー
・塩基配列:前記の表1のf(NECS-R)
【0264】
前記のフォワードプライマー(標的核酸検出用フォーワードプライマー及び内部標準核酸検出用フォーワードプライマー)は、サンライズプライマーとして機能するよう設計されており、遺伝子増幅によりプライマー内の分子内2次構造が解消されることで、蛍光発光するように設計されている。従って、本蛍光発光を測定することで、増幅産物をリアルタイムモニタリングすることが可能となる。又、各フォワードプライマーは、内部標準遺伝子と標的遺伝子の塩基配列の異なる部位を認識し、それぞれ特異的に結合し、伸長するように設計されている。このため、各フォーワードプライマー(標的核酸検出用フォーワードプライマー及び内部標準核酸検出用フォーワードプライマー)によって、標的核酸あるいは内部標準核酸を特異的に増幅することが出来る。又、標的核酸検出用フォーワードプライマー及び内部標準核酸検出用フォーワードプライマーは、それぞれ異なる蛍光色素で標識されているため、標的核酸由来の増幅増幅産物と内部標準核酸由来の増幅産物を、同一反応系内で同時に検出することが出来る。
前記プライマーは、エスペックオリゴサービス株式会社(http://www.business-zone.com/espec-oligo/)に委託し、合成した。
【0265】
4)PCRは次の条件で行った。
・変性反応:95℃、15sec
・アニーリング及び検出:55℃、5sec
・伸長(extention):72℃、10sec
・Taqポリメラーゼ:Gene Taq(日本ジーン株式会社)
・プライマー添加濃度:100nM
・鋳型核酸(Template):内部標準核酸NECM1及び標的核酸NEC1のPCR断片(a及びbプラマーをセットにしてPCR増幅産物:約700bp)の混合液
・測定装置:スマートサイクラーシステム(タカラバイオ株式会社)
【0266】
・使用チャンネル:
チャンネル1(Ex、450〜495nm;Em、505〜537nm)。
チャンネル3(Ex、527〜555nm;Em、565〜605nm)。
チャンネル1で標的核酸検出用フォーワードプライマーに標識したFAMの測定を行い、同時にチャンネル3で内部標準核酸検出用フォーワードプライマーに標識した6-TAMRAの蛍光測定を行った。
【0267】
5)標的核酸と内部標準核酸の濃度比に対する標的核酸由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸由来の蛍光強度増加率との関係式の作成
標的核酸と内部標準核酸の濃度比を、様々に変化させたものを鋳型として、前記実施例2の4)に記載の反応条件にて、PCRを実施し、標的核酸由来の増幅産物と内部標準核酸由来の増幅産物とを、それぞれリアルタイムモニタリングした。その結果から、標的核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率(NECB-24 acceptorプローブの蛍光強度増加率)と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率(NECMB-24 acceptorプローブの蛍光強度増加率)との比を求め、それをPCR前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比との関係を求めた(図15参照)。その結果、PCR前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比と、標的核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率との比との間に高い相関があることが明らかとなった。従って、当該関係式からPCR前の標的核酸と内部標的核酸の濃度比を知ることが出来ることが示された。以上の結果から、サンライズプライマーを用いた方法に於いても、実施例2,3の場合と同様に、標的核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率との比から、PCR前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比を求めることが可能であることが明らかとなった。
【0268】
4)従来方法の検量線を用いたスマートサイクラーによる標的核酸の測定
既知濃度の標的遺伝子サンプルに、実際に土壌試料から抽出した核酸抽出試料を、濃度を変えて混合し、正確に測定を行なえるかどうか検討した。内部標準核酸用プライマーと標的核酸用プライマーは、双方とも、反応チューブに添加し、それぞれ内部標準核酸と標的核酸を同時に検出した。
【0269】
先ず、既知濃度の外部標的遺伝子(nec1遺伝子)による検量線を作成した。土壌から抽出した核酸を含む試料3μlに、6,690,000コピーの標的遺伝子(nec1遺伝子)を添加したものを鋳型とし、本サンプル中のnec1遺伝子の測定を、前記の検量線を用いて行なった。又、土壌抽出核酸試料を添加せず、同数のnec1遺伝子を添加したサンプルについても、nec1遺伝子の測定を行った。その結果、実施例1〜3の場合と同様、土壌抽出核酸試料を添加することで、土壌抽出核酸試料を添加しなかったサンプルに比べて、グラフが右にシフトすること、つまり増幅反応が遅れて起こることが明らかになった。この遅れによりにCt値が大きくなり、その結果、測定値は実際に添加した標的核酸(遺伝子)(nec1遺伝子)よりも低く算出される事が分かった(表8参照)。以上の結果より、外部標的核酸(遺伝子)による検量線を用いた従来方法(リアルタイム定量的PCR法)では、サンライズプライマーを用いた場合に於いても、PCR阻害物質を含むサンプル中の標的遺伝子の測定を、正確に実施できないことが明らかとなった。
【0270】
Figure 0004460228
【0271】
5)本発明方法を用いたスマートサイクラーによる標的核酸の測定
本発明の内部標準核酸を添加した方法により、標的核酸の増幅前のコピー数を求めた(表8参照)。その結果、添加する土壌試料の量が多くなるに応じてグラフが右にシフトするのは前記と同様であるが、本発明では、増幅効率の低下(増幅反応の遅れ)が観察されたが、内部標準遺伝子の増幅も同様に低下したため、添加した標的遺伝子量と本発明方法による測定値とがほぼ一致することが明らかになった。
【0272】
以上の結果より、反応系に標的核酸に対応する内部標準核酸を添加し、標的核酸及び内部標準核酸由来の蛍光強度の変化量若しくは変化率を、サンライズプライマーを用いて求め、標的核酸の濃度若しくはコピー数を求める本発明の新規測定方法の有用性が明らかになった。
又、前記(実施例)と同様の検討を、前記本発明方法Bのix)に標記したハイブリダイゼーションにより蛍光が減少する核酸プローブを、プライマーとして用いた場合にも、上記と全く同様の傾向を示す結果が得られた(data not shown)。この結果より、遺伝子増幅過程をリアルタイムモニタリング出来るプライマーであれば、プライマーの種類に関わらず、本発明の新規測定方法に適応可能であることが明らかとなった。
【0273】
実施例6
遺伝子増幅法をPCR方法からLAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)方法(一つの核酸増幅方法)に替えて、実施例1〜4までと同様の検討を行った。
1)標的遺伝子
実施例1〜5までと同様、nec1遺伝子とした。
2)土壌からのDNAの抽出
実施例1と同様の方法で実施した。
3)プローブの合成
プローブ及びプライマーは、エスペックオリゴサービス株式会社(http://www.business-zone.com/espec-oligo/)に委託製造した。4)内部標準核酸(DNA遺伝子)の作製
実施例8として後述する人工遺伝子の取得法にて作製した。
5)LAMP用プライマーの設計と配列
プライマーの設計は、栄研化学株式会社(http://www.eiken.co.jp/)のホームページ上の、LAMP法用のプライマー設計ソフトにて行った。
本プライマーは、標的核酸と内部標準核酸に完全に相補的な配列を有しており、標的核酸と内部標準核酸を同時に増幅可能なプライマーとなっている。
【0274】
Figure 0004460228
【0275】
6)標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブ
表9に示されるNECB-23 LAMPは、LAMP法で増幅される標的核酸由来の増幅産物を検出するためのプローブの塩基配列であり、NECMB-23 LAMPは、LAMPで増幅される内部標準由来の増幅産物を検出するための核酸プローブである。本実施例においては、標的核酸プローブをNECB-24と、内部標準核酸プローブをNECMB-24と呼称する。
【0276】
NECB-24は、前記に記載する方法にて5’末端をBODIPY FLで標識し、NECMB-24は、前記に記載する方法にて5’末端を6-TAMRAで標識してある。双方とも3’末端の3’OH基をリン酸化して用いた。
本プローブは、実施例1で用いた、対応核酸とハイブリダイズすることで蛍光強度が減少するタイプの核酸プローブである。
表中、NECB-23 LAMPの9、10、11、12及び14番目の塩基t、a、c及びtが、NECMB-23 LAMPにおいては、おのおのA、T、G及びAに変化したものである。
【0277】
B)実験例
1)作製プローブの評価
標的核酸プローブ(NECB-23 LAMP)及び内部標準核酸プローブ(NECMB-23 LAMP)の対応核酸(標的核酸又は内部標準核酸)とハイブリダイズしたときの蛍光強度変化率{消光(減少率)率}と解離曲線を作成した。反応用バッファーはLAMP法で用いるものと同じものを使用した。
【0278】
その結果を図16及び17に示した。NECB-23 LAMPは標的核酸と内部標準核酸とのTm値の差は、約20℃強であり、60〜70℃の範囲で検出すれば、内部標準核酸を検出せずに標的核酸のみを良好に検出できることが明らかとなった。又、同様にNECMB-23 LAMPは内部標準核酸と標的核酸とのTm値の差も、NECB-23 LAMPと同様、約20℃強であり、60〜70℃の範囲で検出すれば、標的核酸を検出せずに標的核酸のみを良好に検出できることが明らかとなった。以上の結果より、PCRの増幅産物の検出は両プローブとも、LAMP法の反応温度である65℃で行なうこととした。
【0279】
2)LAMP法による遺伝子増幅は次の条件で行った。
・反応温度:65℃、60min
・ポリメラーゼ,dNTP等を含む増幅キット:Loopamp DNA増幅試薬キット(栄研化学株式会社)
・プライマー添加濃度:800nM(NEC FIP、NEC BIP)、200nM(NEC F3、NEC B3)(表10参照)
・プローブ添加濃度:各200nM
・鋳型核酸(Template):内部標準核酸NECM1及び標的核酸NEC1のPCR断片(表1のa及びbプラマーをセットにしてPCR増幅産物:約700bp)の混合液
・測定装置:スマートサイクラーシステム(タカラバイオ株式会社)(以下、便宜上、スマートサイクラーという。)。
【0280】
・使用チャンネル:
チャンネル1(Ex、450〜495nm;Em、505〜537nm)。
チャンネル3(Ex、527〜555nm;Em、565〜605nm)。
チャンネル1でBODIPY FLの測定を行い、同時にチャンネル3で6-TAMRAの蛍光測定を行った。
【0281】
Figure 0004460228
【0282】
3)標的核酸と内部標準核酸の濃度比に対する標的核酸由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸由来の蛍光強度増加率との関係式の作成
標的核酸と内部標準核酸の濃度比を、様々に変化させたものを鋳型として、前記2)に記載の反応条件にて、LAMP反応を実施し、標的核酸由来の増幅産物と内部標準核酸由来の増幅産物とを、それぞれ表10に示した核酸プローブにてリアルタイムモニタリングした。その結果から、標的核酸の増幅産物由来の蛍光強度変化{消光(減少)率}(以下、単に蛍光消光率という。)(NECB-23 LAMPの蛍光消光率)と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光消光率(NECMB-23 LAMPの蛍光消光率)との比を求め、それをLAMP反応前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比との関係を求めた。その結果、実施例2〜4で示したPCRの場合と同様、増幅前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比と、標的核酸の増幅産物由来の蛍光消光率と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光消光率との比との間に高い相関が見られた(data not shown)。従って、PCR方法の場合と同じように、本関係式から遺伝子増幅前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比を知ることが出来ることが示された。
【0283】
4)LAMP法介した土壌中の標的遺伝子(nec1遺伝子)の測定
前記実験例を踏まえて、内部標準核酸を用い、かつLAMP法介した本発明の新規遺伝子測定手法にて、標的遺伝子(nec1遺伝子)のコピー数が未知である土壌抽出核酸試料(標的核酸を含む。)中に存在する標的核酸量を測定した。
実験は、実施例1〜5のPCRを介した手法と同様、土壌抽出核酸試料1μl及び2μlに、内部標準核酸を66.9コピーほど測定系に添加し、標的遺伝子(nec1遺伝子)の測定を、LAMP法介した遺伝子測定方法にて行った。土壌抽出核酸試料は実施例1〜5と同様のものを用いた。その結果、土壌抽出核酸試料を1μl添加した系では、79.6コピーと測定された。又、土壌抽出核酸試料を2μl添加した系の測定値は139.2コピーであった。本測定値は、実施例1〜5で得られた結果とほぼ同等であることから、正確に土壌抽出核酸試料中の標的遺伝子(nec1遺伝子)を測定出来ているものと判断される。
以上の結果より、内部標準核酸を添加し、標的核酸及び内部標準核酸を核酸プローブにて検出することを特徴とする本発明の新規核酸(遺伝子)測定方法に、PCR方法以外の遺伝子増幅法を適応可能であることが、証明された。
【0284】
実施例7
Streptomyces turgidiscabiesのゲノムDNAから、nec1遺伝子の分離・濃縮を行うことが必要な場合は、以下の方法で分離・濃縮した。
使用する制限酵素は、Bfa1、BsaJ1、BssK1、Dde1、Msel、Msp1を使用した(全て、New England BIOLABSから購入した。)。これらは、2本鎖DNAの特定の4塩基の配列を認識して、切断する制限酵素であるため、確率論上、2本鎖DNAは約40塩基の長さに切断されると考えられる(任意の4塩基の配列は、256通りあるため、1種の4塩基認識の制限酵素で切断される部位は、256塩基毎に出現すると考えられる。今回は6種の制限酵素で切断するため、256÷6=42.6となり、平均して約40塩基毎に切断されると考えられる。)。しかしながら、nec1遺伝子は、上記6種の制限酵素を用いて処理することにより、nec1 遺伝子は536塩基の長さとなり、比較的長い2本鎖DNAとして存在する。このため、DNAの長さを指標として簡便に標的遺伝子を含む画分を回収可能となる。
【0285】
上記6種の制限酵素を各1μl、Mse1に付属のx10 bufferを10μl、ジャガイモそうか病が発生した土壌から前記実施例1と同様にして抽出した核酸溶液(80μl)を混合し、37℃で8時間反応させた後、更に60℃で8時間反応させた。nec1この断片を含む画分を、フィルター{マイクロコン−100(分割分子量=100,000)、ミリポア}に通した。100bp以下のDNAのみが本フィルターを通過するため、536塩基のnec1遺伝子は、フィルター上に残留する。nec1フィルター上に残留したnec1遺伝子を含む画分を回収し、乾燥後、1μlのミリポア純水に再溶解した。
【0286】
当該再溶解中のnec1遺伝子を実施例1の実験例7)と同様の手順にて測定した。又、濃縮の有無を確認するために制限酵素処理前の核酸溶液についても前記同様の方法でnec1遺伝子を測定した。核酸溶液の添加量は、それぞれ10μlとした。その結果、濃縮処理を実施した核酸溶液中のnec1遺伝子数は4790コピー/μl、濃縮を実施しない場合の核酸溶液中の当該遺伝子数は63コピー/μlであった。以上の結果より、本方法により、簡便に標的核酸(nec1遺伝子)の濃縮が可能であることが証明された。
【0287】
実施例8
任意の塩基配列を有する長鎖の人工遺伝子の合成は、以下の方法で実施した。
1)一本鎖オリゴヌクレオチドDNAの合成
合成する一本鎖オリゴヌクレオチド遺伝子は、実施例6で用いたnec1遺伝子に対応する内部標準遺伝子とした。その配列を以下に示す。塩基数は274bpであり、小文字とアンダーラインで示した部分が、標的核酸であるnec1遺伝子と配列の異なる部分である。当該一本鎖オリゴヌクレオチドDNAは、エスペックオリゴサービス株式会社に委託し、合成した。
【0288】
合成されたオリゴDNAは電気泳動にかけ、目的の一本鎖オリゴDNA遺伝子(274bp)由来のバンドが得られたかを確認したが、270bp付近に明瞭なバンドは確認できなかった。又、全体に電気泳動パターンはスメアであり、270bp以外についても、明瞭なバンドは確認されなかった。以上の結果は、様々な長さの一本鎖オリゴDNAが合成されており、目的の一本鎖オリゴDNA遺伝子の割合は、非常に低いということを示唆していると考えられる。以上の結果より、通常のオリゴDNAを合成する手法では、任意の配列を有する長鎖の遺伝子は得ることは不可能であることが強く示唆された。
【0289】
Figure 0004460228
【0290】
2)一本鎖オリゴヌクレオチドDNAを鋳型としたPCR反応
目的のDNAを得るため、上記の一本鎖オリゴヌクレオチドDNA遺伝子を鋳型として、PCR増幅を行った。使用したプライマーの配列を表11に示した。PCRの条件は、以下に示した通りである。
・変性反応:95℃、60sec
・アニーリング及び検出:62℃、60sec
・伸長(extention):72℃、60sec
・サイクル数:40サイクル
・Taqポリメラーゼ:Gene Taq(日本ジーン株式会社)
・プライマー添加濃度:各500nM
・PCR装置:iCycler(バイオラッド社製)
【0291】
Figure 0004460228
【0292】
PCR反応終了後、電気泳動を行った。しかしながら、270bp付近に明瞭なバンドは確認されなかった。そこで、得られたPCR産物を100倍に希釈し、これを鋳型として再度、同条件でPCRを実施し、電気泳動で産物を確認した。その結果、僅かに270bp付近にバンドが確認できた。しかしながら、泳動パターンが明瞭でなく全体にスメアであったため、再度、PCR産物を100倍に希釈したものを鋳型としてPCRを実施し、電気泳動で産物を確認したところ、270bp付近に明瞭なバンドが確認された。実際に、目的の産物が得られた事を確認するため、PCR産物の塩基配列を決定した。以下にその工程を示す。
【0293】
PCR産物は、マイクロスピンS-400HRカラム(アマシャムファルマシア社製)を用いて精製した。シークエンシング反応は、ダイデオキシターミネーター・シークエンシングキット(アプライドバイオシステムズ社製)を用いて実施し、得られた産物は、自動塩基配列決定装置(ABI PRISM TM 377、アプライドバイオシステムズ社製)を用いて、塩基配列を決定した。その結果、前記のPCR産物は、目的の内部標準遺伝子の配列を有していることが確認できた。
以上の結果より、本発明方法により任意の配列を有する長鎖の人工遺伝子を、簡便に合成可能であることが証明された。
【0294】
実施例9
前記本願発明方法Bの核酸プローブに標識する色素の種類について調べた。下記の塩基配列を有するデオキシリボポリヌクレオチドを核酸プローブとして、下記の塩基配列を有するデオキシリボポリヌクレオチドを、それに対応する核酸とした。なお、各デオキシリボポリヌクレオチドは前記の核酸合成機を用いて調製した。
【0295】
・標的核酸プローブ用:5'CCCCCCCCCTTTTTT3'
・標的核酸用:5'AAAAAAGGGGGGGGGGGG3'
標的核酸プローブ用のデオキシリボポリヌクレオチドに色素を標識するには、前記実施例1と同様な方法を用いて行った。
蛍光測定は下記の条件で行った。
【0296】
(1)ハイブリダイゼーション溶液のコンポーネント
・合成DNA 320nM(終濃度)
・核酸プローブ 80nM(終濃度)
・NaCl 50mM(終濃度)
・MgCl2 1mM(終濃度)
・トリス−塩酸緩衝液(pH=7.2) 100mM(終濃度)
・ミリQ純水 1.6992ml
・終全量 2.0000ml
(2)ハイブリダイゼーションの温度:51℃
(3)測定条件:
励起光 :表9に記載
測定蛍光色:表9に記載
【0297】
その結果を、表9に示した。表から分かるように、本発明の蛍光色素の蛍光強度を減少させるために用いる蛍光色素として、前記記載の中でも好適なものは、蛍光強度の減少率が15%以上のものなどを挙げることができる。
【0298】
実施例10
前記Morrisonらの方法を適用する実施例(二種の核酸プローブを用いる方法である。そして、当該核酸プローブが標的核酸にハイブリダイズする前は、当該プローブは互いにハイブリダイズしているものである。)である。
1)標的核酸及び内部標準核酸
実施例1と同様にした。
2)標的核酸プローブの合成
標的核酸プローブは次の二本のオリゴヌクレオチドからなるものである。
a) 5'-TCCATGAACT GTACCGCGACーCAG-3'(実施例1の標的核酸プローブNECB-24の5’末端のシチジル酸を削除した塩基配列)
b) 5'-TCGCGGTACA GTTCATGGA-3'(前記a)にハイブリダイズ塩基配列)
a)は、5’末端のリン酸基のOH基に蛍光物質6-TAMRAを標識した。
b)は、3’末端のアデノシンのデオキシリボースの3’位CのOH基にクエンチャー色素Dabcylを標識した。
【0299】
3)内部標準核酸プローブ
標的核酸と同様に、前記Morrisonらの方法に用いられているプローブである。
次の塩基配列を二本のオリゴヌクレオチドからなるものである。
a)5'-TCCATGAAAGCTTCCGCGACCAG-3’(実施例1の標的核酸プローブNECMB-24の5’末端を塩基削除したもの)
b)5'-TCGAA GTTCATGGA-3'(前記a)にハイブリダイズ塩基配列)
a)は、5’末端のリン酸基のOH基に蛍光物質FAMを標識した。
b)は、3’末端のアデノシンのデオキシリボースの3’位CのOH基にクエンチャー色素Dabcylを標識した。
【0300】
4)標的核酸プローブ、内部標的核酸プローブの調製方法
実施例4と同様に行った。
5)標的核酸と標的核酸プローブ、及び内部標準核酸と内部標準核酸プローブのハイブリダイゼーション条件:
実施例4と同様にした。
【0301】
6)測定条件
励起波長及び測定蛍光波長は以下の通りである。
・標的核酸プローブ:励起波長:527〜555nm;測定蛍光波長:565〜605nm。
・内部標準核酸プローブ:励起波長:450〜495nm;測定蛍光波長:505〜537nm。
【0302】
7)土壌サンプル(ハイブリダイゼーション反応の阻害物質)を含ない測定系でのハイブリダイゼーション反応の蛍光強度測定
標的核酸及び内部標準核酸の濃度を種々替えて、ハイブリダイゼーション前後の蛍光強度変化量を測定し、標的核酸及び内部標準核酸の検量線を作成した。
標的核酸プローブの濃度:500nM
内部標準核酸プローブの濃度:500nM
【0303】
8)土壌サンプル
標的核酸を含まない土壌について実施例1と同様に調製した。なお、標的核酸を含まないことを、実施例1の方法にて確認した。
9)土壌サンプル(ハイブリダイゼーション反応の阻害物質)を含む測定系での標的核酸の回収試験標的核酸の測定
(1)土壌サンプルを測定系100μLに100μL宛を添加して、測定系を複雑系にした。更に標的核酸を2.5×108コピー/10μLになるように添加した。内部標準核酸の濃度を種々変えて、蛍光強度を測定してた。その結果、内部標準核酸についての検量線が得られた。内部標準核酸の検量線についての変化率を計算し、標的核酸にあてはめた。その結果、複雑系における標的核酸の検量線を得た(実際は、簡便化法によって行った。内部標準核酸についての二つの検量線の勾配(傾き)を求め、同一濃度での二つの検量線の差を求めた。そして、内部標準核酸についての複雑系の検量線の勾配と、同一濃度での二つの検量線の差をそのまま、標的核酸について当てはめた。)。
【0304】
(2)土壌サンプル中の標的核酸のコピー数。
測定結果は、2.8×108コピー/10μL、標的核酸の回収率は112%であった。
【0305】
【発明の効果】
本発明の核酸の新規測定方法は前記のように構成されているので、標的核酸と標的核酸プローブのハイブリダイゼーション反応及び/又は核酸増幅反応を阻害する物質、又は多型核酸が含まれている試料においても、標的核酸を微量で、しかも正確かつ簡便、短時間に特異的に測定できる。しかも複数の標的核酸を同時に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】遺伝子(標的核酸)にハイブリダイズする各プライマーの当該遺伝子におけるハイブリダイゼーションの位置。
【図2】標的核酸(遺伝子(wild type))又は内部標準核酸(nec1変異型遺伝子(mutated type))と標的核酸プローブ(NECB-24)とのハイブリダイゼーション物(標的核酸プローブ複合体)の解離曲線。
【図3】標的核酸(nec1遺伝子(wild type))又は内部標準核酸(nec1変異型遺伝子(mutated type))と内部標準核酸プローブ(NECMB-24)とのハイブリダイゼーション物(標的核酸プローブ複合体)の解離曲線。
【図4】標的核酸プローブによる標的核酸と内部標準核酸との混合物を鋳型とするPCRのリアルタイムモニタリング。
【図5】内部標準核酸プローブによる標的核酸と内部標準核酸との混合物を鋳型とするPCRのリアルタイムモニタリング。
【図6】DNA濃度と標的核酸プローブに標識された色素の蛍光強度変化量(率)の関係式を示す図。
A:標的核酸
B:内部標準核酸
【図7】A:土壌試料が添加されていない測定系における各種DNA濃度におけるPCRのリアルタイムモニタリグ。
B:Aに基づく検量線
【図8】従来公知の定量的PCR方法によるリアルタイムモニタリング。鋳型核酸:nec1遺伝子のa及びbプローブをセットするPCR産物700万
【図9】 ハイブリダイゼーションした際のプローブの位置関係
【図10】 Nec-donorとNECB-24 acceptorのプローブセットの内部標準遺伝子とnec1遺伝子に対する解離曲線。
【図11】 Nec-donorとNECMB-24 acceptorのプローブセットの内部標準遺伝子とnec1遺伝子に対する解離曲線。
【図12】 増幅前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比に対する、標的核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率との関係式
【図13】 NECMB-24 beaconの内部標準遺伝子とnec1遺伝子に対する解離曲線。
【図14】 NECMB-24 beaconの内部標準遺伝子とnec1遺伝子に対する解離曲線。
【図15】 増幅前の標的核酸と内部標準核酸の濃度比に対する、標的核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率と内部標準核酸の増幅産物由来の蛍光強度増加率との関係式(サンライズプライマーを使用した場合)
【図16】 NECB-23 LAMPの内部標準遺伝子とnec1遺伝子に対する解離曲線。
【図17】 NECB-23 LAMPの内部標準遺伝子とnec1遺伝子に対する解離曲線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring a target nucleic acid using a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye.
Specifically, in this method, a substance that inhibits a nucleic acid hybridization reaction and / or a nucleic acid amplification reaction corresponds to a target nucleic acid probe and a target nucleic acid that specifically hybridize to the target nucleic acid in an existing measurement system or reaction system. In this method, an internal standard nucleic acid probe that specifically hybridizes to the internal standard nucleic acid is added, and at least one target nucleic acid is specifically and accurately measured.
[0002]
In addition, a target nucleic acid characterized by separating and recovering only a nucleic acid fraction containing a target nucleic acid base sequence after cleaving all nucleic acids containing the target nucleic acid with at least one restriction enzyme that does not cut the target nucleic acid base sequence region This is a separation / recovery concentration method.
Further, an artificially synthesized gene characterized in that gene amplification is performed using an artificially synthesized single-stranded oligonucleotide nucleic acid having an arbitrary sequence of 50 bp or more as a template to obtain a double-stranded DNA having an arbitrary sequence. It is an acquisition method.
[0003]
[Prior art]
Many methods for measuring a corresponding nucleic acid using a nucleic acid probe are known. For example,
(1) A method using a probe using a FRET (fluorescence energy transfer) phenomenon (for example, see Non-Patent Documents 1 to 3 and Patent Documents 1 and 2),
(2) Concentration of corresponding nucleic acid before amplification by a method using a probe utilizing the characteristic that fluorescent dye interacts with a specific nucleobase to reduce the amount of fluorescence emission, real-time monitoring quantitative PCR method Alternatively, a method for measuring the copy number (for example, see Non-Patent Document 4),
Many examples can be given.
[0004]
In any method, a probe labeled with a fluorescent dye is used in a measurement system in which one type of corresponding nucleic acid is present (meaning that there are a plurality of nucleic acid species in the measurement system but one corresponding nucleic acid is present). Or two types {in this case, a donor probe (sometimes simply referred to as a luminescent probe or a nucleic acid probe) and an acceptor probe (sometimes simply referred to as a quencher)} to add a hybridization reaction and / or nucleic acid An amplification reaction is performed and the fluorescence intensity of the measurement system is measured. In particular, the method using the nucleic acid amplification reaction is a method of measuring the corresponding nucleic acid before amplification by amplifying the corresponding nucleic acid by PCR in the presence of a nucleic acid probe and monitoring the PCR product in real time. It is known as a dynamic PCR method.
[0005]
In many cases, a complex sample contains an inhibitor of hybridization reaction or nucleic acid amplification reaction. In particular, in the real-time monitoring quantitative PCR method, a calibration curve is created based on the assumption that the inhibitor is not included. Therefore, in such a case, the target nucleic acid in the complex sample or nucleic acid amplification reaction before the reaction is complicated. The target nucleic acid cannot be measured accurately. In the real-time monitoring quantitative PCR method, since the corresponding nucleic acid before amplification is quantified using an exponential calibration curve, the quantification value has a large fluctuation.
[0006]
The total number of gene types present in a specific sample is enormous, and the amount is often biased to one side. In such a sample, there are often few target genes of interest. Since there is a limit to the amount of genes that can be added to a measurement system for detecting / measuring target genes (PCR methods, real-time quantitative PCR methods, etc. can be mentioned as suitable examples), up to the limit amount Even if such a gene is added, there may be a case where there are only a few target genes in the added gene or there is an undetectable amount. This often happens when detecting and measuring a target gene in a sample having the above characteristics. In this case, it becomes impossible or difficult to detect and measure the target gene accurately and specifically. For this reason, it is preferable to isolate and collect the target gene. Further, it is particularly desirable to concentrate the separated and recovered material. However, there is currently no such appropriate means.
[0007]
When producing an artificial gene having an arbitrary sequence, a single-stranded oligonucleotide (DNA) having an arbitrary sequence and an arbitrary length is synthesized using a commercially available nucleic acid synthesizer. There are many. However, since the efficiency of synthesizing one base is not 100%, the longer the base length of the oligonucleotide, the more the synthesis stops and the proportion of oligonucleotides having sequences other than the target increases. For this reason, it is generally said that the limit of synthesis of oligonucleotide is up to about 100 bases (hereinafter referred to as bp). On the other hand, when the length is about 50 bp or more, the proportion of oligonucleotides having sequences other than the target increases, and a complicated separation operation is required. Even when this operation is performed, when synthesizing a long oligo DNA of 50 bp or more, the acquisition ratio of the target oligonucleotide is often lowered as compared with the case of a short oligo DNA. For this reason, there has been a demand for a method for easily obtaining an artificial gene having an arbitrary sequence of 50 bases or more.
The present invention aims to solve the above problems.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-10-262700
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-84983
[Non-Patent Document 1]
Morrison et al., Anal. Biochem., Vol. 183, 231-244, 1989
[Non-Patent Document 2]
Mergney et al., Nucleic acid Res., Vol. 22, 920-928, 1994
[Non-Patent Document 3]
Tyagi et al., Nature Biotech., Vol. 14, 303-308, 1996
[Non-Patent Document 4]
KURATA et al., Nucleic acids Research, 2001, vol. 29, No. 6 e34
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The subject of the present invention is that, for the above purpose, when at least one kind of target nucleic acid is present in a measurement system including a complex sample, the target nucleic acid can be specifically measured by a simple method, In addition, a novel method that enables simple, accurate measurement in a short amount of time, a novel nucleic acid amplification method, a method for determining the concentration or copy number of a target nucleic acid prior to nucleic acid amplification using the method, and analyzing data obtained by these methods It is to provide methods and methods for applying these methods to various methods. Furthermore, devices such as DNA chips used in the method, measurement reagent kits, computer-readable recording media recorded with procedures for causing a computer to execute the process of the data analysis method, and target nucleic acids are measured by the method of the present invention And a measuring device incorporating a computer-readable recording medium, a method for separating / recovering and concentrating a target nucleic acid, a method for synthesizing an artificial gene having an arbitrary sequence, and the like.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies using the method of KURATA et al in 2) above (KURATA et al., Nucleic acids Research, 2001, vol. 29, No. 6 e34), the base sequence of the target nucleic acid A nucleic acid (hereinafter referred to as an internal standard nucleic acid) in which a part of the target nucleic acid is mutated is added to a known concentration at a known concentration, and further, a target nucleic acid probe (hereinafter referred to as a target nucleic acid probe) that specifically hybridizes to the target nucleic acid. ) And a target nucleic acid probe that specifically hybridizes to the internal standard nucleic acid (hereinafter referred to as an internal standard nucleic acid probe) is added to the measurement system to perform a hybridization reaction and / or a nucleic acid amplification reaction. Simultaneously measure nucleic acids, or after cleaving all nucleic acids containing the target nucleic acid with at least one restriction enzyme that does not cleave the target nucleic acid base sequence region, separate only the nucleic acid fraction containing the target nucleic acid base sequence It was found that the above-mentioned problem can be solved by collecting the DNA and performing gene amplification using an artificially synthesized single-stranded oligonucleic acid of 50 bp or more having an arbitrary sequence as a template. The present invention has been completed based on such findings.
[0011]
  That is, the present invention
[Claim 1] (i) Target nucleic acid,
(Ii) having a base sequence obtained by substituting a part of the base sequence of the target nucleic acid with another base;
A known amount of an internal standard nucleic acid that can be amplified simultaneously with the target nucleic acid using the same primer,
(Iii) a target nucleic acid probe comprising an oligonucleotide having a base sequence complementary to the target nucleic acid and labeled with at least one fluorescent dyeThe Tm value of the complex of the target nucleic acid probe and the target nucleic acid has a difference of 6 ° C. or more compared with the Tm value of the complex of the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid.,as well as
(Iv) What is a fluorescent dye that is composed of an oligonucleotide having a base sequence complementary to an internal standard nucleic acid and has a base sequence that does not hybridize with a target nucleic acid and that labels the target nucleic acid probe?Fluorescent colorInternal standard nucleic acid probe labeled with at least one different fluorescent dyeThe Tm value of the complex of the internal standard nucleic acid probe and the target nucleic acid has a difference of 6 ° C. or more compared to the Tm value of the complex of the internal standard nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid. thing,
Derived from the fluorescent dyes labeled on the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe of the reaction system.Fluorescence intensityAnd measuring the target nucleic acid and / or the target nucleic acid before the nucleic acid amplification reaction from the obtained measured value and the amount of the internal standard nucleic acid added.
[0012]
[Claim 2] (i) Target nucleic acid,
(Ii) having a base sequence obtained by substituting a part of the base sequence of the target nucleic acid with another base;
A known amount of an internal standard nucleic acid that can be amplified simultaneously with the target nucleic acid using the same primer,
(Iii) a target nucleic acid probe comprising an oligonucleotide having a base sequence complementary to the target nucleic acid and labeled with at least one fluorescent dyeThe Tm value of the complex of the target nucleic acid probe and the target nucleic acid has a difference of 6 ° C. or more compared with the Tm value of the complex of the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid.,as well as
(Iv) What is a fluorescent dye that is composed of an oligonucleotide having a base sequence complementary to an internal standard nucleic acid and has a base sequence that does not hybridize with a target nucleic acid and that labels the target nucleic acid probe?Fluorescent colorInternal standard nucleic acid probe labeled with at least one different fluorescent dyeThe Tm value of the complex of the internal standard nucleic acid probe and the target nucleic acid has a difference of 6 ° C. or more compared to the Tm value of the complex of the internal standard nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid. thing,
In the reaction system comprising: a target nucleic acid and a target nucleic acid probe, and an internal standard nucleic acid and an internal standard probe are hybridized, and before and after the reaction, the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe are labeled with each fluorescent dye. Come fromFluorescence intensityAnd measuring the target nucleic acid from the obtained measured value and the added amount of the internal standard nucleic acid.
[0013]
[Claim 3]The target nucleic acid probe is labeled with a donor dye and an acceptor dye, and the internal standard nucleic acid probe is labeled with a donor dye that is different from the acceptor dye and a donor fluorescent dye that labels the target nucleic acid probe. Item 3. The method according to Item 1 or 2.
[0014]
[Claim 4]The target nucleic acid probe is labeled with a donor dye and a quencher dye, and the internal standard nucleic acid probe is labeled with a quencher dye and a donor dye that is different from the donor fluorescent dye that labels the target nucleic acid probe. The method according to claim 1 or 2.
[0015]
[Claim 5]The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluorescent dye labeling sites of the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe are both terminal portions of the probe.
[0018]
[Claims6The method according to claim 1, further comprising the step of decomposing the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe by a polymerase in the nucleic acid amplification reaction.
[0019]
[Claims7The method according to claim 1, wherein the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe are used as primers for the nucleic acid amplification reaction.
[0020]
[Claims8The method according to claim 1, wherein the method for amplifying a nucleic acid is any one of a PCR method, an ICAN method, a LAMP method, a NASBA method, an RCA method, a TAMA method, and an LCR method.
[0021]
[Claims9The PCR method is a quantitative PCR method or a real-time quantitative PCR method.8The method described in 1.
[Claim 10] The method according to claim 2, wherein the temperature of the hybridization reaction is within a range of Tm value ± 10 ° C of the complex of the target nucleic acid and the target nucleic acid probe.
[0041]
That is, the present invention
1) Specific to an internal standard nucleic acid corresponding to a target nucleic acid, a nucleic acid probe that specifically hybridizes to the target nucleic acid (hereinafter simply referred to as a target nucleic acid probe), and an internal standard nucleic acid to a measurement system containing at least one target nucleic acid A method of measuring a target nucleic acid by adding or presenting a nucleic acid probe (hereinafter simply referred to as an internal standard nucleic acid probe) that hybridizes to the target,
[0042]
2) An internal standard nucleic acid (described later) that can be suitably used in the above-described novel method for measuring nucleic acid,
3) An internal standard nucleic acid probe (described later) that can be suitably used in the above-described novel method for measuring nucleic acid,
4) A target nucleic acid probe and / or an internal standard nucleic acid probe (described later) that can be suitably used in the above-described novel method for measuring a nucleic acid,
5) A novel target nucleic acid probe and / or internal standard nucleic acid probe (described later) that can be suitably used in the novel nucleic acid measurement method of the present invention is used as a simple nucleic acid probe or a primer for nucleic acid amplification in a nucleic acid amplification method. A novel nucleic acid amplification method and a novel method for measuring the concentration or copy number of the target nucleic acid prior to nucleic acid amplification of the target nucleic acid by the method (preferred specific methods are described later),
6) A method for analyzing data obtained by the method of the present invention (a preferred specific method is described later),
[0043]
7) Reaction liquids or measurement kits that can be used in the method of the present invention and that can carry out the method of the present invention, comprising an internal standard nucleic acid, a target nucleic acid probe and / or an internal standard nucleic acid probe,
8) A plurality of target nucleic acid probes and / or internal standard nucleic acid probes that can be used in the method of the present invention are bound to the surface of the solid support, and the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe are connected to the internal standard nucleic acid probe. And measuring the change or amount of change in the fluorescent character of the fluorescent dye labeled on the target nucleic acid probe and / or the internal standard nucleic acid probe, and devices capable of carrying out the method of the present invention, and A reaction solution or a measurement kit comprising an internal standard nucleic acid and capable of carrying out the method of the present invention using the devices;
[0044]
9) a measuring device for carrying out the method of the invention,
10) A computer-readable recording medium in which a procedure for causing a computer to execute the process of the data analysis method is recorded as a program;
11) A target characterized by separating and recovering only a nucleic acid fraction containing a target nucleic acid base sequence after cleaving all nucleic acids containing the target nucleic acid with at least one restriction enzyme that does not cleave the target nucleic acid base sequence region Nucleic acid separation / recovery concentration method,
12) An artificially synthesized gene characterized by performing gene amplification using an artificially synthesized single-stranded oligonucleotide nucleic acid of 50 bp or more having an arbitrary sequence as a template to obtain a double-stranded DNA having an arbitrary sequence Provide an acquisition method.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments.
The present invention is a nucleic acid probe labeled with at least one fluorescent dye (simply referred to as a nucleic acid probe), and corresponding nucleic acid {simply hybridizable nucleic acid (not necessarily all bases are complementary) All bases do not have to be hydrogen bonded). }, In the method of measuring the corresponding nucleic acid using at least one kind of nucleic acid probe in which the fluorescent character of the labeled fluorescent dye changes (simply a nucleic acid measuring method using a nucleic acid probe), at least one kind In the measurement system containing the target nucleic acid, at least one type of internal standard nucleic acid addressed to a known concentration corresponding to the target nucleic acid (described in detail later), at least one type of target nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye and / or internal A standard nucleic acid probe is added, a hybridization reaction and / or a nucleic acid amplification reaction is performed, and each of the hybridization reaction between the target nucleic acid probe and the target nucleic acid and / or the hybridization reaction between the internal standard nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid is performed. Fluorescent dye labeled on the nucleic acid probe or fluorescent key of the measurement system Measure or change the amount of lactic acid before and after hybridization at at least one wavelength, and from the measured value and the concentration of the internal standard nucleic acid, the concentration of the target nucleic acid and / or the concentration or copy of the target nucleic acid before the nucleic acid amplification reaction This is a new concept of measuring the number specifically.
[0046]
Further, this method is used as a principle of the present invention to solve various problems when measuring at least one target nucleic acid, preferably in a homogeneous system, using various nucleic acid probes.
Then, all nucleic acids including the target nucleic acid are cleaved with at least one restriction enzyme that does not cleave the target nucleobase sequence region, and only the nucleic acid fraction containing the target nucleobase sequence is separated, recovered, and / or further concentrated. It is a target nucleic acid concentration method.
Furthermore, a method for preparing an artificially synthesized gene that obtains double-stranded DNA having an arbitrary sequence by artificially synthesizing a single-stranded oligonucleic acid having an arbitrary sequence of 50 bp or more and performing gene amplification using this as a template is there.
[0047]
Unless otherwise specified, terms used in the present invention have the same meaning as terms generally used in biology, molecular biology, genetics or genetic engineering, microbiology or microbial engineering, etc. is there.
In the present invention, the fluorescence character refers to fluorescence properties such as fluorescence intensity, fluorescence lifetime, fluorescence polarization, fluorescence anisotropy, etc. (hereinafter abbreviated as fluorescence intensity for simplicity).
A complex of a probe and a nucleic acid obtained by hybridization of a nucleic acid probe and a corresponding nucleic acid is called a hybrid (or hybrid) complex, or simply a nucleic acid / probe complex or a probe / nucleic acid complex.
[0048]
In addition, the measurement of nucleic acid or the concentration of nucleic acid means not only the quantitative determination of the concentration of the target nucleic acid, but also quantitative detection or simple detection.
The “method of measuring a target nucleic acid using at least one target nucleic acid probe which is a target nucleic acid probe and changes the fluorescence intensity of a labeled fluorescent dye by hybridizing to a corresponding nucleic acid” in the present invention is Simply refers to a method of measuring nucleic acid using a nucleic acid probe. It may be known or unknown. For example, the presently known method described below and the method of the present invention can be mentioned. The “corresponding nucleic acid” is as described above.
[0049]
In the present invention, the target nucleic acid refers to a nucleic acid or gene intended for nucleic acid measurement. Regardless of purification. Also, it does not matter whether the concentration is large or small. Various nucleic acids may be mixed. For example, a complex microbial system (a mixed system of RNA or genetic DNA of a plurality of microorganisms, for example, nucleic acids and genes in soil) or a symbiotic microbial system (a plurality of animal and plant and / or RNAs of a plurality of microorganisms or It is a specific nucleic acid intended for measurement in a genetic DNA mixed system). 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-A methyl (Me) RNA etc. can be illustrated.
[0050]
In the present invention, an internal target nucleic acid is a nucleic acid corresponding to a target nucleic acid, and preferably has at least one of the following characteristics:
1) The internal standard nucleic acid has a base sequence that can be distinguished from the target nucleic acid from the change or amount of change in the fluorescence intensity of the fluorescent dye labeled on the probe, which is generated when the nucleic acid is hybridized with the internal standard nucleic acid probe. This example is illustrated in FIGS. 2 and 3 of Example 1. That is, based on the change in the fluorescence intensity or the difference in the amount of the fluorescent dye labeled on the internal standard nucleic acid and the internal standard nucleic acid probe, and the probe nucleic acid complex of the target nucleic acid and the target nucleic acid probe or each probe of the reaction system, Differences in base sequences between target nucleic acid and internal target nucleic acid can be identified.
2) The internal standard nucleic acid hybridizes only with the internal standard nucleic acid probe that specifically hybridizes with the internal standard nucleic acid and hybridizes with the target nucleic acid probe under certain conditions (how to obtain suitable conditions will be described later). It has a non-base sequence.
3) The base sequence of the internal standard nucleic acid is partially different from that of the target nucleic acid. The partial sequence is 1 to 30, preferably 1 to 10, particularly preferably 1 to 6 in terms of the number of bases. And it is a continuous or non-continuous base sequence.
4) The base length of the internal standard nucleic acid may be different from that of the target nucleic acid.
5) The internal standard nucleic acid can be amplified simultaneously with the target nucleic acid using the same primer.
[0051]
6) The internal standard nucleic acid is, for example, a base sequence in which a part of the base sequence of the target nucleic acid is substituted or deleted with another base, and is called a mutant nucleic acid or a kind of polymorphic nucleic acid. It is what is said. A base sequence that brings about the following effects is preferable: The hybridization effect between the target nucleic acid and the target nucleic acid probe is similar or close to the hybridization effect between the internal standard nucleic acid and the internal standard nucleic acid probe (totally Need not be the same).
Similarly, the inhibition site of the substance that inhibits nucleic acid amplification of the target nucleic acid or the inhibition effect thereof is the same as or similar to that of the substance that inhibits nucleic acid amplification of the internal standard nucleic acid (need to be exactly the same) No.) It is preferred to have an inhibition site or a base sequence that brings about its inhibition effect.
The above-mentioned internal standard nucleic acid can be prepared or synthesized by the methods described in Examples 1 and 7 and nucleic acid probes described later.
[0052]
In the present invention, the “measurement system in which at least one or more target nucleic acids are present” means that one or more kinds of target nucleic acids are present in the measurement system.
When a single type of target nucleic acid is present in the measurement system, the target nucleic acid probe and / or the internal standard nucleic acid probe present in the measurement system may be singular or plural. The term “may be plural” means that one type of target nucleic acid has a plurality of sites having different base sequences, and a plurality of types of target nucleic acid probes that hybridize to the site may be used. The same can be said for the internal standard nucleic acid.
[0053]
In the present invention, when a plurality of types of target nucleic acids are present in the measurement system and / or reaction system, a plurality of types of target nucleic acid probes and / or internal standard nucleic acids and / or internal standard nucleic acid probes are present. . The target nucleic acid and the target nucleic acid probe are at least the same number in the number of types. The same applies to the internal standard nucleic acid and the internal standard nucleic acid probe. This “at least the same number” means that a base sequence site where a plurality of nucleic acid probes hybridize to one type of target nucleic acid is set, and a plurality of types of nucleic acid probes exist in the measurement system for one type of target nucleic acid. It means that it may be allowed to.
[0054]
Further, the “plural types of target nucleic acid probes, plural internal nucleic acid probes and / or internal standard nucleic acid probes” in the case where the single type and plural types of target nucleic acids are present in the measurement system. The “species internal standard nucleic acid probe” has the following meaning. That is, (a) the nucleic acid probe of the present invention is a plurality of different types of probes. For example, probes having the same form or structure of probes but different in the dyes labeled with each other can be cited as examples. (B) A combination of nucleic acid probes having different probe forms or structures, but a plurality of types of nucleic acid probes having different labeling dyes. That is, it means that a combination of nucleic acid probes having different forms described later may be used.
“Measuring the change or amount of change in fluorescence intensity of a nucleic acid probe before and after hybridization” means, for example, the difference in measured value of fluorescence intensity of a nucleic acid probe before and after hybridization, and the time of the hybridization reaction system. The rate of change in fluorescence intensity as a function. In the nucleic acid amplification reaction, it means the change or rate of change of fluorescence intensity with respect to the reaction cycle.
[0055]
The invention of the present application comprises the first to eighth inventions.
The first invention relates to a method for measuring a nucleic acid without performing a nucleic acid amplification reaction.
That is, the first invention is as described above, but in the method of measuring nucleic acid using a nucleic acid probe (whether known or not known), a measurement system or reaction system containing at least one or more target nucleic acids ( Hereinafter, it is simply abbreviated as a measurement system.) Consisting of at least one kind of internal standard nucleic acid corresponding to the target nucleic acid and one kind of oligonucleotide labeled with at least one fluorescent dye specific to the target nucleic acid. At least one kind of internal standard nucleic acid probe consisting of one kind of oligonucleotide labeled with at least one kind of fluorescent dye specific to the target nucleic acid probe or the internal standard nucleic acid, or the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe In a measurement system comprising at least two types in total, a hybridization reaction is performed to Change or amount of fluorescence intensity of the fluorescent dye modified to the target nucleic acid probe generated by hybridization of the probe and target nucleic acid, fluorescence modified to the internal standard nucleic acid probe generated by hybridization of the internal standard nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid The change or amount of the fluorescence intensity of the dye is measured at the same number of wavelengths as the number of nucleic acid probe species (the sum of the number of target nucleic acid probe species and the number of internal standard nucleic acid probe species). This is a novel method for measuring a nucleic acid for measuring a target nucleic acid from the measured value and the amount of an internal standard nucleic acid.
[0056]
And in this invention, the target nucleic acid probe and / or internal standard nucleic acid probe which are used suitably for the said method take the following forms.
1) A target nucleic acid probe and / or an internal standard nucleic acid probe are each a single-stranded oligonucleotide that hybridizes to a corresponding nucleic acid, and a kind of donor dye (including a reporter dye) and / or a kind of acceptor dye. Changes in the fluorescence character of the hybridization reaction system when at least one nucleic acid probe labeled (including a quencher dye or quencher substance) is hybridized to the corresponding nucleic acid. Alternatively, the donor dye and the acceptor dye are labeled on the oligonucleotide so that the amount of change increases.
[0057]
2) The target nucleic acid probe and / or internal standard nucleic acid probe of the above 1) has one of the following forms:
(1) In the form of a kind of oligonucleotide labeled with a donor dye and an acceptor dye, by hybridizing with the corresponding nucleic acid, the change or amount of change in the fluorescence character of the donor dye becomes positive before and after hybridization,
(2) The change or amount of change in the fluorescence character of the donor dye and acceptor dye is negative before and after hybridization by hybridizing with the corresponding nucleic acid in the form of a kind of oligonucleotide labeled with the donor dye and acceptor dye. What
(3) two kinds of one kind of donor probe consisting of one kind of oligonucleotide labeled with one kind of donor dye and one kind of acceptor probe consisting of one kind of oligonucleotide labeled with one kind of acceptor dye The probe is in a paired form, and the donor probe and / or the acceptor probe hybridize with the corresponding nucleic acid, so that the change or change amount of the fluorescence character of the donor dye and the acceptor dye becomes negative or positive before and after hybridization. What will be.
[0058]
3) The target nucleic acid probe and / or internal standard nucleic acid of 1) above is hybridized with the corresponding nucleic acid in the form of a kind of oligonucleotide labeled with a donor dye and an acceptor dye, so that the donor dye is before and after hybridization. And the fluorescent character of the acceptor dye changes or the amount of change is negative, and is labeled with a donor dye or an acceptor dye at its end, and the nucleic acid probe is hybridized to the corresponding nucleic acid at the end 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 corresponding nucleic acid one to three bases away from the terminal base of the corresponding nucleic acid hybridized to the probe. .
[0059]
4) The target nucleic acid probe and / or internal standard nucleic acid of 1) above is hybridized with a corresponding nucleic acid in the form of a kind of oligonucleotide labeled with a donor dye and an acceptor dye, so that the donor dye is before and after hybridization. And the fluorescent character of the acceptor dye or the amount of change is negative, and when hybridizing to the corresponding nucleic acid, at least one G of probe-nucleic acid hybrid base pairs in the donor dye or acceptor dye labeling portion The base sequence of the probe is designed so as to form a pair of (guanine) and C (cytosine).
[0060]
5) The target nucleic acid probe and / or the internal standard nucleic acid probe is composed of a single-stranded oligonucleotide labeled with at least one fluorescent dye, and the probe is designed to have at least one of the following characteristics: Has been:
(1) A function can be exhibited with a kind of nucleic acid probe in the reaction system or measurement system.
(2) When hybridized with a target nucleic acid and / or an internal standard nucleic acid, the fluorescent dye increases or changes the amount of the fluorescent character minus in the absence of the quencher dye and / or quencher probe. ,
(3) The probe is labeled at least with a fluorescent dye at its end.
[0061]
(4) When the nucleic acid probe is hybridized to the target nucleic acid, the base of the target nucleic acid is separated from the labeled base of the target nucleic acid hybridized to the probe by 1 to 3 bases (however, the labeled base is counted as 1). There is at least one base of G (guanine) in the sequence,
(5) When the nucleic acid probe hybridizes to the target nucleic acid at the terminal portion, a plurality of probe-nucleic acid hybrid base pairs form at least one G (guanine) and C (cytosine) pair at the terminal portion.
[0062]
6) The target nucleic acid probe and / or internal standard nucleic acid probe of the above 5) is phosphoric acid in which the 3′-carbon hydroxyl group of the 3′-terminal ribose or deoxyribose, or the 3′- or 2′-carbon hydroxyl group of the 3′-terminal ribose is phosphorus. It is oxidized.
7) The target nucleic acid probe and / or internal standard nucleic acid probe of 5) above is labeled with the fluorescent dye at a portion other than the OH group at the 3 ′ end, and the nucleic acid probe is hybridized to the corresponding nucleic acid. In some cases, a target nucleic acid probe and / or an internal standard nucleic acid probe in which a plurality of base pairs of the probe-nucleic acid hybrid form at least one G (guanine) and C (cytosine) pair in the modified portion is used.
[0063]
The target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid are different so that the fluorescent color of the fluorescent dye labeling the target nucleic acid probe and the fluorescent color of the fluorescent dye labeling the internal standard nucleic acid probe are different from each other. It is preferred to design the probe. Specifically, it is preferable that the type of fluorescent dye labeling the target nucleic acid probe is different from the fluorescent dye labeling the internal standard nucleic acid probe.
[0064]
Specific examples of the nucleic acid measurement method using the above-described nucleic acid probe are shown below.
I. Examples of known methods
The currently known methods refer to all currently known methods, and are exemplified as follows. Note that the present invention is not limited by this illustration.
A) FRET When using the phenomenon:
(1) A method represented by the method of Morrison et al. (Morrison et al., Anal. Biochem., 183: 231-244, 1989)
In this method, double-stranded DNA is used as a corresponding nucleic acid, and two types of nucleic acid probes are used. One of the two types hybridizes to the leading strand and the other hybridizes to the coding strand. Further, when one of the probes is labeled with one fluorescent dye at the 5 'end, the other is labeled with one fluorescent dye at the 3' end. Further, one dye of the probe is a quencher donor dye (also called a reporter dye), and the other dye is an acceptor (also called a quencher dye). ) Dye. The nucleotide sequences of the two probes are designed so that they can hybridize with each other. When two types of probes form a hybrid complex, the FRET phenomenon acts and the fluorescence intensity of the measurement system is suppressed to a low level.
[0065]
In the measurement system, two types of probes forming a hybrid complex and a corresponding nucleic acid forming a duplex are present. Then, the probe and the corresponding nucleic acid dissociate its own hybrid complex, and the probe and the corresponding nucleic acid form a hybrid complex competitively. When the probe and the corresponding nucleic acid form a hybrid complex, the FRET phenomenon between the dyes is eliminated, and the change rate of fluorescence intensity change value or time as a function of the measurement system increases. Since the increase in the fluorescence intensity change value and the rate of change in the measurement system is proportional to the concentration of the corresponding nucleic acid, the concentration of the corresponding nucleic acid can be measured.
[0066]
In this case, first add two types of probes to the measurement system, measure the fluorescence intensity, and then add the sample containing the corresponding nucleic acid to measure the fluorescence change value or rate of change before and after. In some cases, two types of probes are added to a measurement system containing a nucleic acid, and the rate of change in fluorescence intensity as a function of time is measured. In this way, the concentration of the corresponding nucleic acid can be measured. This is because the change value or change rate of the fluorescence intensity is proportional to the concentration of the corresponding nucleic acid.
[0067]
(2) A method represented by the method of Mergney et al. (Mergney et al., Nucleic acid Res., 22: 920-928, 1994)
Two nucleic acid probes are hybridized to a single-stranded corresponding nucleic acid. When one of the two probes is labeled with one donor dye, the other is labeled with one acceptor dye. Further, when one of the probes is labeled with a fluorescent dye at the 5 'end, the other is labeled with the 3' end. The donor dye can act on the acceptor dye to increase the fluorescence emission at a specific wavelength of the acceptor dye. The donor dye is also referred to as a reporter dye, and when it acts on the acceptor dye, it weakens its own fluorescence. The acceptor dye is also referred to as a quencher dye. When two types of probes are hybridized to corresponding nucleic acids, the dye-labeled end site of one probe and the dye-labeled end site of the other probe are designed to face each other. The base sequences are designed so that the distance between the dye-labeled bases of both probes is 1 to 9 bases apart and both probes hybridize to the corresponding nucleic acid.
The actual measurement procedure is the same as the Morrison method.
[0068]
(3) Molecular beacon method (Tyagi et al., Nature Biotech., 14: 303-308, 1996; Schofield et al., Applied and Environ. Microbiol., 63: 1143-1147, 1997); Pin probe (sunrise probe) (Nazarenko, IA, Bhatnagar, SK and Hohman, RJ (1997) A closed tube format for amplification and detection of DNA based on energy transfer. Nucleic Acids Res., 25, 2516-2521); Scorpion probe (Theaker, J., Guy, SP, Brown, T. and Little, S. (1999) Detection of PCR products using self-probing amplicons and fluorescence. Nature Biotechnol., 17, 804-807.)
[0069]
The above-mentioned probe is generally labeled with one fluorescent dye at the end and one quencher substance that does not emit fluorescence in other regions. When not hybridized to the corresponding nucleic acid, a stem / loop structure is formed from the homology of the base sequence in the probe molecule. By the formation of the structure, the fluorescent dye and the quencher substance are arranged at positions close to each other. This arrangement causes the FRET phenomenon and suppresses the fluorescence emission of the donor dye. However, when the probe hybridizes with the corresponding nucleic acid, the three-dimensional structure of the probe changes and the stem-loop structure is broken. This eliminates the FRET phenomenon and increases the fluorescence emission of the fluorescent dye. The concentration of the corresponding nucleic acid is proportional to the increase in the fluorescence intensity of the fluorescent dye in the measurement system. The actual measurement procedure is the same as the Morrison method.
[0070]
(4) Method represented by the method of Livak et al. (US patent No. 5,538,848)
A probe in which one quencher dye and one reporter dye are labeled at different positions at the end of a single-stranded oligonucleotide. A stem-loop structure is not formed between the base chain where the fluorescent substance is labeled and where the quencher substance is labeled. When the probe is not hybridized to the corresponding nucleic acid, the reporter dye is affected by the quencher dye to suppress fluorescence, but when hybridized to the corresponding nucleic acid, the suppression is released and the reporter dye is released. Designed to increase fluorescent color development.
The actual measurement procedure is almost the same as that of Morrison et al.
[0071]
B) A method using a probe utilizing the characteristic that a fluorescent dye interacts with a specific nucleobase to reduce the amount of fluorescence emission
(1) A method represented by the method of KURATA et al. (KURATA et al., Nucleic acids Research, 2001, vol. 29, No. 6 e34; EP 1 046 717 A9; JP 2001-286300 (P2001-286300A)) (T.Horn, et al., Nucleic acid Research, 1997,25,4842-4849,1997; US Patent Application Publication No.US2001 / 0009760A1, Pub.Date: Jul.26,2001; US Patent No.6,140,054)
[0072]
A nucleic acid probe in which a single-stranded oligonucleotide is labeled with a single fluorescent dye, but when the site labeled with the fluorescent dye hybridizes with the corresponding nucleic acid, the base of the corresponding nucleic acid corresponding to the base of the labeled site or its The nucleic acid probe is designed so that at least one G is present in the vicinity, or a GC pair is present in the labeling site or the probe nucleic acid complex in the vicinity thereof. When the probe is hybridized to the corresponding nucleic acid, the intensity of the fluorescence emission of the hybrid complex is significantly reduced as compared with that before hybridization. Since the amount of decrease in the fluorescence intensity of the measurement system is proportional to the concentration of the corresponding nucleic acid, the corresponding nucleic acid can be measured.
The actual measurement procedure is almost the same as the method of Morrison et al., Except that the decrease value or decrease rate of the fluorescence intensity is measured. In this measurement method, measurement may be carried out by adding a helper probe for efficiently carrying out the hybridization reaction to the hybridization reaction system before the hybridization reaction.
[0073]
C) Other methods
1) A method represented by the method of Davis et al. (Davis et al., Nucleic acids Res., 24: 702-706, 1996)
The corresponding nucleic acid is measured using a probe in which a fluorescent dye is bound to the 3 'end of the oligonucleotide via a spacer having 18 carbon atoms. When the probe is hybridized to the corresponding nucleic acid, the fluorescence intensity is 10 times higher than when a probe in which the dye is directly bound to the 3 'end is used.
[0074]
2) The method represented by the method of HORN et al. (US Patent Application Publication No. US2001 / 0009760A1, Pub.Date:Jul.26,2001)
A probe consisting of a single-stranded oligonucleotide, labeled at one end with a BODIPY dye. It is designed so that a part of base sequences at both ends hybridize with each other. In the measurement system, when no corresponding nucleic acid is present, both ends are hybridized to form one loop. And the light emission of the fluorescent dye is suppressed. However, if the corresponding nucleic acid is present, the probe is hybridized to the corresponding nucleic acid, and thus the loop shape is broken. Since the fluorescent dye emits light, the concentration of the corresponding nucleic acid can be determined by measuring the fluorescence intensity.
[0075]
II. Example of nucleic acid probe of the present invention and method using the same
Summarized below.
1) Invention method A
i) In a method for measuring a corresponding nucleic acid using a nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye, a nucleic acid probe that hybridizes to the corresponding nucleic acid and has a different emission fluorescent color in a measurement system in which at least one corresponding nucleic acid is present In the presence of at least the same number of corresponding nucleic acids, and a hybridization reaction and / or a nucleic acid amplification reaction are performed, and the fluorescence intensity of the nucleic acid probe before and after hybridization is varied at least at the same number of wavelength species as the number of nucleic acid probe species, or This is a novel method for measuring nucleic acid by measuring the increase in the positive change amount and measuring the concentration of the corresponding nucleic acid or the nucleic acid concentration or copy number before amplification.
[0076]
ii) A nucleic acid probe obtained by labeling a single-stranded oligonucleotide that hybridizes to a corresponding nucleic acid with a fluorescent dye (donor dye) and a quencher dye, wherein the nucleic acid probe hybridizes to the corresponding nucleic acid. In order to increase the fluorescence intensity of the hybridization reaction system, the fluorescent dye (donor dye) and quencher dye are labeled on the oligonucleotide, and the fluorescent dye (donor dye) is labeled and the quencher. The novel method for measuring a nucleic acid according to i) above, wherein a nucleic acid probe composed of an oligonucleotide that does not form a stem-loop structure between the base strands where the char dye is labeled is used.
[0077]
iii) The nucleic acid probe according to the above ii) further has at least one of the following characteristics.
(1) A fluorescent dye (donor dye) and a quencher dye are labeled at the same base in a single-stranded oligonucleotide.
(2) The base position of the single-stranded oligonucleotide labeled with the fluorescent dye (donor dye) and the quencher dye is the 3 'end or the 5' end.
(3) The distance between the base where the fluorescent dye (donor dye) is labeled and the base where the quencher dye is labeled is 1 to 20, or {(3 to 8 Arbitrary integer) + 10n} (where n is an integer including 0).
[0078]
(4) A fluorescent dye (donor dye) or quencher dye is labeled at the 5 'end or 3' end of the oligonucleotide, and the corresponding quencher dye or fluorescent dye is labeled in the chain.
(5) A fluorescent dye (donor dye) or a quencher dye is labeled on the 5 'end of the oligonucleotide, and a corresponding quencher dye or fluorescent dye is labeled on the 6th to 8th bases from the 5' end.
(6) The single-stranded oligonucleotide has the same chain length as the corresponding nucleic acid.
(7) The phosphate group at the 5 'end and / or 3' end of the nucleic acid probe is labeled with a fluorescent dye (donor dye).
[0079]
(8) A fluorescent dye (donor dye) that labels the nucleic acid probe is Texas red, EDANS (5- (2′-aminoethyl) aminonaphthalene-1-sulfonic acid), tetramethylrhodomine (tetramethylrhodomine) or It is at least one of its derivative, FITC or its derivative, BODIPY FL, BODIPY R6G, BODIPY TMR, BODIPY TR, or 6-TAMURA.
[0080]
(9) The quencher dye that labels the nucleic acid probe is Dabcyl (4- (4'-dimethylaminophenylazo) benzoic acid), Ferrocene or its derivatives, methyl viologen, N, N'-dimethyl-2,9-diazopyrenium At least one.
In the nucleic acid probe used in the above-described nucleic acid measurement method, one type of fluorescent dye (donor dye) and one type of quencher dye are labeled on each kind of nucleic acid probe, and at least one oligonucleotide is labeled at each site. It is a place.
[0081]
2) Invention method B
i) In a measurement system in which at least one or more corresponding nucleic acids are present in the nucleic acid measurement method, at least the same number of nucleic acid probes that hybridize to the corresponding nucleic acid and have different emission fluorescent colors and the number of the corresponding nucleic acid species are present. A nucleic acid characterized by measuring a change in fluorescence intensity of a nucleic acid probe or an increase in a negative change amount before and after hybridization at a wavelength of at least the same number as the number of nucleic acid probe species after hybridizing the probe with the corresponding nucleic acid. New measurement method.
[0082]
ii) Multiple types of nucleic acid probes so as to form at least one pair of a fluorescent dye pair that causes a FRET phenomenon, that is, a fluorescent dye that can be a donor dye (donor dye) and a fluorescent dye that can be an acceptor dye (acceptor dye) Changes in fluorescence intensity before and after hybridization with an acceptor dye in the absence of a quencher probe when the probe hybridizes to the corresponding nucleic acid in a single-stranded oligonucleotide labeled with a fluorescent dye of Alternatively, the novel method for measuring a nucleic acid according to i), wherein the base sequence is designed so that the amount of change increases negatively and the dye is labeled.
[0083]
(iii) The nucleic acid probe according to (2), wherein when the nucleic acid probe is hybridized to the corresponding nucleic acid, the change or change amount of the fluorescence intensity of the donor dye and the acceptor dye is negatively increased in the absence of the quencher nucleic acid probe. A novel method for measuring a nucleic acid according to i) or ii) above, wherein the nucleic acid probe according to i) is used.
[0084]
iv) The novel method for measuring a nucleic acid according to i), wherein the nucleic acid probe according to ii) or iii) further uses a nucleic acid probe having the characteristics according to any one of the following: .
(1) A dye that labels a nucleic acid probe is a fluorescent dye that can serve as a donor dye, and is at least one of BODIPY FL, BODIPY 493/503, 5-FAM, Tetramethylrhodamine, or 6-TAMRA.
(2) The nucleic acid probe is labeled with a pair of dyes of a donor dye and an acceptor dye.
[0085]
(3) The nucleic acid probe is labeled with a donor dye or an acceptor dye at the end thereof, and when the nucleic acid probe is hybridized to the corresponding nucleic acid, 1 is determined from the base labeled with the donor dye or the acceptor dye in the probe. Or 3 bases apart (in this case, the terminal base is counted as 1 base. The same applies to the following invention), and the base sequence of the corresponding nucleic acid has at least 1 base of G (guanine). The base sequence of the lobe is designed.
[0086]
(4) When the nucleic acid probe is hybridized to the corresponding nucleic acid, the donor-dye labeling unit forms a plurality of probe-nucleic acid hybrid base pairs to form at least one G (guanine) and C (cytosine) pair. The base sequence of the probe is designed.
[0087]
(5) The donor dye labels the 5 'end portion (including the 5' end) of the nucleic acid probe.
(6) The donor dye labels the 3 'end portion (including the 3' end) of the nucleic acid probe.
(7) The 5 ′ terminal base of the nucleic acid probe is labeled with G or C, and the 5 ′ terminal is labeled with a donor dye.
(8) The 3 'terminal base of the nucleic acid probe is labeled with G or C, and the 3' terminal is labeled with a donor dye.
(9) The acceptor dye labels the 5 'end portion (including the 5' end) of the nucleic acid probe.
[0088]
(10) The acceptor dye labels the 3 ′ end portion (including the 3 ′ end) of the nucleic acid probe.
(11) The 5 'terminal base of the nucleic acid probe is labeled with G or C, and the 5' terminal is labeled with an acceptor dye.
(12) The 3 'terminal base of the nucleic acid probe is labeled with G or C, and the 3' terminal is labeled with an acceptor dye.
(13) When the base sequence of the nucleic acid probe binds to the corresponding nucleic acid, the base sequence of the corresponding nucleic acid is separated from the base labeled with the donor dye or acceptor dye in the probe by 1 to 3 bases. (Guanine) is designed to be present in at least one base.
[0089]
v) A nucleic acid probe comprising a single-stranded oligonucleotide labeled with a fluorescent dye, and when the nucleic acid probe is hybridized to a corresponding nucleic acid, the fluorescent dye is not a quencher probe or a quencher dye. When the change or amount of the fluorescence intensity is negatively increased below, and the probe is labeled with the fluorescent dye at the end, and the nucleic acid probe is hybridized to the corresponding nucleic acid at the end A nucleic acid whose base sequence is designed so that at least one base of G (guanine) is present in the base sequence of the corresponding nucleic acid 1 to 3 bases away from the terminal base of the corresponding nucleic acid hybridized to the probe The novel method for measuring a nucleic acid according to the above i) using a probe.
[0090]
vi) The novel method for measuring a nucleic acid according to i), wherein the nucleic acid probe according to v) uses a nucleic acid probe having the characteristics according to at least one of the following items.
(1) The nucleic acid probe is labeled with a fluorescent dye at the 3 'end.
(2) The nucleic acid probe is labeled with a fluorescent dye at the 5 'end.
[0091]
vii) a nucleic acid probe comprising a single-stranded oligonucleotide labeled with a fluorescent dye, and when the nucleic acid probe is hybridized to a corresponding nucleic acid, the fluorescent dye has a fluorescence intensity in the absence of a quencher probe. And the probe is labeled with the fluorescent dye at its end, and when the nucleic acid probe is hybridized to the corresponding nucleic acid, the end of the probe The above-mentioned i) uses a nucleic acid probe in which the base sequence of the probe is designed so that a plurality of base pairs of the probe-nucleic acid hybrid form at least one G (guanine) and C (cytosine) pair in a part. A novel method for measuring nucleic acids.
[0092]
viii) The novel method for measuring a nucleic acid according to i), wherein the nucleic acid probe according to vii) uses a nucleic acid probe having the characteristics according to at least one of the following items.
(1) 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.
(2) 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.
[0093]
(3) The nucleic acid probe in which the 5 ′ terminal base of the nucleic acid probe is G or C and the 5 ′ terminal is labeled with a fluorescent dye is a 3 ′ carbon hydroxyl group of ribose or deoxyribose at the 3 ′ terminal, or 3 ′ The 2 ′ carbon hydroxyl group of the terminal ribose is phosphorylated.
(4) The phosphate group at the 5 'end and / or 3' end of the nucleic acid probe is labeled with a fluorescent dye.
[0094]
ix) a nucleic acid probe consisting of a single-stranded oligonucleotide labeled with a fluorescent dye, wherein the fluorescent dye changes in fluorescence intensity in the absence of a quencher nucleic acid probe or A nucleic acid probe whose amount of change increases negatively, and the probe is labeled with the fluorescent dye at a portion other than a phosphate group at the 5 ′ end or an OH group at the 3 ′ end, and the nucleic acid probe is The base sequence of the probe is such that when hybridized to the corresponding nucleic acid, a plurality of base pairs of the probe-nucleic acid complex forms at least one G (guanine) and C (cytosine) pair in the labeling portion. The novel method for measuring a nucleic acid according to i) above, which uses a designed nucleic acid probe.
[0095]
In the present invention, in order to apply the various known methods described above and the methods A and B of the present invention to the novel method for measuring nucleic acid of the present invention, the nucleic acid probe is used as at least one fluorescent dye (donor dye). It is necessary to use a kind of target nucleic acid probe and / or internal standard nucleic acid probe labeled with a fluorescent dye that can be used in the present invention, including an acceptor dye. The nucleic acid probe added to the measurement system is at least one kind of target nucleic acid probe and internal standard nucleic acid probe.
[0096]
In the present invention, “measuring a change in the fluorescence intensity of a nucleic acid probe before or after hybridization or an increase in a negative change amount” refers to an example of a measured value of a fluorescence intensity of a nucleic acid probe before and after hybridization. This refers to a negative difference or a negative change rate of fluorescence intensity as a function of the time of the hybridization reaction system. In PCR, it means the change or rate of change of fluorescence intensity as a function of reaction cycle. The simplest example of “increasing the fluorescence intensity or the amount of negative change” can be a case where the amount of decrease in the fluorescence intensity of the measurement system increases.
[0097]
For example, without using a nucleic acid probe such as a quencher probe in the method of Morrison et al. (Morrison et al., Anal. Biochem., 183: 231-244 (1989)), This means that a measured value of a change (for example, decrease) in fluorescence intensity after hybridization or a rate of decrease in fluorescence intensity as a function of time during the hybridization reaction is measured. In PCR, it means that the rate of change (for example, the rate of decrease) in fluorescence intensity as a function of the reaction cycle is measured. The term quencher probe or quencher nucleic acid probe means a nucleic acid probe that acts on a nucleic acid probe and suppresses the light emission of the nucleic acid probe. A nucleic acid probe such as a quencher probe in the method of Morrison et al. That means.
[0098]
1) The nucleic acid probe used in the method A of the present invention will be described in detail below.
The characteristic of this probe is that when it is not hybridized to the corresponding nucleic acid, the emission of the fluorescent dye is inhibited by the quencher dye, but when it is hybridized, the inhibition is released and the fluorescence intensity Is a probe that changes (eg, increases).
[0099]
In the present invention, the fluorescent substance is a type of fluorescent dye that is generally labeled on a nucleic acid probe and used for measurement / detection of nucleic acid. For example, fluorescein or derivatives thereof (eg, fluorescein isothiocyanate (FITC) or derivatives thereof, such as Alexa 488, Alexa 532, cy3, cy5, 6-joe, EDANS, rhodamine 6G ( R6G) or its derivatives (eg, tetramethylrhodamine (TMR), tetramethylrhodamine isothiocyanate (TMRITC), x-rhodamine, Texas red, BODIPY ) FL (BODIPY is a trade name, FL is a trade name; manufactured by Molecular Probes, USA; the same applies hereinafter), BODIPY FL / C3, BODIPY FL / C6, Bodepy ( BODIPY) 5-FAM, BODIPY TMR, or derivatives thereof (eg, BODIPY TR), BODIPY (BODI PY) R6G, BODIPY 564, BODIPY 581, 6-TAMURA, etc. Among these, FITC, EDANS, Texas Red, 6-joe, TMR, Alexa 488, Alexa 532, Bodepy (BODIPY) FL / C3, BODIPY R6G, BODIPY FL, Alexa532, BODIPY FL / C6, BODIPY TMR, 5-FAM, BODIPY 493/503, BODIPY 564, BODIPY 581, 6-TAMURA, Cy3, Cy5, Texas red, x-Rhodamine and the like can be mentioned as suitable ones.
[0100]
The quencher substance is a substance that acts on the fluorescent substance to suppress or quench the light emission. For example, Dabcyl, QSY7 (Molecular Probe), QSY33 (Molecular Probe), Ferrocene or a derivative thereof, methyl viologen, N, N'-dimethyl-2,9-diazopyrenium, and preferably Dabcyl .
By labeling the fluorescent substance and the quencher substance at a specific position of the oligonucleotide as described above, the luminescence of the fluorescent substance is quenched by the quencher substance.
[0101]
In the present invention, the nucleic acid probe of the present invention is formed, and a single-strand that does not form a stem-loop structure between the base chain where the fluorescent substance is labeled and the quencher substance is labeled. Oligonucleotides are double-stranded in the self-strand due to the complementarity of the base sequences at at least two locations between the base strand where the fluorescent substance is labeled and the location where the quencher substance is labeled. An oligonucleotide that forms a strand and does not form a stem-and-loop structure.
[0102]
When the nucleic acid probe of the present invention is hybridized to the corresponding nucleic acid, the fluorescent substance and the quencher substance are labeled on the oligonucleotide of the present invention so that the fluorescence intensity of the hybridization reaction system changes (eg, increases). To do this, you can do as follows: The distance between the base where the fluorescent substance is labeled and the base where the quencher substance is labeled is zero in terms of the number of bases, i.e., the same nucleotide of the single-stranded oligonucleotide of the fluorescent substance and the quencher substance. It is labeled at a location, or 1 to 20 in terms of the number of bases, or {(any integer from 3 to 8) + 10n} (where n is an integer including 0). Preferably, 10 is added to the same nucleotide position of a single-stranded oligonucleotide, or 3 to 8 or any number thereof. More preferably, it is the position of the same nucleotide of a single-stranded oligonucleotide, or 3-8. Thus, each substance is preferably labeled with an oligonucleotide. However, the base interval strongly depends on the base sequence of the probe, the fluorescent substance and quencher substance used for labeling, the length of the linker that binds them to the oligonucleotide, and the like. Therefore, it is difficult to completely specify the base interval, and the above-described base interval is merely a general example, and there are many exceptional cases.
[0103]
When labeling at the same nucleotide site of a single-stranded oligonucleotide, the labeling site should be labeled with one side as a base and the other side as a portion other than a base, that is, a phosphate moiety, or a ribose or deoxyribose moiety. Is preferred. In this case, it is preferable to label the 3 'end or 5' end.
[0104]
Alternatively, when the distance between the base for labeling the fluorescent substance and the quencher substance is set as described above, each substance may be labeled in the oligonucleotide chain, and one of them may be labeled at the 5 ′ end or 3 ′ end of the oligonucleotide. And other corresponding substances may be labeled in the chain. Preferably, the fluorescent substance or the quencher substance is labeled at the 5 'end or 3' end of the oligonucleotide, and the corresponding quencher substance or the fluorescent substance is labeled from the end at the above-mentioned base number interval. In this case, when labeling the 3 ′ end part or the 5 ′ end part, the base, the phosphate part, or the ribose part or deoxyribose part, preferably the phosphate part, ribose part or deoxyribose part, more preferably It is better to label the phosphate part. When labeling in the chain, it is preferable to label the base in the chain.
[0105]
2) The nucleic acid probe used in the nucleic acid measurement method i) to iii) of the present invention method B will be described in detail below.
The donor dye that can be a donor dye in the present invention includes at least a. Excited at a specific wavelength and emitting at a specific wavelength, b. The luminescence energy can be transferred to a specific dye (a dye that can be an acceptor dye), c. A GC base pair complex (GC base pair hydrogen bond) generated when a nucleic acid probe is hybridized with a corresponding nucleic acid (hereinafter sometimes referred to as a GC hydrogen bond for convenience) is in the vicinity of a donor dye. When present, it is defined as satisfying a condition such that energy can be transferred toward the base pair. In other words, any pigment that satisfies this condition may be used. In general, dyes that can serve as donor dyes in the FRET phenomenon are preferably used (Nucleic) in which the fluorescence intensity of the probe changes (eg, decreases) when a nucleic acid probe that is labeled by itself is hybridized to the corresponding nucleic acid. Acid, 29, No.6 e34, 2001).
[0106]
The dye used is specifically the same as the dye used in the present invention A. Among them, BODIPY FL, the BODIPY FL dye, BODIPY 493/503), 5- More preferred examples of FAM, BODIPY 5-FAM, Tetramethylrhodamine, 6-TAMRA, and the like include BODIPY FL, BODIPY 493/503, 5-FAM, Tetramethylrhodamine, and 6-TAMRA. However, the present invention is not limited to these examples.
[0107]
In addition, acceptor dyes are generally dyes that can become acceptor dyes in pairs with donor dyes in the FRET phenomenon, that is, they can undergo energy transfer from donor dyes (in other words, quenching (quenching action) on donor dyes) Any pigment can be used. It depends on the type of donor dye forming the pair. For example, if BODIPY FL, the BODIPY FL dye, BODIPY 493/503, 5-FAM, BODIPY 5-FAM, Tetramethylrhodamine, 6-TAMRA, etc. are used as donor dyes, rhodamine (rhodamine) ) X, BODIPY 581/591, etc. can be used as acceptor dyes. However, the present invention is not limited to these examples.
[0108]
The structure of a preferred nucleic acid probe is labeled with a donor dye at its end, and when the nucleic acid probe hybridizes to the corresponding nucleic acid at the end, 1 to 3 from the terminal base of the corresponding nucleic acid hybridized to the probe. This means that the base sequence of the probe is designed so that there is at least one base of C (cytosine) or G (guanine) in the base sequence of the corresponding nucleic acid apart from the base.
[0109]
More preferably, when the nucleic acid probe is hybridized to the corresponding nucleic acid, a plurality of base pairs of the probe-nucleic acid hybrid form at least one G (guanine) and C (cytosine) pair at the donor dye label. The base sequence of the probe is designed.
Particularly preferably, the donor dye labeling site is a G (guanine) or C (cytosine) base, or a phosphate group of a nucleotide having the base, or an OH group of ribose.
[0110]
The labeling site of the donor dye and the acceptor dye is the acceptor dye or the donor dye when the donor dye or the acceptor dye labels the base, the phosphate part or the deoxyribose part, or the ribose part at the 5 ′ end of the nucleic acid probe. The dye is in the strand of the nucleic acid probe or at the 3 ′ end (including the 3 ′ end base). In addition, when the donor dye is labeling the base, phosphate part or deoxyribose part, or ribose part at the 3 ′ end of the nucleic acid probe, the donor dye or acceptor dye is in the nucleic acid probe chain or at the 5 ′ end. Part (including 5 ′ terminal base). When labeling the terminal portion, it may be labeled with both dyes. That is, for example, the phosphoric acid part may be labeled on one side, and the deoxyribose part or the ribose part or the base part may be labeled on the other side (for example, the distance between the bases of the labeling part of the donor dye and the acceptor dye is 0). Case (described below)). Alternatively, a spacer having a side chain may be used to bind both to a single spacer. In the present invention, it is a matter of course that all the above conditions may be satisfied even if the donor dye and the acceptor dye are both labeled in the chain.
The binding position of the fluorescent dye at each site is preferably bonded to the OH group or amino group via a spacer.
[0111]
The distance between the label part of the donor dye and the acceptor dye depends essentially on the kind of the dye pair of the donor dye and the acceptor dye, but generally 0 to 50 bases, preferably 0 to 40 bases, more preferably. Is 0 to 35 bases, particularly preferably 0 to 15 bases. If it exceeds 50 bases, the FRET phenomenon becomes unstable. At 15 to 50 bases, the fluorescence intensity of the acceptor dye changes (eg, decreases), but the fluorescence intensity of the donor dye may also change (eg, increase). That is, when the nucleic acid probe is hybridized to the corresponding nucleic acid, the three-dimensional structure of the nucleic acid probe may change. The change may eliminate the FRET phenomenon between the nucleic acid probe dyes. Depending on the magnitude of the quenching action of the acceptor dye on the donor dye (quenching action) and the quenching action of the GC hydrogen bond on the donor dye, the fluorescence intensity of the donor dye increases from before the hybridization, Or decrease. When the quenching action of the GC hydrogen bond is larger, it decreases, but when it is small, it may increase.
[0112]
Therefore, in a preferred form of the probe of the present invention, the labeling part of the donor dye and the acceptor dye has an interbase distance, and the donor dye is BODIPY FL, BODIPY 493/503, 5-FAM, Tetramethylrhodamine, or 6-TAMRA, The acceptor dye is 6-TAMRA, BODIPY 581/591, X-rhodamine, the 5 ′ terminal base is G or C, and the 5 ′ terminal is labeled with a donor dye or an acceptor dye, or a nucleic acid probe In which the 3 ′ terminal base is G or C and the 3 ′ terminal is labeled with a donor dye or an acceptor dye. A particularly preferred form is that in which the base of the corresponding nucleic acid corresponding to the dye labeling site is G. In this case, the base of the dye labeling site is not necessarily C.
[0113]
The structure of the novel nucleic acid probe for nucleic acid measurement of the present invention is as described above. In such a structure, when the energy of the excited donor dye is not hybridized to the corresponding nucleic acid, it is transferred to the acceptor dye, so that the acceptor dye emits light and has a strong fluorescence intensity. Yes. Therefore, since the emission of the donor dye is suppressed, the fluorescence intensity is kept at a low level. However, when the nucleic acid probe hybridizes to the corresponding nucleic acid, the energy of the donor dye or acceptor dye is transferred to the hydrogen bond of GC generated by the probe-nucleic acid hybrid complex or to G of the corresponding nucleic acid.
[0114]
In addition, when the nucleic acid probe of the present invention is hybridized to the corresponding nucleic acid, the fluorescence intensity of the luminescence of the nucleic acid probe is significantly reduced as compared with that before hybridization. Further, in the present invention, a plurality of acceptor dyes can be combined with one kind of donor dye, so that the number of nucleic acid probes of the combination can be obtained. And it has the said property.
[0115]
In actual nucleic acid measurement, since the decrease in the fluorescence intensity of the acceptor dye is measured, multiple types of nucleic acid probes can be used simultaneously with one excitation wavelength. That is, when many kinds of corresponding nucleic acids exist in the same measurement system, if such a nucleic acid probe is added simultaneously, many kinds of nucleic acids can be measured simultaneously with one excitation wavelength. That is, many types of nucleic acids can be measured simultaneously with a simple apparatus.
In addition, in the nucleic acid probe used in the nucleic acid measurement method according to the above i) to iii), each of the fluorescent dye and the quencher dye labeled on one nucleic acid probe is one each, and the oligonucleotide labeled sites are each There is at least one location.
[0116]
3) The nucleic acid probe used in the nucleic acid measurement method of v) to ix) of the present invention method B will be described in detail below.
It is a nucleic acid probe used in a method typified by the method of KURATA et al.
The feature of this nucleic acid probe is that it consists of a single-stranded oligonucleotide labeled with at least one fluorescent dye. When hybridized to the corresponding nucleic acid, the quencher probe or quencher dye is not present (measurement system). In the absence of the quencher probe, ie, without interaction with the quencher dye, the fluorescence intensity of the nucleic acid probe changes (eg, decreases).
In principle, this is based on the phenomenon in which the luminescence energy of the nucleic acid probe is transferred to the GC pair (hydrogen bond complex) of the probe and the corresponding nucleic acid, particularly G of the corresponding nucleic acid, and the luminescence is suppressed.
[0117]
The number of bases of the probe of the present invention is the same as that of the above invention. The base sequence of the probe is not particularly limited as long as it specifically hybridizes to the corresponding nucleic acid. Preferably, when the nucleic acid probe is labeled with a fluorescent dye and hybridizes to the corresponding nucleic acid,
(1) a base sequence in which 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 corresponding nucleic acid at a distance of 1 to 3 bases from the fluorescently labeled base;
(2) The base sequence of the probe is 1 to 3 bases away from the terminal base of the corresponding nucleic acid hybridized to the probe so that there is at least one base (G) in the base sequence of the corresponding nucleic acid. Designed base sequence,
[0118]
(3) 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, or the base of the corresponding nucleic acid at the fluorescent dye labeling site A base sequence in which the base sequence of the probe is designed so that is G;
(4) In a probe labeled with a fluorescent dye in a portion other than the 5′-terminal phosphate group and the 3′-terminal 0H group, the base pair of the portion labeled with the fluorescent dye has at least one pair of G (guanine) and C A base sequence in which the base sequence of the probe is designed so as to form a (cytosine) pair or so that the base of the corresponding nucleic acid at the fluorescent dye labeling site is G is preferable.
[0119]
The fluorescent dye labeled on the oligonucleotide is the same as described above. Among the above descriptions, FITC, EDANS, Texas red, 6-joe, TMR, x-rhodamine, Cy3, Cy5, Alexa 488, Alexa 532, 5-FAM, BODIPY FL, BODIPY 493/503, BODIPY R6G, BODIPY 564, BODIPY 581, BODIPY FL / C3, BODIPY FL / C6, BODIPY TMR, 6-TAMURA, etc. are suitable Among them, in particular, 5-FAM, BODIPY 493/503, BODIPY FL, 6-joe, TMR, 6-TAMURA, etc. are more suitable (fluorescence intensity reduction rate is 60%) It has the above.
The method of labeling the oligonucleotide with a fluorescent dye is the same as in the above invention.
It is also possible to introduce a fluorescent dye molecule into the chain of the probe nucleic acid (ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 225, pages 32-38 (1998)).
[0120]
Preferred probe forms are those in which the 3 ′ or 5 ′ end is labeled with a fluorescent dye, and the base at the labeled end is G or C, or the base of the corresponding nucleic acid at the fluorescent dye labeling site is It is G. 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 at the 3′-end ribose The OH group may be modified with a phosphate group or the like without any limitation.
Moreover, you may modify the base in a probe chain | strand, especially C or G.
In addition, in the nucleic acid probe used in the nucleic acid measurement method described in v) to ix) above, at least one fluorescent dye is labeled on one nucleic acid probe, and at least one labeled portion is present.
[0121]
The nucleic acid probes used in the nucleic acid measurement methods A and B of the present invention (hereinafter, for the sake of simplicity, each may be referred to as a nucleic acid probe A or a nucleic acid probe B) are composed of oligodeoxyribonucleotides or oligoribonucleotides. May be. It may also be a chimeric oligonucleodite containing both of them. Those oligonucleotides may be chemically modified. Chemically modified oligonucleotides may be interposed in the chain of the chimeric oligonucleotide.
[0122]
As the modification site of the oligonucleotide subjected to the above-mentioned chemical modification, the terminal hydroxyl group or terminal phosphate group at the end of the oligonucleotide, or the nucleoside phosphate site in the chain, the carbon at the 5-position of the pyrimidine ring, and the nucleoside sugar (ribose) Or a deoxyribose) site | part can be mentioned. Preferable examples include ribose or deoxyribose sites.
[0123]
The oligonucleotide of the nucleic acid probe of the present invention can be produced by a general method for producing an oligonucleotide. It is also preferable to synthesize using a commercially available nucleic acid synthesizer (for example, ABI394 (Perkin Elmer, USA)).
[0124]
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 bound to the 5 'end, first, as a spacer to 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. An oligonucleotide labeled with a fluorescent dye 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 as described above can be purified by chromatography such as reverse phase to obtain the nucleic acid probe of the present invention.
[0125]
The 3 'terminal base of the oligonucleotide can also be labeled.
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 introduced bodies are also commercially available in the same manner as described above, commercially available products may be purchased. 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. An oligonucleotide labeled with a fluorescent dye can be synthesized by binding a fluorescent dye having reactivity with an amino group or SH group or a derivative thereof to the spacer.
[0126]
In addition, the base in the chain of the oligonucleotide can be labeled.
The base amino group or OH group may be labeled with the dye of the present invention in the same manner as at the 5 'or 3' end (ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 225, pages 32-38 (1998)).
When introducing into an amino group, kit reagents (for example, Uni-link aminomodifier (CLONTECH, USA), Fluo Reporter Kit F-6082, F-6083, F-6084, F-10220 (any It is also 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.
The oligonucleotide synthesized in this manner can be purified by chromatography such as reverse phase to obtain the nucleic acid probe of the present invention.
[0127]
The internal standard probe of the present invention utilizes the above-described nucleic acid probe and has the following characteristics:
1) Labeled with at least one fluorescent dye.
2) The internal standard nucleic acid probe has a sequence that hybridizes only with the internal standard nucleic acid under certain conditions and does not hybridize with the target nucleic acid.
3) The fluorescent dye labeled on the target nucleic acid probe, which is produced when the fluorescent intensity of the labeled fluorescent dye changes or changes due to hybridization with the internal standard nucleic acid when the target nucleic acid probe hybridizes with the target nucleic acid. It can be clearly distinguished from the change or amount of the fluorescence intensity.
[0128]
4) (1) When the internal standard nucleic acid probe forms a probe-nucleic acid complex with the target nucleic acid:
The base sequence of the internal standard nucleic acid indicates that the Tm value of the probe / nucleic acid complex of the internal standard nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid is compared with the Tm value of the probe / nucleic acid complex of the internal standard nucleic acid probe and the target nucleic acid. It has a difference of not less than 10 ° C, preferably not less than 6 ° C, more preferably not less than 10 ° C.
(2) When the target nucleic acid probe forms a probe / nucleic acid complex with the internal standard nucleic acid:
The base sequence of the internal standard nucleic acid is such that the Tm value of the probe / nucleic acid complex is 3 ° C or higher, preferably 6 ° C or higher, compared to the Tm value of the probe / nucleic acid complex of the target nucleic acid probe and the target nucleic acid. Preferably, it has a difference of 6 ° C. or more.
[0129]
The target nucleic acid probe has a base sequence that specifically hybridizes to the target nucleic acid, and has a base sequence that does not specifically hybridize to the internal standard nucleic acid.
Similarly, an internal standard nucleic acid probe has a base sequence that specifically hybridizes to an internal standard nucleic acid, and has a base sequence that does not specifically hybridize to a target nucleic acid.
In the present invention, at least one of the above probes is used for one kind of target nucleic acid or internal standard nucleic acid.
The internal standard nucleic acid, internal standard nucleic acid probe, target nucleic acid, and target nucleic acid probe are as described above. The same applies to the nucleic acid measurement method using the nucleic acid amplification method described later. However, this is an example, and the present invention is not limited to these examples.
[0130]
The present invention provides a measurement system comprising at least one target nucleic acid probe and / or at least one internal standard nucleic acid probe as described above, and at least one target nucleic acid together with at least one internal standard nucleic acid at a known concentration. Add and let the hybridization reaction occur and measure the change or amount of fluorescence intensity of the fluorescent dye labeled on the target nucleic acid probe and / or internal standard nucleic acid probe of the measurement system or hybridization reaction system at at least one wavelength Then, the target nucleic acid concentration is measured from the measured value and the concentration of the internal standard nucleic acid.
In the present invention, the measurement system or the hybridization reaction system may be a solution system or a solid system.
[0131]
Hybridization reaction conditions may be performed under normal known conditions. In particular, for temperature, it is preferable to conduct an experiment of the following procedure, as shown in Example 1, to determine suitable temperature conditions:
(1) A dissociation curve between a target nucleic acid and a target nucleic acid probe or an internal standard nucleic acid probe is obtained.
(2) Obtain a dissociation curve between the internal standard nucleic acid and the internal standard nucleic acid probe or the target nucleic acid probe.
(3) From the above dissociation curve, the target nucleic acid and the target nucleic acid probe are hybridized, but the temperature at which the probe nucleic acid probe complex of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid probe is dissociated, and the internal standard nucleic acid and the internal The temperature at which the standard nucleic acid probe is hybridized but the internal standard nucleic acid and the target nucleic acid probe / nucleic acid probe complex are dissociated is determined. The temperature common to both is the hybridization temperature.
The buffer solution, metal ions, and the like may be under normal known conditions.
[0132]
The “change amount” is more specifically exemplified as follows. The difference in fluorescence intensity or the rate of change in fluorescence intensity in a specific measurement wavelength in a measurement system before and after hybridization between a target nucleic acid and a target nucleic acid probe or an internal standard nucleic acid and an internal standard nucleic acid probe. In this case, the measurement wavelength is at least one or more. This comes from the procedure of measuring at least one wavelength of one fluorescent dye labeling one nucleic acid probe.
The rate of change in fluorescence intensity is the amount of change in fluorescence intensity relative to the fluorescence intensity before the reaction as a function of time after the start of the hybridization reaction, the rate of change, and the fluorescence before the reaction as a function of the number of cycles in PCR. The rate of change in fluorescence intensity after the start of reaction with respect to the intensity value.
[0133]
“Change or change in fluorescence character of target nucleic acid probe caused by hybridization between target nucleic acid probe and target nucleic acid, change or change in fluorescence intensity of internal standard nucleic acid probe caused by hybridization between internal standard nucleic acid probe and internal standard nucleic acid “Measure the target nucleic acid from the amount and the added amount of the internal standard nucleic acid” means, for example, the amount or concentration of the internal standard nucleic acid at a known concentration and the internal standard nucleic acid when the internal standard nucleic acid probe is hybridized with the internal standard nucleic acid. The relationship between the change or the amount of change in the fluorescence intensity of the probe is graphed so as to be visible or a mathematical relational expression, and the change or change in the fluorescence intensity of the target nucleic acid probe is represented in a graph or relational expression. This refers to determining the amount or concentration of the target nucleic acid by insertion. Alternatively, the procedure for determining the amount or concentration of the target nucleic acid from the graph or the relational expression is recorded on a computer-readable recording medium, and the fluorescence derived from the target nucleic acid probe when the target nucleic acid and the target nucleic acid probe are hybridized. This refers to determining the amount or concentration of a target nucleic acid by inputting a change or amount of intensity into a computer.
[0134]
In particular,
1) First, in a reaction system (measurement system) that is considered not to inhibit hybridization reaction between nucleic acids and nucleic acid amplification reaction (here, reaction using a nucleic acid probe; the same applies hereinafter), a target with a known concentration. Nucleic acids and probes corresponding to the internal target nucleic acid are added to perform each reaction.
2) Measure the amount or rate of change in fluorescence intensity of the reaction system (measurement system) derived from the hybridization reaction and nucleic acid amplification reaction.
3) Graph or formulate the relationship between each nucleic acid concentration and the amount or rate of change of the fluorescence intensity.
4) A hybridization reaction and a nucleic acid amplification reaction are performed using an unknown sample containing at least one target nucleic acid, a target nucleic acid probe, internal standard nucleic acid at various known concentrations, and an internal standard nucleic acid probe. Then, the amount of change and the rate of change in the fluorescence intensity of the reaction system derived from each fluorescent dye labeled on the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe of the reaction system are measured and calculated.
[0135]
5) Graph or formula showing the relationship between the amount of change in the fluorescence intensity of the reaction system derived from the fluorescent dye of the internal standard nucleic acid probe in 4) above, the rate of change and the concentration of the internal standard nucleic acid or the concentration of the internal standard nucleic acid before amplification. Turn into.
6) Compare and examine the graph or mathematical expression of the internal standard nucleic acid obtained in 3) above with that obtained in 5) above. When there is no difference, the graph or the mathematical formula obtained in 3) can be used as it is. If there is a difference, the coefficient of difference is calculated manually or by a computer.
7) The graph or mathematical formula for the target nucleic acid of 3) is corrected using the coefficient.
8) Apply the amount or amount of change in the fluorescence intensity for the target nucleic acid obtained in 4) above to the corrected graph or formula, and the concentration or copy of the target nucleic acid in the unknown sample, or before amplification of the target nucleic acid. Determine the density or copy number.
[0136]
The method for obtaining the concentration of the target nucleic acid has various variations and is not limited to the above example.
For example, a known amount of an internal standard nucleic acid is added to an unknown sample. A hybridization reaction is performed using the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe. The amount of change in fluorescence intensity of the fluorescent dye labeled on each probe is measured. The relationship between the amount of change for the internal standard nucleic acid and the concentration of the internal standard nucleic acid is considered to be applicable to the target nucleic acid (Note that this can be done in a system where there is no hybridization inhibitor or polymorphism. Check). Therefore, a relational expression between the change amount of the internal standard nucleic acid and the internal standard nucleic acid concentration is obtained in advance using the unknown sample. From the relational expression, the concentration of the target nucleic acid in the unknown sample can be estimated.
[0137]
A feature of the present invention is that the fluorescence intensity is measured at at least one wavelength. For example, when one target nucleic acid is present in one measurement system, at least two types of target nucleic acid and the internal standard nucleic acid probe that hybridizes to the target nucleic acid and the target nucleic acid probe that hybridizes to the target nucleic acid are measured simultaneously. Is required. When there are two types of target nucleic acids, the measurement wavelength is at least four wavelengths.
[0138]
However, in the present invention, it is not always necessary to perform the measurement simultaneously. That is, when measuring changes or changes in the fluorescence intensity of each probe during hybridization of an internal standard nucleic acid and an internal standard nucleic acid probe, or between a target nucleic acid and a target nucleic acid probe, they are not necessarily performed at the same time, but on separate measurement systems. May be. In this case, at least one measurement wavelength may be used. Even if the measurement is performed separately, the measurement system preferably contains the target nucleic acid or the internal standard nucleic acid. Of course, the method of the present invention can be carried out even if these nucleic acids are not contained.
[0139]
In the present invention, at least one type of probe may exist in one target nucleic acid. This means that the base sequence in which a plurality of types of probes hybridize to one target nucleic acid overlaps the hybridized region. There may be more than one. In this case, the measurement wavelength increases by the type of probe.
In the present invention, the measurement conditions may be the above-mentioned known conditions, and may be changed as appropriate according to the method for measuring the target nucleic acid.
[0140]
Next, the second invention of the present invention will be described below.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a measurement system or nucleic acid amplification reaction system containing at least one target nucleic acid, the at least one internal standard nucleic acid having a known concentration, at least one target nucleic acid probe, and / or at least one internal standard nucleic acid. Changes or changes before and after the nucleic acid amplification reaction in each cycle of the fluorescence intensity of the fluorescent dye labeled with each nucleic acid probe by amplifying the target nucleic acid and / or the internal standard nucleic acid by a nucleic acid amplification method with the addition or presence of a probe This is a method of measuring the amount in real time and measuring the concentration or copy before amplification of the target nucleic acid from the measured value and the concentration of the internal standard nucleic acid.
[0141]
The nucleic acid amplification method referred to in the present invention refers to a method for amplifying a nucleic acid in vitro.
For example, it does not matter whether it is known or not known. For example, PCR method, quantitative PCR method, LCR method (ligase chain reaction), real time monitoring quantitative polymerase chain reaction assays, TAS method, RT-PCR, RNA-primed PCR, Stretch PCR, Inverse PCR, PCR using Alu sequence, multiplex PCR, PCR using mixed primers, PCR using PNA, etc. (protein / nucleic acid / enzyme: Volume 35, No. 17, 1990, Kyoritsu Shuppan Co., Ltd .; experiment Medicine, Vol.15, No.7, 1997, Yodosha; Guide to using the PCR method, edited by Yoshio Yazaki, 1998, Chugai Medical), ICAN (Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleic Acids) method, LAMP method , NASRA method, RCA method, TAMA method, UCAN method, etc. shall be included. Further, the term “quantitative” means not only the original quantitative measurement but also the quantitative measurement of the degree of detection as described above. It should be noted that a melting curve analysis or analysis method is also included.
[0142]
I) Known methods
As an example, a PCR method will be described.
PCR methods can be divided into the following two cases depending on how the probes are used.
A) When a nucleic acid probe is simply hybridized to an amplification product by PCR and a change in fluorescence intensity is simply used as a signal (Witwer et al., US Patent No. 6,174,670 B1; Livak et al., US Patent No. 5,538,848) ; KURATA et al., Nucleic acids Research, 2001, vol. 29, No. 6 e34; EP 1 046 717 A9; JP 2001-286300 (P2001-286300A)); US Patent No. 6,495,326)
[0143]
In this case, there are two cases depending on how the nucleic acid probe is used.
a) Method using two nucleic acid probes
According to the method of Morrison et al. (Morrison et al., Anal. Biochem., 183: 231-244, 1989) and the method of Mergney et al. (Mergney et al., Nucleic acid Res., 22: 920-928, 1994) This is a representative method. That is, a method using a donor nucleic acid probe and an acceptor nucleic acid probe.
(A) In the method of Mergney et al., Two nucleic acid probes are hybridized to the amplified nucleic acid. Then, the fluorescence intensity of the acceptor probe of the nucleic acid probe during the annealing reaction and the fluorescence intensity of the acceptor dye released from the amplified nucleic acid after the nucleic acid probe is decomposed by the DNA polymerase during the nucleic acid extension reaction are measured. This is a method of measuring the difference between the measured values in each cycle in real time.
(B) Morrison et al.
The structure, action, and measurement are as described in the first invention and the above.
[0144]
b) When using a single nucleic acid probe
This case is also divided into the following three cases.
(A) Molecular beacon method (Tyagi et al., Nature Biotech., 14: 303-308, 1996; Schofield et al., Applied and Environ. Microbiol., 63: 1143-1147, 1997); Pin probe (Sunrise probe) (trade name: Amplifluor haipin primers: Amplifluor haipin primers; Nazarenko, IA, Bhatnagar, SKand Hohman, RJ (1997) A closed tube format for amplification and detection of DNA based on energy transfer.Nucleic Acids Res , 25,2516-2521.); Scorpion probe ((Whitcombe, D., Theaker, J., Guy, SP, Brown, T. and Little, S. (1999) Detection of PCR products using self-probing amplicons and Fluorescence. Nature Biotechnol., 17, 804-807.).
[0145]
A kind of oligonucleotide is labeled with a donor fluorescent dye and an acceptor fluorescent dye at different sites of the oligonucleotide. Based on the three-dimensional structure of the oligonucleotide, both dyes cause the FRET phenomenon. When an amplified nucleic acid is encountered, the three-dimensional structure is broken and hybridizes to the amplified nucleic acid. Due to the three-dimensional structure change, the phenomenon of FRET between the dyes is eliminated. The nucleic acid probe hybridized to the amplified nucleic acid has the same fate as described above. Then, the difference in fluorescence intensity is measured as described above.
[0146]
(B) The method represented by the method of Livak et al. (US patent No. 5,538,848)
The structure, action, and measurement are as described in the first invention and the above.
(C) A method represented by the method of KURATA et al. (KURATA et al., Nucleic acids Research, 2001, vol. 29, No. 6 e34; EP 1 046 717 A9; JP 2001-286300 (P2001-286300A)) (T.Horn, et al., Nucleic acid Research, 1997,25,4842-4849,1997; US Patent Application Publication No.US2001 / 0009760A1, Pub.Date: Jul.26,2001; US Patent No.6,140,054) This is a representative method.
The structure, action, and measurement are as described in the first invention and the above.
[0147]
B) When using the specific nucleic acid probe as a primer for PCR
This is a method according to the method of KURATA et al. (KURATA et al., Nucleic acids Research, 2001, vol. 29, No. 6 e34; EP 1 046 717 A9; JP 2001-286300 (P2001-286300A)).
A probe composed of a single-stranded oligonucleotide, wherein a portion other than the 3 ′ end of the probe, preferably the 5 ′ end side, more preferably the 5 ′ end or 5 ′ end is labeled with a fluorescent dye, and 3 ′ It is a probe that keeps the 3′OH group of terminal ribose or deoxyribose free. That is, the probe is used as a PCR primer (in the present invention, sometimes referred to as a plumer probe). The corresponding nucleic acid to be amplified is labeled with a fluorescent dye. This is a method for monitoring in real time a change in fluorescence intensity of a PCR measurement (reaction) system between a denatured amplified nucleic acid and a hybridized probe. In the same manner as described above, the concentration of the corresponding nucleic acid before amplification is determined from the change rate curve.
[0148]
II) Method of the present invention
This is a method using the nucleic acid probe described in the methods A and B of the present invention.
Since the structure, operation, and measurement are as described in the first invention and the above, they are omitted here.
Various nucleic acid amplification methods that can be suitably used in the second invention are as described above. Therefore, the method for amplifying a target nucleic acid and measuring the concentration or copy number of the target nucleic acid before amplification in the present invention is a method in which the principle of the present invention is applied to the nucleic acid amplification method.
[0149]
That is, in the nucleic acid amplification described above, the measurement system contains at least one kind of target nucleic acid and at least one kind of internal standard nucleic acid and contains a target nucleic acid probe or an internal standard nucleic acid probe, or a target nucleic acid probe and an internal standard. Fluorescence of the fluorescent dye labeled on the target nucleic acid probe caused by hybridization between the target nucleic acid and the target nucleic acid probe before and after the reaction in a measurement system containing at least two types in combination with the nucleic acid probe In this method, a change or amount of intensity is measured, and the concentration or copy number of the target nucleic acid before amplification is measured from the measured value and the amount of internal standard nucleic acid added.
[0150]
Below, the case where it applies to a real-time quantitative PCR method is illustrated.
The real-time quantitative PCR method of the present invention comprises adding a target nucleic acid probe or / and an internal standard nucleic acid probe to a measurement system containing at least one type of target nucleic acid and an internal standard nucleic acid at a known concentration, so that the target nucleic acid or / and the internal standard are added. It is characterized by amplifying a nucleic acid and monitoring (measuring) the change or amount of change in the fluorescence intensity of the measurement system before and after the reaction of the fluorescent dye labeled with each probe in the amplification process. In the real-time quantitative PCR of the present invention, as the target nucleic acid probe or the internal standard nucleic acid probe, any of the above-mentioned nucleic acid probes can be suitably used regardless of whether they are known or of the present invention. Any one may be used as long as it hybridizes with the target nucleic acid and its amplification product during the PCR cycle, preferably 10 to 25, particularly preferably 15 to 20. That is, a simple probe may be designed as either a forward type primer or a reverse type primer.
[0151]
As simple nucleic acid probes and primers, various nucleic acid probes used in the above-mentioned known methods and the nucleic acid probes described in the methods A and B of the present invention can be preferably used. The nucleic acid probe described in the methods A and B of the present invention is more preferable. Particularly preferred probes are those of v) to ix) of the method B of the present invention.
When used as a primer, it is not always necessary to label both the forward and reverse primers with a fluorescent dye. Since the present invention can be achieved, either one is sufficient.
Among the nucleic acid probes of the method B of the present invention, a nucleic acid probe in which the 3 'OH group of deoxyribose or ribose at the 3' end is not modified can be used as a primer. In this case, various nucleic acid probes used in known methods are also in the same form.
[0152]
When this primer is used, if the 3 ′ or 5 ′ end of the target nucleic acid probe or internal standard nucleic acid probe cannot be designed as G or C from the base sequence of the target nucleic acid or internal standard nucleic acid, 5 of the probe oligonucleotide Even if 5′-guanylic acid or guanosine or 5′-cytidylic acid or cytidine is added to the “terminal”, or 5′-guanylic acid or 5′-cytidylic acid is added to the 3 ′ terminal, the present invention The object can be suitably achieved. Therefore, in the present invention, the target nucleic acid probe and internal standard nucleic acid probe designed so that the base at the 3 ′ or 5 ′ end is G or C are the target nucleic acid and the probe designed from the base sequence of the internal standard nucleic acid. In addition, 5′-guanylic acid or guanosine or 5′-cytidylic acid or cytidine is added to the 5 ′ end of the probe, and 5′-guanylic acid or 5′-cytidylic acid is added to the 5 ′ end. It is defined as including an added probe.
[0153]
When a target nucleic acid probe or an internal standard nucleic acid probe is used as a primer for PCR, a specific example of a method for measuring a target nucleic acid is described in a data analysis method (described later) obtained by real-time quantitative PCR. I will omit it.
[0154]
Of the nucleic acid probes, nucleic acid probes modified with deoxyribose at the 3 ′ end or the 3′OH group of ribose cannot be used as primers, but the probe is used in a PCR reaction system together with a reverse primer and a forward primer. It can be added and PCR can be performed. In this case, during the nucleic acid extension reaction, the target nucleic acid probe or internal standard nucleic acid probe hybridized to the target nucleic acid or amplified target nucleic acid or internal standard nucleic acid or amplified internal standard nucleic acid is decomposed by the polymerase and decomposed and removed from the nucleic acid probe complex. Is done. That is, it is used as a simple probe. However, in the probe, the base sequence region that can hybridize to the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid is between the regions that can hybridize to both the primers.
[0155]
At this time, the change or amount of the fluorescence intensity of the dye that has labeled the target nucleic acid probe is measured (as an example, the fluorescence intensity of the reaction system is measured). In addition, the fluorescence intensity (value) of the dye labeling the target nucleic acid probe when the target nucleic acid or the amplified target nucleic acid or the internal standard nucleic acid or the amplified internal standard nucleic acid is hybridized with each probe (as an example, The former can be an annealing reaction, a reaction system during a nucleic acid extension reaction until the probe is removed from the target nucleic acid probe complex by polymerase, and the latter can be a fluorescence intensity value of a reaction system in which a nucleic acid denaturation reaction has been completed. ).
[0156]
When measuring the change or amount of fluorescence intensity of the internal standard nucleic acid probe, the hybridization reaction is performed on the internal standard nucleic acid at various concentrations, and the change or amount of change of the fluorescence intensity is measured. This measurement is performed in real time for each cycle.
For each concentration of internal standard nucleic acid, the amount of change (rate) in fluorescence intensity (value) is calculated for each cycle for the fluorescent dye labeled on the internal standard nucleic acid probe.
[0157]
Next, a relational expression of the concentration before amplification of the internal standard nucleic acid is obtained from these change amounts (rates) (for example, a calibration curve of the change amount (rate) as a function of the concentration before amplification of the internal standard nucleic acids is prepared. (Similar to the data analysis method when the target nucleic acid probe is used as a primer.) In general, the internal standard nucleic acid concentration and the amount of change are linearly proportional to each other in a specific number of cycles, so that the cycle can be found by performing measurement in real time.
Next, the same amount of change (rate) in the number of cycles is obtained for the target nucleic acid. This amount of change (rate) is applied to the calibration curve or the relational expression. Thus, the target nucleic acid can be measured. A specific example is shown in the examples.
[0158]
When a nucleic acid probe is used as a primer, the Tm value of the probe-nucleic acid complex when the target nucleic acid probe is hybridized with the target nucleic acid or the internal standard nucleic acid probe is hybridized with the nucleic acid complex of the primer. It is desirable that the base sequence of each target nucleic acid probe is designed so that the Tm value is within a range of ± 15 ° C., preferably ± 5 ° C.
[0159]
As the PCR reaction of the present invention proceeds, each 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 or small, 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 the former fluorescence intensity. Decrease or increase from strength.
[0160]
The PCR reaction can be performed under the same reaction conditions as in a normal PCR method. In particular, in the nucleic acid probes A and B of the present invention, nucleic acid amplification can be performed in a reaction system in which the Mg ion concentration is low (1 to 2 mM). Of course, it 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.
[0161]
The third invention of the present invention is the above-described nucleic acid measurement method (first invention), nucleic acid amplification method (second invention), polymorphism measurement / analysis / analysis method (described later), and various measurements / measurements such as FISH. It is an invention of a method of analyzing data obtained when an analysis / analysis method (described later) or the like is performed, or when various methods are performed using various devices (described later).
Hereinafter, for simplification, the real-time quantitative PCR method will be described among nucleic acid amplification methods, but data may be analyzed according to other methods as well.
[0162]
The real-time quantitative PCR method is currently a computer-readable record in which each procedure of a reaction device for performing PCR, a device 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.
[0163]
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.
[0164]
The PCR reaction apparatus is an apparatus that repeatedly performs a heat denaturation reaction, annealing reaction, and nucleic acid extension reaction of a target nucleic acid. The detection system consists of 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.
[0165]
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 value) where 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, plot The process of printing values. When PCR progresses exponentially, a linear relationship is established between the concentration or copy number (Log value) of the target nucleic acid at the start of PCR and the amount of change (rate) or Ct value of fluorescence intensity. Therefore, a calibration curve is prepared in advance using the known concentration or copy number of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid, and the amount of change in fluorescence intensity for a sample containing the target nucleic acid of unknown concentration or copy number ( Ratio) or Ct value, the concentration or copy number of the target nucleic acid before nucleic acid amplification can be calculated.
[0166]
The characteristics of the method for analyzing the data obtained by the real-time quantitative PCR method as described above will be described below.
The first feature is that in the method of analyzing data obtained by the real-time quantitative PCR method, the nucleic acid to be analyzed in each cycle (in addition to the target nucleic acid, an internal standard nucleic acid is also included here). ) To the nucleic acid probe corresponding to the nucleic acid (specifically hybridizes), the fluorescence intensity value of the fluorescent dye that labeled the probe is determined from the probe / nucleic acid complex in each cycle by polymerase. This is an arithmetic processing step of correcting by the fluorescence intensity value of the dye when the probe is decomposed and the fluorescent dye is liberated or when the complex is dissociated by a nucleic acid denaturation reaction, that is, a correction arithmetic processing step. In the present invention, “the nucleic acid to be analyzed and the nucleic acid probe corresponding to (specifically hybridizes with) the nucleic acid” are an internal standard nucleic acid and an internal standard nucleic acid probe, and a target nucleic acid and a target nucleic acid probe ( The same applies hereinafter).
[0167]
“The fluorescence intensity value of the fluorescent dye labeled with the probe when the amplified nucleic acid to be analyzed is hybridized to the nucleic acid probe corresponding to (specifically hybridizes with) the nucleic acid” is specifically exemplified Then, when the probe is merely used as a nucleic acid probe, the fluorescence intensity value of the fluorescent dye that has labeled the nucleic acid probe in the annealing reaction system at 40 to 85 ° C., preferably 50 to 80 ° C. in each cycle of PCR. (More specifically, the fluorescence intensity value of the reaction system measured at a measurement wavelength specific to the dye) (hereinafter the same). And it means a reaction system in which the reaction is completed. When the probe is used as a primer, it is an annealing reaction system or a nucleic acid extension reaction system at 40 to 85 ° C., preferably 50 to 80 ° C. The actual temperature depends on the length of the amplified nucleic acid.
[0168]
In addition, “the fluorescence intensity value of the dye when the probe is decomposed by the polymerase and the fluorescent dye is released from the dissociation of the lobe / nucleic acid complex or the complex is dissociated by the nucleic acid denaturation reaction” The reaction system for heat denaturation of nucleic acid in each cycle of PCR, specifically, when the reaction temperature is 90 to 100 ° C., preferably 94 to 96 ° C., and the target nucleic acid probe dye in the reaction system where the reaction is completed Examples of the fluorescence intensity value of the reaction system when measured at the measurement wavelength involved (the same applies hereinafter). In this case, when the probe is merely used as a nucleic acid probe, a reaction system in which the fluorescent dye is released by decomposing the probe by a polymerase from the probe / nucleic acid complex is also included.
[0169]
The correction calculation process in the correction calculation process may be any process that meets the object of the present invention. Specifically, the correction calculation process includes a process according to the following [Equation 1] or [Equation 2]. Things can be illustrated.
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, the fluorescence intensity value of the reaction system when the amplified nucleic acid to be analyzed is hybridized with the nucleic acid probe corresponding to the nucleic acid,
fden, n: In the n-th cycle, when the probe is decomposed by the polymerase from the probe-nucleic acid complex and the fluorescent dye is released, or when the probe-nucleic acid complex is dissociated by the nucleic acid denaturation reaction, (Fluorescence intensity value)
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.
[0170]
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 amount of fluorescence change (fluorescence change rate) between the samples. Alternatively, it is a data analysis method that calculates (fluorescence change rate) and compares them.
[0171]
Fn= Fn/ Fa          [Formula 3]
Fn= Fa/ Fn          [Formula 4]
[Where,
Fn: Fluorescence change amount (fluorescence change rate or fluorescence change rate) calculated by [Formula 3] or [Formula 4] in the n-th cycle,
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. ]
[0172]
In this process, the calculated value obtained in the above process is displayed and / or printed on a computer display, or the comparison value or the value is similarly displayed in graph form as a function of each cycle number. Alternatively, 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].
[0173]
The third feature is
(3.1) [Formula 5], [Formula 6] or [Formula 7] using the data of the fluorescence change amount (fluorescence change rate or fluorescence change rate) calculated by [Formula 3] or [Formula 4] The process of processing by
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]
[0174]
[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 amount in n cycles calculated by [Equation 3] or [Equation 4] (fluorescence change rate or fluorescence change rate)],
(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) Arithmetic processing for calculating a relational expression between the number of cycles in a sample containing a target nucleic acid and / or an internal standard nucleic acid at a known concentration and the concentration or copy number of the target nucleic acid and internal standard nucleic acid before nucleic acid amplification at the start of the reaction process,
(3.4) A calculation process for obtaining the concentration or copy number of the target nucleic acid before nucleic acid amplification in the sample containing the target nucleic acid,
Is a data analysis method. A process consisting of (3.1) → (3.2) → (3.3) → (3.4) is preferable.
[0175]
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.
[0176]
In the above method, the reaction system for measuring the internal standard nucleic acid and the reaction system for measuring the target nucleic acid may be combined, or may be separated.
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.
[0177]
The data analysis method of the present invention has the above-described characteristics, but in actual analysis, it is preferable to perform the following procedure.
1) A reaction system that is regarded as a substance that inhibits a hybridization reaction and / or a nucleic acid amplification reaction between a nucleic acid and a nucleic acid probe, or a polymorphic nucleic acid, and has first to third characteristics of the present invention. Perform all or up to one of the processes.
2) Next, for an unknown sample (which is assumed to contain a target nucleic acid) in which the inhibitor or polymorphic nucleic acid is present, a nucleic acid probe, various concentrations of internal standard nucleic acid, and internal standard nucleic acid probe A nucleic acid amplification reaction is performed using In this case, a calibration curve is obtained for the internal standard nucleic acid, but not for the target nucleic acid.
[0178]
3) The processed data for the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid obtained in 1) and 2) are compared and examined.
(1) When the processed data for the internal standard nucleic acid (data processed by the above data analysis method; the same applies hereinafter) is the same or substantially the same, the inhibitor or polymorphism is contained in the sample. It is regarded as not. Therefore, various graphs, relational expressions, and calibration curves for the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid obtained in 1) can be used for the unknown sample.
[0179]
(2) If the processed data for the internal standard nucleic acid is not the same or substantially the same, it is considered that the inhibitor or polymorphism is contained in the sample. The rate of change, that is, the coefficient of change of various graphs, relational expressions, and calibration curves for the internal standard nucleic acid obtained in 1) and 2) is calculated.
(3) The change coefficient is applied to various graphs, relational expressions, and calibration curves for the target nucleic acid obtained in 1).
The various graphs, relational expressions, and calibration curves thus obtained are graphs, relational expressions, and calibration curves for obtaining the concentration or copy of the target nucleic acid before target nucleic acid amplification.
[0180]
There are various methods for obtaining the concentration or copy number before amplification of the target nucleic acid of the present invention, and any method can be adopted as long as the object of the present invention is achieved. For example, it was shown in Example 1.
Further, as a simple method, an internal standard nucleic acid is added to a sample that is considered to contain the inhibitory substance, and the target nucleic acid probe and / or the internal standard nucleic acid probe of the present invention is used or not used. Then, the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid in the sample are amplified by the real-time monitoring quantitative PCR method. For each amplified nucleic acid, a hybridization reaction is performed using the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe of the present invention. The amount of change in fluorescence intensity of the fluorescent dye labeled on each probe is measured. Of course, when the amount of change is obtained, it is preferable to use the data analysis method of the present invention. The relationship between the amount of change for the internal standard nucleic acid and the concentration of the internal standard nucleic acid is considered to be applicable to the target nucleic acid (in addition, in a system in which there are no inhibitors or polymorphisms in the hybridization reaction and / or nucleic acid amplification reaction). Make sure that you can make such an assessment). Therefore, a relational expression between the change amount of the internal standard nucleic acid and the internal standard nucleic acid concentration is obtained in advance using the known sample.
The concentration or copy number of the amplified target nucleic acid and internal standard nucleic acid can be determined from the relational expression. Since the concentration or copy number of the internal standard nucleic acid before amplification is known, the concentration or copy number of the amplified target nucleic acid before amplification can be estimated.
[0181]
A fourth feature of the real-time quantitative PCR analyzer is a real-time quantitative PCR measurement and / or analysis device having an operation and storage means for executing the data analysis method for the real-time quantitative PCR method of the present invention. It is.
In this case, since the measurement system contains at least one or more target nucleic acids, a measurement apparatus that can measure at least one or more wavelengths is preferable. Moreover, it is more preferable if it is an apparatus that can excite a fluorescent dye with at least one or more wavelengths.
[0182]
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.
[0183]
The fourth invention of the present invention is an invention in which the above-mentioned various methods are applied to a method for analyzing or measuring a polymorphism (including SNP) or / and mutation of a target nucleic acid.
Further, the measurement kit, the data analysis method for the measurement, the measurement apparatus, and the computer-readable recording medium recording the procedure for causing the computer to execute the data analysis process as a program.
[0184]
When analyzing data obtained by a method for analyzing or measuring polymorphism or / and mutation of the target nucleic acid of the present invention, when the nucleic acid to be analyzed is hybridized with a corresponding nucleic acid probe A process of correcting the fluorescence intensity value of the fluorescent dye labeled with the probe with the fluorescence intensity value of the fluorescent dye labeled with the probe when the above-mentioned probe is not hybridized. The obtained data is highly reliable (application of data analysis method).
[0185]
The fourth invention is a measuring apparatus for analyzing or measuring polymorphism or / and mutation of a target nucleic acid, and having a means for processing data obtained by the data analysis method. .
In addition, a computer-readable recording of a procedure for causing a computer to execute the above-described process of correcting data obtained by a method for analyzing or measuring polymorphism or / and mutation of a target nucleic acid. It is a recording medium.
[0186]
The fifth invention of the present invention is an invention in which the novel nucleic acid measurement method of the present invention is applied to various nucleic acid measurement methods, for example, FISH method, LCR method, SD method, TAS method and the like.
An example is given below.
When applying to FISH method
That is, the method of the present invention can suitably use a complex microbial or symbiotic microbial cell or a cell homogenate as a sample for nucleic acid measurement. The complex microbial system or the symbiotic microbial system is a substance that inhibits the hybridization reaction of the present invention (including, of course, the hybridization of an internal standard nucleic acid and its internal standard nucleic acid probe) and / or a nucleic acid amplification reaction, This is because a substance that inhibits light emission of the fluorescent dye of the probe may be included.
[0187]
The above-described novel nucleic acid measurement method, nucleic acid amplification method, and
A complex microbial system or a symbiotic microbial system using one or more of data analysis methods, measurement apparatuses (including those incorporating a computer-readable recording medium) and various devices (described later) By quantifying the number of copies of 5SrRNA, 16SrRNA, 23SrRNA or their gene DNA of a specific strain in, the abundance of the specific strain in the system can be measured. This is because the copy number of 5S rRNA, 16S rRNA or 23S rRNA gene DNA is constant depending on the strain.
[0188]
The sixth invention of the present invention includes reaction liquids or measurement kits and devices (for example, the following DNA chip, etc.) that can be conveniently used when carrying out the novel nucleic acid measurement method of the present invention. ).
The reaction liquids or measurement kits include at least one internal standard nucleic acid, at least one target nucleic acid probe or a target nucleic acid primer probe and / or at least one internal standard nucleic acid probe or an internal standard nucleic acid primer probe. Preferably, other components (buffer solution, trace metal ions, etc.) are appropriately contained. However, since these components can be used by adding to the measurement system at the time of use, the reaction liquids or measurement kits are not limited to these components. The form may be either dry or liquid. In the reaction solutions or measurement kits in the second invention of the present invention (nucleic acid measurement method using nucleic acid amplification reaction), other components include primers (when no primer probe is used), nucleic acid amplification such as polymerase, etc. It is preferred to include reagents necessary for the reaction.
[0189]
Any device can be used as long as it can carry out the method of the present invention, and examples thereof include the following DNA chips.
That is, a plurality of at least one internal standard nucleic acid probe and / or at least one target nucleic acid probe that can be used in the present invention are bound to the surface of a solid support. At least one target nucleic acid is measured by hybridizing the internal standard nucleic acid and measuring the change or amount of change in fluorescence intensity (before and after hybridization) specific to the fluorescent dye of the nucleic acid probe derived from each probe / nucleic acid complex It is a device that can measure the amount or the concentration of
[0190]
In the device, at least one type of target nucleic acid probe and / or at least one type of internal standard nucleic acid probe is arrayed and bound to the surface of the solid support, and each nucleic acid probe bound to the surface of the solid support. In this device, at least one temperature sensor and a heater are installed on the opposite surface, and the temperature can be adjusted so that the nucleic acid probe binding region is in an optimum temperature condition.
[0191]
That is, the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe of the present invention can be immobilized on a solid (support layer) surface, for example, the surface of a slide glass. This form 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), etc. . Of course, it can also be used as a nucleic acid measuring device (chip).
Therefore, the fifth invention of the present invention is a method for achieving these items in addition to the measurement of the target nucleic acid.
[0192]
In the present invention, by preparing a device in which many target nucleic acid probes and / or internal standard nucleic acid probes having different base sequences are individually bound on the same solid surface, multiple types of target nucleic acids can be measured simultaneously. Therefore, since the target nucleic acid can be measured in exactly the same manner as in the case of the DNA chip, it is also a new DNA chip. Under optimal reaction conditions, nucleic acids other than the target nucleic acid do not hybridize to the target nucleic acid probe, so that the amount of fluorescence emission is not changed. Therefore, it is not necessary to wash the nucleic acid that does not specifically hybridize to the target nucleic acid probe.
[0193]
The basic operation of a novel method for measuring nucleic acid using the device of the present invention is to place a solution containing a nucleic acid to be analyzed on a solid surface to which a target nucleic acid probe corresponding to the nucleic acid to be analyzed is bound, to the nucleic acid to be analyzed, and to the nucleic acid to be analyzed. Simply hybridize the corresponding target nucleic acid probe.
As a result, the fluorescence intensity of the fluorescent dye labeled with the target nucleic acid probe changes before and after hybridization according to the amount of nucleic acid to be analyzed, and the nucleic acid to be analyzed can be measured from the change amount (rate) of the fluorescence intensity. Become.
[0194]
In actual measurement, first, using the internal standard nucleic acid and the corresponding internal standard nucleic acid probe, the amount of change in fluorescence intensity (rate) of the fluorescent dye labeled with the internal standard nucleic acid probe and the amount of internal standard nucleic acid or Create a relational expression or calibration curve with concentration. By applying the change amount (rate) of fluorescence intensity related to the target nucleic acid to this, the target nucleic acid can be measured. This operation is as described above.
[0195]
Furthermore, in the device of the present invention, by controlling the temperature for each target nucleic acid probe with a micro heater, it is possible to control the optimum reaction conditions for each probe, so that accurate concentration measurement is possible. In addition, the dissociation curve between the target 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. Based on the difference in the dissociation curve, the properties of the hybridized nucleic acid can be determined and the SNP can be detected.
[0196]
The specific conditions for measurement are described below.
These methods 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).
[0197]
The hybridization conditions are, for example, 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.
The reaction temperature is preferably within the range of Tm value ± 10 ° C. of the target nucleic acid probe complex that is a product of the hybridization reaction. By doing so, non-specific hybridization can be prevented. When it is lower than Tm-10 ° C., nonspecific hybridization occurs, and when it exceeds Tm + 10 ° C., hybridization does not occur. The Tm value can be obtained in the same manner as the experiment necessary for designing the target nucleic acid probe.
[0198]
The reaction time is 1 second to 180 minutes, preferably 5 seconds to 90 minutes. When the time is less than 1 second, hybridization is not sufficiently completed. 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.
[0199]
The concentration of the nucleic acid to be analyzed in the reaction solution is preferably 0.1 to 10.0 nM. The concentration per spot of the target nucleic acid probe corresponding to the analyte in the device of the present invention is preferably 1.0 to 25.0 nM.
When preparing a calibration curve or a relational expression for the internal standard nucleic acid, it is desirable to use the internal standard nucleic acid of the present invention at a ratio of 0.4 to 1.0 with respect to the internal standard nucleic acid probe.
The devices of the present invention include reaction liquids or measurement kits that can perform the method of the present invention using the devices. The reaction solutions or measurement kits contain at least one internal standard nucleic acid. Other components are the same as those in the reaction solutions or measurement kits.
[0200]
The seventh aspect of the method of the present invention is a method for separating, recovering and concentrating a target nucleic acid, which enables the above-described methods of the present invention to be carried out simply, rapidly, accurately and specifically.
This method is a target nucleic acid separation / separation method in which all nucleic acids containing the target nucleic acid are cleaved by at least one restriction enzyme that does not cleave the target nucleic acid base sequence region, and then only the nucleic acid fraction containing the target nucleic acid base sequence is separated and recovered. This is a recovery and concentration method. For example, preferably, a method comprising the following means may be adopted. However, the method of the present invention is not limited by this example.
(1) A nucleic acid such as a genome containing a target nucleic acid base sequence region is treated with at least one restriction enzyme.
(2) The processed product is subjected to molecular fractionation.
Further, it is preferable to add the following means.
(3) Concentrate the molecular fraction.
[0201]
The restriction enzyme is not particularly limited as long as it does not cleave the target base sequence region. That is, it may be changed according to the purpose. A well-known thing can be utilized suitably. For example, Bfa I, Bsa JI, Bss KI, Dde1, Mse I, Bso FI, Hha I, Hph I, Mnl I, Rca I, Alu I, Msp I and the like can be mentioned. It is preferable to use these in appropriate combinations according to the purpose. However, the present invention is not limited by these.
The restriction enzyme treatment conditions may be in accordance with the description (protocol) of the instructions attached to the restriction enzyme reagent kit.
What is necessary is just to employ | adopt an appropriate thing for the said molecular fraction according to the objective for the purpose. For example, molecular fractionation methods such as filtration methods using various filters, gel filtration methods using various fillers (including HPLC methods, etc.) can be mentioned.
The concentration method may be a normal method according to the purpose. Examples thereof include a concentration method using a solvent such as ethanol, freeze drying, and air drying.
[0202]
The seventh invention of the method of the present invention is a simple method for preparing a high-purity artificial gene (double-stranded DNA) of 50 bp or more having an arbitrary base sequence.
The preparation method includes the following means.
1) A 50 bp or more single-stranded oligonucleotide having an arbitrary base sequence is artificially synthesized using a DNA synthesizer.
2) Nucleic acid amplification reactions are performed by various gene amplification methods using a synthesized single-stranded oligonucleotide of 50 bp or more as a template.
[0203]
Any DNA synthesizer may be used as long as it achieves the object of the present invention. Preferably, a DNA synthesizer (ABI394) (Perkin Elmer Japan Applied) may be used. The gene amplification method may be any method as long as the object of the present invention is achieved. Preferably, a PCR method may be used.
In order to prevent the risk that single-stranded oligonucleotides other than the target will be mixed into the gene amplification product, it is desirable to use the template after sufficiently diluting it. The dilution rate of this template is not particularly limited. Further, by diluting the gene amplification product and again performing gene amplification using the diluted solution as a template, it is possible to eliminate the risk of contamination by single-stranded oligonucleic acid other than the above-mentioned purpose. The number of times this gene amplification is repeated may be determined according to the purpose of the present invention, and is not particularly limited.
[0204]
The first to eighth inventions 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. 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 from other animals and plants and cannot be isolated from each other. It can be suitably used for analysis and analysis. The microorganism referred to herein is a microorganism generally referred to, and is not particularly limited.
[0205]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Example 1
As the target nucleic acid (gene), the nec1 gene, which is considered to be a causative gene for potato scab, was used to quantify the nec1 gene from soil.
A) Various methods
1) Synthesis method of oligodeoxyribonucleotide (nucleic acid):
Except where otherwise specified, oligodeoxyribonucleotides (hereinafter referred to as oligonucleotides) were synthesized using a DNA synthesizer (ABI394) (Perkin Elmer Japan Applied Co., Ltd.).
[0206]
2) Labeling of oligonucleotides with fluorescent dyes
(1) Modification of oligonucleotide with linker
Using a 5'Amino-Modifier C6 kit (Glen Research, USA), the 5'-phosphate group of the 5'-terminal nucleotide is linked to a linker- (CH2)6Modified with -SH. Using this modified nucleotide, an oligonucleotide in which the phosphate group at the 5 'end was modified with the linker was synthesized using a DNA synthesizer (ABI394). DNA synthesis was performed by β-cyanoethyl phosphoramidite method and 5′-end TrON method. After the synthesis, the protecting group was removed with 28% aqueous ammonia at 55 ° C. for 5 hours.
[0207]
(2) Purification of the synthesized product:
The synthetic oligonucleotide obtained above 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-10 column (Pharmacia) to remove unreacted substances.
[0208]
(3) Dye labeling:
The gel filtrate was dried and dissolved in 150 μL of sterilized water (oligonucleotide solution). 1 mg of a fluorescent dye (for example, BODIPY FL) -Chloride (Molecular Probes, USA) is dissolved in 100 μL of DMF, and the oligonucleotide solution, 1M NaHCO 3 is dissolved.Three/ Na2COThreeAfter adding 150 μL of the buffer and stirring, the reaction was allowed to proceed overnight at room temperature.2)6A fluorescent dye was bound to -SH.
[0209]
(4) Purification of the synthesized product:
The reaction product was subjected to gel filtration with NAP-25 (Pharmacia) to remove unreacted material. Reversed-phase HPLC using SEP-PAC C18 column was performed, and the oligonucleotide linker- (CH2)7-NH2The target product in which a fluorescent dye was bound to was fractionated. The fraction was gel filtered with NAP-10 (Pharmacia). Thus, an oligonucleotide having a fluorescent dye bound to the 5 'end was obtained.
[0210]
(5) Quantification of oligonucleotide with fluorescent dye bound to 5 'end of the present invention
The measurement was carried out by measuring a value of 260 nm with a spectrophotometer. Further, as a result of performing scanning with an absorbance of 650 nm to 220 nm using a spectrophotometer, it was confirmed that the probe had absorption of a fluorescent dye and DNA. Furthermore, as a result of conducting a purity test of the purified product by reverse-phase HPLC as described above, it was confirmed that it was a single peak.
[0211]
(6) Reversed phase chromatography
In addition, the conditions of said reverse phase chromatography are as follows.
・ Elution solvent A: 0.05N TEAA 5% CHThreeCN
・ Elution solvent B (for gradient): 0.05N TEAA 40% CHThreeCN
・ Column: SEP-PAK C18; 6 × 250mm
・ Elution rate: 1.0ml / min
・ Temperature: 40 ℃
・ Detection: 254nm
[0212]
3) Method for phosphorylating the 3'-position OH group at the 3 'end
During the synthesis of the oligonucleotide, a 3 'phosphate group was generated by a deprotection reaction (Glen Research catalog number 20-2913).
4) Agarose electrophoresis method
Performed in the usual way. That is,
・ Agarose concentration: 0.5%
・ Buffer: TBE buffer, pH9.3
・ Temperature: Room temperature
[0213]
5) Preparation of internal standard nucleic acid (DNA gene)
Primers NEC-F and NEC-R, NECM-F and NECM-R comprising oligonucleotides having the base sequences shown in Table 1 were prepared. Using these primers, mutation was introduced into the target nucleic acid by the overlap extention PCR method (guideline for using the PCR method, pages 29 to 37, Chugai Medical, 1998). F means forward primer and R means reverse primer.
[0214]
Figure 0004460228
[0215]
In addition, FIG. 1 shows to which region of the nec1 gene the oligonucleotide having each base sequence in Table 1 hybridizes (corresponds).
In addition, the base sequence of NECM-R is obtained by mutating base sequences 11, 12, 13, and 15 (from the 5 ′ end) in the table with respect to the sequence of the target nucleic acid (gene) (below) Table 2). Similarly, the base sequence of NECM-F is obtained by mutating the 11, 13, 14, and 15th bases (from the 5 'end) in the table (see Table 2 below).
[0216]
Figure 0004460228
[0217]
The operation procedure is as follows.
(1) PCR was performed using Streptomyces turgidiscabies IFO16080 genomic DNA (purchased from IFO) as a template, a and d primers as one set, and b and c primers as one set. Genomic DNA was prepared as follows.
(2) The product was subjected to agarose gel electrophoresis. Each band corresponding to the amplified nucleic acid was cut out, and the amplified nucleic acid was extracted.
(3) Each extract was mixed and PCR was performed without adding new primers.
(4) The product was subjected to electrophoresis in the same manner as in 2) above. Only the band corresponding to the product having a length from A to B was cut out, and the amplification product was extracted.
(5) PCR was performed using the extract as a template and primers a and b as a set.
(6) The product was subjected to electrophoresis in the same manner as in 2) above. Only the band corresponding to the length from A to B was cut out again.
(7) Mutation insertion was confirmed with a sequencer. In addition, the amount of DNA was quantified.
[0218]
6) Preparation of target nucleic acid probe and internal standard nucleic acid probe
NECB-24 shown in Table 2 is the base sequence of the target nucleic acid probe, and NECMB-24 is that of the internal standard nucleic acid probe. In this example, the target nucleic acid probe is called NECB-24, and the internal standard nucleic acid probe is called NECMB-24.
NECB-24 was labeled with BODIPY FL by the method described above, and NECMB-24 was labeled with 6-TAMRA at the 5 'end by the method described above. Both were used by phosphorylating the 3 'OH group at the 3' end.
In the table, the 10, 11, 12 and 14th bases C, T, G and A of NECB-24 are mutated to A, G, C and T, respectively, in NECMB-24.
[0219]
7) PCR was performed under the following conditions.
-Denaturation reaction: 95 ° C, 15 sec
・ Annealing and detection: 62 ℃, 18sec
・ Extension: 72 ℃, 14sec
-Taq polymerase: Gene Taq (Nippon Gene Co., Ltd.)
Primer addition concentration: 500 nM, e and f (see FIG. 1 and Table 1)
・ Probe addition concentration: 50 nM
Template nucleic acid (Template): A mixture of PCR fragments of internal standard nucleic acid NECM1 and target nucleic acid NECB1 (PCR amplification product: about 700 bp with a and b plumers as a set)
Measurement device: Smart cycler system (Takara Bio Inc.) (hereinafter referred to as smart cycler for convenience).
[0220]
・ Channels used:
Channel 1 (Ex, 450-495 nm; Em, 505-537 nm).
Channel 3 (Ex, 527-555 nm; Em, 565-605 nm).
The fluorescence intensity of BODIPY FL was measured in channel 1, and the fluorescence intensity of 6-TAMRA was measured in channel 3 at the same time.
[0221]
8) Extraction of DNA from soil
A target nucleic acid was extracted from soil using Bio101 kit (for soil), and further purified using Wizard DNA Clean-Up system was used as a soil sample (sample).
[0222]
B) Experimental example
1) Evaluation of fabricated probe
A fluorescence intensity change rate (decrease) and a dissociation curve were prepared when the target nucleic acid probe NECB-24 and the internal nucleic acid probe NECMB-24 were hybridized with corresponding nucleic acids (target nucleic acid or internal standard nucleic acid). The same reaction buffer as that used in the PCR reaction was used.
The results are shown in FIGS. Both probes had a maximum fluorescence intensity change rate of about 70%, indicating a reasonable change rate. With NECB-24, the difference in Tm between the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid is a little less than 20 ° C, and if it is detected at around 62 ° C, it becomes clear that only the target nucleic acid can be detected without detecting the internal standard nucleic acid. It was. Similarly, in NECMB-24, the difference in Tm value between the internal standard nucleic acid and the target nucleic acid is a little less than 20 ° C, and if it is detected at around 62 ° C, only the target nucleic acid can be detected without detecting the target nucleic acid. It became clear. Therefore, it was decided to detect PCR amplification products at 62 ° C. for both probes.
[0223]
2) Probe specificity
FIG. 4 shows the results of real-time monitoring when PCR of the target nucleic acid was performed using the above-mentioned a and b as a nucleic acid probe and primer under the PCR reaction conditions described in 7) of A) above. Indicated. Similarly, FIG. 5 shows the results of real-time monitoring when PCR of the internal standard nucleic acid was performed using the above c and d using NECMB-24 as a nucleic acid probe and primer. It was found that both probes showed a high fluorescence intensity change rate (fluorescence quenching rate) of about 30%. Further, in both probes, the obtained fluorescence intensity change rate changed according to the mixing ratio of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid. From this result, it was considered that the target nucleic acid can be quantitatively quantified by this method.
[0224]
3) Creation of relational expression between DNA concentration and fluorescence intensity change rate
The fluorescence intensity change rate at various DNA concentrations was measured with both probes. The results are shown in FIGS. 6A and 6B (in preparing this figure, the processing described in the data analysis method of the present invention was performed to determine the rate of change in fluorescence intensity).
[0225]
A method for obtaining the concentration or copy number of the target nucleic acid in the unknown sample from each figure is described below. First, an internal standard nucleic acid whose copy number is known, a target nucleic acid probe, and an internal standard nucleic acid probe are added to an unknown sample containing the target nucleic acid, and PCR is performed. When amplification of both nucleic acids becomes visible from the change in fluorescence intensity of the reaction system, the rate of change in fluorescence intensity of both nucleic acids is determined. The fluorescence intensity change rate is applied to FIGS. 6A and 6B, and the amplified internal standard nucleic acid amount (referred to as A) and target nucleic acid amount (referred to as B) when the fluorescence change rate is indicated. When the copy number of the internal standard nucleic acid amount before nucleic acid amplification is A ′, the copy number B ′ of the target nucleic acid before amplification is set. B 'can be determined by the following formula:
B '= (B / A) A'
[0226]
4) Quantification of target nucleic acid by smart cycler using conventional calibration curve
A nucleic acid extraction sample actually extracted from a soil sample was mixed with a target gene sample of a known concentration at different concentrations to examine whether or not accurate quantification could be performed. The internal standard nucleic acid probe and the target nucleic acid probe were both added to the reaction tube, and the internal standard nucleic acid and the target nucleic acid were detected simultaneously.
[0227]
First, a calibration curve was prepared using an external standard gene (nec1 gene) at a known concentration (FIGS. 7A and 7B). The sample containing nucleic acid extracted from soil, 0 μl, 1 μl, 2 μl, 3 μl, with 6,690,000 copies of the target gene (nec1 gene) added as a template, the nec1 gene in this sample was quantified as described above. This was performed using a calibration curve. As a result, it became clear that the graph shifted to the right, that is, the amplification was delayed as the amount of the soil sample to be added increased (FIG. 8). It was found that the Ct value increased due to this delay, and as a result, the quantitative value was calculated lower than the actually added target gene (nec1 gene) (see Table 3). From the above results, it was clarified that the existing method using a calibration curve with a conventional external standard gene (real-time quantitative PCR method) cannot accurately quantify the target gene for samples containing PCR inhibitors. .
[0228]
Figure 0004460228
[0229]
5) Quantification of target nucleic acid by smart cycler using the method of the present invention
The number of copies of the target nucleic acid before amplification was determined by the method of adding the internal standard nucleic acid of the present invention. Table 3 shows differences in quantitative values due to differences in methods. As a result, the graph shifts to the right as the amount of soil sample to be added is the same as described above. In the present invention, however, a decrease in amplification efficiency (amplification delay) was observed. Since gene amplification was similarly reduced, it was clarified that the amount of the added target gene almost coincided with the quantitative value obtained by the method of the present invention.
[0230]
From the above results, the usefulness of the novel measurement method of the present invention for determining the concentration or copy number of the target nucleic acid from the amount or rate of change in fluorescence intensity derived from the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid is clarified by adding the internal standard nucleic acid. Became. In addition, the standard deviation value of the method of the present invention was smaller than that of the conventional real-time quantitative PCR method, and it was revealed that the fluctuation of the quantitative value was small. From these results, the superiority of the present invention over the conventional method was proved in the accuracy even when the PCR inhibitor was present as well as when it was not present.
[0231]
6) Implementation of the method of the present invention in a model system
Based on the experimental example, the addition ratio of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid was changed, and the amount of change in fluorescence intensity of the two probes was monitored in real time for each PCR amplification product. As a result, it was confirmed that the amount of change in fluorescence intensity was obtained according to the addition ratio.
[0232]
7) Quantification of actual soil samples
Based on the experimental example, a soil sample (including the target nucleic acid) in which the copy number of the target gene (nec1 gene) is unknown was quantified using a known amount of the internal standard nucleic acid.
About 66.9 copies of the internal standard nucleic acid was added to 1 μl and 2 μl of the soil extracted nucleic acid samples, and the target gene (nec1 gene) was quantified by the method of the present invention. As a result, in the system to which 1 μl of the soil extracted nucleic acid sample was added, it was quantified as 67.5 copies. Further, the quantitative value of the system to which 2 μl of the soil extracted nucleic acid sample was added was 142.5 copies. Since this quantitative value is about twice that of the system to which 1 μl of the soil extracted nucleic acid sample is added, it is judged that the target gene (nec1 gene) in the soil extracted nucleic acid sample can be quantified almost accurately.
[0233]
Example 2
The same examination as in Example 1 was performed using the probe of Mergney et al.
1) Probe synthesis
For the probe synthesis, those synthesized by Japan Genetic Research Institute (http://www.ngrl.co.jp/) were used.
2) Internal standard nucleic acid (DNA gene)
The same as in the first embodiment.
[0234]
3) Preparation of target nucleic acid probe and internal standard nucleic acid probe
The nucleotide sequence of NECB-24 acceptor shown in Table 4 is the nucleotide sequence of the target nucleic acid probe described in Example 1, and the nucleotide sequence of NECMB-24 acceptor is the internal standard nucleic acid probe described in Example 1 as described above. belongs to. In this example, the target nucleic acid probe is called NECB-24 acceptor, and the internal standard nucleic acid probe is called NECMB-24 acceptor. NECB-24 acceptor has 5 ′ end labeled with a fluorescent dye called LCRed640, and NECMB-24 acceptor has 5 ′ end labeled with a fluorescent dye called LCRed705. Both phosphorylated the 3'OH group at the 3 'end. The fluorescent dyes (LCRed705, LCRed640) modified to the above two types of probes function as acceptor dyes for the FRET phenomenon. A probe modified with a donor dye necessary for exciting these dyes is Nec-donor (see Table 4 for the sequence). The 3 ′ end of the probe is modified with FITC, and when each target gene is present, the probe is designed to hybridize with an interval of 2 bases so that the dye-labeled sites face each other (see FIG. 9). Thus, when Nec-donor and NECB-24 acceptor or Nec-donor and NECMB-24 acceptor are hybridized adjacent to each other, the FRET phenomenon occurs and the fluorescent character changes greatly. From the amount of change, the corresponding nucleic acid of each probe set can be detected.
Further, the base sequence of the probe is the same as that of NECMB-24 used in Example 1 in the NECMB-24 acceptor, and the same as that of NECB-24 used in Example 1 in the NECB-24 acceptor. .
[0235]
Figure 0004460228
[0236]
4) PCR was performed under the same conditions as in Example 1 except for the conditions described below.・ Each probe (NECB-24 acceptor, NECBM-24 acceptor, Nec-donor) addition concentration: 200nM
Measuring device: Light cycler system (Roche Corporation) (hereinafter referred to as light cycler for convenience).
・ Fluorescence measurement channel used
Channel 2 (Ex, 470-490 nm; Em, 640 nm).
Channel 3 (Ex, 470-490 nm; Em, 710 nm).
LCRed640 was measured on channel 2 and LCRed705 was measured on channel 3 at the same time.
5) Extraction of DNA from soil
The same method as in Example 1 was performed.
[0237]
B) Experimental example
1) Evaluation of fabricated probe
Acceptor when hybridized with the target nucleic acid probe (Nec-donor and NECB-24 acceptor set) and the corresponding nucleic acid (target nucleic acid or internal standard nucleic acid) of the internal standard nucleic acid probe (Nec-donor and NECMB-24 acceptor set) The prepared probe was evaluated by creating a fluorescence change rate and a dissociation curve. The same reaction buffer as that used in the PCR reaction was used.
[0238]
The results are shown in FIGS. In both probes, the acceptor fluorescence intensity increase rate was about 40%, and the acceptor fluorescence intensity increased remarkably. Similar to NECB-24 and NECMB-24 used in Example 1, Tm values of completely complementary nucleic acids (target nucleic acid and target nucleic acid probe, internal standard nucleic acid and internal standard nucleic acid probe) and mismatched nucleic acid The difference is a little less than 20 ° C., and if it is detected at around 62 ° C., a nucleic acid having a mismatch (a target nucleic acid and an internal standard nucleic acid probe, or an internal standard nucleic acid and a target nucleic acid probe) is detected without being completely complementary. It became clear that only can be detected. From the above results, it was decided that the detection of PCR amplification products was performed at 62 ° C. for both probes, as in Example 1.
[0239]
2) Creation of a relational expression between the increase rate of the fluorescence intensity derived from the target nucleic acid and the increase rate of the fluorescence intensity derived from the internal standard nucleic acid with respect to the concentration ratio of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid
Since the target nucleic acid (base sequence and concentration to be added is known, it should be referred to as a standard nucleic acid, but in the present invention, it is referred to as a target nucleic acid for convenience) and an internal standard nucleic acid (with various concentration ratios). PCR was carried out under the reaction conditions described in 7) of A) of Example 1 using the changed product as a template, and the amplification product derived from the target nucleic acid and the amplification product derived from the internal standard nucleic acid were respectively Real-time monitoring was performed with the probe of Mergney et al. From the results, the fluorescence intensity increase rate derived from the amplification product of the target nucleic acid (NECB-24 acceptor probe fluorescence intensity increase rate) and the fluorescence intensity increase rate derived from the internal standard nucleic acid amplification product (NECMB-24 acceptor probe fluorescence intensity increase) The ratio between the target nucleic acid before PCR and the concentration ratio of the internal standard nucleic acid was determined (see FIG. 12). As a result, there is a high correlation between the concentration ratio between the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid before PCR and the ratio of the increase in the fluorescence intensity derived from the amplification product of the target nucleic acid and the increase in the fluorescence intensity derived from the amplification product of the internal standard nucleic acid. It became clear that there was. Therefore, it was shown that the concentration ratio between the target nucleic acid before PCR and the internal standard nucleic acid can be known from this relational expression. In preparing this figure, the processing described in the data analysis method of the present invention was performed, and the fluorescence intensity change rate was obtained.
[0240]
A method for obtaining the concentration or copy number of the target nucleic acid in the unknown sample from FIG. 12 will be described below. First, an internal standard nucleic acid whose copy number is known, a target nucleic acid probe, and an internal standard nucleic acid probe are added to an unknown sample containing the target nucleic acid, and PCR is performed. When amplification of both nucleic acids becomes visible from the change in fluorescence intensity of the reaction system, the rate of increase in fluorescence intensity derived from the amplification products of both nucleic acids is determined. From the fluorescence intensity increase rate, the fluorescence intensity increase rate derived from the amplification product of the target nucleic acid and the fluorescence intensity increase rate derived from the amplification product of the internal standard nucleic acid are obtained. By applying this ratio to FIG. 12, the ratio (B / A) between the target nucleic acid (B) and the internal standard nucleic acid (A) is determined. Since the copy number (A ′) of the internal standard nucleic acid before nucleic acid amplification is known, the copy number (B ′) of the target nucleic acid before amplification can be determined by the following formula:
B '= (B / A) A'
[0241]
3) Quantification of target nucleic acid by light cycler using calibration curve of external target (standard) nucleic acid (gene) by conventional method
A nucleic acid extraction sample actually extracted from a soil sample (hereinafter referred to as a soil extraction nucleic acid extraction sample) to a target gene sample having a known concentration under the same conditions as in Example 1 and under the same conditions except that the probe of Mergney et al. Was used. In some cases, it was investigated whether the mixture could be mixed at different concentrations for accurate quantification. It should be noted that the soil to be used was used after confirming that it does not contain the Nec1 gene, which is the target gene. In addition, the internal standard nucleic acid detection probe (NECMB-24 acceptor), the target nucleic acid probe (NECB-24 acceptor), and Nec-donor are both added to the reaction tube to detect the internal standard nucleic acid and the target nucleic acid simultaneously. did.
[0242]
First, 6.690,000 copies of Nec1 gene were added to 3 μl of a sample containing nucleic acid extracted from soil, and nec1 gene was quantified. In addition, the nec1 gene was also quantified in the sample to which the same number of nec1 gene was added without adding the soil-extracted nucleic acid sample. As a result, as in Example 1, it was clarified that the sample to which the soil-extracted nucleic acid sample was added was delayed in comparison with the sample to which the soil-extracted nucleic acid sample was not added. From this result, it was suggested that the soil-extracted nucleic acid sample contains a PCR inhibitor that reduces the amplification efficiency. It was found that due to this delay, the Ct value increased, and as a result, the quantitative value was calculated low (see Table 5). From the above results, it is clear that the conventional method using a calibration curve of external target nucleic acid (gene) (real-time quantitative PCR method) cannot accurately quantify the target gene for samples containing PCR inhibitors. It was.
[0243]
4) Quantification of target nucleic acid by light cycler using the method of the present invention
The method of adding the internal standard nucleic acid of the present invention was performed using the probe of Mergney et al., And the copy number before amplification of the target nucleic acid was determined. Table 5 shows the difference in measured values due to the difference in method. As a result, in the sample to which the soil-extracted nucleic acid sample was added, a decrease in amplification efficiency (a delay in the amplification reaction) was observed as in the conventional method (real-time quantitative PCR method), but the amplification efficiency of the internal standard gene was also increased. Similarly, since it decreased, it became clear that the measured value became constant. Based on this result, the novel measurement method of the present invention, in which an internal standard nucleic acid is added and the concentration or copy number of the target nucleic acid is determined from the amount or rate of change in fluorescence intensity derived from the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid, is the probe of Mergney et al. It became clear that it was effective even when using.
In addition, the numerical value of each method of Table 5 is the average value of the numerical value obtained by performing the frequency | count of analysis 5 times.
[0244]
Figure 0004460228
[0245]
5) Measurements on actual soil samples
Based on the above experimental example, the copy number of the soil sample whose copy number of the target gene (nec1 gene) was unknown was measured using a known amount of the internal standard nucleic acid. The used soil sample is the same as that used in the measurement of the actual soil sample of Example 1 (sample measured when 67.5 copies of the target gene (nec1 gene) are present per 1 μl of the soil extraction solution). .
[0246]
As in Example 1, 66.9 copies of the internal standard nucleic acid were added to 1 μl and 2 μl of the soil extracted nucleic acid samples, and the target nucleic acid (gene) (nec1 gene) was measured by the method of the present invention. . As a result, in the system to which 1 μl of the soil extraction nucleic acid sample was added, it was measured to be 83.2 copies. The measurement value was almost the same as the measurement value of Example 1 (67.5 copies). Moreover, the measured value of the system to which 2 μl of the soil extracted nucleic acid sample was added was 152.7 copies. Since the measured value is about twice that of the system to which 1 μl of the soil extracted nucleic acid sample is added, it is judged that the target gene (nec1 gene) in the soil extracted nucleic acid sample can be measured almost accurately. From the above results, it was strongly suggested that the target gene in soil can be accurately measured using the probe of Mergney et al.
[0247]
Example 3
Using the molecular beacon probe (described in (3) of the above-described known invention method), the same examination as in Examples 1 and 2 was performed.
1) Probe synthesis
A probe synthesized by Espec Oligo Service Co., Ltd. (http://www.business-zone.com/espec-oligo/) was used.
[0248]
2) Target nucleic acid probe and internal standard nucleic acid probe
The base sequence of NECB-24 beacon shown in Table 6 is the base sequence of the target nucleic acid probe, and the base sequence of NECMB-24 beacon is that of the internal standard nucleic acid probe. NECB-24 beacon has 4 bases added to form a stem-loop structure. The 5 'end is labeled with a fluorescent dye called FAM and the 3' end is labeled with a quencher substance called DABCYL. ing. NECMB-24 beacon also has 4 bases added to form a stem-loop structure. The 5 'end is a fluorescent dye called 6-TAMRA and the 3' end is a quencher substance called DABCYL. It is labeled.
The probe sequences are as shown in Table 6.
[0249]
Figure 0004460228
[0250]
3) PCR was performed under the same conditions as in Example 2 except for the conditions described below.
・ Each probe concentration: 200nM
Measurement device: Smart cycler system (Takara Bio Inc.) (hereinafter referred to as smart cycler for convenience).
・ Channels used:
Channel 1 (Ex, 450-495 nm; Em, 505-537 nm).
Channel 3 (Ex, 527-555 nm; Em, 565-605 nm).
The fluorescence measurement of FAM labeled with NECB-24 beacon was performed in channel 1 and the fluorescence measurement of 6-TAMRA labeled with NECB-24 beacon was performed simultaneously in channel 3.
[0251]
4) Extraction of DNA from soil
The same method as in Example 1 was performed.
[0252]
B) Experimental example
1) Evaluation of fabricated probe
A fluorescence intensity increase rate and a dissociation curve were prepared when the target nucleic acid probe (NECB-24 beacon) and the corresponding nucleic acid (target nucleic acid or internal standard nucleic acid) of the internal standard nucleic acid probe (NECMB-24 beacon) were hybridized. The same reaction buffer as that used in the PCR reaction was used as described above.
[0253]
The results are shown in FIGS. When fully complementary nucleic acid was added, the fluorescence intensity of both probes increased by about 2,000%. In addition, when a nucleic acid having a mismatch was added, both probes showed almost no increase in fluorescence intensity. From this result, it was determined that both probes hardly hybridize with mismatched nucleic acids (the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid probe, and the internal standard nucleic acid and the target nucleic acid probe do not hybridize). From the above results, it was decided that the detection of PCR amplification products was performed at 62 ° C. for both probes as in Example 1.
[0254]
2) Creation of a relational expression between the increase rate of the fluorescence intensity derived from the target nucleic acid and the increase rate of the fluorescence intensity derived from the internal standard nucleic acid with respect to the concentration ratio of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid
A relational expression between the increase rate of the fluorescence intensity derived from the target nucleic acid and the increase rate of the fluorescence intensity derived from the internal standard nucleic acid with respect to the concentration ratio of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid was determined in the same manner as in Example 2. The method for obtaining the concentration or copy number of the target nucleic acid in the unknown sample is the same as in Example 2.
[0255]
3) Comparison of the target nucleic acid measurement result by the conventional method using the calibration curve of the external standard gene when using Molecular beacon as a probe and the target nucleic acid measurement result by the method of the present invention
Measurement was performed in the same manner as in Examples 1 and 2 except that the molecular beacon probe was used. The measurement results of the target nucleic acid by the conventional method using the calibration curve of the external standard gene were compared with the measurement results of the target nucleic acid by the method of the present invention under the same conditions as the sample. As a result, in the test sample to which the soil-extracted nucleic acid sample was added, a decrease in amplification efficiency (a delay in the amplification reaction) was observed as in Examples 1 and 2, but the added target nucleic acid (gene) was accurately measured. It was possible (see Table 7). From this result, it has been clarified that the novel measurement method of the present invention can be suitably implemented even when molecular beacon is used as a probe.
[0256]
Figure 0004460228
[0257]
Example 4
This is an example to which a method using a nucleic acid probe having the characteristics (1) to (3) of i) to iv) of the method B of the present invention is applied.
1) Target nucleic acid and internal standard nucleic acid
Same as Example 1.
2) Synthesis of target nucleic acid probe
The base sequence was the same as that of NECB-24 described in Example 1 (see Table 2). Then, the fluorescent substance Texas Red was labeled on the 5 'end cytidyl acid, and the quencher substance Dabcyl was labeled in the chain on the 6th thymine from the 5' end.
The synthesis of the nucleic acid probe was outsourced to Espec Oligo Service.
[0258]
3) Synthesis of internal standard nucleic acid probe
The base sequence was the same as that of NECMB-24 described in Example 1, and the fluorescent substance Alexa 594 was labeled in the 5 'terminal cytidylic acid, and the quencher substance Dabcyl was labeled in the chain at the 6th thymine from the 5' end. The preparation was commissioned and synthesized in the same manner as the target nucleic acid probe.
[0259]
4) Hybridization conditions for target nucleic acid and target nucleic acid probe, and internal standard nucleic acid and internal standard nucleic acid probe:
Same as Example 1.
5) Measurement conditions
The excitation wavelength and the measured fluorescence wavelength are as follows.
Target nucleic acid probe: excitation wavelength: 590 nm (4 nm width); measurement fluorescence wavelength: 610 nm (4 nm width).
Internal standard nucleic acid probe: excitation wavelength: 560 nm (4 nm width); measurement fluorescence wavelength: 580 nm (4 nm width).
[0260]
6) Measurement of target gene (nec1 gene) in actual soil nucleic acid extraction sample
The target gene (nec1 gene) in the soil nucleic acid extraction sample was used in the same manner as in Example 1 by using a nucleic acid probe having the characteristics (1) to (3) of i) to iv) of the method B of the present invention. The gene measurement method via the PCR method in which the internal standard nucleic acid was added was measured. PCR conditions and the like are the same as in Example 1. As a result, the target gene (nec1 gene) contained in 1 μL of the soil nucleic acid extraction sample was 63.2 copies, and the target gene (nec1 gene) contained in 2 μL of the soil nucleic acid extraction sample was 148.1 copies. Since this measured value is almost the same as the result obtained in Examples 1 to 3, a nucleic acid probe having the characteristics (1) to (3) of i) to iv) of the method B of the present invention was used. It was also shown that the novel measurement method of the present invention can be suitably implemented.
[0261]
As described above, in Examples 1 to 4, a common target gene (nec1 gene) was measured by the same method (method of adding an internal standard nucleic acid) using different types of nucleic acid probes. As a result, almost the same good results could be obtained. It has been clarified that any probe capable of monitoring the gene amplification process in real time can be applied to the novel measurement method of the present invention regardless of the type of probe.
[0262]
Example 5
Using the hairpin probe described in v) to ix) in the case of utilizing the FRET phenomenon of the known method as a primer (sunrise primer), real-time quantitative PCR is performed to determine the copy number of the target nucleic acid before nucleic acid amplification. It is an Example which applies the method of this invention to the method to obtain | require.
1) Base sequence of target nucleic acid
Necl gene used in Examples 1-3
2) Internal standard nucleobase sequence
Internal standard gene corresponding to Necl gene used in Examples 1-3
[0263]
3) Primer
(1) Forward primer for target nucleic acid detection
・ Base sequence:acagtta CTCCATGAACTGTACCGCGACCAG (underline: added sequence)
-The 5 'end was labeled with the donor dye FAM, and the 12th base T from the 3' end was labeled with the quencher dye DABCYL.
(2) Forward primer for detection of internal standard nucleic acid
・ Base sequence:agctttg CTCCATGAAagcTtCCGCGACCAG (Underline: added sequence, lower case: site where the sequence differs from the forward primer for detecting the target nucleic acid. In other words, the site where the sequence of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid is different)
The phosphorus group at the 5 'end was labeled with the donor dye 6-TAMRA, and T at the 12th base from the 3' end was labeled with the quencher dye DABCYL as described above.
(3) Reverse primer
Base sequence: f (NECS-R) in Table 1 above
[0264]
The forward primer (forward primer for target nucleic acid detection and forward primer for internal standard nucleic acid detection) is designed to function as a sunrise primer, and the intramolecular secondary structure in the primer is eliminated by gene amplification. Thus, it is designed to emit fluorescence. Therefore, the amplification product can be monitored in real time by measuring the fluorescence emission. Each forward primer is designed to recognize different sites in the base sequences of the internal standard gene and the target gene, specifically bind to each other, and extend. Therefore, the target nucleic acid or the internal standard nucleic acid can be specifically amplified by each forward primer (the target primer for detecting the target nucleic acid and the forward primer for detecting the internal standard nucleic acid). In addition, the target nucleic acid detection forward primer and the internal standard nucleic acid detection forward primer are labeled with different fluorescent dyes, so the amplification reaction product derived from the target nucleic acid and the amplification product derived from the internal standard nucleic acid are the same reaction. It can be detected simultaneously in the system.
The primers were synthesized by entrusting to Espec Oligo Service Co., Ltd. (http://www.business-zone.com/espec-oligo/).
[0265]
4) PCR was performed under the following conditions.
-Denaturation reaction: 95 ° C, 15 sec
・ Annealing and detection: 55 ℃, 5sec
・ Extension: 72 ℃, 10sec
-Taq polymerase: Gene Taq (Nippon Gene Co., Ltd.)
・ Primer addition concentration: 100 nM
Template nucleic acid (Template): a mixture of internal standard nucleic acid NECM1 and target nucleic acid NEC1 PCR fragment (a and b plumer as a set, PCR amplification product: about 700 bp)
・ Measuring device: Smart cycler system (Takara Bio Inc.)
[0266]
・ Channels used:
Channel 1 (Ex, 450-495 nm; Em, 505-537 nm).
Channel 3 (Ex, 527-555 nm; Em, 565-605 nm).
FAM labeled with a target primer for detecting a target nucleic acid was measured in channel 1, and at the same time, fluorescence of 6-TAMRA labeled with a forward primer for detecting an internal standard nucleic acid was measured in channel 3.
[0267]
5) Creation of a relational expression between the increase rate of fluorescence intensity derived from the target nucleic acid and the increase rate of fluorescence intensity derived from the internal standard nucleic acid with respect to the concentration ratio of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid
PCR was carried out under the reaction conditions described in 4) of Example 2 using variously varied concentration ratios of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid as a template, and the amplification product derived from the target nucleic acid and the internal standard Each amplification product derived from nucleic acid was monitored in real time. From the results, the fluorescence intensity increase rate derived from the amplification product of the target nucleic acid (NECB-24 acceptor probe fluorescence intensity increase rate) and the fluorescence intensity increase rate derived from the internal standard nucleic acid amplification product (NECMB-24 acceptor probe fluorescence intensity increase) The ratio between the target nucleic acid before PCR and the concentration ratio of the internal standard nucleic acid was determined (see FIG. 15). As a result, there is a high correlation between the concentration ratio between the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid before PCR and the ratio of the increase in the fluorescence intensity derived from the amplification product of the target nucleic acid and the increase in the fluorescence intensity derived from the amplification product of the internal standard nucleic acid. It became clear that there was. Therefore, it was shown that the concentration ratio between the target nucleic acid before PCR and the internal target nucleic acid can be known from the relational expression. From the above results, in the method using the sunrise primer, as in Examples 2 and 3, the increase rate of the fluorescence intensity derived from the amplification product of the target nucleic acid and the increase in the fluorescence intensity derived from the amplification product of the internal standard nucleic acid. From the ratio to the ratio, it became clear that the concentration ratio between the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid before PCR can be determined.
[0268]
4) Measurement of target nucleic acid by smart cycler using calibration curve of conventional method
We examined whether nucleic acid extraction samples that were actually extracted from soil samples were mixed with known concentrations of target gene samples at different concentrations to make accurate measurements. Both the internal standard nucleic acid primer and the target nucleic acid primer were added to the reaction tube, and the internal standard nucleic acid and the target nucleic acid were detected simultaneously.
[0269]
First, a calibration curve with an external target gene (nec1 gene) at a known concentration was prepared. Using a sample obtained by adding 6,690,000 copies of a target gene (nec1 gene) to 3 μl of a sample containing nucleic acid extracted from soil, the nec1 gene in this sample was measured using the above calibration curve. In addition, the nec1 gene was also measured for samples to which the same number of nec1 genes were added without adding the soil-extracted nucleic acid sample. As a result, as in Examples 1 to 3, the addition of the soil-extracted nucleic acid sample caused the graph to shift to the right compared to the sample to which the soil-extracted nucleic acid sample was not added, that is, the amplification reaction was delayed. It has become clear that this happens. Due to this delay, the Ct value increased, and as a result, it was found that the measured value was calculated lower than the actually added target nucleic acid (gene) (nec1 gene) (see Table 8). From the above results, in the conventional method (real-time quantitative PCR method) using a calibration curve with an external target nucleic acid (gene), even when a sunrise primer is used, the target gene in the sample containing the PCR inhibitor is not detected. It became clear that the measurement could not be performed accurately.
[0270]
Figure 0004460228
[0271]
5) Measurement of target nucleic acid by smart cycler using the method of the present invention
The copy number before amplification of the target nucleic acid was determined by the method of adding the internal standard nucleic acid of the present invention (see Table 8). As a result, the graph shifts to the right as the amount of the soil sample to be added is the same as described above, but in the present invention, a decrease in amplification efficiency (a delay in the amplification reaction) was observed. Since the amplification of the internal standard gene was similarly reduced, it was revealed that the amount of the added target gene almost coincided with the measured value by the method of the present invention.
[0272]
Based on the above results, the internal standard nucleic acid corresponding to the target nucleic acid is added to the reaction system, and the amount or rate of change in fluorescence intensity derived from the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid is determined using the sunrise primer. The usefulness of the novel measurement method of the present invention for determining the copy number has been clarified.
In addition, when the nucleic acid probe whose fluorescence is reduced by the hybridization described in (ix) of the method B of the present invention is used as a primer, the same tendency as described above is observed. The result shown (data not shown) was obtained. From these results, it was found that any primer capable of monitoring the gene amplification process in real time can be applied to the novel measurement method of the present invention regardless of the type of primer.
[0273]
Example 6
The gene amplification method was changed from the PCR method to the LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) method (one nucleic acid amplification method), and the same examination as in Examples 1 to 4 was performed.
1) Target gene
The nec1 gene was used in the same manner as in Examples 1-5.
2) Extraction of DNA from soil
The same method as in Example 1 was performed.
3) Probe synthesis
Probes and primers were consigned to Espec Oligo Service Co., Ltd. (http://www.business-zone.com/espec-oligo/). 4) Preparation of internal standard nucleic acid (DNA gene)
It was prepared by the method for obtaining an artificial gene described later as Example 8.
5) LAMP primer design and sequence
Primer design was performed using primer design software for the LAMP method on the homepage of Eiken Chemical Co., Ltd. (http://www.eiken.co.jp/).
This primer has a sequence completely complementary to the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid, and is a primer capable of simultaneously amplifying the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid.
[0274]
Figure 0004460228
[0275]
6) Target nucleic acid probe and internal standard nucleic acid probe
NECB-23 LAMP shown in Table 9 is a base sequence of a probe for detecting an amplification product derived from a target nucleic acid amplified by the LAMP method, and NECMB-23 LAMP is derived from an internal standard amplified by LAMP. It is a nucleic acid probe for detecting an amplification product. In this example, the target nucleic acid probe is called NECB-24, and the internal standard nucleic acid probe is called NECMB-24.
[0276]
NECB-24 is labeled with BODIPY FL by the method described above, and NECMB-24 is labeled with 6-TAMRA at the 5 'end by the method described above. Both were used by phosphorylating the 3 'OH group at the 3' end.
This probe is a type of nucleic acid probe used in Example 1 in which the fluorescence intensity decreases by hybridizing with the corresponding nucleic acid.
In the table, the 9, 10, 11, 12, and 14th bases t, a, c, and t of NECB-23 LAMP are changed to A, T, G, and A, respectively, in NECMB-23 LAMP. .
[0277]
B) Experimental example
1) Evaluation of fabricated probe
Fluorescence intensity change rate {quenching (decrease rate) rate} when hybridized with corresponding nucleic acid (target nucleic acid or internal standard nucleic acid) of target nucleic acid probe (NECB-23 LAMP) and internal standard nucleic acid probe (NECMB-23 LAMP) A dissociation curve was generated. The same reaction buffer as that used in the LAMP method was used.
[0278]
The results are shown in FIGS. With NECB-23 LAMP, the difference in Tm between the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid is about 20 ° C, and if it is detected in the range of 60 to 70 ° C, only the target nucleic acid is detected without detecting the internal standard nucleic acid. It became clear that it could be detected. Similarly, NECMB-23 LAMP has a difference in Tm value between the internal standard nucleic acid and the target nucleic acid of about 20 ° C. as in the case of NECB-23 LAMP. It was revealed that only the target nucleic acid can be detected well without detecting. Based on the above results, PCR amplification products were detected at 65 ° C., the reaction temperature of the LAMP method, for both probes.
[0279]
2) Gene amplification by the LAMP method was performed under the following conditions.
・ Reaction temperature: 65 ℃, 60min
・ Amplification kit including polymerase, dNTP, etc .: Loopamp DNA amplification reagent kit (Eiken Chemical Co., Ltd.)
・ Primer addition concentration: 800 nM (NEC FIP, NEC BIP), 200 nM (NEC F3, NEC B3) (see Table 10)
・ Probe addition concentration: 200nM each
Template nucleic acid (Template): a mixture of internal standard nucleic acid NECM1 and target nucleic acid NEC1 PCR fragment (amplification product: about 700 bp with a and b primers in Table 1 as a set)
Measurement device: Smart cycler system (Takara Bio Inc.) (hereinafter referred to as smart cycler for convenience).
[0280]
・ Channels used:
Channel 1 (Ex, 450-495 nm; Em, 505-537 nm).
Channel 3 (Ex, 527-555 nm; Em, 565-605 nm).
BODIPY FL was measured on channel 1, and 6-TAMRA fluorescence was measured on channel 3 at the same time.
[0281]
Figure 0004460228
[0282]
3) Creation of a relational expression between the increase rate of the fluorescence intensity derived from the target nucleic acid and the increase rate of the fluorescence intensity derived from the internal standard nucleic acid with respect to the concentration ratio of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid
The LAMP reaction was carried out under the reaction conditions described in 2) above using various concentrations of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid as a template, and the amplification product derived from the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid were derived. The amplification products were monitored in real time with the nucleic acid probes shown in Table 10, respectively. From the results, the fluorescence intensity change {quenching (decrease) rate} (hereinafter simply referred to as fluorescence quenching rate) derived from the amplification product of the target nucleic acid (NECB-23 LAMP fluorescence quenching rate) and the internal standard nucleic acid amplification product-derived The ratio with the fluorescence quenching rate (the fluorescence quenching rate of NECMB-23 LAMP) was determined, and the relationship between the concentration ratio of the target nucleic acid before the LAMP reaction and the internal standard nucleic acid was determined. As a result, as in the case of PCR shown in Examples 2 to 4, the concentration ratio between the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid before amplification, the fluorescence quenching rate derived from the amplification product of the target nucleic acid, and the amplification product derived from the internal standard nucleic acid. A high correlation was found between the ratio to the fluorescence quenching rate (data not shown). Therefore, as in the case of the PCR method, it was shown that the concentration ratio between the target nucleic acid before gene amplification and the internal standard nucleic acid can be known from this relational expression.
[0283]
4) Measurement of target gene (nec1 gene) in soil via LAMP method
Based on the above experimental example, the soil extraction nucleic acid sample (including the target nucleic acid) in which the copy number of the target gene (nec1 gene) is unknown using the internal standard nucleic acid and the novel gene measurement method of the present invention via the LAMP method .) The amount of target nucleic acid present in was measured.
In the experiment, as in the method via PCR in Examples 1 to 5, 66.9 copies of the internal standard nucleic acid were added to 1 μl and 2 μl of the soil-extracted nucleic acid sample, and the target gene (nec1 gene) was measured. The gene measurement method was performed using the LAMP method. The soil extraction nucleic acid sample was the same as in Examples 1-5. As a result, it was measured to be 79.6 copies in the system to which 1 μl of the soil extracted nucleic acid sample was added. Moreover, the measured value of the system to which 2 μl of the soil extracted nucleic acid sample was added was 139.2 copies. Since this measurement value is substantially equivalent to the results obtained in Examples 1 to 5, it is judged that the target gene (nec1 gene) in the soil-extracted nucleic acid sample can be accurately measured.
Based on the above results, the gene amplification method other than the PCR method is added to the novel nucleic acid (gene) measurement method of the present invention, which comprises adding an internal standard nucleic acid and detecting the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid with a nucleic acid probe. Proven to be adaptable.
[0284]
Example 7
Streptomyces turgidiscabiesWhen it was necessary to separate and concentrate the nec1 gene from the genomic DNA, it was separated and concentrated by the following method.
The restriction enzymes used were Bfa1, BsaJ1, BssK1, Dde1, Msel, Msp1 (all purchased from New England BIOLABS). Since these are restriction enzymes that recognize and cleave a specific 4-base sequence of double-stranded DNA, the double-stranded DNA is considered to be cleaved to a length of about 40 bases in terms of probability ( Since there are 256 arbitrary 4 base sequences, it is considered that the site cleaved by one type of 4-base recognition restriction enzyme appears every 256 bases. 256 ÷ 6 = 42.6, which is considered to be cleaved about every 40 bases on average). However, when the nec1 gene is treated with the above six restriction enzymes, the nec1 gene has a length of 536 bases and exists as a relatively long double-stranded DNA. For this reason, the fraction containing the target gene can be easily collected using the length of the DNA as an index.
[0285]
1 μl of each of the above six restriction enzymes, 10 μl of x10 buffer attached to Mse1, and a nucleic acid solution (80 μl) extracted in the same manner as in Example 1 from the soil in which potato scab was generated were mixed at 37 ° C. After reacting for 8 hours, it was further reacted at 60 ° C. for 8 hours. nec1 The fraction containing this fragment was passed through a filter {Microcon-100 (divided molecular weight = 100,000), Millipore}. Since only DNA of 100 bp or less passes through this filter, the 536-base nec1 gene remains on the filter. The fraction containing the nec1 gene remaining on the nec1 filter was collected, dried and redissolved in 1 μl of Millipore pure water.
[0286]
The nec1 gene during the re-dissolution was measured by the same procedure as in Experimental Example 7) of Example 1. In order to confirm the presence or absence of concentration, the nec1 gene was also measured in the same manner as described above for the nucleic acid solution before the restriction enzyme treatment. The amount of nucleic acid solution added was 10 μl. As a result, the number of nec1 genes in the nucleic acid solution subjected to the concentration treatment was 4790 copies / μl, and the number of genes in the nucleic acid solution when the concentration was not performed was 63 copies / μl. From the above results, it was proved that the target nucleic acid (nec1 gene) can be easily concentrated by this method.
[0287]
Example 8
Synthesis of a long-chain artificial gene having an arbitrary base sequence was carried out by the following method.
1) Synthesis of single-stranded oligonucleotide DNA
The single-stranded oligonucleotide gene to be synthesized was an internal standard gene corresponding to the nec1 gene used in Example 6. The sequence is shown below. The number of bases is 274 bp, and the part indicated by lowercase letters and underline is a part different in sequence from the target nucleic acid nec1 gene. The single-stranded oligonucleotide DNA was synthesized by entrusting to Espec Oligo Service Co., Ltd.
[0288]
The synthesized oligo DNA was subjected to electrophoresis, and it was confirmed whether a band derived from the desired single-stranded oligo DNA gene (274 bp) was obtained, but no clear band could be confirmed around 270 bp. Moreover, the electrophoretic pattern was smeared as a whole, and no clear band was observed except for 270 bp. The above results are thought to suggest that single-stranded oligo DNAs of various lengths have been synthesized, and the ratio of the desired single-stranded oligo DNA gene is very low. From the above results, it was strongly suggested that it is impossible to obtain a long-chain gene having an arbitrary sequence by a method for synthesizing a normal oligo DNA.
[0289]
Figure 0004460228
[0290]
2) PCR reaction using single-stranded oligonucleotide DNA as a template
In order to obtain the target DNA, PCR amplification was performed using the single-stranded oligonucleotide DNA gene as a template. The primer sequences used are shown in Table 11. PCR conditions are as shown below.
-Denaturation reaction: 95 ° C, 60 sec
・ Annealing and detection: 62 ℃, 60sec
・ Extension: 72 ℃, 60sec
・ Number of cycles: 40 cycles
-Taq polymerase: Gene Taq (Nippon Gene Co., Ltd.)
・ Primer addition concentration: 500nM each
・ PCR device: iCycler (manufactured by Bio-Rad)
[0291]
Figure 0004460228
[0292]
After the PCR reaction, electrophoresis was performed. However, no clear band was confirmed around 270 bp. Therefore, the obtained PCR product was diluted 100-fold, PCR was performed again under the same conditions using this as a template, and the product was confirmed by electrophoresis. As a result, a band was confirmed in the vicinity of 270 bp. However, since the migration pattern was not clear and the whole was smeared, PCR was performed again using a 100-fold diluted PCR product as a template, and when the product was confirmed by electrophoresis, a clear band was found around 270 bp. confirmed. In order to confirm that the target product was actually obtained, the base sequence of the PCR product was determined. The process is shown below.
[0293]
The PCR product was purified using a Microspin S-400HR column (Amersham Pharmacia). The sequencing reaction was carried out using a dideoxy terminator sequencing kit (Applied Biosystems), and the resulting product was obtained using an automatic base sequencer (ABI PRISM TM 377, Applied Biosystems). The nucleotide sequence was determined. As a result, it was confirmed that the PCR product had the sequence of the target internal standard gene.
From the above results, it was proved that a long-chain artificial gene having an arbitrary sequence can be easily synthesized by the method of the present invention.
[0294]
Example 9
The type of dye to be labeled on the nucleic acid probe of the method B of the present invention was examined. A deoxyribopolynucleotide having the following base sequence was used as a nucleic acid probe, and a deoxyribopolynucleotide having the following base sequence was used as a corresponding nucleic acid. Each deoxyribopolynucleotide was prepared using the nucleic acid synthesizer.
[0295]
・ For target nucleic acid probe: 5'CCCCCCCCCTTTTTT3 '
・ For target nucleic acid: 5'AAAAAAGGGGGGGGGGGG3 '
To label the dye on the deoxyribopolynucleotide for the target nucleic acid probe, the same method as in Example 1 was used.
The fluorescence measurement was performed under the following conditions.
[0296]
(1) Components of the hybridization solution
・ Synthetic DNA 320nM (final concentration)
・ Nucleic acid probe 80nM (final concentration)
NaCl 50 mM (final concentration)
・ MgCl2                       1mM (final concentration)
・ Tris-HCl buffer (pH = 7.2) 100 mM (final concentration)
・ Milli Q pure water 1.6992ml
・ Total amount 2.0000ml
(2) Hybridization temperature: 51 ° C
(3) Measurement conditions:
Excitation light: described in Table 9
Measurement fluorescence color: described in Table 9
[0297]
The results are shown in Table 9. As can be seen from the table, preferred examples of the fluorescent dye used for reducing the fluorescence intensity of the fluorescent dye of the present invention include those having a fluorescence intensity decrease rate of 15% or more. .
[0298]
Example 10
Example of applying the method of Morrison et al. (Method using two types of nucleic acid probes. Before the nucleic acid probe hybridizes to the target nucleic acid, the probes are hybridized to each other. ).
1) Target nucleic acid and internal standard nucleic acid
Same as Example 1.
2) Synthesis of target nucleic acid probe
The target nucleic acid probe is composed of the following two oligonucleotides.
a) 5'-TCCATGAACT GTACCGCGAC-CAG-3 '(base sequence obtained by removing the cytidylic acid at the 5' end of the target nucleic acid probe NECB-24 of Example 1)
b) 5'-TCGCGGTACA GTTCATGGA-3 '(base sequence hybridized to a)
In a), the fluorescent substance 6-TAMRA was labeled on the OH group of the phosphate group at the 5 'end.
In b), the quencher dye Dabcyl was labeled on the OH group at the 3'-position C of deoxyribose of adenosine at the 3 'end.
[0299]
3) Internal standard nucleic acid probe
Similar to the target nucleic acid, it is a probe used in the method of Morrison et al.
The following base sequence consists of two oligonucleotides.
a) 5′-TCCATGAAAGCTTCCGCGACCAG-3 ′ (base deleted from 5 ′ end of target nucleic acid probe NECMB-24 of Example 1)
b) 5'-TCGAA GTTCATGGA-3 '(base sequence hybridized to a)
In a), the fluorescent substance FAM was labeled on the OH group of the phosphate group at the 5 'end.
In b), the quencher dye Dabcyl was labeled on the OH group at the 3'-position C of deoxyribose of adenosine at the 3 'end.
[0300]
4) Target nucleic acid probe and internal target nucleic acid probe preparation method
The same operation as in Example 4 was performed.
5) Hybridization conditions for target nucleic acid and target nucleic acid probe, and internal standard nucleic acid and internal standard nucleic acid probe:
Same as Example 4.
[0301]
6) Measurement conditions
The excitation wavelength and the measured fluorescence wavelength are as follows.
Target nucleic acid probe: excitation wavelength: 527 to 555 nm; measurement fluorescence wavelength: 565 to 605 nm.
Internal standard nucleic acid probe: excitation wavelength: 450 to 495 nm; measurement fluorescence wavelength: 505 to 537 nm.
[0302]
7) Measurement of fluorescence intensity of hybridization reaction in a measurement system that does not contain soil sample (inhibitor of hybridization reaction)
Various concentrations of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid were changed, the amount of change in fluorescence intensity before and after hybridization was measured, and a calibration curve for the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid was prepared.
Target nucleic acid probe concentration: 500 nM
Concentration of internal standard nucleic acid probe: 500 nM
[0303]
8) Soil sample
A soil containing no target nucleic acid was prepared in the same manner as in Example 1. It was confirmed by the method of Example 1 that the target nucleic acid was not contained.
9) Target nucleic acid recovery test in measurement system containing soil sample (inhibitor of hybridization reaction) Measurement of target nucleic acid
(1) A soil sample was added to 100 μL of the measurement system, and the measurement system was complicated. Furthermore, target nucleic acid is 2.5 × 108A copy was added to make 10 μL. The fluorescence intensity was measured by varying the concentration of the internal standard nucleic acid. As a result, a calibration curve for the internal standard nucleic acid was obtained. The rate of change of the internal standard nucleic acid calibration curve was calculated and applied to the target nucleic acid. As a result, a calibration curve of target nucleic acid in a complex system was obtained (actually, it was performed by the simplified method. The slope (slope) of the two calibration curves for the internal standard nucleic acid was obtained, and the two calibration curves at the same concentration were obtained. The difference was determined, and the slope of the complex calibration curve for the internal standard nucleic acid and the difference between the two calibration curves at the same concentration were applied as is to the target nucleic acid.
[0304]
(2) Copy number of target nucleic acid in soil sample.
The measurement result is 2.8 × 108The copy / 10 μL, and the target nucleic acid recovery rate was 112%.
[0305]
【The invention's effect】
Since the novel nucleic acid measurement method of the present invention is configured as described above, a sample containing a substance that inhibits the hybridization reaction and / or nucleic acid amplification reaction between the target nucleic acid and the target nucleic acid probe, or a polymorphic nucleic acid. In this method, the target nucleic acid can be specifically measured in a trace amount, accurately and simply in a short time. Moreover, a plurality of target nucleic acids can be measured simultaneously.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the position of hybridization in each gene for each primer that hybridizes to the gene (target nucleic acid).
Fig. 2 Dissociation of target nucleic acid (gene (wild type)) or internal standard nucleic acid (nec1 mutated type) and target nucleic acid probe (NECB-24) hybridization product (target nucleic acid probe complex) curve.
Fig. 3 Hybridization product of target nucleic acid (nec1 gene (wild type)) or internal standard nucleic acid (nec1 mutant type gene) and internal standard nucleic acid probe (NECMB-24) (target nucleic acid probe complex) Dissociation curve.
FIG. 4 Real-time monitoring of PCR using a mixture of a target nucleic acid and an internal standard nucleic acid as a template by a target nucleic acid probe.
FIG. 5 shows real-time monitoring of PCR using a mixture of a target nucleic acid and an internal standard nucleic acid as a template using an internal standard nucleic acid probe.
FIG. 6 is a graph showing a relational expression between a DNA concentration and a fluorescence intensity change amount (rate) of a dye labeled on a target nucleic acid probe.
A: Target nucleic acid
B: Internal standard nucleic acid
FIG. 7A: Real-time monitoring of PCR at various DNA concentrations in a measurement system to which no soil sample was added.
B: Calibration curve based on A
FIG. 8 Real-time monitoring by a conventionally known quantitative PCR method. Template nucleic acid: 7 million PCR products that set a and b probes of nec1 gene
[FIG. 9] Positional relationship of probes upon hybridization.
FIG. 10 shows dissociation curves of Nec-donor and NECB-24 acceptor probe sets for the internal standard gene and the nec1 gene.
FIG. 11 shows dissociation curves of Nec-donor and NECMB-24 acceptor probe sets for internal standard gene and nec1 gene.
FIG. 12 is a relational expression between the increase rate of the fluorescence intensity derived from the amplification product of the target nucleic acid and the increase rate of the fluorescence intensity derived from the amplification product of the internal standard nucleic acid with respect to the concentration ratio between the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid before amplification.
FIG. 13: Dissociation curves for NECMB-24 beacon internal standard gene and nec1 gene.
FIG. 14: Dissociation curves for NECMB-24 beacon internal standard gene and nec1 gene.
FIG. 15 is a relational expression between the increase rate of the fluorescence intensity derived from the amplification product of the target nucleic acid and the increase rate of the fluorescence intensity derived from the amplification product of the internal standard nucleic acid with respect to the concentration ratio of the target nucleic acid and the internal standard nucleic acid before amplification (sunrise primer If used)
FIG. 16: Dissociation curves for NECB-23 LAMP internal standard gene and nec1 gene.
FIG. 17 shows dissociation curves for NECB-23 LAMP internal standard gene and nec1 gene.

Claims (10)

(i)標的核酸、
(ii)標的核酸の塩基配列の一部を他の塩基で置換した塩基配列を持ち、
同一のプライマーを用いて標的核酸と同時に増幅できる既知量の内部標準核酸、
(iii)標的核酸と相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドからなり、少なくとも一種の蛍光色素で標識された標的核酸プローブであって、該標的核酸プローブと上記標的核酸との複合体のTm値が、該標的核酸プローブと上記内部標準核酸との複合体のTm値と比較して6℃以上の差を有するもの、及び
(iv)内部標準核酸と相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドからなり、かつ、標的核酸とはハイブリダイズしない塩基配列を一部に有し、上記標的核酸プローブを標識する蛍光色素とは発蛍光色が異なる少なくとも一種の蛍光色素で標識された、内部標準核酸プローブであって、該内部標準核酸プローブと上記標的核酸との複合体のTm値が、該内部標準核酸プローブと上記内部標準核酸との複合体のTm値と比較して6℃以上の差を有するもの
を含む反応系で、核酸増幅反応を行わせ、該反応系の標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブに標識された各蛍光色素に由来する蛍光強度を測定して、得られた測定値及び内部標準核酸の添加量から、標的核酸及び/又は核酸増幅反応前の標的核酸を測定することを特徴とする核酸の測定方法。
(I) a target nucleic acid,
(Ii) having a base sequence obtained by substituting a part of the base sequence of the target nucleic acid with another base;
A known amount of an internal standard nucleic acid that can be amplified simultaneously with the target nucleic acid using the same primer,
(Iii) a target nucleic acid probe comprising an oligonucleotide having a base sequence complementary to the target nucleic acid and labeled with at least one fluorescent dye , wherein the Tm value of the complex of the target nucleic acid probe and the target nucleic acid is A target having a difference of 6 ° C. or more compared to the Tm value of the complex of the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid , and (iv) an oligonucleotide having a base sequence complementary to the internal standard nucleic acid, In addition, it is an internal standard nucleic acid probe that has a base sequence that does not hybridize with the target nucleic acid and is labeled with at least one fluorescent dye that has a fluorescent color different from the fluorescent dye that labels the target nucleic acid probe . Thus, the Tm value of the complex of the internal standard nucleic acid probe and the target nucleic acid is 6 compared with the Tm value of the complex of the internal standard nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid. Those having a difference of more than,
In the reaction system including the nucleic acid amplification reaction, the fluorescence intensity derived from each fluorescent dye labeled on the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe of the reaction system is measured, and the obtained measurement value and the internal standard A method for measuring a nucleic acid, comprising measuring the target nucleic acid and / or the target nucleic acid before the nucleic acid amplification reaction from the amount of nucleic acid added.
(i)標的核酸、
(ii)標的核酸の塩基配列の一部を他の塩基で置換した塩基配列を持ち、
同一のプライマーを用いて標的核酸と同時に増幅できる既知量の内部標準核酸、
(iii)標的核酸と相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドからなり、少なくとも一種の蛍光色素で標識された標的核酸プローブであって、該標的核酸プローブと上記標的核酸との複合体のTm値が、該標的核酸プローブと上記内部標準核酸との複合体のTm値と比較して6℃以上の差を有するもの、及び
(iv)内部標準核酸と相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドからなり、かつ、標的核酸とはハイブリダイズしない塩基配列を一部に有し、上記標的核酸プローブを標識する蛍光色素とは発蛍光色が異なる少なくとも一種の蛍光色素で標識された、内部標準核酸プローブであって、該内部標準核酸プローブと上記標的核酸との複合体のTm値が、該内部標準核酸プローブと上記内部標準核酸との複合体のTm値と比較して6℃以上の差を有するもの
を含む反応系で、上記標的核酸と標的核酸プローブ並びに内部標準核酸と内部標準プローブとをハイブリダイゼーション反応させ、該反応の前後で上記標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブに標識された各蛍光色素に由来する蛍光強度を測定して、得られた測定値及び内部標準核酸の添加量から、標的核酸を測定することを特徴とする核酸の測定方法。
(I) a target nucleic acid,
(Ii) having a base sequence obtained by substituting a part of the base sequence of the target nucleic acid with another base;
A known amount of an internal standard nucleic acid that can be amplified simultaneously with the target nucleic acid using the same primer,
(Iii) a target nucleic acid probe comprising an oligonucleotide having a base sequence complementary to the target nucleic acid and labeled with at least one fluorescent dye , wherein the Tm value of the complex of the target nucleic acid probe and the target nucleic acid is A target having a difference of 6 ° C. or more compared to the Tm value of the complex of the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid , and (iv) an oligonucleotide having a base sequence complementary to the internal standard nucleic acid, In addition, it is an internal standard nucleic acid probe that has a base sequence that does not hybridize with the target nucleic acid and is labeled with at least one fluorescent dye that has a fluorescent color different from the fluorescent dye that labels the target nucleic acid probe . Thus, the Tm value of the complex of the internal standard nucleic acid probe and the target nucleic acid is 6 compared with the Tm value of the complex of the internal standard nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid. Those having a difference of more than,
In the reaction system comprising: a target nucleic acid and a target nucleic acid probe, and an internal standard nucleic acid and an internal standard probe are hybridized, and before and after the reaction, the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe are labeled with each fluorescent dye. A method for measuring a nucleic acid, which comprises measuring a derived fluorescence intensity and measuring a target nucleic acid from the obtained measured value and the added amount of an internal standard nucleic acid.
前記標的核酸プローブが、ドナー色素とアクセプター色素とで標識され、かつ、前記内部標準核酸プローブが、アクセプター色素と上記標的核酸プローブを標識するドナー蛍光色素とは異なるドナー色素とで標識されている請求項1又は2に記載の方法。  The target nucleic acid probe is labeled with a donor dye and an acceptor dye, and the internal standard nucleic acid probe is labeled with a donor dye that is different from the acceptor dye and a donor fluorescent dye that labels the target nucleic acid probe. Item 3. The method according to Item 1 or 2. 前記標的核酸プローブが、ドナー色素とクエンチャー色素とで標識され、かつ、前記内部標準核酸プローブが、クエンチャー色素と上記標的核酸プローブを標識するドナー蛍光色素とは異なるドナー色素とで標識されている請求項1又は2に記載の方法。  The target nucleic acid probe is labeled with a donor dye and a quencher dye, and the internal standard nucleic acid probe is labeled with a quencher dye and a donor dye different from the donor fluorescent dye that labels the target nucleic acid probe. The method according to claim 1 or 2. 前記標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブの蛍光色素標識部位が、何れも該プローブの末端部分である請求項1〜4の何れか1項に記載の方法。  The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluorescent dye labeling sites of the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe are both terminal portions of the probe. 上記核酸増幅反応において、ポリメラーゼが上記標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブを分解する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。  The method according to claim 1, further comprising the step of decomposing the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe by a polymerase in the nucleic acid amplification reaction. 上記標的核酸プローブ及び内部標準核酸プローブを上記核酸増幅反応のプライマーとして用いる請求項1に記載の方法。  The method according to claim 1, wherein the target nucleic acid probe and the internal standard nucleic acid probe are used as primers for the nucleic acid amplification reaction. 核酸を増幅させる方法が、PCR方法、ICAN方法、LAMP方法、NASBA方法、RCA方法、TAMA方法、LCR方法の何れかの方法である請求項1に記載の方法。  The method according to claim 1, wherein the method for amplifying the nucleic acid is any one of a PCR method, an ICAN method, a LAMP method, a NASBA method, an RCA method, a TAMA method, and an LCR method. PCR方法が定量的PCR方法若しくはリアルタイム定量的PCR方法である請求項に記載の方法。The method according to claim 8 , wherein the PCR method is a quantitative PCR method or a real-time quantitative PCR method. 前記ハイブリダイゼーション反応の温度を、標的核酸と標的核酸プローブとの複合体のTm値±10℃の範囲内とする請求項2に記載の方法。The method according to claim 2, wherein the temperature of the hybridization reaction is within a range of Tm value ± 10 ° C. of the complex of the target nucleic acid and the target nucleic acid probe.
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