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JP3917640B2 - Method for detecting presence of target nucleic acid using nucleic acid probe-immobilized substrate - Google Patents

Method for detecting presence of target nucleic acid using nucleic acid probe-immobilized substrate Download PDF

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JP3917640B2
JP3917640B2 JP2006224283A JP2006224283A JP3917640B2 JP 3917640 B2 JP3917640 B2 JP 3917640B2 JP 2006224283 A JP2006224283 A JP 2006224283A JP 2006224283 A JP2006224283 A JP 2006224283A JP 3917640 B2 JP3917640 B2 JP 3917640B2
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Description

本発明は、標的核酸の存在を検出するための核酸プローブ固定化基体およびそれを用いた核酸検出方法に関する。   The present invention relates to a nucleic acid probe-immobilized substrate for detecting the presence of a target nucleic acid and a nucleic acid detection method using the same.

近年の遺伝子工学の発展に伴い、医療分野では遺伝子による病気の診断や予防が可能となっている。これらは遺伝子診断と呼ばれる。例えば、病気の原因となるヒト遺伝子の欠陥や変化を検出することによって、病気の発症前もしくは極めて初期の段階で、その病気の診断や予測を行うことが可能である。また、ヒトゲノムの解読と共に、遺伝子型と疾病との関連に関する研究が進み、各個人の遺伝子型に合わせた治療(テーラーメイド医療)も現実化しつつある。従って、遺伝子の検出や、遺伝子型の決定を簡便に行うことは非常に重要である。   With the development of genetic engineering in recent years, it has become possible to diagnose and prevent diseases caused by genes in the medical field. These are called genetic diagnosis. For example, by detecting a defect or change in a human gene that causes a disease, it is possible to diagnose or predict the disease before the onset of the disease or at an extremely early stage. Along with the decoding of the human genome, research on the relationship between genotypes and diseases is progressing, and treatment tailored to each individual's genotype (tailor-made medicine) is becoming a reality. Therefore, it is very important to easily detect genes and determine genotypes.

このような遺伝子解析において注目されているのが、一般的にはDNAチップまたはDNAマイクロアレイと称される装置である(ここでは、両者を総してDNAチップと称す)。DNAチップは、基板上に多種類の塩基配列からなる多数の核酸プローブを固定して具備する装置である。このようなDNAチップを使用することによって、一回の試験で多種類の標的核酸を検出することが可能である。しかしながら、そのような長所を持つ一方で、試料中に存在する異なる標的核酸のハイブリダイゼーションの効率が異なり、場合によっては非常に低いハイブリダイゼーション効率しか得られないことがある。   What is attracting attention in such gene analysis is an apparatus generally referred to as a DNA chip or a DNA microarray (herein, both are collectively referred to as a DNA chip). A DNA chip is an apparatus having a large number of nucleic acid probes having various base sequences fixed on a substrate. By using such a DNA chip, it is possible to detect many types of target nucleic acids in a single test. However, while having such advantages, the efficiency of hybridization of different target nucleic acids present in the sample is different, and in some cases, a very low hybridization efficiency may be obtained.

上記の状況に鑑み、本発明の目的は、高効率でハイブリダイゼーションを行うことの可能なプローブ固定化基体を用いて、試料核酸中の標的核酸の存在を検出する方法を提供することである。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a method for detecting the presence of a target nucleic acid in a sample nucleic acid using a probe-immobilized substrate capable of highly efficient hybridization.

上記の目的は、以下のような本発明の態様により達成され得る。即ち、
(1)電気化学的検出を行うことが可能な電極を具備し、前記電極に核酸プローブがスペーサを介して固定化されている核酸プローブ固定化基体であって、前記スペーサの長さをX、前記核酸プローブに相補的な塩基配列を含む全長が70塩基以上の標的核酸が前記核酸プローブにハイブリダイズした際の、当該ハイブリダイゼーション部位の基体側末端から前記標的核酸の基体側末端までの長さをYとした場合において、X≧Y、Y≧10Å、且つ200Å≧Xの関係が成立する核酸プローブ固定化基体を用い、試料核酸中の標的核酸の存在を検出する方法であって、
前記試料核酸における前記XとYの関係がX≧Y、Y≧10Å、且つ200Å≧Xを満たし、かつ全長が70塩基以上となるように、選択されたプライマーを使用して試料核酸を増幅する工程と、
適切なハイブリダイゼーションが得られる条件下で、前記増幅により得られた増幅産物を、前記核酸プローブ固定化基体に固定化された核酸プローブと反応させる工程と、
前記反応させる工程により生じたハイブリダイゼーションを電気化学的に検出することにより、試料核酸中に標的核酸が存在することを判定する工程と
を具備する標的核酸の存在を検出する方法。;および
)前記(1)に記載の核酸プローブ固定化基体を用いて、当該標的配列を含む全長が70塩基以上の標的核酸の存在を検出する方法であって、
(a)当該標的核酸が標的配列で前記核酸プローブとハイブリダイズしたときに、当該標的配列部位の基体側末端部から40塩基以内に、前記標的核酸の基体側末端が位置するように、当該標的核酸を増幅するためのプライマーを準備することと、
(b)前記(a)で準備されたプライマーを用いて試料核酸を増幅することと、
(c)前記(b)で得られた増幅産物を一本鎖にすることと、
(d)前記(c)で得られた一本鎖を前記核酸プローブと反応させることと、
(e)前記(d)で生じたハイブリダイゼーションを電気化学的に検出することによって、当該試料核酸中の標的核酸の存在を検出することと、
を具備する標的核酸の存在を検出する方法;
である。
The above object can be achieved by the following aspects of the present invention. That is,
(1) A nucleic acid probe-immobilized substrate comprising an electrode capable of performing electrochemical detection and having a nucleic acid probe immobilized on the electrode via a spacer, wherein the length of the spacer is X, The length from the substrate-side end of the hybridization site to the substrate-side end of the target nucleic acid when a target nucleic acid having a total length of 70 bases or more including a base sequence complementary to the nucleic acid probe is hybridized to the nucleic acid probe Is a method for detecting the presence of a target nucleic acid in a sample nucleic acid using a nucleic acid probe-immobilized substrate in which X ≧ Y, Y ≧ 10Å, and 200Å ≧ X are satisfied,
The sample nucleic acid is amplified using the selected primers so that the relationship between X and Y in the sample nucleic acid satisfies X ≧ Y, Y ≧ 10Å, and 200Å ≧ X, and the total length is 70 bases or more. Process,
Under conditions suitable hybridization can be obtained, and reacting the amplification product obtained by the amplification, the immobilized nucleic acid probe to the nucleic acid probe-immobilized substrate,
A method for detecting the presence of the target nucleic acid, comprising: electrochemically detecting the hybridization produced by the reacting step and determining that the target nucleic acid is present in the sample nucleic acid. And ( 2 ) a method for detecting the presence of a target nucleic acid having a total length of 70 bases or more including the target sequence, using the nucleic acid probe-immobilized substrate according to (1),
(A) When the target nucleic acid is hybridized with the nucleic acid probe with a target sequence, the target nucleic acid is positioned so that the base end of the target nucleic acid is located within 40 bases from the base end of the target sequence site. Preparing primers for amplifying nucleic acids;
(B) amplifying a sample nucleic acid using the primer prepared in (a) above;
(C) making the amplification product obtained in (b) single-stranded,
(D) reacting the single strand obtained in (c) with the nucleic acid probe;
(E) detecting the presence of the target nucleic acid in the sample nucleic acid by electrochemically detecting the hybridization produced in (d);
A method for detecting the presence of a target nucleic acid comprising:
It is.

本発明の核酸プローブ固定化基体を用いた核酸検出方法は、高効率ハイブリダイゼーションを提供することができる。
Nucleic acid detection method using the nucleic acid probe-immobilized substrate of the present invention can provide a highly efficient hybridization.

1.発明の概要
本発明は、基本的には、基体と、前記基体にスペーサを介して固定された核酸プローブとを具備する核酸プローブ固定化基体である。本発明は、本発明者らが、スペーサの長さを特定することにより、より効率のよいハイブリダイゼーションが得られることを見出したことに基づく。
1. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is basically a nucleic acid probe-immobilized substrate comprising a substrate and a nucleic acid probe fixed to the substrate via a spacer. The present invention is based on the finding that the present inventors can obtain more efficient hybridization by specifying the length of the spacer.

即ち、本発明の態様に従う核酸プローブ固定化基体では、スペーサの長さをXとし、前記核酸プローブに対して前記標的配列をその一部に含む標的核酸がハイブリダイズした際に、当該ハイブリダイゼーション部位の基体側末端から、前記標的核酸の基体側末端までの長さをYとした場合に、X≧Yの関係が成立するようなスペーサを介して核酸プローブが基体に対して固定されている。   That is, in the nucleic acid probe-immobilized substrate according to the embodiment of the present invention, when the length of the spacer is X and a target nucleic acid that includes the target sequence as a part of the nucleic acid probe is hybridized, the hybridization site The nucleic acid probe is fixed to the substrate via a spacer that satisfies the relationship X ≧ Y, where Y is the length from the substrate-side end of the target nucleic acid to the substrate-side end of the target nucleic acid.

また、本願発明の態様に従う核酸プローブ固定化基体の測定原理は以下の通りである。当該核酸プローブは、標的配列に相補的な配列を有するように設計されている。試料核酸に標的配列が存在する場合には、当該核酸プローブ固定化基体上でハイブリダイゼーションが生じる。従って、本発明の装置は、基本的には、このハイブリダイゼーションの結果、生じた二本鎖核酸の存在を検出することにより、または当該核酸プローブにハイブリダイズした核酸の存在を検出することにより、試料核酸中に標的配列が存在することを検出することが可能である。ここで使用される「ハイブリダイゼーションを検出する」の語は、生じた当該二本鎖核酸を検出すること、または試料核酸を予め何れかの標識物質により標識しておいて、ハイブリダイゼーション後にその標識物質に由来する信号を検出すること、或いはそれ自身公知の他の手段により、反応によって二本鎖核酸が存在することまたはハイブリダイゼーションが生じたことを検出することを総括的に示す語である。   The measurement principle of the nucleic acid probe-immobilized substrate according to the embodiment of the present invention is as follows. The nucleic acid probe is designed to have a sequence complementary to the target sequence. When the target sequence is present in the sample nucleic acid, hybridization occurs on the nucleic acid probe-immobilized substrate. Therefore, the device of the present invention basically detects the presence of a double-stranded nucleic acid generated as a result of this hybridization, or detects the presence of a nucleic acid hybridized to the nucleic acid probe, It is possible to detect the presence of the target sequence in the sample nucleic acid. As used herein, the term “detecting hybridization” refers to detecting the resulting double-stranded nucleic acid or labeling a sample nucleic acid with any labeling substance in advance, and then labeling after hybridization. It is a general term for detecting a signal derived from a substance, or detecting the presence of a double-stranded nucleic acid or occurrence of hybridization by other means known per se.

そのようなハイブリダイゼーションの検出は、例えば、後述するような電気化学的検出または蛍光検出により行うことが可能である。   Such hybridization can be detected by, for example, electrochemical detection or fluorescence detection as described later.

このような電気化学的検出の場合、核酸プローブ固定化基体は、基本的には、基体に電気化学的信号を検出可能に配置された電極に対して、所望の核酸プローブとスペーサを介して固定化すれば得られる。   In the case of such electrochemical detection, the nucleic acid probe-immobilized substrate is basically immobilized via a desired nucleic acid probe and a spacer on an electrode arranged to detect an electrochemical signal on the substrate. Can be obtained.

また、蛍光物質などの標識物質を用いて検出を行う手段を行う場合、核酸プローブ固定化基体は、基本的には、基体に対して、所望の核酸プローブをスペーサを介して固定化すれば得られる。   In addition, when a means for performing detection using a labeling substance such as a fluorescent substance is performed, a nucleic acid probe-immobilized substrate can be basically obtained by immobilizing a desired nucleic acid probe on a substrate via a spacer. It is done.

2.用語の説明
ここで使用される「核酸」の語は、リボ核酸(即ち、RNA)、デオキシリボ核酸(即ち、DNA)、ペプチド核酸(即ち、PNA)、メチルフォスホネート核酸、S−オリゴ、cDNAおよびcRNA等、並びに何れのオリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチド等、核酸及び核酸類似体を総括的に示す語である。また、そのような核酸は、天然に存在するものであっても、人工的に合成されたものであってもよい。
2. Explanation of Terms As used herein, the term “nucleic acid” refers to ribonucleic acid (ie RNA), deoxyribonucleic acid (ie DNA), peptide nucleic acid (ie PNA), methyl phosphonate nucleic acid, S-oligo, cDNA It is a general term for nucleic acids and nucleic acid analogues, such as and cRNA, and any oligonucleotides and polynucleotides. Moreover, such a nucleic acid may be naturally occurring or artificially synthesized.

ここで「核酸プローブ」とは、標的配列に相補的な塩基配列を含む核酸であって、基体に固定化されるための核酸断片をいう。核酸プローブは、目的とする標的配列に相補的な配列を有し、それによって適切な条件下で標的配列とハイブリダイズすることが可能である。   Here, the “nucleic acid probe” refers to a nucleic acid fragment containing a base sequence complementary to a target sequence and immobilized on a substrate. The nucleic acid probe has a sequence that is complementary to the target sequence of interest, and is thereby capable of hybridizing to the target sequence under appropriate conditions.

ここで「標的配列」とは、その存在を検出したい塩基配列、または核酸プローブの塩基配列によって捕捉しようとする配列を指す。また、そのような標的配列を含む核酸を標的核酸と称す。   Here, the “target sequence” refers to a base sequence whose presence is to be detected or a sequence to be captured by the base sequence of a nucleic acid probe. A nucleic acid containing such a target sequence is referred to as a target nucleic acid.

ここで使用される「相補」、「相補的」および「相補性」の語は、50%〜100%の範囲で相補的あればよく、好ましくは100%で相補的であることをいう。   The terms “complementary”, “complementary” and “complementarity” as used herein may be complementary in the range of 50% to 100%, preferably 100% complementary.

ここで使用される「スペーサ」の語は、核酸プローブと基板の間に配置されるある程度の長さを有した鎖状物質をいう。スペーサを構成する物質が核酸であった場合、標的配列に相補的またはハイブリダイズする部分はプローブ、それ以外の部分をスペーサと分類する。   As used herein, the term “spacer” refers to a chain substance having a certain length arranged between a nucleic acid probe and a substrate. When the substance constituting the spacer is a nucleic acid, a portion complementary or hybridized to the target sequence is classified as a probe, and the other portion is classified as a spacer.

ここで使用される「スペーサの長さ」の語は、核酸プローブと基体の間に配置される鎖状分子の長さをいう。また、基体に図3に示したようなブロッキング剤を使用する場合は、上記スペーサの長さからブロッキング剤の長さをひいたものを「スペーサの長さ」とする。 As used herein, the term “spacer length” refers to the length of a chain molecule disposed between a nucleic acid probe and a substrate. When a blocking agent as shown in FIG. 3 is used for the substrate, the “spacer length” is obtained by subtracting the blocking agent length from the spacer length.

3.発明の態様
まず、本発明の基本的な構成の例を以下に説明する。
3. Aspects of the Invention First, an example of a basic configuration of the present invention will be described below.

(1)第1の態様
図1を用いて、本発明の第1の態様を説明する。本発明の第1の態様である核酸プローブ固定化基体1は、基体2に具備された電極3に、スペーサ4を介して固定化された核酸プローブ5を具備する(図1Aおよび図1B)。電極3は、電気的情報を取り出すためのパット6に接続されている。図1Bでは、便宜上、スペーサ4を太線で示し、核酸プローブ5を鎖状の線で示した。
(1) First Aspect The first aspect of the present invention will be described with reference to FIG. The nucleic acid probe-immobilized substrate 1 according to the first aspect of the present invention includes a nucleic acid probe 5 immobilized on a electrode 3 provided on a substrate 2 via a spacer 4 (FIGS. 1A and 1B). The electrode 3 is connected to a pad 6 for taking out electrical information. In FIG. 1B, for convenience, the spacer 4 is indicated by a thick line, and the nucleic acid probe 5 is indicated by a chain line.

このような核酸プローブ固定化基体1は、例えば、それ自身公知の手段によりシリコン基板に電極を配置し、その電極表面に対してスペーサを介して核酸プローブを固相化することにより製造することが可能である。   Such a nucleic acid probe-immobilized substrate 1 can be produced, for example, by placing an electrode on a silicon substrate by means known per se and immobilizing the nucleic acid probe on the electrode surface via a spacer. Is possible.

本態様においては、電極の数を6としたが1つの基体に配置する電極の数はこれに限定するものではない。また、電極の配置パターンも図1Aに示したものに限定されるものではなく、当業者が必要に応じて適宜設計変更することが可能である。必要に応じて参照電極および対極を設けてもよい。そのような核酸プローブ固定化基体も本発明の範囲内である。   In this embodiment, the number of electrodes is six, but the number of electrodes arranged on one substrate is not limited to this. Further, the arrangement pattern of the electrodes is not limited to that shown in FIG. 1A, and those skilled in the art can appropriately change the design as necessary. You may provide a reference electrode and a counter electrode as needed. Such a nucleic acid probe-immobilized substrate is also within the scope of the present invention.

(2)第2の態様
図2に本発明の第2の態様を模式的に示した。本発明の第2の態様である核酸プローブ固定化基体11は、基体12に、スペーサ13を介して固定化された核酸プローブ14を具備する(図2)。図2においても、便宜上、スペーサ13を太線で示し、核酸プローブ14を鎖状の線で示した。
(2) Second Aspect FIG. 2 schematically shows a second aspect of the present invention. The nucleic acid probe-immobilized substrate 11 according to the second aspect of the present invention includes a nucleic acid probe 14 immobilized on a substrate 12 via a spacer 13 (FIG. 2). Also in FIG. 2, for convenience, the spacer 13 is indicated by a thick line, and the nucleic acid probe 14 is indicated by a chain line.

このような核酸プローブ固定化基体11は、例えば、それ自身公知の手段によりシリコン基板に対してスペーサを介して核酸プローブを固相化することにより製造することが可能である。   Such a nucleic acid probe-immobilized substrate 11 can be produced, for example, by immobilizing a nucleic acid probe on a silicon substrate via a spacer by means known per se.

本態様においては、1つの基体に配置する核酸プローブの数はこれに限定するものではなく、所望に応じて変更してもよく、また、複数種類の塩基配列を有する核酸プローブを1つの基体に配置してもよい。複数および/または複数種類の核酸プローブの基体への固相パターンは、当業者が必要に応じて適宜設計変更することが可能である。そのような核酸プローブ固定化基体も本発明の範囲内である。   In this embodiment, the number of nucleic acid probes arranged on one substrate is not limited to this, and may be changed as desired. Nucleic acid probes having a plurality of types of base sequences are arranged on one substrate. You may arrange. A person skilled in the art can appropriately change the design of the solid phase pattern on the substrate of plural and / or plural kinds of nucleic acid probes as necessary. Such a nucleic acid probe-immobilized substrate is also within the scope of the present invention.

4.構成
本発明に従う態様は、上述したような基本的な構成を有しているが、核酸プローブがスペーサを介して固定されているところに特徴がある。詳細には、本発明において使用されるスペーサは、スペーサの長さをXとし、前記核酸プローブに対して前記標的配列をその一部に含む標的核酸がハイブリダイズした際に、当該ハイブリダイゼーション部位の基体側末端から、前記標的核酸の基体側末端までの長さをYとした場合に、X≧Yの関係が成立するようなスペーサである。
4). Configuration The embodiment according to the present invention has the basic configuration as described above, but is characterized in that the nucleic acid probe is fixed via a spacer. Specifically, the spacer used in the present invention has a spacer length X, and when a target nucleic acid containing the target sequence as a part of the nucleic acid probe is hybridized, It is a spacer that satisfies the relationship X ≧ Y, where Y is the length from the substrate-side end to the substrate-side end of the target nucleic acid.

図3に、核酸プローブと標的核酸の結合状態の1例を示す。図3の左側には、核酸プローブ固定化基体30と一般的な標的核酸の例を模式的に示す。基体31に配置された電極32の表面にリンカー剤33aおよびブロッキング剤33bが処理されている。当該リンカー剤33aにより、核酸プローブ35はスペーサ34を介して電極32に固定されている。このような核酸プローブ35の配列に対して相補的な標的配列をその一部分に有する標的核酸36を、その隣に並べて示した。   FIG. 3 shows an example of the binding state between the nucleic acid probe and the target nucleic acid. The left side of FIG. 3 schematically shows an example of the nucleic acid probe-immobilized substrate 30 and a general target nucleic acid. A linker agent 33a and a blocking agent 33b are treated on the surface of the electrode 32 disposed on the substrate 31. The nucleic acid probe 35 is fixed to the electrode 32 through the spacer 34 by the linker agent 33a. A target nucleic acid 36 having a target sequence complementary to the sequence of the nucleic acid probe 35 in a part thereof is shown next to it.

個体や組織および細胞などの対象から得られた試料や、それを所望に応じて処理して得られた試料から得られた試料核酸のうち、検出しようとする標的配列を含む標的核酸であっても、標的核酸の存在する位置は様々であると考えられる。図3の左図の試料核酸36はそのような多様な標的核酸のうちの平均的な1例としてここに示した。   A target nucleic acid containing a target sequence to be detected among a sample nucleic acid obtained from a sample obtained from a subject such as an individual, tissue or cell, or a sample obtained by processing it as desired. However, the position where the target nucleic acid exists is considered to be various. The sample nucleic acid 36 in the left diagram of FIG. 3 is shown here as an average example of such various target nucleic acids.

このように固定化された核酸プローブ35と標的核酸36がハイブリダイズした場合の状態を、基線37から上部を比較するように図3の右側に示す。図から明かであるように、スペーサ34の長さが「X」であり、核酸プローブ35に対して標的配列を介して標的核酸36がハイブリダイズした際に、標的配列部分の基体側の末端からこの標的核酸の基体側の末端までの長さが「Y」である。   The state when the nucleic acid probe 35 thus immobilized and the target nucleic acid 36 are hybridized is shown on the right side of FIG. As is clear from the figure, the length of the spacer 34 is “X”, and when the target nucleic acid 36 is hybridized to the nucleic acid probe 35 via the target sequence, the end of the target sequence portion from the substrate side end. The length to the end of the target nucleic acid on the substrate side is “Y”.

X<Yの場合には、標的配列に相補的な配列を有する核酸プローブ35と標的核酸36とのハイブリダイズの効率は低い。即ち、このような場合には、標的核酸の長さや、その標的核酸における標的配列の位置を考慮すると、固定化される核酸プローブは基体表面近くに存在し過ぎる。そのために核酸プローブ同士が互いに立体障害の原因となったり、固相である基体が立体障害の原因となり得る。その結果、核酸プローブと標的核酸とのハイブリダイゼーション効率は十分には得られないと考えられる。   When X <Y, the efficiency of hybridization between the nucleic acid probe 35 having a sequence complementary to the target sequence and the target nucleic acid 36 is low. That is, in such a case, considering the length of the target nucleic acid and the position of the target sequence in the target nucleic acid, the nucleic acid probe to be immobilized exists too close to the substrate surface. For this reason, the nucleic acid probes can cause steric hindrance to each other, and a solid substrate can cause steric hindrance. As a result, it is considered that sufficient hybridization efficiency between the nucleic acid probe and the target nucleic acid cannot be obtained.

それに対して、X≧Yの場合には、標的配列に相補的な配列を有する核酸プローブ35と標的核酸36とのハイブリダイズの効率が高い。X≧Yの場合には、図3の右図から分かるように、核酸プローブと標的配列がハイブリダイズした場合に、標的配列よりも基体31側に存在する標的核酸36の部分に余剰は、仮にあったとしても短く、或いはそのような余剰は存在しない。また、スペーサ34が、標的核酸の長さおよび標的配列の位置からみても、充分な長さがあるために、核酸プローブは、反応溶媒中で自由に動く範囲が広くなり(即ち、自由度が十分に大きく)、ハイブリダイゼーション反応中に標的配列と遭遇する確率が向上すると考えられる。   On the other hand, when X ≧ Y, the efficiency of hybridization between the nucleic acid probe 35 having a sequence complementary to the target sequence and the target nucleic acid 36 is high. In the case of X ≧ Y, as can be seen from the right diagram of FIG. 3, when the nucleic acid probe and the target sequence are hybridized, the surplus in the portion of the target nucleic acid 36 present on the substrate 31 side relative to the target sequence is temporarily If so, it is short or there is no such surplus. Further, since the spacer 34 has a sufficient length even when viewed from the length of the target nucleic acid and the position of the target sequence, the nucleic acid probe has a wide range of movement in the reaction solvent (that is, the degree of freedom is large). It is believed that the probability of encountering the target sequence during the hybridization reaction is improved.

XとYとの関係を図5に示す。図5のグラフは横軸がXの長さであり、縦軸がYの長さである。中央の直線はY=Xのグラフである。本発明の態様に従うYとXの好ましい関係はX≧Yである。図中、領域Aは、標的核酸と固相との立体障害を小さくするためにX≧Yを満たす領域である。領域Bは、領域Aに含まれ、更に核酸プローブの自由度を向上させるためにX−50Å≧Yを満たす領域である。領域Cは、B領域に含まれ、更に核酸プローブ合成の際の費用や収量を考慮した場合に望ましい領域である。領域Dは、Yが数10Åよりも短い場合でも、Xは自由度を確保するために一定の長さが以上必要であるということを考慮した場合に、回避することが望ましい領域である。更に領域Eは、Yが0であるか、または極短いために、スペーサの有無や長さによってもハイブリダイゼーションの効率に影響が生じない領域である。   The relationship between X and Y is shown in FIG. In the graph of FIG. 5, the horizontal axis is the length of X, and the vertical axis is the length of Y. The center straight line is a graph of Y = X. A preferred relationship between Y and X according to embodiments of the present invention is X ≧ Y. In the figure, region A is a region that satisfies X ≧ Y in order to reduce the steric hindrance between the target nucleic acid and the solid phase. Region B is a region that is included in region A and further satisfies X−50Å ≧ Y in order to further improve the degree of freedom of the nucleic acid probe. The region C is a region that is included in the B region and is desirable in consideration of the cost and yield in the synthesis of the nucleic acid probe. The region D is a region that should be avoided even when Y is shorter than several tens of kilometers, considering that X needs a certain length in order to secure the degree of freedom. Further, the region E is a region in which Y is 0 or extremely short, so that the presence or absence of the spacer and the length do not affect the efficiency of hybridization.

実際に検出を行った場合に多いのは、領域A、B、CおよびDであるが、本発明の態様においてより好ましい領域は領域Cおよび領域Dである。   When the detection is actually performed, the regions A, B, C, and D are often used, but the regions C and D are more preferable in the embodiment of the present invention.

本発明の趣旨に従えばXの長さの限界は、20000Å以下であっても、10000Å以下であってもよい。核酸プローブを合成する側面から考慮した場合のXの長さの上限は、2000Å(これは核酸で約400塩基に相当する)であればよく、1000Åが好ましく、500Åがより好ましい。即ち、Xの長さを長く設定すると、核酸プローブを合成する場合の収量および純度が低下する可能性があるためである。   In accordance with the spirit of the present invention, the limit of the length of X may be 20000 mm or less or 10,000 m or less. The upper limit of the length of X when considering from the aspect of synthesizing the nucleic acid probe may be 2000 Å (this corresponds to about 400 bases in nucleic acid), preferably 1000 、, more preferably 500 Å. That is, if the length of X is set long, the yield and purity in the case of synthesizing a nucleic acid probe may decrease.

また、上述のような本発明の態様に従う条件を満たすためには、標的配列を選択する際に工夫したり、試料から標的配列を含む標的核酸を増幅する場合に使用するプライマーの配列を選択する際に工夫したりすることも可能である。スペーサの長さを調節するだけではなく、そのような調整を行うことにより、よりよいハイブリダイゼーション効率を達成することが可能である。   In addition, in order to satisfy the conditions according to the above-described aspects of the present invention, a device is selected when selecting a target sequence, or a primer sequence used when a target nucleic acid containing the target sequence is amplified from a sample is selected. It is also possible to devise when. In addition to adjusting the length of the spacer, it is possible to achieve better hybridization efficiency by making such adjustments.

当該スペーサとして使用される物質の例は、有機鎖状分子であればよく、例えば、核酸、アルカンおよびポリエチレングリコール、ポリペプチドなどであればよい。   Examples of the substance used as the spacer may be organic chain molecules, such as nucleic acids, alkanes and polyethylene glycol, polypeptides, and the like.

例えば、スペーサが核酸からなる核酸スペーサである場合、その塩基配列は、標的核酸や試料中に含まれ得る核酸と結合しないような配列とすることが好ましい。また、後述するような電気化学的検出により生じたハイブリダイゼーションを検出を行う場合、そこにおいて使用する二本鎖認識体の核酸塩基との結合傾向を考慮した配列とすることが好ましい。例えば、ヘキスト33258は、シトシンおよびグアニンとは結合し難く、チミンおよびアデニンとは結合し易い。一方で、グアニンの連続する配列は合成が難しい。従って、シトシンのみまたはシトシンを多く含有する塩基配列がより好ましく、チミンからなるまたはそれらを多く含む塩基配列が好ましく、グアニンあるいはアデニンのみまたはそれらを多く含有する塩基配列はあまり好ましくない。   For example, when the spacer is a nucleic acid spacer composed of a nucleic acid, the base sequence is preferably a sequence that does not bind to a target nucleic acid or a nucleic acid that can be contained in a sample. Moreover, when detecting hybridization produced by electrochemical detection as described later, it is preferable to adopt a sequence that takes into account the binding tendency with the nucleobase of the double-stranded recognizer used therein. For example, Hoechst 33258 hardly binds to cytosine and guanine, and easily binds to thymine and adenine. On the other hand, a continuous sequence of guanine is difficult to synthesize. Therefore, a base sequence containing only cytosine or containing a lot of cytosine is more preferable, a base sequence consisting of or containing a lot of thymine is preferable, and a base sequence containing only guanine or adenine or containing a lot of them is less preferable.

このようなスペーサを配置することにより、核酸プローブと標的核酸との効率よいハイブリダイゼーションが達成される。   By arranging such a spacer, efficient hybridization between the nucleic acid probe and the target nucleic acid is achieved.

本発明において使用される核酸プローブは、一般的にプローブとして使用されるような長さであればよい。例えば、核酸プローブの長さは約3塩基長から約1000塩基長であってよく、好ましくは約10塩基長から約200塩基長であってよい。   The nucleic acid probe used in the present invention may have a length generally used as a probe. For example, the length of the nucleic acid probe may be about 3 bases to about 1000 bases long, and preferably about 10 bases to about 200 bases long.

本発明において使用され得る基体は、標的配列とのハイブリダイゼーションを行うための核酸プローブが固定化される基体であればよい。そのような基体の例は、例えば、非多孔性、硬質および半硬質な材質であってよく、ウェル、溝または平らな表面を有する板状であっても、並びに球体および立方体などの立体形状からなる形態であってもよい。基体は、これに限定されるものではないが、シリコン、ガラスなどのシリカ含有基材、並びにポリアクリルアミド、ポリスチレンおよびポリカーボネート等のなどのプラスチックおよびポリマーなどで製造されてもよい。しかしながら、基体を使用せずに後述するような電極自体を基体として使用することも可能である。   The substrate that can be used in the present invention may be any substrate on which a nucleic acid probe for hybridization with a target sequence is immobilized. Examples of such substrates can be, for example, non-porous, rigid and semi-rigid materials, even plates with wells, grooves or flat surfaces, and from three-dimensional shapes such as spheres and cubes. The form which becomes may be sufficient. The substrate may be made of, but not limited to, silica containing substrates such as silicon, glass, and plastics and polymers such as polyacrylamide, polystyrene and polycarbonate. However, it is also possible to use an electrode itself as described below without using a substrate.

蛍光検出を行うための核酸プローブ固定化基体の場合は、上記の何れかの基体に対して核酸プローブをスペーサを介して固定化すればよい。また、電気化学的検出を行うための核酸プローブ固定化基体の場合は、上記の何れかの基体に電気化学的な検出が可能であるように電極を配置し、その電極上に核酸プローブを固定化すればよい。   In the case of a nucleic acid probe-immobilized substrate for performing fluorescence detection, the nucleic acid probe may be immobilized on any of the above substrates via a spacer. In the case of a nucleic acid probe-immobilized substrate for electrochemical detection, an electrode is disposed on any of the above substrates so that electrochemical detection is possible, and the nucleic acid probe is immobilized on the electrode. You just have to.

本発明において使用され得る電極は、特に限定されるものではないが、例えば、グラファイト、グラシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、カーボンファイバーのような炭素電極、白金、白金黒、金、パラジウム、ロジウムのような貴金属電極、酸化チタン、酸化スズ、酸化マンガン、酸化鉛のような酸化物電極、Si、Ge、 ZnO、 CdS、 TiO2 、GaAsのような半導体電極、チタン等が挙げられる。これらの電極は導電性高分子によって被覆しても、単分子膜によって被覆してもよく、所望に応じてその他の表面処理剤を処理してもよい。 The electrode that can be used in the present invention is not particularly limited. For example, carbon electrodes such as graphite, glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon paste, carbon fiber, platinum, platinum black, gold, palladium, Examples include noble metal electrodes such as rhodium, oxide electrodes such as titanium oxide, tin oxide, manganese oxide and lead oxide, semiconductor electrodes such as Si, Ge, ZnO, CdS, TiO 2 and GaAs, and titanium. These electrodes may be coated with a conductive polymer or a monomolecular film, and may be treated with other surface treatment agents as desired.

スペーサを介しての核酸プローブの固定は、それ自身公知の何れの手段によっても行ってよい。例えば、スペーサを電極に対して固定し、その後、更にスペーサに対して核酸プローブを固定してもよい。または、予め核酸プローブにスペーサを結合させ、そのスペーサを介して電極に固定してもよい。或いは、電極上でスペーサと核酸プローブをそれ自身公知の手段によって合成していってもよい。また、スペーサを介しての核酸プローブの固定は、処理または無処理の基体または電極表面に対して当該スペーサを、共有結合、イオン結合または物理吸着等によって直接固定化してもよい。或いは、スペーサを介しての核酸プローブの固定を助けるリンカー剤を用いてもよく、そのようなリンカー剤を利用し、基板または電極に対してスペーサを介して核酸プローブを固定化してもよい。また、電極に対する試料核酸の非特異的な結合を防止するためのブロッキング剤をリンカー剤と共に電極に処理してもよい。また、ここで使用されるリンカー剤およびブロッキング剤は、例えば、電気化学的検出を有利に行うための物質であってもよい。   The nucleic acid probe may be fixed through the spacer by any means known per se. For example, the spacer may be fixed to the electrode, and then the nucleic acid probe may be further fixed to the spacer. Alternatively, a spacer may be bonded to the nucleic acid probe in advance and fixed to the electrode through the spacer. Alternatively, the spacer and the nucleic acid probe may be synthesized on the electrode by means known per se. In addition, the nucleic acid probe may be immobilized through a spacer by directly immobilizing the spacer on a treated or untreated substrate or electrode surface by covalent bonding, ionic bonding, physical adsorption, or the like. Alternatively, a linker agent that assists in immobilizing the nucleic acid probe via the spacer may be used, and the nucleic acid probe may be immobilized on the substrate or the electrode via the spacer using such a linker agent. Further, a blocking agent for preventing nonspecific binding of the sample nucleic acid to the electrode may be treated on the electrode together with the linker agent. Moreover, the linker agent and blocking agent used here may be substances for advantageously performing electrochemical detection, for example.

また、異なる塩基配列を有する核酸プローブは、それぞれ、異なる電極に対してスペーサを介して固定化されてもよく、異なる塩基配列を有する複数種類の核酸プローブが混合された状態で1つの電極に対してスペーサを介して固定化されてもよい。   In addition, each nucleic acid probe having a different base sequence may be immobilized on a different electrode via a spacer, and a plurality of nucleic acid probes having different base sequences may be mixed with one electrode. It may be fixed via a spacer.

5.検出
本発明に従う核酸プローブ固定化基体は、前記基体に固定化された核酸プローブと標的核酸との間のハイブリダイゼーション反応の結果生じた二本鎖の存在を検知するための手段として、電気化学的方法および蛍光検出法を利用することが可能である。
5). Detection The nucleic acid probe-immobilized substrate according to the present invention is an electrochemical cell as a means for detecting the presence of a double strand resulting from a hybridization reaction between a nucleic acid probe immobilized on the substrate and a target nucleic acid. Methods and fluorescence detection methods can be utilized.

(1)電気化学的検出
電気化学的による二本鎖核酸の検出は、例えば、それ自身公知の二本鎖認識物質を用いて行えばよい。
(1) Electrochemical detection Electrochemical detection of double-stranded nucleic acid may be performed using, for example, a known double-stranded recognition substance.

ここで用いられる二本鎖認識体は特に限定されるものではないが、例えば、ヘキスト33258、アクリジンオレンジ、キナクリン、ドウノマイシン、メタロインターカレーター、ビスアクリジン等のビスインターカレーター、トリスインターカレーターおよびポリインターカレーター等を用いることが可能である。更に、これらのインターカレーターを電気化学的に活性な金属錯体、例えば、フェロセン、ビオロゲン等で修飾しておくことも可能である。また、その他の公知の何れの二本鎖認識物質も本発明において好ましく使用される。   The double-stranded recognizer used here is not particularly limited. For example, bisintercalators such as Hoechst 33258, acridine orange, quinacrine, dounomycin, metallointercalator, bisacridine, trisintercalator and polyintercalator Etc. can be used. Furthermore, these intercalators can be modified with an electrochemically active metal complex such as ferrocene or viologen. In addition, any other known double-stranded recognition substance is preferably used in the present invention.

本発明に従う核酸プローブ固定化基体では、スペーサを介して核酸プローブが電極に固定化されている。このような電極を用いての二本鎖核酸の検出は他の一般的な電気化学的検出法と同じように、更に対極や参照極を使用してもよい。参照極を配置する場合、例えば、銀/塩化銀電極や水銀/塩化水銀電極などの一般的な参照極を使用してよい。   In the nucleic acid probe-immobilized substrate according to the present invention, the nucleic acid probe is immobilized on the electrode via a spacer. In the detection of double-stranded nucleic acid using such an electrode, a counter electrode or a reference electrode may be used in the same manner as in other general electrochemical detection methods. When arranging the reference electrode, for example, a general reference electrode such as a silver / silver chloride electrode or a mercury / mercury chloride electrode may be used.

例えば、試料核酸中に標的核酸が含まれているか否かを検出する場合には、以下のように試験を行えばよい。例えば、ヒトを含む動物などの個体、組織または細胞などの対象から採取した試料より核酸成分を試料核酸として抽出する。得られた試料核酸は、必要に応じて、逆転写、伸長、増幅および/または酵素処理などの処理を行う。前処理された試料核酸を、核酸プローブ固定化基体に固定化された核酸プローブと接触させ、適切なハイブリダイゼーションが可能な条件下で反応を行う。そのような適切な条件は、標的配列に含まれる塩基の種類、核酸プローブ固定化基体に具備されるスペーサおよび核酸プローブの種類、試料核酸の種類およびそれらの状態などの諸条件に応じて、当業者であれば適宜選択することが可能である。これに限定されるものではないが、例えば以下のような条件下で反応を行ってよい。   For example, when detecting whether or not the target nucleic acid is contained in the sample nucleic acid, the test may be performed as follows. For example, a nucleic acid component is extracted as a sample nucleic acid from a sample collected from an individual such as an animal including a human, a tissue or a cell. The obtained sample nucleic acid is subjected to treatment such as reverse transcription, extension, amplification and / or enzyme treatment, as necessary. The pretreated sample nucleic acid is brought into contact with the nucleic acid probe immobilized on the nucleic acid probe-immobilized substrate, and the reaction is carried out under conditions that allow appropriate hybridization. Such appropriate conditions depend on various conditions such as the type of base contained in the target sequence, the type of spacer and nucleic acid probe provided on the nucleic acid probe-immobilized substrate, the type of sample nucleic acid, and the state thereof. If it is a trader, it can select suitably. Although not limited to this, for example, the reaction may be performed under the following conditions.

即ち、ハイブリダイゼーション反応溶液は、イオン強度0.01〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液中で行う。この溶液中にはハイブリダイゼーション促進剤である硫酸デキストラン、並びに、サケ精子DNA、牛胸腺DNA、EDTAおよび界面活性剤などを添加してもよい。ここに得られた試料核酸を添加し、90℃以上で熱変性させる。熱変性された試料核酸への核酸プローブ固定化基体の挿入は、変性直後、あるいは0℃に急冷後に行ってもよい。また、基体上に液を滴下することでハイブリダイゼーション反応を行うことも可能である。   That is, the hybridization reaction solution is performed in a buffer solution having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10. In this solution, dextran sulfate, which is a hybridization accelerator, salmon sperm DNA, bovine thymus DNA, EDTA, and a surfactant may be added. The sample nucleic acid obtained here is added and heat denatured at 90 ° C. or higher. The nucleic acid probe-immobilized substrate may be inserted into the heat-denatured sample nucleic acid immediately after denaturation or after rapid cooling to 0 ° C. It is also possible to perform a hybridization reaction by dropping a solution on the substrate.

反応中は、撹拌、あるいは振とうなどの操作で反応速度を高めてもよい。反応温度は、例えば、10℃〜90℃の範囲で、反応時間は1分以上1晩程度で行えばよい。ハイブリダイゼーション反応後、電極を洗浄する。洗浄には、例えば、イオン強度0.01〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液を用いればよい。試料核酸中に標的配列を含む標的核酸が存在した場合、核酸プローブとハイブリダイズし、それにより二本鎖核酸が生じる。   During the reaction, the reaction rate may be increased by an operation such as stirring or shaking. The reaction temperature may be, for example, in the range of 10 ° C. to 90 ° C., and the reaction time may be about 1 minute to overnight. After the hybridization reaction, the electrode is washed. For washing, for example, a buffer solution having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10 may be used. When the target nucleic acid containing the target sequence is present in the sample nucleic acid, it hybridizes with the nucleic acid probe, thereby generating a double-stranded nucleic acid.

続いて、電気化学的手段により、以下のような手順で生じた二本鎖核酸の検出を行う。一般的には、ハイブリダイゼーション反応の後に、基体を洗浄し、電極表面に形成された二本鎖部分に二本鎖認識体を作用させて、それにより生じる信号を電気化学的に測定する。   Subsequently, the double-stranded nucleic acid generated by the following procedure is detected by electrochemical means. In general, after the hybridization reaction, the substrate is washed, and a double-stranded recognizer is allowed to act on the double-stranded portion formed on the electrode surface, and the resulting signal is electrochemically measured.

二本鎖認識体の濃度は、その種類によって異なるが、一般的には1ng/mL〜1mg/mLの範囲で使用する。この際には、イオン強度0.001〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液を用いればよい。   The concentration of the double-stranded recognizer varies depending on the type, but is generally used in the range of 1 ng / mL to 1 mg / mL. At this time, a buffer solution having an ionic strength of 0.001 to 5 and a pH of 5 to 10 may be used.

例えば、電気化学的な測定は、二本鎖認識体が電気化学的に反応する電位以上の電位を印加し、二本鎖認識体に由来する反応電流値を測定してよい。この際、電位は定速で掃引するか、あるいはパルスで印加するか、あるいは、定電位を印加してもよい。測定の際に、例えば、ポテンショスタット、デジタルマルチメーターおよびファンクションジェネレーター等の装置を用いて電流、電圧を制御してもよい。例えば、得られた電流値を基に、検量線から標的核酸の濃度を算出してもよい。   For example, the electrochemical measurement may be performed by applying a potential equal to or higher than the potential at which the double-stranded recognizer reacts electrochemically and measuring the reaction current value derived from the double-stranded recognizer. At this time, the potential may be swept at a constant speed, applied with a pulse, or a constant potential may be applied. In the measurement, for example, the current and voltage may be controlled by using a device such as a potentiostat, a digital multimeter, and a function generator. For example, the concentration of the target nucleic acid may be calculated from a calibration curve based on the obtained current value.

また、それ自体公知の電気化学的検出手段、例えば、以下の文献に開示されている(Hashimoto et al. 1994, Wang et al. 1998)手段なども本発明の方法において好ましく使用できる。当該文献において、橋本らは、DNAプローブで修飾された金電極と電気化学的に活性な色素を用いる配列特異的遺伝子検出を報告した。色素に由来する陽極の電流は、標的DNAの濃度に相関する。また、ワンらは、インディケーターフリーの電気化学的なDNAのハイブリダイゼーションを報告した。このバイオセンサーの構成は、カーボンペースト電極へのイノシン置換プローブ(グアニンを含まない)の固定化と、当該標識のグアニン酸化ピークの存在による二重鎖の形成のクロノポテンショメトリック検出を含む。これらの文献に記載される検出手段は好ましく本発明において使用されてよい。   In addition, electrochemical detection means known per se, for example, means disclosed in the following documents (Hashimoto et al. 1994, Wang et al. 1998) can be preferably used in the method of the present invention. In this document, Hashimoto et al. Reported sequence-specific gene detection using a gold electrode modified with a DNA probe and an electrochemically active dye. The anode current derived from the dye correlates with the concentration of the target DNA. Wang et al. Also reported indicator-free electrochemical DNA hybridization. This biosensor configuration includes immobilization of an inosine displacement probe (without guanine) to a carbon paste electrode and chronopotentiometric detection of duplex formation due to the presence of the guanine oxidation peak of the label. The detection means described in these documents may preferably be used in the present invention.

(2)蛍光検出法
蛍光標識物質を用いる方法の場合には、試料核酸が、FITC、Cy3、Cy5若しくはローダミンなどの蛍光色素、またはビオチン、ハプテン、オキシダーゼ若しくはホスファターゼ等の酵素、またはフェロセン若しくはキノン類等の電気化学的に活性な物質で標識される。或いは前述した物質で標識したセカンドプローブを用いることで検出を行う。複数の標識物質を同時に使用してもよい。
(2) Fluorescence detection method In the case of a method using a fluorescent labeling substance, the sample nucleic acid is a fluorescent dye such as FITC, Cy3, Cy5 or rhodamine, or an enzyme such as biotin, hapten, oxidase or phosphatase, or ferrocene or quinones. Etc., and labeled with an electrochemically active substance. Alternatively, detection is performed by using a second probe labeled with the aforementioned substance. A plurality of labeling substances may be used simultaneously.

幾つかの態様においては、試料物質から抽出した核酸成分とプローブ固定化チップに固定化されたプローブとのハイブリダイゼーション反応は、例えば、以下のように行う。即ち、ハイブリダイゼーション反応溶液は、イオン強度0.01〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液中で行う。この溶液中にはハイブリダイゼーション促進剤である硫酸デキストラン、並びに、サケ精子DNA、牛胸腺DNA、EDTAおよび界面活性剤などを添加してもよい。ここに抽出した核酸成分を添加し、90℃以上で熱変性させる。プローブ固定化チップの挿入は、変性直後、あるいは0℃に急冷後に行ってよい。また、基体上に液を滴下することでハイブリダイゼーション反応を行うことも可能である。反応中は、撹拌、あるいは振とうなどの操作で反応速度を高めてもよい。反応温度は、例えば、10℃〜90℃の範囲で、反応時間は1分以上1晩程度で行えばよい。ハイブリダイゼーション反応後、洗浄を行う。洗浄には、例えば、イオン強度0.01〜5の範囲で、pH5〜10の範囲の緩衝液を用いる。   In some embodiments, a hybridization reaction between a nucleic acid component extracted from a sample substance and a probe immobilized on a probe-immobilized chip is performed, for example, as follows. That is, the hybridization reaction solution is performed in a buffer solution having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10. In this solution, dextran sulfate, which is a hybridization accelerator, salmon sperm DNA, bovine thymus DNA, EDTA, and a surfactant may be added. The nucleic acid component extracted here is added and heat-denatured at 90 ° C. or higher. The probe-immobilized chip may be inserted immediately after denaturation or after rapid cooling to 0 ° C. It is also possible to perform a hybridization reaction by dropping a solution on the substrate. During the reaction, the reaction rate may be increased by an operation such as stirring or shaking. The reaction temperature may be, for example, in the range of 10 ° C. to 90 ° C., and the reaction time may be about 1 minute to overnight. After the hybridization reaction, washing is performed. For the washing, for example, a buffer solution having an ionic strength of 0.01 to 5 and a pH of 5 to 10 is used.

蛍光検出の場合、ハイブリダイゼーション反応の検出は、標識の種類に応じた適宜の検出装置を用いて、試料中の標識された塩基配列又は2次プローブ中の標識を検出することによって行う。標識が蛍光物質の場合には、例えば、蛍光検出器を用いて標識を検出すればよい。   In the case of fluorescence detection, the hybridization reaction is detected by detecting the labeled base sequence in the sample or the label in the secondary probe using an appropriate detection device corresponding to the type of label. When the label is a fluorescent substance, for example, the label may be detected using a fluorescence detector.

また、上述のような本発明の核酸プローブを使用する何れの標的核酸または標的配列の存在を検出する方法も本発明の範囲内である。   Also within the scope of the present invention is a method for detecting the presence of any target nucleic acid or target sequence using the nucleic acid probe of the present invention as described above.

特に、上述のようなXとYの関係を得るためのプライマーを用いて試料核酸を増幅し、得られた増幅産物を、本発明の態様に従う核酸プローブ固定化基体に固定化された核酸プローブと反応させ、生じたハイブリダイゼーションを検出することにより、標的核酸の存在を検出することにより、よりよいハイブリダイゼーション効率を得ることが可能である。そのような方法も本発明に含まれる。また、そのような方法において用いることが可能な増幅は、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(一般的にPCRと称される、以下、PCRと記す)などの増幅であっても、逆転写酵素を使用する逆転写増幅などの逆転写PCRであっても、それ以外のそれ自身公知の増幅であれば何れも含まれる。   In particular, a sample nucleic acid is amplified using a primer for obtaining the relationship between X and Y as described above, and the obtained amplification product is immobilized on a nucleic acid probe-immobilized substrate according to an embodiment of the present invention. It is possible to obtain better hybridization efficiency by detecting the presence of the target nucleic acid by reacting and detecting the resulting hybridization. Such a method is also included in the present invention. In addition, amplification that can be used in such a method uses, for example, reverse transcriptase even in amplification such as polymerase chain reaction (generally referred to as PCR, hereinafter referred to as PCR). Even reverse transcription PCR, such as reverse transcription amplification, includes any other amplification known per se.

本発明の態様に従って使用できる増幅は、例えば、Nucleic acid strand amplification(NASBA)、Transcription mediated amplification(TMA)、Ligase chain reaction(LCR)、Strand displacement amplification(SDA)、Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleic acids(ICANN)、Rolling circle amplification(RCA)法等の増幅法などである。   Amplifications that can be used according to embodiments of the present invention include, for example, Nucleic acid strand amplification (NASBA), Transcription mediated amplification (TMA), Ligase chain reaction (LCR), Strand displacement amplification (SDA), Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleic Amplification methods such as acids (ICANN) and Rolling circle amplification (RCA).

本発明の態様に従う核酸解析方法は、サンプル中に含まれる検体核酸の解析、例えば、標的配列の存在の検出および定量、遺伝子発現の出現消失などの発現解析、ゲノムにおける単塩基多型(Single Nucleotide Polymorphism、即ち、SNP)やマイクロサテライト配列などの多型の解析、疾患関連遺伝子の解析による疾患の診断や発症危険率の予測、感染の存在の検出、ウイルス型の解析、並びに毒性試験などを実施する場合などに利用され得る。従って、臨床的診断や発症予測などの種々の臨床的目的のために利用され得る。また、例えば、食品検査、検疫、医薬品検査、法医学、農業、畜産、漁業および林業など、種々の基礎的研究および応用研究などに広範に利用され得る。   The nucleic acid analysis method according to the embodiment of the present invention includes analysis of a sample nucleic acid contained in a sample, for example, detection and quantification of the presence of a target sequence, expression analysis such as the disappearance of gene expression, single nucleotide polymorphism (Single Nucleotide) Analysis of polymorphism (ie, polymorphism, ie SNP) and microsatellite sequences, disease diagnosis and disease risk prediction by analysis of disease-related genes, detection of infection, virus type analysis, toxicity testing, etc. It can be used when Therefore, it can be used for various clinical purposes such as clinical diagnosis and onset prediction. Further, it can be widely used for various basic researches and applied researches such as food inspection, quarantine, pharmaceutical inspection, forensic medicine, agriculture, livestock, fishery and forestry.

以下に、本発明による核酸検出方法の実施例を説明する。   Examples of the nucleic acid detection method according to the present invention will be described below.

本実施例は、核酸プローブのスペーサの長さ(X)と標的核酸における核酸プローブ結合部位からその基体側の末端までの長さ(Y)との関係と、ハイブリダイゼーション効率の程度の関係を調べたものである。   In this example, the relationship between the length (X) of the spacer of the nucleic acid probe and the length (Y) from the nucleic acid probe binding site to the end on the substrate side in the target nucleic acid and the degree of hybridization efficiency were examined. It is a thing.

(1)核酸プローブと標的核酸の関係
本実施例で使用した核酸プローブと標的核酸との関係を図4に示した。核酸プローブと標的核酸の詳しい配列は後述するが、最初にそれらの大まかな構成と相関について説明する。
(1) Relationship between nucleic acid probe and target nucleic acid The relationship between the nucleic acid probe used in this example and the target nucleic acid is shown in FIG. Detailed sequences of the nucleic acid probe and the target nucleic acid will be described later. First, the general configuration and correlation thereof will be described.

図4は、核酸プローブC−0、核酸プローブC−10、核酸プローブC−20および核酸プローブC−30と、標的核酸70−0、標的核酸70−20および標的核酸70−40とを、共に20塩基である標的配列および標的配列に相補的な配列を基準として並記した図である。   FIG. 4 shows the nucleic acid probe C-0, the nucleic acid probe C-10, the nucleic acid probe C-20, and the nucleic acid probe C-30 together with the target nucleic acid 70-0, the target nucleic acid 70-20, and the target nucleic acid 70-40. It is the figure written together on the basis of the target sequence which is 20 bases, and the sequence complementary to a target sequence.

ここで使用した核酸プローブは4種類である。核酸プローブの標的配列に相補的な配列は20塩基であり、図4では斜線を付した部分に相当する。   There are four types of nucleic acid probes used here. The sequence complementary to the target sequence of the nucleic acid probe is 20 bases and corresponds to the hatched portion in FIG.

核酸プローブC−0は、その5’末にスペーサを付されていない。   The nucleic acid probe C-0 has no spacer at the 5 'end.

核酸プローブC−10は、その5’末にシトシン10塩基からなるスペーサX1が付されている。   The nucleic acid probe C-10 has a spacer X1 composed of 10 bases of cytosine at the 5 'end.

核酸プローブC−20は、その5’末にシトシン20塩基からなるスペーサX2が付されている。   The nucleic acid probe C-20 has a spacer X2 comprising 20 bases of cytosine at the 5 'end.

核酸プローブC−30は、その5’末にシトシン30塩基からなるスペーサX3が付されている。これらの4種類の核酸プローブは、スペーサ以外に関しては等しい。また、これらの核酸プローブは、何れも5’端で基体に固定化される。   The nucleic acid probe C-30 is provided with a spacer X3 consisting of 30 bases of cytosine at the 5 'end. These four types of nucleic acid probes are the same except for the spacer. These nucleic acid probes are all immobilized on the substrate at the 5 'end.

ここで使用した標的核酸は3種類である。これら3種類の標的核酸が具備する標的配列は、長さが等しく20塩基である。図4では、標的配列は網掛け部分に相当する。3種類の標的核酸に含まれる標的配列の塩基配列は等しい。   There are three types of target nucleic acids used here. The target sequences possessed by these three types of target nucleic acids are equally long and 20 bases. In FIG. 4, the target sequence corresponds to the shaded portion. The base sequences of the target sequences included in the three types of target nucleic acids are equal.

標的核酸70−0は、全長が70塩基の核酸であり、その3’端に20塩基の標的配列が存在する。   The target nucleic acid 70-0 is a nucleic acid having a total length of 70 bases, and a target sequence of 20 bases is present at the 3 'end thereof.

標的核酸70−20は、全長が70塩基の核酸である。標的配列の5’側には30塩基が存在し、標的配列の3’側には20塩基の配列Y1が存在する。   The target nucleic acid 70-20 is a nucleic acid having a total length of 70 bases. There are 30 bases on the 5 'side of the target sequence and a 20-base sequence Y1 on the 3' side of the target sequence.

標的核酸70−40は、全長が70塩基の核酸である。標的配列の5’側には10塩基が存在し、標的配列の3’側には40塩基の配列Y2が存在する。   The target nucleic acid 70-40 is a nucleic acid having a total length of 70 bases. There are 10 bases on the 5 'side of the target sequence and a 40-base sequence Y2 on the 3' side of the target sequence.

(2)核酸プローブ
核酸プローブに含まれる標的配列に相補的な配列は20塩基である。核酸プローブC−0、C−10、C−20、C−30は、前記20塩基の核酸プローブ配列の5’末端に、それぞれ、C(即ち、シトシン)を0塩基、10塩基、20塩基および30塩基でスペーサとして付加したプローブである。配列は以下のとおりである。
(2) Nucleic acid probe The sequence complementary to the target sequence contained in the nucleic acid probe is 20 bases. Nucleic acid probes C-0, C-10, C-20, and C-30 are respectively composed of C (ie, cytosine) at 0 base, 10 base, 20 base, and 5 ′ end of the 20 base nucleic acid probe sequence. A probe added as a spacer with 30 bases. The sequence is as follows.

C−0: 5’-SH-TGGACGAAGACTGACGCTC-3’(配列番号1)
C−10:5’-SH-(C10)TGGACGAAGACTGACGCTC-3’(配列番号2)
C−20:5’-SH-(C20)TGGACGAAGACTGACGCTC-3’(配列番号3)
C−30:5’-SH-(C30)TGGACGAAGACTGACGCTC-3’(配列番号4)
上記4種類のプローブ、即ち、C−0、C−10、C−20およびC−30の5’末端にはチオール基が修飾されている。また、核酸プローブC−0、C−10、C−20、C−30のXは、夫々、0塩基、10塩基、20塩基および30塩基である。
C-0: 5'-SH-TGGACGAAGACTGACGCTC-3 '(SEQ ID NO: 1)
C-10: 5′-SH- (C 10 ) TGGACGAAGACTGACGCTC-3 ′ (SEQ ID NO: 2)
C-20: 5′-SH- (C 20 ) TGGACGAAGACTGACGCTC-3 ′ (SEQ ID NO: 3)
C-30: 5'-SH- ( C30 ) TGGACGAAGACTGACGCTC-3 '(SEQ ID NO: 4)
A thiol group is modified at the 5 ′ end of the above four types of probes, ie, C-0, C-10, C-20, and C-30. Moreover, X of the nucleic acid probes C-0, C-10, C-20, and C-30 is 0 base, 10 bases, 20 bases, and 30 bases, respectively.

(3)標的核酸
一方、標的核酸のモデルとして、上記20塩基の配列に対して相補的な配列を含む、70塩基のオリゴヌクレオチドを用意した。このオリゴヌクレオチドは、プローブ結合部位の末端から、3’末端までの長さは、0塩基、20塩基、40塩基の3種類である。それぞれの配列は以下に示す通りである。
(3) Target Nucleic Acid On the other hand, as a target nucleic acid model, a 70-base oligonucleotide containing a sequence complementary to the 20-base sequence was prepared. This oligonucleotide has three types of lengths from the end of the probe binding site to the 3 ′ end: 0 base, 20 bases and 40 bases. Each sequence is as shown below.

標的核酸70−0(配列番号5):
5’CTATAAACATGCTTTCCGTGGCAGTGAGAACAAATGGGACCGTGCATTGC(GAGCGTCAGTCTTCGTCCAG)
標的核酸70−20(配列番号6):
5’CTATAAACATGCTTTCCGTGGCAGTGAGAA(GAGCGTCAGTCTTCGTCCAG)CAAATGGGACCGTGCATTGC
標的核酸70−40(配列番号7)
5’CTATAAACAT(GAGCGTCAGTCTTCGTCCAG)GCTTTCCGTGGCAGTGAGAACAAATGGGACCGTGCATTGC
であり、括弧“()”で挟んだ配列がプローブ結合部位であるまた、5’末端には、蛍光色素が標識してある。これらの標的核酸である配列番号5、配列番号6および配列番号7のYは、夫々0塩基、20塩基および40塩基である。
Target nucleic acid 70-0 (SEQ ID NO: 5):
5'CTATAAACATGCTTTCCGTGGCAGTGAGAACAAATGGGACCGTGCATTGC (GAGCGTCAGTCTTCGTCCAG)
Target nucleic acid 70-20 (SEQ ID NO: 6):
5'CTATAAACATGCTTTCCGTGGCAGTGAGAA (GAGCGTCAGTCTTCGTCCAG) CAAATGGGACCGTGCATTGC
Target nucleic acid 70-40 (SEQ ID NO: 7)
5 'CTATAAACAT (GAGCGTCAGTCTTCGTCCAG) GCTTTCCGTGGCAGTGAGAACAAATGGGACCGTGCATTGC
The sequence between parentheses “()” is the probe binding site, and the 5 ′ end is labeled with a fluorescent dye. These target nucleic acids Y in SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 are 0 base, 20 base and 40 base, respectively.

(4)核酸プローブの固定化
本実施例では基体として金基板を用いた。金基板を、核酸プローブC−0、C−10、C−20およびC−30をそれぞれに含む緩衝液に浸し、室温で一時間静置した。その後、蒸留水で洗浄して乾燥させることによって核酸プローブ固定化金基板を作製した。
(4) Immobilization of nucleic acid probe In this example, a gold substrate was used as a substrate. The gold substrate was immersed in a buffer solution containing each of the nucleic acid probes C-0, C-10, C-20, and C-30 and allowed to stand at room temperature for 1 hour. Thereafter, the nucleic acid probe-immobilized gold substrate was prepared by washing with distilled water and drying.

(5)標的核酸のハイブリダイゼージョン
3種類の標的核酸をそれぞれに含む緩衝液を、95℃で5分間に亘り熱変性を行った。その後、氷中で急冷して標的核酸溶液とした。この標的核酸溶液に、各核酸プローブを固定化した核酸プローブ固定化金基板を浸した。これを35℃で1時間静置した。その後、前記の核酸プローブ固定化金基板を何れも核酸も含まない緩衝液に浸し、35℃で1時間静置することで洗浄を行った。
(5) Hybridization of target nucleic acid A buffer solution containing each of the three types of target nucleic acids was heat denatured at 95 ° C. for 5 minutes. Thereafter, it was rapidly cooled in ice to obtain a target nucleic acid solution. A nucleic acid probe-immobilized gold substrate on which each nucleic acid probe was immobilized was immersed in this target nucleic acid solution. This was left to stand at 35 ° C. for 1 hour. Thereafter, the nucleic acid probe-immobilized gold substrate was immersed in a buffer solution containing no nucleic acid and allowed to stand at 35 ° C. for 1 hour for washing.

(6)ハイブリダイズした標的核酸の検出
標的核酸の5’末端に修飾した蛍光色素に由来する蛍光強度を検出することにより、当該固定化された核酸プローブに対してハイブリダイズした標的核酸の存在を検出した。
(6) Detection of hybridized target nucleic acid By detecting the fluorescence intensity derived from the fluorescent dye modified at the 5 ′ end of the target nucleic acid, the presence of the target nucleic acid hybridized to the immobilized nucleic acid probe is detected. Detected.

(7)結果
(i)標的核酸70−0を用いた場合
標的核酸70−0を用いた場合の結果を図6に示す。標的核酸70−0と核酸プローブC−0、C−10、C−20およびC−30の結合の様子を、図6Aに模式的に示す。何れの核酸プローブの場合もX≧Yである。また、このとき、図6Bに示すように、それぞれの核酸プローブC−0、核酸プローブC−10、核酸プローブC−20、核酸プローブC−30とハイブリダイズした標的核酸70−0の量はほぼ同程度であることが検出された蛍光強度より分かった。
(7) Results (i) When using the target nucleic acid 70-0 The results when using the target nucleic acid 70-0 are shown in FIG. FIG. 6A schematically shows how the target nucleic acid 70-0 and the nucleic acid probes C-0, C-10, C-20, and C-30 are bound. In any nucleic acid probe, X ≧ Y. At this time, as shown in FIG. 6B, the amount of the target nucleic acid 70-0 hybridized with each of the nucleic acid probe C-0, the nucleic acid probe C-10, the nucleic acid probe C-20, and the nucleic acid probe C-30 is almost the same. It was found from the fluorescence intensity detected to be comparable.

(ii)標的核酸70−20を用いた場合
標的核酸70−20を用いた場合の結果を図7に示す。標的核酸70−20と核酸プローブC−0、C−10、C−20およびC−30の結合の様子を図7Aに模式的に示す。核酸プローブC−0およびC−10では、X<Yであり、核酸プローブC−20ではX=Yであり、核酸プローブC−30ではX>Yである。
(Ii) When target nucleic acid 70-20 is used The result when target nucleic acid 70-20 is used is shown in FIG. FIG. 7A schematically shows the state of binding between the target nucleic acid 70-20 and the nucleic acid probes C-0, C-10, C-20, and C-30. In the nucleic acid probes C-0 and C-10, X <Y, in the nucleic acid probe C-20, X = Y, and in the nucleic acid probe C-30, X> Y.

また、このとき、検出された蛍光強度は、図7Bに示すように、核酸プローブのスペーサの長さに依存して強くなった。同様に、当該スペーサの長さに依存して、標的核酸70−20のハイブリダイズ量が増加し、核酸プローブ結合部位から標的核酸の3’末端までの塩基数と同じシトシン20塩基(即ち、C20)のスペーサを含む核酸プローブを使用した際で最大となり、それ以上の塩基を含むスペーサを使用した場合と比較してほぼ同程度であった(図7B)。   At this time, the detected fluorescence intensity became stronger depending on the length of the spacer of the nucleic acid probe, as shown in FIG. 7B. Similarly, depending on the length of the spacer, the amount of hybridization of the target nucleic acid 70-20 increases, and cytosine 20 bases (ie, C20) equal to the number of bases from the nucleic acid probe binding site to the 3 ′ end of the target nucleic acid. ) Was the maximum when using a nucleic acid probe containing a spacer, and was almost the same as that when using a spacer containing more bases (FIG. 7B).

(iii)標的核酸70−40を用いた場合
標的核酸として標的核酸70−40を用いた場合、標的核酸70−20と核酸プローブC−0、C−10、C−20およびC−30の結合の様子を図8Aに模式的に示す。何れの核酸プローブの場合でもX<Yである。このとき、各核酸プローブとハイブリダイズした標的核酸は、何れの場合もほぼ同程度であり、ハイブリ効率は低かった(図8B)。
(Iii) When target nucleic acid 70-40 is used When target nucleic acid 70-40 is used as the target nucleic acid, binding of target nucleic acid 70-20 and nucleic acid probes C-0, C-10, C-20 and C-30 This is schematically shown in FIG. 8A. In any nucleic acid probe, X <Y. At this time, the target nucleic acid hybridized with each nucleic acid probe was almost the same in any case, and the hybridization efficiency was low (FIG. 8B).

(iv)まとめ
以上の結果から、核酸プローブを固相担体に結合する際に用いるスペーサの長さ(X)と、前記核酸プローブに対して標的配列をその一部に含む標的核酸がハイブリダイズした際に、当該ハイブリダイゼーション部位の基体側末端から前記標的核酸の基体側末端までの長さ(Y)との間にX≧Yの関係が成り立つときにハイブリダイゼーション効率が向上することが確認された。ハイブリダイゼーション効率の向上により、より精度よく標的核酸の存在の検出を行うことが可能となる。
(Iv) Summary From the above results, the length (X) of the spacer used when binding the nucleic acid probe to the solid phase carrier and the target nucleic acid containing the target sequence as a part of the nucleic acid probe were hybridized. In this case, it was confirmed that the hybridization efficiency was improved when the relationship X ≧ Y was established between the length (Y) from the substrate-side end of the hybridization site to the substrate-side end of the target nucleic acid. . By improving the hybridization efficiency, the presence of the target nucleic acid can be detected with higher accuracy.

(8)プライマーを用いた試料核酸の増幅による調節1
本発明の更なる態様に従うと、上述のような本発明の態様に従う、核酸プローブ固定化基体と試料核酸とを反応させる前に、好ましい標的核酸が得られるような核酸プローブを用いて試料核酸を増幅する工程を具備する方法が提供される。そのような核酸プローブは、標的核酸が標的配列で核酸プローブとハイブリダイズしたときに、当該標的配列部位の基体側末端部から約40塩基以内、好ましくは約26塩基〜約12塩基に、前記標的核酸の末端が位置するように、試料核酸を増幅するためのプライマーであればよい。
(8) Regulation 1 by amplification of sample nucleic acid using primers
According to a further aspect of the present invention, a sample nucleic acid is prepared using a nucleic acid probe that provides a preferred target nucleic acid before reacting the nucleic acid probe-immobilized substrate with the sample nucleic acid according to the above-described aspect of the present invention. A method comprising the step of amplifying is provided. Such a nucleic acid probe has a target nucleic acid within about 40 bases, preferably about 26 bases to about 12 bases from the end of the substrate side of the target sequence site when the target nucleic acid hybridizes with the nucleic acid probe with the target sequence. A primer for amplifying a sample nucleic acid may be used so that the end of the nucleic acid is located.

図9は、本発明の更なる態様に係る増幅断片と核酸プローブとの関係を示す図である。ここでは、ヒトゲノム中のMxA遺伝子を検出するための系を示す。図9には、配列番号8の核酸プローブと二種類のPCR産物を示した。配列番号8の核酸プローブは、20塩基のスペーサ部分(図中、「Spacer-20」と記す)を有している。PCR産物A(以下「A」と記す)は、5’末端をビオチン化した配列番号9の塩基配列に示すプライマーと、cy5標識した配列番号10の塩基配列に示すプライマーを用いて作製した。PCR産物B(以下「B」と記す)は、5’末端をビオチン化した配列番号11の塩基配列に示すプライマーと、cy5標識した配列番号12の塩基配列に示すプライマーを用いて作製した。一本鎖の調製はアビジン標識磁気微粒子を用いて行った。図9でAは核酸プローブ結合部位の末端からの距離が12塩基(図中、「12mer」と記す)、Bは26塩基(図中、「26mer」と記す)である。このターゲットを用いてハイブリダイゼーション反応を行い、蛍光強度を測定した。その結果、AはBの約10倍の蛍光強度示した(図10)。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between an amplified fragment and a nucleic acid probe according to a further embodiment of the present invention. Here, a system for detecting the MxA gene in the human genome is shown. FIG. 9 shows the nucleic acid probe of SEQ ID NO: 8 and two types of PCR products. The nucleic acid probe of SEQ ID NO: 8 has a spacer portion of 20 bases (denoted as “Spacer-20” in the figure). A PCR product A (hereinafter referred to as “A”) was prepared using a primer represented by the base sequence of SEQ ID NO: 9 in which the 5 ′ end was biotinylated and a primer represented by the base sequence of SEQ ID NO: 10 labeled with cy5. A PCR product B (hereinafter referred to as “B”) was prepared using a primer represented by the base sequence of SEQ ID NO: 11 with the 5 ′ end biotinylated and a primer represented by the base sequence of SEQ ID NO: 12 labeled with cy5. Single strands were prepared using avidin-labeled magnetic microparticles. In FIG. 9, A is 12 bases (referred to as “12mer” in the figure) from the end of the nucleic acid probe binding site, and B is 26 bases (referred to as “26mer” in the figure). A hybridization reaction was performed using this target, and the fluorescence intensity was measured. As a result, A showed a fluorescence intensity about 10 times that of B (FIG. 10).

また、Bは約1時間で反応がほぼ飽和に達したのに対し、Aは約10分で反応が飽和に達した。更に、SNP検出の特異性を調べた結果、A、B間でS/Nが約2倍異なっていた。   Further, the reaction of B reached saturation in about 1 hour, whereas A reached saturation in about 10 minutes. Furthermore, as a result of examining the specificity of SNP detection, the S / N ratio between A and B was about twice different.

(9)プライマーを用いた試料核酸の増幅による調節2
図11は、本発明の更なる態様に従う増幅断片とプローブとの関係を示す図である。図11では、ヒトゲノム中のMBL遺伝子の多型を決定するために増幅して得た増幅産物と核酸プローブの例の結果を示す。図11において配列番号13の塩基配列で示される核酸プローブと、三種類のPCR産物を示した。PCR産物C(以下「C」と記す)は、5’末端をリン酸化した配列番号14の塩基配列で示されるプライマーとcy5標識した配列番号15の塩基配列で示されるプライマーを用いて作製した。PCR産物D(以下「D」と記す)は5’末端をリン酸化した配列番号16の塩基配列で示されるプライマーと、cy5標識した配列番号15の塩基配列で示されるプライマーを用いて作製した。PCR産物E(以下「E」と記す)は5’末端をリン酸化した配列番号18の塩基配列で示されるプライマーとcy5標識した配列番号17の塩基配列で示されるプライマーを用いて作製した。更に、PCR産物の核酸プローブ結合部位の末端からの距離が40塩基となるようなプライマーも用いた。一本鎖の調製はλヌクレアーゼを用いて行った。図11に示すようにPCR産物は、それぞれ、Cはプローブ結合部位の末端からの距離が13塩基(図中、「13mer」と記す)、Dは33塩基(図中、「33mer」と記す)、Eは48塩基(図中、「48mer」と記す)である。図示はしないが、更に、プローブ結合部位の末端からの距離が40塩基となるPCR産物も得た。これらのターゲットを用いてハイブリダイゼーション反応を行い蛍光強度を測定した。その結果、CはDの約6倍、Eの約40倍の蛍光強度を示した(図12)。
(9) Regulation by amplification of sample nucleic acid using primers 2
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between amplified fragments and probes according to a further embodiment of the present invention. In FIG. 11, the result of the example of the amplification product obtained by amplifying in order to determine the polymorphism of the MBL gene in a human genome, and a nucleic acid probe is shown. FIG. 11 shows the nucleic acid probe represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 13 and three kinds of PCR products. A PCR product C (hereinafter referred to as “C”) was prepared using a primer represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 14 phosphorylated at the 5 ′ end and a primer represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 15 labeled with cy5. A PCR product D (hereinafter referred to as “D”) was prepared using a primer represented by the base sequence of SEQ ID NO: 16 phosphorylated at the 5 ′ end and a primer represented by the base sequence of SEQ ID NO: 15 labeled with cy5. The PCR product E (hereinafter referred to as “E”) was prepared using a primer represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18 phosphorylated at the 5 ′ end and a primer represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 17 labeled with cy5. Furthermore, a primer was used so that the distance from the end of the nucleic acid probe binding site of the PCR product was 40 bases. Single strand preparation was performed using λ nuclease. As shown in FIG. 11, in the PCR products, C is 13 bases from the end of the probe binding site (indicated as “13mer” in the figure) and D is 33 bases (indicated as “33mer” in the figure). , E is 48 bases (denoted as “48mer” in the figure). Although not shown, a PCR product having a distance of 40 bases from the end of the probe binding site was also obtained. A hybridization reaction was performed using these targets, and the fluorescence intensity was measured. As a result, C showed a fluorescence intensity about 6 times that of D and about 40 times that of E (FIG. 12).

また、図13には電気化学的な手法によるMBL検出系の検出結果を示した。それぞれのターゲットとハイブリダイゼーション反応後、ヘキスト33258の電流測定を行った。その結果、ターゲットCはDの約3倍、Eの10倍以上の電流値を示した。   FIG. 13 shows the detection result of the MBL detection system by an electrochemical method. After hybridization reaction with each target, Hoechst 33258 current was measured. As a result, the target C showed a current value about 3 times greater than D and 10 times greater than E.

以上の結果から、核酸プローブの結合する部位の中心から40塩基以上プライマーの3’末端が、離れた部位に位置するとハイブリダイゼーション効率が大幅に低下することがわかった。更に、特異性も低下する現象が見られたことから、高速、高選択性、高感度に核酸検出を行うためには核酸プローブの結合する部位の中心から40塩基以内に位置するプライマーを用いて増幅することが重要である。   From the above results, it was found that when the 3 'end of the primer of 40 bases or more from the center of the site to which the nucleic acid probe binds is located at a site separated from the center, the hybridization efficiency is greatly reduced. Furthermore, since a phenomenon that the specificity also decreases was observed, in order to detect a nucleic acid with high speed, high selectivity, and high sensitivity, a primer located within 40 bases from the center of the site to which the nucleic acid probe was bound was used. It is important to amplify.

上述のような本発明により、検出感度および特異性の高い核酸配列を検出する方法およびそれに使用するプライマーが提供された。   According to the present invention as described above, a method for detecting a nucleic acid sequence having high detection sensitivity and specificity and a primer used for the method are provided.

更なる利点および変更は、当業者によって容易に見出されるであろう。従って、その広範な側面において本発明は、ここに示した詳細な説明および典型的な態様に限定されるものではない。従って、添付された請求の範囲およびその均等物により明示される全般的な発明の思想の精神または範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能である。   Additional advantages and modifications will be readily found by those skilled in the art. Accordingly, the invention in its broader aspects is not limited to the detailed description and exemplary embodiments presented herein. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive idea as defined by the appended claims and their equivalents.

本発明の核酸プローブ固定化基体の1例を示す平面図(図1A)と、図1Aの線B−Bに沿った断面図(図1B)FIG. 1A is a plan view showing an example of a nucleic acid probe-immobilized substrate of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1A. 本発明の核酸プローブ固定化基体の1例を示す図The figure which shows an example of the nucleic acid probe fixed base | substrate of this invention 核酸プローブと標的核酸の結合状態を示す図Diagram showing binding state of nucleic acid probe and target nucleic acid 実施例において使用した核酸プローブと標的核酸を模式的に示す図The figure which shows typically the nucleic acid probe and target nucleic acid which were used in the Example. XとYの関係を示すグラフGraph showing the relationship between X and Y 実施例において使用された種々のスペーサを含む核酸プローブと標的核酸との結合状態を示す図(図6A)と、実施例において行われた試験により得られた結果を示す図(図6B)The figure which shows the binding state of the nucleic acid probe containing various spacers used in the examples and the target nucleic acid (FIG. 6A), and the figure which shows the results obtained by the tests performed in the examples (FIG. 6B) 実施例において使用された種々のスペーサを含む核酸プローブと標的核酸との結合状態を示す図(図7A)と、実施例において行われた試験により得られた結果を示す図(図7B)The figure which shows the binding state of the nucleic acid probe containing various spacers used in the examples and the target nucleic acid (FIG. 7A), and the figure which shows the results obtained by the tests conducted in the examples (FIG. 7B) 実施例において使用された種々のスペーサを含む核酸プローブと標的核酸との結合状態を示す図(図8A)と、実施例において行われた試験により得られた結果を示す図(図8B)The figure which shows the binding state of the nucleic acid probe containing various spacers used in the examples and the target nucleic acid (FIG. 8A), and the figure which shows the results obtained by the tests performed in the examples (FIG. 8B) 実施例において用いた増幅断片と核酸プローブとの関係を示す図The figure which shows the relationship between the amplified fragment used in the Example and a nucleic acid probe 実施例において行った試験により得られた結果を示すグラフThe graph which shows the result obtained by the test done in the Example 実施例において用いた増幅断片と核酸プローブとの関係を示す図The figure which shows the relationship between the amplified fragment used in the Example and a nucleic acid probe 実施例において行った試験により得られた結果を示すグラフThe graph which shows the result obtained by the test done in the Example 実施例において行った試験により得られた結果を示すグラフThe graph which shows the result obtained by the test done in the Example

符号の説明Explanation of symbols

1、11、30 核酸プローブ固定化基体; 2、12、31 基体; 3、32 電極;4、13、34 スペーサ; 5、14、35 核酸プローブ; 6 パット; 33a リンカー剤; 33b ブロッキング剤; 36 標的核酸 1, 11, 30 Nucleic acid probe-immobilized substrate; 2, 12, 31 substrate; 3, 32 electrodes; 4, 13, 34 spacers; 5, 14, 35 nucleic acid probe; 6 pads; 33a linker agent; 33b blocking agent; Target nucleic acid

Claims (7)

電気化学的検出を行うことが可能な電極を具備し、前記電極に核酸プローブがスペーサを介して固定化されている核酸プローブ固定化基体であって、前記スペーサの長さをX、前記核酸プローブに相補的な塩基配列を含む全長が70塩基以上の標的核酸が前記核酸プローブにハイブリダイズした際の、当該ハイブリダイゼーション部位の基体側末端から前記標的核酸の基体側末端までの長さをYとした場合において、X≧Y、Y≧10Å、且つ200Å≧Xの関係が成立する核酸プローブ固定化基体を用い、試料核酸中の標的核酸の存在を検出する方法であって、
前記試料核酸における前記XとYの関係がX≧Y、Y≧10Å、且つ200Å≧Xを満たし、かつ全長が70塩基以上となるように、選択されたプライマーを使用して試料核酸を増幅する工程と、
適切なハイブリダイゼーションが得られる条件下で、前記増幅により得られた増幅産物を、前記核酸プローブ固定化基体に固定化された核酸プローブと反応させる工程と、
前記反応させる工程により生じたハイブリダイゼーションを電気化学的に検出することにより、試料核酸中に標的核酸が存在することを判定する工程と
を具備する標的核酸の存在を検出する方法。
A nucleic acid probe-immobilized substrate having an electrode capable of performing electrochemical detection and having a nucleic acid probe immobilized on the electrode via a spacer, wherein the length of the spacer is X, and the nucleic acid probe When a target nucleic acid having a total length of 70 bases or more including a base sequence complementary to is hybridized to the nucleic acid probe, the length from the substrate-side end of the hybridization site to the substrate-side end of the target nucleic acid is represented by Y A method of detecting the presence of a target nucleic acid in a sample nucleic acid using a nucleic acid probe-immobilized substrate in which the relationship of X ≧ Y, Y ≧ 10Å, and 200Å ≧ X is established,
The sample nucleic acid is amplified using the selected primers so that the relationship between X and Y in the sample nucleic acid satisfies X ≧ Y, Y ≧ 10Å, and 200Å ≧ X, and the total length is 70 bases or more. Process,
Reacting the amplification product obtained by the amplification with the nucleic acid probe immobilized on the nucleic acid probe-immobilized substrate under conditions that allow appropriate hybridization;
A method for detecting the presence of the target nucleic acid, comprising: electrochemically detecting the hybridization produced by the reacting step and determining that the target nucleic acid is present in the sample nucleic acid.
電気化学的検出を行うことが可能な電極を具備し、前記電極に核酸プローブがスペーサを介して固定化されている核酸プローブ固定化基体であって、前記スペーサの長さをX、前記核酸プローブに相補的な塩基配列を含む全長が70塩基以上の標的核酸が前記核酸プローブにハイブリダイズした際の、当該ハイブリダイゼーション部位の基体側末端から前記標的核酸の基体側末端までの長さをYとした場合において、X≧Y、Y≧10Å、且つ200Å≧Xの関係が成立する核酸プローブ固定化基体を用いて、当該標的配列を含む全長が70塩基以上の標的核酸の存在を検出する方法であって、
(a)当該標的核酸が標的配列で前記核酸プローブとハイブリダイズしたときに、当該標的配列部位の基体側末端部から40塩基以内に、前記標的核酸の基体側末端が位置するように、当該標的核酸を増幅するためのプライマーを準備することと、
(b)前記(a)で準備されたプライマーを用いて試料核酸を増幅することと、
(c)前記(b)で得られた増幅産物を一本鎖にすることと、
(d)前記(c)で得られた一本鎖を前記核酸プローブと反応させることと、
(e)前記(d)で生じたハイブリダイゼーションを電気化学的に検出することによって、当該試料核酸中の標的核酸の存在を検出することと
を具備する標的核酸の存在を検出する方法。
A nucleic acid probe-immobilized substrate having an electrode capable of performing electrochemical detection and having a nucleic acid probe immobilized on the electrode via a spacer, wherein the length of the spacer is X, and the nucleic acid probe When a target nucleic acid having a total length of 70 bases or more including a base sequence complementary to is hybridized to the nucleic acid probe, the length from the substrate-side end of the hybridization site to the substrate-side end of the target nucleic acid is represented by Y In such a case, a method for detecting the presence of a target nucleic acid having a total length of 70 bases or more including the target sequence using a nucleic acid probe-immobilized substrate in which the relationship X ≧ Y, Y ≧ 10Å, and 200Å ≧ X is established. There,
(a) When the target nucleic acid is hybridized with the nucleic acid probe in a target sequence, the target nucleic acid is positioned so that the base end of the target nucleic acid is located within 40 bases from the base end of the target sequence site. Preparing primers for amplifying nucleic acids;
(b) amplifying a sample nucleic acid using the primer prepared in (a) above;
(c) making the amplification product obtained in (b) single-stranded,
(d) reacting the single strand obtained in (c) with the nucleic acid probe;
(e) A method for detecting the presence of a target nucleic acid, comprising detecting the presence of the target nucleic acid in the sample nucleic acid by electrochemically detecting the hybridization produced in (d).
前記XとYの関係が、X≧Y、且つY≧10Å、且つX-10Å≧Yであることを特徴とする請求項1または2に記載の標的核酸の存在を検出する方法。   3. The method for detecting the presence of a target nucleic acid according to claim 1 or 2, wherein the relationship between X and Y is X ≧ Y, Y ≧ 10Å, and X−10Å ≧ Y. 前記XとYの関係が、X≧Y、且つY≧10Å、且つX-10Å≧Y、且つ200Å≧X、且つX≧100Åであることを特徴とする請求項1または2に記載の標的核酸の存在を検出する方法。   The target nucleic acid according to claim 1 or 2, wherein the relationship between X and Y is X≥Y, Y≥10 ≧, X-10Å≥Y, 200Å≥X, and X≥100Å How to detect the presence of 前記XとYの関係が、X≧Y、且つY≧10Å、且つX-10Å≧Y、且つ100Å≧Xであることを特徴とする請求項1または2に記載の標的核酸の存在を検出する方法。   3. The presence of the target nucleic acid according to claim 1 or 2, wherein the relationship between X and Y is X ≧ Y, Y ≧ 10Å, X-10Å ≧ Y, and 100Å ≧ X. Method. 前記スペーサが、有機鎖状分子であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか一項に記載の標的核酸の存在を検出する方法。 The method for detecting the presence of a target nucleic acid according to any one of claims 1 to 5 , wherein the spacer is an organic chain molecule. 前記スペーサが、核酸、エチレングリコールおよびアルカンからなる群より選択されることを特徴とする請求項1ないしのいずれか一項に記載の標的核酸の存在を検出する方法。 The method for detecting the presence of a target nucleic acid according to any one of claims 1 to 5 , wherein the spacer is selected from the group consisting of a nucleic acid, ethylene glycol, and alkane.
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