JP4347404B2 - Nucleic acid detection method - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロチップ上で、等温条件下での核酸増幅反応と増幅産物の解析を連続して行うことを特徴とする核酸の検出方法、及びそのための装置に関する。 The present invention relates to a nucleic acid detection method and an apparatus therefor characterized by continuously performing a nucleic acid amplification reaction and analysis of amplification products under isothermal conditions on a microchip.
微量のタンパクや核酸を解析する手法として、マイクロチップ電気泳動装置が実用化されている(例えば、日立マイクロチップ電気泳動解析システム コスモアイ、島津製作所製マイクロチップ電気泳動装置 MCE2010等)。マイクロチップ電気泳動では、数センチ四方のプレート基板上に微細溝をつくり、それをもう一枚の基板と貼り合わせてキャピラリを形成させた小型チップを用いて、キャピラリ電気泳動を行う。泳動後の核酸の検出は、通常蛍光インターカレーターを核酸に結合させ、これに蛍光励起光やレーザー光を照射して、生じる蛍光を測定することにより行われる。したがって、マイクロチップ電気泳動では、蛍光励起光源やレーザー光源等の特定光源と検出器が核酸断片の検出に不可欠である。 As a technique for analyzing a minute amount of protein or nucleic acid, a microchip electrophoresis apparatus has been put to practical use (for example, Hitachi Microchip Electrophoresis Analysis System Cosmo Eye, Shimadzu Microchip Electrophoresis Apparatus MCE2010, etc.). In microchip electrophoresis, capillary electrophoresis is performed using a small chip in which a fine groove is formed on a plate substrate of several centimeters square and is bonded to another substrate to form a capillary. Detection of the nucleic acid after electrophoresis is usually performed by binding a fluorescent intercalator to the nucleic acid, irradiating it with fluorescence excitation light or laser light, and measuring the resulting fluorescence. Therefore, in microchip electrophoresis, a specific light source such as a fluorescence excitation light source or a laser light source and a detector are indispensable for detecting nucleic acid fragments.
このマイクロチップ電気泳動を応用し、チップ上で核酸試料のPCR増幅と電気泳動解析を連続して行う一体型装置も知られている(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。しかし、熱サイクルにより核酸を増幅するPCRでは、チップ上隣接する電気泳動部位に影響を与えることなく、増幅反応部位のみを選択的に加熱・冷却することは難しい。そのためチップ上でのPCRは、加熱・冷却の繰り返しによる熱ストレスをチップに与え、その変形や接着部分のはがれ、ひいては液漏れを引き起こすという問題点がある。 There is also known an integrated device that applies this microchip electrophoresis and continuously performs PCR amplification and electrophoresis analysis of a nucleic acid sample on the chip (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). However, in PCR that amplifies nucleic acid by thermal cycling, it is difficult to selectively heat and cool only the amplification reaction site without affecting the adjacent electrophoresis site on the chip. Therefore, PCR on the chip has a problem in that heat stress due to repeated heating and cooling is applied to the chip, causing deformation and peeling of the bonded portion, thereby causing liquid leakage.
一方、本発明者らは、PCR法において不可欠とされる複雑な温度制御を必要としない新しい核酸増幅法であるLAMP法(Loop-mediated isothermal amplification)の開発に成功した(例えば、特許文献2及び非特許文献2参照)。LAMP法では、特有のプライマーと鎖置換型DNAポリメラーゼを用いることで、同一鎖上末端に互いに相補的な配列を有する増幅産物が生成する。そして、この相補的配列間のアニールによって形成されるループを起点とした伸長反応と、このループにアニールする前記プライマーによる伸長反応によって、等温での増幅反応が従来にない高い増幅効率で進行する。 On the other hand, the present inventors have succeeded in developing a LAMP method (Loop-mediated isothermal amplification), which is a new nucleic acid amplification method that does not require complicated temperature control that is indispensable in the PCR method (for example, Patent Document 2 and Non-patent document 2). In the LAMP method, amplification products having sequences complementary to each other at the upper end of the same strand are generated by using a specific primer and a strand displacement type DNA polymerase. The isothermal amplification reaction proceeds at a high amplification efficiency unprecedented by the extension reaction starting from the loop formed by annealing between the complementary sequences and the extension reaction by the primer that anneals to the loop.
本発明は、従来のマイクロチップ解析による核酸検出方法を改良し、核酸の増幅と解析(特に、電気泳動解析)をマイクロチップ上で行うための簡便、確実、低廉な方法の提供を目的とする。 An object of the present invention is to improve a conventional nucleic acid detection method by microchip analysis, and to provide a simple, reliable, and inexpensive method for performing nucleic acid amplification and analysis (especially electrophoresis analysis) on a microchip. .
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討した結果、核酸増幅過程を等温条件下で行えば、チップ基板に影響を与えることなくチップ全体を加熱することができると考えた。また、通常より過剰のインターカレーターを用いることにより目視による核酸の検出が可能になることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have thought that if the nucleic acid amplification process is performed under isothermal conditions, the entire chip can be heated without affecting the chip substrate. In addition, the inventors have found that nucleic acids can be detected visually by using an excess of intercalator than usual, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、マイクロチップ上において等温条件下で核酸増幅反応を行い、得られた増幅産物を引き続き当該マイクロチップ上で解析することを特徴とする、核酸の検出方法に関する。 That is, the present invention relates to a method for detecting a nucleic acid, which comprises performing a nucleic acid amplification reaction on a microchip under isothermal conditions, and subsequently analyzing the obtained amplification product on the microchip.
ある態様において、増幅産物の解析は電気泳動解析を用いて行われる。
前記態様において、本発明の方法は、例えば以下の工程を含む。
1)マイクロチップの試料用ウェル内に、標的核酸、プライマー、鎖置換型ポリメラーゼ、及び基質ヌクレオチドを含む試料を導入する工程;
2)マイクロチップを加熱し、前記ウェル内において等温条件下で核酸増幅反応を行う工程;及び
3)上記増幅産物を引き続きマイクロチップ上で電気泳動し、標的核酸を分離・検出する工程。
In certain embodiments, analysis of amplification products is performed using electrophoretic analysis.
In the above embodiment, the method of the present invention includes, for example, the following steps.
1) introducing a sample containing a target nucleic acid, a primer, a strand displacement polymerase and a substrate nucleotide into a sample well of a microchip;
2) a step of heating the microchip and performing a nucleic acid amplification reaction in the well under isothermal conditions; and 3) a step of subsequently electrophoresis of the amplification product on the microchip to separate and detect the target nucleic acid.
さらに、別な態様において、増幅産物の解析は、核酸増幅産物に過剰のインターカレーターを添加し、生じる色の変化によって標的核酸の有無を目視検出する可視的解析であってもよい。該インターカレーターの好適な例としては、例えば、SYBR Green Iを挙げることができる。
本発明の方法において、等温条件下での核酸増幅反応はLAMP法を用いて行われることが好ましい。
Furthermore, in another embodiment, the analysis of the amplification product may be a visual analysis in which an excess intercalator is added to the nucleic acid amplification product and the presence or absence of the target nucleic acid is visually detected by the resulting color change. Preferable examples of the intercalator include SYBR Green I.
In the method of the present invention, the nucleic acid amplification reaction under isothermal conditions is preferably performed using the LAMP method.
本発明はまた、本発明の核酸検出方法を実施するための核酸増幅及び電気泳動解析一体型装置であって、以下の手段を備える装置を提供する。
1)マイクロチップに標的核酸、プライマー、鎖置換型ポリメラーゼ、及び基質ヌクレオチドを導入する手段;
2)前記チップを一定温度に加熱して等温条件下での核酸増幅反応を行わせるための手段;
3)前記増幅反応によって得られた増幅産物を前記チップ上で電気泳動するための手段;及び
4)電気泳動によって分離された核酸を検出するための手段。
The present invention also provides a nucleic acid amplification and electrophoretic analysis integrated apparatus for carrying out the nucleic acid detection method of the present invention, comprising the following means.
1) Means for introducing a target nucleic acid, primer, strand displacement polymerase, and substrate nucleotide into the microchip;
2) Means for heating the chip to a constant temperature and performing a nucleic acid amplification reaction under isothermal conditions;
3) means for electrophoresis of the amplification product obtained by the amplification reaction on the chip; and
4) Means for detecting nucleic acids separated by electrophoresis.
本発明によれば、チップ基板に影響を与えることなく核酸増幅反応と解析をオンチップで連続して行うことができる。本発明の方法においては、核酸増幅産物に過剰のインターカレーターを添加し、生じる色の変化を観察することによって、標的核酸の有無を目視により検出することができる。すなわち、本発明は、増幅効率の高いLAMP法と微量核酸の検出に適したマイクロチップ解析を併用することにより、簡便、確実、低廉な微量核酸の検出を可能にする。 According to the present invention, the nucleic acid amplification reaction and analysis can be continuously performed on-chip without affecting the chip substrate. In the method of the present invention, the presence or absence of the target nucleic acid can be visually detected by adding an excess intercalator to the nucleic acid amplification product and observing the resulting color change. That is, the present invention enables simple, reliable, and inexpensive detection of trace nucleic acids by using the LAMP method with high amplification efficiency and microchip analysis suitable for the detection of trace nucleic acids.
以下、本発明について詳細に説明する。
1. 核酸の検出方法
本発明は、マイクロチップ上において等温条件下で核酸増幅反応を行い、得られた増幅産物を引き続き当該マイクロチップ上で解析することを特徴とする、核酸の検出方法を提供する。
本発明において、増幅産物の解析は電気泳動解析であることが好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1. TECHNICAL FIELD The present invention provides a method for detecting a nucleic acid, which comprises performing a nucleic acid amplification reaction on a microchip under isothermal conditions, and subsequently analyzing the obtained amplification product on the microchip.
In the present invention, the analysis of the amplification product is preferably an electrophoretic analysis.
本発明の方法は、具体的には以下の工程を含む:
1)マイクロチップの試料用ウェル内に、標的核酸、プライマー、鎖置換型ポリメラーゼ、及び基質ヌクレオチドを含む試料を導入する工程;
2)マイクロチップを加熱し、前記ウェル内において等温条件下で核酸増幅反応を行う工程;及び
3)上記増幅産物を引き続きマイクロチップ上で電気泳動し、標的核酸を分離・検出する工程。
The method of the present invention specifically comprises the following steps:
1) introducing a sample containing a target nucleic acid, a primer, a strand displacement polymerase and a substrate nucleotide into a sample well of a microchip;
2) a step of heating the microchip and performing a nucleic acid amplification reaction in the well under isothermal conditions; and 3) a step of subsequently electrophoresis of the amplification product on the microchip to separate and detect the target nucleic acid.
1.1 試料の導入
本発明の方法では、まずマイクロチップの試料用ウェル内に、標的核酸、プライマー、鎖置換型ポリメラーゼ、及び基質ヌクレオチドを含む試料を導入する。
本発明の方法で用いられる「マイクロチップ」とは、核酸の解析に使用されるマイクロチップであって、好適には、数センチ四方の2枚の基板間にキャピラリを有し、このキャピラリ内にゲル又はポリマーを充填してキャピラリ電気泳動を行うための電気泳動用マイクロチップを意味する。チップを構成する基板としては、ガラス(石英)製、プラスチック製など特に限定されない。石英製チップは紫外線領域に吸収を持たないため、可視領域〜紫外線領域の広い領域を測定したい場合に適している。但し、本発明においては、後述するウェルに封(シール)を施す場合、PMMA等のプラスチック製チップを用いる方がガラス製チップよりも接着が容易である。また、プラスチック製チップは低廉という点でも優れている。以上のようなマイクロチップは、公知の方法に基づき作製してもよいが、市販のもの(例えば、日立又は日立化成工業社製や島津製作所社製等)を好適に用いることができる。
1.1 Sample Introduction In the method of the present invention, first, a sample containing a target nucleic acid, a primer, a strand displacement polymerase, and a substrate nucleotide is introduced into a sample well of a microchip.
The “microchip” used in the method of the present invention is a microchip used for nucleic acid analysis, and preferably has a capillary between two substrates of several centimeters square, It means a microchip for electrophoresis for performing capillary electrophoresis by filling a gel or polymer. The substrate constituting the chip is not particularly limited, such as glass (quartz) or plastic. Since the quartz chip does not absorb in the ultraviolet region, it is suitable for measuring a wide region from the visible region to the ultraviolet region. However, in the present invention, when sealing wells described later, it is easier to bond using a plastic chip such as PMMA than a glass chip. Plastic chips are also excellent in that they are inexpensive. The microchip as described above may be manufactured based on a known method, but commercially available products (for example, manufactured by Hitachi or Hitachi Chemical Co., Ltd. or Shimadzu Corporation) can be suitably used.
前記マイクロチップには、通常試料導入用流路と分離用流路が十字に交差するように設けられており、試料導入用流路の端には試料用ウェル(リザーバー)がある。分離用流路の一方の端には泳動ゲル(ポリマー)又はバッファー用ウェル(リザーバー)があり、他方の端には検出部がある(図1参照)。核酸のマイクロチップ電気泳動では、まず泳動ゲルを分離用流路とゲル(ポリマー)又はバッファー用ウェルに満たし、試料用ウェルに試料を導入する。そして、各リザーバーに適当な電圧を印加すると、試料用ウェル内の試料が分離用流路に移動し、他方の端に向かって電気泳動される。 In the microchip, a sample introduction channel and a separation channel are usually provided so as to cross each other, and a sample well (reservoir) is provided at the end of the sample introduction channel. One end of the separation channel has an electrophoresis gel (polymer) or buffer well (reservoir), and the other end has a detector (see FIG. 1). In microchip electrophoresis of nucleic acids, the electrophoresis gel is first filled into a separation channel and a gel (polymer) or buffer well, and the sample is introduced into the sample well. When an appropriate voltage is applied to each reservoir, the sample in the sample well moves to the separation channel and is electrophoresed toward the other end.
試料用ウェル内への標的核酸、プライマー、鎖置換型ポリメラーゼ、及び基質ヌクレオチドの導入順序は特に限定されず、適当な順番で1つずつ導入しても、全て同時に導入してもよい。あらかじめ標的核酸、プライマー、鎖置換型ポリメラーゼ、及び基質ヌクレオチドを含む増幅用反応液を調整し、これをウェル内に導入すれば操作が簡便でよい。ウェル内への試料の導入は、市販のマイクロチップであれば、製品添付のプロトコールに従い実施する。 The order of introducing the target nucleic acid, primer, strand displacement polymerase, and substrate nucleotide into the sample well is not particularly limited, and may be introduced one by one in an appropriate order or all at the same time. If an amplification reaction solution containing the target nucleic acid, primer, strand displacement polymerase, and substrate nucleotide is prepared in advance and introduced into the well, the operation may be simple. The sample is introduced into the well according to the protocol attached to the product if it is a commercially available microchip.
なお、本発明において「標的核酸」とは、検出すべき核酸分子を意味する。前記「核酸」は天然のものであっても、人工的に合成されたものであってもよく、DNA、cDNA、RNA、mRNA、及びPNA等の全てを含むものとする。また1本鎖核酸及び2本鎖核酸の双方を含むものとする。さらに、部分的に修飾された、あるいは全体が完全に人工的構造からなるヌクレオチド誘導体であっても、それが塩基対結合を形成しうるものであるかぎり、本発明の核酸に含まれる。また、遺伝子(生命に関わる特定の機能や情報を担う核酸)という用語も、核酸に含まれる。なお、本発明における核酸の構成塩基数は制限されない。 In the present invention, the “target nucleic acid” means a nucleic acid molecule to be detected. The “nucleic acid” may be natural or artificially synthesized and includes all of DNA, cDNA, RNA, mRNA, PNA and the like. It also includes both single-stranded nucleic acids and double-stranded nucleic acids. Further, even a nucleotide derivative partially modified or entirely composed of an artificial structure is included in the nucleic acid of the present invention as long as it can form a base pair bond. The term gene (nucleic acid carrying a specific function or information related to life) is also included in nucleic acid. The number of bases constituting the nucleic acid in the present invention is not limited.
本発明の方法で用いられる「プライマー」は、標的核酸の配列に従い、用いられる核酸増幅反応に適したプライマーを適宜調整する。プライマーの設計については、後述する核酸増幅方法において詳述する。また、「基質ヌクレオチド」は、市販のdNTPやその修飾物を用いればよい。 As the “primer” used in the method of the present invention, a primer suitable for the nucleic acid amplification reaction to be used is appropriately adjusted according to the sequence of the target nucleic acid. The primer design will be described in detail in the nucleic acid amplification method described later. As the “substrate nucleotide”, a commercially available dNTP or a modified product thereof may be used.
本発明の方法で用いられる「鎖置換型ポリメラーゼ」としては、例えばBst DNAポリメラーゼ、Bca(exo-)DNAポリメラーゼ、E. coli DNA ポリメラーゼIのクレノウフラグメント、Vent DNAポリメラーゼ、Vent(Exo-)DNAポリメラーゼ(Vent DNAポリメラーゼからエクソヌクレアーゼ活性を除いたもの)、DeepVent DNAポリメラーゼ、DeepVent(Exo-)DNAポリメラーゼ(DeepVent DNAポリメラーゼからエクソヌクレアーゼ活性を除いたもの)、Φ29ファージDNAポリメラーゼ、MS-2ファージDNAポリメラーゼ、Z-Taq DNAポリメラーゼ(宝酒造製)、KOD DNAポリメラーゼ(東洋紡社製)等を用いればよい。 Examples of the “strand displacement polymerase” used in the method of the present invention include Bst DNA polymerase, Bca (exo-) DNA polymerase, Klenow fragment of E. coli DNA polymerase I, Vent DNA polymerase, Vent (Exo-) DNA. Polymerase (Vent DNA polymerase minus exonuclease activity), DeepVent DNA polymerase, DeepVent (Exo-) DNA polymerase (DeepVent DNA polymerase minus exonuclease activity), Φ29 phage DNA polymerase, MS-2 phage DNA Polymerase, Z-Taq DNA polymerase (Takara Shuzo), KOD DNA polymerase (Toyobo), etc. may be used.
必要であれば、試料導入後のウェルは、封を施し密封してもよい。封は、例えばウェルに市販の96穴PCR用粘着シートやセロハンテープなどのシールを貼ることにより実施できる。シールは透明であれば、加熱による気泡の発生を確認することができるので好ましい。特に、96穴PCR用粘着シートは、剥離が容易で、粘着力があり、加熱にも耐えうるという点で優れている。 If necessary, the well after sample introduction may be sealed with a seal. Sealing can be performed, for example, by attaching a seal such as a commercially available 96-hole PCR adhesive sheet or cellophane tape to the well. If the seal is transparent, it is preferable because the generation of bubbles due to heating can be confirmed. In particular, the 96-hole PCR adhesive sheet is excellent in that it can be easily peeled off, has adhesive strength, and can withstand heating.
1.2 等温条件下での核酸増幅反応
次にマイクロチップを加熱し、ウェル内において等温条件下で核酸増幅反応を行う。なお、マイクロチップを加熱する方法は、チップを核酸増幅反応に必要な一定温度(65℃程度)に保てるものであれば、特に限定されない。例えば、チップをヒートブロックによって加熱する方法が挙げられる。この場合、ヒートブロックはチップの片面だけにあててもよいが、むらなく加熱するために、上下両面にあてて挟みこむように加熱する方がよい。
1.2 Nucleic Acid Amplification Reaction under Isothermal Conditions Next, the microchip is heated, and a nucleic acid amplification reaction is performed in the wells under isothermal conditions. The method for heating the microchip is not particularly limited as long as the chip can be maintained at a constant temperature (about 65 ° C.) necessary for the nucleic acid amplification reaction. For example, the method of heating a chip | tip with a heat block is mentioned. In this case, the heat block may be applied to only one side of the chip. However, in order to heat the chip uniformly, it is better to apply heat to both the upper and lower surfaces.
本発明の方法では、等温条件下で核酸増幅反応を行うため、チップ基板に影響を与えることなくチップ全体を一定温度に加熱する。したがって、PCRのように加熱・冷却の繰り返しによる熱ストレスをチップに与え、チップの変形や接着部分のはがれ、あるいは液漏れ等を引き起こす心配がない。 In the method of the present invention, since the nucleic acid amplification reaction is performed under isothermal conditions, the entire chip is heated to a constant temperature without affecting the chip substrate. Therefore, unlike the PCR, there is no fear of causing thermal stress due to repeated heating and cooling to the chip, causing deformation of the chip, peeling of the bonded portion, or liquid leakage.
本発明の方法で用いられる、等温条件下での核酸増幅反応としては、例えば以下のSDA法やLAMP法を挙げることができる。特にLAMP法はその高い増幅効率から微量核酸の検出を行う場合に好適である。 Examples of the nucleic acid amplification reaction used in the method of the present invention under isothermal conditions include the following SDA method and LAMP method. In particular, the LAMP method is suitable for detecting a small amount of nucleic acid because of its high amplification efficiency.
(1) SDA法
SDA法は、ある塩基配列の3'側に相補的なプライマーを合成起点として相補鎖合成を行うときに、5'側に2本鎖の領域が有るとその鎖を置換しながら相補鎖の合成を行う特殊なDNAポリメラーゼ(鎖置換型DNAポリメラーゼ)を利用する方法である。SDA法では、プライマーとしてアニールさせた配列に予め制限酵素認識配列を挿入しておくことによって、PCR法においては必須となっている温度変化工程の省略し、等温条件下(65℃前後)での核酸増幅を実現できる。すなわち、制限酵素によってもたらされるニックが相補鎖合成の起点となる3'-OH基を与え、そこから鎖置換合成を行うことによって先に合成された相補鎖が1本鎖として遊離して次の相補鎖合成の鋳型として再利用される。
(1) SDA method
In the SDA method, when complementary strand synthesis is performed using a complementary primer on the 3 'side of a base sequence as a starting point, if a double-stranded region is present on the 5' side, the complementary strand is synthesized while replacing that strand. This is a method using a special DNA polymerase (strand displacement type DNA polymerase). In the SDA method, by inserting a restriction enzyme recognition sequence in advance into the annealed sequence as a primer, the temperature change step, which is essential in the PCR method, is omitted, and under isothermal conditions (around 65 ° C) Nucleic acid amplification can be realized. In other words, the nick produced by the restriction enzyme gives a 3′-OH group that is the starting point for complementary strand synthesis, and the complementary strand synthesized earlier is released as a single strand by performing strand displacement synthesis from there. Reused as a template for complementary strand synthesis.
(2)LAMP法
1)LAMP(Loop-mediated isothermal amplification)法の概要
「LAMP法」とは本発明者らが開発した核酸の増幅方法で、インナープライマーペア或いはこれにアウタープライマーペア、さらにループプライマーペアを加えた、2種、4種或いは6種の特異的プライマーと、鎖置換型ポリメラーゼ及び基質であるヌクレオチドを用いて、等温条件下(65℃前後)でDNA又はRNAを迅速かつ安価に増幅する方法である。LAMP法の概要については、文献:Notomi, T et al.:Nucleic Acids Res. 28(12):e63(2000)、特許:国際公開WO 00/28082号、あるいは栄研化学(株)ホームページ(http://www.loopamp.eiken.co.jp/)を参照されたい。
(2) LAMP method
1) Overview of LAMP (Loop-mediated isothermal amplification) method The “LAMP method” is a nucleic acid amplification method developed by the present inventors. An inner primer pair or an outer primer pair and a loop primer pair are added to the inner primer pair. This is a method for rapidly and inexpensively amplifying DNA or RNA under isothermal conditions (around 65 ° C.) using two, four or six specific primers, a strand displacement polymerase and a substrate nucleotide. For an overview of the LAMP method, refer to: Notomi, T et al .: Nucleic Acids Res. 28 (12): e63 (2000), Patent: International Publication WO 00/28082, or Eiken Chemical Co., Ltd. website (http Please refer to http://www.loopamp.eiken.co.jp/).
LAMP法では、増幅生成物の同一鎖上末端に互いに相補的な配列が生成し、これらがアニールしてヘアピン状のループが形成され、そのループを起点としたポリメラーゼによる伸長反応が起きる。同時に、ループ内にアニールしたプライマーからは鎖置換型伸長反応が起こり、先の伸長生成物を1本鎖に解離させていく。解離した1本鎖もまた、末端に相補的配列を有するため、この反応は繰り返し起きる。こうして、LAMP法では増幅生成物の同一鎖上の複数の位置で、伸長反応と増幅反応が同時進行するため、DNAの増幅が超指数関数的にしかも等温条件下で達成され、本発明のタンデム構造を有するプローブ核酸を効率的に合成できる。 In the LAMP method, sequences complementary to each other are generated on the same strand of the amplified product, and these are annealed to form a hairpin-like loop, and an elongation reaction by the polymerase starting from the loop occurs. At the same time, a strand displacement type extension reaction occurs from the primer annealed in the loop, and the extension product is dissociated into single strands. Since the dissociated single strand also has a complementary sequence at the end, this reaction occurs repeatedly. Thus, in the LAMP method, since the extension reaction and the amplification reaction proceed simultaneously at a plurality of positions on the same strand of the amplified product, DNA amplification is achieved in an ultra-exponential and isothermal condition, and the tandem of the present invention. A probe nucleic acid having a structure can be efficiently synthesized.
2)LAMP法用プライマー
LAMP法ではインナープライマー、アウタープライマー、ループプライマーと呼ばれる、特異的プライマーが用いられる。
インナープライマーとはLAMP法に必須のプライマーであって、鋳型DNAのそれぞれの鎖において、3'側に存在する任意配列X2c、これより5'側の任意配列X1cを選択したとき、該X2cに相補的配列X2と該X1cと同一の配列X1cを3'側から5'側にこの順で含む(X1c+X2の構造をもつ)プライマーをいう。機能的にいえば、インナープライマー上のX2は鋳型に特異的にアニールして相補鎖合成の起点を与える部分であり、X1cは増幅(伸長)生成物がループを形成するための相補的配列を与える。そして、このループが新たな相補鎖合成の起点となる。
2) Primer for LAMP method
In the LAMP method, specific primers called inner primer, outer primer and loop primer are used.
The inner primer is an essential primer for the LAMP method. When an arbitrary sequence X2c existing on the 3 ′ side and an arbitrary sequence X1c on the 5 ′ side are selected in each strand of the template DNA, the inner primer is complementary to the X2c. A primer containing the target sequence X2 and the same sequence X1c as X1c in this order from the 3 ′ side to the 5 ′ side (having the structure of X1c + X2). Functionally speaking, X2 on the inner primer is a part that specifically anneals to the template to give a starting point for complementary strand synthesis, and X1c is a complementary sequence for the amplification (extension) product to form a loop. give. This loop is the starting point for new complementary strand synthesis.
アウタープライマーとは、インナープライマーよりも外側(鋳型の3'側)の任意配列X3cに相補的配列を有し、これにアニールしうるプライマー2種(2本鎖に相補的な各々について1つずつ)をいう。 The outer primer is a primer sequence that has a complementary sequence to an arbitrary sequence X3c on the outer side (3 'side of the template) of the inner primer, and can be annealed to it (one for each complementary to the double strand) ).
なお、プライマーの鋳型核酸へのアニールを容易にするため、上記X1(X1c)、X2(X2c)、X3(X3c)の長さは5〜100塩基が好ましく、10〜50塩基がさらに好ましい。 In order to facilitate annealing of the primer to the template nucleic acid, the length of the above X1 (X1c), X2 (X2c), and X3 (X3c) is preferably 5 to 100 bases, more preferably 10 to 50 bases.
上記インナープライマー及びアウタープライマーは、2本鎖(F及びR)のそれぞれについて必要であり、インナープライマー(F1c+F2、R1c+R2)、アウタープライマー(F3、R3)の各々2種が設計される。 The inner primer and outer primer are necessary for each of the double strands (F and R), and two types of inner primer (F1c + F2, R1c + R2) and outer primer (F3, R3) are designed.
各任意配列は、LAMP法により得られる増幅産物が分子間アニールではなく、分子内アニールを優先的に生じ、末端ヘアピン構造を形成するように選択することが好ましい。例えば、分子内アニールを優先的に生じさせるためには、任意配列の選択に当たって、F1c配列とF2c配列との間の距離及びR1配列とR1c配列との間の距離を考慮することが重要である。具体的には、両者各配列が、0〜500塩基、好ましくは0〜100塩基、最も好ましくは10〜70塩基の距離を介して存在するように選択することが好ましい。ここで、数値はそれぞれ、F1c配列及びF2c配列自身並びにR1配列及びR2配列自身を含まない塩基数を示している。 Each arbitrary sequence is preferably selected so that the amplification product obtained by the LAMP method preferentially causes intramolecular annealing rather than intermolecular annealing to form a terminal hairpin structure. For example, in order to preferentially cause intramolecular annealing, it is important to consider the distance between the F1c and F2c sequences and the distance between the R1 and R1c sequences when selecting an arbitrary sequence. . Specifically, it is preferable to select such that both sequences exist via a distance of 0 to 500 bases, preferably 0 to 100 bases, and most preferably 10 to 70 bases. Here, the numerical values respectively indicate the numbers of bases not including the F1c sequence and the F2c sequence itself, and the R1 sequence and the R2 sequence itself.
また、ループプライマーとは、LAMP法による増幅生成物の同一鎖上に生じる相補的配列が互いにアニールしてループを形成するとき、該ループ内の配列に相補的な塩基配列をその3'末端に含むプライマー2種(2本鎖に相補的な各々について1つずつ)をいう。前記アウタープライマーとループプライマーはLAMP法に必須のプライマーではないが、これらがあれば増幅(伸長)反応はより効率的に進行する。 The loop primer refers to a base sequence complementary to the sequence in the loop at the 3 'end when complementary sequences generated on the same strand of the amplified product by the LAMP method anneal to each other to form a loop. Two types of primers (one for each complementary to the double strand). The outer primer and loop primer are not essential for the LAMP method, but if they are present, the amplification (extension) reaction proceeds more efficiently.
3)増幅用鋳型核酸
LAMP法で用いられる増幅用鋳型核酸はDNAであってもRNAであってもよく、組織又は細胞等の生物学的試料から公知方法により、あるいは化学合成法により調製することができる。この場合、増幅すべき領域(標的領域という)の両側には、適当な長さの配列(両側配列という)が存在するように鋳型ポリヌクレオチドを調製する。両側配列とは、当該標的領域の5’末端からポリヌクレオチド鎖の5’末端までの領域の配列、及び当該標的領域の3'末端からポリヌクレオチド鎖の3’末端までの領域の配列を意味する。両側配列の長さは、標的領域の5'側及び3'側のいずれの領域も、10〜1000塩基、好ましくは30〜500塩基である。
3) Template nucleic acid for amplification
The template nucleic acid for amplification used in the LAMP method may be DNA or RNA, and can be prepared from a biological sample such as tissue or cell by a known method or a chemical synthesis method. In this case, the template polynucleotide is prepared so that sequences of appropriate length (referred to as double-sided sequences) exist on both sides of the region to be amplified (referred to as target region). Bilateral sequence means the sequence of the region from the 5 ′ end of the target region to the 5 ′ end of the polynucleotide chain, and the sequence of the region from the 3 ′ end of the target region to the 3 ′ end of the polynucleotide chain . The length of the both-side sequence is 10 to 1000 bases, preferably 30 to 500 bases in both the 5 ′ side and 3 ′ side regions of the target region.
4)反応条件
一連の反応は、酵素反応に好適なpHを与える緩衝剤、酵素の触媒活性の維持やアニールのために必要な塩類、酵素の保護剤、更には必要に応じて融解温度(Tm)の調整剤等の共存下で行うことが好ましい。緩衝剤としては、Tris-HCl等の中性から弱アルカリ性に緩衝作用を持つものが用いられる。pHは使用するDNAポリメラーゼに応じて調整すればよい。塩類としては、例えばKCl、NaCl、あるいは(NH4)2SO4等が、酵素の活性維持とDNAの融解温度(Tm)調整のために適宜添加される。酵素の保護剤としては、ウシ血清アルブミンや糖類が利用される。また、融解温度(Tm)調整剤としては、ベタイン、プロリン、ジメチルスルホキシド、あるいはホルムアミドを一般的に利用することができる。
4) Reaction conditions A series of reactions consist of a buffer that provides a suitable pH for the enzyme reaction, salts necessary for maintaining the catalytic activity of the enzyme and annealing, an enzyme protective agent, and, if necessary, a melting temperature (Tm ) Is preferably carried out in the presence of a regulator. As the buffering agent, a neutral to weakly alkaline buffering agent such as Tris-HCl is used. The pH may be adjusted according to the DNA polymerase used. As salts, for example, KCl, NaCl, (NH 4 ) 2 SO 4, or the like is appropriately added to maintain enzyme activity and adjust DNA melting temperature (Tm). As an enzyme protective agent, bovine serum albumin or saccharide is used. As the melting temperature (Tm) adjusting agent, betaine, proline, dimethyl sulfoxide, or formamide can be generally used.
5)LAMP反応
LAMP法における反応は、鋳型核酸に対して、以下の成分(i)(ii)(iii)を加え、インナープライマーが鋳型核酸上の相補的配列に対して安定な塩基対結合を形成することができ、かつ鎖置換型ポリメラーゼが酵素活性を維持しうる温度でインキュベートすることにより進行する。インキュベート温度は50〜75℃、好ましくは55〜70℃であり、インキュベート時間は1分〜10時間、好ましくは5分〜4時間である。
(i) インナープライマー2種、或いはさらにアウタープライマー2種、或いはさらにループプライマー2種
(ii) 鎖置換型ポリメラーゼ
(iii)基質ヌクレオチド
5) LAMP reaction
In the reaction in the LAMP method, the following components (i), (ii), and (iii) are added to the template nucleic acid, and the inner primer forms a stable base pair bond with a complementary sequence on the template nucleic acid. It is possible to proceed by incubating at a temperature at which the strand displacement polymerase can maintain the enzyme activity. The incubation temperature is 50 to 75 ° C, preferably 55 to 70 ° C, and the incubation time is 1 minute to 10 hours, preferably 5 minutes to 4 hours.
(i) 2 types of inner primer, or 2 types of outer primer, or 2 types of loop primer
(ii) Strand displacement polymerase
(iii) Substrate nucleotide
1.3 電気泳動解析
増幅反応後、引き続きマイクロチップ上で電気泳動を行い、標的核酸を分離・検出する。
標的核酸の電気泳動による分離と検出は、市販のマイクロチップ電気泳動解析装置(例えば、日立マイクロチップ電気泳動解析システム コスモアイ、島津製作所製マイクロチップ電気泳動装置 MCE2010等)を用いて容易に実施できる。すなわち、標的核酸の分離は、マイクロチップ内の分離用流路中に充填されたゲル内で印加電圧にしたがって行われる。
1.3 Electrophoretic analysis After the amplification reaction, electrophoresis is continued on the microchip to separate and detect the target nucleic acid.
Separation and detection of the target nucleic acid by electrophoresis can be easily performed using a commercially available microchip electrophoresis analyzer (for example, Hitachi Microchip Electrophoresis Analysis System Cosmo Eye, Shimadzu Microchip Electrophoresis Apparatus MCE2010, etc.). In other words, the target nucleic acid is separated according to the applied voltage in the gel filled in the separation channel in the microchip.
核酸の検出は、装置に内蔵された光源から蛍光励起光やレーザー光が核酸に照射されたときの発光や、核酸による特定波長の吸収を指標として行われる。一般には、蛍光インターカレーターを核酸に結合させて電気泳動を行い、これに蛍光励起光やレーザー光を照射し、生じる蛍光を測定する方法が用いられる。検出は特定の時点で行ってもよいし、経時的(リアルタイム)に行ってもよい。市販の装置には、測定値を解析するための装置が付属されており、得られたデータを即時に解析処理することもできる。 Nucleic acid detection is performed using light emission when fluorescence excitation light or laser light is applied to the nucleic acid from a light source built in the apparatus or absorption at a specific wavelength by the nucleic acid as an index. In general, a method is used in which electrophoresis is performed by binding a fluorescent intercalator to a nucleic acid, and the resulting fluorescence is irradiated with fluorescence excitation light or laser light. The detection may be performed at a specific time point or may be performed over time (real time). A commercially available apparatus is provided with an apparatus for analyzing the measurement value, and the obtained data can be immediately analyzed.
2. 過剰のインターカレーターによる増幅産物の可視的解析
本発明はまた、過剰のインターカレーターを前述の核酸増幅産物に添加することによって、標的核酸の有無を特別な光源や検出装置を用いることなく目視確認する核酸の検出方法を提供する。
2. Visual analysis of amplification products by excess intercalator The present invention also allows visual confirmation of the presence or absence of a target nucleic acid without using a special light source or detection device by adding excess intercalator to the nucleic acid amplification product described above. A method for detecting a nucleic acid is provided.
ここで、「インターカレーター」とは、2本鎖DNAに結合しうる化合物であって、狭義には核酸塩基対のなす平面と平面の間に挿入する化合物をさすが、一般的には2本鎖DNA分子の溝(主溝、副溝)に結合しうる化合物(グルーブバインダー)も含めてインターカレーターと称されることが多い。狭義のインターカレーターとしてはエチジウムブロマイド、アクリジンオレンジ、TO-PRO-1、YO-PRO-1、メチレンブルー、アクチノマイシンD、OliGreen等があり、グルーブバインダーとしてはSYBR Green I、SYBR Green II、Hoechst33258、Pico Green、DAPI等がある。本発明においても「インターカレーター」は、グルーブバインダーを含む広義のインターカレーターを意味する。 Here, an “intercalator” is a compound that can bind to double-stranded DNA, and in a narrow sense, refers to a compound that is inserted between the planes of nucleobase pairs. Including a compound (groove binder) capable of binding to a groove (main groove, sub groove) of DNA molecules is often referred to as an intercalator. Narrowly defined intercalators include ethidium bromide, acridine orange, TO-PRO-1, YO-PRO-1, methylene blue, actinomycin D, OliGreen, etc., and groove binders are SYBR Green I, SYBR Green II, Hoechst33258, Pico There are Green, DAPI, etc. In the present invention, the term “intercalator” means an intercalator in a broad sense including a groove binder.
通常蛍光インターカレーターはバックグラウンド蛍光を持ち、反応液中に多量に入れるとそのバックグラウンド蛍光も上昇するため、目視で色調の変化を確認することはできない。しかし、本発明者らは、2本鎖DNAに結合すると微妙な色調の変化を示すインターカレーターがあることを見出した(例えば、SYBR Green I:赤茶→青緑)。このようなインターカレーターの場合、バックグラウンドの色調との区別が可能で、しかも過剰に入れるとその色調変化が強くなり、目視による確認が可能となる。すなわち、UVランプ等の特別な光源から光を照射することなく、インターカレーターのDNAへの結合を検出することが可能となる。 Usually, the fluorescence intercalator has background fluorescence, and when it is put in a large amount in the reaction solution, the background fluorescence also rises, so that a change in color tone cannot be confirmed visually. However, the present inventors have found that there is an intercalator that shows a subtle color change when bound to double-stranded DNA (for example, SYBR Green I: red brown → blue green). In the case of such an intercalator, it is possible to distinguish it from the background color tone, and when it is excessively added, the color tone change becomes strong and visual confirmation is possible. That is, it is possible to detect the binding of the intercalator to DNA without irradiating light from a special light source such as a UV lamp.
なお、本発明において「過剰」とは、通常の検出で使用される量の少なくとも10倍以上、好ましくは100倍以上を意味する。例えば、SYBR Green Iであれば、通常使用量の100倍の濃度で添加すれば、UVランプ等を用いることなく色調の変化(赤茶→青緑)により核酸を可視的に検出することができる。但し、過剰のインターカレーターは増幅反応を阻害する場合があるので、過剰のインターカレーターの添加は必ず増幅反応後に行わなくてはならない。
In the present invention, “excess” means at least 10 times, preferably 100 times or more the amount used in normal detection. For example, in the case of SYBR Green I, if it is added at a
3. 核酸増幅及び電気泳動解析一体型装置
本発明はまた、核酸増幅及び電気泳動解析一体型装置を提供する。当該装置は、マイクロチップに標的核酸、プライマー、鎖置換型ポリメラーゼ、及び基質ヌクレオチドを導入する手段と、前記チップを一定温度に加熱して等温条件下での核酸増幅反応を行わせるための手段と、前記増幅反応によって得られた増幅産物を前記チップ上で電気泳動するための手段と、電気泳動によって分離された核酸を検出するための手段とを備える。
3. Nucleic acid amplification and electrophoresis analysis integrated device The present invention also provides a nucleic acid amplification and electrophoresis analysis integrated device. The apparatus includes a means for introducing a target nucleic acid, a primer, a strand displacement polymerase, and a substrate nucleotide into a microchip, and a means for heating the chip to a constant temperature to perform a nucleic acid amplification reaction under isothermal conditions. And means for electrophoresis of the amplification product obtained by the amplification reaction on the chip, and means for detecting the nucleic acid separated by electrophoresis.
ここで、マイクロチップに標的核酸、プライマー、鎖置換型ポリメラーゼ、及び基質ヌクレオチドを導入する手段は、当該装置に保持されたマイクロチップの試料用ウェル内に標的核酸、プライマー、鎖置換型ポリメラーゼ、及び基質ヌクレオチドを、同時に、あるいは順番に、一定量自動的に導入する手段である。 Here, the means for introducing the target nucleic acid, primer, strand displacement polymerase, and substrate nucleotide into the microchip is the target nucleic acid, primer, strand displacement polymerase, and the sample well of the microchip held in the device. It is a means for automatically introducing a certain amount of substrate nucleotides simultaneously or sequentially.
また、前記チップを一定温度に加熱して等温条件下での核酸増幅反応を行わせるための手段としては、例えば、装置内に備えられたヒートブロックによってチップを上又は下から、好ましくは上下両面から挟んで、増幅反応に適した一定温度に加熱する手段が挙げられる。この手段には、試料を導入したウェルを密封する手段を含みうる。増幅反応は、例えば、市販のマイクロチップ電気泳動用装置のサンプル導入口で行い、そのまま後述する電気泳動分離・検出に適用することができる。 In addition, as a means for heating the chip to a constant temperature and performing a nucleic acid amplification reaction under an isothermal condition, for example, the chip is moved from above or below by a heat block provided in the apparatus, preferably both upper and lower surfaces. And a means for heating to a constant temperature suitable for the amplification reaction. This means may include means for sealing the well into which the sample has been introduced. The amplification reaction can be performed, for example, at a sample introduction port of a commercially available microchip electrophoresis apparatus, and can be directly applied to electrophoresis separation / detection described later.
前記増幅反応によって得られた増幅産物を前記チップ上で電気泳動するための手段や、電気泳動によって分離された核酸を検出するための手段については、市販のマイクロチップ電気泳動装置に用いられている手段と同様の手段を用いることができる。
本発明の装置には、さらに得られた測定データをコンピューター処理する手段を備えていてもよい。
Means for electrophoresis of amplification products obtained by the amplification reaction on the chip and means for detecting nucleic acids separated by electrophoresis are used in commercially available microchip electrophoresis apparatuses. Means similar to the means can be used.
The apparatus of the present invention may further include means for computer processing the obtained measurement data.
以下、実施例を用いて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1) マイクロチップを用いた核酸増幅と電気泳動解析
1. 実験材料
PMMA製 3レーン マイクロチップ(コスモアイ・iチップ:HITACHI製)
LAMP反応溶液(PSA及びλ系のキット添付品:栄研化学社製)
PCR96穴用シール(Thermowell;costar, Netherlands)、
ゲル(コスモアイ・iチップ キット添付品)、
蛍光色素 EtBr(コスモアイ・iチップ キット添付品)、
判定用蛍光色素 SYBR Green I(SG:Molecular Probes Inc.)
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited to these Examples.
(Example 1) Nucleic acid amplification and electrophoresis analysis using a microchip Experimental material
PMMA 3-lane microchip (COSMO eye i-chip: manufactured by HITACHI)
LAMP reaction solution (PSA and λ system kit accessories: manufactured by Eiken Chemical Co., Ltd.)
PCR96 hole seal (Thermowell; costar, Netherlands),
Gel (attached to Cosmo Eye iChip Kit),
Fluorescent dye EtBr (Cosmo eye i-chip kit attachment),
SYBR Green I (SG: Molecular Probes Inc.)
2.試験方法
(1)LAMP反応
チップの分離用流路にゲルを圧をかけて満たす。なお、ゲルは予め10000回転、1min程度遠心し、気泡を除去しておく。標的(鋳型)核酸としてPSA(prostate-specific antigen cDNA fragment;配列番号1)を、また以下に示す4種のLAMP用プライマーを含むLAMP反応溶液(表1)を調整した。サンプルウェルにLAMP反応溶液10μLを満たし、それ以外のウェルには前述のゲルを10μLずつ満たした。
PSA LAMP用プライマー:
FIP; 5'-TGTTCCTGATGCAGTGGGCAGCTTTAGTCTGCGGCGGTGTTCTG-3'(配列番号2)
RIP; 5'-TGCTGGGTCGGCACAGCCTGAAGCTGACCTGAAATACCTGGCCTG-3'(配列番号3)
F3; 5'-TGCTTGTGGCCTCTCGTG-3'(配列番号4)
R3; 5'-GGGTGTGTGAAGCTGTG-3'(配列番号5)
(FIP、RIPはそれぞれForward Inner Primer、Reverese Inner Primerを、F3、R3はそれぞれForward Outer Primer、Reverse Outer Primerを示す。)
2. Test method (1) LAMP reaction Fill the separation channel of the chip with gel pressure. In addition, the gel is centrifuged in advance for about 10,000 rpm for 1 min to remove bubbles. A LAMP reaction solution (Table 1) containing PSA (prostate-specific antigen cDNA fragment; SEQ ID NO: 1) as a target (template) nucleic acid and four kinds of LAMP primers shown below was prepared. The sample well was filled with 10 μL of the LAMP reaction solution, and the other wells were filled with 10 μL of the above gel.
Primer for PSA LAMP:
FIP; 5'-TGTTCCTGATGCAGTGGGCAGCTTTAGTCTGCGGCGGTGTTCTG-3 '(SEQ ID NO: 2)
RIP; 5'-TGCTGGGTCGGCACAGCCTGAAGCTGACCTGAAATACCTGGCCTG-3 '(SEQ ID NO: 3)
F3; 5'-TGCTTGTGGCCTCTCGTG-3 '(SEQ ID NO: 4)
R3; 5'-GGGTGTGTGAAGCTGTG-3 '(SEQ ID NO: 5)
(FIP and RIP are Forward Inner Primer and Reverese Inner Primer, respectively, and F3 and R3 are Forward Outer Primer and Reverse Outer Primer, respectively.)
LAMP反応溶液を導入後、PCR96穴用シールを用いてウェルにシールを施した。シールをする際は、気泡が入らないように押さえながら行った。次にチップをアルミ製のヒートブロック上で65℃、10〜60min程度加熱した。間接的に上からも熱をかけることとシールが気泡で浮き上がるのを防ぐ目的で、チップの上にもヒートブロックを置いて同様に加熱した(図1参照)。加熱終了後シールを剥がし、適宜ウェルにゲルを追加し、レーン中の気泡を除去した。 After introducing the LAMP reaction solution, the wells were sealed using a PCR 96-hole seal. When sealing, it was performed while holding down so that air bubbles would not enter. Next, the chip was heated on an aluminum heat block at 65 ° C. for about 10 to 60 minutes. A heat block was also placed on the chip and heated in the same manner for the purpose of indirectly applying heat from above and preventing the seal from being lifted by bubbles (see FIG. 1). After the heating, the seal was peeled off, and a gel was added to the well as appropriate to remove bubbles in the lane.
(2)生成物の確認について
LAMP反応後のチップはHITACHI製のコスモアイを用いて電気泳動を行い、生成物の存在を確認した。泳動パラメータは、導入電圧300V 60sec、分離泳動電圧750V(戻し泳動電圧*130V)80sec、とした。測定は、まずLAMP反応開始後から10分おきに行い、次により短い間隔で測定を行った。さらに、LAMP増幅時間は一定(各々反応時間30分)として、異なる反応液において数回測定し、測定結果の再現性を確認した。
*戻し泳動とは、分離泳動の際にサンプルウェルとゲルウェルに電圧をかけて、サンプルをクロス部位に張った状態にするもので、その結果ピークが繰り返し現れる泳動図が得られる。
(2) Confirmation of product
The chip after the LAMP reaction was subjected to electrophoresis using HITACHI Cosmo eye to confirm the presence of the product. The electrophoresis parameters were an introduction voltage of 300
* Reverse electrophoresis is a method in which a voltage is applied to the sample well and gel well during separation electrophoresis to place the sample on the cross site, and as a result, an electrophoretic diagram in which peaks repeatedly appear is obtained.
(3)生成物の可視的判定
生成物に対して10000×、1000×、100×の濃度のSYBR Green Iをそれぞれ10倍希釈となるように加え、最終濃度をそれぞれ1000×、100×、10×となるようにした。なお、SYBR Green Iは通常リアルタイムPCRでは、1×で加えている。
コントロールとして、反応溶液からテンプレート、ポリメラーゼを除いたものを同様にサンプルウェルに導入し、加熱して検出を行った。
(3) Visible determination of the product SYBR Green I at a concentration of 10000 ×, 1000 ×, and 100 × was added to the product so as to be 10-fold diluted, respectively, and the final concentrations were 1000 ×, 100 ×, and 10 ×, respectively. It was made to become x. SYBR Green I is usually added at 1x in real-time PCR.
As a control, a product obtained by removing the template and the polymerase from the reaction solution was similarly introduced into the sample well and heated for detection.
3.結果
(1)加熱時間について
LAMP反応開始後10分毎に測定した結果(図2)及び、より短い間隔で測定した結果(図3)から、PSAの系においては10分程度で既に生成物が得られることがわかった。
(2)再現性について
繰り返し測定した結果、毎回ほぼ同程度のピークが検出された(図4)。これにより、LAMP反応ではほぼ決まった長さの生成物が同程度増幅されることが確認された。
(3)生成物の可視的判定
図5は、チップ上のLAMP生成物に約1μLの1000×の濃度のSYBR Green Iを添加したもの(最終濃度:100×)である。図6は、チップ上でLAMPを行ったのち、得られた4.5μLの生成物に対し、0.5μLのSYBR Green Iを添加したものである。見易さのために外径が1.5mmのガラス管中で撮影している。
3. Result (1) About heating time
From the results measured every 10 minutes after the start of the LAMP reaction (FIG. 2) and the results measured at shorter intervals (FIG. 3), it was found that the product was already obtained in about 10 minutes in the PSA system.
(2) Reproducibility As a result of repeated measurement, a peak of almost the same level was detected each time (FIG. 4). As a result, it was confirmed that a product of almost a fixed length was amplified to the same extent in the LAMP reaction.
(3) Visible determination of product FIG. 5 shows the LAMP product on the chip with about 1 μL of SYBR Green I added at 1000 × concentration (final concentration: 100 ×). FIG. 6 shows the result of adding 0.5 μL of SYBR Green I to 4.5 μL of the product obtained after LAMP on the chip. For ease of viewing, the photo was taken in a glass tube with an outer diameter of 1.5 mm.
コントロールがSYBR Green Iのみの場合と変わらないでいるのに対し、LAMP生成物に添加したものは緑色の蛍光を発していることがわかる。蛍光は混合後ただちに発せられる。背面が白い場合、コントロールと色調の変化が大きいため識別しやすいのは最終濃度1000×のものである。背面が暗い場合、蛍光が一番識別しやすいのは最終濃度100×のものである。 It can be seen that the control added to the LAMP product emits green fluorescence, whereas the control is not different from the case of SYBR Green I alone. Fluorescence is emitted immediately after mixing. When the back side is white, it is easy to identify the one with the final density of 1000 × because the change in control and color tone is large. When the back is dark, the fluorescence is most easily identified at the final density of 100 ×.
(実施例2)マルチプレックス測定
実施例1の方法に従い、同時に複数のサンプルをLAMP法にて増幅、泳動して解析することが可能かどうかを確認した。
1.試験方法
標的(鋳型)核酸としてPSA(prostate-specific antigen cDNA fragment;配列番号1)、λ-DNA(宝酒造;配列番号6)を用い、その両方をチップ上でLAMP増幅したものを実施例1と同様の方法で電気泳動解析した。プライマーは、PSAについては実施例1で使用したプライマーを、λ-DNAについては以下に示すプライマーを用い、実施例1と同様の組成で反応液を調整した。それぞれの反応液は、別々のサンプルウェルに導入し、65℃で30分LAMP反応を行い、日立のコスモアイを用いて電気泳動を行った。
(Example 2) Multiplex measurement According to the method of Example 1, it was confirmed whether a plurality of samples could be simultaneously amplified and analyzed by the LAMP method.
1. Test method PSA (prostate-specific antigen cDNA fragment; SEQ ID NO: 1) and λ-DNA (Takara Shuzo; SEQ ID NO: 6) were used as target (template) nucleic acids and both were LAMP-amplified on the chip as in Example 1. Electrophoretic analysis was performed in the same manner. For the primer, the primer used in Example 1 was used for PSA, and the primer shown below was used for λ-DNA, and the reaction solution was prepared with the same composition as Example 1. Each reaction solution was introduced into a separate sample well, subjected to LAMP reaction at 65 ° C. for 30 minutes, and subjected to electrophoresis using Hitachi Cosmo Eye.
なお、比較のため、PSAのプライマーのみ、λ-DNAのプライマーのみを反応液に加えて同様にLAMP増幅し、電気泳動を行った。
λ-DNA LAMP用プライマー:
FIP; 5'-TCCCCTCAGAACATAACATAGTAATGCGGTAAGTCGCATAAAAACCATTC-3'(配列番号7)
RIP; 5'-TGAAAATTCCCCTAATTCGATGAGGTCGGCGCATAGCTGATAACAAT-3'(配列番号8)
F3; 5'-GCTTATCTTTCCCTTTATTTTTGC-3'(配列番号9)
R3; 5'-GCTGATCGGCAAGGTGTTCT-3'(配列番号10)
(FIP、RIPはそれぞれForward Inner Primer、Reverese Inner Primerを、F3、R3はそれぞれForward Outer Primer、Reverse Outer Primerを示す。)
For comparison, only PSA primer and λ-DNA primer were added to the reaction solution, and LAMP amplification was performed in the same manner, followed by electrophoresis.
Primer for λ-DNA LAMP:
FIP; 5'-TCCCCTCAGAACATAACATAGTAATGCGGTAAGTCGCATAAAAACCATTC-3 '(SEQ ID NO: 7)
RIP; 5'-TGAAAATTCCCCTAATTCGATGAGGTCGGCGCATAGCTGATAACAAT-3 '(SEQ ID NO: 8)
F3; 5'-GCTTATCTTTCCCTTTATTTTTGC-3 '(SEQ ID NO: 9)
R3; 5'-GCTGATCGGCAAGGTGTTCT-3 '(SEQ ID NO: 10)
(FIP and RIP are Forward Inner Primer and Reverese Inner Primer, respectively, and F3 and R3 are Forward Outer Primer and Reverse Outer Primer, respectively.)
2.結果
図7及び8に示すように、2種のプライマーを用いてLAMP増幅したグラフは、各々単独のプライマーでLAMP増幅したときのグラフを重ね合わせたものに近い。このことから、複数のサンプルについても同時解析が可能であることが確認された。
2. Results As shown in FIGS. 7 and 8, the graph obtained by performing LAMP amplification using two kinds of primers is close to a graph obtained by superimposing the graphs when LAMP amplification is performed by using each single primer. From this, it was confirmed that a plurality of samples can be analyzed simultaneously.
配列番号2−人工配列の説明:プライマー
配列番号3−人工配列の説明:プライマー
配列番号4−人工配列の説明:プライマー
配列番号5−人工配列の説明:プライマー
配列番号7−人工配列の説明:プライマー
配列番号8−人工配列の説明:プライマー
配列番号9−人工配列の説明:プライマー
配列番号10−人工配列の説明:プライマー
SEQ ID NO: 2-description of artificial sequence: primer SEQ ID NO: 3-description of artificial sequence: primer SEQ ID NO: 4-description of artificial sequence: primer SEQ ID NO: 5-description of artificial sequence: primer SEQ ID NO: 7-description of artificial sequence: primer SEQ ID NO: 8-description of artificial sequence: primer SEQ ID NO: 9-description of artificial sequence: primer SEQ ID NO: 10-description of artificial sequence: primer
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