JP5565781B2 - 核酸クロマトグラフ法を利用した肺炎原因菌の検出方法 - Google Patents
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Description
これまでに、モラクセラ・カタラーリスのゲノム情報が解読されておらず、類縁属種のdnaJ遺伝子配列を基に設計を進めていたが、本菌に特異的なプライマーを設計することは困難であった。一方近年、本菌のゲノム配列情報のみが明らかとなったため, この配列を基にORF抽出によってdnaJ遺伝子のアノテーションをアライメントソフトDNASISpro(Hitachi Software社製)により実施し、この配列から新たなプライマーの設計を試みた。8株のモラクセラ・カタラーリス菌株を用いて新規プライマーの検証を実施した、試薬キットとしてTaKaRaPCR Thermal CyclerGPを記載のプロトコルに準じて用い、機器としてEX Taq Hot start(TaKaRa bio社製)を用いてPCRを95℃;3min、(95℃;10sec、65℃;10sec、72℃;10sec)×40cycles の条件で実施した。得られたPCR産物は、MultiNAを用いて電気泳動により解析された。電気泳動の結果を図1に示す。いずれの菌株においても得られたPCR産物は増幅していたことから、新たに設計したプライマー対がモラクセラ・カタラーリスの検出に有用であることがわかった。
(鋳型となるRNAの作製)
マイコプラズマ・ニューモニエ及びクラミドフィラ・ニューモニエは培養が困難であるため、プラスミドベクターを利用したDNAクローニングによって、鋳型となるRNAを作製した。標的遺伝子領域をクローニングし組換え体を作製した。まず、プラスミドベクターに、マイコプラズマ・ニューモニエ又はクラミドフィラ・ニューモニエの標的遺伝子dnaJの各DNA断片を挿入後、宿主となる大腸菌をそれぞれ形質転換した。大腸菌からプラスミドを抽出後PCRで標的遺伝子のDNA増幅をPCRで行い、得られたPCR産物からRiboMAX(登録商標)T7Expressシステム(Promega社製)を用いてプロトコールにしたがってRNAを増幅し、得られたRNAをNASBA法の鋳型とした。マイコプラズマ・ニューモニエ及びクラミドフィラ・ニューモニエ以外の検出対象肺炎原因菌のRNAは常法により調製した。
フォワードプライマーとしては、配列番号21〜40に示されるヌクレオチド配列から選ばれる検出対象肺炎菌ごとに10種類の各標的配列の5’末端側にTAGCAGGATCCCTCTAAG(配列番号41)を付加したプライマーを用い、リバースプライマーとしては、検出対象肺炎菌ごとに異なる10種類の各標的配列の5’末端側にT7RNAポリメラーゼのプロモーター配列として、CTAATACGACTCACTATAGGGAG(配列番号43)が付加されたプロモーターを用いた。上記ストレプトコッカス・ニューモニエ、レジオネラ・ニューモフィラ、クレブシエラ・ニューモニエ、モラクセラ・カタラーリス、スタフィロコッカス・アウレウス、マイコプラズマ・ニューモニエ、クラミドフィラ・ニューモニエの7種の標準菌株から抽出したRNAを鋳型とし、1菌種ごとにNASBA法を実施して標的遺伝子のRNAを増幅したデータを示す。RNA抽出は、MORA−EXTRACT(Advanced Microorganism Research社製)を用いて添付のプロトコールにしたがって実施し、NASBA法は、NASBA Amplificationキット(カイノス製)を用いて添付のプロトコールにしたがって実施した。ストレプトコッカス・ニューモニエ、マイコプラズマ・ニューモニエ、クラミドフィラ・ニューモニエ、レジオネラ・ニューモフィラ、クレブシエラ・ニューモニエ、モラクセラ・カタラーリス、スタフィロコッカス・アウレウスの各鋳型としたRNA試料は、1、1/10、1/100、1/1000倍に希釈したものをそれぞれ用い、Bio Analyzer ; Agilent RNA Pico 6000を用いて行った。コントロールとして、酵素無添加の反応液を調製し、同様の工程にて実施した。結果を図2〜8に示す。すべての標的検出対象肺炎原因菌種について、NASBA法によりRNAが増幅したことを確認した。
本件プライマー10対のマルチプレックス化を実施した際に、各プライマーが標的菌以外の対象菌と非特異反応を起こすか否かを検証した。結果を図9に示す。本件プライマー10対のすべてのプライマーにおいて非特異反応は認められなかった.
レジオネラ・ニューモフィラ、シュードモナス・アエルギノーサ、クラミドフィラ・ニューモニエ、MRSA、ヘモフィルス・インフルエンザについて、本件プライマー対を用いたマルチプレックス化の検討結果を図10に示す。また同様に、スタフィロコッカス・アウレウス、ストレプトコッカス・ニューモニエ、モラクセラ・カタラーリス、マイコプラズマ・ニューモニエ、クラミドフィラ・ニューモニエについて、本件プライマー対を用いたマルチプレックス化の検討結果を図11に示す。すべての標的検出対象肺炎原因菌種のRNAがNASBA法により増幅されることが確認された。
NASBAによって増幅したRNAが目的の標的配列を有するか否かを判断する必要がある。NASBA反応の副産物として合成されるDNAを標的としたリアルタイムPCRを実施し、NASBA産物とNASBA未反応サンプルのコントロールのCt値を測定し、この差を比較することによって標的NASBA産物を間接的に確認した。SYBR premixEX Taq Hot start(TaKaRa bio社製)を用いて、プロトコルに準じ、PCRは、95℃;3min、(95℃;10sec、65℃;10 sec、72℃;10sec)×40cyclesの条件で行った。全菌種において、NASBAによって増幅したRNAが目的の標的NASBA産物を間接的に確認された。モラクセラ・カタラーリスの例を図12に示す。
検出対象となる各検出対象肺炎菌の以下の表1に示される遺伝子領域の核酸の標的配列に対し相補的配列を持つ1対のアミノ基含有オリゴヌクレオチドプローブの作製を試みた。
オリゴヌクレオチドプローブとカルボキシル基含有ポリスチレンラテックスとを結合させるために、5’末端にアミノ基を導入した5’末端アミノ基導入オリゴヌクレオチドを合成した。上記で選択された配列からなる20種類の各オリゴヌクレオチドの5’末端アミノ基導入オリゴヌクレオチドを各肺炎菌の第一のプローブ配列として作製した。検出対象とされる、少なくとも3種類、好ましくは少なくとも5種類の各肺炎菌の第1のプローブ配列を有するヌクレオチドと、カルボキシル基含有ポリスチレンラテックス(Bangs社製)とを、水溶性カルボジイミドを50mMのMES(2-Morpholinoethanesulfonic acid、monohydrate)(同仁化学研究所社製)緩衝液中で混合し、ラテックス中のカルボキシル基と複数の第1プローブのアミノ基とを結合させた後、モノエタノールアミン(和光純薬工業社製)を添加し、さらに反応させた。上記反応液を遠心分離後上清除去し、得られた沈殿に非イオン性の界面活性剤を含むHEPES(2-[4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinyl]ethanesulfonicacid)(埼京化成社製)緩衝液で洗浄及び再懸濁して、第1のプローブ配列を有するヌクレオチドが複数結合している標識高分子担体が調製され、使用まで4℃にて保存された。
上記で選択された第2プローブ配列からなるオリゴヌクレオチドと、カルボキシル基修飾ナイロンメンブレン(ポール社製)とを結合させるために、選択された第2プローブ配列の3’末端にアミノ基を導入した3’末端アミノ基導入オリゴヌクレオチド(第2プローブ)をDNA合成機により作製した。上記メンブレンを水溶性カルボジイミドにより処理し、脱イオン水で洗浄し活性化させた。かかる活性化されたカルボキシル基修飾ナイロンメンブレンに上記3’末端アミノ基導入オリゴヌクレオチド(第2プローブ)の1種類を結合させ、15分間風乾した。風乾されたメンブレンをTrisベース緩衝液で処理し、残存する活性基を除去した後、メンブレンを脱イオン水で洗浄し、再び風乾することで、第2プローブ配列を有するオリゴヌクレオチドが、肺炎菌ごとに識別可能な所定の位置にライン状に固相化された展開支持体が作製された。検出対象の肺炎菌が3種以上のため、上記処理を肺炎菌ごとに少なくとも3回行った。
肺炎原因菌の検出位置にラインが検出されなかった場合、検出される核酸が無いことがその要因である点を明らかとするために、クロマトストリップ上を標識高分子担体がフローできたことを証明する目的で検出されるラインがリファレンスラインである。なお、このラインは標識高分子担体のフローの確認を行う目的で検出されるため、検出される肺炎原因菌の核酸がある場合もリファレンスラインが検出されるようにすることが好ましい。
本発明に用いられる核酸クロマトグラフ用試験片を以下のように作製した。上記各肺炎菌の第1プローブ配列を有するヌクレオチドが複数結合している標識高分子担体を緩衝液に溶解して展開パッド(ADVANTEC社製)に塗布後、乾燥させて保持部とした。上記展開支持体の一端に、上記展開支持体とは重なり合わない部分で保持部を連結した。さらに、該展開支持体の他端に吸収パッド(ADVANTEC社製)を連結し、核酸クロマトグラフ測定用試験片とした。
外来患者の肺炎菌特定に特に有効とされる5種類の肺炎原因菌についての外来用プローブセットと、入院患者の肺炎菌特定に特に有効とされる5種類の肺炎原因菌についての入院用プローブセットについて、各肺炎菌用の標識高分子担体結合第1プローブと第2プローブ(専用)との間において直接的にハイブリダイズして特異的結合が生じないかどうかを増幅産物の非存在下でチェックした。第1プローブ結合標識高分子担体として、外来患者用検出対象肺炎菌の5種類の第1プローブが結合された第1プローブ結合標識高分子担体と、入院患者用検出対象肺炎菌の5種類の第1プローブが結合された第1プローブ結合標識高分子担体とを用い、第2プローブ担持展開支持体としては、5種類の外来患者用検出対象肺炎菌の第2プローブがそれぞれ担持された5枚の第2プローブ担持展開支持体(専用)と、5種類の入院患者用検出対象肺炎菌の第2プローブがそれぞれ担持された5枚の第2プローブ担持展開支持体(専用)とを用いた。結果を図14に示す。実験に供したいずれの菌株においても、リファレンスの位置に赤色の着色線が観察され、増幅産物の非存在下において、標識高分子担体結合第1プローブと第2プローブとの間に非特異結合が生じないことが確認された。
レジオネラ・ニューモフィラ、シュードモナス・アエルギノーサ、クレブシエラ・ニューモニエ、MRSA、ヘモフィルス・インフルエンザ、スタフィロコッカス・アウレウス、ストレプトコッカス・ニューモニエ、モラクセラ・カタラーリス、マイコプラズマ・ニューモニエ、クラミドフィラ・ニューモニエについて、各菌に対するプライマーで増幅されたNASBA産物を核酸クロマトグラフィーで検出検討した。測定用試験片は、表2に示されるプローブを用いて、上記の方法に準じて各検出対象肺炎菌毎に個別に作製して行った。その結果を図15に示す。いずれのNASBA産物も、各肺炎菌専用プローブが結合されている核酸クロマトストリップで検出された。
各プローブが標的菌以外の対象菌のNASBA産物と非特異反応を起こすか否かを検証した。結果を図16に示す。本件プローブのすべてにおいて非特異反応は認められなかった。
レジオネラ・ニューモフィラ、シュードモナス・アエルギノーサ、クレブシエラ・ニューモニエ、MRSA、ヘモフィルス・インフルエンザ、スタフィロコッカス・アウレウス、ストレプトコッカス・ニューモニエ、モラクセラ・カタラーリス、マイコプラズマ・ニューモニエ、クラミドフィラ・ニューモニエについて、本件プライマー対を用いたマルチプレックスプライマーで増幅されたNASBA産物を核酸クロマトグラフィーで検出した。その結果を図17に示す。マルチプレックスプライマーを用いて増幅されたNASBA産物は、いずれも核酸クロマトグラフィーで検出された。
レジオネラ・ニューモフィラは、BCYEα培地を用い35℃で培養し、クラミドフィラ・ニューモニエは、HEp−2細胞を用いて培養し、マイコプラズマ・ニューモニエは、PPLO培地を用い37℃で培養し、ヘモフィルス・インフルエンザは、チョコレート培地を用い37℃で培養し、ストレプトコッカス・ニューモニエは、羊血液培地を用い37℃で培養した。培養後の各菌懸濁液100μLからEXTRAGENII試薬(東ソー社製)を用いて各試料より核酸を抽出し、50μLのRNase free waterで上記5種類の菌の核酸を溶解した。2.5μLの核酸溶液をNASBA Amplificationキット(カイノス社製)を用いてtotalRNAを鋳型としてNASBA Amplificationキット(カイノス社製)を使用し、本発明のプローブ対のセットとは異なる10菌種の各ターゲット領域内の配列にハイブリダイズする各菌種固有のプライマー対を用いて、NASBA増幅反応を行った。この際の各菌専用プライマー濃度は、最終濃度が0.2μMになるように調製した。増幅反応後各菌の溶液は、増幅終了後のNASBA増幅産物を前処理する事なく1本にまとめ、直ちに核酸クロマトストリップを用いて核酸クロマトグラフ法による肺炎菌の検出を試みた。NASBA産物をフローさせなかった場合は、フローが行われた事を示すリファレンスラインのみ検出された(図18A参照)。上記肺炎原因菌5菌種のNASBA産物をフローさせた場合リファレンスラインとは別に各々の検出位置にラインが検出された(図18B参照)。
Claims (4)
- ストレプトコッカス・ニューモニエ、ヘモフィルス・インフルエンザ、マイコプラズマ・ニューモニエ、クラミドフィラ・ニューモニエ、レジオネラ・ニューモフィラ、クレブシエラ・ニューモニエ、シュードモナス・アエルギノーサ、モラクセラ・カタラーリス、メチシリン耐性スタフィロコッカス・アウレウス(MRSA)、スタフィロコッカス・アウレウスから選ばれる少なくとも3種類の肺炎菌類を検出対象とする肺炎原因菌の検出方法であって、以下の工程(a)〜工程(f)を備え、
1)試料中より任意に抽出された各肺炎菌に特異的な標的核酸を、肺炎菌ごとに異なる少なくとも3種類のNASBAマルチプレックスプライマー対のセットを用いて1本鎖核酸として増幅する工程(a);
2)増幅産物と相補的なヌクレオチド配列から選ばれる、肺炎菌ごとに異なる少なくとも3種類のプローブ対を調製する工程(b);
3)標識高分子担体に少なくとも3種類の各肺炎菌の第1のプローブを結合させ、第1プローブ結合標識高分子担体を調製する工程(c);
4)第1のプローブと対をなす少なくとも3種類の各肺炎菌の第2のプローブを、肺炎菌ごとに識別可能な所定の位置に固相化した第2プローブ担持展開支持体を調製する工程(d);
5)前記増幅産物を、展開支持体に担持された第2プローブ及び標識高分子担体に結合した第1プローブにハイブリダイズさせて検出する工程(e);
6)検出像を判定することにより評価する工程(f);
かつ、上記工程(a)において用いられる肺炎菌ごとに異なる少なくとも3種類のNASBAマルチプレックスプライマー対のセットが、以下の(i)〜(x)に表されるプライマー対、あるいは、
かかるプライマー対を構成する配列番号21〜40に示されるヌクレオチド配列において、1〜3個の塩基が欠失、置換又は付加されたヌクレオチド配列から構成され、各肺炎菌特異的な標的核酸を増幅することができるプライマー対から選ばれることを特徴とする検出方法。
(i)配列番号21に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号31に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(ii)配列番号22に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号32に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(iii)配列番号23に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号33に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(iv)配列番号24に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号34に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(v)配列番号25に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号35に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(vi)配列番号26に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号36に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(vii)配列番号27に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号37に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(viii)配列番号28に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号38に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(ix)配列番号29に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号39に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(x)配列番号30に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号40に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー; - 少なくとも3種類の各肺炎菌の第1のプローブが、配列番号1〜10に示されるヌクレオチド配列から選ばれる少なくとも3種類のDNAからなり、第1のプローブと対をなす少なくとも3種類の各肺炎菌の第2のプローブが、配列番号11〜20に示されるヌクレオチド配列から選ばれる少なくとも3種類のDNAであることを特徴とする請求項1記載の検出方法。
- ストレプトコッカス・ニューモニエ、ヘモフィルス・インフルエンザ、マイコプラズマ・ニューモニエ、クラミドフィラ・ニューモニエ、レジオネラ・ニューモフィラ、クレブシエラ・ニューモニエ、シュードモナス・アエルギノーサ、モラクセラ・カタラーリス、メチシリン耐性スタフィロコッカス・アウレウス(MRSA)、スタフィロコッカス・アウレウスから選ばれる少なくとも3種類の肺炎菌類を検出対象とする肺炎原因菌の検出キットであって、
1)試料中より任意に抽出された各肺炎菌に特異的な標的核酸を増幅することができる以下の(xi)〜(xx)に表されるプライマー対、あるいは、かかるプライマー対を構成する配列番号21〜40に示されるヌクレオチド配列において、1〜3個の塩基が欠失、置換又は付加されたヌクレオチド配列から構成され、各肺炎菌特異的な標的核酸を増幅することができるプライマー対から選ばれる、肺炎菌ごとに異なる少なくとも3種類のNASBAマルチプレックスプライマー対;
(xi)配列番号21に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号31に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(xii)配列番号22に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号32に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(xiii)配列番号23に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号33に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(xiv)配列番号24に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号34に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(xv)配列番号25に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号35に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(xvi)配列番号26に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号36に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(xvii)配列番号27に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号37に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(xviii)配列番号28に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号38に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(xix)配列番号29に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号39に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
(xx)配列番号30に示されるヌクレオチド配列からなるフォワードプライマーと、配列番号40に示されるヌクレオチド配列及びその5’末端側に付加されたRNAポリメラーゼプロモーター配列からなるリバースプライマー;
2)増幅産物と相補的なヌクレオチド配列から選ばれる、肺炎菌ごとに異なる少なくとも3種類の各肺炎菌の第1のプローブが標識高分子担体に結合された第1プローブ結合標識高分子担体;
3)第1のプローブと対をなす少なくとも3種類の各肺炎菌の第2のプローブが、肺炎菌ごとに識別可能な所定の位置に固相化された第2プローブ担持展開支持体;
を備えたことを特徴とするキット。 - 少なくとも3種類の各肺炎菌の第1のプローブが、配列番号1〜10に示されるヌクレオチド配列から選ばれる少なくとも3種類のDNAからなり、第1のプローブと対をなす少なくとも3種類の各肺炎菌の第2のプローブが、配列番号11〜20に示されるヌクレオチド配列から選ばれる少なくとも3種類のDNAであることを特徴とする請求項3記載のキット。
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