JP4578478B2 - Apparatus and method for detecting microorganisms using bacteriophage - Google Patents

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(発明の背景)
(1.発明の分野)
本発明は、一般には微生物の検出の分野に関し、より詳細にはバクテリオファージを利用した細菌の検出に関する。
(Background of the Invention)
(1. Field of the Invention)
The present invention relates generally to the field of microbial detection, and more particularly to the detection of bacteria using bacteriophages.

(2.問題の記載)
微生物の検出に対する標準的な微生物学的方法は、特異的細菌病原体の有無を調べるための基板に基づくアッセイに依拠している。Robert H.Bordner,John A.WinterおよびPasquale Scarpino,Microbiological Methods For Monitoring The Environment,EPA報告書No.EPA−600/8−78−017,U.S.Environmental Protection Agency,オハイオ州シンシナティ45268番地,1978年12月を参照のこと。これらの技術は、一般に実施し易く、高額な備品または研究設備を必要とせず、高いレベルの選択性を与える。しかしながら、上記方法は遅い。基板に基づいたアッセイの障壁となるのは、最初に標的とする生物の純粋培養物を増殖または培養しなければならず、これには24時間以上を要する場合もあることである。この時間的制約が、微生物の毒性株の存在に対する迅速な応答を与えるための有効性を大幅に限定してしまうことになる。
(2. Description of problem)
Standard microbiological methods for the detection of microorganisms rely on substrate-based assays to check for the presence of specific bacterial pathogens. Robert H. Bordner, John A. et al. Winter and Pasquale Scarpino, Microbiological Methods For Monitoring, The Environment, EPA Report No. EPA-600 / 8-78-017, U.S. Pat. S. See Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio, 45268, December 1978. These techniques are generally easy to implement, do not require expensive equipment or research equipment, and provide a high level of selectivity. However, the above method is slow. A barrier to substrate-based assays is that a pure culture of the target organism must first be grown or cultured, which can take 24 hours or more. This time constraint greatly limits the effectiveness of providing a rapid response to the presence of toxic strains of microorganisms.

分子生物学技術は、標準的な微生物学的試験に代わるものとして急速に受け入れられるようになってきている。標的とする微生物に対するマトリックスの宿主を評価するために、血清学的方法が広く利用されるようになってきている。David T.KingsburyおよびStanley Falkow,Rapid Detection And Identification of Infectious Agents,Academic Press,Inc.,ニューヨーク、1985年およびG.M.Wyatt,H.A.LeeおよびM.R.A.Morgan,Chapman&Hall,ニューヨーク、1992年を参照のこと。これらの試験は、複合生物混合物中の他の構成要素から、標的とする生物を最初に捕捉し、その後、分離するために、抗体を用いることに焦点を当てている。一旦単離されると、捕捉された有機物は、生物検体の培養を必要としない様々な方法によって濃縮および検出することができる。そのような手法の一つ「免疫磁気分離法(IMS)」と呼ばれる手法は、抗体を球体の微小な磁性または常磁性ビーズに固定化し、これらのビーズを用いて液体媒体から標的とする微生物を捕捉することを含む。これらのビーズは、標的とする生物の回収と濃縮を容易にする磁界の影響下で簡単に操作される。さらに、ビーズはその小さいサイズと形状のために、試料中に均一に分散することができ、ビーズと標的の間の相互作用を加速することになる。これらの好ましい特徴により、アッセイ時間を短縮し、分析手順の能率化の一助となり、より高い試料処理能力と自動化に適したものになる。   Molecular biology techniques are rapidly gaining acceptance as an alternative to standard microbiological testing. Serological methods are becoming widely used to evaluate matrix hosts for targeted microorganisms. David T.M. Kingsbury and Stanley Falkow, Rapid Detection And Identification of Infectious Agents, Academic Press, Inc. , New York, 1985 and G.C. M.M. Wyatt, H.C. A. Lee and M.C. R. A. See Morgan, Chapman & Hall, New York, 1992. These tests focus on using antibodies to first capture and then separate target organisms from other components in the complex organism mixture. Once isolated, the captured organic matter can be concentrated and detected by a variety of methods that do not require the culture of biological specimens. One such technique, called “Immunomagnetic Separation (IMS)”, is the immobilization of antibodies to microscopic magnetic or paramagnetic beads of a sphere and uses these beads to target microorganisms from a liquid medium. Including capturing. These beads are easily manipulated under the influence of a magnetic field that facilitates recovery and concentration of the target organism. Furthermore, because of their small size and shape, the beads can be uniformly dispersed in the sample, accelerating the interaction between the beads and the target. These preferred features reduce assay time, help streamline analysis procedures, and make them suitable for higher sample throughput and automation.

IMSとともに以前に用いられていた下流検出法としては、ELISA(Kofitsyo S.Cudjoe,Therese Hagtvedt,およびRichard Dainty,“Immunomagnetic Separation of Salmonella From Foods And Their Detection Using Immunomagnetic Particle”,International Journal of Food Microbiology,271(995)11−25)、ドットブロットアッセイ(Eystein Skjerve,Liv Marit Rorvik,およびOrjan Olsvick,“Detection Of Listeria Monocytogenes In Foods By Immunomagnetic Separation”,Applied and Environmental Microbiology,1990年11月,3478〜3481頁)、電気化学発光(HaoYuおよびJohn G.Bruno,“Immunomagnetic−Electrochemiluminescent Detection Of Escherichia coli 0157 and Salmonella typhimurium In Foods and Environmental Water Samples”,Applied and Environmental Microbiology,1996年2月,587〜562頁)、およびフローサイトメトリー(Barry H.Pyle,Susan C.Broadway,およびGordon A.McFeters,“Sensitive Detection of Escherichia coli 0157: H7 In Food and Water By Immunomagnetic Separation And Solid−Phase Laser Cytometry”,Applied and Environmental Microbiology,1999年5月、1966〜1972頁)があげられる。これらの試験は満足な結果を与えるものの、実施に労力がかかり、標的以外の検体との交差反応により、擬陽性結果に対して影響を受けやすい二重反応(yes/no)を与える。全細胞微生物を同定するための別の方法は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)飛行時間型(TOF)質量分析(MS)(Hollandら,1996;van Barr,2000;Madonnaら,2000)を用いる。   The downstream detection method that has been used previously with IMS, ELISA (Kofitsyo S.Cudjoe, Therese Hagtvedt, and Richard Dainty, "Immunomagnetic Separation of Salmonella From Foods And Their Detection Using Immunomagnetic Particle", International Journal of Food Microbiology, 271 (995) 11-25), dot blot assays (Eystein Skjerve, Liv Marit Rorvik, and Orna Olswick, “Detection Of Listeria Monocytog. nes In Foods By Immunomagnetic Separation ", Applied and Environmental Microbiology, 11 May 1990, pp. 3478-3481), electrochemiluminescence (HaoYu and John G.Bruno," Immunomagnetic-Electrochemiluminescent Detection Of Escherichia coli 0157 and Salmonella typhimurium In Foods and Environmental Water Samples ", Applied and Environmental Microbiology, February 1996, pages 587-562), and flow site Tree (Barry H.Pyle, Susan C.Broadway, and Gordon A.McFeters, "Sensitive Detection of Escherichia coli 0157: H7 In Food and Water By Immunomagnetic Separation And Solid-Phase Laser Cytometry", Applied and Environmental Microbiology, 1999 years 5 Moon, pp. 1966-1972). Although these tests give satisfactory results, they are labor intensive to perform and give double reactions (yes / no) that are susceptible to false positive results due to cross-reactions with non-target analytes. Another method for identifying whole cell microorganisms is Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization (MALDI) Time of Flight (TOF) Mass Spectrometry (MS) (Holland et al., 1996; van Barr, 2000; Madonna et al., 2000). Use.

これらの新しい手法のすべては、従来の微生物方法に比べて迅速に結果を与えることができる。しかしながら、これらは、基板に基づくアッセイで達成される感度レベルを達成することができず、また費用もかかり、典型的には古典的な基板に基づく方法の場合よりも熟練した技術者が必要となる。   All of these new approaches can give results faster than conventional microbial methods. However, they cannot achieve the level of sensitivity achieved with substrate-based assays and are expensive and typically require skilled technicians than with classical substrate-based methods. Become.

近年、大きな注目を浴びている他の分子生物学的技術としては、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法がある。試料中の特定の微生物のPCR検出には、試料中の遺伝物質(RNAおよび/またはDNA)の抽出と、関心微生物に特異的な標的遺伝配列の増幅と、増幅された遺伝物質の検出とが含まれる。PCR技術は、検出される遺伝物質の独自性による高い選択性と、標的遺伝物質の実質的増幅による高い感度と、潜在的に迅速な増幅プロセスによる迅速な結果を与える。しかしながら、PCR機器および試薬は相当に高額であり、試験を行うには高度に熟練した技術者が必要である。いまのところ、PCR機器は、期待されている感度または特異性を与えていない。   Another molecular biological technique that has received much attention in recent years is the polymerase chain reaction (PCR) method. PCR detection of specific microorganisms in a sample includes extraction of genetic material (RNA and / or DNA) in the sample, amplification of a target genetic sequence specific to the microorganism of interest, and detection of amplified genetic material. included. PCR technology provides high selectivity due to the uniqueness of the genetic material being detected, high sensitivity due to substantial amplification of the target genetic material, and rapid results due to the potentially rapid amplification process. However, PCR instruments and reagents are quite expensive and require highly skilled technicians to perform the tests. At present, PCR instruments do not give the expected sensitivity or specificity.

バクテリオファージ感染および/または増幅を用いて、基板に基づく古典的な細菌検出の向上を図ろうとするいくつかの試みがなされている。バクテリオファージは、自らの複製の手段として細菌を用いるように自然界で進化してきたウィルスである。バクテリオファージ(またはファージ)は、このことを、自身を細菌に付着させ、自身の遺伝物質を該細菌に注入して、数十から数千倍のファージ複製を誘発することによって行う。溶菌バクテリオファージと呼ばれるいくつかのバクテリオファージは、宿主細菌を破裂させて、他の細菌を探し出すように、子孫ファージを環境中に放出する。細菌のファージ感染、細菌中でのファージ複製(増幅)、および溶菌後の子孫ファージの放出のための全インキュベーション時間は、ファージ、細菌および環境条件によってはわずかに1時間しかかからない。微生物学者達は、細菌を種レベルまたは株レベルで特異的に標的とする多くのものを含む5,000種を超えるファージを単離およびキャラクタライズしている。米国特許第5,985,596号および第6,461,833号(Wilson)は、そのようなファージに基づくアッセイ法を開示している。この方法は、関心細菌を含む可能性のある試料に溶菌ファージを感染させることを含む。その後、遊離のファージを試料から除去し、標的細菌を溶菌し、子孫ファージを第2の細菌に感染させるが、この第2の細菌は標的細菌よりも短い倍加時間を有している。調製した試料を基板上で培養する。プラークが形成されると、元の試料中に標的細菌が存在することがわかる。この方法では、培養インキュベーション時間が必要であるために、まだなお時間または日数がかかるものの、伝統的な基板に基づいたアッセイのアッセイ時間を短縮することができる。この方法に伴う他の問題点としては、標的細菌よりもより迅速に倍加する細菌にも感染する非特異的ファージが存在するような細菌を検出するためにしか適用できないことである。非特異的ファージの使用は、試験試料中の少なくとも第2の細菌に対する交差反応性の可能性に繋がるものである。したがって、このファージに基づいたプラークアッセイ法は、迅速ではなく、適当な非特異的ファージが利用できる場合にのみ適用可能であり、交差反応の問題を起こしやすく、実験室設備において行わなければならない。   Several attempts have been made to use bacteriophage infection and / or amplification to improve classical bacterial detection based on substrates. Bacteriophages are viruses that have evolved in nature to use bacteria as a means of replication. A bacteriophage (or phage) does this by attaching itself to the bacterium and injecting its genetic material into the bacterium to induce tens to thousands of times phage replication. Some bacteriophages, called lytic bacteriophages, release progeny phages into the environment so as to rupture the host bacteria and seek out other bacteria. The total incubation time for bacterial phage infection, phage replication (amplification) in bacteria, and release of progeny phage after lysis takes only 1 hour depending on the phage, bacteria and environmental conditions. Microbiologists have isolated and characterized more than 5,000 phage, including many that specifically target bacteria at the species or strain level. US Pat. Nos. 5,985,596 and 6,461,833 (Wilson) disclose such phage-based assays. This method involves infecting a sample that may contain bacteria of interest with a lytic phage. The free phage is then removed from the sample, the target bacterium is lysed, and the progeny phage is infected with a second bacterium, which has a shorter doubling time than the target bacterium. The prepared sample is cultured on a substrate. When plaques are formed, it can be seen that target bacteria are present in the original sample. This method can reduce the assay time of traditional substrate-based assays, although it still takes hours or days due to the culture incubation time required. Another problem with this method is that it can only be applied to detect bacteria in which there are non-specific phages that infect bacteria that double more rapidly than the target bacteria. The use of non-specific phage leads to the possibility of cross-reactivity with at least a second bacterium in the test sample. Therefore, this phage-based plaque assay is not rapid and is only applicable when appropriate non-specific phage are available, is prone to cross-reaction problems, and must be performed in laboratory facilities.

他の細菌病原体の検出では、基板に基づくプアラーク検出方法を完全に放棄している。これらの方法の多くは、試料中に標的細菌が存在する場合にのみ発現され、修飾ファージが感染するlux遺伝子で遺伝的に修飾されたバクテリオファージを使用する。米国特許第4,861,709号(Ulitzur)は典型的な例である。標的病原体に特異的に感染するファージは、lux遺伝子を含むように修飾される。修飾されたファージが標的細菌を含んだ試料に添加されると、該ファージは細菌に感染して、細菌中でルシフェラーゼが生産され、発光が起こる。米国特許第5,824,468号(Schererら)は、類似した方法を記載している。ルシフェラーゼ生産遺伝子マーカーに加えて、Schererらは、検出可能のタンパク質または核酸として発現される遺伝子マーカーを記載している。米国特許第5,656,424号(Jurgensenら)は、ルシフェラーゼ(またはβ−ガラクトシダーゼ)レポータファージを利用してミコバクテリアを検出する方法を開示している。該特許では、さらに抗生物質感受性の試験についても記載している。米国特許第6,300,061号(Jacobs Jr.ら)は、細菌感染後にルシフェラーゼを含むいくつかのレポータ分子のうちの1つを生産する、遺伝的に修飾されたファージを用いたミコバクテリア検出のためのさらに別の方法を記載している。米国特許第6,555,312B1号(Nakayama)は、発光性のものではなく蛍光性のタンパク質マーカーを生産する遺伝子を利用する方法を記載している。これらのすべての方法は、感染細菌内でのファージ増幅の潜在的利点を利用したものである。試料中の感染した各標的細菌に対して、子孫ファージが生産されていく間にマーカー遺伝子が何度も発現される。米国特許第6,544,729号(Saylerら)は、さらに別の増幅プロセスを付け加えている。ファージのDNAをlux遺伝子を含むように修飾する。バイオレポータ細胞もlux遺伝子を含むように修飾する。上記遺伝的に修飾されたファージおよびバイオレポータ細胞を試料に加える。ファージが標的細菌に感染すると、標的細菌が誘導されて、ルシフェラーゼだけでなくアシルエンホモセリンラクトンN−(3−オキソヘキサノイル)ホモセリンラクトン(AHL)を生産する。AHLは、バイオレポータ細胞に進路を見いだし、さらなる光およびさらなるAHLの生産を刺激し、これがさらなるバイオレポータ細胞に進路を見いだし、さらなる光が生産されることになる。このようにして、標的細菌のファージ感染が引き金となって、光シグナルが増幅される。原理上は、遺伝的に修飾されたファージを利用するこれらの方法のすべてが、1)選択的に感染するファージを利用するために高い選択性と、2)マーカー遺伝子産物を亭レベルで検出できるために高い感度と、3)シグナルを1または2ファージ感染サイクル以内に検出できることから基板に基づく方法に比べて迅速な結果を可能にする。これらは2つの大きな欠点を有する。第一に、被験病原体ごとに適切なファージを遺伝的に修飾しなければならないために、費用がかかるとともに実施が難しい。第2に、マーカーシグナル(光)を検出するための機器を必要とすることが多く、これが遺伝的に修飾されたファージを利用する試験の費用を引き上げることになる。   The detection of other bacterial pathogens has completely abandoned the substrate-based Puark detection method. Many of these methods use bacteriophages genetically modified with a lux gene that is expressed only when the target bacterium is present in the sample and the modified phage infects. U.S. Pat. No. 4,861,709 (Ulitzur) is a typical example. Phages that specifically infect the target pathogen are modified to contain the lux gene. When a modified phage is added to a sample containing a target bacterium, the phage infects the bacterium, producing luciferase in the bacterium and causing luminescence. US Pat. No. 5,824,468 (Scherer et al.) Describes a similar method. In addition to luciferase production gene markers, Scherer et al. Describe genetic markers that are expressed as detectable proteins or nucleic acids. US Pat. No. 5,656,424 (Jurgensen et al.) Discloses a method for detecting mycobacteria using luciferase (or β-galactosidase) reporter phage. The patent also describes antibiotic susceptibility testing. US Pat. No. 6,300,061 (Jacobs Jr. et al.) Discloses mycobacterial detection using genetically modified phage that produces one of several reporter molecules including luciferase after bacterial infection. Yet another method for is described. US Pat. No. 6,555,312B1 (Nakayama) describes a method that utilizes a gene that produces a fluorescent protein marker rather than a luminescent one. All these methods take advantage of the potential advantages of phage amplification within infected bacteria. For each infected target bacterium in the sample, the marker gene is expressed many times during the generation of progeny phage. US Pat. No. 6,544,729 (Sayler et al.) Adds yet another amplification process. The phage DNA is modified to include the lux gene. Bioreporter cells are also modified to contain the lux gene. The genetically modified phage and bioreporter cells are added to the sample. When the phage infects the target bacterium, the target bacterium is induced to produce not only luciferase but also acylene homoserine lactone N- (3-oxohexanoyl) homoserine lactone (AHL). AHL finds a course in bioreporter cells and stimulates further light and further production of AHL, which finds a course in further bioreporter cells and produces more light. In this way, the light signal is amplified, triggered by the phage infection of the target bacteria. In principle, all of these methods that utilize genetically modified phage can detect 1) high selectivity to use selectively infecting phage and 2) marker gene products at the twelve level. High sensitivity and 3) Signals can be detected within 1 or 2 phage infection cycles, allowing rapid results compared to substrate based methods. These have two major drawbacks. First, it is expensive and difficult to implement because the appropriate phage must be genetically modified for each pathogen tested. Second, it often requires an instrument to detect the marker signal (light), which increases the cost of testing utilizing genetically modified phage.

米国特許第5,888,725号(Sanders)は、試料中の標的細菌への感染のために、修飾されていない高度に特異的な溶菌ファージを利用する方法を記載している。ファージに誘導される溶菌により、細菌細胞から、既知の技術によって検出可能なATPなどの特定のヌクレオチドが放出される。ファージ感染後に試料中ヌクレオチド濃度の上昇が検出されれば、該試料中に標的細菌が存在すると判定できる。米国特許第6,436,661B1号(Adamsら)は、ファージを用いて、試料中の標的細菌に感染して溶菌させて、細胞内酵素を放出し、これが固定化酵素基板と反応して、検出可能なシグナルを発生する方法を記載している。これらの方法は、非修飾ファージを使用するという利点を有するが、ファージ増幅から何の恩恵も引き出していない。検出されたマーカー(ヌクレオチドまたは酵素)の濃度は、試料中の標的細菌の濃度に正比例する。   US Pat. No. 5,888,725 (Sanders) describes a method that utilizes unmodified highly specific lytic phages for infection of target bacteria in a sample. Phage-induced lysis releases specific nucleotides, such as ATP, detectable by known techniques from bacterial cells. If an increase in nucleotide concentration in the sample is detected after phage infection, it can be determined that the target bacterium is present in the sample. US Pat. No. 6,436,661 B1 (Adams et al.) Uses phage to infect and lyse target bacteria in a sample to release intracellular enzymes, which react with an immobilized enzyme substrate, A method for generating a detectable signal is described. These methods have the advantage of using unmodified phage, but do not derive any benefit from phage amplification. The concentration of marker (nucleotide or enzyme) detected is directly proportional to the concentration of target bacteria in the sample.

米国特許第5,498,525号(Reesら)は、非修飾ファージと、検出可能なシグナルを増大させるためのファージ増幅とを使用した病原体検出方法を記載している。この方法は、試料に高濃度の溶菌ファージを添加することを請求している。試料はファージが試料中の標的細菌に感染するのに十分な時間インキュベートする。溶菌が起こる前に、試料を処理して、感染細菌内で複製される子孫ファージに影響を及ぼすことなく試料中の遊離ファージを除去、破壊またはいずれにせよ不活性化させる。必要であれば、続いて、前もって試料に添加したあらゆる抗ウィルス剤を中和するための処理を行う。溶菌によって放出された子孫ファージは、子孫ファージの直接アッセイを用いて、または試料中に子孫ファージが存在することを示すシグナルを発生する遺伝的に修飾されたバイオレポータ細菌を用いることによって、検出する。いずれの場合も、測定されたシグナルは、試料中の標的細菌の数ではなく、子孫ファージの数に比例するので、ファージ増幅の結果として強くなる。この方法の主たる欠点は、処理試料中の遊離ファージを破壊、除去または不活性化した後に、子孫ファージが溶菌後に生存できるように殺ウィルス条件の逆転を行わねばならないことである。これらの追加のプロセスが、本方法を用いたアッセイを複雑にし、高額化させる。   US Pat. No. 5,498,525 (Rees et al.) Describes a pathogen detection method using unmodified phage and phage amplification to increase the detectable signal. This method claims that a high concentration of lytic phage is added to the sample. The sample is incubated for a time sufficient for the phage to infect the target bacteria in the sample. Before lysis occurs, the sample is processed to remove, destroy, or inactivate any free phage in the sample without affecting the progeny phage that replicate within the infected bacterium. If necessary, subsequent treatments are performed to neutralize any antiviral agents previously added to the sample. Progeny phage released by lysis is detected using a direct assay of the progeny phage or by using a genetically modified bioreporter bacterium that generates a signal indicating the presence of the progeny phage in the sample. . In either case, the measured signal is stronger as a result of phage amplification because it is proportional to the number of progeny phages, not the number of target bacteria in the sample. The main disadvantage of this method is that after killing, removing or inactivating free phage in the treated sample, the virucidal conditions must be reversed so that the progeny phage can survive the lysis. These additional processes complicate and expensive the assay using this method.

基板に基づくアッセイの感度、簡潔性、および/または低コストと、分子生物学診断テストによって与えられる迅速な結果とを組み合わせた、検出方法が必要とされている。   There is a need for detection methods that combine the sensitivity, simplicity, and / or low cost of substrate-based assays with the rapid results provided by molecular biology diagnostic tests.

(発明の要旨)
本発明は、ファージ増幅の原理を用いた、生きた微生物を検出するための方法および装置を提供することにより、上記の問題ならびに先行技術の他の問題を解決する。好ましい実施形態において、標的微生物に特異的なファージを、サンプルに導入する。導入されたファージの量は、好ましくはファージの検出限界未満の量である。標的微生物が存在すれば、ファージは感染し、微生物内で増殖する。好ましくは、微生物は、ファージ増殖の結果として自然に、または、微生物が細菌であれば細菌リゾチームなどの能動的溶菌プロセスのいずれかによって溶菌される。好ましい実施形態において、ファージは、好ましくは、バクテリオファージ解離剤を加えることにより、解離される。別の実施形態において、検出プロセスに先立って、親ファージに対して、子孫ファージから物理的に除去または分離可能なように標識を行い、これにより、潜在的感受性を増大するか、および/または方法の全分析時間を短縮する。次に試料中のファージまたはバクテリオファージに付随する生物物質を検定する。何らかのファージまたは生物物質が検出されると、標的微生物の存在が証明される。ファージまたは生物物質が検出されなければ、標的とする微生物は存在しないことになる。感染、複製、および溶菌からなる全インキュベーションプロセスには数分しかかからない。前述の実施形態のすべては、細菌および他の微生物の抗生物質耐性または感受性を判定するために用いることができる。バクテリオファージまたは生物物質は、ラテラルフローストリップ、SILAS表面、またはMALDI質量分析などを用いた任意の適切な様式で検出することができる。
(Summary of the Invention)
The present invention solves the above problems as well as other problems of the prior art by providing a method and apparatus for detecting living microorganisms using the principle of phage amplification. In a preferred embodiment, a phage specific for the target microorganism is introduced into the sample. The amount of phage introduced is preferably an amount below the detection limit of the phage. If the target microorganism is present, the phage is infected and grows within the microorganism. Preferably, the microorganism is lysed either naturally as a result of phage growth, or by an active lysis process such as bacterial lysozyme if the microorganism is a bacterium. In a preferred embodiment, the phage is preferably dissociated by adding a bacteriophage dissociator. In another embodiment, prior to the detection process, the parent phage is labeled such that it can be physically removed or separated from the progeny phage, thereby increasing potential sensitivity and / or methods. Reduce total analysis time. The biological material associated with the phage or bacteriophage in the sample is then assayed. If any phage or biological material is detected, the presence of the target microorganism is verified. If no phage or biological material is detected, there will be no target microorganism. The entire incubation process consisting of infection, replication, and lysis takes only a few minutes. All of the foregoing embodiments can be used to determine antibiotic resistance or susceptibility of bacteria and other microorganisms. Bacteriophage or biological material can be detected in any suitable manner, such as using lateral flow strips, SILAS surfaces, or MALDI mass spectrometry.

好ましい実施形態において、本発明はサンプル中の微生物の有無を検出する方法を提供し、該方法は、試料を、標的微生物に感染できる親バクテリオファージと組み合わせて、バクテリオファージに曝露されたサンプルを作製する工程と;バクテリオファージに曝露されたサンプルに対して、バクテリオファージが標的微生物に感染して、該標的微生物中で増幅して、子孫バクテリオファージを産生するとともに、アッセイで利用できる解離したバクテリオファージ物質を産生するのに十分な条件を与える工程と;バクテリオファージに曝露されたサンプルの検定を行って、試料中の標的微生物の有無の指標となる、バクテリオファージ物質の有無を判定する工程とを含む。上記の要約において、バクテリオファージ物質とは、解離したバクテリオファージ物質であると同時に、バクテリオファージに関連したものであると理解すべきである。   In a preferred embodiment, the present invention provides a method for detecting the presence or absence of microorganisms in a sample, the method combining a sample with a parental bacteriophage capable of infecting a target microorganism to produce a sample exposed to the bacteriophage. A dissociated bacteriophage that can be used in an assay as the bacteriophage infects a target microorganism and amplifies in the target microorganism to produce progeny bacteriophage for a sample exposed to the bacteriophage Providing conditions sufficient to produce the substance; and performing a test of the sample exposed to the bacteriophage to determine the presence or absence of the bacteriophage substance, which is an indicator of the presence or absence of the target microorganism in the sample. Including. In the above summary, it should be understood that a bacteriophage substance is a dissociated bacteriophage substance as well as related to a bacteriophage.

別の好ましい実施形態において、本発明は、サンプル中の微生物の有無の検出方法を提供し、該方法は、(a)試料を、標的微生物に感染できる親バクテリオファージと組み合わせて、バクテリオファージに曝露されたサンプルを作製する工程と;(b)バクテリオファージに曝露されたサンプルに対して、バクテリオファージが標的微生物に感染して、該標的微生物中で増幅して、検出可能な量のバクテリオファージまたは該バクテリオファージに曝露されたサンプル中のバクテリオファージに関連する生物物質のいずれかを産生するのに十分な条件を与える工程と;(c)微生物を能動的に溶菌する工程と、(d)バクテリオファージに曝露されたサンプルの検定を行って、バクテリオファージまたは該バクテリオファージに曝露されたサンプル中のバクテリオファージに関連する生物物質の有無を検出し、標的微生物の有無を判定する工程とを含む。好ましくは、前記能動的に溶菌する工程は、バクテリオファージに曝露されたサンプルに微生物リゾチームを添加することを含む。好ましくは、前記能動的に溶菌する工程は、バクテリオファージに曝露されたサンプルへのクロロホルムの添加、酸によるバクテリオファージに曝露されたサンプルの処理、およびバクテリオファージに曝露されたサンプルの物理的プロセシングからなる群より選択される方法を含む。   In another preferred embodiment, the present invention provides a method for detecting the presence or absence of a microorganism in a sample, the method comprising: (a) exposing a sample to a bacteriophage in combination with a parental bacteriophage capable of infecting a target microorganism. And (b) for a sample exposed to a bacteriophage, the bacteriophage infects the target microorganism and amplifies in the target microorganism to detect a detectable amount of bacteriophage or Providing conditions sufficient to produce any of the biological material associated with the bacteriophage in the sample exposed to the bacteriophage; (c) actively lysing the microorganism; Bacteriophage or exposed to bacteriophage after assaying samples exposed to phage Detecting the presence or absence of a biological material associated with bacteriophage in sample, and a step of determining the presence or absence of a target microorganism. Preferably, the actively lysing step comprises adding microbial lysozyme to the sample exposed to the bacteriophage. Preferably, the actively lysing step comprises adding chloroform to the sample exposed to the bacteriophage, treating the sample exposed to the bacteriophage with acid, and physical processing of the sample exposed to the bacteriophage. A method selected from the group consisting of:

好ましくは、前記プロセスは、増幅されたファージが基板における色変化を誘導するような装置および方法を用いて実現される。好ましい実施形態において、本発明は、標的微生物を検出するための装置を提供し、該装置は、基板と、基板上の固定化ゾーンであって、バクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質を固定化するための固定化剤を含んだ固定化ゾーンと、バクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質と相互作用するように設計された色調節剤とを含み、これにより、バクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質の存在が、固定化ゾーンの色の変化をもたらすようにしている。好ましくは、固定化ゾーンは抗体を含む。好ましくは色調節剤は着色ビーズを含む。別の実施形態において、色調節剤は、反応剤と、反応すると沈殿剤を形成する酵素とを含む。当該方法の好ましい実施形態において、バクテリオファージに曝露されたサンプルを基板に塗布し、前記バクテリオファージに曝露されたサンプル中にバクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質が存在するとその少なくとも一部の色が変わるようにする。   Preferably, the process is realized using an apparatus and method in which the amplified phage induces a color change in the substrate. In a preferred embodiment, the present invention provides an apparatus for detecting a target microorganism, which is an immobilization zone on a substrate and immobilizing a bacteriophage or bacteriophage related biological material. An immobilization zone that contains an immobilizing agent for conversion to a bacteriophage or a bacteriophage-related biological material, thereby providing a bacteriophage or bacteriophage The presence of the relevant biological material causes a change in the color of the immobilization zone. Preferably, the immobilization zone comprises an antibody. Preferably the color modifier comprises colored beads. In another embodiment, the color modifier comprises a reactive agent and an enzyme that forms a precipitant upon reaction. In a preferred embodiment of the method, a sample exposed to a bacteriophage is applied to a substrate, and the bacteriophage or bacteriophage-related biological material is present in the sample exposed to the bacteriophage, at least a portion of its color To change.

本発明は、サンプル中の標的微生物の有無を判定するためのキットも提供し、該キットは、標的微生物に感染可能なバクテリオファージを収容した第1の容器と、少なくとも一部の色が、バクテリオファージに曝露されたサンプル中にバクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質のいずれかが存在する場合に変化する基板とを含む。好ましくは前記キットは、緩衝溶液を収容した第2の容器をさらに含む。好ましくは、基板は、ラテラルフローストリップまたはSILAS表面からなる。好ましくは、第1の容器は、所定の大きさの液滴を放出するように設計された点滴器(dropper)を含む。   The present invention also provides a kit for determining the presence or absence of a target microorganism in a sample, the kit comprising a first container containing a bacteriophage capable of infecting a target microorganism and at least a portion of the color of the bacteriophage. And a substrate that changes when either bacteriophage or biological material associated with the bacteriophage is present in the sample exposed to the phage. Preferably, the kit further includes a second container containing a buffer solution. Preferably, the substrate consists of a lateral flow strip or a SILAS surface. Preferably, the first container includes a dropper designed to eject a predetermined size droplet.

本発明は、微生物、好ましくは細菌の試験基板を製造する方法も提供し、該方法は、基板と、バクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質に付着しうる生物物質とを提供する工程と、基板上に生物物質のラインを形成する工程と、基板を前記ラインと略垂直な方向に裁断する工程とを含む。好ましくは、基板は多孔性膜である。好ましくは生物物質は抗体である。   The present invention also provides a method of producing a test substrate of microorganisms, preferably bacteria, the method comprising providing a substrate and a biological material that can adhere to a bacteriophage or a biological material associated with a bacteriophage; Forming a line of biological material on the substrate; and cutting the substrate in a direction substantially perpendicular to the line. Preferably, the substrate is a porous membrane. Preferably the biological material is an antibody.

本発明の目的は、バクテリオファージに曝露されたサンプル中において親ファージの破壊、除去、中和または不活性化を行わない、微生物を検出するファージ増幅方法を提供することである。   It is an object of the present invention to provide a phage amplification method for detecting microorganisms that does not destroy, remove, neutralize or inactivate parental phage in a sample exposed to bacteriophage.

本発明の目的は、特異性の高い細菌検出方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a highly specific method for detecting bacteria.

本発明のさらなる目的は、広スペクトル細菌検出方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a broad spectrum bacteria detection method.

本発明の別の目的は、低濃度の細菌を検出するために用いることができる細菌検出方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a bacterial detection method that can be used to detect low concentrations of bacteria.

本発明のさらに別の目的は、広範囲の濃度にわたって細菌を検出することのできる細菌検出方法を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a method for detecting bacteria capable of detecting bacteria over a wide range of concentrations.

本発明のさらなる目的は、大半の既存の検出方法に比べて迅速な結果を与える細菌検出方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a bacterial detection method that provides rapid results compared to most existing detection methods.

本発明のさらに別の目的は、既存の細菌検出方法に比べて低価格な細菌検出方法を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a bacteria detection method that is less expensive than existing bacteria detection methods.

本発明のさらに別の目的は、実施が容易で、高度に熟練した技術者または複雑な装置を必要としない細菌検出方法を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a method for detecting bacteria that is easy to implement and does not require highly skilled technicians or complex equipment.

本発明のさらなる目的は、野外または看護地点において実施しうる細菌検出方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a method for detecting bacteria that can be performed in the field or at a nursing point.

本発明のさらなる目的は、複数の細菌が試験試料中で検出されるように、迅速に倍加する細菌検出方法を提供することである。   A further object of the present invention is to provide a method for detecting bacteria that rapidly doubles so that multiple bacteria are detected in a test sample.

本発明のさらに別の目的は、試料中に存在する標的細菌を検出するための代用物として特異的ファージ生物マーカーの検出を用いる細菌検出方法を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a bacterial detection method that uses detection of specific phage biomarkers as a surrogate for detecting target bacteria present in a sample.

本発明のさらに別の目的は、試料中の前記標的細菌の存在を特異的に検出する手段として、標的細菌の高度に特異的なファージ感染を利用する細菌検出方法を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a bacterial detection method that utilizes a highly specific phage infection of a target bacterium as a means for specifically detecting the presence of the target bacterium in a sample.

本発明のさらなる目的は、適切なファージが存在する任意の細菌を検出するために、使用しうる細菌検出方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a bacterial detection method that can be used to detect any bacteria in which the appropriate phage is present.

本発明のさらなる目的は、遺伝的に修飾されていないファージを利用する細菌検出方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a method for bacterial detection that utilizes genetically unmodified phage.

本発明のさらに別の目的は、遺伝的に修飾されたバクテリオファージを利用する微生物検出方法を提供することである。たとえば、バクテリオファージは、感染プロセスの所望の特性を強化するように、検出可能な生物マーカーを過剰発現させるように、酵素を発現するように、またはカプシドタンパク質上で標的を発現するように、遺伝的に修飾することができる。   Yet another object of the present invention is to provide a method for detecting microorganisms utilizing genetically modified bacteriophages. For example, a bacteriophage may be inherited to enhance a desired property of the infection process, to overexpress a detectable biomarker, to express an enzyme, or to express a target on a capsid protein. Can be modified.

本発明のさらなる目的は、高い感度を達成する手段としてファージ増幅を使用する細菌検出方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a bacterial detection method that uses phage amplification as a means of achieving high sensitivity.

本発明のさらなる目的は、ファージのカプシド鞘などのファージに関連する特異的生物マーカーを検出することにより、ファージを検出する細菌検出方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a bacterial detection method for detecting phage by detecting specific biomarkers associated with phage, such as the capsid sheath of the phage.

本発明のさらに別の目的は、ファージ生物マーカーが、ファージからの別個の解離タンパク質である細菌検出方法を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a bacterial detection method wherein the phage biomarker is a separate dissociated protein from the phage.

本発明のさらなる目的は、ファージ生物マーカーがファージ核酸である細菌検出方法を提供することである。   A further object of the present invention is to provide a bacterial detection method wherein the phage biomarker is a phage nucleic acid.

本発明のさらなる目的は、検出プロセスの前に、ファージを解離させることからなる第2の増幅プロセスを利用する細菌検出方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a bacterial detection method that utilizes a second amplification process consisting of dissociating the phage prior to the detection process.

本発明の別の目的は、ファージ増幅によって生産される子孫ファージとは区別できる標識された親ファージを利用する細菌検出方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a bacterial detection method that utilizes a labeled parent phage that is distinguishable from progeny phage produced by phage amplification.

本発明のさらなる目的は、抗体−ファージ複合体を生産するファージ生物マーカーに結合する抗体を使用する細菌検出方法を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a method for detecting bacteria using an antibody that binds to a phage biomarker that produces an antibody-phage complex.

本発明のさらに別の目的は、抗体−ファージ複合体を検出するための手段としての特異的抗体−抗原結合事象を検出するために既存の免疫学的検定技術を使用し、これにより、試料中の標的細菌の存在を検出する細菌検出方法を提供することである。   Yet another object of the present invention is to use existing immunoassay techniques to detect specific antibody-antigen binding events as a means for detecting antibody-phage complexes, and thereby in a sample. It is intended to provide a bacterial detection method for detecting the presence of target bacteria.

本発明のさらに別の目的は、ファージを検出するためにラテラルフローストリップを利用し、これにより、試料中の標的細菌の存在を検出する細菌検出方法を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a bacterial detection method that utilizes lateral flow strips to detect phage, thereby detecting the presence of target bacteria in a sample.

本発明のさらに別の目的は、細菌の抗生物質耐性株を検出する方法を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a method for detecting antibiotic resistant strains of bacteria.

上記の要約は、本発明を理解しやくするために、本発明の目的、特徴および利点のいくつかの例を説明することを目的としている。本発明のいくつかの実施形態において、上記目的のただ1つだけが実現される場合もあるし、他の例では、上記目的の複数が実現される場合もある。しかしながら、上記の目的はすべてが包括的ではなく例示を目的としており、ある特定の実施形態においては上記の目的のいずれも実現されていない場合もある。たとえば、本発明の方法および装置は、細菌以外の微生物、例えば、真菌、マイコプラズマ、原生動物、および他の微生物を検出するために用いることもできる。しがたって、上記目的における用語「細菌」をより広義の用語「微生物」と置き換えると、本発明に有効な目的が表現される。本発明の数多くの他の特徴、目的、利点が、以下の説明を添付の図面とともに読むことにより、明らかになるであろう。   The above summary is intended to illustrate some examples of the objects, features, and advantages of the present invention in order to facilitate the understanding of the present invention. In some embodiments of the present invention, only one of the above objectives may be realized, and in other examples, multiple of the above objectives may be realized. However, the above objectives are not all inclusive and are for illustrative purposes, and none of the above objectives may be realized in certain embodiments. For example, the methods and apparatus of the present invention can also be used to detect microorganisms other than bacteria, such as fungi, mycoplasma, protozoa, and other microorganisms. Therefore, if the term “bacteria” in the above object is replaced with the broader term “microorganism”, the object effective in the present invention is expressed. Numerous other features, objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description when read in conjunction with the accompanying drawings.

(好ましい実施形態の詳細な説明)
(1.序論)
本発明の方法は、試料中の細菌などの標的微生物(微生物)の存在を検出するために、バクテリオファージ、あるいは単にファージを使用することに依存する。本開示において、バクテリオファージおよびファージという用語は、バクテリオファージ、ファージ、ミコバクテリオファージ(TBおよびパラTBに対するものなど)、ミコファージ(真菌に対するものなど)、ミコプラズマファージまたはミコプラズマのファージ、ならびに、生きた細菌、真菌、ミコプラズマ、原生生物および他の微生物に侵入して、これらを使って自身を複製することのできるウィルスのことをいう他の任意の用語を含んでいる。ここで、「微視的」とは、最大寸法が1ミリメートル以下のものを意味する。バクテリオファージは、細菌を自身の複製の手段として使用するように自然界において進化してきたウィルスである。ファージはこのことを、自身を細菌に付着し、自身のDNAを細菌に注入し、該細菌に該ファージを何百倍、または何千倍にも複製させるように誘導することによって行う。溶菌バクテリオファージと呼ばれるバクテリオファージでは、宿主細菌を破裂させ、他の細菌に進路を見いだすために子孫ファージを環境中に放出する。細菌の溶菌のための、細菌のファージ感染、ファージ増殖または細菌中における増殖のため全インキュベーション時間は、いずれの場合でも、当該ファージおよび細菌ならびに環境条件によって数十分から数時間である。
Detailed Description of Preferred Embodiments
(1. Introduction)
The method of the present invention relies on the use of bacteriophage, or simply phage, to detect the presence of a target microorganism (microorganism) such as bacteria in a sample. In this disclosure, the terms bacteriophage and phage refer to bacteriophage, phage, mycobacteriophage (such as for TB and para-TB), mycophage (such as for fungi), mycoplasma phage or mycoplasma phage, and living It includes any other term that refers to a virus that can invade and use itself to replicate bacteria, fungi, mycoplasma, protozoa, and other microorganisms. Here, “microscopic” means that the maximum dimension is 1 millimeter or less. Bacteriophages are viruses that have evolved in nature to use bacteria as a means of replication. Phages do this by attaching themselves to bacteria, injecting their DNA into the bacteria, and inducing the bacteria to replicate the phage hundreds or thousands of times. Bacteriophages, called lytic bacteriophages, rupture host bacteria and release progeny phages into the environment to find their way to other bacteria. For bacterial lysis, the total incubation time for bacterial phage infection, phage growth or growth in bacteria is in any case tens to hours depending on the phage and bacteria and environmental conditions.

開示した検出方法は、現在知られているどの微生物検出方法よりも優れた特異性、感度、簡便性、速度、および/または費用を併せて提供する。ここで教示する方法は、試料中の1つ以上の標的細菌の存在を間接的に検出するために、バクテリオファージを使用することに依存している。典型的なバクテリオファージ70、この場合MS2−E.coliを図5に示す。構造的には、バクテリオファージ70は、ウィルス核酸74、すなわちDNAおよび/またはRNAを封入する、ヘッドと呼ばれることもあるタンパク質殻またはカプシド72を含む。バクテリオファージは、内部タンパク質75、ネック76、尾部鞘77、尾部繊維78、および端板79、およびピン80をさらに含んでいてももよい。カプシド72は、1つ以上のタンパク質の反復コピーから構成される。図10を参照して、ファージ150が細菌152に感染すると、該ファージは自身が細菌壁または膜151の適当部位に付着し、その核酸154を細菌中に注入して、ファージが数十から数千コピーに複製されるように誘導する。このプロセスを図10に概略的に示す。DNAは初期mRNAS155および初期タンパク質156に展開し、そのうちのいくつかがライン157に沿って膜成分となり、他のものが宿主の染色体159からの細菌ヌクレアーゼを利用してライン164に沿ってDNA前駆体になる。他のものは方向170に沿って移動し、ライン166に沿ったDNAを取り込むヘッド前駆体になる。膜成分は、経路160に沿って発達して、鞘、端板、およびピンを形成する。他のタンパク質は経路172に沿って発達し、尾部繊維を形成する。ヘッドは形成されると、膜151から遊離し、経路174に沿った尾部鞘を接合し、尾部鞘とヘッドが176において尾部繊維と接合して、バクテリオファージ70を形成する。溶菌バクテリオファージとよばれるある種のバクテリオファージは、180で示される宿主細菌を破壊し、他の細菌への進路を見いだすために、子孫ファージを環境中に放出する。本願で開示する方法においては溶菌ファージを典型的に使用する。しかしながら、特に、子孫ファージが宿主細菌に感染した後に子孫ファージまたは子孫ファージの一部を放出するように非溶菌ファージまたは細菌を活性化することができる場合には、非溶菌ファージを用いることもできる。   The disclosed detection methods provide a combination of specificity, sensitivity, simplicity, speed, and / or cost that is superior to any currently known microorganism detection method. The method taught herein relies on using a bacteriophage to indirectly detect the presence of one or more target bacteria in a sample. A typical bacteriophage 70, in this case MS2-E. E. coli is shown in FIG. Structurally, bacteriophage 70 includes a protein shell or capsid 72, sometimes referred to as a head, that encloses viral nucleic acid 74, ie, DNA and / or RNA. The bacteriophage may further include an internal protein 75, a neck 76, a tail sheath 77, a tail fiber 78, and an end plate 79, and a pin 80. Capsid 72 is composed of repeated copies of one or more proteins. Referring to FIG. 10, when a phage 150 infects bacteria 152, the phage attaches itself to an appropriate site on the bacterial wall or membrane 151, and injects its nucleic acid 154 into the bacteria. Guide to be replicated to a thousand copies. This process is shown schematically in FIG. DNA expands into early mRNA S155 and early protein 156, some of which become membrane components along line 157, others utilize bacterial nucleases from host chromosome 159, along with DNA precursors along line 164 become. Others move along direction 170 and become head precursors that take up DNA along line 166. Membrane components develop along pathway 160 to form sheaths, endplates, and pins. Other proteins develop along pathway 172 and form tail fibers. Once the head is formed, it is released from the membrane 151 and joins the tail sheath along the path 174 and the tail sheath and head join the tail fiber at 176 to form the bacteriophage 70. Certain bacteriophages, called lytic bacteriophages, release progeny phages into the environment in order to destroy the host bacterium indicated at 180 and find a way to other bacteria. In the methods disclosed herein, lytic phages are typically used. However, non-lytic phages can also be used, particularly when non-lytic phages or bacteria can be activated to release the progeny phage or part of the progeny phage after the progeny phage has infected the host bacteria. .

細菌の溶菌のための、細菌のファージ感染、ファージ増殖または細菌中における増殖のための合計周期時間は、いずれの場合でも、当該ファージおよび細菌ならびに環境条件によって数十分から数時間である。一例として、MS2バクテリオファージは、大腸菌(Escherichia coli)の株に感染し、標的細胞への付着後40分以内に、自身のコピーを10,000から20,000個産生することができる。MS2ファージのカプシドは、180コピーの同一のタンパク質を含む。このことは、MS2に感染した各E.coliに対して、1.8×10個以上の個別のカプシドタンパク質が産生されることを意味する。感染事象毎に多数のファージ、ならびにさらに多くのカプシドタンパク質が生産されるファージ感染のプロセスは、ファージ増幅と呼ばれる。 The total cycle time for bacterial phage infection, phage growth or growth in bacteria in any case is tens of minutes to several hours depending on the phage and bacteria and environmental conditions. As an example, MS2 bacteriophage can infect a strain of Escherichia coli and produce 10,000 to 20,000 copies of itself within 40 minutes after attachment to a target cell. The capsid of MS2 phage contains 180 copies of the same protein. This is because each E. coli infected with MS2. This means that 1.8 × 10 6 or more individual capsid proteins are produced for E. coli. The process of phage infection in which a large number of phage per infectious event, as well as more capsid proteins are produced, is called phage amplification.

微生物学者達は、たいていのヒト細菌病原体に対する特異的ファージを含む、何千ものファージ種を単離し、キャラクタライズしてきた。バクテリオファージ種には、細菌ファミリーに感染するもの、個々の種に感染するもの、または特定の株に感染するものがある。表1は、そのようなファージのいくつかと、該ファージが感染する細菌をあげている。   Microbiologists have isolated and characterized thousands of phage species, including specific phages for most human bacterial pathogens. Bacteriophage species may infect bacterial families, infect individual species, or infect specific strains. Table 1 lists some such phages and the bacteria that the phages infect.

Figure 0004578478
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本発明は、高度に特異的なファージ−細菌感染、ファージ増幅、および短いインキュベーション時間などのバクテリオファージの既存の特性を利用しており、標的細菌に高度に特異的で、非常に感度が高く、迅速で、実施が容易であり、および/または相当に経済的である細菌検出方法を編み出している。さらに、他のファージに基づく細菌検出方法とは違って、本願に記載する好ましい方法は、バイオレポータまたはインデューサ遺伝子を含むような遺伝的修飾を受けていないファージを利用している。このことにより、本発明を使用した特異的細菌試験の開発に伴う時間および費用が大幅に削減される。
Figure 0004578478
The present invention takes advantage of the existing properties of bacteriophage such as highly specific phage-bacterial infection, phage amplification, and short incubation times, is highly specific to the target bacteria and is very sensitive, It has devised a bacterial detection method that is fast, easy to implement and / or quite economical. Furthermore, unlike other phage-based bacterial detection methods, the preferred methods described herein utilize phage that have not been genetically modified to include a bioreporter or inducer gene. This greatly reduces the time and expense associated with developing specific bacterial tests using the present invention.

(2.詳細な説明)
図1は、試料中の特定の細菌を検出するための方法の第1の実施形態10を示す。第1の「ファージの添加」プロセス12において、標的細菌14に感染することになる親バクテリオファージ18を、細菌14の原試料11と混合する。好ましい実施形態において、好ましくは懸濁液または溶液16中のバクテリオファージを、所定の濃度で細菌14の原試料11に添加する。ここで、「原試料」という用語は、ファージを添加する前の試料のことをいう。原試料/ファージ混合物は、ここでは「試験試料24」または「バクテリオファージに曝露されたサンプル24」とよぶ。方法の目的が、種または株レベルで特定の細菌を検出することであれば、これに応じた特定のファージを該方法において用いる。たとえば、Y.Pestis.を特異的に検出するためには、φA1122ファージを用いることができる。これに対し、試料中のより広範な細菌を検出するためには、より特異性の低いファージを用いるとよい。ファージMS2は、Enterococciだけでなく多くの異なるE.coli種に感染するので、水中の糞便汚染を検出するのに非常に適している。
(2. Detailed explanation)
FIG. 1 shows a first embodiment 10 of a method for detecting specific bacteria in a sample. In a first “phage addition” process 12, the parent bacteriophage 18 that will infect the target bacteria 14 is mixed with the original sample 11 of bacteria 14. In a preferred embodiment, bacteriophage, preferably in suspension or solution 16, is added to the original sample 11 of bacteria 14 at a predetermined concentration. Here, the term “original sample” refers to a sample before adding phage. The original sample / phage mixture is referred to herein as “test sample 24” or “sample 24 exposed to bacteriophage”. If the purpose of the method is to detect a specific bacterium at the species or strain level, then the corresponding specific phage is used in the method. For example, Y.M. Pestis. ΦA1122 phage can be used to specifically detect. On the other hand, in order to detect a wider range of bacteria in a sample, it is better to use a phage with lower specificity. Phage MS2 is not only enterococci but also many different E. coli. Since it infects E. coli species, it is very suitable for detecting fecal contamination in water.

複数の細菌を検出するためには、各標的細菌に対して1つの種のバクテリオファージを原試料に加え、すべての標的細菌と関連するファージを含む1つの試料を与える。簡略化のために、本方法については、1つの細菌の検出に適用するものとして、下記に記述する。当業者であれば、各標的細菌を検出するために、唯一の細菌/ファージ組み合わせを用いた1つの試験試料と、方法の各プロセスをどのようにして同期して実施するかが明らかであろう。   To detect multiple bacteria, one species of bacteriophage for each target bacterium is added to the original sample, giving a single sample containing phage associated with all target bacteria. For simplicity, the method is described below as applied to the detection of one bacterium. One skilled in the art will know how to perform each process of the method synchronously with one test sample using a unique bacteria / phage combination to detect each target bacterium. .

標的細菌14を含んだ原試料11は、一般には液体であるが、固体または粉体であることもある。原試料は、多くの異なる有機および無機化合物を含んだ混合物または懸濁液であることもある。原試料は、試験用に調製するために、様々な方法で前処理されていてもよい。たとえば、原試料は、不要な成分を除去するために、または標的細菌を濃縮するために精製またはろ過されていてもよい。また、標的細菌のインキュベーションをもたらすように、または標的細菌をより見やすい状態にするような培地中で培養したものであってもよい。原試料は、相対的に未処理の状態、例えば、唾液、血液、または水試料のようなものであってもよい。当業者にとっては、前試験試料調製物が広範は適切なプロセスの任意のものを含んでいてもよく、原試料が多種多様な形態をとってよいことが明らかであろう。   The original sample 11 containing the target bacteria 14 is generally a liquid, but may be a solid or a powder. The original sample may be a mixture or suspension containing many different organic and inorganic compounds. The original sample may be pretreated in various ways to prepare for testing. For example, the original sample may be purified or filtered to remove unwanted components or to concentrate target bacteria. Alternatively, the cells may be cultured in a medium so as to cause incubation of the target bacteria or to make the target bacteria more easily viewable. The original sample may be in a relatively untreated state, such as a saliva, blood, or water sample. It will be apparent to those skilled in the art that the pre-test sample preparation may include any of a wide range of suitable processes, and the original sample may take a wide variety of forms.

ファージ自体を様々な形態の試料に添加してもよい。乾燥状態で加えてもよい。ファージは、液体試薬混合物中に混合または懸濁してもよい。ファージは、原試料を添加するバイアル中で懸濁してもよい。ファージは、任意の他の適切な形態をとってもよい。原試料に添加するファージを、ここでは「親ファージ」と呼ぶ。   The phage itself may be added to various forms of samples. It may be added in a dry state. The phage may be mixed or suspended in the liquid reagent mixture. The phage may be suspended in a vial to which the original sample is added. The phage may take any other suitable form. The phage added to the original sample is referred to herein as the “parent phage”.

図1に戻って、試験試料24を好ましくは所定時間インキュベートする。本方法に対しては、試験試料は、好ましくは、インキュベーションプロセス前に、標的細菌のファージ感染を助けるような条件におくべきである。このことは、当業者によって知られる様々な方法によって達成できる。たとえば、親ファージは、原試料に添加されると感染を助ける試験試料をもたらす試薬中に混合してもよい。試験試料は、ファージ感染を助ける条件を確立するための様々な方法によって調製してもよい。   Returning to FIG. 1, the test sample 24 is preferably incubated for a predetermined time. For this method, the test sample should preferably be in a condition that assists the phage infection of the target bacteria prior to the incubation process. This can be achieved by various methods known by those skilled in the art. For example, the parent phage may be mixed in a reagent that when added to the original sample results in a test sample that aids infection. Test samples may be prepared by various methods to establish conditions that aid in phage infection.

「インキュベート」プロセス20を図2に示す。親ファージ18は、自身を標的の細胞壁に付着させることにより、標的細菌14に感染し(32)、ウィルス核酸を注入して、感染細菌23を作り出す。そして、図10に示すような子孫ファージの複製34が、宿主細菌内で進む。溶菌ファージを用いる場合には、宿主は溶菌プロセス36において破裂し、子孫ファージ37を試験試料中に放出し、ここで他の標的細菌に感染することもある。このインキュベーションプロセスは、1回以上の感染、増幅、および溶菌のサイクルのあいだに進行させてもよい。原試料中に標的細菌が存在すると想定すると、試験試料は、インキュベーションプロセスの間に感染された個々の細菌に対して多数の子孫ファージを含むであろう。   An “incubation” process 20 is illustrated in FIG. The parent phage 18 infects the target bacterium 14 by attaching itself to the target cell wall (32), and injects viral nucleic acid to produce the infecting bacterium 23. Then, progeny phage replication 34 as shown in FIG. 10 proceeds in the host bacterium. If lytic phage is used, the host may rupture in the lysis process 36, releasing progeny phage 37 into the test sample, where it may infect other target bacteria. This incubation process may proceed during one or more infection, amplification, and lysis cycles. Assuming that the target bacteria are present in the original sample, the test sample will contain a large number of progeny phage for the individual bacteria infected during the incubation process.

「インキュベート」プロセスの最後で、感染標的細菌のうちのいくらかが溶菌されていないかもしれない。そうした状況において、多くのまたはすべての子孫ファージがまだ宿主細菌内に保持されており、これは直接検出することができないかもしれない。この潜在的問題に取り組むために、21において、試験試料に特定の微生物に対する微生物リゾチーム22を加えて、プロセス25において、試験試料24中に存在する細菌などの本質的にすべての個々の微生物の細胞壁を破壊して、そこに含まれる本質的にすべての子孫ファージを放出させることにより、図1で示すようにオプションのプロセス21および25「細菌の溶菌」を行う。微生物の、またはより詳細には細菌のリゾチームを使用することで、本願に教示する方法を実施するのに必要な時間を短縮することができる。これは、標的細菌のすべてが自ら溶菌するのを待つ必要がなくなるからである。ゆっくり溶菌するファージに対しては、このことは、実質的な違いをもたらしうる。本発明の目的のために、「リゾチーム」という用語は、微生物宿主の破壊を誘導して、試料中への子孫ファージを放出させる任意の材料、装置、またはプロセスのことをいい、限定はされないが、従来のリゾチームやクロロホルムなどの化学的手段、または酸処理または物理的プロセス、たとえば、浸透圧の付加などが含まれる。   At the end of the “incubation” process, some of the target bacteria may not have been lysed. In such situations, many or all of the progeny phages are still retained in the host bacteria and this may not be directly detectable. To address this potential problem, at 21 the microbial lysozyme 22 for a particular microorganism is added to the test sample at 21 and the cell wall of essentially all individual microorganisms such as bacteria present in the test sample 24 at process 25. Is performed to release essentially all the progeny phage contained therein, and optional processes 21 and 25 “bacterial lysis” are performed as shown in FIG. The use of microbial, or more particularly bacterial lysozyme, can reduce the time required to perform the methods taught herein. This is because there is no need to wait for all of the target bacteria to lyse themselves. For phage that slowly lyse, this can make a substantial difference. For the purposes of the present invention, the term “lysozyme” refers to, but is not limited to, any material, device, or process that induces destruction of a microbial host to release progeny phage into a sample. , Including conventional chemical means such as lysozyme and chloroform, or acid treatment or physical processes such as the addition of osmotic pressure.

図1に示す実施形態のプロセス28「ファージの検出」は、ファージに関連する生物マーカーを検出することを含む。この生物マーカーが検出されると、これは、原試料中に標的細菌が存在することを間接的に示すものである。これから記載する方法の実施形態に対して、原試料に添加される親ファージと子孫ファージとは、インキュベーションプロセスのあいだに産生されたならば、同一である。このことは、試験試料中に標的細菌が存在しないとしても、関連するバックグラウンドシグナルを上昇させうるファージが検出プロセス28のあいだに存在することを意味している。この問題を解決するための方法は、試験試料中の親ファージの初期濃度を、それらが与えるバックグラウンドシグナルが検出プロセス28において検出不能となるように制御することである。したがって、ファージ増幅が起こっていないなど、試験試料に標的細菌が存在しない場合には、試験の最後にシグナルは検出されない。バックグラウンドシグナルを親プラス子孫ファージからのシグナル上昇と区別できる場合に限り、より高濃度の親ファージを用いることもできる。プロセス28において得られるシグナルがバックグラウンドシグナルあら区別できるような最低の細菌濃度が、本方法の感度限界を表す。これを行う簡単な方法は、細菌が存在しないことがわかっている対照試料に対して試験を行うことである。これにより、試験試料からの対応する結果と比較できる対照結果を作製することができる。試験試料からの試験結果が、はっきりと対照試料よりも高いシグナルレベルを示す場合には、標的細菌が存在することがわかる。   Process 28 “Detection of phage” in the embodiment shown in FIG. 1 includes detecting biomarkers associated with the phage. When this biomarker is detected, this indirectly indicates the presence of the target bacteria in the original sample. For the embodiment of the method to be described, the parental and progeny phage added to the original sample are the same if produced during the incubation process. This means that there are phages during the detection process 28 that can raise the associated background signal even if the target bacteria are not present in the test sample. A way to solve this problem is to control the initial concentration of the parent phage in the test sample so that the background signal they give is undetectable in the detection process 28. Thus, if no target bacteria are present in the test sample, such as no phage amplification has occurred, no signal is detected at the end of the test. Higher concentrations of parental phage can be used only if the background signal can be distinguished from increased signal from the parental plus progeny phage. The lowest bacterial concentration at which the signal obtained in process 28 can be distinguished from the background signal represents the sensitivity limit of the method. A simple way to do this is to test against a control sample that is known to be free of bacteria. This can produce a control result that can be compared with the corresponding result from the test sample. If the test result from the test sample clearly shows a higher signal level than the control sample, it is found that the target bacteria are present.

本発明の目的のために、ファージに関連する任意の生物マーカーを、原試料中の標的細菌の間接的検出手段として用いることができる。これには、図5および図10に示すファージの任意の部分が含まれる。たとえば、図11は、バクテリオファージT4に対して、質量に対する強度百分率を表したMALDIスペクトル200を示している。スペクトル200は、溶菌ホリンタンパク質に対する顕著なピーク201と、ヘッドタンパク質に対する顕著なピーク204と、hoc外部カプシドタンパク質に対する顕著なピーク206と、フィブリチンに対する顕著なピーク208を示している。これらの大きなピークは、これらのファージ部分のいずれも、後で検討するMALDI検出法における生物マーカーとして使用可能であることを示している。非常に有用なファージ生物マーカーは、ファージカプシド72である。このカプシドは、たいていは、100コピーを超える多くのコピーの1つ以上のタンパク質を含んでいる。したがって、検出目的で使用できる複数の同一の結合部位が個々のファージ粒子のそれぞれの周囲に存在する。これにより、試験試料中に含まれる各ファージ粒子から得られる潜在的シグナルレベルが上昇する。溶菌した標的細菌に関連する生物マーカーを直接検出することに対する、ファージまたはファージ関連生物マーカーを検出することの利点は、感度が劇的に上昇することである。インキュベートされた試験試料中のファージ濃度は、ファージ増幅のために、標的細菌原試料中の標的細菌の濃度よりもはるかに高くなっている。ファージ増幅は、原試料中に存在する個々の細菌のそれぞれに関連するシグナルを、何桁倍、たとえば、10倍に増強することができる。したがって、ファージ増幅プロセスを用いない他の方法よりも低い濃度の細菌を、この方法では検出することができる。   For the purposes of the present invention, any biomarker associated with the phage can be used as an indirect means of detecting the target bacteria in the original sample. This includes any portion of the phage shown in FIGS. For example, FIG. 11 shows a MALDI spectrum 200 representing the percentage of intensity with respect to mass for bacteriophage T4. The spectrum 200 shows a prominent peak 201 for the lysed holin protein, a prominent peak 204 for the head protein, a prominent peak 206 for the hoc external capsid protein, and a prominent peak 208 for fibrin. These large peaks indicate that any of these phage moieties can be used as biomarkers in the MALDI detection method discussed later. A very useful phage biomarker is phage capsid 72. The capsid usually contains many copies of one or more proteins, over 100 copies. Thus, there are a plurality of identical binding sites that can be used for detection purposes around each individual phage particle. This increases the potential signal level obtained from each phage particle contained in the test sample. The advantage of detecting phage or phage-related biomarkers over directly detecting biomarkers associated with lysed target bacteria is a dramatic increase in sensitivity. The phage concentration in the incubated test sample is much higher than the concentration of target bacteria in the target bacterial source due to phage amplification. Phage amplification can enhance the signal associated with each individual bacterium present in the original sample by an order of magnitude, eg, 10-fold. Thus, lower concentrations of bacteria can be detected with this method than other methods that do not use a phage amplification process.

ファージに関連する何らかの生物マーカーを検出するどの検出方法または装置も、この方法28には十分である。好ましい方法は、ELISA、フローサイトメトリー、ウェスタンブロット、アプタマーに基づくアッセイ、ラジオイムノアッセイ、免疫蛍光法、およびラテラルフローイムノクロマトグラフィー(LFI)を含む、検出可能なシグナルを発生するために抗体結合事象を利用する免疫検定法である。他の方法としては、本明細書ではMALDIと呼ぶ、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析(MALDI−TOF−MS)、ならびに、検出指標として色が変化するSILAS表面を用いることがあげられる。1つの免疫検定であるLFIについては、図3、5および19と関連して以下に詳細に検討し、SILAS色指標法については、図12〜18と関連して以下に詳細に検討し、MALDI法については、図11および図24〜27に関連して以下に詳細に検討する。   Any detection method or apparatus that detects any biomarker associated with the phage is sufficient for this method 28. Preferred methods utilize antibody binding events to generate a detectable signal, including ELISA, flow cytometry, Western blot, aptamer based assays, radioimmunoassay, immunofluorescence, and lateral flow immunochromatography (LFI) This is an immunoassay method. Other methods include matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS), referred to herein as MALDI, and the use of a SILAS surface that changes color as a detection indicator. . One immunoassay, LFI, is discussed in detail below in connection with FIGS. 3, 5 and 19, and the SILAS color index method is discussed in detail below in connection with FIGS. 12-18, and MALDI. The method is discussed in detail below in connection with FIG. 11 and FIGS.

図3は、試験試料中のファージの存在を検出するためのLFIを、ラテラルフローストリップ40を用いてどのように具現できるかを説明するものである。ラテラルフローストリップ40の断面図を図4に示す。ラテラルフローストリップ40は好ましくは、試料塗布パッド41と、共役物パッド43と、検出ライン46および内部標準ライン48が形成された基板64と、吸収パッド52とを含み、これらのすべては、好ましくはプラスチックである裏張り62上に搭載されている。基板64は好ましくは多孔性の網または膜である。これは、ライン43、46、および随意でライン48を前記基板の長いシート上に形成し、基板をこれらのラインと垂直な方向に裁断して、複数の基板64を形成することによって作製する。接合物パッド43は、それぞれが、ここでは第1抗体−ビーズ共役物を形成する第1の抗体とよぶ、第1の抗体44に接合されたカラービーズ45を含んでいる。第1の抗体44は、試験試料中のファージ51に選択的に結合する。検出ライン46および対照ライン48は、いずれも試薬ラインであり、それぞれが固定化ゾーンを形成している。すなわち、バクテリオファージまたは他の生物マーカーと適切な様式で相互作用する材料を含んでいる。好ましい実施形態において、相互作用は、バクテリオファージまたは他の生物マーカーを固定化するようなものである。検出ライン46は、固定化された第2の抗体47を含み、抗体ライン46が、ストリップに沿った流れ方向に垂直となり、流れ中のファージの有意な部分を捕捉するのに十分な密度を有している。第2の抗体47もまた、ファージ51に特異的に結合する。第1の抗体44および第2の抗体47は、同一であってもなくてもよい。いずれかがポリクローナルまたはモノクローナル抗体であってもよい。随意で、ストリップ40は、第3の抗体49を含む第2の試薬ライン48を含んでいてもよい。第3の抗体49は、第1および第2の抗体の1つ以上と同一であってもなくてもよい。第2の試薬ライン48は、アッセイが適切に機能するかどうかを調べるための内部標準ゾーンとして機能させてもよい。   FIG. 3 illustrates how an LFI for detecting the presence of phage in a test sample can be implemented using the lateral flow strip 40. A cross-sectional view of the lateral flow strip 40 is shown in FIG. The lateral flow strip 40 preferably includes a sample application pad 41, a conjugate pad 43, a substrate 64 on which a detection line 46 and an internal standard line 48 are formed, and an absorption pad 52, all of which are preferably It is mounted on a backing 62 that is plastic. The substrate 64 is preferably a porous mesh or film. This is created by forming lines 43, 46, and optionally lines 48, on a long sheet of the substrate, and cutting the substrate in a direction perpendicular to these lines to form a plurality of substrates 64. Each conjugate pad 43 includes colored beads 45 joined to a first antibody 44, each referred to herein as a first antibody forming a first antibody-bead conjugate. The first antibody 44 selectively binds to the phage 51 in the test sample. The detection line 46 and the control line 48 are both reagent lines, and each form an immobilization zone. That is, it contains materials that interact in an appropriate manner with bacteriophages or other biomarkers. In a preferred embodiment, the interaction is such that it immobilizes bacteriophages or other biomarkers. The detection line 46 includes an immobilized second antibody 47, which is perpendicular to the flow direction along the strip and has sufficient density to capture a significant portion of the phage in the flow. is doing. The second antibody 47 also specifically binds to the phage 51. The first antibody 44 and the second antibody 47 may or may not be the same. Either may be a polyclonal or monoclonal antibody. Optionally, strip 40 may include a second reagent line 48 that includes a third antibody 49. The third antibody 49 may or may not be the same as one or more of the first and second antibodies. The second reagent line 48 may serve as an internal standard zone for checking whether the assay functions properly.

1滴以上の試験試料50を、図3Aに示すように試料パッドに加える。試験試料50は好ましくは、元の原試料に標的が存在する場合には、親ファージならびに子孫ファージを含んでいる。試験試料は、ストリップの対向端部にある吸収パッド52に向けてラテラルフローストリップ40に沿って流れる。ファージ粒子は共役物パッドに沿って膜に向けて流れる際に、図3Bに示すように、ファージ−ビーズ複合体54を形成する第1の抗体−ビーズ共役物42の1つ以上を取り込む。ファージ−ビーズ複合体は第2抗体47の列46上を移動する際に、図3Cに示すように、固定化され、濃縮された第1の抗体−ビーズ−ファージ−第2の抗体複合体58を形成する。十分なファージ−ビーズ複合体が固定化された第2抗体の列46に結合すると、着色されたライン59が裸眼で視認できるようになる。可視ライン59は、標的細菌が原試料中に存在したことを示す。ラインが形成されない場合には、標的細菌は原試料中に存在しなかったか、あるいはラテラルフローストリップ40で検出できないほど低濃度でしか存在しなかったことになる。この試験の信頼性を得るために、原試料に加える親ファージの濃度は、親ファージ単独では、ラテラルフローストリップ上の可視ラインを形成できるほどの量が存在しないように、十分に低くすべきである。抗体−ビーズ共役物45は、バクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質に相互作用するように設計された調色剤である。抗体−ビーズ共役物45は、固定化ゾーン46に固定化されると、固定化ゾーンに色の変化をもたらす。   One or more drops of test sample 50 are added to the sample pad as shown in FIG. 3A. Test sample 50 preferably includes parental phage as well as progeny phage if the target is present in the original original sample. The test sample flows along the lateral flow strip 40 toward the absorbent pad 52 at the opposite end of the strip. As the phage particles flow toward the membrane along the conjugate pad, they incorporate one or more of the first antibody-bead conjugates 42 that form the phage-bead complex 54, as shown in FIG. 3B. As the phage-bead complex travels over the row 46 of the second antibody 47, the immobilized and concentrated first antibody-bead-phage-second antibody complex 58, as shown in FIG. 3C. Form. When sufficient phage-bead complex is bound to the immobilized second antibody array 46, the colored line 59 becomes visible to the naked eye. Visible line 59 indicates that the target bacterium was present in the original sample. If no line is formed, the target bacteria were not present in the original sample, or were present at such a low concentration that they cannot be detected by the lateral flow strip 40. To obtain the reliability of this test, the concentration of parental phage added to the original sample should be low enough so that the parental phage alone does not have an amount that can form a visible line on the lateral flow strip. is there. Antibody-bead conjugate 45 is a toning agent designed to interact with bacteriophages or biological materials associated with bacteriophages. When antibody-bead conjugate 45 is immobilized in immobilization zone 46, it causes a color change in the immobilization zone.

図6は、本発明に従う標的細菌を検出するための方法の第2の実施形態90を示し、該方法90は感度が向上している。「ファージの添加」、「インキュベート」および「細菌の溶菌」からなるプロセス12,20、およびオプションのプロセス21は、図1に関して記載した対応するプロセスと同じである。オプションプロセス21の後、原試料中に標的細菌に存在する場合には、試験試料はファージ粒子を豊富に含んでいる。   FIG. 6 shows a second embodiment 90 of a method for detecting target bacteria according to the present invention, which method 90 has improved sensitivity. Processes 12, 20 consisting of "addition of phage", "incubation" and "bacterial lysis", and optional process 21, are the same as the corresponding processes described with respect to FIG. After optional process 21, the test sample is rich in phage particles if present in the target bacteria in the original sample.

図6に示すように、第2実施形態90のプロセス94、「ファージの解離」は、ファージ解離剤92を試験試料に添加することを含む。ファージ解離剤92は、ファージ粒子を、個々のカプシドタンパク質およびウィルス核酸を含むそれらの構成成分97に分解する。ファージ解離剤の例としては、酸処理、尿素、変性剤および酵素があげられる。任意の適切なファージ解離剤を用いることができる。このプロセスにおいて、解離されたバクテリオファージ物質97が生産される。   As shown in FIG. 6, the process 94, “phage dissociation” of the second embodiment 90 includes adding a phage dissociator 92 to the test sample. The phage dissociator 92 breaks down the phage particles into their components 97, including individual capsid proteins and viral nucleic acids. Examples of phage dissociating agents include acid treatment, urea, denaturing agents and enzymes. Any suitable phage dissociator can be used. In this process, dissociated bacteriophage material 97 is produced.

図6に示す実施形態のプロセス99「ファージ小成分の検出」は、生物マーカー、すなわち、解離したファージ小成分に関連する解離されたバクテリオファージ物質97を検出することを含む。上記の議論に関して、バクテリオファージ物質は、解離したバクテリオファージ物質と同時に、バクテリオファージに結合したものの両方でありうることを理解すべきである。すなわち、「解離したバクテリオファージ物質」という用語は、もはや全バクテリオファージの一部ではないものをさし、「バクテリオファージに関連した」という用語は、該物質はある時点ではバクテリオファージの一部であったか、バクテリオファージ複製の過程で生産されたものである。プロセス94においてファージ解離剤を使用することによって、プロセス99において検出可能な豊富な個々のカプシドタンパク質97が存在する。第1実施形態と同様に、これらは、確立された抗原−抗体に基づく免疫検定技術を用いて検出することができる。さらに、露出したウィルス遺伝物質は、PCR、遺伝的プローブバイオセンサー、光アプタマー、分子ビーコン、またはゲル電気泳動を含む他の確立された技術を用いて検出することができる。任意の適切なファージ生物マーカー検出方法または装置を用いることができる。   Process 99 “Detection of phage subcomponents” in the embodiment shown in FIG. 6 includes detecting biomarkers, ie, dissociated bacteriophage material 97 associated with dissociated phage subcomponents. With respect to the above discussion, it should be understood that the bacteriophage material can be both dissociated bacteriophage material and bound to the bacteriophage. That is, the term “dissociated bacteriophage substance” refers to something that is no longer part of the total bacteriophage, and the term “associated with bacteriophage” means that the substance is part of the bacteriophage at some point. It was produced during the bacteriophage replication process. By using a phage dissociator in process 94, there are abundant individual capsid proteins 97 detectable in process 99. Similar to the first embodiment, they can be detected using established antigen-antibody based immunoassay techniques. In addition, exposed viral genetic material can be detected using PCR, genetic probe biosensors, photoaptamers, molecular beacons, or other established techniques including gel electrophoresis. Any suitable phage biomarker detection method or apparatus can be used.

試験試料の親ファージの濃度をバックグラウンド検出限界未満に保持することにより、原試料にファージを加え、インキュベートし、ファージ生物マーカーを検出するだけの簡単な方法にすることができる。しかしながら、潜在的な欠点もある。潜在的に低濃度の親ファージは、試験試料における標的細菌に対する親ファージの比が1未満になる条件、すなわち、感染多重度(MOI)が低い条件を生み出してしまう。試験試料中のすべての標的細菌が、高確率で感染されるようにするために、プロセス20におけるインキュベーション時間はたとえば、感染および溶菌のサイクル2回以上と同等の時間など長くすることができる。このように、試験の簡潔性を潜在的に長い試験時間によって埋め合わせる。この潜在的限界は、親ファージに関連するシグナルを排除できるか、より高濃度の親ファージを利用できる(MOIが5を超える)ように著しく減少させることができれば、克服することができる。上記の限界は、生物マーカーとしてカプシドタンパク質を使用するなどして、子孫ファージによるシグナルを増強するか、遺伝的に増強されたファージを用いることによっても、克服することができ、そのいずれも本願で詳細に検討する。   By keeping the concentration of the parent phage of the test sample below the background detection limit, a simple method can be made of adding phage to the original sample, incubating, and detecting the phage biomarker. However, there are also potential drawbacks. A potentially low concentration of parental phage creates conditions where the ratio of parental phage to target bacteria in the test sample is less than 1, ie, a low multiplicity of infection (MOI). In order to ensure that all target bacteria in the test sample are infected with a high probability, the incubation time in process 20 can be increased, for example, equivalent to two or more cycles of infection and lysis. In this way, test simplicity is compensated for by potentially long test times. This potential limitation can be overcome if the signal associated with the parent phage can be eliminated or significantly reduced so that higher concentrations of the parent phage can be utilized (MOI> 5). The above limitations can also be overcome by using a capsid protein as a biomarker to enhance the signal from progeny phage or using genetically enhanced phage, both of which are described herein. Consider in detail.

図7は、試料中の標的細菌を検出するための本発明の第3実施形態100を示し、この実施形態ではより迅速な結果を達成可能である。本願の本実施形態において、原試料と混合する親ファージ102を標識して、タグ印104で示して、試験試料からあとで除去することができ、バクテリオファージを検出する試験試料の部分から単離できるようにするか、さもなくば最初にタグを外した子孫ファージが検出されるシグナルに寄与するように分析に先立って中和する。たとえば、1実施形態において、ビオチン化ファージを親ファージとして使用する。ビオチン化バクテリオファージは、ストレプトアビジンに強力に引きつけられる。この強力な親和性を用いて、以下に検討するように、試験試料から標識した親ファージを後に分離した。標識した親ファージは、たとえば、プローブまたは網目構造物を親バクテリオファージでコーティングするか、またはファージを基板に科学的に結合することにより、物理的基板に付着させることもできる。標識したバクテリオファージは、試験試料から基板を除去することにより、あるいは、基板より分離された試験試料中の部分中のバクテリオファージを検出することにより、子孫バクテリオファージから分離することができる。   FIG. 7 shows a third embodiment 100 of the present invention for detecting target bacteria in a sample, in which a faster result can be achieved. In this embodiment of the present application, the parent phage 102 to be mixed with the original sample is labeled and indicated by the tag 104 and can be later removed from the test sample and isolated from the portion of the test sample that detects bacteriophage Otherwise, or neutralize prior to analysis so that the first untagged progeny phage contributes to the detected signal. For example, in one embodiment, biotinylated phage is used as the parent phage. Biotinylated bacteriophages are strongly attracted to streptavidin. This strong affinity was used to later isolate the labeled parental phage from the test sample, as discussed below. The labeled parental phage can also be attached to a physical substrate, for example, by coating the probe or network structure with the parental bacteriophage, or by chemically binding the phage to the substrate. The labeled bacteriophage can be separated from the progeny bacteriophage by removing the substrate from the test sample or by detecting the bacteriophage in a portion of the test sample separated from the substrate.

本実施形態のプロセス105,107および108,「ファージの添加」、「インキュベート」および「細菌の溶菌」は、それぞれ、プロセス105において原試料に加える親ファージ103の溶液が、標識されたファージ102を含み、したがって、バクテリオファージに曝露されたサンプル109が、細菌外の標識されたファージ102と、細菌内の、非標識子孫ファージ106との両方を含むということ以外は、図1および6のプロセス12,20および21と同じである。したがって、溶菌溶液112は、標識ファージと非標識ファージの両方を含むことになる。プロセス114、「標識したファージの抽出」において、標識された親ファージは、該ファージを試験試料から抽出または実質的に除去する、もしくは親ファージを子孫ファージから単離して、それらが分析されるシグナルに寄与しないようにすることにより、子孫バクテリオファージから分離される。プロセス105において原試料に添加される際に標識された親ファージが物理的基板に付加されている場合には、基板および付随する親ファージは、プロセス114において試験試料から物理的に分離することが好ましい。物理的基板に付加されていないビオチン化ファージもまた、試験試料から迅速に分離または除去することができる。一実施形態において、ストレプトアビジンでコートした磁気ビーズを試験試料に添加し、ここで、ビオチン化親ファージを急速に回収するようにした。その後、磁気を用いて、磁気ビーズを結合した親ファージとともに試験試料から分離および除去する。下記図28に関連する磁気抽出の検討を参照のこと。同様に、別の実施形態において、ストレプトアビジンでコートした網を試験試料を通して攪拌し、試験試料からビオチン化親ファージの実質的に全部を回収する。網以外の他の物理的基板またはプローブを用いてもよい。別の実施形態において、ラテラルフロー装置を用いた。抗体ストリップ46の前の網基板64の部分66(図4)にストレプトアビジンを含浸させ、網の遷移をコーティングする。ストレプトアビジンでコートした網を回収し、抗体ストリップ46に到達する前に親ファージを部分66に結合させることにより標識した親ファージを固定化する。子孫ファージは、ストレプトアビジンに結合せず、したがって、ストリップを自由に流下し、視覚的に検出された。同様に、試験試料を滴下する試料パッド41のように、ラテラルフロー装置の他の部分もストレプトアビジンでコーティングまたは含浸させることができる。   In the processes 105, 107 and 108, “addition of phage”, “incubation” and “bacterial lysis” of the present embodiment, the solution of the parent phage 103 added to the original sample in the process 105 is labeled with the labeled phage 102, respectively. 1 and 6 except that the sample 109 contained and thus exposed to the bacteriophage contains both labeled phage 102 outside the bacteria and unlabeled progeny phage 106 inside the bacteria. , 20 and 21. Therefore, the lysis solution 112 will contain both labeled and unlabeled phage. In process 114, “extraction of labeled phage”, the labeled parent phage extracts the phage from the test sample or substantially removes it, or isolates the parent phage from the progeny phage and signals that are analyzed. It is separated from the progeny bacteriophage by making no contribution to. If the labeled parent phage is added to the physical substrate when added to the original sample in process 105, the substrate and associated parent phage can be physically separated from the test sample in process 114. preferable. Biotinylated phage that have not been added to the physical substrate can also be rapidly separated or removed from the test sample. In one embodiment, streptavidin-coated magnetic beads were added to the test sample, where the biotinylated parental phage was rapidly recovered. The magnet is then used to separate and remove from the test sample along with the parental phage to which the magnetic beads are bound. See the magnetic extraction discussion associated with FIG. 28 below. Similarly, in another embodiment, a streptavidin-coated mesh is agitated through the test sample to recover substantially all of the biotinylated parental phage from the test sample. Other physical substrates or probes other than the net may be used. In another embodiment, a lateral flow device was used. The portion 66 (FIG. 4) of the mesh substrate 64 in front of the antibody strip 46 is impregnated with streptavidin to coat the mesh transition. The streptavidin-coated screen is collected and the labeled parental phage is immobilized by binding the parental phage to portion 66 before reaching the antibody strip 46. Progeny phage did not bind to streptavidin and therefore flowed down the strip freely and was detected visually. Similarly, other parts of the lateral flow device can be coated or impregnated with streptavidin, such as a sample pad 41 to which a test sample is dropped.

ここに記載する方法は、親ファージを標識し、その後、試験試料中からこれを除去するか、該試験試料内で分離するという上記の例に限定されることはない。   The methods described herein are not limited to the above example of labeling the parent phage and then removing it from or separating within the test sample.

図7に示す実施形態のプロセス116、「ファージの検出」は、原試料中に存在する標的細菌に対する代理マーカーとしての子孫ファージに関連する生物マーカーを検出するために、試験試料を分析するためのものである。本実施形態で使用する検出手段は、それぞれ図1および6に図示する実施形態10および90のプロセス28および29に関して記載したものと同じである。先の実施形態と同様に、任意の適切な検出方法または装置を用いることができる。   Process 116 of the embodiment shown in FIG. 7, “Detection of phage” is for analyzing a test sample to detect biomarkers associated with progeny phage as surrogate markers for target bacteria present in the original sample. Is. The detection means used in this embodiment is the same as described with respect to processes 28 and 29 of embodiments 10 and 90 illustrated in FIGS. 1 and 6, respectively. As with the previous embodiment, any suitable detection method or apparatus can be used.

図8は、試料中の標的細菌を測定するための方法の第4実施形態120を示し、該方法120においては、より迅速な結果を達成でき、感度が向上している。実施形態120は、実施形態90および100で教示した方法の組み合わせである。プロセス105、107、108および114は、実施形態100で教示し、図7に図示したもの、すなわち「ファージの添加」、「インキュベート」、随意で「細菌の溶菌」および「標識したファージの検出」とそれぞれ同じである。具体的には、実施形態120は、プロセス105における標識した親ファージとプロセス114における親ファージ除去または分離を組み合わせたものである。   FIG. 8 shows a fourth embodiment 120 of a method for measuring target bacteria in a sample, in which more rapid results can be achieved and sensitivity is improved. Embodiment 120 is a combination of the methods taught in embodiments 90 and 100. Processes 105, 107, 108 and 114 are taught in embodiment 100 and illustrated in FIG. 7, ie “addition of phage”, “incubation”, optionally “bacterial lysis” and “detection of labeled phage”. Are the same. Specifically, embodiment 120 is a combination of labeled parent phage in process 105 and parent phage removal or separation in process 114.

プロセス121、「ファージの解離」において、実施形態90のプロセス94に教示され、図6に図示されるようにして、ファージ解離剤122を、試験試料124に添加する。好ましい実施形態において、標識した親ファージを、プロセス121においてファージ解離剤に暴露されないように単に分離するのではなく、プロセス114において試験試料から物理的に除去する。このようにして、試験試料124は、子孫ファージだけを含み、解離された試験試料126は、子孫ファージのみからのカプシドタンパク質128などの生物マーカー物質を含むことになる。このようにして、ファージカプシドタンパク質128の解離に関連する増幅が、プロセス107のファージ増幅と合わさって、全増幅が大幅に増大する。たとえば、ファージ増幅プロセスが、細菌あたり1000の増幅を与え、ファージが、100コピーの特定のカプシドタンパク質を有する場合には、組み合わせ増幅は、試験試料中で感染した標的細菌あたり10×10または10となる。親ファージを除去しない場合には、全増幅は、プロセス107でおこるファージ増幅だけ、すなわち、10になるが、これは、ファージの解離によっておこる増幅が、親ファージと子孫ファージの両方にたいして起こり、第2の増幅プロセスを相殺するためである。 In process 121, “Phage dissociation”, a phage dissociator 122 is added to the test sample 124 as taught in process 94 of embodiment 90 and illustrated in FIG. In a preferred embodiment, the labeled parent phage is physically removed from the test sample in process 114, rather than simply separated so that it is not exposed to the phage dissociator in process 121. In this way, test sample 124 will contain only progeny phage and dissociated test sample 126 will contain biomarker material such as capsid protein 128 from only the progeny phage. In this way, amplification associated with dissociation of phage capsid protein 128, combined with phage amplification of process 107, greatly increases total amplification. For example, if the phage amplification process gives 1000 amplifications per bacterium and the phage has 100 copies of a particular capsid protein, combinatorial amplification is 10 3 × 10 2 per target bacterium infected in the test sample or 10 5 If the parent phage is not removed, the total amplification will be only the phage amplification occurring in process 107, ie 10 3 , which means that the amplification caused by phage dissociation occurs for both parent and progeny phages, This is to cancel the second amplification process.

図6に示す実施形態120の「ファージ小成分の検出」プロセス130は、好ましくは、前出の実施形態のプロセス28,99および116のいずれかと同一である。   The “detect phage subcomponent” process 130 of embodiment 120 shown in FIG. 6 is preferably identical to any of the processes 28, 99 and 116 of the previous embodiment.

図9は、標的細菌を検出し、存在する場合にはそれが1つ以上の抗生物質に耐性をもつかどうかを判定するために本発明の任意の実施形態を用いることができる、方法140を示す。標的細菌を含有する可能性のある試料142を、144で示す第1試料Aと、145で示す第2試料Bの2つに分ける。第1の抗生物質146を試料Bに加え、ここで、試料B中の標的細菌は、第1の抗生物質に耐性が無ければ殺される。試料AおよびBを148および149において分析し、それぞれの生きた標的細菌の存在を検出し、結果Aおよび結果Bを与える。本発明において教示するいずれの方法も、これらの分析のために用いることができる。結果Aが陽性であれば、標的細菌が元の試料に存在することを示す。結果Bも陽性であれば、標的細菌が第1の抗生物質に耐性であることを示す。一方、結果Bが陰性であれば、標的細菌は第1の抗生物質に耐性でないことを示す。ある範囲の抗生物質のいずれかに対する抗生物質耐性を同時にスクリーニングするために、標的細菌に対する分析に先立って、試料Bにすべての関心のある抗生物質を矩泡得る。標的細菌が純粋試料と抗生物質で処理した試料の両方で検出されると、試料中の標的細菌が加えた抗生物質の1つの耐性であることを示す。このプロセスは、細菌の抗生物質または他の除染装置に対する感受性を判定するために用いることもできる。また、細菌除染プロセスが成功したかどうかを調べるために用いることもできる。試料を対照部分と試験部分に分けることにより、細菌学的方法および物質の有効性を調べることができる。当業者であれば、生きた細菌が存在するかどうかを判定することが望ましいほぼすべての場合において、本発明のプロセスを用いることができることを理解するであろう。   FIG. 9 illustrates a method 140 in which any embodiment of the present invention can be used to detect a target bacterium and, if present, determine whether it is resistant to one or more antibiotics. Show. The sample 142 that may contain the target bacteria is divided into a first sample A indicated by 144 and a second sample B indicated by 145. First antibiotic 146 is added to sample B, where the target bacteria in sample B are killed if they are not resistant to the first antibiotic. Samples A and B are analyzed at 148 and 149 to detect the presence of their respective live target bacteria, giving results A and B. Any method taught in the present invention can be used for these analyses. A positive result A indicates that the target bacteria are present in the original sample. If the result B is also positive, it indicates that the target bacterium is resistant to the first antibiotic. On the other hand, if the result B is negative, it indicates that the target bacterium is not resistant to the first antibiotic. In order to simultaneously screen for antibiotic resistance to any of a range of antibiotics, sample B can be foamed with all antibiotics of interest prior to analysis against the target bacteria. If the target bacteria are detected in both the pure sample and the sample treated with antibiotics, it indicates that the target bacteria in the sample are resistant to one of the added antibiotics. This process can also be used to determine the susceptibility of bacterial antibiotics or other decontamination equipment. It can also be used to determine if the bacterial decontamination process was successful. By dividing the sample into a control part and a test part, bacteriological methods and the effectiveness of the substance can be examined. One skilled in the art will appreciate that the process of the present invention can be used in almost all cases where it is desirable to determine whether live bacteria are present.

図12〜図18は、検出プロセス28,99,116および130の別の実施形態を示す。このプロセスは、SILAS表面220を用いる。SILAS表面220は、随意で付加ポリマー224で覆ったコーティング222を有していてもよい半導体または絶縁体ウェハ221からなる。技術上周知のように、SILAS表面は、特定の光波長を反射し、干渉により別のものを減衰するように設計されている。これらの表面は、光と、表面上に形成されたフィルムとの直接相互作用によって可視シグナルを発生する。薄いフィルムは、光学コーティングを含むか、および/または表面への特定の標的分子の結合によって創出される生物フィルムである。光の光路が表面上に蓄積した生物量によって延長されるために、陽性の結果は通常は、金色から紫色への色変化として認められる。フィルムの厚みと屈折率によって、観察される個々の色および陰影が決まる。一般に、入射光と同位相の表面上から反射した光の波長が加わるか、建設的干渉を受けて、視認できるようになる。入射光とは異なる位相の表面から反射する波長は、相殺的干渉によって減衰されて、フィルムから浮上することはない。好ましくは、ウェハ221はケイ素からなり、光学コーティングは窒化ケイ素からなり、付加ポリマーは疎水性ポリマーからなる。図13〜図16は、付加ポリマー224の表面上の実質的に均一に分配された多数の抗体/ファージ/抗体共役物231を示す、単一の大きく拡大された該構造物を利用して、SILAS表面をいかにして、ファージマーカーの存在を示すために用いるかを示した図である。図13において、カプシドタンパク質などのファージマーカーに特異的な第1抗体228を、付加ポリマーに付加して、該ポリマーの表面225を固定化ゾーンにする。試料溶液を表面224に接触させる。指定のファージ生物マーカー230が存在すれば、該マーカーは図14に示すように第1抗体228に付加する。図15において、生物マーカーが存在すれば、第2検出抗体232が表面224に接触されて、生物マーカー230に付加する。第2抗体232を、セイヨウワサビペルオキシダーゼ(HRP)またはアルカリホスファターゼなどの反応試薬で標識する。そして、3,3’,5,5’テトラメチルベンジジン(TMB)などの酵素を表面に塗布し(236)、該酵素はHRPと反応して沈殿238を形成し、これが被膜層240(図16)を形成して、表面の色を変える。図16に示すように、表面245上に衝突した光242は、被膜層240が存在するか否かによって、244および246に示すように様々に反射する。このようにして、反応試薬で標識された第2抗体232と、酵素と、バクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質と相互作用する調光剤235に対する光学コーティング222との組み合わせ、すなわちバクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質の存在によって、固定化ゾーン225の色変化がもたらされる。   FIGS. 12-18 illustrate another embodiment of the detection process 28, 99, 116 and 130. This process uses a SILAS surface 220. The SILAS surface 220 consists of a semiconductor or insulator wafer 221 that may have a coating 222 optionally covered with an additional polymer 224. As is well known in the art, SILAS surfaces are designed to reflect certain light wavelengths and attenuate others by interference. These surfaces generate a visible signal by direct interaction of light with the film formed on the surface. A thin film is a biofilm that includes an optical coating and / or is created by the binding of specific target molecules to a surface. A positive result is usually seen as a color change from gold to purple because the optical path of light is extended by the biomass accumulated on the surface. The thickness and refractive index of the film determine the individual colors and shading that are observed. In general, the wavelength of light reflected from the surface having the same phase as the incident light is added or received by constructive interference so that it can be visually recognized. Wavelengths reflected from surfaces that are out of phase with the incident light are attenuated by destructive interference and do not float from the film. Preferably, the wafer 221 is made of silicon, the optical coating is made of silicon nitride, and the addition polymer is made of a hydrophobic polymer. FIGS. 13-16 utilize a single, greatly enlarged structure showing a number of substantially uniformly distributed antibody / phage / antibody conjugates 231 on the surface of addition polymer 224, FIG. 5 shows how the SILAS surface is used to indicate the presence of phage markers. In FIG. 13, a first antibody 228 specific for a phage marker such as a capsid protein is added to an addition polymer, leaving the surface 225 of the polymer as an immobilization zone. A sample solution is brought into contact with surface 224. If the designated phage biomarker 230 is present, the marker is added to the first antibody 228 as shown in FIG. In FIG. 15, if a biomarker is present, the second detection antibody 232 is brought into contact with the surface 224 and added to the biomarker 230. The second antibody 232 is labeled with a reaction reagent such as horseradish peroxidase (HRP) or alkaline phosphatase. Then, an enzyme such as 3,3 ′, 5,5 ′ tetramethylbenzidine (TMB) is applied to the surface (236), and the enzyme reacts with HRP to form a precipitate 238, which forms the coating layer 240 (FIG. 16). ) To change the color of the surface. As shown in FIG. 16, the light 242 impinging on the surface 245 is variously reflected as indicated by 244 and 246 depending on whether or not the coating layer 240 is present. In this way, the combination of the second antibody 232 labeled with the reaction reagent, the enzyme and the optical coating 222 to the light modulating agent 235 that interacts with the bacteriophage or biological material associated with the bacteriophage, ie bacteriophage or The presence of biological material associated with the bacteriophage causes a color change in the immobilization zone 225.

図17および図18は、陰性の結果に対する被膜層240なしのSILAS表面(図17)と、陽性の結果に対する被膜層240ありのSILAS表面(図18)との間の反射率の違いを示したものである。反射率は、陰性結果に対しては橙色から赤色の波長において高くなって金色をもたらし、陽性結果に対しては、深青波長において高くなって紫色をもたらした。SILAS表面は、Thermo Electron Corporation,81Wyman Street,Waltham,MA 02454−9046より入手可能である。SILASプロセスの説明については、インターネット上のThermo Electron Corporationのウェブサイト、http://www.thermo.com.などで入手できる。   FIGS. 17 and 18 show the difference in reflectance between the SILAS surface without the coating layer 240 for negative results (FIG. 17) and the SILAS surface with the coating layer 240 for positive results (FIG. 18). Is. The reflectivity was higher at orange to red wavelengths for negative results and resulted in gold, and for positive results was higher at deep blue wavelengths and resulted in purple. The SILAS surface is available from Thermo Electron Corporation, 81 Wyman Street, Waltham, MA 02454-9046. For a description of the SILAS process, see the Thermo Electron Corporation website on the Internet, http: // www. thermo. com. Etc.

図19は、微生物を検出するための例示的試験キット254を、試験キットを用いるための典型的な説明書とともに示したものである。図20も参照のこと。試験キット254は好ましくは、緩衝溶液258の容器256と、反応容器260と、保護ケース263に封入された1つ以上の検出要素266(図20)と、該キットを使用するための説明書270と、前出のキット部品を保持するための容器272とを含む。保護ケース263は、細菌が存在しない場合に予想される結果267を示す対照検出要素276を含んでいてもよい。たとえば、検出要素がラテラルフローストリップであれば、対照検出要素は、細菌が全く存在しないバクテリオファージの対照試料が塗布された同じラテラルフローストリップとするとよい。反応容器260は、容器本体267と、容器蓋264とを含む。好ましくは、反応容器本体は、瓶267であり、反応容器蓋は瓶キャップ264である。反応容器260はファージ268を含む。ファージ268は、好ましくは反応容器本体267の内壁269に付加された所定量のファージからなる。キャップ264は、好ましくは、瓶267の上部のネジと螺合する内ネジ262を有するネジ式キャップである。キャップ264は、好ましくは、所定の大きさの液滴を放出するように設計された滴下ヘッドである、ディスペンサ265を含むことが好ましい。本実施形態において、検出要素266はラテラルフローストリップ266であるが、図12〜16に関して説明したように、SILAS表面要素であってもよい。フローストリップ266は、試料パッド274(図20)と、検出ウィンドウ278とを含む。好ましくは、容器272は、試験キット部品の保持と試験終了後の便利な処分容器の2つの役割をはたすプラスチックバッグ272からなる。   FIG. 19 shows an exemplary test kit 254 for detecting microorganisms, along with typical instructions for using the test kit. See also FIG. Test kit 254 preferably includes a container 256 of buffer solution 258, a reaction container 260, one or more detection elements 266 (FIG. 20) enclosed in a protective case 263, and instructions 270 for using the kit. And a container 272 for holding the kit parts described above. The protective case 263 may include a control detection element 276 that indicates the expected result 267 in the absence of bacteria. For example, if the detection element is a lateral flow strip, the control detection element may be the same lateral flow strip coated with a bacteriophage control sample free of any bacteria. The reaction vessel 260 includes a vessel body 267 and a vessel lid 264. Preferably, the reaction vessel body is a bottle 267 and the reaction vessel lid is a bottle cap 264. Reaction vessel 260 contains phage 268. The phage 268 is preferably composed of a predetermined amount of phage added to the inner wall 269 of the reaction vessel main body 267. The cap 264 is preferably a threaded cap having an internal thread 262 that threadably engages the thread on the top of the bottle 267. The cap 264 preferably includes a dispenser 265, which is preferably a drip head designed to eject a predetermined size drop. In this embodiment, the sensing element 266 is a lateral flow strip 266, but may be a SILAS surface element as described with respect to FIGS. The flow strip 266 includes a sample pad 274 (FIG. 20) and a detection window 278. Preferably, the container 272 comprises a plastic bag 272 that serves the dual role of holding the test kit parts and a convenient disposal container after completion of the test.

図20は、試験キット254を使用するための例示的説明書組270を示す。説明書270は、好ましくは、試験手順を示す文字および図を印刷した紙のシートからなる。説明書270は、微生物を検出するための例示的方法280も説明する。方法280は、プロセス281,282,284および286を含む。第1プロセス281において、キャップ264および滴下ヘッド265を外すことにより、反応瓶267をあけ、5ミリリットル(mL)の試料を加える。次に緩衝溶液258を加える。プロセス282において、滴下ヘッド265および瓶267上のキャップ264を戻し、蓋をした反応容器260を好ましくは例えば1分間などの所定時間だけ攪拌した後、好ましくは例えば1時間などの所定の時間量だけ放置することにより溶液をインキュベートする。キャップ264を取り外し、所定量のインキュベート後の試料を試料パッド278上に放出する。そして使用者は例えば3分間などの所定の時間量だけ待つ。プロセス286において、使用者は検出ウィンドウ278を覗いて結果を見る。先に検討したように、試料が試験キットが特定する細菌を含んでいれば、青などの第1の色の第1ライン288が現れる。第1の色のラインが現れない場合には、試験結果は陰性である。随意で、試験が有効であることを示すように、第2の色の第2ライン290が出現することが好ましい。第1ライン288は、図3の試薬ライン46に相当し、第2ライン290は、図3の内部標準ゾーン48に相当する。対照検出要素276(図19)を用いて、第1ライン288を対照ライン277と比較して試験が陽性または陰性のいずれであるかを判定するようにしてもよい。たとえば、第1ライン288が対照ライン277よりも明らかに深い青色であれば、陽性結果であることがわかる。   FIG. 20 shows an exemplary set of instructions 270 for using the test kit 254. The instructions 270 preferably consist of a sheet of paper on which letters and diagrams indicating the test procedure are printed. Instruction 270 also describes an exemplary method 280 for detecting microorganisms. Method 280 includes processes 281, 282, 284 and 286. In the first process 281, the reaction bottle 267 is opened by removing the cap 264 and the drip head 265 and a 5 milliliter (mL) sample is added. Then buffer solution 258 is added. In process 282, the dripping head 265 and the cap 264 on the bottle 267 are returned and the capped reaction vessel 260 is preferably stirred for a predetermined time, such as 1 minute, and then preferably for a predetermined amount of time, such as 1 hour. Incubate the solution by allowing to stand. The cap 264 is removed and a predetermined amount of the incubated sample is released onto the sample pad 278. The user then waits for a predetermined amount of time, for example 3 minutes. In process 286, the user looks through the detection window 278 to see the results. As discussed above, if the sample contains bacteria identified by the test kit, a first line 288 of the first color such as blue appears. If the first color line does not appear, the test result is negative. Optionally, it is preferred that a second line 290 of the second color appears to indicate that the test is valid. The first line 288 corresponds to the reagent line 46 of FIG. 3, and the second line 290 corresponds to the internal standard zone 48 of FIG. Control detection element 276 (FIG. 19) may be used to compare first line 288 with control line 277 to determine whether the test is positive or negative. For example, if the first line 288 is clearly deeper blue than the control line 277, a positive result is known.

図21は、感染プロセスの所望の特性を強化するように遺伝的に修飾されたバクテリオファージ302を用いた、本発明に従う例示的アッセイ300を示す。ここで「遺伝的に修飾されたバクテリオファージ」とは、DNAが何らかの方法で修飾または操作されたバクテリオファージと、特定の特性を増強するように選択的に繁殖されたバクテリオファージの両方を含む。所望の特性としては、バースト容積、バースト時間、および感染性などがあげられる。バースト容積とは、複製されるファージの量であり、バースト時間とは、ファージが標的細菌を破裂させるまでの時間であり、感染性とは、感染細菌におけるファージの有効性、すなわち、所定量のファージによって感染される利用可能な細菌の百分率である。ファージは、上記所望の特性および/または他の所望の特性の1つ以上を強化するように遺伝的に修飾されていてもよいし。図21に示すように、遺伝的に修飾されたファージ302を用いて、非修飾ファージの場合と同様に微生物の検出を行う。すなわち、ある量、好ましくは検出限界未満の遺伝的に修飾されたファージ302を、宿主微生物304の試料に加え(303)、感染させ、インキュベートし(305)、ファージ子孫を発生させ(306)、これを検出する(307)。親ファージ302は、感染プロセスの特性を強化するように遺伝的に改変されているので、検出は、より迅速に、より感度よく、および/またはより信頼性高くすることができる。   FIG. 21 illustrates an exemplary assay 300 according to the present invention using a bacteriophage 302 that has been genetically modified to enhance the desired properties of the infection process. As used herein, “genetically modified bacteriophage” includes both bacteriophages whose DNA has been modified or manipulated in some way and bacteriophages that have been selectively propagated to enhance certain properties. Desired properties include burst volume, burst time, and infectivity. The burst volume is the amount of phage that replicates, the burst time is the time it takes for the phage to rupture the target bacteria, and the infectivity is the effectiveness of the phage in the infected bacteria, i.e. a given amount of Percentage of available bacteria infected by phage. The phage may be genetically modified to enhance one or more of the desired properties and / or other desired properties. As shown in FIG. 21, a genetically modified phage 302 is used to detect microorganisms as in the case of unmodified phage. That is, an amount, preferably less than the limit of detection, of genetically modified phage 302 is added to a sample of host microorganism 304 (303), infected and incubated (305), generating phage progeny (306); This is detected (307). Since parental phage 302 has been genetically modified to enhance the characteristics of the infection process, detection can be made faster, more sensitive, and / or more reliable.

図22は、タンパク質などの検出可能な生物マーカーを過剰発現するように遺伝的に修飾されたバクテリオファージ312を用いた、本発明に従う例示的アッセイ310を示したものである。図22に示すように、遺伝的に修飾されたファージ312を用いて、非修飾ファージの場合と同様に微生物の検出を行う。すなわち、ある量、好ましくは検出限界未満の遺伝的に修飾されたファージ312を、宿主微生物314の試料に加え(313)、感染させ、インキュベートし(315)、ファージ子孫を発生させ(316)、これを検出する(317)。親ファージ302は、検出可能な生物マーカーを過剰発現するように遺伝的に改変されているので、この生物マーカーはより容易に検出され、したがって、検出は、より迅速に、より感度よく進み、すなわち、より低いレベルの細菌を検出することができる。あるいは、これにより親ファージの使用量を少なくすることができる。   FIG. 22 shows an exemplary assay 310 according to the present invention using a bacteriophage 312 genetically modified to overexpress a detectable biomarker such as a protein. As shown in FIG. 22, a genetically modified phage 312 is used to detect microorganisms as in the case of an unmodified phage. That is, an amount, preferably less than the limit of detection, of genetically modified phage 312 is added to a sample of host microorganism 314 (313), infected and incubated (315) to generate phage progeny (316); This is detected (317). Since parental phage 302 is genetically modified to overexpress a detectable biomarker, this biomarker is more easily detected, and thus detection proceeds faster and more sensitively, ie , Lower levels of bacteria can be detected. Alternatively, the amount of parent phage used can be reduced.

図23は、酵素を発現するように遺伝的に修飾されたバクテリオファージバクテリオファージを用いた、本発明に従う例示的アッセイ331を示したものである。図23に示すように、ある量、好ましくは検出限界未満の遺伝的に修飾されたファージ322を、宿主微生物324の試料に加え(323)、感染させ、インキュベートし(325)、酵素を発生させる(326)。細菌は溶菌してもしなくてもよい。基板328を加え(327)、これが酵素と反応して(329)、酵素生成物330また他の酵素作用を与えるので、これを検出する。この遺伝的修飾により、より容易に実施でき、より迅速および/または高感度で進行できるか、親ファージの使用量を少なくできる代替検出方法を与えることができる。   FIG. 23 shows an exemplary assay 331 according to the present invention using a bacteriophage genetically modified to express an enzyme. As shown in FIG. 23, an amount, preferably less than the limit of detection, of genetically modified phage 322 is added to a sample of host microorganism 324 (323), infected, incubated (325), and the enzyme is generated. (326). Bacteria may or may not be lysed. Substrate 328 is added (327), which reacts with the enzyme (329) to provide enzyme product 330 or other enzymatic action, which is detected. This genetic modification can provide an alternative detection method that can be performed more easily, can proceed more rapidly and / or with high sensitivity, or can reduce the amount of parental phage used.

図24は、カプシドタンパク質上に標的を発現するように遺伝的に修飾されたバクテリオファージバクテリオファージを用いた、本発明に従う例示的アッセイを示したものである。図24に示すように、すなわち、ある量、好ましくは検出限界未満の遺伝的に修飾されたファージ332を、宿主微生物334の試料に加え(333)、感染させ、インキュベートし(355)、カプシドタンパク質335の表面上に生物マーカー336を含んだファージ子孫を発生させ(338)る。生物マーカーは、カプシドの外側にあるので、他のマーカーよりも容易に検出しうるか、および/またはファージ解離プロセスなしで検出することができ、検出速度の向上を図れる。   FIG. 24 shows an exemplary assay according to the present invention using a bacteriophage genetically modified to express a target on a capsid protein. As shown in FIG. 24, ie, an amount, preferably less than the limit of detection, of genetically modified phage 332 is added to a sample of host microorganism 334 (333), infected, incubated (355), and capsid protein A phage progeny containing the biomarker 336 on the surface of 335 is generated (338). Since the biomarker is outside the capsid, it can be detected more easily than other markers and / or can be detected without a phage dissociation process, and the detection speed can be improved.

(3.実施例)
(A.ラテラルフロー実施例)
以下の実施例において、図1のプロセスにおけるE.coliの検出のためにMS2ファージを用いる。図3および4に示すようなラテラルフローストリップを、MS2ファージに特異的に結合するポリクローナル抗体を用いて調製する。
(3. Example)
(A. Lateral flow example)
In the following examples, E.E. in the process of FIG. MS2 phage is used for detection of E. coli. Lateral flow strips as shown in FIGS. 3 and 4 are prepared using a polyclonal antibody that specifically binds to MS2 phage.

ラテラルフローストリップのMS2検出限界の決定−バクテリオファージMS2(ATCC15597−B1)は、コンフルーエントプレート上の感染E.coli(ATCC15597)細胞から調製した。この調製からの生きたMS2の濃度は、プラークアッセイによって2×10pfu/mLであった。このMS2ストックを、1×10pfu/mLから1×10pfu/mLの範囲を与えるように系列希釈した。MS2は、ラテラルフローストリップを用いて検出した。結果を表2に示す。 Determination of MS2 detection limit for lateral flow strips-Bacteriophage MS2 (ATCC 15597-B1) was used for infection with E. coli on confluent plates. E. coli (ATCC 15597) cells. The concentration of live MS2 from this preparation was 2 × 10 7 pfu / mL by plaque assay. This MS2 stock was serially diluted to give a range of 1 × 10 7 pfu / mL to 1 × 10 5 pfu / mL. MS2 was detected using a lateral flow strip. The results are shown in Table 2.

Figure 0004578478
線強度は、試料をラテラルフローストリップに流してから15分後に目視で判定した。線強度は、最大線強度を示す「++」から、線を検出できない「−」までの尺度範囲上でランク付けした。「+/−」は、かろうじて検出可能な線を示す。このアッセイの結果は、上記試験のために調製したラテラルフローストリップ上でのMS2の検出限界が、1×10pfu/mLであることを示している。
Figure 0004578478
The line strength was visually determined 15 minutes after flowing the sample through the lateral flow strip. The line intensity was ranked on a scale range from “++” indicating the maximum line intensity to “−” where no line was detected. “+/−” indicates a barely detectable line. The results of this assay indicate that the detection limit of MS2 on the lateral flow strip prepared for the above test is 1 × 10 6 pfu / mL.

E.coli検出限界と全試験時間の決定−飽和培養からのE.coli(ATCC15597)を希釈して、1×10,1×10,1×10,1×10,1×10,1×10,および1×10細胞/mLの濃度を有する原試料を作製した。各原試料にMS2を加えて、1×10pfu/mLのMS2濃度を有する試験試料を与えた。試験試料を、37°Cで1時間から5時間インキュベートした。インキュベーション後、試験試料を、親MS2濃度が確立された検出限界未満の1×10pfu/mLとなるように10:1希釈した。次に、ラテラルフローストリップを用いて試験試料を分析した。結果を表3に示す。 E. E. coli detection limits and determination of total test time-E. coli from saturated cultures E. coli (ATCC 15597) is diluted to a concentration of 1 × 10 8 , 1 × 10 7 , 1 × 10 6 , 1 × 10 5 , 1 × 10 4 , 1 × 10 3 , and 1 × 10 2 cells / mL. An original sample was prepared. MS2 was added to each original sample to give a test sample with an MS2 concentration of 1 × 10 6 pfu / mL. Test samples were incubated at 37 ° C for 1 to 5 hours. After incubation, the test samples were diluted 10: 1 so that the parent MS2 concentration was 1 × 10 5 pfu / mL below the established detection limit. The test sample was then analyzed using a lateral flow strip. The results are shown in Table 3.

Figure 0004578478
これらの結果は、開示した発明を用いて、4時間後に100個のE.coli細胞を検出できたことを示す。より高いレベルのE.coli(1×10細胞以上)が1時間後に検出可能である。
Figure 0004578478
These results show that 100 E. coli after 4 hours using the disclosed invention. It shows that E. coli cells could be detected. A higher level of E. coli. E. coli (1 × 10 5 cells or more) can be detected after 1 hour.

同様に、上述のラテラルフローストリッププロセスは、PRD−1バクテリオファージを用いて豚コレラ菌(salmonella choleraesuis)を、ガンマファージを用いて炭疽菌(bacillus anthracis)を、また、B−30バクテリオファージを用いて第8群ストレプトコッカスを検出するためにもうまく使用できた。   Similarly, the lateral flow strip process described above uses PRD-1 bacteriophage with Salmonella choleraesu, gamma phage with Bacillus anthracis, and B-30 bacteriophage. It was successfully used to detect Group 8 Streptococcus.

(B.SILAS表面実施例)
方法:Thermo Electron Corporation,81 Wyman Street,Waltham,MA 02454−9046において開発された標準的な方法を用いて、コーティングされた表面と、HRP共役抗体を調製した。簡単に説明すると、表面を4ug/mlウサギ抗MS2抗体を含むHEPESバッファ(pH7.8)の溶液中で、48時間コーティングした。コーティング後、ウェハを洗浄し、糖:タンパク質保存剤でオーバーコートし、7mm四方のチップに分離した。
(B. SILAS surface embodiment)
Methods: Coated surfaces and HRP-conjugated antibodies were prepared using standard methods developed in Thermo Electron Corporation, 81 Wyman Street, Waltham, MA 02454-9046. Briefly, the surface was coated in a solution of HEPES buffer (pH 7.8) containing 4 ug / ml rabbit anti-MS2 antibody for 48 hours. After coating, the wafer was washed, overcoated with a sugar: protein preservative, and separated into 7 mm square chips.

共役化は、Nakaeの方法のThermo Electron modificationに従って進めた。過酸化ナトリウムを用いてHRPを活性かして、無水物をタンパク質の炭水化物部分上に導入した。活性化したHRPとウサギ抗MS2抗体を混合し、インキュベートした。共役物は、ホウ化水素ナトリウムを加えて、Sciff塩基を減らすことにより安定化した。   Conjugation proceeded according to Nakae's method Thermo Electron modification. Sodium peroxide was used to activate the HRP to introduce the anhydride onto the carbohydrate portion of the protein. Activated HRP and rabbit anti-MS2 antibody were mixed and incubated. The conjugate was stabilized by adding sodium borohydride to reduce Sciff base.

与えられたMS2の検出能力を調べるための試験を行った。最初の形式では、同期および連続形式の両方を含んでいた。同期形式は、試料と共役物(共役物希釈物中1:100に希釈)を混合することと、コーティングされたOIAチップの表面に試料を加えることで構成した。インキュベーションに続いて、表面を洗浄して乾燥させた後、酵素基板(TMB)を加えた。1回目および2回目のインキュベーションは、5分間または10分間、平衡に保った。連続アッセイは、試料と共役物を混合せずに、個別にチップに加えたこと以外は、同期形式と同様に行った。インキュベーション工程は、洗浄とブロッティング工程に分割した。連続アッセイは、すべての工程に対して10分間のインキュベーションを用いた。   A test was conducted to determine the detectability of a given MS2. The first form included both synchronous and continuous forms. The synchronous format consisted of mixing the sample and conjugate (diluted 1: 100 in conjugate dilution) and adding the sample to the surface of the coated OIA chip. Following incubation, the surface was washed and dried, and then an enzyme substrate (TMB) was added. The first and second incubations were equilibrated for 5 or 10 minutes. The continuous assay was performed in the same manner as the synchronous format except that the sample and conjugate were not mixed and added individually to the chip. The incubation step was divided into washing and blotting steps. The continuous assay used a 10 minute incubation for all steps.

結果:ここに記載する非最適化方法は、明らかに10においてMS2試料を検出することができたが、結果は10に対して混合していた。すべての場合における色変化は、深金橙から深紫であった。同時形式を用いて、弱く、かろうじて視認できる結果が、2回の10分間インキュベーションを用いて非希釈試料において検出された。連続方法を用いて、検出されるシグナルは10においてより強かった。3回の10分間インキュベーションによって、10シグナルは明確になり、10シグナルが視認できるようになったが、非常に弱かった。系列希釈は、10試料を、2倍希釈を用いて生理食塩水中に希釈することによって行った。陽性の結果が、10試料の1:16希釈まで検出された。これは、6.25×10と略等しい。 Results: The non-optimized method described here could clearly detect MS2 samples at 10 7 , but the results were mixed for 10 4 . The color change in all cases was from deep gold orange to deep purple. Using the simultaneous format, weak and barely visible results were detected in undiluted samples using two 10 minute incubations. Using a continuous method, the signal detected was stronger at 10 7 . Three 10 minute incubations revealed a 10 7 signal and a 10 4 signal became visible, but very weak. Serial dilutions are 10 7 samples was performed by diluting with physiological saline using a 2-fold dilution. Positive results were detected up to a 1:16 dilution of 10 7 samples. This is approximately equal to 6.25 × 10 5 .

(C.抗生物質耐性)
この実施例においては、Staphylococcus aureus(S.aureus)における抗生物質の最小阻害濃度(MIC)を、MALDI−MSを用いたバクテリオファージ増幅によって迅速に判定した。MICは、S.aureusの特定の株の増殖を阻害する最低の抗生物質濃度である。当該株が、検定濃度の抗生物質に感受性があれば、バクテリオファージ 生物マーカーシグナルは、抗生物質阻害、ひいてはファージ増幅の抑制のために、MALDI−MSによって検出されることはない。一方、ファージ生物マーカーシグナルが検出される場合は、MICが達成されておらず、抗生物質が有効でない点を表すことになる。本研究に対するMICを判定するためには、ストレプトマイシンおよびテトラサイクリンを選択した。
(C. Antibiotic resistance)
In this example, the minimum inhibitory concentration (MIC) of antibiotics in Staphylococcus aureus (S. aureus) was rapidly determined by bacteriophage amplification using MALDI-MS. The MIC is The lowest antibiotic concentration that inhibits the growth of a particular strain of Aureus. If the strain is sensitive to the assay concentration of antibiotic, the bacteriophage biomarker signal will not be detected by MALDI-MS due to antibiotic inhibition and thus suppression of phage amplification. On the other hand, if a phage biomarker signal is detected, it means that MIC has not been achieved and antibiotics are not effective. Streptomycin and tetracycline were selected to determine the MIC for this study.

S.aureus(ATCC27709,Manassas VA)の24時間培養を、抗生物質(ストレプトマイシンおよびテトラサイクリン)の存在および非存在下、BHIブロスにおいて行った。ファージ187およびS.aureus試料を、MALDIの検出限界未満に希釈した後、ファージを宿主中に感染させ、該宿主中で細胞が破裂するまでバクテリオファージの増幅を行った。次に試料を清浄化し、分析のために濃縮した。乾燥液滴(dried droplet)法を用いて、試料を、ギ酸、アセトニトリルおよびHPLCグレード水の溶液中に混合した15mg/mLフェルラサンマトリックスを有する疎水性標的プレート上に分析のためにプレーティングした。MALDI−TOF−MS PerSeptive Biosystems Voyager−DE STR Biospectrometry Workstation(Framingham,MA)を用いて、線形モードの質量スペクトルを得た。   S. Aureus (ATCC 27709, Manassas VA) was cultured for 24 hours in BHI broth in the presence and absence of antibiotics (streptomycin and tetracycline). Phage 187 and S. cerevisiae. After aureus samples were diluted below the detection limit of MALDI, phages were infected into the host and bacteriophage amplification was performed until the cells burst in the host. The sample was then cleaned and concentrated for analysis. Samples were plated for analysis on a hydrophobic target plate with a 15 mg / mL ferlasan matrix mixed in a solution of formic acid, acetonitrile and HPLC grade water using the dried drop method. Mass spectra in linear mode were obtained using a MALDI-TOF-MS PerSeptive Biosystems Voyager-DE STR Biospectrometry Workstation (Framingham, Mass.).

抗生物質中でS.aureusを培養することにより、その抗生物質の濃度が、細菌細胞を破壊するのに十分であるか否かがわかる。細菌細胞が生きていれば、それらは構成物質によって影響を受けておらず、細胞が感染された場合にファージ増幅が起こることを示す。バクテリオファージに対するタンパク質マーカーが、質量スペクトル中に見られるという結果が得られる。一方、生物マーカーが質量スペクトル中に見られない場合には、最小阻害濃度に達しているかこれを超えていることを示す。結論として、細胞が破壊され、したがって、バクテリオファージ増幅が全く起こりえないことになる。   S. in antibiotics By culturing aureus, it can be seen whether the antibiotic concentration is sufficient to destroy the bacterial cells. If the bacterial cells are alive, they are not affected by the constituents, indicating that phage amplification occurs when the cells are infected. The result is that protein markers for bacteriophages are found in the mass spectrum. On the other hand, if no biomarker is found in the mass spectrum, it indicates that the minimum inhibitory concentration has been reached or exceeded. In conclusion, the cells are destroyed and therefore no bacteriophage amplification can occur.

MALDI上での分析に先立って、半精製技術を用いて、試料をろ過および濃縮した。機器が塩に不耐性のために、試料を100kDaカットオフを用いてスピンろ過した。ファージ187からの質量スペクトルは、15,245Daの位置に、はっきりと区別できるタンパク質生物マーカーを示した。ファージ187も、超遠心分離および塩化セシウム勾配によって精製し、半精製ろ過技術によって生物マーカーが同定されることを確かめた。検出のMALDI MS限界を、細菌およびファージの両者について確立したところ、それぞれ、10細胞/mLおよび10ファージ/mLであった。シグナルが増幅ファージに由来するものであることを確認するために、実験のあいだ、細菌およびファージの濃度をMALDIの検出限界未満に保った。抗生物質の濃度が低い場合には、ファージからのタンパク質ピークがMALDIスペクトル中に存在し、細菌の増殖とファージの複製が未だ起こっていることが示された。濃度が高くなると、スペクトルはタンパク質ピークを欠き、MICに達したか超えたことが示された。 Prior to analysis on MALDI, the sample was filtered and concentrated using semi-purification techniques. Samples were spin filtered using a 100 kDa cutoff because the instrument was intolerant to salt. Mass spectrum from phage 187 showed a clearly distinguishable protein biomarker at 15,245 Da. Phage 187 was also purified by ultracentrifugation and a cesium chloride gradient, confirming that biomarkers were identified by semi-purification filtration techniques. MALDI MS limits of detection were established for both bacteria and phage, which were 10 6 cells / mL and 10 8 phage / mL, respectively. During the experiment, the bacterial and phage concentrations were kept below the detection limit of MALDI to confirm that the signal was derived from amplified phage. When the antibiotic concentration was low, protein peaks from the phage were present in the MALDI spectrum, indicating that bacterial growth and phage replication were still occurring. At higher concentrations, the spectrum lacked protein peaks, indicating that the MIC was reached or exceeded.

本発明の好ましい実施形態の特徴は、バクテリオファージに曝露されたサンプルで親ファージが破壊、除去、中和または不活性化されないことである。従来の方法においては、細胞外バクテリオファージ、すなわち細菌または他の感染されている微生物の外のバクテリオファージがどこかの時点で破壊、除去、中和または不活性化される。このことが本発明では必要ない。特に、バクテリオファージを殺す薬剤の添加による細胞外バクテリオファージの破壊、中和または不活性化は、行わないことが好ましい。これは、これが方法を不要に複雑にし、薬剤が除去または中和されないと子孫バクテリオファージに影響を及ぼしかねないからである。   A feature of a preferred embodiment of the present invention is that the parental phage is not destroyed, removed, neutralized or inactivated in the sample exposed to the bacteriophage. In conventional methods, extracellular bacteriophages, ie bacteriophages outside bacteria or other infected microorganisms, are destroyed, removed, neutralized or inactivated at some point. This is not necessary with the present invention. In particular, it is preferred not to destroy, neutralize or inactivate extracellular bacteriophages by the addition of agents that kill bacteriophages. This is because it unnecessarily complicates the method and can affect offspring bacteriophages if the drug is not removed or neutralized.

選択された生物に特異的で、感度が良く、単純で、迅速で、および/または経済的であり、数々の新しい特徴を有する微生物検出方法について記載してきた。本発明は、ヒト臨床診断、獣医診断、食品病原体検出、環境試験および生物戦争検出を含む幅広い用途に用いることができる。図面に示しおよび本明細書中に記載する特定の実施形態は、例示を目的とし、本発明を限定するものと解釈すべきでない。本発明は以下の請求項において記載する。さらに、当業者であれば、本発明の概念から逸脱しない限りで、記載した特定の実施形態の多くの用途および変形を作り出すことができよう。均等な構造およびプロセスを、記載した様々な構造およびプロセスに置き換えてもよく、本発明の方法のサブプロセスは、いくつかの例において、異なる順序で実施してもよく、あるいは様々な異なる材料および要素を用いてもよい。   A microorganism detection method has been described that is specific to the selected organism, sensitive, simple, rapid, and / or economical and has a number of new features. The present invention can be used in a wide range of applications including human clinical diagnosis, veterinary diagnosis, food pathogen detection, environmental testing and biological war detection. The specific embodiments illustrated in the drawings and described herein are for purposes of illustration and should not be construed as limiting the invention. The invention is set forth in the following claims. Moreover, those skilled in the art will be able to create many uses and variations of the specific embodiments described without departing from the concepts of the present invention. Equivalent structures and processes may be substituted for the various structures and processes described, and the sub-processes of the methods of the invention may be performed in a different order in some examples, or may include a variety of different materials and processes. Elements may be used.

図1は、ファージを試料に添加して、検出限界未満の初期濃度を与える本発明の第1の実施形態を示している。FIG. 1 shows a first embodiment of the invention in which phage is added to a sample to give an initial concentration below the detection limit. 図2は、ファージ感染、増幅、および細胞溶菌のインキュベーションプロセスを説明する。FIG. 2 illustrates the incubation process of phage infection, amplification, and cell lysis. 図3A、3B、および3Cは、試験試料中のファージを検出するためのラテラルフロー装置の使用を説明する。3A, 3B, and 3C illustrate the use of a lateral flow device to detect phage in the test sample. 図4は、図3Aのフロー装置の側断面図である。4 is a cross-sectional side view of the flow device of FIG. 3A. 図5は、バクテリオファージの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of bacteriophage. 図6は、ファージを試料に添加して、検出限界未満の初期濃度を与える本発明の第2の実施形態を示しており、ここではファージは、ファージの小成分である生物マーカーが検出されるように解離されている。FIG. 6 shows a second embodiment of the invention in which phage is added to the sample to give an initial concentration below the limit of detection, where the phage detects a biomarker that is a small component of the phage Is dissociated. 図7は、標識されたファージが試料に添加される第3の実施形態を示す。FIG. 7 shows a third embodiment in which labeled phage is added to the sample. 図8は、標識した親ファージを試料に加え、ファージ小成分である生物マーカーが検出されるように子孫ファージが解離されている本発明の第4の実施形態を示す。FIG. 8 shows a fourth embodiment of the invention in which the labeled parent phage is added to the sample and the progeny phage is dissociated so that a biomarker that is a small phage component is detected. 図9は、本発明を用いた抗生物質耐性細菌の検出を示す。FIG. 9 shows detection of antibiotic resistant bacteria using the present invention. 図10はファージ増幅プロセスを示す。FIG. 10 shows the phage amplification process. 図11は、いくつかの可能な生物マーカーを示すバクテリオファージT4に対する質量対強度を示すMALDIスペクトルである。FIG. 11 is a MALDI spectrum showing mass versus intensity for bacteriophage T4 showing several possible biomarkers. 図12は、SILAS表面を用いたファージに基づくアッセイプロセスを示す。FIG. 12 shows a phage-based assay process using a SILAS surface. 図13は、SILAS表面を用いたファージに基づくアッセイプロセスを示す。FIG. 13 shows a phage-based assay process using a SILAS surface. 図14は、SILAS表面を用いたファージに基づくアッセイプロセスを示す。FIG. 14 shows a phage-based assay process using a SILAS surface. 図15は、SILAS表面を用いたファージに基づくアッセイプロセスを示す。FIG. 15 shows a phage-based assay process using a SILAS surface. 図16は、SILAS表面を用いたファージに基づくアッセイプロセスを示す。FIG. 16 shows a phage-based assay process using a SILAS surface. 図17は、図12〜16のアッセイからの陰性の結果を示す。FIG. 17 shows the negative results from the assays of FIGS. 図18は、図12〜16のアッセイからの陽性の結果を示す。FIG. 18 shows the positive results from the assays of FIGS. 図19は、本発明に従う試験キットを示す。FIG. 19 shows a test kit according to the present invention. 図20は、図19の試験キットを用いるための例示的指針を示すとともに、該試験キットの試料を説明する。FIG. 20 shows exemplary guidance for using the test kit of FIG. 19 and describes samples of the test kit. 図21は、感染プロセスの所望の特性を強化するように遺伝的に修飾されたバクテリオファージを用いた本発明に従う例示的アッセイを示す。FIG. 21 shows an exemplary assay according to the present invention using bacteriophage genetically modified to enhance the desired properties of the infection process. 図22は、検出可能な生物マーカーを過剰発現するように遺伝的に修飾されたバクテリオファージを用いる本発明に従う例示的アッセイを示す。FIG. 22 shows an exemplary assay according to the present invention using a bacteriophage genetically modified to overexpress a detectable biomarker. 図23は、酵素を発現するように遺伝的に修飾されたバクテリオファージを用いる本発明に従う例示的アッセイを示す。FIG. 23 shows an exemplary assay according to the present invention using a bacteriophage genetically modified to express an enzyme. 図24は、カプシドタンパク質上で標的を発現するように遺伝的に修飾されたバクテリオファージを利用した本発明に従う例示的アッセイを示す。FIG. 24 shows an exemplary assay according to the present invention utilizing a bacteriophage genetically modified to express a target on a capsid protein.

Claims (10)

試験されるサンプル中の標的細菌(14)の有無を決定する方法であって、該方法は、以下:
該標的細菌を感染させることのできる親バクテリオファージ(18)を該サンプルと合わせて(12)、バクテリオファージに露されたサンプル(16)を作製する工程;および、
該バクテリオファージに露されたサンプルに、該バクテリオファージを該標的細菌に感染させて、該標的細菌中で増殖させて、該バクテリオファージに露されたサンプル中に検出可能な量(37)の、該バクテリオファージまたは該バクテリオファージに関連する生物物質(97)のどちらかを産生するのに十分な条件を提供する(20)工程
を包含し、該方法は、以下:
該バクテリオファージに曝露されたサンプルをラテラルフローストリップ(40)またはSILAS表面(220)に塗布する工程であって、該バクテリオファージ、または該バクテリオファージに関連する生物物質のどちらかが、該バクテリオファージに露されたサンプル中に存在する場合、そのラテラルフローストリップまたはSILAS表面の少なくとも一部(46,240)が色を変え、該ラテラルフローストリップは、該フローストリップのフローに対して垂直な第一ラインおよび第2抗体を有する第2ラインに沿って試料パッド(43)を含み、該第一ラインは、該バクテリオファージまたはバクテリオファージに関連する生物物質に結合し得る第1抗体と、色マーカーとしての着色ビーズとの混合物を有し、該第一ラインと第二ラインとは平行に形成されており、該SILAS表面は、色が変化する抗体でコートされてい工程、および
該標的細菌の有無の指標として、該色変化の有無を決定する工程、
を特徴とする方法。
A method for determining the presence or absence of a target bacterium (14) in a sample to be tested, the method comprising:
Parent bacteriophage capable of infecting said target bacteria (18) together with the sample (12), a step of preparing a sample (16) that is exposures bacteriophage; and,
The exposures sample to the bacteriophage to infect the bacteriophage to the target bacteria, grown in the target bacteria, detectable amounts in samples exposures to the bacteriophage (37) Comprising a step (20) of providing sufficient conditions to produce either the bacteriophage or biological material (97) associated with the bacteriophage, the method comprising:
Applying a sample exposed to the bacteriophage to a lateral flow strip (40) or a SILAS surface (220), wherein either the bacteriophage or a biological substance associated with the bacteriophage when present in exposures sample, the change at least a portion of the lateral flow strip or SILAS surface (46,240) of the color, the lateral flow strip, a perpendicular flow of the flow strip A sample pad (43) is included along a second line having one line and a second antibody, the first line comprising a first antibody capable of binding to the bacteriophage or biological material associated with the bacteriophage, and a color marker Having a mixture with colored beads as the first line and Two lines are formed parallel to the, the SILAS surface colors that have been coated with an antibody that changes, process, and as an indication of the presence or absence of the target bacteria, determining the presence or absence of the color change,
A method characterized by.
前記塗布工程は、前記バクテリオファージに露されたサンプルを、ラテラルフローストリップ(40)に塗布する工程を包含することを特徴とし、該ラテラルフローストリップは、第3抗体を有する第三ラインをさらに含み、該第三ラインは前記第一ラインおよび第二ラインと平行である、請求項1に記載の方法。The coating step, the samples exposures to the bacteriophage, characterized in that it comprises the step of applying to the lateral flow strip (40), said lateral flow strip, a third line having a third antibody The method of claim 1 further comprising: the third line is parallel to the first line and the second line . 前記バクテリオファージ(70)は、遺伝的に改変されている(300,310,320,331)、請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the bacteriophage (70) is genetically modified (300, 310, 320, 331). 前記バクテリオファージは、感染プロセスの所望の特性を増強するように遺伝的に改変されている(300)ことを特徴とする請求項に記載の方法。4. The method of claim 3 , wherein the bacteriophage has been genetically modified (300) to enhance a desired property of an infection process. 前記バクテリオファージは、検出可能な生物マーカーを過剰発現するように遺伝的に改変されている(310)ことを特徴とする請求項に記載の方法。4. The method of claim 3 , wherein the bacteriophage has been genetically modified (310) to overexpress a detectable biomarker. 前記バクテリオファージは、酵素を発現するように遺伝的に改変されている(320)ことを特徴とする請求項に記載の方法。4. The method of claim 3 , wherein the bacteriophage has been genetically modified (320) to express an enzyme. 前記バクテリオファージは、カプシドタンパク質(72)上に標的を発現するように遺伝的に改変されている(331)ことを特徴とする請求項に記載の方法。4. The method of claim 3 , wherein the bacteriophage has been genetically modified (331) to express a target on a capsid protein (72). 標的細菌の抗生物質に対する耐性または感受性を決定する方法であって、該方法は、以下:
(b)該サンプルを第1サンプルおよび第2サンプルに分割する工程;
(c)該抗生物質を該第2サンプルに添加する工程;
(d)該第1サンプルおよび第2サンプルの各々に対して請求項1に記載の方法を実施する工程;ならびに
(e)第1サンプルおよび該第2サンプルについての結果を比較し、該抗生物質に対する該標的細菌の耐性または感受性を決定する工程、
を特徴とする方法。
A method for determining the resistance or sensitivity to antibiotics target bacterial, method, hereinafter:
(B) dividing the sample into a first sample and a second sample;
(C) adding the antibiotic to the second sample;
(D) said first sample and a second for each sample to implement the method of claim 1 step; compare the results of and (e) with the said first sample and said second sample, the Determining the resistance or sensitivity of the target bacteria to antibiotics;
A method characterized by.
試験サンプル中の標的細菌の有無を決定するためのシステムであって、該システムは、以下:A system for determining the presence or absence of a target bacterium in a test sample, the system comprising:
該細菌に対して特異的なバクテリオファージ(268);  A bacteriophage specific for the bacterium (268);
該バクテリオファージに対する第1抗体(44)に結合した着色ビーズ(45)を含む試料パッド(43);および  A sample pad (43) comprising colored beads (45) bound to a first antibody (44) against said bacteriophage; and
該試料パッドと接触した多孔性ストリップ(64)であって、該多孔性ストリップは、該多孔性ストリップ中に埋まった第2抗体(47)を含む検出ライン(46)を有し、該検出ラインは、該多孔性ストリップ中のフローの方向に対して垂直である、多孔性ストリップ;  A porous strip (64) in contact with the sample pad, the porous strip having a detection line (46) comprising a second antibody (47) embedded in the porous strip; Is a porous strip that is perpendicular to the direction of flow in the porous strip;
を含む、システム。Including the system.
前記バクテリオファージを含むバクテリオファージインキュベーション容器(260)をさらに含む、請求項9に記載のシステム。The system of claim 9, further comprising a bacteriophage incubation vessel (260) containing the bacteriophage.
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