JPH04104790A - 微生物菌体からの遺伝子断片の単離法 - Google Patents

微生物菌体からの遺伝子断片の単離法

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JPH04104790A
JPH04104790A JP22119090A JP22119090A JPH04104790A JP H04104790 A JPH04104790 A JP H04104790A JP 22119090 A JP22119090 A JP 22119090A JP 22119090 A JP22119090 A JP 22119090A JP H04104790 A JPH04104790 A JP H04104790A
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JP
Japan
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dna
microbial cells
reaction solution
fragment
cells
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Application number
JP22119090A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Shimada
浩章 島田
Yuichi Tada
多田 雄一
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MITSUI GIYOUSAI SHOKUBUTSU BIO KENKYUSHO KK
Original Assignee
MITSUI GIYOUSAI SHOKUBUTSU BIO KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、微生物菌体内に存在する特定のDNA断片の
検出、および単離の方法に関する。
本発明によれば分子生物学、生化学、遺伝学分野の研究
における組換えDNA研究をなう際に、迅速、かつ正確
なりNAの検出が可能となり、また、プラスミド挿入断
片等の直接的単離が可能となる。
(従来技術及び問題点) 分子生物学の発展にともない、DNAレベルでの研究が
広く行なわれるようになっている。M近、DNAの微を
解析法として、ポリメラーゼ連鎖反応接(polyme
rase chain reaction、以下、PC
Rと略す)が開発され(Saiki et al、、 
5cience、 239゜487(1988))、こ
の実施例が数多く報告されている(太田成馬、細胞工学
8.545. (1989))。
PCRは2つの相向かい合う短いプライマーDNAを用
い、−本鎖DNAの両端にアニーリングし、この間の配
列をDNAポリメラーゼによって連鎖反応を行い二本鎖
DNAとし、更に熱変性して一本鎖DNAとし合成を繰
り返すことにより、特定の領域の配列のみを高度に増幅
する技術である。PCRはDNA鎖の熱変性、プライマ
ーとのアニーリング、ポリメラーゼによる伸長反応を繰
り返し行うことによって、特定の断片を増幅することが
できるものである。通常、反応液中の温度変化を繰り返
すためにDNAポリメラーゼは好熱性のものを用いる。
通常の反応系では、熱変性は94℃で行ない、アニーリ
ングは37℃で、ポリメラーゼ反応は72℃で行なう。
これらの一連の反応は繰り返し行なわれ、その結果1つ
のDNA断片を100万倍にまで増幅することが可能で
ある。
PCRは非常に感度よく特定の配列を増幅することが可
能であるので、反応液中にごく微量の標的DNAが存在
するだけで、十分量のDNA断片を増幅することができ
る。そのため、これまでにPCRを応用した数多くの微
量分析法が提案されている。特に、この方法による動物
細胞や微生物菌体内の特定のDNA配列を検出する方法
は、遺伝病の検出や、特定の遺伝子の変化を迅速に微量
分析することを可能にすることから非常によく研究され
ている(例、 Ehlich et al、、 PCR
Protocols、 Acade+++ic Pre
ss 1990.pp325−336、kim and
 Sm1thes、 Nucl、 Ac1ds Res
、、 16.8887(1988))。
しかしながら、従来のこれらの分析法はすべて細胞ある
いは菌体からまずDNA成分を抽出することが必須であ
る。これらの方法によるとDNAの抽出は、界面活性剤
を含む反応液に細胞を懸濁し、物理的あるいは化学的に
細胞を破砕することによって行なわれる。この操作は非
常に多くの時間を要する上、熟練をも要する。多数の資
料を処理するときにはこの方法は多大な労力を要求し、
また操作の途中での試料の損失や、他の物質の汚染の恐
れがあった。そこでこのようなりNA抽出操作を含まな
い方法の開発が待たれていた。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、PCHにおける微生物菌体からのDNA
抽出をより簡便なものにするために鋭意研究したところ
、PCRを行う反応液中に微生物菌体を添加して加熱処
理することによって、微生物菌体中のDNAを直接PC
R反応液中に添加することに成功したのである。
本発明においては、PCRはこれまでに知られているP
CRを用いないDNAの分析方法に比べて格段に感度が
よい。それゆえに、微生物菌体を加熱処理することによ
って反応液中に浸出したごくわずかなりNAでも充分検
出できるものと考えられる。
本発明では、微生物菌体の様々なりNAを特別な抽出処
理を行なうことなく、菌体から直接PCR反応液中への
溶出を可能としたために、DNA抽出処理のかなりの手
間と時間を省略できる。そのため本発明は実験操作上す
ぐれた方法であり、また、DNA分析では、本発明の方
法はより迅速で、より正確な方法ということができる。
本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応を行う反応液中に微生
物菌体を添加し、これを加熱処理することによって微生
物菌体より菌体内のDNAを浸出せしめることを特徴と
するポリメラーゼ連鎖反応液中へDNA成分を直接的に
得る方法に関するものである。
また、本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応を行う反応液中
に微生物菌体を添加し、これを加熱処理することによっ
て微生物菌体より菌体内のDNAを浸出せしめ、得られ
た反応液中のD N Aから。
DNAポリメラーゼと、特定のDNA断片の両端部と効
率よく対合することができる2本の相向かい合うプライ
マーDNA断片を用いて特定のDNA断片を増幅せしめ
ることを特徴とする微生物菌体からの遺伝子断片の単M
法に関するものである。
更に、本発明はポリメラーゼ連鎖反応を行う反溶液中に
微生物菌体を添加し、これを加熱処理することによって
微生物菌体より菌体内のDNAを浸出せしめ、得られた
反応液中のDNAから、DNAポリメラーゼと、特定の
DNA断片の両端部と効率よく対合することができる2
本の相向かい合うプライマーDNA断片を用いて特定の
DNA断片を増幅せしめることを特徴とする微生物菌体
中の遺伝子の分析方法に関するものである。
本発明の方法の特色は、微生物菌体を直接、PCR反応
液中に投入し、最初の加熱処理の時間を長くすることに
よって、微生物菌体内に存在するDNAを反応液中へ効
率よく浸出せしめることにある。最初の加熱は90℃以
上であるのが好ましく、加熱時間は10分程度で充分で
ある。また、反応溶液に加える微生物菌体はつまようじ
の先端部に付着する程度のごくわずかの量でよい。
本発明のPCR反応液中での加熱によって、微生物菌体
に含まれるDNAはよく浸出し、PCR反応に供するこ
とができる。
本発明の方法では通常のPCRの反応液に、つまようじ
などの道具を用いて、ごく微量の微生物菌体を懸濁し、
これをPCHの反応の前に高温(90℃程度)で10分
間はど加熱する。この後は通常の方法でPCRを行なう
、これによって確実に目的とするDNA断片の増幅が行
なわれる。この方法ではどの様な大きさの断片でも検出
が可能である。また、標的とするDNA以外の断片はこ
の方法によって全く増幅されることが無いので、標的D
NAだけを純粋な形で得ることができるのである。
本発明に用いるPCRの反応液5通常のPCRに使用さ
れる試薬で、これは反応緩衝液、プライマー、デオキシ
ヌクレオチド、好熱性DNAポリメラーゼからなるもの
で、これら以外にDNA抽出用試薬等を添加する必要は
ない。
PCR反応液中での加熱によって、微生物菌体からの遺
伝子断片は1本鎖DNAとなっているので、反応液の温
度を50−60℃程度に下げ、プライマーとアニーリン
グせしめることができる。
アニーリングが完了した後は、反応液の温度を好熱性D
NAポリメラーゼの適温である72℃程度に昇温し、ポ
リメラーゼ反応を行う。
このようにして2本鎖となったDNAは、最初の加熱で
ある90℃以上の加熱処理を行えば、1本鎖に解離する
ことができる。
この反応液をそのままアニーリング処理及びポリメラー
ゼ処理を行う。
このような処理をくり返すことによって特定の配列のD
NAのみを増幅することができるのである。
また、本発明の方法によって増幅された断片は目的とす
るDNA断片以外の不必要なRNAやDNAの混入が全
く無いため、これを用いて、直接DNA塩基配列の決定
の実験や、ハイブリダイゼーションの実験に用いること
が可能である。
本発明の方法による特定のDNAの調製法は、これまで
に知られている方法に比入、圧倒的に速く、かつ正確で
あり、純度が高い。そのため、これまでのDNA調製法
でしばしば用いられているRNA分解酵素などの試薬が
要らない。従って、本発明の方法は従来の方法に比べて
格段に経済的であり効率的であると考えられ、DNAの
調製法又は遺伝子の分析法としてはきわめてすぐれた方
法といえるのである。
以下に本発明の実施例を示す。
(実施例) 実施例1 大腸菌菌体に存在するプラスミドDNAのユニバーサル
プライマーと逆方向プライマーを用いた直接的検出 pUcプラスミドにクローン化された特定のDNA断片
の検出を試みた。pシ1CプラスミドはMessing
らによって開発されたもので、異種のDNA断片をクロ
ーニングするのに非常に便利のよいマルチクローニング
サイトを有する(Vieira andMessing
、 Methods in EnzyIIlol、、 
153.3 (1987))sこのマルチクローニング
サイトに存在する制限酵素切断点を用いてDNAをクロ
ーン化した場合、この両側に存在する2つのプライマー
サイトによって容易に塩基配列を決定することができる
ように設計されており、非常に便利なベクターである。
しかもこれらのプライマーは市販されており、また有機
合成法によって容易に入手が可能である。
プラスミドDNAとして表1に示すものを用いた。
表1 実験番号 プラスミド名 ベクター プライマ間の長さ
1     pSS3CpUc19    3.4kb
p2     pRP4−3    pUc19   
 2.6kbp3     pRP4−8    pU
c19    1.5kbp4     pRPl−4
pUc19    0.6kbp5     pUc1
9     pUc19    0.1kbpこれらの
プラスミドにはpLlcベクターに由来するマルチクロ
ーニングサイトが挿入断片の両側に存在する。
まず、それぞれのプラスミドを有する大腸菌を肉汁寒天
培地上で培養した。これらを分析に用いることとし、生
育してきた大腸菌のコロニーにつまようじを突き刺し、
大腸菌菌体をっまようしの先端部に付着させ、これをも
う1枚の別の新しい寒天培地に突き刺した。さらにこの
つまようじをあらかじめ用意したPCHの反応溶液の中
に挿入し、つまようじに残存する大腸菌菌体を反応溶液
中に懸濁した。
PCHの反応はInn1sとGe1fandの方法に従
った(PCRProtocols、 Academic
 Press、 1990. pp3〜12)。反応液
の組成は50mM KCI、 10mM Tris−H
CI(pH8,3)、 1.5mM MgC1□、 0
.01%ゼラチン、 0.2s+MdATP、  0.
2mM  dCTP、  0.2mM  dGTP、 
 0.2mM  dTTP。
2.5units Taq DNA Polymera
se、 1.Op MずつのプライマーDNAであった
。Taq DNA Polymeraseは全酒造製を
用いた。PCRに用いたプライマーは前述の2つのプラ
イマー(ユニバーサルプライマーとリバースプライマー
)を用いた。PCR(polyo+erase cha
in reaction)の反応機はPerkinEi
mer Cetus社のものを用いた。反応は、熱変性
は94℃で、アニーリングは60℃で、ポリメラーゼ反
応は72℃で順次行なった。これらの一連の反応は30
回繰り返した。
反応後の解析は、反応液の一部をアガロース電気泳動を
行なうことによって実施した。この結果、第1図に示す
ように、すべての場合において、それぞれのプラスミド
に含まれている挿入断片に対応する長さのDNA断片が
特異的に増幅されていた。
実施例2 混合系でのプラスミドの直接検出 実施例1で用いたプラスミドを含む大腸菌を5つ混合し
、同様の実験を行った。それぞれのコロニーから菌体を
取り、反応溶液に懸濁した。これを実施例1の方法でP
CRを行った。
混合プラスミドDNAとして表2に示すものを用いた。
表2 実験番号   プラスミド名    増幅が期待される
断片の長さ1   pSS3C,pUc19. pUc
19.     3.4kbp、 0.1kbppUc
19. pUc19 2   pRP4−3. pUc19. pUc19.
    2.6kbp、 0.1kbpρUC19,p
L]c19 3   pRP4−8.ptlc19.ptlc19.
    1.5kbp、0.1kbpplJc19. 
pUc19 4   PRPI−4,ρUC19,pUc19.  
  0.6kbp、 0.1kbρpUc19.ρLI
C19 その結果は第2図に示す通りであり、菌体の混合を行っ
てもそれぞれのプラスミドDNAを検出することができ
た。一部の断片については、時には強く増幅されないこ
ともあったが、検出不可能な断片はなかった。
従ってこの方法は混合系でも応用が可能であることが明
らかとなった。
実施例3 合成プライマーを用いたプラスミドの直接的検pUCプ
ラスミド以外のプラスミドにクローン化されていて、上
記のプライマーをPCRプライマーとして用いることが
できない場合、特定の塩基配列に対応する配列を有機合
成し、これをPCRプライマーとして、用いることがで
きるものと考えられる。
pRP4−3はイネ葉緑体遺伝子の一部をpUc19に
挿入することによって得られたプラスミドDNAである
(Shimada et al、、 Plant Mo
1. Biol、 Repr、。
ス、 284 (1989))。この挿入断片の塩基配
列はすでに明かとなっているので(Hiratsuka
 et al、、 Mol。
Gen、 Genet、、 217.185 (198
9) )、この配列の一部に対応する塩基配列20塩基
を有機合成した。これを一方のプライマーとし、もう一
方のプライマーを前述のユニバーサルプライマーを用い
て、実施例1および実施例2の方法に準じて実験を行っ
た。
プラスミドDNAとして表3に示すものを用いた。
表3 実験番号 プラスミド名 増幅が期待される断片の長さ
1   pUc19           なし2  
 pRP4−3         1.1kbp3  
ρRP4−3. pUc19      1.1kbp
この場合、POCl2のユニバーサルプライマーとpR
P4−3の中のプライマー配列の間1.1kbρが増幅
されることが期待された。またpRP4−3の中のプラ
イマー配列はベクターなどの他のプラスミドDNAには
存在しないことから、pRP4−3のみが特異的に検出
できるものと考えられた。
実験の結果は第3図に示す通りであり、目的とする長さ
を有する断片のみが増幅され、その他のプラスミドに由
来する配列は全く増幅がみられなかった。
従って、この方法は多くの微生物菌体から、特定のプラ
スミドDNAを有する菌株を迅速に選択するために、非
常に有効であることが証明された。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1において実験番号1〜5の反応液のア
ガロース電気泳動の結果を示す図で、第2図は実施例2
において実験番号1〜5の反応液のアガロース電気泳動
の結果を示す図で、第3図は実施例3において実験番号
1〜3の反応液のアガロース電気泳動の結果を示す図で
ある。 第  1 図 代理人 弁理士 戸 1)親 男 箒 図 第 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ポリメラーゼ連鎖反応を行う反応液中に微生物菌
    体を添加し、これを加熱処理することによって微生物菌
    体より菌体内のDNAを浸出せしめることを特徴とする
    ポリメラーゼ連鎖反応液中へDNA成分を直接的に得る
    方法。
  2. (2)ポリメラーゼ連鎖反応を行う反応液中に微生物菌
    体を添加し、これを加熱処理することによって微生物菌
    体より菌体内のDNAを浸出せしめ、得られた反応液中
    のDNAから、DNAポリメラーゼと、特定のDNA断
    片の両端部と効率よく対合することができる2本の相向
    かい合うプライマーDNA断片を用いて特定のDNA断
    片を増幅せしめることを特徴とする微生物菌体からの遺
    伝子断片の単離法。
  3. (3)ポリメラーゼ連鎖反応を行う反応液中に微生物菌
    体を添加し、これを加熱処理することによって微生物菌
    体より菌体内のDNAを浸出せしめ、得られた反応液中
    のDNAから、DNAポリメラーゼと、特定のDNA断
    片の両端部と効率よく対合することができる2本の相向
    かい合うプライマーDNA断片を用いて特定のDNA断
    片を増幅せしめることを特徴とする微生物菌体中の遺伝
    子の分析方法。
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