JPH0243000A - ハイブリッド形成用試料核酸調製法 - Google Patents

ハイブリッド形成用試料核酸調製法

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JPH0243000A
JPH0243000A JP1089586A JP8958689A JPH0243000A JP H0243000 A JPH0243000 A JP H0243000A JP 1089586 A JP1089586 A JP 1089586A JP 8958689 A JP8958689 A JP 8958689A JP H0243000 A JPH0243000 A JP H0243000A
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container
sample
vibrating element
nucleic acid
sonication
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JP1089586A
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May K Li
メイ・ケイ・リ
Donna M Mclaughlin
ドンナ・エム・マクローリン
Elaine M Palome
エレイン・エム・パロム
Jack Kessler
ジャック・ケスラー
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Gene Trak Systems Corp
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Gene Trak Systems Corp
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    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508Rigid containers without fluid transport within
    • B01L3/5082Test tubes per se
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/06Hydrolysis; Cell lysis; Extraction of intracellular or cell wall material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12N1/00Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
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    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、−船釣には核酸ハ・イブリッド形成の分野に
関し、より詳細には、核酸プローブとのハイブリッド形
成用生物試料を調製するための新しい方法を提供する。
(従来の技術) 核酸プローブとのノ゛・イブリッド形成(DNAあるい
はRNAプローブとのハ・イブリッド形成)には、外来
の核酸プローブとのハイブリッドを形成させる前に、加
工処理した生物試料を試料あるいは標的核酸として提供
する必要がある。このような加工処理が必要とされるの
は、核酸プローブを真菌細胞・細菌細胞あるいはウィル
ス粒子として定義付けられている微生物内に含まれる核
酸試料とハイブリッド形成させるためには、核酸試料を
プローブに近付きやすくするため組織の内側から遊離し
なければならないという理由による。
生物組織から遊離し譬♂ゝいろいろな生物体、細胞、細
歯あるいはウィルスは、その特質上、核酸を効果的に遊
離させるための異なった化学条件を必要とする。また、
試料を加工処理する物理的方法も実施されており、これ
らは、圧力、熱、凍結−溶解サイクルならびにガラスピ
ーズ共存下および非共存下での超音波処理を含む。さら
に、化学的に細胞を溶解させた後に超音波処理を行なう
といったような物理的方法と化学的方法の組合わせもま
た、DNAプローブとのハイブリッド形成用に試料を調
製するために用いられている。
超音波処理装置には超音波振動を用い、かっこの装置は
以前、均一化、細胞破砕、分子の分離、給温、エアロゾ
ルの発生、潤滑、コーティングの各システム、および噴
霧器を含むいろいろなプロセスに用いられてきた。一般
に、超音波(ultra−sound)は、溶液中の音
波の伝播を包含しくencompass)、それに付随
して圧縮領域と希薄領域を形成すると理解されている。
交互に生じる音圧(acoustic pressur
e)は微細な気泡(microscopic bubb
les)  を作ったり壊したりする原因となる。キャ
ビテーション(cavitation)が起こる微細環
境内では圧力変化が20,000気圧に達する。微細気
泡あるいはキャビティは何回も繰返して発生し、いった
ん臨界気泡サイズとして知られる一定Q)臨界容積に達
すると強力な力で崩壊する。臨界気泡サイズは実質上周
波数の関数であり、周波数が増大する程より大きな力が
キャビテーション形成のために必要となる。1■h以上
では、超音波処理効力が著るしく減少し、2.5■h以
上ではキャビテーションは全く形成されない。
キャビテーションを形成する超音波処理装置には、ヒー
トシステムスウルトランニックス(HeatSyste
ms Ultrasonics)、トミー(Tomy)
  株式会社、ラピディス(Rapidis)、レイセ
オン(Raytheon)、ムラルド(MulLard
)  およびブランンン(Branson)、 として
商品として売られているシステムを含め、いろいろな装
置が数多くあり、核酸等の研究に用いらねてきた。商品
として売られているこれらの超音波処理装置は、伝統的
に5〜35KHzの周波数に共振するように、特に20
KHz付近で最も共振するように設計されている。商品
として入手可能な代表的超音波処理装置には次の2つの
モードのうちのどちらかが使われている:2つのモード
とは、l)振動グローブの試料内への直接浸せき;およ
び2)試料を包含すあるいは共通浴内への設FIZ (
placement) +  である。第一モードは、
試料から試料へと試料の持越しを招くという点で不都合
であり、従って臨床試験用に設置するには実用的でない
。第二モードを使用すると、液体は容器あるいはキュベ
ツト内の試料しこ超音波振動を伝達するために働くと共
に、また、試料温度を冷却および/′iたけ制御するた
めにも役立つであろう。この方法は比較的効果的である
が、液体浴を行うのに必要な装置が複雑であることおよ
びこの方法によると汚染をもたらすおそれがあることの
二点で不都合である。従って、臨床での応用もまた制限
される。
本発明の目的は、液体浴超音波処理法に匹敵する効果を
も、つ新規超音波処理システムを提供することである。
本発明の他の目的は、浸せき型超音波処理に関連してお
こる汚染という不利益を排除した、DNAプローブとの
ノ・イブj)ラド形成用の試料を調製する新規超音波処
理法?提供することである。
慣用の超音波トランスデユーサ−を直接容器表面に当て
た場合、超音波エネルギーは簡単には容器内に含まれる
流体に伝達されないことが知られている。こねは、エネ
ルギーのかなりの割合が熱の形で、トランスデユーサ−
の接触表面および容器壁、あるいは容器の材質そハ自体
のどちらかに失なわれることが原因で起こる。実際に伝
達されるエネルギー量は、そハぞれの材質の音響インピ
ーダンスによってさらに制限される。このように、実質
的には初発エネルギーのうちの比較的少量のエネルギー
のみが流体に伝達され、非常に大過剰量の初発エネルギ
ーを用いなければキャビテーションは起こらない。その
ような過剰エネルギーを使用すると、時として容器の溶
解が起こる程の高い局部加熱をその結果として生ずるた
め、一般的には非常に不利である。そのような結果は、
特に試料が伝染性の病気を持っている危険性のある臨床
系実施態様では、事実上間らかに認容しがたい。
本発明の他の目的は、トランスデューサー−容器の直接
接触を利用するが、以前必要とされた高レベルのエネル
ギーの使用を排除した、DNAハイブリッド形成用試料
を調製するための新しい方法を提供することにある。
(発明の概要) 本発明の原理および目的に従って、本発明は核酸プロー
ブとハイブリッド形成する核酸の試料を調製するための
新しい方法を提供し、この方法は、容器内に試験しよう
と−rる核酸を含む溝体試料を供給すること、容器の外
側をトランスデー−サー装置の振動エレメントと接触さ
せること、およびあらかじめ決めておいた予定時間の間
超音波処理装置に電気エネルギーを与えろこと、からな
る。
理想から言えば、この予定時間とは約40〜10ロであ
る。、隋くべきことに、超斤波処理装カを約40〜10
ロー、最適には60 KHzで共振させるために同調さ
せた場合、前述の方法が浸せき型超音波処理法とほとん
ど同程度効果的である本発明の最適な実施態様を図に示
す。図中、40TG(z以上で共振する超音波トランス
デユーサ−12はハウジング(housing)  1
7の内部の基部19上に据付けたフレーム部材18に設
置されている。超音波トランスデユーサ−12は使い捨
てのキュベツト(cuvette)11に対する超音波
先端部1の圧力を制御するために空気シリンダー(pn
eumatic cylinder) 13上に据付け
られている。キュベツト11は、スクリュー取付部位1
6を軸に回転しキュベツト11の最上部に滑らせてかみ
合わせることのできる圧力保持器(forcereta
iner) 、10によって、先端1上に保持されてい
る。トランスデユーサ−12は周波数発電機(freq
uency generator)  15および電源
装置(power 5ul)pI)’)  14によっ
て制御されて(・るが、それらの電気的接続については
示していない。
一般的に、本発明の好適な方法はアッセイしようとする
核酸を含む細菌、細胞、ウィルスあるいはこれ以外の材
料の試料を適切な溶剤に接触させることからなり、ここ
で言う適切な溶剤とは最も好適には溶剤を形成するため
のカオトロピンク作用剤(chaotropic ag
ent)の緩衝溶液であり、溶剤量は試料キュベツト添
加用にあらかじめ決めておいた量が最も好適であり、溶
1JlIへの接触は代表的には事実上注入方式で行なう
。あるいはまた、混合物をまずキュベツト内に形成させ
ることもできる。次いで、試料用キュベツトをマウンテ
ィングブラケット(mounting bracket
)20内に置き、そわからキュペントの底をトランスデ
ユーサ−12の先端部1に接触するように置く3、圧力
保持器10を回転させキュベツトにすべらせてかみ合わ
せてマウンティングプラケット20内にキュベツトを保
持し、そうすることによって、あらかじめ予定していた
圧力、約8ポンド/(インチ)2〔0,56kl?/i
 〕〜約30ポンド/(インチ)2[2,1kl?/c
1Tl)が先端1とキュベント11との間の表面接触部
分に維持さねる。あるいはまた、圧力保持器を用いて維
持圧力を約10ポンド(4,5kg)と等価にすること
もできる。このような圧力は、キュベツト11の底部に
対して先端(tip)1を押付ける空気シリンダー16
にあらかじめ予定していた圧力を与えることによって、
最も好都合に得られるであろう。次いで超音波処理装置
に、−船釣には10秒〜10分間、最も好適には1〜5
分間エネルギーを与える。最も好適には、容器は超音波
処理装置の先端1に接触あるいは隣接した壁の内側表面
と連続した表面を持つ容器であろう。このような表面が
不連続になった超音波処理装置用容器は、スイス特許出
願第4.961号(86年4月)に゛ゝ超音波処理装W
t (Sonication Device)“の名称
で記載されており、超音波エネルギーの伝達効果を高め
るものとして、ここで引用さhている。
(non−1hVeXsiua) 本発明の熱浸1い1丁rτゴ法は、溶液中に核 ノ駿を
遊心させることを必要とする血液、尿、血清、脳牙髄液
、スワブ(swab)、スワブからの抽出物、およびそ
の他のタイプの流体懸濁液とともに使用するのに適して
いる。最も好適には、負荷サイクルを無侵襲型超音波処
理装置12に賦課して、先端1の表面およびキュベツト
11の底の熱を消失させる。最適な時比率(duty 
cycle:  例えば、実効作用時間/全体時間、を
パー七ントで表示する)は約25係〜約75係である。
同様に、本発明の最も好適な実施態様は、超音波処理装
置を約60 KHzの周波数で共振するように同調させ
ることである。
本発明の原理は、次の実施例を研究することによってよ
り良く理解されるであろう。
(実施例1) リステリアインツク了(Listeria 1nnoc
ua’)を−晩培養した培養液の1 mlア’l コ−
ト<aliquot。
量が正確にわかっている試料J)一部を意味する。)か
ら得られたベレント状細胞を、0.040MのTris
−Clおよび0.010Mのエチレンジアミン四酢酸塩
を含むpH7,5の2.5Mチオシアン酸ダグ無侵襲型
超音波処理および酵素処理を行なって、それぞれの処理
様式によって遊離してくるハイブリッド形成可能なRN
A量を定量比較した。
使用したハイブリッド形成アッセイは、ハイブリッドを
形成していない一本鎖の放射能標識RNAを分解するR
NA5e の能力を測定することを基本とした。このア
ッセ・イに使用した放射能標識RNA(IJボグローブ
)は、大腸菌の16 s IJボソームの3′末端から
の700塩基配列をSF3゜pGEMベクターにクロー
ン化したものである。
5P6RNAポリメラーゼを32p標識のGTPと共に
用い、RNA転写物(即ち、リボグローブ)を作成した
。そわぞねの試料を1 ng のりボブロープと共に、
0.040MのTr i 5−CA’およびo、oi。
Mのエチレンジアミン四酢酸塩を含む2.5Mのチオシ
アン酸グアニジニウム(pH7,5)中で15分間67
°Cに保温した。そわぞれの試料を0.2〜/mlのり
ボヌクレアービを含むpH7,5の 0.01MTri
s−Cl  溶液で20倍に希釈し、さらに45°Cで
15分間保温した。遊離したハイブリッド形成可能な核
酸の定量は、残存ハイブリッドをトリクロロ酢酸で沈澱
させ、シンチレーションカウンターを用いて決定した。
リステリアインツク了(Listeria 1nnoc
ua)を−晩培養した培養液から同じ液量を用いて、1
)ヒート システムズ・ウルトラソニックス(Heat
Systems Ultrasonics)・W−22
5型を用いたプ。
ロープ浸せき型超音波処理、および11)5−早泣/I
nt槍のムタノリシン(mutanolysin)およ
び10mg / tnl量のリゾチームを含有する酵素
溶液との接触からなる生化学的処理、を行なった。ブソ
ーブ浸せき型超音波処理および生化学的処理がリステノ
アインノクアからハイブリッド形成可能な核酸を遊離す
る能力を、図示した好適な超音波処理装置を使用した無
侵襲型超音波処理のそれと比較した。この実験において
他のパラメーターはすべて同一にした。ヒート・システ
ムズ・ウルトラソニックス・W−225にはマイクロ千
yプホーン(mic、rotip horn)を用い、
出力レベル5、時比率50係で4分間走行させた。無侵
襲型超音波処理装置は時比率66係で6分間走行させた
。無侵襲型超音波処理装置は次の表に示したように、ハ
イブリント形成可能な標的を遊離するという点では、プ
ローブ浸せき型超音波処理装置にと同程度効果的である
ことが証明された。
第1表 ハイブリッドを形成した の16sRNA 試行回数    1  2  3  4生化学的処理 
5.69 5.36 .387 4.30(実施例2) 培地中で一晩培養したリステリアインノクアのベレット
状細胞1mlを、前述濃度のムタノリシンおよびリゾチ
ームの酵素溶液Q、 5 mlで処理し、次いで2.5
Mグアニジン−イソチオシアン酸エステル緩衝液1、O
mlに懸濁した。また、同液量のリステリアインノクア
を遠沈し、こうして得られたリステリアインノクアを1
. Q mlの採取しだてのヒトの血液に懸濁し、続い
てプローブ浸せき型超音波処理および無侵襲型超音波処
理を行なって比較した。本発明の無i>>型超音波処理
装設およびミクロチップを使い出力設定を4にしたヒー
ト・システムズ・ウルトランニックスのW−225型は
両方共、時比率を36係に設定した。
遊離したハイブリッド形成可能な核酸量は、32p−標
識リボプローブ(標識プローブ)および標識していない
捕獲プローブな用いて定量した。使用した標識プローブ
は、T7pGEMベクターにクローン化した大腸菌の1
68I+ボンームの5′末端からのRNA転写配列であ
る。T7RNAポリメラーゼを32p標a!GTPと共
に用いてリボプローブを作成した、捕獲プローブは44
個のオリコ5’ TGTCCCCGAAGGGΔAAG
CTCTGTCTCCAGAGTGGTCAAAGAT
ATろ′DNAからなり、これにターミナルデオキシヌ
クレオチジルトランスフェラーゼを用いて約160のデ
オキシアデニン基の尾を付けたものである。
捕獲グローブおよび標識プローブを上述の11ステリア
インノクアを入わだ血液と共に混合し、さらに表面に共
有結合したdT14をもつ磁性1粒子に加え、室温に5
分間保温した。捕獲プローブ、標識プローブ、および標
的核酸の間に形成されたハイブリッドをdT14磁性粒
子上に捕獲し、さらに磁界を用いてアッセイ混合物より
分離した。磁性粒子を洗浄して非特異的に結合している
物質を除去し、0.5係の洗剤および0.54BSAを
含有する洗浄緩衝液に再懸濁し、68℃で2分間加熱し
た。その後、磁性粒子は磁界を用いてアッセイ混合物か
ら分離し捨てた。残りの溶液(the bulksol
ution) を別の新たな磁性ビーズに加え、同じ操
作をくり返した。その結果得られた残りの溶液全部をシ
ンチレーション混合物(scintilla−tion
 cocktail)  に加えシンチレーションカウ
ンターで計数した。アッセイは、無侵襲型超音波処理に
対しては3通り、プローブ浸せき型超音波処理に対して
は4通り行なった。50μlアリコートを1分、2分お
よび3分間超音波処理したもののそれぞれから取り出し
、ハイブリッド形成アッセイに使用した。超音波処理し
たそれぞれから遊離したハイブリッド形成可能な核酸量
を、ムクノリシン/リゾチーム処理(対照)によって遊
離した七ハと比較した。結果を次表に示す。それぞれの
時間において、無侵襲型超音波処理後ハイフリット形成
用に有用なハイブリッド形成可能な核酸の量は、プロー
ブ直接浸せき型超音波処理で得られた有効核酸量と同量
あるいはそれ以上であった。
無侵襲型超音波処理   32.5 52  48.5
侵襲型超音波処理    9,9 16.9 23.3
(実施例3) 実施例2に設定した方法を、無侵襲型超音波処理と、ヒ
ート・システムズ・ウルトラソニックスのW−225型
を用い出力を6および5に設定したプローブ浸せき型超
音波処理とを比較する目的で繰り返し、間隔をあけて1
分、2分、6分、4分および5分間超音波処理したそれ
ぞれから取り出したアリコートを用い、同様の方法でハ
イブリッド形成アッセイを行なった。下の表に示すよう
、に、各々の時間共、無侵襲型超音波処理によってハイ
ブリッド形成に利用できるようになったハイブリット形
成可能な核酸量は、グローブ直接浸せき型超音波処理に
よって利用できるようになったそれと同量あるいはそわ
以上であった。
第ろ表 実施例乙の結果 遊離したRNA量の平均値 (ムクノリシン/リゾチーム処理=100)方 法  
 1分 2分 3分 4分 5分無侵襲型超音波処理 
 1,3 24.8 32J]  15,9 31.2
侵襲型超音波処理 出力 5  1.0  6.0 12.0  8.6 
 21.0出力  3  1.2    ろ、9   
5.ろ    5.0    7.0
【図面の簡単な説明】
図は本発明の無侵襲製超音波処理装置の最も好適な実施
例の断面図である。 (外4名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、微生物に含まれる試料核酸をハイブリッド形成用に
    遊離させるため、微生物を含む水性試料を処理する方法
    において、 a)40KHz〜100KHzの周波数で共振するよう
    に同調された振動エレメントを持つ無侵襲型超音波処理
    装置を準備すること; b)前記水性試料を受けるための容器で、該振動エレメ
    ントとかみ合わせるために改造した該振動エレメントと
    かみ合う表面を少なくとも1つ有する該容器をさらに準
    備すること; c)該容器に前記水性試料を加えること; d)該容器の該振動エレメントとかみ合う表面を該超音
    波処理装置の該振動エレメントに接触させること; e)該振動エレメントを約10秒間以上振動させるため
    に該超音波処理装置に電気エネルギーを与えること; の各段階からなることを特徴とする上記の水性試料処理
    方法。 2、該容器を、該振動エレメントとかみ合う表面を介し
    て該振動エレメント超音波処理装置に約8ポンド/(イ
    ンチ)^2〔0.56kg/cm^2〕〜約30ポンド
    /(インチ)^2〔2.1kg/cm^2〕の圧力で接
    触させる、請求項1記載の方法。 3、該超音波処理装置を約60KHzの周波数に同調さ
    せる、請求項1記載の方法。 4、該超音波処理装置が約25%〜約75%の正の時比
    率を持ち、かつ電気エネルギーを与える段階が約30秒
    〜約5分間である、請求項3記載の方法。
JP1089586A 1988-04-08 1989-04-07 ハイブリッド形成用試料核酸調製法 Pending JPH0243000A (ja)

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US07/179,349 US4983523A (en) 1988-04-08 1988-04-08 Methods for preparing sample nucleic acids for hybridization

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JPH0243000A true JPH0243000A (ja) 1990-02-13

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1089586A Pending JPH0243000A (ja) 1988-04-08 1989-04-07 ハイブリッド形成用試料核酸調製法

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