JP7637523B2 - baiCD gene detection method and baiCD gene detection kit - Google Patents
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Description
本発明は、baiCD遺伝子検出方法、及びこれに用いるbaiCD遺伝子検出キットに関する。 The present invention relates to a method for detecting the baiCD gene and a baiCD gene detection kit used therein.
肝臓で生合成されるステロイド化合物である一次胆汁酸は、包合型(例えば、タウリン又はグリシン抱合されたコール酸、ケノデオキシコール酸)で胆汁中へ分泌されるが、その一部は、大腸において、いくつかの腸内細菌が有している7-α-dehydroxylation活性(ステロイド核の7-αヒドロキシ基を外す酵素活性)により、二次胆汁酸(例えば、デオキシコール酸やリトコール酸)に変換される。この7-α-dehydroxylation活性は、1つの酵素で行われるのではなく、細菌の保有しているbai(bile acid inducible)オペロン遺伝子群から発現する酵素群によって行われることが知られている。baiCD遺伝子は、かかるbaiオペロン遺伝子群を構成する遺伝子の一つである。 Primary bile acids, which are steroid compounds biosynthesized in the liver, are secreted into bile in a conjugated form (e.g., cholic acid conjugated with taurine or glycine, chenodeoxycholic acid), but some of them are converted in the large intestine to secondary bile acids (e.g., deoxycholic acid and lithocholic acid) by the 7-α-dehydroxylation activity (enzyme activity that removes the 7-α hydroxyl group from the steroid nucleus) possessed by some enterobacteria. It is known that this 7-α-dehydroxylation activity is not carried out by a single enzyme, but by a group of enzymes expressed from the bai (bile acid inducible) operon gene group possessed by the bacteria. The baiCD gene is one of the genes that make up this bai operon gene group.
このように腸内細菌によって産生される二次胆汁酸には毒性があり、大腸がんなどの様々な疾患や健康状態に関わっていることが報告されている(非特許文献1、非特許文献2等)。そのため、大腸がん等の疾患の危険因子の評価の観点から、baiCD遺伝子等のbaiオペロン遺伝子群に含まれる遺伝子を保有する細菌が腸内に存在するか否かを検出することは重要である。 It has been reported that the secondary bile acids produced by enterobacteria in this way are toxic and are involved in various diseases and health conditions, such as colorectal cancer (Non-Patent Documents 1 and 2, etc.). Therefore, from the perspective of evaluating risk factors for diseases such as colorectal cancer, it is important to detect whether or not bacteria carrying genes included in the bai operon gene group, such as the baiCD gene, are present in the intestine.
他方、baiオペロン遺伝子群を保有する細菌が腸内に存在することによって、クロストリジウム感染症(CDI:Clostridium difficile infection)が抑制されることも報告されており(非特許文献3、非特許文献4等)、例えば、特許文献1には、baiオペロン遺伝子群を発現する菌株等を対象に投与してクロストリジウム感染症のリスクなどを低減させる方法が記載されている。クロストリジウム感染症は、腸内でクロストリジウムが毒素を産生して下痢等の症状を引き起こし、死に至ることもある感染症である。そのため、クロストリジウム感染症の重症化評価の観点からも、baiCD遺伝子等のbaiオペロン遺伝子群に含まれる遺伝子を保有する細菌が腸内に存在するか否かを検出することは重要である。 On the other hand, it has also been reported that the presence of bacteria carrying the bai operon gene group in the intestine suppresses Clostridium infection (CDI: Clostridium difficile infection) (Non-Patent Documents 3, 4, etc.). For example, Patent Document 1 describes a method of administering a bacterial strain expressing the bai operon gene group to a subject to reduce the risk of Clostridium infection. Clostridium infection is an infection in which Clostridium produces toxins in the intestine, causing symptoms such as diarrhea, and may even lead to death. Therefore, from the perspective of evaluating the severity of Clostridium infection, it is important to detect whether or not bacteria carrying genes included in the bai operon gene group, such as the baiCD gene, are present in the intestine.
腸内環境にどのような細菌がどの程度含まれるのかについては、細胞培養に依存せず、主に、ショットガンメタゲノム解析や16S メタゲノム解析等のメタゲノム解析により、遺伝子情報を解読して特定する方法が用いられている。腸内細菌叢にbaiオペロン遺伝子群を保有する細菌がどの程度含まれるのかといった解析には、ショットガンメタゲノム解析を好適に用いることができ、例えば、腸内細菌叢全体のDNA(メタゲノムDNA)をサイズ断片化したライブラリーを作成し、それをシークエンスした後、得られた配列データをデータベースのbaiオペロン遺伝子群の配列と照合することで、どの細菌の遺伝子群の一部なのかを解析することができる。しかしながら、メタゲノム解析は、操作が複雑であることや、大量の情報や高価な装置が必要であるため、多数の個々の検体に対して行う検出方法としては適していない。 To determine what types and amounts of bacteria are contained in the intestinal environment, methods that do not rely on cell culture but mainly use metagenomic analysis such as shotgun metagenomic analysis and 16S metagenomic analysis to decipher and identify genetic information. To analyze the extent to which bacteria carrying the bai operon gene group are contained in the intestinal flora, shotgun metagenomic analysis can be suitably used. For example, a library is created by fragmenting the DNA (metagenomic DNA) of the entire intestinal flora by size, and the resulting sequence data is then compared with the sequence of the bai operon gene group in a database to analyze which bacterial gene group it is part of. However, metagenomic analysis is not suitable as a detection method for a large number of individual specimens because it requires complex operations, large amounts of information, and expensive equipment.
また、従来、検体における細菌検査には、検体から細菌を培養する培養法が採用されているが、このようなメタゲノム解析によって存在が確認されている細菌の多くは、実際に単独培養がなされたことのない株であるため、かかる培養法を適用することは困難である。さらに、baiオペロン遺伝子群を保有する細菌のうち、培養によって存在が確認されているClostridium hiranonisやClostridium scindens等の特定の細菌については、非特許文献4に記載されているように、それらの遺伝子に特異的なプライマーを用い、PCRによって検出することが可能である。しかしながら、これらの細菌特異的に設計されたプライマーでは、非特許文献2に記載されているルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属する一部の細菌等、これまで実際に単独培養がなされたことのない細菌を含む範囲まで、baiCD遺伝子や、baiオペロン遺伝子群を保有する細菌を網羅的に検出することは困難であった。 In addition, conventionally, a culture method for culturing bacteria from a specimen is used for bacterial testing of a specimen, but since many of the bacteria whose existence has been confirmed by such metagenomic analysis are strains that have never actually been cultured alone, it is difficult to apply such a culture method. Furthermore, among the bacteria that possess the bai operon gene group, specific bacteria such as Clostridium hiranonis and Clostridium scindens whose existence has been confirmed by culture can be detected by PCR using primers specific to those genes, as described in Non-Patent Document 4. However, with primers designed specifically for these bacteria, it has been difficult to comprehensively detect bacteria that possess the baiCD gene or the bai operon gene group, including bacteria that have never actually been cultured alone, such as some bacteria belonging to the family Ruminococcus (Ruminococcaceae) described in Non-Patent Document 2.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属する一部の細菌等、従来、メタゲノム解析でしか存在が確認できていなかった細菌についても、PCRによって簡便にメタゲノム解析と同等の精度でbaiCD遺伝子を検出することができるbaiCD遺伝子検出方法、及びこれに用いるbaiCD遺伝子検出キットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a baiCD gene detection method that can easily detect the baiCD gene by PCR with the same accuracy as metagenomic analysis, even for bacteria whose existence could previously only be confirmed by metagenomic analysis, such as some bacteria belonging to the family Ruminococcaceae, and a baiCD gene detection kit used therefor.
本発明者らは、先ず、便検体から抽出したDNAについてメタゲノム解析を行い、公共のメタゲノムデータのうち、非特許文献2の図1に記載の系統樹において、ルミノコッカス科に属し、かつ、baiCD遺伝子を多く含有する種が属する系統群に属する細菌のデータ;及びゲノム情報が明らかになっている菌株(Firmicutes bacterium CAG:103株)のデータと合わせて、baiCD遺伝子領域を同定した。次いで、得られたbaiCD遺伝子領域間で配列を解析したところ、これらの間で配列が保存された共通領域を見出し、かかる共通領域内において特定の領域にプライマーを設計することにより、ルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属する一部の細菌等、従来、メタゲノム解析でしか存在が確認できていなかった細菌についても、PCRによって簡便にメタゲノム解析と同等の精度でbaiCD遺伝子を検出することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors first performed metagenomic analysis on DNA extracted from stool samples, and identified the baiCD gene region by combining public metagenomic data with data on bacteria belonging to the family of Ruminococci and a phylogenetic group containing species with a large amount of baiCD genes in the phylogenetic tree described in Figure 1 of Non-Patent Document 2; and data on a strain with known genome information (Firmicutes bacterium CAG: 103 strain). Next, the sequences between the obtained baiCD gene regions were analyzed, and a common region with conserved sequences between them was found. By designing a primer for a specific region within the common region, it was found that it is possible to easily detect the baiCD gene by PCR with the same accuracy as metagenomic analysis, even for bacteria whose existence could only be confirmed by metagenomic analysis, such as some bacteria belonging to the family of Ruminococci (Ruminococcaceae), and thus completed the present invention.
すなわち、本発明は、baiCD遺伝子検出方法、及びこれに用いるbaiCD遺伝子検出キットに関し、より詳しくは、以下を提供するものである。
[1]
試料中のルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属する細菌のbaiCD遺伝子を検出する方法であり、
互いに異なる2つのコンセンサス領域にそれぞれハイブリダイズするプライマーの組み合わせであるプライマーセットを用いてbaiCD遺伝子断片を増幅する増幅工程を含み、
前記コンセンサス領域が、それぞれ、配列番号1に記載の塩基配列中の、n以外で示される塩基が15塩基以上連続する領域である、
baiCD遺伝子検出方法。
[2]
前記コンセンサス領域が、それぞれ、配列番号2に記載の塩基配列で示される領域、配列番号3に記載の塩基配列で示される領域、配列番号4に記載の塩基配列で示される領域、配列番号5に記載の塩基配列で示される領域、配列番号6に記載の塩基配列で示される領域、配列番号7に記載の塩基配列で示される領域、配列番号8に記載の塩基配列で示される領域、及び配列番号9に記載の塩基配列で示される領域、からなる群から選択される領域である、[1]に記載のbaiCD遺伝子検出方法。
[3]
前記プライマーセットが、
配列番号10に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIと、配列番号11に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIとの組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号12に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIIと、配列番号11に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIとの組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号13に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIIIと、配列番号14に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIIIとの組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号15に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIVと、配列番号14に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIIIとの組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号16に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーVと、配列番号17に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーVとの組み合わせであるプライマーセットV
からなる群から選択されるいずれか1つである、
[1]又は[2]に記載のbaiCD遺伝子検出方法。
[4]
前記増幅工程で得られた増幅産物を検出する工程、
前記試料中の16S rRNAを検出する工程、及び
検出された増幅産物の量を、検出された16S rRNAの量で補正する補正工程、
をさらに含む、[1]~[3]のうちのいずれか一項に記載のbaiCD遺伝子検出方法。
[5]
[1]~[4]のうちのいずれか一項に記載のbaiCD遺伝子検出方法に用いるためのキットであり、
互いに異なる2つのコンセンサス領域にそれぞれハイブリダイズするプライマーの組み合わせであるプライマーセットを備え、
前記コンセンサス領域が、それぞれ、配列番号1に記載の塩基配列中の、n以外で示される塩基が15塩基以上連続する領域である、
baiCD遺伝子検出キット。
[6]
前記コンセンサス領域が、それぞれ、配列番号2に記載の塩基配列で示される領域、配列番号3に記載の塩基配列で示される領域、配列番号4に記載の塩基配列で示される領域、配列番号5に記載の塩基配列で示される領域、配列番号6に記載の塩基配列で示される領域、配列番号7に記載の塩基配列で示される領域、配列番号8に記載の塩基配列で示される領域、及び配列番号9に記載の塩基配列で示される領域、からなる群から選択される領域である、[5]に記載のbaiCD遺伝子検出キット。
[7]
前記プライマーセットが、
配列番号10に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIと、配列番号11に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIとの組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号12に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIIと、配列番号11に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIとの組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号13に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIIIと、配列番号14に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIIIとの組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号15に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIVと、配列番号14に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIIIとの組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号16に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーVと、配列番号17に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーVとの組み合わせであるプライマーセットV
からなる群から選択される少なくとも1つである、
[5]又は[6]に記載のbaiCD遺伝子検出キット。
[8]
細菌の16S rRNAを検出可能なプライマーセットをさらに備える、[5]~[7]のうちのいずれか一項に記載のbaiCD遺伝子検出キット。
That is, the present invention relates to a baiCD gene detection method and a baiCD gene detection kit used therein, and more specifically, provides the following.
[1]
A method for detecting the baiCD gene of bacteria belonging to the family Ruminococcus in a sample,
The method includes an amplification step of amplifying a baiCD gene fragment using a primer set that is a combination of primers that hybridize to two mutually different consensus regions,
The consensus regions are regions in which 15 or more consecutive bases other than n are present in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
baiCD gene detection method.
[2]
The method for detecting a baiCD gene according to [1], wherein the consensus region is a region selected from the group consisting of a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 7, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8, and a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 9.
[3]
The primer set is
A primer set I is a combination of a forward primer I having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10 and a reverse primer I having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
A primer set II is a combination of a forward primer II having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12 and a reverse primer I having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
A primer set III which is a combination of a forward primer III having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 13 and a reverse primer III having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14;
Primer set IV is a combination of forward primer IV having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 15 and reverse primer III having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14; and primer set V is a combination of forward primer V having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 and reverse primer V having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 17.
Any one selected from the group consisting of:
The method for detecting the baiCD gene according to [1] or [2].
[4]
detecting the amplification product obtained in the amplification step;
A step of detecting 16S rRNA in the sample; and a correction step of correcting the amount of the detected amplification product by the amount of the detected 16S rRNA.
The method for detecting a baiCD gene according to any one of [1] to [3], further comprising:
[5]
A kit for use in the baiCD gene detection method according to any one of [1] to [4],
A primer set is provided which is a combination of primers that hybridize to two mutually different consensus regions,
The consensus regions are regions in which 15 or more consecutive bases other than n are present in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
baiCD gene detection kit.
[6]
The baiCD gene detection kit according to [5], wherein the consensus region is a region selected from the group consisting of a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 5, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 7, a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8, and a region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 9.
[7]
The primer set is
A primer set I is a combination of a forward primer I having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10 and a reverse primer I having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
A primer set II is a combination of a forward primer II having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12 and a reverse primer I having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
A primer set III which is a combination of a forward primer III having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 13 and a reverse primer III having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14;
Primer set IV is a combination of forward primer IV having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 15 and reverse primer III having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14; and primer set V is a combination of forward primer V having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 and reverse primer V having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 17.
At least one selected from the group consisting of:
The baiCD gene detection kit according to [5] or [6].
[8]
The baiCD gene detection kit according to any one of [5] to [7], further comprising a primer set capable of detecting bacterial 16S rRNA.
本発明によれば、ルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属する、従来メタゲノム解析でしか存在が確認できていなかった細菌についても、PCRによって簡便にメタゲノム解析と同等の精度でbaiCD遺伝子を検出することができるbaiCD遺伝子検出方法、及びこれに用いるbaiCD遺伝子検出キットを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a baiCD gene detection method that can easily detect the baiCD gene by PCR with the same accuracy as metagenomic analysis, even for bacteria belonging to the family Ruminococcaceae, whose existence could previously only be confirmed by metagenomic analysis, and a baiCD gene detection kit used therefor.
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to preferred embodiments.
<baiCD遺伝子検出方法>
本発明のbaiCD遺伝子検出方法は、試料中のルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属する細菌のbaiCD遺伝子を検出する方法であり、互いに異なる2つのコンセンサス領域にそれぞれハイブリダイズするプライマーの組み合わせであるプライマーセットを用いてbaiCD遺伝子断片を増幅する増幅工程を含み、前記コンセンサス領域が、それぞれ、配列番号1に記載の塩基配列中の、n以外で示される塩基が15塩基以上連続する領域である、方法である。本発明において、baiCD遺伝子の検出には、baiCD遺伝子の定量又は半定量も含む。
<Method for detecting baiCD gene>
The baiCD gene detection method of the present invention is a method for detecting the baiCD gene of a bacterium belonging to the family Ruminococcus (Ruminococcaceae) in a sample, and includes an amplification step of amplifying a baiCD gene fragment using a primer set that is a combination of primers that hybridize to two mutually different consensus regions, and each of the consensus regions is a region in which 15 or more consecutive bases other than n are present in the base sequence described in SEQ ID NO: 1. In the present invention, the detection of the baiCD gene also includes quantification or semi-quantification of the baiCD gene.
[試料]
本発明のbaiCD遺伝子検出方法の対象となる「試料」としては、baiCD遺伝子を保有し得る細菌又はそのDNAが存在し得る試料である限り特に制限はない。一般的には、診断対象等、baiCD遺伝子を検出する対象(好ましくはヒト)から採取された尿、便、口腔粘膜、咽頭粘膜、腸管粘膜、及び各種生検試料等の検体が挙げられる。本発明に係る試料として好ましくは、便である。前記試料としては、適宜、希釈液で希釈又は懸濁したものであっても、pH調整したものであっても、粉砕や凍結等の処理がなされたものであってもよい。前記希釈液としては、例えば、リン酸緩衝液、Tris緩衝液、グッド緩衝液、ホウ酸緩衝液等の緩衝液が挙げられる。
[sample]
The "sample" to be subjected to the baiCD gene detection method of the present invention is not particularly limited as long as it is a sample in which bacteria capable of carrying the baiCD gene or its DNA may be present. In general, examples of the sample include urine, stool, oral mucosa, pharyngeal mucosa, intestinal mucosa, and various biopsy samples collected from a subject (preferably a human) for which the baiCD gene is to be detected, such as a diagnostic subject. The sample according to the present invention is preferably stool. The sample may be appropriately diluted or suspended in a diluent, pH adjusted, or treated by pulverization, freezing, or the like. Examples of the diluent include buffer solutions such as phosphate buffer, Tris buffer, Good's buffer, and borate buffer.
[共通領域]
本発明によれば、本発明者らが見出した共通領域内にプライマーを設計することにより、従来より単独培養がなされていた細菌に加えて、ルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属する、従来メタゲノム解析でしか存在が確認できていなかった細菌についても、PCRによって簡便にメタゲノム解析と同等の精度でbaiCD遺伝子を検出することができる。「ルミノコッカス科に属する、従来メタゲノム解析でしか存在が確認できていなかった細菌」としては、具体的には、非特許文献2において、同文献の図1のうち、ルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属し、かつ、baiCD遺伝子を含有するMAG(metagenome-assembled genomes)の数(n_MAGs)が、studyAのデータで100以上である種が属する系統群(同図1中、GeversD_2014_SKBSTL008_bin.71~SRR5091468_bin.55)に属する細菌である。対象の細菌が前記系統群に属するか否かは、当該細菌のbin配列を取得し、非特許文献2の図1に記載の全細菌と合わせて同文献に記載の方法で系統樹を作成したときに、次の種:
GeversD_2014_SKBSTL008_bin.71、
CosteaPI_2017_SID713A002-11-0-0_bin.25、
CosteaPI_2017_SID713B026-11-90-0_bin.59、及び
CosteaPI_2017_SID713A023-11-0-0_bin.14
のうちの少なくともいずれかが含まれる系統群に属し、かつ、次の種:
XieH_2016_YSZC12003_37181R1_bin.102、
Obregon-TitoAJ_2015_SM11_bin.2、
KarlssonFH_2013_S54_bin.27、
FengQ_2015_SID31866_bin.65、
XieH_2016_YSZC12003_35390_bin.5、
LiJ_2014_MH0358_bin.56、
RaymondF_2016_P21E7_bin.22、
FengQ_2015_SID531416_bin.49、
VogtmannE_2016MMRS15137911ST-27-0-0_bin.3、及び
FengQ_2015_SID31866_bin.46
の全てと同じ系統群に含まれないことで確認することができる。
[Common Area]
According to the present invention, by designing a primer within the common region discovered by the present inventors, in addition to bacteria that have traditionally been cultured alone, the baiCD gene of bacteria belonging to the family Ruminococcaeae, the presence of which has traditionally only been confirmed by metagenomic analysis, can be easily detected by PCR with the same accuracy as metagenomic analysis. Specifically, in Non-Patent Document 2, "bacteria belonging to the family Ruminococcus whose existence has been confirmed only by metagenomic analysis" are bacteria belonging to the family Ruminococcus (Ruminococcaceae) in Figure 1 of the same document, and to a phylogenetic group (GeversD_2014_SKBSTL008_bin.71 to SRR5091468_bin.55 in Figure 1) to which species belong that have a number of MAGs (metagome-assembled genomes) containing baiCD genes (n_MAGs) of 100 or more in the data of Study A. Whether or not a target bacterium belongs to the above phylogenetic group can be determined by obtaining the bin sequence of the bacterium, combining it with all the bacteria listed in Figure 1 of Non-Patent Document 2 to create a phylogenetic tree by the method described in the same document, and finding that the following species:
GeversD_2014_SKBSTL008_bin. 71,
CosteaPI_2017_SID713A002-11-0-0_bin. 25,
CosteaPI_2017_SID713B026-11-90-0_bin. 59 and CosteaPI_2017_SID713A023-11-0-0_bin. 14
and belong to a clade that includes at least one of the following species:
XieH_2016_YSZC12003_37181R1_bin. 102,
Obregon-TitoAJ_2015_SM11_bin. 2,
KarlssonFH_2013_S54_bin. 27,
FengQ_2015_SID31866_bin. 65,
XieH_2016_YSZC12003_35390_bin. 5,
LiJ_2014_MH0358_bin. 56,
RaymondF_2016_P21E7_bin. 22,
FengQ_2015_SID531416_bin. 49,
VogtmannE_2016MMRS15137911ST-27-0-0_bin.3, and FengQ_2015_SID31866_bin.46
This can be confirmed by not being in the same phylogenetic group as all of the above.
本発明において、プライマーを設計する前記共通領域は、ルミノコッカス科に属する細菌のbaiCD遺伝子の塩基配列に共通する、特に、従来メタゲノム解析でしか存在が確認できていなかったルミノコッカス科に属する細菌のbaiCD遺伝子の塩基配列にも共通する、ゲノムDNA上の領域である。 In the present invention, the common region for designing primers is a region on genomic DNA that is common to the base sequences of the baiCD genes of bacteria belonging to the family Ruminococcaceae, and in particular, is common to the base sequences of the baiCD genes of bacteria belonging to the family Ruminococcaceae, the existence of which has previously only been confirmed by metagenomic analysis.
前記共通領域の塩基配列は、配列番号1で示される。配列番号1で示される塩基配列(共通領域1)において、「n」は、a、c、g若しくはt、又は、塩基(1塩基)の欠失(deletion)を示す。また、配列番号1の詳細を図1A~図1Bに示す。図1A~図1Bにおいて、「n」は、A、C、G若しくはT、又は、塩基(1塩基)の欠失を示し、「N」は、A、C、G又はTを示す。配列番号1で示される共通領域として、より好ましくは、配列番号20で示される配列である。配列番号20で示される塩基配列(共通領域2)において、「n」は、a、c、g又はtを示す。 The base sequence of the common region is shown in SEQ ID NO: 1. In the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 (common region 1), "n" indicates a, c, g, or t, or a deletion of a base (1 base). Details of SEQ ID NO: 1 are shown in Figures 1A to 1B. In Figures 1A to 1B, "n" indicates A, C, G, or T, or a deletion of a base (1 base), and "N" indicates A, C, G, or T. The common region shown in SEQ ID NO: 1 is more preferably the sequence shown in SEQ ID NO: 20. In the base sequence shown in SEQ ID NO: 20 (common region 2), "n" indicates a, c, g, or t.
[コンセンサス領域]
本発明においては、互いに異なる2つのコンセンサス領域にそれぞれハイブリダイズするようにプライマーを設計する。2つのコンセンサス領域は、互いに一部重複していてもよい。本発明に係るコンセンサス領域は、baiCD遺伝子のコンセンサス領域であって、配列番号1に記載の塩基配列中の、n以外で示される塩基が15塩基以上連続する領域のことをいい、より好ましくは、配列番号20に記載の塩基配列中の、n以外で示される塩基が15塩基以上連続する領域であり、n以外で示される塩基が15~100塩基連続する領域であることが好ましく、n以外で示される塩基が17~30塩基連続する領域であることがより好ましい。
[Consensus Areas]
In the present invention, primers are designed to hybridize to two mutually different consensus regions. The two consensus regions may partially overlap each other. The consensus region according to the present invention is a consensus region of the baiCD gene, and refers to a region in which 15 or more consecutive bases other than n are present in the base sequence described in SEQ ID NO: 1, more preferably a region in which 15 or more consecutive bases other than n are present in the base sequence described in SEQ ID NO: 20, preferably a region in which 15 to 100 consecutive bases other than n are present, and more preferably a region in which 17 to 30 consecutive bases other than n are present.
このようなコンセンサス領域としては、特に制限されないが、例えば、配列番号2に記載の塩基配列で示される領域(場合により「コンセンサス領域1」という)、配列番号3に記載の塩基配列で示される領域(場合により「コンセンサス領域2」という)、配列番号4に記載の塩基配列で示される領域(場合により「コンセンサス領域3」という)、配列番号5に記載の塩基配列で示される領域(場合により「コンセンサス領域4」という)、配列番号6に記載の塩基配列で示される領域(場合により「コンセンサス領域5」という)、配列番号7に記載の塩基配列で示される領域(場合により「コンセンサス領域6」という)、配列番号8に記載の塩基配列で示される領域(場合により「コンセンサス領域7」という)、及び配列番号9に記載の塩基配列で示される領域(場合により「コンセンサス領域8」という)からなる群から選択される領域であることが好ましい。コンセンサス領域1~8を、図1A~図1B中に下線、又は2つの領域が重複する場合には下線及び上線で示す。図1A~図1B中、下線又は上線に付した番号は、それぞれ、コンセンサス領域の番号に対応する。 Such a consensus region is not particularly limited, but is preferably a region selected from the group consisting of the region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO:2 (sometimes referred to as "consensus region 1"), the region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO:3 (sometimes referred to as "consensus region 2"), the region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO:4 (sometimes referred to as "consensus region 3"), the region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO:5 (sometimes referred to as "consensus region 4"), the region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO:6 (sometimes referred to as "consensus region 5"), the region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO:7 (sometimes referred to as "consensus region 6"), the region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO:8 (sometimes referred to as "consensus region 7"), and the region represented by the base sequence set forth in SEQ ID NO:9 (sometimes referred to as "consensus region 8"). Consensus regions 1 to 8 are shown in Figures 1A to 1B as underlines, or as underlines and overlines when two regions overlap. In Figures 1A and 1B, the underlined and overlined numbers correspond to the numbers of the consensus regions.
これらのコンセンサス領域としては、互いに異なる2つの領域を適宜選択することができるが、好ましい組み合わせとしては、PCRによる検出精度の観点から、PCRによる増幅産物(断片)の塩基数、すなわち、5’末端側にある一方のコンセンサス領域の5’末端の塩基を1塩基目としたときに、3’末端側にある他方のコンセンサス領域の3’末端の塩基までの塩基数が、50塩基以上、より好ましくは50~300塩基、さらに好ましくは50~250塩基となる距離にあることが好ましい。 As these consensus regions, two mutually different regions can be appropriately selected, but a preferred combination, from the viewpoint of detection accuracy by PCR, is one in which the number of bases in the PCR amplification product (fragment), i.e., the number of bases from the 5'-end base of one consensus region on the 5'-end side to the 3'-end base of the other consensus region on the 3'-end side, is at a distance of 50 bases or more, more preferably 50 to 300 bases, and even more preferably 50 to 250 bases, from the viewpoint of detection accuracy by PCR.
このような好ましい組み合わせとしては、コンセンサス領域1とコンセンサス領域2との組み合わせ、コンセンサス領域3とコンセンサス領域2との組み合わせ、コンセンサス領域4とコンセンサス領域5との組み合わせ、コンセンサス領域6とコンセンサス領域5との組み合わせ、コンセンサス領域7とコンセンサス領域8との組み合わせが挙げられる。中でも、PCRによる検出精度がより向上する観点から、コンセンサス領域1とコンセンサス領域2との組み合わせ、コンセンサス領域3とコンセンサス領域2との組み合わせ、コンセンサス領域4とコンセンサス領域5との組み合わせが好ましく、コンセンサス領域1とコンセンサス領域2との組み合わせ、コンセンサス領域3とコンセンサス領域2との組み合わせがより好ましく、コンセンサス領域1とコンセンサス領域2との組み合わせがさらに好ましい。 Such preferred combinations include the combination of consensus region 1 and consensus region 2, the combination of consensus region 3 and consensus region 2, the combination of consensus region 4 and consensus region 5, the combination of consensus region 6 and consensus region 5, and the combination of consensus region 7 and consensus region 8. Among these, from the viewpoint of further improving the detection accuracy by PCR, the combination of consensus region 1 and consensus region 2, the combination of consensus region 3 and consensus region 2, and the combination of consensus region 4 and consensus region 5 are preferred, the combination of consensus region 1 and consensus region 2, and the combination of consensus region 3 and consensus region 2 are more preferred, and the combination of consensus region 1 and consensus region 2 is even more preferred.
[プライマーセット]
本発明に係るプライマーセットは、前記コンセンサス領域のうち、互いに異なる2つのコンセンサス領域にそれぞれハイブリダイズするプライマーの組み合わせである。
[Primer set]
The primer set according to the present invention is a combination of primers that hybridize to two mutually different consensus regions among the consensus regions.
本発明において、プライマーが前記コンセンサス領域に対して「ハイブリダイズする」には、プライマーが本発明に係るコンセンサス領域のセンス鎖(例えば、配列番号2~9で示される塩基配列)にハイブリダイズすることに加えて、その相補鎖にハイブリダイズすることも含む。 In the present invention, when a primer "hybridizes" to the consensus region, it includes not only hybridizing to the sense strand of the consensus region of the present invention (e.g., the base sequences shown in SEQ ID NOs: 2 to 9), but also hybridizing to its complementary strand.
また、本発明において、プライマーが前記コンセンサス領域に対して「ハイブリダイズする」とは、当該プライマーの少なくとも一部と前記コンセンサス領域とが二本鎖を形成可能な塩基配列であればよく、完全に相補的でなくともよい。本発明において、かかるハイブリダイズの条件としては、当該プライマーと前記コンセンサス領域との塩基配列の配列相補性が、80%以上、90%以上、95%以上、(例えば、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上)であることが好ましい。なお、前記配列相補性は、当業者であれば公知の手法(例えば、BLAST(NCBI))を用いて適宜計算することができる。また、本発明において、前記ハイブリダイズの条件としては、前記プライマーの塩基配列が、前記コンセンサス領域の塩基配列の全長に対して完全に相補的な塩基配列の1~複数個所において、連続して1~5塩基(好ましくは1~3塩基、例えば、3塩基、2塩基、1塩基)の塩基が挿入、欠失、又は置換されたものであってもよい。 In the present invention, the primer "hybridizes" to the consensus region means that at least a part of the primer and the consensus region can form a double strand, and the primer does not have to be completely complementary. In the present invention, the condition for such hybridization is preferably that the sequence complementarity between the primer and the consensus region is 80% or more, 90% or more, 95% or more (e.g., 96% or more, 97% or more, 98% or more, 99% or more). Note that the sequence complementarity can be calculated appropriately by a person skilled in the art using a known method (e.g., BLAST (NCBI)). In the present invention, the condition for hybridization may be that the primer has a base sequence in which 1 to 5 consecutive bases (preferably 1 to 3 bases, e.g., 3 bases, 2 bases, or 1 base) are inserted, deleted, or substituted at one or more positions of a base sequence that is completely complementary to the entire length of the base sequence of the consensus region.
このようなプライマーを構成する塩基配列は、上記ハイブリダイズの条件を満たすように、前記コンセンサス領域の塩基配列に合わせて、より好ましくは他の領域にハイブリダイズすることがないように、適宜設計することができる。 The base sequence constituting such a primer can be appropriately designed to meet the above hybridization conditions, to match the base sequence of the consensus region, and more preferably to avoid hybridizing to other regions.
本発明に係るプライマーの長さは、少なくとも15塩基であることが好ましく、通常は、15~100塩基であり、好ましくは17~30塩基であり、より好ましくは20~25塩基である。前記プライマーは、例えば、市販のオリゴヌクレオチド合成機により合成することができる。また、本発明に係るプライマーは、天然のヌクレオチド(デオキシリボヌクレオチド及び/又はリボヌクレオチド)のみから構成されていなくともよく、例えば、PNA(polyamide nucleic acid)、LNA(登録商標、locked nucleic acid)、ENA(登録商標、2’-O,4’-C-Ethylene-bridged nucleic acids)等の非天然型のヌクレオチドにてその一部又は全部が構成されていてもよい。 The length of the primer according to the present invention is preferably at least 15 bases, and is usually 15 to 100 bases, preferably 17 to 30 bases, and more preferably 20 to 25 bases. The primer can be synthesized, for example, by a commercially available oligonucleotide synthesizer. Furthermore, the primer according to the present invention does not have to be composed only of natural nucleotides (deoxyribonucleotides and/or ribonucleotides), and may be composed in part or in whole of non-natural nucleotides such as PNA (polyamide nucleic acid), LNA (registered trademark, locked nucleic acid), and ENA (registered trademark, 2'-O,4'-C-Ethylene-bridged nucleic acids).
このようなプライマーセットとして、より具体的には、
配列番号10に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIと、配列番号11に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIとの組み合わせであるプライマーセットI、
配列番号12に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIIと、配列番号11に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIとの組み合わせであるプライマーセットII、
配列番号13に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIIIと、配列番号14に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIIIとの組み合わせであるプライマーセットIII、
配列番号15に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーIVと、配列番号14に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーIIIとの組み合わせであるプライマーセットIV、及び
配列番号16に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のフォーワードプライマーVと、配列番号17に記載の塩基配列を含む総塩基数20~25塩基のリバースプライマーVとの組み合わせであるプライマーセットV
が挙げられる。中でも、PCRによる検出精度がより向上する観点から、プライマーセットI、プライマーセットII、又はプライマーセットIIIが好ましく、プライマーセットI、又はプライマーセットIIがより好ましく、プライマーセットIがさらに好ましい。
More specifically, such a primer set includes:
A primer set I is a combination of a forward primer I having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10 and a reverse primer I having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
A primer set II is a combination of a forward primer II having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12 and a reverse primer I having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
A primer set III which is a combination of a forward primer III having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 13 and a reverse primer III having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14;
Primer set IV is a combination of forward primer IV having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 15 and reverse primer III having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14; and primer set V is a combination of forward primer V having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 and reverse primer V having a total of 20 to 25 bases including the base sequence set forth in SEQ ID NO: 17.
Among these, from the viewpoint of further improving the detection accuracy by PCR, primer set I, primer set II, or primer set III is preferred, primer set I or primer set II is more preferred, and primer set I is even more preferred.
[増幅工程(PCR工程)]
本発明のbaiCD遺伝子検出方法は、前記プライマーセットを用いてbaiCD遺伝子断片を増幅する増幅工程を含む。前記共通領域に設定した前記プライマーセットを用いることにより、baiCD遺伝子、特に、前記ルミノコッカス科に属する、従来メタゲノム解析でしか存在が確認できていなかった細菌のbaiCD遺伝子に含まれるヌクレオチド断片(本明細書中、「baiCD遺伝子断片」という)を特異的に増幅することができる。
[Amplification process (PCR process)]
The baiCD gene detection method of the present invention includes an amplification step of amplifying a baiCD gene fragment using the primer set. By using the primer set set in the common region, it is possible to specifically amplify a baiCD gene, in particular, a nucleotide fragment (referred to as a "baiCD gene fragment" in this specification) contained in the baiCD gene of a bacterium belonging to the Ruminococcaceae family, the existence of which has only been confirmed by metagenomic analysis in the past.
前記増幅工程では、例えば、先ず、前記試料からDNAを抽出し、抽出したDNAに、前記プライマーセット及び相補鎖合成酵素を添加してPCR反応を行うことにより、目的のコンセンサス領域、すなわち、前記baiCD遺伝子が存在する場合にはこれに各プライマーがハイブリダイズして、前記プライマーセットに挟まれる領域を鋳型としてbaiCD遺伝子断片が合成され、かかるbaiCD遺伝子断片が増幅された増幅産物(PCR産物)を得ることができる。 In the amplification step, for example, first, DNA is extracted from the sample, and the primer set and complementary strand synthesis enzyme are added to the extracted DNA to perform a PCR reaction. If the desired consensus region, i.e., the baiCD gene, is present, each primer hybridizes to it, and a baiCD gene fragment is synthesized using the region sandwiched between the primer set as a template, and an amplification product (PCR product) in which the baiCD gene fragment is amplified can be obtained.
前記試料からDNAを抽出する方法としては、特に制限なく公知の方法を適宜選択して用いることができ、例えば、SDSフェノール法、市販の核酸抽出・精製キットを用いる方法が挙げられる。また、前記PCRにおける相補鎖合成酵素の種類、反応液の組成、反応温度、時間、及びサイクル数等の反応条件としても特に制限なく適宜選択することができ、市販のPCRキット等を用いることができる。本発明においては、上記の本発明に係るプライマーセットを用いることで一般的なPCR条件を採用することができ、例えば、相補鎖合成、より好ましくはDNAポリメラーゼによるDNA伸長化の温度を、50~75℃、より好ましくは52~68℃の範囲とすることができる。また、前記PCRとしては、例えば、標準核酸に対するプライマーセットや、下記の16S rRNAを検出可能なプライマーセットを同時に用いる、マルチプレックスPCRとしてもよい。 The method for extracting DNA from the sample can be appropriately selected from known methods without particular limitations, and examples of such methods include the SDS phenol method and a method using a commercially available nucleic acid extraction and purification kit. In addition, the reaction conditions, such as the type of complementary strand synthesis enzyme in the PCR, the composition of the reaction solution, the reaction temperature, time, and number of cycles, can also be appropriately selected without particular limitations, and a commercially available PCR kit or the like can be used. In the present invention, general PCR conditions can be adopted by using the above-mentioned primer set according to the present invention, and for example, the temperature for complementary strand synthesis, more preferably DNA elongation by DNA polymerase, can be in the range of 50 to 75°C, more preferably 52 to 68°C. In addition, the PCR can be, for example, multiplex PCR in which a primer set for a standard nucleic acid and a primer set capable of detecting 16S rRNA described below are used simultaneously.
[検出工程]
前記増幅工程で得られた増幅産物は、適宜公知の方法又はそれに準じた方法で検出することができる。これにより、増幅された前記baiCD遺伝子断片を検出するが、かかるbaiCD遺伝子断片はbaiCD遺伝子に共通する前記共通領域を鋳型とするものであるから、つまり、これにより、baiCD遺伝子の検出、すなわち、baiCD遺伝子の存在を検出することが可能となり、さらには、間接的に、前記試料中のbaiCD遺伝子を保有する細菌を検出することが可能となる。
[Detection step]
The amplification product obtained in the amplification step can be detected by a known method or a method similar thereto, whereby the amplified baiCD gene fragment is detected, and since the baiCD gene fragment uses the common region common to the baiCD genes as a template, it is possible to detect the baiCD gene, i.e., to detect the presence of the baiCD gene, and further indirectly to detect bacteria carrying the baiCD gene in the sample.
前記検出方法としては、例えば、得られた増幅産物に蛍光色素(例えば、エチジウムブロマイド、Syber Green(登録商標)、SYTO63等)をインターカレートして蛍光強度を測定することにより、前記増幅産物を定量し、baiCD遺伝子の量とすることができる。 As a detection method, for example, a fluorescent dye (e.g., ethidium bromide, Syber Green (registered trademark), SYTO63, etc.) can be intercalated into the obtained amplification product and the fluorescence intensity is measured to quantify the amplification product, which can be used as the amount of the baiCD gene.
また、前記増幅工程と検出工程とは、同時(リアルタイム)で行ってもよい。このようなリアルタイム法(リアルタイムPCR)としては、例えば、インターカレーション法(いわゆるSyber Green法)に代表される、蛍光色素の存在下でPCRを行う方法;ダブルダイプローブ法(いわゆるTaqMan(登録商標)プローブ法)に代表される、蛍光色素を結合させたオリゴヌクレオチドプローブ(以下、場合により単に「プローブ」という)を用いる方法が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The amplification step and the detection step may be performed simultaneously (in real time). Examples of such real-time methods (real-time PCR) include, but are not limited to, a method in which PCR is performed in the presence of a fluorescent dye, such as the intercalation method (also known as the Syber Green method); and a method in which an oligonucleotide probe bound to a fluorescent dye (hereinafter sometimes simply referred to as a "probe"), such as the double-dye probe method (also known as the TaqMan (registered trademark) probe method).
前記検出方法としては、他にも例えば、前記baiCD遺伝子断片にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドプローブが固定された基板を用いて測定するDNAアレイ法;高速液体クロマトグラフィー同位体希釈質量分析法(LC-IDMS);誘導結合プラズマ発光分析法(ICP-OES);誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS);原子吸光分光法(Atomic Absorption Spectrometry、AAS)のうちの1種を単独で、又は他の方法と組み合わせて用いる方法が挙げられるが、これらに限定されず、従来公知の方法又はそれに準じた方法を適宜採用することができる。 Other examples of the detection method include a DNA array method using a substrate on which an oligonucleotide probe that hybridizes to the baiCD gene fragment is immobilized; high performance liquid chromatography isotope dilution mass spectrometry (LC-IDMS); inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES); inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS); and atomic absorption spectrometry (AAS), which may be used alone or in combination with other methods. However, the detection method is not limited to these, and a conventionally known method or a method similar thereto may be appropriately used.
前記検出方法に係るプローブとしては、通常のハイブリダイゼーション条件下、好ましくはストリンジェントなハイブリダイゼーション条件下において、前記baiCD遺伝子断片に特異的にハイブリダイズするものが好ましく、例えば、上記ハイブリダイズの条件を満たすことが好ましく、前記baiCD遺伝子断片の塩基配列情報に基づいて、従来公知の方法又はそれに準じた方法で設計することができる。 The probe for the detection method is preferably one that specifically hybridizes to the baiCD gene fragment under normal hybridization conditions, preferably under stringent hybridization conditions, and preferably satisfies the above hybridization conditions, and can be designed by a conventionally known method or a method similar thereto, based on the base sequence information of the baiCD gene fragment.
前記検出方法に係るプローブの鎖長は、少なくとも15塩基である。通常は、15~100塩基であり、好ましくは17~30塩基である。当該プローブは、例えば、市販のオリゴヌクレオチド合成機により合成することができる。また、前記プローブは、天然のヌクレオチド(デオキシリボヌクレオチド及び/又はリボヌクレオチド)のみから構成されていなくともよく、例えば、前記非天然型のヌクレオチドにてその一部又は全部が構成されていてもよい。 The length of the probe used in the detection method is at least 15 bases. It is usually 15 to 100 bases, and preferably 17 to 30 bases. The probe can be synthesized, for example, by a commercially available oligonucleotide synthesizer. The probe does not have to be composed only of natural nucleotides (deoxyribonucleotides and/or ribonucleotides), and may be composed, for example, in part or in whole of the non-natural nucleotides.
また、前記プローブとしては、適宜、標識物質によって標識されていることが好ましい。これにより、前記標識物質に応じたシグナルを、前記baiCD遺伝子断片の指標として検出することができる。前記「シグナル」には、呈色(発色)、反射光、発光、消光、蛍光、放射性同位体による放射線等が含まれ、肉眼で確認できるものの他、シグナルの種類に応じた測定方法・装置によって確認できるものも含まれる。前記標識物質としては、例えば、FITC、FAM、DEAC、R6G、TexRed、Cy5、BODIPY FL等の蛍光物質;β-D-グルコシダ―ゼ、ルシフェラーゼ、HRP等の酵素;3H、14C、32P、35S、123I等の放射性同位体;ビオチン、ストレプトアビジン等の親和性物質;ルミノール、ルシフェリン、ルシゲニン等の発光物質が挙げられる。 In addition, the probe is preferably labeled with a labeling substance as appropriate. This allows a signal corresponding to the labeling substance to be detected as an indicator of the baiCD gene fragment. The "signal" includes coloration (color development), reflected light, luminescence, quenching, fluorescence, radiation from a radioisotope, and the like, and includes signals that can be confirmed by a measurement method or device according to the type of signal as well as signals that can be confirmed by the naked eye. Examples of the labeling substance include fluorescent substances such as FITC, FAM, DEAC, R6G, TexRed, Cy5, and BODIPY FL; enzymes such as β-D-glucosidase, luciferase, and HRP; radioisotopes such as 3 H, 14 C, 32 P, 35 S, and 123 I; affinity substances such as biotin and streptavidin; and luminescent substances such as luminol, luciferin, and lucigenin.
[補正工程]
前記検出工程で検出された増幅産物(すなわち、増幅された前記baiCD遺伝子断片)の量は、標準核酸を用いて作成した検量線等に基づいて定量し、その定量値を、baiCD遺伝子の量に対応する量(以下、単に「baiCD遺伝子量」という)としてもよいが、便等の試料には、ルミノコッカス科に属する細菌以外の生物や、試料を採取した対象(患者等)由来のDNAも含まれるため、これを補正することが好ましい。
[Correction process]
The amount of the amplification product (i.e., the amplified baiCD gene fragment) detected in the detection step may be quantified based on a calibration curve prepared using a standard nucleic acid, and the quantified value may be taken as the amount corresponding to the amount of the baiCD gene (hereinafter simply referred to as the "baiCD gene amount"); however, since samples such as stool contain organisms other than bacteria belonging to the Ruminococcaceae family and DNA derived from the subject (patient, etc.) from which the sample was collected, it is preferable to correct for this.
前記補正方法としては、例えば、試料中の全DNA量に基づいて補正する方法(例:baiCD遺伝子量(補正値)=増幅産物量/全DNA量)とする方法も挙げられるが、より精度が向上する観点から、前記試料中の16S rRNAを検出する工程をさらに含み、同試料中の16S rRNA量に基づいて補正することが好ましい。この場合には、例えば、次式:baiCD遺伝子量(補正値)=増幅産物量/16S rRNA量によって補正することができる。 The correction method may be, for example, a method in which correction is made based on the total amount of DNA in the sample (e.g., baiCD gene amount (correction value) = amount of amplified product/total amount of DNA), but from the viewpoint of improving accuracy, it is preferable to further include a step of detecting 16S rRNA in the sample and to make correction based on the amount of 16S rRNA in the same sample. In this case, correction can be made, for example, by the following formula: baiCD gene amount (correction value) = amount of amplified product/amount of 16S rRNA.
試料中の16S rRNAを検出する方法としては、特に制限されないが、例えば、前記試料から抽出したDNAを鋳型とし、細菌の16S rRNAを検出可能なプライマーセットを用いてPCRを行い、その増幅産物を検出する方法が挙げられる。前記試料からDNAを抽出する方法やPCRの方法、及び増幅産物を検出するとしては、それぞれ、前記増幅工程及び検出工程で述べた方法と同様である。 The method for detecting 16S rRNA in a sample is not particularly limited, but an example of such a method is to use DNA extracted from the sample as a template, perform PCR using a primer set capable of detecting bacterial 16S rRNA, and detect the amplified product. The method for extracting DNA from the sample, the PCR method, and the method for detecting the amplified product are the same as those described in the amplification step and detection step, respectively.
前記細菌の16S rRNAを検出可能なプライマーセットとしては、細菌の16S rRNAの保存性の高い配列に対して設計したプライマーセットが挙げられ、特に制限されないが、例えば、可変領域1~9の間に存在する保存領域に設計したプライマーセットが挙げられる。このようなプライマーセットとしては、例えば、実施例に記載の16S-プライマーセット(フォーワードプライマー:16S-フォーワードプライマー(配列番号:18);リバースプライマー:16S-リバースプライマー(配列番号:19))が挙げられるが、これに限定されるものではない。 The primer set capable of detecting the bacterial 16S rRNA includes a primer set designed for a highly conserved sequence of the bacterial 16S rRNA, and is not particularly limited to a primer set designed for a conserved region present between variable regions 1 to 9. Examples of such primer sets include, but are not limited to, the 16S-primer set described in the Examples (forward primer: 16S-forward primer (SEQ ID NO: 18); reverse primer: 16S-reverse primer (SEQ ID NO: 19)).
本発明のbaiCD遺伝子検出方法によれば、例えば、ヒトなどの診断対象から採取された便等の検体を前記試料とすることにより、簡便に、前記対象の腸内におけるbaiCD遺伝子の存在の有無を検出すること、すなわち、baiCD遺伝子を保有する細菌が腸内に存在するか否かを検出すること、並びに、存在する場合にはその量を定量することが可能となる。そのため、本発明は、前記対象における、大腸がん等の疾患の危険因子の評価や、クロストリジウム感染症の重症化評価といった、baiCD遺伝子を保有する細菌が関連する疾患のリスクの予測、診断や治療の補助に有効に用いることができる。 According to the baiCD gene detection method of the present invention, by using a specimen such as stool collected from a diagnostic subject such as a human as the sample, it is possible to easily detect the presence or absence of the baiCD gene in the intestine of the subject, that is, to detect whether bacteria carrying the baiCD gene are present in the intestine, and, if present, to quantify the amount of bacteria. Therefore, the present invention can be effectively used to predict the risk of diseases associated with bacteria carrying the baiCD gene, such as evaluating risk factors for diseases such as colorectal cancer and evaluating the severity of Clostridium infection in the subject, and to assist in diagnosis and treatment.
<キット>
本発明は、上記の本発明のbaiCD遺伝子検出方法に用いるためのbaiCD遺伝子検出キットも提供する。本発明のbaiCD遺伝子検出キットは、互いに異なる2つのコンセンサス領域にそれぞれハイブリダイズするプライマーの組み合わせであるプライマーセットを備え、前記コンセンサス領域が、それぞれ、配列番号1に記載の塩基配列中の、n以外で示される塩基が15塩基以上連続する領域である、キットである。また、本発明のbaiCD遺伝子検出キットとしては、細菌の16S rRNAを検出可能なプライマーセットをさらに備えることも好ましい。
<Kit>
The present invention also provides a baiCD gene detection kit for use in the baiCD gene detection method of the present invention. The baiCD gene detection kit of the present invention is a kit comprising a primer set which is a combination of primers hybridizing to two different consensus regions, each of which is a region in which 15 or more bases other than n are consecutive in the base sequence described in SEQ ID NO: 1. In addition, it is also preferable that the baiCD gene detection kit of the present invention further comprises a primer set capable of detecting bacterial 16S rRNA.
前記コンセンサス領域にハイブリダイズするプライマーの組み合わせであるプライマーセット、及び、細菌の16S rRNAを検出可能なプライマーセットとしては、その好ましい態様も含めて、それぞれ、本発明のbaiCD遺伝子検出方法において述べたとおりである。本発明のbaiCD遺伝子検出キットにおいて、各プライマーとしては、緩衝液、安定剤、保存剤、防腐剤等の他の成分が添加してあってもよい。 The primer set, which is a combination of primers that hybridize to the consensus region, and the primer set capable of detecting bacterial 16S rRNA, including their preferred embodiments, are as described in the baiCD gene detection method of the present invention. In the baiCD gene detection kit of the present invention, each primer may contain other components such as a buffer solution, a stabilizer, a preservative, and an antiseptic.
また、本発明のbaiCD遺伝子検出キットとしては、前記試料の希釈液;DNAを抽出、精製するための試薬;PCRに必要な酵素、緩衝液、pH調整剤等の試薬;検出工程に必要な試薬;標準核酸;使用説明書等をさらに備えていてもよい。 The baiCD gene detection kit of the present invention may further include a diluent for the sample; reagents for extracting and purifying DNA; reagents such as enzymes, buffers, and pH adjusters required for PCR; reagents required for the detection process; standard nucleic acids; and instructions for use.
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、各実施例において、「%」の表示は、特に記載のない場合、重量/容量(w/v:g/mL)パーセントを示す。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples. In each example, "%" indicates weight/volume (w/v: g/mL) percentage unless otherwise specified.
<baiCD遺伝子領域の配列の取得>
(1)検体からのメタゲノムデータの取得及び前記メタゲノムデータからのbaiCD遺伝子領域の抽出
検体として、5人のヒトから採取した糞便(検体1~5:それぞれ約3mg)を用いた。先ず、各検体から、Thermo Fisher Scientific社製の「PureLink Microbiome DNA Purification kit」を用いて、DNAを抽出した(以下、検体1~5から抽出したDNAを、それぞれ、Sample1~5とする)。次いで、抽出したDNA(Sample1~5)について、それぞれ、illumina社製の「Nextera DNA Flex library prep kit」を用いて、シーケンシング解析用のDNAライブラリーを調製した。
<Obtaining the sequence of the baiCD gene region>
(1) Acquisition of metagenomic data from samples and extraction of baiCD gene region from the metagenomic data As samples, feces collected from five humans (samples 1 to 5: about 3 mg each) were used. First, DNA was extracted from each sample using "PureLink Microbiome DNA Purification kit" manufactured by Thermo Fisher Scientific (hereinafter, the DNA extracted from samples 1 to 5 will be referred to as Samples 1 to 5, respectively). Next, a DNA library for sequencing analysis was prepared for each of the extracted DNAs (Samples 1 to 5) using "Nextera DNA Flex library prep kit" manufactured by illumina.
調製したDNAライブラリーについて、illumina社製の「NextSeq」を用いて、ショットガンシーケンシング解析により全ゲノム配列情報を取得した。取得した配列情報について、ゲノムアセンブラー(本例では、「SPAdes」)を用いてアセンブル解析を行い、ドラフトゲノム配列を作成した。次いで、binningソフトウェア(本例では、「MetaBAT2」)を用いて、binning分割を行い、bin配列を構築した。具体的には、塩基組成やデータカバレッジの情報を基に、同じ生物由来と考えられるコンティグ配列をグルーピングした。また、遺伝子予測ソフトウェア(本例では、「Prokka」)を用いて、bin配列中から遺伝子領域を予測した。 The prepared DNA library was subjected to shotgun sequencing analysis using Illumina's "NextSeq" to obtain whole genome sequence information. The obtained sequence information was subjected to assembly analysis using a genome assembler (in this example, "SPAdes") to create a draft genome sequence. Next, binning division was performed using binning software (in this example, "MetaBAT2") to construct bin sequences. Specifically, contig sequences thought to be derived from the same organism were grouped based on base composition and data coverage information. In addition, gene prediction software (in this example, "Prokka") was used to predict gene regions from the bin sequences.
次いで、相同性検索プログラム(本例では、「Blast+」)を用い、上記の予測された遺伝子領域に対して、ゲノム、タンパク質、化合物の情報を分子間の相互作用・反応、関係ネットワークで統合した生命システム情報統合データベースであるKyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)にエントリー番号:AAF22846で登録されている、baiCD遺伝子のアミノ酸配列をクエリとして相同性検索を行い、各bin配列中のbaiCD遺伝子に相当する領域(baiCD遺伝子領域)を同定した。 Next, a homology search program (in this example, "Blast+") was used to perform a homology search for the predicted gene regions using the amino acid sequence of the baiCD gene registered under entry number AAF22846 in Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG), an integrated database of biological systems information that integrates genome, protein, and compound information in terms of intermolecular interactions, reactions, and relationship networks, as a query, and the region corresponding to the baiCD gene in each bin sequence (baiCD gene region) was identified.
また、各bin配列中のbaiCD遺伝子領域について、得られたメタゲノムデータをマッピング・集計することにより、Sample1~5におけるbaiCD遺伝子領域の量を定量した。その結果、Sample3~5にはいずれも、baiCD遺伝子領域が多く含まれており、これらを抽出した検体にはbaiCD遺伝子を保有する細菌が多く含まれていることが確認された。他方、Sample1~2には、baiCD遺伝子領域がほとんど含まれておらず、これらを抽出した検体にはbaiCD遺伝子を保有する細菌がほとんど含まれていないことが確認された。 In addition, the amount of the baiCD gene region in Samples 1 to 5 was quantified by mapping and compiling the metagenomic data obtained for the baiCD gene region in each bin sequence. As a result, it was confirmed that Samples 3 to 5 all contained a large amount of the baiCD gene region, and that the specimens from which these were extracted contained a large amount of bacteria carrying the baiCD gene. On the other hand, Samples 1 and 2 contained almost no baiCD gene region, and that the specimens from which these were extracted contained almost no bacteria carrying the baiCD gene.
(2)公共のメタゲノムデータの取得及び前記メタゲノムデータからのbaiCD遺伝子領域の抽出
先ず、次の文献1:
(文献1)Pasolliら,Cell 176,January24,2019,p.649-662
に記載されている「The SGBs’ representatives」の4,930のbin配列をUniversity of Trento,Segata LabComputational Metagenomics(http://segatalab.cibio.unitn.it/data/Pasolli_et_al.html,検索日:2020年11月30日)から取得し、遺伝子予測ソフトウェア(本例では、「Prokka」)を用いて、bin配列中から遺伝子領域を予測した。次いで、予測された遺伝子領域に対して、KEGGにエントリー番号:AAF22846で登録されているbaiCD遺伝子のアミノ酸配列をクエリとして相同性検索を行い、各bin配列中のbaiCD遺伝子領域を同定した。
(2) Acquisition of public metagenomic data and extraction of the baiCD gene region from the metagenomic data First, the following literature 1:
(Reference 1) Pasolli et al., Cell 176, January 24, 2019, pp. 649-662
The 4,930 bin sequences of "The SGBs'representatives" described in "The SGBs'representatives" were obtained from the University of Trento, Segata LabComputational Metagenomics (http://segatalab.cibio.unitn.it/data/Pasolli_et_al.html, search date: November 30, 2020), and gene prediction software (in this example, "Prokka") was used to predict gene regions from the bin sequences. Next, a homology search was performed on the predicted gene regions using the amino acid sequence of the baiCD gene registered in KEGG under entry number AAF22846 as a query, and the baiCD gene region in each bin sequence was identified.
次いで、同定したbaiCD遺伝子領域から、非特許文献2の図1に記載のうち、次の種:
GeversD_2014_SKBSTL008_bin.71(以下、場合により「Gevers_bin.71」という)、
CosteaPI_2017_SID713A002-11-0-0_bin.25(以下、場合により「Costea_bin.25」という)、
CosteaPI_2017_SID713B026-11-90-0_bin.59(以下、場合により「Costea_bin.59」という)、及び
CosteaPI_2017_SID713A023-11-0-0_bin.14(以下、場合により「Costea_bin.14」という)
(以下、場合によりこれらを「A種」と総称する)が含まれる系統群、かつ、
XieH_2016_YSZC12003_37181R1_bin.102、
Obregon-TitoAJ_2015_SM11_bin.2、
KarlssonFH_2013_S54_bin.27、
FengQ_2015_SID31866_bin.65、
XieH_2016_YSZC12003_35390_bin.5、
LiJ_2014_MH0358_bin.56、
RaymondF_2016_P21E7_bin.22、
FengQ_2015_SID531416_bin.49、
VogtmannE_2016MMRS15137911ST-27-0-0_bin.3、及び
FengQ_2015_SID31866_bin.46
(以下、場合によりこれらを「B種」と総称する)とは異なる系統群に属する細菌が有するbaiCD遺伝子領域を抽出した。前記系統群は、非特許文献2において、同文献の図1のうち、ルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属し、かつ、baiCD遺伝子を含有するMAG(metagenome-assembled genomes)の数(n_MAGs)が、studyAのデータで100以上である種が属する系統群である。
Next, from the identified baiCD gene region, the following species were identified among those shown in FIG. 1 of Non-Patent Document 2:
GeversD_2014_SKBSTL008_bin.71 (hereinafter sometimes referred to as "Gevers_bin.71"),
CosteaPI_2017_SID713A002-11-0-0_bin.25 (hereinafter sometimes referred to as "Costea_bin.25"),
CosteaPI_2017_SID713B026-11-90-0_bin. 59 (hereinafter, sometimes referred to as "Costea_bin.59"), and CosteaPI_2017_SID713A023-11-0-0_bin. 14 (hereinafter, sometimes referred to as "Costea_bin.14")
(hereinafter, these are collectively referred to as "A species"), and
XieH_2016_YSZC12003_37181R1_bin. 102,
Obregon-TitoAJ_2015_SM11_bin. 2,
KarlssonFH_2013_S54_bin. 27,
FengQ_2015_SID31866_bin. 65,
XieH_2016_YSZC12003_35390_bin. 5,
LiJ_2014_MH0358_bin. 56,
RaymondF_2016_P21E7_bin. 22,
FengQ_2015_SID531416_bin. 49,
VogtmannE_2016MMRS15137911ST-27-0-0_bin. 3, and FengQ_2015_SID31866_bin. 46
(hereinafter, these are sometimes collectively referred to as "Type B"), the baiCD gene regions of bacteria belonging to a different phylogenetic group were extracted. The phylogenetic group is a phylogenetic group including species that belong to the family Ruminococcus (Ruminococcaceae) and have a number of MAGs (metagome-assembled genomes) (n_MAGs) containing the baiCD gene of 100 or more in the data of Study A in FIG. 1 of Non-Patent Document 2.
(3)CAGからのbaiCD遺伝子領域の抽出
NCBIに登録されているFirmicutes bacterium CAG:103株(以下、場合により「CAG」という)のゲノム配列(NCBIアクセッション番号:CAWL010000000)について、遺伝子予測ソフトウェア(本例では、「Prokka」)を用いて、ゲノム配列中から遺伝子領域を予測した。次いで、予測された遺伝子領域に対して、KEGGにエントリー番号:AAF22846で登録されているbaiCD遺伝子のアミノ酸配列をクエリとして相同性検索を行い、baiCD遺伝子領域を同定した。なお、CAGは、非特許文献2の図1に記載のA種の上記4つの種が含まれる系統群と同じ系統群に属する。
(3) Extraction of the baiCD gene region from CAG The genome sequence (NCBI accession number: CAWL010000000) of Firmicutes bacterium CAG:103 strain (hereinafter sometimes referred to as "CAG") registered in NCBI was used to predict the gene region from the genome sequence using gene prediction software (in this example, "Prokka"). Next, a homology search was performed on the predicted gene region using the amino acid sequence of the baiCD gene registered in KEGG under entry number: AAF22846 as a query, and the baiCD gene region was identified. Note that CAG belongs to the same phylogenetic group as the phylogenetic group containing the above four species of species A described in Figure 1 of Non-Patent Document 2.
<baiCD遺伝子検出評価>
(1)共通領域及びプライマーの設計
上記<baiCD遺伝子領域の配列の取得>の(1)~(3)で同定したbaiCD遺伝子領域の配列を用いて、マルチプルアラインメントプログラム(本例では、「MAFFT」)及びコンセンサス配列作成プログラム(本例では、「cons」)を用いて、全てのbaiCD遺伝子に共通する塩基配列を取得した。得られた塩基配列(本明細書中、「共通領域」又は「共通領域1」という)を配列番号1及び図1A~図1Bに示す。
<BaiCD gene detection evaluation>
(1) Design of common region and primers Using the sequence of the baiCD gene region identified in (1) to (3) of <Obtaining the sequence of the baiCD gene region> above, a base sequence common to all baiCD genes was obtained using a multiple alignment program (in this example, "MAFFT") and a consensus sequence creation program (in this example, "cons"). The obtained base sequence (referred to as the "common region" or "common region 1" in this specification) is shown in SEQ ID NO: 1 and Figures 1A to 1B.
また、Costea_bin.59から同定したbaiCD遺伝子領域の配列(No.1)、CAGから同定したbaiCD遺伝子領域の配列(No.2)、Sample3から同定したbaiCD遺伝子領域の配列(No.3)、Costea_bin.25から同定したbaiCD遺伝子領域の配列(No.4)、Gevers_bin.71から同定したbaiCD遺伝子領域の配列(No.5)、Sample5から同定したbaiCD遺伝子領域の配列(No.6)、Costea_bin.14から同定したbaiCD遺伝子領域の配列(No.7)、及びSample4から同定したbaiCD遺伝子領域の配列(No.8)のうち、前記共通領域に含まれる配列を図2A~図2Cに示す。図2A~図2Cに記載のNo.1~8の配列の1~1683塩基までの塩基配列に共通する塩基配列(共通領域2)は、配列番号20で示される。なお、図2A~図2Cに記載のNo.1~8の配列のアラインメントと、配列番号1又は図1A~図1Bに示される配列とは、アラインメントのアルゴリズムが異なることでずれが生じている箇所が存在する。 In addition, among the sequence of the baiCD gene region identified from Costea_bin. 59 (No. 1), the sequence of the baiCD gene region identified from CAG (No. 2), the sequence of the baiCD gene region identified from Sample 3 (No. 3), the sequence of the baiCD gene region identified from Costea_bin. 25 (No. 4), the sequence of the baiCD gene region identified from Gevers_bin. 71 (No. 5), the sequence of the baiCD gene region identified from Sample 5 (No. 6), the sequence of the baiCD gene region identified from Costea_bin. 14 (No. 7), and the sequence of the baiCD gene region identified from Sample 4 (No. 8), the sequences contained in the common region are shown in Figures 2A to 2C. No. The base sequence common to the base sequences from base 1 to 1683 of sequences No. 1 to 8 (common region 2) is shown in SEQ ID NO: 20. Note that there are some discrepancies between the alignment of sequences No. 1 to 8 shown in Figures 2A to 2C and the sequences shown in SEQ ID NO: 1 or Figures 1A to 1B due to different alignment algorithms.
次いで、配列番号1に示す塩基配列に対して、下記の表1に示すプライマーセットを設計して合成した。表1には、プライマーを設計した領域(コンセンサス領域)及びその塩基配列を示す配列番号も合わせて示す。かかるコンセンサス領域は、図1A~図1Bの配列、及び図2A~図2C中のNo.1の配列に下線(又は、2つのコンセンサス領域が重複する箇所は下線及び上線)で示す。図1A~図1B中の下線又は上線に付した番号は、表1に示すコンセンサス領域の番号に対応する。 Next, a primer set shown in Table 1 below was designed and synthesized for the base sequence shown in SEQ ID NO:1. Table 1 also shows the region for which the primers were designed (consensus region) and the sequence number showing the base sequence. Such consensus regions are underlined (or underlined and overlined where two consensus regions overlap) in the sequences of Figures 1A to 1B and No. 1 in Figures 2A to 2C. The underlined or overlined numbers in Figures 1A to 1B correspond to the numbers of the consensus regions shown in Table 1.
(2)プライマーの評価(qPCR)
上記<baiCD遺伝子領域の配列の取得>の(1)で各検体から抽出したDNA(Sample1~5)を鋳型DNAとしてqPCRを行い、<baiCD遺伝子検出評価>の(1)で設計したプライマーセットの評価を行った。DNAポリメラーゼには、「NEBNext(R) Q5(R) Hot Start HiFi PCR Master Mix」(New England Biolabs社製、M0543S)を用いた。反応液(全量:10μL)の組成及びPCRプログラムを以下のとおりとし、「Veritiサーマルサイクラー」(Thermo fisher Scientific社製)を用いてPCRを行った。
(反応液の組成)
DNAポリメラーゼ 5μL(終濃度:1×)
10μM フォーワードプライマー 0.5μL(終濃度:0.5μM)
10μM リバースプライマー 0.5μL(終濃度:0.5μM)
1ng/μL 鋳型DNA 1μL(終濃度:1ng/反応)
水 3μL
(PCRプログラム)
98℃ 30sec
30cycles:
98℃ 10sec
68℃ 10sec
72℃ 10sec
4℃ ∞。
(2) Primer Evaluation (qPCR)
qPCR was performed using the DNA (Samples 1 to 5) extracted from each sample in (1) of <Acquisition of the sequence of the baiCD gene region> as template DNA, and the primer set designed in (1) of <Evaluation of baiCD gene detection> was evaluated. For DNA polymerase, "NEBNext (R) Q5 (R) Hot Start HiFi PCR Master Mix" (New England Biolabs, M0543S) was used. The composition of the reaction solution (total volume: 10 μL) and the PCR program were as follows, and PCR was performed using "Veriti Thermal Cycler" (Thermo Fisher Scientific).
(Composition of reaction solution)
DNA polymerase 5 μL (final concentration: 1x)
10 μM forward primer 0.5 μL (final concentration: 0.5 μM)
10 μM reverse primer 0.5 μL (final concentration: 0.5 μM)
1ng/μL template DNA 1μL (final concentration: 1ng/reaction)
Water 3 μL
(PCR program)
98℃ 30sec
30 cycles:
98℃ 10sec
68℃ 10sec
72℃ 10sec
4℃∞.
PCR後の反応液について、「4200 TapeStation」(ScreenTape:D1000(5067-5582);Agilent Technologies社製)を用いて電気泳動を行った。得られた電気泳動写真を図3A(プライマーセット1~3:set1~3)及び図3B(プライマーセット4~5:set4~5)に示す。図3A~図3Bに示したように、プライマーセット1及び2を用いた場合にはプライマーダイマーが、プライマーセット4を用いた場合にはエキストラバンドが、それぞれ観察されたが、いずれのプライマーセットでも、Sample1~2(baiCD遺伝子領域なし)を用いた場合には目的のサイズの断片は増幅されないのに対して、Sample3~5(baiCD遺伝子領域あり)を用いた場合には、目的のサイズの断片(set1:241bp、set2:242bp、set3:205bp、set4:207bp、set5:156bp)が増幅されることが確認できた。 The reaction solution after PCR was subjected to electrophoresis using a "4200 TapeStation" (ScreenTape: D1000 (5067-5582); Agilent Technologies). The electrophoretic images obtained are shown in Figure 3A (primer sets 1-3: set 1-3) and Figure 3B (primer sets 4-5: set 4-5). As shown in Figures 3A and 3B, primer dimers were observed when primer sets 1 and 2 were used, and extra bands were observed when primer set 4 was used. However, with either primer set, fragments of the desired size were not amplified when Samples 1 and 2 (without the baiCD gene region) were used, whereas fragments of the desired size (set 1: 241 bp, set 2: 242 bp, set 3: 205 bp, set 4: 207 bp, set 5: 156 bp) were amplified when Samples 3 to 5 (with the baiCD gene region) were used.
(3)qPCRスタンダードの調製
Sample4(baiCD遺伝子領域あり、baiCD遺伝子定量用)又はBacteroides ovatus ATCC8483から抽出したDNA(16S rRNA定量用)を鋳型DNAとし、プライマーセット1、2、3、5を用い、反応液の組成を以下の全量100μLの組成としたこと以外は上記(2)と同様にしてPCRを行った。
(反応液の組成)
DNAポリメラーゼ 50μL(終濃度:1×)
10μM フォーワードプライマー 5μL(終濃度:0.5μM)
10μM リバースプライマー 5μL(終濃度:0.5μM)
1ng/μL 鋳型DNA 1μL(終濃度:1ng/反応)
水 39μL。
(3) Preparation of qPCR standard Sample 4 (containing the baiCD gene region, for baiCD gene quantification) or DNA extracted from Bacteroides ovatus ATCC8483 (for 16S rRNA quantification) was used as template DNA, and primer sets 1, 2, 3, and 5 were used. PCR was performed in the same manner as in (2) above, except that the reaction solution had the following composition in a total volume of 100 μL.
(Composition of reaction solution)
DNA polymerase 50 μL (final concentration: 1x)
10 μM forward primer 5 μL (final concentration: 0.5 μM)
10 μM reverse primer 5 μL (final concentration: 0.5 μM)
1ng/μL template DNA 1μL (final concentration: 1ng/reaction)
Water 39 μL.
PCR後の反応液について、「Mupid-exU」(Advance社)、1×TAEバッファー、及び2%アガロースゲルを用いて電気泳動を行い、電気泳動後のゲルから目的のサイズのバンドを切り出して精製し、qPCR用のスタンダードを調製した。DNAのサイズマーカーには「100bp ladder」(TOYOBO社製、DNA-035)を、DNAの染色には「Midori green direct」(日本ジェネティクス社製、NE-MG06)を、電気泳動後のゲルの撮影には「ImageQuant LAS 500」(GE healthcare社製)を、バンドの切り出し及び精製には「NucleoSpin Gel and PCR Clean-up」(Macherey-Nagel社製、740609.10)を、それぞれ用いた。 The reaction solution after PCR was subjected to electrophoresis using "Mupid-exU" (Advance), 1x TAE buffer, and 2% agarose gel, and bands of the desired size were excised and purified from the gel after electrophoresis to prepare standards for qPCR. The DNA size marker used was the 100 bp ladder (TOYOBO, DNA-035), the DNA was stained with Midori green direct (Nippon Genetics, NE-MG06), the gel was photographed after electrophoresis with ImageQuant LAS 500 (GE healthcare), and the bands were excised and purified with NucleoSpin Gel and PCR Clean-up (Macherey-Nagel, 740609.10).
(4)qPCR
プライマーセット1、2、3、5、並びに、細菌の16S rRNAの保存性の高い配列に対して設計した16S-プライマーセット(フォーワードプライマー:16S-フォーワードプライマー(配列番号:18);リバースプライマー:16S-リバースプライマー(配列番号:19))を用い、上記<baiCD遺伝子領域の配列の取得>の(1)で各検体から抽出したDNA(Sample1~5)を鋳型DNAとして、それぞれqPCRを行った。反応液(全量:10μL)の組成及びPCRプログラムを以下のとおりとし、「Stratagene Mx3005P」(Agilent technologies社製)を用いて、qPCRを行った。
(反応液の組成)
KOD SYBR(R) qPCR Mix(TOYOBO社製、QKD-201)
5μL(終濃度:1×)
10μM フォーワードプライマー 0.2μL(終濃度:0.2μM)
10μM リバースプライマー 0.2μL(終濃度:0.2μM)
50×ROX Passive Reference(TOYOBO社製、KOD SYBR(R) qPCR Mix付属品)
0.02μL(終濃度:1×)
1ng/μL 鋳型DNA 1μL(終濃度:1ng/反応)
水 3.58μL
(PCRプログラム)
98℃ 2min
40cycles:
98℃ 10sec
68℃ 30sec
(データ回収)
融解曲線:
95℃ 15sec
55℃ 60sec
(データ回収)
95℃ 15sec。
(4) qPCR
Using primer sets 1, 2, 3, and 5, as well as a 16S-primer set (forward primer: 16S-forward primer (SEQ ID NO: 18); reverse primer: 16S-reverse primer (SEQ ID NO: 19)) designed for a highly conserved sequence of bacterial 16S rRNA, qPCR was performed using the DNA (Samples 1 to 5) extracted from each specimen in (1) of <Acquisition of the sequence of the baiCD gene region> as template DNA. The composition of the reaction solution (total volume: 10 μL) and the PCR program were as follows, and qPCR was performed using "Stratagene Mx3005P" (manufactured by Agilent technologies).
(Composition of reaction solution)
KOD SYBR (R) qPCR Mix (manufactured by TOYOBO, QKD-201)
5μL (final concentration: 1x)
10 μM forward primer 0.2 μL (final concentration: 0.2 μM)
10 μM reverse primer 0.2 μL (final concentration: 0.2 μM)
50x ROX Passive Reference (TOYOBO, KOD SYBR® qPCR Mix accessory)
0.02μL (final concentration: 1x)
1ng/μL template DNA 1μL (final concentration: 1ng/reaction)
Water 3.58 μL
(PCR program)
98℃ 2min
40 cycles:
98℃ 10sec
68℃ 30sec
(Data collection)
Melting curve:
95℃ 15sec
55℃ 60sec
(Data collection)
95°C 15sec.
さらに、上記(3)で調製した各濃度のqPCRスタンダードを鋳型DNAとしたこと以外は上記と同様にしてqPCRを行い、DNA量(baiCD遺伝子領域の量又は16S rRNAの量)についての検量線を作成し、各qPCRの結果については、当該検量線を用いて得られた値をbaiCD遺伝子量又は16S rRNA量とした。 Furthermore, qPCR was performed in the same manner as above, except that the qPCR standards of each concentration prepared in (3) above were used as template DNA, and a standard curve for DNA amount (amount of baiCD gene region or amount of 16S rRNA) was created, and the value obtained using the standard curve for each qPCR result was taken as the amount of baiCD gene or amount of 16S rRNA.
プライマーセット1、2、3、5を用い、Sample1~5を鋳型DNAとして、上記のqPCRをそれぞれ行って得られたbaiCD遺伝子量を、各鋳型DNA量(全DNA量)あたりの量(baiCD遺伝子量/全DNA量)に補正した。Sample1~5について、プライマーセット1、2、3、5(Set 1、2、3、5)を用いて得られたbaiCD遺伝子量を全DNA量で補正した結果を図4に示す。図4には、Sample3を鋳型DNAとして各プライマーセットを用いたときの値を1とした相対値(縦軸)をそれぞれ示す。また、上記の<baiCD遺伝子領域の配列の取得>の(1)でメタゲノムデータから定量したbaiCD遺伝子領域の量(Shotgun)も合わせて示す。 The baiCD gene amount obtained by performing the above qPCR using primer sets 1, 2, 3, and 5 and Samples 1 to 5 as template DNA was corrected to the amount (baiCD gene amount/total DNA amount) per amount of template DNA (total DNA amount). Figure 4 shows the results of correcting the baiCD gene amount obtained using primer sets 1, 2, 3, and 5 (Sets 1, 2, 3, and 5) for Samples 1 to 5 by the total DNA amount. Figure 4 shows the relative values (vertical axis) with the value when Sample 3 was used as template DNA and each primer set was set to 1. The amount (Shotgun) of the baiCD gene region quantified from the metagenomic data in (1) of <Acquisition of the sequence of the baiCD gene region> above is also shown.
また、同じくプライマーセット1、2、3、5を用い、Sample1~5を鋳型DNAとして、上記のqPCRをそれぞれ行って得られたbaiCD遺伝子量を、16S-プライマーセットを用いて得られた16S rRNA量あたりの量(baiCD遺伝子量/16S rRNA量)に補正した。Sample1~5について、プライマーセット1、2、3、5(Set 1、2、3、5)を用いて得られたbaiCD遺伝子量を16S rRNA量で補正した結果を図5に示す。図5には、Sample3を鋳型DNAとして各プライマーセットを用いたときの値を1とした相対値(縦軸)をそれぞれ示す。また、上記の<baiCD遺伝子領域の配列の取得>の(1)でメタゲノムデータから定量したbaiCD遺伝子領域の量(Shotgun)も合わせて示す。 Similarly, the baiCD gene amount obtained by performing the above qPCR using primer sets 1, 2, 3, and 5 and Samples 1 to 5 as template DNA was corrected to the amount per 16S rRNA amount obtained using the 16S-primer set (baiCD gene amount/16S rRNA amount). The results of correcting the baiCD gene amount obtained using primer sets 1, 2, 3, and 5 (Sets 1, 2, 3, and 5) for Samples 1 to 5 by the amount of 16S rRNA are shown in Figure 5. Figure 5 shows the relative values (vertical axis) with the value when each primer set was used with Sample 3 as template DNA set to 1. The amount of the baiCD gene region (Shotgun) quantified from the metagenomic data in (1) of <Acquisition of the sequence of the baiCD gene region> above is also shown.
図4及び図5に示したように、いずれのプライマーセットでも、Sample1~2(baiCD遺伝子領域なし)を用いた場合にはbaiCD遺伝子領域の増幅がほとんど確認されなかったのに対して、Sample3~5(baiCD遺伝子領域あり)を用いた場合にはbaiCD遺伝子領域の増幅が確認でき、メタゲノムデータからの定量結果と同等にbaiCD遺伝子領域を検出できることが確認できた。さらに、baiCD遺伝子量を、16S-プライマーセットを用いて得られた16S rRNA量あたりの量に補正することにより、メタゲノムデータからの定量結果にさらに近い結果を得られることが確認できた。 As shown in Figures 4 and 5, for both primer sets, when Samples 1 to 2 (without the baiCD gene region) were used, almost no amplification of the baiCD gene region was confirmed, whereas when Samples 3 to 5 (with the baiCD gene region) were used, amplification of the baiCD gene region was confirmed, and it was confirmed that the baiCD gene region could be detected at a level equivalent to the quantitative results from the metagenomic data. Furthermore, it was confirmed that by correcting the amount of the baiCD gene to the amount per 16S rRNA amount obtained using the 16S-primer set, results closer to the quantitative results from the metagenomic data could be obtained.
本発明によれば、ルミノコッカス科(Ruminococcaceae)に属する、従来メタゲノム解析でしか存在が確認できていなかった細菌についても、PCRによって簡便にメタゲノム解析と同等の精度でbaiCD遺伝子を検出することができるbaiCD遺伝子検出方法、及びこれに用いるbaiCD遺伝子検出キットを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a baiCD gene detection method that can easily detect the baiCD gene by PCR with the same accuracy as metagenomic analysis, even for bacteria belonging to the family Ruminococcaceae, whose existence could previously only be confirmed by metagenomic analysis, and a baiCD gene detection kit used therefor.
配列番号:1
<223> 共通領域1
<223> nはa、c、g、t、又は欠失
配列番号:2
<223> コンセンサス領域1
配列番号:3
<223> コンセンサス領域2
配列番号:4
<223> コンセンサス領域3
配列番号:5
<223> コンセンサス領域4
配列番号:6
<223> コンセンサス領域5
配列番号:7
<223> コンセンサス領域6
配列番号:8
<223> コンセンサス領域7
配列番号:9
<223> コンセンサス領域8
配列番号:10
<223> フォーワードプライマーI
配列番号:11
<223> リバースプライマーI
配列番号:12
<223> フォーワードプライマーII
配列番号:13
<223> フォーワードプライマーIII
配列番号:14
<223> リバースプライマーIII
配列番号:15
<223> フォーワードプライマーIV
配列番号:16
<223> フォーワードプライマーV
配列番号:17
<223> リバースプライマーV
配列番号:18
<223> 16S-フォーワードプライマー
配列番号:19
<223> 16S-リバースプライマー
配列番号:20
<223> 共通領域2
<223> nはa、c、g、又はt
SEQ ID NO:1
<223> Common area 1
<223> n is a, c, g, t, or deletion SEQ ID NO: 2
<223> Consensus region 1
SEQ ID NO:3
<223> Consensus region 2
SEQ ID NO:4
<223> Consensus region 3
SEQ ID NO:5
<223> Consensus region 4
SEQ ID NO:6
<223> Consensus region 5
SEQ ID NO:7
<223> Consensus region 6
SEQ ID NO:8
<223> Consensus region 7
SEQ ID NO:9
<223> Consensus region 8
SEQ ID NO:10
<223> Forward Primer I
SEQ ID NO:11
<223> Reverse primer I
SEQ ID NO:12
<223> Forward Primer II
SEQ ID NO:13
<223> Forward Primer III
SEQ ID NO:14
<223> Reverse primer III
SEQ ID NO:15
<223> Forward Primer IV
SEQ ID NO:16
<223> Forward Primer V
SEQ ID NO:17
<223> Reverse primer V
SEQ ID NO:18
<223> 16S-forward primer SEQ ID NO: 19
<223> 16S-reverse primer SEQ ID NO: 20
<223> Common area 2
<223> n is a, c, g, or t
Claims (4)
互いに異なる2つのコンセンサス領域にそれぞれハイブリダイズするプライマーの組み合わせであるプライマーセットを用いてbaiCD遺伝子断片を増幅する増幅工程を含み、
前記コンセンサス領域が、それぞれ、配列番号1に記載の塩基配列中の、n以外で示される塩基が15塩基以上連続する領域であり、
前記プライマーセットが、
配列番号13に記載の塩基配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号14に記載の塩基配列からなるリバースプライマーIIIとの組み合わせであるプライマーセットIII、及び
配列番号16に記載の塩基配列からなるフォーワードプライマーVと、配列番号17に記載の塩基配列からなるリバースプライマーVとの組み合わせであるプライマーセットV
からなる群から選択されるいずれか1つである、
baiCD遺伝子検出方法。 A method for detecting the baiCD gene of bacteria belonging to the family Ruminococcus in a sample,
The method includes an amplification step of amplifying a baiCD gene fragment using a primer set that is a combination of primers that hybridize to two mutually different consensus regions,
the consensus region is a region in which 15 or more consecutive bases other than n are present in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1,
The primer set is
A primer set III which is a combination of a forward primer III consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 13 and a reverse primer III consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14; and
A primer set V is a combination of a forward primer V having a base sequence as set forth in SEQ ID NO: 16 and a reverse primer V having a base sequence as set forth in SEQ ID NO: 17.
Any one selected from the group consisting of :
baiCD gene detection method.
前記試料中の16S rRNAを検出する工程、及び
検出された増幅産物の量を、検出された16S rRNAの量で補正する補正工程、
をさらに含む、請求項1に記載のbaiCD遺伝子検出方法。 detecting the amplification product obtained in the amplification step;
A step of detecting 16S rRNA in the sample; and a correction step of correcting the amount of the detected amplification product by the amount of the detected 16S rRNA.
The method for detecting the baiCD gene according to claim 1 , further comprising:
互いに異なる2つのコンセンサス領域にそれぞれハイブリダイズするプライマーの組み合わせであるプライマーセットを備え、
前記コンセンサス領域が、それぞれ、配列番号1に記載の塩基配列中の、n以外で示される塩基が15塩基以上連続する領域であり、
前記プライマーセットが、
配列番号13に記載の塩基配列からなるフォーワードプライマーIIIと、配列番号14に記載の塩基配列からなるリバースプライマーIIIとの組み合わせであるプライマーセットIII、及び
配列番号16に記載の塩基配列からなるフォーワードプライマーVと、配列番号17に記載の塩基配列からなるリバースプライマーVとの組み合わせであるプライマーセットV
からなる群から選択されるいずれか1つである、
baiCD遺伝子検出キット。 A kit for use in the baiCD gene detection method according to claim 1 or 2 ,
A primer set is provided which is a combination of primers that hybridize to two mutually different consensus regions,
the consensus region is a region in which 15 or more consecutive bases other than n are present in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1,
The primer set is
A primer set III which is a combination of a forward primer III consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 13 and a reverse primer III consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14; and
A primer set V is a combination of a forward primer V having a base sequence as set forth in SEQ ID NO: 16 and a reverse primer V having a base sequence as set forth in SEQ ID NO: 17.
Any one selected from the group consisting of :
baiCD gene detection kit.
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