JPH0591896A - Assay of nucleic acid hybrid - Google Patents

Assay of nucleic acid hybrid

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JPH0591896A
JPH0591896A JP3253468A JP25346891A JPH0591896A JP H0591896 A JPH0591896 A JP H0591896A JP 3253468 A JP3253468 A JP 3253468A JP 25346891 A JP25346891 A JP 25346891A JP H0591896 A JPH0591896 A JP H0591896A
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JP
Japan
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nucleic acid
assay method
hybrid
probe
acid hybrid
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Application number
JP3253468A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Nagai
啓一 永井
Hideki Kanbara
秀記 神原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0591896A publication Critical patent/JPH0591896A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays

Abstract

PURPOSE:To shorten time for assay of DNA hybrid and improve throughput by subjecting a fragment of the objective gene substance nicked by a restriction enzyme to hybridization with a probe having a length equivalent to the fragment. CONSTITUTION:The objective gene substance 1 is nicked with one or plural restriction enzymes and subjected to hybridization reaction 7 with a DNA having length equivalent to the target DNA. Hybrid body 8 and unreacted DNA probe 9 are separated by electrophoresis, etc., and fluorescent strength emitted from a labeled fluorescent substance 3 of the probe is measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、標的となるDNAある
いはRNAなどの遺伝物質をこれと相補的な配列を持つ
ポリヌクレオチドであるDNAプローブとのハイブリッ
ド形成により検定する方法に関する。特に疾病の原因と
なるウィルス,細菌などの外来性の遺伝物質、あるいは
ヒトを始めとする生物の特定の遺伝情報を担う遺伝物質
の有無および変異などを検出する診断的な方法に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for assaying a target genetic material such as DNA or RNA by hybridization with a DNA probe which is a polynucleotide having a sequence complementary thereto. In particular, the present invention relates to a diagnostic method for detecting the presence or absence of an exogenous genetic material such as a virus or bacterium causing a disease, or a genetic material that carries specific genetic information of an organism such as a human, and a mutation.

【0002】[0002]

【従来の技術】標的となる核酸試料、または標的核酸試
料と相補的な塩基配列を含むDNAまたはRNA断片で
ある核酸プローブのいずれか一方を固相に固定し、これ
との間でハイブリダイゼーション反応を行う、従来の遺
伝物質検出法は、プロシーディングス オブ ザ ナシ
ョナル アカデミー オブ サイエンシズオブ ユーエ
ス エー 80巻(1983年)第278頁から282
頁(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 80(1983)pp.27
8−282)に記載されている。
2. Description of the Related Art Either a target nucleic acid sample or a nucleic acid probe which is a DNA or RNA fragment containing a base sequence complementary to the target nucleic acid sample is immobilized on a solid phase, and a hybridization reaction is carried out with this. The conventional method for detecting genetic material is described in Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 80 (1983), pages 278 to 282.
Page (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80 (1983) pp. 27.
8-282).

【0003】この方法は、まず、電気泳動によって分子
量分離したDNA断片試料をニトロセルロース膜上に転
写,固定した後、この膜をRI(放射性同位元素)標識
されたDNAプローブを含む溶液に浸してハイブリダイ
ゼーション反応を行う。反応後、未反応DNAプローブ
を洗浄により膜から洗い流す。その後で、膜に結合した
まま残っているDNAプローブをオートラジオグラフィ
により検出し、標的遺伝物質の有無を判定する。また、
上記ハイブリダイゼーション反応で形成されるハイブリ
ッド体は、塩基配列の相補性が高いほど、DNA断片試
料とDNAプローブが強く結合し、高い温度でも解離す
ることがない。そこで、DNA断片試料がDNAプロー
ブと完全な相補性を持つ場合には解離せず、相補性が不
完全な場合には解離するような温度で洗浄を行うことに
より、DNA断片試料がDNAプローブと完全な相補性
を持つか否か判定できる。相補性が完全な場合にはDN
Aプローブは膜に結合したまま残って検出されるが、そ
うでない場合にはDNAプローブは膜から洗い流されて
検出されない。
In this method, first, a DNA fragment sample whose molecular weight has been separated by electrophoresis is transferred and fixed on a nitrocellulose membrane, and then this membrane is immersed in a solution containing a RI (radioisotope) labeled DNA probe. Perform a hybridization reaction. After the reaction, the unreacted DNA probe is washed from the membrane by washing. Thereafter, the DNA probe remaining bound to the membrane is detected by autoradiography to determine the presence or absence of the target genetic material. Also,
In the hybrid body formed by the above-mentioned hybridization reaction, the higher the complementarity of the base sequences, the stronger the binding between the DNA fragment sample and the DNA probe, and the less dissociation occurs even at a high temperature. Therefore, when the DNA fragment sample has complete complementarity with the DNA probe, it is not dissociated, and when the complementarity is incomplete, washing is performed at a temperature at which it dissociates, whereby the DNA fragment sample becomes the DNA probe. Whether or not it has perfect complementarity can be determined. DN if complementarity is perfect
The A probe remains bound to the membrane and is detected, otherwise the DNA probe is washed off the membrane and is not detected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、標的
遺伝物質と核酸プローブとのハイブリダイゼーション反
応を膜上で行っていた。また、核酸プローブの標識にR
Iを用いていた。このため、遺伝物質の膜への転写,ハ
イブリダイゼーション反応およびオートラジオグラフィ
による検出に、それぞれ夜通しというように長時間を要
した。また、膜上での反応,検出を行うため自動装置化
に適さないという問題があった。さらには、作業者の放
射線被爆という問題点もあった。また、目的遺伝物質と
DNAプローブとの相補性の完全性の判定を膜の洗浄温
度によって行っているため、必ずしも十分な精度が得ら
れないという問題があった。
In the above-mentioned conventional techniques, the hybridization reaction between the target genetic material and the nucleic acid probe was carried out on the membrane. In addition, R is used for labeling the nucleic acid probe.
I was using. Therefore, the transfer of the genetic material to the membrane, the hybridization reaction, and the detection by autoradiography required a long time such as overnight. In addition, there is a problem that it is not suitable for an automatic device because the reaction and detection are performed on the film. In addition, there is a problem that workers are exposed to radiation. Moreover, since the completeness of complementarity between the target genetic material and the DNA probe is determined by the washing temperature of the membrane, there is a problem that sufficient accuracy cannot always be obtained.

【0005】本発明の目的は、ハイブリダイゼーション
反応およびハイブリッド体の検出を短時間で行える、自
動化に適した遺伝物質の検出手法を提供することにあ
る。また本発明の他の目的は、核酸プローブのRI以外
による標識を実現して、作業者を放射線被爆から開放す
ること、放射線の遮蔽を必要とせず作業場所への制約を
無くすことにある。本発明の他の目的は、DNAプロー
ブと目的遺伝物質との相補性の完全性を判定する精度の
高い手段を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method for detecting a genetic material suitable for automation, which can carry out a hybridization reaction and detection of a hybrid in a short time. Another object of the present invention is to realize labeling of the nucleic acid probe by means other than RI, to free the operator from radiation exposure, and to eliminate restrictions on the work place without the need to shield radiation. Another object of the present invention is to provide a highly accurate means for determining the completeness of complementarity between a DNA probe and a target genetic material.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、目的遺伝物質1を一つあるいは複数の
制限酵素で切断し、切断断片中の特定の断片と相補的な
塩基配列を有し、かつ該断片と比較的近い長さを有し、
かつRI以外の標識物を結合せしめた一本鎖DNAプロ
ーブ2とハイブリッド体8を形成し、ハイブリッド体8
と未反応の一本鎖DNAプローブ9を分離し、ハイブリ
ッド体8および未反応プローブ9上の標識物を識別して
検出する。ハイブリダイゼーション反応7を短時間で行
うためにハイブリッド体8の形成を水溶液中で行う。そ
こで、ハイブリッド体8の形成を効率的に行うために、
制限酵素切断反応4により、目的遺伝物質1を制限酵素
で切断してDNAプローブ2と同程度の長さとする。以
下では、これを標的DNA5と記述する。さらに、ハイブリ
ッド体8と未反応プローブ9を分離して検出するための
手段として電気泳動を使用する。検出を短時間で行うた
めに、細管中での電気泳動を行う。標識物としては蛍光
体3を使用し、蛍光検出によりハイブリッド体8の検出
を行う。
In order to achieve the above object, in the present invention, the target genetic material 1 is cleaved with one or more restriction enzymes, and a nucleotide sequence complementary to a specific fragment among the cleaved fragments is obtained. And has a length relatively close to the fragment,
A hybrid 8 is formed by forming a hybrid 8 with the single-stranded DNA probe 2 to which a labeling substance other than RI is bound.
The unreacted single-stranded DNA probe 9 is separated, and the hybrid 8 and the unreacted probe 9 are labeled and detected. In order to carry out the hybridization reaction 7 in a short time, the hybrid body 8 is formed in an aqueous solution. Therefore, in order to efficiently form the hybrid body 8,
By the restriction enzyme cleavage reaction 4, the target genetic material 1 is cleaved with a restriction enzyme so as to have the same length as the DNA probe 2. Hereinafter, this is referred to as target DNA5. Further, electrophoresis is used as a means for separating and detecting the hybrid body 8 and the unreacted probe 9. In order to perform detection in a short time, electrophoresis is performed in a capillary. The fluorescent substance 3 is used as the labeled substance, and the hybrid substance 8 is detected by fluorescence detection.

【0007】目的遺伝物質1とDNAプローブ2との相
補性の完全性を判定するために、本発明では電気泳動媒
質に温度勾配を持たせる。また別の手段として、電気泳
動ゲルに変性剤の濃度勾配を持たせる。
In order to determine the completeness of complementarity between the target genetic material 1 and the DNA probe 2, the electrophoretic medium is provided with a temperature gradient in the present invention. As another means, the electrophoresis gel is provided with a denaturant concentration gradient.

【0008】[0008]

【作用】目的遺伝物質1とDNAプローブ2とのハイブ
リダイゼーション反応7を水溶液中で行うので、ハイブ
リッド体の形成を短時間に行うことができる。一方、合
成できるDNAプローブの長さには制限があり、実用的
には100塩基程度が上限である。また、ヒトを始めと
する高等生物のゲノムの配列をユニークに特定するため
には、統計的には20塩基程度のDNAプローブで十分
である。ところが、数十塩基程度のDNAプローブとゲ
ノムDNAとのハイブリダイゼーション反応では、ゲノ
ムDNA同志の再結合反応の方が、衝突頻度がはるかに
大きいため速く進行する。このため、目的遺伝物質1と
DNAプローブ2とのハイブリッド形成の効率を上げる
のが困難である。また、一旦ハイブリッド体8を形成し
ても、ハイブリッド形成部位以外の部位に結合したゲノ
ムDNAによる置換反応により、ハイブリッド体の解離
も起こりうる。
Since the hybridization reaction 7 between the target genetic material 1 and the DNA probe 2 is carried out in an aqueous solution, formation of a hybrid can be carried out in a short time. On the other hand, there is a limit to the length of the DNA probe that can be synthesized, and practically the upper limit is about 100 bases. In order to uniquely specify the genome sequence of higher organisms such as humans, a DNA probe of about 20 bases is statistically sufficient. However, in a hybridization reaction between a DNA probe having several tens of bases and a genomic DNA, the recombination reaction between the genomic DNAs proceeds faster because the collision frequency is much higher. Therefore, it is difficult to increase the efficiency of hybridization between the target genetic material 1 and the DNA probe 2. Further, even if the hybrid body 8 is once formed, dissociation of the hybrid body may occur due to the substitution reaction by the genomic DNA bound to a site other than the hybrid formation site.

【0009】このため、本発明では、目的遺伝物質1を
一つあるいは複数の制限酵素で切断して、目的遺伝物質
1中の標的部位を含む領域を短く断片化する。こうして
得た標的DNA5と比較的近い長さを有するDNAプロ
ーブ2とのハイブリダイゼーション反応7を行うことに
より、目的遺伝物質同志の再結合反応とDNAプローブ
2とのハイブリッド形成反応7の速度を同程度にするこ
とができる。また、これによりゲノムDNAとの置換反
応も実質的に無視できる。
Therefore, in the present invention, the target genetic material 1 is cleaved with one or more restriction enzymes to fragment the region containing the target site in the target genetic material 1 into shorter fragments. By carrying out the hybridization reaction 7 with the DNA probe 2 having a relatively close length to the target DNA 5 thus obtained, the recombination reaction of the target genetic material and the hybridization reaction 7 with the DNA probe 2 can be performed at the same rate. Can be Moreover, the substitution reaction with the genomic DNA can be substantially ignored.

【0010】水溶液中で生成したハイブリッド8体と未
反応のDNAプローブ9を分離して検出するために、本
発明では電気泳動による分離を用いた。数百塩基以下の
一本鎖および二本鎖DNA断片はポリアクリルアミドゲ
ル中の電気泳動により容易に分離することができる。特
に、内径100μm以下の細管中での電気泳動では、単
位長さあたりの印加電圧を大きくでき、分離に要する時
間を短くできる。
In the present invention, separation by electrophoresis was used in order to separate and detect the unreacted DNA probe 9 and the hybrid 8 formed in the aqueous solution. Single-stranded and double-stranded DNA fragments of several hundred bases or less can be easily separated by electrophoresis in polyacrylamide gel. In particular, in electrophoresis in a capillary tube having an inner diameter of 100 μm or less, the applied voltage per unit length can be increased and the time required for separation can be shortened.

【0011】目的遺伝物質1とDNAプローブ2とのハ
イブリッド体8をRIを使用せずに検出するため、本発
明では蛍光検出を用いる。そのためには、合成DNAプ
ローブに予め蛍光体を標識しておけばよい。
In order to detect the hybrid 8 of the target genetic material 1 and the DNA probe 2 without using RI, fluorescence detection is used in the present invention. For that purpose, the synthetic DNA probe may be labeled with a fluorophore in advance.

【0012】ハイブリッド体8と未反応プローブ9を分
離する電気泳動媒質に、レーザ光等の光を照射すると、
ハイブリッド体8および未反応プローブ9がそこを通過
するときに蛍光を発する。この蛍光を検出することによ
り、ハイブリッド体8と未反応プローブ9を分離して検
出することができる。さらに、ハイブリッド体8からの
蛍光強度を計測することにより、ハイブリッド体8の
量、すなわち目的遺伝物質1の量を定量することができ
る。
When the electrophoretic medium for separating the hybrid body 8 and the unreacted probe 9 is irradiated with light such as laser light,
When the hybrid body 8 and the unreacted probe 9 pass therethrough, they emit fluorescence. By detecting this fluorescence, the hybrid body 8 and the unreacted probe 9 can be separated and detected. Furthermore, by measuring the fluorescence intensity from the hybrid 8, the amount of the hybrid 8, that is, the amount of the target genetic material 1 can be quantified.

【0013】電気泳動媒質に温度勾配を持たせるか、電
気泳動ゲルに変性剤の濃度勾配を持たせることにより、
ハイブリッド体の泳動速度は、塩基配列の相補性が完全
な場合と不完全な場合とで違ってくる。この違いを識別
することで相補性の完全性を判定できる。すなわち、目
的遺伝物質中のポイントミューテーションなどの変異の
有無を判定できる。
By giving the electrophoretic medium a temperature gradient or by giving the electrophoretic gel a denaturant concentration gradient,
The migration rate of the hybrid differs depending on whether the nucleotide sequences are completely complementary or incomplete. By discriminating this difference, the completeness of complementarity can be determined. That is, the presence or absence of mutation such as point mutation in the target genetic material can be determined.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明による第1の実施例を図1によ
って説明する。本実施例では、目的遺伝物質1としてフ
ァージベクターの一種である、二本鎖のM13mp8RFDNA を
用いる。DNAプローブ2として、M13mp8の制限
酵素認識部位の中にある、制限酵素EcoR IとHind IIIで
挾まれる部分に対応する、5′−TGGCTGCAGG
TCGACGGATCCCCGGGAATT−3′の3
0塩基からなるものを合成して用いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIG. In this example, double-stranded M13mp8RFDNA, which is a kind of phage vector, is used as the target genetic material 1. As the DNA probe 2, 5'-TGGCTGCAGG corresponding to the part sandwiched by the restriction enzymes EcoRI and HindIII in the restriction enzyme recognition site of M13mp8.
TCGACGGATCCCCCGGGAATT-3 '3
One consisting of 0 bases is synthesized and used.

【0015】標識蛍光体3として、アルゴンイオンレー
ザ(発振波長488nm)で効率よく励起できるフルオ
レセインイソチオシアネイト(FITC)を使用し一本
鎖DNAを標識する。蛍光体3の標識には、特開昭61−
44353 号に開示の方法を用いることができる。この方法
は、ポリヌクレオチドの蛍光体標識部位のリン酸結合を
官能基を有するホスホン酸結合に置き換え、この官能基
と蛍光体を結合させることにより蛍光体標識を実現する
ものであり、任意の位置に標識物を導入できる手法であ
る。本実施例では標識位置は、5′端から3番目のGと
4番目のCの間のリンの部分とした。
As the labeling fluorescent substance 3, fluorescein isothiocyanate (FITC) which can be efficiently excited by an argon ion laser (oscillation wavelength 488 nm) is used to label the single-stranded DNA. The fluorescent substance 3 is labeled by Japanese Patent Laid-Open No. 61-
The method disclosed in 44353 can be used. This method replaces the phosphate bond at the fluorophore labeling site of the polynucleotide with a phosphonic acid bond having a functional group, and realizes the fluorophore labeling by binding this functional group and the fluorophore. This is a method that can introduce a labeled substance into. In the present example, the labeling position was the phosphorus portion between the third G and the fourth C from the 5'end.

【0016】まず、M13mp8RFDNAを濃度10
mMのTris−HCl(pH7.5)、濃度10mMのMg
Cl2 、濃度1mMのDithiothreitol、濃度50mMの
NaClからなる、37℃のバッファー液中でHind III
で消化し、引き続いて、Tris−HCl(pH7.5)の濃
度を50mM、NaClの濃度を100mMに変更し
て、EcoR Iを加えて消化する。この2段階からなる制限
酵素切断反応4により、反応液中に標的DNA5とその
他のDNA6からなる断片が生成する。
First, M13mp8RFDNA was added at a concentration of 10
mM Tris-HCl (pH 7.5), concentration 10 mM Mg
Hind III in a buffer solution consisting of Cl 2 , Dithiothreitol at a concentration of 1 mM and NaCl at a concentration of 50 mM at 37 ° C.
Then, the concentration of Tris-HCl (pH 7.5) is changed to 50 mM and the concentration of NaCl is changed to 100 mM, and EcoR I is added for digestion. Due to this two-step restriction enzyme cleavage reaction 4, a fragment consisting of the target DNA 5 and other DNA 6 is produced in the reaction solution.

【0017】つぎに、この反応液にDNAプローブ2を
加える。反応液の温度を65℃に上げ、10分間放置し
た後、これを25℃に下げ、さらに10分間放置するこ
とによりハイブリダイゼーション反応7を行う。以上の
反応は、同一の容器中、例えば試験管中で連続して行
う。ハイブリダイゼーション反応7により、反応液中に
は標的DNA5とDNAプローブ2とのハイブリッド体
8,未反応プローブ9,標的DNAの再結合物10及び
反応に関与しないその他のDNA6が存在する。次に、
この反応液を内径100μmの細管中にゲルを充填した
電気泳動装置の、負の電極側の電解液槽12の中の試料
注入ポート24に注入する。ゲルとして、6%のポリア
クリルアミドを用いる。泳動電圧は50V/cmとし、電
解は負電極側電解液槽12及び正極側電解液槽13中の
電極を介して高圧直流電源14により供給する。細管の
長さは20cmで、泳動距離10cmのところで蛍光の検出
を行う。
Next, the DNA probe 2 is added to this reaction solution. After raising the temperature of the reaction solution to 65 ° C. and leaving it for 10 minutes, lowering it to 25 ° C. and allowing it to stand for another 10 minutes, the hybridization reaction 7 is carried out. The above reaction is continuously performed in the same container, for example, in a test tube. By the hybridization reaction 7, a hybrid 8 of the target DNA 5 and the DNA probe 2, an unreacted probe 9, a recombined product 10 of the target DNA and other DNA 6 not involved in the reaction are present in the reaction solution. next,
This reaction solution is injected into the sample injection port 24 in the electrolytic solution tank 12 on the negative electrode side of the electrophoresis device in which a gel is filled in a thin tube having an inner diameter of 100 μm. 6% polyacrylamide is used as the gel. The electrophoretic voltage is set to 50 V / cm, and electrolysis is supplied by the high-voltage DC power supply 14 through the electrodes in the negative electrode side electrolytic solution tank 12 and the positive electrode side electrolytic solution tank 13. The length of the capillary is 20 cm, and fluorescence is detected at a migration distance of 10 cm.

【0018】蛍光励起のための光源15として、出力1
0mWの空冷アルゴンレーザを用いる。レーザビームを
レンズ16で集光して、細管中のゲル11に照射した。
蛍光は入射ビームにたいして90°の方向から計測す
る。蛍光をレンズ17で集めて平行ビームとして、光学
フィルター19で蛍光成分のみを選択的に透過させ、レ
ンズ18を経由して、光電子増倍管20で検出する。検
出された信号は信号処理装置21で信号処理され、デー
タ処理装置22で解析され、出力装置23で出力され
る。図2に観測された結果の一例を示すが、ハイブリッ
ド体8に基づくピーク26と未反応のDNAプローブ9
に基づくピーク25が識別して観測できる。ハイブリッ
ド体8に基づくピーク26と未反応プローブ9に基づく
ピーク25の強度を比較することによって、ハイブリッ
ド体8の量、すなわちM13mp8DNA の量を定量できる。
Output 1 as a light source 15 for exciting fluorescence
An air cooled argon laser of 0 mW is used. The laser beam was condensed by the lens 16 and was applied to the gel 11 in the thin tube.
The fluorescence is measured from the direction of 90 ° with respect to the incident beam. The fluorescence is collected by the lens 17 to form a parallel beam, and only the fluorescence component is selectively transmitted by the optical filter 19, and is detected by the photomultiplier tube 20 via the lens 18. The detected signal is processed by the signal processing device 21, analyzed by the data processing device 22, and output by the output device 23. An example of the observed results is shown in FIG. 2. The peak 26 based on the hybrid 8 and the unreacted DNA probe 9 are shown.
It is possible to identify and observe the peak 25 based on. By comparing the intensities of the peak 26 based on the hybrid 8 and the peak 25 based on the unreacted probe 9, the amount of the hybrid 8, that is, the amount of M13mp8DNA can be quantified.

【0019】本実施例では、ハイブリッド体8と未反応
プローブ9の分離を細管中のゲル11で行ったが、平板
状のスラブゲル,円柱状のゲルでも上記に説明したのと
同様に蛍光励起し蛍光を検出する構成で、ハイブリッド
体8と未反応プローブ9の分離,検出ができることは言
うまでもない。また、内部にゲルを含まない細管中の電
解液を媒質とした電気泳動でもハイブリッド体と未反応
プローブの分離,検出ができる。特に、内径100μm
以下の細管中での電気泳動では、単位長さあたりの印加
電圧を大きくできるため、分離に要する時間を短くでき
る。
In the present example, the separation of the hybrid body 8 and the unreacted probe 9 was performed by the gel 11 in the thin tube, but flat plate slab gel and columnar gel were also excited by fluorescence in the same manner as described above. It goes without saying that the hybrid 8 and the unreacted probe 9 can be separated and detected by the structure for detecting fluorescence. Further, the electrophoresis can also be performed by using an electrolyte solution in a thin tube containing no gel as a medium to separate and detect the hybrid body and the unreacted probe. Especially, inner diameter 100μm
In electrophoresis in the following thin tube, the applied voltage per unit length can be increased, so that the time required for separation can be shortened.

【0020】さらに、本実施例ではレーザビームを細管
中のゲルに照射するが、蛍光を励起するための光照射の
位置は必ずしも電気泳動媒質に限る必要はなく、電気泳
動媒質から出てきた後の電解液中で検出してもよい。ま
た、蛍光の計測は必ずしも電気泳動中に行う必要はな
い。電気泳動後の電気泳動媒質を光で走査して、そこか
ら発する蛍光を計測することによっても本発明の目的を
達成することができる。本実施例では、蛍光体標識をヌ
クレオチド骨格のリン原子に結合させる場合を説明した
が、標識位置はこれに限定されるものではなく、サイエ
ンス、238巻(1987年)336頁〜341頁(Sci
ence,238(1987)pp.336〜341)に記載されてい
るように、塩基に直接標識することも可能である。
Furthermore, in this embodiment, the laser beam is applied to the gel in the thin tube, but the position of the light irradiation for exciting the fluorescence does not necessarily have to be limited to the electrophoretic medium. It may be detected in the electrolytic solution. Moreover, the measurement of fluorescence does not necessarily have to be performed during electrophoresis. The object of the present invention can also be achieved by scanning the electrophoretic medium after electrophoresis with light and measuring the fluorescence emitted therefrom. In this example, the case where the fluorophore label is bonded to the phosphorus atom of the nucleotide skeleton was described, but the labeling position is not limited to this, and Science 238 (1987) pages 336 to 341 (Sci
ence, 238 (1987) pp.336-341), it is also possible to directly label the base.

【0021】本発明による第2の実施例を図3によって
説明する。本実施例は、目的遺伝物質1がポイントミュ
ーテーションを持った場合の例である。本実施例ではD
NA試料1として変異を含んだM13mp8RFDNA
を用いた。
A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is an example in which the target genetic material 1 has a point mutation. In this embodiment, D
M13mp8RFDNA containing mutation as NA sample 1
Was used.

【0022】変異を含んだM13mp8RFDNAは、
以下により調製する。まず、両端が制限酵素EcoR IとHi
nd IIIで切断した場合の切り口を持ち、その間の部分が
1ヶ所を除いて、M13mp8RFDNAのEcoR IとHi
nd IIIの切断部位の間の部分の配列と同じ配列を持った
二本鎖DNAオリゴマーを調製した。変異部位は、
(+) 鎖のBamH Iサイトのいちばん3′寄りで、CをA
に変え作成する。次に、これをM13mp8RFDNA
のEcoR IとHind IIIの切断部位の間に挿入したクローン
を調製し、挿入の有無は、DNA塩基配列のシーケンシ
ングにより確認する。制限酵素による切断反応4、およ
びハイブリダイゼーション反応7は、前記の本発明によ
る第1の実施例と同様な手順で行う。
M13mp8RFDNA containing the mutation is
Prepare as follows. First, both ends are the restriction enzymes EcoR I and Hi.
It has a cut end when cut with nd III, except for one part in between, EcoR I and Hi of M13mp8RF DNA
A double-stranded DNA oligomer having the same sequence as the sequence between the cleavage sites of nd III was prepared. The mutation site is
At the 3'-most position of the BamHI site of the (+) chain, C is A
To create. Next, this is M13mp8RFDNA
A clone inserted between the EcoR I and Hind III cleavage sites is prepared, and the presence or absence of the insertion is confirmed by sequencing the DNA base sequence. Cleavage reaction 4 with a restriction enzyme and hybridization reaction 7 are performed in the same procedure as in the first embodiment of the present invention.

【0023】ハイブリッド体8と未反応プローブ9の分
離,検出も前記の第1の実施例とほぼ同様の装置を用い
て行うが、本実施例では、細管中のゲル11の温度に勾
配を持たせ、ゲルの温度は最大60℃とし、試料を注入
する24側では低く、蛍光を検出する側、即ち、正極側
電解液槽13側で高くなるようにする。この温度勾配を
あたえるための、温度勾配用加熱ブロック28が泳動用
細管を取りかこむように配置され、加熱ブロック用コン
トローラ29により一定の温度勾配を維持するように制
御される。図4に観測された結果の一例を示す。図4
(a) は変異を含んだDNAを試料とした場合で、図4
(b) は変異を含まないDNAを試料とした場合であり、
それぞれの信号の出現する時間で変異の有無を検出でき
る。未反応プローブ9に基づくピーク30,32は泳動
開始からほぼ同じ時間に出現し、変異部27を含むハイ
ブリッド体8aに基づくピーク31は変異部27を含ま
ないハイブリッド体8に基づくピーク33と異なる時間
に出現する。
Separation and detection of the hybrid body 8 and the unreacted probe 9 are also carried out by using the same apparatus as in the first embodiment, but in this embodiment, the temperature of the gel 11 in the capillary has a gradient. The gel temperature is set to 60 ° C. at the maximum, and is low on the sample injection side 24 and high on the fluorescence detection side, that is, on the positive electrode side electrolytic solution tank 13 side. A heating block 28 for temperature gradient for giving this temperature gradient is arranged so as to enclose the capillary tube for migration, and is controlled by the controller 29 for heating block so as to maintain a constant temperature gradient. FIG. 4 shows an example of the observed results. Figure 4
(a) is the case where the DNA containing the mutation is used as a sample.
(b) is the case of using DNA without mutation as a sample,
The presence or absence of mutation can be detected at the time when each signal appears. The peaks 30 and 32 based on the unreacted probe 9 appear at almost the same time from the start of the migration, and the peak 31 based on the hybrid 8a containing the mutation 27 is different from the peak 33 based on the hybrid 8 not containing the mutation 27. Appears in.

【0024】本実施例では、電気泳動媒質の温度に勾配
をつけた例を示したが、電気泳動ゲル中にウレアなどの
変性剤を混入しても同等の効果が実現できる。すなわ
ち、ゲル中の変性剤の濃度を試料を注入する側24では
低く、反対側で高くなるようにすればよい。
In this embodiment, an example in which the temperature of the electrophoretic medium has a gradient is shown, but the same effect can be achieved by mixing a denaturing agent such as urea in the electrophoretic gel. That is, the concentration of the denaturant in the gel may be low on the sample injection side 24 and high on the opposite side.

【0025】以上説明した、第1及び第2の二つの実施
例では、目的遺伝物質1としてファージDNAを対象と
した例を示したが、本発明がヒトを始めとする真核生物
のゲノムDNA、あるいは、細菌,ウィルス等のDNA
を対象にできることは言うまでもない。
In the first and second embodiments described above, an example in which phage DNA is used as the target genetic material 1 is shown. However, the present invention is a genomic DNA of eukaryote such as human. , Or DNA of bacteria, viruses, etc.
Needless to say, it can be applied to.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、水溶液中での目的遺伝
物質とDNAプローブとのハイブリダイゼーション反応
を高い効率で行うことが可能となるため、DNAハイブ
リッド検定の自動化が容易になる。また、ハイブリダイ
ゼーション反応およびハイブリッド体と未反応プローブ
の分離,検出を短時間で行うことができるため、検定の
時間短縮およびスループットの大幅向上が実現できる。
また、本発明によれば、ハイブリッド体の検出にRIを
用いる必要がなくなり、作業場所の制約が無くなるとと
もに、作業者の放射線被爆の危険性もなくなる。さら
に、本発明によれば、相補性の完全性の有無の検出によ
り目的遺伝物質中の遺伝子変異も検出できる。
According to the present invention, the hybridization reaction between the target genetic material and the DNA probe in an aqueous solution can be carried out with high efficiency, so that the automation of the DNA hybrid assay is facilitated. Further, since the hybridization reaction and the separation and detection of the hybrid and unreacted probe can be performed in a short time, the assay time can be shortened and the throughput can be significantly improved.
Further, according to the present invention, it is not necessary to use RI for detecting the hybrid body, the restriction of the work place is eliminated, and the risk of radiation exposure of the worker is also eliminated. Furthermore, according to the present invention, a gene mutation in a target genetic material can be detected by detecting the presence or absence of completeness of complementation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による第1の実施例を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment according to the present invention.

【図2】本発明による第1の実施例における結果の一例
を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a result in the first embodiment according to the present invention.

【図3】本発明による第2の実施例を示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a second embodiment according to the present invention.

【図4】本発明による第2の実施例における結果の一例
を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a result in the second embodiment according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…目的遺伝物質、2…DNAプローブ、3…標識蛍光
体、4…制限酵素切断反応、5…標的DNA、6…その
他のDNA、7…ハイブリダイゼーション反応、8…ハ
イブリッド体、8a…変異部を含むハイブリッド体、9
…未反応プローブ、10…標的DNAの再結合物、11
…細管ゲル、12…負電極側電解液槽、13…正電極側
電解液槽、14…高圧直流電源、15…アルゴンレー
ザ、16…集光レンズ、17,18…レンズ、19…光
学フィルター、20…光電子増倍管、21…信号処理装
置、22…データ処理装置、23…出力装置、24…試
料注入用ポート、25,30,32…未反応プローブの
ピーク、26,33…ハイブリッド体のピーク、27…
変異部、28…温度勾配用加熱ブロック、29…加熱ブ
ロック用コントローラ、31…変異を含むハイブリッド
体のピーク。
1 ... Target genetic material, 2 ... DNA probe, 3 ... Labeled fluorescent substance, 4 ... Restriction enzyme cleavage reaction, 5 ... Target DNA, 6 ... Other DNA, 7 ... Hybridization reaction, 8 ... Hybrid body, 8a ... Mutation part A hybrid containing 9
... unreacted probe, 10 ... recombinant of target DNA, 11
... thin tube gel, 12 ... negative electrode side electrolytic solution tank, 13 ... positive electrode side electrolytic solution tank, 14 ... high voltage DC power supply, 15 ... argon laser, 16 ... condensing lens, 17, 18 ... lens, 19 ... optical filter, Reference numeral 20 ... Photomultiplier tube, 21 ... Signal processing device, 22 ... Data processing device, 23 ... Output device, 24 ... Sample injection port, 25, 30, 32 ... Unreacted probe peak, 26, 33 ... Hybrid body Peak, 27 ...
Mutation part, 28 ... Heating block for temperature gradient, 29 ... Controller for heating block, 31 ... Peak of hybrid body containing mutation.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】目的遺伝物質の一部の塩基配列に相補的な
一本鎖核酸プローブとのハイブリッド体形成の有無を検
出することにより該目的遺伝物質の検定を行う方法にお
いて、該目的遺伝物質を一つあるいは複数の制限酵素で
切断する過程、切断断片中の特定の断片と相補的な塩基
配列を有し、かつ該断片と実質的に同等な長さを有し、
かつ標識物を結合せしめた一本鎖DNAプローブとハイ
ブリイド体を形成する過程、該ハイブリイド体と未反応
の一本鎖DNAプローブを分離,識別して検出する過程
よりなることを特徴とする核酸ハイブリッド検定法。
1. A method for assaying the target genetic material by detecting the presence or absence of hybrid formation with a single-stranded nucleic acid probe complementary to a part of the base sequence of the target genetic material, the target genetic material Cleaving with one or more restriction enzymes, having a base sequence complementary to a specific fragment in the cleaved fragment, and having a substantially equivalent length to the fragment,
A nucleic acid hybrid comprising a process of forming a hybrid with a single-stranded DNA probe bound with a label, and a process of separating, identifying and detecting the single-stranded DNA probe that has not reacted with the hybrid and Assay method.
【請求項2】ハイブリッド体形成反応を水溶液中で行う
ことを特徴とする、請求項1に記載の核酸ハイブリッド
検定法。
2. The nucleic acid hybrid assay method according to claim 1, wherein the hybridization reaction is performed in an aqueous solution.
【請求項3】制限酵素切断反応とハイブリッド体形成反
応を同一の容器中で連続して行うことを特徴とする、請
求項1に記載の核酸ハイブリッド検定法。
3. The nucleic acid hybrid assay method according to claim 1, wherein the restriction enzyme cleavage reaction and the hybrid body formation reaction are carried out successively in the same container.
【請求項4】ハイブリッド体と未反応プローブの分離を
電気泳動により行うことを特徴とする、請求項1から請
求項3のいずれかに記載の核酸ハイブリッド検定法。
4. The nucleic acid hybrid assay method according to claim 1, wherein the hybrid and the unreacted probe are separated by electrophoresis.
【請求項5】電気泳動をポリアクリルアミドゲル中で行
うことを特徴とする、請求項4に記載の核酸ハイブリッ
ド検定法。
5. The nucleic acid hybrid assay method according to claim 4, wherein the electrophoresis is performed in a polyacrylamide gel.
【請求項6】ポリアクリルアミドゲルが円柱状であるこ
とを特徴とする、請求項5に記載の核酸ハイブリッド検
定法。
6. The nucleic acid hybrid assay method according to claim 5, wherein the polyacrylamide gel has a columnar shape.
【請求項7】ポリアクリルアミドゲルを内径100μm
以下の細管中に形成したことを特徴とする、請求項6に
記載の核酸ハイブリッド検定法。
7. A polyacrylamide gel having an inner diameter of 100 μm
The nucleic acid hybrid assay method according to claim 6, which is formed in the following thin tube.
【請求項8】電気泳動を内径100μm以下の細管中の
電解液中で行うことを特徴とする、請求項4に記載の核
酸ハイブリッド検定法。
8. The nucleic acid hybrid assay method according to claim 4, wherein the electrophoresis is performed in an electrolytic solution in a capillary having an inner diameter of 100 μm or less.
【請求項9】電気泳動の媒質に温度勾配を持たせたこと
を特徴とする、請求項4から請求項8のいずれかに記載
の核酸ハイブリッド検定法。
9. The nucleic acid hybrid assay method according to claim 4, wherein the electrophoretic medium has a temperature gradient.
【請求項10】ゲル中に変性剤を混入し、電気泳動の方
向に該変性剤の濃度勾配を持たせることを特徴とする、
請求項5から請求項7のいずれかに記載の核酸ハイブリ
ッド検定法。
10. A denaturing agent is mixed in the gel to give a concentration gradient of the denaturing agent in the direction of electrophoresis.
The nucleic acid hybrid assay method according to any one of claims 5 to 7.
【請求項11】一本鎖DNAに結合させる標識物が蛍光
体であることを特徴とする請求項1から請求項10のい
ずれかに記載の核酸ハイブリッド検定法。
11. The nucleic acid hybrid assay method according to claim 1, wherein the labeling substance bound to the single-stranded DNA is a fluorophore.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002070687A1 (en) * 2001-03-07 2002-09-12 Ngk Insulators,Ltd. Highly sensitive nucleic acid hybridization method and gene analysis method by using the same

Cited By (2)

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