WO2022059462A1 - 核酸配列計測方法、および核酸配列計測用キット - Google Patents
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- C12Q1/6813—Hybridisation assays
- C12Q1/6834—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
- C12Q1/6837—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips
Definitions
- the present invention relates to a nucleic acid sequence measurement method and a nucleic acid sequence measurement kit for measuring a target having a specific nucleic acid sequence contained in a sample by hybridization.
- Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 disclose conventional measurement methods for measuring a target using a DNA microarray.
- both of the methods disclosed in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 require a step of washing the DNA microarray before detecting the target. When such cleaning is performed, there is a problem that the reproducibility of the measurement result is lowered.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a nucleic acid sequence measurement method having excellent reproducibility of measurement results of a target contained in a sample, and a nucleic acid sequence measurement kit in a simple step. ..
- a nucleic acid sequence measuring method for measuring a target having a specific nucleic acid sequence contained in a sample by hybridization (A) A step of adding the label molecule A into the sample solution containing the target. (B) A step of hybridizing the target with the label molecule A in the sample solution. (C) The step of adding the label molecule B to the sample solution, (D) A step of supplying the sample solution to the solid phase surface of the substrate on which the detection probe is fixed. (E) A step of hybridizing the detection probe with the target, the label molecule A, and the label molecule B.
- the detection probe has a detection unit that is a sequence complementary to the nucleic acid sequence of the target.
- the label molecule A has a nucleic acid sequence complementary to the target nucleic acid sequence and has a nucleic acid sequence different from that of the detection unit.
- the label molecule B has a nucleic acid sequence complementary to the label molecule A and has a nucleic acid sequence.
- the label molecule A and the label molecule B are bound to each other at at least two places, and the label molecule A and the label molecule B are bonded to each other at at least two places.
- the fluorescent molecule is added to at least one of the label molecule A and the label molecule B at a predetermined position.
- a nucleic acid sequence measurement method characterized by this.
- the label molecule A has an x part near the 3'end and a y part near the 5'end, which is a nucleic acid sequence complementary to the target nucleic acid sequence and different from the nucleic acid sequence of the detection part.
- the label molecule B has an X portion near the 3'end and a Y portion near the 5'end.
- the nucleic acid sequence of the x part is complementary to the nucleic acid sequence of the X part
- the nucleic acid sequence of the y part is complementary to the nucleic acid sequence of the Y part.
- Two or more of either one or both of the x part and the y part are provided in the label molecule A, or two or more of either one or both of the X part and the Y part are provided in the label molecule B.
- the label molecule A one or both of the x part and the y part are provided in two or more
- the label molecule B either one or both of the X part and the Y part are provided.
- the nucleic acid sequence measuring method according to [1] which comprises providing two or more.
- [5] The nucleic acid according to any one of [1] to [4], wherein the predetermined position to which the fluorescent molecule is added is in the middle of the label molecule A or the label molecule B. Sequence measurement method.
- [6] The nucleic acid sequence measuring method according to any one of [1] to [5], wherein the fluorescent molecule is added to both the label molecule A and the label molecule B.
- [7] The nucleic acid according to any one of [1] to [5], wherein the metal fine particles are added to a predetermined position of either the label molecule A or the label molecule B. Sequence measurement method.
- nucleic acid sequence measuring method according to [7], wherein the predetermined position to which the metal fine particles are added is in the middle of the label molecule A or the label molecule B.
- the nucleic acid sequence measuring method according to any one of [1] to [8], wherein the separation is centrifugal separation.
- the number of molecules of the hybridized target is calculated from the change in the amount of fluorescence before and after the hybridization reaction between the detection probe and the target, the label molecule A, and the label molecule B.
- the nucleic acid sequence measuring method according to any one of [1] to [9].
- a nucleic acid sequence measurement kit for measuring a target having a specific nucleic acid sequence contained in a sample by hybridization.
- a detection probe having a detection unit having a nucleic acid sequence complementary to the target nucleic acid sequence, A substrate having a solid phase surface on which the detection probe is fixed, A label molecule A having a nucleic acid sequence complementary to the target nucleic acid sequence and having a nucleic acid sequence different from that of the detection unit, A label molecule B having a nucleic acid sequence complementary to the nucleic acid sequence of the label molecule A, Including The label molecule A and the label molecule B are bound to each other at at least two places, and the label molecule A and the label molecule B are bonded to each other at at least two places.
- a fluorescent molecule is added to at least one of the label molecule A and the label molecule B at a predetermined position.
- a kit for measuring nucleic acid sequences [12]
- the label molecule A has an x part near the 3'end and a y part near the 5'end, which is a nucleic acid sequence complementary to the target nucleic acid sequence and different from the nucleic acid sequence of the detection part. It has a z part, which is a nucleic acid sequence, and
- the label molecule B has an X portion near the 3'end and a Y portion near the 5'end.
- the nucleic acid sequence of the x part is complementary to the nucleic acid sequence of the X part
- the nucleic acid sequence of the y part is complementary to the nucleic acid sequence of the Y part.
- Two or more of either one or both of the x part and the y part are provided in the label molecule A, or two or more of either one or both of the X part and the Y part are provided in the label molecule B.
- the label molecule A one or both of the x part and the y part are provided in two or more
- the label molecule B either one or both of the X part and the Y part are provided.
- the kit for measuring a nucleic acid sequence according to [11] which comprises providing two or more.
- Sequence measurement kit. [16] The kit for measuring a nucleic acid sequence according to any one of [11] to [15], wherein the fluorescent molecule is added to both the label molecule A and the label molecule B.
- nucleic acid according to any one of [11] to [15], wherein the metal fine particles are added to a predetermined position of either the label molecule A or the label molecule B.
- Sequence measurement kit [18] The nucleic acid sequence measurement kit according to [17], wherein the predetermined position to which the metal fine particles are added is in the middle of the label molecule A or the label molecule B.
- nucleic acid sequence measurement method having excellent reproducibility of measurement results contained in a sample and a nucleic acid sequence measurement kit can be provided by a simple process.
- Non-Patent Document 1 described above there is a method of detecting a target in a sample by adding a fluorescence-modified PCR product obtained by PCR using a fluorescence-modifying primer to a DNA sample to a DNA microarray and hybridizing the DNA sample. It has been disclosed. Further, Patent Document 1 described above discloses a method of labeling a large number of fluorescent molecules to increase the amount of detected light as a means for increasing the amount of detected light.
- Non-Patent Document 1 requires modification of the fluorescent molecule to the target DNA sample, and also requires a cleaning step of the DNA microarray before detection. Becomes complicated. Further, depending on the method of cleaning the DNA microarray, the signal may decrease, the amount of light in the background may increase, or the signal may become uneven in the solid phase surface due to the uneven cleaning. These are factors that reduce the reproducibility of measurement results. Further, the method of Patent Document 1 requires cleaning of the solid phase surface before detection, and as in the case of Non-Patent Document 1 described above, there is a problem that the reproducibility of the measurement result is deteriorated due to the cleaning.
- the label molecule A is added to the sample solution containing the target, and the target and the label molecule A are hybridized.
- the label molecule B is added to the sample solution.
- a sample solution is supplied to the solid phase surface of the substrate on which the detection probe is fixed, and the detection probe is hybridized with the target, the label molecule A, and the label molecule B.
- the target not bound to the detection probe, the aggregate composed of the label molecule A and the label molecule B, and the aggregate composed of the label molecule A and the label molecule B are separated from the solid phase surface.
- the solid surface is irradiated with fluorescence, and the amount of fluorescence from the solid surface is measured.
- the detection probe has a detection unit that is a sequence complementary to the target nucleic acid sequence.
- the label molecule A has a nucleic acid sequence complementary to the target nucleic acid sequence and has a nucleic acid sequence different from the nucleic acid sequence of the detection unit
- the label molecule B is a nucleic acid complementary to the label molecule A. It has a sequence.
- the label molecule A and the label molecule B are bound at at least two or more points, and the fluorescent molecule is added to at least one predetermined position of the label molecule A and the label molecule B.
- the labeling process of the target nucleic acid is unnecessary, and by omitting the cleaning process before the detection process, performance deterioration, light intensity decrease, background light increase, variation, etc. due to inadequate cleaning process can be prevented. It becomes possible to avoid it.
- the conventional method there is a risk of increase and variation in signals and background light due to the cleaning method, cleaning degree, uneven cleaning, etc., but according to the present invention, such a risk can be avoided.
- the detection sensitivity can be improved by increasing the number of fluorescent molecules bound to the detection probe to which the target hybridizes, thereby increasing the amount of detection light.
- the nucleic acid sequence measuring method of the present invention is a nucleic acid sequence measuring method for measuring a target having a specific nucleic acid sequence contained in a sample by hybridization.
- B A step of hybridizing the target with the label molecule A in the sample solution.
- C The step of adding the label molecule B to the sample solution.
- D A step of supplying the sample solution to the solid phase surface of the substrate on which the detection probe is fixed.
- E A step of hybridizing the detection probe with the target, the label molecule A, and the label molecule B.
- the detection probe has a detection unit that is a sequence complementary to the nucleic acid sequence of the target.
- the label molecule A has a nucleic acid sequence complementary to the target nucleic acid sequence and has a nucleic acid sequence different from that of the detection unit.
- the label molecule B has a nucleic acid sequence complementary to the label molecule A and has a nucleic acid sequence.
- the label molecule A and the label molecule B are bound to each other at at least two places, and the label molecule A and the label molecule B are bonded to each other at at least two places.
- a fluorescent molecule is added to at least one of the label molecule A and the label molecule B at a predetermined position. It is characterized by that.
- the label molecule A has an x part near the 3'end and a y part near the 5'end, which is a nucleic acid sequence complementary to the target nucleic acid sequence and different from the nucleic acid sequence of the detection part. It has a z portion and.
- the label molecule B has an X portion near the 3'end and a Y portion near the 5'end.
- the nucleic acid sequence of the x part is complementary to the nucleic acid sequence of the X part
- the nucleic acid sequence of the y part is complementary to the nucleic acid sequence of the Y part.
- complementary in the present invention means that one nucleic acid sequence has a nucleic acid sequence capable of forming a double-stranded state with the other nucleic acid sequence, and is not necessarily completely complementary. May contain some mismatched base pairs.
- the x part is located near the 3'end of the label molecule A and is located several bases from the 3'end of the label molecule A.
- the y part is located near the 5'end of the label molecule A and is located several bases from the 5'end of the label molecule A.
- the X portion is located near the 3'end of the label molecule B and is located several bases from the 3'end of the label molecule B.
- the Y portion is located near the 5'end of the label molecule B and is located several bases from the 5'end of the label molecule B.
- the z part may or may not overlap with all or part of the x part or the y part.
- the label molecule A has a sequence complementary to the target nucleic acid sequence and has a z portion which is a nucleic acid sequence different from the nucleic acid sequence of the detection unit, whereby the label molecule A is bound to the z portion of the label molecule A.
- the target can be attached to the detection part of the detection probe fixed on the solid phase.
- the label molecule A is provided with one or both of the x-part and the y-part or both, or the label molecule B is provided with one or both of the X-part and the Y-part or both.
- the label molecule A may be provided with two or more y parts
- the label molecule B may be provided with two or more Y parts
- the label molecule A may be provided with two or more y parts
- the label molecule B may be provided with two Y parts. The above may be provided.
- the x part of the label molecule A binds to the X part of the label molecule B, and the label molecule A
- the y portion binding to the Y portion of the label molecule B a plurality of label molecules A and the label molecule B repeatedly form a structure having a branched structure.
- a fluorescent molecule is added to at least one of the label molecule A and the label molecule B at a predetermined position.
- the fluorescent molecule may not be attached to the tip of the label molecule A or the label molecule B, or may be located in the middle of the label molecule A or the label molecule B. Further, the fluorescent molecule may be added to a plurality of types and a plurality of places. By adding fluorescent molecules to a plurality of places, the amount of fluorescence at the time of detection can be increased, and more sensitive detection becomes possible.
- the fluorescent molecule is not particularly limited as long as it can be added to at least one of the label molecule A and the label molecule B at a predetermined position, and is, for example, EDANS, Cumarin, FAM, FITC, Cy2 (registered trademark).
- TF2, TF3, HEX, JOE, TET Cy3 (registered trademark), Cy5 (registered trademark), Alexa Fluor (registered trademark) 532, Alexa Fluor (registered trademark) 610, Alexa Fluor (registered trademark) 647, ATTO532, Known fluorescent molecules such as ATTO633, Qdot® 565, Qdot® 585, Qdot® 605, Qdot® 705, iFluorTM532, iFluorTM647 and the like can be mentioned.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of the structure of the label molecule A.
- the label A molecule is provided with one x part 22 and one y part 23, respectively, and a fluorescent molecule 21 is added to the 3'end.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of the label molecule B.
- the label molecule B is provided with one X portion 32 and two Y portions 33, and metal fine particles 31 are added to the 5'end.
- FIG. 3 shows a state in which the label molecule A shown in FIG. 1 and the label molecule B shown in FIG. 2 are bound.
- a plurality of label molecules A and the label molecule Form a structure in which B and B repeatedly have a branched structure.
- the fluorescent molecule may be added to both the label molecule A and the label molecule B. By adding the fluorescent molecule to both the label molecule A and the label molecule B, the amount of fluorescence at the time of detection can be increased.
- Metal fine particles may be added to a predetermined position of either the label molecule A or the label molecule B. When the metal fine particles are added to either the label molecule A or the label molecule B, the label molecule A and the label molecule B are bonded to form an aggregate having a branched structure, and the aggregate is formed. Since weight can be added, it becomes easier to separate by centrifugation. Further, since magnetism can be imparted to the agglomerates, the agglomerates can be separated by a magnetic force.
- the metal fine particles may be added to the tip of the label molecule A or the label molecule B, or may be added to a position in the middle. Further, the metal fine particles may be added to a plurality of types and a plurality of places. By adding the metal fine particles to a plurality of places, the weight and magnetism of the aggregate can be increased, and the separation can be made easier by centrifugation or magnetic force.
- the metal fine particles are not particularly limited as long as they can be added to a predetermined position of either the label molecule A or the label molecule B, and examples thereof include gold nanoparticles, silver nanoparticles, iron oxide, and black silica particles. ..
- the particle size of the metal fine particles is preferably such that the metal fine particles have high dispersibility in the solution, do not interfere with the hybridization reaction between DNAs, and have a density or mass that can be precipitated by centrifugation. In order to have high dispersibility in the solution, it is preferable that the particle size is 100 nm or less in the case of iron oxide particles and 15 nm or less in the case of gold nanoparticles. It is preferable that the particle size is small so that the particle size does not become large.
- FIG. 4 is a diagram schematically showing the principle of the nucleic acid sequence measuring method of the present invention.
- a sample solution containing a target 50 having a specific nucleic acid sequence of interest is prepared.
- the nucleic acid having a specific nucleic acid sequence (target 50) may be amplified.
- a test for confirming whether or not the gene is amplified may be performed, and the hybridization reaction described later may be performed only when the gene is amplified.
- the timing for inspecting the presence or absence of the gene is not limited to the end of amplification, and may be during the amplification reaction.
- electrophoresis, antigen-antibody reaction, mass spectrometry, real-time PCR method and the like can be appropriately used.
- nucleic acid (target 50) may be bound to a protein, sugar chain, or the like. In this case, the interaction of proteins, sugar chains, etc. with the nucleic acid (target 50) can be confirmed.
- the label molecule A (20) is added to the sample solution containing the target 50 (step (a)). Then, in the sample solution containing the target 50, the target 50 and the label molecule A (20) are hybridized (step (b)).
- the target 50 When the target 50 and the label molecule A (20) are hybridized in the sample solution containing the target 50, the target 50 binds to the z portion 24 of the label molecule A (20).
- the label molecule B (30) is added to the sample solution containing the target 50 and the label molecule A (20) (step (c)). Then, a solution obtained by adding the label molecule B (30) to the sample solution containing the target 50 and the label molecule A (20) is supplied to the solid phase surface 100 on which the detection probe 10 is fixed (step (d)).
- the detection probe 10 is hybridized with the target 50, the label molecule A (20), and the label molecule B (30) (step (e)).
- the detection probe 10 is subjected to a hybridization reaction with the target 50, the label molecule A (20), and the label molecule B (30)
- the x portion of the label molecule A (20) bound to the target 50 in step (b). 22 binds to the X part 32 of the label molecule B (30)
- the y part 23 of the label molecule A (20) bound to the target 50 binds to the Y part 33 of the label molecule B (30), resulting in a plurality of labels.
- the molecule A (20) and the label molecule B (30) form a branched structure having a branched structure repeatedly, and the target 50 is bound to this branched structure.
- the target 50, the label molecule A (20), and the label molecule B ( A structure composed of 30) is formed, and the target 50 of the structure is bound to the detection unit 13 of the detection probe 10 fixed to the solid phase surface 100.
- the x part 22 of the label molecule A (20) also binds to the X part 32 of the label molecule B (30), and the label molecule A (20)
- the y portion 23 of 20) binding to the Y portion 33 of the label molecule B (30)
- a plurality of label molecules A (20) and the label molecule B (30) form a branched structure having a branched structure repeatedly. It forms an aggregate composed of the label molecule A (20) and the label molecule B (30) and exists in a free state in the solution.
- the aggregate consisting of (30) is separated (step (f)). Centrifugation is preferable as a method for separating the aggregate from the solid surface 100.
- the aggregate consisting of the target 50, the label molecule A (20) and the label molecule B (30) not bound to the detection probe 10, and the aggregate consisting of the label molecule A (20) and the label molecule B (30) are , Can be separated from the solid phase surface 100 by centrifugation.
- step (f) an aggregate consisting of a target 50, a label molecule A (20), and a label molecule B (30) that are not bound to the detection probe 10 without washing, and a label molecule A (20). Since the aggregate composed of the molecule B (30) can be removed, the amount of light can be measured in a state where the influence of washing is excluded.
- the solid surface surface 100 is irradiated with excitation light, and the fluorescence from the solid surface surface 100 is measured by the fluorescence reader 60 (step (g)).
- the fluorescence reader 60 With the fluorescence reader 60, the presence or absence of the target nucleic acid (target 50) in the sample can be confirmed by whether or not the detection probe 10 exhibits fluorescence, and the hybridized target nucleic acid (target 50) can be quantified. can.
- images before and after hybridization at the same coordinates can be acquired, and fluorescence images separated by wavelengths at the same time can be acquired. By analyzing the fluorescence image, high It is also possible to calculate the number of molecules of the target 50 that has undergone hybridization reaction.
- the number of molecules of the target 50 that has undergone hybridization reaction can be calculated from the amount of change in fluorescence of the fluorescent molecule 21 before and after the hybridization reaction.
- a hybridization reaction is carried out using a standard solution of a target 50 having a known number of molecules, the amount of change in fluorescence of the fluorescent molecule 21 before and after the reaction is measured, and a calibration curve showing the relationship between the number of molecules and the amount of change in fluorescence is shown. Is created in advance.
- the number of molecules of the target 50 that has undergone hybridization reaction can be calculated from this calibration curve and the amount of change in fluorescence of the fluorescent molecule 21 before and after the hybridization reaction using the sample.
- the solid surface on which the detection probe is fixed is not limited to the flat surface on the substrate.
- the detection probe may be fixed to the bead surface.
- the detection probe has a shape that spreads radially around the bead. In this case, the surface area of the solid phase surface on which the probe is fixed becomes large, and the amount of the probe per unit area can be increased.
- recovering the beads that have collected the molecules to be detected by their size, magnetism, or the like it is possible to selectively recover the molecules to be detected. The recovered molecule can be used for another test in a subsequent process.
- nucleic acid sequence measurement kit of the present invention can be used in the nucleic acid sequence measurement method of the present invention.
- the nucleic acid sequence measurement kit of the present embodiment has a detection probe 10 having a detection unit 13 having a nucleic acid sequence complementary to the nucleic acid sequence of the target 50, which is a nucleic acid to be detected, and a solid phase to which the detection probe 10 is fixed.
- a substrate having a surface 100, a label molecule A having a nucleic acid sequence complementary to the nucleic acid sequence of the target 50 and having a nucleic acid sequence different from the nucleic acid sequence of the detection unit 13, and a nucleic acid sequence complementary to the nucleic acid sequence of the label molecule A.
- the label molecule A and the label molecule B are bound at at least two places, and the fluorescent molecule 21 is added to at least one predetermined position of the label molecule A and the label molecule B. Examples of the fluorescent molecule 21 include those described above.
- the label molecule A is a nucleic acid sequence complementary to the nucleic acid sequence of the target 50, with the x part 22 near the 3'end, the y part 23 near the 5'end, and the detection unit 13. It has z part 24, which is a nucleic acid sequence different from the nucleic acid sequence of.
- the label molecule B has an X portion 32 near the 3'end and a Y portion 33 near the 5'end.
- the nucleic acid sequence of part x 22 is complementary to the nucleic acid sequence of part X 32
- the nucleic acid sequence of part y 23 is complementary to the nucleic acid sequence of part Y 33.
- the x part 22 is located near the 3'end of the label molecule A, and is located several bases from the 3'end of the label molecule A.
- the y portion 23 is located near the 5'end of the label molecule A, and is located several bases from the 5'end of the label molecule A.
- the X portion 32 is located near the 3'end of the label molecule B, and is located several bases from the 3'end of the label molecule B.
- the Y portion 33 is located near the 5'end of the label molecule B, and is located several bases from the 5'end of the label molecule B.
- the z part 24 may or may not overlap with all or part of the x part 22 or the y part 23.
- the label molecule A has a z part 24 which is a sequence complementary to the nucleic acid sequence of the target 50 and is a nucleic acid sequence different from the nucleic acid sequence of the detection unit 13, the z part 24 of the label molecule A
- the target 50 bound to can be bound to the detection unit 13 of the detection probe 10 fixed to the solid phase surface 100 of the substrate.
- the label molecule A either one or both of the x part 22 and the y part 23 are provided in two or more, or in the label molecule B, one or both of the X part 32 and the Y part 33 are provided in two or more. Either one or both of the x part 22 and the y part 23 are provided in the label molecule A, and one or both of the X part 32 and the Y part 33 are provided in the label molecule B. Two or more are provided.
- the label molecule A may be provided with two or more y parts 23, the label molecule B may be provided with two or more Y parts 33, the label molecule A may be provided with two or more y parts 23, and the label molecule B may be provided with Y. Two or more portions 33 may be provided.
- the x part 22 of the label molecule A binds to the X part 32 of the label molecule B. Then, as a result of the y portion 23 of the label molecule A binding to the Y portion 33 of the label molecule B, a structure in which the plurality of label molecules A and the label molecule B repeatedly have a branched structure is formed.
- the fluorescent molecule 21 is added to at least one of the label molecule A and the label molecule B at a predetermined position.
- the fluorescent molecule 21 may not be attached to the tip of the label molecule A or the label molecule B, or may be located in the middle of the label molecule A or the label molecule B. Further, the fluorescent molecule 21 may be added to a plurality of types and a plurality of locations. By adding the fluorescent molecules 21 to a plurality of places, the amount of fluorescence at the time of detection can be increased, and more sensitive detection becomes possible.
- the fluorescent molecule 21 may be added to both the label molecule A and the label molecule B. By adding the fluorescent molecule 21 to both the label molecule A and the label molecule B, the amount of fluorescence at the time of detection can be increased.
- Metal fine particles 31 may be added to a predetermined position of either the label molecule A or the label molecule B. When the metal fine particles 31 are added to either the label molecule A or the label molecule B, the label molecule A and the label molecule B are bonded to form an aggregate having a branched structure. Since weight can be added to the label, it becomes easier to separate by centrifugation. Further, since magnetism can be imparted to the agglomerates, the agglomerates can be separated by a magnetic force.
- the metal fine particles 31 may be added to the tip of the label molecule A or the label molecule B, or may be added to a position in the middle. Further, the metal fine particles 31 may be added to a plurality of types and a plurality of locations. By adding the metal fine particles 31 to a plurality of places, the weight and magnetism of the aggregate can be increased, and the separation can be made easier by centrifugation or magnetic force. Examples of the metal fine particles 31 include those described above.
- the nucleic acid sequence measurement kit of the present invention may further include a standard solution necessary for quantifying a target, a necessary buffer solution, a product description, and the like.
- the probe solution is spotted on the solid phase surface 100 of the substrate, and the detection probe 10 is immobilized on the solid phase surface 100 of the substrate.
- a sample solution containing the target 50 having a specific nucleic acid sequence of interest is prepared.
- the nucleic acid having a specific nucleic acid sequence may be amplified.
- the label molecule A (20) is added to the sample solution containing the target 50 prepared in (4). Then, the target 50 and the label molecule A (20) are hybridized in a sample solution containing the target 50. When the target 50 and the label molecule A (20) are hybridized in the sample solution containing the target 50, the target 50 binds to the z portion 24 of the label molecule A (20).
- Hybridization reaction between the detection probe, the target, the label molecule A, and the label molecule B After the hybridization reaction between the target 50 and the label molecule A (20), the target 50 and the label molecule A (20) are included.
- Label molecule B (30) is added to the sample solution. Then, a solution obtained by adding the label molecule B (30) to the sample solution containing the target 50 and the label molecule A (20) prepared in (4) is supplied to the substrate on which the detection probe 10 is fixed to the solid phase surface 100. Then, the detection probe 10 immobilized on the solid phase surface 100 is subjected to a hybridization reaction with the target 50, the label molecule A (20), and the label molecule B (30).
- the detection probe 10 immobilized on the solid phase surface 100 is subjected to a hybridization reaction with the target 50, the label molecule A (20), and the label molecule B (30), the label molecule A (20) bound to the target 50 is subjected to a hybridization reaction.
- the x part 22 binds to the X part 32 of the label molecule B (30)
- the y part 23 of the label molecule A (20) bound to the target 50 binds to the Y part 33 of the label molecule B (30).
- the label molecule A (20) and the label molecule B (30) of the above form a branched structure having a branched structure repeatedly, and the target 50 is bound to this branched structure.
- the target 50, the label molecule A (20), and the label molecule A structure composed of B (30) is formed, and the target 50 of the structure is bound to the detection unit 13 of the detection probe 10 fixed to the solid phase surface 100.
- the aggregate composed of A (20) and the label molecule B (30) is separated. Centrifugation is preferable as a method for separating the aggregate from the solid surface 100.
- the metal fine particles 31 are added to either the label molecule A (20) or the label molecule B (30)
- the target 50 and the label molecule A that are not bound to the detection probe 10 by magnetic force other than centrifugation are used.
- the aggregate composed of (20) and the label molecule B (30) and the aggregate composed of the label molecule A (20) and the label molecule B (30) can be separated.
- the detection probe 10 is irradiated with excitation light on the solid phase surface 100 in which the target 50, the label molecule A (20) and the label molecule B (30) are bonded, and is emitted from the solid phase surface 100.
- the fluorescence to be generated is detected by the fluorescence reader 60.
- the fluorescence reader 60 With the fluorescence reader 60, the presence or absence of the target nucleic acid (target 50) in the sample can be confirmed by whether or not the detection probe 10 exhibits fluorescence, and the hybridized target nucleic acid (target 50) can be quantified. can.
- images before and after hybridization at the same coordinates can be acquired, and fluorescence images separated by wavelengths at the same time can be acquired. By analyzing the fluorescence image, high It is also possible to calculate the number of molecules of the target 50 that has undergone hybridization reaction.
- the number of molecules of the target 50 that has undergone hybridization reaction can be calculated from the amount of change in fluorescence of the fluorescent molecule 21 before and after the hybridization reaction.
- a hybridization reaction is carried out using a standard solution of a target 50 having a known number of molecules, the amount of change in fluorescence of the fluorescent molecule 21 before and after the reaction is measured, and a calibration curve showing the relationship between the number of molecules and the amount of change in fluorescence is shown. Is created in advance.
- the number of molecules of the target 50 that has undergone hybridization reaction can be calculated from this calibration curve and the amount of change in fluorescence of the fluorescent molecule 21 before and after the hybridization reaction using the sample.
- FIG. 5 is a configuration diagram showing the fluorescence reader 60. Since the fluorescence reader 60 acquires images before and after the target 50 of the DNA chip 40 hybridizes to the detection probe 10, the temperature of the DNA chip 40 is raised by the temperature control stage 82 after acquiring the images before hybridization. The hybridization reaction is allowed to proceed, and the image after hybridization is acquired in a state where the temperature is lowered to room temperature again.
- the temperature control stage 82 has a function of shaking or rotating the DNA chip 40, stirring with a vortex mixer, etc. during the reaction between the target 50 and the detection probe 10. It is preferable to have.
- the laser light emitted from the laser light source 61 is reflected by the dichroic mirror 74 via the mirror 73 and irradiates the DNA chip 40.
- the irradiated light becomes excitation light for the fluorescent molecule 21 on the DNA chip 40, and when the wavelength of the laser light source 61 and the excitation wavelength of the fluorescent molecule 21 overlap, the fluorescent molecule 21 is in an excited state.
- the fluorescence emitted from the DNA chip 40 passes through the dichroic mirror 74 and is imaged and detected on the detection element of the CCD camera 63 via the imaging optical system 81.
- a bandpass filter matching the excitation light wavelength may be installed on the excitation light side, or a bandpass matching the fluorescence wavelength to be detected may be installed on the detection light side.
- a filter may be installed.
- the fluorescence image obtained by the fluorescence reader 60 images before and after the hybridization reaction between the target 50 at the same spot and the detection probe 10 can be acquired. Therefore, it is not affected by variations in the amount of light between solid phases and spots.
- the amount of change in fluorescence can be calculated from the fluorescence images before and after the hybridization reaction, and the number of molecules in the binding reaction can be calculated.
- the calculation of the fluorescence change amount may use the average light amount of the entire spot, or may use the fluorescence change amount of each pixel of the spot image.
- the fluorescence reader 60 may include a computer that controls the CCD camera 63, an arithmetic unit that calculates the amount of light in the image, and a recording device that stores the image and the amount of light.
- the scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment.
- the present invention can be widely applied to a nucleic acid sequence measuring method for measuring a target having a specific nucleic acid sequence contained in a sample by hybridization, and a nucleic acid sequence measuring kit using the nucleic acid sequence measuring method.
- the 16S rDNA region was PCR amplified using an amplifyable primer.
- the DNA concentration of the obtained PCR amplification product was diluted to 20 nM, and this was used as a sample solution.
- the label molecule A shown in FIG. 6 was added to the sample and incubated at 65 ° C. for 1 hour to bind the PCR amplification product and the label molecule A.
- the label molecule A used in this example has a 5'end modified with the fluorescent molecule Cy3 (registered trademark) and has one x-part and two y-parts. The x-part and the y-part are z-parts.
- the label molecule B shown in FIG. 7 After adding the label molecule B shown in FIG. 7 to the sample solution, a plurality of detection probes were supplied to a microarray arranged on the solid phase surface of the substrate, and the mixture was incubated at 60 ° C. for 3 hours.
- the label molecule B used in this example has a 5'end modified with Cy3 (registered trademark) and has one X-part and two Y-parts. ..
- the microarray was centrifuged at 3000 g using a centrifuge to precipitate aggregates that were not bound to the detection probe. After centrifugation, the amount of spot light was measured from a fluorescence reader. Further, as a negative control, a solution containing genomic DNA (non-target control; hereinafter referred to as NTC) extracted from Escherichia coli, which does not bind the 16S rDNA region to an amplifyable primer, was used as a sample solution in the same manner as above. The amount of spot light was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 8, a significant increase in fluorescence was confirmed from the PCR amplification product of the genomic DNA of the Staphylococcus aureus strain as compared with NTC.
- NTC non-target control
- FIG. 9 shows the amount of background light before and after centrifuging the microarray.
- the background light could be reduced to 5% or less by centrifuging the microarray.
- Detection probe 13 Detection unit 20 Label molecule A 21 Fluorescent molecule 22 x part 23 y part 24 z part 30 Label molecule B 31 Metal fine particles 32 X part 33 Y part 40 DNA chip 50 Target 60 Fluorescent reader 61 Laser light source 63 CCD camera 73 Mirror 74 Dichroic mirror 81 Imaging optical system 82 Temperature control stage 100 Solid surface
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Abstract
ターゲット(50)の核酸配列と相補的な核酸配列を有する検出部を有する検出プローブ(10)と、前記ターゲット(50)の核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有するラベル分子A(20)と、前記ラベル分子A(20)の核酸配列と相補的な核酸配列を有するラベル分子B(30)と、を用い、前記ラベル分子A(20)と前記ラベル分子B(30)のいずれか一方に蛍光分子を付加し、前記ラベル分子A(20)と前記ラベル分子B(30)とを、少なくとも2個所以上で結合させて、前記ラベル分子A(20)と前記ラベル分子B(30)との分岐構造体を形成させることにより、サンプル中に含まれる前記特定核酸配列を有するターゲット(50)を計測する。
Description
本発明は、ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測方法および核酸配列計測用キットに関する。
サンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する方法として、DNAマイクロアレイ(特定の核酸配列の相補配列を有する検出プローブが基板等の固相面に設けられたもの)を用いる方法が広く知られている。この方法は、DNAマイクロアレイに添加されたサンプルに含まれるターゲットが、ハイブリダイズ反応よりDNAマイクロアレイの検出プローブに捕集される性質を利用してターゲットを計測する方法である。この方法では、ターゲットがサンプルに含まれるか否かに加えて、サンプルに含まれるターゲットの量を計測することができる。以下の非特許文献1及び特許文献1には、DNAマイクロアレイを用いてターゲットを計測する従来の計測方法が開示されている。
平山幸一ら、UGT1A1の遺伝子多型を判別するDNAチップキットの開発、東洋鋼鈑 Vol.38,51-56
ところで、上記非特許文献1及び特許文献1に開示された方法はいずれも、ターゲットの検出を行う前にDNAマイクロアレイを洗浄する工程が必要である。このような洗浄を行うと、計測結果の再現性が低下してしまうという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な工程で、サンプルに含まれるターゲットの計測結果の再現性に優れる核酸配列計測方法、及び核酸配列計測用キットを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
[1] ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測方法であって、
(a)前記ターゲットを含むサンプル溶液中に、ラベル分子Aを添加するステップ、
(b)前記サンプル溶液中で、前記ターゲットと前記ラベル分子Aとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(c)前記サンプル溶液にラベル分子Bを添加するステップ、
(d)検出プローブが固定された基板の固相面に前記サンプル溶液を供給するステップ、
(e)前記検出プローブと、前記ターゲット、前記ラベル分子A、及び前記ラベル分子Bとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(f)前記固相面から、前記検出プローブに結合していない前記ターゲットと、前記ラベル分子A及び前記ラベル分子Bとからなる凝集体、及び前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとからなる凝集体を分離するステップ、
および
(g)前記固相面に励起光を照射し、前記固相面からの蛍光量を計測するステップ、を含み、
前記検出プローブは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な配列である検出部を有し、
前記ラベル分子Aは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有し、
前記ラベル分子Bは、前記ラベル分子Aと相補的な核酸配列を有し、
前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、
前記蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている、
ことを特徴とする核酸配列計測方法。
[2] 前記ラベル分子Aは、3’末端近傍にx部と、5’末端近傍にy部と、ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部と、を有し、
前記ラベル分子Bは、3’末端近傍にX部と、5’末端近傍にY部とを有し、
前記x部の核酸配列は、前記X部の核酸配列と相補的であり、前記y部の核酸配列は、前記Y部の核酸配列と相補的であり、
前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、又は、前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設け、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けることを特徴とする[1]に記載の核酸配列計測方法。
[3] 前記ラベル分子A中に、前記y部を2以上設けることを特徴とする[2]に記載の核酸配列計測方法。
[4] 前記ラベル分子B中に、前記Y部を2以上設けることを特徴とする[2]又は[3]に記載の核酸配列計測方法。
[5] 前記蛍光分子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする[1]~[4]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[6] 前記蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの両方に付加されていることを特徴とする[1]~[5]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[7] 金属微粒子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置に付加されていることを特徴とする[1]~[5]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[8] 前記金属微粒子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする[7]に記載の核酸配列計測方法。
[9] 前記分離が、遠心分離であることを特徴とする[1]~[8]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[10] 前記検出プローブと、前記ターゲット、前記ラベル分子A、及び前記ラベル分子Bとのハイブリダイゼーション反応前後の蛍光量の変化から、ハイブリダイズした前記ターゲットの分子数を算出することを特徴とする[1]~[9]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[11] ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測用キットにおいて、
前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列を有する検出部を有する検出プローブと、
前記検出プローブが固定される固相面を有する基板と、
前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有するラベル分子Aと、
前記ラベル分子Aの核酸配列と相補的な核酸配列を有するラベル分子Bと、
を含み、
前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、
蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている、
ことを特徴とする核酸配列計測用キット。
[12] 前記ラベル分子Aは、3’末端近傍にx部と、5’末端近傍にy部と、ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部と、を有し、
前記ラベル分子Bは、3’末端近傍にX部と、5’末端近傍にY部とを有し、
前記x部の核酸配列は、前記X部の核酸配列と相補的であり、前記y部の核酸配列は、前記Y部の核酸配列と相補的であり、
前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、又は、前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設け、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けることを特徴とする[11]に記載の核酸配列計測用キット。
[13] 前記ラベル分子A中に、前記y部を2以上設けることを特徴とする[12]に記載の核酸配列計測用キット。
[14] 前記ラベル分子B中に、前記Y部を2以上設けることを特徴とする[12]又は[13]に記載の核酸配列計測用キット。
[15] 前記蛍光分子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする[11]~[14]のいずれか1項に記載の核酸配列計測用キット。
[16] 前記蛍光分子が、前記ラベル分子A及び前記ラベル分子Bの両方に付加されていることを特徴とする[11]~[15]のいずれか1項に記載の核酸配列計測用キット。
[17] 金属微粒子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置に付加されていることを特徴とする[11]~[15]のいずれか1項に記載の核酸配列計測用キット。
[18] 前記金属微粒子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする[17]に記載の核酸配列計測用キット。
[1] ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測方法であって、
(a)前記ターゲットを含むサンプル溶液中に、ラベル分子Aを添加するステップ、
(b)前記サンプル溶液中で、前記ターゲットと前記ラベル分子Aとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(c)前記サンプル溶液にラベル分子Bを添加するステップ、
(d)検出プローブが固定された基板の固相面に前記サンプル溶液を供給するステップ、
(e)前記検出プローブと、前記ターゲット、前記ラベル分子A、及び前記ラベル分子Bとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(f)前記固相面から、前記検出プローブに結合していない前記ターゲットと、前記ラベル分子A及び前記ラベル分子Bとからなる凝集体、及び前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとからなる凝集体を分離するステップ、
および
(g)前記固相面に励起光を照射し、前記固相面からの蛍光量を計測するステップ、を含み、
前記検出プローブは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な配列である検出部を有し、
前記ラベル分子Aは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有し、
前記ラベル分子Bは、前記ラベル分子Aと相補的な核酸配列を有し、
前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、
前記蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている、
ことを特徴とする核酸配列計測方法。
[2] 前記ラベル分子Aは、3’末端近傍にx部と、5’末端近傍にy部と、ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部と、を有し、
前記ラベル分子Bは、3’末端近傍にX部と、5’末端近傍にY部とを有し、
前記x部の核酸配列は、前記X部の核酸配列と相補的であり、前記y部の核酸配列は、前記Y部の核酸配列と相補的であり、
前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、又は、前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設け、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けることを特徴とする[1]に記載の核酸配列計測方法。
[3] 前記ラベル分子A中に、前記y部を2以上設けることを特徴とする[2]に記載の核酸配列計測方法。
[4] 前記ラベル分子B中に、前記Y部を2以上設けることを特徴とする[2]又は[3]に記載の核酸配列計測方法。
[5] 前記蛍光分子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする[1]~[4]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[6] 前記蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの両方に付加されていることを特徴とする[1]~[5]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[7] 金属微粒子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置に付加されていることを特徴とする[1]~[5]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[8] 前記金属微粒子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする[7]に記載の核酸配列計測方法。
[9] 前記分離が、遠心分離であることを特徴とする[1]~[8]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[10] 前記検出プローブと、前記ターゲット、前記ラベル分子A、及び前記ラベル分子Bとのハイブリダイゼーション反応前後の蛍光量の変化から、ハイブリダイズした前記ターゲットの分子数を算出することを特徴とする[1]~[9]のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
[11] ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測用キットにおいて、
前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列を有する検出部を有する検出プローブと、
前記検出プローブが固定される固相面を有する基板と、
前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有するラベル分子Aと、
前記ラベル分子Aの核酸配列と相補的な核酸配列を有するラベル分子Bと、
を含み、
前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、
蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている、
ことを特徴とする核酸配列計測用キット。
[12] 前記ラベル分子Aは、3’末端近傍にx部と、5’末端近傍にy部と、ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部と、を有し、
前記ラベル分子Bは、3’末端近傍にX部と、5’末端近傍にY部とを有し、
前記x部の核酸配列は、前記X部の核酸配列と相補的であり、前記y部の核酸配列は、前記Y部の核酸配列と相補的であり、
前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、又は、前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設け、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けることを特徴とする[11]に記載の核酸配列計測用キット。
[13] 前記ラベル分子A中に、前記y部を2以上設けることを特徴とする[12]に記載の核酸配列計測用キット。
[14] 前記ラベル分子B中に、前記Y部を2以上設けることを特徴とする[12]又は[13]に記載の核酸配列計測用キット。
[15] 前記蛍光分子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする[11]~[14]のいずれか1項に記載の核酸配列計測用キット。
[16] 前記蛍光分子が、前記ラベル分子A及び前記ラベル分子Bの両方に付加されていることを特徴とする[11]~[15]のいずれか1項に記載の核酸配列計測用キット。
[17] 金属微粒子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置に付加されていることを特徴とする[11]~[15]のいずれか1項に記載の核酸配列計測用キット。
[18] 前記金属微粒子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする[17]に記載の核酸配列計測用キット。
本発明によれば、簡易な工程で、サンプルに含まれる計測結果の再現性に優れる核酸配列計測方法、及び核酸配列計測用キットを提供することができるという効果がある。
以下、図面を参照して本発明の実施形態による核酸配列計測方法および核酸配列計測用キットについて詳細に説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の実施形態の詳細について説明する。
〔概要〕
本発明の実施形態は、簡易な工程で、サンプルに含まれるターゲットの計測結果の再現性を向上させることができるようにするものである。上述した非特許文献1には、DNAサンプルに蛍光修飾プライマーを用いてPCRを行った蛍光修飾されたPCR産物を、DNAマイクロアレイに添加してハイブリダイズ反応させ、サンプル中のターゲットを検出する方法が開示されている。また、上述した特許文献1には、検出光量を増加させる手段として、多数の蛍光分子をラベリングして検出光量を増加させる方法が開示されている。
本発明の実施形態は、簡易な工程で、サンプルに含まれるターゲットの計測結果の再現性を向上させることができるようにするものである。上述した非特許文献1には、DNAサンプルに蛍光修飾プライマーを用いてPCRを行った蛍光修飾されたPCR産物を、DNAマイクロアレイに添加してハイブリダイズ反応させ、サンプル中のターゲットを検出する方法が開示されている。また、上述した特許文献1には、検出光量を増加させる手段として、多数の蛍光分子をラベリングして検出光量を増加させる方法が開示されている。
しかしながら、上述した非特許文献1に開示された方法では、ターゲットとなるDNAサンプルへの蛍光分子の修飾が必要であり、また、検出の前に、DNAマイクロアレイの洗浄工程が必要であるため、工程が煩雑となる。また、DNAマイクロアレイの洗浄の仕方によっては、シグナルの低下やバックグラウンドの光量増加が生じたり、洗浄のムラによる固相面内でのシグナルのムラが発生したりする。これらは、計測結果の再現性を低下させる要因となる。また、特許文献1の方法では、検出前の固相面の洗浄が必要であり、上述した非特許文献1と同様に、洗浄に伴う計測結果の再現性の低下の問題がある。
本実施形態のターゲット計測方法は、まず、ターゲットを含むサンプル溶液中にラベル分子Aを添加して、ターゲットとラベル分子Aとをハイブリダイゼーション反応させる。次に、サンプル溶液にラベル分子Bを添加する。次いで、検出プローブが固定された基板の固相面にサンプル溶液を供給し、検出プローブと、ターゲット、ラベル分子A、及びラベル分子Bとをハイブリダイゼーション反応させる。続いて、固相面から、検出プローブに結合していないターゲットと、ラベル分子A及びラベル分子Bとからなる凝集体、及びラベル分子Aとラベル分子Bとからなる凝集体を分離する。そして、固相面に蛍光を照射し、固相面からの蛍光量を計測する。
ここで、検出プローブは、ターゲットの核酸配列と相補的な配列である検出部を有している。また、ラベル分子Aは、ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有しており、ラベル分子Bは、ラベル分子Aと相補的な核酸配列を有している。ラベル分子Aとラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、蛍光分子が、ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている。
これにより、簡易な工程で、サンプルに含まれるターゲットの計測結果の再現性を向上させることができる。具体的には、ターゲットとなる核酸のラベリング工程が不要なうえ、検出工程前の洗浄工程を省略することによって、洗浄工程の不備による性能悪化、光量低下、背景光上昇、あるいはバラつきの発生等を回避することが可能となる。従来の手法では、洗浄の仕方や、洗浄度、洗浄のムラなどに起因するシグナルや背景光の上昇とバラつきのリスクが発生するが、本発明によればこのようなリスクを回避できる。それによりアレイ面上でより均一な結果を得ることができ、検出の再現性も向上する。また、ターゲットがハイブリダイズした検出プローブに結合する蛍光分子の数を増加させることにより、検出光量を増加させることができることにより、検出感度を向上させることができる。
〔実施形態〕
〈核酸配列計測方法〉
本発明の核酸配列計測方法は、ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測方法であって、
(a)前記ターゲットを含むサンプル溶液中に、ラベル分子Aを添加するステップ、
(b)前記サンプル溶液中で、前記ターゲットと前記ラベル分子Aとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(c)前記サンプル溶液にラベル分子Bを添加するステップ、
(d)検出プローブが固定された基板の固相面に前記サンプル溶液を供給するステップ、
(e)前記検出プローブと、前記ターゲット、前記ラベル分子A、及び前記ラベル分子Bとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(f)前記固相面から、前記検出プローブに結合していない前記ターゲットと、前記ラベル分子A及び前記ラベル分子Bとからなる凝集体、及び前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとからなる凝集体を分離するステップ、
および
(g)前記固相面に励起光を照射し、前記固相面からの蛍光量を計測するステップ、を含み、
前記検出プローブは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な配列である検出部を有し、
前記ラベル分子Aは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有し、
前記ラベル分子Bは、前記ラベル分子Aと相補的な核酸配列を有し、
前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、
蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている、
ことを特徴とする。
〈核酸配列計測方法〉
本発明の核酸配列計測方法は、ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測方法であって、
(a)前記ターゲットを含むサンプル溶液中に、ラベル分子Aを添加するステップ、
(b)前記サンプル溶液中で、前記ターゲットと前記ラベル分子Aとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(c)前記サンプル溶液にラベル分子Bを添加するステップ、
(d)検出プローブが固定された基板の固相面に前記サンプル溶液を供給するステップ、
(e)前記検出プローブと、前記ターゲット、前記ラベル分子A、及び前記ラベル分子Bとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(f)前記固相面から、前記検出プローブに結合していない前記ターゲットと、前記ラベル分子A及び前記ラベル分子Bとからなる凝集体、及び前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとからなる凝集体を分離するステップ、
および
(g)前記固相面に励起光を照射し、前記固相面からの蛍光量を計測するステップ、を含み、
前記検出プローブは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な配列である検出部を有し、
前記ラベル分子Aは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有し、
前記ラベル分子Bは、前記ラベル分子Aと相補的な核酸配列を有し、
前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、
蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている、
ことを特徴とする。
ラベル分子Aは、3’末端近傍にx部と、5’末端近傍にy部と、ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部と、を有する。ラベル分子Bは、3’末端近傍にX部と、5’末端近傍にY部とを有する。前記x部の核酸配列は、前記X部の核酸配列と相補的であり、前記y部の核酸配列は、前記Y部の核酸配列と相補的である。
なお、本発明において相補的であるとは、一方の核酸配列が、他方の核酸配列と2本鎖状態を形成することのできる核酸配列を持つことを意味し、必ずしも完全に相補的である必要はなく、いくつかのミスマッチ塩基対を含んでいてもよい。
x部は、ラベル分子Aの3’末端の近傍に位置し、ラベル分子Aの3’末端から数塩基に位置する。
y部は、ラベル分子Aの5’末端の近傍に位置し、ラベル分子Aの5’末端から数塩基に位置する。
X部は、ラベル分子Bの3’末端の近傍に位置し、ラベル分子Bの3’末端から数塩基に位置する。
Y部は、ラベル分子Bの5’末端の近傍に位置し、ラベル分子Bの5’末端から数塩基に位置する。
y部は、ラベル分子Aの5’末端の近傍に位置し、ラベル分子Aの5’末端から数塩基に位置する。
X部は、ラベル分子Bの3’末端の近傍に位置し、ラベル分子Bの3’末端から数塩基に位置する。
Y部は、ラベル分子Bの5’末端の近傍に位置し、ラベル分子Bの5’末端から数塩基に位置する。
ラベル分子Aにおいて、z部は、x部又はy部の全部又は一部と重複していても、重複していなくてもよい。
ラベル分子Aが、ターゲットの核酸配列と相補的な配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部を有していることによって、ラベル分子Aのz部に結合したターゲットが、固相上に固定された検出プローブの検出部に結合することができる。
ラベル分子A中には、x部とy部のいずれか一方又は両方を2以上設けているか、ラベル分子B中には、X部とY部のいずれか一方又は両方を2以上設けているか、又は、ラベル分子A中に、x部とy部のいずれか一方又は両方を2以上設け、ラベル分子B中に、X部とY部のいずれか一方又は両方を2以上設けている。例えば、ラベル分子Aにy部を2以上設けてもよく、ラベル分子B中にY部を2以上設けてもよく、ラベル分子Aにy部を2以上設け、ラベル分子BにY部を2以上設けてもよい。
x部の核酸配列はX部と相補的であり、y部の核酸配列はY部と相補的であるため、ラベル分子Aのx部がラベル分子BのX部と結合し、ラベル分子Aのy部がラベル分子BのY部と結合する結果、複数のラベル分子Aとラベル分子Bとが分岐構造を繰り返し持つ構造を形成する。
x部の核酸配列はX部と相補的であり、y部の核酸配列はY部と相補的であるため、ラベル分子Aのx部がラベル分子BのX部と結合し、ラベル分子Aのy部がラベル分子BのY部と結合する結果、複数のラベル分子Aとラベル分子Bとが分岐構造を繰り返し持つ構造を形成する。
ラベル分子Aとラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置には、蛍光分子が付加されている。蛍光分子は、ラベル分子A又はラベル分子Bの先端に付加されていなくてもよく、ラベル分子A又はラベル分子Bの途中に位置していてもよい。また、蛍光分子は、複数種類・複数個所に付加されていてもよい。蛍光分子を複数個所に付加することにより、検出する際の蛍光量を増加させることができ、より高感度な検出が可能となる。
蛍光分子としては、ラベル分子Aとラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加することができるものであれば、特に制限はないが、例えば、EDANS、Coumarin、FAM、FITC、Cy2(登録商標)、TF2、TF3、HEX、JOE、TET、Cy3(登録商標)、Cy5(登録商標)、Alexa Fluor(登録商標) 532、Alexa Fluor(登録商標) 610、Alexa Fluor(登録商標) 647、ATTO532、ATTO633、Qdot(登録商標)565、Qdot(登録商標)585、Qdot(登録商標)605、Qdot(登録商標)705、iFluorTM532、iFluorTM647等の公知の蛍光分子が挙げられる。
図1は、ラベル分子Aの構造の一例を示した図である。図1では、ラベルA分子は、x部22、y部23がそれぞれ1つ設けられており、3’末端に蛍光分子21が付加されている。
図2は、ラベル分子Bの構造の一例を示す図である。図2では、ラベル分子BにX部32が1つ、Y部33が2つ設けられており、5’末端に金属微粒子31が付加されている。
図2は、ラベル分子Bの構造の一例を示す図である。図2では、ラベル分子BにX部32が1つ、Y部33が2つ設けられており、5’末端に金属微粒子31が付加されている。
図3は、図1に示したラベル分子Aと図2に示したラベル分子Bが結合した状態を示す。ラベル分子Aのx部がラベル分子BのX部と結合し、ラベル分子Aのy部がラベル分子BのY部と結合した結果、図3に示すように、複数のラベル分子Aとラベル分子Bとが分岐構造を繰り返し持つ構造を形成する。
蛍光分子は、ラベル分子Aとラベル分子Bの両方に付加されていてもよい。蛍光分子をラベル分子Aとラベル分子Bの両方に付加することにより、検出する際の蛍光量を増加させることができる。
ラベル分子Aとラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置には、金属微粒子が付加されていてもよい。金属微粒子が、ラベル分子Aとラベル分子Bのいずれか一方に付加されていることにより、ラベル分子Aとラベル分子Bとが結合し、分岐構造を有する凝集体を形成したとき、該凝集体に重量を付加することができるため、遠心分離により分離しやすくなる。また、該凝集体に磁性を付与することができるため、磁力により該凝集体を分離することが可能になる。金属微粒子は、ラベル分子A又はラベル分子Bの先端に付加されていても、途中の位置に付加されていてもよい。また、金属微粒子は、複数種類・複数個所に付加されていてもよい。金属微粒子を複数個所に付加することにより、該凝集体の重量や磁性を増加させることができ、遠心分離や磁力によって、より分離しやすくすることができる。
ラベル分子Aとラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置には、金属微粒子が付加されていてもよい。金属微粒子が、ラベル分子Aとラベル分子Bのいずれか一方に付加されていることにより、ラベル分子Aとラベル分子Bとが結合し、分岐構造を有する凝集体を形成したとき、該凝集体に重量を付加することができるため、遠心分離により分離しやすくなる。また、該凝集体に磁性を付与することができるため、磁力により該凝集体を分離することが可能になる。金属微粒子は、ラベル分子A又はラベル分子Bの先端に付加されていても、途中の位置に付加されていてもよい。また、金属微粒子は、複数種類・複数個所に付加されていてもよい。金属微粒子を複数個所に付加することにより、該凝集体の重量や磁性を増加させることができ、遠心分離や磁力によって、より分離しやすくすることができる。
金属微粒子としては、ラベル分子Aとラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置に付加できれば、特に制限はないが、例えば、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、酸化鉄、黒色シリカ粒子等が挙げられる。金属微粒子の粒径は、金属微粒子が、溶液中で分散性が高く、DNA同士のハイブリダイゼーション反応の障害にならず、遠心分離で沈殿可能な密度又は質量となる粒径であることが好ましい。溶液中で分散性が高いためには、酸化鉄粒子の場合は粒径が100nm以下、金ナノ粒子の場合は粒径が15nm以下であることが好ましいが、DNA同士のハイブリダイゼーション反応の障害とならないためには、粒径は、小さい方が好ましい。
以下に上記各ステップについて説明する。図4は、本発明の核酸配列計測方法の原理を模式的に示した図である。
まず、目的とする特定の核酸配列を有するターゲット50を含むサンプル溶液の調製を行う。サンプル溶液の調製において、特定の核酸配列を有する核酸(ターゲット50)の増幅を行ってもよい。
まず、目的とする特定の核酸配列を有するターゲット50を含むサンプル溶液の調製を行う。サンプル溶液の調製において、特定の核酸配列を有する核酸(ターゲット50)の増幅を行ってもよい。
遺伝子の増幅を行った段階で、遺伝子が増幅されたか否かを確認する試験を行い、遺伝子が増幅されている場合にのみ、後述するハイブリダイゼーション反応を行うようにしてもよい。
なお、遺伝子の存在の有無を検査するタイミングは、増幅終了後に限定されず、増幅反応中であってもよい。検査の手法としては、電気泳動、抗原抗体反応、質量分析やリアルタイムPCR法などを適宜、利用することができる。
また、核酸(ターゲット50)はタンパク質や糖鎖などに結合させても良い。この場合には、核酸(ターゲット50)に対するタンパク質や糖鎖などの相互作用が確認できる。
前記ターゲット50を含むサンプル溶液中に、ラベル分子A(20)を添加する(ステップ(a))。その後、ターゲット50を含むサンプル溶液中で、ターゲット50とラベル分子A(20)とをハイブリダイゼーション反応させる(ステップ(b))。
ターゲット50を含むサンプル溶液中で、ターゲット50とラベル分子A(20)とをハイブリダイゼーション反応させると、ターゲット50がラベル分子A(20)のz部24に結合する。
ターゲット50とラベル分子A(20)とをハイブリダイゼーション反応させた後、ターゲット50とラベル分子A(20)とを含むサンプル溶液にラベル分子B(30)を添加する(ステップ(c))。その後、検出プローブ10が固定された固相面100に、ターゲット50とラベル分子A(20)とを含むサンプル溶液にラベル分子B(30)を添加した溶液を供給する(ステップ(d))。
次に、検出プローブ10と、ターゲット50、ラベル分子A(20)、及びラベル分子B(30)とをハイブリダイゼーション反応させる(ステップ(e))。検出プローブ10と、ターゲット50、ラベル分子A(20)、及びラベル分子B(30)とをハイブリダイゼーション反応させると、ステップ(b)において、ターゲット50に結合したラベル分子A(20)のx部22がラベル分子B(30)のX部32と結合し、ターゲット50に結合したラベル分子A(20)のy部23がラベル分子B(30)のY部33と結合する結果、複数のラベル分子A(20)とラベル分子B(30)が分岐構造を繰り返し持つ分岐構造体を形成し、この分岐構造体にターゲット50が結合した、ターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる構造体が形成され、該構造体のターゲット50が、固相面100に固定された検出プローブ10の検出部13に結合する。
ステップ(b)で、ターゲット50に結合しなかったラベル分子A(20)も、ラベル分子A(20)のx部22がラベル分子B(30)のX部32と結合し、ラベル分子A(20)のy部23がラベル分子B(30)のY部33と結合する結果、複数のラベル分子A(20)とラベル分子B(30)が分岐構造を繰り返し持つ分岐構造体を形成し、ラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体を形成して溶液中に遊離状態で存在する。
次に、固相面100から、検出プローブ10に結合していないターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体、及びラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体を分離する(ステップ(f))。固相面100から前記凝集体を分離する方法としては、遠心分離が好ましい。検出プローブ10に結合していないターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体、及びラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体は、遠心分離により固相面100から分離することができる。また、ラベル分子A(20)又はラベル分子B(30)のいずれか一方に、金属微粒子31を付加した場合は、磁力によって、検出プローブ10に結合していないターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体、及びラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体を分離することができる。ステップ(f)において、洗浄によらないで検出プローブ10に結合していないターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体、及びラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体を除去できるため、洗浄の影響を排した状態での光量が計測できる。
次に、固相面100に励起光を照射し、固相面100からの蛍光を蛍光読取装置60で計測する(ステップ(g))。
蛍光読取装置60で、検出プローブ10が蛍光を呈するか否かでサンプル中の対象核酸(ターゲット50)の有無を確認することができ、またハイブリダイズした対象核酸(ターゲット50)を定量することができる。
また、蛍光読取装置60を用いることにより、同一座標のハイブリダイズ前後の画像が取得でき、また同時刻の波長で分離された蛍光画像を取得することができ、蛍光画像を解析することにより、ハイブリダイゼーション反応したターゲット50の分子数を算出することもできる。
蛍光読取装置60で、検出プローブ10が蛍光を呈するか否かでサンプル中の対象核酸(ターゲット50)の有無を確認することができ、またハイブリダイズした対象核酸(ターゲット50)を定量することができる。
また、蛍光読取装置60を用いることにより、同一座標のハイブリダイズ前後の画像が取得でき、また同時刻の波長で分離された蛍光画像を取得することができ、蛍光画像を解析することにより、ハイブリダイゼーション反応したターゲット50の分子数を算出することもできる。
また、ハイブリダイゼーション反応前後の蛍光分子21の蛍光変化量から、ハイブリダイゼーション反応したターゲット50の分子数を算出することができる。例えば、既知の分子数を有するターゲット50の標準液を用いてハイブリダイゼーション反応を行い、反応前後の蛍光分子21の蛍光変化量を計測して、分子数と蛍光変化量の関係を示した検量線を予め作成しておく。この検量線と、サンプルを用いたハイブリダイゼーション反応前後の蛍光分子21の蛍光変化量とから、ハイブリダイゼーション反応したターゲット50の分子数を算出することができる。
検出プローブが固定される固相面は基板上の平面に限られない。検出プローブをビーズ表面に固定してもよい。ビーズの表面に検出プローブを固定することにより、検出プローブがビーズを中心として放射状に広がった形状となる。この場合、プローブを固定する固相面の表面積が大きくなり、単位面積当たりのプローブ量を増やすことができる。また、検出対象分子を捕集したビーズをその大きさや磁気等で回収することで、検出対象分子の選択的な回収も可能となる。回収した分子は後工程における別の試験などに使用可能となる。
〈核酸配列計測用キット〉
次に、本発明の核酸配列計測用キットについて説明する。本発明の核酸配列計測用キットは、本発明の核酸配列計測方法に用いることができる。
次に、本発明の核酸配列計測用キットについて説明する。本発明の核酸配列計測用キットは、本発明の核酸配列計測方法に用いることができる。
本実施形態の核酸配列計測用キットは、検出対象となる核酸であるターゲット50の核酸配列と相補的な核酸配列を有する検出部13を有する検出プローブ10と、検出プローブ10が固定される固相面100を有する基板と、ターゲット50の核酸配列と相補的な核酸配列であって、検出部13の核酸配列とは異なる核酸配列を有するラベル分子Aと、ラベル分子Aの核酸配列と相補的な核酸配列を有するラベル分子Bと、を含む。ラベル分子Aとラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、蛍光分子21が、ラベル分子Aとラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている。蛍光分子21としては、前記したものが挙げられる。
ラベル分子Aは、図1に示すように、3’末端近傍にx部22と、5’末端近傍にy部23と、ターゲット50の核酸配列と相補的な核酸配列であって、検出部13の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部24と、を有する。ラベル分子Bは、図2に示すように、3’末端近傍にX部32と、5’末端近傍にY部33とを有する。x部22の核酸配列は、X部32の核酸配列と相補的であり、y部23の核酸配列は、Y部33の核酸配列と相補的である。
x部22は、ラベル分子Aの3’末端の近傍に位置し、ラベル分子Aの3’末端から数塩基に位置する。
y部23は、ラベル分子Aの5’末端の近傍に位置し、ラベル分子Aの5’末端から数塩基に位置する。
X部32は、ラベル分子Bの3’末端の近傍に位置し、ラベル分子Bの3’末端から数塩基に位置する。
Y部33は、ラベル分子Bの5’末端の近傍に位置し、ラベル分子Bの5’末端から数塩基に位置する。
y部23は、ラベル分子Aの5’末端の近傍に位置し、ラベル分子Aの5’末端から数塩基に位置する。
X部32は、ラベル分子Bの3’末端の近傍に位置し、ラベル分子Bの3’末端から数塩基に位置する。
Y部33は、ラベル分子Bの5’末端の近傍に位置し、ラベル分子Bの5’末端から数塩基に位置する。
ラベル分子Aにおいて、z部24は、x部22又はy部23の全部又は一部と重複していても、重複していなくてもよい。
ラベル分子Aが、ターゲット50の核酸配列と相補的な配列であって、検出部13の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部24を有していることによって、ラベル分子Aのz部24に結合したターゲット50が、基板の固相面100に固定された検出プローブ10の検出部13に結合することができる。
ラベル分子A中には、x部22とy部23のいずれか一方又は両方を2以上設けているか、ラベル分子B中には、X部32とY部33のいずれか一方又は両方を2以上設けているか、又は、ラベル分子A中に、x部22とy部23のいずれか一方又は両方を2以上設け、ラベル分子B中に、X部32とY部33のいずれか一方又は両方を2以上設けている。例えば、ラベル分子Aにy部23を2以上設けてもよく、ラベル分子B中にY部33を2以上設けてもよく、ラベル分子Aにy部23を2以上設け、ラベル分子BにY部33を2以上設けてもよい。
x部22の核酸配列はX部32と相補的であり、y部23の核酸配列はY部33と相補的であるため、ラベル分子Aのx部22がラベル分子BのX部32と結合し、ラベル分子Aのy部23がラベル分子BのY部33と結合する結果、複数のラベル分子Aとラベル分子Bが分岐構造を繰り返し持つ構造を形成する。
x部22の核酸配列はX部32と相補的であり、y部23の核酸配列はY部33と相補的であるため、ラベル分子Aのx部22がラベル分子BのX部32と結合し、ラベル分子Aのy部23がラベル分子BのY部33と結合する結果、複数のラベル分子Aとラベル分子Bが分岐構造を繰り返し持つ構造を形成する。
ラベル分子Aとラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置には、蛍光分子21が付加されている。蛍光分子21は、ラベル分子A又はラベル分子Bの先端に付加されていなくてもよく、ラベル分子A又はラベル分子Bの途中に位置していてもよい。また、蛍光分子21は、複数種類・複数個所に付加されていてもよい。蛍光分子21を複数個所に付加することにより、検出する際の蛍光量を増加させることができ、より高感度な検出が可能となる。
蛍光分子21は、ラベル分子Aとラベル分子Bの両方に付加されていてもよい。蛍光分子21をラベル分子Aとラベル分子Bの両方に付加することにより、検出する際の蛍光量を増加させることができる。
ラベル分子Aとラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置には、金属微粒子31が付加されていてもよい。金属微粒子31が、ラベル分子Aとラベル分子Bのいずれか一方に付加されていることにより、ラベル分子Aとラベル分子Bとが結合し、分岐構造を有する凝集体を形成したとき、該凝集体に重量を付加することができるため、遠心分離により分離しやすくなる。また、該凝集体に磁性を付与することができるため、磁力により該凝集体を分離することが可能になる。金属微粒子31は、ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの先端に付加されていても、途中の位置に付加されていてもよい。また、金属微粒子31は、複数種類・複数個所に付加されていてもよい。金属微粒子31を複数個所に付加することにより、該凝集体の重量や磁性を増加させることができ、遠心分離や磁力によって、より分離しやすくすることができる。金属微粒子31としては、前記したものが挙げられる。
ラベル分子Aとラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置には、金属微粒子31が付加されていてもよい。金属微粒子31が、ラベル分子Aとラベル分子Bのいずれか一方に付加されていることにより、ラベル分子Aとラベル分子Bとが結合し、分岐構造を有する凝集体を形成したとき、該凝集体に重量を付加することができるため、遠心分離により分離しやすくなる。また、該凝集体に磁性を付与することができるため、磁力により該凝集体を分離することが可能になる。金属微粒子31は、ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの先端に付加されていても、途中の位置に付加されていてもよい。また、金属微粒子31は、複数種類・複数個所に付加されていてもよい。金属微粒子31を複数個所に付加することにより、該凝集体の重量や磁性を増加させることができ、遠心分離や磁力によって、より分離しやすくすることができる。金属微粒子31としては、前記したものが挙げられる。
本発明の核酸配列計測用キットは、さらに、ターゲットを定量するために必要な標準液、必要な緩衝液、製品説明書等を含んでいてもよい。
〈核酸配列計測用キットの使用方法〉
次に、本発明の核酸配列計測用キットの使用方法について説明する。
次に、本発明の核酸配列計測用キットの使用方法について説明する。
(1)溶液調製
まず、検出プローブ10を含むプローブ溶液を調製し、プローブ濃度を調整する。
まず、検出プローブ10を含むプローブ溶液を調製し、プローブ濃度を調整する。
(2)固相面への固定
次に、プローブ溶液を基板の固相面100にスポットして、検出プローブ10を基板の固相面100に固定化する。
次に、プローブ溶液を基板の固相面100にスポットして、検出プローブ10を基板の固相面100に固定化する。
(3)洗浄
次に、固相面100を洗浄し、固定化されていない余剰のプローブを除去する。以上の手順により、検出プローブが固相面100に固定された基板が製造される。
次に、固相面100を洗浄し、固定化されていない余剰のプローブを除去する。以上の手順により、検出プローブが固相面100に固定された基板が製造される。
(4)サンプル溶液の調製
次に、目的とする特定の核酸配列を有するターゲット50を含むサンプル溶液の調製を行う。サンプル溶液の調製において、特定の核酸配列を有する核酸(ターゲット50)の増幅を行ってもよい。
次に、目的とする特定の核酸配列を有するターゲット50を含むサンプル溶液の調製を行う。サンプル溶液の調製において、特定の核酸配列を有する核酸(ターゲット50)の増幅を行ってもよい。
(5)ターゲットとラベル分子Aのハイブリダイゼーション反応
次に、(4)で調製したターゲット50を含むサンプル溶液中に、ラベル分子A(20)を添加する。その後、ターゲット50を含むサンプル溶液中で、ターゲット50とラベル分子A(20)とをハイブリダイゼーション反応させる。ターゲット50を含むサンプル溶液中で、ターゲット50とラベル分子A(20)とをハイブリダイゼーション反応させると、ターゲット50がラベル分子A(20)のz部24に結合する。
次に、(4)で調製したターゲット50を含むサンプル溶液中に、ラベル分子A(20)を添加する。その後、ターゲット50を含むサンプル溶液中で、ターゲット50とラベル分子A(20)とをハイブリダイゼーション反応させる。ターゲット50を含むサンプル溶液中で、ターゲット50とラベル分子A(20)とをハイブリダイゼーション反応させると、ターゲット50がラベル分子A(20)のz部24に結合する。
(6)検出プローブとターゲットとラベル分子Aとラベル分子Bとのハイブリダイゼーション反応
ターゲット50とラベル分子A(20)とをハイブリダイゼーション反応させた後、ターゲット50とラベル分子A(20)とを含むサンプル溶液にラベル分子B(30)を添加する。その後、検出プローブ10が固相面100に固定された基板に、(4)で調製したターゲット50とラベル分子A(20)とを含むサンプル溶液にラベル分子B(30)を添加した溶液を供給し、固相面100に固定された検出プローブ10と、ターゲット50、ラベル分子A(20)、及びラベル分子B(30)とをハイブリダイゼーション反応させる。固相面100に固定された検出プローブ10と、ターゲット50、ラベル分子A(20)、及びラベル分子B(30)とをハイブリダイゼーション反応させると、ターゲット50に結合したラベル分子A(20)のx部22がラベル分子B(30)のX部32と結合し、ターゲット50に結合したラベル分子A(20)のy部23がラベル分子B(30)のY部33と結合する結果、複数のラベル分子A(20)とラベル分子B(30)が分岐構造を繰り返し持つ分岐構造体を形成し、この分岐構造体にターゲット50が結合した、ターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる構造体が形成され、該構造体のターゲット50が、固相面100に固定された検出プローブ10の検出部13に結合する。
ターゲット50とラベル分子A(20)とをハイブリダイゼーション反応させた後、ターゲット50とラベル分子A(20)とを含むサンプル溶液にラベル分子B(30)を添加する。その後、検出プローブ10が固相面100に固定された基板に、(4)で調製したターゲット50とラベル分子A(20)とを含むサンプル溶液にラベル分子B(30)を添加した溶液を供給し、固相面100に固定された検出プローブ10と、ターゲット50、ラベル分子A(20)、及びラベル分子B(30)とをハイブリダイゼーション反応させる。固相面100に固定された検出プローブ10と、ターゲット50、ラベル分子A(20)、及びラベル分子B(30)とをハイブリダイゼーション反応させると、ターゲット50に結合したラベル分子A(20)のx部22がラベル分子B(30)のX部32と結合し、ターゲット50に結合したラベル分子A(20)のy部23がラベル分子B(30)のY部33と結合する結果、複数のラベル分子A(20)とラベル分子B(30)が分岐構造を繰り返し持つ分岐構造体を形成し、この分岐構造体にターゲット50が結合した、ターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる構造体が形成され、該構造体のターゲット50が、固相面100に固定された検出プローブ10の検出部13に結合する。
(7)凝集体の分離除去
次に、固相面100から、検出プローブ10に結合していないターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体、及びラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体を分離する。固相面100から前記凝集体を分離する方法としては、遠心分離が好ましい。ラベル分子A(20)又はラベル分子B(30)のいずれか一方に、金属微粒子31を付加した場合は、遠心分離の他、磁力によって、検出プローブ10に結合していないターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体、及びラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体を分離することができる。
次に、固相面100から、検出プローブ10に結合していないターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体、及びラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体を分離する。固相面100から前記凝集体を分離する方法としては、遠心分離が好ましい。ラベル分子A(20)又はラベル分子B(30)のいずれか一方に、金属微粒子31を付加した場合は、遠心分離の他、磁力によって、検出プローブ10に結合していないターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体、及びラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とからなる凝集体を分離することができる。
(8)蛍光の検出
次に、検出プローブ10にターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とが結合した固相面100に励起光を照射し、固相面100から放射される蛍光を蛍光読取装置60で検出する。
蛍光読取装置60により、検出プローブ10が蛍光を呈するか否かでサンプル中の対象核酸(ターゲット50)の有無を確認することができ、またハイブリダイズした対象核酸(ターゲット50)を定量することができる。
また、蛍光読取装置60を用いることにより、同一座標のハイブリダイズ前後の画像が取得でき、また同時刻の波長で分離された蛍光画像を取得することができ、蛍光画像を解析することにより、ハイブリダイゼーション反応したターゲット50の分子数を算出することもできる。
次に、検出プローブ10にターゲット50とラベル分子A(20)とラベル分子B(30)とが結合した固相面100に励起光を照射し、固相面100から放射される蛍光を蛍光読取装置60で検出する。
蛍光読取装置60により、検出プローブ10が蛍光を呈するか否かでサンプル中の対象核酸(ターゲット50)の有無を確認することができ、またハイブリダイズした対象核酸(ターゲット50)を定量することができる。
また、蛍光読取装置60を用いることにより、同一座標のハイブリダイズ前後の画像が取得でき、また同時刻の波長で分離された蛍光画像を取得することができ、蛍光画像を解析することにより、ハイブリダイゼーション反応したターゲット50の分子数を算出することもできる。
また、ハイブリダイゼーション反応前後の蛍光分子21の蛍光変化量から、ハイブリダイゼーション反応したターゲット50の分子数を算出することができる。例えば、既知の分子数を有するターゲット50の標準液を用いてハイブリダイゼーション反応を行い、反応前後の蛍光分子21の蛍光変化量を計測して、分子数と蛍光変化量の関係を示した検量線を予め作成しておく。この検量線と、サンプルを用いたハイブリダイゼーション反応前後の蛍光分子21の蛍光変化量とから、ハイブリダイゼーション反応したターゲット50の分子数を算出することができる。
図5は蛍光読取装置60を示す構成図である。蛍光読取装置60はDNAチップ40のターゲット50が検出プローブ10にハイブリダイズする前後の画像を取得するため、ハイブリダイズ前の画像を取得後、温調ステージ82によりDNAチップ40の温度を上昇させてハイブリダイゼーション反応を進行させ、再び常温に下げた状態でハイブリダイズ後の画像を取得する。
温調ステージ82は、ターゲット50と検出プローブ10とのハイブリダイゼーションを促進するために、ターゲット50と検出プローブ10との反応中に、振とうまたはDNAチップ40の回転、ボルテックスミキサー等による撹拌機能があることが好ましい。
蛍光読取装置60の光学系では、レーザー光源61から出射されたレーザー光はミラー73を介してダイクロイックミラー74で反射されDNAチップ40を照射する。照射された光がDNAチップ40上にある蛍光分子21に対する励起光となり、レーザー光源61の波長と蛍光分子21の励起波長が重なる場合、蛍光分子21が励起状態になる。
DNAチップ40から放出された蛍光は、ダイクロイックミラー74を透過し結像光学系81を介して、CCDカメラ63の検出素子上に結像し検出される。ここで検出光中に励起光が漏れ入るのを防ぐ目的で、励起光側に励起光波長に合わせたバンドパスフィルタを設置してもよく、検出光側に検出したい蛍光波長に合わせたバンドパスフィルタを設置してもよい。
蛍光読取装置60により得られる蛍光画像は、同一スポットのターゲット50と検出プローブ10のハイブリダイズ反応前後の画像を取得することができる。そのため、固相間、スポット間の光量のばらつきの影響を受けない。また、ハイブリダイズ反応前後の蛍光画像から蛍光変化量を演算し、結合反応した分子数を算出することができる。蛍光変化量の演算は、スポット全体の平均光量を使用してもよいし、スポット画像の各ピクセルの蛍光変化量を使用してもよい。
蛍光読取装置60は、CCDカメラ63をコントロールするコンピュータと、画像の光量を計算する演算装置、画像と光量等を保存する記録装置を備えていてもよい。
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測方法、及び前記核酸配列計測方法を用いる核酸配列計測用キットに対し、広く適用することができる。
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。
黄色ブドウ球菌株(NBRC12732)から抽出したゲノムDNAをテンプレートとし、16S rDNA領域を増幅可能なプライマーを用いてPCR増幅した。得られたPCR増幅産物のDNA濃度を20nMに希釈し、これをサンプル溶液とした。
次に、サンプルに図6に示すラベル分子Aを添加し、65℃で1時間インキュベートし、PCR増幅産物とラベル分子Aを結合させた。なお、本実施例で用いたラベル分子Aは、図6に示すように、その5’末端が蛍光分子Cy3(登録商標)で修飾され、1個所のx部と2個所のy部とを有しており、x部とy部とがz部となっている。
次に、サンプルに図6に示すラベル分子Aを添加し、65℃で1時間インキュベートし、PCR増幅産物とラベル分子Aを結合させた。なお、本実施例で用いたラベル分子Aは、図6に示すように、その5’末端が蛍光分子Cy3(登録商標)で修飾され、1個所のx部と2個所のy部とを有しており、x部とy部とがz部となっている。
次に、サンプル溶液に図7に示すラベル分子Bを添加後、検出プローブを基板の固相面に複数配置したマイクロアレイに供給し、60℃で3時間インキュベートした。なお、本実施例で用いたラベル分子Bは、図7に示すように、その5’末端がCy3(登録商標)で修飾され、1個所のX部と2個所のY部を有している。
次に、マイクロアレイを遠心分離機により3000gで遠心分離し、検出プローブに結合していない凝集体を沈殿させた。遠心分離後、蛍光読取装置よりスポット光量を計測した。また、陰性コントロールとして、上記16S rDNA領域を増幅可能なプライマーに結合しない、大腸菌から抽出したゲノムDNA(non-target control;以下、NTCと称する)を含む溶液をサンプル溶液として上記と同様に行い、スポット光量を計測した。その結果を図8に示す。図8に示したように、黄色ブドウ球菌株のゲノムDNAのPCR増幅産物からは、NTCと比較して有意な蛍光増加が確認された。
図9に、マイクロアレイを遠心分離する前後の背景光の光量を示す。図9に示したように、マイクロアレイの遠心分離により、背景光を5%以下に低減することができた。
以上の結果から、本発明の核酸配列計測方法は、ターゲットとなる核酸への蛍光の修飾工程及び検出前の固相の洗浄工程を必要とせずに、ターゲットを検出することが可能であり、且つ、検出感度に優れることが確認された。
以上の結果から、本発明の核酸配列計測方法は、ターゲットとなる核酸への蛍光の修飾工程及び検出前の固相の洗浄工程を必要とせずに、ターゲットを検出することが可能であり、且つ、検出感度に優れることが確認された。
10 検出プローブ
13 検出部
20 ラベル分子A
21 蛍光分子
22 x部
23 y部
24 z部
30 ラベル分子B
31 金属微粒子
32 X部
33 Y部
40 DNAチップ
50 ターゲット
60 蛍光読取装置
61 レーザー光源
63 CCDカメラ
73 ミラー
74 ダイクロイックミラー
81 結像光学系
82 温調ステージ
100 固相面
13 検出部
20 ラベル分子A
21 蛍光分子
22 x部
23 y部
24 z部
30 ラベル分子B
31 金属微粒子
32 X部
33 Y部
40 DNAチップ
50 ターゲット
60 蛍光読取装置
61 レーザー光源
63 CCDカメラ
73 ミラー
74 ダイクロイックミラー
81 結像光学系
82 温調ステージ
100 固相面
Claims (18)
- ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測方法であって、
(a)前記ターゲットを含むサンプル溶液中に、ラベル分子Aを添加するステップ、
(b)前記サンプル溶液中で、前記ターゲットと前記ラベル分子Aとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(c)前記サンプル溶液にラベル分子Bを添加するステップ、
(d)検出プローブが固定された基板の固相面に前記サンプル溶液を供給するステップ、
(e)前記検出プローブと、前記ターゲット、前記ラベル分子A、及び前記ラベル分子Bとをハイブリダイゼーション反応させるステップ、
(f)前記固相面から、前記検出プローブに結合していない前記ターゲットと、前記ラベル分子A及び前記ラベル分子Bとからなる凝集体、及び前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとからなる凝集体を分離するステップ、
および
(g)前記固相面に励起光を照射し、前記固相面からの蛍光を計測するステップ、を含み、
前記検出プローブは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な配列である検出部を有し、
前記ラベル分子Aは、前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有し、
前記ラベル分子Bは、前記ラベル分子Aと相補的な核酸配列を有し、
前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、
蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている、
ことを特徴とする核酸配列計測方法。 - 前記ラベル分子Aは、3’末端近傍にx部と、5’末端近傍にy部と、ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部と、を有し、
前記ラベル分子Bは、3’末端近傍にX部と、5’末端近傍にY部とを有し、
前記x部の核酸配列は、前記X部の核酸配列と相補的であり、前記y部の核酸配列は、前記Y部の核酸配列と相補的であり、
前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、又は、前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設け、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けることを特徴とする請求項1に記載の核酸配列計測方法。 - 前記ラベル分子A中に、前記y部を2以上設けることを特徴とする請求項2に記載の核酸配列計測方法。
- 前記ラベル分子B中に、前記Y部を2以上設けることを特徴とする請求項2又は3に記載の核酸配列計測方法。
- 前記蛍光分子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
- 前記蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの両方に付加されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
- 金属微粒子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置に付加されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
- 前記金属微粒子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする請求項7に記載の核酸配列計測方法。
- 前記分離が、遠心分離であることを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
- 前記検出プローブと、前記ターゲット、前記ラベル分子A、及び前記ラベル分子Bとのハイブリダイゼーション反応前後の蛍光量の変化から、ハイブリダイズした前記ターゲットの分子数を算出することを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の核酸配列計測方法。
- ハイブリダイゼーションによりサンプルに含まれる特定の核酸配列を有するターゲットを計測する核酸配列計測用キットにおいて、
前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列を有する検出部を有する検出プローブと、前記検出プローブが固定される固相面を有する基板と、
前記ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列を有するラベル分子Aと、
前記ラベル分子Aの核酸配列と相補的な核酸配列を有するラベル分子Bと、
を含み、
前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bとは、少なくとも2個所以上で結合し、
蛍光分子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bの少なくとも一方の所定の位置に付加されている、
ことを特徴とする核酸配列計測用キット。 - 前記ラベル分子Aは、3’末端近傍にx部と、5’末端近傍にy部と、ターゲットの核酸配列と相補的な核酸配列であって、前記検出部の核酸配列とは異なる核酸配列であるz部と、を有し、
前記ラベル分子Bは、3’末端近傍にX部と、5’末端近傍にY部とを有し、
前記x部の核酸配列は、前記X部の核酸配列と相補的であり、前記y部の核酸配列は、前記Y部の核酸配列と相補的であり、
前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けるか、又は、前記ラベル分子A中に、前記x部と前記y部のいずれか一方又は両方を2以上設け、前記ラベル分子B中に、前記X部と前記Y部のいずれか一方又は両方を2以上設けることを特徴とする請求項11に記載の核酸配列計測用キット。 - 前記ラベル分子A中に、前記y部を2以上設けることを特徴とする請求項12に記載の核酸配列計測用キット。
- 前記ラベル分子B中に、前記Y部を2以上設けることを特徴とする請求項12又は13に記載の核酸配列計測用キット。
- 前記蛍光分子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする請求項11~14のいずれか1項に記載の核酸配列計測用キット。
- 前記蛍光分子が、前記ラベル分子A及び前記ラベル分子Bの両方に付加されていることを特徴とする請求項11~15のいずれか1項に記載の核酸配列計測用キット。
- 金属微粒子が、前記ラベル分子Aと前記ラベル分子Bのいずれか一方の所定の位置に付加されていることを特徴とする請求項11~15のいずれか1項に記載の核酸配列計測用キット。
- 前記金属微粒子が付加される前記所定の位置は、前記ラベル分子A又は前記ラベル分子Bの途中であることを特徴とする請求項17に記載の核酸配列計測用キット。
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