JPS61500706A - Nucleic acid measurement - Google Patents

Nucleic acid measurement

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JPS61500706A
JPS61500706A JP50036984A JP50036984A JPS61500706A JP S61500706 A JPS61500706 A JP S61500706A JP 50036984 A JP50036984 A JP 50036984A JP 50036984 A JP50036984 A JP 50036984A JP S61500706 A JPS61500706 A JP S61500706A
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mediator
enzyme
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nucleic acid
biotin
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JP50036984A
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ヒル ヒユー アレン オリヴアー
リーボー スーザン イロナ
Original Assignee
ジエネテイツクス インタ−ナシヨナル インコ−ポレ−テツド
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 核酸の測定 本発明は核酸の測定に関するものであり、前記測定は核酸の存在の検出および特 定核酸分子の特殊な同定の両者に及ぶ。[Detailed description of the invention] Nucleic acid measurement The present invention relates to the measurement of nucleic acids, said measurement being concerned with the detection and characterization of the presence of nucleic acids. Both include specific identification of fixed nucleic acid molecules.

生化学的研究および商業の多くの分野において試料中の核酸の存在を測定でき、 さらに前記核酸中の特定の配列の存在を測定できることに対する特殊な必要性が 存在する。The presence of nucleic acids in samples can be determined in many areas of biochemical research and commerce; Furthermore, there is a special need to be able to measure the presence of specific sequences in said nucleic acids. exist.

相補的配列を有する一重鎖のDANまたはRNAの2個の分子間におけるハイブ リッド形成を利用することがこの問題に対する一つのアプローチであった。かか る測定に使用され、特殊な相同(homology)レベルに限定されているD NAたはRNAの配列に結合させることができる分子はDNAプローブとして知 られている。A hybrid between two single-stranded DNA or RNA molecules with complementary sequences. Utilizing lid formation has been one approach to this problem. Kaka D Molecules that can bind to sequences of NA or RNA are known as DNA probes. It is being

既知のDNA (RNA)プローブ技術はDNA (RNA)ポリマーをその固 有の生化学的活性によって検出することは容易でない点において類似性を共有し ている。従っである信号発生用の化学種または生化学種でポリマーに標識を付け ることが必要であって、現在知られているかかる方法としては次の従来技術があ る: 従来技術 アビジン−ビオチン反応:この技術は卵白の糖タンパク質であるアビジンのビオ チンに対する親和力に依存している。ビオチン(ビタミンH)はDNAポリマー の単量体サブユニットからなるヌクレオチド残基と共有結合することができる。Known DNA (RNA) probe technology uses DNA (RNA) polymers to share similarities in that they are not easy to detect by their biochemical activity. ing. Therefore, the polymer can be labeled with a signal-generating chemical or biochemical species. The following prior art methods are currently known: Ru: Conventional technology Avidin-biotin reaction: This technique uses the biotin of avidin, a glycoprotein in egg white. Depends on affinity for Chin. Biotin (vitamin H) is a DNA polymer can be covalently bonded to nucleotide residues of monomeric subunits.

変性されたサブユニットはなお二重鎖[INAの相補的鎖間で古典的結合反応を 受けるので、合成りNAプローブ中に組み込むことができる。The denatured subunit still undergoes the classical binding reaction between complementary strands of the duplex [INA]. can be incorporated into synthetic NA probes.

現在、相補的試料DNAに曝した後に形成される短い二重鎖領域を有するかかる プローブの存在を検出するには、まず未結合プローブを試料DNA/結合プロー ブ複合体から分離する必要がある。これは普通試料DNAが基質上に固定化され る条件下に結合反応を行いかつ洗浄することにより行われるが、遠心分離はこれ と同じ作用をすることができる。結合プローブは螢光標識付き抗体、まだは酵素 を結合させたアビジンを添加することにより検出される。Currently, such proteins with short double-stranded regions formed after exposure to complementary sample DNA To detect the presence of probe, first transfer the unbound probe to the sample DNA/bound probe. It needs to be separated from the complex. This usually involves the sample DNA being immobilized on a substrate. This is done by performing a binding reaction under specific conditions and washing, but centrifugation can have the same effect. The bound probe is a fluorescently labeled antibody, but not an enzyme. Detection is performed by adding avidin conjugated to .

上述の方法における一つの問題は小さいオリゴヌクレオチドフローブ(20個の ヌクレオチド)がビオチンと結合した位置(biotinylated 5it e)を僅かな数有しているにすぎず、結合可能なアビジン量が限定されることで ある。プローブDNAに数千個以下の塩基からなる長い[尾部(tail)Jを 付加しようとする試みが行われ、ある程度の成功を納めており、この場合には尾 部のみに標識を付ける必要がある。この方法は10−13gのDNAの分析能( resolution)まで、あるいは105コピーの単一遺伝子まで検出する ことができる。当初アビジンにおける標識は西洋ワサビのペルオキシダーゼ(寿 命のかなり短い酵素)であったが、現在この方法はアルカリ性ホスファターゼを 含むまでに拡張されている。One problem with the method described above is that small oligonucleotide floes (20 nucleotide) is bound to biotin (biotinylated 5it e), and the amount of avidin that can be bound is limited. be. Adding a long [tail J] consisting of several thousand bases or less to the probe DNA Attempts have been made with some success to add tails. Only sections need to be marked. This method has the ability to analyze 10-13g of DNA ( resolution) or 105 copies of a single gene. be able to. Initially, the label in avidin was horseradish peroxidase (longevity). (alkaline phosphatase), but this method currently uses alkaline phosphatase It has been expanded to include

不幸なことにはビオチンと結合しているプローブDNAの製造が困難であるかあ るいは標識付き尾部が感度を妨害するので、新しい診断計画のためにこの方法を 確立するのは一般的に困難である。Unfortunately, it may be difficult to produce probe DNA that is bound to biotin. This method should not be used for new diagnostic plans because the labeled tails interfere with sensitivity. Generally difficult to establish.

メゾイエイタの使用 本出願人による欧州特許出願はメゾイエイタおよび酵素のうちの少なくとも一方 を核酸プローブの配列に化学的に結合させ、これにより調べようとする一重鎖核 酸物質における標的配列に対するプローブ配列の特定の結合が酵素基質の存在下 にセンサ電極によって検出される化学的に結合した種(species)の電気 化学的アベイラビリティ(availabil 1ty)に影響を及ぼし、これ によりターゲット配列の存在を検出することができる方法を開示している。Use of mesoieta The applicant's European patent application is for at least one of mesoieta and enzymes. is chemically linked to the sequence of a nucleic acid probe, thereby producing a single-stranded nucleus to be investigated. The specific binding of the probe sequence to the target sequence in acidic substances occurs in the presence of the enzyme substrate. The electricity of chemically bound species detected by the sensor electrode This affects chemical availability. Discloses a method by which the presence of a target sequence can be detected by.

明細書中に開示されているように、核酸配列はRNA 。As disclosed in the specification, the nucleic acid sequence is RNA.

例えばメツセンジャーRNAとすることができるが、DNAであるのが普通であ る。For example, it can be metsenger RNA, but it is usually DNA. Ru.

この技術を実施するのに適した方法は次の通りである: (a)調べようとする一重鎖核酸物質を所定のターゲット配列に対して提供し、 (b)前記ターゲット配列に対して相補的な核配列を有するプローブ物質を選定 し、 (c)次の方法: (i)前記プローブを酵素と化学的に結合させ、前記酵素の基質とメゾイエイタ との両者を含有する溶液に上述の酵素と結合させたプローブを添加する(ii) 前記プローブをメゾイエイタと化学的に結合させ、基質と該基質用の酵素との両 者を含有する溶液に前述のメゾイエイタと結合させたプローブを添加する(ii i)前記プローブをメゾイエイタ/酵素の組合せと化学的にけっこうさせ、前記 酵素用の基質を含有する溶液に上述のようにして変性したプローブを添加“する のうちのいずれかの方法を選定し、 (d’)化学的に結合したプローブ配列を含有する前記溶液をセンサ電極と接触 させて、前記メゾイエイタにより酵素が触媒作用をする基質反応から電極に電荷 を移動させ、 (e)前記溶液と前記−重鎮物質とを接触させ、これにより電荷移動量の変化が 酵素、メゾイエイタまf:は組゛合せたもののアベイラビリティに影響を及ぼす 前記プローブとターゲットとき間の特異的な結合反応の表示となる。Suitable methods for implementing this technique are: (a) providing a single-stranded nucleic acid substance to be investigated for a predetermined target sequence; (b) Select a probe substance that has a nuclear sequence complementary to the target sequence death, (c) The following method: (i) chemically bonding the probe to an enzyme, the enzyme's substrate and mesoieta; (ii) adding a probe bound to the above enzyme to a solution containing both The probe is chemically coupled to the mesoieter, and both the substrate and the enzyme for the substrate are bonded. Add the above-mentioned probe bound to the mesoieter to a solution containing the mesoieter (ii i) chemically combining said probe with a mesoieter/enzyme combination; Add the denatured probe as described above to a solution containing the substrate for the enzyme. Select one of the methods, (d') contacting said solution containing a chemically bound probe sequence with a sensor electrode; Then, the mesoieter generates a charge on the electrode from the substrate reaction catalyzed by the enzyme. move the (e) bringing the solution into contact with the -weighted substance, thereby causing a change in the amount of charge transfer; Enzyme, mesoieta: affect the availability of the combination This is an indication of the specific binding reaction between the probe and target.

プローブ物質は自然に生ずるDNA断片または合成により製造される物質とする ことができる。The probe substance may be a naturally occurring DNA fragment or a synthetically produced substance. be able to.

工程順序の変更は容易に行うことができる。またセンサ電極自体がメゾイエイタ または酵素を含むことができるが、普通溶液中にプローブ配列およびターゲット 配列の両方を存在させるのが好ましい。Changes in the process order can be easily made. Also, the sensor electrode itself is a mesoieator. or enzymes, but usually probe sequences and targets in solution Preferably both sequences are present.

メゾイエイタはリンカ−グループによってプローブ配列に間接的に結合させるこ とができ、リンカ−グループに対して反応性である物質を電極上に存在させるこ とができる。この場合には全複合体が電極上に存在しており、ターゲット配列が 存在しかつこれがプローブ配列に結合する場合には、電極電流に変化が生じる。The mesoieter can be indirectly attached to the probe sequence by a linker group. It is possible to have a substance on the electrode that is reactive towards the linker group. I can do it. In this case the entire complex is present on the electrode and the target sequence is If present and bound to the probe sequence, a change occurs in the electrode current.

開示されているメゾイエイタ グラファイト電極上にルテニウム錯体を使用することはコバル(Koval)お よびアンソン(Anson>が〔アナリティカル・ケミストリイ、第50巻、第 2号、 1978年2月、第223頁〕に開示している。この中では次のりテニ ウム錯体が議論されている: Ru(NHs)s ””” RLI (NH3) sP”+・ハ Ru(NHs)sL” 2+ ただし、Lはピリジン、4−アミノメチルピリジン(AMP)、またはH−(4 −ピコリニツク)−ベンズアミド(PBA)である。Mesoieta disclosed The use of ruthenium complexes on graphite electrodes has been proposed by Koval et al. and Anson (Analytical Chemistry, Vol. 50, No. No. 2, February 1978, page 223]. In this, the following Nori Ten Um complexes are discussed: Ru(NHs)s””” RLI (NH3) sP”+・ha Ru(NHs)sL"2+ However, L is pyridine, 4-aminomethylpyridine (AMP), or H-(4 -Picolinik)-benzamide (PBA).

RU(NH,)、OH,”=”◆ Ru (NL) scl”ハ 代謝異常 従来開発されてきたDNAプローブ技術および酵素検出/測定技術の一つの目的 は種々の「遺伝病」および遺伝する疾病を招く先天性(1nbuilt)代謝異 常を検出することであった。かかる疾病としては次のものがある:家族性甲状腺 腫(ヨードチロシン ハロゲナーゼ欠損)、メープルシロップ尿症(アルファー ケト デカルボキシラーゼ欠損)、キサンチン尿症(キサンチン オキシダーゼ 欠損)およびメトヘモグロビン血症(メトヘモグロビンレダクターゼ欠損)。欠 陥遺伝子による3500の状況の全リストはマククシツク(Mckusick) −の「ヒトにおけるメンデル遺伝”(Mendelian Inheritan ce in Man)”」中に見出すことができる。RU(NH,),OH,”=”◆ Ru (NL) scl”ha metabolic disorder One purpose of conventionally developed DNA probe technology and enzyme detection/measurement technology is a variety of “genetic diseases” and inborn metabolic abnormalities that lead to inherited diseases. The goal was to detect the usual situation. Such diseases include: familial thyroid. tumor (iodotyrosine halogenase deficiency), maple syrup urine disease (alpha keto decarboxylase deficiency), xanthineuria (xanthine oxidase deficiency) deficiency) and methemoglobinemia (methemoglobin reductase deficiency). Lack A complete list of 3,500 conditions with negative genes is available at Mackusick. - “Mendelian Inheritance in Humans” ce in Man)”.

興味ある一つの特殊な疾病は踵状赤血球貧血であり、この貧血では特定の連鎖の 第5.6および7番目のアミノ酸に対応する正常なグロビン遺伝子コドンの一つ が、正常なCCT−GAG−GAGではなく、CCT−GTG−GAGであって 、6位においてグルタミン酸がバリンで置き換えられている。合成オリゴヌクレ オチドが製造されており、これは疾病の出生前診断の際における配列の変動に対 するプローブとして作用することができ、また正常型遺伝子と異常型遺伝子とを うまく区別することができる。点変位を用いて同様なアプローチが行われており 、アンチトリプシンの欠乏が起こることが報告されている。One particular disease of interest is heelocyte anemia, in which a specific chain of One of the normal globin gene codons corresponding to amino acids 5, 6 and 7 However, it is not normal CCT-GAG-GAG, but CCT-GTG-GAG. , glutamic acid is replaced by valine at position 6. synthetic oligonucleotide Otide has been manufactured to address sequence variations during prenatal diagnosis of diseases. It can act as a probe to differentiate between normal and abnormal genes. can be distinguished well. A similar approach has been taken using point displacement. , antitrypsin deficiency has been reported to occur.

しかし、上述の説明から分るように、現在利用できる詳細な代謝測定法は次のう ちのいくつかまたは全部を必要とする欠点を有する:寿命の短い試薬(放射性: 空気敏感性(air−sensitive)または感光性のもの)、高度に訓練 された要員または(オートラジオグラフィー用、εSR測定用または光レベル検 出用の)高価な装置。However, as can be seen from the above explanation, the detailed metabolic measurement methods currently available are: have the disadvantage of requiring some or all of the following: Short-lived reagents (radioactive: air-sensitive or photosensitive), highly trained personnel (for autoradiography, εSR measurement or light level detection) expensive equipment (for commercial use).

抗原/抗体およびDNA /相補的DNAのほかの結合反応に対する既知の測定 法は普通上述の方法と類似しており、同様な問題を持っている。Known measurements for antigen/antibody and DNA/complementary DNA binding reactions The methods are usually similar to those described above and have similar problems.

本発明の一面においては核酸測定方法を提供し、この方法は (a)(i)所定のターゲット配列に対して相補的な核酸配列および (ii)これに化学的に結合していてアンチリガンドと特異的結合反応を行うこ とができる第一リガントを含有するプローブ物質を提供し、 (b)前記プローブ物質を (i)酵素が触媒として活性である場合に電荷を電極表面に移動させることがで きる適当なメゾイエイタ、酵素、基質系、および (ii)前記メゾイエイタ、酵素または基質のいずれか一つと化学的に結合して いて、アンチリガンドと競合的結合反応を行うことができる第二リガンド、およ び (iii)前記アンチリガンド を含有する測定系(assay system)と接触させて、前記アンチリガ ンドとの特異的結合反応において前記第一(C)前記系と前記ターゲット配列を 含有する疑いのある溶液とを接触させて、存在するどの前記ターゲット配列をも 前記プローブに結合させることによって前記第一リガントのアベイラビリティに 影響を与え、従って電極への電荷移動速度を変化させることを特徴とする。One aspect of the present invention provides a method for measuring nucleic acids, which method comprises: (a) (i) a nucleic acid sequence complementary to a given target sequence; and (ii) It is chemically bonded to this and can perform a specific binding reaction with the antiligand. providing a probe substance containing a first ligand capable of (b) the probe substance; (i) When the enzyme is catalytically active, it can transfer charge to the electrode surface. suitable mesoieta, enzyme, substrate systems, and (ii) chemically combined with any one of said mesoieta, enzyme or substrate; a second ligand capable of performing a competitive binding reaction with the antiligand; Beauty (iii) the antiligand The anti-rigger is brought into contact with an assay system containing in the specific binding reaction with the first (C) system and the target sequence. Contact the solution suspected of containing any of the target sequences present. The availability of the first ligand is increased by binding to the probe. It is characterized by influencing and thus changing the rate of charge transfer to the electrodes.

上述の方法を使用することにより、増幅工程を有する測定法を実施して、測定法 の分析能を増大させることができる。By using the method described above, a measurement method having an amplification step can be carried out to obtain a measurement method. can increase the analytical power of

さらに、本発明方法は他のタイプの測定法で使用される寿命の短い放射性測定用 成分を必要としない。Furthermore, the method of the invention is useful for short-lived radioactive measurements used in other types of measurement methods. No ingredients required.

メゾイエイタ化合物と組み合わせた場合の電気化学的挙動が本発明者らによって 研究された酵素/基質の対としては次のものがある: 酵 素 基 質 ピルビン酸オキシターゼ ピルベート し一アミノ酸オキシターゼ し−アミノ酸アルデヒドオキシターゼ アルデヒド キサンチンオキシターゼ キサンチン グルコースオキシターゼ グルコース グリコール酸オキシターゼ グリコレートサルコシンオキシターゼ サルコシン ガラクトースオキシターゼ ガラクトースジアホラーゼオキシターゼ NADH グルタチオンレダクターゼ NADPHPQQ酵素 グルコースデヒドロゲナーゼ グルコースメタノールデヒドロゲナーゼ メタノ ールおよび他のアルコール類 メチルアミンデヒドロゲナーゼ メチルアミンシトクロムBに結合している酵素 乳酸オキシダーゼ ラクテート 金属フラビンタンパク質 一酸化炭素オキシドレダクターゼ −酸化炭素本発明においてはこれらの酵素− 基質の対はいずれもメゾイエイタと組合せて使用することができるが、この技術 分野における通常の知識を有する者にとって明らかである若干の制限が測定条件 に課せられると考えられる。これらの対のうち、挙動が詳細に確定されており、 且つ良好で好ましくは線形の応答を予想測定範囲にわたって与える酵素/基質の 対を使用するのが明らかに有利である。The electrochemical behavior when combined with mezoieta compounds was determined by the present inventors. Enzyme/substrate pairs studied include: enzyme base Pyruvate oxidase pyruvate amino acid oxidase amino acid aldehyde oxidase aldehyde xanthine oxidase xanthine glucose oxidase glucose Glycolate oxidase Glycolate sarcosine oxidase Sarcosine Galactose oxidase Galactose diaphorase oxidase NADH Glutathione reductase NADPHPQQ enzyme Glucose dehydrogenase Glucose methanol dehydrogenase Methanol alcohol and other alcohols Methylamine dehydrogenase Enzyme that binds to methylamine cytochrome B Lactic acid oxidase lactate metal flavoprotein Carbon monoxide oxidoreductase - carbon oxide In the present invention, these enzymes - Although either pair of substrates can be used in combination with mesoieta, this technique There are some limitations to the measurement conditions that will be obvious to those of ordinary skill in the field. is considered to be imposed on Of these pairs, the behavior has been determined in detail; and an enzyme/substrate that provides a good and preferably linear response over the expected measurement range. It is clearly advantageous to use pairs.

フェロセン(ビスーシクロペンタンジェニル鉄およびその誘導体)は電荷移動の 目的で酵素/基質の反応の際に使用される他のメゾイエイタより利点を有する。Ferrocene (bisucyclopentangenyl iron and its derivatives) is a charge transfer It has advantages over other mesoietors used during enzyme/substrate reactions for this purpose.

フェロセン(ビス7sシクロペンタジェニル鉄:Pe CF2)およびその誘導 体の独特な構造および特性は相当な量の理論的および実験的研究を生んだ。最初 に1951年に合成されたフェロセンは現在知られているメタロセン化合物の最 も早い例である。Ferrocene (bis7s cyclopentagenyl iron: Pe CF2) and its derivatives The unique structure and properties of the body have generated a considerable amount of theoretical and experimental research. first Ferrocene, synthesized in 1951, is the best metallocene compound currently known. is also an early example.

フェロセンは水溶液における溶解度が小さくかつ吸光係数が小さい結果分光光度 測定法の価値を制限することが分ったが、フェロセンは生物電気化学的系に比較 的遠していることが分った。Ferrocene has low solubility in aqueous solution and low extinction coefficient, resulting in a low spectrophotometric value. Although found to limit the value of the measurement method, ferrocene is I realized that I was missing the point.

フェロセンは次の利点を有する: (a)官能化(functionalize)できるシクロペンタジェニル環の 置換によって容易に得られる広範囲な酸化還元電位; (b)電気化学的に可逆的な一電子酸化還元性;(c) pHとは独立的な酸化 還元電位および還元形態のものの緩慢な自動酸化。Ferrocene has the following advantages: (a) A cyclopentadienyl ring that can be functionalized A wide range of redox potentials easily obtained by substitution; (b) Electrochemically reversible one-electron redox property; (c) pH-independent oxidation Reduction potential and slow autoxidation of reduced forms.

本発明者等はかかる普通の種類のフェロセン、すなわち一方または両方の環の回 りで置換されている単量体または重合体の誘導体のうち、下記のようないくつか の個々のフェロセンを見出した: フエロセン誘導体 Eo 溶解性 E l、1′−ジメチル−1001,0− 酢酸 124 S 370 ヒドキシエチル−1613− フェロセン 165 1.D 335 1.1′−ビス(ヒドロキシ 224 S 385メチル)− モノカルボン酸 275 S 420 1.1′−ジカルボン酸 285 S −クロロ−3451,D − メチル−トリメチルアミノ−400S −3は単に可溶性であることを示し;I 、Dは不溶性であって3%ツイーン溶液中でデタージェントで可溶化(dete rgent 5olublize)されることを意味する。Eoは標準甘こう電 極に対するITlvで示され、EはCl11−’M−’で測定されている。The inventors have identified such common types of ferrocene, i.e. rotations of one or both rings. Some of the derivatives of monomers or polymers substituted with found individual ferrocenes of: Ferrocene derivative Eo Solubility E l,1'-dimethyl-1001,0- Acetic acid 124 S 370 Hydroxyethyl-1613- Ferrocene 165 1. D 335 1.1'-bis(hydroxy 224 S 385 methyl)- Monocarboxylic acid 275 S 420 1.1'-dicarboxylic acid 285 S-chloro-3451,D- Methyl-trimethylamino-400S-3 indicates only soluble; I , D are insoluble and solubilized with detergent in 3% Tween solution. rgent 5olublize). Eo is standard sweet potato It is shown in ITlv with respect to the pole, and E is measured in Cl11-'M-'.

pH7,0におけるリン酸塩緩衝液中における上表に示した種々のフェロセンの E°値は、E”=100〜400mV対SCEの電位範囲に及ぶ。E°値におけ る傾向は置換基の作用に基づいて予期された傾向と一致している。of the various ferrocenes shown in the table above in phosphate buffer at pH 7.0. The E° values span the potential range of E” = 100-400 mV vs. SCE. This trend is consistent with that expected based on the effects of substituents.

普通電子供与性基は正電荷を安定化するので電子吸引性基よりも一層酸化を促進 する。Generally, electron-donating groups stabilize the positive charge and promote oxidation more than electron-withdrawing groups. do.

本発明方法において使用できるフェロセン誘導体は上表に示した特定例に限定さ れると考えるべきでなく、例えば本発明者等はフェロセンボロニック酸(bor onicacid)、重合体フェロセン、ボロンテトラフェロセンおよびエチル アミンフェロセンがメゾイエイタ特性を示すことを確かめた。上表に示したフェ ロセン誘導体はこの技術分野における通常の知識を有する者にとって既知である 適当な方法によって、例えば、よう素、ニトレン(nitrene)またはジア ゾ前駆物質あるいは塩化第二水銀で処理することによってさらに変性することが できる。The ferrocene derivatives that can be used in the method of the present invention are limited to the specific examples shown in the table above. For example, the present inventors should not think that ferroceneboronic acid (bor onicacid), polymeric ferrocene, borontetraferrocene and ethyl It was confirmed that amine ferrocene exhibits mesoieta properties. The ferrite shown in the table above Rocene derivatives are known to those of ordinary skill in the art. For example, iodine, nitrene or dia can be further modified by treatment with chloride precursors or mercuric chloride. can.

本出願人の欧州特許出願第82305597号は導電性材料からなり、少なくと もその外面において酵素が触媒として活性である場合に電極に電子を移動させる メゾイエイタ化合物と酵素との組合せを有するセンサ電極を明細書および請求の 範囲に記載している。The applicant's European Patent Application No. 82305597 consists of electrically conductive materials and includes transfers electrons to the electrode when the enzyme is catalytically active on its outer surface A sensor electrode having a combination of a mesoieta compound and an enzyme is It is listed in the range.

かかる電極の目的は前記酵素が触媒作用をする反応を開始させることができる1 種または2種以上の選定された成分の存在を検出し、その分量を測定し、かつ/ またはそのレベルをモニターすることである。The purpose of such an electrode is to be able to initiate the reaction catalyzed by the enzyme. detecting the presence of the species or two or more selected components, measuring the amount thereof, and/or or to monitor its levels.

電極構造、メゾイエイタおよび使用の例は上述の特許出願に記載されている。Examples of electrode structures, mesoiators and uses are described in the above-mentioned patent applications.

本明細書では先願である本出願人の特許出願中に例示されているメゾイエイタお よびその誘導体の化学的特性を利用する。In this specification, the mesoieter and and its derivatives.

また本明細書は参考としてここに記載した先願中に開示されている電極の構造お よび材料、例えば、金、白金、銀、炭素またはワンディメンショナル(one− d imens 1ona 1)導体からなる群から選゛定した電極材料を利用 する。This specification also includes the structure and structure of the electrode disclosed in the earlier application mentioned herein by reference. and materials such as gold, platinum, silver, carbon or one-dimensional d imens 1ona 1) Use of electrode material selected from the group consisting of conductors do.

上述のメゾイエイタ化合物の例は一般的にフェロセングループのメゾイエイタに 限られているが、本発明では非フェロセンメゾイエイタを使用することもできる 。いくつかの種類の化合物がメゾイエイタの作用、すなわち酵素から電極表面に (ある場合には他の酵素に)電荷を移動させる作用を行うことができる。Examples of mesoieta compounds mentioned above generally refer to mesoieta of the ferrocene group. Although limited, non-ferrocene mesoieters can also be used in the present invention. . Several types of compounds exhibit mesoietic action, i.e., transfer from enzymes to the electrode surface. It can act to transfer charge (in some cases to other enzymes).

研究を行った系は次のメゾイエイタ化合物を含有していた: 炭素−ホウ素化合物(カルボラン(carborane)を含む) ビオロゲン(4,4’−ジピリジルのN、N’−ジアルキルまたはジアリール誘 導体) 金属カルボニル(クロムカルボニルを含む)ワンディメンショナル導体(TCN Qの塩を含む)フェナジン染料(フェナジンメトサルフェートおよびフェナジン エトサルフェートを含む)および金属ポルフィリン(シトクロム−Cを含む)。The system studied contained the following mesoieta compounds: Carbon-boron compounds (including carborane) Viologen (N,N'-dialkyl or diaryl derivative of 4,4'-dipyridyl) conductor) Metal carbonyl (including chromium carbonyl) one-dimensional conductor (TCN phenazine dyes (including salts of Q) (phenazine methosulfate and phenazine (including ethosulfate) and metalloporphyrins (including cytochrome-C).

しかし、好ましい種類のメゾイエイタは遷移金属錯体、特にメゾイエイタが少な くとも1個、好ましくは2個の有機環を有し、その環または多環が共役している 少なくとも2個の二重結合および多環と電子共有接触している金属原子によって 特徴付けられているものであり、その理由はかかる錯体が安定性を有し、迅速な 電子移動反応を示し、広い酸化還元電位範囲を有しかつ多くの場合に酸素敏感性 であるからである。普通好ましいメゾイエイタは遷移金属として鉄、ニッケルま たはルテニウムを有するものである。However, the preferred types of mesoieta are transition metal complexes, especially mesoieta-poor has at least one, preferably two, organic rings, and the rings or polycycles are conjugated by a metal atom in covalent electron contact with at least two double bonds and a polycyclic ring The reason for this is that such complexes have stability and rapid exhibits electron transfer reactions, has a wide redox potential range and is often oxygen sensitive This is because. Usually preferred mesoietors include iron, nickel or nickel as the transition metal. or ruthenium.

本発明方法において好ましい特異的結合反応はアビジン(またはストレプトアビ ジン)とビオチンとの反応であるが、本発明はこの特異的結合反応に限定される と解すべきではなく、次の特異的結合相手との対に及ぶ: 抗原と抗体 ホルモンと受容体 レクチンと炭水化物 補助因子と酵素、および 核酸と相補的核酸 溶液中のメゾイエイタを測定する好ましい方法は本願人の上述の特許出願中に種 々に記載されておりかつ参考としてここに記載したようなサイクリック・ポルタ ンメトリーを使用することによるものである。完全なサイクリック・更ルタモグ ラム(voltammogram)をあらゆる場合にめる必要はなく、多くの場 合に特定の電位でセルを安定させかつこの電位においてすべての電流および/ま たは電圧および/または詩画を測定することで充分である(後で例示するように )。A preferred specific binding reaction in the method of the present invention is avidin (or streptavidin). gin) and biotin, but the present invention is limited to this specific binding reaction. and should not be interpreted as , but extends to pairs with the following specific binding partners: antigen and antibody hormones and receptors lectins and carbohydrates cofactors and enzymes, and Nucleic acids and complementary nucleic acids A preferred method for measuring mesoieta in solution is described in the applicant's above-mentioned patent application. Cyclic portas such as those described in This is done by using metric. Complete cyclic alteration It is not necessary to use a voltammogram in all cases; If the cell is stabilized at a particular potential and all current and/or It is sufficient to measure voltage and/or voltage (as exemplified later). ).

上述のように、この技術分野における通常の知識を有する者はかかる技術に精通 しているので、ここには詳述しない。As stated above, those of ordinary skill in this technical field will be familiar with such technology. Therefore, I will not discuss it in detail here.

本発明の第二の面においては、−重鎮核酸分子中における所定の配列の存在およ び/又はコピー数を確定するための核酸配列プローブを提供し、このプローブは プローブの核酸配列が: a)メゾイエイタ化合物または前記メゾイエイタ化合物が電気化学的に結合して いる酵素のいずれかおよびb)ビチオン に結合していて、 ターゲット核酸配列に対する前記プローブの核酸配列の結合によって前記メゾイ エイタ化合物と前記酵素との間の前記電気化学的結合が変化することを特徴とす る。In a second aspect of the invention - the presence of a predetermined sequence in the heavyweight nucleic acid molecule and and/or a nucleic acid sequence probe for determining copy number; The nucleic acid sequence of the probe is: a) the mesoieta compound or the mesoieta compound is electrochemically bonded; and b) biothione. is connected to binding of the probe nucleic acid sequence to the target nucleic acid sequence characterized in that the electrochemical bond between the eta compound and the enzyme changes Ru.

本発明の第三の面においては、核酸測定方法を提供し、この方法は電極を酵素お よびこの酵素の基質と接触させて配置し、メゾイエイタ化合物を前記酵素と組合 せて基質の生成物への転化が進行するにつれて前記酵素から前記電極に電荷が移 動するようにし、プローブの核酸配列を前記酵素または前記メゾイエイタ化合物 のいずれかに結合させて、前記酵素および前記メゾイエイタ化合物の活性、従っ て前記電極への電荷移動量を前記プローブの核酸配列に結合している相補的ター ゲット核酸配列の存在または不存在によって変化させることを特徴とする。In a third aspect of the present invention, a method for measuring nucleic acids is provided, and the method uses an enzyme and an electrode. and a substrate for the enzyme, and the mesoieta compound is combined with the enzyme. As the conversion of substrate to product progresses, charge is transferred from the enzyme to the electrode. the nucleic acid sequence of the probe to the enzyme or the mesoieta compound. The activity of said enzyme and said mesoieta compound, and therefore to reduce the amount of charge transferred to the electrode from the complementary target bound to the nucleic acid sequence of the probe. It is characterized by being changed depending on the presence or absence of a target nucleic acid sequence.

本発明の第一の面に関して記載したメゾイエイタの性質、酵素、方法論および装 置に関する一般的説明はこれらの第二および第三の面にも等しく適切に適用され 、それに応じてこれらの面を理解する必要がある。The properties, enzymes, methodologies and equipment of mesoieters described in relation to the first aspect of the invention. The general statements regarding location apply equally well to these second and third aspects. , these aspects need to be understood accordingly.

本発明の基礎は本願人の先願である特許出願、特に本願人の欧州特許出願第82 305597号に記載されているように、電極表面における電気化学的に活性な 物質または「メゾイエイタ」の存在に応答して電流が流れることである。流れる 電流の大きさは(a) DNAプローブ/ターゲッ) DNA複合体の生成量に 比例するか、あるいは (b) DNAプローブ/ターゲッ) DNA複合体の生成量に比例して増大ま たは減少する現存の定常状態の電流の動揺として 変動する。The basis of the present invention is the applicant's earlier patent application, in particular the applicant's European patent application No. 82. No. 305,597, the electrochemically active The flow of electrical current in response to the presence of matter or "mesoieters." flowing The magnitude of the current depends on the amount of (a) DNA probe/target) DNA complex produced. proportional or (b) DNA probe/target) Increases in proportion to the amount of DNA complex produced. or as a perturbation of the existing steady-state current that decreases. fluctuate.

本発明の一好適例では電極はビオチン標識付きシトクロム−〇を使用することに よって可逆的電子移動を示す。ビオチン標識付きシトクロム−〇はメゾイエイタ 化合物として作用するが、また上述の一般的な説明加され、メゾイエイタと結合 して、電極への電荷の移動を減少させる。ビオチン標識付き核酸(DNAまたは RNA)を反応混合物に添加すると、一方ではビオチンシトクロム−〇(第一リ ガンドーメゾイエイタ)複合体とアビジン(アンチリガンド)との間の競合的な 特異的結合反応、他方ではアビジン(アンチリガンド)複合体とビオチン標識付 き核酸(DNAまたはRNA) (第二リガンド)との競合的な特異的結合反応 が開始される。In one preferred embodiment of the present invention, the electrode uses biotin-labeled cytochrome- Therefore, it shows reversible electron transfer. Biotin-labeled cytochrome - 〇 is mesoieta Acts as a compound, but also combines with mesoieta, adding to the general description above to reduce charge transfer to the electrodes. Biotin-labeled nucleic acid (DNA or RNA) is added to the reaction mixture, while biotin cytochrome- Competitive relationship between Gando mezoieta) complex and avidin (antiligand) Specific binding reaction, on the other hand, avidin (antiligand) complex and biotin labeling Competitive specific binding reaction with a nucleic acid (DNA or RNA) (second ligand) is started.

アビジン(またはストレプトアビジン)濃度は一定であるので、アビジンービ、 f¥ンー核酸複合体の濃度の増大によって遊離ビオチンシトクロム−0種の濃度 の対応する増大が生じ、これにより酵素から電極表面への電荷移動速度の関連す る増大が生じる。Since the avidin (or streptavidin) concentration is constant, avidin-bi, The concentration of free biotin cytochrome-0 species increases by increasing the concentration of f\n-nucleic acid complexes. This results in a corresponding increase in the rate of charge transfer from the enzyme to the electrode surface. There will be an increase in

本発明の上述の例はメゾイエイタに結合している第一リガントに関して説明した が、本発明はまた酵素または基質に結合しているメゾイエイタによって構成され ると考えられることを理解する必要がある。The above examples of the invention were described with respect to a first ligand coupled to a mesoieter. However, the present invention also comprises a mesoieter bound to an enzyme or substrate. It is necessary to understand that this can be considered.

本発明の他の好適例では電極表面はメゾイエイタの存在下に酵素が触媒作用をす る反応を検出および測定し、一層好ましい例ではメゾイエイタは核酸プローブに 共有結合しているシトクロム−〇である。メゾイエイタの電気化学的アベイラビ リティは核酸プローブとターゲットDNAとの間の相同結合(homologo us binding)の程度によって影響される。In another preferred embodiment of the invention, the electrode surface is catalyzed by an enzyme in the presence of a mesoieter. In a more preferred example, the mesoieter reacts with a nucleic acid probe. It is a covalently bonded cytochrome-〇. Electrochemical Availability of Mezoieta The property is a homologous bond between a nucleic acid probe and target DNA. It is affected by the degree of US binding.

本発明のさらに他の好適例では、電極は、メゾイエイタの存在下に、酵素複合体 が触媒作用をする反応を検出および測定する。特殊な例では、酵素複合体はビオ チン−ペルオキシダーゼ−アビジン複合体からなり、これはさらにビオチンまた はビオチン標識付き核酸と結合することができる。定常状態の電流は過酸化物基 質を使用した際に得られる。この電流はビオチン標識付き核酸を測定混合物(a s6ay m1xture)に添加した際に減少する。In yet another preferred embodiment of the invention, the electrode comprises an enzyme complex in the presence of mesoieta. detect and measure reactions catalyzed by In special cases, enzyme complexes are It consists of a tin-peroxidase-avidin complex, which is further enriched with biotin or can bind to biotin-labeled nucleic acids. Steady state current is peroxide group Obtained when using quality. This current transfers the biotin-labeled nucleic acid into the measurement mixture (a s6ay mlxture).

上述の三つの例のそれぞれにおいてプローブを含有する種とメゾイエイタ、酵素 および基質からなる電気化学的系との間の競争反応が行われる。電荷移動速度は プローブを含有する種のアベイラビリティを低下させることにより動揺する。従 って、ターゲット核酸を含有する試料を測定系に添加した際に、プローブの核酸 とターデケットとの間の相同結合の程度が遊離プローブを含有する種のアベイラ ビリティの低下および対応する電荷移動速度の変化に反映される。In each of the three examples above, the probe-containing species and mesoieta, enzyme and an electrochemical system consisting of a substrate. The charge transfer speed is perturbs by reducing the availability of probe-containing species. subordinate Therefore, when a sample containing a target nucleic acid is added to the measurement system, the probe nucleic acid The degree of homologous binding between reflected in a decrease in stability and a corresponding change in charge transfer rate.

本発明のさらに他の好適例では、メゾイエイタはルテニウム化合物である。In yet another preferred embodiment of the invention, the mesoieter is a ruthenium compound.

ルテニウム化合物であるペンタアミン−イソニコチンアミン−ルテニウム(II I)の還元速度は最初にタウブ(T’aube)によって1970年に高いこと が見い出された。Ruthenium compound pentaamine-isonicotinamine-ruthenium (II) The reduction rate of I) was first shown by T'aube in 1970 to be high. was discovered.

この時以降ルテニウム化合物については液体系中および電極上の両方において多 くの研究が行われてきたが、ルテニウム化合物を電荷移動電極中に組み込むこと は本発明において初めてである。Since this time, ruthenium compounds have been widely used both in liquid systems and on electrodes. Many studies have been conducted on incorporating ruthenium compounds into charge transfer electrodes. is a first in the present invention.

本発明の例において好ましい特定のルテニウム化合物としは次のものがある: CRu(NHs)sPy〕” CRu(NH3)gPy) ’◆・2◆[Ru(N)I−)sL] ”” ただしLは4−アミノメチルピリジン(AMP)であるか、あるいはLはに′− (4−ピコリュック)−ベズズアミド(PBA)である [Ru(NHs)sOH2) ””+ および[:RLI(NH3)SCI)  ”’ ” 。Particular ruthenium compounds preferred in embodiments of the invention include: CRu(NHs)sPy〕” CRu(NH3)gPy)’◆・2◆[Ru(N)I-)sL]”” However, L is 4-aminomethylpyridine (AMP), or L is (4-Picoluc)-bezuzamide (PBA) [Ru(NHs)sOH2)””+ and [:RLI(NH3)SCI) ”’ ” .

上記の最初の化合物をグラファイト電極に結合せる方法はコバルおよびアンソン (前記参照)によって開示されている。A method for bonding the first compound described above to a graphite electrode was described by Kobal and Anson. (see above).

また本発明はDNAまたはRNAとルテニウムとの新規な複合体に及ぶものであ る。ルテニウム化合物とキサンチンとの付加物を製造することは既知であり(ク ラークおよびタウブ:ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ 97.61975年3月)、従って本発明方法はルテニウム付加物であるヌクレ オチド誘導体に及ぶことができると考えられる。The present invention also extends to a novel complex of DNA or RNA and ruthenium. Ru. It is known to produce adducts of ruthenium compounds with xanthines ( Lark and Taub: Journal of the American Chemical Society 97.6 March 1975), therefore, the method of the present invention can be applied to nucleic acids which are ruthenium adducts. It is believed that this can extend to otide derivatives.

本発明をさらに理解することができるようにするため、図面を参照して例により さらに説明する。;第1図は核酸が酵素に結合する測定方式(protocol )を示す。In order that the invention may be better understood, reference is made to the drawings by way of example. I will explain further. ; Figure 1 shows a measurement method (protocol) in which nucleic acid binds to an enzyme. ) is shown.

第2図は核酸がメゾイエイタに結合する測定方式を示す。FIG. 2 shows a measurement method in which nucleic acid binds to mesoieta.

第3図は核酸が電極表面に対し親和性を有するリンカ−に結合する測定方式を示 す。Figure 3 shows a measurement method in which a nucleic acid binds to a linker that has an affinity for the electrode surface. vinegar.

第4図aは西洋のワサビペルオキシターゼの存在下における2、釦gのビオチン −シトクロム−Cのサイクリックポルタモグラムを示す。Figure 4 a shows the biotin of 2 and button g in the presence of Western horseradish peroxidase. - shows a cyclic portammogram of cytochrome-C.

第4図すは300μmの過酸化水素を添加した際の第4図aと同様なサイクリッ クボルタモダラムを示す。Figure 4 shows the same cyclic reaction as in Figure 4a when 300 μm of hydrogen peroxide was added. Kuvolta modalum is shown.

第5図は1.4mg/m 1のビオチン−シトクロム−C,105μg/m 1 の西洋のワサビペルオキシターゼの存在下にBPS表面変性した全作用電極にお いて生じた電流のY前記録針による記録を示す。Figure 5 shows biotin-cytochrome-C at 1.4 mg/m1, 105 μg/m1 All working electrodes were surface modified with BPS in the presence of horseradish peroxidase. This figure shows the recording of the current generated by the Y pre-recording needle.

第6図は6μMのビオチン−ペルオキシダーゼアビジン酵素複合体の存在下に作 用電極として金を用いた場合のI”Ru(NHs) sPy〕” のサイクリッ クポルタモグラムを示す。Figure 6 shows the results obtained in the presence of 6 μM biotin-peroxidase avidin enzyme complex. Cyclic cycle of I"Ru(NHs)sPy" when gold is used as the electrode for A Cuportamogram is shown.

第7図は第6図を一層詳細に示す。FIG. 7 shows FIG. 6 in more detail.

第8図はビオチンを結合させたDNAを測定混合物に添加した場合の触媒作用に よる電流(catalytic curre第1図において、Eは酵素、例えば 、グルコースオキシダーゼで、これは基質S(例えばグルコース)の生成物、P (例えばグルコン酸)への転化に触媒作用を及ぼし、電子、eを放出し、これに よりメゾイエイタの酸化された形Mox (例えばフェリジニウム イオン)が 還元された形、Mred (例えばフェロセン)に還元された。Mredは電極 Gで酸化され、流れる電流を測定したところ存在する基質Sの量に比例した。Figure 8 shows the catalytic effect when biotin-bound DNA is added to the measurement mixture. In Figure 1, E is an enzyme, e.g. , glucose oxidase, which is the product of a substrate S (e.g. glucose), P (e.g. gluconic acid), releasing an electron, e, and The more oxidized form of mesoieta Mox (e.g. ferridinium ion) Reduced to reduced form, Mred (e.g. ferrocene). Mred is the electrode When oxidized with G, the flowing current was measured and was proportional to the amount of substrate S present.

自然に生ずるDNA配列から誘導するかあるいは合成することができるDNA断 片、Dは任意適当な方法により酵素Eに結合させた。過剰の基質Sの存在下に、 定常状態の電流が得られた。DNA断片りの配列に相補的である特定ターゲット 配列を測定する必要のあるDNA試料を任意適当な方法により一重鎖に転換させ 、次いで反応混合物に添加した。DNA fragments that can be derived from naturally occurring DNA sequences or synthesized Fragment D was coupled to enzyme E by any suitable method. In the presence of excess substrate S, Steady state current was obtained. A specific target that is complementary to the sequence of the DNA fragment Convert the DNA sample whose sequence needs to be measured into single strands by any suitable method. , then added to the reaction mixture.

DNA断片りに相補的であるターゲット配列が混合物中に存在する場合には、こ れは断片りに結合し、酵素Eと基質Sとの酵素反応を妨害した。従って基質Sの 生成物Pを生成する量が減少し、これに結び付< Moxの還元が減少した。M oxの還元速度の変化は電極Gにおける電流の減少に反映された。If a target sequence that is complementary to the DNA fragment is present in the mixture, this It bound to the fragment and interfered with the enzymatic reaction between enzyme E and substrate S. Therefore, the substrate S The amount of product P produced was reduced and, coupled with this, the reduction of Mox was reduced. M Changes in the reduction rate of ox were reflected in a decrease in the current at electrode G.

電流の変化はターゲラ) DNAに現在結合している断片化DNA Dの量従っ て存在するターゲットの量に比例した。The change in current depends on the amount of fragmented DNA D currently bound to the DNA. proportional to the amount of target present.

例2:DNAプローブに結合しているメゾイエイタ例Bにおいては、酸化還元− 活性メゾイエイタM(この例では置換フェロセン)をプローブとして使用すべき 断片化DNAに直接結合させた。メゾイエイタに結合したDNA−プローブの形 成はメゾイエイタMの電流滴定応答を妨害せず、またメゾイエイタ−DNAプロ ーブと測定されつつあるDNA中に含まれる相補的ターゲット配列との結合相互 作用をも妨害しなかった。Example 2: Mesoieta bound to a DNA probe In Example B, the redox- The active mesoieta M (substituted ferrocene in this example) should be used as a probe. Directly bound to fragmented DNA. Form of DNA-probe bound to mesoieta The composition does not interfere with the amperometric response of Mesoieta M and also Mutual binding between the target sequence and the complementary target sequence contained in the DNA being measured It did not interfere with the action.

メゾイエイタ−DNAプローブを測定混合物に添加することにより生ずる電流滴 定応答を測定した。プローブが相補的である一重鎖形態の遺伝物質が存在する場 合には、プローブは試料DNA中の相補的配列に結合した。これは電流滴定応答 を著しく減少するか又は完全に阻止した、即ちメゾイエイタ−DNAプローブと ターゲラ)DNAとの複合体は電流滴定に有効でなかった。最初の電流滴定応答 における減少はメゾイエイタ−DNAプローブ/ターゲッ)DNA複合体の生成 量に、従ってメゾイエイタ−DNAプローブの既知の配列に相補的である配列を 含む遺伝物質の量に正比例した。mesoiator - a current droplet produced by adding a DNA probe to the measurement mixture The constant response was measured. If there is a single-stranded form of genetic material to which the probe is complementary, In this case, the probe bound to a complementary sequence in the sample DNA. This is the amperometric response significantly reduced or completely blocked, i.e., mesoieter-DNA probes. (Tagera) complexes with DNA were not effective in amperometric titrations. Initial amperometric response The decrease in mesoieter-DNA probe/target) DNA complex formation amount, and therefore a sequence that is complementary to the known sequence of the mesoieter DNA probe. directly proportional to the amount of genetic material it contains.

ターDNAプローブはまた1個またはそれ以上のリンカ−グループLを含む(例 えばビオチンを用いることができる)。The target DNA probe also contains one or more linker groups L (e.g. For example, biotin can be used).

この例の方法ではメゾイエイタ−リンカ−DNAプローブをDNAプローブに対 するターゲットである一重鎖遺伝物質を含有すると考えられる試料で処理し、メ ゾイエイタ−リンカー−DNAプローブを存在するとの相補的配列にも結合させ た。In this example method, a mesoiator-linker-DNA probe is attached to a DNA probe. treatment with a sample thought to contain single-stranded genetic material, which is the target for Zoieta-Linker-DNA probe is also attached to a complementary sequence to that present. Ta.

リンカ−グループLに適合する電気化学的に活性な物質R1例えばフェロ七ン標 識付きアビジンが表面に存在している電極を次いで反応混合物中に浸漬した。Electrochemically active substances R1 compatible with linker group L, e.g. The electrode, on which the labeled avidin was present, was then immersed into the reaction mixture.

電位を印加した際に測定される電流は電気化学的に活性な物質Rがメゾイエイタ −リンカー−D N Aプローブ/ターゲット−DNA複合体に結合した際に減 少した。この電流の減少もDNA−プローブの既知配列に相補的であるターゲッ ト配列を使用した場合に添加された一重鎖配列の量に比例した。The current measured when a potential is applied is that the electrochemically active substance R is a mesoieter. -Linker-DNA Probe/Target-Decreased when bound to DNA complex It was a little. This decrease in current also occurs when the target is complementary to the known sequence of the DNA-probe. was proportional to the amount of single-stranded sequence added when using a single-stranded sequence.

例4:ビオチンーシトクロムー〇およびベルオキシタこの特定例では、電極はビ オチン標識付きシトクロム−〇を使用した場合に可逆的電子移動を示した。ビオ チン標識付きシトクロム−〇はメゾイエイタ化合物として作用するが、また上述 の一般的説明に記載したようにアビジンに結合させることもできた。Example 4: Biotin-Cytochrome-○ and Veroxita In this particular example, the electrodes Reversible electron transfer was demonstrated when othine-labeled cytochrome-○ was used. bio Chin-labeled cytochrome-〇 acts as a mesoieta compound, but also It could also be conjugated to avidin as described in the general description.

ビオチン標識付き核酸(DNAまたはRNA)を混合物に添加すると一方ではビ オチン−シトクロム−C複合体とアビジンとの間の特異的な競合的結合反応、他 方ではアビジン複合体とビオチン標識付きDNAとの間の特異的な競合的結合反 応が開始された。Adding a biotin-labeled nucleic acid (DNA or RNA) to a mixture, on the other hand, Specific competitive binding reaction between othine-cytochrome-C complex and avidin, etc. In one method, a specific competitive binding reaction between an avidin complex and biotin-labeled DNA is used. response has begun.

アビジン(またはストレプトアビジン)の濃度は一定であるので、アビジン−ビ オチン−核酸複合体の濃度の増大により遊離ビオチン−シトクロム−0種の濃度 がこれに対応して増大し、これにより酵素から電極表面への電荷の移動速度の関 連する増加が起った。Since the concentration of avidin (or streptavidin) is constant, the avidin-vidin The concentration of free biotin-cytochrome-0 species increases by increasing the concentration of otin-nucleic acid complexes. There is a corresponding increase in the rate of charge transfer from the enzyme to the electrode surface. A corresponding increase occurred.

−例として、4,4−ジピリジル、または同様な物質で変性した金電極表面を使 用した。この例の方法では、ビチオン標識付きシトクロム−〇は酵素、本例では 西洋ワサビのペルオキシダーゼに対するメゾイエイタとして作用した。- For example, using a gold electrode surface modified with 4,4-dipyridyl or a similar substance. used. In this example method, biothione-labeled cytochrome-○ is an enzyme, in this example It acted as a mesoieter against horseradish peroxidase.

酵素は第4図a′J6よび第4図すに例示したH2O2添加の際に生ずる触媒作 用による電流により示されるように、酵素はメゾイエイタ(この場合ビチオン− シトクロム−〇)と、基質(1,02)との間で電荷を移動させた。The enzyme is catalyzed by the catalytic action that occurs when H2O2 is added as illustrated in Figure 4 a'J6 and Figure 4. As shown by the current caused by Charge was transferred between cytochrome-○) and substrate (1,02).

酵素および基質の両者は過剰に存在させた。この方法は陰極の電位を適当な負の 値で平衡させることによって行われ、触媒作用による電流を得たが、この電流は ビチオン−シトクロム−C濃度に左右された。Both enzyme and substrate were present in excess. This method sets the potential of the cathode to an appropriate negative level. The current due to catalysis was obtained by equilibrating at the value of It depended on biothione-cytochrome-C concentration.

次にこの系にアビジンまたはストレプトアビジンを添加した。若干のメゾイエイ タがアビジンと複合体を形成し、従って触媒作用による電流が減少した。ビオチ ン含有DNAまたはRNAを添加すると若干のビオチン−シトロクロム−Cが遊 離するが、これは前者が存在するアビジンと競争するためであった。この結果触 媒作用による電流は、第5図に示すように、添加したビオチンと結合したDNA の割合で増加した。Avidin or streptavidin was then added to the system. some mesoie ta formed a complex with avidin, thus reducing the catalytic current. Biochi When DNA or RNA containing protein is added, some biotin-citrochrome-C is released. This was because the former competed with the existing avidin. As a result, As shown in Figure 5, the current due to the mediating action is caused by the DNA bound to the added biotin. increased at a rate of

実験条件 従来の三電極系を使用し、この際作用電極としては4.4−ビピリジルスルフィ ド−被覆金電極を用いた。測定混合物の他の成分は0.05M リン酸塩緩衝液 、pH6,2;ビオチン−シトロクロム−C(SIGMA社> 0.14〜2. 8mg;LO23oo〜80μM; 西洋ワサビのペルオキシダーゼ210μs /ml;アビジン5〜50μg; ビオチン ポリウリジル(BRL)1〜10 μIであった。Experimental conditions A conventional three-electrode system is used, with 4,4-bipyridyl sulfur as the working electrode. A doped coated gold electrode was used. Other components of the measurement mixture are 0.05M phosphate buffer , pH 6,2; biotin-citrochrome-C (SIGMA>0.14-2. 8mg; LO23oo~80μM; Horseradish peroxidase 210μs /ml; avidin 5-50 μg; biotin polyuridyl (BRL) 1-10 It was μI.

ビオチン−シトクロム−〇のサイクリックポルタモグラム(走査範囲一200〜 +200mV)は、第4図aから分るように、酵素である西洋ワサビのペルオキ シダーゼをセルに添加した場合に変化しなかった。Cyclic portammogram of biotin-cytochrome-〇 (scanning range - 200 ~ +200 mV), as shown in Figure 4a, is the enzyme horseradish peroxide. There was no change when sidase was added to the cells.

基質(H2O2)を添加した結果、第4図すに示すように、触媒作用による電流 により著しい変化が生じた。As a result of adding the substrate (H2O2), as shown in Figure 4, the current due to catalytic action A significant change occurred.

第5図に全般的に示すように電極を還元電位で平衡させ、第5図aに示すように 基質を添加すると触媒作用による電流を生じ、この電流はビオチン−シトクロム −C濃度によって左右された。The electrodes were equilibrated at a reducing potential as generally shown in Figure 5 and Addition of substrate generates a catalytic current, which is a biotin-cytochrome - It depended on the C concentration.

第2工程では、アビジンを測定系に添加し:同量の基質を添加した結果、第5図 すに示すように、触媒作用による電流が減少したが、これはビオチン−シトクロ ム−Cの若干のものが複合体を形成したからである。In the second step, avidin was added to the measurement system; as a result of adding the same amount of substrate, Figure 5 As shown in Figure 2, the catalytic current decreased, but this was due to the biotin-cytochrome This is because some of Mu-C formed a complex.

第5図Cに示すように第3工程では、ビオチン−DNA、RNAを系に添加し同 量の820□を添加すると触媒作用による電流が増加し、これによりプローブに 対する依存関係が存在することが分かった。As shown in Figure 5C, in the third step, biotin-DNA and RNA are added to the system and the same Adding an amount of 820□ increases the catalytic current, which causes the probe to It was found that there is a dependency on

この例では酵素が触媒作用をする反応をメゾイエイタの存在下に検出し測定する 電極表面を使用し、この場合にメゾイエイタとしてDNAまたはRNAに共有結 合しているビオチン−シトロクロム−CあるいはDNAまたはRNAと共有結合 しているシトロクロム−Cを使用した。In this example, a reaction catalyzed by an enzyme is detected and measured in the presence of mesoieta. using the electrode surface, in this case as a mesoieter, to covalently bind DNA or RNA. covalently bonded with biotin-cytrochrome-C or DNA or RNA Citrochrome-C was used.

過剰の酵素または基質の存在下における触媒作用による電流が電気化学的セル中 に存在するビオチンンシトクロムーC−DNA (BCDNA)あるいはシトク ロム−DNA (CDNA)の尺度となった。A catalytic current in the presence of excess enzyme or substrate is generated in an electrochemical cell. Biotin cytochrome C-DNA (BCDNA) or cytochrome C-DNA present in It became a measure of ROM-DNA (CDNA).

シトクロム−〇ブリッジを用いてビオチンをDNAに結合させた(マニング(M ann ing)等)。ビオチン標識付きシトクロム−C(SIGMA社から市 販)5mgをO,LMのトリエタノールアミン(TEA)pH7,8中の活性化 された子牛胸腺DNA (ファーマシア ピー エル バイオケミカルス社)4 mgに添加した。Biotin was attached to DNA using a cytochrome-〇 bridge (Manning (M ann ing) etc.). Biotin-labeled cytochrome-C (available from SIGMA) Activation of 5 mg in O,LM triethanolamine (TEA) pH 7,8 Calf thymus DNA (Pharmacia PLC Biochemicals) 4 Added to mg.

6%ホルムアルデヒド1.2mlを架橋のために同じ緩衝液中に添加し、この混 合物を37℃で1時間温置した。1.2 ml of 6% formaldehyde was added to the same buffer for crosslinking and the mixture The mixture was incubated at 37°C for 1 hour.

しかる後にホルムアルデヒドを大規模な透析により除去した。The formaldehyde was then removed by extensive dialysis.

この試料に塩化トリウムを添加して最終濃度をIMとした(共有結合していない どのシトクロムCをモ解離させるため)。Thorium chloride was added to this sample to give a final concentration of IM (not covalently bonded). to dissociate which cytochrome C).

この溶液をFPLCゲル濾過カラムでセファローゼ(Sepharose) 6 Bを用いて分別した。これらの両分を254nmで検出した。260nmにおけ るDNAの場合の吸光係数25cm’/mgおよび410nmにおけるビオチン ・シトクロムCの場合の吸光係数7.7 cm2/mgを用いてヌクレオチド対 シトクロム−Cの比を算出したところ、生成物中では約20:1であることを見 い出した。This solution was passed through a FPLC gel filtration column using Sepharose 6. It was fractionated using B. Both of these components were detected at 254 nm. At 260nm Extinction coefficient for DNA at 25 cm'/mg and biotin at 410 nm ・Nucleotide pairs using the extinction coefficient of 7.7 cm2/mg for cytochrome C When the ratio of cytochrome-C was calculated, it was found to be approximately 20:1 in the product. I started it.

BCDNAまたはCDNAは電気化学的セル中においてメゾイエイタ、例えば西 洋ワサビのペルオキシダーゼとして作用した。基質の存在下では触媒作用による 電流はBCDNAまたはCDNAの存在量あるいはハイブリッドの存在量の尺度 となった。BCDNA or CDNA is a mesoieter in an electrochemical cell, e.g. Acted as a horseradish peroxidase. catalytic in the presence of a substrate Current is a measure of BCDNA or CDNA abundance or hybrid abundance It became.

電極は還元電位で平衡させた。触媒作用による電流はビオチン−シトクロム−C DNA(またはRNA)もしくはシトクロム−CDNA(またはRNA)の存在 を示した。The electrodes were equilibrated at reduction potential. The catalytic current is biotin-cytochrome-C Presence of DNA (or RNA) or cytochrome-CDNA (or RNA) showed that.

4.4−ビピリジルスルフィドで被覆した金を作用電極として使用する標準三電 極系をpH6,2の0.05Mリン酸塩緩衝液中で使用した。この例ではメゾイ エイタとしてビオチン−シトクロム−DNA (BCDNA)を使用したが、西 洋ワサビのペルオキシダーゼと電極との間を媒介するシトクロムブリッジによっ て結合している他の任意の電気化学的標識をも使用することができると考えられ る。4. Standard Sanden using gold coated with 4-bipyridyl sulfide as working electrode The polar system was used in 0.05M phosphate buffer at pH 6.2. In this example, Mezoi Biotin-cytochrome-DNA (BCDNA) was used as a protein, but Western A cytochrome bridge mediates between horseradish peroxidase and the electrode. It is contemplated that any other electrochemical label attached to the Ru.

シトクロム−Cを使用した場合には、その濃度を300μ閘以下とする必要があ ったが、これはこれより高い濃度においてシトクロム−Cがブリーチング(bl eaching)を受ける危険があったからである。If cytochrome-C is used, its concentration must be kept below 300μ. However, this is because cytochrome-C bleaches (bl) at higher concentrations. This is because there was a risk of being subject to

gAI 6 : ビオチンで標識を付けたファージ ラムダDNこの例の方法で は、酵素複合体が触媒作用をする反応を、メゾイエイタの存在下において、検出 または測定することができる電極表面を使用した。この例では酵素複合体はビオ チンペルオキシダーゼ−アビジンが追加のビオチンあるいはビオチン標識付きD NAまたはRNAのようなビオチン含有物質と結合できるような割合の該ビオチ ンペルオキシダーゼ−アビジンから構成した。gAI 6: Biotin-labeled phage lambda DN using the method in this example detects reactions catalyzed by enzyme complexes in the presence of mesoieta. or using an electrode surface that can be measured. In this example the enzyme complex is Chinperoxidase - Avidin is added with biotin or biotin-labeled D the biotin in a proportion that allows it to bind to biotin-containing substances such as NA or RNA. Constructed from peroxidase-avidin.

このビオチンペルオキシダーゼ−アビジン複合体をH2O2およびメゾイエイタ 、例えばシトクロムC,フェロセン化合物またはここに示す例における[Ru( NH3)sPy] 2+の存在下に用いることにより定常状態の電流が得られた 。電極は負電位で平衡させた。基質、H2O2は大過剰で存在させた。ビオチン 標識付きDNAまたはRNAをセルに添加した場合には電流が低下した。ビオチ ンDNAは溶液中に存在させてもあるいは膜に結合させてもよかった。This biotin peroxidase-avidin complex was combined with H2O2 and mesoieta. , for example cytochrome C, ferrocene compounds or [Ru( Steady-state current was obtained by using in the presence of NH3)sPy]2+ . The electrodes were equilibrated at negative potential. The substrate, H2O2, was present in large excess. biotin The current decreased when labeled DNA or RNA was added to the cell. Biochi The bound DNA could be in solution or bound to the membrane.

ビオチンペルオキシダーゼ−アビジン複合体の限界濃度および過剰量のメゾイエ イタおよび基質の限界濃度において、電極を適当な電位(この特定の例では飽和 甘こう電極に対して負)で平衡させた場合に、酵素濃度に比例する定常状態の電 流が得られた。Mesoie of the critical concentration and excess amount of biotin peroxidase-avidin complex At the critical concentration of substrate and substrate, the electrodes are placed at a suitable potential (in this particular example saturation The steady-state voltage is proportional to the enzyme concentration when equilibrated at I got the flow.

この点からこの例によって示す実験を2種の異なる実験方式、すなわち次のいず れかの添加方式によって行った: a)ビオチンDNAまたはビオチンRNAを溶液として添加 b)固定化したビオチンDNAまたはビオチンRNAの添加。From this point on, the experiment illustrated by this example can be carried out in two different experimental formats: This was done by the following addition method: a) Add biotin DNA or biotin RNA as a solution b) Addition of immobilized biotin DNA or biotin RNA.

両方の場合に核酸は酵素複合体と反応し、電流増加を生じさせ、この電流増加は 添加したビオチンDNAまたはRNAに比例しかつこれらの尺度として作用した 。In both cases the nucleic acid reacts with the enzyme complex, producing an increase in current that is Biotin was proportional to and acted as a measure of added DNA or RNA. .

超音波処理したファージラムダDNAをBVRIテクニカル インホオメーショ ン方式に従ってニックトランスレーション試薬系を使用して、ビオチン−11− dUTPの存在下にニックトランスレーションし、この際試薬として次のもの使 用した: 1) pH7,8のトリス500mM 、 MgC1z 50mM、 2−メル カプトエタノール100mMおよびヌクレアーゼ不含有B5A100mg/m  Il中の0.2μMのdATP、 dC’TP、 dGTP混合物の溶液10μ β 2) EDTA 0.1nA 、 pH7,5のトリス10mMおよび塩化ナト リウム100mM中のラムダファージDNA 4μg3) pH7,5のトリス 100mM中の0.4mMのビオチン−11−dUTp 10μl この容積が90μβになるようにし、この反応混合物を注意して混合した。Ultrasonicated phage lambda DNA was transferred to BVRI technical information. Biotin-11- Nick translation in the presence of dUTP, using the following reagents: Used: 1) Tris 500mM at pH 7,8, MgC1z 50mM, 2-mel Captoethanol 100mM and nuclease-free B5A 100mg/m 10μ of a solution of 0.2μM dATP, dC’TP, dGTP mixture in Il β 2) EDTA 0.1nA, 10mM Tris pH 7.5 and sodium chloride Lambda phage DNA 4μg in 100mM Tris pH 7.5 10μl of 0.4mM biotin-11-dUTp in 100mM The volume was brought to 90 μβ and the reaction mixture was carefully mixed.

4) pH7,5のトリス50mM、酢酸マグネシウム5mM、2−メルカブト エタノール1 mM、フェニルメチルスルフォニルフルオリド0.1mM、 5 0%グリセリンおよびヌクレアーゼ不含有BSA 100 t−tg1ml中の DNAアーゼ(DNAase)140pg/mlの混合物0.4−L 二7トh t(lに10μlのDNAポリメラーゼを添加した。4) Tris 50mM at pH 7.5, magnesium acetate 5mM, 2-merkabuto Ethanol 1mM, phenylmethylsulfonyl fluoride 0.1mM, 5 0% glycerin and nuclease-free BSA 100 t-tg in 1 ml DNAase 140 pg/ml mixture 0.4-L 27 h 10 μl of DNA polymerase was added to t(l).

この混合物を15℃で90分間温装した。反応を、300mMのEDTA 10 μlを添加することにより停止させた。This mixture was incubated at 15° C. for 90 minutes. The reaction was carried out in 300mM EDTA 10 It was stopped by adding μl.

ビオチン標識付きDNAの精製をマニアテス(Maniatis)等の「スピン  カラム法」に従って行った〔マンティアティ、フリトソールおよびサムブルク 著、[モレキュラー・クローニング・ア・ラボラトリ−・マニュアルJ 198 2. コールド・スプリング・ハーバ−・ラプス発行、466〜467頁]。Purification of biotin-labeled DNA was carried out using the “spin” method of Maniatis et al. It was carried out according to the column method [Mantiati, Fritsall and Samburg Author, [Molecular Cloning A Laboratory Manual J 198 2. Published by Cold Spring Harbor Lapse, pp. 466-467].

少量のガラスウールで栓をした1+nj2の使い捨て注射器を使用した。ベッド 容積0.9m lのセファデックス(Sephadex)を0.15Mの塩化ナ トリウムで平衡状態にし、pt17.0のクエン酸ナトリウム0.015Mを注 射器に充填し、充填容積が0.9m j2になるまで数回ベンチ遠心機で回転さ せた。次いで、0.1mj2の緩衝液を注射器に添加し、同じ速度で同じ回数回 転させた。A 1+nj2 disposable syringe capped with a small amount of glass wool was used. bed A volume of 0.9 ml of Sephadex was added to 0.15 M of sodium chloride. Equilibrate with thorium and inject 0.015M of sodium citrate with a pt of 17.0. Fill the gun and spin it several times in a bench centrifuge until the filling volume is 0.9 m2. I set it. Then add 0.1 mj2 of buffer to the syringe and repeat at the same speed for the same number of times. I turned it over.

最後に、ニックトランスレーション混合物を0,1ml添加し、正確に同じ速度 で同じ回数再度遠心分離し、100μlの流出液を、栓なしエッベンドルフ管中 に捕集したが、この流出液はビオチン標識付きファージラムダDNAを含有して いた。上述のようにプローブされ、ニックトランスレーションされたビオチン標 識付きファージラムダDNA BRLと、ビオチン−シトクロム−〇標識材き活 性化子牛胸腺DNAとを、真空炉中において80℃で2時間加熱することにより ニトロセルロース膜に結合させた。Finally, add 0.1 ml of the nick translation mixture and at exactly the same rate. Centrifuge again the same number of times and transfer 100 μl of the eluate into an Ebbendorf tube without a stopper. The effluent contained biotin-labeled phage lambda DNA. there was. Biotin standard probed and nick-translated as described above. Identified phage lambda DNA BRL and biotin-cytochrome-〇 labeled material activation By heating the sexed calf thymus DNA at 80°C for 2 hours in a vacuum oven. bound to a nitrocellulose membrane.

この実験は溶液中のDNAとニトロセルロースに結合しているDNAとを用いる 2通りの方法で行った。This experiment uses DNA in solution and DNA bound to nitrocellulose. I did it in two ways.

両者の場合とも測定装置は容積0.7m 12のセル中に金電極を具えていた。In both cases the measuring device comprised a gold electrode in a cell with a volume of 0.7 m 12 .

この例で用いた試薬は: pH6,2のリン酸塩緩衝液0.05Mメゾイエイタイタフェロセンモノカルボ ン酸0.15mMb) [:RLI(NH3)51 Pyr”” 0.16mM ビオチン−ペルオキシダーゼ−アビジン酵素複合体の濃度は記載されているよう に60nM−0,6μM基質としてl’+2028.8 mM 酵素複合体の生成は次のようにして行った:ベクスタチンABC(セララブ(s era tab) )を好適条件下で使用し;5mg/mj2のビオチン−ペル オキシダーゼ50μlを0.1%ツイーン20含有測定用緩衝液1mβ中の11 T1g/ff1lのアビジン50μlと一緒に30分間温装した。次いで0.1 %ツイーン20含有測定用緩衝液中でさらに希釈を行った。The reagents used in this example were: Phosphate buffer pH 6.2 0.05M mesoieitaitaferrocene monocarbo 0.15mMb) [:RLI(NH3)51 Pyr"" 0.16mM The concentration of biotin-peroxidase-avidin enzyme complex was as described. +2028.8mM as 60nM-0.6μM substrate Generation of the enzyme complex was carried out as follows: Bexstatin ABC (Ceralab (s) era tab)) under suitable conditions; 5 mg/mj2 of biotin-per 11 in 1 mβ assay buffer containing 0.1% Tween 20. It was incubated for 30 minutes with 50 μl of avidin of T1g/ff1l. then 0.1 Further dilutions were made in assay buffer containing % Tween 20.

例L1フロセンモノカルボン酸の使用 フェロセンモノカルボン酸をメゾイエイタとして使用した場合に、触媒作用によ る電流は60nM〜6nMの酵素濃度の条件下で線形であり、0.8〜0.7μ Aの範囲の触媒作用による電流を生ぜしめた。Example L1 Use of Furosene Monocarboxylic Acid When ferrocene monocarboxylic acid is used as a mesoieter, The current is linear under the condition of enzyme concentration of 60nM to 6nM and is 0.8 to 0.7μ. Catalytic currents in the range of A were produced.

匠快:メディエイタとしてのルテニウム錯体の使用[:PyRu(Nl13)s ]2+をメゾイエイタとして使用した場老に、触媒作用による電流は前の場合よ りも約10倍大きかったので、以下の例に示す3種の補助実験ではこれを選択し た。Takumi Kai: Use of ruthenium complexes as mediators [:PyRu(Nl13)s ] In the case where 2+ is used as a mesoiator, the current due to the catalytic action is different from the previous case. This was chosen for the three auxiliary experiments shown in the examples below, as the Ta.

例7c:酵素濃度6. OnM この例では酵素濃度を6nMとした。H2O2の存在下では、第8図aに示すよ うに触媒作用による定常状態の電流が観察された。Example 7c: Enzyme concentration 6. OnM In this example, the enzyme concentration was 6 nM. In the presence of H2O2, as shown in Figure 8a, Steady state current due to sea urchin catalysis was observed.

ビチオン標識付きファージラムダDNA 200mgを電気化学的セルに添加し た場合に、触媒作用による定常状さらにH,0□の注入によっても触媒作用によ る電流が生じた。この結果はビオチン−DNAが若干のビオチンアビジン酵素複 合体と複合体を形成しているが、ビオチンDNAに結合していない酵素複合体が なお大過剰存在していることを示している。Add 200 mg of bithion-labeled phage lambda DNA to the electrochemical cell. In this case, the steady state due to catalytic action and the injection of H,0□ also result in catalytic action. A current was generated. This result indicates that biotin-DNA has some biotin avidin enzyme complex. The enzyme complex that has formed a complex with biotin but is not bound to the biotin DNA This shows that there is a large excess.

例7d:酵素濃度0.6nM この例は前の例の方針に従うものであるが、唯一の違いは酵素複合体の濃度であ り、この場合0.6nMとした。Example 7d: Enzyme concentration 0.6 nM This example follows the same lines as the previous example, with the only difference being the concentration of the enzyme conjugate. In this case, it was set to 0.6 nM.

第7図すに示すような酵素複合体濃度を示す触媒作用による電流は、ビオチンD NA(200μg)の添加後に第7図Cに示すように急激に変化した。さらにH 20□を注入しても電流は第7図dに示すように低いレベルのままであった。The catalytic current, which indicates the enzyme complex concentration as shown in Figure 7, is the biotin D After the addition of NA (200 μg), there was a sudden change as shown in FIG. 7C. More H Even after injection of 20□, the current remained at a low level as shown in Figure 7d.

例7e:膜上に固定したDNA 上述とほぼ同様にしてH20□を使用した場合に触媒作用による電流が得られた 。ニトロセルロース膜上に固定したビオチン標識付きDNAを、DNA0.5μ g〜0.2μgの範囲でセルに添加した。このセルをこのビオチンDNA膜と一 緒に10分間温装した後に、これにさらにH2O2を注入しても第7図eに示す ように触媒作用による電流は生じなかったので、酵素複合体が膜上に存在するビ オチンDNAと結合し、これにより電荷移動が阻止されたことが分かった。Example 7e: DNA immobilized on membrane When H20□ was used in almost the same manner as described above, a current due to catalytic action was obtained. . The biotin-labeled DNA immobilized on the nitrocellulose membrane was g to 0.2 μg was added to the cells. This cell is combined with this biotin DNA membrane. After heating the mixture for 10 minutes, additional H2O2 was injected as shown in Figure 7e. Since no current was generated due to the catalytic action, the enzyme complex was present on the membrane. It was found that the compound bound to Otin DNA, thereby blocking charge transfer.

国際調査報告 1Me++?@’al ムo崗am mm、 pCT/C’B 8410043 2−2−ALNNEX To フ−’ INτ三R−NAτl0NAL 5EA RCHR4JORT ONinternational search report 1Me++? @'al mm, pCT/C'B 8410043 2-2-ALNNEX To F-’ INτ3R-NAτl0NAL 5EA RCHR4JORT ON

Claims (47)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.核酸を測定するに当り、 (a)(i)所定のターゲット配列に対して相補的な核酸配列および (ii)これに化学的に結合していてアンチリガンドと特異的結合反応を行うこ とができる第一リガンド を含有するプローブ物質を提供し; (b)前記プローブ物質を (i)酵素が触媒として活性である場合に電荷を電極表面に移動させることがで きる適当なメディエイタ、酵素、基質系、および (ii)前記メディエイタ、酵素または基質のいずれか一つと化学的に結合して いて、アンチリガンドと競合的結合反応を行うことができる第二リガンド、およ び (iii)前記アンチリガンド を含有する測定系と接触させて、前記アンチリガンドとの特異的結合反応におい て前記第一リガンドと前記第二リガンドとを競争させ; (c)前記系と前記ターゲット配列を含有する疑いのある溶液とを接触させて、 存在するどの前記ターゲット配列をも前記プローブに結合させることによって前 記第一リガンドのアベイラビリティに影響を与え、従って電極への電荷移動速度 を変化させることを特徴とする核酸測定方法。1. When measuring nucleic acids, (a) (i) a nucleic acid sequence complementary to a given target sequence; and (ii) It is chemically bonded to this and can perform a specific binding reaction with the antiligand. The first ligand capable of providing a probe substance containing; (b) the probe substance; (i) When the enzyme is catalytically active, it can transfer charge to the electrode surface. suitable mediators, enzymes, substrate systems, and (ii) chemically combined with any one of said mediator, enzyme or substrate; a second ligand capable of performing a competitive binding reaction with the antiligand; Beauty (iii) the antiligand in a specific binding reaction with the antiligand. competition between the first ligand and the second ligand; (c) contacting said system with a solution suspected of containing said target sequence; by binding any of the target sequences present to the probe. first affects the availability of the ligand and thus the rate of charge transfer to the electrode. A nucleic acid measurement method characterized by changing. 2.核酸がデオキシリボ核酸である請求の範囲第1項記載の方法。2. 2. The method according to claim 1, wherein the nucleic acid is deoxyribonucleic acid. 3.核酸がリボ核酸である請求の範囲第1項記載の方法。3. 2. The method according to claim 1, wherein the nucleic acid is a ribonucleic acid. 4.第1または第2のいずれかのリガンドとアンチリガンドとの間の特異的結合 反応がビオチンとアビジン、抗原と抗体、ホルモンと受容体、レクチンと炭水化 物、補助因子と酵素、および核酸と相補的核酸からなる対の群から選定した試薬 またはその誘導体の対の間の特異的結合反応である請求の範囲第1項記載の方法 。4. Specific binding between either the first or second ligand and the antiligand Reactions include biotin and avidin, antigens and antibodies, hormones and receptors, lectins and carbohydrates. Reagents selected from the group of pairs consisting of substances, cofactors and enzymes, and nucleic acids and complementary nucleic acids. or a specific binding reaction between a pair of derivatives thereof. . 5.第1リガンドおよび第2リガンドの両方がビオチンまたはその誘導体であっ て、アンチリガンドがアビジンまたはその誘導体である請求の範囲第4項記載の 方法。5. Both the first ligand and the second ligand are biotin or a derivative thereof. Claim 4, wherein the antiligand is avidin or a derivative thereof. Method. 6.メディエイタが有機金属化合物である請求の範囲第1項記載の方法。6. 2. The method of claim 1, wherein the mediator is an organometallic compound. 7.メディエイタが少なくとも1個の有機環を有し、その環が共役している少な くとも2個の二重結合および各環と電子共有接触している金属原子によって特徴 付けられている請求の範囲第6項記載の方法。7. The mediator has at least one organic ring, and the ring is conjugated. Characterized by at least two double bonds and a metal atom in covalent electron contact with each ring The method according to claim 6. 8.金属が遷移金属である請求の範囲第7項記載の方法。8. 8. The method of claim 7, wherein the metal is a transition metal. 9.金属を鉄、クロムおよびニルテニウムからなる群から選定する請求の範囲第 8項記載の方法。9. Claim No. 1 in which the metal is selected from the group consisting of iron, chromium and niruthenium. The method described in Section 8. 10.メディエイタがフェロセンである請求の範囲第9項記載の方法。10. 10. The method of claim 9, wherein the mediator is ferrocene. 11.メディエイタをビオロゲン、ポリビオロゲン、フェナジン、フェリシアン 化物およびその誘導体、金属ポルフィリンおよびワンディメンショナル導体から なる群から選定する請求の範囲第1項記載の方法。11. Mediator: viologen, polyviologen, phenazine, felicyan from compounds and their derivatives, metal porphyrins and one-dimensional conductors The method according to claim 1, wherein the method is selected from the group consisting of: 12.メディェィタがカルボボランである請求の範囲第1項記載の方法。12. 2. The method of claim 1, wherein the mediator is a carboborane. 13.メディエイタがルテニウム化合物である請求の範囲第1項記載の方法。13. 2. The method of claim 1, wherein the mediator is a ruthenium compound. 14.メディエイタをフェロセン;クロロフェロセン;メチルートリメチルアミ ノフェロセン;1,1−ジメチルフェロセン;1,1−ジカルボキシフェロセン ;カルボキシフェロセン;ビニルフェロセン;トリメチルアミノフェロセン;1 ,1′−ジメチルフェロセン;ポリビニルフェロセン;フェロセンモノカルボン 酸;ヒドロキシエチルフェロセン;アセトフェロセンおよび1,1′−ビスヒド ロキシメチルフェロセンからなる群から選定する請求の範囲第10項記載の方法 。14. The mediator is ferrocene; chloroferrocene; methyl-trimethylamine. Noferrocene; 1,1-dimethylferrocene; 1,1-dicarboxyferrocene ; Carboxyferrocene; Vinylferrocene; Trimethylaminoferrocene; 1 ,1'-dimethylferrocene; polyvinylferrocene; ferrocene monocarvone Acid; hydroxyethylferrocene; acetoferrocene and 1,1'-bishydride The method according to claim 10, wherein the method is selected from the group consisting of roxymethylferrocene. . 15.メディエイタがシトクロムである請求の範囲第11項記載の方法。15. 12. The method of claim 11, wherein the mediator is a cytochrome. 16.メディエイタがシトクロム−Cである請求の範囲第15項記載の方法。16. 16. The method of claim 15, wherein the mediator is cytochrome-C. 17.メディエイタカがTCNOである請求の範囲第11項記載の方法。17. 12. The method of claim 11, wherein the mediator is TCNO. 18.メディエイタが導電性表面に局限されている請求の範囲第1〜17項のい ずれか一つの項に記載の方法。18. Claims 1 to 17, wherein the mediator is localized to the conductive surface. method described in one of the sections. 19.酵素が非酸素特異的フラビンタンパク質である請求の範囲第1〜17項の いずれか一つの項に記載の方法。19. Claims 1 to 17, wherein the enzyme is a non-oxygen-specific flavoprotein. A method described in one of the sections. 20.前記フラビンタンパク質をメタノールオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダ ーゼ(EC1.2.3.3)、キサンチンオキシダーゼ(EC1.2.3.2. )、サルコシンオキシダーゼ(EC1.5.3.1.)、リボアミドデヒドロゲ ナーゼ(EC1.6.3.4.)、グルタチオンレダクターゼ(EC1.6.4 .2.)、一酸化炭素オキシドレダクターゼ、グルコースオキシダーゼ、グリコ ール酸オキシダーゼ(EC1.1.3.1.)、L−アミノ酸オキシダーゼ(E C1.4.3.2.)およびラクトースオキシダーゼからなる群から選定する請 求の範囲第19項記載の方法。20. The flavoproteins are combined with methanol oxidase and pyruvate oxidase. xanthine oxidase (EC1.2.3.3), xanthine oxidase (EC1.2.3.2. ), sarcosine oxidase (EC1.5.3.1.), ribamide dehydrogenase enzyme (EC1.6.3.4.), glutathione reductase (EC1.6.4.) .. 2. ), carbon monoxide oxidoreductase, glucose oxidase, glyco acid oxidase (EC1.1.3.1.), L-amino acid oxidase (E C1.4.3.2. ) and lactose oxidase. Scope of Claim 19. The method according to item 19. 21.酵素がキノンタンパク質である請求の範囲第1〜17項のいずれか一つの 項に記載の方法。21. Any one of claims 1 to 17, wherein the enzyme is a quinone protein. The method described in section. 22.前記キノンタンパク質をグルコースデヒドロゲナーゼ、アルコールデヒド ロゲナーゼおよびメタノールデヒドロゲナーゼからなる群から選定する請求の範 囲第21項記載の方法。22. The quinone protein is combined with glucose dehydrogenase and alcohol dehyde. Claims selected from the group consisting of logonase and methanol dehydrogenase The method according to paragraph 21. 23.酵素が導電性表面に局限されている請求の範囲第1〜17項のいずれか一 つの項に記載の方法。23. Any one of claims 1 to 17, wherein the enzyme is localized to the electrically conductive surface. The method described in Section 1. 24.酵素がヘム(haem)含有酵素である請求の範囲第1〜17項のいずれ か一つの項に記載の方法。24. Any of claims 1 to 17, wherein the enzyme is a haem-containing enzyme. or the method described in one of the sections. 25.ヘム含有酵素を乳酸デヒドロゲナーゼ、酵母、シトクロム−Cペルオキシ ダーゼおよび西洋のワサビペルオキシダーゼからなる群から選定する請求の範囲 第24項記載の方法。25. Heme-containing enzymes such as lactate dehydrogenase, yeast, and cytochrome-C peroxy Claims selected from the group consisting of Dase and Western horseradish peroxidase The method according to paragraph 24. 26.酵素がキュプロタンパク質である請求の範囲第1〜17項のいずれか一つ の項に記載の方法。26. Any one of claims 1 to 17, wherein the enzyme is cuproprotein. The method described in section. 27.キュプロタンパク質がガラクトースオキシダーゼである請求の範囲第26 項記載の方法。27. Claim 26, wherein the cuproprotein is galactose oxidase The method described in section. 28.電極が金、白金、銀、炭素またはワンディメンショナル導体からなる群か ら選定した材料で作られている請求の範囲第1〜17項のいずれか一つの項に記 載の方法。28. Is the electrode a group consisting of gold, platinum, silver, carbon, or one-dimensional conductors? Claims 1 to 17 made of a material selected from How to put it on. 29.一重鎖核酸分子中における所定の配列の存在および/またはコピー数を確 定するための核酸配列プローブにおいて、 プローブの核酸配列が a)メディエイタ化合物または前記メディエイタ化合物が電気化学的に結合して いる酵素のいずれかおよび b)ビチオン に結合していて、 ターゲット核酸配列に対する前記プローブの核酸配列の結合によって前記メディ エイタ化合物と前記酵素との間の前記電気的結合が変化することを特徴とする核 酸配列プローブ。29. Determine the presence and/or copy number of a given sequence in a single-stranded nucleic acid molecule. In the nucleic acid sequence probe for determining If the nucleic acid sequence of the probe is a) the mediator compound or said mediator compound is electrochemically bonded; any of the enzymes and b) Bithion is connected to binding of the probe nucleic acid sequence to the target nucleic acid sequence A nucleus characterized in that the electrical bond between the eta compound and the enzyme is changed. Acid sequence probe. 30.核酸を測定するに当り、 電極を酵素およびこの酵素の基質と接触させて配置し、メディエイタ化合物を前 記酵素と組合せて基質の生成物への添加が進行するにつれて前記酵素から前記電 極に電荷が移動するようにし、かつプローブの核酸配列を前記酵素または前記メ ディエイタ化合物のいずれかに結合させて、前記酵素および前記メディエイタ化 合物の活性、従って前記電極への電荷移動量を前記プローブの核酸配列に結合し ている相補的ターゲット核酸配列の存在または不存在によって変化させることを 特徴とする核酸測定方法。30. When measuring nucleic acids, The electrode is placed in contact with the enzyme and the enzyme's substrate, and the mediator compound is As the addition of the substrate to the product in combination with the enzyme proceeds, the electricity is removed from the enzyme. The nucleic acid sequence of the probe is said enzyme and said mediator by conjugation to either a mediator compound; The activity of the compound, and therefore the amount of charge transfer to the electrode, is determined by the amount of binding to the nucleic acid sequence of the probe. the presence or absence of a complementary target nucleic acid sequence Features of nucleic acid measurement method. 31.メディエイタ化合物を遷移金属化合物、有機導体、フェナジン、炭素−ホ ウ素化合物およびビオロゲンからなる群から選定する請求の範囲第29項または 第30項記載の方法。31. Mediator compounds can be transition metal compounds, organic conductors, phenazines, carbon-phosphates, etc. Claim 29 or The method according to paragraph 30. 32.メディエイタ化合物がビチオン標識付きシトクロム−Cである請求の範囲 第31項記載の方法。32. Claims in which the mediator compound is biothione-labeled cytochrome-C The method according to paragraph 31. 33.アビジンまたはストレプトアビジンのいずれかを反応混合物に転化し、メ ディエイタと結合させて、電極への電荷移動を減少させる請求の範囲第31項ま たは第32項記載の方法。33. Invert either avidin or streptavidin into the reaction mixture and Claims 31 and 31 are combined with a radiator to reduce charge transfer to the electrode. or the method described in paragraph 32. 34.メディエイタの存在下に、酵素複合体が触媒作用をする反応を電極によっ て検出および測定する請求の範囲第31項または第32項記載の方法。34. Electrodes catalyze reactions catalyzed by enzyme complexes in the presence of mediators. 33. The method according to claim 31 or 32, wherein the method comprises detecting and measuring. 35.酵素複合体がビオチン−ペルオキシダーゼ−アビジン複合体からなる請求 の範囲第32項または第33項記載の方法。35. Claim that the enzyme complex consists of a biotin-peroxidase-avidin complex The method according to item 32 or 33. 36.酵素複合体がさらにビチオンまたはビオチン標識付き核酸と結合すること ができる請求の範囲第35項記載の方法。36. Enzyme complex further binds to biotin- or biotin-labeled nucleic acids 36. The method according to claim 35, wherein: 37.メディエイタが表面上に固定されている請求の範囲第29項記載の方法。37. 30. The method of claim 29, wherein the mediator is immobilized on the surface. 38.表面がニトロセルロースからなる請求の範囲第37項記載の方法。38. 38. The method of claim 37, wherein the surface comprises nitrocellulose. 39.核酸プローブにおいて、 a)核酸 b)前記核酸に化学的に結合しているメディエイタからなることを特徴とする核 酸プローブ。39. In nucleic acid probes, a) Nucleic acid b) a nucleus comprising a mediator chemically bound to said nucleic acid; Acid probe. 40.メディエイタ化合物が遷移金属化合物、有機導体、フェナジン、炭素−ホ ウ素化合物およびビオロゲンからなる群から選定されている請求の範囲第39項 記載のプローブ。40. The mediator compound may be a transition metal compound, an organic conductor, a phenazine, or a carbon-phosphate compound. Claim 39 selected from the group consisting of urin compounds and viologens Probe as described. 41.メディエイタがシトクロム−Cである請求の範囲第40項記載のプローブ 。41. 41. The probe according to claim 40, wherein the mediator is cytochrome-C. . 42.メディエイタがフェロセンである請求の範囲第40項記載のプローブ。42. 41. The probe of claim 40, wherein the mediator is ferrocene. 43.メディエイタがルテニウム化合物である請求の範囲第40項記載のプロー ブ。43. The probe according to claim 40, wherein the mediator is a ruthenium compound. Bu. 44.メディエイタカが〔Ru(NH3)5Py〕2+からなる請求の範囲第4 3項記載のプローブ。44. Claim 4 wherein the mediator is [Ru(NH3)5Py]2+ The probe according to item 3. 45.先に添付図面について説明しかつ添付図面に示したものと実質的に同一な 核酸測定方法。45. The accompanying drawings have been described above and are substantially identical to those shown in the accompanying drawings. Nucleic acid measurement method. 46.先に添付図面について説明しかつ添付図面に示したものと実質的に同一な 核酸の測定に使用するプローブ。46. The accompanying drawings have been described above and are substantially identical to those shown in the accompanying drawings. Probe used for measuring nucleic acids. 47.上述の請求の範囲のいずれかに記載されている測定方法を実施するための 試薬および/または装置のキット。47. for carrying out the measuring method as claimed in any of the above claims. Kits of reagents and/or equipment.
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