JP4531317B2 - スピロヘータを検出するための一本鎖オリゴヌクレオチド、プローブ、プライマーおよび方法 - Google Patents
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Description
本発明は、プローブまたはオリゴヌクレオチドプライマーを用いた検出および/または増幅ならびに配列決定のための技術に関し、また、スピロヘータ目(スピロヘータ)の細菌を検出または同定するためにこれらのプローブまたはプライマーを適用することに関する。
【0002】
ある種の診断試験において、例えば、特に人または動物の神経系の感染検査、あるいは節足動物に噛まれた後の検査の際には、試料中の細菌(詳しくはスピロヘータ)の存在に関する迅速な反応を得なければならないことが多い。しかしながら、グラム染色や培養後の直接試験などの現在開発されている技術は、グラム染色の欠如や培地中での増殖の欠如により失敗に終わることが多い。
【0003】
髄膜脳炎などの感染症の原因となるレプトスピラ(Leptospira)、ボレリア(Borrelia)、トレポネーマ(Treponema)、およびセルプリーナ(Serpulina)の各種を含む細菌の科を形成するスピロヘータの場合は、培養を行うことができない。したがって、スピロヘータの同定の問題は未だ解決されていない。
【0004】
ここ二十年に亘る感染性疾病の増加やこれらの感染性疾病の劇的な結果に鑑みると、スピロヘータなどの感染性病原体を検出するための迅速かつ特異的な方法を開発することが必要とされている。
【0005】
細菌の培養ができないことの緩和策として、生きている有機体、該有機体からの細胞抽出物または試料中に、遺伝子、遺伝子の一部、またはヌクレオチド配列が存在するかどうかを調べるために、核酸および遺伝子材料に関連した技術、特にPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)を用いることが考えられる。どんな遺伝子または遺伝子の一部も、ヌクレオチド塩基の特異的配列によってキャラクタライズされることから、ポリヌクレオチドの混合物を含む試料中の前記特異的配列の全部または一部の存在を直接的に調べることができる。
【0006】
核酸を検出するための種々のタイプの方法が文献に記載されている。そのような方法は、DNA−DNAおよびRNA−RNA二重らせんにおける核酸相補鎖間のプリン−ピリミジン対形成特性に基づいている。この対形成プロセスは、二本鎖DNAのアデニン−チミン(A−T)塩基間、グアニン−シトシン(G−C)塩基間に水素結合を形成することによって行われる。またDNA−RNAまたはRNA−RNA二重らせんでは、水素結合によってアデニン−ウラシル(A−U)塩基の対も形成される。特定の核酸分子の有無を調べるための核酸の鎖の対形成は、「核酸のハイブリッド形成」もしくは単に「ハイブリッド形成」と呼ばれている。
【0007】
PCR法の一例としては、RNAr16Sに基づいて配列を決定することが挙げられる。しかしながらこの方法には、診断の妨げとなる潜在的なコンタミネーションの問題に起因する限界がある。
【0008】
この欠点を埋め合わせるために、細菌培養の前段階を行うことなく、あらゆる試料中でスピロヘータ目に属する細菌を特異的に検出するための新しい遺伝子マーカーが探索されている。そのような新しいマーカーまたはオリゴヌクレオチドが本発明の対象である。
【0009】
これらの新しいマーカーの決定は、細菌RNAポリメラーゼ内のβサブユニットをコードするスピロヘータのrpoB遺伝子内の特別に定められた配列の使用に依拠している。実際に、細菌の科によって異なるがスピロヘータ目の間では保存されているように思われる領域が、細菌RNAポリメラーゼのβサブユニットをコードするDNA上で見つかっている。したがって、この細菌の科は、他の細菌の科から区別することができる。スピロヘータ目に特異的なこれらのマーカーの開発にあたっては、上記保存領域において、スピロヘータの特定種の間では小さな配列の変化しか見られないという観察結果を用いた。
【0010】
ラズカノ(Lazcano)ら[J. Mol. Evol.(1988) 27:365〜376]によれば、RNAポリメラーゼは、その起源によって、ウィルスRNAまたはDNA依存性RNAポリメラーゼによって構成される群と、真核生物または原核生物(古細菌および真正細菌)を起源とするDNA依存性RNAポリメラーゼから構成される群との2つの群に分けられる。DNA依存性真正細菌RNAポリメラーゼは、αββ’で表される「コア酵素」またはαββ’σで表される「ホロ酵素」と呼ばれる単純な保存された多量体構造を特徴としている[ユラ(Yura)およびイシハマ(Ishihama),Ann. Rev. Genet.(1979) 13:59〜97]。
【0011】
これまで数多くの研究によって、真正細菌RNAポリメラーゼのβサブユニットの多量体酵素複合体内の機能的法則が明らかにされてきた。古細菌および真正細菌RNAポリメラーゼは、10個もしくは30個ものサブユニットを含むこともあるさらに大きな複合体構造を与える[ピューラ(Puhler)ら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA(1989) 86:4569〜4573]。
【0012】
真正細菌におけるDNA依存性RNAポリメラーゼの種々のαββ’σサブユニットをコードする遺伝子である、rpoA、rpoB、rpoCおよびrpoDの各遺伝子は、リボゾームサブユニットを構成するタンパク質をコードする遺伝子、あるいはゲノムの複製および修復に関与する酵素をコードする遺伝子を含む異なる群に分類される[ユラ(Yura)およびイシハマ(Ishihama), Ann. Rev. Genet.(1979) 13:59〜97]。ある著者は、生物界を様々な枝や小枝を分離するための系統樹の作成に、rpoBおよびrpoC遺伝子の核酸配列を用いることができることを実証している[ローランド(Rowland)ら、Biochem. Soc. Trans.(1992) 21:40s]。
【0013】
本発明を詳細に説明する前に、明細書および請求の範囲で使用する種々の用語について、次のように定義しておく。
【0014】
− 「細菌から抽出された核酸」とは、全核酸、ゲノムDNA、メッセンジャーRNA、またはメッセンジャーRNAの逆転写によって得られたDNAのいずれかのことをいう。
− 「ヌクレオチド断片」または「オリゴヌクレオチド」は、2つの同義語であり、所定の厳しいストリンジェンス条件下において、相補的またはほぼ相補的なヌクレオチド断片とハイブリッド形成する可能性のある、天然核酸などの、天然の(または修飾された)核酸の情報配列によって特徴付けられるDNAまたはRNAヌクレオチドモチーフの配列のことをいう。この配列は、天然核酸のものとは異なる構造のヌクレオチドモチーフを含んでいてもよい。ヌクレオチド断片(またはオリゴヌクレオチド)は、例えば、100個までのヌクレオチドモチーフを含み得る。該ヌクレオチド断片は、少なくとも10個、より詳細には少なくとも12個のヌクレオチドモチーフを含み、天然核酸分子から得られるものであってもよいし、および/または、遺伝子組換え、および/または化学合成によって得られるものであってもよい。
【0015】
− 「ヌクレオチドモチーフ」は、糖、リン酸基、ならびに、窒素塩基(アデニン、グアニン、ウラシル、シトシンおよびチミンから選択される)を構造的要素とする天然の核酸のヌクレオチドであるモノマーから得られるものであるか、そうでなければ、該モノマーは前記3つの構造的要素のうちの少なくとも1つが修飾されているヌクレオチドである。例を挙げると、修飾は塩基で起こり、その例としては、A,T,U,CまたはGの任意の塩基とハイブリッド形成することができるイノシン、メチル−5−デオキシシチジン、デオキシウリジン、ジメチルアミノ−5−デオキシウリジンなどの修飾塩基、またはハイブリッド形成のできる他の任意の塩基が挙げられる。あるいは、修飾は糖で起こり、例えば、少なくとも1つのデオキシリボースをポリアミドで置換したものである[PE ニールセン(Nielsen)ら、Science,(1991) 254:1497〜1500]。あるいは、修飾はリン酸基で起こり、例えば、選択されたエステル、特に二リン酸エステル、アルキルおよびアリールホスホン酸エステルおよびモノチオリン酸エステルから選択されるエステルによる置換である。
【0016】
− 「情報配列」とは、化学的性質および基準方向における順序が、天然の核酸の配列によって提供される情報と類似の情報を構成するような、任意のヌクレオチドモチーフの規則配列のことをいう。
【0017】
− 「ハイブリッド形成」とは、適当な条件下において、十分に相補的な配列を有する2本のヌクレオチド断片が、安定かつ特異的な水素結合によって会合することができ、2本鎖を形成する過程のことをいう。ハイブリッド形成のための条件は、「ストリンジェンス」、すなわち操作条件の厳しさによって決定される。ストリンジェンスが大きいほど、ハイブリッド形成の特異性は高くなる。ストリンジェンスは、主にプローブ/標的二重らせんの塩基組成の関数であるが、2つの核酸間のミスマッチの程度にもよる。ストリンジェンスは、ハイブリッド形成溶液中に見られるイオン種の濃度および種類、変性剤の種類および濃度、および/または、ハイブリッド形成温度などの、ハイブリッド形成反応のパラメータの関数でもありうる。ハイブリッド形成を行うべき条件のストリンジェンスは、主として使用するプローブに依存している。そのようなデータのすべては周知であり、適当な条件は最終的には、それぞれの場合に応じて常套的実験によって決定することができる。一般に、ハイブリッド形成反応のための温度は、使用するプローブの長さに応じて、約0.8〜1Mの濃度の生理食塩水中、約20〜65℃であり、より詳細には35〜65℃である。
【0018】
− 「プローブ」は、本件においては、所定の条件下で、メッセンジャーRNA、または転写産物である前記メッセンジャーRNAの逆転写によって得られたDNAに含まれるヌクレオチド配列を有する核酸とハイブリッド複合体を形成するハイブリッド形成特異性を有する、例えば、10〜100個のヌクレオチドモチーフ、より詳細には12〜35個のヌクレオチドモチーフを含むヌクレオチド断片である。プローブは診断の目的(特に捕捉または検出プローブ)あるいは治療の目的で使用することもできる。
【0019】
− 「捕捉プローブ」は、例えば共有結合、吸着、または固体上への直接合成などの適当な手段によって固体支持体上に固定化されているか、固定化することができる。支持体の例としては、ミクロタイタープレートやDNAチップなどが挙げられる。
【0020】
− 「検出プローブ」は、例えば放射性同位体、酵素、特に色素発生、蛍光発生、発光性の基質と反応することのできる酵素(特に、ペルオキシダーゼまたはアルカリホスファターゼ)、発色化合物、色素発生、蛍光発生または発色性化合物、ヌクレオチド塩基のアナログ、およびビオチンなどのリガンドの中から選択される標識物質によって標識してもよい。
【0021】
− 「種プローブ」は、細菌の種を同定することのできるプローブである。
− 「属プローブ」は、細菌の属を同定することのできるプローブである。
− 「プライマー」は、例えば10〜100個のヌクレオチドモチーフを含み、例えば、PCRなどの増幅技術、配列決定法、転写法などにおける酵素重合開始のための所定の条件下においてハイブリッド形成特異性を有するプローブである。
【0022】
本発明の第1の目的は、明細書の最後のリストに記載の配列番号1〜配列番号4の配列のいずれか1つに含まれる少なくとも12個の連続したヌクレオチドモチーフの配列を有するオリゴヌクレオチドの中からならびにそれらのオリゴヌクレオチドの相補的オリゴヌクレオチドの中から選択される、一本鎖オリゴヌクレオチドである。
【0023】
配列番号1〜配列番号4のそれぞれの配列において、明細書の最後の配列リストに示されているヌクレオチド「N」は、該ヌクレオチドが出現する3つの位置のそれぞれにおいて同一でも異なっていてもよいヌクレオチドを表し、イノシンか、あるいは、A,T,CおよびGから、あるいは場合によってはA,U,CおよびGから選択される4つの異なるヌクレオチドの等モル混合物かを表しうる。
【0024】
「N」が、特定の位置におけるヌクレオチドの上記等モル混合物を表す場合、前記位置におけるヌクレオチドは区別なくA,T,CまたはG(あるいは、場合によっては、それぞれA,U,CまたはG)を表し、本発明のオリゴヌクレオチドがより正確に4つのオリゴヌクレオチド群の等モル混合物からなり、その各群において、前記特定位置において「N」は異なる意味を有し、4群のそれぞれにおいてA,T,CおよびGを表すことを意味する。
【0025】
配列番号1〜4の配列のそれぞれにおいて、ヌクレオチド「N」が出現する3位置において、Nが4つのヌクレオチドA,T,CまたはG(あるいは、場合によっては、NはA,U,CおよびG)の上記等モル混合物を表す。したがって、前記配列を構成するオリゴヌクレオチドは、43(64)個のオリゴヌクレオチドの混合物を表す。
【0026】
定義において示したように、本発明のオリゴヌクレオチドは、オリゴデオキシリボヌクレオチド(DNA)であってもよいし、あるいは、オリゴリボヌクレオチド(RNA)であってもよい。後者の場合、「T」の代わりに「U」である。
【0027】
特に、本発明のオリゴヌクレオチドは、上述のように12個以上かつ50個以下のモチーフを有している。詳細には、本発明によれば、オリゴヌクレオチドは12〜35個のモチーフを有する。
【0028】
好ましいオリゴヌクレオチドは、配列番号1〜4の配列、またはその相補配列の中から選択される配列を有する。
プライマー1と呼ばれるプライマーからの配列である配列番号1の配列は、20個の核酸を有する。プライマー2と呼ばれるプライマーからの配列である配列番号2の配列は、21個の核酸を有する。プライマー3と呼ばれるプライマーからの配列である配列番号3の配列は、20個の核酸を有する。プライマー4と呼ばれるプライマーからの配列である配列番号4の配列は、17個の核酸を有する。
【0029】
大腸菌(E.COLI)中のrpoB遺伝子を表す命名において、配列番号1〜4の配列中の最初のヌクレオチドは以下の位置に相当する。
配列番号1:1730
配列番号2:2900
配列番号3:3700
配列番号4:3850
本願発明者らは、上で定義されるような配列番号1〜4の配列が、スピロヘータの間で共通であるということだけでなく、それらの配列が、スピロヘータの科にも特異的であり、スピロヘータの種における種および属亜型(genus serovar )に特異的な配列をした非常に可変領域を含むrpoB遺伝子の断片を包含することを発見、解明した。
【0030】
実際に、相補的標的配列内の可変ヌクレオチドが、対象とする細菌種の関数として、配列番号1〜4の配列中のヌクレオチド「N」の位置と対応する位置に見つかっている。しかしながら、その他のヌクレオチドは、スピロヘータ科内の全ての細菌種において保存されている。「N」は任意の塩基とハイブリッド形成しうるイノシン、またはA,T,CおよびGの4塩基の等モル混合物を表すので、本発明のオリゴヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチド混合物は、スピロヘータ細菌の相補的標的配列とハイブリッド形成することのできるオリゴヌクレオチドを常に含んでいる。
【0031】
さらに、配列番号1〜4の配列は、その領域における配列がスピロヘータ科内の細菌種のそれぞれに特異的である可変領域を包含しているので、配列番号1〜4の配列によって、スピロヘータの科に対する特異的プローブの調製が可能になるだけでなく、前記配列をプライマーとして用いることにより、PCR増幅による前記細菌の種の検出および同定も可能になる。
【0032】
本発明のオリゴヌクレオチド調製の一形態において、「N」は全ての位置においてイノシンを表す。
調製の別の形態において、本発明のオリゴヌクレオチドは、配列番号1〜4の配列のいずれか1つに含まれる配列を有するオリゴヌクレオチド(特に4Pオリゴヌクレオチド)の混合物を表し、該配列において、「N」が出現する前記各位置(特に、p個の位置。「p」は総数を表す)において、A,T,CおよびGの全てのヌクレオチドが表される。
【0033】
配列番号1〜4の配列は、例えばイタクラ(Itakura)K.らによる論文[(1984)Annu. Rev. Biochem. 53:323]に記載されているような周知の技術を用いて化学合成によって調製することができる。
【0034】
本発明によるオリゴヌクレオチドの第1の適用例は、該オリゴヌクレオチドを、生体試料中の、配列番号1〜4の配列のいずれか1つに含まれる少なくとも12個の連続したヌクレオチドモチーフを有するヌクレオチド配列およびそれらの相補的配列を含むスピロヘータ目に属する細菌を検出するためのプローブとして使用することである。以後の説明において、このようなプローブのことを「属プローブ」と呼ぶ。
【0035】
本発明によれば、あらゆる公知のハイブリッド形成技術、特に、フィルタ上への沈殿を伴ういわゆる「ドットブロット」技術[マニアチス(maniatis)ら、(1982)、Molecular Cloning,Cold Spring Harbor]、DNAの転移を伴ういわゆる「サザンブロット」技術[サザン(Southern)E.M.,J. Mol. Biol.(1975) 98:503]、RNAの転移を伴ういわゆる「ノーザンブロット」技術、あるいは、いわゆる「サンドイッチ」技術[ダン(Dunn)A.R.,ハッセル(Hassel)J.A.(1977)Cell、12:23]に従って試料中の標的核酸の有無を調べる検査において、プローブを診断の目的で使用することもできる。特に、「サンドイッチ」技術は、捕捉プローブおよび/または検出プローブと一緒に用いられ、前記プローブは標的核酸の異なる2つの部位とハイブリッド形成することができ、捕捉プローブと検出プローブは少なくとも部分的に異なるヌクレオチド配列を有していなければならないことを考慮すると、少なくとも1つの前記プローブ(一般には検出プローブ)が、検査対象の種または種の群に特異的な標的内の領域とハイブリッド形成することができる。
【0036】
検出すべき核酸(標的)は、DNAとRNAのいずれであってもよい(いずれか一方がPCR増幅後に得られる)。二本鎖核酸の標的を検出する場合、検出手順を行う前に、標的二本鎖核酸を変性させておくとよい。標的核酸は、核酸用の周知の方法に従って、試験試料からの抽出によって得られる。二本鎖核酸の変性は、よく知られた化学的、物理的または酵素変性法によって、特に80℃を超える適当な温度に加熱することによって、行うことができる。
【0037】
前述のハイブリッド形成技術、特に「サンドイッチ」技術を使用するために、捕捉プローブと呼ばれる本発明によるプローブを固体支持体上に固定化し、検出プローブと呼ばれる本発明による他のプローブを試薬で標識する。
【0038】
支持体および標識物質の例は上で定義した通りである。
本発明の別の目的は、少なくとも1つのスピロヘータが、少なくとも1つの当該細菌に由来する核酸を含有しているか含有する可能性のある試料中に、存在するかどうかを調べる方法であって、前記試料を少なくとも1つの本発明による属プローブと接触させてから、前記プローブと試料中の核酸との間にハイブリッド複合体が形成されたかどうかを公知の方法で調べる工程から成る方法である。
【0039】
前記プローブと核酸との間でハイブリッド複合体が形成されているか否かの検出法の例としては、上述の技術、すなわち、「ドットブロット」、「サザンブロット」および「サンドイッチ」技術が挙げられる。
【0040】
スピロヘータの種または種の群が存在するかどうかを決定するための本手法の1つの特定の用途において、本発明による属プローブと本発明による種プローブとが用いられる。当然ながら、該属および種プローブは、スピロヘータのrpoB遺伝子に相当する核酸の非重複領域とハイブリッド形成することができる。
【0041】
有益な態様において、属プローブは固体支持体上に固定化され、種プローブは標識物質で標識される。
本発明は、特定のスピロヘータ種の存在を調べるために、本発明による手法を適用することも包含する。
【0042】
実際に、研究の結果、CLUSTALアライメント法[ヒギンズ(Higgins)D.G.とシャープ(Sharp)P.M.(1989)Gene、73:237〜244]により、スピロヘータ種内で保存されている配列のアライメントが認められ、前記配列は、大腸菌(Escherichia coli)rpoB遺伝子ATCC25290の番号付けを参照するとrpoB遺伝子の位置1730〜2900の間に位置する1170塩基を有し、スピロヘータ目の中の少なくとも1つの細菌を検出することができることが示された。特定の種(対照種に対する、この場合はE.coli)に対する変異を施した領域を含むプローブを用いることにより、当該種を直接的に検出することが可能になる。2つのプローブの組み合わせ(捕捉プローブと検出プローブ)を用いるサンドイッチハイブリッド形成技術では、例えばスピロヘータの科に特異的なプローブと対象種に特異的なプローブとを組み合わせて用いる。上記の種に特異的な2つのプローブの組み合わせて用いることも可能である。そのような種がある場合には、それら2つのプローブはrpoB遺伝子の非重複領域に相補的である。
【0043】
本発明におけるオリゴヌクレオチドの別の適用例は、該ヌクレオチドを、配列番号1〜4の配列のいずれか1つに含まれる少なくとも12個のヌクレオチドモチーフの配列を有するオリゴヌクレオチドから選択される、一本鎖オリゴヌクレオチドを含むヌクレオチドプライマーとして用いることであり、該ヌクレオチドプライマーは、ポリメラーゼの存在下での周知の手法による核酸合成、すなわち、ポリメラーゼ存在下でのそのような合成を用いた増幅法(PCR、RT−PCRなど)において用いることができる。特に、本発明によるプライマーは、対応する相補的DNA配列を得るために、スピロヘータの少なくとも1つの種または少なくとも1つの種の群のメッセンジャーRNAの配列の特異的逆転写のために用いることもできる。このような逆転写をRT−PCR技術における第一段階とし、これに続く段階をPCRによって得られた相補的DNAの増幅とすることができる。さらに、本発明によるプライマーを、スピロヘータの少なくとも1つの種または少なくとも1つの種の群のrpoB遺伝子のDNA配列の鎖重合反応による特異的増幅のために用いることもできる。
【0044】
特定の場合において、上記プライマーは本発明によるオリゴヌクレオチドから成るので、該プライマーはRNAポリメラーゼによって認識されるプロモータの順方向または逆方向配列をも含んでいる(例えば、プロモータT7,T3,SP6[スタディ(Studier)FW,BA モファット(Moffatt)(1986)J. Mol. Biol. 189:113])。このようなプライマーは、NASBAまたは3SRなどの転写段階に関する核酸増幅方法において使用することができる[ファン・ゲーメン(Van Gemen)B.ら、アブストラクトMA1091、第7回国際エイズ会議(International Conference on AIDS)(1991)、フィレンツェ、イタリア]。
【0045】
本発明の別の目的は、任意のスピロヘータ種におけるrpoB遺伝子の全または部分配列決定のために使用することができる、配列番号1〜4の配列のいずれか1つに含まれる少なくとも12個の連続したヌクレオチドモチーフの配列を有するオリゴヌクレオチドの中から選択される一本鎖オリゴヌクレオチドからなるヌクレオチドプライマーである。特に、このヌクレオチドプライマーは、増幅された核酸の配列決定に用いることができる。
【0046】
実際に、本発明に係るオリゴヌクレオチドプライマーは、全てのスピロヘータにおけるrpoB遺伝子の増幅とその後の配列決定を可能にするとともに、この配列のバイオデータ処理解析による任意のスピロヘータの同定、ならびに新規または未知のスピロヘータ種の認識を可能にする。配列決定は、よく知られた方法、ジデオキシヌクレオチドを用いた吸着重合[サンガー(Sanger)F.,クイソン(Couison)A.R.(1975)、J. Mol. Biol. 94:441]、またはDNAチップを用いた多重ハイブリダイゼーションによってrpoB遺伝子の全または部分配列を得ることを包含する。
【0047】
プライマー1〜3は5’プライマーとして、プライマー2〜4は3’プライマーとして使用して、5’と3’の間に囲われたrpoB遺伝子の断片を前記プライマーによって増幅することができる。
【0048】
1つの形態において、5’プライマーに対しては配列番号1〜3、3’プライマーに対しては配列番号2〜4の配列に含まれる、少なくとも12個のヌクレオチドモチーフの配列を有するオリゴヌクレオチドから選択される異なる2つのオリゴヌクレオチドからなる、2つのプライマーから成る組が用いられる。
【0049】
また本発明は、前記細菌のrpoB遺伝子の断片をまず本発明によるプライマーで増幅し、次に、前記断片を本発明による前記細菌に由来するプローブと接触させることを特徴とする方法も含んでいる。前記プローブと前記断片との間でハイブリッド複合体が形成されるかどうかが決定される。
【0050】
また本発明は、スピロヘータ目に属する少なくとも1つの細菌が、そのような細菌に由来する核酸を含んでいるか含む可能性のある試料中に存在するかどうかを調べるための方法であって、前記試料を本発明のプライマーに接触させることを特徴とする方法をも含む。その後、増幅が行われ、増幅産物が出現しているかどうかが決定される。
【0051】
1つの形態において、スピロヘータ目に属する少なくとも1つの細菌が、そのような細菌に由来する核酸を含んでいるか含む可能性のある生物試料中に存在するかどうかを調べるための方法は、本発明によるプライマーを用いて前記試料中の前記細菌のrpoB遺伝子の断片の増幅および配列決定を行い、得られた遺伝子のrpoB遺伝子断片の配列を、試料中の前記細菌のrpoB遺伝子の断片の既知の配列と比較して、得られた断片の配列が前記細菌のrpoB遺伝子の断片の既知の配列と一致するかどうかを調べることを特徴とする。
【0052】
また本発明は、スピロヘータ目に属する細菌の種に特異的な、生物試料中の検出プローブであって、本発明によるプライマーを用いた増幅によって得られるrpoB遺伝子の断片を含み、好ましくは5’プライマーとして配列番号1〜3の配列のいずれか1つを有し、3’プライマーとして配列番号2〜4の配列のいずれか1つを有することを特徴とする検出プローブも包含する。本発明のオリゴヌクレオチドによって囲まれる前記rpoB遺伝子の断片は、実際には、スピロヘータ目に属する前記細菌の種に応じて大きく変化する領域であって、前記各種に対して特異的な領域に相当する。
【0053】
最後に、本発明は、スピロヘータの少なくとも1種または種の群によって誘起される感染を治療するための、上で定義したオリゴヌクレオチドを含む遺伝子治療プローブも包含する。前記細菌のメッセンジャーRNAおよび/またはゲノムDNA上にハイブリッド形成することのできるこの遺伝子治療プローブは、翻訳および/または転写および/または複製の現象を阻止することができる。
【0054】
遺伝子治療法の原理は公知であり、主として逆方向鎖に相当するプローブを使用することに基づいている。プローブと順方向鎖との間のハイブリッド形成により、遺伝子情報解読における少なくとも1段階を混乱させることができる。これにより、遺伝子治療プローブを、スピロヘータによって引き起こされる感染と闘うための抗細菌薬として使用することができる。
【0055】
以下の実験報告を用いて本発明を詳細に説明する。
以下の説明は、図1および図2を用いてよりよく理解される。
以下の実施例で使用するスピロヘータ菌株、すなわち、Borrelia burgdorferi、Borrelia recurrentis、Treponema pallidum、Leptospira biflexa serovar patoc(以下、Leptospira biflexaと呼ぶ)、Leptospira interrogans serovar icterohaemmorragiae(以下、Leptospira icterohaemmorragiaeと呼ぶ)およびLeptospira interrogans serovar australis(以下、Leptospira australisと呼ぶ)は、パリのパスツール研究所(フランス)のCentre National de referenceで入手可能なBorrelia recurrentisを除き、すべてATCCコレクションから得た。Borrelia burdorferiのATCC番号は35210であり、Treponema pallidumのATCC番号は27087であり、Leptospira biflexaのATCC番号は23582であり、Leptospira icterohaemmorragiaeのATCC番号は43642であり、Leptospira australisのATCC番号は23605である。
【0056】
BorreliaおよびLeptospira株は、それぞれBSKIIおよびEMJH培地上で30℃で培養した[バーバ(Barbour)A.G.(1984)Yale J. Biol. Med. 57:521]。T.pallidumは、in vitroで増殖できないため、この病原性細菌はウサギの精巣に注射することにより増殖させた。
【0057】
他の使用細菌であるEscherichia coli、Staphylococcus aureus、Streptococcus salivarius、およびPseudomonas aeruginosaは、マルセイユの入院患者より臨床的に単離した。
【0058】
実施例1:本発明によるプローブを用いたスピロヘータの特異的検出
本実験は以下のスピロヘータ菌株を用いて行った:
Borrelia burdorferi、Treponema pallidum、Leptospira biflexa、Leptospira icterohaemmorragiae、Leptospira australis、およびBorrelia recurrentis、ならびにStaphylococcus aureus。
【0059】
スピロヘータDNAをStaphylococcus aureusの抽出物と混合することにより、混合細菌懸濁液を調製した。
QIAamp組織キット(Qiagen)およびGibcoポリメラーゼTaq(Gibco BRL,USA)を用いてPCR法を行った。最初の変性ステップ(94℃、2分間)の後、94℃30秒間、52℃30秒間、および72℃1分間の3ステップからなるサイクルを35回繰り返し、PCRプログラムを終了した。得られたアンプリコンを精製し上述のように配列決定を行った。
【0060】
結果を図1に示す。同図において、
バンド1は、分子量マーカー(Boehringer)に相当し、
バンド2は、S.aureus単独に相当し、
バンド3は、B.burgdorferi + S.aureusに相当し、
バンド4は、B.recurrentis + S.aureusに相当し、
バンド5は、T.pallidum + S.aureusに相当し、
バンド6は、L.biflexa + S.aureusに相当し、
バンド7は、L.australis + S.aureusに相当し、
バンド8は、L.icterohaemmorragiae + S.aureusに相当する。
【0061】
また、以下のプライマーを使用した。
パネルA:RNArプライマー16S FDIおよびRD3[ウェイスブルグ(Weisburg)ら、J.Bacteriol.(1991)173:697−703]。
パネルB:本発明によるプライマー1730Dおよび2900R。
【0062】
プライマー1730Dの配列は配列番号1(5’CTTGGNCCNGGNGGACTTTC3’)において「N」がイノシンであり、プライマー2900Rは、配列番号2の配列(5’AGAAATNAANATNGCATCCTC3’)を有し、該配列中「N」はイノシンである。
【0063】
これらの結果は、本発明におけるプライマーは、S.aureus単独のDNAを増幅できず、したがってこれを検出することができなかったが、S.aureusにおいてしかDNAを増幅できなかったプライマー16S(パネルA)とは対照的に、S.aureusの存在下でさえ、スピロヘータのDNAを増幅し、検出することができたことを示している(パネルB)。
【0064】
実施例2:本発明によるプライマーを用いたrpoB遺伝子の断片の特異的増幅
本実験は以下のスピロヘータ菌株を用いて行った:
Borrelia burdorferi、Treponema pallidum、Leptospira biflexa、Leptospira icterohaemmorragiae、Leptospira australis、およびBorrelia recurrentis、ならびに他の非スピロヘータ菌株であるEscherichia coli、Staphylococcus aureus、Streptococcus salivariusおよびPseudomonas aeruginosa。
【0065】
使用したTreponema pallidumにおけるrpoB遺伝子の配列は、ワインストック(Weinstock)ら[(1998)The genome of Treponema pallidum:new light on the agent of syphilis. FEM Microbiol.Rev.22:323−332]に記載の通りである。
【0066】
使用したBorrelia burgdorferiにおけるrpoB遺伝子の配列は、アレクサン(Alekshun)ら[(1997)Molecular cloning and characterization of Borrelia burgdorferi rpoB、Gene 186:227−235]に記載の通りである。
【0067】
Leptospira biflexa、Leptospira icterohaemmorragiae、Leptospira australisおよびBorrelia recurrentisのrpoB遺伝子のDNA配列は、PCRにより以下のようにして得た。
【0068】
Leptospira biflexaのゲノムDNAを標準的な手法により、フェノール/クロロホルムで抽出した[サンブルック(Sambrook)ら、(1989)Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbour, NY]。この実験の第1段階において、プライマーSEB1(5’−AAC CAG TTC CGC GTT GGC CTG G−3’)およびSEB2(5’−CCT GAA CAA CAC GCT CGG A−3’)(Staphylococcus aureus、Escherichia coliおよびBorrelia subtilisに対するSEB)、およびEurogentec(Seraing,Belgium)によるポリメラーゼDBA Taqを用い、最終容積50μLに対して5μLのDNAを用いて、PCRによる増幅を行った。第1ステップの変性(95℃、1.5分間)後、95℃20秒間、50℃30秒間、および72℃1分間の3ステップから成るサイクルを35回繰り返した。PCRプログラムは72℃で3分間の伸展ステップを1回行って終了した(PeltierPTC200熱サイクルモデル、MJ Research,Watertown,MA,USA)
【0069】
電気泳動によって得られたアンプリコンを1%アガロースゲル上で分離し、臭化エチジウム染色により可視化した。
次に、PCR QIA迅速精製キット(Qiagen、Hilden、Germany)を用いて試料を精製し、該精製試料をdRhodamine Terminator Cycle Sequencing Ready Reactionバッファ(DNAシーケンシングキット、Perkin−Elmer)と反応させることにより、遺伝子の配列決定を行った。最後に、アプライドバイオシステムズ自動DNAシーケンサーABI310(Perkin−Elmer)を用いて反応性産物の電気泳動を行った。
【0070】
rpoB遺伝子の5’末端の配列は、Universal Genome Walker(商標登録)キット(Clontech,Palo Alto,CA,USA)を用いて、以下のようにして得た。ゲノムウォーカー「バンク(Banks)」と呼ばれる5群のゲノムDNA断片を、DraI、EcoRV、PvuII、ScaIIおよびStuI制限酵素を用いて構築した。これらのバンクは、遺伝子の既知の5’末端にできる限り近い領域に相当する配列を有した該遺伝子に対する特異的プライマーと、キットにより提供される適応プライマー(adaptation primer )とを用いて、ゲノムDNAの予備配列決定を行うために用いた。
【0071】
増幅された断片は精製し、DNA供給源は2度目の閉鎖(enclosed)PCRのために用いた。得られたアンプリコンは、自動シーケンシングに供するために上述のように処理した。
【0072】
得られたLeptospira biflexa由来のrpoB遺伝子は、配列番号5の配列を有し、3876個の核酸を有していた。得られたLeptospira icterohaemorragia由来のrpoB遺伝子は、配列番号6の配列を有し、914個の核酸を有していた。得られたLaptospira australis由来のrpoB遺伝子は、配列番号7の配列を有し、949個の核酸を有していた。最後に、得られたBorrelia recurrentis由来のrpoB遺伝子は、配列番号8の配列を有し、800個の核酸を有していた。
【0073】
Escherichia coli、Staphylococcus aureus、Streptococcus salivariusおよびPseudomonas aeruginosa由来のrpoB遺伝子のDNA配列は、文献に記載されている(Gene Bank)。
【0074】
増幅するrpoB遺伝子の断片は949pbから成っていた。
PCRによるrpoB遺伝子の断片の増幅は、各種を別々に用いたことを除いては、実施例3と同様にして実施した。
【0075】
結果は図2に示した。同図において、
バンド1は、分子量マーカー(Boehringer)に相当し、
バンド2は、B. burgdorferiに相当し、
バンド3は、B. Recurrentisに相当し、
バンド4は、T. pallidumに相当し、
バンド5は、L. biflexaに相当し、
バンド6は、L. australisに相当し、
バンド7は、L. icterohaemmorragiaeに相当し、
バンド8は、E. coliに相当し、
バンド9は、S. aureusiに相当し、
バンド10は、Str. salivariusに相当し、
バンド11は、Ps. aeruginosaに相当し、
バンド12は、DNAを含まない陰性対照に相当する。
【0076】
以下のプライマーを用いた。
パネルA:本発明によるプライマー1730Dおよびプライマー2900R。
パネルB:本発明によるプライマー1730Dおよびプライマー3800R。
パネルC:RNArプライマー16S RD1およびFD3。
プライマー3800Rは、配列番号4の配列(5’GCTTCNAGNGCCCANAC3’)を有し、該配列中、「N」はイノシンである。
【0077】
以上の結果は、プライマー16Sは全てを増幅したが(パネルC)、本発明のプライマーは、スピロヘータのDNA断片しか増幅することができなかったことを示している(パネルAおよびB)。
【0078】
プライマー配列番号3(5’GGGTGNATTTTNTCATCNAC3’)もプライマーとして使用できる。本発明によるプライマー1〜3により、増幅に次ぐ増幅産物の配列決定、ザイールで採集されたアフリカカズキダニ(African tick)のornithodoros moubata種および回帰熱を示すザイールの患者の全血液中に含まれるBorrelia duttonii細菌の検出および同定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるプローブを用いて混合細菌懸濁液中のスピロヘータを検出した結果を表す電気泳動ゲルの写真。
【図2】本発明におけるプライマーを用いてスピロヘータのrpoB遺伝子の断片をPCRにより特異的に増幅した結果を示す電気泳動ゲルの写真。
【配列表】
Claims (7)
- 配列番号1〜配列番号4から選択される配列のいずれか1つに含まれる少なくとも17個の連続したヌクレオチドモチーフの配列またはその相補的配列からなる単離オリゴヌクレオチドであって、Nはイノシンである単離オリゴヌクレオチド。
- 配列番号1〜配列番号4から選択される配列またはその相補的配列からなる単離オリゴヌクレオチドであって、Nはイノシンである単離オリゴヌクレオチド。
- 64個の単離オリゴヌクレオチドの混合物であって、各単離オリゴヌクレオチドは配列番号1〜配列番号4から選択される配列のいずれか1つに含まれる少なくとも17個の連続したヌクレオチドモチーフの配列またはその相補的配列からなる単離オリゴヌクレオチドであり、「N」が出現する各3つの位置においてヌクレオチドA,T,CおよびGが等しく表されるオリゴヌクレオチドの等モル混合物である、単離オリゴヌクレオチドの混合物。
- 64個の単離オリゴヌクレオチドの混合物であって、各単離オリゴヌクレオチドは配列番号1〜配列番号4から選択される配列のいずれか1つまたはその相補的配列からなる単離オリゴヌクレオチドであり、「N」が出現する各3つの位置においてヌクレオチドA,T,CおよびGが等しく表されるオリゴヌクレオチドの等モル混合物である、単離オリゴヌクレオチドの混合物。
- スピロヘータ目に属する細菌種のいずれか1つの中のrpoB遺伝子の、ポリメラーゼの存在下での合成ならびに全または部分配列決定のために使用可能なヌクレオチドプライマーであって、請求項1または2に記載のオリゴヌクレオチドを含むことを特徴とするヌクレオチドプライマー。
- スピロヘータ目に属する少なくとも1つの細菌が、少なくとも1つの当該細菌に由来する核酸を含んでいるか含む可能性のある試料中に存在するかどうかを決定するための方法であって、
前記試料を一対のプライマーに接触させ、増幅を行い、増幅産物の有無を決定することからなり、
前記一対のプライマーは、
配列番号1、2、または3から選択された5’プライマーと、
配列番号2、3、または4から選択された5’プライマーとは異なる3’プライマーとからなり、Nはイノシンであるか、または「N」が出現する各3つの位置においてヌクレオチドA,T,CおよびGが等しく表されるオリゴヌクレオチドの等モル混合物である
ことを特徴とする方法。 - rpoB遺伝子の増幅された断片の配列決定を行い、得られた前記断片の配列を前記細菌の既知のrpoB遺伝子配列と比較し、前記得られた断片の配列が既知の配列と一致する場合に前記細菌種が存在すると決定することを特徴とする請求項6に記載の方法。
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