JP7218558B2 - Nucleic acid amplification method and nucleic acid amplification reagent - Google Patents

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Description

本発明は、DNAやRNA等の遺伝子混合物中に含まれると予想される、標的核酸の増幅方法および増幅試薬に関する。さらに本発明は、前記標的核酸を増幅し、定性的または定量的に検出する方法および検出試薬に関する。本発明は遺伝子診断等の臨床診断分野での利用に有用であり、検体から直接、標的核酸を増幅・検出できることから、病気の迅速診断およびその治療に役立つだけでなく、前記病気が微生物に起因する場合、当該微生物の迅速かつ高感度な同定や、薬剤耐性遺伝子の検出にも有用である。 The present invention relates to methods and reagents for amplifying target nucleic acids expected to be contained in genetic mixtures such as DNA and RNA. Furthermore, the present invention relates to methods and detection reagents for amplifying and qualitatively or quantitatively detecting said target nucleic acid. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in the field of clinical diagnosis such as genetic diagnosis, and can amplify and detect target nucleic acids directly from specimens. In this case, it is also useful for rapid and highly sensitive identification of the microorganism and detection of drug resistance genes.

臨床診断で用いられる遺伝子検査では、臨床試料中に含まれる標的核酸が極微量であることが多いため、当該試料中に含まれる標的核酸を増幅して信号強度を向上することで、高感度かつ良好な再現性のある測定を実現している。 In genetic testing used in clinical diagnosis, the amount of target nucleic acid contained in clinical samples is often very small. It achieves good reproducible measurements.

標的核酸の増幅方法としては、例えばPCR(ポリメラーゼチェーンリアクション)法があげられる。この方法は、標的核酸中の特定DNA配列の両末端部に相補的なプライマーおよび相同なプライマーからなる一組のプライマーと、耐熱性DNAポリメラーゼを用いて、熱変性、アニーリング、伸長反応からなる3ステップのサイクルを繰り返すことで、前記特定DNA配列を含むポリヌクレオチドを増幅できる。一方、標的核酸がRNAの場合は、PCR法を実施する前に、鋳型となるRNAから逆転写酵素によってcDNAを合成する必要がある。すなわち、cDNA合成工程およびPCR反応工程の2つの工程を要するため、操作が煩雑である。またPCR法は、急激な昇温、降温を必要とするため、特殊なインキュベーターを必要とし、大量処理を目的とした自動化への適用は容易ではない。さらに熱変性、アニーリング、伸長反応からなる3ステップのサイクルを繰り返し行なう必要があるため、迅速化にも限界がある。なお逆転写反応およびPCR反応を用いて簡便に標的RNAから特定の二本鎖DNAを増幅する方法として、特許文献1では、逆転写反応で得られた一本鎖DNAから3’→5’エキソヌクレアーゼ活性および鎖置換活性を有さないDNAポリメラーゼを用いて二本鎖DNAを取得する方法を開示している。 Examples of the method for amplifying the target nucleic acid include PCR (polymerase chain reaction) method. This method consists of heat denaturation, annealing, and extension reactions using a set of primers consisting of primers complementary and homologous to both ends of a specific DNA sequence in the target nucleic acid, and a thermostable DNA polymerase. By repeating the cycle of steps, a polynucleotide containing the specific DNA sequence can be amplified. On the other hand, when the target nucleic acid is RNA, it is necessary to synthesize cDNA from RNA as a template using reverse transcriptase before performing the PCR method. That is, the procedure is complicated because it requires two steps, a cDNA synthesis step and a PCR reaction step. Moreover, the PCR method requires a special incubator because it requires rapid temperature rise and fall, and is not easy to apply to automation for the purpose of large-scale processing. Furthermore, since it is necessary to repeat the three-step cycle consisting of heat denaturation, annealing, and elongation reaction, there is a limit to speeding up the method. As a method for easily amplifying a specific double-stranded DNA from a target RNA using a reverse transcription reaction and a PCR reaction, Patent Document 1 discloses a 3′→5′ exo A method is disclosed for obtaining double-stranded DNA using a DNA polymerase that lacks nuclease and strand displacement activity.

一方、標的RNAの簡便な増幅方法として、NASBA(Nucleic Acid Sequence-Based Amplification)法(特許文献2および3、非特許文献1)、TMA(Transcription Mediated Amplification)法(特許文献4)、TRC(Transcription-Reverse transcription Concerted reaction)法(特許文献5および非特許文献2)などが報告されている。これらの方法は、標的RNAに対してプロモーター配列を含むプライマーと、逆転写酵素およびリボヌクレアーゼH(RNase H)を用いて、プロモーター配列を含む二本鎖DNAを生成し、RNAポリメラーゼにより特定塩基配列を含むRNAを生成し、以後は、当該生成されたRNAを、前記プロモーター配列を含む二本鎖DNA合成の鋳型とする連鎖反応を行なうものである。これらの方法でRNAを増幅する際、RNAに対する相補DNA鎖を合成するRNA依存性DNAポリメラーゼ活性、RNA-cDNA二本鎖のRNAを分解するRNase H活性、およびcDNAに対する相補DNA鎖を合成するDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する、AMV逆転写酵素がよく用いられる。これらの増幅方法は、比較的低温(例えば40℃から50℃)の一定温度下でのRNA増幅が可能なため、自動化への適用が容易である。また鎖置換活性を有する酵素を添加することで、比較的低温の一定温度下でのDNA増幅も可能である(特許文献6)。なお特許文献6では、前記鎖置換活性を有する酵素として、96-7 DNAポリメラーゼを用いている。 On the other hand, as a simple amplification method of target RNA, NASBA (Nucleic Acid Sequence-Based Amplification) method (Patent Documents 2 and 3, Non-Patent Document 1), TMA (Transcription Mediated Amplification) method (Patent Document 4), TRC (Transcription -Reverse transcription concerted reaction method (Patent Document 5 and Non-Patent Document 2) and the like have been reported. These methods use a primer containing a promoter sequence for a target RNA, reverse transcriptase and ribonuclease H (RNase H) to generate a double-stranded DNA containing a promoter sequence, and an RNA polymerase to generate a specific base sequence. A chain reaction is then performed using the generated RNA as a template for synthesizing a double-stranded DNA containing the promoter sequence. When amplifying RNA by these methods, an RNA-dependent DNA polymerase activity that synthesizes a complementary DNA strand to the RNA, an RNase H activity that degrades the RNA of the RNA-cDNA duplex, and a DNA that synthesizes a complementary DNA strand to the cDNA. AMV reverse transcriptase, which has a dependent DNA polymerase activity, is commonly used. These amplification methods are easy to apply to automation because they allow RNA amplification under a constant temperature of relatively low temperature (eg, 40° C. to 50° C.). Furthermore, by adding an enzyme having strand displacement activity, DNA amplification at a relatively low constant temperature is possible (Patent Document 6). In Patent Document 6, 96-7 DNA polymerase is used as the enzyme having strand displacement activity.

前述した方法で増幅した標的核酸の検出は通常、当該標的核酸中の一部と特異的に結合可能な蛍光色素で標識されたプローブを接触させ、増幅産物と結合した前記プローブ由来の蛍光を検出して行なう。この際、S/N比(signal-to-noise ratio)とも呼ばれる、蛍光強度比が大きいことが、精度良い検出ができる点で好ましい。また測定項目によっては検出時間が早いほど好ましい。しかしながら前記標的核酸の検出において、S/N比の向上と検出時間は必ずしも相関しない。これは、検出時間が早いほど、増幅産物が連鎖反応に使用されてしまい、蛍光強度が大きく上がらないためと考えられる。したがって標的核酸を高精度に検出する際は、検出時間の早さだけでなく、蛍光強度比の大きさも重要である。 Detection of the target nucleic acid amplified by the method described above is usually carried out by contacting a probe labeled with a fluorescent dye that can specifically bind to a portion of the target nucleic acid, and detecting the fluorescence derived from the probe bound to the amplification product. and do it. In this case, a large fluorescence intensity ratio, which is also called an S/N ratio (signal-to-noise ratio), is preferable in terms of accurate detection. Also, depending on the measurement item, the faster the detection time, the better. However, in the detection of the target nucleic acid, the improvement of the S/N ratio does not necessarily correlate with the detection time. This is probably because the faster the detection time, the more the amplification products are used in the chain reaction, and the less the fluorescence intensity increases. Therefore, when detecting a target nucleic acid with high accuracy, not only the speed of detection but also the size of the fluorescence intensity ratio is important.

試料中に含まれる標的核酸を定量する方法として、リアルタイムPCRが知られている。しかしながら、PCRによる増幅効率および正確さは、処理温度、前記核酸の塩基配列、反応溶液成分の濃度や種類等の様々な要因によって左右される。そのため標的核酸量(濃度)をPCR最終産物の濃度測定またはPCR過程におけるリアルタイム測定によって正確に決定することは、困難であった。 Real-time PCR is known as a method for quantifying target nucleic acids contained in a sample. However, the efficiency and accuracy of amplification by PCR are influenced by various factors such as the treatment temperature, the base sequence of the nucleic acid, the concentrations and types of reaction solution components, and the like. Therefore, it has been difficult to accurately determine the target nucleic acid amount (concentration) by densitometry of the final PCR product or real-time measurement during the PCR process.

近年、この問題を解決し、微量な標的DNAを正確に定量する技術として、デジタルPCRが開発された(非特許文献3)。デジタルPCRでは、標的DNAを含む溶液を、多数の微小区画に分配して、個々の微小区画で同時並行にPCRが行なわれる。1つまたは複数のターゲット分子を含む微小区画もあれば、ターゲット分子を全く含まない微小区画も存在するが、PCR終了後に微小区画毎にPCR増幅の有無を検出し、ポアソンモデルを用いることで、標的DNAの濃度が定量できる。また微量な標的RNAを正確に定量する方法としては、あらかじめ逆転写酵素を用いてcDNAを合成した後、前述したデジタルPCRを用いる方法や、増幅方法をNASBA法に置き換えたデジタルNASBA(特許文献7、非特許文献3)を用いる方法があげられる。 In recent years, digital PCR has been developed as a technique for solving this problem and accurately quantifying minute amounts of target DNA (Non-Patent Document 3). In digital PCR, a solution containing target DNA is distributed to a number of microcompartments and PCR is performed in parallel in each individual microcompartment. Some microcompartments contain one or more target molecules, and some microcompartments do not contain any target molecules. The concentration of target DNA can be quantified. As a method for accurately quantifying a trace amount of target RNA, cDNA is synthesized in advance using reverse transcriptase, and then the above-mentioned digital PCR is used, or digital NASBA (Patent Document 7), which replaces the amplification method with the NASBA method. , Non-Patent Document 3).

デジタルPCRやデジタルNASBAなどのデジタル核酸増幅で得られた標的核酸の増幅産物を検出する際、各微小区画の蛍光強度(シグナル)等に基づき陽性または陰性と判定するが、微弱なシグナルの微小区画も検出されるため、反応条件や検出時の陽性と陰性を判断するシグナル値の閾値の設定が課題となっている。したがってデジタルで核酸増幅・検出する場合でも、試料中に存在する極微量の特定RNA配列をより高感度に、偽陽性なく検出するためには、S/N比が重要である。 When detecting an amplification product of a target nucleic acid obtained by digital nucleic acid amplification such as digital PCR or digital NASBA, it is determined as positive or negative based on the fluorescence intensity (signal) of each minute compartment. Therefore, the setting of the reaction conditions and the threshold value of the signal value for judging positive and negative at the time of detection is an issue. Therefore, even when nucleic acids are amplified and detected digitally, the S/N ratio is important in order to detect a very small amount of specific RNA sequences present in a sample with high sensitivity and without false positives.

WO2010/131645号WO2010/131645 特開平2-005864号公報JP-A-2-005864 特表平4-503451号公報Japanese Patent Publication No. 4-503451 特表平4-500759号公報Japanese Patent Publication No. 4-500759 特開2000-014400号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-014400 特開2015-116136号公報JP 2015-116136 A 米国公開2014/0141502号公報U.S. Publication No. 2014/0141502

de Baar,M.P.et.al, Journal of Clinical Microbiology,39,1895-1902(2001)de Baar, M.; P. et. al, Journal of Clinical Microbiology, 39, 1895-1902 (2001) Ishiguro,T.et al,Analytical Biochemistry,314,77-86(2003)Ishiguro, T.; et al, Analytical Biochemistry, 314, 77-86 (2003) Vogelstein,B.et al,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,96,9236-9241(1999)Vogelstein, B.; et al, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. S. A. , 96, 9236-9241 (1999)

本発明の課題は、標的核酸の増幅・検出方法において、試料中に存在する極微量の標的核酸を、より高効率かつ再現性良く(高精度に)増幅し検出するための方法、および当該方法を利用した試薬を提供することにある。 The subject of the present invention is a method for amplifying and detecting a very small amount of target nucleic acid present in a sample more efficiently and reproducibly (highly accurately) in a method for amplifying and detecting a target nucleic acid, and the method. To provide a reagent using

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have completed the present invention as a result of earnest research to solve the above problems.

すなわち、本発明の態様は以下の通り例示できる。 That is, aspects of the present invention can be exemplified as follows.

[1]
(i)RNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、
(ii)DNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、
(iii)リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素、
(iv)RNAポリメラーゼ活性を有する酵素、
(v)標的核酸の一部と相補的な配列を有する第一のプライマー、および
(vi)標的核酸の一部と相同的な配列を有する第二のプライマー
を含む前記標的核酸の増幅試薬(ただし、(v)第一のプライマーおよび(vi)第二のプライマーのいずれか一方には、その5’末端側に(iv)RNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加している)であって、
(vii)3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素
をさらに含む、前記増幅試薬。
[1]
(i) an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity;
(ii) an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity;
(iii) an enzyme having ribonuclease H (RNase H) activity;
(iv) an enzyme having RNA polymerase activity;
(v) a first primer having a sequence complementary to a portion of the target nucleic acid; and (vi) a second primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid. , (v) either the first primer or (vi) the second primer has (iv) a promoter sequence for an enzyme having RNA polymerase activity added to its 5′ end, ,
(vii) the amplification reagent further comprising an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity without 3′→5′ exonuclease activity and with 5′→3′ exonuclease activity.

[2]
(ii)DNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素が、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さない酵素である、[1]に記載の増幅試薬。
[2]
(ii) The amplification reagent according to [1], wherein the enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity is an enzyme having no 5′→3′ exonuclease activity.

[3]
(i)RNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、(ii)DNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、および(iii)RNase H活性を有する酵素が、AMV逆転写酵素である、[1]又は[2]に記載の増幅試薬。
[3]
(i) the enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity, (ii) the enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity, and (iii) the enzyme having RNase H activity is AMV reverse transcriptase [1] or [ 2].

[4]
鎖置換酵素をさらに含む、[1]から[3]のいずれかに記載の増幅試薬。
[4]
The amplification reagent according to any one of [1] to [3], further comprising a strand displacement enzyme.

[5]
RNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を5’末端側に付加したプライマーに対して、標的核酸において5’末端側の位置にある標的核酸の一部と相同的な配列を有する第三のプライマーをさらに含む、[1]から[4]のいずれかに記載の増幅試薬。
[5]
A third primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid located on the 5'-end side of the target nucleic acid is added to the primer having the promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity added to the 5'-end side. The amplification reagent according to any one of [1] to [4], further comprising:

[6]
(vii)3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素が、Bst DNAポリメラーゼ(Full Length)またはTth DNAポリメラーゼである、[1]から[5]のいずれかに記載の増幅試薬。
[6]
(vii) the enzyme having a DNA-dependent DNA polymerase activity that does not have 3′→5′ exonuclease activity and has 5′→3′ exonuclease activity is Bst DNA polymerase (Full Length) or Tth DNA polymerase; The amplification reagent according to any one of [1] to [5].

[7]
[1]から[6]のいずれかに記載の増幅試薬と、標的核酸の一部と相補的二本鎖を形成すると形成前と比較し蛍光特性が変化するオリゴヌクレオチドプローブと、を含む前記標的核酸の検出試薬。
[7]
The target comprising the amplification reagent according to any one of [1] to [6], and an oligonucleotide probe whose fluorescence properties change when forming a complementary double strand with a part of the target nucleic acid compared to before formation. Nucleic acid detection reagent.

[8]
以下の(1)から(7)の工程を含む、標的核酸の増幅方法(ただし、第一のプライマーおよび第二のプライマーのいずれか一方には、その5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加している)。
(1)標的RNAの一部と相補的な配列を有する第一のプライマー、およびRNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、標的RNAから当該RNAに相補的なcDNAを合成する工程
(2)リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素を用いて、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(3)標的RNAの一部と相同的な配列を有する第二のプライマー、および3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼを用いて、前記(2)の工程で得られた一本鎖DNAから、5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した二本鎖DNAを合成する工程
(4)前記プロモータ配列に対応したRNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(3)で得られた二本鎖DNAから、RNA転写産物を合成する工程
(5)前記(4)の工程で合成したRNA転写産物の一部と相補的な配列を有するプライマー、およびRNA依存性DNAポリメラーゼ活性を用いて、前記(4)のRNA転写産物に相補的なcDNAを合成する工程、
(6)RNase H活性を有する酵素を用いて、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(7)前記(6)の工程で得られた一本鎖DNAを鋳型に連鎖的にRNA転写産物を合成する工程
[9]
以下の(1)から(7)の工程を含む、標的核酸の増幅方法。
(1)5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した標的核酸の一部と相補的な配列を有する第一のプライマー、およびDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、標的DNAから、当該DNAに相補的なDNAを合成する工程
(2)少なくとも鎖置換活性を有する酵素および/または5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さないDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(1)の工程で合成したDNAを一本鎖DNAとする工程
(3)標的DNAの一部と相同的な配列を有する第二のプライマー、および3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼを用いて、前記(2)の工程で得られた一本鎖DNAから、5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した二本鎖DNAを合成する工程
(4)前記プロモータ配列に対応したRNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(3)で得られた二本鎖DNAから、RNA転写産物を合成する工程
(5)第二のプライマー、およびRNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(4)の工程で合成したRNA転写産物から、標的DNAに相補的なcDNAを合成する工程、
(6)リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素を用いて、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(7)(6)で得られた一本鎖DNAを鋳型に連鎖的にRNA転写産物を合成する工程
[10]
以下の(1)から(7)の工程を含む、標的核酸の増幅方法。
(1)5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した標的核酸の一部と相同的な配列を有する第二のプライマー、およびDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、標的DNAの相補鎖から、当該DNAに相同的なDNAを合成する工程
(2)少なくとも鎖置換活性を有する酵素および/または5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さないDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(1)の工程で合成したDNAを一本鎖DNAとする工程
(3)標的DNAの一部と相補的な配列を有する第一のプライマー、および3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼを用いて、前記(2)の工程で得られた一本鎖DNAから、5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した二本鎖DNAを合成する工程
(4)前記プロモータ配列に対応したRNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(3)で得られた二本鎖DNAから、RNA転写産物を合成する工程
(5)第一のプライマー、およびRNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(4)の工程で合成したRNA転写産物から、標的DNAに相補的なcDNAを合成する工程、
(6)リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素を用いて、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(7)前記(6)の工程で得られた一本鎖DNAを鋳型に連鎖的にRNA転写産物を合成する工程
[11]
(2)の工程が、鎖置換活性を有する酵素および/または5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さないDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、ならびに5’末端側に前記RNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加したプライマーに対して5’末端側の位置にある標的核酸の一部と相同的な配列を有する第三のプライマーを用いて、(1)の工程で合成したDNAを一本鎖DNAとする工程である、[9]または[10]に記載の増幅方法。
[8]
A method for amplifying a target nucleic acid, comprising the following steps (1) to (7) (provided that either the first primer or the second primer has an enzyme having RNA polymerase activity on its 5′ end side) of the promoter sequence is added).
(1) Synthesizing cDNA complementary to the target RNA from the target RNA using a first primer having a sequence complementary to a portion of the target RNA and an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity (2) ) degrading the RNA of the RNA-DNA duplex using an enzyme having ribonuclease H (RNase H) activity; (3) a second primer having a sequence homologous to a portion of the target RNA; Using a DNA-dependent DNA polymerase that does not have →5′ exonuclease activity and has 5′→3′ exonuclease activity, from the single-stranded DNA obtained in step (2) above, the 5′ end is Step (4) of synthesizing a double-stranded DNA having a promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity added to the side thereof (4) Using an enzyme having RNA polymerase activity corresponding to the promoter sequence, the double-stranded DNA obtained in (3) is synthesized. Step (5) of synthesizing an RNA transcript from the main strand DNA using a primer having a sequence complementary to a part of the RNA transcript synthesized in the step (4) and an RNA-dependent DNA polymerase activity, the step of synthesizing cDNA complementary to the RNA transcript of (4);
(6) step of degrading the RNA of the RNA-DNA double strand using an enzyme having RNase H activity; synthesizing the product [9]
A method for amplifying a target nucleic acid, comprising the following steps (1) to (7).
(1) Using a first primer having a sequence complementary to a portion of the target nucleic acid to which a promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity is added to the 5′ end side, and an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity (2) an enzyme having at least strand displacement activity and/or an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity without 5′→3′ exonuclease activity; (3) a second primer having a sequence homologous to a part of the target DNA and a 3'→5' exonuclease RNA polymerase activity is added to the 5' end of the single-stranded DNA obtained in the step (2) using a DNA-dependent DNA polymerase having no activity and 5'→3' exonuclease activity. (4) from the double-stranded DNA obtained in (3) above, using an enzyme having RNA polymerase activity corresponding to the promoter sequence, step (5) of synthesizing an RNA transcript, cDNA complementary to the target DNA from the RNA transcript synthesized in step (4) above, using a second primer and an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity; a step of synthesizing
(6) step of degrading the RNA of the RNA-DNA double strand using an enzyme having ribonuclease H (RNase H) activity; synthesizing a transcript [10]
A method for amplifying a target nucleic acid, comprising the following steps (1) to (7).
(1) Using a second primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid to which a promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity is added to the 5′ end side, and an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity (2) an enzyme having at least strand displacement activity and/or a DNA-dependent DNA polymerase activity having no 5′→3′ exonuclease activity; (3) a first primer having a sequence complementary to a portion of the target DNA, and 3′→5 Using a DNA-dependent DNA polymerase having no 'exonuclease activity and 5'→3' exonuclease activity, from the single-stranded DNA obtained in the step (2), to the 5' end side Step (4) of synthesizing a double-stranded DNA to which a promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity is added, using an enzyme having RNA polymerase activity corresponding to the promoter sequence, the double strand obtained in (3) above Step (5) of synthesizing an RNA transcript from DNA, using the first primer and an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity, complementing the target DNA from the RNA transcript synthesized in step (4). a step of synthesizing a specific cDNA;
(6) Step of degrading the RNA of the RNA-DNA double strand using an enzyme having ribonuclease H (RNase H) activity (7) Linking the single-stranded DNA obtained in step (6) to a template synthetically synthesizing an RNA transcript [11]
The step (2) has an enzyme with strand displacement activity and/or an enzyme with DNA-dependent DNA polymerase activity that does not have 5′→3′ exonuclease activity, and the above RNA polymerase activity on the 5′ end side. Using a third primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid located at the 5′-end position of the primer to which the promoter sequence of the enzyme was added, the DNA synthesized in step (1) was synthesized. The amplification method according to [9] or [10], which is a step of making the strand DNA.

[12]
(i)RNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、(ii)DNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、(iii)リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素、(iv)RNAポリメラーゼ活性を有する酵素、(v)標的核酸の一部と相補的な配列を有する第一のプライマー、(vi)標的核酸の一部と相同的な配列を有する第二のプライマー、および(vii)3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を含み、塩類は含まない第一の増幅試薬(ただし、前記第一のプライマーおよび前記第二のプライマーのいずれか一方には、その5’末端側に(iv)RNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加している)、ならびに前記塩類を含む第二の増幅試薬を反応開始温度に温調する工程、
温調された各増幅試薬を反応が起こらないように混じった状態にする工程、
前記混じった状態の反応液と混和しない非混和性液体とを接触させる工程、
前記混じった状態の反応液を前記非混和性液体と接触させる直前または後に撹拌を行なう工程、
を含む、標的核酸を増幅する方法。
[12]
(i) an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity, (ii) an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity, (iii) an enzyme having RNase H activity, (iv) an enzyme having RNA polymerase activity, (v) a first primer having a sequence complementary to a portion of the target nucleic acid, (vi) a second primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid, and (vii) a 3′→5′ exo A first amplification reagent that contains an enzyme that does not have nuclease activity and has DNA-dependent DNA polymerase activity that has 5′→3′ exonuclease activity and does not contain salts (provided that the first primer and the first Either one of the two primers has (iv) a promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity added to its 5′ end, and a second amplification reagent containing the salt is added to the reaction initiation temperature. temperature control process,
A step of mixing the temperature-controlled amplification reagents so that no reaction occurs;
contacting the mixed reaction liquid with an immiscible immiscible liquid;
agitating immediately before or after contacting said mixed reaction liquid with said immiscible liquid;
A method of amplifying a target nucleic acid, comprising:

[13]
[8]から[12]のいずれかに記載の増幅方法で得られたRNA転写産物を、当該転写産物の一部と相補的二本鎖を形成すると形成前と比較し蛍光特性が変化するオリゴヌクレオチドプローブを用いて検出する、標的核酸の検出方法。
[13]
An oligo whose fluorescent properties change compared to before formation when an RNA transcript obtained by the amplification method according to any one of [8] to [12] forms a complementary double strand with a part of the transcript A method for detecting a target nucleic acid using a nucleotide probe.

以下、本発明について詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

<1>本発明の増幅試薬
本発明の増幅試薬は、NASBA法、TMA法、TRC法といった比較的低温(例えば、40℃から50℃)の一定温度で一本鎖RNAを増幅可能な方法で用いる酵素およびプライマーに加え、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼをさらに加えることを特徴としている。本発明の増幅試薬が、標的RNAを増幅する試薬である場合の一態様として、以下の(A)から(I)の成分を含む試薬があげられる。なお以下の(A)および(B)のいずれか一方には、その5’末端側に以下の(G)のプロモータ配列を付加している。また一般的に使用される増幅反応に必要という理由以外の理由で、より好ましい別の成分を添加してもよく、一方、下記が増幅反応に必須な試薬を必ずしも網羅しているわけではない。
(A)標的核酸の一部と相補的な配列を有する第一の一本鎖オリゴヌクレオチド(第一のプライマー)、
(B)標的核酸の一部と相同的な配列を有する第二の一本鎖オリゴヌクレオチド(第二のプライマー)、
(C)RNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、
(D)デオキシリボヌクレオシド三リン酸(dNTPs)、
(E)RNaseH活性を有する酵素、
(F)DNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、
(G)DNA依存性RNAポリメラーゼ活性を有する酵素、
(H)リボヌクレオシド三リン酸(NTPs)、
(I)3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼ、
本発明の増幅試薬で増幅される増幅核酸は、他の核酸から区別し得る程度に特異的な配列部分を(A)および(B)に含んでいる限り、任意に決定できる。
<1> Amplification reagent of the present invention The amplification reagent of the present invention is a method capable of amplifying single-stranded RNA at a relatively low constant temperature (for example, 40°C to 50°C) such as the NASBA method, TMA method, or TRC method. It is characterized by adding a DNA-dependent DNA polymerase having no 3'→5' exonuclease activity and having 5'→3' exonuclease activity in addition to the enzymes and primers used. One embodiment of the amplification reagent of the present invention, which is a reagent for amplifying target RNA, is a reagent containing the following components (A) to (I). To either one of (A) and (B) below, a promoter sequence of (G) below is added to the 5'-end side thereof. Also, other components that are more preferred may be added for reasons other than those required for commonly used amplification reactions, while the following is not necessarily exhaustive of the essential reagents for amplification reactions.
(A) a first single-stranded oligonucleotide (first primer) having a sequence complementary to a portion of the target nucleic acid;
(B) a second single-stranded oligonucleotide (second primer) having sequence homology to a portion of the target nucleic acid;
(C) an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity;
(D) deoxyribonucleoside triphosphates (dNTPs),
(E) an enzyme with RNase H activity;
(F) an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity;
(G) an enzyme having DNA-dependent RNA polymerase activity;
(H) ribonucleoside triphosphates (NTPs),
(I) a DNA-dependent DNA polymerase without 3′→5′ exonuclease activity and with 5′→3′ exonuclease activity;
The amplified nucleic acid to be amplified with the amplification reagent of the present invention can be arbitrarily determined as long as it contains specific sequence portions in (A) and (B) to the extent that it can be distinguished from other nucleic acids.

前述したように(A)および(B)のいずれか一方は、その5’末端側に以下の(G)のプロモータ配列を付加している。なお付加するプライマーと前記プロモータ配列との間に、数から数十ヌクレオチドからなるエンハンサー配列を挿入してもよい。 As described above, either one of (A) and (B) has the following promoter sequence (G) added to its 5' end. An enhancer sequence consisting of several to several tens of nucleotides may be inserted between the added primer and the promoter sequence.

(A)から(I)の成分のうち、(C)、(E)および(F)の成分は、それぞれ異なる酵素を用いてもよいし、一部または全部を共通の酵素としてもよい。中でも、トリ筋芽細胞腫ウイルス(AMV)逆転写酵素は、(C)、(E)および(F)の成分を全て包含する酵素であり、本発明の増幅試薬として特に好ましい態様である。 Of the components (A) to (I), the components (C), (E) and (F) may be different enzymes, or partly or wholly may be a common enzyme. Among them, avian myoblastoma virus (AMV) reverse transcriptase is an enzyme that includes all of the components (C), (E) and (F), and is a particularly preferred embodiment of the amplification reagent of the present invention.

(F)の成分は、一本鎖DNAから二本鎖DNAを合成可能な酵素であれば特に限定はないが、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さない酵素を用いると好ましい。前記酵素の一例として、96-7 DNA Polymerase(ニッポンジーン社製)、DNA Polymerase I Large (Klenow) Fragment,Exonuclease Minus(Promega社製)、Bst DNA Polymerase,Large Fragmentといった3’→5’エキソヌクレアーゼ活性および5’→3’エキソヌクレアーゼ活性の両方を有していない酵素や、DNA Polymerase I,Large(Klenow) Fragment(New England Biolabs社製)といった3’→5’エキソヌクレアーゼ活性は有しており5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さない酵素があげられる。なお前述したAMV逆転写酵素も5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さない酵素である。 The component (F) is not particularly limited as long as it is an enzyme capable of synthesizing double-stranded DNA from single-stranded DNA, but it is preferable to use an enzyme that does not have 5'→3' exonuclease activity. Examples of the enzyme include 96-7 DNA Polymerase (manufactured by Nippon Gene), DNA Polymerase I Large (Klenow) Fragment, Exonuclease Minus (manufactured by Promega), Bst DNA Polymerase, Large Fragment, and other 3′→5′ exonuclease activities and Enzymes that do not have both 5′→3′ exonuclease activity and 3′→5′ exonuclease activity such as DNA Polymerase I, Large (Klenow) Fragment (manufactured by New England Biolabs) have 5′ → Enzymes without 3′ exonuclease activity can be mentioned. The aforementioned AMV reverse transcriptase is also an enzyme that does not have 5'→3' exonuclease activity.

(G)の成分の一例として、T7 RNAポリメラーゼ、T3RNAポリメラーゼ、SP6 RNAポリメラーゼがあげられる。なお(A)および(B)のいずれか一方に付加させるプロモータ配列は、(G)で用いる成分(ポリメラーゼ)に対応した配列を付加させればよい。 Examples of components of (G) include T7 RNA polymerase, T3 RNA polymerase, and SP6 RNA polymerase. As the promoter sequence to be added to either one of (A) and (B), a sequence corresponding to the component (polymerase) used in (G) may be added.

本発明の増幅試薬の特徴は(I)の成分を含むことである。(I)の成分の一例として、Tth DNAポリメラーゼ(Roche社製)やBst DNA Polymerase,Full Length(New England Biolabs社製)があげられる。なお(F)の成分が(I)の機能も有している場合、当該(F)の成分を含むことにより(I)の成分を含むとみなせる。(I)の機能を有した(F)の成分の一例として、HIV逆転写酵素があげられる。 A feature of the amplification reagent of the present invention is that it contains component (I). Examples of component (I) include Tth DNA polymerase (manufactured by Roche) and Bst DNA Polymerase, Full Length (manufactured by New England Biolabs). In addition, when the component (F) also has the function of (I), it can be considered that the component (I) is included by including the component (F). An example of the component (F) having the function of (I) is HIV reverse transcriptase.

5’末端側に(G)のプロモータ配列を付加したプライマーが(A)の場合、本態様の増幅試薬による標的RNAの増幅は、以下の工程で進行する。
(a-1)(A)、(C)および(D)によって、標的RNAから当該RNAに相補的なcDNAを合成する工程
(a-2)(E)によって、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(a-3)(B)、(D)および(I)によって、(a-2)の工程で得られた一本鎖DNAから、5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した二本鎖DNAを合成する工程
(a-4)(A)で付加したプロモータ配列に対応した(G)および(H)によって、(a-3)で得られた二本鎖DNAから、RNA転写産物を合成する工程
(a-5)(B)、(C)もしくは(I)および(D)によって、(a-4)のRNA転写産物に相補的なcDNAを合成する工程、
(a-6)(E)によって、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(a-7)(a-6)の工程で得られた一本鎖DNAを鋳型に、(D)、(F)、(G)および(H)によって、連鎖的にRNA転写産物を合成する工程
一方、5’末端側に(G)のプロモータ配列を付加したプライマーが(B)の場合、本態様の増幅試薬による標的RNAの増幅は、以下の工程で進行する。
(b-1)(A)、(C)および(D)によって、標的RNAから当該RNAに相補的なcDNAを合成する工程
(b-2)(E)によって、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(b-3)(B)、(D)および(I)によって、(b-2)の工程で得られた一本鎖DNAから、5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した二本鎖DNAを合成する工程
(b-4)(B)で付加したプロモータ配列に対応した(G)および(H)によって、(b-3)で得られた二本鎖DNAから、RNA転写産物を合成する工程
(b-5)(A)、(C)もしくは(I)および(D)によって、(b-4)のRNA転写産物に相補的なcDNAを合成する工程、
(b-6)(E)によって、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(b-7)(b-6)の工程で得られた一本鎖DNAを鋳型に、(D)、(F)、(G)および(H)によって、連鎖的にRNA転写産物を合成する工程
本発明の増幅試薬を用いて標的RNAの増幅を行なう場合、例えば、前述した(A)から(I)の試薬を、標的RNAを含むと予想される試料に前述した工程に従い成分を順次添加してもよいし、前述した複数の工程に対応した成分をまとめて添加してもよいし、一度に全ての成分を添加してもよい。
When the primer (A) with the promoter sequence (G) added to the 5′ end side is (A), the amplification of the target RNA by the amplification reagent of this embodiment proceeds in the following steps.
(a-1) (A), (C) and (D) to synthesize cDNA complementary to the target RNA from the target RNA (a-2) (E), the RNA of the RNA-DNA double strand An enzyme having RNA polymerase activity on the 5′-end side of the single-stranded DNA obtained in step (a-2) by steps (a-3) (B), (D) and (I) of degrading step (a-4) of synthesizing a double-stranded DNA to which the promoter sequence of (a-4) is added, by (G) and (H) corresponding to the promoter sequence added in (A), the two strands obtained in (a-3) cDNA complementary to the RNA transcript of (a-4) is synthesized from the strand DNA by the step (a-5) (B), (C) or (I) and (D) of synthesizing the RNA transcript. process,
(a-6) (D), using the single-stranded DNA obtained in the steps (a-7) and (a-6) for degrading the RNA of the RNA-DNA double strand according to (E) as a template; (F), (G) and (H) to synthesize an RNA transcript in a chain reaction. Amplification of target RNA by an amplification reagent proceeds in the following steps.
(b-1) Synthesizing cDNA complementary to the target RNA from the target RNA by (b-1) (A), (C) and (D), by (b-2) (E) RNA of an RNA-DNA double strand An enzyme having RNA polymerase activity on the 5′-end side of the single-stranded DNA obtained in step (b-2) by steps (b-3) (B), (D) and (I) of decomposing Step (b-4) of synthesizing a double-stranded DNA to which the promoter sequence of (B) is added, by (G) and (H) corresponding to the promoter sequence added in (B), the two strands obtained in (b-3) cDNA complementary to the RNA transcript of (b-4) is synthesized from the strand DNA by the step (b-5) (A), (C) or (I) and (D) of synthesizing the RNA transcript. process,
(b-6) by (E), using the single-stranded DNA obtained in the step (b-7) (b-6) of degrading the RNA of the RNA-DNA double strand as a template, (D), (F), (G) and (H) steps of synthesizing RNA transcripts in a concatenated manner When target RNA is amplified using the amplification reagent of the present invention, for example, (A) to (I) described above are used. The reagent may be added to the sample expected to contain the target RNA sequentially according to the steps described above, the components corresponding to the plurality of steps described above may be added together, or all at once may be added.

なお本発明の増幅試薬を標的DNAの増幅に適用する場合、NASBA法、TMA法、TRC法といった比較的低温(例えば、40℃から50℃)の一定温度で一本鎖RNAを増幅可能な方法で用いる酵素およびプライマー、ならびに3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼに加え、以下の(J)から(L)に示すいずれかの成分を添加すればよい。ただし以下の(K)の成分添加は、(F)がAMV逆転写酵素など5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さない酵素である場合のみ有効である。
(J)鎖置換酵素
(K)5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加したプライマーに対して5’末端側の位置にある標的核酸の一部と相同的な配列を有する第三のプライマー
(L)(J)および(K)の成分
なお(K)または(L)の成分を添加した本発明の増幅試薬を用いて、標的DNAの増幅を行なう場合は、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さない酵素や鎖置換酵素による反応と(I)による反応とが競合するため、前者の反応が優勢に働くよう、酵素量を調製する必要がある。
本発明の反応開始温度とは、40℃から50℃が好ましく、より好ましくは、41℃から46℃の範囲である。
When the amplification reagent of the present invention is applied to the amplification of target DNA, a method capable of amplifying single-stranded RNA at a relatively low constant temperature (for example, 40°C to 50°C), such as the NASBA method, TMA method, or TRC method. and a DNA-dependent DNA polymerase without 3′→5′ exonuclease activity and with 5′→3′ exonuclease activity, as shown in (J) to (L) below. Either component may be added. However, addition of component (K) below is effective only when (F) is an enzyme such as AMV reverse transcriptase that does not have 5′→3′ exonuclease activity.
(J) Strand Displacement Enzyme (K) Having a sequence homologous to a part of the target nucleic acid located on the 5'-end side of the primer with the promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity added to the 5'-end side In the case of amplifying the target DNA using the amplification reagent of the present invention to which the components of the third primer (L), (J) and (K) and the component of (K) or (L) are added, 5'→ Since the reaction by an enzyme having no 3' exonuclease activity or a strand displacement enzyme competes with the reaction by (I), it is necessary to adjust the amount of the enzyme so that the former reaction acts predominantly.
The reaction initiation temperature of the present invention is preferably 40°C to 50°C, more preferably 41°C to 46°C.

<2>微小区画化方法
本発明の増幅試薬を用いて、標的核酸をデジタル核酸増幅させる場合は、本発明の増幅試薬を微小区画化する必要がある。微小区画化する方法として、微細孔をもった特殊なプレートを用いて、その微細孔に反応液を分配する方法(微細孔分配方式)や、反応液を特別な乳化剤やマイクロ流路チップを用いて多数の微小の液滴(ドロップレット)に分割する方法(ドロップレット方式)があげられる。微小区画のサイズは、5nL以下であることが好ましく、より好ましくは2nL以下であり、さらに好ましくは1nL以下である。微細孔分配方式で微小区画化する装置として、Thermo Fisher Scientific社製QuantStudio 3DデジタルPCRシステム、JN Medsys社製Clarity digital PCRシステムが市販されている。また、ドロップレット方式で微小区画化する装置として、Bio-Rad社製QX200TM Droplet Digital PCRシステム、RainDance Technologies社製RainDrop Plus Digital PCRシステムが市販されている。
<2> Micro-compartmentalization method When the amplification reagent of the present invention is used to digitally amplify a target nucleic acid, it is necessary to micro-compartmentize the amplification reagent of the present invention. As a method for microcompartmentalization, a special plate with micropores is used to distribute the reaction liquid into the micropores (micropore distribution method), or a special emulsifier or microchannel chip is used to distribute the reaction liquid. There is a method (droplet method) in which the liquid is divided into a large number of minute droplets (droplets). The size of the microcompartments is preferably 5 nL or less, more preferably 2 nL or less, even more preferably 1 nL or less. QuantStudio 3D digital PCR system manufactured by Thermo Fisher Scientific and Clarity digital PCR system manufactured by JN Medsys are commercially available as apparatuses for microcompartmentalization by the micropore distribution method. As devices for microcompartmentalization by the droplet method, the QX200™ Droplet Digital PCR system manufactured by Bio-Rad and the RainDrop Plus Digital PCR system manufactured by RainDance Technologies are commercially available.

<3>デジタル核酸増幅法
<2>で微小区画化した試薬を用いてデジタル核酸増幅を行なう際に、2液を混合して増幅反応を開始してもよい。例えば、マイクロ流路チップを用いて、Y字路により分散相の2液並行流を形成した直後に、連続相のシースフローによる流体抵抗力で液滴を生成(微小区画化)させる方法がある。またSlipChipを用いて、互いに対向する2つの表面(複数の第一の微小区画領域を有する第一の表面および複数の第二の微小区画領域を有する第二の表面)をスリップさせて、前記複数の第一の微小区画領域と、前記複数の第二の微小区画領域とを、1:1で連結させることで、各微小領域内の液を混合できる。
<3> Digital Nucleic Acid Amplification Method When performing digital nucleic acid amplification using the microcompartmentalized reagent in <2>, the two liquids may be mixed to initiate the amplification reaction. For example, there is a method in which droplets are generated (microcompartmentalization) by using a microfluidic chip, immediately after forming a two-liquid parallel flow of the dispersed phase through a Y junction, by the fluid resistance force of the sheath flow of the continuous phase. . The SlipChip is also used to slip two surfaces facing each other (a first surface having a plurality of first microcompartmental areas and a second surface having a plurality of second microcompartmental areas) to slip the plurality of microcompartmental areas. By connecting the first micro-partitioned area and the plurality of second micro-partitioned areas at a ratio of 1:1, the liquids in each micro-partition can be mixed.

また、2以上の反応液を保持する反応液保持部と、前記反応液とは混和しない非混和性液体を保持する液体保持部と、各反応液保持部で保持された反応液同士を層流状態で合流させた後、前記液体保持部で保持された前記非混和性液体と接触させて液滴を形成させるための流路と、前記液滴を保持する液滴保持部と、反応液合流地点と非混和性液体接触地点との間または流路出口と前記液滴保持部の間に設けられた撹拌部と、前記液滴保持部に設けられた排出口と、を有するマイクロ流路チップと、前記マイクロ流路チップと近接する温調装置とを備えた、反応装置(一例として、図2から4に示す装置)を用いてデジタル核酸増幅を行なってもよい。本発明の増幅試薬を前記反応装置に適用する場合、例えば、単独では反応が起こらない2以上の反応液(一例として、前記(A)から(I)の成分を含み、塩類は含まない第一の反応液と、前記塩類を含む第二の反応液)を反応液保持部に導入し、反応開始温度に温調後、温調された各反応液を反応が起きないよう層流状態で合流させ(混じった状態とし)、非混和性液体と接触させることで液滴を形成後、当該液滴を撹拌部で撹拌することで(混合した状態)核酸増幅反応を開始すればよい。なお、本発明の反応が起こらないように混じった状態とは、デバイス内部での状態を詳細に表した状態であり、2つの反応液が界面を作った状態で並行に進む層流の場合には混じった状態だが反応はしない。その後撹拌されて混合した状態ではじめて反応が開始される。 Further, a reaction liquid holding part holding two or more reaction liquids, a liquid holding part holding an immiscible liquid immiscible with the reaction liquid, and a laminar flow of the reaction liquids held in each reaction liquid holding part a flow path for contacting the immiscible liquid held by the liquid holding part to form a droplet after the reaction liquid is joined in a state; a droplet holding part for holding the droplet; A microchannel chip having a stirring part provided between a point and an immiscible liquid contact point or between a channel outlet and the droplet holding part, and an outlet provided in the droplet holding part and a temperature control device adjacent to the microchannel chip (for example, the devices shown in FIGS. 2 to 4) may be used for digital nucleic acid amplification. When applying the amplification reagent of the present invention to the reaction apparatus, for example, two or more reaction solutions that do not cause a reaction alone (for example, a first reaction solution containing the components (A) to (I) and not containing salts) and the second reaction liquid containing the salt) are introduced into the reaction liquid holding unit, and after temperature adjustment to the reaction start temperature, the temperature-controlled reaction liquids are combined in a laminar flow state so that the reaction does not occur. (to be in a mixed state), contact with an immiscible liquid to form droplets, and then stir the droplets in a stirring unit (to be in a mixed state) to initiate a nucleic acid amplification reaction. In the present invention, the state of being mixed so as not to cause a reaction is a state in which the state inside the device is expressed in detail. is in a mixed state, but does not react. The reaction is then initiated only after stirring and mixing.

<4>検出方法
本発明の増幅試薬で増幅した標的核酸は、あらかじめまたは増幅反応後に検出用成分を添加し、当該成分由来の蛍光や化学発光強度を測定することで、標的核酸を検出すればよい。検出用成分の好ましい態様として、標的核酸の一部と相補的二本鎖を形成すると形成前と比較し蛍光特性が変化するオリゴヌクレオチドプローブがあげられる。
<4> Detection method A target nucleic acid amplified with the amplification reagent of the present invention can be detected by adding a detection component in advance or after the amplification reaction, and measuring the fluorescence or chemiluminescence intensity derived from the component. good. A preferred embodiment of the component for detection is an oligonucleotide probe whose fluorescent properties change when it forms a complementary double strand with a portion of the target nucleic acid compared to before formation.

前記プローブの一例として、標的核酸の一部と相補的または相同的な配列を有するインターカレーター性蛍光色素を結合したDNAがあげられる。前記DNA部分の配列は、標的核酸中に存在する配列であって、標的核酸以外の核酸と十分に区別可能な部分と相補的な配列である必要がある。前記DNA部分の長さは、標的核酸の特異的分析のため、6から100ヌクレオチド、さらに好ましくは10から30ヌクレオチドとすることが好ましい。なお前記DNA部分は、増幅した標的核酸と相補結合を形成した場合に、RNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素による3’末端からの伸長が生じないように、当該3’末端が標的核酸と非相補的な配列が付加されているか、または、その3’末端が化学的に修飾(例えばアミノ化)されていることが好ましい。 An example of the probe is a DNA bound with an intercalating fluorescent dye having a sequence complementary or homologous to a portion of the target nucleic acid. The sequence of the DNA portion should be a sequence that is present in the target nucleic acid and that is complementary to a portion that is sufficiently distinguishable from nucleic acids other than the target nucleic acid. The length of the DNA portion is preferably 6 to 100 nucleotides, more preferably 10 to 30 nucleotides, for specific analysis of target nucleic acids. In addition, the 3' end of the DNA portion is non-target nucleic acid so that the 3' end of the DNA portion does not extend from the 3' end by an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity when complementary bonds are formed with the amplified target nucleic acid. Preferably, a complementary sequence is added or the 3' end is chemically modified (eg aminated).

インターカレーター性蛍光色素は、前述したDNA部分が他の核酸と相補結合を形成すると二本鎖部分にインターカレーションして蛍光特性が変化するものである。この目的のためには、例えば、インターカレーター性蛍光色素を、二本鎖部分へのインターカレーションを妨げない程度の適当な分子長リンカーを介してDNAと結合すればよい。かかるリンカーとしては、インターカレーター性蛍光色素が二本鎖部分にインターカレーションすることを妨げない分子であれば特に制限はない。特に両末端に官能基を有する二官能性炭化水素から選択されるリンカー分子は、オリゴヌクレオチドへの修飾を行なう上で簡便で好ましい。また市販の試薬セット(例えば、Clontech社製C6-Thiolmodifier)を使用してもよい。 The intercalating fluorescent dye is such that when the aforementioned DNA portion forms a complementary bond with another nucleic acid, it intercalates with the double-stranded portion and changes its fluorescent properties. For this purpose, for example, an intercalating fluorescent dye may be bound to DNA via a linker of suitable molecular length that does not interfere with intercalation into the double-stranded portion. Such a linker is not particularly limited as long as it is a molecule that does not interfere with the intercalation of the intercalating fluorescent dye into the double-stranded portion. In particular, a linker molecule selected from bifunctional hydrocarbons having functional groups at both ends is convenient and preferred for modifying oligonucleotides. A commercially available reagent set (eg, C6-Thiolmodifier manufactured by Clontech) may also be used.

インターカレーター性蛍光色素としては、二本鎖にインターカレーションすることで、例えば発する蛍光波長が変動したりする等、その蛍光特性が変化するものであれば特に制限はないが、測定の容易さ等の観点からインターカレーションにより蛍光強度が増加する性質を有するものが特に好ましい。具体的には、蛍光強度の変化が特に著しい、チアゾールオレンジやオキサゾールイエロー、ならびにそれらの誘導体が、好ましいインターカレーター性蛍光色素として例示できる。 The intercalating fluorescent dye is not particularly limited as long as it changes its fluorescence characteristics, for example, the wavelength of the emitted fluorescence fluctuates by intercalating into the double strands. From such viewpoints, it is particularly preferable to have a property that fluorescence intensity increases by intercalation. Specifically, thiazole orange, oxazole yellow, and derivatives thereof, which exhibit a particularly remarkable change in fluorescence intensity, can be exemplified as preferred intercalating fluorescent dyes.

インターカレーター性蛍光色素をリンカーを介してDNA部分に結合させる位置は、当該DNA部分の5’末端、3’末端又は中央部等、インターカレーター性蛍光色素の二本鎖へのインターカレーションが妨げられず、かつ、DNA部分とRNAとの相補結合を阻害しない限り特に制限はない。 The position at which the intercalating fluorescent dye is bound to the DNA portion via the linker is such as the 5′ end, 3′ end, or central portion of the DNA portion, which prevents intercalation of the intercalating fluorescent dye into the double strand. There is no particular limitation as long as it does not inhibit complementary binding between the DNA portion and RNA.

標的核酸の一部と相補的二本鎖を形成すると形成前と比較し蛍光特性が変化するオリゴヌクレオチドプローブの別の例として、モレキュラービーコンがあげられる。モレキュラービーコンは、標的核酸の一部と相補的または相同的な配列を有するDNAであり、その両端に蛍光色素とクエンチャーを有するステムループ構造になっている。ステムループ構造の状態では、蛍光色素の蛍光がクエンチャーにより抑制されているが、ループ配列中に存在する標的RNAに相補的な領域が反応中に生じた増幅産物とハイブリダイズするとステム部分が開裂し発光を発する。ステムの形成は、分子内でDNAの二本鎖を形成し、会合能の高い蛍光色素(Cy3など)とクエンチャー(アゾ化合物など)のペアをDNAに導入することで形成できる。 Molecular beacons are another example of oligonucleotide probes that change their fluorescent properties when formed into complementary duplexes with a portion of a target nucleic acid compared to before formation. A molecular beacon is a DNA having a sequence complementary or homologous to a portion of a target nucleic acid, and has a stem-loop structure having a fluorescent dye and a quencher at both ends. In the state of the stem-loop structure, the fluorescence of the fluorescent dye is suppressed by the quencher, but when the region complementary to the target RNA present in the loop sequence hybridizes with the amplification product generated during the reaction, the stem portion is cleaved. and emit light. A stem can be formed by forming a double strand of DNA in a molecule and introducing a pair of a fluorescent dye (such as Cy3) and a quencher (such as an azo compound) with high association ability into the DNA.

標的核酸の一部と相補的二本鎖を形成すると形成前と比較し蛍光特性が変化するオリゴヌクレオチドプローブのさらに別の例として、FRET(Fluorescence Resonance Energy Transfer)プローブがあげられる。この場合、標的核酸の配列において、増幅に用いた第一および第二のプライマーの内側に設計された2本のプローブを使用する。2本のプローブのうち、一方のプローブの3’末端にはドナー蛍光色素を、もう一方のプローブの5’末端にはアクセプター蛍光色素を、それぞれ修飾する。2本のプローブのDNA配列をハイブリダイゼーションするとドナー蛍光色素とアクセプター蛍光色素が近接するように設計することで、2本のプローブが反応中に生じた増幅産物とハイブリダイゼーションすることにより生じるFRET現象により検出できる。 Yet another example of an oligonucleotide probe whose fluorescence properties change after forming a complementary double strand with a portion of a target nucleic acid compared to before formation is a FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) probe. In this case, two probes designed inside the first and second primers used for amplification are used in the sequence of the target nucleic acid. Of the two probes, the 3' end of one probe is modified with a donor fluorescent dye, and the 5' end of the other probe is modified with an acceptor fluorescent dye. By designing the donor fluorescent dye and the acceptor fluorescent dye to be close to each other when the DNA sequences of the two probes are hybridized, the FRET phenomenon occurs when the two probes hybridize with the amplified product generated during the reaction. detectable.

標的核酸の一部と相補的二本鎖を形成すると形成前と比較し蛍光特性が変化するオリゴヌクレオチドプローブのさらにまた別の例として、TaqManプローブがあげられる。この場合、標的核酸の配列において、増幅に用いた第一および第二のプライマーの内側に設計された1本のプローブを使用する。TaqManプローブの5’末端には蛍光色素(レポーター色素)を、3’末端にはクエンチャーを、それぞれ標識する。レポーター色素の蛍光はクエンチャーにより抑制されているが、DNAポリメラーゼによるプライマーの伸長反応時に、標的RNAにプローブがハイブリダイズしていると、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性によりプローブが分解され、リポーター色素が遊離することで生じる蛍光により検出できる。 Yet another example of an oligonucleotide probe that undergoes a change in fluorescence properties when formed into a complementary duplex with a portion of a target nucleic acid is a TaqMan probe. In this case, one probe designed inside the first and second primers used for amplification is used in the sequence of the target nucleic acid. The 5' end of the TaqMan probe is labeled with a fluorescent dye (reporter dye), and the 3' end is labeled with a quencher. Although the fluorescence of the reporter dye is suppressed by the quencher, if the probe is hybridized to the target RNA during the extension reaction of the primer by DNA polymerase, the probe is decomposed by the 5′→3′ exonuclease activity and the reporter It can be detected by the fluorescence generated by the liberation of the dye.

本発明の標的核酸増幅試薬は、RNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素と、DNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素と、リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素と、RNAポリメラーゼ活性を有する酵素と、標的核酸の一部と相補的な配列を有する第一のプライマーと、標的核酸の一部と相同的な配列を有する第二のプライマーと、を含む試薬(ただし、前記第一のプライマーおよび前記第二のプライマーのいずれか一方には、その5’末端側に前記RNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加している)であって、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼをさらに含むことを特徴としている。 The target nucleic acid amplification reagent of the present invention comprises an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity, an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity, an enzyme having ribonuclease H (RNase H) activity, and an enzyme having RNA polymerase activity. , a reagent comprising a first primer having a sequence complementary to a portion of the target nucleic acid and a second primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid (provided that the first primer and the Either one of the second primers has a promoter sequence of the enzyme having RNA polymerase activity added to its 5' end) and does not have 3'→5' exonuclease activity, and further comprising a DNA-dependent DNA polymerase having 5'→3' exonuclease activity.

本発明によれば、比較的低温の一定温度下での、試料中に含まれる標的核酸の増幅反応において、増幅効率を飛躍的に向上させることができる。したがって、試料中に存在する極微量の標的核酸を、従来の方法より、高効率かつ再現性良く(高精度に)増幅し検出できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, amplification efficiency can be dramatically improved in an amplification reaction of a target nucleic acid contained in a sample at a relatively low constant temperature. Therefore, an extremely small amount of target nucleic acid present in a sample can be amplified and detected with higher efficiency and higher reproducibility (higher accuracy) than conventional methods.

実施例3の結果を示した図(蛍光プロファイル)。FIG. 10 shows the results of Example 3 (fluorescence profile). 実施例5および比較例1で用いた反応装置を示す図(平面図)である。FIG. 2 is a diagram (plan view) showing a reactor used in Example 5 and Comparative Example 1. FIG. 図2に示す反応装置のA-A’断面図(正面図)である。FIG. 3 is a cross-sectional view (front view) of the reactor shown in FIG. 2 taken along line A-A'; 図2のうち点線四角で囲まれた部分を拡大した図である。FIG. 3 is an enlarged view of a portion surrounded by a dotted square in FIG. 2; 実施例5および比較例1における、液滴保持部に保持された液滴の様子を示す図である。10A and 10B are diagrams showing states of droplets held by a droplet holding unit in Example 5 and Comparative Example 1. FIG.

以下、実施例および比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below using Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1 DNAポリメラーゼの追加によるRNA検出への影響(その1)
一定温度で1本鎖RNAを増幅可能な系(NASBA法、TMA法、TRC法など)に、種々のDNAポリメラーゼをさらに添加することによる、RNA検出への影響を評価した。
Example 1 Effect of addition of DNA polymerase on RNA detection (part 1)
Effects on RNA detection by further adding various DNA polymerases to a system capable of amplifying single-stranded RNA at a constant temperature (NASBA method, TMA method, TRC method, etc.) were evaluated.

(1)C型肝炎ウイルス標準RNA(以下、単に標準RNAとも表記する)遺伝子が挿入されたプラスミドから、in vitro転写により、前記標準RNA(配列番号1)を調製した。当該標準RNAを注射用水を用いて10コピー/2μLとなるように希釈し、これをRNA試料とした。 (1) The standard RNA (SEQ ID NO: 1) was prepared by in vitro transcription from a plasmid into which the hepatitis C virus standard RNA (hereinafter also simply referred to as standard RNA) gene was inserted. The standard RNA was diluted with water for injection to 10 3 copies/2 μL, and this was used as an RNA sample.

(2)以下の組成からなる反応液10μLを0.5mL容量PCRチューブ(Individual Dome Cap PCR Tube、SSI社製)に分注した後、前記RNA試料2μLを添加した。なお標準RNA検出用プローブであるINAFプローブ(配列番号2)は、当該配列の10番目のCと11番目のGとの間にリンカーを介してインターカレーター性蛍光色素であるオキサゾールイエローを結合し、かつ3’末端をビオチン修飾したオリゴヌクレオチドプローブである。また第一のプライマー(配列番号3)は、標準RNAの相補鎖の一部(具体的には配列番号1の125番目から145番目まで:配列番号5)の5’末端側にT7プロモーター配列(配列番号6)を付加したオリゴヌクレオチドである。またDNAポリメラーゼは、表1に示すいずれかのDNAポリメラーゼであり、その添加量は各ポリメラーゼで濃度(U/μL)が異なるため、濃度に関係なく一律2μLとした。 (2) After dispensing 10 μL of the reaction solution having the following composition into a 0.5 mL PCR tube (Individual Dome Cap PCR Tube, manufactured by SSI), 2 μL of the RNA sample was added. The INAF probe (SEQ ID NO: 2), which is a standard RNA detection probe, binds an intercalating fluorescent dye, oxazole yellow, via a linker between the 10th C and the 11th G of the sequence, It is also an oligonucleotide probe modified with biotin at the 3' end. In addition, the first primer (SEQ ID NO: 3) has a T7 promoter sequence ( It is an oligonucleotide to which SEQ ID NO: 6) is added. The DNA polymerase was any of the DNA polymerases shown in Table 1, and since the concentration (U/μL) of each polymerase was different, the amount added was uniformly 2 μL regardless of the concentration.

反応液の組成:濃度は後述の開始剤添加後(20μL中)の最終濃度
66mM Tris-HCl緩衝液(pH8.36)
各0.33mM dATP、dCTP、dGTP、dTTP
各2.0mM ATP、CTP、GTP、TTP
3.3mM ITP
122.2mM トレハロース
50nM INAFプローブ(標準RNAの相同鎖の一部[配列番号1の107番目から123番目まで]:配列番号2)
1.0μM 第一のプライマー(配列番号3)
1.0μM 第二のプライマー(標準RNAの相同鎖の一部[配列番号1の1番目から16番目まで]:配列番号4)
4.3U AMV逆転写酵素
95U T7 RNAポリメラーゼ
2μL 追加DNAポリメラーゼまたは注射用水
(3)上記の反応液を46℃で3分間保温後、以下の組成からなる開始剤8μLを添加した。
Composition of reaction solution: Final concentration after addition of initiator described later (in 20 μL) 66 mM Tris-HCl buffer (pH 8.36)
0.33 mM each dATP, dCTP, dGTP, dTTP
2.0 mM each ATP, CTP, GTP, TTP
3.3mM ITP
122.2 mM trehalose 50 nM INAF probe (portion of homologous strand of standard RNA [107th to 123rd of SEQ ID NO: 1]: SEQ ID NO: 2)
1.0 μM first primer (SEQ ID NO: 3)
1.0 μM second primer (portion of homologous strand of standard RNA [1st to 16th of SEQ ID NO: 1]: SEQ ID NO: 4)
4.3 U AMV reverse transcriptase 95 U T7 RNA polymerase 2 μL additional DNA polymerase or water for injection (3) After incubating the above reaction solution at 46° C. for 3 minutes, 8 μL of an initiator having the following composition was added.

開始剤の組成:濃度は開始剤添加後(20μL中)の最終濃度
18.4mM 塩化マグネシウム
90.0mM 塩化カリウム
0.1%(w/v) Tween 20(10%Tween20(和光純薬社製)を注射用水で10倍希釈)
9.0%(v/v) DMSO
(4)引き続きPCRチューブを直接測定可能な温調機能付き蛍光分光光度計を用い、46℃で反応させると同時に反応液の蛍光強度(励起波長470nm、蛍光波長520nm)を経時的に30分間測定した。
Composition of initiator: Final concentration after addition of initiator (in 20 μL) 18.4 mM magnesium chloride 90.0 mM potassium chloride 0.1% (w/v) Tween 20 (10% Tween 20 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) diluted 10 times with water for injection)
9.0% (v/v) DMSO
(4) Subsequently, using a fluorescence spectrophotometer with a temperature control function that can directly measure the PCR tube, react at 46 ° C. and measure the fluorescence intensity (excitation wavelength 470 nm, fluorescence wavelength 520 nm) of the reaction solution over time for 30 minutes. bottom.

開始剤添加時を0分として、反応液の蛍光強度比(所定時間の蛍光強度値をバックグラウンドの蛍光強度比で割った値)が1.2を超えた場合を陽性判定とした。20分以内に陽性判定となった場合を(+)、陽性判定とならなかった(陰性判定)場合を(-)とした。結果を表1に示す。 Taking the time of the addition of the initiator as 0 minutes, a positive determination was made when the fluorescence intensity ratio of the reaction solution (the value obtained by dividing the fluorescence intensity value for a predetermined time by the background fluorescence intensity ratio) exceeded 1.2. A positive judgment was given within 20 minutes as (+), and a positive judgment (negative judgment) was given as (-). Table 1 shows the results.

Figure 0007218558000001
Figure 0007218558000001

今回検討したDNAポリメラーゼのうち、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNAポリメラーゼ(DNA Polymerase IおよびDNA Polymerase I,Large (Klenow) Fragment)は5’→3’エキソヌクレアーゼ活性の有無にかかわらず陰性判定となり、検出を大きく阻害することがわかった。そのため、一定温度で1本鎖RNAを増幅する系に添加するDNAポリメラーゼとして、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNAポリメラーゼは好ましくないことが判明した。 Among the DNA polymerases examined this time, DNA polymerases with 3'→5' exonuclease activity (DNA Polymerase I and DNA Polymerase I, Large (Klenow) Fragment) are negative regardless of the presence or absence of 5'→3' exonuclease activity. It turned out to be a judgment and greatly inhibit detection. Therefore, it was found that a DNA polymerase having 3'→5' exonuclease activity is not preferable as a DNA polymerase to be added to a system for amplifying single-stranded RNA at a constant temperature.

実施例2 DNAポリメラーゼの追加によるRNA検出への影響(その2)
実施例1で陽性判定となった、追加DNAポリメラーゼのうち、Bst DNA Polymerase,Full Length、Bst DNA Polymerase,Large Fragmentおよび96-7 DNA Polymeraseを選択し、標準RNAを検出した。
Example 2 Effect of addition of DNA polymerase on RNA detection (Part 2)
Among the additional DNA polymerases determined positive in Example 1, Bst DNA Polymerase, Full Length, Bst DNA Polymerase, Large Fragment and 96-7 DNA Polymerase were selected and standard RNAs were detected.

(1)以下の組成からなる反応液10μLを0.5mL容量PCRチューブ(Individual Dome Cap PCR Tube、SSI社製)に分注した後、実施例1(1)で調製したRNA試料2μLを添加した。 (1) After dispensing 10 μL of the reaction solution having the following composition into a 0.5 mL capacity PCR tube (Individual Dome Cap PCR Tube, manufactured by SSI), 2 μL of the RNA sample prepared in Example 1 (1) was added. .

反応液の組成:濃度は後述の開始剤添加後(20μL中)の最終濃度
66mM Tris-HCl緩衝液(pH8.36)
各0.33mM dATP、dCTP、dGTP、dTTP
各2.0mM ATP、CTP、GTP、TTP
3.3mM ITP
96.3mM トレハロース
50nM INAFプローブ(配列番号2)
1.0μM 第一のプライマー(配列番号3)
1.0μM 第二のプライマー(配列番号4)
12.8U AMV逆転写酵素
166U T7 RNAポリメラーゼ
追加DNAポリメラーゼまたは注射用水(添加量は表2に記載)
(2)上記の反応液を46℃で3分間保温後、以下の組成からなる開始剤8μLを添加した。
Composition of reaction solution: Final concentration after addition of initiator described later (in 20 μL) 66 mM Tris-HCl buffer (pH 8.36)
0.33 mM each dATP, dCTP, dGTP, dTTP
2.0 mM each ATP, CTP, GTP, TTP
3.3mM ITP
96.3 mM trehalose 50 nM INAF probe (SEQ ID NO:2)
1.0 μM first primer (SEQ ID NO: 3)
1.0 μM second primer (SEQ ID NO: 4)
12.8U AMV Reverse Transcriptase 166U T7 RNA Polymerase Additional DNA Polymerase or Water for Injection (Additional amounts listed in Table 2)
(2) After incubating the above reaction solution at 46° C. for 3 minutes, 8 μL of an initiator having the following composition was added.

開始剤の組成:濃度は開始剤添加後(20μL中)の最終濃度
18.4mM 塩化マグネシウム
90.0mM 塩化カリウム
0.1%(w/v) Tween 20
9.0%(v/v) DMSO
(3)引き続きPCRチューブを直接測定可能な温調機能付き蛍光分光光度計を用い、46℃で反応させると同時に反応液の蛍光強度(励起波長470nm、蛍光波長520nm)を経時的に30分間測定した。
Initiator composition: Concentrations are final after addition of initiator (in 20 μL) 18.4 mM Magnesium chloride 90.0 mM Potassium chloride 0.1% (w/v) Tween 20
9.0% (v/v) DMSO
(3) Subsequently, using a fluorescence spectrophotometer with a temperature control function that can directly measure the PCR tube, react at 46 ° C. and measure the fluorescence intensity (excitation wavelength 470 nm, fluorescence wavelength 520 nm) of the reaction solution over time for 30 minutes. bottom.

開始剤添加時を0分として、反応液の蛍光強度比(所定時間の蛍光強度値をバックグラウンドの蛍光強度比で割った値)が1.2を超えた場合を陽性判定とし、そのときの時間を検出時間とした結果を表2に示す。 With the addition of the initiator as 0 minutes, the fluorescence intensity ratio of the reaction solution (the value obtained by dividing the fluorescence intensity value for a predetermined time by the background fluorescence intensity ratio) exceeded 1.2. Table 2 shows the results with time as the detection time.

Figure 0007218558000002
Figure 0007218558000002

結果、Bst DNA Polymerase,Full Lengthを用いたときは10U/testが、Bst DNA Polymerase,Large Fragmentを用いたときは1.6U/testが、96-7 DNA Polymeraseは8U/testが、それぞれ最適添加量であった。なお前記最適添加量でのRNA試料(標準RNA:10コピー/test)の検出時間は5.5分から5.7分と、DNAポリメラーゼを追加しない系(注射用水を添加した系)での検出時間(6.2分)よりも0.5分から0.7分向上した。一般的にTRC法による核酸増幅では、1分の検出時間短縮は10倍の高感度化に相当することから、今回検討したDNAポリメラーゼの添加により感度が約3倍から5倍向上していることがわかる。 As a result, 10 U/test is optimal when Bst DNA Polymerase, Full Length is used, 1.6 U/test is optimal when Bst DNA Polymerase, Large Fragment is used, and 8 U/test is optimal for 96-7 DNA Polymerase. was the quantity. The detection time for the RNA sample (standard RNA: 10 3 copies/test) at the optimum addition amount was 5.5 minutes to 5.7 minutes, and detection in a system without addition of DNA polymerase (system with water for injection added). 0.5 to 0.7 minutes better than the time (6.2 minutes). Generally, in nucleic acid amplification by the TRC method, a 1-minute reduction in detection time is equivalent to a 10-fold increase in sensitivity. I understand.

実施例3 DNAポリメラーゼの追加による蛍光強度比への影響
実施例2で決定した、追加DNAポリメラーゼ添加量を最適化した系で、標準RNAを検出し、得られた蛍光プロファイルを比較した。
Example 3 Effect of addition of DNA polymerase on fluorescence intensity ratio Standard RNA was detected in the system in which the amount of additional DNA polymerase added was optimized as determined in Example 2, and fluorescence profiles obtained were compared.

(1)以下の組成からなる反応液10μLを0.5mL容量PCRチューブ(Individual Dome Cap PCR Tube、SSI社製)に分注した後、実施例1(1)で調製したRNA試料2μLを添加した。 (1) After dispensing 10 μL of the reaction solution having the following composition into a 0.5 mL capacity PCR tube (Individual Dome Cap PCR Tube, manufactured by SSI), 2 μL of the RNA sample prepared in Example 1 (1) was added. .

反応液の組成:濃度は後述の開始剤添加後(20μL中)の最終濃度
66mM Tris-HCl緩衝液(pH8.36)
各0.33mM dATP、dCTP、dGTP、dTTP
各2.0mM ATP、CTP、GTP、TTP
3.3mM ITP
96.3mM トレハロース
50nM INAFプローブ(配列番号2)
1.0μM 第一のプライマー(配列番号3)
1.0μM 第二のプライマー(配列番号4)
12.8U AMV逆転写酵素
166U T7 RNAポリメラーゼ
追加DNAポリメラーゼ(10U Bst DNA Polymerase,Full Length、1.6U Bst DNA Polymerase,Large Fragmentおよび8U 96-7 DNA Polymeraseのいずれか)または注射用水
(2)上記の反応液を46℃で3分間保温後、以下の組成からなる開始剤8μLを添加
した。
Composition of reaction solution: Final concentration after addition of initiator described later (in 20 μL) 66 mM Tris-HCl buffer (pH 8.36)
0.33 mM each dATP, dCTP, dGTP, dTTP
2.0 mM each ATP, CTP, GTP, TTP
3.3mM ITP
96.3 mM trehalose 50 nM INAF probe (SEQ ID NO:2)
1.0 μM first primer (SEQ ID NO: 3)
1.0 μM second primer (SEQ ID NO: 4)
12.8U AMV reverse transcriptase 166U T7 RNA polymerase Additional DNA polymerase (either 10U Bst DNA Polymerase, Full Length, 1.6U Bst DNA Polymerase, Large Fragment and 8U 96-7 DNA Polymerase) or water for injection (2) Above After incubating the reaction solution at 46° C. for 3 minutes, 8 μL of an initiator having the following composition was added.

開始剤の組成:濃度は開始剤添加後(20μL中)の最終濃度
18.4mM 塩化マグネシウム
90.0mM 塩化カリウム
0.1%(w/v) Tween 20
9.0%(v/v) DMSO
(3)引き続きPCRチューブを直接測定可能な温調機能付き蛍光分光光度計を用い、46℃で反応させると同時に反応液の蛍光強度(励起波長470nm、蛍光波長520nm)を経時的に30分間測定した。
Initiator composition: Concentrations are final after addition of initiator (in 20 μL) 18.4 mM Magnesium chloride 90.0 mM Potassium chloride 0.1% (w/v) Tween 20
9.0% (v/v) DMSO
(3) Subsequently, using a fluorescence spectrophotometer with a temperature control function that can directly measure the PCR tube, react at 46 ° C. and measure the fluorescence intensity (excitation wavelength 470 nm, fluorescence wavelength 520 nm) of the reaction solution over time for 30 minutes. bottom.

開始剤添加時を0分として、各測定時間における反応液の蛍光強度比(所定時間の蛍光強度値をバックグラウンドの蛍光強度比で割った値)をプロットした図(蛍光プロファイル)を図1に、蛍光強度比の最大値をまとめた結果を表3に、それぞれ示す。なお図1に示す通り、最も高い値が測定された後は、蛍光強度比はほぼプラトーになるため、前記蛍光強度比の最大値を、エンドポイントなどで検出する場合のS/N比として考えてよい。 FIG. 1 shows a graph (fluorescence profile) plotting the fluorescence intensity ratio of the reaction solution at each measurement time (the value obtained by dividing the fluorescence intensity value at a predetermined time by the background fluorescence intensity ratio) with the time of adding the initiator as 0 minutes. , and the maximum fluorescence intensity ratio are shown in Table 3, respectively. As shown in FIG. 1, after the highest value is measured, the fluorescence intensity ratio almost reaches a plateau, so the maximum value of the fluorescence intensity ratio is considered as the S/N ratio when detecting at an end point or the like. you can

Figure 0007218558000003
Figure 0007218558000003

本実施例で検討した追加DNAポリメラーゼのうち、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性は有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNAポリメラーゼ(Bst DNA Polymerase,Full Length)を用いたときの蛍光強度比の最大値(S/N比)は4.7倍と、DNAポリメラーゼを追加しない系(注射用水を添加した系)(5.0倍)ほぼ同等であった。以上の結果から、一定温度で1本鎖RNAを増幅可能な系(NASBA法、TMA法、TRC法など)に、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性は有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNAポリメラーゼをさらに添加することで、添加前と同等の精度(S/N比)を維持しつつ、検出時間(感度)を向上できることがわかる。 When using a DNA polymerase (Bst DNA Polymerase, Full Length) that does not have 3′→5′ exonuclease activity and has 5′→3′ exonuclease activity among the additional DNA polymerases examined in this example The maximum fluorescence intensity ratio (S/N ratio) was 4.7 times, which is almost equivalent to the system without addition of DNA polymerase (system with water for injection added) (5.0 times). From the above results, systems capable of amplifying single-stranded RNA at a constant temperature (NASBA method, TMA method, TRC method, etc.) do not have 3′→5′ exonuclease activity and 5′→3′ exonuclease activity It can be seen that by further adding a DNA polymerase having nuclease activity, the detection time (sensitivity) can be improved while maintaining the same accuracy (S/N ratio) as before the addition.

一方、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性および5’→3’エキソヌクレアーゼ活性の両方を有さないDNAポリメラーゼ(Bst DNA Polymerase,Large Fragmentおよび96-7 DNA Polymerase)を用いたときのS/N比は、DNAポリメラーゼを追加しない系よりも低下していた(ともに3.4倍)。 On the other hand, the S / N ratio when using a DNA polymerase (Bst DNA Polymerase, Large Fragment and 96-7 DNA Polymerase) that does not have both 3' → 5' exonuclease activity and 5' → 3' exonuclease activity was lower than the system without the addition of DNA polymerase (both 3.4 times).

実施例4 マイクロ流路チップの作製
本発明の増幅試薬をデジタル核酸増幅に適用するにあたり、デジタル核酸増幅のためのマイクロ流路チップを作製した。具体的には、フォトリソグラフィーおよびソフトリソグラフィー技術を用いて、図2から4に示すマイクロ流路チップ100を作製した。作製手順を以下に示す。
Example 4 Production of Microchannel Chip In applying the amplification reagent of the present invention to digital nucleic acid amplification, a microchannel chip for digital nucleic acid amplification was produced. Specifically, the microchannel chip 100 shown in FIGS. 2 to 4 was produced using photolithography and soft lithography techniques. The fabrication procedure is shown below.

(1)4インチベアシリコンウェハ(フィルテック社)上へ、フォトレジストSU-8 3050(Microchem社)を滴下後、スピンコーター(MIKASA社)を用いてフォトレジスト薄膜を形成した。 (1) After dropping a photoresist SU-8 3050 (Microchem) onto a 4-inch bare silicon wafer (Filtech), a photoresist thin film was formed using a spin coater (MIKASA).

(2)マスクアライナー(ウシオ電機社)とマイクロ流路チップ100の流路パターンを形成したクロムマスクとを用いて、前記流路パターンをフォトレジスト膜へ形成後、SU-8 Developer(Microchem社)を用いて流路パターンを現像することで、マイクロ流路チップ100を構成する流路の鋳型を作製した(流路の高さ80μm)。 (2) Using a mask aligner (Ushio Inc.) and a chromium mask on which the channel pattern of the microchannel chip 100 is formed, the channel pattern is formed on a photoresist film, and then SU-8 Developer (Microchem). was used to develop the channel pattern, to prepare a mold for the channels constituting the microchannel chip 100 (channel height: 80 μm).

(3)SU-8への吸着を抑えるために、Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluoro-octyl)silane(Thermo Fisher Scientific社)による蒸着表面処理を行なった。 (3) In order to suppress adsorption to SU-8, the surface was treated by vapor deposition with Trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-octyl) silane (Thermo Fisher Scientific).

(4)(3)の処理を行なった鋳型へ、SYLGARD SILICONE ELASTOMER KIT(東レ・ダウコーニング社)を用いて調製した未硬化のシロキサンモノマーと重合開始剤との混合物(重量比10:1)を流し込み、80℃で2時間加熱することで、流路の形状が転写されたポリマー(PDMS)基板101を作製した。 (4) A mixture of an uncured siloxane monomer and a polymerization initiator (10:1 weight ratio) prepared using SYLGARD SILICONE ELASTOMER KIT (Dow Corning Toray Co., Ltd.) was applied to the mold treated in (3). By pouring and heating at 80° C. for 2 hours, a polymer (PDMS) substrate 101 on which the shape of the channel was transferred was produced.

(5)ポリマー基板101を鋳型から慎重に剥がし、カッターで成形後、パンチャーを用いて反応液10および非混和性液体20の導入口、ならびに排出口80を形成した。 (5) The polymer substrate 101 was carefully peeled off from the mold, formed with a cutter, and then formed with a puncher to form an inlet for the reaction liquid 10 and the immiscible liquid 20 and an outlet 80 .

(6)導入口及び吸引口を形成したポリマー基板101並びにカバーガラス102(松浪硝子社)を酸素プラズマ発生装置(メイワフォーシス社)で表面処理後、PDMS基板101パターン面とカバーガラス102とを貼り合わせた。 (6) After surface treatment of the polymer substrate 101 with the introduction port and the suction port and the cover glass 102 (Matsunami Glass Co., Ltd.) with an oxygen plasma generator (Meiwa Foursys Co., Ltd.), the patterned surface of the PDMS substrate 101 and the cover glass 102 are attached. Matched.

(7)2% Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluoro-octyl)silane(Thermo Fisher Scientific社)含有エタノールを流路に導入し、30分間放置することで、流路壁面の表面を修飾後、エタノールを用いて流路内を洗浄し、風乾することでマイクロ流路チップ100を作製した。作製したチップは真空デシケーター内に保存した。 (7) Ethanol containing 2% Trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-octyl) silane (Thermo Fisher Scientific) was introduced into the channel and allowed to stand for 30 minutes to modify the surface of the channel wall surface. , the inside of the channel was washed with ethanol, and air-dried to fabricate the microchannel chip 100 . The prepared chip was stored in a vacuum desiccator.

作製したマイクロ流路チップ100は、縦24mm×横60mmの大きさであり、反応液保持部10a/10b並びに液体保持部20への導入口としてφ4mmの穴を、排出口80としてφ1.5mmの穴を、それぞれ設けている。 The fabricated microchannel chip 100 has a size of 24 mm long and 60 mm wide, and has a hole of φ4 mm as an introduction port to the reaction liquid holding parts 10a/10b and the liquid holding part 20, and a hole of φ1.5 mm as an outlet 80. Each hole is provided.

反応液保持部10a/10bから反応液合流部30に至るまでの流路11a/11bは幅100μm×長さ47mmの蛇行流路であり、液体保持部20から液滴形成部40に至るまでの流路21a/21bは屈曲部を二箇所有した幅100μm×長さ22mmの直線流路である。反応液合流部30は反応液流路11aと反応液流路11bとが合流角度90度で合流し、幅200μmから幅100μmまで角度10度の割合で流路が狭窄される。液滴形成部40は、前記狭窄後の流路(幅100μm×長さ150μm)と流路21a/21bとが角度90度で十字に交差することで合流した反応液と非混和性液体とを接触させ、液滴生成流路(交差部から幅80μm×長さ100μm)内で合流した反応液の液滴を形成する。液滴形成部40で形成した液滴は、流路出口50(幅200μm×長さ800μm)を経て、分岐部60に流れる。分岐流路60は、二方向に、角度90度で、それぞれ5回分岐した構造となっており、1回目の分岐では幅200μm×長さ4mm、2回目の分岐では幅200μm×長さ2mm、3回目の分岐では幅200μm×長さ1.3mm、4回目の分岐では幅200μm×長さ1mm、5回目の分岐では幅270μm×長さ500μmである。分岐流路60で32分割した後は、液滴保持部70(幅15mm×長さ40mm)に導入され、液滴が保持される。 The flow path 11a/11b from the reaction liquid holding section 10a/10b to the reaction liquid confluence section 30 is a meandering flow path with a width of 100 μm and a length of 47 mm. The channels 21a/21b are straight channels having a width of 100 μm and a length of 22 mm and having two bent portions. In the reaction liquid confluence section 30, the reaction liquid flow path 11a and the reaction liquid flow path 11b join at a confluence angle of 90 degrees, and the flow path is narrowed at a rate of 10 degrees from a width of 200 μm to a width of 100 μm. In the droplet forming section 40, the constricted flow path (width 100 μm×length 150 μm) crosses the flow path 21a/21b at an angle of 90 degrees to form a confluence of the reaction liquid and the immiscible liquid. They are brought into contact with each other to form droplets of the reaction liquid that merge in the droplet generation channel (width 80 μm×length 100 μm from the intersection). The droplets formed by the droplet forming section 40 flow to the branching section 60 through the channel outlet 50 (width 200 μm×length 800 μm). The branch flow path 60 has a structure in which it is branched five times in two directions at an angle of 90 degrees. The third branch is 200 μm wide×1.3 mm long, the fourth branch is 200 μm wide×1 mm long, and the fifth branch is 270 μm wide×500 μm long. After being divided into 32 by the branch channel 60, the droplets are introduced into the droplet holding unit 70 (width 15 mm×length 40 mm) and held.

実施例5 DNAポリメラーゼの追加によるデジタル核酸増幅における検出率の向上
実施例4で作製したマイクロ流路デバイス100を備えた反応装置1(図2および3)を用いて、C型肝炎ウイルス(HCV)RNA(配列番号1)のデジタル等温核酸増幅に適用した。
Example 5 Improvement of detection rate in digital nucleic acid amplification by addition of DNA polymerase Applied for digital isothermal nucleic acid amplification of RNA (SEQ ID NO: 1).

(1)HCV遺伝子が挿入されたプラスミドから、in vitro転写によりHCV標準RNA(配列番号1)を調製した。当該標準RNAを注射用水を用いて10コピー/2μLとなるように希釈し、これをRNA試料とした。 (1) HCV standard RNA (SEQ ID NO: 1) was prepared by in vitro transcription from a plasmid into which the HCV gene was inserted. The standard RNA was diluted with water for injection to 10 7 copies/2 μL, and this was used as an RNA sample.

(2)10μL中に 以下の組成を含む水溶液を調製し、これを標準RNAを含む反応液とした。なおモレキュラービーコンプローブ(配列番号7)は、標準RNAの相同鎖の5’末端側および3’末端側に、当該標準RNAと相補的二本鎖を形成しないときにはステムループ構造を形成できるようなオリゴヌクレオチドを、それぞれ6塩基付加しており(5’側の1塩基のみ重複している)、さらに5’末端側にはFAMを、3’末端側にはIDT社製IowaBlackFQをそれぞれ結合させている。 (2) An aqueous solution containing the following composition in 10 μL was prepared and used as a reaction solution containing standard RNA. The molecular beacon probe (SEQ ID NO: 7) is attached to the 5'-end and 3'-end of the homologous strand of the standard RNA, and oligos capable of forming a stem-loop structure when not forming a complementary double strand with the standard RNA. Six nucleotides are added to each (only one base on the 5' side is duplicated), and FAM is bound to the 5' end side, and IowaBlackFQ manufactured by IDT is bound to the 3' end side, respectively. .

132mM Tris-HCl緩衝液(pH8.36)
5.0%(v/v) グリセロール
各0.66mM dATP、dCTP、dGTP、dTTP
各4.0mM ATP、CTP、GTP、TTP
6.6mM ITP
192.5mM トレハロース
100nM モレキュラービーコンプローブ(標準RNAの相同鎖の一部[配列番号1の107番目から123番目まで]を含む:配列番号7)
2.0μM 第一のプライマー(配列番号3)
2.0μM 第二のプライマー(配列番号4)
2.5U Bst DNA Polymerase,Full Length
12.8U AMV逆転写酵素
166U T7 RNAポリメラーゼ
10コピー 標準RNA
(3)10μL中に以下の組成を含む水溶液を調製し、これを開始液とした。
132 mM Tris-HCl buffer (pH 8.36)
5.0% (v/v) glycerol 0.66 mM each dATP, dCTP, dGTP, dTTP
4.0 mM each ATP, CTP, GTP, TTP
6.6mM ITP
192.5 mM trehalose 100 nM molecular beacon probe (including part of homologous strand of standard RNA [107 to 123 of SEQ ID NO: 1]: SEQ ID NO: 7)
2.0 μM first primer (SEQ ID NO: 3)
2.0 μM second primer (SEQ ID NO: 4)
2.5 U Bst DNA Polymerase, Full Length
12.8U AMV reverse transcriptase 166U T7 RNA polymerase 10 4 copies standard RNA
(3) An aqueous solution containing the following composition in 10 μL was prepared and used as a starting solution.

36.8mM 塩化マグネシウム
180.0mM 塩化カリウム
0.2%(w/v) Tween 20
18.0%(v/v) DMSO
2.5%(v/v) グリセロール
100nM モレキュラービーコンプローブ(配列番号7)
(4)実施例4で作製したマイクロ流路チップ100を温調ブロック200(Mastercycler nexus flat eco、Eppendorf社)の上に固定して、46℃に加熱した。
36.8 mM magnesium chloride 180.0 mM potassium chloride 0.2% (w/v) Tween 20
18.0% (v/v) DMSO
2.5% (v/v) glycerol 100 nM Molecular Beacon Probe (SEQ ID NO:7)
(4) The microchannel chip 100 produced in Example 4 was fixed on a temperature control block 200 (Mastercycler nexus flat eco, Eppendorf) and heated to 46°C.

(5)マイクロ流路チップ100内にオイルを充填後 、液体保持部20にオイルを100μL滴下した。 (5) After filling the microchannel chip 100 with oil, 100 μL of the oil was dropped onto the liquid holding part 20 .

(6)反応液保持部10a/10b内のオイルを取り除いてから、反応液保持部10aには(2)で作製した反応液を、反応液保持部10bには(3)で作製した開始液を、それぞれ液温46℃の条件下で30μL滴下した。 (6) After removing the oil in the reaction liquid holding parts 10a/10b, the reaction liquid prepared in (2) is applied to the reaction liquid holding part 10a, and the starting solution prepared in (3) is applied to the reaction liquid holding part 10b. 30 μL of each was added dropwise at a liquid temperature of 46°C.

(7)ポンプ300を用いて排出口80からオイルを吸引した。吸引開始後1から2分で反応合流部30付近は層流となり、液滴形成部40で反応液と開始液とが概ね1:1の液滴生成が開始された。 (7) The pump 300 was used to suck the oil from the outlet 80 . One to two minutes after the start of suction, the vicinity of the reaction confluence section 30 became a laminar flow, and the droplet formation section 40 started forming droplets in a ratio of the reaction liquid and the starting liquid at approximately 1:1.

(8)吸引開始後3から5分後に当該吸引を停止し、そのまま46℃で20分間放置することで、液滴内等温増幅反応を完了させた。 (8) After 3 to 5 minutes from the start of the suction, the suction was stopped and left at 46° C. for 20 minutes to complete the intra-droplet isothermal amplification reaction.

(9)(8)の反応終了後のマイクロ流路チップ100を倒立型顕微鏡IX71(オリンパス社)に載置し、デジタルCMOSカメラ(ORCA-FLASH、浜松フォトニクス社)を用いて、液滴保持部70に保持された液滴の蛍光画像を取得した。 (9) Place the microchannel chip 100 after the reaction in (8) on an inverted microscope IX71 (Olympus), and use a digital CMOS camera (ORCA-FLASH, Hamamatsu Photonics) to capture the droplet holding part. Fluorescence images of droplets held in 70 were acquired.

(10)画像解析ソフト(ImageJ)を利用して、前記蛍光画像から、液滴の平均直径および陽性液滴(陰性液滴の平均蛍光強度に対し、蛍光強度比2.5倍以上の液滴)の個数割合を測定した。液滴の平均直径は、蛍光画像からランダムに抽出した9個の液滴の直径の平均値とした。陽性液滴の個数割合は、まず液滴が400から700個含まれる画像をランダムに選定し、これら画像中の全液滴数と陽性液滴数を測定後、当該測定結果を足し合わせることで、計3000から6000個の液滴に対する陽性液滴の個数割合を測定した。 (10) Using image analysis software (ImageJ), from the fluorescence image, the average diameter of droplets and positive droplets (droplets with a fluorescence intensity ratio of 2.5 times or more with respect to the average fluorescence intensity of negative droplets ) was measured. The average diameter of the droplets was the mean value of the diameters of 9 droplets randomly sampled from the fluorescence image. The number ratio of positive droplets is obtained by first randomly selecting images containing 400 to 700 droplets, measuring the total number of droplets and the number of positive droplets in these images, and adding the measurement results. , the number ratio of positive droplets to a total of 3000 to 6000 droplets was measured.

(11)(10)で得られた液滴の平均直径(D[μm])から下記(式1)を用いて、
液滴の平均直径(V[nL])を算出後、(10)で得られた陽性液滴の個数割合(P
ositive)および平均直径Vからポアソン分布による近似(式2)を用いて標準RNA濃度(C[コピー/μL)を算出し、添加した標準RNA(5×10コピー/μL)に対する検出率を算出した。
(11) Using the following (Equation 1) from the average diameter (D [μm]) of the droplets obtained in (10),
After calculating the average diameter of droplets (V [nL]), the number ratio of positive droplets obtained in (10) ( PP
The standard RNA concentration (C [copy/ μL ) was calculated using the Poisson distribution approximation (Formula 2) from the average diameter V and the average diameter V, and the detection rate for the added standard RNA (5 × 10 2 copies/μL) was calculated. bottom.

V=(4/3)×π×(D/2)×10-6 (式1)
C=-ln(1-PPositive)×(10/V)×20 (式2)
比較例1
実施例5(2)においてBst DNA Polymerase,Full Lengthを添加しない以外は、実施例5と同様な方法で蛍光画像を取得し、検出率を算出した。
V=(4/3)×π×(D/2) 3 ×10 −6 (Formula 1)
C=−ln(1−P Positive )×(10 3 /V)×20 (Formula 2)
Comparative example 1
Fluorescent images were obtained in the same manner as in Example 5, except that Bst DNA Polymerase, Full Length was not added in Example 5(2), and the detection rate was calculated.

実施例5および比較例1で取得した蛍光画像を図5に示し、検出率を算出した結果を表4に示す。3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素(Bst DNA Polymerase,Full Length)を添加する(実施例5)ことで、添加しないとき(比較例1)と比較し、検出率が向上していることがわかる(実施例5:62.9%、比較例1:54.0%)。 FIG. 5 shows fluorescence images obtained in Example 5 and Comparative Example 1, and Table 4 shows the results of calculating the detection rate. Adding an enzyme (Bst DNA Polymerase, Full Length) that has DNA-dependent DNA polymerase activity without 3′→5′ exonuclease activity and with 5′→3′ exonuclease activity (Example 5) , it can be seen that the detection rate is improved (Example 5: 62.9%, Comparative Example 1: 54.0%) as compared to when it is not added (Comparative Example 1).

Figure 0007218558000004
Figure 0007218558000004

1:反応装置
100:マイクロ流路チップ
101:ポリマー基板
102:カバーガラス(ガラス基板)
10:反応液保持部
11、21:流路
20:液体保持部
30:反応液合流部
40:液滴形成部
50:流路出口
60:分岐流路
70:液滴保持部
80:排出口
200:温調ブロック
300:ポンプ
1: Reactor 100: Microchannel chip 101: Polymer substrate 102: Cover glass (glass substrate)
10: reaction liquid holding part 11, 21: channel 20: liquid holding part 30: reaction liquid joining part 40: droplet forming part 50: channel outlet 60: branch channel 70: droplet holding part 80: outlet 200 : Temperature control block 300: Pump

Claims (12)

(i)RNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、
(ii)DNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、
(iii)リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素、
(iv)RNAポリメラーゼ活性を有する酵素、
(v)標的核酸の一部と相補的な配列を有する第一のプライマー、および
(vi)標的核酸の一部と相同的な配列を有する第二のプライマー
を含む前記標的核酸の増幅試薬(ただし、(v)第一のプライマーおよび(vi)第二のプライマーのいずれか一方には、その5’末端側に(iv)RNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加している)であって、
(vii)3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素
をさらに含む、前記増幅試薬。
(i) an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity;
(ii) an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity;
(iii) an enzyme having ribonuclease H (RNase H) activity;
(iv) an enzyme having RNA polymerase activity;
(v) a first primer having a sequence complementary to a portion of the target nucleic acid; and (vi) a second primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid. , (v) either the first primer or (vi) the second primer has (iv) a promoter sequence for an enzyme having RNA polymerase activity added to its 5′ end, ,
(vii) the amplification reagent further comprising an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity without 3′→5′ exonuclease activity and with 5′→3′ exonuclease activity.
(ii)DNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素が、5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さない酵素である、請求項1に記載の増幅試薬。 2. The amplification reagent of claim 1, wherein (ii) the enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity is an enzyme having no 5'->3' exonuclease activity. (i)RNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、(ii)DNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、および(iii)RNase H活性を有する酵素が、AMV逆転写酵素である、請求項1又は2に記載の増幅試薬。 Claim 1 or 2, wherein (i) the enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity, (ii) the enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity, and (iii) the enzyme having RNase H activity is AMV reverse transcriptase. The amplification reagent described in . 鎖置換酵素をさらに含む、請求項1から3のいずれかに記載の増幅試薬。 4. The amplification reagent of any one of claims 1-3, further comprising a strand displacement enzyme. RNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を5’末端側に付加したプライマーに対して、標的核酸において5’末端側の位置にある標的核酸の一部と相同的な配列を有する第三のプライマーをさらに含む、請求項1から4のいずれかに記載の増幅試薬。 A third primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid located on the 5'-end side of the target nucleic acid is added to the primer having the promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity added to the 5'-end side. 5. The amplification reagent of any of claims 1-4, further comprising. (vii)3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素が、Bst DNAポリメラーゼ(Full Length)またはTth DNAポリメラーゼである、請求項1から5のいずれかに記載の増幅試薬。 (vii) the enzyme having a DNA-dependent DNA polymerase activity that does not have 3′→5′ exonuclease activity and has 5′→3′ exonuclease activity is Bst DNA polymerase (Full Length) or Tth DNA polymerase; 6. The amplification reagent of any one of claims 1-5, wherein the amplification reagent is 請求項1から6のいずれかに記載の増幅試薬と、標的核酸の一部と相補的二本鎖を形成すると形成前と比較し蛍光特性が変化するオリゴヌクレオチドプローブと、を含む前記標的核酸の検出試薬。 7. The target nucleic acid comprising the amplification reagent according to any one of claims 1 to 6 and an oligonucleotide probe whose fluorescence properties change when forming a complementary double strand with a part of the target nucleic acid compared to before formation. Detection reagent. 以下の(1)から(7)の工程を含む、標的核酸の増幅方法(ただし、第一のプライマーおよび第二のプライマーのいずれか一方には、その5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加している)。
(1)標的RNAの一部と相補的な配列を有する第一のプライマー、およびRNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、標的RNAから当該RNAに相補的なcDNAを合成する工程
(2)リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素を用いて、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(3)標的RNAの一部と相同的な配列を有する第二のプライマー、および3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼを用いて、前記(2)の工程で得られた一本鎖DNAから、5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した二本鎖DNAを合成する工程
(4)前記プロモータ配列に対応したRNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(3)で得られた二本鎖DNAから、RNA転写産物を合成する工程
(5)前記(4)の工程で合成したRNA転写産物の一部と相補的な配列を有するプライマー、およびRNA依存性DNAポリメラーゼ活性を用いて、前記(4)のRNA転写産物に相補的なcDNAを合成する工程、
(6)RNase H活性を有する酵素を用いて、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(7)前記(6)の工程で得られた一本鎖DNAを鋳型に連鎖的にRNA転写産物を合成する工程
A method for amplifying a target nucleic acid, comprising the following steps (1) to (7) (provided that either the first primer or the second primer has an enzyme having RNA polymerase activity on its 5′ end side) of the promoter sequence is added).
(1) Synthesizing cDNA complementary to the target RNA from the target RNA using a first primer having a sequence complementary to a portion of the target RNA and an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity (2) ) degrading the RNA of the RNA-DNA duplex using an enzyme having ribonuclease H (RNase H) activity; (3) a second primer having a sequence homologous to a portion of the target RNA; Using a DNA-dependent DNA polymerase that does not have →5′ exonuclease activity and has 5′→3′ exonuclease activity, from the single-stranded DNA obtained in step (2) above, the 5′ end is Step (4) of synthesizing a double-stranded DNA having a promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity added to the side thereof (4) Using an enzyme having RNA polymerase activity corresponding to the promoter sequence, the double-stranded DNA obtained in (3) is synthesized. Step (5) of synthesizing an RNA transcript from the main strand DNA using a primer having a sequence complementary to a part of the RNA transcript synthesized in the step (4) and an RNA-dependent DNA polymerase activity, the step of synthesizing cDNA complementary to the RNA transcript of (4);
(6) step of degrading the RNA of the RNA-DNA double strand using an enzyme having RNase H activity; Process of synthesizing the product
以下の(1)から(7)の工程を含む、標的核酸の増幅方法。
(1)5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した標的核酸の一部と相補的な配列を有する第一のプライマー、およびDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、標的DNAから、当該DNAに相補的なDNAを合成する工程
(2)少なくとも鎖置換活性を有する酵素および/または5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さないDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(1)の工程で合成したDNAを一本鎖DNAとする工程
(3)標的DNAの一部と相同的な配列を有する第二のプライマー、および3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼを用いて、前記(2)の工程で得られた一本鎖DNAから、5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した二本鎖DNAを合成する工程
(4)前記プロモータ配列に対応したRNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(3)で得られた二本鎖DNAから、RNA転写産物を合成する工程
(5)第二のプライマー、およびRNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(4)の工程で合成したRNA転写産物から、標的DNAに相補的なcDNAを合成する工程、
(6)リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素を用いて、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(7)(6)で得られた一本鎖DNAを鋳型に連鎖的にRNA転写産物を合成する工程
A method for amplifying a target nucleic acid, comprising the following steps (1) to (7).
(1) Using a first primer having a sequence complementary to a portion of the target nucleic acid to which a promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity is added to the 5′ end side, and an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity (2) an enzyme having at least strand displacement activity and/or an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity without 5′→3′ exonuclease activity; (3) a second primer having a sequence homologous to a part of the target DNA and a 3'→5' exonuclease RNA polymerase activity is added to the 5' end of the single-stranded DNA obtained in the step (2) using a DNA-dependent DNA polymerase having no activity and 5'→3' exonuclease activity. (4) from the double-stranded DNA obtained in (3) above, using an enzyme having RNA polymerase activity corresponding to the promoter sequence, step (5) of synthesizing an RNA transcript, cDNA complementary to the target DNA from the RNA transcript synthesized in step (4) above, using a second primer and an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity; a step of synthesizing
(6) step of degrading the RNA of the RNA-DNA double strand using an enzyme having ribonuclease H (RNase H) activity; Step of synthesizing transcripts
以下の(1)から(7)の工程を含む、標的核酸の増幅方法。
(1)5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した標的核酸の一部と相同的な配列を有する第二のプライマー、およびDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、標的DNAの相補鎖から、当該DNAに相同的なDNAを合成する工程
(2)少なくとも鎖置換活性を有する酵素および/または5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さないDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(1)の工程で合成したDNAを一本鎖DNAとする工程
(3)標的DNAの一部と相補的な配列を有する第一のプライマー、および3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を有さず、かつ5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有するDNA依存性DNAポリメラーゼを用いて、前記(2)の工程で得られた一本鎖DNAから、5’末端側にRNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加した二本鎖DNAを合成する工程
(4)前記プロモータ配列に対応したRNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(3)で得られた二本鎖DNAから、RNA転写産物を合成する工程
(5)第一のプライマー、およびRNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素を用いて、前記(4)の工程で合成したRNA転写産物から、標的DNAに相補的なcDNAを合成する工程、
(6)リボヌクレアーゼH(RNase H)活性を有する酵素を用いて、RNA-DNA二本鎖のRNAを分解する工程
(7)前記(6)の工程で得られた一本鎖DNAを鋳型に連鎖的にRNA転写産物を合成する工程
A method for amplifying a target nucleic acid, comprising the following steps (1) to (7).
(1) Using a second primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid to which a promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity is added to the 5′ end side, and an enzyme having DNA-dependent DNA polymerase activity (2) an enzyme having at least strand displacement activity and/or a DNA-dependent DNA polymerase activity having no 5′→3′ exonuclease activity; (3) a first primer having a sequence complementary to a portion of the target DNA, and 3′→5 Using a DNA-dependent DNA polymerase having no 'exonuclease activity and 5'→3' exonuclease activity, from the single-stranded DNA obtained in the step (2), to the 5' end side Step (4) of synthesizing a double-stranded DNA to which a promoter sequence of an enzyme having RNA polymerase activity is added, using an enzyme having RNA polymerase activity corresponding to the promoter sequence, the double strand obtained in (3) above Step (5) of synthesizing an RNA transcript from DNA, using the first primer and an enzyme having RNA-dependent DNA polymerase activity, complementing the target DNA from the RNA transcript synthesized in step (4). a step of synthesizing a specific cDNA;
(6) Step of degrading the RNA of the RNA-DNA double strand using an enzyme having ribonuclease H (RNase H) activity (7) Linking the single-stranded DNA obtained in step (6) to a template synthetically synthesizing RNA transcripts
(2)の工程が、鎖置換活性を有する酵素および/または5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有さないDNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵素、ならびに5’末端側に前記RNAポリメラーゼ活性を有する酵素のプロモータ配列を付加したプライマーに対して5’末端側の位置にある標的核酸の一部と相同的な配列を有する第三のプライマーを用いて、(1)の工程で合成したDNAを一本鎖DNAとする工程である、請求項9または10に記載の増幅方法。 The step (2) has an enzyme with strand displacement activity and/or an enzyme with DNA-dependent DNA polymerase activity that does not have 5′→3′ exonuclease activity, and the above RNA polymerase activity on the 5′ end side. Using a third primer having a sequence homologous to a portion of the target nucleic acid located at the 5′-end position of the primer to which the promoter sequence of the enzyme was added, the DNA synthesized in step (1) was synthesized. 11. The amplification method according to claim 9 or 10, which is a step of forming a strand DNA. 請求項8から11のいずれかに記載の増幅方法で得られたRNA転写産物を、当該転写産物の一部と相補的二本鎖を形成すると形成前と比較し蛍光特性が変化するオリゴヌクレオチドプローブを用いて検出する、標的核酸の検出方法。 12. Oligonucleotide probes whose fluorescent properties change compared to before formation when an RNA transcript obtained by the amplification method according to any one of claims 8 to 11 forms a complementary double strand with a part of the transcript. A method for detecting a target nucleic acid using
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