JP7279633B2 - 核酸の検出方法 - Google Patents

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Description

核酸を検出する技術が開示される。
核酸を検出する方法として、ポリメラーゼ連鎖反応法(所謂、PCR法:polymerase chain reaction)を用いて標的核酸を増幅した後、前記核酸を検出する方法が広く知られている。検出方法としては、アガロース電気泳動法や、蛍光法(所謂、リアルタイムPCR法)や、核酸クロマト法が広く知られている。例えば、特許文献1及び2には、リアルタイムPCR法を用いた遺伝子の検出方法が開示されている。また、特許文献3には、核酸クロマト法を用いた遺伝子の検出方法が開示されている。
特開平5-184397 特表平10-510982 WO2009-034842
しかし、従来存在する核酸を検出する方法は種々の観点で改善の余地があった。例えば、アガロース電気泳動法は、定性評価(+-判定)は可能なものの、定量評価は困難であった。リアルタイムPCR法は、測定感度は十分であるものの、専用の大型装置が必要であり、操作性、及び/又は測定時間等の観点で改善の余地があった。また、核酸クロマト法は、操作性、測定時間は十分であるものの、測定感度に改善の余地があった。そこで、効率的に核酸を検出するための新たな技術を提供することが1つの課題である。
上記課題を解決する代表的な手段は下記のとおりである。
項1.
標的核酸の検出方法であって、
(1)標的核酸にハイブリダイズする標識された捕捉核酸プローブ、及び標的核酸にハイブリダイズする標識された検出核酸プローブを準備する工程、
(2)標的核酸を含む試料と捕捉核酸プローブを混合し、標的核酸に捕捉核酸プローブをハイブリダイズさせる工程、
(3)標的核酸を含む試料と検出核酸プローブを混合し、標的核酸に検出核酸プローブをハイブリダイズさせる工程、
(4)捕捉核酸プローブの標識を特異的に認識する捕捉抗体が固定化された反応器に、捕捉核酸プローブがハイブリダイズした標的核酸を添加し、標的核酸を捕捉抗体に結合させる工程、
(5)反応器を洗浄し、標的核酸にハイブリダイズしていない検出核酸プローブを除去する工程、及び
(6)検出核酸プローブの標識を検出する工程
を含む、方法。
項2.
工程(2)~工程(4)をpH7.6~9.0の緩衝液中で行う、項1に記載の方法。
項3.
捕捉核酸プローブは、標的核酸に相補的な領域(相補的領域)、及び相補的領域の末端に標的核酸と非相補的な核酸領域(リンカー領域)を有し、リンカー領域の相補的領域と隣接していない側の末端が標識されている、項1又は2に記載の方法。
項4。
検出核酸プローブは、標的核酸に相補的な領域(相補的領域)、及び相補的領域の末端に標的核酸と非相補的な核酸領域(リンカー領域)を有し、リンカー領域の相補的領域と隣接していない側の末端が標識されている、項1~3のいずれかに記載の方法。
項5.
捕捉核酸プローブのリンカー領域が3~15ヌクレオチド残基からなる、項1~4のいずれかに記載の方法。
項6.
検出核酸プローブのリンカー領域が3~15ヌクレオチド残基から成る、項1~5のいずれかに記載の方法。
項7.
捕捉核酸プローブの相補的領域のTm値が45~75℃である、項1~6のいずれかに記載の方法。
項8.
検出核酸プローブの相補的領域の Tm値が45~75℃である、項1~7のいずれかに記載の方法。
項9.
捕捉核酸プローブの標識がビオチン、DIG(ジゴキシゲニン)、蛍光物質から成る群より選択され、且つ、検出核酸プローブの標識とは異なる、項1~8のいずれかに記載の方法。
項10.
検出核酸プローブの標識がビオチン、DIG(ジゴキシゲニン)、蛍光物質から成る群より選択され、且つ、捕捉核酸プローブの標識とは異なる、項1~9のいずれかに記載の方法。
項11.
蛍光物質がフルオレセイン及びその誘導体、ローダミン及びその誘導体、シアニン及びその誘導体から成る群より選択される、項9または10に記載の方法。
項12.
工程(6)が、検出核酸プローブの標識を特異的に認識し、且つ、標識された検出抗体を、検出核酸プローブに結合させる工程を含む、項1~11のいずれかに記載の方法。
項13.
検出抗体の標識がアルカリホスファターゼ(ALP)、ペルオキシダーゼ(HRP)から成る群より選択される、項1~12のいずれかに記載の方法。
項14.
検出抗体が、ウサギ抗体、マウス抗体、及びラット抗体から成る群より選択される、項12又は13に記載の方法。
項15.
捕捉抗体が固定化された反応器がカゼイン、及びBlocking Peptide Fragment(BPF)から成る群より選択されるブロッキング剤でブロッキングされている、項1~14のいずれかに記載の方法。
項16.
ブロッキング剤が、さらにdNTPsを含有する、項15に記載の方法。
項17.
標的核酸を検出するためのシステムであって、
標的核酸 にハイブリダイズする標識された捕捉核酸プローブ、及び標的核酸にハイブリダイズする標識された検出核酸プローブを含み、
項1~15のいずれかに記載の方法を用いるシステム。
標的とする核酸を効率的に検出する手段が提供される。効率的とは、簡便、短時間、及び/又は検出感度が優れることを意味する。一実施形態において、標的核酸を含む試料の準備から標的核酸の検出までを20分以内(好ましくは、15分以内、又は10分以内)で行うことが好ましい。
標的核酸及び各試薬を収容するためのカートリッジの例を示す。
標的核酸を検出する方法は、下記の工程(1)~(6)を含むことが好ましい。
(1)標的核酸にハイブリダイズする標識された捕捉核酸プローブ、及び標的核酸にハイブリダイズする標識された検出核酸プローブを準備する工程
(2)標的核酸を含む試料と捕捉核酸プローブを混合し、標的核酸に捕捉核酸プローブをハイブリダイズさせる工程
(3)標的核酸を含む試料と検出核酸プローブを混合し、標的核酸に検出核酸プローブをハイブリダイズさせる工程
(4)捕捉核酸プローブの標識を特異的に認識する捕捉抗体が固定化された反応器に、捕捉核酸プローブがハイブリダイズした標的核酸を添加し、標的核酸を捕捉抗体に結合させる工程
(5)反応器を洗浄し、標的核酸にハイブリダイズしていない検出核酸プローブを除去する工程
(6)検出核酸プローブの標識を検出する工程
検出対象である標的核酸の種類は特に制限されず任意の核酸であり得る。標的核酸には、例えば、DNA、RNA、DNAとRNAのハイブリッド鎖、及び人工核酸等が含まれる。標的核酸は、一本鎖でも二本鎖でもよい。一実施形態において、核酸は一本鎖であることが好ましい。核酸が二本鎖である場合、一本鎖に解離させる熱処理を行うことが好ましい。DNAは、例えば、cDNA、ゲノムDNA、又は合成DNAであり得る。RNAは、例えば、rRNA,tRNA、mRNA、全RNA、hnRNA又は合成RNAであり得る。人工核酸には、例えば、ペプチド核酸、モルホリノ核酸、メチルフォスフォネート核酸、S-オリゴ核酸、及びBNA(LNA)が含まれる。核酸の由来も任意であり、特に制限されない。核酸は、例えば、ウイルス、微生物、植物、又は動物に由来し得る。動物には、ヒト及び非ヒト動物が含まれる。標的核酸の大きさ(塩基長)は任意であり特に制限されない。
標的核酸は、任意の形態の試料中に存在し得る。試料は、例えば、実験生物、培養細胞、ヒトや動物などの臨床検査に供される検体(例えば、尿、糞便、全血、血漿、唾液、口腔内擦過物、鼻腔液、鼻腔ぬぐい液、膣ぬぐい液、及び尿道擦過物等)、衛生管理に供される検体(例えば、吐しゃ物、ふき取りサンプル、及び食品材料等)、並びに、環境測定に供される検体(例えば、河川水、海水、土壌、空気からの捕集物等)等であり得る。
試料中の核酸の濃度は、高濃度であるほど検出は容易であるが、低濃度であっても検出可能である。一実施形態において試料中の核酸濃度は、0.01pM以上が好ましく、よりこの好ましくは0.1pM以上、さらに好ましくは1pM以上である。試料中の核酸の濃度の上限は任意であるが、例えば、1μM以下、100nM以下、又は10nM以下とすることができる。
「標的核酸にハイブリダイズする標識された捕捉核酸プローブ」は、標的核酸にハイブリダイズ可能であるように標的核酸の塩基配列に対して相補的な塩基配列を有し、標識されていることが好ましい。捕捉核酸プローブの構造は、特に制限されず、DNA、RNA、DNAとRNAの混合、PNA、BNA(LNA)、及びこれらの任意の組み合わせ等のいずれでもよい。これらの核酸は、任意の手法で調製(合成)することができる。捕捉核酸プローブの大きさ(塩基長)は、標的核酸にハイブリダイズ出来る限り任意であり、例えば、10塩基以上40塩基以下の範囲で設計することができる。一実施形態において、捕捉核酸プローブの大きさは、11塩基以上、12塩基以上、13塩基以上、14塩基以上、15塩基以上、16塩基以上、17塩基以上、18塩基以上、19塩基以上又は20塩基以上であり、39塩基以下、38塩基以下、37塩基以下、36塩基以下、35塩基以下、34塩基以下、33塩基以下、32塩基以下、31塩基以下、又は30塩基以下である。捕捉核酸プローブの塩基配列は、標的核酸とハイブリダイズできる限り任意であり、標的核酸の塩基配列に対して完全に相補的である必要はない。一実施形態において、捕捉核酸プローブの塩基配列は標的核酸の塩基配列に完全に相補的であることが好ましい。捕捉核酸プローブの塩基配列と相補的な標的核酸における領域は、検出核酸プローブの塩基配列と相補的な標的核酸における領域と異なる(重複していない)ことが好ましい。各プローブが認識する領域の位置関係は、各プローブの標識同士の立体障害により、ハイブリダイズが阻害されることを回避するため、互いに10塩基以上離れていること好ましく、20塩基以上離れていることがより好ましく、30塩基以上離れていることがさらに好ましい。
捕捉核酸プローブの標識の種類は任意であり、それを介して捕捉核酸プローブ及び標的核酸を反応器に固定化することを可能にする物質であることが好ましい。一実施形態において、捕捉核酸プローブ標識は、抗体が結合可能な物質(抗原)であることが好ましい。そのような物質としては、例えば、ビオチン、DIG(ジゴキシゲニン)、及び蛍光物質等を挙げることができる。蛍光物質の種類は特に制限されず、例えば、フルオレセイン及びその誘導体、ローダミン及びその誘導体、並びにシアニン及びその誘導体等が含まれ、これらは当該技術分野において広く知られている。一実施形態において、標識は、ビオチンであることが好ましい。これらの物質を用いた核酸の標識は任意の手法で行うことができる。
捕捉核酸プローブにおいて標識されている部位は任意である。一実施形態において、捕捉核酸プローブは、それを構成する核酸鎖の3’末端残基又は5’末端残基において標識されていることが好ましい。一実施形態において、捕捉核酸プローブは、その5’末端残基が標識されていることが好ましい。
捕捉核酸プローブは、標的核酸に相補的な領域(相補的領域)、及び相補的領域の末端に、それと隣接して標的核酸と非相補的な核酸領域(リンカー領域)を有し、リンカー領域において標識されていることが好ましい。一実施形態において、捕捉核酸プローブは、リンカー領域の相補的領域と隣接していない側の末端残基が標識されていることが好ましい。リンカー領域は、標的核酸における対応する位置の塩基の種類と非相補的な塩基で構成され、標的核酸とハイブリダイズしないことが好ましい。リンカー領域の大きさ(ヌクレオチド残基長)は特に制限されず、例えば、3~15塩基が好ましく、3~10塩基がより好ましく、3~7塩基がさらに好ましい。リンカー領域の大きさが2塩基以下だと標識物質の立体障害によりハイブリダイズが阻害される恐れがある。一方、リンカー領域の大きさが16塩基以上だとコストが上がるだけでなく、予期せぬ二次構造(立体構造)をとり、かえってハイブリダイゼイズが阻害される恐れがある。
捕捉核酸プローブは、そのTm値が45℃以上75℃以下であることが好ましい。一実施形態において、捕捉核酸プローブのTm値は50℃以上、又は55℃以上であることが好ましい。他の実施形態において、捕捉核酸プローブのTm値は、検出核酸プローブのTm値との差が±15℃以下、10℃以下、又は5℃以下であることが好ましい。ここで、Tm値は、捕捉核酸プローブと標的核酸とをハイブリダイズさせる緩衝液中でのTm値を意味する。Tm値は、任意の手法で測定でき、例えば、捕捉核酸プローブと標的核酸を含む緩衝液の吸光度(例えば、260nmにおける吸光度)を測定することによって求めることができる。
「標的核酸にハイブリダイズする標識された検出核酸プローブ」は、標的核酸にハイブリダイズ可能であるように標的核酸の塩基配列に対して相補的な塩基配列を有し、その存在を検出可能な物質で標識されていることが好ましい。検出核酸プローブの構造は、特に制限されず、DNA、RNA、DNAとRNAの混合、PNA、BNA(LNA)、及びこれらの任意の組み合わせ等のいずれでもよい。これらの核酸は、任意の手法で調製(合成)することができる。検出核酸プローブの大きさ(塩基長)は、標的核酸にハイブリダイズ出来る限り任意であり、例えば、10塩基以上40塩基以下の範囲で設計することができる。一実施形態において、検出核酸プローブの大きさは、11塩基以上、12塩基以以上、13塩基以上、14塩基以上、15塩基以上、16塩基以上、17塩基以上、18塩基以上、19塩基以上又は20塩基以上であり、39塩基以下、38塩基以下、37塩基以下、36塩基以下、35塩基以下、34塩基以下、33塩基以下、32塩基以下、31塩基以下、又は30塩基以下である。検出核酸プローブの塩基配列は、標的核酸とハイブリダイズできる限り任意であり、標的核酸の塩基配列に対して完全に相補的である必要はない。一実施形態において、検出核酸プローブの塩基配列は標的核酸の塩基配列に完全に相補的であることが好ましい。捕捉核酸プローブの塩基配列と相補的な標的核酸における領域は、検出核酸プローブの塩基配列と相補的な標的核酸における領域と異なる(重複していない)ことが好ましい。
検出核酸プローブの標識の種類は、それを介して検出核酸プローブ及び標的核酸を検出することを可能にする物質である限り任意である。一実施形態において、検出核酸プローブの標識は、抗体が結合可能な物質(抗原)であることが好ましい。そのような物質としては、例えば、ビオチン、DIG(ジゴキシゲニン)、及び蛍光物質等を挙げることができる。蛍光物質の種類は特に制限されず、例えば、フルオレセイン及びその誘導体、ローダミン及びその誘導体、並びにシアニン及びその誘導体等が含まれ、これらは当該技術分野において広く知られている。一実施形態において、標識は蛍光色素であることが好ましい。これらの物質を用いた核酸の標識は任意の手法で行うことができる。
検出核酸プローブにおいて標識されている部位は任意である。一実施形態において、検出核酸プローブは、それを構成する核酸鎖の3’末端残基又は5’末端残基が標識されていることが好ましい。一実施形態において、検出核酸プローブは、その5’末端残基が標識されていることが好ましい。
検出核酸プローブは、標的核酸に相補的な領域(相補的領域)、及び相補的領域の末端に、それと隣接して標的核酸と非相補的な核酸領域(リンカー領域)を有し、リンカー領域において標識されていることが好ましい。一実施形態において、検出核酸プローブは、リンカー領域の相補的領域と隣接していない側の末端残基が標識されていることが好ましい。リンカー領域は、標的核酸における対応する位置の塩基の種類と非相補的な塩基で構成され、標的核酸とハイブリダイズしないことが好ましい。リンカー領域の大きさ(ヌクレオチド残基長)は特に制限されず、例えば、3~15塩基が好ましく、3~10塩基がより好ましく、3~7塩基がさらに好ましい。リンカー領域の大きさが2塩基以下だと標識物質の立体障害によりハイブリダイズが阻害される恐れがある。一方、リンカー領域の大きさが16塩基以上だとコストが上がるだけでなく、予期せぬ二次構造(立体構造)をとり、かえってハイブリダイゼイズが阻害される恐れがある。
検出核酸プローブは、そのTm値が45℃以上75℃以下であることが好ましい。一実施形態において、検出核酸プローブのTm値は50℃以上、又は55℃以上であることが好ましい。他の実施形態において、検出核酸プローブのTm値は、捕捉核酸プローブのTm値との差が±15℃以下、10℃以下、又は5℃以下であることが好ましい。ここで、Tm値は、検出核酸プローブと標的核酸とをハイブリダイズさせる緩衝液中でのTm値を意味する。Tm値は、任意の手法で測定でき、例えば、検出核酸プローブと標的核酸を含む緩衝液の吸光度(例えば、260nmにおける吸光度)を測定することによって求めることができる。
「標的核酸を含む試料と捕捉核酸プローブを混合し、標的核酸に捕捉核酸プローブをハイブリダイズさせる工程」は、標的核酸及び捕捉核酸プローブを混合し、これらをハイブリダイゼーションに適した条件に供することよって行うことができる。具体的には、ハイブリダイゼーションに適した緩衝液中で標的核酸及び捕捉核酸プローブを混合し、その温度を約30℃~50℃、好ましくは35℃~45℃で一定時間(例えば、1分以上、2分以上、又は3分以上、且つ10分以下、9分以下、8分以下、7分以下、又は6分以下)保持することで行うことができる。緩衝液は、標的核酸と捕捉核酸プローブとがハイブリダイズするのに適したpHを有することが好ましい。例えば、緩衝液のpHは、7.6以上9.0以下が好ましい。そのような緩衝液としては、例えば、PCR用の緩衝液を使用することができ、例えば、10×PCR Buffer Mg2+ free(100mM Tris-HCl(pH=8.3),500mM KCl)(タカラバイオ社製)、10×Standard Taq Mg-free Reaction Buffer(100mM Tris-HCl(pH=8.3),500mM KCl)(New England社製)が挙げられる。緩衝液は、目的とするpH範囲において充分な緩衝能力を有していれば、いかなる種類の緩衝剤を用いてもよく、例えば、トリス、リン酸、フタル酸、クエン酸、マレイン酸、コハク酸、シュウ酸、ホウ酸、酒石酸、酢酸、炭酸、及びグッドバッファー(MES、ADA、PIPES、ACES、コラミン塩酸、BES、TES、HEPES、アセトアミドグリシン、トリシン、グリシンアミド、及びビシン)等が挙げられる。これらの中でも、pH7.6以上9.0以下において充分な緩衝能力を有する等の理由から、トリス、リン酸、PIPESが好ましく、トリスがより好ましい。前記緩衝剤の濃度は、100mM~1M程度の10×ストック液を10倍希釈して使用するのがハイブリダイズの観点からも一般的である。添加するプローブの量(モル換算)は、標的核酸量よりも多ければ特に限定されないが、1pM~10μMが好ましく、1nM~10μMがより好ましく、1μM~10μMがさらに好ましい。一実施形態において、標的酢酸と捕捉プローブの比率は、モル換算で、標的核酸:プローブ=1:10~1000、1:25~500、又は1:50~200であることが好ましい。捕捉核酸プローブとハイブリダイズさせる標的核酸は、既に検出核酸プローブとハイブリダイズした標的核酸であっても、検出核酸プローブと未だハイブリダイズしていない標的核酸であってもよい。
「標的核酸を含む試料と検出核酸プローブを混合し、標的核酸に検出核酸プローブをハイブリダイズさせる工程」は、標的核酸及び検出核酸プローブを混合し、これらをハイブリダイゼーションに適した条件に供することよって行うことができる。具体的には、ハイブリダイゼーションに適した緩衝液中で標的核酸及び検出核酸プローブを混合し、その温度を約30℃~50℃、好ましくは約35℃~45℃で一定時間(例えば、1分以上、2分以上、又は3分以上、且つ10分以下、9分以下、8分以下、7分以下、又は6分以下)保持することで行うことができる。緩衝液は、標的核酸と検出核酸プローブとがハイブリダイズするのに適したpHを有することが好ましい。例えば、緩衝液のpHは、7.6以上9.0以下が好ましい。そのような緩衝液としては、例えば、PCR用の緩衝液を使用することができ、例えば、10×PCR Buffer Mg2+ free(100mM Tris-HCl(pH=8.3),500mM KCl)(タカラバイオ社製)、10×Standard Taq Mg-free Reaction Buffer(100mM Tris-HCl(pH=8.3),500mM KCl)(New England社製)が挙げられる。緩衝液は、目的とするpH範囲において充分な緩衝能力を有していれば、いかなる種類の緩衝剤を用いてもよく、例えば、トリス、リン酸、フタル酸、クエン酸、マレイン酸、コハク酸、シュウ酸、ホウ酸、酒石酸、酢酸、炭酸、及びグッドバッファー(MES、ADA、PIPES、ACES、コラミン塩酸、BES、TES、HEPES、アセトアミドグリシン、トリシン、グリシンアミド、及びビシン)等が挙げられる。これらの中でも、pH7.6以上9.0以下において充分な緩衝能力を有する等の理由から、トリス、リン酸、PIPESが好ましく、トリスがより好ましい。前記緩衝剤の濃度は、100mM~1M程度の10×ストック液を10倍希釈して使用するのがハイブリダイズの観点からも一般的である。添加するプローブの量は、標的核酸量よりも多ければ特に限定されないが、1pM~10μMが好ましく、1nM~10μMがより好ましく、1μM~10μMがさらに好ましい。一実施形態において、標的酢酸と検出核酸プローブの比率は、モル換算で、標的核酸:プローブ=1:10~1000、1:25~500、又は1:50~200であることが好ましい。検出核酸プローブとハイブリダイズさせる標的核酸は、既に捕捉核酸プローブとハイブリダイズした標的核酸であっても、捕捉核酸プローブと未だハイブリダイズしていない標的核酸であってもよい。
一実施形態において、作業効率の観点から、標的核酸を含む試料と捕捉核酸プローブを混合し、標的核酸に捕捉核酸プローブをハイブリダイズさせる工程と標的核酸を含む試料と検出核酸プローブを混合し、標的核酸に検出核酸プローブをハイブリダイズさせる工程は単一の緩衝液中で同時に行うことが好ましい。これは、例えば、標的核酸と捕捉核酸プローブ及び検出核酸プローブとのハイブリダイゼーションに適した緩衝液に標的核酸、捕捉核酸プローブ、及び検出核酸プローブを添加し、ハイブリダイゼーションに適した条件の一定時間(例えば、1分以上、2分以上、又は3分以上、且つ10分以下、9分以下、8分以下、7分以下、又は6分以下)保持して行うことができる。
「捕捉核酸プローブの標識を特異的に認識する捕捉抗体が固定化された反応器に、捕捉核酸プローブがハイブリダイズした標的核酸を添加し、標的核酸を捕捉抗体に結合させる工程」における捕捉抗体、その固定化方法、及び反応器の種類は、標的核酸の検出が可能である限り任意であり、当該技術分野において知られるものから適宜選択することができる。代表的な捕捉抗体及び反応器は特開2001-235471号公報に開示されている。例えば、反応器は、捕捉核酸プローブを含む溶液を受容する多孔質フィルタを備え、捕捉抗体は捕捉核酸プローブを捕捉可能な態様で多孔質フィルタに固定化されていることが好ましい。一実施形態において、多孔質フィルタは、通液性に優れ、抗体の固定化に適したグラスファイバーで構成されていることが好ましい。また、反応器は、多孔質フィルタの下部に液体の多孔質フィルタの通液を促進させるための吸収層を備えていることが好ましい。
反応器は、捕捉核酸プローブ(捕捉核酸プローブがハイブリダイズした標的核酸を含む)以外の物質による非特異的な結合を防止するため、反応器の内側表面が適当なブロッキング剤でブロッキングされていることが好ましい。ブロッキングは、当該技術分野で知られている任意の手法で行うことができる。一実施形態においてブロッキングは、ブロッキング液を用いて行うことが好ましい。ブロッキング液は、ブロッキング効果と他の反応(例えば、抗原抗体反応、酵素発色反応等)に影響しないという観点から、緩衝剤とブロッキング剤を含む水溶液であることが好ましい。検出を酵素発色反応で行う場合は、当該水溶液は、酵素発色反応に適するpH=7.0付近であることがより好ましい。前記緩衝液としては、目的とするpH範囲において充分な緩衝能力を有していれば、いかなる種類の緩衝剤を用いてもよく、例えば、トリス、リン酸、フタル酸、クエン酸、マレイン酸、コハク酸、シュウ酸、ホウ酸、酒石酸、酢酸、炭酸、及びグッドバッファー(MES、ADA、PIPES、ACES、コラミン塩酸、BES、TES、HEPES、アセトアミドグリシン、トリシン、グリシンアミド、及びビシン)等が挙げられる。これらの中でも、pH7.0付近において充分な緩衝能力を有する等の理由から、トリス、リン酸、PIPESが好ましく、トリスがより好ましい。前記緩衝材の濃度は、10mM程度が一般的である。ブロッキング剤は、反応器の種類、多孔質フィルタの有無及び種類、捕捉抗体の種類、及び固定化方法の種類等に応じて適宜選択することができるが、カゼイン、及びBlocking Peptide Fragment(BPF)から成る群より選択されることが好ましい。一実施形態においてブロッキング剤はBSAでないことが好ましい。また、ブロッキング剤にはdNTPsを添加するのがさらに好ましい。前記カゼイン、及びBPFはタンパク質用のブロッキング剤として作用し、前記dNTPsは核酸用のブロッキング剤として作用する。前記dNTPsの濃度は、1~100μMが好ましい。dNTPs濃度が1μMより低いと、十分なブロッキング効果が得られない恐れがある。一方、dNTPs濃度が100μMより高いと、コストが上がるだけでなく、ブロッキング効果が高すぎて、ブランクのシグナルのみならず、標的核酸由来のシグナルまで下がる恐れがある。
標的核酸を捕捉抗体に結合させることは、捕捉核酸プローブがハイブリダイズした標的核酸を反応器に添加し、捕捉核酸プローブの標識と捕捉抗体との結合に適した条件に一定時間維持することで行うことができる。捕捉核酸プローブの標識と捕捉抗体との結合に適した条件とは、例えば、約30℃~50℃、好ましくは約35℃~45℃の温度を挙げることができる。一定時間とは、例えば、3分以下、好ましくは約1~2分を挙げることができる。一実施形態において、捕捉核酸プローブと捕捉抗体との結合は、捕捉核酸プローブ(又は検出核酸プローブ)と標的核酸とのハイブリダイゼーションに使用する緩衝液中で行うことができる。
他の実施形態において、標的核酸と捕捉核酸プローブとをハイブリダイズさせる前に、捕捉核酸プローブに捕捉抗体を結合させることもできる。その後、捕捉抗体を介して反応器に固定された捕捉核酸プローブに標的核酸をハイブリダイズさせることができる。ここで標的核酸は、検出核酸プローブがハイブリダイズしたものであっても、検出核酸プローブがハイブリダイズしていないものであってもよい。標的核酸が、検出核酸プローブがハイブリダイズしていないものである場合は、更に検出核酸プローブをハイブリダイズさせることができる。
標的核酸を捕捉核酸プローブ及び捕捉抗体を介して反応器に結合させた後、反応器を洗浄し、標的核酸にハイブリダイズしていない検出核酸プローブを除去することが好ましい洗浄は、当該技術分野で知られている任意の手法で行うことができる。一実施形態において、洗浄は、洗浄液を用いて行うことが好ましい。洗浄液は、洗浄力と他の反応(例えば、抗原抗体反応、酵素発色反応等)に影響しないという観点から、緩衝剤とノニオン性界面活性剤を含む水溶液であることが好ましく、検出を酵素発色反応で行う場合は、酵素発色反応に適するpH=7.0付近であることがより好ましい。前記緩衝液としては、目的とするpH範囲において充分な緩衝能力を有していれば、いかなる種類の緩衝剤を用いてもよく、例えば、トリス、リン酸、フタル酸、クエン酸、マレイン酸、コハク酸、シュウ酸、ホウ酸、酒石酸、酢酸、炭酸、及びグッドバッファー(MES、ADA、PIPES、ACES、コラミン塩酸、BES、TES、HEPES、アセトアミドグリシン、トリシン、グリシンアミド、及びビシン)等が挙げられる。これらの中でも、pH7.0付近において充分な緩衝能力を有する等の理由から、トリス、リン酸、PIPESが好ましく、トリスがより好ましい。前記緩衝材の濃度は、10mM程度が一般的である。前記ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル(Triton(登録商標)系界面活性剤等)、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(Brij(登録商標)系界面活性剤等)、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル(Tween(登録商標)系界面活性剤等)、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、アルキルグルコシド、及びショ糖脂肪酸エステル等が挙げられる。これらの中でも、洗浄力と他の反応(例えば、抗原抗体反応、酵素発色反応等)に影響しないという観点から、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル(Tween(登録商標)系界面活性剤等)が好ましい。また、前記ノニオン性界面活性剤は単独で用いても、二種以上を組み合わせて用いてもよい。前記ノニオン性界面活性剤の濃度としては、好ましくは0.01wt%~5.0wt%、より好ましくは0.05wt%~4.5wt%、さらに好ましくは0.1wt%~4.0wt%である。標的核酸にハイブリダイズしていない検出核酸プローブが除去できる限り洗浄の解するは特に制限されない。例えば、洗浄は1~4回行うことができ、好ましくは2~3回である。
捕捉核酸プローブ及び捕捉抗体を介して反応器に結合された標的核酸にハイブリダイズしている検出核酸プローブの標識を検出することにより、当該標的核酸を検出することが好ましい。検出核酸プローブの検出は、その標識を検出できる限り任意であり、標識の種類に応じて適宜選択することができる。
一実施形態において、検出核酸プローブの検出は、検出核酸プローブの標識を特異的に認識する2次検出プローブを用いて検出することが好ましい。2次検出プローブの種類は、標的核酸にハイブリダイズしている検出核酸プローブに結合可能であり、且つ、その存在を検出できる限り特に制限されない。好適な一実施形態において、2次検出プローブは、検出核酸プローブの標識に特異的に結合する標識された抗体であり得る。例えば、検出核酸プローブの標識が蛍光物質である場合、2次検出プローブとして、当該蛍光物質を特異的に認識する抗体を検出核酸プローブの標識とは別の標識物質で標識した抗体を用いることができる。このような抗体は当該技術分野において知られており、使用する検出核酸プローブの種類に応じて適宜選択することができる。
一実施形態において2次検出プローブとして利用される抗体は、ウサギ抗体、マウス抗体、及びラット抗体から成る群より選択されることが好ましい。他の実施形態において、抗体は、ヒツジ抗体でないことが好ましい。
2次検出プローブの標識は任意であり、例えば、蛍光物質又は酵素であり得る。一実施形態において2次検出プローブの標識は酵素であることが好ましい。標識として使用される酵素の種類は、検出に利用できる限り任意であり、当該技術分野において知られるものから適宜選択して使用することができる。例えば、酵素としては、アルカリホスファターゼ又はペルオキシダーゼを利用することができる。これらの酵素を用いる場合、対応する基質を添加し、得られる酵素反応を検出することで標的核酸の存在(及び量)を検出することができる。
以下、実施例により本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
[実施例1]
測定操作は小型化学発光免疫自動分析装置POCube(東洋紡社製)を用いて以下のように行った。なお、各試薬はPOCube専用13連容器(図1)の検体ウェルおよび試薬ウェル(1)~(12)に別々に調製した。
検体ウェル:測定対象の10nM TargetDNA1(配列番号1)
試薬ウェル(1):反応Bufferとして1M Tris-HCL(pH=8.8)試薬ウェル(2):Alkaline Phosphatase標識抗FITC抗体1(ab49368、Rabbit、Polyclonal、abcam社製)を1%BSA-TBS溶液で1万倍希釈した抗体試薬
試薬ウェル(3):1μM Biotin標識捕捉DNAプローブ1(配列番号2、Tm=61.9℃、SIGMA GENOSYS社製)と、1μM FITC標識検出DNAプローブ1(配列番号3、Tm=57.4℃、SIGMA GENOSYS社製)との混合試薬
試薬ウェル(4):ブロッキング液として1%カゼイン/100μM dNTPs-TBS溶液
試薬ウェル(5):洗浄液として1%Tween20-TBS溶液
試薬ウェル(6):発光基質としてAPS-5(Lumigen社製)
試薬ウェル(7):蒸留水
試薬ウェル(8)~(12):空の試薬ウェル
初めに、検体ウェルのTargetDNA100μL、試薬ウェル(1)の反応Buffer12μL、試薬ウェル(3)の混合試薬3μL、試薬ウェル(7)の蒸留水3.2μLを、空の試薬ウェル(8)で混合し、40℃で10分間静置することで、ハイブリダイゼーション反応によるBiotin標識捕捉DNAプローブ/FITC標識検出DNAプローブ/TargetDNAの3者複合体を形成した。
次いで、前記試薬ウェル(8)の混合液を98.5μLと、試薬ウェル(2)の抗体試薬1.5μLを、空の試薬ウェル(9)で混合し、40℃で5分間静置することで、抗原-抗体反応によるAlkaline Phosphatase標識抗FITC抗体/Biotin標識捕捉DNAプローブ/FITC標識検出DNAプローブ/TargetDNAの4者複合体を形成した。
次いで、POCube専用反応容器(抗Bitoin抗体を結合させたガラスフィルターを含む容器)に、試薬ウェル(4)のブロッキング液50μLを滴下し、40℃で5分間静置した後、前記試薬ウェル(9)の混合液80μLを反応容器に滴下し、40℃で2分間静置することで、前記4者複合体を反応容器に結合させた。
次いで、反応容器に試薬ウェル(5)の洗浄液80μLを2回滴下することでBF分離を行った後、試薬ウェル(6)の発光基質30μLを滴下し、POCubeにて発光強度を測定した。得られた発光強度をシグナルの発光強度とし、検体ウェルに測定対象のTargetDNAの代わりに蒸留水を用いる以外は同様の操作を経て得られた発光強度をノイズの発光強度とし、下式(1)よりS/N比で算出した。得られたS/N比は160であった。S/N比は、2以上であれば検出可能と判断でき、より高い方が好ましい。2以上が好ましく、30以上がより好ましく、70以上が更に好ましく、100以上がより特に好ましく、200以上が最も好ましい。
S/N比=シグナルの発光強度/ノイズの発光強度 式(1)
また、検体ウェルの測定対象の10nM TargetDNAの濃度を1/10ずつ段階的に希釈しながら上記と同様の操作を行い、S/N=2.0以上を維持できる最小濃度を最小検出感度として求めた。実施例1の最小検出感度は、0.1pMであった。最小濃度は低い程好ましく、1nM以下、好ましくは100pM以下、より好ましくは10pM以下、更に好ましくは1pM以下、特に好ましくは0.1pM以下、最も好ましくは0,01pM以下である。
[実施例2~7]捕捉核酸プローブのバリエーション
Biotin標識捕捉DNAプローブ1(配列番号2、Tm=61.9℃、SIGMA GENOSYS社製)の代わりに、Biotin標識捕捉DNAプローブ2(配列番号4、Tm=60.5℃、SIGMA GENOSYS社製)、Biotin標識捕捉DNAプローブ3(配列番号5、Tm=62.4℃、SIGMA GENOSYS社製)、Biotin標識捕捉DNAプローブ4(配列番号8、Tm=61.9℃、SIGMA GENOSYS社製)、Biotin標識捕捉DNAプローブ5(配列番号9、Tm=61.9℃、SIGMA GENOSYS社製)、Biotin標識捕捉DNAプローブ6(配列番号10、Tm=61.9℃、SIGMA GENOSYS社製)、又はBiotin標識捕捉DNAプローブ7(配列番号11、Tm=61.9℃、SIGMA GENOSYS社製)を用いる以外は、実施例1と同様にして、S/N比を測定した。得られたS/N比は、標識捕捉DNAプローブ2について150、標識捕捉DNAプローブ3について100、標識捕捉DNAプローブ4について40、標識捕捉DNAプローブ5について50、標識捕捉DNAプローブ6について80、標識捕捉DNAプローブ7について180であった。また、最小検出感度は、標識捕捉DNAプローブ2について0.1pM、標識捕捉DNAプローブ3について0.1pM、標識捕捉DNAプローブ4について10pM、標識捕捉DNAプローブ5について10pM、標識捕捉DNAプローブ6について1pM、標識捕捉DNAプローブ7について0.1pMであった。
[実施例8~14]検出核酸プローブのバリエーション
FITC標識検出DNAプローブ1(配列番号3、Tm=57.4℃、SIGMA GENOSYS社製)の代わりに、FITC標識検出DNAプローブ2(配列番号6、Tm=61.8℃、SIGMA GENOSYS社製)、FITC標識検出DNAプローブ3(配列番号7、Tm=69.0℃、SIGMA GENOSYS社製)、FITC標識検出DNAプローブ4(配列番号12、Tm=35.0℃、SIGMA GENOSYS社製)、FITC標識検出DNAプローブ5(配列番号13、Tm=57.4℃、SIGMA GENOSYS社製)、FITC標識検出DNAプローブ6(配列番号14、Tm=57.4℃、SIGMA GENOSYS社製)、FITC標識検出DNAプローブ7(配列番号15、Tm=57.4℃、SIGMA GENOSYS社製)、又はFITC標識検出DNAプローブ8(配列番号16、Tm=57.4℃、SIGMA GENOSYS社製)を用いる以外は、実施例1と同様にして、S/N比を測定した。得られたS/N比は、標識検出DNAプローブ2について200、標識検出DNAプローブ3について240、標識検出DNAプローブ4について4.0、標識検出DNAプローブ5について40、標識検出DNAプローブ6について50、標識検出DNAプローブ7について80、標識検出DNAプローブ8について200であった。また、最小検出感度は、標識検出DNAプローブ2について0.01pM、標識検出DNAプローブ3について0.01pM、標識検出DNAプローブ4について100pM、標識検出DNAプローブ5について10pM、標識検出DNAプローブ6について10pM、標識検出DNAプローブ7について1pM、標識検出DNAプローブ8について0.01pMであった。
[実施例15~19]2次検出プローブのバリエーション
Alkaline Phosphatase標識抗FITC抗体1(ab49368、Rabbit、Polyclonal、abcam社製)の代わりに、Alkaline Phosphatase標識抗FITC抗体2(A5719、Rabbit、Polyclonal、SIGMA社製)、Alkaline Phosphatase標識抗FITC抗体3(200-052-037、mouse、Monoclonal、Jackson社製)、Alkaline Phosphatase標識抗FITC抗体4(A1812、mouse、Monoclonal、SIGMA社製)、Alkaline Phosphatase標識抗FITC抗体5(NB100-64618、Sheep、Polyclonal、NOVUS社製)、又はAlkaline Phosphatase標識抗FITC抗体6(60400/04、Sheep、Polyclonal、Southern社製)を用いる以外は、実施例1と同様にして、S/N比を測定した。得られたS/N比は、FITC抗体2について160、FITC抗体3について80、FITC抗体4について90、FITC抗体5について5.0、FITC抗体6について5.0であった。また、最小検出感度は、FITC抗体2について0.1pM、FITC抗体3について1pM、FITC抗体4について1pM、FITC抗体5について1nM、FITC抗体6について1nMであった。
[実施例20~25]ブロッキング液のバリエーション
ブロッキング液として1%カゼイン/100μM dNTPs-TBS溶液の代わりに、1%BPF/100μM dNTPs-TBS溶液、1%カゼイン-TBS溶液、1%BSA-TBS、1%BSA/100μM dNTPs-TBS、1%BSA-TBS、又はTBSを用いる以外は、実施例1と同様にして、S/N比を測定した。得られたS/N比は、1%BPF/100μM dNTPs-TBS溶液について150、1%カゼイン-TBS溶液について90、1%BPF-TBSについて80、1%BSA/100μM dNTPs-TBSについて40、1%BSA-TBSについて20、TBSについて5.0であった。また、最小検出感度は、1%BPF/100μM dNTPs-TBS溶液について0.1pM、1%カゼイン-TBS溶液について1pM、1%BSA-TBSについて1pM、1%BSA/100μM dNTPs-TBSについて10pM、1%BSA-TBSについて10pM、TBSについて1nMであった。
[実施例26~33]反応バッファーのバリエーション
反応Bufferとして1M Tris-HCl(pH=8.8)の代わりに1M Tris-HCl(pH8.0)、1M Tris-HCl(pH8.5)、1M Tris-HCl(pH9.0)、1M Tris-HCl(pH7.0)、1M Tris-HCl(pH7.5)、10×PBS(pH7.4)、10×TBS(pH7.4)、又は蒸留水を用いる以外は、実施例1と同様にして、S/N比を測定した。得られたS/N比は、1M Tris-HCl(pH8.0)について80、1M Tris-HCl(pH8.5)について90、1M Tris-HCl(pH9.0)について130、1M Tris-HCl(pH7.0)について15、1M Tris-HCl(pH7.5)について40、10×PBS(pH7.4)について5.0、蒸留水について5.0であった。また、最小検出感度は、1M Tris-HCl(pH8.0)について1pM、1M Tris-HCl(pH8.5)について1pM、1M Tris-HCl(pH9.0)について0.1pM、1M Tris-HCl(pH7.0)について1nM、1M Tris-HCl(pH7.5)について10pM、10×PBS(pH7.4)について1nM、蒸留水について1nMであった。
[実施例34]洗浄液のバリエーション
洗浄液として1%Tween20-TBS溶液の代わりにTBSを用いる以外は、実施例1と同様にして、S/N比を測定した。得られたS/N比は、20であった。また、最小検出感度は、10pMであった。
[実施例35]
TargetDNAとしてTargetDNA1の代わりに、TargetDNA1とTargetDNA1の相補鎖をハイブリダイズさせた2本鎖DNAを用い、且つ検体ウェルのTargetDNA100μL、試薬ウェル(1)の反応Buffer12μL、試薬ウェル(3)の混合試薬3μL、試薬ウェル(7)の蒸留水3.2μLを、空の試薬ウェル(8)で混合した後、94℃で5分間熱処理を行う以外は、実施例1と同様にして、S/N比を測定した。得られたS/N比は、80であった。また、最小検出感度は、1pMであった。
[実施例36]
TargetDNAとしてTargetDNA1の代わりに、TargetDNA1とTargetDNA1の相補鎖をハイブリダイズさせた2本鎖DNAを用いる以外は、実施例1と同様にして、S/N比を測定した。得られたS/N比は、20であった。また、最小検出感度は、10pMであった。
以上の試験で使用した各DNA分子の塩基配列は下記のとおりである。
TargetDNA1
5’-CACCCGTTAGGCGCAACGGGACGGAAAGACCCCGTGAAGCTTTACTGTAGCTTAATATTGATCAGGACATTATCATGTAGAGAATAGGTAGGAGCAAT-3’(配列番号1)
Biotin標識捕捉DNAプローブ1
5’-Biotin-TTTTA-TGCTCCTACCTATTCTCTACATGATAA-3’ (配列番号2)
FITC標識検出DNAプローブ1
5’-FITC-TTTTT-TCTTTCCGTCCCGTT-3’ (配列番号3)
Biotin標識捕捉DNAプローブ2
5’-Biotin-TAATT-TCCTACCTATTCTCTACATGATAATGTC-3’ (配列番号4)
Biotin標識捕捉DNAプローブ3
5’-Biotin-TTTAT-TTCTCTACATGATAATGTCCTGATCA-3’(配列番号5)
FITC標識検出DNAプローブ2
5’-FITC-TTTTT-GTCTTTCCGTCCCGTTG-3’ (配列番号6)
FITC標識検出DNAプローブ3
5’-FITC-TTTTT-GGTCTTTCCGTCCCGTTGC-3’ (配列番号7)
Biotin標識捕捉DNAプローブ4
5’-Biotin-TGCTCCTACCTATTCTCTACATGATAA-3’ (配列番号8)
Biotin標識捕捉DNAプローブ5
5’-Biotin-TA-TGCTCCTACCTATTCTCTACATGATAA-3’ (配列番号9)
Biotin標識捕捉DNAプローブ6
5’-Biotin-TTA-TGCTCCTACCTATTCTCTACATGATAA-3’ (配列番号10)
Biotin標識捕捉DNAプローブ7
5’-Biotin-TTTTTTTTTA-TGCTCCTACCTATTCTCTACATGATAA-3’ (配列番号11)
FITC標識検出DNAプローブ4
5’-FITC-TTTTA-CTTTCCGTCCCGT-3’ (配列番号12)
FITC標識検出DNAプローブ5
5’-FITC-TCTTTCCGTCCCGTT-3’ (配列番号13)
FITC標識検出DNAプローブ6
5’-FITC-TT-TCTTTCCGTCCCGTT-3’ (配列番号14)
FITC標識検出DNAプローブ7
5’-FITC-TTTT-TCTTTCCGTCCCGTT-3’ (配列番号15)
FITC標識検出DNAプローブ8
5’-FITC-TTTAATTTTT-TCTTTCCGTCCCGTT-3’ (配列番号16)

Claims (8)

  1. 標的核酸の検出方法であって、
    (1)標的核酸にハイブリダイズする標識された捕捉核酸プローブ、及び標的核酸にハイブリダイズする標識された検出核酸プローブを準備する工程
    (2)標的核酸を含む試料と捕捉核酸プローブを混合し、標的核酸に捕捉核酸プローブをハイブリダイズさせる工程
    (3)標的核酸を含む試料と検出核酸プローブを混合し、標的核酸に検出核酸プローブをハイブリダイズさせる工程
    (4)捕捉核酸プローブの標識を特異的に認識する捕捉抗体が固定化された反応器に、捕捉核酸プローブがハイブリダイズした標的核酸を添加し、標的核酸を捕捉抗体に結合させる工程
    (5)反応器を洗浄し、標的核酸にハイブリダイズしていない検出核酸プローブを除去する工程、及び
    (6)検出核酸プローブの標識を検出する工程
    を含み、
    捕捉核酸プローブは、標的核酸に相補的な領域(相補的領域)、及び相補的領域の末端に標的核酸と非相補的な核酸領域(リンカー領域)を有し、リンカー領域の相補的領域と隣接していない側の末端が標識されており、
    捕捉核酸プローブのリンカー領域は3~15ヌクレオチド残基からなり、
    捕捉核酸プローブのTm値が60.5~62.4℃であり、
    検出核酸プローブは、標的核酸に相補的な領域(相補的領域)、及び相補的領域の末端に標的核酸と非相補的な核酸領域(リンカー領域)を有し、リンカー領域の相補的領域と隣接していない側の末端が標識されおり、
    検出核酸プローブのリンカー領域は3~15ヌクレオチド残基からなり、
    検出核酸プローブのTm値が57.4~69.0℃であり、
    工程(2)~工程(4)は、pH7.6~9.0の緩衝液中で行われ、
    捕捉抗体が固定化された反応器が、カゼイン、及びBlocking Peptide Fragment(BPF)から成る群より選択されるブロッキング剤でブロッキングされており、
    工程(2)及び工程(3)は、30~50℃の緩衝液中で行われる、
    方法。
  2. 捕捉核酸プローブの標識がビオチン、DIG(ジゴキシゲニン)、蛍光物質から成る群より選択され、且つ、検出核酸プローブの標識とは異なる、請求項に記載の方法。
  3. 検出核酸プローブの標識がビオチン、DIG(ジゴキシゲニン)、蛍光物質から成る群より選択され、且つ、捕捉核酸プローブの標識とは異なる、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 蛍光物質がフルオレセイン及びその誘導体、ローダミン及びその誘導体、並びにシアニン及びその誘導体から成る群より選択される、請求項2または3に記載の方法。
  5. 工程(6)が、検出核酸プローブの標識を特異的に認識し、且つ、標識された検出抗体を、検出核酸プローブに結合させる工程を含む、請求項1~のいずれかに記載の方法。
  6. 検出抗体の標識がアルカリホスファターゼ(ALP)、及びペルオキシダーゼ(HRP)から成る群より選択される、請求項に記載の方法。
  7. 検出抗体が、ウサギ抗体、マウス抗体、及びラット抗体から成る群より選択される、請求項5又は6に記載の方法。
  8. ブロッキング剤が、さらにdNTPsを含有する、請求項1~7のいずれかに記載の方法。
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