JPH0640839B2 - 試料液中の細菌の属特異的または/および種特異的検出方法 - Google Patents

試料液中の細菌の属特異的または/および種特異的検出方法

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JPH0640839B2
JPH0640839B2 JP3257519A JP25751991A JPH0640839B2 JP H0640839 B2 JPH0640839 B2 JP H0640839B2 JP 3257519 A JP3257519 A JP 3257519A JP 25751991 A JP25751991 A JP 25751991A JP H0640839 B2 JPH0640839 B2 JP H0640839B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、試料液中の細菌の属特
異的または/および種特異的検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ハイ
ブリダイゼーション技術の開発の後、特定の核酸セグメ
ントの存在または非存在を検出するために使用され得る
特定の核酸の検出に関する多くの方法が開発された。こ
れらの方法は、ヒト遺伝病および実際に影響を及ぼす疾
患に必ずしも至らないゲノムレベルでの他の欠損症の診
断も包含する。しかしながら、最初に開発された方法に
基づく核酸試験は、非常に高い特異的を有しておらず、
2、3の塩基に影響を及ぼしただけである核酸における
突然変異について試験する場合に、特に検出の正確度に
関して困難があった。特に、公知のハイブリダイゼーシ
ョン法は、1または2個の塩基が単に異なるだけである
核酸変異体の分別に関して非常に非特異的であった。こ
れに関する理由は、第1に、比較的短いオリゴヌクレオ
チドの使用のために、ハイブリダイゼーションに関して
非常に厳格な条件が使用されないことであり、これが1
つの塩基のハイブリダイゼーションの非存在(いわゆる
「ミスマッチ」)が通常検出されない理由である。別の
理由は、分別しようとする精製された核酸(単数または
複数種)がしばしば比較的少量しか入手可能でないこと
であった。
【0003】PCR反応は、とりわけ核酸検出方法のさ
らなる開発の一部分として開発され、検出しようとする
核酸を増幅するために使用することができる。しかしな
がら、該PCR反応では、ハイブリダイゼーションによ
るその後の検出を妨げる副生成物がしばしば形成され
る。したがって、欧州特許EP0332435には、少
なくとも1つのヌクレオチドが異なる核酸間で分別する
ために、ポリメラーゼおよびヌクレオシド三リン酸の補
助によって伸長される診断用プライマーを使用する方法
が既に示唆されているが、しかしながら、それによっ
て、該プライマーの3'末端ヌクレオチドが検出しよう
とする核酸の対応するヌクレオチドと相補的である場合
に伸長が生じるだけである。可能な点突然変異体の存在
は、この方法において伸長生成物の存在または非存在を
介して測定される。これは、この出願において一例とし
てヒトにおける特定の遺伝病を使用して示されている。
【0004】しかしながら、この技術は、いくつかのポ
リメラーゼがプライマー伸長の間にミスマッチを修正す
るいわゆる「プルーフリーディング活性」を有してお
り、従って特異的検出を不可能にするという困難性も有
する。したがって、まだ、核酸上の唯一の塩基の相違が
確実に検出され得る方法を開発することが必要であっ
た。特に、特定の細菌の属の存在または非存在を検出
し、試料液中のそれらの間で分別するために核酸変異体
に関する非常に特異的な検出方法が必要であった。した
がって、本発明の目的は、このような非常に特異的な方
法を提供するものであった。
【0005】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
特定の細菌のRNAの属特異的もしくは種特異的領域と
相補的であるが、その3'末端において別の属または種
の細菌のRNAと相補的ではないプライマーで細菌RN
Aをハイブリダイズし、該プライマーを適切なポリメラ
ーゼおよび4つのデオキシリボヌクレオチドの存在下で
伸長し、所望により該伸長生成物を同時にまたはその後
に標識し、プライマーと鋳型RNAが相補的である場合
に形成する伸長生成物を変性の後に属特異的または種特
異的オリゴヌクレオチドでさらにハイブリダイズし、該
ハイブリダイゼーションをオリゴヌクレオチド標識によ
って検出することを特徴とする試料液中の細菌の属特異
的または/および種特異的検出方法に関する。
【0006】本発明の範囲内で、プライマーは、他の属
または種のRNAと塩基対をなす場合に該プライマーの
3'末端においてミスマッチが生じるならば、一般に高
度に保存されている細菌のRNAの領域と相補的でもあ
り得る。
【0007】本発明の範囲内で、用語「細菌RNA」
は、細菌によって直接形成されるRNAの増幅生成物も
含む。細菌RNAの増幅は、例えば、ポリメラーゼ鎖反
応(米国特許USP 4,683,195)、核酸配列に基
づく増幅(欧州特許出願公開EP−A 0329822)
または高速酵素結合強度鎖複製効果(ドイツ特許出願P3
929030.1)のような公知の方法を用いて行うことができ
る。
【0008】本発明の方法において2つの選択工程が使
用されるので、ただ1つの分別反応だけによって生じた
間違った結果の危険性をかなり減少することが可能であ
り、したがって、該方法は、2、3の塩基が異なるだけ
である細菌RNAの間で分別するために使用し得、次に
特定の細菌の属または種の存在について示すことができ
る非常に特異的な試験を提供する。実際に、それは、特
に、しばしば2、3のヌクレオチドが異なるだけである
細菌種の16S−rRNAおよび23S−rRNAであ
る。このような相違が、しばしば、「有害の」および
「無害の」細菌間で分別することの唯一の可能性であ
る。原理的には、本発明にしたがって、個々の細菌科の
分別も行うことができる。
【0009】本発明の特に好ましい具体例において、細
菌の属のメンバーの存在に関する試験の後、実質的に1
工程において実際の種を決定することが可能である。こ
れに関し、細菌の特定の属のRNAと相補的であるが、
その3'末端の少なくとも1つの、好ましくは2または
3つの塩基によって他の属の細菌のRNAとは異なるプ
ライマーが使用される。調べている属の細菌が試料液中
に存在する場合、プライマーの伸長の後に伸長生成物が
形成され、次いで、この伸長生成物は、細菌RNAの別
の領域に対応するオリゴヌクレオチドでハイブリダイズ
される。この場合、ハイブリダイゼーションのための必
要条件は、この細菌の属の特定の種に適合するだけであ
る。
【0010】本発明の方法において、プライマーとRN
Aとのハイブリダイゼーションのために非常に長いプラ
イマーを使用することが可能であり、次いで、これによ
って、このハイブリダイゼーションにおける非常に厳格
な条件が使用される。結果として、プライマー伸長工程
によって、すでに、非常に特異的な結果が得られ、これ
は、付加的ハイブリダイゼーション工程によって実質的
に増大する。本発明において、多くの細菌の属および種
に関して同一のものであるRNA上の領域と相補的であ
るかまたは一致するプライマーまたはオリゴヌクレオチ
ドが使用される付加的対照試験を行うこともできる。対
照試験に関して、全ての真正細菌について特異的である
プライマーまたはオリゴヌクレオチドがある。このよう
な対照試験によって標的RNAの存在およびアクセシビ
リティを示すことができ、したがって、「誤った否定
的」結果を防止する。さらに、標的RNAを用いないブ
ラインド試験を行うことができる。これによって、プラ
イマーの伸長における、ならびに実際の特異的反応に関
するハイブリダイゼーションにおける人為結果を誤認す
ることを避けることが可能である。同時に、細菌の合計
料と比較して特定の属または種の細菌の量を評価するこ
とができる。
【0011】本発明において、種々の属または種におい
て異なることが示され得るRNAは、細菌起源のRNA
として使用され得る。rRNA、mRNAまたはt−RN
Aは、好ましくはそれらと相補的である本発明の方法に
関するプライマーおよびオリゴヌクレオチドを選択する
ことによって使用される。公知方法に従って、本発明の
方法に関する細菌RNAを調製する。
【0012】形成された伸長生成物のハイブリダイゼー
ションの実際の検出は、オリゴヌクレオチド標識を介し
て行われる。この場合、核酸に関する如何なるタイプの
標識も使用され得る。本発明において、この反応を観察
するためにも該伸長生成物をさらに標識し得る;標識化
は、その形成の間もしくはその直後に行われ得るかまた
はプライマーを介して標識され得る。伸長生成物の標識
化は、好ましくは、すでに標識されているプライマーを
使用することによって行われる。
【0013】本発明において、プライマーおよびオリゴ
ヌクレオチドの標識化が異なっており、従って、該方法
における両工程が別々に制御およびモニターされ得るの
が特に好ましい。
【0014】よく知られている方法で、好ましくは非伸
長プライマーと非反応核酸成分を分離することによっ
て、ハイブリダイゼーションのための伸長生成物を調製
する。サイズによって核酸フラグメントの分離を行う全
ての方法がこれに適している。これは、ゲル電気泳動ま
たは上昇薄層クロマトグラフィーを使用して行われるの
が好ましい。HPLCによる分離も適していると思われ
る。
【0015】次いで、オリゴヌクレオチドとのハイブリ
ダイゼーションも、例えばニトロセルロース紙上へのD
NAのサザーントランスファーまたは他の公知の方法に
よるような、よく知られている方法で行われる。次い
で、オリゴヌクレオチドとのハイブリダイゼーションの
後のシグナルの位置およびシグナルの強度から必要な結
果を引き出すことができる。
【0016】しかしながら、本発明の範囲内で、形成さ
れた伸長生成物がその標識を介して固相に結合され、次
いで、非伸長プライマーと相補的ではない標識形態のオ
リゴヌクレオチドによって検出を行い、従って間違った
シグルは生じ得ないような方法で伸長生成物およびオリ
ゴヌクレオチドの2重標識を行うことが可能であり、か
つ好ましい。このような標識に関しては、例えば、ビオ
チン/ストレプタビジン、またはジゴキシゲニン/抗ジ
ゴキシゲニン抗体のようなハプテン/抗ハプテン抗体の
ような結合対が適しており、これらにおいて、1つの結
合パートナーは、固相(例えば、ストレプタビジン)に結
合しており、第2のパートナーはプライマーまたは核酸
結合ブロックの1つに結合している。
【0017】本発明における方法の特異性を増大するた
めに、プライマー配列とは異なる配列上でオリゴヌクレ
オチドとのハイブリダイゼーションが起こる。この配列
は、プライマー伸長方法によって通常生産される対応す
る核酸鎖長さのようなプライマー配列から少し離れるこ
とができる。該ハイブリダイゼーションは、プライマー
と相補的であるRNA上の配列の近くにあり、かつ5'
方向に20〜400塩基離れている配列で行われるのが
好ましい。
【0018】本発明の方法の範囲内で、15〜50ヌク
レオチド長さであるプライマーを使用するのが好まし
い。しかしながら、プライマーの長さは主としてハイブ
リダイゼーション条件に依存し、したがって該方法のス
トリンジェンシーに依存し、次に使用したポリメラー
ゼ、好ましくはAMVまたはMMuLVリバーストラン
スクリプターゼの温度感受性に依存する。ハイブリダイ
ゼーション温度は、ポリメラーゼによって耐えられる温
度よりも高くないが、高いストリンジェンシーを可能に
させるのに充分であるべきである。プライマーが長いほ
ど、プライマーと検出しようとするRNA配列とのハイ
ブリッド生成物の融点は高い。
【0019】伸長生成物とのハイブリダイゼーションの
ために使用されるオリゴヌクレオチドは本発明の範囲内
で12〜20ヌクレオチド長さであるのが好ましく、そ
れは高い特異的を達成するにもかかわらずオリゴヌクレ
オチド合成における要求を比較的低く維持する。
【0020】本発明の方法によって、試料液中におい
て、非常に特異的な方法で、特定の細菌の存在が検出さ
れる。特に、この方法では、特定の細菌の属が存在する
場合に同時に実際の亜種を決定することも可能である。
臨床診断に関する高い特異的要求も満たされる。
【0021】以下の実施例によって、本発明をさらに説
明する。
【0022】
【実施例】実施例1 ラクトコッカス・ラクティス・サブスピーシズ・ラクテ
ィス(Lactococcus lactis subspecies lactis)とラク
トコッカス・ラクティス・サブスピーシズ・クレモリス
(L. lactis subspec. cremoris)との分別
【0023】1 x SSC(150ミリモル/リットル
NaCl、15ミリモル/リットルクエン酸三ナトリウ
ム、0℃でpH7.0)3ミリリットル中で個々の細菌亜
種の細胞(1〜3g)を懸濁した。4×30秒間、細胞ホ
モジナイザー中でガラスビーズ(50g;φ0.17mm)を
用いて細胞を溶解した後、毎回、1 x SSC 3ミリ
リットルおよびフェノール6ミリリットル(1 x SS
C飽和)と一緒に3回振盪してフェノール抽出を行っ
た。この後に、2倍量のジエチルエーテルによる抽出を
4回行った。最後に、−20℃で、5モル/リットル酢
酸カリウム0.1容量、無水エタノール2.5容量を添加
することによって核酸を沈殿させ、遠心分離(20分、
10000g)の後、沈殿物を真空乾燥させた。残存した
DNAを、ウルトラ・タラックス(Ultra Turrax)(1
0秒)中、0℃で、3モル/リットル酢酸ナトリウム(p
H6.0)10ミリリットル中に懸濁させることによって
再懸濁させ、遠心分離し、この方法を3〜4回繰り返し
た後、主としてrRNAをペレット状態で得た。
【0024】この方法で調製したrRNA 2μgおよび
以下の配列(SEQ ID NO 1):5' CGGTTAA
GAACGCTCTCCTACCATTT 3'を有する
プライマー10ピコモルを、90℃で40分間、緩衝液
(0.1モル/リットルKCl;0.05モル/リットル
トリス(Tris)−HCl、pH8.3)5ミリリットル中で
変性させ、その後、混合物を70℃で10分間インキュ
ベートした。この混合物1マイクロリットルを緩衝液
(0.05モル/リットル トリス/HCl、pH8.3;
0.12モル/リットルNaCl、0.07モル/リットル
MgCl2;各々、0.06ミリモル/リットルdGTP、d
CTP、dTTP;0.06ミリモル/リットル[32P]
α−dATP(約1μCi;AMVまたはMMuLVリバ
ーストランスクリプターゼ(ベーリンガー・マンハイム
(Boehringer Mannheim))5ユニット))4マイクロリッ
トルと一緒に45℃で20分間インキュベートした。移
動溶媒として9モル/リットル尿素に入れた0.4モル
/リットル ギ酸アンモニウムを用いて、80℃で45
分間、上昇薄層クロマトグラフィー(DEAEセルロー
ス、ポリグラム・セル(Polygram cell)300、シュラ
イヒャー・アンド・シュール(Schleicher and Schuel
l))によって反応生成物(2マイクロリットル)を分離し
た。オートラジオグラフィー後、形成された伸長生成物
を検出した。
【0025】検出システムの対照として、配列(SEQ
ID NO 2):5' AGAACGCTCCCCTAC
C 3’を有するほとんど全ての細菌のrRNA分子と
相補的である合成オリゴヌクレオチドを用いて、ポジテ
ィブ標準として対照反応を行った。条件は、特異的プラ
イマーに関して既に記載したものと同一であった。
【0026】特異的プライマーを用いて得られた伸長生
成物の試料を0.4N NaOH 200マイクロリットル
中で変性させ(20分、25℃)、次いで、膜(ゼータプ
ローブ(Zetaprobe)、バイオラド(Biorad);ドットブ
ロット、ミニフォールド(Minifold)、シュライヒャー
・アンド・シュール(Schleicher and Schuell))に結
合させた。配列(SEQ ID NO 3):5' TGCG
TAATAGCTCACT 3'を有する検出プローブ
(5ピコモル)は、RNA上のその相補的配列が該相補的
配列から5'側上の特異的プライマーまでの約65塩基
であり、それを緩衝液(0.027モル/リットル トリ
ス/HCl、pH8;0.011モル/リットル DT
T;0.9ミリモル/リットル スペルミン;0.011
モル/リットル MgCl2;0.25ミリモル/リットル
[γ−32P]ATP、約30μCi)20マイクロリットル
中、37℃で30分間インキュベートすることによって
標識した。非反応ヌクレオチドを除去し、標識検出プロ
ーブをジーン・クリーン(Gene CleanTM)またはマー・
メイド(Mer Maid)(バイオ 101 インコーポレイテ
ッド(Bio101 Inc.)、ラ・ジョーラ、アメリカ合衆
国)のシステムを使用して精製した。伸長生成物を結合
する上記に従って調製した膜を0.5x SSC、0.5
%SDS中、50℃で1時間洗浄し、次いで、6 x S
SC、5 x デンハーツ(Denhardt)、0.5% サルコ
シル、0.1% SDS中、50℃で2時間プレインキュ
ベートした。6 x SSC、5 x デンハーツ(Denhar
dt)、0.5% サルコシル、0.1% SDS中、38℃
で4時間、検出プローブ3ピコモルでハイブリダイゼー
ションを行った後、2 x SSC、0.1% SDSで洗
浄した(25℃で2×5分間、37℃で1×5分間)。オ
ートラジオグラフィーの後、オートラジオグラムの比重
分析を行った。その結果、ドットブロットにおいて伸長
生成物を適用した後に、形成された伸長生成物および対
照反応に関して匹敵するシグナルが得られた;しかしな
がら、検出プローブが使用される場合にはこれはラクト
コッカス・ラクティス・サブスピーシズ・ラクティス
(L. lactis subspec. lactis)が存在する場合だけであ
ることが分かった。
【0027】実施例2 ラクトコッカス・ラクティス(Lactococcus lactis)と
ストレプトコッカス・オラリス(Streptococcus orali
s)との分別、ラクトコッカス・ラクティス(L.lactis)
特異的検出プローブによるcDNAに関する試験
【0028】ラクトコッカス・ラクティス(L. lactis)
のRNAと相補的であるが、3'末端の最後の塩基がス
トレプトコッカス・オラリス(Streptococcus oralis)
RNAと異なるプライマーとして、配列(SEQ ID
NO 4):5' TTCGCTCGCCGCTACTT
3'を有する長さ17塩基のオリゴヌクレオチドを用い
た。実施例1と同様に、RNA調製ならびにハイブリダ
イゼーションおよびプライマー伸長を行った。ストレプ
トコッカス・オラリス(S. oralis)のRNA配列とは実
質的に異なり、ラクトコッカス・ラクティス(L. lacti
s)RNAにハイブリダイズするだけである特異的なオリ
ゴヌクレオチドとして、配列(SEQ ID NO 5):
5' CTAGCAGTTATTCATGAGTG 3'を
用いた。膜に移動した伸長生成物のハイブリダイゼーシ
ョンは、48℃の温度で行う以外は、実施例1に記載と
同様に行った。検出は、オートラジオグラフィーおよび
比重分析によって実施例1に従って行った。
【0029】実施例3 腸球菌類またはグラム陽性菌とラクトコッカス属との分
別およびラクトコッカス・ラクティス・サブスピーシー
ズ・ラクティス(Lactococcuslactis subspecies lacti
s)とラクトコッカス・ラクティス・サブスピーシーズ・
クレモリス(Lactococcus lactis subspecies cremori
s)との亜種特異的分別
【0030】プライマーとして、配列(SEQ ID N
O 6):5' CTCACTTCTTAACGCTCCA
G 3'を使用した。この配列は、乳酸球菌類に関して属
特異的であり、該配列によって、この属と腸球菌類およ
び他のグラム陽性菌とが分別される。RNA調製ならび
にハイブリダイゼーションおよびプライマー伸長は、実
施例1と同様に行った。亜種ラクトコッカス・ラクティ
ス・サブスピーシズ・ラクティス(Lactococcuslactis
subspecies lactis)に関して特異的なオリゴヌクレオチ
ドとして、配列(SEQ ID NO 7):5' AGCG
TTGGATTCAATTTAAT3'を使用した。膜
に移動した伸長生成物のハイブリダイセーションを、再
度、38℃で行い、後処理は実施例1の記載同様であっ
た。この場合は、オートラジオグラフィーおよび比重分
析の後、ラクトコッカス・ラクティス・サブスピーシー
ズ・ラクティス(Lactococcus lactis subspecies lact
is)が存在する場合だけハイブリダイゼーションが生
じ、ラクトコッカス・ラクティス・サブスピーシーズ・
クレモリス(Lactococcus lactis subspecies cremori
s)の伸長生成物が存在するだけである場合は生じないこ
とが明らかであった。
【0031】配列プロトコール
【0032】SEQ ID NO 1 配列の長さ: 26塩基 配列のタイプ: ヌクレオチド配列(DN
A) 鎖のタイプ: 一本鎖 トポロジー: 線形 5' CGGTTAAGAA CGCTCTCCTA CC
ATTT−3'
【0033】SEQ ID NO 2 配列の長さ: 16塩基 配列のタイプ: ヌクレオチド配列(DN
A) 鎖のタイプ: 一本鎖 トポロジー: 線形 5'−AGAACGCTCC CCTACC−3'
【0034】SEQ ID NO 3 配列の長さ: 16塩基 配列のタイプ: ヌクレオチド配列(DN
A) 鎖のタイプ: 一本鎖 トポロジー: 線形 5'−TGCGTAATAG CTCACT−3'
【0035】SEQ ID NO 4 配列の長さ: 17塩基 配列のタイプ: ヌクレオチド配列(DN
A) 鎖のタイプ: 一本鎖 トポロジー: 線形 5'−TTCGCTCGCC GCTACTT−3'
【0036】SEQ ID NO 5 配列の長さ: 20塩基 配列のタイプ: ヌクレオチド配列(DN
A) 鎖のタイプ: 一本鎖 トポロジー: 線形 5'−CTAGCAGTTA TTCATGAGTG−
3'
【0037】SEQ ID NO 6 配列の長さ: 20塩基 配列のタイプ: ヌクレオチド配列(DN
A) 鎖のタイプ: 一本鎖 トポロジー: 線形 5'−CTCACTTCTT AACGCTCCAG−
3'
【0038】SEQ ID NO 7 配列の長さ: 20塩基 配列のタイプ: ヌクレオチド配列(DN
A) 鎖のタイプ: 一本鎖 トポロジー: 線形 5'−AGCGTTGGAT TCAATTTAAT−
3’
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール・ハインツ・シュライファー ドイツ連邦共和国デー−8044ウンターシュ ライスハイム、シュヴァルベンシュトラー セ3アー番 (72)発明者 クリストフ・ケスラー ドイツ連邦共和国デー−8021ドルフェン、 シュロスベルクヴェーク11番 (72)発明者 リューディガー・リューガー ドイツ連邦共和国デー−8124ゼースハウプ ト、トゥーツィンガー・シュトラーセ2番 (72)発明者 アンネ・シュテルン ドイツ連邦共和国デー−8122ペンツベル ク、カルヴェンデルシュトラーセ10番

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 特定の細菌のRNAの属特異的もしくは
    種特異的領域または一般的な細菌のRNAの高度に保存
    された領域と相補的であるが、その3'末端において別
    の属または種の細菌のRNAと相補的ではないプライマ
    ーで細菌RNAをハイブリダイズし、該プライマーを適
    切なポリメラーゼおよび4つのデオキシリボヌクレオチ
    ドの存在下で伸長し、所望により該伸長生成物を同時に
    またはその後に標識し、形成された伸長生成物を変性さ
    せた後、属特異的または種特異的オリゴヌクレオチドで
    ハイブリダイズし、該ハイブリダイゼーションをオリゴ
    ヌクレオチド標識によって検出することを特徴とする試
    料液中の細菌の属特異的または/および種特異的検出方
    法。
  2. 【請求項2】 特定の属の細菌のRNAと相補的である
    プライマーが用いられ、伸長生成物が細菌のこの属内の
    特定の種のRNAとだけ一致するオリゴヌクレオチドで
    ハイブリダイズされる請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 rRNA、mRNAまたはt−RNAの属
    特異的もしくは種特異的領域と相補的であるかまたは一
    致するプライマーおよびオリゴヌクレオチドが用いられ
    る請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 プライマーおよびオリゴヌクレオチドに
    ついて別々の標識を使用する請求項1〜3のいずれか1
    項記載の方法。
  5. 【請求項5】 特異的結合対の一方が伸長生成物に関す
    る標識として使用され、他方が固相に結合され、この固
    相上でオリゴヌクレオチドとのハイブリダイゼーション
    が行われる請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 プライマーが15〜50ヌクレオチド長
    さである請求項1〜5のいずれか1項記載の方法。
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