JP5542439B2 - 核酸増幅判定方法および核酸増幅判定装置 - Google Patents
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Description
クリニカル・ケミストリー、2000年、第46号、第5号、p631‐635、
各温度における前記処理後サンプルの融解状態を示すシグナル値を準備するシグナル値準備工程、
前記各温度における前記シグナル値から、最大値(A)を検索する最大値(A)検索工程、
前記各温度における前記シグナル値について、連続するシグナル値間の微分を行って微分値を得る微分演算工程、
前記工程において得られた微分値について、連続する微分値間の微分を行って二回微分値を得る二回微分演算工程、
前記工程において得られた二回微分値のうち、前記目的核酸のTm値を含む所定の温度範囲における二回微分値から、最大の二回微分値(Dmax’)と最小の二回微分値(Dmin’)とを選択し、下記式から二回微分値の最も大きい差(B)を得る最大差(B)演算工程、
B=(Dmax’)−(Dmin’)
前記最大値(A)および前記最大差(B)を用いて下記式の演算を行う演算工程
X=(B)/(A)
および
前記Xが[X>所定閾値]を満たす場合、増幅が正常であると判断し、前記Xが[X≦所定閾値]を満たす場合、増幅が不良であると判断する判定工程
を含むことを特徴とする。
本発明の増幅判定方法について、一例として、増幅させる目的核酸(以下、「標的核酸」という)が標的部位に多型を有する核酸であり、前記目的核酸のTm値が、前記標的部位に多型を有する核酸と前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸(以下、「検出用核酸」という)とから構成される二本鎖核酸のTm値である例をあげて説明する。なお、本発明は、これには制限されない。
まず、各温度における前記処理後サンプルの融解状態を示すシグナル値を準備する。
つぎに、前記各温度における前記シグナル値から、最大値(A)を検索する。この際、最大値(A)が検索できない場合は、増幅不良と判断できる。
つぎに、前記各温度における前記シグナル値について、連続するシグナル値間の微分を行って微分値を得る。前記微分は、特に制限されないが、例えば、連続する2点間〜10点間の微分であることが好ましく、より好ましくは、連続する2点間〜5点間であり、特に好ましくは連続する2点間の微分である。例えば、2点間の微分を行う場合、任意の点(p)における微分値(Dp)は、任意の点(p)のシグナル値(Sp)と近接する点(p+1)のシグナル値(Sp+1)との間における微分値でもよいし、任意の点(p)のシグナル値(Sp)と近接する点(p−1)のシグナル値(Sp−1)との間における微分値でもよいが、各点において、同様にして微分値を求めることが好ましい。前者の場合、pは、正整数であり、後者の場合、pは、2以上の正整数である。
さらに、前記工程において得られた微分値について、連続する複数点間の微分を行って二回微分値を得る。前記微分値の微分は、例えば、連続する2〜10点間で行うことが好ましく、より好ましくは、3〜7点間であり、さらに好ましくは、3〜5点間であり、特に好ましくは4点間である。具体例として、4点間の微分を行う場合、任意の点(p)における二回微分値(Dp’)は、例えば、下記例1〜例3のいずれであってもよいが、各点について、同様にして二回微分値を求めることが好ましい。任意の点(p)の二回微分値(Dp’)は、例1として、例えば、点(p)、(p+1)、(p+2)、(p+3)の計4点間の微分により算出してもよく、例2として、点(p−1)、(p)、(p+1)、(p+2)の計4点間の微分により算出してもよく、例3として、点(p−2)、(p−2)、(p)、(p+1)の計4点間の微分により算出してもよい。前記pは、前記例1の場合、正整数であり、前記例2の場合、pは、2以上の正整数であり、前記例3の場合、pは、3以上の正整数である。
前記工程において得られた二回微分値のうち、前記増幅目的の核酸のTm値を含む所定の温度範囲における二回微分値から、最大の二回微分値(Dmax’)と最小の二回微分値(Dmin’)とを選択し、下記式から最大差(B)を得る。
(B)=(Dmax’)−(Dmin’)
前記最大値(A)および前記最大差(B)を用いて下記式の演算を行う。
X=(B)/(A)
前記Xが[X>所定閾値]を満たす場合、増幅が正常であると判断し、前記Xが[X≦所定閾値]を満たす場合、増幅が不良であると判断する。なお、本発明において、増幅が正常とは、例えば、標的核酸が増幅されており、信頼性ある遺伝子解析を行うことが可能と思われる状態を意味し、増幅が不良とは、例えば、増幅されていない、ほとんど増幅されていない、または、異なる核酸が増幅されている場合等であって、信頼性ある遺伝子型解析を行うことができない、もしくは、そのおそれがある状態を意味する。
本発明の増幅判定システムは、核酸増幅処理が行われた処理後のサンプルについて、目的の核酸の増幅が行われたか否かを判定する増幅判定システムであって、
各温度における前記処理後サンプルの融解状態を示すシグナル値を入力するシグナル値入力部、
前記シグナル値入力工程により入力された前記各温度における前記シグナル値から、最大値(A)を検索する最大値(A)検索部、
前記各温度における前記シグナル値について、連続するシグナル値間の微分を行って微分値を得る微分演算部、
前記微分演算部により得られた微分値について、連続する微分値間の微分を行って二回微分値を得る二回微分演算部、
前記二回微分演算部により得られた二回微分値のうち、前記増幅目的の核酸のTm値を含む所定の温度範囲における二回微分値から、最も大きい二回微分値(Dmax’)と最も小さい二回微分値(Dmin’)とを選択し、下記式から二回微分値の最も大きい差(B)を得る最大差(B)演算部、
B=(Dmax’)−(Dmin’)
前記最大値(A)および前記最大差(B)を用いて下記式の演算を行う演算部
X=(B)/(A)
および
前記Xが[X>所定閾値]を満たす場合、増幅が正常であると判断し、前記Xが[X≦所定閾値]を満たす場合、増幅が不良であると判断する判定部
を含むことを特徴とする。なお、特に示さない限り、前述の本発明の増幅判定方法と同様である。
本発明の増幅判定システムは、以下に示す端末とサーバーとを有するネットワークシステムであってもよい。なお、特に示さない限りは、前述の増幅判定システムと同様である。すなわち、本発明の増幅判定システムは、核酸増幅処理が行われた処理後のサンプルについて、目的の核酸の増幅が行われたか否かを解析するネットワーク増幅判定システムであって、
端末と、サーバーとを有し、
前記端末および前記サーバーは、システム外の通信網を介して接続可能であり、
前記端末は、
各温度における前記処理後サンプルの融解状態を示すシグナル値を入力するシグナル値入力部、
前記端末内の情報を前記通信網を介して前記サーバーに送信する端末側送信部、および、
前記サーバーから送信された情報を前記通信網を介して受信する端末側受信部を有し、
前記サーバーは、
前記サーバー内の情報を前記通信網を介して前記端末に送信するサーバー側送信部、
前記端末から送信された情報を前記通信網を介して受信するサーバー側受信部、
前記サーバー側受信部により受信した前記各温度における前記シグナル値から、最大値(A)を検索する最大値(A)検索部、
前記各温度における前記シグナル値について、連続するシグナル値間の微分を行って微分値を得る微分演算部、
前記微分演算部により得られた微分値について、連続する微分値間の微分を行って二回微分値を得る二回微分演算部、
前記二回微分演算部により得られた二回微分値のうち、前記増幅目的の核酸のTm値を含む所定の温度範囲における二回微分値から、最大の二回微分値(Dmax’)と最小の二回微分値(Dmin’)とを選択し、下記式から二回微分値の最も大きい差(B)を得る最大差(B)演算部、
(B)=(Dmax’)−(Dmin’)
前記最大値(A)および前記最大差(B)を用いて下記式の演算を行う演算部
X=(B)/(A)
および
前記Xが[X>所定閾値]を満たす場合、増幅が正常であると判断し、前記Xが[X≦所定閾値]を満たす場合、増幅が不良であると判断する判定部を含み、
少なくとも前記各温度における前記シグナル値が、前記端末側送信部から前記サーバー側受信部に送信され、且つ、前記増幅が正常であるか不良であるかの判定結果の情報が、前記サーバー側送信部から前記端末側受信部に送信されることを特徴とする。
前記端末は、
各温度におけるサンプルの融解状態を示すシグナル値を入力する微分値入力部、
前記端末内の情報を前記通信網を介して前記サーバーに送信する端末側送信部、および、
前記サーバーから送信された情報を前記通信網を介して受信する端末側受信部を有し、
少なくとも前記各温度における前記シグナル値が、前記端末側送信部から前記サーバー側受信部に送信され、且つ、前記増幅が正常であるか不良であるかの判定結果の情報が、前記サーバー側送信部から前記端末側受信部に送信されることを特徴とする。
本発明の増幅判定装置は、核酸増幅処理が行われた処理後のサンプルについて、目的の核酸の増幅が行われたか否かを判定する増幅判定装置であって、本発明の増幅判定システムを含むことを特徴とする。
本発明のプログラムは、本発明の増幅判定方法をコンピュータ上で実行可能なコンピュータプログラムである。
本発明の電子媒体は、本発明のコンピュータプログラムを格納した電子媒体である。
図1に、本発明のシステムの構成の一例であるスタンドアローン型の全体構成図を示す。図1に示すシステムは、本発明の増幅判定システム11から構成され、増幅判定システム11は、データ入出力部12と増幅判定計算部13から構成される。図3に、スタンドアローン型の増幅判定装置のハードウェア構成の一例を示す。図示のように、増幅判定システム11は、データ入出力部12、増幅判定計算部13および記憶装置37から構成されている。前記データ入出力部12は、プログラムを実行するCPU31、入出力I/F(インターフェース)32、データの入力を行う入力装置33、データの出力を行う出力装置34を有するコンピュータ機器で構成される。入力装置33としては、例えば、キーボードやマウス等があげられ、出力装置34としては、例えば、プリンターや、LEDまたは液晶ディスプレイ等があげられる。増幅判定計算部は、プログラムが格納されたプログラム格納部36およびプログラムを実行するCPU35を有するコンピュータ機器で構成される。記憶装置37には、例えば、各温度におけるシグナル値、シグナル微分値、二回微分値、Tm値(TmH値、TmL値)、Tm値を含む所定の温度範囲、検出用プローブの配列や種類(野生型検出用であるか変異型検出用であるか)等のデータが呼び出し可能な状態で記憶される。記憶装置37としては、例えば、ROM、HDD、HD等があげられ、CPUの制御下、読みこみ/書きこみを制御し、データを記憶する。なお、データ入出力部12、増幅判定計算部13、記憶装置37は、あくまでも機能上のものであり、例えば、1台のコンピュータ機器で一体に構成してもよいし、複数台のコンピュータ機器で個別に構成してもよい。
図2に、サーバーで処理するネットワーク型のシステムの全体構成図を示す。図2に示すように、本実施形態のシステムは、本発明の増幅判定システム21、および、増幅判定計算部23から構成されるサーバーシステム24で構成される。増幅判定システム21は、データ入出力部22から構成される。増幅判定システム21とサーバーシステム24は、例えば、TCP(Transmission Control Protocol)/IP(Internet Protocol)に基づくインターネットとして機能する公衆網や専用線等の通信回線100を介して接続されている。図4に、前記ネットワーク型システムの装置の構成の一例を示す。増幅判定システム21は、データ入出力部22および通信I/F(インターフェース)47から構成され、通信I/F47を介して通信回線100に接続されている。サーバーシステム24は、増幅判定計算部23および通信I/F48から構成され、通信I/F48を介して通信回線100に接続されている。データ入出力部22は、プログラムを実行するCPU41、入出力I/F42、データの入力を行う入力装置43およびデータの出力を行う出力装置44から構成される。前記データ入出力部22および通信I/F47は、あくまでも機能上のものであり、例えば、1台のコンピュータ機器で一体に構成してもよいし、複数台のコンピュータ機器で個別に構成してもよい。増幅判定計算部23は、プログラムを実行するCPU45およびプログラムが格納されたプログラム格納部46で構成される。増幅判定計算部23および通信I/F48は、あくまでも機能上のものであり、例えば、1台のコンピュータ機器で一体に構成してもよいし、複数台のコンピュータ機器で個別に構成してもよい。
本発明の増幅判定システムの基本的な処理の例を、図5のフローチャートに示す。以下、同図にしたがって、処理の流れを説明する。なお、本発明のシステムにおける各処理ステップは、例えば、CPU、主メモリ、バス、あるいは、二次記憶装置、印刷装置やディスプレイ、その他の外部周辺装置等のハードウェア構成部や、その外部周辺機器用の入出力(I/O)ポート、それらハードウェアを制御するためのドライバプログラムやその他のアプリケーションプログラムなどを適宜利用することで実行できる。
各温度におけるシグナル値を入力する。
[2]
最も大きい値(A)を検索する。
[3]
各温度におけるシグナル値を微分する。
[4]
シグナル微分値をさらに微分する。
[5]
前記二回微分値から、最大の二回微分値と最小の二回微分値を検索する。
[6]
前記最大二回微分値と最小二回微分値の差、すなわち最大差(B)を得る。
[7]
前記最大値(A)および前記最大差(B)から演算したXが、[X>閾値]を満たすか判断する。
[8:Yes]
前記[7]がYesの場合、増幅は正常と判断する。
[9:No]
前記[7]がNoの場合、増幅は不良と判断する。
Claims (19)
- 核酸増幅処理が行われた処理後のサンプルについて、目的核酸の増幅が行われたか否かを判定する増幅判定方法であって、
各温度における前記処理後サンプルの融解状態を示すシグナル値を準備するシグナル値準備工程、
前記各温度における前記シグナル値から、最大値(A)を検索する最大値(A)検索工程、
前記各温度における前記シグナル値について、連続するシグナル値間の微分を行って微分値を得る微分演算工程、
前記工程において得られた微分値について、連続する微分値間の微分を行って二回微分値を得る二回微分演算工程、
前記工程において得られた二回微分値のうち、前記目的核酸のTm値を含む所定の温度範囲における二回微分値から、最大の二回微分値(Dmax’)と最小の二回微分値(Dmin’)とを選択し、下記式から二回微分値の最も大きい差(B)を得る最大差(B)演算工程、
(B)=(Dmax’)−(Dmin’)
前記最大値(A)および前記最大差(B)を用いて下記式の演算を行う演算工程
X=(B)/(A)
および
前記Xが[X>所定閾値]を満たす場合、増幅が正常であると判断し、前記Xが[X≦所定閾値]を満たす場合、増幅が不良であると判断する判定工程
を含む増幅判定方法。 - 前記微分演算工程において、連続する2点間の微分を行って微分値を得る、請求項1記載の増幅判定方法。
- 前記二回微分演算工程において、連続する4点間の微分を行って二回微分値を得る、請求項1記載の増幅判定方法。
- 前記目的核酸が、標的部位に多型を有する核酸である、請求項1から3のいずれか一項に記載の増幅判定方法。
- 前記目的核酸のTm値が、前記標的部位に多型を有する核酸と前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTm値である、請求項4記載の増幅判定方法。
- 前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸が、野生型の前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸である場合、
前記目的核酸のTm値は、前記標的部位が野生型の核酸と前記野生型の標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTmH値、および、前記標的部位が変異型の核酸と前記野生型の標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTmL値であり、
前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸が、変異型の前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸である場合、
前記目的核酸のTm値は、前記標的部位が変異型の核酸と前記変異型の標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTmH値、および、前記標的部位が野生型の核酸と前記変異型の標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTmL値である、請求項5記載の増幅判定方法。 - 前記最大差(B)演算工程において、前記目的核酸のTm値を含む所定の温度範囲が、下限がTmL値よりも1〜20℃低い温度であり、上限がTmH値よりも1〜20℃高い温度である、請求項6記載の増幅判定方法。
- 前記温度範囲が、[TmL値−5]℃〜[TmH値+5]℃である、請求項7記載の増幅判定方法。
- 前記シグナル値準備工程に先立って、さらに、
前記核酸増幅処理後のサンプルの温度を変化させる温度変化工程、
および、
温度変化時における前記処理後のサンプルの融解状態を示すシグナル値を連続的または断続的に検出する検出工程を有する、請求項1から8のいずれか一項に記載の増幅判定方法。 - 前記目的核酸が、標的部位に多型を有する核酸であり、
前記温度変化工程に先立って、前記サンプルに、前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸を添加する添加工程を有する、請求項9記載の増幅判定方法。 - 核酸増幅処理が行われた処理後のサンプルについて、目的核酸の増幅が行われたか否かを判定する増幅判定システムであって、
各温度における前記処理後サンプルの融解状態を示すシグナル値を入力するシグナル値入力部、
前記シグナル値入力部により入力された前記各温度における前記シグナル値から、最大値(A)を検索する最大値(A)検索部、
前記各温度における前記シグナル値について、連続するシグナル値間の微分を行って微分値を得る微分演算部、
前記微分演算部により得られた微分値について、連続する微分値間の微分を行って二回微分値を得る二回微分演算部、
前記二回微分演算部により得られた二回微分値のうち、前記目的核酸のTm値を含む所定の温度範囲における二回微分値から、最大の二回微分値(Dmax’)と最小の二回微分値(Dmin’)とを選択し、下記式から二回微分値の最も大きい差(B)を得る最大差(B)演算部、
B=(Dmax’)−(Dmin’)
前記最大値(A)および前記最大差(B)を用いて下記式の演算を行う演算部
X=(B)/(A)
および
前記Xが[X>所定閾値]を満たす場合、増幅が正常であると判断し、前記Xが[X≦所定閾値]を満たす場合、増幅が不良であると判断する判定部
を含む増幅判定システム。 - 前記微分演算部において、連続する2点間の微分を行って微分値を得る、請求項11記載の増幅判定システム。
- 前記二回微分演算部において、連続する4点間の微分を行って二回微分値を得る、請求項11記載の増幅判定システム。
- 前記目的核酸が、標的部位に多型を有する核酸である、請求項11から13のいずれか一項に記載の増幅判定システム。
- 前記目的核酸のTm値が、前記標的部位に多型を有する核酸と前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTm値である、請求項14記載の増幅判定システム。
- 前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸が、野生型の前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸である場合、
前記目的核酸のTm値は、前記標的部位が野生型の核酸と前記野生型の標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTmH値、および、前記標的部位が変異型の核酸と前記野生型の標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTmL値であり、
前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸が、変異型の前記標的部位にハイブリダイズ可能な核酸である場合、
前記目的核酸のTm値は、前記標的部位が変異型の核酸と前記変異型の標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTmH値、および、前記標的部位が野生型の核酸と前記変異型の標的部位にハイブリダイズ可能な核酸とから構成される二本鎖核酸のTmL値である、請求項15記載の増幅判定システム。 - 前記最大差(B)演算部において、前記目的核酸のTm値を含む所定の温度範囲が、下限がTmL値よりも1〜20℃低い温度であり、上限がTmH値よりも1〜20℃高い温度である、請求項16記載の増幅判定システム。
- 前記温度範囲が、[TmL値−5]℃〜[TmH値+5]℃である、請求項17記載の増幅判定システム。
- 核酸増幅処理が行われた処理後のサンプルについて、目的の核酸の増幅が行われたか否かを判定する増幅判定装置であって、
請求項11から18のいずれか一項に記載の増幅判定システムを含む増幅判定装置。
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