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JP4375607B2 - Oligonucleotides specific for Clostridium bifermentans DPH-1 strain and use thereof - Google Patents
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JP4375607B2 - Oligonucleotides specific for Clostridium bifermentans DPH-1 strain and use thereof - Google Patents

Oligonucleotides specific for Clostridium bifermentans DPH-1 strain and use thereof Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株に特異的なオリゴヌクレオチド、及び、クロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株の検出方法、定量化方法等に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地下水や土壌などが重金属や有機化合物などによって汚染されていることが問題となっている。なかでも特に問題となっているのが、毒性が指摘され、水質汚濁防止法等により有害物質として規制されているトリクロロエチレン(TCE)やテトラクロロエチレン(PCE)などの有機塩素化合物による汚染である。これらの有機塩素化合物はクリーニング用洗浄溶剤や金属部品の脱脂洗浄、製品の原料などとして30年以上前から諸産業で有用な溶剤として用いられてきている。現在までに、PCE、TCEは以下のような毒性を持つことが分かっている。急性毒性としては中枢神経の抑圧、皮膚障害、腎臓や肝臓の障害など、微量を長期間摂取した場合の慢性毒性としては指の麻痺、呼吸器や心臓への障害、視覚・聴覚障害などである。また、発がん性も指摘されており、報告されている癌への関与は肝臓ガン、食道ガン、子宮頸部ガン、非ホジキンリンパ腫などである。また、PCE、TCEは土壌中に浸出すると、微生物の働きにより、cis-1,2-ジクロロエチレン(cDCE)へ分解されることも分かってきている。
【0003】
PCEの人工的な浄化法としては、物理化学的手法と生物学的手法の2種類が考えられる。物理化学的手法では、PCEの揮発しやすいという性質を活かした「土壌ガス吸引技術」や「地下水揚水曝気技術」が開発・実用化されている。生物学的手法では、微生物などを利用して汚染環境を浄化するバイオレメディエーション(bioremediation)や、植物を利用したファイトレメディエーション(phytoremediation)が考えられている。前者のバイオレメディエーションは、基本的には分解や変換が可能な有機汚染物質が対象となるが、重金属のように金属そのものを除去しなければならない場合には、土壌から抽出して濃縮しなくてはならない。このような場合には後者のファイトレメディエーションの利用が可能である。ファイトレメディエーションで植物体に濃縮された重金属などは、燃焼させた後 、取り出し、最終処分を行う必要がある。
【0004】
バイオレメディエーションは微生物利用の形態から3つの方法に分類される。一つ目の方法はバイオスティミュレーション(biostimulation)と呼ばれる方法で、リンや窒素などの無機栄養塩類やエネルギー源となる基質を添加したり、酸素を吹き込んだりすることによって汚染現場に既に生息している汚染物質分解微生物の分解能力を活性化し浄化するものである。二つ目の方法はバイオオーギュメンテーション(bioaugmentation)と呼ばれるもので、純粋培養した分解微生物や、集積培養した分解微生物群を外部から投入し浄化を行わせる方法である([非特許文献1]参照)。三つ目の方法はナチュラルアテニュエーション(natural attenuaion)と呼ばれるもので、自然の浄化作用で分解されるのに任せて、どの程度分解されていくかをモニタリングするのものである。このようなバイオレメディエーション技術は現在、利用するプロセスにより以下の4種類に分類される。
●固体処理 (Solid phase bioremediation)
汚染した土壌を掘削・山積みにし、空気または酸素を通気しさらに水分や栄養塩類を添加して、土壌中の好気性微生物の活性を上げて浄化する方法。石油汚染の浄化に有効なバイオパイルに代表される。
●スラリー処理 (Slurry phase baioremediation)
汚染土壌に水を加え、スラリー状にし、これを反応層中に移し、分解微生物や栄養物質を添加し、攪拌混合して処理する方法。汚染物質が難分解性でかつ高濃度である場合に適している。
●原位置処理 (In situ bioremediation)
有機物質で汚染された土壌に窒素やリンなどの栄養塩類さらに有機物、酸素、必要に応じて分解微生物を注入して微生物の活性を高める方法。
●バイオリアクター(Bioreactor)
汚染した地下水を汲み上げて地上で反応装置を用いて処理する方法。排水および排ガスの処理に適用できる。
【0005】
バイオレメディエーションを効率よく行なうためには、汚染現場の実態(汚染の広さ、汚染物質の量や濃度、分解菌の有無)を知る必要があり、その結果を踏まえた上で処理方法を決定する必要がある。このようなことから、PCE等の有害物質を分解する分解菌の検出・定量化法の確立が強く求められている。
【0006】
現在、環境中の全微生物からDNAなどを抽出・増幅することができるようになったため、微生物群集の解析には、分子生物学的手法が用いられるようになっている。その基本は16SリボソームDNA(16SrDNA)の解析である。16SrDNAの配列を決定することで、各生物種の情報が得られることから生物系統進化・分類研究の有力な資料となっておりデータベース化されている(Ribosomal Database Project II:http://rdp.cme.msu.edu.html/)。これら分子生物学的手法を用いた微生物群集の解析は、大きくPCR(Polymerase Chain Reaction)法を用いた系統解析と遺伝子解析に基づく特定種の検出という2つの目的に分類される。
前者の系統解析を用いた方法は、環境サンプル中の混合微生物群集の遺伝子断片を増幅・分離した後、クローン化された各塩基配列から環境中に存在する微生物の系統を推察する方法で、アクリルアミドゲルに変性剤で濃度勾配をもたせて電気泳動を行ない分離するPCR-DGGE(Denatureing Gragient Gel Electrophoresis)法、PCR産物を制限酵素処理し、電気泳動によりその断片を検出するT-RFLP(Terminal-Restrictuin Fragment Length Polymorphisms)法、PCR反応自体に定量性を持たせる定量的PCR法などがある(例えば[非特許文献2]等を参照)。
後者の遺伝子解析をもとにした方法には、各微生物の遺伝子配列に特異的なオリゴヌクレオチドを用いて特定種を検出する方法でFISH(Fluorescent in situ Hybridization)法などがある。この方法は、微生物からDNAを抽出することなく微生物のまま蛍光色素などで標識し、観察・検出する方法である。DNAの抽出やPCRの増幅効率による影響を受けずに微生物を観察できる点でPCR法を用いた方法に比べて優れている。
【0007】
そして、従来、PCEを分解する働きを持つ有力な微生物の一つとして、クロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株(Clostridium bifermentans DPH-1株)が知られている([非特許文献3]参照)。
【0008】
【非特許文献1】
加来伸夫,渡辺一哉,石油汚染バイオレメディエーションの安全性評価,生物工学会誌,80,527-529(2002)
【非特許文献2】
Katsuji Tani, Masahiro Muneta, Kanji Nakamura, Katsutoshi Shibuya, and Masao Nasu Monitoring of Ralstonia eutropha KT1 in Groundwater in an Experimental Bioaugmentation Field by In Situ PCR Appl. Envrion. Microbiol., 68,412-416,2002
【非特許文献3】
Chang Y. C.Hatsu,K. Takamizawa,Isolation and characterization of a tetrachloroethylene dechlorination bacterium,Clostridium bifermentans DPH-1.,J.Biosci.Bioeng,89,489-491,2000
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、上述したクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株に特異的なオリゴヌクレオチドを利用することにより、クロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株をより簡易に検出、定量化できる方法を確立することを課題とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、以下の(1)〜(5)に記載した発明が構成される。
(1) 配列表の配列番号1及び配列番号3に記載の塩基配列からなるとともに、PCR法におけるプライマーとして機能することでクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株の16SrDNAの特定領域を選択的に増幅させることのできるオリゴヌクレオチドセット
(2) 検体中に存在するクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を検出する方法であって、
(1)に記載のオリゴヌクレオチドセットをPCR法におけるプライマーとして機能させることで検体中に存在するDNAの増幅を試みる第1のステップと、
前記第1のステップにおいて検体中のDNA濃度が増加した場合に、その検体中にクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株が存在していると判定する第2のステップと、を有することを特徴とするクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を検出する方法。
(3) 検体中に存在するクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を定量化する方法であって、
(1)に記載のオリゴヌクレオチドセットを定量的PCR法におけるプライマーとして機能させることでDPH−1株の初期DNA濃度と閾値を越えたときのサイクル数との相関関係を予め決定しておく第1のステップと、
検体中に存在する微生物のDNAを前記第1のステップで使用したプライマーを用いて定量的PCR法により増幅させてその増幅させたDNAの量が特定の閾値を越えたときのサイクル数を決定する第2のステップと、
検体中に存在するDPH−1株の初期DNA濃度を、前記第1のステップで決定した初期DNA濃度と閾値を越えたときのサイクル数との相関関係に基づいて、前記第2のステップにおいて決定したサイクル数より逆算して求める第3のステップと、を有することを特徴とするクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を定量化する方法。
(4) 配列表の配列番号8に記載の塩基配列からなるとともに、FISH法におけるプローブとして機能することでクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株の16SrDNAの特定領域に選択的にハイブリダイゼーションすることのできるオリゴヌクレオチド。
(5) 検体中に存在するクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を検出する方法であって、
(4)に記載のオリゴヌクレオチドをFISH法におけるプローブとして機能させることで検体中に存在するDNAとのハイブリダイゼーションを試みる第1のステップと、
前記第1のステップにおいて検体中に存在するDNAとのハイブリダイゼーションが確認された場合に、その検体中にクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株が存在していると判定する第2のステップと、を有することを特徴とするクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を検出する方法。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、「1.リアルタイム定量的PCR法による解析について」、「2.FISH法によるクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株の検出」の2つのセクションに大別して詳細に説明する。
【0012】
1.リアルタイム定量的PCR法による解析について
〔PCR法の原理について〕
まず、PCR法及び定量的PCR法の原理について簡単に説明する。
PCR(Polymerase Chain Reaction)法とは、特定のDNA配列を短時間で大量に増幅する技術である。原理は、2本鎖DNAを1本鎖にする熱変性(denature)、1本鎖DNAに相補的な配列を持つオリゴヌクレオチドプライマを結合させるアニーリング(annealing)、そして、DNAの伸長反応を行なう伸長反応(extension)の3つのステップからなる反応を1サイクルとし、数十サイクル行ない目的とするDNA配列を増幅する。
理論的には1コピーの遺伝子が1サイクルで2倍に増えるのでn回のサイクルで2nコピーとなる。しかし、実際はサイクル初期の増幅効率の悪さや酵素の失活や基質の消費によるPCR反応効率低下(プラトー効果)が起こるため、増幅したコピー数は理論値よりも低く初期鋳型量をI、生成物の増幅率をE、サイクル数をnとすると下記の[1式]のようになる。
y=I×En(1≦E≦2) ・・・・・・[1式]
定量的PCR(quantitative PCR)法には、2つの解析方法がある。1つ目は、PCR反応で反応生成物がある程度の量までは指数関数的に増加し、その後プラトーに達するという特徴を利用し、指数関数的増加期に反応生成物量を解析し、初期鋳型量を算出する方法。2つ目は、反応生成物をリアルタイムでモニタリングすることにより、反応生成物量がある一定の値(threshold)を超えるPCRサイクル数(Ct)を決定する方法。どちらの解析方法にしても既知濃度のDNA量を変化させPCRを行ない、各サイクル数における反応生成物を解析し、そのカイネティクスから定量性のあるPCRサイクル数範囲を決定することが必要である。その結果をふまえて、未知のサンプル中における目的遺伝子の存在量を概算する。
【0013】
〔共試菌株からのDNA抽出〕
クロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株(以下、単にDPH-1株と称する場合がある)からのDNAの抽出は、以下のようにして行った。
125ml容バイアル瓶に95mlのMY培地を入れ、ビタミン溶液(ρ-アミノ安息香酸0.1mg/100mlとビオチン0.0001mg/100ml)と鉄溶液(硫酸鉄・7水和物 0.02g/l)をそれぞれ1%(v/v)ずつ添加し、PCE分解を確認したDPH-1株の培養液を3%(v/v)植菌し、全量を100mlとし、37℃のインキュベーターで1日間静置培養した。MY培地の組成は図1に示す通りである。
作成した培養液100mlを遠心分離(8,000rpm,10min,4℃)し、菌体をペレットとした。そこにTE buffer(Tris 10mM、EDTA・2NA 1mM、pH 8.0)を6ml加え再懸濁した後、細胞膜の浸透性を高めるためFreeze-and-thawサイクル(-80℃で凍結し、直ちに50℃で融解)を5回繰り返し行なった。リゾチーム(Lysozyme)を10mg添加し、穏やかに攪拌した (ボルテックスミキサーの使用は控えた方がよい。以下の攪拌工程においても同様) 。10% SDSを750μl、20 mg/ml protenase K 75μlを添加し、攪拌し、37℃で2時間インキュベートした。5M NaCl 2.7ml、CTAB/NaCl(270mM CTAB(cetyltrimethylammonium bromide),70mM NaCl) 2.25mlを添加し、攪拌した後、65℃で20分間インキュベートした。反応液が常温になるまで放置し、等量のCIA(Chloroform: Isoamyl alcohol=24:1)を添加し、1時間穏やかに攪拌した。遠心分離(8,000rpm,10min,4℃)を行い、上清を別の遠心管に分取した。分取した上清と等量のPCI(natural Phenol:Chloroform:Isoamyl alchol=25:24:1)を加えて攪拌し、上清を別の遠心管に分取した。分取した上清Xmlに対して10%(v/v)にあたる0.Xmlの3M 酢酸ナトリウム(pH 5.2)を加え攪拌した後、等量のイソアミルアルコールを添加し、室温で10min放置した。遠心分離(12,000rpm,10min,4℃)を行ない、上清を取り除いた。冷却した70% エタノール 3mlを添加し、遠心管の内部を洗浄するように静かに攪拌した。遠心分離(12,000rpm,2min,4℃)を行ない上清を取り除いた。デシケーターを用いてペレットを乾燥し、TE buffer 1.5mlを添加し4℃で一晩放置し、溶解させた。
【0014】
〔電気泳動による抽出したDNAの確認〕
抽出されたDNA 1μlを含む電気泳動サンプル(DNA loading buffer (-XC:キシレンシアノール)2μl、ddH2O 9μl)を調整し、電気泳動槽に電気泳動アガロースゲル(0.7% アガロース、0.5μl/ml 臭化エチジウム)を設置した後、分子量マーカーとしてλEcoT14Idigestを10μl、サンプルを12μlずつウェルに入れた。100Vで30分間電気泳動を行ない、UVトランスイルミナーター FASIII(東洋紡績株式会社)により、画像解析を行なった。
【0015】
〔RNAの処理〕
得られたDNAにはRNAが含まれているため、RNAの除去を行なった。上述の操作により得られたDNAに対し、10mg/ml RNase Aを1%(v/v)添加し、37℃で1時間インキュベートした。その後、等量のPCIを加えて、5〜10分間穏やかに攪拌した。遠心分離(13,000rpm,5min,4℃)を行ない水相を新しいエッペンドルフチューブに分取した。分取した水相Xmlに対して10%(v/v)にあたる0.Xmlの3M酢酸ナトリウムと等量のイソアミルアルコールを加えてよく攪拌し、室温で2分間放置した後、遠心分離(13,000rpm,5min,4℃)し、上清をマイクロピペッターで取り除いた。70%冷エタノールを1ml加えてエッペンドルフチューブ内を洗浄するように攪拌した後、 遠心分離(13,000rpm,2min,4℃)し、上清をマイクロピペッターで取り除いた。得られたペレットを凍結遠心乾燥機で乾燥させ、等量のTE bufferを加えて一晩放置し、溶解させた。
【0016】
〔PEG沈殿〕
ポリエチレングリコール(PEG)は、H-(O-CH2-CH2)n-OHの構造を持つ高分子エーテルアルコールで、重合度nによって様々な分子量を持つものが存在する。PEGはDNAの水和水を奪うことで、DNA分子の凝集を促進して沈殿させるものと考えられる。このとき、RNAはDNAに比べ、リボースの2位の水酸基の分だけ親水性が高い。そのため凝集が起きにくく沈殿しないため溶液と共にRNAを除去することが可能となる。
Rnase処理を行なったDNAサンプルに等量のPEG溶液(13%ポリエチレングリコール(PEG8000;平均分子量7,000〜9,000), 1.6M NaCl)を添加し、よく攪拌し、氷中にて4℃で一晩放置した。その後、遠心分離(13,000rpm,2min,4℃)し、上清をマイクロピペッターで取り除いた。70%冷エタノールを1ml加えてエッペンドルフチューブ内を洗浄するように攪拌した後、 遠心分離(13,000rpm,2min,4℃)し、上清をマイクロピペッターで取り除いた。得られたペレットを凍結遠心乾燥機で乾燥させ、等量のTE bufferを加えて一晩放置し、溶解させた。
【0017】
〔DNA濃度の測定〕
核酸溶液(ここではDNA)の濃度測定を行なう場合、測定するサンプル量が極めて微量であるためサンプルを適当な濃度になるように希釈したものを試料溶液として測定する。通常核酸溶液は、分光光度計により260nmという短波長で測定されるが、その際、溶液中のタンパク質の混入も無視できないため、同時に280nmでの吸光度も測定する必要がある。測定されたO.D.260 (qとする) O.D.280(pとする)を用いて、下記の[2式]式により溶液中のタンパク質、フェノールの混入を確認することができる。このことは、例えば、文献「中山広樹著、バイオ実験イラストレイテッド 1、1995、秀潤社」等に開示されている。
p/(r-q)=1.8〜2.0 ・・・・・・[2式]
(1.8≦の場合、タンパク質・フェノールの混入)
また、試料とした核酸の性状により吸光係数が異なるため、試料中の核酸の性状に適した吸光係数を考慮する必要がある。2本鎖DNAの場合、吸光係数は0.05であり、その際の濃度単位はμg/μlである。そのため、核酸濃度は[3式]によって得られる。
核酸濃度(μg/μl)=得られたO.D.260×希釈倍率×0.05 ・・・・・・[3式]
核酸測定用石英セル(容量400μl)及びTE bufferを用いて、Ultrospec2000(Pharmacia Biotech)により、波長260nmの校正を行なった。校正後、直ちに波長280nmに変え、その際の吸光度を確認した。RNase処理、PEG沈殿によりRNAを除去したDNA溶液をTE bufferを用いて、50倍、100倍、200倍希釈したものを試料溶液とし、各試料溶液についてO.D.260を測定し、直ちに波長を280nmに変え、O.D.280を測定した。測定されたO.D.260 (qとする) O.D.280(pとする)の比から、溶液中のタンパク質、フェノールの混入を確認し、核酸濃度を算出した。
【0018】
〔16SrDNAの増幅〕
Rnase処理、PEG沈殿処理によりRNAを除去したDNA溶液を鋳型とし、16SrDNAの増幅を行なった。4μMに調整したバクテリアforwardプライマー27Fとユニバースreverseプライマー1525Rを2μlずつ、ddH2Oを20.5μl、鋳型を0.5μl入れ全量25μlの反応系を調整した。このときに用いたプライマーの塩基配列を図2に示す(配列番号5及び配列番号6)。調整した反応系の中に、DNAポリメラーゼとしてEx Taq premix(TAKARA)を25μl入れPCRを行なった。このときのPCR反応条件は、図3に示す通りである。反応終了後、核酸精製用スピンカラムを用いて、PCR産物の精製を行なった。精製されたPCR産物は、電気泳動を行い(但し、DNA loading bufferは、-XCではなく-BPBを用いた。)、目的とする遺伝子の増幅がなされていることを確認した。
【0019】
〔塩基配列の決定について〕
本実施の形態では、塩基配列の決定にオートシークエンサーABI310(Applied Biosystems)を用いた。PCR産物3μl、10×シークエンシングプライマー1μl、Dye solution 1μl、希釈液(1.5M Tris pH 8.8 267μl、3M MgCl2 3μl、H2O 730μl) 3.5μl、ジメチルスルホン酸(DMSO) 1μl、ddH2O 10.5μlを混合し、全量20μlの反応系を調整し、シークエンス反応を行なった。シークエンス反応産物は、余分な塩・色素などを取り除くため、シークエンス反応精製スピンカラムを用いて精製を行なった。凍結遠心乾燥機を用いてシークエンス反応産物を凍結乾燥した。Template Supplession Reagent(TSR)を12μl加え、1時間振とうした。その後、95度で2分間denatureを行なった後、サンプルを0.5mlシークエンス用チューブに入れ、オートシークエンサーABI310にて塩基配列を決定した。
【0020】
〔プライマーデザイン〕
オートシークエンサーにて得られた塩基配列は、Ribosomal Database Project( HYPERLINK http://www.cme.msu.edu/RDP/) http://www.cme.msu.edu/RDP/)のCHIMERA CHECKを行なった後、National Center for Biotechnology Information (NCBI: http://www.nibi.nlm.nih.gov/)のBLASTにより多重アライメントを行い、その結果から類縁種の16SrDNA配列を選択した。そして、得られた配列をDNASIS、 Seq pop及びClastal W1.6.1により多重アライメントを行なった。アライメントを行なった配列を目視にて、目的菌株と類縁種において異なる塩基配列を示す場所をプライマーの長さ及びTm(Melting Temperature)値に注意し、20mer程度の領域をいくつか選択した。また、Oligo 4.0-sを用いて、16SrDNAの配列から最適プライマー領域を検索した。その際、Tm値、ヘアピン構造の有無に注意した。リアルタイム定量的PCRでは、伸長反応のとき、増幅産物は完全な長さで増幅されて増えていくことを前提条件としているため、伸長反応時間内で完全に増幅できるように増幅産物の長さは200bp以下になるように増幅産物の長さにも注意した。そして、最終的にDNASIS、NCBIのBLASTによる多重アライメントの結果、アライメント配列の目視及びOligo 4.0-sによる最適プライマー領域の検索結果を総合的に評価してプライマーの設計を行なった。
【0021】
〔プライマー評価〕
抽出・精製されたDPH-1株のDNAを用いて、設計したプライマーの評価を行なった。設計したプライマーは、1130F(forward)、1226R(reverse)、1294R(reverse)、1211F(forward)の4種類であり、それぞれの塩基配列は図4に示す通りである(配列番号1〜配列番号4)。プライマーの組合せは、1130F+1294R、1211F+1294R、1130F+1230RでPCRを行なった。このときのPCR反応条件は図5に示す通りである。反応終了後、電気泳動を行ないUVトランスイルミネーターFASIIIにより画像解析を行なった。各プライマーセットにおける増幅産物を比較し、各プライマーの評価を行なった。プライマーの評価を行なった後、DPH-1株のときと同様の手順で、E.coli JM109株、Bacillus sp.、Methanothermobacter sp. RHT-3、C.paraputrificum、Clostridium sp. RHT-4よりDNA抽出・精製を行ない、各プライマーセットによりPCRを行なった。反応終了後、電気泳動を行ないUVトランスイルミネーターFASIIIにより画像解析を行なった。
【0022】
〔リアルタイム定量的PCRによるDPH-1の検出〕
本実施の形態では、リアルタイム定量的PCRはABI7700(Applied Biosystems)を用いて行なった。そして、検出色素には、SYBR Green 1を使用した。SYBR Green 1は、2本鎖DNAに結合して蛍光を発する性質を持つ物質である。
SYBR Green 1を用いたアッセイの原理は、最初に鋳型となる2本鎖DNAに結合して蛍光を発する。次に、denatureにより2本鎖DNAが1本鎖DNAになるとSYBR Green 1はDNAから外れ、蛍光が減弱する。Annealingとextension反応を経て、PCR産物の増幅が起こり、extension反応終了後にSYBR Green 1が再び2本鎖DNAに結合することによって全体の蛍光が増加する。
ABI7700では、各サイクルの反応終了後にCCDカメラにより蛍光を記録し、プロットしていくことでリアルタイムでの増幅産物の定量を行なっている。
【0023】
〔純粋培養におけるDPH-1株の検出、標準曲線の作成〕
純粋培養したクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株からDNAを抽出・精製し、DNA濃度の測定を行なった。このDNAを既知濃度のサンプルとして標準曲線を作成した。また、定量的PCRには、qPCRTMMastermix for SybrTM Green1(EUROGENTEC)を使用した。ddH2Oを6.25μl、1130Fと1294Rを2.5μlずつ、SYBR Green1を0.75μl、鋳型をDNA 0.5μl、2×reaction buffer(dNTPs(dUTPを含む),Hot Goldstar DNA polymerase,Uracil-N-Glycosylase 5mM MgCl2 ROX)を12.5μlを加えて、全量25μlの反応系を調整した。調整した反応液を96well プレートに移し、ABI7700を用いてリアルタイム定量的PCRを行い、データの解析を行なった。このときの定量的PCRの反応条件は図6に示す通りである。
【0024】
〔リアルタイム定量的PCR条件下でのプライマー評価〕
C.bifermentans DPH-1、C.paraputrificum、Clostridium sp.RHT-4、E.coli、Bacillus sp.のゲノムをそれぞれ10ngずつ用意し、リアルタイム定量的PCRを行い、プライマーの特異性の評価を行なった。
また、環境中には、数多くの種の微生物が住んでおり、共存関係を取りながら生きており、単独で生活していることは稀である。そのため、その他の微生物との共生関係が定量的PCRの結果にどのような影響を与えるかを調べるため、C.bifermentans DPH-1株と他の微生物1種類の培養液を混合し、一緒にDNA抽出を行なった。そして、リアルタイム定量的PCRを行ない、その影響について調べた。なお、各微生物の菌数は、図7(C.paraputrificum strain M21)、図8(Bacillus sp.)、図9(E.coli)に示す培地を用いてそれぞれプレートカウント法によって確認した。
【0025】
〔結果〕
(1)FISH法及びリアルタイム定量的PCRには、オリゴヌクレオチドプライマー及びプローブが必要であるため、これらがDPH-1株に対して特異的に作用する領域を決定する必要がある。
そこで、本実施の形態では、初めに全16SrDNAについて検討を行ない、次いでClostridium属細菌に特異的な領域を検討した。本実施の形態では、主に、16SrDNA配列における発現領域(V領域:variable regions、V1〜V10まで存在)に注目し、中でも細菌属に特異的な配列多く存在するといわれているV2、細菌種に特異的な配列が多く存在しているといわれるV3という2つの領域(339〜539、E.coli numbering)をターゲットとし特異的領域を検討した。その結果、クロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株に特異的であろうと推測される幾つかの領域が得られた。得られた領域をもとに、これらの領域を増幅できるプライマー領域を検討した。その結果、DPH-1株に特異的であると思われるプライマーを4つ設計することができた(配列番号1〜配列番号4)。設計されたプライマーの評価として、プライマーセット(1130F+1294R)により、供試菌株、グラム陰性菌とその他のグラム陽性菌を用いてPCRを行なった。このPCRにより増幅させた16SrDNAの電気泳動による解析結果を図10に示した。図10に示す写真において、上側に付された1〜6の番号及びMの記号は、1:DPH-1株、2:C.praputrificum、3:Methanothermobacter sp.RHT-3、4:Clostridium sp.RHT-4、5:E.coli、6:Bacillus sp.、M:100bp markerによる結果であることをそれぞれ示している。この結果より、DPH-1株で目的とするサイズのバンド(約150bp)が増幅されていることが確認された。また、それ以外の微生物では増幅が見られなかったことから、設計したプライマーはDPH-1株に特異的なものであることが判明した。
【0026】
(2)また、プライマーセットの一例として、プライマーセット(1130F+1294R)を使用し、リアルタイム定量的PCRにより標準曲線を描いた。得られた標準曲線の一例を図11に示す。標準曲線の式は、
Ct=−2.969(LogC0)+22.428 r2=0.9961
C0:初期DNA濃度
Ct:閾値を越えたときのサイクル数
となった。これにより、検体中に存在するDNAを130Fと1294Rのプライマーセットを用いて増幅させ、SYBR Green 1を用いて1130Fと1294Rのプライマーセットを使用してDPH-1株を定量化することが可能であることが判明した。
【0027】
すなわち、本実施の形態では、検体中に存在するDPH-1株の存在量を、以下の(a)〜(c)のステップにより定量化する方法を確立することができた。
(a)リアルタイム定量的PCRにより、DPH-1株の初期DNA濃度C0と閾値を越えたときのサイクル数Ctとの相関関係を、標準曲線を示す式やグラフなどの形で予め決定しておく。このとき、PCR反応には、DPH-1株の16SrDNAの特定領域を特異的に増幅させるプライマーとして機能する、配列番号1〜配列番号4のいずれかに記載の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを用いる。このようなプライマーとして、例えば図4に記載した4つのプライマー(1130F、1226R、1294R、1211F)を用いることができる。
(b)検体中に存在する微生物のDNAを、(a)のステップで使用したプライマーを用いてリアルタイム定量的PCRにより増幅させる。そして、増幅させたDNAの量が特定の閾値を越えたときのサイクル数Ctを決定する。
(c)検体中に存在するDPH-1株の初期DNA濃度C0を、(a)で決定したC0とCtとの相関関係(標準曲線を示すグラフや式)に基づいて、(b)で決定したサイクル数Ctより逆算して求める。
【0028】
(3)プライマーセットの一例として、プライマーセット(1130F+1294R)のDPH-1株に対する特異性を調べた結果を図12に示す。
DPH-1株は、10ng中9.73ngを定量することができ、その他には、Clostridium sp. RHT-4がほんの僅かに検出されただけで、それ以外は検出されないという結果となり、特異的にC.bifermentans DPH-1株を検出できることが判明した。
【0029】
(4)DPH-1株と他の微生物とを混合したサンプルからDNAを抽出し、プライマーセット(1130F+1294R)を用いて定量的PCRを行なった結果を図13に示す。C.paraputrificum、Clostridium sp.RHT-4、E.coli、Bacillus sp.を混合したすべてのケースにおいて、DNAの検出ができた。また、C.paraputrificumを除き概ねコントロールである DPH-1株と同レベルぐらい検出することができた。したがって、他の微生物が共存しているような条件からでも、本実施の形態において設計した4つのプライマー(配列番号1〜配列番号4)を用いてPCRを実行することにより、検体中に存在するDPH-1株を特異的に検出できることを確認することができた。
【0030】
すなわち、本実施の形態では、検体中に存在するDPH-1株を、以下の(a)〜(b)のステップにより検出する方法を確立することができた。
(a)配列番号1〜配列番号4のいずれかに記載の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドをPCR法におけるプライマーとして機能させて、検体中に存在するDNAの増幅を試みる。
(b)前記(a)の操作によって検体中のDNA濃度が増加した場合に、その検体中にクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株が存在していると判定する。
【0031】
2.FISH法によるクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株の検出
以下では、DPH-1株のDNAの特定領域に特異的に作用するオリゴヌクレオチドを、FISH法におけるプローブとして用いることでDPH-1株を検出する方法について説明する。
【0032】
〔FISH法の原理について〕
FISH(Fluorescence In Situ Hybridaization)法は、ある特定の遺伝子配列を標的として、蛍光色素などで標識した1本鎖DNAを相補性部位にハイブリダイゼーションさせて顕微鏡下で直接的に検出する方法である。本来、この方法は、染色体の遺伝子座を決定するために開発された技術である。近年では、遺伝子座の決定だけでなく細菌などの組織中のDNAやRNAの局在性の分析にも使われる。FISH法は、R. I. Amannの方法にしたがって行なった。この方法は、例えば文献「Amann, R.I.:in situ identification of micro-organisms by whole cell hybridization with rRNA-targeted nucleic acid probe.Molecular microbial ecology manua InMOLECULAR ECOLOGY MANUAL. Edited by A.D.L.Akkermans, J. D. van Elsas & R. J. de Brujin. Kluwer Academic Publishers, London (1995)」等に開示されている。
【0033】
〔供試菌株の固定化について〕
<試薬>
・ 1× Phosphate buffered saline (PBS)
3×PBSを1×PBSとなるようにddH2O(滅菌済み)で希釈した。
3×PBS
390mM NaCl
30mM Na2HPO4
pH7.2
・4%パラホルムアルデヒド固定液
(あらかじめ調整しておいた20%パラホルムアルデヒド(1ヶ月保存可能、要冷蔵)をddH2O(滅菌済み)で4%に希釈した。また、20%パラホルムアルデヒドは、ドラフトの中で粉末(パラホルムアルデヒド)にddH2Oを加え、10M NaOHを数滴加えながら50〜60℃で温めて溶かした。)
MY培地において培養したDPH-1株の新鮮な培養液300μlを1.5ml容エッペンドルフチューブに移し、3倍量の4%パラホルムアルデヒドを添加し、4℃で一晩放置し、固定化した。固定化した菌体は、遠心分離(8000rpm,15min,4℃)して上清をマイクロピペッターで除去した。固定化した菌体に1×PBSを500μl加えて再懸濁し、遠心分離(8000rpm,10min,4℃)して、上清をマイクロピペッターで除去した。1×PBSを10μl加えて、細胞壁浸透性の改善のため、freeze-and-thawサイクルを5回繰り返した。等量のエタノール(氷冷済み)を添加し、ボルテックミキサーを用いてよく攪拌した。これを菌体固定化溶液とし、使用するまで-20℃で保存した。
【0034】
〔ハイブリダイゼーション用スライドガラスの調整〕
<試薬>
・ スライドコーティング水溶液
0.1% ゼラチン
0.01% 硫酸カリウムクロム(III)
10% 硫酸カリウムクロム水溶液を作成し、使用時に希釈して使用。
8穴(φ8mm)のハイブリダイゼーション用スライドガラスを洗浄液に1時間浸し(アルカリ処理)、スライドガラスの表面の洗浄を行なった後、ddH2Oですすぎ、風乾した。ウォーターバスにより、あらかじめ70℃にしておいたスライドコーティング水溶液にスライドガラスを浸し、ゼラチンコーティングを行なった。その後、風乾した。
【0035】
〔ゼラチンコーティングスライドガラスへの菌体固定〕
保存しておいた菌体固定液3μlをゼラチンコーティングしたスライドガラスのウェルに添加し、風乾した。風乾した後、50%、80%、99.5%エタノールの順番にそれぞれ3分ずつ浸し、固定化菌体を脱水固定し、再び風乾した。
【0036】
〔ハイブリダイゼーション〕
<試薬>
・ハイブリダイゼーション緩衝液
2×ハイブリダイゼーション緩衝液(pH 7.2)
1.8M NaCl
40mM Tris-HCl
1% SDS
x% ホルムアルデヒド
ハイブリダイゼーション緩衝液は、上記の組成の通り2×ハイブリダイゼーション緩衝液をあらかじめ調整しておいたものを用意しておき、各終濃度が1×ハイブリダイゼーション緩衝液、0.1% SDS、x% ホルムアルデヒド(x:例.バクテリアプローブEUB338の場合5%、古細菌用プローブARC915の場合35%)となるように調整し、ハイブリダイゼーション緩衝液とした。
<操作>
ハイブリダイゼーション緩衝液を浸した密閉容器をウォーターバスを用いてあらかじめ62℃に設定し、これを恒温チャンバーとした。菌体を固定化したスライドガラスの上に50ng/μlに調整したプローブ(図14参照)1.0μlを含む9.0μlのハイブリダイゼーション緩衝液を滴下し、恒温チャンバーに素早く移動し、62℃で2時間ハイブリダイゼーションを行なった。なお、この作業以降、全ての作業は遮光して行なった。ハイブリダイゼーションが終了した後、恒温チャンバーからスライドガラスを取りだし、あらかじめ62℃で温めておいたハイブリダイゼーション緩衝液を用いてスライドガラスからプローブを洗い流し、ハイブリダイゼーションを停止した。2重染色を行なう場合は、この作業をもう一度行なった。その時、Td(dissolved temperature)値に注意し、Td値の高いものからハイブリダイゼーション行なった。ハイブリダイゼーション緩衝液50mlが入った遠心管にスライドガラスを浸し、62℃で20分間インキュベートした。その後、ddH2Oでスライドガラスを洗浄し、余分な塩を取り除いた。スライドガラスを風乾し、グリセロールとPBSを1:1で混合させたものに0.1%(w/v)パラフェニレンジアミンを加えたものをスライドガラスのウェルに滴下し、カバーガラスを被せた後、共焦点レーザー顕微鏡(confocal laser scanning microscope :CLSM)により観察を行なった。
【0037】
〔ハイブリダイゼーション条件の最適化〕
最適ホルムアルデヒド濃度を決めるため、ハイブリダイゼーション緩衝液中のホルムアルデヒド濃度を0%、5%、10%と変化させてハイブリダイゼーションを行なった。共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察を行ない、得られた画像を用いて、各ホルムアルデヒド濃度におけるハイブリダイゼーション効率を評価した。
【0038】
〔ハイブリダイゼーションプローブの評価〕
本実験で設計したプローブを評価するため、グラム陰性細菌E.coli JM109株、グラム陽性細菌Bacillus sp.、Clostridium sp.RHT-4を用いてハイブリダイゼーションを行なった。
上記菌体を用いて上述と同様な手順で菌体固定化溶液を調整し、ゼラチンコーティングしたスライドガラスのウェルに菌体を脱水固定した。ハイブリダイゼーション緩衝液中のホルムアルデヒド濃度を変化させ、ハイブリダイゼーションを行なった。そして、共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察し、得られた画像を用いて、ハイブリダイゼーション効率を評価した。
【0039】
〔結果〕
本実施の形態では、DPH-1株の16SrDNAの特定領域に特異的にハイブリダイズすることのできる2つのプローブ(16SC135及びDPH302)の設計を行った。そして、DPH-1株に特異的なオリゴヌクレオチドプローブである16SC135(配列番号7)、DPH302(配列番号8)、及び、ユニバーサルプローブUNI1392(配列番号9)を用いてFISH法を行い、共焦点レーザー顕微鏡を用いて細菌を観察した。これら3つのプローブを構成するオリゴヌクレオチドの塩基配列は図14に示す通りである。なお、16SC135及びDPH302についてはFITCでラベルを行い、UNI-1392についてはカルボキシルローダミン(carboxyl rhodamine)でラベルを行った。
最初に上記プローブの最適ホルムアルデヒド濃度の検討をDPH-1株を用いて行なった。ホルムアルデヒド濃度を0%、5%、10%と変化させてFISH法を行なった。そして、UNI1392との2重染色を行ない最適ホルムアルデヒド濃度を5%と決定した。プローブの感度は16SC135に比べてDPH302の方が高かった。次に、プローブの特異性を調べるためClostrdium sp.RHT-4、E.coli JM109株とBacillus sp.を用いてFISH法を行なった。その結果、DPH302は、今回使用した供試菌株の中ではDPH-1にハイブリダイゼーションし、他の菌にはハイブリダイゼーションしないことが分かった。
【0040】
すなわち、本実施の形態では、検体中に存在するDPH-1株を、以下の(a)〜(b)のステップにより検出する方法を確立することができた。
(a)配列表の配列番号7もしくは配列番号8に記載の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドをFISH法におけるプローブとして機能させて、検体中に存在するDNAとのハイブリダイゼーションを試みる。このようなプローブとしては、例えば図14に記載した2つのプローブ(16SC135、DPH302)を用いることができる。
(b)前記(a)の操作によって検体中のDNAとのハイブリダイゼーションが確認された場合に、その検体中にクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株が存在していると判定する。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、クロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株に特異的なオリゴヌクレオチドを利用することにより、クロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH-1株をより簡易に検出できる方法及び定量化方法を確立することができた。
【0042】
【配列表】

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【図面の簡単な説明】
【図1】 MY培地の組成を示す図である。
【図2】 16SrDNAの増幅に用いたプライマーの塩基配列を示す図である。
【図3】 16SrDNA増幅のためのPCR条件を示す図である。
【図4】 DPH-1株に特異的な4つのプライマーの塩基配列を示す図である。
【図5】プライマー評価のためのPCR条件を示す図である。
【図6】定量的PCRの反応条件を示す図である。
【図7】 C.paraputrificum strain M21用の培地組成を示す図である。
【図8】 Bacillus sp.用の培地組成を示す図である。
【図9】大腸菌(E.coli)用の培地組成を示す図である。
【図10】プライマーセット(1130F+1294R)による16SrDNAの増幅を解析するための電気泳動の結果を示す写真である。
【図11】リアルタイム定量的PCRによる標準曲線の一例を示す図である。
【図12】プライマーセット(1130F+1294R)のDPH-1株に対する特異性を調べた結果を示す図である。
【図13】 DPH-1株と他の微生物とを混合したサンプルからDNAを抽出し、プライマーセット(1130F+1294R)を用いて定量的PCRを行なった結果を示す図である。
【図14】 FISH法に用いた3つのプローブを構成するオリゴヌクレオチドの塩基配列を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oligonucleotide specific for a Clostridium bifermentans DPH-1 strain, a detection method for a Clostridium bifermentans DPH-1 strain, a quantification method, and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been a problem that groundwater, soil, and the like are contaminated with heavy metals and organic compounds. Of particular concern is contamination by organochlorine compounds such as trichlorethylene (TCE) and tetrachloroethylene (PCE), which are toxic and pointed out as hazardous substances by the Water Pollution Control Act. These organochlorine compounds have been used as solvents useful in various industries for more than 30 years as cleaning solvents for cleaning, degreasing cleaning of metal parts, raw materials for products, and the like. To date, PCE and TCE are known to have the following toxicities. Acute toxicity includes central nervous system depression, skin disorders, kidney and liver disorders, etc. Chronic toxicities when a small amount is ingested for a long time include finger paralysis, respiratory and heart damage, visual and auditory disorders, etc. . Carcinogenicity has also been pointed out, and reported cancer involvement includes liver cancer, esophageal cancer, cervical cancer, non-Hodgkin lymphoma, and the like. It has also been found that PCE and TCE are decomposed into cis-1,2-dichloroethylene (cDCE) by the action of microorganisms when leached into soil.
[0003]
There are two types of PCE artificial purification methods: physicochemical methods and biological methods. In physicochemical methods, “soil gas suction technology” and “groundwater pumping aeration technology” that take advantage of PCE's tendency to volatilize have been developed and put into practical use. As biological methods, bioremediation for purifying contaminated environments using microorganisms and phytoremediation using plants are considered. The former bioremediation basically covers organic pollutants that can be decomposed and converted, but if the metal itself must be removed, such as heavy metals, it must be extracted from the soil and concentrated. Must not. In such a case, the latter phytoremediation can be used. Heavy metals and other substances concentrated in plants by phytoremediation must be burned, removed, and finally disposed of.
[0004]
Bioremediation is classified into three methods according to the form of microbial utilization. The first method is called biostimulation, and it is already inhabited in the contaminated site by adding inorganic nutrients such as phosphorus and nitrogen, substrates serving as energy sources, and blowing in oxygen. It activates and purifies the degradation ability of the pollutant-degrading microorganisms. The second method is called bioaugmentation, and is a method in which purified microorganisms that have been cultured purely or a group of decomposed microorganisms that have been cultured in culture are introduced from the outside for purification ([Non-Patent Document 1]). reference). The third method is called natural attenuaion, which monitors the extent to which it is decomposed by letting it be decomposed by the natural purification action. Such bioremediation techniques are currently classified into the following four types according to the process used.
● Solid phase bioremediation
A method to excise and pile up contaminated soil, ventilate air or oxygen, add water and nutrients, and increase the activity of aerobic microorganisms in the soil to purify it. Represented by biopile effective for purification of oil pollution.
● Slurry phase baioremediation
A method in which water is added to contaminated soil to form a slurry, which is transferred into a reaction layer, decomposed microorganisms and nutrients are added, and the mixture is stirred and mixed. Suitable when the pollutant is persistent and high in concentration.
● In situ bioremediation
A method to increase the activity of microorganisms by injecting nutrients such as nitrogen and phosphorus, organic matter, oxygen, and if necessary, decomposing microorganisms into soil contaminated with organic substances.
● Bioreactor
A method of pumping contaminated groundwater and treating it on the ground using a reactor. Applicable to wastewater and exhaust gas treatment.
[0005]
In order to perform bioremediation efficiently, it is necessary to know the actual condition of the contamination site (the extent of contamination, the amount and concentration of contaminants, and the presence or absence of degrading bacteria), and decide the treatment method based on the results. There is a need. For this reason, there is a strong demand for the establishment of a detection and quantification method for degrading bacteria that degrade PCE and other harmful substances.
[0006]
At present, DNA and the like can be extracted and amplified from all microorganisms in the environment, and molecular biological techniques are used for analyzing microbial communities. The basis is the analysis of 16S ribosomal DNA (16SrDNA). By determining the sequence of 16S rDNA, information on each species can be obtained, so it has become a powerful document for biological system evolution and classification research and has been compiled into a database (Ribosomal Database Project II: http: // rdp. cme.msu.edu.html /). The analysis of microbial communities using these molecular biological methods can be broadly classified into two purposes: phylogenetic analysis using PCR (Polymerase Chain Reaction) and detection of specific species based on genetic analysis.
The former method using phylogenetic analysis is a method in which gene fragments of mixed microbial communities in environmental samples are amplified and separated, and then the microbial strains existing in the environment are inferred from the cloned base sequences. PCR-DGGE (Denatureing Gragient Gel Electrophoresis) method in which gel is subjected to electrophoresis with a denaturant gradient and separated, T-RFLP (Terminal-Restrictuin) which detects PCR fragments by restriction enzyme treatment Fragment Length Polymorphisms) method, and quantitative PCR method for imparting quantification to PCR reaction itself (see, for example, [Non-Patent Document 2] etc.).
Methods based on the latter gene analysis include a FISH (Fluorescent in situ Hybridization) method in which a specific species is detected using an oligonucleotide specific to the gene sequence of each microorganism. This method is a method in which a microorganism is labeled with a fluorescent dye without observing the detection and detection without extracting DNA from the microorganism. It is superior to the method using the PCR method in that microorganisms can be observed without being affected by DNA extraction or PCR amplification efficiency.
[0007]
Conventionally, Clostridium bifermentans strain DPH-1 (Clostridium bifermentans strain DPH-1) is known as one of the powerful microorganisms that have a function of degrading PCE (see [Non-patent Document 3]). ).
[0008]
[Non-Patent Document 1]
Nobuo Kaki, Kazuya Watanabe, Safety assessment of oil pollution bioremediation, Journal of Biotechnology, 80, 527-529 (2002)
[Non-Patent Document 2]
Katsuji Tani, Masahiro Muneta, Kanji Nakamura, Katsutoshi Shibuya, and Masao Nasu Monitoring of Ralstonia eutropha KT1 in Groundwater in an Experimental Bioaugmentation Field by In Situ PCR Appl.Envrion.Microbiol., 68,412-416,2002
[Non-Patent Document 3]
Chang Y. C. Hatsu, K. Takamizawa, Isolation and characterization of a tetrachloroethylene dechlorination bacterium, Clostridium bifermentans DPH-1. , J. Biosci. Bioeng, 89, 489-491, 2000
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention establishes a method for more easily detecting and quantifying the Clostridium bifermentans DPH-1 strain by using an oligonucleotide specific for the aforementioned Clostridium bifermentans DPH-1 strain. It is an object to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the inventions described in the following (1) to (5) are configured.
(1) Sequence listingSEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3The nucleotide sequence described inConsist ofAnd an oligonucleotide capable of selectively amplifying a specific region of 16S rDNA of Clostridium bifermentans DPH-1 strain by functioning as a primer in the PCR methodset.
(2) A method for detecting Clostridium bifermentans DPH-1 strain present in a specimen,
  The oligonucleotide according to (1)setA first step of trying to amplify DNA present in the specimen by functioning as a primer in the PCR method;
And a second step of determining that the Clostridium bifermentans DPH-1 strain is present in the sample when the DNA concentration in the sample increases in the first step. A method for detecting the Clostridium bifermentans DPH-1 strain.
(3) A method for quantifying Clostridium bifermentans DPH-1 strain present in a specimen,
  The oligonucleotide according to (1)setA first step of predetermining the correlation between the initial DNA concentration of the DPH-1 strain and the number of cycles when the threshold value is exceeded by functioning as a primer in a quantitative PCR method,
  Microbial DNA present in the sample is amplified by quantitative PCR using the primers used in the first step, and the number of cycles when the amount of amplified DNA exceeds a specific threshold is determined. A second step;
  The initial DNA concentration of the DPH-1 strain present in the sample is determined in the second step based on the correlation between the initial DNA concentration determined in the first step and the number of cycles when the threshold is exceeded. And a third step of calculating back from the number of cycles performed, and a method for quantifying the Clostridium bifermentans DPH-1 strain.
(4) of the sequence listingSEQ ID NO: 8The nucleotide sequence described inConsist ofIn addition, an oligonucleotide capable of selectively hybridizing to a specific region of 16S rDNA of Clostridium bifermentans DPH-1 strain by functioning as a probe in the FISH method.
(5) A method for detecting Clostridium bifermentans DPH-1 strain present in a specimen,
  A first step of attempting to hybridize with DNA present in the specimen by causing the oligonucleotide according to (4) to function as a probe in the FISH method;
  A second step of determining that the Clostridium bifermentans DPH-1 strain is present in the sample when hybridization with DNA present in the sample is confirmed in the first step; A method for detecting a Clostridium bifermentans DPH-1 strain characterized by comprising:
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention are roughly divided into two sections: “1. Analysis by real-time quantitative PCR method” and “2. Detection of Clostridium bifermentans strain DPH-1 by FISH method”. Explained.
[0012]
1. Analysis by real-time quantitative PCR
[Principle of PCR method]
First, the principle of the PCR method and quantitative PCR method will be briefly described.
The PCR (Polymerase Chain Reaction) method is a technique for amplifying a specific DNA sequence in a large amount in a short time. The principle is that denaturation of double-stranded DNA becomes single-strand, annealing that binds an oligonucleotide primer having a sequence complementary to single-stranded DNA, and elongation that performs DNA elongation reaction. A reaction consisting of three steps of extension (extension) is defined as one cycle, and several tens of cycles are performed to amplify the target DNA sequence.
Theoretically, since one copy of a gene doubles in one cycle, it becomes 2n copies in n cycles. However, in reality, the amplification efficiency is poor at the beginning of the cycle and the PCR reaction efficiency decreases (plateau effect) due to enzyme deactivation or substrate consumption, so the amplified copy number is lower than the theoretical value and the initial template amount is I, the product When the amplification factor of E is E and the number of cycles is n, the following [Equation 1] is obtained.
y = I × En(1 ≦ E ≦ 2) ・ ・ ・ ・ ・ ・ [1 set]
There are two analysis methods in the quantitative PCR method. The first is to analyze the amount of reaction product during the exponential increase period, using the feature that the reaction product increases exponentially to a certain amount in the PCR reaction and then reaches a plateau. How to calculate The second method is to determine the number of PCR cycles (Ct) in which the reaction product amount exceeds a certain threshold (threshold) by monitoring the reaction product in real time. In either analysis method, it is necessary to perform PCR by changing the amount of DNA at a known concentration, analyze the reaction product at each cycle number, and determine a quantitative PCR cycle number range from its kinetics. . Based on the result, the abundance of the target gene in an unknown sample is estimated.
[0013]
[DNA extraction from co-test strains]
Extraction of DNA from Clostridium bifermentans DPH-1 strain (hereinafter sometimes simply referred to as DPH-1 strain) was performed as follows.
Place 95 ml of MY medium in a 125 ml vial, and add vitamin solution (ρ-aminobenzoic acid 0.1 mg / 100 ml and biotin 0.0001 mg / 100 ml) and iron solution (iron sulfate heptahydrate 0.02 g / l) each. % (v / v) was added, and 3% (v / v) of the DPH-1 strain culture broth confirmed to have been degraded by PCE was inoculated to a total volume of 100 ml, and left to stand in a 37 ° C incubator for 1 day. . The composition of the MY medium is as shown in FIG.
The prepared culture solution (100 ml) was centrifuged (8,000 rpm, 10 min, 4 ° C.), and the cells were pelleted. After adding 6 ml of TE buffer (Tris 10 mM, EDTA 2NA 1 mM, pH 8.0) and resuspending, freeze-and-thaw cycle (freeze at -80 ° C and immediately at 50 ° C to increase the permeability of the cell membrane. Melting) was repeated 5 times. 10 mg of lysozyme (Lysozyme) was added and stirred gently (it is better not to use a vortex mixer. The same applies to the following stirring steps). 750 μl of 10% SDS and 75 μl of 20 mg / ml protenase K were added, stirred and incubated at 37 ° C. for 2 hours. 2.7 ml of 5M NaCl and 2.25 ml of CTAB / NaCl (270 mM CTAB (cetyltrimethylammonium bromide), 70 mM NaCl) were added, stirred, and then incubated at 65 ° C. for 20 minutes. The reaction solution was allowed to stand at room temperature, an equivalent amount of CIA (Chloroform: Isoamyl alcohol = 24: 1) was added, and the mixture was gently stirred for 1 hour. Centrifugation (8,000 rpm, 10 min, 4 ° C.) was performed, and the supernatant was separated into another centrifuge tube. The same amount of PCI (natural Phenol: Chloroform: Isoamyl alchol = 25: 24: 1) as the collected supernatant was added and stirred, and the supernatant was separated into another centrifuge tube. To the collected supernatant Xml, 10% (v / v) of 0. Xml of 3M sodium acetate (pH 5.2) was added and stirred, and then an equal amount of isoamyl alcohol was added and left at room temperature for 10 minutes. Centrifugation (12,000 rpm, 10 min, 4 ° C.) was performed, and the supernatant was removed. 3 ml of cooled 70% ethanol was added and gently stirred to wash the inside of the centrifuge tube. Centrifugation (12,000 rpm, 2 min, 4 ° C.) was performed, and the supernatant was removed. The pellet was dried using a desiccator, 1.5 ml of TE buffer was added, and the mixture was allowed to stand overnight at 4 ° C. to dissolve.
[0014]
[Confirmation of extracted DNA by electrophoresis]
Electrophoresis sample containing 1 μl of extracted DNA (DNA loading buffer (-XC: xylene cyanol) 2 μl, ddH2After preparing an electrophoresis agarose gel (0.7% agarose, 0.5 μl / ml ethidium bromide) in an electrophoresis tank, 10 μl of λEcoT14Idigest as a molecular weight marker and 12 μl of a sample were placed in a well. Electrophoresis was performed at 100 V for 30 minutes, and image analysis was performed using UV transilluminator FASIII (Toyobo Co., Ltd.).
[0015]
[RNA treatment]
Since the obtained DNA contained RNA, RNA was removed. 1% (v / v) of 10 mg / ml RNase A was added to the DNA obtained by the above operation and incubated at 37 ° C. for 1 hour. Thereafter, an equal amount of PCI was added and gently stirred for 5-10 minutes. Centrifugation (13,000 rpm, 5 min, 4 ° C.) was performed, and the aqueous phase was separated into a new Eppendorf tube. Add 0.1Xml of 3M sodium acetate equivalent to 10% (v / v) to isocratic water phase and add isoamyl alcohol in an amount equal to it, and let stand at room temperature for 2 minutes, then centrifuge (13,000rpm , 5 min, 4 ° C.), and the supernatant was removed with a micropipette. After adding 1 ml of 70% cold ethanol and stirring so as to wash the inside of the Eppendorf tube, the mixture was centrifuged (13,000 rpm, 2 min, 4 ° C.), and the supernatant was removed with a micropipette. The obtained pellets were dried with a freeze centrifugal dryer, an equal amount of TE buffer was added, and the mixture was allowed to stand overnight to be dissolved.
[0016]
[PEG precipitation]
Polyethylene glycol (PEG) is a high-molecular ether alcohol having a structure of H- (O-CH2-CH2) n-OH, and there are those having various molecular weights depending on the degree of polymerization n. PEG is thought to promote precipitation of DNA molecules by precipitating DNA hydration water and causing precipitation. At this time, RNA is more hydrophilic than DNA by the hydroxyl group at the 2-position of ribose compared to DNA. Therefore, aggregation does not occur easily and precipitation does not occur, so that RNA can be removed together with the solution.
Add an equal amount of PEG solution (13% polyethylene glycol (PEG8000; average molecular weight 7,000-9,000), 1.6M NaCl) to Rnase-treated DNA sample, stir well, and stand overnight at 4 ° C in ice did. Thereafter, the mixture was centrifuged (13,000 rpm, 2 min, 4 ° C.), and the supernatant was removed with a micropipettor. After adding 1 ml of 70% cold ethanol and stirring so as to wash the inside of the Eppendorf tube, the mixture was centrifuged (13,000 rpm, 2 min, 4 ° C.), and the supernatant was removed with a micropipette. The obtained pellets were dried with a freeze centrifugal dryer, an equal amount of TE buffer was added, and the mixture was allowed to stand overnight to be dissolved.
[0017]
[Measurement of DNA concentration]
When measuring the concentration of a nucleic acid solution (here, DNA), since the amount of sample to be measured is extremely small, a sample solution diluted to an appropriate concentration is measured as a sample solution. Usually, a nucleic acid solution is measured with a spectrophotometer at a short wavelength of 260 nm. At this time, since protein contamination in the solution cannot be ignored, it is necessary to measure the absorbance at 280 nm at the same time. Measured O.D.260 (assuming q) O.D.280(p) can be used to confirm the contamination of protein and phenol in the solution by the following [formula 2]. This is disclosed, for example, in the document “Hiroki Nakayama, Bio-Experiment Illustrated 1, 1995, Shujunsha”.
p / (r-q) = 1.8 to 2.0 ... [2 formulas]
(If 1.8 ≦, protein and phenol mixed)
In addition, since the extinction coefficient varies depending on the properties of the nucleic acid used as the sample, it is necessary to consider an extinction coefficient suitable for the properties of the nucleic acid in the sample. In the case of double-stranded DNA, the extinction coefficient is 0.05, and the concentration unit at that time is μg / μl. Therefore, the nucleic acid concentration is obtained by [Formula 3].
Nucleic acid concentration (μg / μl) = O.D. Obtained260× Dilution factor × 0.05 [3 formulas]
Using a quartz cell for nucleic acid measurement (capacity 400 μl) and TE buffer, calibration was performed at a wavelength of 260 nm using Ultrospec 2000 (Pharmacia Biotech). Immediately after calibration, the wavelength was changed to 280 nm, and the absorbance at that time was confirmed. A DNA solution from which RNA has been removed by RNase treatment and PEG precipitation is diluted 50-fold, 100-fold, and 200-fold with TE buffer.260, Immediately change the wavelength to 280 nm, O.D.280Was measured. Measured O.D.260 (assuming q) O.D.280From the ratio of (p), the contamination of protein and phenol in the solution was confirmed, and the nucleic acid concentration was calculated.
[0018]
[Amplification of 16S rDNA]
16S rDNA was amplified using a DNA solution from which RNA was removed by Rnase treatment and PEG precipitation treatment as a template. 2 μl each of bacterial forward primer 27F and universe reverse primer 1525R adjusted to 4 μM, ddH2A reaction system was prepared by adding 20.5 μl of O and 0.5 μl of template to a total volume of 25 μl. The base sequences of the primers used at this time are shown in FIG. 2 (SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6). In the prepared reaction system, 25 μl of Ex Taq premix (TAKARA) was added as a DNA polymerase and PCR was performed. The PCR reaction conditions at this time are as shown in FIG. After completion of the reaction, the PCR product was purified using a spin column for nucleic acid purification. The purified PCR product was subjected to electrophoresis (provided that -BPB was used instead of -XC as the DNA loading buffer), and it was confirmed that the target gene was amplified.
[0019]
[Determination of nucleotide sequence]
In the present embodiment, the autosequencer ABI310 (Applied Biosystems) is used for determining the base sequence. PCR product 3 μl, 10 × sequencing primer 1 μl, Dye solution 1 μl, Diluent (1.5M Tris pH 8.8 267 μl, 3M MgCl2 3 μl, H2O 730 μl) 3.5 μl, dimethylsulfonic acid (DMSO) 1 μl, ddH210.5 μl of O was mixed to prepare a reaction system with a total volume of 20 μl, and a sequence reaction was performed. The sequence reaction product was purified using a sequence reaction purification spin column in order to remove excess salts and dyes. The sequence reaction product was lyophilized using a freeze centrifugal dryer. 12 μl of Template Supplession Reagent (TSR) was added and shaken for 1 hour. Thereafter, denaturation was performed at 95 ° C. for 2 minutes, and then the sample was placed in a 0.5 ml sequencing tube, and the base sequence was determined with an autosequencer ABI310.
[0020]
[Primer design]
The base sequence obtained by the auto sequencer is the CHIMERA CHECK of Ribosomal Database Project (HYPERLINK http://www.cme.msu.edu/RDP/) http://www.cme.msu.edu/RDP/) After that, multiple alignment was performed by BLAST of National Center for Biotechnology Information (NCBI: http://www.nibi.nlm.nih.gov/), and 16S rDNA sequences of related species were selected from the results. The obtained sequence was subjected to multiple alignment by DNASIS, Seq pop and Clastal W1.6.1. The alignment sequence was visually observed, and the length of the primer and the Tm (Melting Temperature) value were noted where the different base sequences differed from the target strain and related species, and several regions of about 20 mer were selected. The optimal primer region was searched from the 16S rDNA sequence using Oligo 4.0-s. At that time, attention was paid to the Tm value and the presence or absence of a hairpin structure. In real-time quantitative PCR, it is assumed that the amplification product is amplified and increased in full length during the extension reaction, so the length of the amplified product is so that it can be completely amplified within the extension reaction time. We also paid attention to the length of the amplified product so that it was 200 bp or less. Finally, primers were designed by comprehensively evaluating the results of multiple alignments using DNASIS and NCBI BLAST, visualizing alignment sequences, and searching for optimal primer regions using Oligo 4.0-s.
[0021]
[Primer evaluation]
The designed primers were evaluated using the extracted and purified DNA of the DPH-1 strain. There are four types of designed primers, 1130F (forward), 1226R (reverse), 1294R (reverse), and 1211F (forward), and their base sequences are as shown in FIG. 4 (SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 4). ). PCR was performed using primer combinations of 1130F + 1294R, 1211F + 1294R, and 1130F + 1230R. The PCR reaction conditions at this time are as shown in FIG. After completion of the reaction, electrophoresis was performed and image analysis was performed with a UV transilluminator FASIII. The amplification products in each primer set were compared, and each primer was evaluated. After primer evaluation, DNA extraction from E. coli JM109, Bacillus sp., Methanothermobacter sp. RHT-3, C. paraputrificum, Clostridium sp. RHT-4 using the same procedure as for DPH-1 strain -Purification was performed and PCR was performed with each primer set. After completion of the reaction, electrophoresis was performed and image analysis was performed with a UV transilluminator FASIII.
[0022]
[Detection of DPH-1 by real-time quantitative PCR]
In the present embodiment, real-time quantitative PCR was performed using ABI7700 (Applied Biosystems). SYBR Green 1 was used as the detection dye. SYBR Green 1 is a substance that has the property of binding to double-stranded DNA and emitting fluorescence.
The principle of the assay using SYBR Green 1 is that it first binds to a double-stranded DNA as a template and emits fluorescence. Next, when double-stranded DNA becomes single-stranded DNA due to denaturation, SYBR Green 1 is removed from the DNA and fluorescence is attenuated. PCR products are amplified through the Annealing and extension reactions, and after the extension reaction, SYBR Green 1 binds to double-stranded DNA again, increasing the overall fluorescence.
In the ABI7700, fluorescence is recorded by a CCD camera after the reaction of each cycle is completed and plotted to quantify amplification products in real time.
[0023]
[Detection of DPH-1 strain in pure culture, preparation of standard curve]
DNA was extracted and purified from purely cultured Clostridium bifermentans strain DPH-1, and the DNA concentration was measured. A standard curve was prepared using this DNA as a sample of known concentration. For quantitative PCR, qPCRTMMastermix for SybrTMGreen1 (EUROGENTEC) was used. ddH26.25 μl of O, 2.5 μl of 1130F and 1294R, 0.75 μl of SYBR Green1, 0.5 μl of template, 2 × reaction buffer (dNTPs (including dUTP), Hot Goldstar DNA polymerase, Uracil-N-Glycosylase 5 mM MgCl2 12.5 μl of ROX) was added to prepare a reaction system with a total volume of 25 μl. The prepared reaction solution was transferred to a 96-well plate, and real-time quantitative PCR was performed using ABI7700 to analyze the data. The reaction conditions for quantitative PCR at this time are as shown in FIG.
[0024]
[Primer evaluation under real-time quantitative PCR conditions]
10 ng each of C.bifermentans DPH-1, C. paraputrificum, Clostridium sp. RHT-4, E. coli, and Bacillus sp. Genomes were prepared, and real-time quantitative PCR was performed to evaluate primer specificity. .
In addition, many kinds of microorganisms live in the environment, live while coexisting, and rarely live alone. Therefore, in order to investigate how the symbiotic relationship with other microorganisms affects the results of quantitative PCR, C. bifermentans DPH-1 strain and one other microorganism culture medium are mixed together and DNA Extraction was performed. Then, real-time quantitative PCR was performed and the effect was examined. The number of each microorganism was confirmed by the plate count method using the media shown in FIG. 7 (C. paraputrificum strain M21), FIG. 8 (Bacillus sp.), And FIG. 9 (E. coli).
[0025]
〔result〕
(1) Since oligonucleotide primers and probes are required for the FISH method and real-time quantitative PCR, it is necessary to determine a region where these act specifically on the DPH-1 strain.
Therefore, in this embodiment, first, all 16S rDNAs were examined, and then a region specific to Clostridium bacteria was examined. In the present embodiment, mainly focusing on the expression region (V region: variable regions, existing from V1 to V10) in the 16S rDNA sequence, among them, V2, which is said to have many sequences specific to the bacterial genus, and bacterial species Specific regions were examined by targeting two regions V339 (339-539, E. coli numbering), which are said to have many specific sequences. As a result, several regions were obtained that were speculated to be specific for Clostridium bifermentans strain DPH-1. Based on the obtained regions, primer regions capable of amplifying these regions were examined. As a result, it was possible to design four primers that appeared to be specific for the DPH-1 strain (SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 4). As an evaluation of the designed primer, PCR was performed using a test strain, Gram-negative bacteria and other Gram-positive bacteria using a primer set (1130F + 1294R). The analysis result by electrophoresis of 16S rDNA amplified by this PCR is shown in FIG. In the photograph shown in FIG. 10, the numbers 1 to 6 and the symbol M attached to the upper side are 1: DPH-1 strain, 2: C. praputrificum, 3: Methanothermobacter sp. RHT-3, 4: Clostridium sp. RHT-4, 5: E. coli, 6: Bacillus sp., M: 100 bp marker. From this result, it was confirmed that a band of the desired size (about 150 bp) was amplified in the DPH-1 strain. Moreover, since amplification was not seen in other microorganisms, it was found that the designed primer was specific to the DPH-1 strain.
[0026]
(2) As an example of a primer set, a primer curve (1130F + 1294R) was used and a standard curve was drawn by real-time quantitative PCR. An example of the obtained standard curve is shown in FIG. The standard curve formula is
Ct = −2.969 (LogC0) +22.428 r2= 0.9961
C0: Initial DNA concentration
Ct: Number of cycles when the threshold is exceeded
It became. This makes it possible to amplify the DNA present in the sample using the 130F and 1294R primer sets, and to quantify the DPH-1 strain using SYBR Green 1 and the 1130F and 1294R primer sets. It turned out to be.
[0027]
That is, in the present embodiment, it was possible to establish a method for quantifying the abundance of the DPH-1 strain present in a specimen by the following steps (a) to (c).
(A) Initial DNA concentration C of DPH-1 strain by real-time quantitative PCR0And the number of cycles Ct when the threshold value is exceeded are determined in advance in the form of a formula or graph indicating a standard curve. At this time, in the PCR reaction, an oligonucleotide having a base sequence described in any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 4 that functions as a primer for specifically amplifying a specific region of 16S rDNA of the DPH-1 strain is used. As such primers, for example, the four primers (1130F, 1226R, 1294R, 1211F) described in FIG. 4 can be used.
(B) Microbial DNA present in the sample is amplified by real-time quantitative PCR using the primers used in step (a). Then, the number of cycles Ct when the amount of amplified DNA exceeds a specific threshold is determined.
(C) Initial DNA concentration C of DPH-1 strain present in the sample0C determined in (a)0Based on the correlation between Ct and Ct (graphs and formulas showing a standard curve), it is calculated by calculating back from the cycle number Ct determined in (b).
[0028]
(3) As an example of the primer set, the results of examining the specificity of the primer set (1130F + 1294R) for the DPH-1 strain are shown in FIG.
The DPH-1 strain was able to quantify 9.73 ng out of 10 ng, and in addition, only a small amount of Clostridium sp. RHT-4 was detected, and the others were not detected. .bifermentans DPH-1 strain was found to be detectable.
[0029]
(4) FIG. 13 shows the results obtained by extracting DNA from a sample in which the DPH-1 strain and other microorganisms were mixed, and performing quantitative PCR using the primer set (1130F + 1294R). In all cases where C. paraputrificum, Clostridium sp. RHT-4, E. coli, and Bacillus sp. Were mixed, DNA was detected. In addition, with the exception of C. paraputrificum, the level was almost the same as that of the control DPH-1 strain. Therefore, even if other microorganisms coexist, the PCR is performed using the four primers (SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 4) designed in the present embodiment, so that they are present in the specimen. It was confirmed that the DPH-1 strain could be specifically detected.
[0030]
That is, in the present embodiment, it was possible to establish a method for detecting the DPH-1 strain present in a specimen by the following steps (a) to (b).
(A) The oligonucleotide having the base sequence described in any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 4 is caused to function as a primer in the PCR method to try to amplify DNA present in the sample.
(B) When the DNA concentration in the sample is increased by the operation of (a), it is determined that the Clostridial bifermentans DPH-1 strain is present in the sample.
[0031]
2. Detection of Clostridium bifermentans DPH-1 by FISH method
Hereinafter, a method for detecting the DPH-1 strain by using an oligonucleotide that specifically acts on a specific region of the DNA of the DPH-1 strain as a probe in the FISH method will be described.
[0032]
[Principle of FISH method]
The FISH (Fluorescence In Situ Hybridization) method is a method in which a specific gene sequence is used as a target and single-stranded DNA labeled with a fluorescent dye or the like is hybridized to a complementary site and directly detected under a microscope. This method is essentially a technique developed to determine the chromosomal locus. In recent years, it is used not only for determining loci but also for analyzing the localization of DNA and RNA in tissues such as bacteria. The FISH method was performed according to the method of R. I. Amann. This method is described in, for example, the literature `` Amann, RI: in situ identification of micro-organisms by whole cell hybridization with rRNA-targeted nucleic acid probe.Molecular microbial ecology manua InMOLECULAR ECOLOGY MANUAL.Edited by ADLAkkermans, JD van Elsas & RJ de Brujin Kluwer Academic Publishers, London (1995) ".
[0033]
[About immobilization of the test strain]
<Reagent>
・ 1 × Phosphate buffered saline (PBS)
3 x PBS to 1 x PBS ddH2Dilute with O (sterilized).
3 x PBS
390 mM NaCl
30mM Na2HPOFour
pH 7.2
・ 4% paraformaldehyde fixative
(Pre-adjusted 20% paraformaldehyde (can be stored for 1 month, refrigerated) ddH2Dilute to 4% with O (sterilized). Also, 20% paraformaldehyde is ddH to powder (paraformaldehyde) in the draft2O was added and dissolved by warming at 50-60 ° C. with a few drops of 10M NaOH. )
300 μl of a fresh culture solution of DPH-1 strain cultured in MY medium was transferred to a 1.5 ml Eppendorf tube, 3 times the amount of 4% paraformaldehyde was added, and the mixture was allowed to stand overnight at 4 ° C. to be immobilized. The immobilized cells were centrifuged (8000 rpm, 15 min, 4 ° C.), and the supernatant was removed with a micropipette. 500 μl of 1 × PBS was added to the immobilized cells, resuspended, centrifuged (8000 rpm, 10 min, 4 ° C.), and the supernatant was removed with a micropipette. 10 μl of 1 × PBS was added, and the freeze-and-thaw cycle was repeated 5 times to improve cell wall permeability. An equal amount of ethanol (ice-cooled) was added and stirred well using a vortex mixer. This was used as a cell immobilization solution and stored at −20 ° C. until use.
[0034]
[Adjustment of slide glass for hybridization]
<Reagent>
・ Slide coating aqueous solution
0.1% gelatin
0.01% potassium chromium (III) sulfate
Prepare a 10% potassium chromium sulfate aqueous solution and dilute it before use.
Immerse the slide glass for hybridization with 8 holes (φ8mm) in the washing solution for 1 hour (alkali treatment), and wash the surface of the slide glass, then ddH2Rinse with O and air dry. Using a water bath, the slide glass was immersed in an aqueous slide coating solution that had been set to 70 ° C. in advance, and gelatin coating was performed. Then it was air-dried.
[0035]
[Fixation of cells on gelatin-coated slide glass]
3 μl of the preserved bacterial cell fixing solution was added to a well of a glass slide coated with gelatin, and air-dried. After air drying, the cells were immersed for 3 minutes in the order of 50%, 80%, and 99.5% ethanol to dehydrate and fix the immobilized cells, and air-dried again.
[0036]
[Hybridization]
<Reagent>
・ Hybridization buffer
2 x Hybridization buffer (pH 7.2)
1.8M NaCl
40 mM Tris-HCl
1% SDS
x% formaldehyde
As for the hybridization buffer, prepare 2 × hybridization buffer prepared in advance as described above, and each final concentration is 1 × hybridization buffer, 0.1% SDS, x% formaldehyde ( x: eg, 5% in the case of the bacterial probe EUB338 and 35% in the case of the archaeal probe ARC915, and used as a hybridization buffer.
<Operation>
A sealed container soaked with the hybridization buffer was previously set to 62 ° C. using a water bath, and this was used as a constant temperature chamber. 9.0 μl of a hybridization buffer containing 1.0 μl of a probe adjusted to 50 ng / μl (see FIG. 14) was dropped on a slide glass on which the cells were immobilized, and moved quickly to a constant temperature chamber at 62 ° C. for 2 hours. Hybridization was performed. After this operation, all operations were performed with light shielding. After completion of the hybridization, the slide glass was taken out from the constant temperature chamber, and the probe was washed from the slide glass with a hybridization buffer preliminarily warmed at 62 ° C. to stop the hybridization. This operation was repeated once for double staining. At that time, attention was paid to the Td (dissolved temperature) value, and hybridization was performed from the one having a high Td value. The slide glass was immersed in a centrifuge tube containing 50 ml of hybridization buffer and incubated at 62 ° C. for 20 minutes. Then ddH2The glass slide was washed with O to remove excess salt. The slide glass is air-dried, glycerol and PBS mixed at a ratio of 1: 1 and 0.1% (w / v) paraphenylenediamine is added dropwise to the slide glass well. Observation was performed with a confocal laser scanning microscope (CLSM).
[0037]
[Optimization of hybridization conditions]
In order to determine the optimum formaldehyde concentration, hybridization was performed by changing the formaldehyde concentration in the hybridization buffer to 0%, 5%, and 10%. Observation was performed using a confocal laser microscope, and the obtained images were used to evaluate the hybridization efficiency at each formaldehyde concentration.
[0038]
[Evaluation of hybridization probe]
In order to evaluate the probe designed in this experiment, hybridization was performed using the Gram-negative bacterium E. coli JM109 strain, the Gram-positive bacterium Bacillus sp., And Clostridium sp. RHT-4.
A bacterial cell immobilization solution was prepared using the above bacterial cells in the same procedure as described above, and the bacterial cells were dehydrated and fixed in the wells of gelatin-coated slide glass. Hybridization was performed by changing the formaldehyde concentration in the hybridization buffer. And it observed using the confocal laser microscope, and hybridization efficiency was evaluated using the obtained image.
[0039]
〔result〕
In the present embodiment, two probes (16SC135 and DPH302) that can specifically hybridize to a specific region of 16S rDNA of the DPH-1 strain were designed. Then, the FISH method was carried out using 16SC135 (SEQ ID NO: 7), DPH302 (SEQ ID NO: 8) and universal probe UNI1392 (SEQ ID NO: 9), which are oligonucleotide probes specific to the DPH-1 strain, and a confocal laser Bacteria were observed using a microscope. The base sequences of the oligonucleotides constituting these three probes are as shown in FIG. 16SC135 and DPH302 were labeled with FITC, and UNI-1392 was labeled with carboxyl rhodamine.
First, the optimal formaldehyde concentration of the probe was examined using the DPH-1 strain. The FISH method was performed by changing the formaldehyde concentration to 0%, 5%, and 10%. Then, double staining with UNI1392 was performed and the optimum formaldehyde concentration was determined to be 5%. The sensitivity of the probe was higher with DPH302 than with 16SC135. Next, in order to examine the specificity of the probe, FISH method was performed using Clostridium sp. RHT-4, E. coli JM109 strain and Bacillus sp. As a result, it was found that DPH302 hybridizes to DPH-1 among the test strains used this time and does not hybridize to other bacteria.
[0040]
That is, in the present embodiment, it was possible to establish a method for detecting the DPH-1 strain present in a specimen by the following steps (a) to (b).
(A) An oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 or 8 in the sequence listing is caused to function as a probe in the FISH method, and hybridization with DNA present in the sample is attempted. As such a probe, for example, two probes (16SC135, DPH302) described in FIG. 14 can be used.
(B) When hybridization with DNA in the sample is confirmed by the operation of (a), it is determined that the Clostridium bifermentans DPH-1 strain is present in the sample.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the Clostridium bifermentans DPH-1 strain can be more easily detected by using an oligonucleotide specific for the Clostridium bifermentans DPH-1 strain. The method and quantification method could be established.
[0042]
[Sequence Listing]
Figure 0004375607
Figure 0004375607
Figure 0004375607
Figure 0004375607
Figure 0004375607

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the composition of a MY medium.
FIG. 2 is a diagram showing the base sequence of primers used for 16SrDNA amplification.
FIG. 3 shows PCR conditions for 16S rDNA amplification.
FIG. 4 is a diagram showing the base sequences of four primers specific to the DPH-1 strain.
FIG. 5 is a diagram showing PCR conditions for primer evaluation.
FIG. 6 is a diagram showing reaction conditions for quantitative PCR.
FIG. 7 is a view showing a medium composition for C. paraputrificum strain M21.
FIG. 8 is a diagram showing a medium composition for Bacillus sp.
FIG. 9 is a diagram showing a medium composition for E. coli.
FIG. 10 is a photograph showing a result of electrophoresis for analyzing amplification of 16S rDNA by a primer set (1130F + 1294R).
FIG. 11 shows an example of a standard curve obtained by real-time quantitative PCR.
FIG. 12 shows the results of examining the specificity of the primer set (1130F + 1294R) for the DPH-1 strain.
FIG. 13 is a view showing the results of quantitative PCR using a primer set (1130F + 1294R) after extracting DNA from a sample obtained by mixing DPH-1 strain and other microorganisms.
FIG. 14 is a view showing the base sequences of oligonucleotides constituting three probes used in the FISH method.

Claims (5)

配列表の配列番号1及び配列番号3に記載の塩基配列からなるとともに、PCR法におけるプライマーとして機能することでクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株の16SrDNAの特定領域を選択的に増幅させることのできるオリゴヌクレオチドセットWith the base sequence described in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3 of the sequence listing, thereby selectively amplify a specific region of 16SrDNA of Clostridium bi Fell Men chest DPH-1 strain by functioning as primers in the PCR method Oligonucleotide set . 検体中に存在するクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を検出する方法であって、
請求項1に記載のオリゴヌクレオチドセットをPCR法におけるプライマーとして機能させることで検体中に存在するDNAの増幅を試みる第1のステップと、
前記第1のステップにおいて検体中のDNA濃度が増加した場合に、その検体中にクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株が存在していると判定する第2のステップと、を有することを特徴とするクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を検出する方法。
A method for detecting Clostridium bifermentans DPH-1 strain present in a specimen comprising:
A first step of trying to amplify DNA present in a specimen by causing the oligonucleotide set according to claim 1 to function as a primer in a PCR method;
And a second step of determining that the Clostridium bifermentans DPH-1 strain is present in the sample when the DNA concentration in the sample increases in the first step. A method for detecting the Clostridium bifermentans DPH-1 strain.
検体中に存在するクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を定量化する方法であって、
請求項1に記載のオリゴヌクレオチドセットを定量的PCR法におけるプライマーとして機能させることでDPH−1株の初期DNA濃度と閾値を越えたときのサイクル数との相関関係を予め決定しておく第1のステップと、
検体中に存在する微生物のDNAを前記第1のステップで使用したプライマーを用いて定量的PCR法により増幅させてその増幅させたDNAの量が特定の閾値を越えたときのサイクル数を決定する第2のステップと、
検体中に存在するDPH−1株の初期DNA濃度を、前記第1のステップで決定した初期DNA濃度と閾値を越えたときのサイクル数との相関関係に基づいて、前記第2のステップにおいて決定したサイクル数より逆算して求める第3のステップと、を有することを特徴とするクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を定量化する方法。
A method for quantifying Clostridium bifermentans DPH-1 strain present in a specimen,
First, a correlation between the initial DNA concentration of the DPH-1 strain and the number of cycles when the threshold is exceeded is determined in advance by causing the oligonucleotide set according to claim 1 to function as a primer in a quantitative PCR method. And the steps
Microbial DNA present in the sample is amplified by quantitative PCR using the primers used in the first step, and the number of cycles when the amount of amplified DNA exceeds a specific threshold is determined. A second step;
The initial DNA concentration of the DPH-1 strain present in the sample is determined in the second step based on the correlation between the initial DNA concentration determined in the first step and the number of cycles when the threshold is exceeded. And a third step of calculating back from the number of cycles performed, and a method for quantifying the Clostridium bifermentans DPH-1 strain.
配列表の配列番号8に記載の塩基配列からなるとともに、FISH法におけるプローブとして機能することでクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株の16SrDNAの特定領域に選択的にハイブリダイゼーションすることのできるオリゴヌクレオチド。Oligo consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 8 in the Sequence Listing and capable of selectively hybridizing to a specific region of 16S rDNA of Clostridium bifermentans DPH-1 strain by functioning as a probe in the FISH method nucleotide. 検体中に存在するクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を検出する方法であって、
請求項4に記載のオリゴヌクレオチドをFISH法におけるプローブとして機能させることで検体中に存在するDNAとのハイブリダイゼーションを試みる第1のステップと、
前記第1のステップにおいて検体中に存在するDNAとのハイブリダイゼーションが確認された場合に、その検体中にクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株が存在していると判定する第2のステップと、を有することを特徴とするクロストリジウム・ビフェルメンタンスDPH−1株を検出する方法。
A method for detecting Clostridium bifermentans DPH-1 strain present in a specimen comprising:
A first step of attempting hybridization with DNA present in a specimen by causing the oligonucleotide according to claim 4 to function as a probe in the FISH method;
A second step of determining that the Clostridium bifermentans DPH-1 strain is present in the sample when hybridization with DNA present in the sample is confirmed in the first step; A method for detecting a Clostridium bifermentans DPH-1 strain characterized by comprising:
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