JP6029688B2 - 生菌を特異的に標識する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、特異的に標識する方法、より具体的には細菌を含有する試料中で生菌を特異的に検出する方法に関する。
生菌を検出するための従来の方法には、細菌の培養と、固体培地上でコロニーを可視化することによりその数を数えることが含まれる。そのような方法は、培養に長時間を要することから迅速ではない。さらに上記方法は、必然的に、培養可能な細菌(生菌と同義ではない)の検出に限定される。実のところ、上記方法では固体培地上での培養のストレスにより一部の細菌が死滅することが確認されていることから、上記方法での定量化には信頼性がない。実際、微生物学者らは、平板計数(プレートカウント)法を用いる際、該方法は細菌に対して有害な作用がないと想定するという意味で一つの重大な仮説を立てている。しかしながら、1950年代以降、好気呼吸の間に自然に生じる活性酸素種のスカベンジャー(ピルビン酸塩、カタラーゼ、スーパーオキシドジスムターゼなど)を寒天プレート上に添加すると、見かけ上は死細胞であるように見える細胞でも再賦活化できることが報告されている[40−48(非特許文献1〜9)]。例えば、飢餓、次亜塩素酸(HOCl)、ヒートショック及び乾燥などの種々のストレスは、細胞を、回復期において大気中の酸素によって主要なストレス源の毒性効果が高まってしまうような傷つきやすい生理学的状態にする場合がある。
これらの制限を克服するために、細菌の生存率を評価するための間接的な非培養法がいくつか提案されており、これらの方法は全て利点もあれば問題点もある。したがって、あらゆる場合において好適であると意見の一致が見られる方法はない。上記方法は2つの基準、すなわち代謝活性の発現か、細胞構造の維持のうちの1つによって生存率を評価する。
蛍光を利用した技術が用いられるようになる前、細胞の代謝活性の指標として用いられてきた方法としては、マイクロオートラジオグラフィーを使用した方法[25(非特許文献10)]、たん白質のデノボ合成の指標として誘導性酵素活性を使用した方法[26(非特許文献11)]、栄養素の添加時の細胞の肥大に基づくdirect viable count(DVC)法[27(非特許文献12)]、活性電子伝達鎖の指標としてテトラゾリウム塩の還元を利用した方法[28(非特許文献13)]がある。しかしながら、これらの方法の使用に伴う問題点が存在する。DVCとテトラゾリウム塩還元法では、栄養素の添加が必要であり[28、29(非特許文献13、14)]、そのため、供給された栄養素に応答する生物の応答能により左右される。呼吸の測定もまた問題点がある。様々な要因がテトラゾリウム塩還元によるホルマザン沈着物の形成に影響を与えることが示されており[29(非特許文献14)]、報告によれば、テトラゾリウム塩である5−シアノ−2,3−ジトリルテトラゾリウムクロリドは、細菌の代謝を阻害することが示されている[30(非特許文献15)]。
また、蛍光色素を用いた細胞の染色に基づいた細胞生存率アッセイも開発されている。この方法では、安定した細胞構造が維持されているか否かにより生存率を評価する。アクリジンオレンジによる直接計数法[31(非特許文献16)]と4P,6−ジアミジノ−2−フェニルインドール染色法[32(非特許文献17)]は、無傷の核酸が維持されているか否かを示す指標として使用されている。ローダミン123は膜電位の指標として広く使用されており、フローサイトメトリーの発展とともに、細胞の生理学的状態の特性を決定するための方法が急増した[33(非特許文献18)]。これらの色素の透過性は、一部の生物において問題になる場合がある。最近では、新たにいくつかのアッセイ法が細菌の生存率を評価するために用いられており、これらは、代謝活性(ChemChrome V6蛍光プローブによるエステラーゼ活性など[34(非特許文献19)])や、細胞の完全性(integrity)(膜の完全性(BacLightキット)など)、膜電位、細胞内pH[35(非特許文献20)]、最後にATP[36(非特許文献21)]といったいくつかの点について特性を決定するものである。最後に、2002年以降、生存している細菌性病原体のメッセンジャーRNAに基づく検出や、病原体のリアルタイムPCR定量を含む新しいアプローチが開発されている[37(非特許文献22)]。
微生物学者は、生存細胞を単一細胞レベルで検出できる方法を用いる際、これらの細胞が時間の経過とともに再増殖可能になると想定するという意味で一つの重大な仮説を立てている。しかしながら、一部の著者らは、この観察結果は細胞が劣化した結果であり、生存はしているが培養はできない細胞が細胞死へと向かう途中であると提唱している[40,49(非特許文献1及び23)]。
結果として、見かけ上の生存細胞数は、真に生存している細胞(培養可能な細胞、すなわち時間の経過とともに分裂したり増殖したりできる細胞)の数を多く見積もりすぎていると予想できる。
これらの方法の多くには上述した制限があるが、さらに、生菌でない細菌が、これらの方法に関与する生存細胞の特定の特性(酵素活性など)を維持していることも明らかである。したがって、これらの方法では、偽陽性が多数検出及び定量され、検出し定量した細菌数の信頼性が充分でない。
Cuny,C.,Lesbats,M.,and Dukan,S.(2007)Induction of a global stress response during the first step of Escherichia coli plate growth.Appl.Environ.Microbiol.73,885−889. Mackey,B.M.,and Seymour,D.A.(1987)The effect of catalase on recovery of heat−injured DNA−repair mutants of Escherichia coli.J.Gen.Microbiol.133,1601−1610. Marthi,B.,Shaffer,B.T.,Lighthart,B.,and Ganio,L.(1991)Resuscitation effects of catalase on airborne bacteria.Appl.Environ.Microbiol.57,2775−2776. McDonald,L.C.,Hackney,C.R.and Ray,B.(1983)Enhanced recovery of injured Escherichia coli by compounds that degrade hydrogen peroxide or block its formation.Appl.Environ.Microbiol.45,360−365. Dukan,S.,Belkin,S.and Touati D.(1999)Reactive oxygen species are partially involved in the bacteriocidal action of hypochlorous acid.Arch.Biochem.Biophys.367,311−316. Dukan,S.,and Nystrom,T.(1999)Oxidative stress defense and deterioration of growth−arrested Escherichia coli cells.J.Biol.Chem.274,26027−26032. Ohtomo,R.,and Saito,M.(2001)Increase in the culturable cell number of Escherichia coli during recovery from saline stress: possible implication for resuscitation from the VBNC state.Microb.Ecol.42,208−214. Ray,B.,Jezeski,J.J.,and Busta,F.F.(1971)Effect of rehydration on recovery,repair,and growth of injured freeze−dried Salmonella anatum.Appl.Microbiol.22,184−189. Speck,M.L.,Ray,B.,and Read,R.B.Jr.(1975)Repair and enumeration of injured coliforms by a plating procedure.Appl.Microbiol.29,549−550. Rahman,I.,Shahamat,M.,Kirchman,P.A.,Russek−Cohen,E.and Colwell,R.R.(1994)Methionine uptake and cytopathogenicity of viable but nonculturable Shigella dysenteriae type 1.Appl.Environ.Microbiol.60,3573−3578. Nwoguh,C.E.,Harwood,C.R.and Barer,M.R.(1995)Detection of induced L−galactosidase activity in individual nonculturable cells of pathogenic bacteria by quantitative cytological assay.Mol.Biol.17,545−554. Kogure,K.,Simidu,U.and Taga,N.(1979)A tentative direct microscopic method for counting living marine bacteria.Can.J.Microbiol.25,415−420. Rodriguez,G.G.,Phipps,D.,Ishiguro,K.and Ridgeway,H.F.(1992)Use of a fluorescent redox probe for direct visualization of actively respiring bacteria.Appl.Environ.Microbiol.58,1801−1808. Thom,S.M.,Horobin,R.W.,Seidler,E.and Barer,M.R.(1993)Factors affecting the selection and use of tetrazolium salts as cytochemical indicators of microbial viability and activity.J.Appl.Bacteriol.74,433−443. Ullrich,S.,Karrasch,B.,Hoppe,H.−G.,Jeskulke,K.and Mehrens,M.(1996)Toxic effects on bacterial metabolism of the redox dye 5−cyano−2,3−ditolyl tetrazolium chloride.Appl.Environ.Microbiol.62,4587−4593. Korgaonkar,K.S.and Ranade,S.S.(1966)Evaluation of acridine orange fuorescence test in viability studies of Escherichia coli.Can.J.Microbiol.12,185−190. Porter,K.G.and Feig,Y.S.(1980)The use of DAPI for identifying and counting aquatic microflora.Limnol.Oceanogr.25,943−948. Davey,H.M.and Kell,D.B.(1996)Flow cytometry and cell sorting of heterogeneous microbial populations:the importance of single−cell analyses.Microbiol.Rev.60,641−696. Parthuisot,N.,Catala P.,Lemarchand,K.,Baudart,J.,and Lebaron,P.(2000)Evaluation of ChemChrome V6 for bacterial viability assessment in waters.J.ApplMicrobiol.89,370−380. Breeuwer,P.,and Abee,T.(2000)Assessment of viability of microorganisms employing fluorescence techniques.Int.J.Food Microbiol.10,193−200. Berney,M.,Vital,M.,Hulshoff,I.,Weilenmann,HU,Egli,T.,and Hammes,F.(2008)Rapid,cultivation−independent assessment of microbial viability in drinking water.Water Res.4e,4010−4018. Rijpens,NP,and Herman,LM.(2002)J AOAC Int,85,984−995. Bogosian,G.,and Bourneuf E.V.(2001)A matter of bacterial life and death.EMBO Rep.2:770−774.
本発明の目標は、生菌を特異的に検出するための改善された新規の間接的非培養法であって、とりわけ上述した欠点を克服し、培養可能な細菌の正確な数をより信頼性高く検出し定量する方法を提供することにある。
グリカンの代謝標識法[1]は、細胞表面のグリカンを研究するための非常に強力なツールとして近年登場し、ゼブラフィッシュやマウスなどの生存している多細胞生物における画像化から、転移に関連する細胞表面のシアロ糖タンパク質の同定にまで及ぶ応用例がある[2]。この方策は、生体直交型の化学レポーター(bioorthogonal chemical reporter)を含む修飾単糖の細胞の生合成機構による同化に基づくものである。さらに、このレポーターのグリカン内への代謝的取り込みは、蛍光プローブなどの標識との化学的連結によって可視化することができる。幾分驚くべきことに、研究が主に焦点を当てているのは、N−アセチルノイラミン酸又はそのN−アセチルマンノサミン前駆体、N−アセチルグルコサミン、N−アセチルガラクトサミン及びフコースなどの一般的な単糖類の誘導体を使用する脊椎動物グリカンの標識[3]である。
その単糖ビルディングブロックが非常に高度な多様性を有し、細菌−宿主相互作用及び細菌の病原性において重要な役割を果たしているにもかかわらず、細菌の多糖は、in vivoでの構造的修飾に関して充分に検討されていない。細菌はグラム陽性菌とグラム陰性菌に分けられる。グラム陽性菌は、ペプチドグリカン細胞壁によって囲まれているのに対し、グラム陰性菌は、その外膜中に埋入されたリポ多糖(LPS)の緻密層により覆われており、これらは、細胞の構造的完全性に関与し、しばしば病原性決定因子と考えられている。
LPS中に含まれる反復グリカンポリマーは、細菌のO抗原、O多糖又はO側鎖と呼ばれる。O抗原はコアオリゴ糖に結合し、LPS分子の最も外側の領域を構成する。O鎖の組成は株ごとに異なる。例えば、異なる大腸菌株によって産生されたO抗原構造が160種類を超えて存在する。O抗原は、細菌細胞の最も外側の表面に露出している。コアドメインは、リピドAに直接結合するオリゴ糖成分を常に含み、ヘプトースや3−デオキシ−D−マンノオクツロソン酸(KDO、ケトデオキシオクトン酸としても知られる)などの糖を通常含んでいる。
リポ多糖(LPS)は、外膜の完全性において重要な構造的役割を果たすとともに、宿主−病原体相互作用の重要な媒介物質であることから、細胞表面多糖のなかで最も重要なものの一つである。
細菌の外膜の他の細菌グリカンは莢膜多糖(CPS)を含む。莢膜多糖は直線状で、単糖及び糖タンパク質の繰り返しサブユニットからなる。
糖タンパク質は、細菌が感染する際の付着及び侵入に重要であることが示されている。
LPSは、グラム陰性菌における特異的で明確なグリカン代謝標識のための興味深い標的として登場したが、それを用いた試みは、意図的に遺伝子操作された大腸菌(Escherichia coli)株への修飾L−フコース誘導体の導入に未だ限定されている[4]。しかしながら、まさにこのアプローチにも以下の様ないくつかの制限がある。
(a)L−フコースは、通常全てのグラム陰性菌のLPS中に存在しているわけではなく、特定株のO−抗体に見られる[5]。
(b)遊離のL−フコースは、大腸菌の通常の「デノボ」経路における中間体ではないため、「サルベージ経路」と呼ばれる代替経路の遺伝子工学(代謝経路工学)を用いて目的の生物に導入しない限り、ヌクレオチド−糖供与体へと直接活性化することはできないはずである[6]。
(c)修飾L−フコース類似体は、GDP−Fucの形態で活性化されると、デノボ経路の逆方向の経路に沿ってGDP−Manに変換され、潜在的にはさらに他の種々の化合物へと代謝され得る。こうして、化学レポーターは他の糖代謝の経路を通して(又はそれを超えて)拡散しやすくなる。
このように、上述の細菌のLPS標識は、細菌の遺伝子修飾を必要とするため、本発明の被験試料中の生菌を検出する方法において用いることはできない。
本発明においては、代謝修飾が細菌の生存率の証拠になるという事実を利用して、他の糖が、少なくとも所定のカテゴリーの細菌のグリカン代謝修飾のターゲットとして、該細菌を遺伝子修飾せずに、使用できるか否かを調べた。
したがって、本発明の方法は、図2Bに概略的に示すような全体として迅速な過程で、生体直交型の化学レポーターを含んでいる修飾糖成分を生菌の膜グリカン、とりわけリポ多糖に取り込むことで細胞表面を装飾し、化学反応、とりわけクリックケミストリー(click chemistry)反応によって検出できるようにし、さらには化学レポーターを検出できるようにすることによって、生菌の膜グリカン、とりわけLPSの代謝修飾を通じて細菌膜を標識することで生菌を本質的に検出することを含む方法である。
本発明によれば、ウロソン酸又はウロソン酸塩残基を有する修飾糖は、そのような残基を全てのグラム陰性菌の細菌膜のグリカン、とりわけLPSに見出すことができ、さらに、上記グラム陰性菌のグリカン、とりわけLPSに取り込まれる形態へと直接同化することができるが、LPSの他の糖のほとんどは異なる単糖前駆体由来であるという点から、特に有利であることが分かった。
ウロソン酸(ケトアルドン酸又はアルドウロソン酸とも呼ばれる)はケトース類に属する単糖であり、C−2にケトン基を、C−1にカルボン酸を有する。オクツロソン酸及びノヌロソン酸は別種の天然グリカン類、例えば様々な形態の細菌グリカン類(とりわけLPS、CPS、糖タンパク質)などに見られる。これらのグリカンの合成へと至る生合成経路には、通常、遊離のウロソン酸が中間体として関与する。この遊離のウロソン酸はその後、CMP−糖供与体の形態で直接活性化される。これは、単糖そのものの少しの種類の一次活性供与体からヌクレオチド二リン酸−糖供与体の形態で直接生合成されることが多い他の多くの単糖とは対照的である。
本発明は、生菌の外膜のグリカンに結合する第1の反応性化学基を取り込むことで、細菌を含有する試料中の所定のカテゴリーの細菌の生菌を特異的に標識する方法を提供する。
より厳密には、本発明は、細菌を含有する試料中の所定のカテゴリーの細菌の生菌を特異的に標識する方法であって、
a)単糖化合物の類似体の少なくとも1つと共に上記試料の上記細菌をインキュベートするステップであって、
上記単糖は上記所定のカテゴリーの細菌の外膜のグリカンの内在性単糖残基であり、
上記内在性単糖残基はウロソン酸又はウロソン酸塩残基を含み、
上記単糖化合物の類似体は、標識化分子の第2の反応性基と反応できる第1の反応性化学基によって所定の位置が置換された修飾単糖であり、
上記所定の位置は、好ましくは、上記細菌の外膜のグリカン内に取り込まれた上記内在性単糖残基中の遊離型の基を有する位置である、ステップと、
b)上記第2の反応性基を有する上記標識化分子と上記細菌を接触させて、上記生菌の外膜のグリカン内に取り込まれた上記類似体残基の上記第1の反応性基を上記標識化分子の上記第2の反応性基と反応させるステップと
を含む方法を提供する。
生菌には、増殖可能な細菌だけでなく、増殖できないが生存はしている細菌も含まれる。ほとんどの衛生上の規則が、増殖可能な細菌、とりわけ固体増殖培地上で増殖可能な細菌の計数について言及しているように、本発明は、特に、増殖可能な細菌を特異的に標識する方法であって、上記細菌が培養培地でインキュベートされ、その(液体培地)中又は(固体培地)上で上記細菌が増殖可能である、方法を提供するものであり、有利である。
好ましくは、本発明の方法は、さらに、
c)上記細菌がその外膜のグリカンに結合した上記標識化分子を含むか否かを検出すること、及び/又は、上記標識化分子を含んでいる上記生菌を固体基材に固定化することにより、生菌を検出するステップ
を含む。
上記検出ステップc)は、液体培地中又は固体基材上で行うことができる。
より具体的には、上記標識化分子は、検出可能な物質を含む検出可能な分子、又は、検出可能な物質と反応若しくは結合できる検出可能な分子であるか、又は、
上記標識化分子は上記第2の反応性基を有する第1の分子であり、
該第1の分子は第2の分子及び/又は固体基材と反応又は結合でき、
好ましくは上記第2の分子は検出可能な物質を含んでいるか、及び/又は、上記固体基材に結合している。
第1の実施形態においては、上記標識化分子は、検出可能な分子、すなわち検出可能な物質そのものである分子又は検出可能な物質を含む分子、すなわち、蛍光色素若しくは発光物質又はペルオキシダーゼなどの酵素のような検出が可能な物質である。上記酵素は、より具体的には、共反応体と反応した後に検出される。
生菌を単離するために有用なさらに具体的な実施形態においては、ステップb)を行う際に上記標識化分子が固体基材に結合していてもよい。
さらに具体的な実施形態においては、上記標識化分子は、上記第2の反応性基を有する第1のリガンド又は第1の結合タンパク質である分子であり、
ステップc)において、上記第1のリガンド又は第1の結合タンパク質に結合した上記生菌は、上記第1のリガンド又は第1の結合タンパク質を、上記第1のリガンド又は第1の結合タンパク質と特異的に反応又は結合する第2のリガンド又は第2の結合タンパク質である第2の分子と接触させることにより検出及び/又は固定化される。
その場合、上記第1又は第2のリガンド又は結合タンパク質は、蛍光色素若しくは発光物質又はペルオキシダーゼなどの酵素のような上記検出可能な物質を含む第3の結合タンパク質と反応又は結合することができ、有利である。上記第3の結合タンパク質は、上記第1及び/又は第2のリガンド又は結合タンパク質に特異的に結合する。上記第2のリガンド又は第2の結合タンパク質又は第3の結合タンパク質を介して上記検出可能な物質を検出することにより、上記検出可能な物質のシグナルを増幅することができる。
より具体的には、上記第1のリガンド又は第1の結合タンパク質は以下のものであってもよい。
・ビオチン(この場合、上記第2及び第3の結合タンパク質はそれぞれアビジン又はストレプトアビジン(ビオチンに対する抗体)である)、あるいは、
・アビジン又はストレプトアビジン(この場合、上記第2のリガンド及び上記第3の結合タンパク質はそれぞれビオチン(アビジン又はストレプトアビジンに対する抗体)である)、あるいは、
・第1の抗体(この場合、上記第2及び第3の結合タンパク質はそれぞれ上記第1の抗体に特異的な第2及び第3の抗体である)。
より具体的には、上記標識化分子は、上記第2の反応性基を有する第1のリガンド、好ましくはビオチンであり、
ステップc)において、上記第1のリガンドに結合した上記生菌は、上記第1のリガンドに特異的な抗体と上記細菌との反応によって検出され、上記抗体は検出可能な物質、好ましくは蛍光色素分子又は発光分子又は酵素を含む。
また、より具体的には、上記標識化分子は、上記第2の反応性基を有する第1のリガンド、好ましくはビオチンであり、ステップc)において、上記第1の結合タンパク質に結合した上記生菌は、上記第1のリガンドと、上記第2の結合タンパク質、好ましくはアビジン又はストレプトアビジンに結合した固体基材、好ましくは磁気ビーズとの反応によって固定化される。その後、上記生菌は、細菌DNAの酵素的増幅によって、又は、上記細菌と、上記第1のリガンド若しくは第2の結合タンパク質と特異的に反応若しくは結合する第3の結合タンパク質との反応によって検出される。上記第3の結合タンパク質は検出可能な物質、好ましくは蛍光色素分子又は発光分子又は酵素を含み、上記第3の結合タンパク質は、好ましくは上記第1のリガンド又は第1の結合タンパク質に特異的な抗体である。
上記生菌が上記固体基材上に固定化される上記実施形態によれば、試料を上記細菌そのものへと濃縮することができ、PCR、とりわけリアルタイムPCRなどのDNAの酵素的増幅や、ELISAテストなどの標識抗体との免疫学的反応を用いた方法などの公知の方法によって上記生菌を定量化することができる。
より具体的には、本発明は、細菌を含有する試料中の所定のカテゴリーの細菌の生菌を特異的に検出する方法であって、
上記標識化分子は、検出可能な物質を含む検出可能な分子であり、
上記方法は、c)上記細菌がその外膜のグリカンに結合した上記検出可能な分子を含むか否かを検出することにより、生菌を検出するステップを含む、方法を提供する。
ステップa)では、生菌の外膜のグリカン、とりわけリポ多糖層に上記単糖化合物の類似体の残基を取り込むことにより、上記カテゴリーに属する全ての生菌が特異的に標識されることとなる。
ステップb)では、上記培養細菌の上記グリカン中、とりわけLPS中の上記修飾単糖の上記第1の反応性基と、上記第2の反応性基を有する上記標識化分子とを適切な条件下かつ適切で好適な反応体の存在下、反応させることにより、上記標識化分子が生菌の上記グリカン、とりわけLPSに取り込まれた類似体残基と結合することとなる。
ステップa)において、上記内在性単糖の上記所定の位置は、上記細菌の外膜のグリカン内に取り込まれた上記内在性単糖残基中の遊離型の基を有する位置であるのが好ましい。「遊離型の基(free group)」とは、上記グリカン中、とりわけLPS中の共有結合に関与していない位置を意味する。
修飾ウロソン酸又はウロソン酸塩を代謝的に同化することによって、代謝的に活性/生存しているグラム陰性菌を迅速に検出する(全工程が1日未満で終了)上記方法が使用できる。細菌株にもよるが、生存細菌の検出には通常2日間から1ヶ月を超える期間が必要である事実を考慮すると、上記方法は非常に強力である。
グラム陰性菌のなかには重大な病原体が隠れており、生存細胞を迅速に同定することは衛生上重要な課題である。したがって、本発明は、代謝的に活性なグラム陰性菌の細胞表面の標識を、修飾ウロソン酸又はウロソン酸塩残基をそのリポ多糖に代謝的に取り込ませた後、クリックケミストリーを用いてさらに結合させることにより行う簡易な方策を提供する。
内在性同等物(KDOなど)との競合状態での、細菌細胞における外因性ウロソン酸塩類似体(KDO類似体など)の同化及びそのLPS内への取り込みは全く明らかにはなっていない。これは、これらの分子の極性が高く、膜を通過しにくいからである。抗菌剤としてのKDO類似体を使用した試みは、該類似体の細胞内濃度を充分高くすることが難しいため、失敗している[10]。
より具体的には、細菌濃度が1011cell/ml以内、より具体的には10cell/ml以内のものを検出するためには、ステップa)におけるインキュベーション時間は1時間〜24時間、好ましくは2時間〜12時間であり、単糖類似体化合物の濃度は10−8M〜1M、より具体的には10−5M〜1Mである。
特に、上記類似体単糖は、以下の式(I)又は(II)の1つで表される置換ウロソン酸又はそのウロソン酸塩である。
(式中、
A、B及びCは、独立に、保護基で置換されているか又は置換されていないH、OH、NH、OH及びNH、好ましくはアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アシル基、ホルミル基又はイミドイル基で置換されているOH及びNHであってもよく、
Dは、炭素数2〜4のアルキル鎖であって、その各炭素はOH又はNHで置換されているか又は置換されておらず、該OH及びNHは保護基で置換されているか又は置換されておらず、好ましくはアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アシル基、ホルミル基又はイミドイル基で置換されており、
A、B、C又はD基のうち少なくとも1つは上記第1の反応性基で置換されている)
一方がピラノース環を有する式(I)であり、他方がフラノース環を有する式(II)であるこれら2つの化学式は、実際には2つの種が自然に平衡状態にあるが、通常は式(I)の方が優勢である。
より具体的には、OHの場合、保護基は好ましくはアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アシル基又はホルミル基であってもよい。
より具体的には、NHの場合、保護基はアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アシル基、ホルミル基又はイミドイル基から選択することができる。
NHは1つ又は2つの保護基によって保護することができ、とりわけ1つのCH基と1つのアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アシル基、ホルミル基又はイミドイル基、とりわけアセチル基(Ac)、アセトイミドイル基(Am)、N−メチル−アセトイミドイル基、N,N−ジメチル−アセトイミドイル基、ホルミル基(Fo)又はヒドロキシブタノイル基とによって保護することができる。
より具体的には、上記単糖化合物の類似体は、置換オクツロソン酸又はオクツロソン酸塩化合物である。
式(I)のオクツロソン酸又はオクツロソン酸塩化合物は、D基として炭素数2のアルキル鎖を有する。
式(II)のオクツロソン酸又はオクツロソン酸塩化合物は、D基として炭素数3のアルキル鎖を有する。
上記単糖化合物の類似体は、置換ノヌロソン酸又はノヌロソン酸塩化合物であってもよい。
式(I)のノヌロソン酸又はノヌロソン酸塩化合物は、D基として炭素数3のアルキル鎖を有する。
式(II)のノヌロソン酸又はノヌロソン酸塩化合物は、D基として炭素数4のアルキル鎖を有する。
内在性ウロソン酸又はウロソン酸塩残基のうち、特によく見られるのが以下のカテゴリーの細菌に特異的に存在するものである。
以下の式(I)の1−オクツロソン酸又はオクツロソン酸塩残基(式中、Dは−CHOH−CHOH(Ia−1、Ia−2)又は−CHOH−CHNH(Ia−3)である):
1.1)
・(Ia−1)Kdo(3−デオキシ−D−マンノ−オクト−2−ウロソン酸、又は、ケトデオキシオクトン酸)。これは以下のカテゴリーの細菌に特異的なものである。グラム陰性菌の全て。Kdoはシュワネラ属(Shewenella)の一部を除く全てのグラム陰性菌のLPS内部コアや、プロビデンシア属(Providencia)、クロノバクター属(Cronobacter)及びシュードアルテロモナス属(Pseudoalteromonas)の細菌のLPSのO−抗原で見ることができ、大腸菌(E.coli)、髄膜炎菌(Neisseria meningitidis)、リゾビア(rhizobia)、アクチノバチルス・プルロニューモニア(Actinobacillus pleuropneumoniae)、モラクセラ・ノンリクファシエンス(Moraxella nonliquefaciens)、類鼻疽菌(バークホルデリア・シュードマレイ(Burkholderia pseudomallei))、バークホルデリア・セパシア(Burkholderia cepacia)、バークホルデリア・カリベンシス(Burkholderia caribensis)、シュードアルテロモナス・ニグリファシエンス(Pseudoalteromonas nigrifaciens)の一部の莢膜多糖(CPS)にも見られる。
1.2)
・(Ia−2)Ko(D−グリセロ−D−タロ−オクト−2−ウロソン酸、又は、ケトオクトン酸)。(Ia−2)は以下のカテゴリーの細菌において見ることができる。エルシニア属(Yersinia)、アシネトバクター属(Acinetobacter)、バークホルデリア属(Burkholderia)。
1.3)
・(Ia−3)Kdo8N(8−アミノ−3,8−ジデオキシ−D−マンノ−オクト−2−ウロソン酸)。(Ia−3)はシュワネラ属(Schewanella)細菌に見られる。
下記式の2−ノヌロソン酸又はノヌロソン酸塩残基(式中、Dは−CHNH−CHOH−CH(Ib−1、Ib−2、Ib−5、Ib−6)、−CHOH−CHOH−CHOH(Ib−3、Ib−4)、−CHNH−CHNH−CH(Ib−7)):
2.1)
・(Ib−1)4eLeg(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−タロ−ノヌ−2−ウロソン酸)。(Ib−1)は、レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)細菌のLPS及びシュワネラ・ジャポニカ(Schewanella japonica)に見られる。
2.2)
・(Ib−2)8eLeg(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−L−グリセロ−D−ガラクト−ノヌ−2−ウロソン酸)。(Ib−2)は大腸菌株、プロビデンシア・スチュアルティイ(Providencia stuartii)、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)、エルシニア・ラッケリ(Yersinia ruckeri)、サルモネラ・アリゾネ(Salmonella arizonae)、モーガネラ・モーガニイ(Morganella morganii)、シュワネラ・プトレファシエンス(Shewanella putrefaciens)に見られる。
2.3)
・(Ib−3)Kdn(3−デオキシ−D−グリセロ−D−ガラクト−ノヌ−2−ウロソン酸)。(Ib−3)は臭鼻菌(Klebsiella ozaenae)及びシノリゾビウム・フレディ(Sinorhizobium fredii)(5−O−メチルKdnの形態)のCPSにおいて見られる。Kdnを含有する多糖又はオリゴ糖は、グラム陽性菌(アクチノマイセタレス(Actinomycetales)目)の細胞壁に見られる。
2.4)
・(Ib−4)Neu(5−アミノ−3,5−ジデオキシ−D−グリセロ−D−ガラクト−ノヌ−2−ウロソン酸)。(Ib−4)は、大腸菌、髄膜炎菌(Neisseria meningitidis)、モラクセラ・ノンリクファシエンス(Moraxella nonliquefaciens)及びマンヘミア(パスツレラ)・ヘモリチカ(Mannheimia(Pasteurella) haemolytica)、ストレプトコッカス・アガラクティアエ(Streptococcus agalactiae)(グラム陽性)、ストレプトコッカス・スイス(Streptococcus suis)(グラム陽性)のCPSや、ハフニア・アルベイ(Hafnia alvei)、エシェリヒア・アルベルティ(Escherichia albertii)、サルモネラ菌(Salmonella enterica)、大腸菌、シトロバクター(Citrobacter)、コレラ菌(ビブリオ・コレレ(Vibrio cholerae))、シュワネラ・アルガ(Shewanella algae)などの細菌のLPSのO−抗原、並びに、髄膜炎菌(N.meningitidis)、淋菌(Neisseria gonorrhoeae)、インフルエンザ菌(H.influenzae)、軟性下疳菌(Haemophilus ducreyi)、ヒストフィルス・ソムニ(Histophilus somni)、カンピロバクター・ジェジュニ(Campylobacter jejuni)及びヘリコバクター・ピロリ(Helicobacter pylori)などの種々の病原体のLPSコアに見ることができる。
2.5)
・(Ib−5)Pse(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−L−グリセロ−L−マンノ−ノヌ−2−ウロソン酸)。(Ib−5)は、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)、ボイド赤痢菌(Shigella boydii)、大腸菌、プロテウス・ブルガリス(Proteus vulgaris)、シュードアルテロモナス・アトランティカ(Pseudoalteromonas atlantica)、シュードアルテロモナス・ディスティンクタ(Pseudoalteromonas distincta)、シノリゾビウム・フレディ(Sinorhizobium fredii)及びコレラ菌(ビブリオ・コレレ(Vibrio cholerae))、シュードアルテロモナス・アトランティカ(Pseudoalteromonas atlantica)のO−抗原(LPS)、並びに、クリベラ属(Kribella spp.)5(グラム陽性)及びアクチノプラネス・ウタヘンシス(Actinoplanes utahensis)(グラム陽性)の細胞壁、並びに、腸炎ビブリオ(ビブリオ・パラヘモリティカス(vibrio parahaemolyticus))のLPSコア、並びに、グラム陽性カンピロバクター・ジェジュニ(Campylobacter jejuni)、カンピロバクター・コリ(Campylobacter coli)、ヘリコバクター・ピロリ(Helicobacter pylori)及びボツリヌス菌(Clostridium botulinum)の鞭毛の糖タンパク質、並びに、シノリゾビウム属(Sinorhizobium)細菌のCPSに見ることができる。
2.6)
・(Ib−6)Leg(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−ガラクト−ノヌ−2−ウロソン酸)。(Ib−6)は、レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)、ビブリオ・アルギノリチカス(Vibrio alginolyticus)、アシネトバクター・バウマニ(Acinetobacter baumannii)、蛍光菌(Pseudomonas fluorescens)及びビブリオ・サルモニシダ(Vibrio salmonicida)に見られる。
2.7)
・(Ib−7):5,7,8−トリアミノ−3,5,7,8,9−ペンタデオキシノヌ−2−ウロソン酸(C−8での立体配座が未知)は、テナキバクラム・マリティマム(Tenacibaculum maritimum)(以前は海産魚の滑走細菌症菌(Flexibacter maritimus))に見られる。
上記式Ib−iにおいて、iが1〜7の場合、NH基はN−アセチル(NHAc)の形態か、又は、N−アセトイミドイル(NHAm)、N−(N−メチルアセトイミドイル)、N−(N,N−ジメチルアセトイミドイル)、N−ホルミル(NHFo)、NH−ヒドロキシブタノイル(NH−Hb)の形態であってもよく、さらにN−メチル化されていてもされていなくてもよい。
好ましくは、上記所定のカテゴリーの細菌はグラム陰性菌を構成し、上記細菌の外膜のLPS層の上記内在性単糖残基はデオキシオクツロソン酸塩残基であり、上記単糖化合物の類似体は、置換デオキシオクツロソン酸又はデオキシオクツロソン酸塩化合物(ケトデオキシオクトネート(いわゆるKDO)とも呼ばれる)である。
「グラム陰性菌」というのは、上記KDOを用いた方法では、グラム陽性菌と、同じ内在性単糖を有していない他のグラム陰性菌の標識ができないことを意味する。実際に、グラム陰性菌のLPSは全て上記デオキシオクツロソン酸塩残基を有しているのに対し、グラム陽性菌のグリカン中にはその残基は含まれていない。
「デオキシオクツロソン酸塩」(Kdoとも呼ぶ)は、式(Ia−1)の3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸塩残基を意味する。
より具体的には、上記デオキシオクツロソン酸塩残基は、単糖環の3位、4位、5位、7位又は8位、好ましくは3位、7位又は8位から選択される位置が上記反応性基によって置換されている。上記内在性単糖の2位は、LPSとの共有結合に関与している。
グラム陰性菌は全て、少なくとも1つの残基の3位、4位、5位、7位又は8位の1つにおいて上記第1の反応性基によって置換することができる遊離型の基を有する上記デオキシオクツロソン酸塩残基を含む。また、シュワネラ属(Shewenella)細菌の一部を除き、グラム陰性菌は全て、少なくとも1つの残基の8位に遊離型の基を有する。
グラム陰性菌を特異的に検出するために、ステップa)及びb)においてグラム陰性菌に特異的な培養培地を用い、それによりグラム陽性菌を培養させないことがより有利である場合がある。
より具体的には、上記デオキシオクツロソン酸塩残基は、式(I)又は(II)の化合物、より具体的には式(Ia−1)の化合物であって、8位が上記反応性基Rで置換されている。すなわち、式(I)中、D=−CHOH−CH−R、A=H、B=OH、C=OH、又は、式(II)中、D=−CHOH−CHOH−CH−R、A=H、B=OH。
より具体的には、取り込まれた内在性KDOを有する上記グラム陰性菌は、大腸菌、ネズミチフス菌(サルモネラ・ティフィムリウム(Salmonella typhimurium))、レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)及び緑膿菌(シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa))から選択される。これらの細菌は、8位が遊離型である内在性KDOを有する。
ウロソン酸又はウロソン酸塩残基の少なくとも1つの位置が遊離型である他のグラム陰性病原菌は、バクテロイデス・フラジリス(Bacteroides fragilis)、バルトネラ・バシリホルミス(Bartonella bacilliformis)、バルトネラ・クインターナ(Bartonella quintana)(ロシャリメア・クインターナ(Rochalimaea quintana))、バルトネラ属(Bartonella spp.(ロシャリメア属(Rochalimaea spp.))、気管支敗血症菌(ボルデテラ・ブロンキセプティカ(Bordetella bronchiseptica))、パラ百日咳菌(ボルデテラ・パラペルツッシス(Bordetella parapertussis))、百日咳菌(ボルデテラ・パータッシス(Bordetella pertussis))、ブラキスピラ属(Brachyspira spp.)、カンピロバクター・フェタス(Campylobacter fetus)、カンピロバクター・ジェジュニ(Campylobacter jejuni)、カンピロバクター属(Campylobacter spp)、カルジオバクテリウム・ホミニス(Cardiobacterium hominis)、クラミドフィラ・アボルタス(Chlamydophila abortus)、クラミドフィラ・キャビエ(Chlamydophila caviae)、クラミドフィラ・フェリス(Chlamydophila felis)、クラミドフィラ・ニューモニエ(Chlamydophila pneumoniae(肺炎クラミジア(Chlamydia pneumoniae))、エドワジェラ・タルダ(Edwardsiella tarda)、エーリキア属(Ehrlichia spp.)、エイケネラ・コローデンス(Eikenella corrodens)、エリザベトキンギア・メニンゴセプティカ(Elizabethkingia meningoseptica)(フラボハクテリウム・メニンゴセプチカム(Flavobacterium meningosepticum)、クリセオバクテリウム(Chryseobacterium)、エニンゴセプチカム(eningosepticum))、エンテロバクター・アエロゲネス(Enterobacter aerogenes)(=クレブシエラ・モビリス(Klebsiella mobilis))、エンテロバクター・クロアカエ(Enterobacter cloacae)、エンテロバクター属(Enterobacter spp.)、腸球菌(エンテロコッカス)属(Enterococcus spp.)、野兎病菌亜種ホルアークティカ(Francisella tularensis subsp. holarctica(“Francisella tularensis var. palaearctica”))、野兎病菌タイプB(Francisella tularensis type B)、壊死桿菌(フソバクテリアム・ネクロフォラム(Fusobacterium necrophorum))、軟性下疳菌(Haemophilus ducreyi)、インフルエンザ菌(Haemophilus influenzae)、ヘモフィルス属(Haemophilus spp.)、ヘリコバクター・ピロリ(Helicobacter pylori)、カンピロバクター・ピロリ(Campylobacter pylori)、クレブシエラ・オキシトカ(Klebsiella oxytoca)、肺炎桿菌(クレブシエラ・ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae))、クレブシエラ属(Klebsiella spp.)、レジオネラ・ボゼマナエ(Legionella bozemanae corrig.(フルオリバクター・ボゼマナエ(Fluoribacter bozemanae))、レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)、レジオネラ属(Legionella spp.)、レプトスピラ・インテロガンス(Leptospira interrogans)、レプトスピラ・アレキサンデリを含む広義のレプトスピラ・インテロガンス(Leptospira interrogans sensu lato inclut Leptospira alexanderi)、レプトスピラ・ボルグペテルセニイ(Leptospira borgpetersenii)、レプトスピラ・ファイネイ(Leptospira fainei)、レプトスピラ・イナダイ(Leptospira inadai)、レプトスピラ・インテロガンス(Leptospira interrogans)、レプストピラ・カースクネリー(Leptospira kirschneri)、レプストピラ・ノグチ(Leptospira noguchii)、レプストピラ・サンタロサイ(Leptospira santarosai)、レプトスピラ・ウェイリイ(Leptospira weilii)、モーガネラ・モーガニイ(Morganella morganii)(プロテウス・モーガニイ(Proteus morganii))、淋菌(ナイセリア・ゴナーリエ(Neisseria gonorrhoeae))、髄膜炎菌(ナイセリア・メニンギティディス(Neisseria meningitidis))、ネオリケッチア・センネツ(Neorickettsia sennetsu(エーリキア・センネツ(Ehrlichia sennetsu)、リケッチア・センネツ(Rickettsia sennetsu))、パスツレラ・ムルトシダ(Pasteurella multocida)、パスツレラ属(Pasteurella spp.)、プレジオモナス・シゲロイデス(Plesiomonas shigelloides)、ポルフィロモナス属(Porphyromonas spp.)、プレボテラ属(Prevotella spp.)、プロテウス・ミラビリス(Proteus mirabilis)、プロテウス・ペンネリ(Proteus penneri)、プロテウス・ブルガリス(Proteus vulgaris)、プロビデンシア・アルカリファシエンス(Providencia alcalifaciens)、プロビデンシア・レットゲリ(Providencia rettgeri(プロテウス・レットゲリ(Proteus rettgeri))、プロビデンシア属(Providencia spp.)、緑膿菌(シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa))、リケッチア属(Rickettsia spp.)(オリエンティア(リケッチア)・ツツガムシ(Orientia(Rickettsia) tsutsugamushi)を除く)、リケッチア・アカリ(Rickettsia akari)、リケッチア・カナデンシス(Rickettsia canadensis)、リケッチア・コノリイ(Rickettsia conorii)、リケッチア・モンタネンシス(Rickettsia montanensis)、リケッチア・プロワゼキイ(Rickettsia prowazekii)、リケッチア・リケッチィ(Rickettsia rickettsii)及び発疹熱リケッチア(リケッチア・チフィ(Rickettsia typhi))、サルモネラ・エンテリカ亜種アリゾネ(Salmonella enterica subsp. Arizonae(サルモネラ・アリゾネ(Salmonella arizonae)、サルモネラ・コレラエスイス亜種アリゾネ(Salmonella choleraesuis subsp. arizonae))、サルモネラ・エンテリカ亜種エンテリカ血清型エンテリティディス((Salmonella enterica subsp. enterica serovar Enteritidis(サルモネラ・エンテリティディス(Salmonella enteritidis))、サルモネラ・エンテリカ亜種エンテリカ血清型パラチフィA(Salmonella enterica subsp. enterica serovar Paratyphi A(サルモネラ・パラチフィ(Salmonella paratyphi))、パラチフィB(Paratyphi B)及びパラチフィC(Paratyphi C)、サルモネラ・エンテリカ亜種エンテリカ血清型ティフィムリウム(Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium(ネズミチフス菌(サルモネラ・ティフィムリウム(Salmonella typhimurium)))、ボイド赤痢菌(シゲラ・ボイディイ(Shigella boydii))、志賀赤痢菌(シゲラ・ディゼンテリエ(Shigella dysenteriae))(タイプ1を除く)、フレクスナー赤痢菌(シゲラ・フレックスネリ(Shigella flexneri))、ソンネ赤痢菌(シゲラ・ソンネイ(Shigella sonnei))、ストレプトバチルス・モニリフォルミス(Streptobacillus moniliformis)、トレポネーマ・カラテウム(Treponema carateum)、梅毒トレポネーマ(トレポネーマ・パリズム(Treponema pallidum))、トレポネーマ・ペルテヌエ(Treponema pertenue)(トレポネーマ・パリズム亜種ペルテヌエ(Treponema pallidum subsp. pertenue))、トレポネーマ属(Treponema spp.)、コレラ菌(ビブリオ・コレレ(Vibrio cholerae))、腸炎ビブリオ(ビブリオ・パラヘモリティカス(vibrio parahaemolyticus))(=ベネッケア・パラヘモリティカ(Beneckea parahaemolytica))、ビブリオ属(Vibrio spp.)、エルシニア・エンテロコリティカ(Yersinia enterocolitica)、偽結核菌(エルシニア・シュードツベルクローシス(Yersinia pseudotuberculosis))、ブルセラ・メリテンシス(Brucella melitensis)(狭義)、ブルセラ・メリテンシス次亜種アボルツス(Brucella melitensis biovar Abortus(ブルセラ・アボルツス(Brucella abortus))、ブルセラ・メリテンシス次亜種カニス(Brucella melitensis biovar Canis(ブルセラ・カニス(Brucella canis))、ブルセラ・メリテンシス次亜種スイス(Brucella melitensis biovar Suis(ブルセラ・スイス(Brucella suis))、鼻疽菌(バークホルデリア・マレイ(Burkholderia mallei)(シュードモナス・マレイ(Pseudomonas mallei))、類鼻疽菌(バークホルデリア・シュードマレイ(Burkholderia pseudomallei)(シュードモナス・シュードマレイ(Pseudomonas pseudomallei))、クラミドフィラ・シタッシ(Chlamydophila psittaci)(クラミジア・シタッシ(Chlamydia psittaci))、コクシエラ・バーネッティイ(Coxiella burnetii)、野兎病菌亜種チュラレンシス(Francisella tularensis subsp. Tularensis(フランシエラ・チュラレンシス亜種ニアークティカ(Francisella tularensis subsp. nearctica)、フランシエラ・チュラレンシス次亜種チュランレンシス(Francisella tularensis biovar Tularensis)、フランシエラ・チュラレンシス タイプA(
Francisella tularensis type A)、オリエンティア・ツツガムシ(Orientia tsutsugamushi(リケッチア・ツツガムシ(Rickettsia tsutsugamushi))、リケッチア・アカリ(Rickettsia akari)、リケッチア・カナデンシス(Rickettsia canadensis corrig.)、リケッチア・コノリイ(Rickettsia conorii)、リケッチア・モンタネンシス(Rickettsia montanensis corrig.)、リケッチア・プロワゼキイ(Rickettsia prowazekii)、リケッチア・リケッチィ(Rickettsia rickettsii)、発疹熱リケッチア(リケッチア・チフィ(Rickettsia typhi))、サルモネラ・エンテリカ亜種エンテリカ血清型チフィ(Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhi(サルモネラ・チフィ(Salmonella typhi)、シゲラ・ディゼンテリエタイプ1(Shigella dysenteriae type 1)及びペスト菌(エルシニア・ペスティス(Yersinia pestis))から選択することができる。
他の好ましい実施形態においては、本発明の方法は、レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)菌の生菌を特異的に標識する、好ましくは検出するための方法であり、
上記細菌の所定のカテゴリーは上記レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)菌のカテゴリーであり、
上記細菌の外膜のLPS層の上記内在性単糖残基は、4−エピレジオナミン酸(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−タロ−ノヌ−2−ウロソン酸)若しくは4−エピレジオナミン酸塩残基、又は、レジオナミン酸(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−ガラクト−ノヌ−2−ウロソン酸)若しくはレジオナミン酸塩残基であり、
上記単糖化合物の類似体は、それぞれ、置換4−エピレジオナミン酸若しくは4−エピレジオナミン酸塩化合物、又は、置換レジオナミン酸若しくはレジオナミン酸塩化合物であり、好ましくはその単糖環の3位、4位、5位、7位、8位及び9位、好ましくは5位、7位及び9位から選択される1つの位置が置換されている。上記内在性単糖の2位はLPSとの共有結合に関与している。
上記単糖化合物の類似体は、式(I)、より具体的には(Ib−1)の置換4−エピレジオナミン酸若しくは4−エピレジオナミン酸塩化合物、又は、式(I)、より具体的には(Ib−6)の置換レジオナミン酸若しくはレジオナミン酸塩化合物であって、9位が上記反応性基Rによって置換されており、D=−CHNH−CHOH−CH、A=H、B=OH、C=NHであることが好ましい。
上記単糖化合物の類似体の他の好ましい構造は、式(I)、より具体的には(Ib−1)の置換4−エピレジオナミン酸若しくは4−エピレジオナミン酸塩化合物、又は、式(I)、より具体的には(Ib−6)の置換レジオナミン酸若しくはレジオナミン酸塩化合物であって、5位及び7位のうち少なくとも1つが上記反応性基Rによって置換されており、D=−CHNHR−CHOH−CH、A=H、B=OH、C=NHR(R及びRはそれぞれ独立にH又はR)であるものである。
他の好ましい実施形態においては、本発明の方法は、緑膿菌(シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa))の生菌を特異的に標識する、好ましくは検出するための方法であり、
上記細菌の所定のカテゴリーは上記緑膿菌(シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa))のカテゴリーであり、
上記細菌の外膜のLPS層の上記内在性単糖残基は、8−エピレジオナミン酸(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−L−グリセロ−D−ガラクト−ノヌ−2−ウロソン酸)若しくは8−エピレジオナミン酸塩残基、又は、プソイダミン酸(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−L−グリセロ−L−マンノ−ノヌ−2−ウロソン酸)若しくはプソイダミン酸塩残基であり、
上記単糖化合物の類似体は、それぞれ、置換8−エピレジオナミン酸若しくは8−エピレジオナミン酸塩化合物、又は、置換プソイダミン酸若しくはプソイダミン酸塩化合物であり、好ましくはその単糖環の3位、4位、5位、7位、8位及び9位、好ましくは5位、7位及び9位から選択される1つの位置が置換されている。上記内在性単糖の2位はLPSとの共有結合に関与している。
上記単糖化合物の類似体は、式(I)、より具体的には(Ib−2)の置換8−エピレジオナミン酸若しくは8−エピレジオナミン酸塩化合物、又は、式(I)、より具体的には(Ib−5)の置換プソイダミン酸若しくはプソイダミン酸塩化合物であって、9位が上記反応性基Rによって置換されており、D=−CHNH−CHOH−CH、A=H、B=OH、C=NHであることが好ましい。
上記単糖化合物の類似体の他の好ましい構造は、式(I)、より具体的には(Ib−2)の置換8−エピレジオナミン酸若しくは8−エピレジオナミン酸塩化合物、又は、式(I)、より具体的には(Ib−5)の置換プソイダミン酸若しくはプソイダミン酸塩化合物であって、5位及び7位のうち少なくとも1つが上記反応性基Rによって置換されており、D=−CHNHR−CHOH−CH、A=H、B=OH、C=NHR(R及びRはそれぞれ独立にH又はR)であるものである。
より具体的には、上記検出可能な物質は、蛍光又は発光によって検出可能な蛍光色素分子又は発光分子である。
上記第1の反応性基Rは、アジド基(−N)そのもの又はアジド基を有する基、及び、アルキン基(−C≡C−)そのもの又はアルキン基を有する基から選択され、
上記第2の反応性基Rは、アルキン基(−C≡C−)そのもの又はアルキン基を有する基、及び、アジド基(−N)そのもの又はアジド基を有する基から選択され、
上記アジド反応性基を上記アルキン基(−C≡CH)と反応させてアジドアルキン付加環化を行うことが好ましい。
アジドアルキン付加環化は、銅触媒の存在下で行う周知のいわゆるクリックケミストリー反応である。この反応においては、アジド基はアルキン基と反応してトリアゾールを生成する。
より具体的には、上記反応は、トリス−トリアゾリルリガンド、好ましくはTGTAの存在下、銅触媒条件で行われる。
より具体的には、上記検出可能な分子は、末端アルキン基を有するフルオロフォアである。
より具体的には、細菌の外膜のLPS層内に取り込まれた内在性3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸に置き換わるKdo類似体は、Kdo−N(8−アジド−3,8−ジデオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸)類似体であり、該類似体をTGTA(トリス((1−(β−D−グリコピラノシル)−1H−[1,2,3]−トリアゾール−4−イル)メチル)アミン)又はTBTA(トリス−[(1−ベンジル−1H−1,2,3−トリアゾール−4−イル)メチル]アミン)などのトリス−トリアゾールリガンドと、末端アルキン基を有するAlexa標識化フルオロフォア分子と、触媒との存在下で反応させて、上記フルオロフォアと上記Kdo−Nのアジドアルキン付加環化を行う。
よく使用される他の好適なリガンドは、トリス(3−ヒドロキシプロピルトリアゾリルメチル)アミン(THPTA)、2−(4−((ビス((1−tert−ブチル−1H−1,2,3−トリアゾール−4−イル)メチル)アミノ)メチル)−1H−1,2,3−トリアゾール−1−イル)エタンスルホン酸(BTTES)、トリス((1−((O−エチル)カルボキシメチル)−(1,2,3−トリアゾール−4−イル))メチル)アミン、バソフェナントロリンジスルホネート、又は、トリス(2−ベンズイミダゾリルメチル)アミン(53)である。
以下のような他の反応性基及び他の反応も可能である。Staudingerライゲーション(第1の反応性基=アジド、第2の反応性基=ホスフィン)、銅フリークリックケミストリー(第1の反応性基=アジド、第2の反応性基=束縛(constrained)アルキン(環内アルキン))、カルボニル縮合(第1の反応性基=アルデヒド又はケトン、第2の反応性基=ヒドラジド又はオキシアミン)、His−tag(第1の反応性基=オリゴ−ヒスチジン、第2の反応性基=ニッケル錯体又はニッケルリガンド)、チオール−エンクリックケミストリー(第1の反応性基=チオール、第2の反応性基=アルケン)、ニトリル−オキシド−エンクリックケミストリー(第1の反応性基=ニトリルオキシド又はアルデヒド、オキシム、又は、塩化ヒドロキシモイル又はクロロオキシム、第2の反応性基=アルケン又はアルキン)、ニトリルイミン−エンクリックケミストリー(第1の反応性基=ニトリルイミン又はアルデヒド、ヒドラゾン、又は、塩化ヒドラゾノイル又はクロロヒドラゾン、第2の反応性基=アルケン又はアルキン)、逆電子要請型ディールス・アルダー(inverse electron demand Diels−Alder)ライゲーション(第1の反応性基=アルケン、第2の反応性基=テトラジン)、Suzuki−Miyauraカップリング(第1の反応性基=ハロゲン化アリール、第2の反応性基=ボロン酸アリール)。
反応に関与する基の上記リストにおいて、第1の反応性基と第2の反応性基を入れ替えてもよい。
他に、2つの異なる上記単糖類似体化合物と2つの異なる検出可能な分子を用いて細菌試料をインキュベートすることにより、より特異性の高い検出を行うことができる。
本発明の方法の他の具体的な実施形態においては、上記ステップa)のインキュベーション及び上記ステップb)の反応はメンブランフィルター上で行われ、それにより、もともと同じ細菌から増殖した培養細菌を1つの群にして、顕微鏡を用いて可視化することができ、上記検出可能な分子は上記顕微鏡を用いて可視化することにより検出することができる。したがって、培養可能な細菌の数はそれにより定量化できる。
この実施形態により、上記修飾単糖の同化の前に、被験試料をポリエステル膜などの上記メンブランフィルター上でろ過することができ、それにより同化期の間に起こり得る増殖によって生存細菌を多く見積もりすぎることを防ぐことができる。実際に、そのような膜の頂部に固定した細胞が増殖し始める時、該細胞はまとまって存在し、マイクロコロニーを形成するので、同じ単一の細胞に由来するものとして容易に検出することができる。したがって、培養可能な細菌を計数することによって数を数えることができる。
本発明は、上記本発明の方法を行うためのキットであって、
上記第1の反応性化学基によって所定の位置が置換されたウロソン酸又はウロソン酸塩化合物を含む上記単糖化合物の類似体と、
上記第1の反応性基と反応できる上記第2の反応性基を有する上記標識化分子と、
上記細菌の外膜のグリカン内に取り込まれた上記類似体残基の上記第1の反応性基を上記標識化分子の上記第2の反応性基と反応させるための反応体と、
上記所定のカテゴリーの細菌を増殖させることができ、好ましくは上記所定のカテゴリーの細菌の増殖に特異的である培養培地又はインキュベーション培地と
を備えるキットも提供する。
上記培養培地又はインキュベーション培地は、さらに、増殖速度、及び/又は、上記所定のカテゴリーの細菌のコロニー形成能を高める及び/又は加速させる物質をさらに含むことが好ましい。より具体的には、上記インキュベーション培地は、ピルビン酸塩又はカタラーゼなどの酸化防止剤を少なくとも含む。
より具体的には、ある実施形態においては、上記キットは、さらに、
検出可能な物質、好ましくは蛍光色素分子又は発光分子又は酵素を含む上記検出可能な分子又は第2の分子、及び/又は、
上記標識化分子と特異的に反応若しくは結合できる上記第2の分子を含む固体基材
を備える。
より具体的には、ある実施形態においては、本発明のキットは、さらに、
上記第1の反応性基と反応できる上記第2の反応性基を有する上記検出可能な分子と、
・上記細菌を、上記単糖化合物の類似体、上記反応体及び上記検出可能な分子と共にインキュベートした後に可視化することができる固体媒体と
を備える。
さらに、より具体的には、上記キットは、
アジド基又はアルキン基を含む上記第1の反応性基で置換されたデオキシオクツロソン酸又はデオキシオクツロソン酸塩化合物である上記単糖化合物の類似体と、
それぞれアルキン基又はアジド基を有する検出可能な分子の上記第2の反応性基と、
銅触媒及びトリス−トリアゾリルリガンドを含む上記反応体と
を備える。
本発明の他の特徴や利点は、以下に示す図を参照として、以下の発明の詳細な説明からより明確になるであろう。
大腸菌K12株のリポ多糖の主要成分の構造を示す。KDO糖残基がグラム陰性菌のLPSのIC(内部コア)内に取り込まれている。ICは、OC(外部コア)とLA(リピドA)の間にある。また、O−抗原に対するアンカー部位Aと、8位におけるKDOの修飾可能部位Bを示す。Glc:D−グルコース;GlcN:2−アミノ−2−デオキシ−D−グルコース;KDO:3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸塩;Hep:L−グリセロ−D−マンノ−ヘプトース;Gal:D−ガラクトース KDO生合成経路(KDO経路)を示す。 本例で使用した分子を示す(1=KDO−N、2=TGTA、3=A488−イン(A488−yne))。 大腸菌のLPS代謝標識を概略的に示す(1=KDO−N)。 代謝的に取り込まれたKDO−Nが存在する場合(+KDO−N3)と、代謝的に取り込まれたKDOが存在しない場合(−KDO−N)の大腸菌K12株の写真である。A488−インを用いたCu(I)触媒による5分間のクリックケミストリーにより明らかになる前のもの(グレーの図)と、明らかになった後のもの(黒の図)とを示す。 KDO−Nを添加した場合(グレーの棒グラフ)と、KDO−Nを添加しない場合(黒の棒グラフ)において得てプロットした細菌の蛍光値の度数分布についてのグラフである。蛍光の任意単位(“a.u.f.”)の範囲は横軸に0〜1300であり、相対度数(“r.f.”)の範囲は0〜1である。 A488−インを用いたCu(I)触媒による5分間のクリックケミストリーによって標識されており、大腸菌の細胞表面で濃縮されている蛍光を示す写真である。画像は、実験点拡がり関数と共にルーシー・リチャードソンアルゴリズムを用いてデコンボルブしている。 図4は、種々の細菌株によって代謝的に取り込まれたKDO−Nの検出を表す写真である。種々の細菌によって代謝的に取り込まれたKDO−Nは、A488−インを用いたCu(I)触媒によるクリックケミストリーを60分間行うことにより明らかとなった。位相差及び蛍光像について、KDO−Nを添加していないもの(左側のパネル)と、KDO−Nを添加したもの(右側のパネル)を示す。スケールバーの1μmは図3Aと同じである。KDO−Nを添加した場合(+KDO−N)とKDOを添加しない場合(−KDO−N)の細菌を示す。A488−インを用いたCu(I)触媒による5分間のクリックケミストリーにより明らかになる前のもの(グレーの図)と、明らかになった後のもの(黒の図)を示す。 図5は、種々の細菌株によって代謝的に取り込まれたKDO−Nの検出結果(写真及びグラフ)を表す。種々の細菌株によって代謝的に取り込まれたKDO−Nは、A488−インを用いたCu(I)触媒によるクリックケミストリーを60分間行うことにより明らかとなった。KDO−Nを添加する場合(グレーの棒グラフ)と、KDO−Nを添加しない場合(黒の棒グラフ)において細菌の蛍光値の度数分布を得てプロットした。
以下の記載は修飾KDOを用いてLPS内部コアの代謝修飾を通じてグラム陰性菌の細菌膜をクリック標識した実施例を例示的に説明するものである。
生存しているグラム陰性菌は、そのリポ多糖に修飾KDOを特異的に取り込み、細胞表面を生体直交型の化学レポーターで装飾することが可能である。クリックケミストリーによって、図1に概略的に示すような全体として迅速な過程により生存細胞をさらに標識することができる。
実施例1:8−アジド−3,8−ジデオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸(KDO−N)の同化及びグラム陰性菌の特異的検出
1)全てのターゲット候補のなかで、3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸(KDO)は非常に魅力的な候補であると考えられる。実際に、KDOは、LPSの内部コアに特異的でかつ必須の成分であり[7,8]、グラム陰性菌株のほとんど全て(さらに高等植物や藻)のLPS中に存在すると長い間考えられている。その残基は少なくとも1つはリピドAに直接結合している(図1A)[9]。その極めて高い重要性から、KDOは、グラム陰性菌を特性決定するための決定因子と考えられ、KDO経路は新規抗菌剤の開発のためのターゲット候補と考えられている[10]。この経路において(図1B)、LPSの合成前に、アラビノース−5−PをPEPと縮合するとKDO−8−Pが形成され、その後、これが遊離型KDOに変換され、さらに活性化されてCMP−KDO供与体の形態になる。
こうした全ての理由から、このKDO経路は、LPSに特異的な経路として、8−アジド−8−デオキシ−KDO(1、図2A)などの修飾KDOを大腸菌のLPSのコアへ、さらに潜在的には他のグラム陰性菌のコアへ取り込むのに充分な耐性があるかどうかが調べられている。上記経路において中間体として遊離型KDOが存在しているとすると、上記KDOの類似体の細胞透過が充分であれば[11]、その類似体は直接活性化される可能性があり、LPS中の内在性KDOの一部と置き換わり、アジド−アルキンクリックケミストリーにより細胞表面で検出することができると本発明者らは仮定した(図2B)[12]。また、生体直交型のアジド基によってKDOのC−8位を修飾することにより、KDO−8−Pホスファターゼ(3.1.3.45)による逆代謝が防止され、化学レポーターの他の炭水化物及び代謝物への拡散の可能性が制限されるはずである。
8−アジド−3,8−ジデオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸1を得るのに利用できる多くの考えられる多段階合成ストラテジーのなかで[13]、上記化合物は、GhalamborとHeathによって1963年に説明された直接KDO合成のためのアプローチ[15]を改変した直接的な方法で調製される(スキーム1)[14]。すなわち5−アジド−5−デオキシ−D−アラビノフラノース[16](6)をオキサロ酢酸ナトリウム(7)と縮合し、微酸性条件下、脱カルボキシル化してKDO−N(1)とした後、これをアンモニウム塩として57%の収率(回収した6に基づけば86%)で単離した。5−アジド−5−デオキシ−D−アラビノフラノース前駆体6は、後述するように、市販のD−アラビノースから非常に直接的かつ簡潔で時間を節約できるストラテジーにより得ることができた。
1a)アンモニウム5−アジド−5−デオキシ−D−アラビノフラノース6の合成
5−アジド−5−デオキシ−D−アラビノフラノース前駆体6は、非常に直接的かつ簡潔で時間を節約できるストラテジーにより得ることができ、嵩高いトリチル基による一時的な保護を代わりに用いる必要がなかった。市販のD−アラビノースは、そのフラノース型の1位で直接的にトシル化され、さらにアセチル化され、アジドアニオンによって求核置換されたが、中間体を精製する必要はなかった。このステップにおいて、生成物はフラッシュクロマトグラフィーによって他の副生成物から容易に分離することができた。最終的な脱アシル化によって、全収率15%で6が得られた。
スキーム1.アンモニウム5−アジド−5−デオキシ−D−アラビノフラノース6の合成
5−アジド−5−デオキシ−D−アラビノフラノース(6)
市販のD−アラビノース5(6.00g、40mmol)をピリジン(40ml)中で100℃で2時間加熱した。溶液を自然冷却させ、さらに塩化トシル(8.38g、44mmol;1.1当量)で処理し、16時間室温で撹拌した。次に無水酢酸(20ml)を添加した。アセチル化が完全に終わったことをTLCで確認した後、溶媒を留去し、残った痕跡量をトルエンと共に数回共留去した。残渣をDMF(100ml)に溶解させ、NaN(5.20g、80mmol、2当量)を添加し、懸濁液を80℃で20時間加熱した。酢酸エチルで希釈し、水で洗浄した後、有機層を無水硫酸マグネシウムで脱水し、濃縮した。残渣をフラッシュクロマトグラフィー(石油エーテル/酢酸エチル=7:3)で精製した。最初の溶出物が所望の5−アジド−1,2,3−トリ−O−アセチル−D−アラビノフラノース(1.83g、15%、α/β=約2:1)であることが確認された。LRMS(ESI)324.0[M+Na];HRMS(ESI)[C1115NaOに対する計算値:324.0802,実測値:324.0802;H NMR(CDCl,360MHz)δ(ppm):6.41(d,0.33H,J1,2 3.5Hz,H−1β);6.23(d,0.67H,H−1α);5.40−5.37(m,1,34H,H−2β,H−3β);5.23(d,0.67H,J1,2 約1Hz,H−2α);5.06(d,0.67H,J3,4 4.6Hz,H−3α);4.30(ddd,0.67H,H−4β);4.16−4.10(m,0.33H,H−4β);3.69(dd,0.67H,J4,5a 3.1Hz,J5a,5b 13.5Hz,H−5aα);3.61(dd,0.33H,J4,5a 3.6,J5a,5b 13.1Hz,H−5aα);3.51−3.43(m,1H,H−5bα,H−5bβ);2.15,2.13,2.12,2.11,2.11,2.09(6s,18H,6CHCO);13C NMR(CDCl,62.5MHz)δ(ppm):170.3,170.0,169.1(OC(O)CH),99.2(C−1α),93.5(C−1β),84.1(C−4α),80.8(C−4β),80.6(C−3α),77.4(C−2α),75.1(C−2β),74.8(C−3β),53.0(C−5β),51.3(C−5α),20.9,20.6,20.3(OC(O)CH)。
1b)次に、保護された5−アジド−1,2,3−トリ−O−アセチル−D−アラビノースを無水メタノール(30ml)に溶解させ、MeONaのメタノール溶液(0.2mol/l、3ml)で処理し、アルゴン雰囲気下、室温で3時間撹拌した。中和(Dowex 50(H))、濾過及び濃縮の後、5−アジド−5−デオキシ−D−アラビノフラノース6を99%(1.03g)の収率で得た。LRMS(ESI)198.0[M+Na],40%,230[M+MeOH+Na],100%;HRMS(ESI)[CNaOに対する計算値:198.0485,実測値:198.0485;H NMR(DO,300MHz)δ(ppm):5.20(d,0.45H,J1,2 3Hz,H−1β);5.16(d,0.55H,J1,2 3Hz,H−1α);4.12−4.05(m,0.55H,H−4α);4.02−3.85(m,2H,H−2α,H−2β,H−3α,H−3β);3.84−3.76(m,0.45H,H−4β);3.56(dd,0.55H,J5a,5b 13.5,J4,5a 3.0Hz,H−5aα);3.51(dd,0.45H,J5a,5b 13.0Hz,J4,5a 3.5Hz,H−5aβ);3.35(dd,0.55H,J4,5b 6.5Hz,H−5bα);3.33(dd,0.45H,J4,5b 6.5Hz,H−5bβ);13C NMR(DO,75MHz)δ(ppm):101.1 C−1α;95.3 C−1β;81.4,81.3,79.7,76.4,75.9及び74.8 C−2α,2β,3α,3β,4α,4β;52.7 C−5β;51.6,C−5α。
1c)8−アジド−3,8−ジデオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸アンモニウム(1・NH)の合成
5−アジド−5−デオキシ−D−アラビフラノース6(437mg、2.5mmol)の冷(4℃)水(2.1mL)溶液をオキサロ酢酸(528mg、4.0mmol)の水(2.5mL)溶液に添加し、溶液のpHをNaOH(10M)水溶液を添加して約11に調整した。2時間室温で撹拌した後、溶液を中和し(Dowex 50(H+))、濾過し、80℃で20分間加熱した。
AcOH(0.5M)を用いてpHを約7に調整した後、混合物をアニオン交換クロマトグラフィー(Dowex 1X8(HCO ))を用いて精製した。水による最初の溶出分は未反応の6(150mg、34%)であった。濃度勾配をつけたギ酸(0.5mol/l→2mol/l)を用いてさらに溶出させ、凍結乾燥し、Dowex 50(H)樹脂で処理し、アンモニア(0.2mol/l)で中和することにより、濃縮後に8−アジド−3,8−ジデオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸アンモニウム(1・NH3、400mg、57%)を得た。
Rf 0.38(イソプロピルアルコール/水=9:1).LRMS(ESI)262.1[M−H],100%;525.1[2M−H],5%;547.1[2M−2H+Na],10%;HRMS(ESI)[C12の計算値:262.0681,実測値:262.0667。IR ν(cm−1)=3210,2111(N),1604,1401,1077。化合物1のNMRは、遊離型KDOや誘導体と同様に、複数の形態が存在するため複雑である(例えばα−ピラノース(αp,58%)、β−ピラノース(βp,4%)、α−フラノース(αf,24%),β−フラノース(βf,14%))。選択したNMRデータ:H NMR(DO,400MHz)δ(ppm):3.56(dd,J8a,8b 13.2,J7,8a 2.4Hz,H−8aαp);3.39(dd,J7,8b 6.0Hz,H−8bαp);2.55(dd,J3a,3b 14.3Hz,J3a,4 7.2Hz,H−3aαf);2.33(dd,J3a,3b 13.1,J3a,4 6.6Hz,H−3aβf);2.26(dd,J3b,4 7.3Hz,H−3bβf);2.03(dd,J3b,4 3.6,H−3bαf);1.94(dd,J3a,3b=12.7,J3a,4 12,7Hz,H−3aαp);1.84(dd,J3b,4=4.9Hz,H−3bαp);1.71(dd,J3a,3b〜J3b,4 12.0Hz,H−3bβp);13C NMR(DO,100MHz)δ(ppm):176.4(C−1αp),104.1(C−2αf),96.2(C−2αp),85.3(C−5αf),71.5,68.0,66.3及び66.0(C−4αp,5αp,6αp,7αp),53.8(C−8αp),44.6(C−3αf),33.5(C−3αp)。
スキーム2.8−アジド−3,8−ジデオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸アンモニウムの合成
2)O−抗原を欠く非病原性大腸菌K12株[17]を、以下の段落3)に記載の通り、KDO−N(1)の存在下、一晩培養し、経時的実験の間、以下の段落2a)に記載の通り最適化した、銅を触媒とするクリック条件[18]を用いて、グルコース由来のトリス−トリアゾリルリガンド(2)[19]と、末端アルキン基を有するAlexa Fluor488フルオロフォア(3)との存在下、さらに処理した。5分間のインキュベーションの後、非常に鮮やかに細菌が標識されたことが確認できた。一方、(KDO−N類似体の非存在下の)対照実験においてはいずれのシグナルも観察されなかった(図3A、B)。蛍光発光は、以下の段落2b)に記載の通り行なった。蛍光は細胞の周辺部辺りで概ねはっきりと確認できた。このことは、細胞膜が期待した通り選択的に標識されたことを示している(図3C)。
2a)銅を触媒とするクリックケミストリー
一晩培養した培養物を、KDO−N(4mM)を含有する新鮮培地で1000倍に希釈し(最終体積100μl)、細菌を37℃で12時間インキュベートした後、リン酸緩衝液(0.05M、pH7.5)を用いて遠心分離を室温下、13000×gで1分間行うことにより3回洗浄を行った。
最終濃度がそれぞれ2mM、4mMのCuSO及びTGTAをリン酸緩衝液(0.05M、pH7.5)中で37℃において激しく振盪させながら一晩混合した。次に、最終濃度がそれぞれ4mM、5mM、0.13mMのアミノグアニジン、アスコルビン酸ナトリウム及びA488−インを、一晩混合させたCuSO/TGTA混合物に添加した。最後に、細菌をこの溶液に再懸濁させた。5分、30分、60分又は180分後に、リン酸緩衝液を用いて遠心分離を室温下、13000×gで1分間行うことにより細胞を3回洗浄し、顕微鏡で分析した。
2b)蛍光顕微鏡分析
細菌をカバーガラス上に接種した後、希釈したLB(1/10、リン酸緩衝液中)で作製した薄い(厚さ1mm)半固形状1%寒天パッドで覆った。CoolSNAP HQ 2カメラ(Roper Scientific、Roper Scientific SARL、フランス)と100×/1.4DLL対物レンズを備えたエピ蛍光自動顕微鏡(Nikon TE2000−E−PFS、Nikon、フランス)を用いて画像を記録した。励起光を120Wメタルハライドライトから放射し、適切なフィルターを用いてシグナルをモニターした。上述の方法[50,51]に従って、カスタム自動化スクリプト(Visual Basic)により、Metamorph 7.5(Molecular Devices、Molecular Devices France、フランス)の下でデジタル分析及び画像処理を行った。
3)このアプローチをより強固なものとするために、KDOを利用する他の3種のグラム陰性菌(大腸菌O86株、ネズミチフス菌(サルモネラ・ティフィムリウム(Salmonella typhimurium))、レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)Paris株)について、その有効性と特異性を調べた。同様に、3種の陰性対照、すなわち、最近KDOの代わりに8−アミノ−8−デオキシ−KDOを利用することが示されたシュワネラ・オネイデンシス(Shewanella oneidensis)[21]、及び、KDOを産生しない2種のグラム陽性菌(枯草菌(Bacillus subtilis)、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus))[22]についても調べた。
細菌株及び増殖条件は以下の通りであった。大腸菌K12株、大腸菌O86株及びネズミチフス菌(S.typhimurium)12023株をM9培地(カザミノ酸0.2%、グルコース0.2%、CaCl1mM、MgSO5mMを共に含む)で増殖させ、S.オネイデンシス(S.oneidensis)、枯草菌(B.subtilis)及び黄色ブドウ球菌(S.aureus)はルリア−ベルターニ(LB)培地で増殖させ、L.ニューモフィラ(L.pneumophila sp.)Paris株は、L−システイン、ピロリン酸第2鉄及びα−ケトグルタル酸塩(YEC)を添加したイーストエキス培地で増殖させた。S.オネイデンシス(S.oneidensis)(28℃で増殖させた)を除く全ての菌株を回転式振盪機(160rpm)内で37℃で増殖させた。
予想した通り、2種の大腸菌株、ネズミチフス菌及びL.ニューモフィラParis株の細胞表面が有効かつ明確に標識されていることが示され、また、S.オネイデンシス又はグラム陽性菌では、これらの細菌の細胞表面にはKDOが存在しないことから、標識は確認できなかった(図4及び図5)。
4)メンブランフィルター上でのインキュベーション及び反応
細菌を含有する試料を、0.45mmの細孔径を有する25mm黒色ポリエステルメンブランフィルターを通して濾過した。ペトリ皿中、0.5%ピルビン酸塩又はカタラーゼ(酸素毒性作用から保護したもの)及びKDO−N(4mM)を添加した650μlの栄養培地(nutritive broth)(対象とする細菌に応じて、異なる栄養培地を用いることができる)に浸したセルロースパッド(25mm)上に個々のメンブランを置いた。試料の入ったペトリ皿を37℃である一定時間(対象とする細菌によって異なる)インキュベートした。
次に、最終濃度がそれぞれ2mM、4mMのCuSO及びTGTAをリン酸緩衝液(0.05M、pH7.5)中で37℃において激しく振盪させながら一晩混合した。次に、最終濃度がそれぞれ4mM、5mM、0.13mMのアミノグアニジン、アスコルビン酸ナトリウム及びA488−インを、一晩混合させたCuSO/TGTA混合物に添加した。
最後に、ペトリ皿中、650μlのこの溶液に浸したセルロースパッド上に個々のメンブランを置き、室温で30分間インキュベートした。
CoolSNAP HQ 2カメラ(Roper Scientific、Roper Scientific SARL、フランス)と100×/1.4DLL対物レンズを備えたエピ蛍光自動顕微鏡(Nikon TE2000−E−PFS、Nikon、フランス)を用いて画像を記録した。励起光を120Wメタルハライドライトから放射し、適切なフィルターを用いてシグナルをモニターした。上述の方法[50,51]に従って、カスタム自動化スクリプト(Visual Basic)により、Metamorph 7.5(Molecular Devices、Molecular Devices France、フランス)の下でデジタル分析及び画像処理を行った。
5.結論として、KDO類似体は、遺伝子工学的に改変された細菌を用いなくても代謝的に同化され、LPSに取り込まれることが実証された。より興味深いことに、修飾KDOがまず代謝的に同化されることが必要であり、これにより、代謝的に活性/生存しているグラム陰性菌を迅速に検出する(全工程が1日未満で終了)上記方法が使用できる。細菌株にもよるが、生存細菌の検出には通常2日から1ヶ月を超える期間が必要である事実を考慮すると、上記応用は非常に強力である。
グラム陰性菌のなかには重大な病原体が隠れており、生存細胞を迅速に同定することは衛生上重要な課題である。したがって、本発明は、代謝的に活性なグラム陰性菌の細胞表面の標識を、修飾ウロソン酸又はウロソン酸塩残基(KDOなど)をそのリポ多糖に代謝的に取り込ませた後、クリックケミストリーを用いてさらに結合させることにより行う簡易な方策を提供する。
当然ながら、KDO−Nの同化の後、蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)[24]や、所望の生存細菌を特異的に検出できる他の周知の方法を組合せてもよい。
微生物の進化や生態環境に対するリボソームRNA(rRNA)アプローチは、環境微生物学と一体化したものとなっている。オリゴヌクレオチドプローブは、rRNAの斑状の保存に基づいて、種レベルから門のレベルまで、あるいはドメインのレベルまでの特異性を有するように設計することができる。これらのプローブは、例えば蛍光色素やホースラディッシュペルオキシダーゼ酵素などで標識される場合、蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)[38]によって直接微生物の単一細胞を同定するために用いることができる。特異的にファージを用いる新しいアプローチも提案されている[39]。
実施例2:8−O−(4−エチニルベンジル)−3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸(KDO−CCH)の同化
本化合物8−O−(4−エチニルベンジル)−3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸又はその塩(8−O−(4−エチニルベンジル)−3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸塩)(化合物(Ia−1)の類似体)は、以下のプロセスによって調製することができる。
5−O−(4−エチニルベンジル)−D−アラビノフラノースの冷水溶液をオキサロ酢酸水溶液に添加することができ、そのpHをNaOH水溶液を添加して約10.5〜11に調整する。室温で撹拌した後、その溶液を中和し、80℃で短時間加熱することができる。
AcOHを用いてpHを約7に調整した後、混合物をホルメート樹脂上でアニオン交換クロマトグラフィーによって精製することができる。水を用いて最初の溶出を行った後、濃度勾配をつけたギ酸を用いてさらに溶出させ、凍結乾燥し、酸性樹脂で処理し、アンモニアで中和し、濃縮することにより、8−O−(4−エチニルベンジル)−3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソン酸アンモニウムを得ることができる。
その後、細菌LPSへの上記化合物の取り込み及び標識は、アジド由来の標識化分子を使用し、KDO−N(実施例1)の場合と同様の試薬及び方法を用いて行うことができる。
KDO−CCH(アンモニアによる中和前):
実施例3:9−アジド−5,7−ジアセトアミド−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−タロ−ノヌ−2−ウロソン酸の同化及びレジオネラ属(Legionella)菌の特異的検出
本化合物9−アジド−5,7−ジアセトアミド−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−タロ−ノヌ−2−ウロソン酸又はその塩(9−アジド−5,7−ジアセトアミド−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−タロ−ノヌ−2−ウロソン酸塩)(化合物(Ib−1)の類似体)は以下のプロセスによって調製することができる[52]。
6−アジド−2,4−ジアセトアミド−2,4,6−トリデオキシ−D−マンノピラノースは、オキサロ酢酸水溶液に添加することができ、そのpHをNaOH水溶液を添加して約10.5〜11に調整し、混合物を四ホウ酸ナトリウムの存在下又は非存在下、室温で撹拌する。良好な転化率を確保するためにさらにオキサロ酢酸を添加することが必要な場合もある。酸性樹脂を用いて中和し、ろ過し、濃縮して体積を少なくした後、溶液をホルメート樹脂にアプライし、水で洗浄し、ギ酸で溶出することができる。例えば逆相HPLCなどによってさらに精製することが必要な場合もある。
その後、細菌LPSへの上記化合物の取り込み及び標識は、KDO(実施例1)の場合と同様の反応性基、試薬及び方法を用いて行うことができる。
実施例4:5,7−ジアジドアセトアミド−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−タロ−ノヌ−2−ウロソン酸の同化及びレジオネラ属(Legionella)菌の特異的検出
本化合物5,7−ジアジドアセトアミド−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−タロ−ノヌ−2−ウロソン酸又はその塩(5,7−ジアジドアセトアミド−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−タロ−ノヌ−2−ウロソン酸塩)(化合物(Ib−1)の類似体)は、2,4−ジアジドアセトアミド−2,4,6−トリデオキシ−D−マンノピラノースとオキサロ酢酸の反応によって上述の実施例2と同様に調製することができる。
Az=アジドアセチル基
その後、細菌LPSへの上記化合物の取り込み及び標識は、KDOの場合と同様に行うことができる。
実施例5:種々の培養培地の使用
培養培地の種類は限定されないが、M9及びLBの大腸菌培養培地を用いると両方ともに首尾よく試験できた。
1)材料及び方法
1.1)細菌株及び増殖条件
M9培地(カザミノ酸0.2%、グルコース0.2%、CaCl1mM、MgSO5mMを共に含む)又はルリア−ベルターニ(LB)培地で増殖させた大腸菌K12野生株[54]。細胞は、回転式振盪機(200rpm)内で37℃で増殖させた。
1.2)銅を触媒とするクリックケミストリー
一晩培養した培養物をKDO−N(1mM)を含有する新鮮培地で100倍に希釈し(最終体積200μl)、細菌を37℃で12時間インキュベートした後、リン酸緩衝液(0.05M、pH7.5)を用いて遠心分離を室温下、14000×gで2分間行うことにより3回洗浄を行った。
CuSOとTGTAをそれぞれ最終濃度2mM、4mMで含有するクリック用予混合物をリン酸緩衝液(0.05M、pH7.5)中で37℃において激しく振盪させながら一晩インキュベートした。次に、一晩インキュベートしたクリック用予混合物に、最終濃度がそれぞれ4mM、5mM、0.13mMのアミノグアニジン、アスコルビン酸ナトリウム及びA488−インを添加した。その後、この溶液に細菌を再懸濁し、振盪しながら37℃で30分間インキュベートした。最後に、リン酸緩衝液を用いて遠心分離を室温下、14000×gで2分間行うことにより細胞を3回洗浄した。
1.3)蛍光顕微鏡分析
カバーガラス上に接種し、希釈したLB(1/10、リン酸緩衝液中)で作製した薄い(厚さ1mm)半固形状1%寒天パッドで覆った状態の細菌に対して銅クリックケミストリーを行った後、顕微鏡分析を行った。CoolSNAP HQ 2カメラ(Roper Scientific、Roper Scientific SARL、フランス)と100×/1.4DLL対物レンズを備えたエピ蛍光自動顕微鏡(Nikon TE2000−E−PFS、Nikon、フランス)を用いて画像を記録した。励起光を120Wメタルハライドライトから放射し、適切なフィルターを用いてシグナルをモニターした。カスタム自動化スクリプト(Visual Basic)により、Metamorph 7.5(Molecular Devices、Molecular Devices France、フランス)の下でデジタル分析及び画像処理を行った。
2)結果
どの培養培地を用いてもKDOの同化は起こる。
LB培地から得た616個の大腸菌細胞と最小培地(M9)から得た598個の大腸菌細胞について分析を行った。
細胞をLB培地で増殖させた場合の方がM9培地で増殖させた場合と比べてより高いKDOの同化率が得られる。しかしながら、これらの培地は両方ともに使い勝手がよく、培養可能な細菌を検出し、定量化するのに充分である。
実施例6:培養可能/生菌である大腸菌細胞と死菌の大腸菌細胞の検出及び計数
両方ともに数が既知の、増殖することができる培養可能な大腸菌と死菌の大腸菌をKDO−Nに接触させた。KDO−Nは、大腸菌の生菌にのみ取り込まれていた。KDO−Nは大腸菌の全ての生菌に取り込まれていた。
1)材料及び方法
1.1)細菌株及び増殖条件
大腸菌K12株は、回転式振盪機(200rpm)内でルリア−ベルターニ(LB)培地において37℃で増殖させた。120℃で15分間加熱した後に大腸菌K12株の死菌を得た。
1.2)銅を触媒とするクリックケミストリー(実施例5に開示)
1.3)細菌の計数及び蛍光顕微鏡分析
1.3.1)全細菌スコアを付けるために、細胞を固定化し、パラホルムアルデヒド3%−DAPI2μg/mlの溶液で染色し、アイソポアポリカーボネートメンブラン(Milipore)上でろ過した。
1.3.2)コロニー形成ユニット(CFU)も、銅クリックケミストリー前に希釈物を平板培養することによりモニターした。
1.3.3)カバーガラス上に接種し、希釈したLB(1/10、リン酸緩衝液中)で作製した薄い(厚さ1mm)半固形状1%寒天パッドで覆った状態の細菌に対して銅クリックケミストリーを行った後、顕微鏡分析を行った。CoolSNAP HQ 2カメラ(Roper Scientific、Roper Scientific SARL、フランス)と100×/1.4DLL対物レンズを備えたエピ蛍光自動顕微鏡(Nikon TE2000−E−PFS、Nikon、フランス)を用いて画像を記録した。励起光を120Wメタルハライドライトから放射し、適切なフィルターを用いてシグナルをモニターした。カスタム自動化スクリプト(Visual Basic)により、Metamorph 7.5(Molecular Devices、Molecular Devices France、フランス)の下でデジタル分析及び画像処理を行った。
2)結果
2.1)1.3.1)に開示した全スコア付けによって算出した全細胞濃度は9×10 +/− 0.1×10cell/mlであり、1.3.2)に開示したコロニーの計数によって計数した培養可能な細胞の濃度は、4×10 +/− 0.15×10cfu/mlであった。これらの結果は、この試料に含まれる全細胞のうち44.5%(+/−4%)が培養可能な細胞であることを示している。
2.2)段落1.2/1.3.3)に開示した、クリックケミストリー後の蛍光を用いた計数法により、以下のような結果が得られた。ある試料はKDO−Nなしでインキュベートし、またある試料はKDO−Nと共にインキュベートした。蛍光分析は、KDO−Nを用いた1878個の大腸菌細胞と、KDO−Nを用いていない3039個の大腸菌細胞について行った。これにより、任意の蛍光単位のしきい値(この値に達していない場合、細胞が死んでおり、これを上回っている場合、細胞が培養可能である)が30であると決定することができた。次に、このしきい値(30)を適用することにより、1.3.3)に示すようなクリックケミストリーを通じて反応した細菌について、死んでいると同定される細胞(30未満)と、培養可能であると同定される細胞(30超)を計数することができた。この評価を行うと、1587個の死細胞(KDO−N−)と1452個の培養可能な細胞(KDO−N+)が確認され、47.7%が培養可能な細胞であることがわかった。この値は、死細胞及び培養可能な細胞を用いて得られる値(44.5%)と統計学的に同一であると思われ、これは培養可能な細胞のみが本発明の方法によって検出されることを示している。
実施例7:グラム陰性の培養可能な細胞のみの検出
グラム陽性菌(枯草菌)及びグラム陰性菌(大腸菌)の混合物をKDO−Nに接触させた。培養可能なグラム陰性菌のみがKDO−Nで標識され、検出された。
1)材料及び方法
1.1)細菌株及び増殖条件
大腸菌K12野生株をm−cherryを用いて蛍光性とし[55]、大腸菌K12 sodA−mCherry株[55]と枯草菌を回転式振盪機(200rpm)内でルリア−ベルターニ(LB)培地において37℃で増殖させた。
1.2)銅を触媒とするクリックケミストリー(実施例6に開示)
1.3)細菌の計数及び蛍光顕微鏡分析(実施例5に開示)
2)結果
枯草菌及び大腸菌をLB培地で12時間増殖させた。その後、大腸菌(1.66×10cfu/ml)及び枯草菌(5.9×10cfu/ml)の培養可能な細胞の濃度を段落1.32)に開示した計数法により特定した。それによると、枯草菌では26%が培養可能な細胞、大腸菌では74%が培養可能な細胞であった。
また、大腸菌sodA−mCherry株を使用していることから、上で開示したもの(但しクリックケミストリー前)と同様に蛍光を用いて大腸菌と枯草菌を識別することができた。696個の分析した細胞のうち、170個がmCherry陰性であり(24.4%)、これは結果として枯草菌を表しており、526個がmCherry陽性であり(75.6%)、これは結果として大腸菌を表している。これらの結果はcfu値から得られる割合によって確認されている。
次に、同一の試料中の細菌全てに対して上述のクリックケミストリー反応を行い、蛍光を通じて計数を行った結果を以下の表1に示す。
KDO−N陰性細胞のうち、結果として枯草菌を表すmCherry陰性細胞の数(166)と、結果として大腸菌数を表すmCherry陽性細胞の数(9)を評価した。KDO−N陽性細胞のうち、結果として枯草菌数を表すmCherry陰性細胞の数(4)と、結果として培養可能な大腸菌数を表すmCherry陽性細胞の数(517)を評価した。
これらの値を全て用いると、4個(約2%)の枯草菌が偽陽性であることが特定できた。一方、標準法の誤差範囲がおおよそ10%であることから、9個(約2%)のKDO陰性大腸菌が偽陽性か偽陰性である可能性がある。
したがって、これらの上記結果から、KDO−Nが、実質的に、培養可能な大腸菌細胞のみにおいて充分に同化され、培養可能な枯草菌細胞においては同化されないことが実証される。
実施例8:ビオチン−アルキンを用いた検出
Kdo−Nの同化の後、ビオチン−アルキンを用いてクリックケミストリーを行い、生存している大腸菌細胞を、蛍光色素であるAlexa Fluor A494と結合した抗ビオチン抗体を用いて検出した。培養可能な細胞の計数及びKdo陽性細胞の計数と比較することでわかるように、生存している大腸菌全てを以下の実験手順によって検出した。
1)細胞株及び増殖条件
大腸菌K12野生株を回転式振盪機(200rpm)内でルリア−ベルターニ(LB)培地において37℃で増殖させる。
2)銅を触媒とするクリックケミストリー:
一晩培養した培養物をKDO−N(1mM)を含有する新鮮培地(最終体積200μl)で100倍に希釈した。細菌を37℃で12時間インキュベートし、リン酸緩衝液(0.05M、pH7.5)を用いて遠心分離を室温下、14000×gで2分間行うことにより3回洗浄を行った。CuSOとTGTAをそれぞれ最終濃度2mM、4mMで含有するクリック用予混合物をリン酸緩衝液中で37℃において激しく振盪させながら一晩インキュベートした。次に、一晩インキュベートしたクリック用予混合物に、最終濃度がそれぞれ4mM、5mMのアミノグアニジン、アスコルビン酸ナトリウムを添加した。この「クリック用混合物」を洗浄後の培養物に添加し、ビオチン−アルキン(Carbosynth)(1〜100μg)を補充し、あるいは補充せずに、振盪下、37℃で1〜60分間インキュベートした。
3)細菌の計数及び蛍光顕微鏡分析:
銅クリックケミストリーの前後でいずれも全細菌スコアを付けるために、細胞を固定化し、パラホルムアルデヒド3%−DAPI2μg/mlの溶液で染色し、アイソポアポリカーボネートメンブラン(Milipore)上でろ過した。
Alexa Fluor A594(Jackson Immuno Researsh)と結合した抗ビオチン抗体を、標識した細菌に対して10〜1000倍に希釈して使用した。コロニー形成ユニット(CFU)も、銅クリックケミストリー前に希釈物を平板培養することによりモニターした。
カバーガラス上に接種し、希釈したLB(1/10、リン酸緩衝液中)で作製した薄い(厚さ1mm)半固形状1%寒天パッドで覆った状態の細菌に対して銅クリックケミストリーを行った後、顕微鏡分析を行った。CoolSNAP HQ 2カメラ(Roper Scientific、Roper Scientific SARL、フランス)と100×/1.4DLL対物レンズを備えたエピ蛍光自動顕微鏡(Nikon TE2000−E−PFS、Nikon、フランス)を用いて画像を記録した。励起光を120Wメタルハライドライトから放射し、適切なフィルターを用いてシグナルをモニターした。カスタム自動化スクリプト(Visual Basic)により、Metamorph 7.5(Molecular Devices、Molecular Devices France、フランス)の下でデジタル分析及び画像処理を行った。
引用文献
[1]E.Sletten,C.R.Bertozzi,Acc.Chem.Res.2011,in press,DOI:10.1021/ar200148z;M.Boyce,C.R.Bertozzi,Nature methods 2011,8,638−642;D.H.Dube,K.Champasa,B.Wang,Chem.Commun.2011,47,87−101;S.T.Laughlin,C.R.Bertozzi,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 2009,106,12−17;J.Du,M.A.Meledeo,Z.Wang,H.S.Khanna,V.D.P.Paruchuri,K.J.Yarema,Glycobiology 2009,19,1382−1401;S.R.Hanson,W.A.Greensberg,C.−H.Wong,QSAR Comb.Sci.2007,26,1243−1253.
[2]L.Yang,J.O.Nyalwidhe,S.Guo,R.R.Drake,O.J.Semmes,Mol.Cell.Proteomics 2011,10,M110.007294.
[3]イーストグリカンに対する応用例として、M.A.Breidenbach,J.E.G.Gallagher,D.S.King,B.P.Smart,P.Wu,C.R.Bertozzi,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2010,107,3988−3993を参照のこと。
[4]W.Yi,X.Liu,Y.Li,J.Li,C.Xia,G.Zhou,W.Zhang,W.Zhao,X.Chen,P.G.Wang,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2009,106,4207−4212.
[5]例えば、G.Samuel,J.−P.Hogbin,L.Wang,P.R.Reeves,J.Bacteriol.2004,186,6536−6543;B.Ma,J.L.Simala−Grant,D.E.Taylor,Glycobiology 2006,16,158R−184Rを参照のこと。
[6]外因性L−フルコースは、実際に、L−ラクテート又はL−1,2−プロパンジオールへと代謝される。これにより、様々な代謝物中へ化学レポーターが拡散する原因が潜在的に証明される。L.Baldoma,J.Aguilar,J.Bacteriol.1988,170,416−421を参照のこと。
[7]L.Cipolla,L.Gabrielli,D.Bini,L.Russo,N.Shaikh,Nat.Prod.Rep.,2010,27,1618−1629.
[8]しかしながらKDOを欠く生存大腸菌株が最近報告されている。T.C.Meredith,P.Aggawal,U.Mamat,B.Lindner,R.W.Woodward,ACS Chem.Biol.2006,1,33−42を参照のこと。
[9]O.Holst,FEMS Microbiol.Lett.2007,271,3−11.
[10]L.Cipolla,A.Polissi,C.Airoldi,P.Galliani,P.Sperandeo,F.Nicotra,Curr.Drug.Discov.Technol.2009,6,19−33.
[11]J.O.Capobianco,R.P.Darveau,R.C.Goldman,P.A.Lartey,A.G.Pernet,J.Baceriol.1987,169,4030−4035.
[12]C.W.Tornoe,C.Christensen,M.Meldal,J.Org.Chem.2002,67,3057−3064;V.V.Rostovtsev,L.G.Green,V.V.Fokin,K.B.Sharpless,Angew.Chem.Int.Ed.2002,41,2596−2599.
[13]検討のために、A.Banaszek,J.Mlynarski in Studies in Natural Products Chemistry,Vol.30(Ed.:Atta−ur−Rahman),Elsevier,Amsterdam,2005,pp.419−482を参照のこと。
[14]本研究の最中に8−アジド−8−デオキシ−KDOへの非常に類似したアクセスが公表された。R.Winzar,J.Philips,M.J.Kiefel,Synlett 2010,583−586.
[15]M.A.Ghalambor,E.C.Heath,Biochem.Biophys.Res.Commun.1963,11,288−293.
[16]I.A.Smellie,S.Bhakta,E.Sim,A.J.Fairbanks,Org.Biomol.Chem.2007 5,2257−2266.
[17]S.Muller−Loennies,B.Lindner,H.Brade.J.Biol.Chem.,2003,278,34090−34101.
[18]V.Hong,N.S.Steinmetz,M.Manchester,M.G.Finn,Bioconj.Chem.2010,21,1912−1916.
[19]A.Baron,Y.Bleriot,M.Sollogoub,B.Vauzeilles,Org.Biomol.Chem.2008,6,1898−1901.
[20]J.A.May,A.C.Sartorelli,J.Med.Chem.1979,22,971−976.
[21]E.Vinogradov,A.Korenevsky,T.J.Beveridge,Carbohydr.Res.2003,338,1991−1997;S.Leone,A.Molinaro,C.De Castro,A.Baier,E.L.Nazarenko,R.Lanzetta,M.Parrilli,J.Nat.Prod.2007,70,1624−1627.
[22]D.C.Ellwood,J.Gen.Microbiol.1970,60,373−380.
[23]B.L.Ridley,B.S.Jeyaretnam,R.W.Carlson,Glycobiology 2000,10,1013−1023.
[24]M.Wagner,P.H.Nielsen,A.Loy,J.L.Nielsen,H.Daims,Curr.Opin.Biotechnol.2006,17,83−91.
[25]Rahman,I.,Shahamat,M.,Kirchman,P.A.,Russek−Cohen,E.and Colwell,R.R.(1994)Methionine uptake and cytopathogenicity of viable but nonculturable Shigella dysenteriae type 1.Appl.Environ.Microbiol.60,3573−3578.
[26]Nwoguh,C.E.,Harwood,C.R.and Barer,M.R.(1995)Detection of induced L−galactosidase activity in individual nonculturable cells of pathogenic bacteria by quantitative cytological assay.Mol.Biol.17,545−554.
[27]Kogure,K.,Simidu,U.and Taga,N.(1979)A tentative direct microscopic method for counting living marine bacteria.Can.J.Microbiol.25,415−420.
[28]Rodriguez,G.G.,Phipps,D.,Ishiguro,K.and Ridgeway,H.F.(1992)Use of a fluorescent redox probe for direct visualization of actively respiring bacteria.Appl.Environ.Microbiol.58,1801−1808.
[29]Thom,S.M.,Horobin,R.W.,Seidler,E.and Barer,M.R.(1993)Factors affecting the selection and use of tetrazolium salts as cytochemical indicators of microbial viability and activity.J.Appl.Bacteriol.74,433−443.
[30]Ullrich,S.,Karrasch,B.,Hoppe,H.−G.,Jeskulke,K.and Mehrens,M.(1996)Toxic effects on bacterial metabolism of the redox dye 5−cyano−2,3−ditolyl tetrazolium chloride.Appl.Environ.Microbiol.62,4587−4593.
[31]Korgaonkar,K.S.and Ranade,S.S.(1966)Evaluation of acridine orange fluorescence test in viability studies of Escherichia coli.Can.J.Microbiol.12,185−190.
[32]Porter,K.G.and Feig,Y.S.(1980)The use of DAPI for identifying and counting aquatic microflora.Limnol.Oceanogr.25,943−948.
[33]Davey,H.M.and Kell,D.B.(1996)Flow cytometry and cell sorting of heterogeneous microbial populations:the importance of single−cell analyses.Microbiol.Rev.60,641−696.
[34]Parthuisot,N.,Catala P.,Lemarchand,K.,Baudart,J.,and Lebaron,P.(2000)Evaluation of ChemChrome V6 for bacterial viability assessment in waters.J.ApplMicrobiol.89,370−380.
[35]Breeuwer,P.,and Abee,T.(2000)Assessment of viability of microorganisms employing fluorescence techniques.Int.J.Food Microbiol.10,193−200.
[36]Berney,M.,Vital,M.,Hulshoff,I.,Weilenmann,HU,Egli,T.,and Hammes,F.(2008)Rapid,cultivation−independent assessment of microbial viability in drinking water.Water Res.4e,4010−4018.
[37]Rijpens,NP,and Herman,LM.(2002)J AOAC Int,85,984−995.
[40]Cuny,C.,Lesbats,M.,and Dukan,S.(2007)Induction of a global stress response during the first step of Escherichia coli plate growth.Appl.Environ.Microbiol.73,885−889.
[38]Amman,R.and Fuchs,B.M.Single−cell identification in microbial communities by improved fluorescence in situ hybridization techniques(2008)Nature Reviews Microbiology,6,339−348.
[39]Wu,L,Huang,T.,Yang L;,Pan,J.,Zhu,S.,and Yan X.(2011)Sensitive and selective bacterial detection using tetracysteine−tagged phages in conjunction with biarsenical dye.Angew Chem Int Ed Engl.50,5873−5877.
[41]Mackey,B.M.,and Seymour,D.A.(1987)The effect of catalase on recovery of heat−injured DNA−repair mutants of Escherichia coli.J.Gen.Microbiol.133,1601−1610.
[42]Marthi,B.,Shaffer,B.T.,Lighthart,B.,and Ganio,L.(1991)Resuscitation effects of catalase on airborne bacteria.Appl.Environ.Microbiol.57,2775−2776.
[43]McDonald,L.C.,Hackney,C.R.and Ray,B.(1983)Enhanced recovery of injured Escherichia coli by compounds that degrade hydrogen peroxide or block its formation.Appl.Environ.Microbiol.45,360−365.
[44]Dukan,S.,Belkin,S.and Touati D.(1999)Reactive oxygen species are partially involved in the bacteriocidal action of hypochlorous acid.Arch.Biochem.Biophys.367,311−316.
[45]Dukan,S.,and Nystrom,T.(1999)Oxidative stress defense and deterioration of growth−arrested Escherichia coli cells.J.Biol.Chem.274,26027−26032.
[46]Ohtomo,R.,and Saito,M.(2001)Increase in the culturable cell number of Escherichia coli during recovery from saline stress:possible implication for resuscitation from the VBNC state.Microb.Ecol.42,208−214.
[47]Ray,B.,Jezeski,J.J.,and Busta,F.F.(1971)Effect of rehydration on recovery,repair,and growth of injured freeze−dried Salmonella anatum.Appl.Microbiol.22,184−189.
[48]Speck,M.L.,Ray,B.,and Read,R.B.Jr.(1975)Repair and enumeration of injured coliforms by a plating procedure.Appl.Microbiol.29,549−550.
[49]Bogosian,G.,and Bourneuf E.V.(2001)A matter of bacterial life and death.EMBO Rep.2:770−774.
[50]I.A.Smellie,S.Bhakta,E.Sim,A.J.Fairbanks,Org.Biomol.Chem.2007 5,2257−2266.
[51]A.Ducret,E.Maisonneuve,P.Notareschi,A.Grossi,T.Mignot,S.Dukan,PLoS One,2009,4,e7282.
[52]Y.E.Tsvetkov,A.S.Shashkov,Y.A.Knirel,U.Zahringer,Carbohydr.Res.2001,335,221−243.
[53]Valentin O.Rodionov,Stanislav I.Presolski,Sean Gardinier,Yeon−Hee Lim,and M.G.Finn,J.Am.Chem.Soc.,2007,129,12696−12704.
[54]Bachmann BJ(1987)Derivations and genotypes of some mutant derivatives of Escherichia coli K−12.Escherichia coli and Salmonella typhimurium:Cellular and Molecular Biology(Neidhardt FC,Ingraham JL,Low KB,Magasanik B,SchaechterM&Umbarger HE,eds),pp.1190−1219.American Society for Microbiology,Washington,DC.
[55]A.Ducret,E.Maisonneuve,P.Notareschi,A.Grossi,T.Mignot and S.Dukan(2009)A microscope automated fluidic system to study bacterial processes in real time.PLoS One.2009 Sep 30;4(9):e7282.

Claims (22)

  1. 細菌を含有する試料中の所定のカテゴリーの細菌の生菌を特異的に標識する方法であって、
    a)単糖化合物の類似体の少なくとも1つと共に前記試料の前記細菌をインキュベートするステップであって、
    前記単糖は前記所定のカテゴリーの細菌の外膜のグリカンの内在性単糖残基であり、
    前記内在性単糖残基はウロソン酸又はウロソン酸塩残基を含み、
    前記単糖化合物の類似体は、標識化分子の第2の反応性基と反応できる第1の反応性化学基によって所定の位置が置換された修飾単糖であり、
    前記所定の位置は、好ましくは、前記細菌の外膜のグリカン内に取り込まれた前記内在性単糖残基中の遊離型の基を有する位置である、ステップと、
    b)前記第2の反応性基を有する前記標識化分子と前記細菌を接触させて、前記生菌の外膜のグリカン内に取り込まれた前記類似体残基の前記第1の反応性基を前記標識化分子の前記第2の反応性基と反応させるステップと
    を含む方法。
  2. 増殖可能な細菌を特異的に標識するための請求項1に記載の方法であって、
    前記細菌は培養培地でインキュベートされ、その培地中又は培地上で前記細菌は増殖可能である、方法。
  3. さらに、
    c)前記細菌がその外膜のグリカンに結合した前記標識化分子を含むか否かを検出すること、及び/又は、前記標識化分子を含んでいる前記生菌を固体基材に固定化することにより、生菌を検出するステップ
    を含む請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記標識化分子は、検出可能な物質を含む検出可能な分子、又は、検出可能な物質と反応若しくは結合できる検出可能な分子であるか、又は、
    前記標識化分子は前記第2の反応性基を有する第1の分子であり、
    該第1の分子は第2の分子及び/又は固体基材と反応又は結合でき、
    好ましくは前記第2の分子は検出可能な物質を含んでいるか、及び/又は、前記固体基材に結合している、
    請求項3に記載の方法。
  5. 細菌を含有する試料中の所定のカテゴリーの細菌の生菌を特異的に検出するための請求項4に記載の方法であって、
    前記標識化分子は、検出可能な物質を含む検出可能な分子であり、
    前記方法は、c)前記細菌がその外膜のグリカンに結合した前記検出可能な分子を含むか否かを検出することにより、生菌を検出するステップを含む、方法。
  6. 前記標識化分子は、前記第2の反応性基を有する第1のリガンド又は第1の結合タンパク質であり、
    ステップc)において、前記第1のリガンド又は第1の結合タンパク質に結合した前記生菌は、前記第1のリガンド又は第1の結合タンパク質を、前記第1のリガンド又は第1の結合タンパク質と特異的に反応又は結合する第2のリガンド又は第2の結合タンパク質と接触させることにより検出及び/又は固定化される、
    請求項4に記載の方法。
  7. 前記標識化分子は、前記第2の反応性基を有する第1のリガンド、好ましくはビオチンであり、
    ステップc)において、前記第1のリガンドに結合した前記生菌は、前記第1のリガンドに特異的な抗体と前記細菌との反応によって検出され、前記抗体は検出可能な物質、好ましくは蛍光色素分子又は発光分子又は酵素を含む、
    請求項6に記載の方法。
  8. 前記検出可能な物質は、蛍光又は発光によって検出可能な蛍光色素分子又は発光分子である、
    請求項4〜7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記単糖化合物の類似体は、以下の式(I)又は(II)の1つで表されるウロソン酸又はウロソン酸塩である、
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
    (式中、
    A、B及びCは、独立に、保護基で置換されているか又は置換されていないH、OH、NH、OH及びNH、好ましくはアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アシル基、ホルミル基又はイミドイル基で置換されているH、OH、NH、OH及びNHであってもよく、
    Dは、炭素数2〜4のアルキル鎖であって、その各炭素はOH及びNHで置換されているか又は置換されておらず、該OH及びNHは保護基、好ましくはアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アシル基、ホルミル基又はイミドイル基で置換されているか又は置換されておらず、
    A、B、C又はD基のうち少なくとも1つは前記第1の反応性基で置換されている)
  10. 前記単糖の類似体は、置換オクツロソン酸若しくはオクツロソン酸塩化合物、又は、置換ノヌロソン酸若しくはノヌロソン酸塩化合物である、
    請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
  11. グラム陰性菌の生菌を特異的に検出するための請求項10に記載の方法であって、
    前記細菌の所定のカテゴリーは前記グラム陰性菌のカテゴリーであり、
    前記細菌の外膜のLPS層の前記内在性単糖残基は、デオキシオクツロソン酸又はデオキシオクツロソン酸塩残基であり、
    前記単糖化合物の類似体は、置換デオキシオクツロソン酸又はデオキシオクツロソン酸塩化合物である、
    方法。
  12. 前記デオキシオクツロソン酸又はデオキシオクツロソン酸塩化合物の類似体は、その単糖の3位、4位、5位、7位及び8位、好ましくは3位、7位及び8位から選択される1つの位置が前記反応性基によって置換されている、
    請求項11に記載の方法。
  13. 前記式(I)又は(II)のデオキシオクツロソン酸又はデオキシオクツロソン酸塩化合物の類似体は、8位が前記第1の反応性基Rによって置換されており、前記式(I)中、D=−CHOH−CH−R、A=H、B=OH、C=OH、又は、前記式(II)中、D=−CHOH−CHOH−CH−R、A=H、B=OHである、
    請求項9〜12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 前記グラム陰性菌は、大腸菌、ネズミチフス菌(サルモネラ・ティフィムリウム(Salmonella typhimurium))、レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)及び緑膿菌(シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa))を含む、
    請求項11〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)菌の生菌を特異的に標識するための請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法であって、
    前記細菌の所定のカテゴリーは前記レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophila)菌のカテゴリーであり、
    前記細菌の外膜のLPS層の前記内在性単糖残基は、4−エピレジオナミン酸(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−タロ−ノヌ−2−ウロソン酸)若しくは4−エピレジオナミン酸塩残基、又は、レジオナミン酸(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−D−グリセロ−D−ガラクト−ノヌ−2−ウロソン酸)若しくはレジオナミン酸塩残基であり、
    前記単糖化合物の類似体は、それぞれ、置換4−エピレジオナミン酸若しくは4−エピレジオナミン酸塩化合物、又は、置換レジオナミン酸若しくはレジオナミン酸塩化合物であり、好ましくはその単糖環の3位、4位、5位、7位、8位及び9位、好ましくは5位、7位及び9位から選択される1つの位置が置換されている、方法。
  16. 緑膿菌(シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa))の生菌を特異的に標識する、好ましくは検出するための請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法であって、
    前記細菌の所定のカテゴリーは前記緑膿菌(シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa))のカテゴリーであり、
    前記細菌の外膜のLPS層の前記内在性単糖残基は、8−エピレジオナミン酸(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−L−グリセロ−D−ガラクト−ノヌ−2−ウロソン酸)若しくは8−エピレジオナミン酸塩残基、又は、プソイダミン酸(5,7−ジアミノ−3,5,7,9−テトラデオキシ−L−グリセロ−L−マンノ−ノヌ−2−ウロソン酸)若しくはプソイダミン酸塩残基であり、
    前記単糖化合物の類似体は、それぞれ、置換8−エピレジオナミン酸若しくは8−エピレジオナミン酸塩化合物、又は、置換プソイダミン酸若しくはプソイダミン酸塩化合物であり、好ましくはその単糖環の3位、4位、5位、7位、8位及び9位、好ましくは5位、7位及び9位から選択される1つの位置が置換されている、方法。
  17. 前記第1の反応性基は、アジド基そのもの又はアジド基を有する基、及び、アルキン基そのもの又はアルキン基を有する基から選択され、
    前記第2の反応性基は、アルキン基そのもの又はアルキン基を有する基、及び、アジド基そのもの又はアジド基を有する基から選択され、
    前記アジド反応性基を前記アルキン反応性基と反応させてアジドアルキン付加環化を行う、
    請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
  18. 前記反応は、トリス−トリアゾリルリガンド、好ましくはTGTAの存在下、銅触媒条件で行われる、
    請求項17に記載の方法。
  19. 生菌の数を数えるための請求項2及び4及び8〜18のいずれか1項に記載の方法であって、
    前記ステップa)のインキュベーション及び前記ステップb)の反応は固体基材、好ましくはメンブランフィルター上で行われ、それにより、もともと同じ細菌から増殖した培養細菌を1つの群にして、顕微鏡を用いて可視化することができ、前記検出可能な分子は前記顕微鏡を用いて可視化することにより検出することができる、方法。
  20. 請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法を行うためのキットであって、
    前記第1の反応性化学基によって所定の位置が置換されたウロソン酸又はウロソン酸塩化合物を含む前記単糖化合物の類似体と、
    前記第1の反応性基と反応できる前記第2の反応性基を有する前記標識化分子と、
    前記細菌の外膜のグリカン内に取り込まれた前記類似体残基の前記第1の反応性基を前記標識化分子の前記第2の反応性基と反応させるための反応体と、
    前記所定のカテゴリーの細菌を増殖させることができ、好ましくは前記所定のカテゴリーの細菌の増殖に特異的である培養培地又はインキュベーション培地と
    を備えるキット。
  21. 請求項19に記載の方法を行うための請求項20に記載のキットであって、さらに、
    前記第1の反応性基と反応できる前記第2の反応性基を有する前記検出可能な分子と、
    前記細菌を、前記単糖化合物の類似体、前記反応体及び前記検出可能な分子と共にインキュベートした後に可視化することができる固体媒体と
    を備えるキット。
  22. アジド基又はアルキン基を含む前記第1の反応性基で置換されたデオキシオクツロソン酸又はデオキシオクツロソン酸塩化合物である前記単糖化合物の類似体と、
    それぞれアルキン基又はアジド基を有する検出可能な分子の前記第2の反応性基と、
    銅触媒及びトリス−トリアゾリルリガンドを含む前記反応体と
    を備える請求項20又は21に記載のキット。
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2617833A1 (en) * 2012-01-18 2013-07-24 Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) A method for specifically detecting living bacteria
EP2868750A1 (en) * 2013-10-30 2015-05-06 Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) A method for labeling specifically living bacteria comprising the use of modified monosaccharide compounds
US10745735B2 (en) * 2013-11-22 2020-08-18 National Research Council Of Canada Detection, isolation and identification of microorganisms
CN104215620A (zh) * 2014-09-30 2014-12-17 南京大学 一种检测活性污泥中革兰氏阴性菌相对含量的方法
EP3091082A1 (en) * 2015-05-04 2016-11-09 Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) A method for labeling specifically living bacteria comprising the use of modified non endogenous monosaccharide compounds
EP3091081A1 (en) * 2015-05-04 2016-11-09 Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) A method for labeling specifically living microorganisms comprising the use of modified monosaccharide compounds
EP3170832A1 (en) 2015-11-17 2017-05-24 Centre National De La Recherche Scientifique Method of preparation of 6-azido-2,4-diacetamido-2,4,6-trideoxy-d-mannose
EP3170830A1 (en) * 2015-11-17 2017-05-24 Centre National De La Recherche Scientifique New 5-azido-5-deoxy-2 :3-isopropylidene-d-arabinose compounds ; their method of manufacture and their use for the synthesis of ara-n3, kdo-n3 and 4ekdo-n3
US9834808B2 (en) 2016-01-21 2017-12-05 SeLux Diagnostics, Inc. Methods for rapid antibiotic susceptibility testing
ES2862345T3 (es) 2016-01-21 2021-10-07 Selux Diagnostics Inc Métodos rápidos para probar la susceptibilidad antimicrobiana
US10180689B2 (en) * 2016-08-19 2019-01-15 Omega Patents, L.L.C. Vehicle system including security unit providing degradation commands via a vehicle data bus and related methods
US10428357B2 (en) * 2017-04-04 2019-10-01 NNB Nutrition USA, LLC Preparation of (R)-3-hydroxybutyric acid or its salts by one-step fermentation
CN108865918B (zh) * 2017-05-09 2022-01-07 中国科学院微生物研究所 一种标记存活的革兰氏阳性细菌及其细胞壁的方法
SG11202108422XA (en) * 2019-02-20 2021-09-29 Diamidex Methods for labeling eukaryotic cells from a multicellular organism as well as for treating and/or diagnosing a cancer using modified monosaccharide compounds
JP2022546416A (ja) 2019-08-27 2022-11-04 セルックス・ダイアグノスティクス・インコーポレイテッド 抗菌薬感受性試験を実施するためのシステム及び方法
US11098377B1 (en) * 2020-09-15 2021-08-24 Nubiyota Llc Systems and methods for characterizing compositions comprising bacterial populations
JP7286070B2 (ja) * 2021-01-31 2023-06-05 株式会社バランス・イースト 検査システム、検査方法、プログラム、およびコンピュータが読み取り可能な記憶媒体
EP4198141A1 (en) 2021-12-14 2023-06-21 C4Diagnostics Method for detecting and optionally quantifying microorganisms
EP4310192A1 (en) 2022-07-21 2024-01-24 C4Diagnostics Method of determining the existence and/or degree of resistance of microorganisms to antimicrobial agents

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5179018A (en) * 1983-10-14 1993-01-12 Centocor, Inc. Mamalian monoclonal antibodies against endotoxin of gram-negative bacteria
JP3270722B2 (ja) * 1996-09-27 2002-04-02 オルガノ株式会社 細菌の検出方法及び検出装置
CA2355292C (en) * 1998-12-15 2007-02-06 Exiqon A/S Coupling of lipopolysaccharide-derived carbohydrates onto solid surfaces
CN1877327A (zh) * 2006-07-12 2006-12-13 南开大学 利用核糖体操纵子间区探针检测水生动物病原菌的方法
US7960139B2 (en) * 2007-03-23 2011-06-14 Academia Sinica Alkynyl sugar analogs for the labeling and visualization of glycoconjugates in cells
JP5393771B2 (ja) * 2008-04-04 2014-01-22 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 微生物の検出および計数
KR101042541B1 (ko) * 2008-07-25 2011-06-17 한국생명공학연구원 외막소체를 생산하는 재조합 g(-) 박테리아 및 이를이용한 다가항원이 실린 외막소체의 제조방법
JP5645927B2 (ja) * 2009-05-28 2014-12-24 イーティーエイチ・チューリッヒ N−グリカンコアβ−ガラクトシルトランスフェラーゼおよびその使用
FR2953519B1 (fr) * 2009-12-08 2012-02-10 Commissariat Energie Atomique Nouveaux composes chimiques aptes a complexer au moins un element metallique et complexe de coordination a base de ces composes
RS56572B1 (sr) * 2010-06-03 2018-02-28 Basf Se Detekcija i brojanje mikroorganizama
EP2617833A1 (en) * 2012-01-18 2013-07-24 Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) A method for specifically detecting living bacteria
EP2868750A1 (en) * 2013-10-30 2015-05-06 Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) A method for labeling specifically living bacteria comprising the use of modified monosaccharide compounds
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