JP6459438B2 - Method for determining position of probe in microarray and kit for labeling reaction - Google Patents

Method for determining position of probe in microarray and kit for labeling reaction Download PDF

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Description

本発明は、生物の種類を遺伝子配列にもとづき特定する技術に関し、特にマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法、及び標識反応用キットに関する。   The present invention relates to a technique for identifying the type of organism based on a gene sequence, and more particularly, to a probe position determination method in a microarray and a labeling reaction kit.

近年、食品検査や環境検査等において、食品や環境に存在する微生物などの生物の種類を遺伝子配列にもとづき特定するために、検出対象とする生物の遺伝子とハイブリダイズ(相補的に結合)するプローブが固定化されたスポットを有するマイクロアレイが広く用いられている。この場合において、例えばPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)法により標的とする遺伝子におけるDNA断片を増幅しつつ標識し、その増幅産物をマイクロアレイ上のプローブとハイブリダイズさせ、増幅産物の標識を検出することで、生物の種類を特定することが行われている。
通常、マイクロアレイは、様々な生物に関するプローブが固定化された検出用スポットを多数有しているため、標識を検出するにあたっては、プローブが固定化された検出用スポットの位置を正確に特定する必要がある。
In recent years, in food inspections and environmental inspections, probes that hybridize (complementarily bind) to the genes of organisms to be detected in order to identify the types of organisms such as microorganisms present in foods and the environment based on gene sequences. A microarray having a fixed spot is widely used. In this case, for example, by amplifying a DNA fragment in a target gene by PCR (polymerase chain reaction) method, labeling the amplified product with a probe on the microarray, and detecting the label of the amplified product, It is done to identify the type of organism.
Usually, microarrays have a large number of detection spots on which probes related to various organisms are immobilized. Therefore, when detecting a label, it is necessary to accurately identify the positions of detection spots on which probes are immobilized. There is.

プローブが固定化された検出用スポットの位置を特定する方法として、例えば以下の特許文献1に記載の方法を挙げることができる。この方法では、マイクロアレイ上にプローブの位置を特定するための基準位置スポットを設け、基準位置スポットに蛍光物質がスポッティングされている。そして、標識の検出に際して、基準位置スポットにおける蛍光を検出して基準位置スポットの位置を特定することにより、基準位置スポットの位置からプローブが固定化された検出用スポットの位置を特定可能にしている。   As a method for specifying the position of the detection spot on which the probe is immobilized, for example, the method described in Patent Document 1 below can be cited. In this method, a reference position spot for specifying the position of the probe is provided on the microarray, and a fluorescent substance is spotted on the reference position spot. Then, when detecting the label, the position of the reference position spot is detected by detecting the fluorescence at the reference position spot, whereby the position of the detection spot where the probe is immobilized can be specified from the position of the reference position spot. .

また、プローブが固定化された検出用スポットの位置を特定する方法として、例えば以下の特許文献2に記載の方法を挙げることもできる。この方法では、マイクロアレイ上にプローブの位置を特定するための基準位置スポットを設け、基準位置スポットに標識されていない基準位置プローブがスポッティングされている。また、基準位置プローブにハイブリダイズする標識されたマーカーポリヌクレオチドとハイブリダイズに用いる緩衝液とを混合して混合液を作成する。そして、PCR増幅後、増幅産物を混合液に加えてマイクロアレイに滴下し、増幅産物の検出に際して、マーカーポリヌクレオチドの標識を検出して基準位置スポットの位置を特定することにより、基準位置スポットの位置からプローブが固定化された検出用スポットの位置を特定可能にしている。
この方法によれば、プローブが固定化された検出用スポットの位置を特定できることに加え、ハイブリダイズ工程が正常に行えたか否かの確認も同時に行えるようになっている。
Further, as a method for specifying the position of the detection spot on which the probe is immobilized, for example, the method described in Patent Document 2 below can be cited. In this method, a reference position spot for specifying the position of the probe is provided on the microarray, and a reference position probe not labeled with the reference position spot is spotted. Also, a labeled marker polynucleotide that hybridizes to the reference position probe and a buffer used for hybridization are mixed to prepare a mixed solution. Then, after PCR amplification, the amplified product is added to the mixed solution and dropped onto the microarray. Upon detection of the amplified product, the marker polynucleotide label is detected and the position of the reference position spot is specified, thereby detecting the position of the reference position spot. Thus, the position of the detection spot where the probe is immobilized can be specified.
According to this method, in addition to being able to specify the position of the detection spot on which the probe is immobilized, it is possible to simultaneously confirm whether or not the hybridization step has been performed normally.

特許第4261661号公報Japanese Patent No. 4261661 国際公開第2010/147167号公報International Publication No. 2010/147167

しかしながら、このような基準位置スポットに標識されていない基準位置プローブをスポッティングする方式には、試験の度に、マーカーポリヌクレオチドを調製して、ハイブリダイズに用いる緩衝液と混合する必要があり、操作が煩雑であるという問題があった。
また、ハイブリダイゼーション時のマーカーポリヌクレオチドの至適濃度は数〜数十nMと非常に低く、この濃度に調節する必要があるため、マーカーポリヌクレオチドは、千分の1などに希釈した後に、ハイブリダイズに用いる緩衝液と混合する必要がある。
具体的には、例えばマーカーポリヌクレオチドの原液(100μM)1μLを999μLの滅菌水に加えて1000倍希釈して100nM溶液を調製する。そして、このマーカーポリヌクレオチドの100nM溶液4μLをハイブリダイズに用いる緩衝液96μLと混合して、100μLの混合液を調製して使用する。
However, in the method of spotting a reference position probe that is not labeled to such a reference position spot, it is necessary to prepare a marker polynucleotide for each test and mix it with a buffer used for hybridization. There is a problem that is complicated.
In addition, the optimal concentration of marker polynucleotide at the time of hybridization is very low, from several to several tens of nM, and it is necessary to adjust to this concentration. It is necessary to mix with the buffer used for soybean.
Specifically, for example, 1 μL of a marker polynucleotide stock solution (100 μM) is added to 999 μL of sterile water and diluted 1000 times to prepare a 100 nM solution. Then, 4 μL of a 100 nM solution of the marker polynucleotide is mixed with 96 μL of a buffer solution used for hybridization, and a 100 μL mixed solution is prepared and used.

ところが、このように低濃度に希釈されたマーカーポリヌクレオチドは、チューブへの吸着などが起こり易いために適切に保存することができない。このため、余ったマーカーポリヌクレオチドの希釈液や、緩衝液との混合液は、従来は廃棄せざるをえなかった。
具体的には、前述の例では、使用されずに残ったマーカーポリヌクレオチドの100nM溶液996μLや余った混合液は廃棄することになり、検査コストが高くなってしまうという問題もあった。
However, the marker polynucleotide diluted to such a low concentration cannot be properly stored because it is easily adsorbed to the tube. For this reason, surplus marker polynucleotide dilution solution and mixed solution with buffer solution had to be discarded conventionally.
Specifically, in the above-described example, 996 μL of the 100 nM marker polynucleotide remaining unused and the remaining mixed solution are discarded, and there is a problem that the inspection cost increases.

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、プローブが固定化された検出用スポットの位置を特定するために、基準位置スポットに標識されていない基準位置プローブをスポッティングする方式において、作業工程数と試薬のロスを削減することが可能なマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法、及び標識反応用キットの提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a method of spotting a reference position probe that is not labeled with a reference position spot in order to identify the position of a detection spot on which the probe is immobilized, a work process It is an object of the present invention to provide a probe positioning method and a labeling reaction kit in a microarray capable of reducing the number and loss of reagents.

上記目的を達成するために、本発明のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法は、ターゲットポリヌクレオチドに標識する反応を経た後に、マイクロアレイによりプローブとターゲットポリヌクレオチドのハイブリダイゼーションを検出する工程を含むマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法であって、前記プローブが固定化された複数の検出用スポットを有すると共に、基準位置プローブが固定化された基準位置スポットを有するマイクロアレイに、前記標識されたターゲットポリヌクレオチドと、前記基準位置プローブにハイブリダイズする標識されたマーカーポリヌクレオチドを接触させる工程を含み、前記ターゲットポリヌクレオチドに標識する反応はPCRであり、前記標識されたマーカーポリヌクレオチドは、前記PCRによる核酸増幅の合成起点にならないように修飾した後、前記ターゲットポリヌクレオチドに標識する反応の開始前に、該反応に用いられる反応液に添される方法としてある。 In order to achieve the above object, a method for determining the position of a probe in a microarray of the present invention includes a step of detecting hybridization between a probe and a target polynucleotide using the microarray after undergoing a reaction for labeling the target polynucleotide. A method of determining the position of the target polynucleotide, wherein the probe has a plurality of spots for detection and a microarray having a reference position spot on which a reference position probe is fixed; the labeled target polynucleotide; and comprising contacting the hybridizing labeled marker polynucleotide to the reference position probe, the reaction to label the target polynucleotides are PCR, the labeled marker polynucleotide, After modified so as not to the origin of synthesis of nucleic acid amplification by serial PCR, before the start of the reaction to label the target polynucleotides, is a method to be added pressure to the reaction solution to be used in the reaction.

また、本発明の標識反応用キットは、前記マイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法における標識する反応に用いられる標識反応用キットであって、前記マーカーポリヌクレオチドを含有する構成としてある。   The labeling reaction kit of the present invention is a labeling reaction kit used for a labeling reaction in the probe position determination method in the microarray, and includes the marker polynucleotide.

本発明によれば、マイクロアレイにおけるプローブの位置決定のための作業工程数と試薬のロスを削減することが可能なマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法、及び標識反応用キットを提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a probe position determination method and a labeling reaction kit in a microarray capable of reducing the number of work steps and reagent loss for determining the position of the probe in the microarray. .

本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法の実施例で用いられたプライマーの塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence of the primer used in the Example of the position determination method of the probe in the microarray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法による非特異的増幅の有無の確認試験の結果(1)を示す図である。It is a figure which shows the result (1) of the confirmation test of the presence or absence of non-specific amplification by the probe position determination method in the microarray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法の実施例で用いられたマーカーポリヌクレオチドの塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence of the marker polynucleotide used in the Example of the position determination method of the probe in the microarray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法による非特異的増幅の有無の確認試験の結果(2)を示す図である。It is a figure which shows the result (2) of the confirmation test of the presence or absence of non-specific amplification by the probe position determination method in the microarray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法による非特異的増幅の有無の確認試験の結果(3)を示す図である。It is a figure which shows the result (3) of the confirmation test of the presence or absence of non-specific amplification by the probe position determination method in the microarray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法の実施例で用いられたプローブの塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence of the probe used in the Example of the position determination method of the probe in the microarray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法による標識の検出試験の結果(蛍光強度値)を示す図である。It is a figure which shows the result (fluorescence intensity value) of the detection test of the label | marker by the probe position determination method in the microarray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法による標識の検出試験の結果(S/N比値)を示す図である。It is a figure which shows the result (S / N ratio value) of the detection test of the label | marker by the probe position determination method in the microarray which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法による標識の検出試験の結果(マイクロアレイ画像)を示す図である。It is a figure which shows the result (microarray image) of the detection test of the label | marker by the probe position determination method in the microarray which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法、及び標識検出用キットについて、詳細に説明する。
本実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法は、ターゲットポリヌクレオチドに標識する反応を経た後に、マイクロアレイによりプローブとターゲットポリヌクレオチドのハイブリダイゼーションを検出する工程を含むマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法であって、プローブが固定化された複数の検出用スポットを有すると共に、基準位置プローブが固定化された基準位置スポットを有するマイクロアレイに、標識されたターゲットポリヌクレオチドと、基準位置プローブにハイブリダイズする標識されたマーカーポリヌクレオチドを接触させる工程を含み、標識する反応の開始前に、該反応に用いられる反応液にマーカーポリヌクレオチドを添加することを特徴とする。
Hereinafter, a probe position determination method and a label detection kit in a microarray according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
The probe position determination method in the microarray according to the present embodiment is a probe position determination method in the microarray including a step of detecting hybridization between the probe and the target polynucleotide using the microarray after a reaction for labeling the target polynucleotide. The microarray having a plurality of detection spots on which the probes are immobilized and the reference position spot on which the reference position probe is immobilized is labeled with a labeled target polynucleotide and hybridized to the reference position probe. A marker polynucleotide is added to the reaction solution used for the reaction before the start of the labeling reaction.

本実施形態における「標識する反応」としては、例えば核酸増幅法を好適に用いることができる。この核酸増幅法としては、例えばPCR法、LAMP法、SDA法、LCA法等を挙げることができる。また、「標識する反応」には、核酸増幅を伴わない反応も含まれ、例えばサンプルRNAと蛍光色素を用いて、逆転写酵素反応により標識されたcDNAを合成する反応などを挙げることができる。
以下においては、「標識する反応」として、主としてPCR法を用いた場合を例に説明する。
As the “labeling reaction” in the present embodiment, for example, a nucleic acid amplification method can be suitably used. Examples of the nucleic acid amplification method include a PCR method, a LAMP method, an SDA method, and an LCA method. The “labeling reaction” includes a reaction that does not involve nucleic acid amplification, and includes, for example, a reaction in which labeled RNA is synthesized by a reverse transcriptase reaction using a sample RNA and a fluorescent dye.
In the following, the case where the PCR method is mainly used as the “labeling reaction” will be described as an example.

まず、本実施形態のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法が用いられる場面の概要について説明し、従来技術と比較しつつ、本発明の特徴について説明する。
本実施形態のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法は、マイクロアレイにより生物の種類などを遺伝子配列にもとづき特定する標的遺伝子の検出方法において好適に用いることができる。
すなわち、この標的遺伝子の検出方法では、検出対象生物の細胞からDNAを抽出し、このDNAにおいて標的とする増幅対象領域を増幅するためのプライマーを用いてPCRを実施し、標識された増幅産物(ターゲットポリヌクレオチド)を生成する(標識工程)。
なお、食中毒菌やカビなどの微生物の検出を行う場合には、標識工程に先立って、食品や環境中から微生物のサンプリングを行い、複数の微生物を同時に増菌培養した後、得られた培養液からDNAを同時に抽出することが好ましい。
First, an outline of a scene where the probe position determination method in the microarray of the present embodiment is used will be described, and the features of the present invention will be described while being compared with the prior art.
The method for determining the position of the probe in the microarray of the present embodiment can be suitably used in a target gene detection method for specifying the type of organism based on the gene sequence using the microarray.
That is, in this target gene detection method, DNA is extracted from cells of a detection target organism, PCR is performed using a primer for amplifying a target amplification target region in this DNA, and a labeled amplification product ( Target polynucleotide) (labeling step).
In addition, when detecting microorganisms such as food poisoning bacteria and fungi, prior to the labeling step, the microorganisms are sampled from food and the environment, and a plurality of microorganisms are enriched and cultured at the same time. It is preferable to extract DNA from the same.

次に、増幅産物とハイブリダイズするように設計されたプローブが固定化された検出用スポットを有するマイクロアレイに、増幅産物を接触させることによって、増幅産物をプローブにハイブリダイズさせる(ハイブリダイズ工程)。
そして、増幅産物における標識を検出することによって、検出対象生物の存在を確認する(検出工程)。
Next, the amplification product is brought into contact with a microarray having a detection spot on which a probe designed to hybridize with the amplification product is immobilized, so that the amplification product is hybridized to the probe (hybridization step).
Then, the presence of the detection target organism is confirmed by detecting the label in the amplification product (detection step).

このような標的遺伝子の検出方法において、プローブが固定化されたスポットの位置を正確に特定するために、マイクロアレイにはプローブの位置を特定するための基準位置スポットが設けられており、この基準位置スポットに標識のされていない基準位置プローブが固定化されている。
そして、基準位置プローブにハイブリダイズする標識されたマーカーポリヌクレオチド(基準位置スポット検出用核酸)を用いて、基準位置スポットを特定し、この基準位置スポットから検出用スポットの位置を特定することにより、標識が検出された検出用スポットの位置を正確に特定できるようになっている。
In such a target gene detection method, the microarray is provided with a reference position spot for specifying the probe position in order to accurately specify the position of the spot on which the probe is immobilized. A reference position probe not labeled on the spot is immobilized.
Then, by using a labeled marker polynucleotide that hybridizes to the reference position probe (nucleic acid for reference position spot detection), by specifying the reference position spot, and by specifying the position of the detection spot from this reference position spot, The position of the detection spot where the label is detected can be accurately specified.

ここで、従来は、ハイブリダイズに用いる緩衝液にマーカーポリヌクレオチドを混合して混合液を作成し、この混合液に増幅産物を加えてマイクロアレイに滴下していた。
このため、試験を行う度に、緩衝液とマーカーポリヌクレオチドの混合液を調製する必要があり、操作が煩雑になるという問題があった。また、マーカーポリヌクレオチドは、混合前に例えば千分の1程度に希釈してから混合する必要があるが、核酸濃度の低い混合液中ではマーカーポリヌクレオチドは不安定になるために保存ができず、余った混合液や希釈液は廃棄することになり、検査コストが高くなるという問題もあった。
なお、低濃度に希釈されたポリヌクレオチドを保存する方法として、キャリアDNAを添加する方法、吸着抑制液で希釈する方法、低吸着チューブを使用する方法等を挙げることができる。しかしながら、いずれの方法を用いる場合も、検査コストが高くなるという問題があった。
Here, conventionally, a marker polynucleotide is mixed with a buffer solution used for hybridization to prepare a mixed solution, and an amplification product is added to the mixed solution and dropped onto the microarray.
For this reason, each time a test is performed, it is necessary to prepare a mixed solution of a buffer solution and a marker polynucleotide, resulting in a problem that the operation becomes complicated. In addition, it is necessary to dilute the marker polynucleotide to about 1 / 1,000 before mixing, but the marker polynucleotide becomes unstable in a mixed solution with a low nucleic acid concentration and cannot be stored. The surplus mixed solution and diluted solution are discarded, and there is a problem that the inspection cost becomes high.
Examples of a method for preserving a polynucleotide diluted to a low concentration include a method of adding carrier DNA, a method of diluting with an adsorption inhibitor, and a method of using a low adsorption tube. However, in any case, there is a problem that the inspection cost becomes high.

そこで、本実施形態のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法では、PCRの開始前に、PCRに用いる反応液にマーカーポリヌクレオチドを添加するようにしている。
これにより、試験を行う度に、ハイブリダイズに用いる緩衝液とマーカーポリヌクレオチドの混合液を調製する必要がなく、またマーカーポリヌクレオチドの入れ忘れを防止することが可能となっている。さらに、マーカーポリヌクレオチドを反応液に添加するに際して、実質的に希釈を行う必要がなく、試薬のロスの発生を防止することが可能となっている。
Therefore, in the probe position determination method in the microarray of this embodiment, a marker polynucleotide is added to a reaction solution used for PCR before the start of PCR.
Thereby, it is not necessary to prepare a mixed solution of a buffer solution and a marker polynucleotide used for hybridization each time a test is performed, and it is possible to prevent forgetting to insert a marker polynucleotide. Furthermore, when adding the marker polynucleotide to the reaction solution, it is not necessary to substantially dilute, and it is possible to prevent the loss of reagents.

また、反応液には核酸合成基質やプライマーなどの核酸が含まれると共に、マーカーポリヌクレオチドが希釈されずに含まれるため、この反応液を冷凍することにより、マーカーポリヌクレオチドを安定して保存することが可能である。
さらに、反応液とは別個に、マーカーポリヌクレオチドをPCRに用いられる複数のプライマー対からなるプライマーミックスに添加して冷凍し、PCR反応液の成分として用いるためのPCR増幅用試薬として保存可能にすることも好ましい。このようなPCR増幅用試薬は、安定的に長期間保存することが可能である。
In addition, since the reaction solution contains nucleic acids such as nucleic acid synthesis substrates and primers, and the marker polynucleotide is contained undiluted, the marker polynucleotide can be stably stored by freezing the reaction solution. Is possible.
Furthermore, separately from the reaction solution, the marker polynucleotide is added to a primer mix consisting of a plurality of primer pairs used for PCR and frozen, so that it can be stored as a PCR amplification reagent for use as a component of the PCR reaction solution. It is also preferable. Such a PCR amplification reagent can be stably stored for a long time.

一方、ターゲットポリヌクレオチドの増幅に関係しないポリヌクレオチドをPCR反応液に添加することは、非特異的な増幅が生じる原因になり得るため、従来は決して行われることがない操作であった。しかしながら、本発明では、これを試みつつ、後述するように、非特異的な増幅の原因にならないようにするための特別な工夫をすることによって、非特異的な増幅の発生を排除することを可能にしている。   On the other hand, adding a polynucleotide unrelated to the amplification of the target polynucleotide to the PCR reaction solution can cause non-specific amplification, and thus has been an operation never performed in the past. However, the present invention attempts to eliminate the occurrence of non-specific amplification by making a special contrivance not to cause non-specific amplification, as will be described later, while trying this. It is possible.

次に、本実施形態のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法における各工程について、詳細に説明する。本実施形態のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法は、前述の通り、標識工程、ハイブリダイズ工程、及び検出工程を含むものとすることができる。
標識工程では、検出対象生物の細胞のDNAにおける標的とする増幅対象領域を増幅するためのプライマーを用いてPCRが行われ、標識されたターゲットポリヌクレオチドが生成される。
Next, each step in the probe position determination method in the microarray of this embodiment will be described in detail. As described above, the probe position determination method in the microarray of this embodiment can include a labeling step, a hybridization step, and a detection step.
In the labeling step, PCR is performed using a primer for amplifying the target amplification target region in the DNA of the cell of the detection target organism, and a labeled target polynucleotide is generated.

本実施形態でPCRに用いる反応液には、プライマー、検出対象生物の細胞から抽出されたDNA(又はRNA)、マーカーポリヌクレオチド、核酸合成酵素、核酸合成基質、緩衝液、及び残りの成分として水を含むものを好適に用いることができる。
本実施形態において、反応液に含まれるプライマーは、標的とする増幅対象領域を増幅するために用いられる一又は二種類以上のプライマー対からなる。
The reaction solution used for PCR in the present embodiment includes primers, DNA (or RNA) extracted from cells of the organism to be detected, marker polynucleotide, nucleic acid synthase, nucleic acid synthesis substrate, buffer solution, and water as the remaining components. What contains can be used suitably.
In the present embodiment, the primer contained in the reaction solution is composed of one or more kinds of primer pairs used for amplifying the target amplification target region.

本実施形態において、標識の方法は特に限定されないが、蛍光標識を好適に用いることができる。
PCRにおいて蛍光標識を行う場合、蛍光標識されたプライマーを用いて、末端のみが標識されたターゲットポリヌクレオチドを生成することができる。また、蛍光標識された核酸合成基質を用いて、内部に標識が含まれたターゲットポリヌクレオチドを生成することもできる。いずれの場合も蛍光標識成分として、Cy5やCy3などを好適に用いることが可能である。
さらに、標識として、ジゴキシゲニン、ビオチン、放射性同位体などの蛍光以外のその他の方式のものを用いることも可能である。
In the present embodiment, the labeling method is not particularly limited, but a fluorescent label can be suitably used.
When fluorescent labeling is performed in PCR, a target polynucleotide labeled only at the end can be generated using a fluorescently labeled primer. In addition, a target polynucleotide containing a label therein can also be generated using a fluorescently labeled nucleic acid synthesis substrate. In any case, Cy5 or Cy3 can be suitably used as the fluorescent labeling component.
Furthermore, as a label, it is also possible to use a label other than fluorescence such as digoxigenin, biotin, and a radioisotope.

本実施形態において、ターゲットポリヌクレオチドは、標識を付加する対象であるDNAやRNAなどの核酸を意味する。また、この核酸は、核酸アナログであっても良く、例えばペプチド核酸(PNA)、Bridged Nucleic Acid(BNA)/Locked Nucleic Acid (LNA,登録商標)などを挙げることができる。
PCRによってターゲットポリヌクレオチドを標識する場合、検出対象生物の細胞から抽出されたDNA(テンプレート)における遺伝子から選択された標的の領域が増幅され、標識された増幅産物を得ることができる。
In the present embodiment, the target polynucleotide means a nucleic acid such as DNA or RNA to which a label is added. The nucleic acid may be a nucleic acid analog, and examples thereof include peptide nucleic acid (PNA), Bridged Nucleic Acid (BNA) / Locked Nucleic Acid (LNA, registered trademark), and the like.
When labeling a target polynucleotide by PCR, a target region selected from a gene in DNA (template) extracted from a cell of an organism to be detected can be amplified to obtain a labeled amplification product.

本実施形態において、マーカーポリヌクレオチドは、基準位置プローブにハイブリダイズする核酸であり、前述した核酸アナログであっても良い。
マーカーポリヌクレオチドには、標識されたものが用いられ、好ましくは蛍光標識されたものが用いられる。蛍光標識としては、Cy5やCy3などを好適に用いることができ、また前述したその他の標識を用いても良い。
マーカーポリヌクレオチドは、ターゲットポリヌクレオチドにアニーリングしない塩基配列からなるものであることが好ましく、PCRにおいて誤ってプライマーとして機能することがないようにすることが望ましい。ただし、本発明によれば、後述するように、マーカーポリヌクレオチドがターゲットポリヌクレオチドにアニーリングした場合でも、プライマーとして機能しないようにすることが可能となっている。
In the present embodiment, the marker polynucleotide is a nucleic acid that hybridizes to the reference position probe, and may be the nucleic acid analog described above.
As the marker polynucleotide, a labeled polynucleotide is used, and preferably a fluorescently labeled one is used. As the fluorescent label, Cy5, Cy3, etc. can be suitably used, and other labels described above may be used.
The marker polynucleotide is preferably composed of a base sequence that does not anneal to the target polynucleotide, and it is desirable that the marker polynucleotide does not function as a primer in error in PCR. However, according to the present invention, as described later, even when the marker polynucleotide is annealed to the target polynucleotide, it can be prevented from functioning as a primer.

また、ハイブリダイズ工程において、マーカーポリヌクレオチドがプローブにハイブリダイズして偽陽性反応が生じることがないように、マーカーポリヌクレオチドは、プローブとハイブリダイズしない塩基配列からなっている。なお、ターゲットポリヌクレオチドは、基準位置プローブとハイブリダイズしない塩基配列からなっている。   Further, in the hybridization step, the marker polynucleotide is composed of a base sequence that does not hybridize with the probe so that the marker polynucleotide does not hybridize with the probe to cause a false positive reaction. The target polynucleotide has a base sequence that does not hybridize with the reference position probe.

さらに、マーカーポリヌクレオチドがターゲットポリヌクレオチドにハイブリダイズした場合でも、プライマーとして機能しないように、マーカーポリヌクレオチドは、PCRの合成起点とならないように化学修飾したものとすることが好ましい。すなわち、マーカーポリヌクレオチドがプライマーの代わりにPCRの合成起点になると、非特異的な増幅産物が生じるため、プライマーとして機能しないようにマーカーポリヌクレオチドを加工しておくことが好ましい。   Further, even when the marker polynucleotide is hybridized to the target polynucleotide, the marker polynucleotide is preferably chemically modified so that it does not serve as a PCR synthesis starting point so that it does not function as a primer. That is, when the marker polynucleotide becomes the starting point of PCR synthesis instead of the primer, a non-specific amplification product is generated. Therefore, it is preferable to process the marker polynucleotide so that it does not function as a primer.

ここで、マーカーポリヌクレオチドを、ターゲットポリヌクレオチドに含ハイブリダイズしない塩基配列からなるものとすれば、基本的には、マーカーポリヌクレオチドをPCRの合成起点にならないものにすることができる。しかしながら、例えばマーカーポリヌクレオチドが夾雑菌由来のDNAにアニーリングし、プライマーとして機能する可能性をより確実に排除するために、マーカーポリヌクレオチドをPCRの合成起点とならないように修飾しておくことが好ましい。このようにマーカーポリヌクレオチドをPCRの合成起点とならないように修飾しておけば、マーカーポリヌクレオチドがターゲットポリヌクレオチドにアニーリングしたとしても非特異的増幅の生成を排除することが可能である。   Here, if the marker polynucleotide is composed of a base sequence that does not hybridize to the target polynucleotide, basically, the marker polynucleotide can be made not to be a starting point for PCR synthesis. However, for example, in order to more reliably eliminate the possibility that the marker polynucleotide anneals to DNA derived from contaminant bacteria and functions as a primer, it is preferable to modify the marker polynucleotide so that it does not become the starting point of PCR synthesis. . Thus, if the marker polynucleotide is modified so that it does not become the starting point of PCR synthesis, it is possible to eliminate the generation of non-specific amplification even if the marker polynucleotide is annealed to the target polynucleotide.

マーカーポリヌクレオチドをPCRの合成起点とならないように修飾する方法としては、特に限定されないが、例えばマーカーポリヌクレオチドの3’末端をリン酸化修飾する方法を好適に用いることができる。その他、ジデオキシヌクレオチドの使用、3’末端のアミノ化等によって、修飾することも可能である。   The method for modifying the marker polynucleotide so that it does not become the starting point for PCR synthesis is not particularly limited. For example, a method for phosphorylating and modifying the 3 'end of the marker polynucleotide can be preferably used. In addition, modification can also be made by using dideoxynucleotides, amination of the 3 'end, and the like.

このようなマーカーポリヌクレオチドは、標識反応において用いる試薬(標識反応用キット)の形態で使用することが好ましい。特に、マーカーポリヌクレオチドとプライマーとを含むPCR増幅用試薬の形態で、反応液に添加して用いるようにすれば、安定的に長期間保存することが可能であり、またマーカーポリヌクレオチドの添加し忘れを効果的に防止することが可能となる。   Such a marker polynucleotide is preferably used in the form of a reagent (labeling reaction kit) used in the labeling reaction. In particular, if it is used in the form of a PCR amplification reagent containing a marker polynucleotide and a primer and added to the reaction solution, it can be stored stably for a long period of time, and the marker polynucleotide can be added. Forgetting can be effectively prevented.

なお、PCRにより増幅産物が得られているか否かは、例えば電気泳動を行うことによって確認することができる。この電気泳動としては、アガロースゲル電気泳動やアクリルアミド電気泳動、マイクロチップ電気泳動等を挙げることができる。   Whether or not an amplification product is obtained by PCR can be confirmed by performing electrophoresis, for example. Examples of the electrophoresis include agarose gel electrophoresis, acrylamide electrophoresis, and microchip electrophoresis.

次に、ハイブリダイズ工程では、標識する反応を経た反応液に緩衝液を混合し、得られた混合液をマイクロアレイに接触させる。
本実施形態において、マイクロアレイは、ターゲットポリヌクレオチドとハイブリダイズ可能なプローブが固定化された担体を意味する。このようなマイクロアレイは、DNAチップとも呼ばれ、その表面に核酸断片からなるプローブをスポッティングして固定化された検出用スポットが複数形成されている。
Next, in the hybridization step, a buffer solution is mixed with the reaction solution that has undergone the labeling reaction, and the obtained mixed solution is brought into contact with the microarray.
In the present embodiment, the microarray means a carrier on which a probe capable of hybridizing with a target polynucleotide is immobilized. Such a microarray is also called a DNA chip, and a plurality of detection spots are formed on the surface of the microarray and fixed by spotting probes composed of nucleic acid fragments.

本実施形態において用いられるマイクロアレイには、プローブとターゲットポリヌクレオチドのハイブリダイゼーションを検出するための検出用スポットが形成されている。すなわち、この検出用スポットには、ターゲットポリヌクレオチドとハイブリダイズするプローブが固定化されている。各スポットには、同一のプローブを固定化しても、異なる遺伝子や生物を特定するための異なるプローブを固定化しても良い。   In the microarray used in the present embodiment, detection spots for detecting hybridization between the probe and the target polynucleotide are formed. That is, a probe that hybridizes with the target polynucleotide is immobilized on this detection spot. In each spot, the same probe may be immobilized, or different probes for identifying different genes and organisms may be immobilized.

また、このマイクロアレイには、プローブの位置を特定するために用いられる基準位置スポットが、一箇所以上、好ましくは二箇所以上設けられている。この基準位置スポットには、プローブの位置を特定するために用いられる基準位置プローブが固定化されている。
基準位置プローブは、DNAやRNAなどの核酸からなり、前述した核酸アナログであっても良い。
The microarray is provided with one or more reference position spots, preferably two or more, for use in specifying the position of the probe. A reference position probe used for specifying the position of the probe is fixed to the reference position spot.
The reference position probe is composed of a nucleic acid such as DNA or RNA, and may be the nucleic acid analog described above.

さらに、検出工程では、増幅産物における標識を検出することによって、検出対象生物の存在の確認が行われる。また、このとき、基準位置スポットにおけるマーカーポリヌクレオチドの標識を検出し、基準位置スポットの位置にもとづきプローブが固定化された検出用スポットの位置を決定する。
標識の検出は、蛍光スキャニング装置など一般的な標識検出装置を用いて行うことができ、例えば東洋鋼鈑株式会社のBIOSHOT(R)を用いて、増幅産物の蛍光強度値を測定することにより行うことができる。
Furthermore, in the detection step, the presence of the detection target organism is confirmed by detecting the label in the amplification product. At this time, the marker polynucleotide label in the reference position spot is detected, and the position of the detection spot to which the probe is immobilized is determined based on the position of the reference position spot.
The detection of the label can be performed using a general label detection apparatus such as a fluorescence scanning apparatus. For example, the label is detected by measuring the fluorescence intensity value of the amplification product using BIOSHOT (R) manufactured by Toyo Kohan Co., Ltd. be able to.

また、測定結果として、蛍光強度値の他、S/N比値(Signal to Noise ratio,(メディアン蛍光強度値−バックグラウンド値)÷バックグラウンド値)を算出することも好ましい。S/N比値にもとづいて、測定結果が陽性であるか陰性であるかを、精度高く判定することができるためであり、一般にS/N比値が3以上の場合、陽性と判定することができる。   In addition to the fluorescence intensity value, it is also preferable to calculate an S / N ratio value (Signal to Noise ratio, (median fluorescence intensity value−background value) ÷ background value) as a measurement result. This is because it is possible to accurately determine whether the measurement result is positive or negative based on the S / N ratio value. Generally, when the S / N ratio value is 3 or more, it is determined to be positive. Can do.

基準位置スポットの位置から検出用スポットの位置を特定する方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、マイクロアレイにおいて検出用スポットを格子状に配置すると共に、基準位置スポットを最下段の両端に配置し、基準位置スポットからの距離及び角度にもとづき各検出用スポットの位置を特定することが可能である。   A method for specifying the position of the detection spot from the position of the reference position spot is not particularly limited, and a known method can be used. For example, in the microarray, the detection spots can be arranged in a lattice pattern, and the reference position spots can be arranged at both ends of the lowermost stage, and the position of each detection spot can be specified based on the distance and angle from the reference position spot. is there.

以上説明したように、本実施形態のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法、及び標識反応用キットによれば、標識反応の前に、マーカーポリヌクレオチドを反応液に混合することができる。これにより、試験の度に行う必要のあった混合液の調製を省略することが可能となり、マーカーポリヌクレオチドの入れ忘れを防止することも可能となる。このような効果は、ユーザの使用上の煩雑性やミスの発生を低減できることから大変有用である。また、これにより、マーカーポリヌクレオチド及び緩衝液を含む試薬のロスを低減することが可能となる。さらに、マーカーポリヌクレオチドは核酸濃度が低い溶液中では保存できないが、標識反応用キットの形態により、安定して保存することが可能である。   As described above, according to the probe position determination method and the labeling reaction kit in the microarray of the present embodiment, the marker polynucleotide can be mixed into the reaction solution before the labeling reaction. This makes it possible to dispense with preparation of a mixed solution that has to be performed for each test, and to prevent the marker polynucleotide from being forgotten. Such an effect is very useful because it can reduce the complexity of use and the occurrence of mistakes. This also makes it possible to reduce the loss of the reagent containing the marker polynucleotide and the buffer solution. Furthermore, although the marker polynucleotide cannot be stored in a solution having a low nucleic acid concentration, it can be stably stored depending on the form of the labeling reaction kit.

<試験1:非特異的増幅の有無の確認>
PCRによる増幅反応の前に、マーカーポリヌクレオチドを反応液に添加することにより、非特異的増幅が生じるか否かを確認するための試験を行った。
実験1はマーカーポリヌクレオチドを添加しなかった場合、実験2,3はマーカーポリヌクレオチド(3’末端非修飾)を添加した場合の実験である。また、実験4,5はマーカーポリヌクレオチド(3’末端リン酸化)を添加した場合の実験である。
<Test 1: Confirmation of non-specific amplification>
Prior to the amplification reaction by PCR, a test was performed to confirm whether non-specific amplification occurred by adding a marker polynucleotide to the reaction solution.
Experiment 1 is an experiment when no marker polynucleotide is added, and Experiments 2 and 3 are experiments when a marker polynucleotide (unmodified 3 ′ end) is added. Experiments 4 and 5 are experiments in the case of adding a marker polynucleotide (3 ′ end phosphorylation).

(実験1:マーカーポリヌクレオチドの添加なし)
黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)が検出された市販のおはぎに、増菌用培地を加えて37℃で一晩培養して得られた培養液を検体とした。この増菌用培地としては、ペプトン10g、酵母エキス5g、硫酸マグネシウム0.5g、塩化ナトリウム15g、リン酸水素二ナトリウム3.5g、リン酸二水素カリウム1.5g、及び滅菌水964.5gを混合し、pHを7.0に調製したものを使用した。
(Experiment 1: No marker polynucleotide added)
A culture solution obtained by adding a medium for enrichment to a commercial scallion in which Staphylococcus aureus was detected and culturing overnight at 37 ° C. was used as a specimen. As this medium for enrichment, 10 g of peptone, 5 g of yeast extract, 0.5 g of magnesium sulfate, 15 g of sodium chloride, 3.5 g of disodium hydrogen phosphate, 1.5 g of potassium dihydrogen phosphate, and 964.5 g of sterilized water What was mixed and the pH was adjusted to 7.0 was used.

次に、培養液を1mL回収し、5000×gで10分間の遠心分離を行った。上清を廃棄し、得られた沈殿に、20mg/mL濃度のリゾチーム溶液(20mM Tris−HCl,pH8.0/2mM EDTA,1.2%TritonX−100)を加えて、37℃で30分間溶菌処理を行った。さらに、DNeasy Blood&Tissue Kit(株式会社キアゲン製)を用いて、カラム精製を行うことにより、DNA抽出液を得た。このDNA抽出液をPCRにおいて使用するテンプレートとした。   Next, 1 mL of the culture solution was collected and centrifuged at 5000 × g for 10 minutes. The supernatant was discarded, and 20 mg / mL lysozyme solution (20 mM Tris-HCl, pH 8.0 / 2 mM EDTA, 1.2% Triton X-100) was added to the resulting precipitate, followed by lysis at 37 ° C. for 30 minutes. Processed. Furthermore, a DNA extract was obtained by performing column purification using DNeasy Blood & Tissue Kit (manufactured by Qiagen). This DNA extract was used as a template for PCR.

次に、PCR反応液を以下の組成で調製した。プライマーはシグマアルドリッチジャパン合同会社に合成委託し、それ以外の試薬はタカラバイオ株式会社製のものを使用した。
・緩衝液(10×Ex Taq buffer) (2.0μl)
・核酸合成基質(dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・テンプレート (1.0μl)
・プライマーミックス(図1の8種類のプライマー対) (1.0μl)
・核酸合成酵素(TaKaRa Ex Taq Hot Start Version)(0.2μl)
・滅菌水 (残量)
(全量 20μl)
Next, a PCR reaction solution was prepared with the following composition. The primers were outsourced to Sigma Aldrich Japan GK, and the other reagents were from Takara Bio Inc.
・ Buffer (10 × Ex Taq buffer) (2.0μl)
・ Nucleic acid synthesis substrate (dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・ Template (1.0μl)
・ Primer mix (8 types of primer pairs in Fig. 1) (1.0μl)
・ Nucleic acid synthase (TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
・ Sterile water (remaining amount)
(Total 20 μl)

PCRによる遺伝子の増幅には、サーマルサイクラーepグラジエント(エッペンドルフ株式会社)を使用した。反応条件は、以下の通りである。
(1)95℃ 2分
(2)95℃ 10秒(DNA鎖の乖離工程)
(3)52℃ 30秒(アニーリング工程)
(4)72℃ 30秒(DNA合成工程)
(5)72℃ 2分
(2)〜(4)を40サイクル
A thermal cycler ep gradient (Eppendorf Co., Ltd.) was used for gene amplification by PCR. The reaction conditions are as follows.
(1) 95 ° C for 2 minutes (2) 95 ° C for 10 seconds (DNA strand dissociation step)
(3) 52 ° C. for 30 seconds (annealing process)
(4) 72 ° C. for 30 seconds (DNA synthesis step)
(5) 72 ° C. 2 minutes (2) to (4) 40 cycles

次に、このようにして得られたPCR増幅産物を含むPCR反応液をマイクロチップ電気泳動装置MultiNA(株式会社島津製作所)に供し、PCR増幅産物のサイズ分析を行った。その結果を図2に示す。
同図に示されるように、電気泳動の結果、黄色ブドウ球菌のDNAにおける標的遺伝子(dnaJ)を増幅するためのプライマー対による増幅産物(推定サイズ238bp)が検出された。一方、非特異的な増幅産物は検出されなかった。
Next, the PCR reaction solution containing the PCR amplification product thus obtained was subjected to a microchip electrophoresis apparatus MultiNA (Shimadzu Corporation), and size analysis of the PCR amplification product was performed. The result is shown in FIG.
As shown in the figure, as a result of electrophoresis, an amplification product (estimated size 238 bp) by the primer pair for amplifying the target gene (dnaJ) in the DNA of S. aureus was detected. On the other hand, a non-specific amplification product was not detected.

(実験2:マーカーポリヌクレオチド(3’末端非修飾)の添加あり)
黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus,菌株番号:NCTC 10788株)を、BD BactoTM トリプティックソイブロス(日本ベクトン・ディッキンソン株式会社製)を用いて37℃で一晩培養して得られた純粋培養液を検体とした。
次に、この純粋培養液を1mL回収し、実験1と同様にして、DNA抽出液を得た。このDNA抽出液をPCRにおいて使用するテンプレートとした。
(Experiment 2: Marker polynucleotide (with 3 ′ end unmodified) added)
A pure culture solution obtained by culturing Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus, strain number: NCTC 10788 strain) overnight at 37 ° C. using BD Bacto TM tryptic soy broth (manufactured by Nippon Becton Dickinson Co., Ltd.) It was.
Next, 1 mL of this pure culture solution was recovered, and a DNA extract was obtained in the same manner as in Experiment 1. This DNA extract was used as a template for PCR.

次に、PCR反応液を以下の組成で調製した。プライマーとマーカーポリヌクレオチドはシグマアルドリッチジャパン合同会社に合成委託し、それ以外の試薬はタカラバイオ株式会社製のものを使用した。
・緩衝液(10×Ex Taq buffer) (2.0μl)
・核酸合成基質(dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・テンプレート (1.0μl)
・プライマーミックス(図1の8種類のプライマー対) (1.0μl)
・核酸合成酵素(TaKaRa Ex Taq Hot Start Version)(0.2μl)
・マーカーポリヌクレオチド(図3の3’末端非修飾のもの)(160nM final conc.)
・滅菌水 (残量)
(全量 20μl)
Next, a PCR reaction solution was prepared with the following composition. Primer and marker polynucleotides were outsourced to Sigma Aldrich Japan GK, and other reagents were manufactured by Takara Bio Inc.
・ Buffer (10 × Ex Taq buffer) (2.0μl)
・ Nucleic acid synthesis substrate (dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・ Template (1.0μl)
・ Primer mix (8 types of primer pairs in Fig. 1) (1.0μl)
・ Nucleic acid synthase (TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
Marker polynucleotide (3 'end unmodified in Fig. 3) (160nM final conc.)
・ Sterile water (remaining amount)
(Total 20 μl)

PCRによる遺伝子の増幅を実験1と同様に行い、得られたPCR増幅産物を含むPCR反応液をマイクロチップ電気泳動装置MultiNA(株式会社島津製作所)に供し、PCR増幅産物のサイズ分析を行った。その結果を図2に示す。
同図に示されるように、電気泳動の結果、黄色ブドウ球菌のDNAにおける標的遺伝子(dnaJ)を増幅するためのプライマー対による増幅産物(推定サイズ238bp)が検出された。一方、非特異的な増幅産物は検出されなかった。
Gene amplification by PCR was performed in the same manner as in Experiment 1. The obtained PCR reaction solution containing the PCR amplification product was applied to a microchip electrophoresis apparatus MultiNA (Shimadzu Corporation), and size analysis of the PCR amplification product was performed. The result is shown in FIG.
As shown in the figure, as a result of electrophoresis, an amplification product (estimated size 238 bp) by the primer pair for amplifying the target gene (dnaJ) in the DNA of S. aureus was detected. On the other hand, a non-specific amplification product was not detected.

(実験3:マーカーポリヌクレオチド(3’末端非修飾)の添加あり)
実験1と同様に、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)が検出された市販のおはぎに、増菌用培地を加えて37℃で一晩培養して得られた培養液を検体とした。
次に、培養液を1mL回収し、実験1と同様にして、DNA抽出液を得た。このDNA抽出液をPCRにおいて使用するテンプレートとした。
(Experiment 3: marker polynucleotide (with 3 ′ end unmodified) added)
In the same manner as in Experiment 1, a culture solution obtained by adding a medium for enrichment to a commercial scallion in which Staphylococcus aureus was detected and culturing overnight at 37 ° C. was used as a specimen.
Next, 1 mL of the culture solution was collected, and a DNA extract was obtained in the same manner as in Experiment 1. This DNA extract was used as a template for PCR.

次に、PCR反応液を以下の組成で調製した。プライマーとマーカーポリヌクレオチドはシグマアルドリッチジャパン合同会社に合成委託し、それ以外の試薬はタカラバイオ株式会社製のものを使用した。
・緩衝液(10×Ex Taq buffer) (2.0μl)
・核酸合成基質(dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・テンプレート (1.0μl)
・プライマーミックス(図1の8種類のプライマー対) (1.0μl)
・核酸合成酵素(TaKaRa Ex Taq Hot Start Version)(0.2μl)
・マーカーポリヌクレオチド(図3の3’末端非修飾のもの)(160nM final conc.)
・滅菌水 (残量)
(全量 20μl)
Next, a PCR reaction solution was prepared with the following composition. Primer and marker polynucleotides were outsourced to Sigma Aldrich Japan GK, and other reagents were manufactured by Takara Bio Inc.
・ Buffer (10 × Ex Taq buffer) (2.0μl)
・ Nucleic acid synthesis substrate (dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・ Template (1.0μl)
・ Primer mix (8 types of primer pairs in Fig. 1) (1.0μl)
・ Nucleic acid synthase (TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
Marker polynucleotide (3 'end unmodified in Fig. 3) (160nM final conc.)
・ Sterile water (remaining amount)
(Total 20 μl)

PCRによる遺伝子の増幅を実験1と同様に行い、得られたPCR増幅産物を含むPCR反応液をマイクロチップ電気泳動装置MultiNA(株式会社島津製作所)に供し、PCR増幅産物のサイズ分析を行った。その結果を図2に示す。
同図に示されるように、電気泳動の結果、黄色ブドウ球菌のDNAにおける標的遺伝子(dnaJ)を増幅するためのプライマー対による増幅産物(推定サイズ238bp)が検出された。また、非特異的な増幅産物が検出された。
Gene amplification by PCR was performed in the same manner as in Experiment 1. The obtained PCR reaction solution containing the PCR amplification product was applied to a microchip electrophoresis apparatus MultiNA (Shimadzu Corporation), and size analysis of the PCR amplification product was performed. The result is shown in FIG.
As shown in the figure, as a result of electrophoresis, an amplification product (estimated size 238 bp) by the primer pair for amplifying the target gene (dnaJ) in the DNA of S. aureus was detected. In addition, non-specific amplification products were detected.

(実験4:マーカーポリヌクレオチド(3’末端リン酸化)の添加あり)
実験1と同様に、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)が検出された市販のおはぎに、増菌用培地を加えて37℃で一晩培養して得られた培養液を検体とした。
次に、培養液を1mL回収し、実験1と同様にして、DNA抽出液を得た。このDNA抽出液をPCRにおいて使用するテンプレートとした。
(Experiment 4: marker polynucleotide (with 3 ′ end phosphorylation) added)
In the same manner as in Experiment 1, a culture solution obtained by adding a medium for enrichment to a commercial scallion in which Staphylococcus aureus was detected and culturing overnight at 37 ° C. was used as a specimen.
Next, 1 mL of the culture solution was collected, and a DNA extract was obtained in the same manner as in Experiment 1. This DNA extract was used as a template for PCR.

次に、PCR反応液を以下の組成で調製した。プライマーとマーカーポリヌクレオチドはシグマアルドリッチジャパン合同会社に合成委託し、それ以外の試薬はタカラバイオ株式会社製のものを使用した。本実験では、マーカーポリヌクレオチドは5’末端がCy5修飾されており3’末端がリン酸化修飾されている。
・緩衝液(10×Ex Taq buffer) (2.0μl)
・核酸合成基質(dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・テンプレート (1.0μl)
・プライマーミックス(図1の8種類のプライマー対) (1.0μl)
・核酸合成酵素(TaKaRa Ex Taq Hot Start Version)(0.2μl)
・マーカーポリヌクレオチド(図3の3’末端リン酸化のもの)(160nM final conc.)
・滅菌水 (残量)
(全量 20μl)
Next, a PCR reaction solution was prepared with the following composition. Primer and marker polynucleotides were outsourced to Sigma Aldrich Japan GK, and other reagents were manufactured by Takara Bio Inc. In this experiment, the marker polynucleotide is Cy5 modified at the 5 ′ end and phosphorylated at the 3 ′ end.
・ Buffer (10 × Ex Taq buffer) (2.0μl)
・ Nucleic acid synthesis substrate (dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・ Template (1.0μl)
・ Primer mix (8 types of primer pairs in Fig. 1) (1.0μl)
・ Nucleic acid synthase (TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
Marker polynucleotide (3 'terminal phosphorylation in Fig. 3) (160nM final conc.)
・ Sterile water (remaining amount)
(Total 20 μl)

PCRによる遺伝子の増幅を実験1と同様に行い、得られたPCR増幅産物を含むPCR反応液をマイクロチップ電気泳動装置MultiNA(株式会社島津製作所)に供し、PCR増幅産物のサイズ分析を行った。その結果を図4に示す。
同図に示されるように、電気泳動の結果、黄色ブドウ球菌のDNAにおける標的遺伝子(dnaJ)を増幅するためのプライマー対による増幅産物(推定サイズ238bp)が検出された。また、非特異的な増幅産物は検出されなかった。
Gene amplification by PCR was performed in the same manner as in Experiment 1. The obtained PCR reaction solution containing the PCR amplification product was applied to a microchip electrophoresis apparatus MultiNA (Shimadzu Corporation), and size analysis of the PCR amplification product was performed. The result is shown in FIG.
As shown in the figure, as a result of electrophoresis, an amplification product (estimated size 238 bp) by the primer pair for amplifying the target gene (dnaJ) in the DNA of S. aureus was detected. In addition, a non-specific amplification product was not detected.

(実験5:マーカーポリヌクレオチド(3’末端リン酸化)の添加あり)
実施例2と同様に、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus,菌株番号:NCTC 10788株)を、BD BactoTM トリプティックソイブロス(日本ベクトン・ディッキンソン株式会社製)を用いて37℃で一晩培養して得られた純粋培養液を検体とした。
次に、この純粋培養液を1mL回収し、実験1と同様にして、DNA抽出液を得た。このDNA抽出液をPCRにおいて使用するテンプレートとした。
(Experiment 5: Marker polynucleotide (3 'terminal phosphorylation added))
As in Example 2, Staphylococcus aureus (strain number: NCTC 10788 strain) was obtained by culturing overnight at 37 ° C. using BD Bacto Tryptic Soy Broth (manufactured by Becton Dickinson, Japan). The obtained pure culture solution was used as a specimen.
Next, 1 mL of this pure culture solution was recovered, and a DNA extract was obtained in the same manner as in Experiment 1. This DNA extract was used as a template for PCR.

次に、PCR反応液を以下の組成で調製した。プライマーとマーカーポリヌクレオチドはシグマアルドリッチジャパン合同会社に合成委託し、それ以外の試薬はタカラバイオ株式会社製のものを使用した。本実験では、マーカーポリヌクレオチドは5’末端がCy5修飾されており3’末端がリン酸化修飾されている。
・緩衝液(10×Ex Taq buffer) (2.0μl)
・核酸合成基質(dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・テンプレート (1.0μl)
・プライマーミックス(図1の8種類のプライマー対) (1.0μl)
・核酸合成酵素(TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
・マーカーポリヌクレオチド(図3の3’末端リン酸化のもの)(160nM final conc.)
・滅菌水 (残量)
(全量 20μl)
Next, a PCR reaction solution was prepared with the following composition. Primer and marker polynucleotides were outsourced to Sigma Aldrich Japan GK, and other reagents were manufactured by Takara Bio Inc. In this experiment, the marker polynucleotide is Cy5 modified at the 5 ′ end and phosphorylated at the 3 ′ end.
・ Buffer (10 × Ex Taq buffer) (2.0μl)
・ Nucleic acid synthesis substrate (dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・ Template (1.0μl)
・ Primer mix (8 types of primer pairs in Fig. 1) (1.0μl)
・ Nucleic acid synthase (TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
Marker polynucleotide (3 'terminal phosphorylation in Fig. 3) (160nM final conc.)
・ Sterile water (remaining amount)
(Total 20 μl)

PCRによる遺伝子の増幅を実験1と同様に行い、得られたPCR増幅産物を含むPCR反応液をマイクロチップ電気泳動装置MultiNA(株式会社島津製作所)に供し、PCR増幅産物のサイズ分析を行った。その結果を図5に示す。
同図に示されるように、電気泳動の結果、黄色ブドウ球菌のDNAにおける標的遺伝子(dnaJ)を増幅するためのプライマー対による増幅産物(推定サイズ238bp)が検出された。また、非特異的な増幅産物は検出されなかった。
Gene amplification by PCR was performed in the same manner as in Experiment 1. The obtained PCR reaction solution containing the PCR amplification product was applied to a microchip electrophoresis apparatus MultiNA (Shimadzu Corporation), and size analysis of the PCR amplification product was performed. The result is shown in FIG.
As shown in the figure, as a result of electrophoresis, an amplification product (estimated size 238 bp) by the primer pair for amplifying the target gene (dnaJ) in the DNA of S. aureus was detected. In addition, a non-specific amplification product was not detected.

実験1では、PCR反応液に黄色ブドウ球菌を検出するためのプライマーが添加されているが、マーカーポリヌクレオチドは添加されておらず、黄色ブドウ球菌による増幅産物は検出されたが、非特異的な増幅産物は検出されなかった。   In Experiment 1, a primer for detecting Staphylococcus aureus was added to the PCR reaction solution, but no marker polynucleotide was added, and amplification products by Staphylococcus aureus were detected. No amplification product was detected.

また、実験2では、PCR反応液に黄色ブドウ球菌を検出するためのプライマーとマーカーポリヌクレオチドが添加されており、黄色ブドウ球菌による増幅産物は検出されたが、非特異的な増幅産物は検出されなかった。このように、PCR反応液にマーカーポリヌクレオチドを添加しても、マーカーポリヌクレオチドは、通常、ターゲットポリヌクレオチドにアニーリングせず、非特異的な増幅産物を生じる原因とはならない場合が多い。   In Experiment 2, a primer and a marker polynucleotide for detecting S. aureus were added to the PCR reaction solution, and amplification products by S. aureus were detected, but non-specific amplification products were detected. There wasn't. Thus, even when a marker polynucleotide is added to a PCR reaction solution, the marker polynucleotide usually does not anneal to the target polynucleotide and often does not cause non-specific amplification products.

一方、実験3では、PCR反応液に黄色ブドウ球菌を検出するためのプライマーとマーカーポリヌクレオチドが添加されており、黄色ブドウ球菌による増幅産物は検出され、非特異的な増幅産物も検出された。マーカーポリヌクレオチドは、通常は、ターゲットポリヌクレオチドにアニーリングしないが、このように希に、マーカーポリヌクレオチドがターゲットポリヌクレオチドにアニーリングして非特異的な増幅産物を生じる原因となる場合がある。   On the other hand, in Experiment 3, a primer and a marker polynucleotide for detecting Staphylococcus aureus were added to the PCR reaction solution, and amplification products by S. aureus were detected, and non-specific amplification products were also detected. Marker polynucleotides typically do not anneal to the target polynucleotide, but in rare cases this may cause the marker polynucleotide to anneal to the target polynucleotide, resulting in a non-specific amplification product.

そこで、実験4では、実験3のマーカーポリヌクレオチド(3’末端非修飾)に代えて、マーカーポリヌクレオチド(3’末端リン酸化)をPCR反応液に添加して、その他の点については同様の実験を行った。その結果、このようなPCRによる核酸増幅の合成起点にならないようにしたマーカーポリヌクレオチドを用いることにより、マーカーポリヌクレオチドに基づく非特異的な増幅産物の発生を防止できていることが分かる。   Therefore, in Experiment 4, instead of the marker polynucleotide of Experiment 3 (3 ′ end unmodified), a marker polynucleotide (3 ′ terminal phosphorylation) was added to the PCR reaction solution, and the other points were similar. Went. As a result, it can be seen that by using such a marker polynucleotide that does not become the starting point for nucleic acid amplification synthesis by PCR, the generation of non-specific amplification products based on the marker polynucleotide can be prevented.

<試験2:標識の検出>
マーカーポリヌクレオチドの添加の有無、マーカーポリヌクレオチドの添加のタイミング、及びマーカーポリヌクレオチドの3’末端の修飾の有無について各種ケースを想定し、マイクロアレイにおける標識の検出を確認するための試験を行った。実験6はマーカーポリヌクレオチド(3’末端非修飾)を標識反応の後、ハイブリダイズ工程の前に混合液に添加した場合、実験7はマーカーポリヌクレオチドを添加しなかった場合、実験8はマーカーポリヌクレオチド(3’末端非修飾)をPCR反応液に添加した場合、実験9はマーカーポリヌクレオチド(3’末端リン酸化)をPCR反応液に添加した場合の実験である。
<Test 2: Detection of label>
A test for confirming the detection of the label in the microarray was performed assuming various cases of the presence or absence of addition of the marker polynucleotide, the timing of addition of the marker polynucleotide, and the presence or absence of modification of the 3 ′ end of the marker polynucleotide. In Experiment 6, when a marker polynucleotide (unmodified 3 ′ end) was added to the mixture after the labeling reaction and before the hybridization step, Experiment 7 was performed when no marker polynucleotide was added. When nucleotide (3 ′ terminal unmodified) is added to the PCR reaction solution, Experiment 9 is an experiment when marker polynucleotide (3 ′ terminal phosphorylation) is added to the PCR reaction solution.

(実験6:マーカーポリヌクレオチド(3’末端非修飾)を標識反応の後、ハイブリダイズ工程の前に混合液に添加)
実験1と同様に、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)が検出された市販のおはぎに、増菌用培地を加えて37℃で一晩培養して得られた培養液を検体とした。
次に、培養液を1mL回収し、実験1と同様にして、DNA抽出液を得た。このDNA抽出液をPCRにおいて使用するテンプレートとした。
(Experiment 6: Marker polynucleotide (3 ′ end unmodified) is added to the mixture after the labeling reaction and before the hybridization step)
In the same manner as in Experiment 1, a culture solution obtained by adding a medium for enrichment to a commercial scallion in which Staphylococcus aureus was detected and culturing overnight at 37 ° C. was used as a specimen.
Next, 1 mL of the culture solution was collected, and a DNA extract was obtained in the same manner as in Experiment 1. This DNA extract was used as a template for PCR.

次に、PCR反応液を以下の組成で調製し、実験1と同様にPCRによる遺伝子の増幅を行った。プライマーと後述のマーカーポリヌクレオチドはシグマアルドリッチジャパン合同会社に合成委託し、それ以外の試薬はタカラバイオ株式会社製のものを使用した。
・緩衝液(10×Ex Taq buffer) (2.0μl)
・核酸合成基質(dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・テンプレート (1.0μl)
・プライマーミックス(図1の8種類のプライマー対) (1.0μl)
・核酸合成酵素(TaKaRa Ex Taq Hot Start Version)(0.2μl)
・滅菌水 (残量)
(全量 20μl)
Next, a PCR reaction solution was prepared with the following composition, and gene amplification by PCR was performed as in Experiment 1. Primers and marker polynucleotides described below were outsourced to Sigma Aldrich Japan LLC, and the other reagents were from Takara Bio Inc.
・ Buffer (10 × Ex Taq buffer) (2.0μl)
・ Nucleic acid synthesis substrate (dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・ Template (1.0μl)
・ Primer mix (8 types of primer pairs in Fig. 1) (1.0μl)
・ Nucleic acid synthase (TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
・ Sterile water (remaining amount)
(Total 20 μl)

また、予め、図6に示す各プローブを固定化したスポットを有するマイクロアレイを準備した。具体的には、図6に示すマイクロアレイにおいて、スポット29〜32に黄色ブドウ球菌の標的とする増幅対象領域から選択されたプローブが固定化され、スポット25〜28,37〜40にはその他の菌種の遺伝子から選択されたプローブが固定化されている。また、スポット57,64は基準位置スポットであり、基準位置プローブが固定化されている。基準位置プローブは、φ-X174バクテリオファージから選択された塩基配列からなっている。   In addition, a microarray having spots in which the probes shown in FIG. 6 were immobilized was prepared in advance. Specifically, in the microarray shown in FIG. 6, probes selected from the amplification target region targeted by Staphylococcus aureus are immobilized at spots 29 to 32, and other bacteria are identified at spots 25 to 28 and 37 to 40. Probes selected from species genes are immobilized. Spots 57 and 64 are reference position spots, and a reference position probe is fixed. The reference position probe consists of a base sequence selected from φ-X174 bacteriophage.

次に、マーカーポリヌクレオチド(図3の3’末端非修飾)の原液(100μM)1μLを999μLの滅菌水に加えることにより1000倍希釈して、100nM溶液を調製した。そして、このマーカーポリヌクレオチドの100nM溶液4μLをハイブリダイズに用いる緩衝液96μL(3×SSC/0.3%SDS クエン酸−生理食塩水−ドデシル硫酸ナトリウム)と混合して、100μLの混合液を調製した。そして、得られた混合液2μLとPCR反応液4μLを混合したものを、上記マイクロアレイに滴下して、45℃で1時間反応させた。なお、余ったマーカーポリヌクレオチドの希釈液996μLと混合液98μLは保存できないため廃棄した。
反応後、マイクロアレイを室温下で洗浄液(2×SSC/0.2%SDS溶液、2×SSC溶液の順に)に浸して洗浄を行い、カバーガラスを載せて蛍光検出器Bioshot(東洋鋼鈑株式会社製)により各プローブのスポット領域の蛍光を検出した。
Next, 1 μL of a stock solution (100 μM) of a marker polynucleotide (3 ′ end unmodified in FIG. 3) was diluted 1000-fold by adding it to 999 μL of sterile water to prepare a 100 nM solution. Then, 4 μL of a 100 nM solution of the marker polynucleotide was mixed with 96 μL of a buffer solution (3 × SSC / 0.3% SDS citrate-saline-sodium dodecyl sulfate) used for hybridization to prepare a 100 μL mixture. And what mixed 2 microliters of obtained mixed liquids and PCR reaction liquid 4 microliters was dripped at the said microarray, and it was made to react at 45 degreeC for 1 hour. The remaining 996 μL of marker polynucleotide dilution and 98 μL of the mixture were discarded because they could not be stored.
After the reaction, the microarray is washed by immersing it in a cleaning solution (2 x SSC / 0.2% SDS solution, 2 x SSC solution in this order) at room temperature, and a cover glass is placed on the fluorescence detector Bioshot (Toyo Kohan Co., Ltd.) Was used to detect the fluorescence in the spot region of each probe.

具体的には、プローブにハイブリダイズした増幅産物の標識成分(Cy5)をレーザー光により励起して発光させ、その光量を検出器内に取り付けたCCDカメラにより検出した。また、光量を電気信号に置換して数値化し、蛍光強度値を得た。この蛍光強度値は、当該装置での強度指標であり、単位はない。また、S/N比値を算出した。その結果を図7,8に示す。また、マイクロアレイの画像を図9に示す。   Specifically, the label component (Cy5) of the amplification product hybridized with the probe was excited by laser light to emit light, and the amount of light was detected by a CCD camera attached in the detector. In addition, the light intensity was replaced with an electric signal and digitized to obtain a fluorescence intensity value. This fluorescence intensity value is an intensity index in the apparatus and has no unit. In addition, the S / N ratio value was calculated. The results are shown in FIGS. Further, FIG. 9 shows an image of the microarray.

これらの図に示されるように、黄色ブドウ球菌を検出するためのプローブが固定化された検出用スポットにおいて、強い蛍光強度が観察され、陽性と判定されるS/N比値が得られていることが分かる。また、基準位置スポットにおいても、強い蛍光強度が観察され、陽性と判定されるS/N比値が得られていることが分かる。   As shown in these figures, strong fluorescence intensity is observed in the detection spot on which the probe for detecting S. aureus is immobilized, and an S / N ratio value determined to be positive is obtained. I understand that. In addition, strong fluorescence intensity is also observed at the reference position spot, and it can be seen that an S / N ratio value determined to be positive is obtained.

(実験7:マーカーポリヌクレオチドの添加なし)
実験1と同様に、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)を培養し、DNA抽出液を得た。このDNA抽出液をPCRにおいて使用するテンプレートとした。そして、実験1と同様にPCRによる遺伝子の増幅を行った。このPCR反応液にはマーカーポリヌクレオチドは含まれていない。
また、予め、実験6と同様のマイクロアレイを準備した。
(Experiment 7: No marker polynucleotide added)
As in Experiment 1, Staphylococcus aureus was cultured to obtain a DNA extract. This DNA extract was used as a template for PCR. Then, the gene was amplified by PCR as in Experiment 1. This PCR reaction solution does not contain a marker polynucleotide.
A microarray similar to that in Experiment 6 was prepared in advance.

次に、PCR反応液4μLとハイブリダイゼーション用の緩衝液2μL(3×SSC/0.3%SDS クエン酸−生理食塩水−ドデシル硫酸ナトリウム)を混合したものを、上記マイクロアレイに滴下して、45℃で1時間反応させた。この混合液にもマーカーポリヌクレオチドは含まれていない。
反応後、実験6と同様にして各プローブのスポット領域の蛍光を検出し、蛍光強度値とS/N比値を得た。その結果を図7,8に示す。また、マイクロアレイの画像を図9に示す。
Next, 4 μL of the PCR reaction solution and 2 μL of hybridization buffer (3 × SSC / 0.3% SDS citrate-saline-sodium dodecyl sulfate) were added dropwise to the microarray at 45 ° C. The reaction was carried out for 1 hour. This mixed solution does not contain the marker polynucleotide.
After the reaction, the fluorescence in the spot region of each probe was detected in the same manner as in Experiment 6 to obtain the fluorescence intensity value and the S / N ratio value. The results are shown in FIGS. Further, FIG. 9 shows an image of the microarray.

これらの図に示されるように、黄色ブドウ球菌を検出するためのプローブが固定化された検出用スポットにおいて、強い蛍光強度が観察され、陽性と判定されるS/N比値が得られていることが分かる。一方、マーカーポリヌクレオチドを添加していないため、基準位置スポットにおいては、蛍光が検出されていない(ほぼバックグラウンド値である)ことが分かる。   As shown in these figures, strong fluorescence intensity is observed in the detection spot on which the probe for detecting S. aureus is immobilized, and an S / N ratio value determined to be positive is obtained. I understand that. On the other hand, since no marker polynucleotide is added, it can be seen that no fluorescence is detected at the reference position spot (substantially the background value).

(実験8:マーカーポリヌクレオチド(3’末端非修飾)をPCR反応液に添加)
実験1と同様に、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)が検出された市販のおはぎに、増菌用培地を加えて37℃で一晩培養して得られた培養液を検体とした。
次に、培養液を1mL回収し、実験1と同様にして、DNA抽出液を得た。このDNA抽出液をPCRにおいて使用するテンプレートとした。
(Experiment 8: Marker polynucleotide (3 ′ terminal unmodified) is added to the PCR reaction solution)
In the same manner as in Experiment 1, a culture solution obtained by adding a medium for enrichment to a commercial scallion in which Staphylococcus aureus was detected and culturing overnight at 37 ° C. was used as a specimen.
Next, 1 mL of the culture solution was collected, and a DNA extract was obtained in the same manner as in Experiment 1. This DNA extract was used as a template for PCR.

次に、PCR反応液を以下の組成で調製し、実験1と同様にPCRによる遺伝子の増幅を行った。プライマーとマーカーポリヌクレオチドはシグマアルドリッチジャパン合同会社に合成委託し、それ以外の試薬はタカラバイオ株式会社製のものを使用した。
・緩衝液(10×Ex Taq buffer) (2.0μl)
・核酸合成基質(dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・テンプレート (1.0μl)
・プライマーミックス(図1の8種類のプライマー対) (1.0μl)
・核酸合成酵素(TaKaRa Ex Taq Hot Start Version)(0.2μl)
・マーカーポリヌクレオチド(図3の3’末端非修飾のもの)(160nM final conc.)
・滅菌水 (残量)
(全量 20μl)
また、予め、実験6と同様のマイクロアレイを準備した。
Next, a PCR reaction solution was prepared with the following composition, and gene amplification by PCR was performed as in Experiment 1. Primer and marker polynucleotides were outsourced to Sigma Aldrich Japan GK, and other reagents were manufactured by Takara Bio Inc.
・ Buffer (10 × Ex Taq buffer) (2.0μl)
・ Nucleic acid synthesis substrate (dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・ Template (1.0μl)
・ Primer mix (8 types of primer pairs in Fig. 1) (1.0μl)
・ Nucleic acid synthase (TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
Marker polynucleotide (3 'end unmodified in Fig. 3) (160nM final conc.)
・ Sterile water (remaining amount)
(Total 20 μl)
A microarray similar to that in Experiment 6 was prepared in advance.

次に、PCR反応液4μLとハイブリダイゼーション用の緩衝液2μL(3×SSC/0.3%SDS クエン酸−生理食塩水−ドデシル硫酸ナトリウム)を混合したものを、上記マイクロアレイに滴下して、45℃で1時間反応させた。
反応後、実験6と同様にして各プローブのスポット領域の蛍光を検出し、蛍光強度値とS/N比値を得た。その結果を図7,8に示す。また、マイクロアレイの画像を図9に示す。
Next, 4 μL of the PCR reaction solution and 2 μL of hybridization buffer (3 × SSC / 0.3% SDS citrate-saline-sodium dodecyl sulfate) were added dropwise to the microarray at 45 ° C. The reaction was carried out for 1 hour.
After the reaction, the fluorescence in the spot region of each probe was detected in the same manner as in Experiment 6 to obtain the fluorescence intensity value and the S / N ratio value. The results are shown in FIGS. Further, FIG. 9 shows an image of the microarray.

これらの図に示されるように、黄色ブドウ球菌を検出するためのプローブが固定化された検出用スポットにおいて、強い蛍光強度が観察され、陽性と判定されるS/N比値が得られていることが分かる。また、基準位置スポットにおいても、強い蛍光強度が観察され、陽性と判定されるS/N比値が得られていることが分かる。
一方、腸炎ビブリオを検出するためのプローブが固定化された検出用スポットにおいても陽性と判定されるS/N比値が得られており、偽陽性反応が生じていることが分かる。
As shown in these figures, strong fluorescence intensity is observed in the detection spot on which the probe for detecting S. aureus is immobilized, and an S / N ratio value determined to be positive is obtained. I understand that. In addition, strong fluorescence intensity is also observed at the reference position spot, and it can be seen that an S / N ratio value determined to be positive is obtained.
On the other hand, an S / N ratio value determined to be positive is also obtained in a detection spot where a probe for detecting Vibrio parahaemolyticus is immobilized, indicating that a false positive reaction has occurred.

(実験9:マーカーポリヌクレオチド(3’末端リン酸化)をPCR反応液に添加)
実験1と同様に、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)が検出された市販のおはぎに、増菌用培地を加えて37℃で一晩培養して得られた培養液を検体とした。
次に、培養液を1mL回収し、実験1と同様にして、DNA抽出液を得た。このDNA抽出液をPCRにおいて使用するテンプレートとした。
(Experiment 9: Addition of marker polynucleotide (3 ′ end phosphorylation) to PCR reaction solution)
In the same manner as in Experiment 1, a culture solution obtained by adding a medium for enrichment to a commercial scallion in which Staphylococcus aureus was detected and culturing overnight at 37 ° C. was used as a specimen.
Next, 1 mL of the culture solution was collected, and a DNA extract was obtained in the same manner as in Experiment 1. This DNA extract was used as a template for PCR.

次に、PCR反応液を以下の組成で調製し、実験1と同様にPCRによる遺伝子の増幅を行った。プライマーとマーカーポリヌクレオチドはシグマアルドリッチジャパン合同会社に合成委託し、それ以外の試薬はタカラバイオ株式会社製のものを使用した。
・緩衝液(10×Ex Taq buffer) (2.0μl)
・核酸合成基質(dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・テンプレート (1.0μl)
・プライマーミックス(図1の8種類のプライマー対) (1.0μl)
・核酸合成酵素(TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
・マーカーポリヌクレオチド(図3の3’末端リン酸化のもの)(160nM final conc.)
・滅菌水 (残量)
(全量 20μl)
また、予め、実験6と同様のマイクロアレイを準備した。
Next, a PCR reaction solution was prepared with the following composition, and gene amplification by PCR was performed as in Experiment 1. Primer and marker polynucleotides were outsourced to Sigma Aldrich Japan GK, and other reagents were manufactured by Takara Bio Inc.
・ Buffer (10 × Ex Taq buffer) (2.0μl)
・ Nucleic acid synthesis substrate (dNTP Mixture, 2.5mM each) (1.6μl)
・ Template (1.0μl)
・ Primer mix (8 types of primer pairs in Fig. 1) (1.0μl)
・ Nucleic acid synthase (TaKaRa Ex Taq Hot Start Version) (0.2μl)
Marker polynucleotide (3 'terminal phosphorylation in Fig. 3) (160nM final conc.)
・ Sterile water (remaining amount)
(Total 20 μl)
A microarray similar to that in Experiment 6 was prepared in advance.

次に、PCR反応液4μLとハイブリダイゼーション用の緩衝液2μL(3×SSC/0.3%SDS クエン酸−生理食塩水−ドデシル硫酸ナトリウム)を混合したものを、上記マイクロアレイに滴下して、45℃で1時間反応させた。
反応後、実験6と同様にして各プローブのスポット領域の蛍光を検出し、蛍光強度値とS/N比値を得た。その結果を図7,8に示す。また、マイクロアレイの画像を図9に示す。
Next, 4 μL of the PCR reaction solution and 2 μL of hybridization buffer (3 × SSC / 0.3% SDS citrate-saline-sodium dodecyl sulfate) were added dropwise to the microarray at 45 ° C. The reaction was carried out for 1 hour.
After the reaction, the fluorescence in the spot region of each probe was detected in the same manner as in Experiment 6 to obtain the fluorescence intensity value and the S / N ratio value. The results are shown in FIGS. Further, FIG. 9 shows an image of the microarray.

これらの図に示されるように、黄色ブドウ球菌を検出するためのプローブが固定化された検出用スポットにおいて、強い蛍光強度が観察され、陽性と判定されるS/N比値が得られていることが分かる。また、基準位置スポットにおいても、強い蛍光強度が観察され、陽性と判定されるS/N比値が得られていることが分かる。そして、その他の菌種について、偽陽性反応が生じていないことが分かる。   As shown in these figures, strong fluorescence intensity is observed in the detection spot on which the probe for detecting S. aureus is immobilized, and an S / N ratio value determined to be positive is obtained. I understand that. In addition, strong fluorescence intensity is also observed at the reference position spot, and it can be seen that an S / N ratio value determined to be positive is obtained. And it turns out that the false positive reaction has not arisen about other microbial species.

以上の通り、マーカーポリヌクレオチドをPCR反応液に添加した実験9によれば、マーカーポリヌクレオチドをハイブリダイズ工程前に混合液に添加した実験6の結果と同等の結果を得ることができ、かつ作業工程数と試薬のロスを削減することが可能となっている。さらに、実験9によれば、3’末端非修飾のマーカーポリヌクレオチドをPCR反応液に添加した実験8の場合における偽陽性反応の発生を排除することができていることが分かる。   As described above, according to Experiment 9 in which the marker polynucleotide was added to the PCR reaction solution, a result equivalent to the result of Experiment 6 in which the marker polynucleotide was added to the mixture before the hybridization step can be obtained, and It is possible to reduce the number of processes and reagent loss. Furthermore, according to Experiment 9, it can be seen that the occurrence of a false positive reaction in Experiment 8 in which a 3'-end unmodified marker polynucleotide was added to the PCR reaction solution could be eliminated.

本発明は、以上の実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の変更実施が可能である。例えば、本実施形態に係るマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法、及び標識反応用キットにおいて、ターゲットポリヌクレオチド、プローブ、マーカーポリヌクレオチド、基準位置プローブ、及びプライマーの塩基配列は本質的なものではなく、任意のものにすることが可能である。また、実施例では微生物を対象として実験を行っているが、本発明は、対象とする生物の種類を限ることなく適用することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, in the probe position determination method and the labeling reaction kit in the microarray according to the present embodiment, the base sequences of the target polynucleotide, probe, marker polynucleotide, reference position probe, and primer are not essential and arbitrary. Can be made. In the examples, experiments are performed on microorganisms, but the present invention can be applied without limiting the types of target organisms.

本発明は、食品検査、疫学的環境検査、環境検査、臨床試験、及び家畜衛生等において、マイクロアレイを用いて各種標的を検出する場合などに好適に利用することが可能である。   The present invention can be suitably used for detecting various targets using a microarray in food inspection, epidemiological environmental inspection, environmental inspection, clinical test, livestock hygiene, and the like.

Claims (6)

ターゲットポリヌクレオチドに標識する反応を経た後に、マイクロアレイによりプローブとターゲットポリヌクレオチドのハイブリダイゼーションを検出する工程を含むマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法であって、
前記プローブが固定化された複数の検出用スポットを有すると共に、基準位置プローブが固定化された基準位置スポットを有するマイクロアレイに、前記標識されたターゲットポリヌクレオチドと、前記基準位置プローブにハイブリダイズする標識されたマーカーポリヌクレオチドを接触させる工程を含み、
前記ターゲットポリヌクレオチドに標識する反応はPCRであり、
前記標識されたマーカーポリヌクレオチドは、前記PCRによる核酸増幅の合成起点にならないように修飾した後、前記ターゲットポリヌクレオチドに標識する反応の開始前に、該反応に用いられる反応液に添される
ことを特徴とするマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法。
A method for determining the position of a probe in a microarray comprising a step of detecting hybridization between a probe and a target polynucleotide by a microarray after undergoing a reaction for labeling the target polynucleotide,
A label that hybridizes to the labeled target polynucleotide and the reference position probe on a microarray having a plurality of detection spots to which the probe is immobilized and a reference position spot to which a reference position probe is immobilized Contacting the labeled marker polynucleotide,
The reaction for labeling the target polynucleotide is PCR,
The labeled marker polynucleotide, after modified so as not to the origin of synthesis of nucleic acid amplification by the PCR, before the start of the reaction to label the target polynucleotides is added pressure to the reaction solution to be used in the reaction A method for determining a position of a probe in a microarray.
前記ターゲットポリヌクレオチドに標識する反応を経た前記反応液に緩衝液を混合して、得られた混合液をマイクロアレイに接触させ、前記基準位置スポットにおける前記標識されたマーカーポリヌクレオチドの標識を検出し、前記基準位置スポットの位置にもとづき前記プローブの位置を決定する
ことを特徴とする請求項1記載のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法。
It said target polynucleotide as a mixture of buffer solution to the reaction solution which has passed through the indicator react to the resulting mixture is contacted with the microarray, and detecting the label of the labeled marker polynucleotide in said reference position spot, The method of determining a position of a probe in a microarray according to claim 1, wherein the position of the probe is determined based on the position of the reference position spot.
前記基準位置スポットを二箇所以上有することを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法。   3. The method for determining a position of a probe in a microarray according to claim 1, wherein the reference position spot is two or more. 前記標識されたマーカーポリヌクレオチドの修飾は、3’末端をリン酸化修飾したものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法。 The method for determining the position of a probe in a microarray according to any one of claims 1 to 3, wherein the modification of the labeled marker polynucleotide is a phosphorylation modification at the 3 'end. 請求項1〜のいずれかに記載のマイクロアレイにおけるプローブの位置決定方法における標識する反応に用いられる標識反応用キットであって、前記標識されたマーカーポリヌクレオチドを含有することを特徴とする標識反応用キット。 A labeling reaction kit for use in a labeling reaction in the probe position determination method in the microarray according to any one of claims 1 to 4 , comprising the labeled marker polynucleotide. For kit. 前記ターゲットポリヌクレオチドを増幅するための一又は二種類以上のプライマー対をさらに含有することを特徴とする請求項記載の標識反応用キット。 6. The labeling reaction kit according to claim 5 , further comprising one or more kinds of primer pairs for amplifying the target polynucleotide.
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