JPS6181800A - 核酸の再結合をより速く生起させる方法 - Google Patents

核酸の再結合をより速く生起させる方法

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JPS6181800A
JPS6181800A JP60146443A JP14644385A JPS6181800A JP S6181800 A JPS6181800 A JP S6181800A JP 60146443 A JP60146443 A JP 60146443A JP 14644385 A JP14644385 A JP 14644385A JP S6181800 A JPS6181800 A JP S6181800A
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    • 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
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
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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】 本発明は1本鎖核酸分子を再生、再結合又はハイブリッ
ド形成反応させて2本鎖核酸分子を得る方法に係る。本
発明の方法は60℃の0.12Mリン酸緩衝液という標
準参考条件下での反応速度より遥かに速い速度で反応を
生起せしめる。より特定的には本発明はDNA−DNA
 、p、NA−DNA・及びRNA−RNA反応を含み
、反応速度が標準参考栄件Z (5txndard r
eterenee condition )下での速度
の50からioo倍に及び且つ数千倍にも達し得るよう
な核酸の再生、再結合又はハイブリッド形成に係る。こ
のよ5な反応速度の大幅な上昇は核酸沈降剤(nucl
aic acid precipitat −1ng 
agents )含π反応溶液の使用によって実現され
る。
先行技術の説明 当分野では1本鎖核酸分子を互に密集 (nuclsation )させて2本鎖核酸分子を形
成する方法シエ多数知られており、広範囲に亘る生体の
遺伝物質を分析する上で有用な手段であると認められて
いる。一般的には、これら密集反応(nucleati
on ) s再生、再結合及び7%イブリッド形成は、
相補的塩基配列ブロック又はセグメントをもつ1本−核
酸分子かこれら相補的配列間で塩基対合構造を形成し且
つ巻き戻し二重螺旋を構成する性向をもつという事実に
基礎をおく。1本鎖核酸分子相互間の相補的配列の程度
が大きい程所与の分子対が密集し℃22本鎖子又は二重
分子を形成する性向が増大する。
再生、再結合及びハイブリッド形成SS 1本鎖核酸分
子相互間における反応であって本質的には互に同等であ
る。従って本明細書ではこれらの反応を互換的なものと
して説明する。但し、次のような区別を念頭に置くこと
は関連技術を理解する上で一助になるであろう。再生(
renaturation )なる語は通常、本来互に
塩基対合していたものが変性プロセスを通して分離した
ために生じる2つの1本鎖分子から1つの2本鎖核酸分
子を形成する場合に使用される。再結合(rsa5so
clation )は通常異なる元の分子からの2つの
1本鎖分子の間で2本鎖核酸分子を形成するような方法
を指す。
ハイブリッド形成(hybridization )は
互に別個の起源をもつ1本鎖核酸分子からの2本鎖核酸
分子の形成を意味する。但しこれらは明確に区別される
わけではなく、互に重なり合う部分がかなりある・例え
はDNA、−DNA反応は通常再結合ともハイブリッド
形成とも呼ばれる。一方、RNA−RNAZ本鎖分核酸
形成は一般にハイブリッド形成と称される。
これらの反応の速度論(kinetics )は当業者
には次の如き二次反応速度論として艮(理解されている
。即ち1本鎖核酸分子の濃度が増大すると反応速度も増
大する。逆に1本鎖核酸反応体の濃度を低減させると反
応速度が低下し、従って2本鎖核酸分子の形成を生起さ
せるに必要な時間が増大する。
反応速度に対する温度の影響も当業者には良く知られて
いる。反応の温度がTm(50%の2本鎖分子が変性す
る時の温度であって「融解温度」とも称する)を下回る
と、その反応はでmより約15°C〜300(、低い温
度で最大速度を示す。温度を更に工げると速度シエこの
最大速度より退くなることが知られている。
これら反応の速度論に関しては更に、反応速度がN a
 Cgの如き電解質の場合に0.4Mより低いイオン強
度には大きく依存し、このイオン強度を越える塩n度に
は殆んど左右されないことも知られている。
これら核酸結合反応の速度論及び反応速度に関する詳細
な情報については下記の文献を参照されたい。
アール・ウエト? −(Wetmur 、 R,)及び
エヌ・デイビドソン(Davidson l N、 )
 1モルフ・バイ349: アール・フェトマー、バイオポリマー(B10−poL
ymers ) 14 (1!175年)、2517:
アール・ジエー・プリラテン(Br1ttsn F、 
IJ、)ディー・グレイアム(Orαham、D、)及
びピー・=ニーフェルト(Neufeld r B、 
) 、酵素学的方法(MethodSEnzymol、
 ) 29 (1974年)。
363; ディー・イー・コーン(KOhne l D、E、 )
、ニス自ニー・リーバイソy (Levison 、 
8.A、 )及びエム営ジエーーバイヤーズ(Bysr
s + M、J、 )バイオケミストリー(Bioch
omistr   16(1977年)、5329; ジエー嗜工A−オロツ(0rosz * J、M、 )
及びジエー・ジー・ウエトマ−(w@tmur l J
 、G 、)、バイオポリ−y −(Biopolym
er) 16 (1977年)、118all 当業界で蚤工かなり以前からこれら公知の核酸結合技術
の有用性の主な限界が反応の基本速度(basic r
ate )にあることが認識されていた。
数時間から数十時間、更にを工数日間にさえ及ぶ反応時
間は普通のことなのである。反応に使用する1本鎖核酸
分子を増量することによって(二次反応速度論に基づき
)反応速度を促進させることは、以下の3つの理由から
この問題の解決法としては望ましくない。第1に、反応
における標的1本鎖核酸は通常生理学的試料から抽出さ
れ、七のため前記核酸の使用可能量がこれら試料の細胞
に含まれている量で必然的に限定される。第2に、核酸
反応体の使用はかなりのコスト高につながり、そのため
反応体を増量することの実質的有用性が制限される。第
3に、1本鎖核酸分子を増1)するとパックグラウンド
ノイズ(background noise )が増加
するため反応の感度が低下する。それでも尚、これら反
応の基本速度を5〜50倍又はそれ以上に増大させるべ
く多(の技術が開発されてきた。基本速度を1000倍
又はそれ以上のオーダーで増加させるような適用性の限
られた技術も開発された。しかしながら後述の如くこれ
ら先行技術にはDNA−DNA、DNA−RNA及びR
NA−RNk反応に使用し得る単相系で標準参考反応速
度を50−100倍又はそれ以上の割合で大幅に上回る
ような反応速度を実現せしめたものは1つもない。
反応速度を取り扱うにあたり、これら反応速度の比較に
使用される標準参考条件は60°Cの0.12Mリン酸
緩衝(p B )水溶液である。同程度の反応速度が得
られる類似の標準参考条件として60℃の0.18 M
 NaC6もしはしは使用される。
反応速度をの準参考条件下での速度より速くするための
極めて一般的な方法は反応溶液の塩濃度をa*参考条件
のそれより高くすることであった。
次表に示すように、多(の研究が反応溶液の塩濃度を標
準参考条件の濃度よりかなり高(することで反応速度を
標準参考条件における速度の10倍又はそれ以上のオー
ダーで増加させることに成功している。しかしなからこ
の表から明らかなように、これら先行技術方法では塩の
度の増加によって反応速度がかなり増加するものの塩0
度が2Mを越えるとその増加率が横ばいになり又は減少
しさえする。
(以下余日) 表   I 2厘(tj口り乙△ 0.7M             5.3表1のデー
タはDNA−DNA反応に関して観察された速度増加に
係るが、RNA−DNAの場合には反応速度は塩濃度変
化の影響をさほど受げないと報告されている。他の研究
者等は、塩濃度Y:標準参考濃度より高くするとRNA
−DNA反応の相対速度は使用するRNAの二次構造が
比較的少なければDNA−DNA反応の場合の約局まで
の影響を受けることを立証した。二次構造のより多いR
NA反応体の場合は塩濃度増加の影響が更に/hさいこ
とか判明した。実際、過剰RNA及びDNA間のハイブ
リッド形成の場合にはかなりの塩の度範囲に亘って反応
速度変化が全(見られない(例ぇはジエーーバンネス(
Van N@16slJ、)及びダブル・イー・バーン
()!ahn、WJ、)、核酸リサーチ(Nucl、A
c1cis、Res、) 10 (1982年)、80
61参照)。DNAが過剰反応体である場合のRNA−
DNAハイブリッド形成に関してはデータが殆んどない
が、当業者は一般にこのような反応系に対する塩濃度増
加の影響1$ RN Aが過剰である時と同8慶であろ
うと考えている。
これら核酸の結合反応速度を増加させる別の方法として
は、DNAをDNAと再結合させるために開発された二
相フェノール水溶性乳濁液法が挙げられる(ディー・イ
ー・コーン(KOhns 、D、E、 )、ニス・ニー
・レビンンン(Levinson+S、A、)及びエム
・シエー・バイヤーズ著バイオケミストIJ −(Bi
ochemistry ) 16 (1977年)、5
329)この二相系では、フェノールと水溶性塩溶液と
で形成した乳?′3液を攪拌すると反応速度が比較の対
象たる標準条件下での速度の100倍以上に達する程犬
幅に増加した。しかしながらこの二相フェノール水溶性
乳濁液法はRNA−RNA及びRNA−DNA系の場合
には反応速度をそれ程大幅には増加せしめなかった。R
NA−RNA及びFIIJA−DNA反応に関して観察
される反応速度増加の最大値は標準参考条件下での値の
50〜100倍にすぎない@この方法は更に、乳濁液を
形成して攪拌しない限り且つ反応温度が75℃以下でな
い限り反応か生起しないという欠点を有する。
反応速度な標準参考条件下での速度の10倍のオーダー
に増大させるだめの他の多(の方法では、反応速度増加
促進のために体積排除原理(Volum@exclus
ion principlA)か使用されてきた。これ
は合成ポリマーポリエチレングリコール、デキストラン
又は硫酸デキストランを用いて核酸反応体に使用し得る
反応溶液の体積を減少させ、それによって前記反応体の
有効濃度を増加させるという方法である。しかしながら
この石の方法では、DNA−DNA反応の場合には標準
参考条件下での速度の10〜15倍に及ぶ反応速度の増
加が報告されているのに対し、RNA−DNA反応の場
合には速度増加が約3倍でしかない。これらの技術の詳
細については下記の文献を参照されたい。
エムeレンツ(Renz、M、) 及ヒシー・クルッ(
Kurz、c、 )、核酸リサーチ(Nucl、Ac1
da Fles、)12(1984年)、3435; ジー・エム−ワール(wahlgG、M、)、工A−、
Xターン(5tsrn、M、)及びジー・アール・スタ
ークUSA)76(1979年)、3683゜以上の理
由から本発明は、標準参考条件下での速度の100倍又
はそれ以上のオーダーの大幅に増大した反応速度を実現
せしめ且つDNA−DNA。
RNA−DNA及びRNA−BNA反応系に使用し得る
ような核酸の再生、再結合又はハイブリッド形成方法を
提供することを主目的とする。本発明にまた、二相系の
使用又は乳濁液の形成な必要とセずに反応速度を激増さ
せるような方法を提供することも目的とづ−る。1本鎖
核酸反応体のの度ケ高めな(ても反応速度を激増させ得
るような方法を提供することも本発明の目的である。最
後に1本発明は更に、広範囲に亘る反応混合物体積及び
ハイブリッド形成温度に適応し得るような核酸再結合反
応速度増加法を提供することも目的とする。
発明の概要 一般的に言えば、本発明は少なくとも−穂の核酸沈降剤
を既知濃度で含む単相反応溶液を使用して反応速度を標
準参考条件下での反応速度より大幅に反応速度を速める
こと10徴とする分離状1本鎖核酸分子からの2本鎖核
酸分子の形成法を実現することにより前述の諸目的を達
成する。本発明の改良された方法は広範囲の反応溶液量
及び核酸濃度に広(適用し得、DNA−DNA、RNA
−DNA及びRNA−RNA反応において反応速度を標
準参考条件下での反応速度の100から1000倍のオ
ーダーで増加させる。
より特定的には、本発明の方法は互に相補し合う1本鎖
核酸と既知濃度の少なくとも18iの核酸沈降剤とを含
む反応水溶液なり4製するステップを含む。好ましくは
前記1本鎖核酸のうち少なくとも一方が検出可能マーカ
ーを有する。このようにして調整した反応水溶液はハイ
ブリッド形成が生起し得る温度でインキュベートし、次
いで2本鎖核酸分子の存在を確認すぺ(アッセイにかけ
る。
本発明の方法にはその他1反応水溶液に既知濃度の核酸
変性剤をも含有せしめ、且つ核酸沈降剤を第2溶液に含
有させて、この第2溶液をインキュベーションステップ
の前に前記反応水溶液に加えるような方法もある。
本発明のね々の方法を実施するために使用する核酸沈降
剤は洗浄剤、ジヒドロキシベンゼン、サルコシル(5a
rkosyl )並びにS041PO4+C6及UHC
OOf)アルカリ金属塩及びアンモニウム塩の中から通
訳するのが好ましい。塩の度は約LMから約10Mの範
囲が好ましい。また、反応水溶液はpHが約4〜11と
なるようにv4整するのが好ましく、存機化合物強力核
酸沈降剤の0度は好ましくは約5容量%〜95答計%で
あり且つ核酸変性剤の濃度が約5容量%〜95容量%と
なるのが好ましい。
(以下余白) インキュベーション百度は2本鎖核酸結合生成物のTm
より僅かに下の値から約22℃の室温に近い値までの範
囲で選択するのが好ましい。反応水溶液に核ra変性剤
を加えればハイブリッド形成の生起する温度が低下する
ことは明らかであろう。
本発明の方法を使用する反応操作では通常このハイブリ
ッド形成温度を室温に近い温度から90℃までの範囲で
選択する。
インキュベーション後は反応溶液を種々の公知アッセイ
法によって分析し、2本鎖核酸生成物の存在を検出する
。好ましいアッセイ法ではこの検出のためにヒドロキシ
アノタイト(hydroxyapatite)を使用す
る。
本発明の方法の別の目的、特徴及び利点は当業者には以
下の説明の要点から明らかであろう。
広義には、本発明の方法は次の如き驚くべき発見に基硫
をおく。即ち核酸沈降剤(塩及び有機化合物の両方)の
濃度を比較的高くすると、相補的塩基配列部分をもつ1
本鎖核酸分子が互に結合して塩基対になった2本鎖核酸
分子を形成する速度が大幅に増加する。この反応速度は
標準参考条件下での速度と比較してDNA −DNA反
応の場合にはSOO倍、RNA −DNA反応の場合は
3000倍、RNA −RNA反応の場合は1000倍
速い。
更に留意すべきことは、このような大幅に増加した速度
が単相系で得られ、乳濁液も攪拌も必要としないことで
ある。
これら反応のこのような著しい速度上昇は先行技術での
教示とは全く異なるものである。例えば、しばしば用い
られる反応促進条件は約LM NaC6(又はこれと等
価のもの)でちるが、この条件下では反応速度が標準参
考条件下の場合の約8〜25倍にすぎない。この程度の
増加は本発明により開示される大幅に増加した速度とは
異なる。前掲の先行技術に関する表に示されているよう
に、NaC40度を4.75Mに高めても反応速度はほ
んの僅かしか増加しない。また、7.5MまでのCac
t(これも反応速度増加用に一般的に使用されている)
0度でも速度増加は標準参考条件下での速度の約15倍
である。LM (N1(4)、SQ4及ヒ1M Lic
tの場合も標準参考条件下での速度に対する反応速度増
加は同心度であり、各基による増加は約13倍から18
倍でちる。この値はLM NaC4又はC5CLの場合
にほぼ比肩する。しかしながら、これら既知の結果とは
対照的に、(NHa ) 2 SOA m度を2Mに上
げると反応速度が更に33倍増加し標準参考条件下での
速度に対し約600倍と著しく増加することが判明した
。更に研究を続けた結果。
LiCLi:速度を4Mに高めても前記と同程度の速度
増加がイ:)られることか判明した。この場合は更に3
0倍の増加が見られ、反応速度はり準参考条件下での速
度の467倍に達した。ギ酸アンモニウム、硫酸リチウ
ム、硫酸ナトリウム、硫酸リチウム、リン散ナトリウム
、並びに数4重の洗浄剤及び■1々重合化に関しても同
様の大幅な増加ノ♀ターンが観察された。
ここで留意すべきことは、同様の塩濃度を使用しながら
前述の如き大幅な速度増加を知見できなかった研究者が
いることである。これらの研究者が本発明で開示される
ような著しい反応速度増加を検出し得なかった理由は、
先行技術が通常反応速度の測定に光学的手段を用いてい
たことKあると考えられる。これらの光学的手段は1不
鎖核酸の方が2本鎖核酸より多(のUV光を吸収すると
いう事実に依存する。従ってアッセイは1本鎖核酸から
2本鎖核酸への変換に伴なう光学口度(optical
dens i ty )の減少に基づいて行なわれる。
しかしながら多数の人為結果が生起してこのような光学
的測定を妨害することもある。核酸がこれら核酸の沈降
剤の存在下におかれた時のように凝集又は沈降する性向
を示す系においては正に前記現象が生じる。
先行技術の研究において本発明の如き方法の発見を阻止
したこれら同一の要因(凝集又は沈降)は、同時に本発
明の方法の極めて速い反応速度の原因でもあると考えら
れる。核酸沈降剤は1本鎖核酸分子を凝集させ、それに
よって反応を促進するものと想定される。前述の如く、
所与の相補的1本鎖核酸対が2本鎖核酸分子を形成する
速度は反応G液中での1本鎖核酸の濃度に直接関連する
この核酸0度が高い程反応速度は速い。核酸沈降剤を存
在させると1本鎖核酸分子が溶液中で互に凝集又は結合
する。このような凝集又は半沈降は反応溶液の核酸濃度
を局部的に高める。この凝集がハイブリッド形成又は再
結合の生起し得る温度で生じれば反応速度は大幅に増加
する。
相補的1本鎖核酸分子が核酸沈降剤含有反応溶液中で互
に再結合し又はハイブリッドを形成するようにするため
には温度を反応を生起する程十分に高くしなければなら
ない。丹生、再結合又はノ・イブリッド形成は通常関連
2本鎖核酸分子のTmよシ約10℃から30℃低い温度
でゴよ適速度で生起する。本発明の反応溶液では大部分
の2本鎖核酸分子のT は85℃から100℃である。
木兄明の反応溶液が1種以上の核a=性剤を含む場合は
T が大幅に低下するため室温程度の低温で最適反応速
度に達し得る。従って反応温度を約20℃〜90℃にす
れば最適反応速度が得られる筈でちる。
前述の如く、十分高い濃度で使用すると種々の核酸沈降
無機塩が反応速度を火偏に増加きせることか判明した。
一般に1本発明の方法に有効であった塩はよシ強い塩析
(salting out)作用をもつ陰イオン又は陽
イオン群(特に804 * PO4+ Lll +正、
)の少なくとも一種を含む塩である。更に、反応溶液と
混和し得且つ沈降又は塩析作用をもつ有イ)化合物も反
応速度を大幅に増加させる上で有効である。このような
化合物の一例としては洗浄剤、ジヒドロキシペンゼ/及
びサルコシルが挙げられる。
いずれの塩又は池の化合物が本発明の方法を実施するの
に必要な核酸沈降作用を有しているかを調べるためには
、先ずその化合物が1本鎖核酸分子を沈降させるか否か
を調べ5次いで形成された沈降物(沈殿物)が反応溶液
を反応の生起し得る温度に加熱した時に消滅するか否か
を調べるべく、当該化合物を一次スクリーニングにかけ
る必要がある。その後当該核酸沈降剤のアッセイを行な
って最適反応速度増加を実現するための好ましい良度及
びインキュベーション温度を決定する。このスクリーニ
ング処理では反応速度を大幅に増加させるのに必要な核
酸沈降剤の有効C度を調べることもで5゛る。
。−例として、サルコシル(N−2ウロイルサルコシン
ナトリウム塩)をその核酸再結合速度増加能力を調べる
べ(次の方法でスクリーニングにかけた。先ず既知量の
精製肝臓RNA(最終良度4 my /rnl )と1
重々の量のサルコシル約9容量−〜24容量%)とを含
む一連の溶液を調製した。この溶液を十分に混合し、直
接目視観測か又はサルコシルもしくは核酸のいずれも吸
収しないような波長を用いる分光光度計によって沈降物
の存在を調べた。溶液中に沈降物が検出された場合は、
その溶液を約40℃〜90℃の温度に加熱して沈降度が
変化するか否かを確かめた。10%〜14襲のサルコシ
ルでは核酸の沈降は殆んど又は全く見られなかった。し
かしながら濃度を上げるとサルコシルによる核酸の沈降
が生じた。次いで更に多くの実験を行なって最適反応速
度増加を建成するための好ましい濃度及びインキュペー
ンヨン温度を決定した。
種々の温度の好ましいブ7玉機塩核酸沈降剤によつて得
られる反応速度の増加を次表2及び3に示した。
表    2 高娘度の特定塩がDNA−DNAハイブリッドA、硫酸
アンモニウム I P、1                17.5
2M                6002.1M
               6002.5M   
            4673.1M      
          70B、塩化リチウム 1M             13 3.5Δ1            664M    
          46751〜1        
    2806M              19
C1他の塩 2M(liij酸セシウム        2801.
9M硫酸ナトリウム      6002 Iv1it
酸リチウム        4206Mギ【2アンモニ
ウム        2102.4M リン酸ナトリウ
ム       800表    3 0.18M  塩化ナトリウム          1
0.72M  塩化ナトリウム          3
.62M 硫酸アンそニウム        1500
2.4M リン酸ナトリウム        3000
4M塩化リチウム        6002M 硫酸ナ
トリウム         3460硫酸アンモニウム 1M             90 2M           1500 3M            600 このようにして核酸沈降剤の性質を理解した上で、本発
明の方法を次の如〈実施する。好ましい実施法の第1ス
テツプは一定量の第一1本鎖核酸分子と、好ましくは検
出可能マーカーを含み且つ第一1本鎖核酸分子の対応塩
基配列セグメントに対して相補的な少なくとも1つの塩
基配列セグメントを有する一定量の第二1本鎖核酸分子
とを含む反応水溶液の調製からなる。この反応水溶液に
は既知餞度の少なくとも一種の前述の核酸沈降剤をも加
える。この旋度は反応速度を標準参考条件下での反応速
度の少なくとも50倍から100倍に増加せしめるに足
る濃度である。1本鎖核酸反応体の俗解限度の如く実際
面で考慮すべき事柄以外には5本発明の方法を実施する
ために使用し得る反応水溶液の量又は1本鎖核酸分子反
応体の量についても同様に制限はない。また1反応速度
を大幅に増加させるのに必要なものは核酸沈降剤だけで
ちるということは言うまでもないことであるが、緩菌液
EEDTA 、SDS、SK、PK又はETOHの如き
添加剤も前記反応水溶液に加え得る。更に、少なくとも
一方の1本鎖核酸分子は検出可能マーカーを有するのが
好ましいが、このマーカーは反応速度を激増させる上で
必要不可欠というわけではないことにも留意されたい。
本発明の方法の次のステップは前記反応水溶液のインキ
ュベーシヨンからなる。前述の如く、該反応水溶液はT
mより僅かに低い温度からほぼ室温までの温度で十分に
インキュベートできる。実際に使用される温度は反応体
のぬ反と反応溶液に混入される別の添加剤のat類とに
応じて異なる。
しかしながら通常は大体室温から90℃程度までのイン
キュベーション温度で反応が生起する。
(以下余白) 本発明の方法の最終ステップはインキニ−トした反応水
溶液をアッセイにかけて2本鎖核酸分子の存在を調べる
ことにちる。当業界では多岐に亘るアッセイ法が知られ
ているが、本発明ではこれらの方法を全て使用し得る。
好ましいアッセイ法の1つでは反応開始後特定の時点で
このインキュベートし九反応溶液から一部(aliqu
ot )を採取する。この一部を11の0.14M P
R,0,02チドデシル硫酸ナトリウム(SDS)に希
釈する。次いでこの希釈した溶液t67℃で0.14M
  PR。
o、o2僑sDsに対し予め平衡化したヒドロキシアノ
qタイト(HA)カラム(1mに等しいベッド体積)に
通す。1本鎖DNA分子社HAに結合しないが、RNA
及び2本鎖核酸分子はカラムに吸着される。次いで5m
のカラム緩衝fi 0.14M PH。
0.02%SDSをカラムに通すことにより該カラムか
らハイブリッド未形成1本鎖核酸分子を除去する。67
℃の0.3M PHでカラムを溶離処理することにより
カラムから吸着核酸を回収する。このようにして得た程
々の溶液画分はその後検出可能マーカー(放射性水素等
)t−検出すべくアッセイにかけ得る。
本発明の方法の別の実施法では、核酸沈降剤を含む第2
溶液を先Kv4製した反応水溶液に混入し、その後でこ
の混合物をインキュベートする。即ち、この実施法では
先ず酊述の如き反応水溶液を調製し、該水溶液と混和し
得且つ1本鎖核酸分子を水溶液から沈降させ得るような
少なくとも1種類の核酸沈降剤を既知濃度で含む第2溶
液を前記水溶液顛混入し、得られた混合物を前述の温度
でインキュベートし、最後に2本鎖核酸分子の存在を検
出すべ(インキュベートした混合物のアッセイを行なう
。この方法は反応水溶液中での1本鎖核酸分子反応体の
早過ぎる凝集に伴って生じ得る問題を完全に回避せしめ
る。
本発明の反応速度を増加させる方法の前記2つの実施法
は更に、少なくとも1種類の既知濃度の核酸変性剤、例
えばアルコールを前記反応水溶液に添加するステップも
含む。添加する変性剤の濃度は約5容i%から約95容
t%が好ましい。−例としてエタノールは変性作用をも
ち、且つ反応生起温度を低下させる。エタノールは約2
0%まで2M (NH4)tso4に溶解し得る。この
程度の濃度では反応が通常の60℃〜80℃ではな(約
49℃で生起する。
本発明の方法の実施法如何に拘らず、核酸沈降剤は洗+
111. ジヒドロキシベンゼン、サルコシル並びに8
04 + P 04 + CI及びHCOOのアルカリ
金属塩及びアンモニウム塩の中から選択するのが好筐し
い。本発明ではこれら種々の物質t−1つの反応水溶液
で一緒に使用することもできる。更に、本明細書で開示
する有機化合物以外にも種々の洗浄剤を本発明の範囲に
含まれるものとして使用し得る。90ち不明MB書で特
に開示され且つ本発明の請求の範囲に記載されている化
合物は、本発明の方法を実施するのに適したものとして
現在知られている化合物である。類似の化合物性従って
本発明の範囲に含まれるものと見なされる。
本発明の方法を実施するのに必要な核酸沈降剤の有効濃
度は、反応溶液中の核酸の量と、該溶液のpHと、他の
化合物の存在とに応じて変化する。
即ちこの濃度は無機塩化合物の場合には約1M〜10M
、有機化合物の場合には約5容量チ〜約95容i%にす
るのが好ましい。また、反応溶液のpHは約4〜11の
間が好ましい。
最後に、反応水溶液の好ましいインキュベーション温度
は前述の如(はぼ室温から約90℃までの値が好ましい
@ 本発明の方法は細菌、バクテリア及び呻乳動物の核酸の
他、化学的に合成された核酸に適用し得る。反応の完全
性は強力核酸沈降剤の濃度と最初の反応浴液中の核酸の
童とに応じて異なる。核酸い度が低ければ優に90%を
越える1本鎖核酸分子が結合して2本鎖核酸分子を形成
することになる。核酸濃度が高ければ反応速度が大幅に
増加しても反応完成度は約70%以下にすぎない。核酸
反応体製産が極度に高いと反応速度の増加率が低下する
ことに留意されたい。
反応水溶液中に存在する1本鎖核酸分子反応体の量は核
酸分子の溶解限度に達する上限と10−’mcgのオー
ダーの下限との間のiにし得る。興味深いことに、高濃
度でのDNA:DNA又はDNA:RNA反応の反応速
度増加は低濃度でのDNA : DNA及びRNA:R
NA反応の場合より劣る。本発明の方法は反応体濃度が
高い場合にも低い場合にも使用し得る。これらの事情を
勘案すると好ましい反応溶液量は1jtj以下のオーダ
ー1μ!の一部分にあたるまでになる。但し、この値は
限定的なものではな(本発明の範囲内で変化させ得ると
理解されたい。尚、少量のタンパク質及び他の細胞成分
が存在しても本発明の方法の反応が著しく妨害されるこ
とはないが、異mRNA又はDNAが過料に存在すると
反応速度が様々な程度低下する。
大幅な反応速度増加は、塩基約60個分から塩基10’
個分のオーダーまでの長さをもつ核酸分子に関して得ら
れた。しかしながら本発明の方法は塩基10−15個分
のオーダーの短かい長さをもつ核酸分子から塩基10’
個分を越えるより長いものまで広範囲に亘って適用し得
る。
本発明の方法がより良く理解されるよう、以下に非限定
的実施例を示す。
実施例1 1、塩基約300〜7001!I度の長さの音波処理し
た1本@3H−大腸菌(E、 Co11.) DNAを
0.004mcg含む0.17%SDS、 3XlO−
3MEDTA 50 plとpH=6.8の4.8Mり
ン酸ナトリウム50μlと全十分に混合する。
2、得られた混合物を760でインキュフートし、処理
開始後特定時点でその一部を採取する。この一部fc0
.14M  PH,0,02%SDS K希釈し、前述
の如くヒドロキシアパタイトを用いてハイブリッド形成
検出アッセイにかける。
この方法を用いると反応速度が標準参考条件下での速度
の約800倍に増加する。
このような大幅な速度増加は容量、リン酸ナトリウム公
度、DNA9度、 EDTAa度、SDS濃度及びイン
キュベーション温Jltii々に変えても得られる。
実施例2 いる方法 1、音波処理した1本鎖3H−大腸菌(E、 Co1t
 )DNA(塩基約300〜700 @I分の長さ)を
2mcg含む水0.15 ml と2.25M硫酸ナト
リウム0.85mtと全十分に混合する。
2、 この混合物f、77℃でインキュベートし、開始
後の特定時点で一部を採取する。これら一部を1111
7の0.14M PH,0,02%SDSに希釈し、前
述の如<HAでアッセイを行なう。
この方法では参考条件下での速度の約600倍の反応速
度が得られる。
実施例3 1、音波処理した1本鎖3H−大腸菌(E、 Co11
 )DNA(塩基約300〜7001!I分の長さ)を
約lOmcg含むp)i=7.8の0.16M)リス0
.3 mlと10M塩化リチウム0.2mlとを十分に
混合する。
2、 この混合物を76℃でインキュベートし、開始後
特定時点で一部を採取する。これら一部を前述の如(希
釈し、7)イブリッド形成検出アッセイにかける。
この方法では反応速度が参考条件下での速度の約600
倍に増加する。
実施例4 1、音波処理した1本鎖3H−大腸菌(E、 Co1t
 )倣酸アンモニウム50μlとを十分に混合する。
2、 この混合物t78℃でインキュベートし、開始後
特定時点で一部を採取する。該一部を前述の如(希釈し
、ハイブリッド形成検出アッセイにかける。
この方法では参考条件下の場合の約700倍の反応速度
が得られる。
実施例5 ハイブリッド形成が生起する温度は反応混合物にエタノ
ールを加えることによって著しく低下し得る。エタノー
ルは2 M Wi mアンモニウムに約20%まで溶解
し得る。
14  音波処理した1本鎖3H−大腸菌(E、 Co
1t )DNA(塩基300〜7001固分の長さ) 
t″0.4mcg含む34%エタノール水溶液0.05
itと、4M硫酸アンモニウム、0.01M EDTA
及びp H= 6.8の0.1M PB 0.05mj
 とを十分に混合する。
2、 この混合物を49℃で適当時間インキュベートし
、一部を採取する。該一部を前述の如く希釈し、ハイブ
リッド形成検出アッセイにかける。
この方法では参考条件下の場合の約100倍の反応速度
が得られる。
実施例6 1、音波処理した1本鎖3HヒトDNA(塩基約400
〜800個分の長さ)を26 ncg含む0.02ME
DTA  0.1Mと4M硫酸アンモニウムpH=6.
8の0.1M PB 0.1m/とを十分に混合する。
2、 この混合物を68℃でインキュベートし、特定時
点で一部を採取する。各一部を前述の如(希訳し、ハイ
ブリッド形成検出アッセイにかける。
との方法では参考条件の場合の約200倍の反応速度が
得られる。
実施例7 1、 −ff−液処理した1本鎖3HヒトDNA(塩基
約400〜800個分の長さ)を26mcg含む0.0
16M EDTA、40%エタノール水溶液0.05m
1と、4M硫酸アンモニウム、pH=6.8の0.1M
 PH0、05R1とを十分に混合する。
2、この混合物を49℃でインキュベートシ、特定時点
で一部を採取する。各一部を前述の如く希釈し、ハイブ
リッド形成検出用アッセイにかける。
この方法では参考条件の場合の約180倍の反応速度が
得られる。
実施例8 E、呻乳動物DNA:高濃度 1、音波処理した1本鎖ヒト”HDNA (塩基約40
0〜800個分の長さ)を130mcg含む0.04M
 EDTA水溶液0.025−と4M楢、酸アンモニウ
ム及びpH=6.8の0.1 M PB 0.025 
mとを十分く混合する。
2、 この混合物を68Cでインキュベートし特定時点
で一部を採取する。
各一部を前述の如(希釈し、ハイブリッド形成検出アッ
セイにかける。
この方法では参考条件の場合の約90倍の反応速度が得
られる。
実施例9 1、 40%ETOHと音波処理した1本ヱ4ヒト3H
DNA (塩基約400〜800飼分の長さ)65 m
cgと〒含む0.016M EDTA水溶液0.012
5−と、4M硫酸アンモニウム及びpH=6.8の0.
1 M PB 0.0125−とを十分に混合する。
2、 この混合物を49Cでインキュベートし、特定時
点で一部を採取する。
各一部を前述の如く希釈し、ハイブリッド形成検出アッ
セイにかける。
この方法では参考条件の場合の約130倍の反応速度が
得られる。   ゛ 実施例10 1、 2 X IF” nagのポリオI (Po1i
o I )RNA七2 X 10= rncg (1)
”H−e DNA (rHリオRNAに対する相補的’
H−DNA、塩基3oo〜6o。
個分の長さ)とを含む02チSDS、10−”MEDT
A水溶液o、 i +RtとpH= 6.8の4.8M
リン酸ナトリウム0.1−とを十分に混合する。
2、 この混合物を76Cでインキュベートし、特定時
点で一部を採取する。各一部を前述の如く希釈し、ハイ
ブリッド形成検出アッセイに75)ける。
この方法では60 r、 0.18M N龜という標準
参考条件下での速度の3300倍のハイブリッド形成速
度が得られる。
実施例11 B、過剰RNA: 1m容量 1、 2X10−”rncgのポリオI RNAと塩基
300〜600個分の長さのポリオ’H−c DNA 
2 X 10−’mCgとを含む10−”MEDT人、
 0.2 % 5DSO,5−をpH= 6.8の4,
8Mリン酸ナトリウム0.5−と十分圧混合する。
2、 この混合物を760でインキュベートし、特定時
点で一部を採取する。各一部を前述の如く希釈しハイブ
リッド形成検出アッセイにかける。
この方法では参考条件下での速度の3300倍のハイブ
リッド形成速度が得られる。
実施例12 場合 1、 2 x 10−” mcgのポリオニRNAと2
 X 10−4mcg(Qrt!リオI ”H−c D
NA (塩基30o〜600個分の長さ)と5 mcg
の子牛肝臓RNA十分に混合する。
2、 この混合物を76Cでインキュベートし、特定時
点で一部を採取する。各一部を前述の如く希釈しハイブ
リッド形成検出アッセイKかける。
この方法では参考条件の場合の600倍の反応速度がイ
;Fられる。
実施例13 D、過f1DNA: L  1.5 X 10−’ magの”H−cDNA
とレジオネチサルコシル0.012−とpH=6.8の
4.8Mリン酸ナトリウム0.02mとを十分に混合す
る。
前記”He DNA (塩基100〜300個分の長さ
)は前記RNAの約十に対して相補的であるにすぎない
。この相補的RNA及びDNA配列の(!DNA/RN
A比は約4/1である。
2、 この混合物を76Cでインキュベートし、特定時
点で一部を採取する。各一部を前述の如(希釈しハイブ
リッド形成検出アッセイにかける。
この方法では参考条件下での速度の3000倍以上の反
応速度が得られる。
実施例I4 に対して相補的な10””’ mcgの”H−c DN
A(塩基100〜300個分の長さ)と約6XIO−’
M EDTA、1.4Xlo−”M EGTA、o、7
%SDS。
0.3チサルコシル0.0121RtをpH=6.8の
4.8Mリン酸ナトリウム0.02−と十分に混合する
2、 この混合物t−76Cでインキュベートし、特定
時点で一部を採取する。
各一部を前述の如く希釈しハイブリッド形成ta出アッ
セイKかける。
この方法では参考条件での速度の150倍以上の反応速
度が得られる。
実施例15 F、過剰RNA :未精製RNA 1、大PJ!Fa (E、 Ca1l )リポソームR
NAに対して相補的なI F” mcgの”H−c D
NA (塩基100〜300個分の長さ)と約7 X 
10−’ mcgのリポソームRNAを含む5000個
の大腸菌(E、 Co1t )バクテリアとを含む0.
16%サルコシル0.012mgをpH=6.804.
8Mリン酸ナトリウム0.02mと十分に混合する。
2、 この混合物を76Cでインキュベートし、特定時
点で一部を採取する。各一部を前述の如く希釈しハイブ
リッド形成検出アッセイにかける。
この方法では参考条件での速度の100倍以上の反応速
度が得られる。
実施例16 硫酸ナトリウムによるRNA−DNAハイブリッド形成
速度の増加 1、 2X10−”megのポリオI RNAとポリオ
I RNAに対して相補的な2×l〇一番ncgの”H
−c DNA (塩! 300〜600個分の長さ)混
合する。
2、 この混合物を7FCでインキュベートし、特定時
点で一部を採取する。各一部を前述の如く希釈しハイブ
リッド形成検出アッセイにかける。
この方法では参考条件速度の3000倍以上の反応速度
が得られる。
実施例17 1、 2 X 10””” ncgのポリオI RNA
とポリオ1RNAに対して相補的な2 X 10−’ 
mcgの3H−c DNA (塩基300〜600の長
さ)とを含む0.2%SD8.10−”MEDTAo、
1−を0.1−の4Mm酸アンモニウムと十分に混合す
る。
2、 この混合物を77Cでインキュベートし、特定時
点で一部を採取する。各一部を前述の如く希釈しハイブ
リッド形成検出アッセイにかける。
この方法では参考条件速度の約1500倍の反応速度が
得られる。
実施例18 形成速度の増加 1、 4XIO−”megのVsVRNAとVSV R
NAく対して相補的な2 X 10” mcgの””I
 −c RNA(塩基300〜800)長さ)とを含む
0.2%SD8゜10−” M EDTA 0.1 m
を4.4M硫酸アンモニウム0.1mgと十分に混合す
る。
2.87Cでインキュベートし、特定時点で一部を採取
する。各一部を希釈し儲準リボヌクレアーゼ法によって
ハイブリッド形成検出アッセイを行なう。
この方法では0.18 M Naでの速度の1000倍
以上の反応速度が得られる。
実施例19 1、 4X10−”mcgのVsVRNAとVSV R
NAに対して相補的な2 X 10’−’ magのV
SVl!’I−cRNAとを含む0.2 % SDS 
、 10−’ M EDTAo、1ゴを4.8Mリン酸
ナトリウム0.1−と十分に混合する。
2.83Cでインキュベートし、特定時点で一部を採取
する。各一部を希釈し標準リボヌクレアーゼ法によって
ハイブリッド形成検出アッセイを行なう。
この方法では参考条件速度の500倍以上の反応速度が
イGられる。
終りに当って、以上説明してきた本発明の実施法は本発
明の原理を示すための説明にすきず、他の核酸沈降剤又
は核酸変性剤を用いるなど種々の変形が本発明の範囲内
で可能であるとFi!解されたい。従って本明細書に開
示した方法は好ましい方法ではおるが、本発明はまさに
これらの方法には限定されない。

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)標準参考条件下での反応速度を大幅に上回る反応
    速度で分雌状1本鎖核酸分子から2本鎖核酸分子を形成
    せしめる改良された方法であつて、 一定量の第一1本鎖核酸分子と、この第一 1本鎖核酸分子の対応塩基配列セグメントに対する相補
    的塩基配列セグメントを少なくとも1つ有する一定量の
    第二1本鎖核酸分子と、既知濃度の少なくとも1種類の
    核酸沈降剤とを含む反応水溶液を調製し、前記既知濃度
    は反応速度を標準参考条件下での反応速度に比べて大幅
    に増加させるに十分な濃度であり、前記反応水溶液を再
    結合の生起し得る温度 でインキュベートし、且つ 2本鎖核酸分子の存在を検出すべくこのイ ンキュベートした反応水溶液のアツセイを行なう 諸ステップを含む方法。
  2. (2)前記核酸沈降剤が洗浄剤、ジヒドロキシベンゼン
    、サルコシル並びにSO_4、PO_4、Cl及びHC
    OOのアルカリ金属塩及びアンモニウム塩の中から選択
    される特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. (3)前記既知濃度が約1Mから約10Mである特許請
    求の範囲第1項に記載の方法。
  4. (4)前記反応水溶液が既知濃度の核酸変性剤をも含む
    特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  5. (5)核酸変性剤の前記既知濃度が約5容量%から約9
    5容量%である特許請求の範囲第4項に記載の方法。
  6. (6)前記核酸変性剤が約10容量%から20容量%の
    濃度のアルコールであり、前記強力核酸沈降剤が(NH
    _4)_2SO_4である特許請求の範囲第4項に記載
    の方法。
  7. (7)前記反応水溶液のpHが約4から約11である特
    許請求の範囲第1項に記載の方法。
  8. (8)前記温度がほぼ室温から約90℃の値である特許
    請求の範囲第1項に記載の方法。
  9. (9)前記強力核酸沈降剤がリン酸ナトリウムである特
    許請求の範囲第1項に記載の方法。
  10. (10)前記核酸沈降剤がNaSO_4である特許請求
    の範囲第1項に記載の方法。
  11. (11)前記核酸沈降剤がLiClである特許請求の範
    囲第1項に記載の方法。
  12. (12)前記核酸沈降剤が(NH_4)_2SO_4で
    ある特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  13. (13)前記核酸沈降剤が13容量%から30容量%の
    サルコシルである特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  14. (14)標準参考条件下での反応速度を大幅に上回る反
    応速度で分離状1本鎖核酸分子から2本鎖核酸分子を形
    成せしめる改良された方法であつて、 一定量の第一1本鎖核酸分子と、この1本 鎖核酸分子の対応塩基配列セグメントに対する相補的塩
    基配列セグメントを少なくとも1つ有する一定量の第二
    1本鎖核酸分子と、水溶液に混和し得且つ水溶液から1
    本鎖核酸分子を沈降させ得る既知濃度の少なくとも1種
    類の核酸沈降剤とを含む反応水溶液を調製し、この反応
    水溶液を再結合の生起し得る温度 でインキュベートし、且つ 2本鎖核酸分子の存在を検出すべく前記イ ンキュベートした反応水溶液をアツセイにかける 諸ステップを含む方法。
  15. (15)前記核酸沈降剤が洗浄剤、ジヒドロキシベンゼ
    ン、サルコシル並びにSO_4、PO_4Cl及びHC
    OOのアルカリ金属塩及びアンモニウム塩の中から選択
    される特許請求の範囲第 14項に記載の方法。
  16. (16)前記既知濃度が約1Mから約10Mである特許
    請求の範囲第14項に記載の方法。
  17. (17)前記反応水溶液が既知濃度の核酸変性剤をも含
    む特許請求の範囲第14項に記載の方法。
  18. (18)核酸変性剤の前記既知濃度が約5容量%から約
    95容量%である特許請求の範囲第17項に記載の方法
  19. (19)前記核酸変性剤が約10容量%から20容量%
    の濃度のアルコールであり、前記強力核酸沈降剤が(N
    H_4)_2SO_4である特許請求の範囲第17項に
    記載の方法。
  20. (20)前記反応水溶液のpHが約4から約11である
    特許請求の範囲第14項に記載の方法。
  21. (21)前記温度がほぼ室温から約90℃の値である特
    許請求の範囲第14項に記載の方法。
  22. (22)標準参考条件下での反応速度を大幅に上回る反
    応速度で分離状1本鎖核酸分子から2本鎖核酸分子を形
    成せしめる改良された方法であつて、 一定量の第一1本鎖核酸分子と、この1本 鎖核酸分子の対応塩基配列セグメントに対する相補的塩
    基配列セグメントを少なくとも1つ有する一定量の第二
    1本鎖核酸分子とを含む反応水溶液を調製し、 前記反応水溶液を既知濃度の少なくとも1 種類の核酸沈降剤を含む第2溶液と混合し、この核酸沈
    降剤は水溶液と混和し得且つ水溶液から1本鎖核酸分子
    を沈降させ得る作用をもち、 得られた混合物を再結合の生起し得る温度 でインキュベートし、且つ 2本鎖核酸分子の存在を検出すべく前記の インキュベートした混和物をアツセイにかけ諸ステップ
    を含む方法。
  23. (23)前記核酸沈降剤が洗浄剤、ジヒドロキシベンゼ
    ン、サルコシル並びにSO_4、PO_4Cl及びHC
    OOのアルカリ金属塩及びアンモニウム塩の中から選択
    される特許請求の範囲第 22項に記載の方法。
  24. (24)前記既知濃度が約1Mから約10Mである特許
    請求の範囲第22項に記載の方法。
  25. (25)前記反応水溶液が既知濃度の核酸変性剤をも含
    む特許請求の範囲第22項に記載の方法。
  26. (26)核酸変性剤の前記既知濃度が約5容量%から約
    95容量%である特許請求の範囲第25項に記載の方法
  27. (27)前記核酸変性剤が約10容量%から20容量%
    の濃度のアルコールであり、前記強力核酸沈降剤が(N
    H_4)_2SO_4である特許請求の範囲第25項に
    記載の方法。
  28. (28)前記反応水溶液のpHが約4から約11である
    特許請求の範囲第22項に記載の方法。
  29. (29)前記温度がほぼ室温から約90℃の値である特
    許請求の範囲第22項に記載の方法。
  30. (30)標準参考条件下での反応速度を大幅に上回る反
    応速度で分離状1本鎖核酸分子から2本鎖核酸分子を形
    成せしめる改良された方法であつて、 擬似核酸沈降剤をスクリーニングにかけて、反応速度を
    標準参考条件下での速度より大幅に増加させるのに必要
    な前記擬似核酸沈降剤の有効濃度と対応インキュベーシ
    ョン温度とを求め、 一定量の第一1本鎖核酸分子と、この1本 鎖核酸分子の対応塩基配列セグメントに対する相補的塩
    基配列セグメントを少なくとも1つ有する一定量の第二
    1本鎖核酸分子と、前記有効濃度の前記核酸沈降剤とを
    含む反応水溶液を調製し、 この反応水溶液を前記インキュベーション 温度でインキュベートし、且つ 2本鎖核酸分子の存在を検出すべく前記の インキュベートした反応水溶液をアツセイにかける 諸ステップを含む方法。
  31. (31)前記擬似核酸沈降剤のスクリーニングを、各が
    既知量の1本鎖核酸と種々の量の前記 擬似核酸沈降剤とを含むような一連の溶液を調製し、 核酸沈降物の存在を検出すべく前記各溶液 を検査し、且つ 沈降物の検出された溶液を加熱して沈降度 が変化するか否かを調べる 諸ステップにより実施する特許請求の範囲 第30項に記載の方法。
  32. (32)反応速度の速い核酸再結合反応に使用するため
    の擬似核酸沈降剤のスクリーニング法であつて、 各が既知量の1本鎖核酸と種々の量の前記 擬似核酸沈降剤とを含むような一連の溶液を調整し、 核酸沈降物の存在を検出すべく前記各溶液 を検査し、且つ 沈降物の検出された溶液を加熱して沈降度 が変化するか否かを調べる 諸ステップからなる方法。
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