JP5344665B2 - Reactor for amplifying adenosine triphosphate, adenosine triphosphate amplification method, and use thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reactor for amplifying ATP and a method for amplifying ATP each of which is utilizable for the quantitative determination of trace ATP and to provide utilization thereof. <P>SOLUTION: Along a flow passage provided with a first region on which adenylate kinase is immobilized and a second region on which an ADP phosphorylase which converts ADP into ATP is immobilized, ATP, AMP, and a substrate on which ADP phosphorylase acts are passed in the order of the first region and the second region. In this way, it is possible to quantitatively amplify ATP. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、アデノシン三リン酸を増幅させるための反応器およびアデノシン三リン酸の増幅方法、並びにその利用に関するものであり、特に、微量なアデノシン三リン酸を定量するために利用可能なアデノシン三リン酸を増幅させるための反応器およびアデノシン三リン酸の増幅方法、並びにその利用に関するものである。   The present invention relates to a reactor for amplifying adenosine triphosphate, a method for amplifying adenosine triphosphate, and use thereof, and in particular, adenosine triphosphate usable for quantifying a trace amount of adenosine triphosphate. The present invention relates to a reactor for amplifying phosphoric acid, a method for amplifying adenosine triphosphate, and use thereof.

現在、アデノシン三リン酸(以下、「ATP」ともいう)の測定法としては、ホタルルシフェラーゼを用いた生物発光による測定法が一般的に用いられている(非特許文献1を参照)。また、該測定法は、HACCP(Hazard Analysis Critical Control Point)において、生命体に含まれるATPを指標とした衛生検査の標準法となっている。   Currently, as a method for measuring adenosine triphosphate (hereinafter, also referred to as “ATP”), a bioluminescent measurement method using firefly luciferase is generally used (see Non-Patent Document 1). The measurement method is a standard method for hygiene inspection using HATP (Hazard Analysis Critical Control Point) as an index of ATP contained in a living organism.

上記測定法によれば、幅広い濃度範囲でATPを定量的に検出することができる。しかし、超微量のATPや、1,000個体以下の微量の微生物を検出対象とする場合、そのような微量のATPから生じる発光は市販のルミノメーターの検出可能域を大きく下回っているため、感度が不十分であるという問題がある。   According to the measurement method, ATP can be quantitatively detected in a wide concentration range. However, when the detection target is an extremely small amount of ATP or a small amount of microorganisms of 1,000 or less individuals, the luminescence generated from such a small amount of ATP is far below the detectable range of a commercially available luminometer. There is a problem that is insufficient.

そのような問題を解決するために、本発明者らは、これまでに、微量のATPを、アデニル酸キナーゼ(以下、「ADK」ともいう)およびポリリン酸キナーゼ(以下、「PPK」ともいう)を用いた共役反応(連鎖的ATP増幅反応)により、ATPを人為的に増幅するATP増幅法を開発している(特許文献3を参照)。   In order to solve such a problem, the present inventors have heretofore used a very small amount of ATP, adenylate kinase (hereinafter also referred to as “ADK”) and polyphosphate kinase (hereinafter also referred to as “PPK”). An ATP amplification method has been developed in which ATP is artificially amplified by a conjugation reaction (chain ATP amplification reaction) using an ATP (see Patent Document 3).

具体的には、特許文献3のATP増幅法では、ADKの触媒下でATPとアデニル酸(以下、「AMP」ともいう)とから2分子のアデノシン二リン酸(以下、「ADP」ともいう)を生成する反応(以下、「ADK反応」ともいう)と、PPKの触媒下で該2分子のADPとポリリン酸(以下、「Pn」ともいう)とから2分子のATPを生成する反応(以下、「PPK反応」ともいう)とを、1つの反応系内で行う。   Specifically, in the ATP amplification method of Patent Document 3, two molecules of adenosine diphosphate (hereinafter also referred to as “ADP”) from ATP and adenylic acid (hereinafter also referred to as “AMP”) under the catalyst of ADK. Reaction (hereinafter also referred to as “ADK reaction”) and reaction that generates two molecules of ATP from the two molecules of ADP and polyphosphoric acid (hereinafter also referred to as “Pn”) under the catalyst of PPK (hereinafter referred to as “ADK reaction”). , Also referred to as “PPK reaction”) in one reaction system.

該ATP増幅法において、上記ADK反応とPPK反応とを1サイクルとして、反応をnサイクル行うと、ATPを2倍に増幅することができる。 In the ATP amplification method, when the ADK reaction and the PPK reaction are one cycle and the reaction is performed for n cycles, ATP can be amplified 2 n times.

また、本発明者らは、特許文献1に開示されるATP増幅法において、不純物としてのADPを含まない酵素を用いることにより外因性のATPのみを増幅できることを見出している(非特許文献2を参照)。   Further, the present inventors have found that in the ATP amplification method disclosed in Patent Document 1, only exogenous ATP can be amplified by using an enzyme that does not contain ADP as an impurity (see Non-Patent Document 2). reference).

また、非特許文献2には、該ATP増幅法によれば、ATP検出感度は、ATPを増幅しない従来法と比較して、10,000倍以上に感度が向上し、数amolレベルのATPを検出できることが記載されている。さらに、非特許文献2には、該ATP増幅方法によれば、細胞1個レベルの微生物のATPを増幅、検出できることが記載されている。   Further, in Non-Patent Document 2, according to the ATP amplification method, the ATP detection sensitivity is improved by 10,000 times or more compared to the conventional method in which ATP is not amplified, and ATP of several amol level is obtained. It is described that it can be detected. Furthermore, Non-Patent Document 2 describes that according to the ATP amplification method, ATP of microorganisms at the level of one cell can be amplified and detected.

さらに、本発明者らは、標的微生物特異的抗体を用いて、試料に含まれる微生物のうち標的微生物のみを分離した後に、非特許文献2に開示されるATP増幅法を行うことにより、微生物の検出と微生物種の同定とを同時に行うことが可能であることを見出している(非特許文献3、特許文献2を参照)。具体的には、非特許文献3および特許文献2には、このような方法によれば、大腸菌や、牛乳中の黄色ブドウ球菌、ふき取り検査または環境水中に含まれる微生物を、1個体レベルで検出できることが記載されている。
特開2001−299390号公報(平成13(2001)年10月30日公開) 特開2006−81506号公報(平成18(2006)年3月30日公開) 特開2006−223163号公報(平成18(2006)年8月31日公開) DeLuca, M. and McElroy, W.D. Kinetics of the firefly luciferase catalyzed reactions. Biochemistry, 26, 912-925 (1974) T. Satoh, J. Kato, N. Takiguchi, H. Ohtake, A. Kuroda ATP amplification for ultrasensitive bioluminescence assay: detection of a single bacterial cell Biosc. Biotechnol. Biochem. 68, 1216-1220 (2004). Y. Asami, T. Satoh,A. Kuroda Polyphosphate-ATP amplification technology:principle and its application to specific bacteria detection J. Environ. Biotechnol. 6, 2, 105-108 (2006).
Furthermore, the present inventors separated the target microorganism only from the microorganisms contained in the sample using the target microorganism-specific antibody, and then performed the ATP amplification method disclosed in Non-Patent Document 2, thereby It has been found that detection and identification of microbial species can be performed simultaneously (see Non-Patent Document 3 and Patent Document 2). Specifically, in Non-Patent Document 3 and Patent Document 2, according to such a method, Escherichia coli, Staphylococcus aureus in milk, wiping test or microorganisms contained in environmental water are detected at the level of one individual. It describes what you can do.
JP 2001-299390 A (published October 30, 2001) JP 2006-81506 A (published March 30, 2006) JP 2006-223163 A (published August 31, 2006) DeLuca, M. and McElroy, WD Kinetics of the firefly luciferase catalyzed reactions.Biochemistry, 26, 912-925 (1974) T. Satoh, J. Kato, N. Takiguchi, H. Ohtake, A. Kuroda ATP amplification for ultrasensitive bioluminescence assay: detection of a single bacterial cell Biosc. Biotechnol. Biochem. 68, 1216-1220 (2004). Y. Asami, T. Satoh, A. Kuroda Polyphosphate-ATP amplification technology: principle and its application to specific bacteria detection J. Environ. Biotechnol. 6, 2, 105-108 (2006).

特許文献1および2、非特許文献2および3に開示されるATP増幅法は、上述したように、微生物の有無を試験する1次的なスクリーニング等に有効である。   As described above, the ATP amplification methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 2 and 3 are effective for primary screening for testing the presence or absence of microorganisms.

また、上記ATP増幅法では、連鎖的ATP増幅反応をバッチ内で行うため、連鎖的ATP増幅反応は、AMPを消費し終わるまで増幅を続け、最終的には一定のATP量に収束する(図12を参照)が、反応系に加えるATP量に応じて増幅速度に差があるため、一定の反応時間で区切ることにより、相対的なATP測定を行うことができる。   In the ATP amplification method, since the chain ATP amplification reaction is carried out in a batch, the chain ATP amplification reaction continues to be amplified until AMP is consumed, and finally converges to a certain amount of ATP (see FIG. However, since the amplification rate varies depending on the amount of ATP added to the reaction system, relative ATP measurement can be performed by dividing the reaction rate by a certain reaction time.

具体的には、本発明者らは、ATP増幅法を用いたATP定量法として、特許文献3に開示される技術を開発している。特許文献3に開示される方法では、上述したようなATP増幅法により増幅したATPをヘキソキナーゼ法により、試料中のATPを定量的に検出することができる。   Specifically, the present inventors have developed a technique disclosed in Patent Document 3 as an ATP quantification method using an ATP amplification method. In the method disclosed in Patent Document 3, ATP amplified by the ATP amplification method as described above can be quantitatively detected by the hexokinase method.

しかしながら、特許文献3も含め、従来のATP増幅法を用いたATP定量では、図2に示すように、連鎖的ATP増幅反応をバッチで行うため、ATPは指数関数的に増幅される。そのため、比較する両者で、酵素活性(または酵素量)に僅かな相違があるだけで、大きな誤差が生じる。その結果、微量ATPを定量する場合、ある程度の定量を行うことは可能であるが、高精度な定量は困難であるという問題がある。   However, in ATP quantification using the conventional ATP amplification method including Patent Document 3, as shown in FIG. 2, since the chain ATP amplification reaction is performed in batches, ATP is amplified exponentially. Therefore, a large error is caused only by a slight difference in enzyme activity (or enzyme amount) between the two compared. As a result, when a small amount of ATP is quantified, it is possible to perform a certain amount of quantification, but there is a problem that high-precision quantification is difficult.

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、微量なATPを定量するために利用可能なATPを増幅させるための反応器およびATPの増幅方法、並びにその利用を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a reactor for amplifying ATP that can be used for quantifying a small amount of ATP, an ATP amplification method, and use thereof. There is to do.

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、アデニル酸キナーゼ、およびアデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素を固定化したフロー系によれば、ATPの増幅回数を所望に制御できることを独自に見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、以下の産業上有用な発明を包含する。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have determined that the number of ATP amplifications is desired according to the flow system in which an adenylate kinase and an enzyme that converts adenosine diphosphate to adenosine triphosphate are immobilized. The inventors have found that they can be controlled, and have completed the present invention. That is, the present invention includes the following industrially useful inventions.

(1)アデノシン三リン酸を増幅させるための反応器であって、アデニル酸キナーゼが固定された第1領域と、アデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素が固定された第2領域とが設けられた流路を備えていることを特徴とする反応器。   (1) A reactor for amplifying adenosine triphosphate, a first region in which adenylate kinase is immobilized, and a second region in which an enzyme that converts adenosine diphosphate into adenosine triphosphate is immobilized And a flow path provided with a reactor.

(2)上記アデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素は、ピルビン酸キナーゼ、ポリリン酸キナーゼ、酢酸キナーゼ、クレアチンキナーゼ、またはヘキソキナーゼであることを特徴とする(1)に記載の反応器。   (2) The reactor according to (1), wherein the enzyme that converts adenosine diphosphate into adenosine triphosphate is pyruvate kinase, polyphosphate kinase, acetate kinase, creatine kinase, or hexokinase. .

(3)上記流路が複数連結されており、上記第1領域および第2領域が交互に配置されていることを特徴とする(1)に記載の反応器。   (3) The reactor according to (1), wherein a plurality of the flow paths are connected, and the first region and the second region are alternately arranged.

(4)液体を、上記流路に沿って、上記第1領域から第2領域の方向に送液し、上記第1領域および第2領域を順に通過させ、該第2領域を通過した液体を、再び、上記第1領域の上流から第2領域の方向に送液することを可能にする溶液循環機構をさらに備えていることを特徴とする(1)に記載の反応器。   (4) Liquid is sent along the flow path from the first region to the second region, and the liquid passes through the first region and the second region in order. The reactor according to (1), further comprising a solution circulation mechanism that enables liquid feeding again from the upstream of the first region toward the second region.

(5)アデニル酸キナーゼが固定された第1領域と、アデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素が固定された第2領域とが設けられた流路に沿って、アデノシン三リン酸とアデニル酸と上記酵素の基質とを、上記第1領域および第2領域の順に通過させることを特徴とするアデノシン三リン酸の増幅方法。   (5) Adenosine triphosphate along a flow path provided with a first region in which adenylate kinase is immobilized and a second region in which an enzyme that converts adenosine diphosphate to adenosine triphosphate is immobilized A method for amplifying adenosine triphosphate, wherein adenylic acid and a substrate for the enzyme are passed in the order of the first region and the second region.

(6)上記アデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素と該酵素の基質との組み合わせは、ピルビン酸キナーゼとホスホエノールピルビンとの組み合わせ、ポリリン酸キナーゼとポリリン酸との組み合わせ、酢酸キナーゼとアセチルリン酸との組み合わせ、クレアチンキナーゼとホスホクレアチンとの組み合わせ、またはヘキソキナーゼとヘキソースリン酸との組み合わせであることを特徴とする(5)に記載のアデノシン三リン酸の増幅方法。   (6) The combination of the enzyme that converts adenosine diphosphate to adenosine triphosphate and the substrate of the enzyme includes a combination of pyruvate kinase and phosphoenolpyruvine, a combination of polyphosphate kinase and polyphosphate, acetate kinase The method for amplifying adenosine triphosphate according to (5), which is a combination of acetylphosphate and creatine kinase and phosphocreatine, or a combination of hexokinase and hexose phosphate.

(7)アデニル酸キナーゼが固定された担体、およびアデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素が固定された担体の少なくとも一方を含むことを特徴とするアデノシン三リン酸の増幅キット。   (7) An adenosine triphosphate amplification kit comprising at least one of a carrier on which adenylate kinase is immobilized and a carrier on which an enzyme that converts adenosine diphosphate to adenosine triphosphate is immobilized.

本発明にかかる反応器は、以上のように、ATPを増幅させるための反応器であって、ADKが固定された第1領域と、ADPをATPに変換する酵素が固定された第2領域とが1つずつ設けられた流路を備えている。   As described above, the reactor according to the present invention is a reactor for amplifying ATP, and includes a first region in which ADK is fixed, and a second region in which an enzyme that converts ADP to ATP is fixed. Are provided with a channel provided one by one.

したがって、上記流路に沿って、ATPと、AMPと、上記酵素の基質とを、上記第1領域および第2領域の順に通過させることにより、ATPを2倍に増幅することができる。さらに、同じ操作を繰り返し行うことにより、ATPを2の累乗倍に増幅することができる。   Therefore, ATP can be amplified twice by passing ATP, AMP, and the substrate of the enzyme along the flow path in the order of the first region and the second region. Furthermore, ATP can be amplified to a power of 2 by repeatedly performing the same operation.

つまり、上記構成によれば、試料に含まれるATPの増幅回数(増幅倍率)を所望に制御することができる。それゆえ、試料中に含まれるATPを定量的に増幅することができるという効果を奏する。   That is, according to the above configuration, the number of amplifications (amplification magnification) of ATP contained in the sample can be controlled as desired. Therefore, there is an effect that ATP contained in the sample can be quantitatively amplified.

本発明の一実施形態について、図1および図2に基づき説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2, but the present invention is not limited to this.

<I.ATP増幅反応器>
本発明にかかる反応器は、ATPを増幅させるための反応器(以下、「ATP増幅反応器」ともいう)である。具体的には、該ATP増幅反応器は、図1に示すように、ADKが固定された第1領域と、ADPをATPに変換する酵素(以下、「ADPリン酸化酵素」ともいう)が固定された第2領域とが設けられた流路を備えている。
<I. ATP amplification reactor>
The reactor according to the present invention is a reactor for amplifying ATP (hereinafter also referred to as “ATP amplification reactor”). Specifically, as shown in FIG. 1, the ATP amplification reactor has a first region where ADK is immobilized and an enzyme that converts ADP to ATP (hereinafter also referred to as “ADP kinase”). And a flow path provided with the second region.

なお、上記ADPリン酸化酵素は特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ピルビン酸キナーゼ(以下、「PK」ともいう)、ポリリン酸キナーゼ(以下、「PPK」ともいう)、酢酸キナーゼ、クレアチンキナーゼ、およびヘキソキナーゼ等を挙げることができる。   The ADP kinase is not particularly limited. Specifically, for example, pyruvate kinase (hereinafter also referred to as “PK”), polyphosphate kinase (hereinafter also referred to as “PPK”), Examples thereof include acetate kinase, creatine kinase, and hexokinase.

上記構成によれば、ATPと、AMPと、上記ADPリン酸化酵素の基質とを、上記流路に沿って、上記第1領域および第2領域の順に通過させることにより、ATPを2倍に増幅することができる。   According to the above configuration, ATP is amplified twice by passing ATP, AMP, and the substrate of the ADP phosphorylase along the flow path in the order of the first region and the second region. can do.

この点について、図2を参照しながら、より詳細に説明する。なお、図2では、ADPリン酸化酵素としてPKを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。   This point will be described in more detail with reference to FIG. In FIG. 2, PK is used as the ADP kinase, but the present invention is not limited to this.

ATPと、AMPと、PKの基質であるホスホエノールピルビン酸(以下、「PEP」ともいう)とを、上記流路に沿って第1領域を通過させる。第1領域には、ADKが固定されているため、1分子のAMPと1分子のATPとが反応して、2分子のADPが生成される(図2を参照)。   ATP, AMP, and phosphoenolpyruvate (hereinafter also referred to as “PEP”), which is a substrate of PK, are allowed to pass through the first region along the flow path. Since ADK is fixed in the first region, one molecule of AMP and one molecule of ATP react to generate two molecules of ADP (see FIG. 2).

この第1領域で生成された2分子のADPを、PEPと共に、上流路に沿って第2領域を通過させる。第2領域には、PKが固定されているため、2分子のADPと2分子のPEPとが反応して2分子のATPと2分子のピルビン酸とが生成される(図2を参照)。   The two molecules of ADP generated in the first region are allowed to pass through the second region along the upper flow path together with the PEP. Since PK is immobilized in the second region, two molecules of ADP and two molecules of PEP react to generate two molecules of ATP and two molecules of pyruvic acid (see FIG. 2).

このようなメカニズムにより、上記流路を通過したATPは2倍に増幅される。この一連の反応を連鎖的ATP増幅反応ともいう。この連鎖的ATP増幅反応を繰り返し行うことにより、ATPを2の累乗倍に増幅することができる。   By such a mechanism, ATP that has passed through the flow path is amplified twice. This series of reactions is also called a chain ATP amplification reaction. By repeatedly performing this chain ATP amplification reaction, ATP can be amplified to a power of two.

このように、本発明にかかるATP増幅反応器によれば、試料に含まれるATPの増幅回数(換言すれば、増幅倍率)を所望に制御することができる。そのため、試料中に含まれるATPを定量的に増幅させることができる。   Thus, according to the ATP amplification reactor according to the present invention, the number of amplifications (in other words, amplification magnification) of ATP contained in the sample can be controlled as desired. Therefore, ATP contained in the sample can be quantitatively amplified.

上記流路上に、第1領域および第2領域を形成する方法は特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ADKおよびADPリン酸化酵素をそれぞれ固定した担体を、上記流路上に配置(固定)することにより、上記第1領域および第2領域を形成することができる。   The method for forming the first region and the second region on the flow path is not particularly limited. Specifically, for example, a carrier on which ADK and ADP phosphorylase are respectively immobilized is placed on the flow path. By arranging (fixing), the first region and the second region can be formed.

より具体的には、ADKおよびADPリン酸化酵素をそれぞれ固定した担体を用いて作製した中空カラムまたは充填カラムにより、上記第1領域および第2領域を形成することができる。   More specifically, the first region and the second region can be formed by a hollow column or a packed column produced using a carrier on which ADK and ADP phosphorylase are respectively immobilized.

ADKおよびADPリン酸化酵素をそれぞれ担体に固定する方法は特に限定されるものではない。例えば、吸着法、化学修飾法、包括固定化法など、「固定化生体触媒」(千畑 一郎 編、講談社、1986年、ISBN-10: 4061396730)に例示されるような方式や、ポリイオンコンプレックス、抗原抗体反応を用いる方法、自己組織化膜法等から選択して用いればよい。また、これらの方法は、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。   The method for immobilizing ADK and ADP kinase on the carrier is not particularly limited. For example, methods such as adsorption method, chemical modification method, and comprehensive immobilization method, such as those exemplified in “Immobilized biocatalyst” (Ichiro Chibata, Kodansha, 1986, ISBN-10: 4061396730), polyion complex, antigen A method using an antibody reaction, a self-assembled film method, or the like may be selected and used. Moreover, these methods may be used independently and may be used in combination of multiple.

中でも、ADKまたはADPリン酸化酵素を、共有結合法に代表される強固な固定化法により担体に固定する方法が好ましい。このような方法によれば、連鎖的ATP増幅反応中に、酵素が担体から解離して漏出することを防止することができる。それゆえ、連鎖的ATP増幅反応によるATPの回数をより精密に制御することができる。   Among them, a method of immobilizing ADK or ADP phosphorylase on a carrier by a strong immobilization method typified by a covalent bond method is preferable. According to such a method, it is possible to prevent the enzyme from dissociating from the carrier and leaking during the chain ATP amplification reaction. Therefore, the number of ATP by the chain ATP amplification reaction can be controlled more precisely.

また、上記担体は特に限定されるものではなく、タンパク質を固定することができる担体であれば、従来公知のものを用いることができる。   The carrier is not particularly limited, and any conventionally known carrier can be used as long as it can immobilize proteins.

例えば、上記第1領域および第2領域を充填カラムにより形成する実施形態では、固定化担体には樹脂、ガラス、セラミックス、金属、多糖類など、充填カラムの充填剤として知られている各種部材を用いることができる。   For example, in the embodiment in which the first region and the second region are formed by a packed column, the immobilization carrier includes various members known as fillers for the packed column, such as resin, glass, ceramics, metal, and polysaccharide. Can be used.

充填カラムにより第1領域および第2領域を形成する実施形態では、固定化担体が、上記流路から漏出しないことが重要である。そのため、ADKまたはADPリン酸化酵素が固定された担体は、上記流路の送液方法の少なくとも下流側に向けてしっかりとせき止められていることが好ましい。   In the embodiment in which the first region and the second region are formed by the packed column, it is important that the immobilization support does not leak from the flow path. Therefore, it is preferable that the carrier on which ADK or ADP phosphorylase is immobilized is firmly blocked toward at least the downstream side of the liquid feeding method of the flow path.

また、充填カラムにより第1領域および第2領域を形成する実施形態では、固定化担体は酵素固定化後に充填してもよいし、充填後に酵素を固定化してもよい。さらに、本発明ではカラム内での酵素固定化量濃度分布は特に限定されるものではない。   In the embodiment in which the first region and the second region are formed by a packed column, the immobilization carrier may be filled after enzyme immobilization, or the enzyme may be immobilized after filling. Furthermore, in the present invention, the concentration distribution of the immobilized enzyme in the column is not particularly limited.

本発明にかかるATP増幅反応器は、上記流路が複数連結されていてもよい。このとき、上記第1領域と第2領域とが交互に配置されるように連結する。このような構成によれば、この連結された流路に沿って、ATPと、AMPと、上記ADPリン酸化酵素の基質とを、第1領域、第2領域、第1領域、第2領域、・・・の順に通過させることにより、上記流路の連結数に応じて、1回の操作でATPを2の累乗倍に増幅することができる。   In the ATP amplification reactor according to the present invention, a plurality of the flow paths may be connected. At this time, the first region and the second region are connected so as to be alternately arranged. According to such a configuration, along this connected flow path, ATP, AMP, and the substrate for the ADP phosphorylase are mixed in the first region, the second region, the first region, the second region, .., And ATP can be amplified to a power of 2 in one operation according to the number of connected flow paths.

本発明にかかるATP増幅反応器は、上記流路以外の部材を備えていてもよい。具体的には、例えば、液体を、上記流路に沿って、上記第1領域から第2領域の方向に送液し、上記第1領域および第2領域を順に通過させ、該第2領域を通過した液体を、再び、上記第1領域の上流から第2領域の方向に送液することを可能にする溶液循環機構をさらに備えていてもよい。   The ATP amplification reactor according to the present invention may include a member other than the above-described flow path. Specifically, for example, the liquid is fed along the flow path from the first region to the second region, and sequentially passes through the first region and the second region. You may further provide the solution circulation mechanism which enables the liquid which passed through again to be sent to the direction of a 2nd area | region from the upstream of the said 1st area | region.

上記溶液循環機構としては、具体的には、例えば、上記流路をループ状にして、第2領域を通過した液体を再び第1領域の上流に戻し、再び、該液体を上記第1領域から第2領域の方向に送液する機構が挙げられる。   Specifically, as the solution circulation mechanism, for example, the flow path is formed in a loop shape, the liquid that has passed through the second region is returned to the upstream of the first region again, and the liquid is again discharged from the first region. A mechanism for feeding liquid in the direction of the second region can be mentioned.

また、別の実施形態として、第2領域を通過した液体を、第2領域から第1領域の方向に逆流させて、第2領域および第1領域を通過させ、該第1領域を通過した液体を、再び、上記第1領域から第2領域の方向に送液する機構が挙げられる。なお、連鎖的ATP増幅反応の逆向きの反応は実質的に無視できる程度であるため、第2領域を通過した試料を同一流路上を逆流させても、繰り返し行う連鎖的ATP増幅反応に影響を与えることはない。   Further, as another embodiment, the liquid that has passed through the second region is caused to flow backward from the second region to the first region to pass through the second region and the first region, and the liquid that has passed through the first region. Again, there is a mechanism for feeding liquid in the direction from the first region to the second region. Since the reverse reaction of the chain ATP amplification reaction is substantially negligible, even if the sample that has passed through the second region flows backward on the same channel, the chain ATP amplification reaction that is repeatedly performed is affected. Never give.

このような構成によれば、上記流路の連結数に制限されることなく、連鎖的ATP増幅反応を繰り返し行うことができる。また、上記流路の連結数を低減することができるため、ATP増幅反応器を小型化することができる。   According to such a configuration, the chained ATP amplification reaction can be repeatedly performed without being limited by the number of connected flow paths. In addition, since the number of connections of the flow paths can be reduced, the ATP amplification reactor can be reduced in size.

また、本発明にかかるATP増幅反応器は、上記流路に液体を送液するための送液部や、上記流路にATP等の物質を注入するための注入部、第2領域を通過した液体を回収する回収部、上記流路の温度を制御するための温度制御部等を備えていてもよい。   Further, the ATP amplification reactor according to the present invention has passed through the second region, the liquid feeding portion for feeding a liquid into the flow channel, the injection portion for injecting a substance such as ATP into the flow channel, and the second region. You may provide the collection | recovery part which collect | recovers a liquid, the temperature control part for controlling the temperature of the said flow path, etc.

上記送液部には、ポンプ、配管、インジェクター、コネクター、カラム、カラム充填剤、フラクションコレクター、検出器などが含まれうるが、これらは、耐圧性が高いことが好ましい。具体的には、0.1MPa以上の耐圧性能を有することが好ましい。   The liquid feeding unit may include a pump, a pipe, an injector, a connector, a column, a column filler, a fraction collector, a detector, and the like, but these preferably have high pressure resistance. Specifically, it is preferable to have a pressure resistance performance of 0.1 MPa or more.

上記流路が複数連結された構成では、流路の全長が長くなり、送液時に圧力が上昇するが、上記構成によれば、そのように複数の流路を連結した場合であっても、液体を送液することができる。   In the configuration in which a plurality of the flow paths are connected, the total length of the flow paths becomes long and the pressure increases during liquid feeding, but according to the above configuration, even when a plurality of flow paths are connected in that way, Liquid can be sent.

本発明にかかるATP増幅反応器は、以上のような構成を備えているため、ATPを効率的に増幅することができる。さらに、本発明にかかるATP増幅反応器は、任意の試料中に含まれるATPを定量性よく増幅することができる。したがって、本発明にかかるATP増幅反応器は、任意の試料中に含まれる微量なATPを検出したり、定量したりする用途に好適に用いることができる。   Since the ATP amplification reactor according to the present invention has the above-described configuration, ATP can be efficiently amplified. Furthermore, the ATP amplification reactor according to the present invention can amplify ATP contained in an arbitrary sample with high quantitativeness. Therefore, the ATP amplification reactor according to the present invention can be suitably used for applications in which a trace amount of ATP contained in an arbitrary sample is detected or quantified.

ここで、本発明にかかるATP増幅反応器を用いてATPを増幅させる方法(すなわち、本発明にかかるATP増幅方法)について説明する。   Here, a method for amplifying ATP using the ATP amplification reactor according to the present invention (that is, the ATP amplification method according to the present invention) will be described.

本発明にかかるATP増幅方法では、上記ATP増幅反応器が備える上記流路に沿って、ATPとAMPとADPリン酸化酵素の基質とを、第1領域および第2領域の順に、通過させる。   In the ATP amplification method according to the present invention, ATP, AMP, and a substrate of ADP phosphorylase are passed in the order of the first region and the second region along the flow path of the ATP amplification reactor.

なお、その具体的な手段は特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ATPとAMPとADPリン酸化酵素の基質とを含む試料溶液を、上記流路の第1領域上流に供し、ATP、AMP、およびADPリン酸化酵素の基質のいずれも含まない緩衝液を第1領域から第2領域の方向に送液することにより、上記流路に沿って、ATPとAMPとADPリン酸化酵素の基質とを、第1領域および第2領域の順に、通過させることができる。   The specific means is not particularly limited. Specifically, for example, a sample solution containing ATP, AMP, and a substrate for ADP kinase is placed upstream of the first region of the channel. ATP, AMP, and ADP phosphorylase are sent in the direction from the first region to the second region by sending a buffer solution that does not contain any of the ATP, AMP, and ADP kinase enzymes. The substrate of the oxidase can be passed through the first region and the second region in this order.

また、別の実施形態として、例えば、ATPを含む試料溶液を、上記流路の第1領域上流に供し、AMPおよびADPリン酸化酵素の基質を含む緩衝液を第1領域から第2領域の方向に送液することにより、上記流路に沿って、ATPとAMPとADPリン酸化酵素の基質とを、第1領域および第2領域の順に、通過させることができる。   As another embodiment, for example, a sample solution containing ATP is provided upstream of the first region of the flow path, and a buffer solution containing a substrate of AMP and ADP phosphorylase is directed from the first region to the second region. In this case, ATP, AMP, and the substrate for ADP phosphorylase can be passed through the first region and the second region in this order along the flow path.

上記構成によれば、第1領域において、1分子のAMPと1分子のATPとを反応させ、2分子のADPを生成することができる。さらに、この2分子のADPは、第2領域を通過する際、ADPリン酸化酵素の基質と反応し、2分子のATPを生成することができる。つまり、上記工程を1回実施することにより、ATPを2倍に増幅することができる。また、この操作を複数回繰り返すことにより、ATPを2の累乗倍に増幅することができる。   According to the above configuration, two molecules of ADP can be generated by reacting one molecule of AMP and one molecule of ATP in the first region. Furthermore, when these two molecules of ADP pass through the second region, they can react with an ADP kinase enzyme to generate two molecules of ATP. That is, ATP can be amplified twice by carrying out the above process once. Further, ATP can be amplified to a power of 2 by repeating this operation a plurality of times.

上記ATP増幅反応器に導入する試料溶液の導入量は、あらかじめ試料(ATP含有試料)と他の反応基質(AMPとADPリン酸化酵素の基質)を混合後にATP増幅反応器に導入する実施形態では、検出、あるいは回収されるまで、試料セグメントの一部が希釈されないだけ十分多量な試料を導入することが好ましい。このような必要量は、例えば、ダミーで色素をATP増幅反応器に導入して送液して、該色素を検出、回収することにより実験的に知ることができる。   In the embodiment in which the sample solution introduced into the ATP amplification reactor is introduced into the ATP amplification reactor after mixing the sample (ATP-containing sample) and another reaction substrate (a substrate of AMP and ADP kinase) in advance. Preferably, a sufficiently large amount of sample is introduced so that a portion of the sample segment is not diluted until detected or recovered. Such a necessary amount can be experimentally known by, for example, introducing a dye as a dummy into an ATP amplification reactor and feeding it to detect and recover the dye.

一方、ATP増幅反応器内で試料(ATP含有試料)が試料セグメントの流れ方向前後にある他の基質(AMPとADPリン酸化酵素の基質)と混合される実施形態では、最初の第1領域に到達するまでに混合可能なように十分少量な試料を導入することが好ましい。このような必要量は、例えばダミーで混合して発色するような色素を、ATP増幅反応器に導入して送液して第1領域の手前で検出、回収することにより実験的に知ることができる。ATP増幅反応器内で試料(ATP含有試料)が、その他の基質(AMPとADPリン酸化酵素の基質)と並走して、送液し合流させることにより両者を混合する実施形態では、試料導入量は任意である。   On the other hand, in the embodiment in which the sample (ATP-containing sample) is mixed with other substrates (AMP and ADP phosphorylase substrates) before and after the flow direction of the sample segment in the ATP amplification reactor, It is preferable to introduce a sufficiently small amount of sample so that it can be mixed before reaching. Such a necessary amount can be known experimentally, for example, by introducing a dye that mixes with a dummy to develop a color into the ATP amplification reactor and feeding it to detect and collect it before the first region. it can. In an embodiment in which a sample (ATP-containing sample) runs in parallel with another substrate (a substrate for AMP and ADP phosphorylase) in the ATP amplification reactor, and the two are mixed by feeding and joining. The amount is arbitrary.

上記ADPリン酸化酵素の基質は、上記第2領域に固定されているADPリン酸化酵素の種類に応じて異なる。例えば、上記ADPリン酸化酵素がPKである場合、上記基質は、PEPである。また、上記ADPリン酸化酵素がPPKである場合、上記基質は、ポリリン酸(以下、「Pn」ともいう)である。さらに、上記ADPリン酸化酵素が酢酸キナーゼである場合、上記基質は、アセチルリン酸である。上記ADPリン酸化酵素がクレアチンキナーゼである場合、上記基質は、ホスホクレアチンである。上記ADPリン酸化酵素がヘキソキナーゼである場合、上記基質は、ヘキソースリン酸である。   The substrate of the ADP kinase is different depending on the type of ADP kinase immobilized on the second region. For example, when the ADP kinase is PK, the substrate is PEP. When the ADP kinase is PPK, the substrate is polyphosphate (hereinafter also referred to as “Pn”). Further, when the ADP kinase is acetate kinase, the substrate is acetyl phosphate. When the ADP kinase is creatine kinase, the substrate is phosphocreatine. When the ADP kinase is hexokinase, the substrate is hexose phosphate.

上記Pnは特に限定されるものではなく、Pnあるいはその塩を好適に用いることができる。好ましくは10個〜1000個、より好ましくは10個〜100個のリン酸が直鎖状に重合したものを用いる。Pnは細菌由来でもよく、化学合成で得られたものでもよい。あるいは、ポリリン酸合成酵素を用いてATPから合成したものでもよい。   The Pn is not particularly limited, and Pn or a salt thereof can be preferably used. Preferably, 10 to 1000, more preferably 10 to 100 phosphoric acids polymerized in a linear form are used. Pn may be derived from bacteria or may be obtained by chemical synthesis. Alternatively, it may be synthesized from ATP using polyphosphate synthase.

本発明にかかるATP増幅方法に用いるAMPおよびADPリン酸化酵素の基質は、ATPを含まないことが好ましい。AMP、PEP、Pnはリン酸系物質であるため、通常、市販品には、極めて多量のATPが含まれている。したがって、AMPおよびADPリン酸化酵素の基質を精製し、ATPを除去して用いることが好ましい。より具体的には、AMPおよびADPリン酸化酵素の基質を含む試料溶液または緩衝液中の、AMPおよび該基質に由来するATP濃度が、1mM以下となるようにすることが好ましく、1μM以下となるようにすることがより好ましい。   It is preferable that the substrate of AMP and ADP kinase used in the ATP amplification method according to the present invention does not contain ATP. Since AMP, PEP, and Pn are phosphoric acid substances, usually, commercially available products contain a very large amount of ATP. Therefore, it is preferable to purify the substrate of AMP and ADP kinase and remove ATP. More specifically, the concentration of AMP and the ATP derived from the substrate in the sample solution or buffer containing the substrate of AMP and ADP kinase is preferably 1 mM or less, and is 1 μM or less. It is more preferable to do so.

上記流路に送液する緩衝液、およびATPを含む試料溶液の調製に用いる緩衝液は、特に限定されるものではなく、適切な緩衝液、例えば、Tris緩衝液、HEPES緩衝液、リン酸緩衝液を用いればよい。また、上記緩衝液には、例えばMgイオン等の二価金属イオンが含まれていることが好ましい。   The buffer solution to be sent to the flow path and the buffer solution used for preparing the sample solution containing ATP are not particularly limited, and suitable buffers such as Tris buffer solution, HEPES buffer solution, and phosphate buffer solution are not particularly limited. A liquid may be used. Moreover, it is preferable that the said buffer solution contains bivalent metal ions, such as Mg ion, for example.

上記緩衝液は、増幅されたATPを検出する方法に応じて適切な緩衝液を選択することが好ましい。ATPの検出方法として最も一般的に用いるルシフェラーゼ発光法を用いる場合、上記緩衝液は、ルシフェラーゼ反応の阻害剤をできる限り含まないことが好ましい。   As the buffer solution, it is preferable to select an appropriate buffer solution according to the method for detecting the amplified ATP. When the most commonly used luciferase luminescence method is used as an ATP detection method, the buffer solution preferably contains as little an inhibitor of the luciferase reaction as possible.

ルシフェラーゼ反応は、例えば、後述の実施例に示すように、リン酸イオンや塩化物イオンにより阻害される。したがって、本発明にかかるATP増幅方法で増幅されたATPをルシフェラーゼ発光法により検出する場合、上記緩衝液のリン酸イオンおよび塩化物イオンの濃度はできるだけ低くすることが好ましい。   The luciferase reaction is inhibited by, for example, phosphate ions or chloride ions, as shown in Examples described later. Therefore, when detecting ATP amplified by the ATP amplification method according to the present invention by the luciferase luminescence method, it is preferable that the phosphate ion and chloride ion concentrations in the buffer solution be as low as possible.

具体的には、リン酸イオン濃度は、1M以下とすることが好ましく、1mM以下とすることがより好ましい。また、塩化物イオン濃度は、1M以下とすることが好ましく、1mM以下とすることがより好ましい。   Specifically, the phosphate ion concentration is preferably 1 M or less, and more preferably 1 mM or less. Further, the chloride ion concentration is preferably 1 M or less, and more preferably 1 mM or less.

また、本発明にかかるATP増幅方法を行う温度は特に限定されるものではなく、連鎖的ATP増幅反応に用いる酵素の至適温度を越えない範囲で行えばよい。具体的には、4℃〜98℃の温度範囲で実施することが好ましい。連鎖的ATP増幅反応に用いる酵素の至適温度より低いと酵素活性が低くATPが充分増幅されなくなる傾向がある。一方、連鎖的ATP増幅反応に用いる酵素の至適温度を超えると酵素が失活することによりATPが充分増幅されなくなる傾向がある。   Further, the temperature at which the ATP amplification method according to the present invention is performed is not particularly limited, and may be performed within a range not exceeding the optimum temperature of the enzyme used for the chain ATP amplification reaction. Specifically, it is preferable to carry out in a temperature range of 4 ° C to 98 ° C. If the temperature is lower than the optimum temperature of the enzyme used for the chain ATP amplification reaction, the enzyme activity tends to be low and ATP cannot be sufficiently amplified. On the other hand, if the temperature exceeds the optimum temperature of the enzyme used for the chain ATP amplification reaction, the enzyme is deactivated and ATP tends not to be sufficiently amplified.

したがって、本発明にかかるATP増幅反応器が上記温度制御部を備える構成では、該温度制御部は、上記流路を室温〜連鎖的ATP増幅反応に用いる酵素の至適温度の温度範囲で制御できるものであることが好ましい。   Therefore, in the configuration in which the ATP amplification reactor according to the present invention includes the temperature control unit, the temperature control unit can control the flow path within a temperature range from room temperature to the optimum temperature of the enzyme used for the chain ATP amplification reaction. It is preferable.

上記流路に沿って、上記緩衝液を送液するときの送液方式は特に限定されるものではなく、連続送液方式であってもよいし、ストップトフロー方式であってもよい。また、そのときの流速は特に限定されるものではなく、上記第1領域および第2領域において、連鎖的ATP増幅反応が十分に進行可能な流速であればよい。該流速は、上記第1領域および第2領域に固定化した酵素量や酵素活性に依存するものであり、用いる流路に応じて適切に設定することが好ましい。具体的には、後述の実施例に示すような方法により、適切な流速を設定することができる。   The liquid feeding method for feeding the buffer solution along the flow path is not particularly limited, and may be a continuous liquid feeding method or a stopped flow method. In addition, the flow rate at that time is not particularly limited, and may be a flow rate at which the chain ATP amplification reaction can sufficiently proceed in the first region and the second region. The flow rate depends on the amount of enzyme and the enzyme activity immobilized on the first region and the second region, and is preferably set appropriately according to the flow path used. Specifically, an appropriate flow rate can be set by a method as shown in an example described later.

特に、適切な流速範囲の中でも、できるだけ高い流速を選択することが好ましい。フロー系内の、反応に寄与しない部分をデッドボリュームといい、流速低減に伴いデッドボリューム分の送液時間は流速に反比例して増える。そのため、場合によっては、上記第1領域および第2領域への十分な滞留時間を確保するために、ストップトフロー方式をとることが好ましい。   In particular, it is preferable to select a flow rate as high as possible within an appropriate flow rate range. The part of the flow system that does not contribute to the reaction is called dead volume. As the flow rate is reduced, the time required to feed the dead volume increases in inverse proportion to the flow rate. Therefore, in some cases, it is preferable to adopt a stopped flow method in order to ensure a sufficient residence time in the first region and the second region.

上記第1領域および第2領域における反応は、ほぼ平衡状態に達することが好ましい。これにより、再現性よくATPを増幅することができる。具体的には、第1領域および第2領域における反応での分析対象側基質、すなわち第1領域にあってはATPが、第2領域にあってはADPが、ほぼすべて消費されることが好ましい。なお、再現性よくATPを増幅することが可能であれば、この限りではない。   It is preferable that the reactions in the first region and the second region reach an almost equilibrium state. Thereby, ATP can be amplified with good reproducibility. Specifically, it is preferable that the analyte-side substrate in the reaction in the first region and the second region, that is, ATP is consumed in the first region and ADP is consumed in the second region. . Note that this is not necessary as long as ATP can be amplified with good reproducibility.

本発明にかかるATP増幅反応器では、固定化酵素量が多いほど、また、その酵素の比活性が高いほど、平衡状態には早く達する。また、第1領域および第2領域での滞留時間が長ければ、より確実に平衡状態に達する。第1領域および第2領域の長さ(換言すれば、カラム長)は長く、また、第1領域および第2領域の、流れの軸方向に垂直な断面積が大きいほうが同じ流速でも滞留時間が長くなる。また、送液する流速は遅いほど滞留時間が長くなる。これらのフロー系設計条件および実施条件は、選択可能なフロー系部材の耐圧条件や、酵素活性などの制約に基づき、実験的に定めることができる。   In the ATP amplification reactor according to the present invention, the higher the amount of immobilized enzyme and the higher the specific activity of the enzyme, the faster the equilibrium state is reached. Further, if the residence time in the first region and the second region is long, the equilibrium state is more reliably reached. The length of the first region and the second region (in other words, the column length) is long, and the larger the cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the flow in the first region and the second region, the residence time is the same. become longer. Moreover, the residence time becomes longer as the flow rate of liquid feeding is slower. These flow system design conditions and implementation conditions can be determined experimentally based on the pressure resistance conditions of selectable flow system members and constraints such as enzyme activity.

また、本発明にかかるATP増幅方法においては、上記流路にATPを供する前(換言すれば、連鎖的ATP増幅反応を行う前)に、上記ADPリン酸化酵素の基質を含む緩衝液を上記流路に送液することが好ましい。   In addition, in the ATP amplification method according to the present invention, before the ATP is supplied to the flow path (in other words, before the chain ATP amplification reaction is performed), the buffer solution containing the ADP phosphorylase substrate is added to the flow path. It is preferable to send the solution to the path.

上記ADPリン酸化酵素は、反応基質であるADPと複合体を形成するものが多い。具体的には、ADPリン酸化酵素であるPKおよびPPKはいずれも、ADPと複合体を形成することが知られている。   Many of the above ADP kinases form a complex with ADP which is a reaction substrate. Specifically, it is known that both PK and PPK, which are ADP kinases, form a complex with ADP.

ADPリン酸化酵素がADPとこのような複合体を形成していると、連鎖的ATP増幅反応において、該ADPがATPに変換されるため、定量的なATP増幅を行うことが困難になる。   When ADP phosphorylase forms such a complex with ADP, it is difficult to perform quantitative ATP amplification because the ADP is converted to ATP in the chain ATP amplification reaction.

しかしながら、上記ADPリン酸化酵素の基質を含む緩衝液を上記流路に予め送液することにより、第2領域に固定されたADPリン酸化酵素がADPと複合体を形成していたとしても、該ADPを除去することができる。つまり、上記構成によれば、定量的にATPを増幅させることができる。   However, even if the ADP phosphorylase immobilized in the second region forms a complex with ADP by feeding a buffer containing the substrate for the ADP phosphorylase in advance into the channel, ADP can be removed. That is, according to the above configuration, ATP can be amplified quantitatively.

また、本発明にかかるATP増幅反応器を使用後、上記流路に上記ADPリン酸化酵素の基質を含む緩衝液を送液することにより、容易にADPリン酸化酵素と結合しているADPを除去することができる。それゆえ、本発明にかかるATP増幅反応器は、容易なメンテナンス処理により、繰り返し使用することができる。   In addition, after using the ATP amplification reactor according to the present invention, a buffer solution containing the ADP phosphorylase substrate is sent to the flow path to easily remove ADP bound to ADP phosphorylase. can do. Therefore, the ATP amplification reactor according to the present invention can be used repeatedly by an easy maintenance process.

本発明にかかるATP増幅方法では、さらに、上記流路にATPを供する前(換言すれば、連鎖的ATP増幅反応を行う前)に、上記流路にリン酸を送液することが好ましい。   In the ATP amplification method according to the present invention, it is further preferable to send phosphoric acid to the channel before supplying ATP to the channel (in other words, before performing the chain ATP amplification reaction).

上記構成によれば、流路中にATPが付着(滞留)していたとしても、該ATPを洗い流すことができる。それゆえ、ATPを定量的に増幅させることができる。   According to the said structure, even if ATP has adhered (stagnation) in the flow path, this ATP can be washed away. Therefore, ATP can be amplified quantitatively.

また、本発明にかかるATP増幅反応器を使用後、上記流路にリン酸を送液することにより、容易に、流路上のATPを除去することができる。それゆえ、本発明にかかるATP増幅反応器は、容易なメンテナンス処理により、繰り返し使用することができる。   Moreover, after using the ATP amplification reactor according to the present invention, ATP on the flow path can be easily removed by feeding phosphoric acid into the flow path. Therefore, the ATP amplification reactor according to the present invention can be used repeatedly by an easy maintenance process.

本発明にかかるATP増幅方法は、上記構成を備えているため、上記流路に供するATPのみを定量性よく増幅することができる。したがって、本発明にかかるATP増幅反応器、および本発明にかかるATP増幅方法は、試料中に含まれる微量なATPの高感度検出や、高感度定量に好適に用いることができる。もちろん、ATPの合成生産の目的に利用することも可能である。   Since the ATP amplification method according to the present invention has the above-described configuration, it is possible to amplify only ATP supplied to the flow path with high quantitativeness. Therefore, the ATP amplification reactor according to the present invention and the ATP amplification method according to the present invention can be suitably used for high-sensitivity detection and high-sensitivity quantification of a trace amount of ATP contained in a sample. Of course, it can be used for the purpose of synthetic production of ATP.

したがって、本発明には、本発明にかかるATP増幅反応器を用いてATPを検出する方法(以下、「ATP検出方法」ともいう)、およびATPを定量する方法(以下、「ATP定量方法」ともいう)も含まれる。なお、ATP検出方法およびATP定量方法については、後述する。   Therefore, the present invention includes a method for detecting ATP using the ATP amplification reactor according to the present invention (hereinafter also referred to as “ATP detection method”) and a method for quantifying ATP (hereinafter referred to as “ATP quantification method”). Is also included. The ATP detection method and ATP quantification method will be described later.

また、本発明には、本発明にかかるATP増幅方法、ATP検出方法、およびATP定量方法を実施するために好適に利用することが可能なATP増幅キット、ATP検出キット、ATP定量キット(以下、これらのキット総称して「本発明にかかるキット」ともいう)も含まれる。   The present invention also includes an ATP amplification kit, an ATP detection kit, an ATP quantification kit (hereinafter, referred to as “ATP amplification kit”, “ATP detection method”, and “ATP quantification kit”). These kits are also collectively referred to as “kits according to the present invention”).

本発明にかかるキットには、ADKが固定された担体、およびADPリン酸化酵素が固定された担体のうち、少なくとも一方が含まれていればよく、その他の具体的な構成は特に限定されない。   The kit according to the present invention only needs to contain at least one of a carrier on which ADK is immobilized and a carrier on which ADP phosphorylase is immobilized, and other specific configurations are not particularly limited.

また、上記ADKが固定された担体、およびADPリン酸化酵素が固定された担体は、該担体にADKおよびADPリン酸化酵素のそれぞれが既に固定されている状態で本発明にかかるキットに含まれていてもよいが、該担体にADKおよびADPリン酸化酵素のそれぞれを固定するための試薬セットとして含まれていてもよい。   Further, the carrier on which ADK is immobilized and the carrier on which ADP phosphorylase is immobilized are included in the kit according to the present invention in a state where ADK and ADP phosphorylase are already immobilized on the carrier. However, it may be included as a reagent set for immobilizing each of ADK and ADP kinase on the carrier.

本発明にかかるキットには、連鎖的ATP増幅反応に用いられる試薬、ATPの検出に用いられる試薬がさらに含まれていることが好ましい。   The kit according to the present invention preferably further contains a reagent used for the chain ATP amplification reaction and a reagent used for the detection of ATP.

上記連鎖的ATP増幅反応に用いられる試薬としては、具体的には、例えば、PEP、ポリリン酸化合物、AMP等を挙げることができる。   Specific examples of the reagent used for the chain ATP amplification reaction include PEP, polyphosphate compound, and AMP.

上記ATP検出に用いられる試薬としては、ルシフェラーゼ、ルシフェリン等を挙げることができる。   Examples of the reagent used for the ATP detection include luciferase and luciferin.

本発明にかかるキットには、上記例示したもの以外に、上記化合物等を溶解するための緩衝液、ATP標準液、試料からATPを抽出するための試薬、反応に用いるプレート等が含まれていてもよい。   The kit according to the present invention includes, in addition to those exemplified above, a buffer solution for dissolving the above compounds, an ATP standard solution, a reagent for extracting ATP from a sample, a plate used for the reaction, and the like. Also good.

<II.ATP検出方法およびATP定量方法>
本発明にかかるATP検出方法は、試料中に含まれるATPを本発明にかかるATP増幅方法によって増幅し、該増幅したATPを検出することにより、上記試料中のATPを検出する方法である。
<II. ATP detection method and ATP quantification method>
The ATP detection method according to the present invention is a method for detecting ATP in the sample by amplifying ATP contained in the sample by the ATP amplification method according to the present invention and detecting the amplified ATP.

一方、本発明にかかるATP定量方法は、試料中に含まれるATPを本発明にかかるATP増幅方法によって増幅し、該増幅したATPを定量することにより、上記試料中のATPを定量する方法である。   On the other hand, the ATP quantification method according to the present invention is a method in which ATP contained in a sample is amplified by the ATP amplification method according to the present invention, and the ATP in the sample is quantified by quantifying the amplified ATP. .

本発明にかかるATP検出方法およびATP定量方法により、ATPを検出または定量する対象となる試料は、特に限定されるものではなく、ATPを含む可能性があるものであればよい。ATPは、動物、植物、微生物等の全ての生物に存在するエネルギー物質であるので、生物由来の試料が本発明の対象試料となり得る。   A sample to be detected or quantified by the ATP detection method and ATP quantification method according to the present invention is not particularly limited as long as it may contain ATP. Since ATP is an energy substance present in all living organisms such as animals, plants, and microorganisms, biological samples can be the target sample of the present invention.

本方法は超微量のATPを検出および定量することができるため、本方法の適用対象としては、例えば、抗ガン剤の薬効試験として、アポトーシスが起きて死滅した細胞の検出、生物が存在した痕跡として残るATPの検出、衛生検査現場における将来微生物が生息するであろう食品残渣の検査、極少数の微生物の検出等を挙げることができる。なかでも微生物の検出に適用すれば、非常に簡便に、かつ、極少数の微生物の存在を確認することができるため、微生物を含む可能性のある試料が本発明の対象試料として好適である。   Since this method can detect and quantify an extremely small amount of ATP, this method can be applied to, for example, as a medicinal effect test of an anticancer agent, detection of cells that have died due to apoptosis, and traces of living organisms. Detection of remaining ATP, inspection of food residues that future microorganisms will inhabit at a hygiene inspection site, detection of extremely few microorganisms, and the like. In particular, if it is applied to detection of microorganisms, the presence of a very small number of microorganisms can be confirmed very simply, and therefore a sample that may contain microorganisms is suitable as the target sample of the present invention.

試料からATPを抽出する方法は特に限定されるものではなく、試料の種類に応じて公知の方法から適宜選択して用いればよい。例えば、細胞を含む試料や微生物を含む試料からATPを抽出する場合には、物理的手段(例えばホモジナイザー、超音波等)により細胞または微生物を破砕する方法、酵素(例えばリゾチーム等)により細胞または微生物の膜を破砕する方法、界面活性剤(例えばTritonX-100(商品名)、Tween20(商品名)等)により細胞または微生物の膜を破砕する方法等を用いることができる。   The method for extracting ATP from the sample is not particularly limited, and may be appropriately selected from known methods according to the type of the sample. For example, when extracting ATP from a sample containing cells or a sample containing microorganisms, a method of crushing cells or microorganisms by physical means (for example, a homogenizer, ultrasonic wave, etc.), a cell or microorganisms by an enzyme (for example, lysozyme, etc.) And a method of crushing a membrane of cells or microorganisms with a surfactant (for example, TritonX-100 (trade name), Tween 20 (trade name), etc.) can be used.

ただし、細胞を破砕等するのみでは、細胞中に含まれるピルビン酸キナーゼ、ポリリン酸キナーゼ、およびアデニル酸キナーゼ等の酵素が、連鎖的ATP増幅反応に影響を及ぼす可能性がある。そのため、細胞を破砕等してATPを抽出した後に加熱処理を行って酵素を失活させたり、細胞を加熱処理したりすることによりATPを溶出させる方法を用いることが好ましい。   However, if only cells are disrupted, enzymes such as pyruvate kinase, polyphosphate kinase, and adenylate kinase contained in the cells may affect the chain ATP amplification reaction. Therefore, it is preferable to use a method in which ATP is extracted by crushing cells or the like to extract ATP and then heat-treating to deactivate the enzyme or heat-treating the cells.

本発明にかかるATP検出方法およびATP定量方法において、本発明にかかるATP増幅方法により増幅されたATPを検出および定量する方法は特に限定されるものではなく、ATP検出法およびATP定量法として従来公知のあらゆる方法を用いることができる。   In the ATP detection method and ATP quantification method according to the present invention, the method for detecting and quantifying ATP amplified by the ATP amplification method according to the present invention is not particularly limited, and is conventionally known as an ATP detection method and an ATP quantification method. Any method can be used.

ATPの検出および定量に用いられる最も一般的な方法として、ルシフェラーゼとATPとの反応による発光量の測定を挙げることができる。本発明においても、該方法を好適に用いることができる。このような発光量の測定によりATPを測定する場合には、市販のルシフェラーゼを用いるATP測定キットを用いてもよい。   The most common method used for detection and quantification of ATP includes measurement of the amount of luminescence by the reaction of luciferase and ATP. In the present invention, the method can be preferably used. When ATP is measured by measuring the amount of luminescence, a commercially available ATP measurement kit using luciferase may be used.

なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the configurations described above, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments are appropriately combined. The obtained embodiment is also included in the technical scope of the present invention.

本発明について、実施例および図3〜図11に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正および改変を行うことができる。   Although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and FIGS. 3-11, this invention is not limited to this. Those skilled in the art can make various changes, modifications, and alterations without departing from the scope of the present invention.

〔実施例1:酵素固定化カラムを用いたATP増幅〕
(1)酵素固定化カラムの作製
ADK固定化カラムおよびPK固定化カラムを、以下の手順で作製した。
[Example 1: ATP amplification using enzyme-immobilized column]
(1) Production of enzyme-immobilized column An ADK-immobilized column and a PK-immobilized column were produced by the following procedure.

まず、リガンド固定化用カップリングカラム(商品名:HiTrap NHS-activated HPカラム1ml(GE Healthcare))に、あらかじめ氷上で冷やしておいた1mM HClをシリンジで6ml通液した。   First, 6 ml of 1 mM HCl cooled on ice in advance was passed through a coupling column for ligand immobilization (trade name: HiTrap NHS-activated HP column 1 ml (GE Healthcare)) with a syringe.

直ちに、ADK固定化カラムについては結合緩衝液(0.2M NaHCO−NaOH、0.5M NaCl、pH8.4)で調製したニワトリ筋由来Myokinase(=ADK、SIGMA)30μg/ml酵素溶液を、PK固定化カラムについては上記結合緩衝液で調製したウサギ筋由来Pyruvate kinase(SIGMA)144μg/ml酵素溶液を、それぞれ1mlずつを通液し、25℃で30分間保温した。 Immediately, for the ADK-immobilized column, a chicken muscle-derived myokinase (= ADK, SIGMA) 30 μg / ml enzyme solution prepared with a binding buffer (0.2 M NaHCO 3 -NaOH, 0.5 M NaCl, pH 8.4) was added to the PK. About the immobilization column, 1 ml each of the rabbit muscle-derived Pyruvate kinase (SIGMA) 144 μg / ml enzyme solution prepared with the above binding buffer was passed through, and incubated at 25 ° C. for 30 minutes.

次に、それぞれのカラムに結合停止液(0.5Mエタノールアミン、0.5M NaCl、pH8.0)を6ml通液し、25℃で30分間保温した。最後に、それぞれのカラムに移動緩衝液(50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)を6ml通液した。これにより、ADK固定化カラムおよびPK固定化カラムを得た。 Next, 6 ml of a binding stop solution (0.5 M ethanolamine, 0.5 M NaCl, pH 8.0) was passed through each column and kept at 25 ° C. for 30 minutes. Finally, 6 ml of transfer buffer (50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) was passed through each column. As a result, an ADK-immobilized column and a PK-immobilized column were obtained.

(2)基質の精製
連鎖的ATP増幅反応において基質として用いるAMP、PEPを以下の手順で精製した。
(2) Purification of substrate AMP and PEP used as substrates in the chain ATP amplification reaction were purified by the following procedure.

まず、市販のAMP(東京化成工業)およびPEP(SIGMA)を用いて、10mM AMP水溶液および500mM PEP水溶液を調製した。調製したAMP水溶液およびPEP水溶液をそれぞれ100μlずつ、緩衝液A(10mMクエン酸、5mM NaCl、pH2.85)で平衡化した陰イオン交換カラム(商品名:DEAE−2SW(東ソー社))に供した。   First, 10 mM AMP aqueous solution and 500 mM PEP aqueous solution were prepared using commercially available AMP (Tokyo Chemical Industry) and PEP (SIGMA). 100 μl each of the prepared AMP aqueous solution and PEP aqueous solution was applied to an anion exchange column (trade name: DEAE-2SW (Tosoh Corporation)) equilibrated with buffer A (10 mM citric acid, 5 mM NaCl, pH 2.85). .

その後、緩衝液Aおよび緩衝液B(10mMクエン酸、1M NaCl、pH4.40)を用いて、緩衝液B濃度0%〜100%のリニアグラジエントによりAMPおよびPEPをそれぞれ溶出した。なお、カラムに送液する流速は、1.0ml/minとした。   Thereafter, AMP and PEP were eluted with a linear gradient with a buffer B concentration of 0% to 100% using buffer A and buffer B (10 mM citrate, 1M NaCl, pH 4.40), respectively. In addition, the flow rate sent to the column was 1.0 ml / min.

また、AMPについては、溶出された溶液の254nmの吸光度(A254)をモニターして、ピークの吸光度が2.5以上の画分を分取した。一方、PEPについては、溶出された溶液の250nmの吸光度(A250)をモニターして、ピークの吸光度が2.0以上の画分を分取し、精製したAMPおよびPEPを得た。 As for AMP, the absorbance at 254 nm (A 254 ) of the eluted solution was monitored, and fractions having peak absorbance of 2.5 or more were collected. On the other hand, for PEP, the absorbance at 250 nm (A 250 ) of the eluted solution was monitored, and the fraction having a peak absorbance of 2.0 or more was fractionated to obtain purified AMP and PEP.

こうして分取したAMPおよびPEPの画分について、それぞれ濃度検定を行ったところ、AMP画分の濃度は、2.8mM、PEP画分の濃度は、25.8mMであった。   The AMP and PEP fractions thus collected were subjected to a concentration test. The concentration of the AMP fraction was 2.8 mM, and the concentration of the PEP fraction was 25.8 mM.

(3)酵素固定化カラムに送液する基質溶液の流速の検討
上記(1)で作製したADK固定化カラムおよびPK固定化カラムに基質溶液を送液したときに反応を十分に進行させることが可能な流速を、以下の手順で検討した。
(3) Examination of flow rate of substrate solution sent to enzyme-immobilized column When substrate solution is sent to ADK-immobilized column and PK-immobilized column prepared in (1) above, the reaction should proceed sufficiently. A possible flow rate was examined by the following procedure.

a)PK固定化カラムに送液する基質溶液の流速の検討
上記(1)で作製したPK固定化カラムを自動送液装置(商品名:AKTA explorer 100 : GE Healthcare)に連結し、流速1.0ml/minで移動緩衝液(50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)を2ml以上通液し、平衡化した。
a) Examination of flow rate of substrate solution sent to PK immobilization column The PK immobilization column prepared in (1) above was connected to an automatic liquid delivery device (trade name: AKTA explorer 100: GE Healthcare). Transfer buffer (50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) was passed through at least 2 ml at 0 ml / min to equilibrate.

平衡化後、PK反応液(50nM ATP、1.0mM PEP、50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)1mlを、流速0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、または4.0ml/minで通液し、フラクションコレクターで96穴マイクロプレートに100μlずつ計5ml分取した。次に、分取した各フラクションのATP量およびADP量を測定した。 After equilibration, 1 ml of PK reaction solution (50 nM ATP, 1.0 mM PEP, 50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) was added at a flow rate of 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2 0.0 or 4.0 ml / min was passed through, and a total of 5 ml was taken in a 96-well microplate using a fraction collector. Next, the ATP amount and ADP amount of each fraction collected were measured.

ATP量の測定は、サンプル20μlに対して、ルシフェラーゼ溶液(ルシフェラーゼ(商品名:ルシフェラーゼFM(バイオエネックス社))0.025mg/ml、ルシフェリンカリウム2mM、50mM Tricin−NaOH、1mM酢酸マグネシウム、5%トレハロース、pH7.8)20μlを加え、発光値をプレートリーダー(商品名:Wallac 1420 Arvo SX(Perkin Elmer社))で測定することにより行った。   The amount of ATP is measured with respect to 20 μl of a sample by using a luciferase solution (luciferase (trade name: Luciferase FM (Bio-Enex)) 0.025 mg / ml, luciferin potassium 2 mM, 50 mM Tricin-NaOH, 1 mM magnesium acetate, 5% trehalose. , PH 7.8) 20 μl was added, and the luminescence value was measured with a plate reader (trade name: Wallac 1420 Arvo SX (Perkin Elmer)).

一方、ADP量の測定では、まず、サンプル40μlに対して、PK酵素溶液(ウサギ筋由来PK 10U/ml、50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)20μlを加え、37℃で60分間保温した。その後、反応液40μlに対して、上記ルシフェラーゼ溶液20μlを加え、発光値をプレートリーダー(商品名:Wallac 1420 Arvo SX(Perkin Elmer社))で測定した。こうして各フラクションのADPおよびATPを全てATPに積算した総ATP量から、上記ATP量の測定で得られたATP量を差し引くことにより、ADP量を算出した。 On the other hand, in the measurement of the amount of ADP, first, 20 μl of a PK enzyme solution (rabbit muscle-derived PK 10 U / ml, 50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) is added to 40 μl of a sample, and then at 37 ° C. for 60 minutes. Keep warm. Thereafter, 20 μl of the luciferase solution was added to 40 μl of the reaction solution, and the luminescence value was measured with a plate reader (trade name: Wallac 1420 Arvo SX (Perkin Elmer)). Thus, the ADP amount was calculated by subtracting the ATP amount obtained by the measurement of the ATP amount from the total ATP amount obtained by adding all the ADP and ATP of each fraction to the ATP.

上記方法により測定した各フラクションのATP量およびADP量から各流速でPK反応液を送液したときの反応率を求めた。   The reaction rate when the PK reaction solution was fed at each flow rate was determined from the ATP amount and ADP amount of each fraction measured by the above method.

その結果、図3に示すように、1.0ml/min以上の流速で上記PK反応液を送液すると、流速の上昇に伴って反応率の減少が見られた。この反応率の低下は、上記(1)で作製したPK固定化カラムに固定化されている酵素量では、1.0ml/min以上の流速で上記PK反応液を送液すると、該カラム通過中に十分に反応が進行するだけの反応時間が確保できないためと考えられる。   As a result, as shown in FIG. 3, when the PK reaction solution was fed at a flow rate of 1.0 ml / min or more, a decrease in the reaction rate was observed as the flow rate increased. This decrease in the reaction rate occurs when the PK reaction solution is fed at a flow rate of 1.0 ml / min or more when the enzyme amount is immobilized on the PK immobilization column prepared in (1) above. This is probably because the reaction time sufficient for the reaction to sufficiently proceed cannot be secured.

b)ADK固定化カラムに送液する基質溶液の流速の検討
上記(1)で作製したADK固定化カラムを自動送液装置に連結し、流速1.0ml/minで上記移動緩衝液を2ml以上通液し、平衡化した。平衡化後、ADK反応液(100nM ADP、0.1mM AMP、50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)1mlを流速0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、または4.0ml/minで通液し、フラクションコレクターで96穴プレートに100μlずつ計5ml分取した。次に、分取した各フラクションのATP量およびADP量を上記と同様の方法で測定した。
b) Examination of flow rate of substrate solution sent to ADK-immobilized column The ADK-immobilized column prepared in (1) above was connected to an automatic liquid feeder, and at least 2 ml of the above moving buffer was flowed at a flow rate of 1.0 ml / min. The solution was passed through and equilibrated. After equilibration, 1 ml of ADK reaction solution (100 nM ADP, 0.1 mM AMP, 50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) was added at a flow rate of 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2. The solution was allowed to flow through at 0 or 4.0 ml / min, and 100 ml was dispensed into a 96-well plate with a fraction collector for a total of 5 ml. Next, the amount of ATP and the amount of ADP of each fraction collected were measured by the same method as described above.

そして、測定した各フラクションのATP量およびADP量から各流速でADK反応液を送液したときの反応率を求めた。   Then, the reaction rate when the ADK reaction solution was fed at each flow rate was determined from the measured ATP amount and ADP amount of each fraction.

その結果、図4に示すように、1.0ml/min以上の流速で上記ADK反応液を送液すると、流速の上昇に伴って反応率の減少が見られた。この反応率の低下は、上記(1)で作製したADK固定化カラムに固定化されている酵素量では、1.0ml/min以上の流速で上記ADK反応液を送液すると、該カラム通過中に十分に反応が進行するだけの反応時間を確保できないためと考えられる。   As a result, as shown in FIG. 4, when the ADK reaction solution was fed at a flow rate of 1.0 ml / min or more, a decrease in the reaction rate was observed as the flow rate increased. This decrease in the reaction rate occurs when the ADK reaction solution is fed at a flow rate of 1.0 ml / min or more when the enzyme amount immobilized on the ADK immobilization column prepared in (1) above is passing through the column. This is considered to be because the reaction time sufficient for the reaction to sufficiently proceed cannot be secured.

このように、PK固定化カラムおよびADK固定化カラムのいずれのカラムについても、1.0ml/min以上の流速で基質溶液を送液すると、十分に反応させることができなかった。一方、0.5ml/min以下の流速で基質溶液を送液すると、図3および図4に示すように、反応率はほぼ100%であった。そのため、以下の実験では、PK固定化カラムおよびADK固定化カラムに送液する流速は、0.5ml/minとした。   Thus, in both the PK-immobilized column and the ADK-immobilized column, when the substrate solution was fed at a flow rate of 1.0 ml / min or more, the reaction could not be sufficiently performed. On the other hand, when the substrate solution was fed at a flow rate of 0.5 ml / min or less, as shown in FIGS. 3 and 4, the reaction rate was almost 100%. Therefore, in the following experiment, the flow rate for feeding the liquid to the PK-immobilized column and the ADK-immobilized column was set to 0.5 ml / min.

(4)酵素固定化カラムを用いた連鎖的ATP増幅反応
上記(1)の方法で作製したADK固定化カラムおよびPK固定化カラムをそれぞれ4本用意した。
(4) Chain ATP amplification reaction using enzyme-immobilized column Four ADK-immobilized columns and four PK-immobilized columns prepared by the method of (1) above were prepared.

これら4本のカラムを用いて、(a)ADK固定化カラム−PK固定化カラムからなる連結カラム、(b)ADK固定化カラム−PK固定化カラム−ADK固定化カラム−PK固定化カラムからなる連結カラム、(c)ADK固定化カラム−PK固定化カラム−ADK固定化カラム−PK固定化カラム−ADK固定化カラム−PK固定化カラムからなる連結カラム、(d)ADK固定化カラム−PK固定化カラム−ADK固定化カラム−PK固定化カラム−ADK固定化カラム−PK固定化カラム−ADK固定化カラム−PK固定化カラムからなる連結カラムを作製した。   Using these four columns, (a) a linking column composed of an ADK-immobilized column-PK-immobilized column, and (b) an ADK-immobilized column-PK-immobilized column-ADK-immobilized column-PK-immobilized column. (C) ADK-immobilized column-PK-immobilized column-ADK-immobilized column-PK-immobilized column-ADK-immobilized column-PK-immobilized column, (d) ADK-immobilized column-PK-immobilized A linking column composed of a column-ADK-immobilized column-PK-immobilized column-ADK-immobilized column-PK-immobilized column-ADK-immobilized column-PK-immobilized column was prepared.

上記(a)〜(d)の連結カラムをそれぞれ自動送液装置に装着し、流速1.0ml/minで移動緩衝液(50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)を2ml以上通液し、平衡化した。なお、同一の連結カラムを用いて複数回測定を行う場合、すべての測定間に、上記条件での平衡化を実施した。 Each of the above connection columns (a) to (d) is attached to an automatic liquid feeder, and 2 ml or more of a moving buffer (50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) is passed at a flow rate of 1.0 ml / min. And equilibrated. In addition, when measuring several times using the same connection column, equilibration on the said conditions was implemented between all the measurements.

平衡化後、それぞれの連結カラムに、増幅反応液(65nM ATP、1.0mM PEP、0.1mM AMP、50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)2mlを流速0.5ml/minで通液し、フラクションコレクターで96穴マイクロプレートに200μlずつ計20ml分取した。なお、上記増幅反応液の調製には、上記(2)の精製法1で精製したAMPおよびPEPを用いた。 After equilibration, 2 ml of amplification reaction solution (65 nM ATP, 1.0 mM PEP, 0.1 mM AMP, 50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) was passed through each ligation column at a flow rate of 0.5 ml / min. A total of 20 ml was taken in a 96-well microplate using a fraction collector. In addition, AMP and PEP refine | purified by the purification method 1 of said (2) were used for preparation of the said amplification reaction liquid.

次に、分取した各フラクションのATP量を測定した。ATP量測定はサンプル20μlに対して、ルシフェラーゼ溶液(ルシフェラーゼ(商品名:ルシフェラーゼFM(バイオエネックス社)) 0.025mg/ml、ルシフェリンカリウム2mM、50mM Tricin−NaOH、1mM酢酸マグネシウム、5%トレハロース、pH7.8)20μlを加え、発光値をプレートリーダー(商品名:Wallac 1420 Arvo SX(Perkin Elmer社))で測定することにより行った。   Next, the amount of ATP in each fraction was measured. The amount of ATP was measured with respect to 20 μl of sample using a luciferase solution (luciferase (trade name: Luciferase FM (Bio-Enex)) 0.025 mg / ml, luciferin potassium 2 mM, 50 mM Tricin-NaOH, 1 mM magnesium acetate, 5% trehalose, pH 7 .8) 20 μl was added, and the luminescence value was measured by a plate reader (trade name: Wallac 1420 Arvo SX (Perkin Elmer)).

さらに、ATPを含まない増幅反応液(バックグラウンド)を各連結カラムに供し、同様の操作を行った。分取した各フラクションについて、上記の方法を用いてATP量を測定し、該測定値を、上記ATPを含む増幅反応液を用いた場合の測定値から差し引くことにより、連鎖的ATP増幅反応後のATP量を算出した。   Further, an amplification reaction solution (background) not containing ATP was applied to each linking column, and the same operation was performed. For each fraction collected, the amount of ATP is measured using the above method, and the measured value is subtracted from the measured value when the amplification reaction solution containing ATP is used. The amount of ATP was calculated.

その結果、図5に示すように、各連結カラム(増幅カラム)に増幅反応液を通液することで、2mlの反応液は希釈され、約5mlのATP濃度勾配を持ったピークで流出した。   As a result, as shown in FIG. 5, by passing the amplification reaction solution through each linking column (amplification column), 2 ml of the reaction solution was diluted and flowed out with a peak having an ATP concentration gradient of about 5 ml.

また、1回〜4回のいずれの増幅回数でも、ピークトップの約1.5mlは一定数値に収束していた。このことから、この画分は、希釈の影響を受けずに反応した溶液の画分であると考えられた。   Moreover, about 1.5 ml of the peak top was converged to a fixed numerical value in any number of amplifications of 1 to 4. From this, it was considered that this fraction was a fraction of the solution that reacted without being influenced by dilution.

さらに、1回〜4回のいずれの増幅回数でも、ピークトップのATP濃度は、反応前のATP濃度と比較して、上昇が見られた。このことから、いずれの増幅回数であっても、連鎖的ATP増幅反応が進行することが確認された。   In addition, the peak ATP concentration increased as compared with the ATP concentration before the reaction at any number of amplifications of 1 to 4. From this, it was confirmed that the chain ATP amplification reaction proceeds at any number of amplifications.

加えて、連結するカラム数の増加に伴い、ATP濃度の増加が見られた。そこで、各増幅回数で増幅されたサンプル(ピークトップを含め、前後2フラクション、計5フラクション)の平均値と増幅回数の関係を片対数プロットした。   In addition, an increase in ATP concentration was observed with an increase in the number of columns connected. Therefore, a semi-log plot of the relationship between the average value and the number of amplifications of the samples amplified at each amplification number (2 fractions before and after the peak top, a total of 5 fractions).

その結果、図6に示すように、1.9で増幅し、理論値の2に近い値で指数関数的に増幅する傾向が見られた。以上の結果から、ADK固定化カラムおよびPK固定化カラムの連結数によって、増幅回数を制御し、その結果、ATP増幅を制御できることが明らかとなった。 As a result, as shown in FIG. 6, there was a tendency to amplify at 1.9 N and exponentially amplify at a value close to the theoretical value of 2 N. From the above results, it became clear that the number of amplifications was controlled by the number of connections between the ADK-immobilized column and the PK-immobilized column, and as a result, ATP amplification could be controlled.

つまり、従来のバッチ法でのATP増幅反応では、増幅回数の制御が反応時間に依存していたため、微妙な酵素活性の違いでATP増幅度が大きく変動し、定量的な高感度測定が難しかった。しかし、本発明にかかるATP増幅方法では、固定化酵素を用いたフロー系での連鎖的ATP増幅反応を行う。このATP増幅方法では、ATPの増幅回数は、連結する酵素固定化カラムの数に依存する。そのため、増幅回数(換言すれば、ATPの増幅度)を増幅カラム数によって厳密に制御することができることが明らかとなった。   That is, in the conventional ATP amplification reaction by the batch method, since the control of the number of amplifications depends on the reaction time, the degree of ATP amplification greatly fluctuates due to a subtle difference in enzyme activity, making quantitative high-sensitivity measurement difficult. . However, in the ATP amplification method according to the present invention, a chain ATP amplification reaction is performed in a flow system using an immobilized enzyme. In this ATP amplification method, the number of ATP amplifications depends on the number of enzyme-immobilized columns to be linked. For this reason, it has become clear that the number of amplifications (in other words, the degree of amplification of ATP) can be strictly controlled by the number of amplification columns.

〔実施例2:酵素固定化カラムを用いたATPの高感度定量〕
酵素固定化カラムを用いたATP増幅により、ATPの高感度定量が可能である否かを検証した。連結カラムとして、実施例1の(4)で作製した(d)ADK固定化カラム−PK固定化カラム−ADK固定化カラム−PK固定化カラム−ADK固定化カラム−PK固定化カラム−ADK固定化カラム−PK固定化カラムからなる連結カラムを用いた。すなわち、実施例2では、連鎖的ATP増幅反応によるATPの増幅回数を4回とした。
[Example 2: Sensitive determination of ATP using an enzyme-immobilized column]
It was verified whether ATP could be quantified with high sensitivity by ATP amplification using an enzyme-immobilized column. (D) ADK-immobilized column-PK-immobilized column-ADK-immobilized column-PK-immobilized column-ADK-immobilized column-PK-immobilized column-ADK-immobilized prepared in (4) of Example 1 as a linking column A linked column consisting of a column-PK immobilized column was used. That is, in Example 2, the number of amplification of ATP by the chain ATP amplification reaction was set to 4 times.

上記連結カラムを自動送液装置に装着し、流速1.0ml/minで緩衝液A(10mMクエン酸、5mM NaCl、pH2.85)を2CV以上通液し、平衡化した。なお、以後すべての測定間では同様の条件で平衡化を実施した。   The above-mentioned connected column was attached to an automatic liquid feeder, and buffer C (10 mM citric acid, 5 mM NaCl, pH 2.85) was passed at 2 CV or more at a flow rate of 1.0 ml / min to equilibrate. In addition, equilibration was carried out under the same conditions between all measurements thereafter.

平衡化後、ATP希釈反応液(ATP、1.0mM PEP、0.1mM AMP、50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)2mlを流速0.5ml/minで通液し、フラクションコレクターで96穴マイクロプレートに200μlずつ計20ml分取した。なお、上記ATP希釈反応液の調製には、実施例1で精製したAMPおよびPEPを用いた。また、ATP希釈反応液のATP濃度は、500fM、5pM、50pM、500pM、5nM、および50nMとした。 After equilibration, 2 ml of ATP diluted reaction solution (ATP, 1.0 mM PEP, 0.1 mM AMP, 50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) was passed at a flow rate of 0.5 ml / min. A total of 20 ml was dispensed into a 96-well microplate at 200 μl. In addition, AMP and PEP refine | purified in Example 1 were used for preparation of the said ATP dilution reaction liquid. The ATP concentration of the ATP diluted reaction solution was 500 fM, 5 pM, 50 pM, 500 pM, 5 nM, and 50 nM.

次に、分取した各フラクションのATP量を測定した。ATPはサンプル5μlに対して、上記ルシフェラーゼ溶液20μlを加え、発光値をプレートリーダー(商品名:Wallac 1420 Arvo SX(Perkin Elmer社))で測定し、ATP量を測定した。   Next, the amount of ATP in each fraction was measured. As for ATP, 20 μl of the above luciferase solution was added to 5 μl of sample, and the luminescence value was measured with a plate reader (trade name: Wallac 1420 Arvo SX (Perkin Elmer)), and the amount of ATP was measured.

さらに、ATPを含まないATP希釈反応液(バックグラウンド)についても同様の操作を行った。そして、ATP希釈反応液を用いて得られた測定値から、バックグラウンドを得られた測定値を差し引き、連鎖的ATP増幅反応後のATP量を算出した。   Further, the same operation was performed for the ATP diluted reaction solution (background) not containing ATP. And the measured value obtained from the background was subtracted from the measured value obtained using the ATP diluted reaction solution, and the ATP amount after the chain ATP amplification reaction was calculated.

また、比較対照(連鎖的ATP増幅反応を行っていないコントロール)として、上記ATP希釈反応液を5μlに対して、上記ルシフェラーゼ溶液を20μl加え、発光値をプレートリーダー(商品名:Wallac 1420 Arvo SX(Perkin Elmer社))で測定し、発光値を測定した。   Further, as a comparison control (control in which chain ATP amplification reaction was not performed), 20 μl of the luciferase solution was added to 5 μl of the ATP diluted reaction solution, and the luminescence value was measured using a plate reader (trade name: Wallac 1420 Arvo SX (trade name: Perkin Elmer))), and the luminescence value was measured.

その結果、図7に示すように、連鎖的ATP増幅反応による4回増幅によって、各ATP希釈反応液に含まれるATPは増幅され、発光値が50pM以上の各ATP濃度において増加した。より具体的には、ATP希釈反応液のATP濃度が50pM〜50nMの範囲で発光値とATP濃度との間に比例関係が成立し、定量可能域であった。   As a result, as shown in FIG. 7, ATP contained in each ATP dilution reaction solution was amplified by four times amplification by the chain ATP amplification reaction, and the luminescence value increased at each ATP concentration of 50 pM or more. More specifically, a proportional relationship was established between the luminescence value and the ATP concentration when the ATP concentration of the ATP-diluted reaction solution was in the range of 50 pM to 50 nM, which was a quantifiable range.

これに対して、増幅前のATP希釈反応液をルシフェラーゼアッセイで測定すると、ATP濃度500pM〜50nMの範囲で発光値とATP濃度との間には比例関係が成立し、定量可能域であった。しかし、50pM以下のATP濃度では、プレートリーダー(商品名:Wallac 1420 Arvo SX(Perkin Elmer社))検出限界以下のため、発光値に差は見られなかった。   In contrast, when the ATP diluted reaction solution before amplification was measured by a luciferase assay, a proportional relationship was established between the luminescence value and the ATP concentration in the range of ATP concentration of 500 pM to 50 nM, and it was within the quantifiable range. However, at an ATP concentration of 50 pM or less, there was no difference in the luminescence value because the plate reader (trade name: Wallac 1420 Arvo SX (Perkin Elmer)) was below the detection limit.

つまり、上記条件でATPを増幅させると、ATP濃度が4回増幅によって約16倍に増幅され、ATP希釈反応液のATP濃度が50pMであっても、ATPは増幅され、増幅されたATPから生じる発光値は検出範囲内となった。   In other words, when ATP is amplified under the above conditions, the ATP concentration is amplified about 16 times by amplification four times. Even when the ATP concentration of the ATP dilution reaction solution is 50 pM, ATP is amplified and is generated from the amplified ATP. The luminescence value was within the detection range.

以上の結果、固定化酵素を用いたATP増幅により、ATPのルシフェラーゼアッセイの定量感度を向上させることができることが明らかとなった。具体的には、ATPの4回増幅によって、従来のルシフェラーゼアッセイによるATP定量と比較して感度を10倍向上させることができた。   As a result, it became clear that the quantitative sensitivity of the ATP luciferase assay can be improved by ATP amplification using an immobilized enzyme. Specifically, the four-time amplification of ATP was able to improve the sensitivity 10 times compared to the ATP quantification by the conventional luciferase assay.

また、本発明にかかるATP増幅方法によれば、ATPの増幅回数を所望に制御することができるため、該ATPの増幅回数を増加させることにより、ATPのルシフェラーゼアッセイの定量感度をより一層向上させることができる。   Further, according to the ATP amplification method of the present invention, the number of ATP amplifications can be controlled as desired, so that the quantitative sensitivity of the ATP luciferase assay is further improved by increasing the number of ATP amplifications. be able to.

〔実施例3:酵素固定化カラムを用いたATP増幅の反復処理〕
ADK固定化カラムおよびPK固定化カラムのセットを複数セット連結するのではなく、ADK固定化カラムおよびPK固定化カラムを1つずつ連結した連結カラムに複数回サンプルを通液することにより、複数回ATP増幅を行った。
[Example 3: Repeated ATP amplification using an enzyme-immobilized column]
Rather than connecting multiple sets of ADK-immobilized columns and PK-immobilized columns, the sample is passed multiple times by passing the sample multiple times through a concatenated column in which ADK-immobilized columns and PK-immobilized columns are connected one by one. ATP amplification was performed.

具体的には、ADK固定化カラムおよびPK固定化カラムを1つずつ連結した連結カラムを自動送液装置に装着し、流速1.0ml/minでrunning buffer(1mM PEP、0.1μM AMP、5mM MgCl、50mM HEPES−NaOH、pH7.4)を通液し、平衡化した。なお、上記running bufferの調製には、未精製のAMPおよびPEPを用いた。 Specifically, a linking column in which an ADK-immobilized column and a PK-immobilized column are connected one by one is attached to an automatic liquid feeder, and a running buffer (1 mM PEP, 0.1 μM AMP, 5 mM) at a flow rate of 1.0 ml / min. MgCl 2, 50mM HEPES-NaOH, pH7.4) was passed through, and equilibrated. Note that unpurified AMP and PEP were used for the preparation of the running buffer.

平衡化後、上記running bufferで調製した50pmolのATP溶液1mlをインジェクトし、0.1mlずつ、計5mlサンプリングした。   After equilibration, 1 ml of 50 pmol ATP solution prepared with the above running buffer was injected, and 0.1 ml each was sampled for a total of 5 ml.

次に、上記サンプリングしたサンプル5mlを、再び、同じ連結カラムにインジェクトし、同様の方法で、0.1mlずつ計10mlサンプリングした。   Next, 5 ml of the sampled sample was again injected into the same connected column, and 10 ml was sampled in 0.1 ml increments by the same method.

さらに、上記サンプリングしたサンプル10mlを、再度、同じ連結カラムにインジェクトし、同様の方法で0.1mlずつ計15mlサンプリングした。   Furthermore, 10 ml of the sampled sample was again injected into the same connecting column, and a total of 15 ml was sampled by 0.1 ml in the same manner.

これにより、50pmolのATP溶液1mlのATPを3回増幅させたサンプルを得た。さらに、ATPを含まないサンプル(バックグラウンド)についても同様の処理を行い、実施例1および2と同様の方法を用いて、1回増幅後、2回増幅後、3回増幅後のATP量を測定した。   As a result, a sample obtained by amplifying 3 ml of 1 ml of ATP with 50 pmol of ATP solution was obtained. Further, the same treatment was performed for the sample (background) not containing ATP, and the amount of ATP after the first amplification, the second amplification, and the third amplification was determined using the same method as in Examples 1 and 2. It was measured.

その結果、図8に示すように、1セットの連結カラムに試料を複数回通液することによっても、複数セットを連結した連結カラムの場合と同様に、ATPを増幅できることが明らかとなった。   As a result, as shown in FIG. 8, it was clarified that ATP can be amplified by passing a sample through a set of connected columns a plurality of times as in the case of a connected column in which a plurality of sets are connected.

また、実施例1および実施例2では、連鎖的ATP増幅反応の基質となるAMPおよびPEPは、ATPを含むATP希釈反応液および増幅反応液に添加した。これに関し、実施例3では、ATP希釈反応液や増幅反応液にはAMPおよびPEPを加えず、running bufferに添加したが、この場合でも、連鎖的ATP増幅反応が進行することが確認できた。   Moreover, in Example 1 and Example 2, AMP and PEP, which are substrates for the chain ATP amplification reaction, were added to the ATP diluted reaction solution and the amplification reaction solution containing ATP. In this regard, in Example 3, AMP and PEP were not added to the ATP dilution reaction solution or the amplification reaction solution, but were added to the running buffer. Even in this case, it was confirmed that the chain ATP amplification reaction proceeded.

〔実施例4:KClによるルシフェラーゼ活性阻害〕
ルシフェラーゼアッセイによるATP定量において、KCl(換言すれば、塩化物イオン)がルシフェラーゼ活性に及ぼす影響を以下の方法により検証した。
[Example 4: Inhibition of luciferase activity by KCl]
In the ATP quantification by the luciferase assay, the effect of KCl (in other words, chloride ion) on the luciferase activity was verified by the following method.

100、10、1、0.1、および0mM KClをそれぞれ含む反応液(50mM Hepes (pH7.4)、5mM MgCl、100nM ATP)を調製した。 Reaction solutions (50 mM Hepes (pH 7.4), 5 mM MgCl 2 , 100 nM ATP) each containing 100, 10, 1, 0.1, and 0 mM KCl were prepared.

次に、25μg/mlのルシフェラーゼ溶液20μlと、上記反応液40μlとを混合し、ルミノメーター(商品名:ルミテスター C−100(キッコーマン社))で発光値を測定した。   Next, 20 μl of a 25 μg / ml luciferase solution and 40 μl of the reaction solution were mixed, and the luminescence value was measured with a luminometer (trade name: Lumitester C-100 (Kikkoman)).

その結果、図9に示すように、反応液に10mM以上のKCl(換言すれば、塩化物イオン)が含まれていると、顕著にルシフェラーゼ活性が阻害され、100mMのKClが含まれると、KClが全く含まれない場合の約20%に発光値が低下することが分かった。   As a result, as shown in FIG. 9, when the reaction solution contains 10 mM or more of KCl (in other words, chloride ions), the luciferase activity is remarkably inhibited, and when 100 mM KCl is contained, It was found that the luminescence value decreased to about 20% when no is contained.

〔実施例5:リン酸水素ナトリウムによるルシフェラーゼ活性阻害〕
ルシフェラーゼアッセイによるATP定量において、リン酸水素ナトリウム(換言すれば、リン酸イオン)がルシフェラーゼ活性に及ぼす影響を以下の方法により検証した。
[Example 5: Inhibition of luciferase activity by sodium hydrogen phosphate]
In the ATP quantification by the luciferase assay, the influence of sodium hydrogen phosphate (in other words, phosphate ion) on the luciferase activity was verified by the following method.

75、7.5、0.75、および0mMリン酸水素ナトリウムをそれぞれ含む反応液(50mM Hepes (pH7.4)、5mM MgCl、100nM ATP)を調製した。 Reaction solutions (50 mM Hepes (pH 7.4), 5 mM MgCl 2 , 100 nM ATP) each containing 75, 7.5, 0.75, and 0 mM sodium hydrogen phosphate were prepared.

次に、25μg/mlのルシフェラーゼ溶液20μlと、上記反応液40μlとを混合し、ルミノメーター(商品名:ルミテスター C−100(キッコーマン社))で発光値を測定した。   Next, 20 μl of a 25 μg / ml luciferase solution and 40 μl of the reaction solution were mixed, and the luminescence value was measured with a luminometer (trade name: Lumitester C-100 (Kikkoman)).

その結果、図10に示すように、反応液にリン酸水素ナトリウム(換言すれば、リン酸イオン)が含まれていると、ルシフェラーゼ活性が阻害され、7.5mMのリン酸水素ナトリウムが含まれると、リン酸水素ナトリウムが全く含まれない場合の約27%に発光値が低下し、75mMのリン酸水素ナトリウムが含まれると、ほとんど発光しないことが明らかとなった。   As a result, as shown in FIG. 10, when sodium hydrogen phosphate (in other words, phosphate ion) is contained in the reaction solution, luciferase activity is inhibited and 7.5 mM sodium hydrogen phosphate is contained. It was revealed that the luminescence value decreased to about 27% when no sodium hydrogen phosphate was contained, and almost no light was emitted when 75 mM sodium hydrogen phosphate was contained.

〔実施例6:AMPおよびPEPの精製方法の検討〕
(1)各AMPにおけるADP、ATP量の測定
市販のAMP、市販のAMPを再結晶したAMP、実施例1で精製したAMPをそれぞれ1.0mMになるように調製した。各AMPサンプル10μlに対して、PK酵素溶液(ウサギ筋由来PK 10U/ml、50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)90μlを加え、37℃で保温した。反応開始から0、10、30、60分後に反応液5μlに対して、25μg/mlのルシフェラーゼ溶液45μlを加え、発光値をルミノメーター(商品名:ルミテスター C−100(キッコーマン社))で測定した。
[Example 6: Examination of purification method of AMP and PEP]
(1) Measurement of ADP and ATP amounts in each AMP Commercially available AMP, AMP obtained by recrystallizing commercially available AMP, and AMP purified in Example 1 were each prepared to be 1.0 mM. 90 μl of PK enzyme solution (rabbit muscle-derived PK 10 U / ml, 50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) was added to 10 μl of each AMP sample, and the mixture was incubated at 37 ° C. 0, 10, 30, and 60 minutes after the start of the reaction, 45 μl of a 25 μg / ml luciferase solution was added to 5 μl of the reaction solution, and the luminescence value was measured with a luminometer (trade name: Lumitester C-100 (Kikkoman)). did.

その結果、図11に示すように、実施例1で精製したAMPに含まれるATP(図11中、「HPLC」と記載)、ADP量は市販のAMP(図11中、「精製無」と記載)、市販のAMPを再結晶したAMP(図11中、「再結晶法」と記載)と比較して少なく、HPLCで精製することで効果的にATP、ADPを除去できることが示唆された。   As a result, as shown in FIG. 11, the ATP contained in the AMP purified in Example 1 (described as “HPLC” in FIG. 11) and the amount of ADP were described as commercially available AMP (in FIG. 11, “no purification”). ), Compared with AMP obtained by recrystallizing commercially available AMP (described as “recrystallization method” in FIG. 11), it was suggested that purification by HPLC can effectively remove ATP and ADP.

(2)実施例1の方法でAMPおよびPEPを精製する前後におけるATPおよびADP量の変化
市販のAMPおよびPEP、実施例1で精製したAMPおよびPEPに含まれるATPおよびADP量を測定した。ATP量は、市販のAMPおよびPEP、実施例1で精製したAMPおよびPEPをそれぞれ1.0mMになるように調製し、各サンプル5μlに対して、25μg/mlのルシフェラーゼ溶液45μlを加え、発光値をルミノメーター(商品名:ルミテスター C−100(キッコーマン社))で測定し、発光値からATP量を求めた。
(2) Changes in ATP and ADP amounts before and after purification of AMP and PEP by the method of Example 1 The amounts of ATP and ADP contained in the commercially available AMP and PEP and the AMP and PEP purified in Example 1 were measured. The amount of ATP was adjusted to 1.0 mM each of commercially available AMP and PEP, and AMP and PEP purified in Example 1, and 45 μl of a 25 μg / ml luciferase solution was added to 5 μl of each sample, and the luminescence value was Was measured with a luminometer (trade name: Lumitester C-100 (Kikkoman)), and the ATP amount was determined from the luminescence value.

ADP量は各サンプルを10mMになるように調製し、各サンプル10μlに対して、PK酵素溶液(ウサギ筋由来PK 10U/ml、50mM HEPES−NaOH、5mM MgCl、pH7.4)90μlを加え、37℃で60分間保温後、反応液5μlに対して、25μg/mlのルシフェラーゼ溶液45μlを加え、発光値をルミノメーター(商品名:ルミテスター C−100(キッコーマン社))で測定した。 The amount of ADP is adjusted so that each sample is 10 mM, and 90 μl of PK enzyme solution (rabbit muscle-derived PK 10 U / ml, 50 mM HEPES-NaOH, 5 mM MgCl 2 , pH 7.4) is added to each sample 10 μl, After incubation at 37 ° C. for 60 minutes, 45 μl of a 25 μg / ml luciferase solution was added to 5 μl of the reaction solution, and the luminescence value was measured with a luminometer (trade name: Lumitester C-100 (Kikkoman)).

発光値からATPおよびADP量を求め、上記方法で求めたATP量を差し引き、ADP量を求めた。   The amounts of ATP and ADP were determined from the luminescence values, and the amount of ATP determined by the above method was subtracted to determine the amount of ADP.

その結果、表1に示すように、実施例1で得られたAMPおよびPEPに含まれるATP、ADPは効果的に除去され、それぞれ1pM以下であった。   As a result, as shown in Table 1, ATP and ADP contained in AMP and PEP obtained in Example 1 were effectively removed, and each was 1 pM or less.

なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。 Note that the present invention is not limited to the configurations described above, and various modifications are possible within the scope of the claims, and technical means disclosed in different embodiments and examples respectively. Embodiments and examples obtained by appropriately combining them are also included in the technical scope of the present invention.

以上のように、本発明では、ATPを人為的に増幅する際、増幅回数を所望に制御できるため、試料に含まれるATP量が微量であっても、該ATPを定量的に増幅することができる。そのため、本発明は、試料に含まれるATPを定量することが必要なあらゆる産業分野に広く用いることができる。特に、微生物の検査が必要な食品産業、医薬品産業、臨床検査分野、環境衛生分野等に好適に利用することができる。   As described above, in the present invention, when ATP is artificially amplified, the number of amplifications can be controlled as desired, so even if the amount of ATP contained in the sample is very small, the ATP can be quantitatively amplified. it can. Therefore, the present invention can be widely used in all industrial fields where it is necessary to quantify ATP contained in a sample. In particular, it can be suitably used in the food industry, the pharmaceutical industry, the clinical examination field, the environmental hygiene field, and the like that require microbial testing.

図1は、本発明の一実施形態にかかるATP増幅反応器の要部を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a main part of an ATP amplification reactor according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明にかかるATP増幅方法の原理を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the principle of the ATP amplification method according to the present invention. 図3は、PK固定化カラムの流速と反応率の関係を示す図である。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the flow rate of the PK-immobilized column and the reaction rate. 図4は、ADK固定化カラムの流速と反応率の関係を示す図である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the flow rate of the ADK-immobilized column and the reaction rate. 図5は、本発明にかかるATP増幅方法を用いた各増幅回数における流量とATP濃度との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the flow rate and the ATP concentration at each number of amplifications using the ATP amplification method according to the present invention. 図6は、本発明の一実施形態にかかるATP増幅反応器から排出された試料のATP濃度のピークトップの平均値と増幅回数との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the average value of the peak top of the ATP concentration of the sample discharged from the ATP amplification reactor according to one embodiment of the present invention and the number of amplifications. 図7は、各ATP希釈溶液の増幅後のATP濃度ピークトップ5サンプルの平均値の発光値と増幅前ATP濃度の関係を示す。FIG. 7 shows the relationship between the average luminescence value of the ATP concentration peak top 5 samples after amplification of each ATP diluted solution and the ATP concentration before amplification. 図8は、ADK固定化カラムとPK固定化カラムとを連結して形成された流路を複数回、通液することにより試料中のATPを増幅させた結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a result of amplifying ATP in a sample by passing through a flow path formed by connecting an ADK-immobilized column and a PK-immobilized column a plurality of times. 図9は、KClによるルシフェラーゼの活性阻害を示す図である。FIG. 9 shows inhibition of luciferase activity by KCl. 図10は、リン酸によるルシフェラーゼの活性阻害を示す図である。FIG. 10 shows inhibition of luciferase activity by phosphate. 図11は、市販のAMP、市販のAMPを再結晶したAMP、実施例1で精製したAMPにおけるADPおよびATP量を測定した結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the results of measuring the amounts of ADP and ATP in commercially available AMP, AMP obtained by recrystallizing commercially available AMP, and AMP purified in Example 1. 図12は、従来技術であるバッチ法による連鎖的ATP増幅反応における反応時間とATP増幅との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between reaction time and ATP amplification in the chain ATP amplification reaction by the batch method, which is a conventional technique.

Claims (6)

アデノシン三リン酸を増幅させるための反応器であって、
アデニル酸キナーゼが固定された第1領域と、アデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素が固定された第2領域とが設けられた流路を備えており、
上記流路は、上記アデノシン三リン酸と、アデニル酸と、上記アデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素の基質とを、上記第1領域および上記第2領域の順に通過させるものであり、
上記第1領域は、上記アデノシン三リン酸をすべて消費するものであり、
上記第2領域は、上記アデノシン二リン酸をすべて消費するものであることを特徴とする反応器。
A reactor for amplifying adenosine triphosphate,
A flow path provided with a first region in which adenylate kinase is fixed and a second region in which an enzyme that converts adenosine diphosphate to adenosine triphosphate is fixed ;
The flow path allows the adenosine triphosphate, adenylic acid, and an enzyme substrate that converts the adenosine diphosphate to adenosine triphosphate to pass through the first region and the second region in this order. Yes,
The first region consumes all of the adenosine triphosphate,
The reactor in which the second region consumes all of the adenosine diphosphate .
上記アデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素は、ピルビン酸キナーゼ、ポリリン酸キナーゼ、酢酸キナーゼ、クレアチンキナーゼ、またはヘキソキナーゼであることを特徴とする請求項1に記載の反応器。   The reactor according to claim 1, wherein the enzyme that converts adenosine diphosphate into adenosine triphosphate is pyruvate kinase, polyphosphate kinase, acetate kinase, creatine kinase, or hexokinase. 上記流路が複数連結されており、
上記第1領域および第2領域が交互に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の反応器。
A plurality of the flow paths are connected,
The reactor according to claim 1, wherein the first region and the second region are alternately arranged.
液体を、上記流路に沿って、上記第1領域から第2領域の方向に送液し、上記第1領域および第2領域を順に通過させ、
該第2領域を通過した液体を、再び、上記第1領域の上流から第2領域の方向に送液することを可能にする溶液循環機構をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の反応器。
Liquid is sent in the direction from the first region to the second region along the flow path, and the liquid passes through the first region and the second region in order,
The liquid circulation mechanism that enables the liquid that has passed through the second region to be fed again in the direction of the second region from the upstream side of the first region. The reactor described.
アデニル酸キナーゼが固定された第1領域と、アデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素が固定された第2領域とが設けられた流路に沿って、アデノシン三リン酸とアデニル酸と上記酵素の基質とを、上記第1領域および第2領域の順に通過させ、
上記第1領域では、上記アデノシン三リン酸がすべて消費され、
上記第2領域では、上記アデノシン二リン酸がすべて消費されることを特徴とするアデノシン三リン酸の増幅方法。
Adenosine triphosphate and adenylate are formed along a channel provided with a first region to which adenylate kinase is immobilized and a second region to which an enzyme that converts adenosine diphosphate to adenosine triphosphate is immobilized. And the substrate of the enzyme are passed through the first region and the second region in this order ,
In the first region, all of the adenosine triphosphate is consumed,
The method for amplifying adenosine triphosphate, wherein all the adenosine diphosphate is consumed in the second region .
上記アデノシン二リン酸をアデノシン三リン酸に変換する酵素と該酵素の基質との組み合わせは、ピルビン酸キナーゼとホスホエノールピルビンとの組み合わせ、ポリリン酸キナーゼとポリリン酸との組み合わせ、酢酸キナーゼとアセチルリン酸との組み合わせ、クレアチンキナーゼとホスホクレアチンとの組み合わせ、またはヘキソキナーゼとヘキソースリン酸との組み合わせであることを特徴とする請求項5に記載のアデノシン三リン酸の増幅方法。   The combination of the enzyme that converts adenosine diphosphate into adenosine triphosphate and the substrate of the enzyme includes a combination of pyruvate kinase and phosphoenolpyruvine, a combination of polyphosphate kinase and polyphosphate, acetate kinase and acetyl phosphate. 6. The method for amplifying adenosine triphosphate according to claim 5, which is a combination of an acid, a combination of creatine kinase and phosphocreatine, or a combination of hexokinase and hexose phosphate.
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