JP3082942B2 - 核酸による物質の標識及び追跡方法 - Google Patents
核酸による物質の標識及び追跡方法Info
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Description
法及び追跡方法を提供する。標識工程は、ある物質を変
異させ、その物質のその後の同定をその変異体を検出す
るこによって可能にする方法を含む。本明細書が開示す
るこの変異体は核酸を包含する。
植物、油、鉱物及び水;(2)化学物質、例えば薬剤、
溶媒、石油生成物、及び爆薬物;(3)汚染物質を含む
商業上の副産物、例えば放射性又はその他の危険な廃棄
物、並びに(4)製品、例えば銃、タイプライター、自
動車及び自動車部品を含む多数の様々な物質の製造及び
流通の追跡調査することが試みられている。標識は製品
の同一性の確認に役立ち、従って製造者及び消費者に有
用な情報を提供する。
造者の同定を爆発後でも行えること、及びその汚染物質
の散在を測定するための流出パターンの確認が含まれ
る。本発明は当分野において有意な進歩を提供し、その
理由は該標識剤は逐次的な同定のための多量の情報の解
読を可能にするからである。更に、近年の有用な増幅技
術を利用することにより、従来よりもはるかに少ない標
識剤にて検出を可能にすることができる。事実、このよ
うな非常に微量の標識剤による本標識方法作業、即ち本
方法により標識される薬剤は、あらゆる生成物における
DNA標識剤のケースにおいてDNA量のFDA基準(10pg/投
与)をパスすることができる。ポリペプチドによる標識
物質の利用は周知である。(米国特許第4,359,353号及
び第4,441,943号。)本発明の核酸標識剤と同様、この
ポリペプチド標識剤はポリポペプチドにおけるアミノ酸
配列を情報の解読のために利用する。
提供し、それは該物質を核酸標識剤によって処理して該
核酸を該物質にその後の検出のために十分な量にて結合
させることによる。該核酸標識剤は特異的なヌクレオチ
ド配列を含んで成るか又は追跡を促進せしめる認識でき
る特異的なヌクレオチドの組成物を有する。本発明は
又、核酸標識剤により標識されている物体を追跡するた
めの方法を提供する。この方法は該物体における前記標
識剤についての特異的な核酸配列の有無を検出すること
を含んで成る。好ましい態様において、本追跡方法は特
異的な核酸配列が存在するかを検出するために、この標
識剤の該核酸配列がもし存在するならばその増幅をもた
らすような条件のもとでこの物体を処理することをも含
んで成る。
法であって、該物質を核酸によって標識せしめ、該物質
を回収し、そして該核酸を検出することを含んで成る方
法を提供する。該核酸の増幅させる更なる段階も本明細
書に詳述する。この増幅は一般に検出の前に行われ、そ
して好ましくはポリメラーゼ連鎖反応(polymerase cha
in reaction)技術を利用して達成される。その核酸は
天然又は合成的に得られるもののいづれかでありうる。
好ましい合成核酸はイノシン塩基又は7−デアゾ−2′
−デオキシグアノシンヌクレオチドを含んで成る。
合物、爆薬組成物、食品、医薬品、インキ、紙製品及び
塗料製品より成る群から選ばれるものを含む。この核酸
は標識すべき物質の構成成分に共有結合を介して任意的
に結合させることができる。「物質の構成部分との共有
結合」は、該核酸が該標識すべき物質又はその構成成分
に共有結合していることを意味する。該物体が異なる構
成成分、例えば異なる化学化合物を含んで成る場合、該
核酸は該構成成分の任意のいづれか1つ又は全てと共有
結合させてよい。
相支持体(例えばラテックスビーズ、デキストラン又は
磁性ビーズ)と共有結合させた後に標識すべき物質と混
合せしめることもできる。一方、この核酸はポリマー物
質(例えばタンパク質)又は脂肪親和性組成物(例えば
リポソーム)により封入されうる。
は核酸を物質の上に、又は物質の中に一体化せしめる段
階を含んで成る。好ましい標識剤及び物質は前述の通り
である。
標識剤は遡及力のある同定のための特異的なヌクレオチ
ド塩基配列を有する核酸である。好ましい組成物は、核
酸、並びに物質であって大気汚染物質、油、芳香化合
物、爆薬組成物、食品、医薬品、インキ、紙製品及び塗
料製品により成る群から選ばれる物質を含んで成るもの
である。該核酸は前述の通り、合成的に得られ、固相支
持体と共有結合しているか、又は封入されていることが
できる。
めのキットも提供する。このようなキットは、標識剤の
検出のため、標識剤の増幅のため、そして標識剤として
の利用のための核酸を含むことがある。
する: 物質−本発明の方法に従って標識され、そして追跡さ
れることができる物体。
シリボヌクレオチド又はリボヌクレオチドポリマー;変
性せしめたヌクレオチドは、核酸全体又はその一部を含
んで成りうる。
含んで成るもの、又は特定のヌクレオチド構造物を有す
るものであり、該配列又は構造物の特異性は情報の保存
の手段を提供する。標識剤は一般に生物学的に機能せ
ず、その理由はそれらは生存細胞において働く機能的な
核酸配列の一部でないからである。当業者は生存してい
る生物は天然又は人工的に誘導された独特の核酸配列を
含んでいることを理解している。本発明はそのような天
然、及び生物学的に機能する標識剤の型を包含する意図
はない。標識剤は一般に物質に付加される。それらはそ
の物質の機能的な部分ではない。
め、組成物、即ち、標識剤により物体を処理せしめる工
程。
程。
ターする、検出する、そして追跡するための核酸の利用
に関する。該核酸はこのような物質を標識せしめるため
の添加剤として利用される。核酸を標識剤として化合せ
しめる特性、及び分析のためのその後の回収の特性は、
該核酸を付加する特定の物質に依存する。以下の概容を
提供する。
る。一般的な配列(工業規格として受け入れられる)の
組合せを利用すること、及び特異的な配列のレベルを変
えることにより、一般の製品、製品の供給源(会社の特
有の配列)、ロット又はバッチのみでなく商業単位の鑑
定者のタイプの同定も可能にする。
び天然でない核酸の両者を含む。それらは一本鎖又は二
本鎖でありうる。天然の核酸とは、5種類の天然塩基、
アデニン、チミン、グアニン、シトシン及びウラシルを
含むDNA又はRNAのいづれかのポリマーに関する。
る。ある例における合成核酸は、例えば、安定性、可溶
性、他において天然核酸をしのぐ利点を有する。ある合
成ヌクレオチドは、ヌクレアーゼ活性、化学的活性物
質、又は環境条件、例えば熱もしくは紫外線照射によっ
て分解されにくい。天然でないヌクレオチドの利用は、
選ばれる検出手段によって効率的に検出されるそれらの
能力によってのみ制限される。好ましいPCR技術を利用
する標識方法のため、この合成核酸はプライマーとの二
重構造を形成せねばならず、そしてこの工程において利
用するポリメラーゼのための鋳型として機能しなければ
ならない。本発明において利用するための天然でない核
酸は、イノシン塩基並びに誘導ヌクレオチド、例えば7
−デアゾ−2′デオキシグアノシン、メチル−(又はよ
り長いアルキル−)ホスホネートオリゴデオキシヌクレ
オチド、ホスホロチオエートオリゴデオキシヌクレオチ
ド及びアルファーアノメリックオリゴデオキシヌクレオ
チドを一体化したものを含む。
提供できる。一般の配列(工業規格として受け入れられ
る)の組合せを利用すること、及び特異的な配列のレベ
ルを変えることにより、一般的な製品、製品の供給源
(会社特有の配列)及びロットもしくはバッチを同定又
は鑑定することが可能である。
多様性を理解してもらうために提供する。例えば本発明
は、爆薬物(例えばプラスチック爆弾及び火薬)、エー
ロゾル(例えば自動車又は工場の噴煙口からの汚染物
質)、有機溶媒(例えばドライクリーナー、化学工場、
飛工場及びガスステーション由来)、紙製品(例えば新
聞用紙、紙幣、法的文書)、インキ、香水並びに医薬製
剤(例えば医薬品)において用途が見い出されることを
予想している。
が置かれると思われる環境から予想される影響に基づい
て変更できる。この物質は、固体、液体又は気体として
分類されうる。この物質は液体及びエーロゾルと不活性
又は活性、更には極性又は非極性のいづれかとして分け
ることができるもののいづれかであってもよい。
くつかの食品、又はポリマー化合物(例えばプラスチッ
ク)をこの標識剤で処理せしめるか、又はこの標識剤を
この固体の表面に噴霧させることもできる。標識剤を不
活性な液体又は気体と物理的に混合してもよい。
荷電している基を有するポリマー、又は酸性の医薬品
は、この核酸標識剤に保護組成分を加えることを必要と
する。保護組成物には核酸を封入せしめ、そしてそれら
を酸素又は化学分解から保護する物質を含むであろう。
リポソームは核酸のための保護カプセルとしての利用の
ために有用な最近の技術である。典型的なリポソームは
洗浄剤によって形成されるミセル体である。一方、ポリ
マー物質は核酸に静電的に結合させて封入せしめるため
に利用される。ポリマー物質にはタンパク質、例えばウ
イルス被覆タンパク質が含まれる。
しめるために利用されるが、旦し液体のための保護組成
物は好ましくは液体の極性と適合するものである。標識
剤と液体物質の適合は、不活性及び化学的に活性な液体
の両者のために好適である。例えば、油及びその他の非
極性液は、該液体に標識剤を加える前に該標識剤に洗浄
剤を加えることを利用することにより、効率的に標識さ
れうる。液体において均一な分散を確実にすることは、
ブラウン運動に依存することができる。
る。その理由はこの標識剤が非常に小さく、通常塵状の
粒子(0.2ミクロン)であると考えられているからであ
る。コンテナーに入れた気体は、該コンテナーに入れた
標識剤を有するであろう。大気中に放たれている気体の
ためには、該標識剤を放出前又は放出と同時に混合させ
ることができる。例えば、工業的に放出される気体の分
散パターンを追跡するため、エーロゾル放出装置を排気
口に継ぎ、そして該気体の放出に伴い、計量済みの標識
剤を導入する。
るための核酸標識剤の利用が期待される。追跡のための
手段は、非放射性物質についての本明細書の詳細と同
様、適当な保護を利用することによるであろう。1000個
の塩基よりも短いオリゴヌクレオチドが、それらが輻射
線による分解に対してより安定であることに基づき好ま
しいことが理解される。
ための好ましい手段はモニターすべき物質に依存する。
検出のための手段及び回収すべき有用なサンプル量は本
発明の各用途のために必要な標識剤の量を決定せしめ
る。従って、標識を増幅せしめる手段がない場合におい
て、加える標識剤の量は検出可能な量の標識剤を回収す
るための十分な物質を集収する方法論に基づくであろ
う。
利用される手段に伴って変わるであろう。一般にあらゆ
る標識剤について十分な特異性を確実にするためには少
なくとも20個の塩基を必要とし、これによって偶発的な
夾雑が招く失敗結果を防げるであろう。好ましくは、こ
の配列は複数の特異的な領域を含んで成るべきである。
配列が長くなるに従い、より多くの情報が運ばれる。し
かしながら、標識剤の情報内容がより多くなるに従い、
分解が問題となる傾向にあることが理解されるであろ
う。一般に、1キロベースより下のフラグメントが好適
である。
うる。一般に、サンプルは蒸留水又は緩衝溶液によって
洗浄又は抽出される。生理学的なpHが好ましく、何故な
ら極端なpHは核酸を分解しうるからである。荷電してい
る物質は、静電的に結合している核酸とのイオン交換体
として働く高モル量の塩緩衝液における洗浄を必要とし
うる。イオン性又は非イオン性のいづれかの洗浄剤は、
表面又は複合生物学的混合物から核酸を除去するのに役
立つ。フェノールをベースとする抽出又はフェノール/
クロロホルム抽出を利用することにより、核酸を複合生
物学的物質又は油をベースとする物質から回収すること
ができる。
る沈殿、エバポレーション又はマイクロフィルトレーシ
ョンによって濃縮できる。
標識剤を増幅させるための方法の利用には明らかな利点
がある。例えば米国特許第4,683,202号及び4,683,195並
びヨーロッパ特許出願第258,017号及び237,362号に開示
のポリメラーゼ連鎖反応工程(PCR)を利用することに
より、核酸分子を増幅させて検出できる。このPCR方法
は、一本鎖標識剤、二本鎖標識剤及びDNA又はRNA標識剤
を増幅せしめるための改良を伴って利用されうる。
ことを周知している。例えば逆PCR及び非対称性PCRがこ
の技術の変形方法として周知である。その他の変形方法
において、PCRによって伸長及び複製が行われる際にRNA
転写のためのプロモーターをプライマーの中に一体化せ
しめることができ、これを標的配列のRNAコピーを作成
せしめるために利用することができる。これらのRNAコ
ピーは交互に、DNAへと複数回逆転写されることがで
き、そしてこれはPCRによって増幅されうる。全てのPCR
工程と同様、反応のサイクルは必要される回数繰り返す
ことができる。
識剤が好適であるが、しかしながら一本鎖標識剤は増幅
の第1サイクル後に二本鎖となる。この標識剤は好まし
くは最低60塩基の長さにある。このことは、それぞれが
好ましくは20塩基の長さである2つのプライマーのハイ
ブリダイゼーションを可能とし、そして標識剤にハイブ
リダイズせしめた際に、約20個の更なる塩基の標識剤の
プライマー特定領域の間の介在領域によって分離され
る。
識は適切なるプライマーの提供のために必要である。こ
の必要な知識は有用な安全性をそれを必要とする者に提
供する。特性を保持できるプライマーなしでは、この標
識剤は本質的に検出できない。
ゼーションアッセイ又は核酸シーケンシングが利用でき
る。この標準的なハイブリダイゼーションアッセイは単
相及び混合相アッセイ、例えばサンドイッチアッセイを
含む。
い。核酸ハイブリダイゼーション技術は不変的な技術で
はない。新規の開発が期待され、そして本発明はあらゆ
る新規の改良に適用できる。当業界の全景は、Nucleic
Acid Hybridization A Practial Approach,Eds.Hames,
B.D.及びHiggins,S.J.,IRL Press,Wash.D.C.,1987にお
いて見い出せる。
べき配列を予め知っておくことを必要とする。標識剤配
列を知っておくことは、補獲又はシグナルの目的のため
の適切な相補性オリゴヌクレオチドの利用を可能にす
る。
シング技術を用いてシーケンス化されうる。市販のキッ
トが本目的のために適切である。基本的なシーケンシン
グ技術はセミナル文献、例えばマキサム(Maxam)とギ
ルバート(Gilbert)の、Methods in Enzymology 65:
(パート1)497〜559に詳細のDNAシーケンシングにつ
いての工程による。シーケンシングは実施するために非
常に困難な工程であるが、しかし核酸ハイブリダイゼー
ションアッセイよりも信頼性が高い。その理由は、選ば
れたプローブとハイブリダイズするのに十分に相補的な
外因性核酸の夾雑によって誤まった陽性を提供しうる可
能性による。
ターのためにデザインされたキットも提供する。このよ
うなキットには、核酸標識剤及び該標識剤と相補性のポ
リヌクレオチドを含むであろう。この相補的なポリヌク
レオチドは、シグナルプローブ、捕獲プローブ又はPCR
法におけるプライマーとしての利用のためにデザインさ
れることがある。これらのキットはシグナル手段、例え
ば酵素、ラジオアイソトープ、蛍光ラベル等も含むこと
がある。
それらに含まれる周知事項は当業者によく知られてい
る。このような周知事項は本発明の実施のための本質的
事項であると考えられ、引用した文献それぞれを本明細
書に組入れた。
り、本発明の範囲を限定するものではない。
本鎖標識剤を利用している。この配列は、未処理のDQα
型に由来し、そして以下の材料において夾雑物として偶
発的に存在するものの確率は低い。この標識剤を32Pで
ラベルし、工程全体にわたって標識物を実験的に追っ
た。この標識剤の独特の一本鎖配列を表1に示した。
ーキンスーエルマーシータスの熱循環装置において、こ
の会社より提供されるプロトコール及び試薬を用いて、
40サイクル行った。表1に記載の配列を有するビオチニ
ル化プライマーGH26及びGH27はPCR工程の開始のために
用いた。
Qαの増幅のために用いた。
しめた。各サイクルは94℃での30秒間のインキュベーシ
ョン、それに続く55℃で30秒間、そして72℃で30秒間の
インキュベーションより成る。最終(40周目)のサイク
ルの後、このサンプル混合物を72℃で10分間インキュベ
ートせしめた。
を用いる標準的な核酸ハイブリダイゼーションアッセイ
により行なわれた。このハイブリダイゼーションアッセ
イのためのプロトコールは重要ではない。用いた手段は
PCT公開番号89/11548(1989年11月30日公開)に詳述さ
れている(本明細書に参考文献として引用)。簡単に述
べると、この標識剤は固形プローブGH89(表1)へのハ
イブリダイゼーションによって捕獲される。このプロー
ブを、正に荷電されているナイロン膜上に紫外線照射を
利用して固定化した。
(b)この溶液を1gのニトロセルロースベース火薬と混
ぜ、そして(c)大気中又は真空下で85℃にて乾燥せし
める。
(b)この溶液50μlをPCR反応混合物に加えるか、又
は火薬粉を100μlのPCR反応混合物に直接加え;そして
(c)増幅させる。
0」(Tween80)(洗浄剤)、10μlの「スパン80」(Sp
an80)(洗浄剤)及び100μlの蒸留水を混合し;そし
て(b)この混合物を1.7mlの油に加える。次にこの組
合せ物をよく混合する。
て増幅させる;又は標準的なフェノール−クロロホルム
抽出を利用する。フェールで処理後、この標識剤は油と
水の相の間の結合層において検出される。
える;(b)この混合物50μlを錠剤に加え;そして
(c)乾燥させる。
この溶液50μlをPCR混合物に入れ;そして(c)増幅
せしめる。
の洗浄剤と混合する。もし水に可溶性ならば、希釈した
標識剤をインキに直接加える。
加え;そして(b)空気乾燥又は真空下で乾燥させる。
ない蒸留水に紙を浸し;(b)任意に標識剤を濃縮せし
め;そして(c)標準的なPCR工程によって増幅せしめ
る。
って食品1g当りに加える。
すぎ水を任意に濃縮し;そして(c)このすすぎ水を標
準的なPCR工程にかける。
Claims (11)
- 【請求項1】輻射線にさらされた環境又は商品流通に流
出される物の存在をモニターする方法であって、 当該物を、それが輻射線にさらされた環境又は商品流通
に流出された後に同定されるため、当該物の機能的な部
分でない長さ20以上、1,000未満のヌクレオチドの核酸
を有する標識別で標識しておき、 当該環境又は商品流通に流出された当該物を回収し、 前記核酸を増幅し、そして この増幅した核酸を検出する、 ことを含んで成る方法。 - 【請求項2】前記増幅の工程がポリメラーゼ連鎖反応技
術を利用して達成される、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】前記核酸が合成核酸である、請求項1又は
2記載の方法。 - 【請求項4】前記合成核酸が、イノシン塩基又は7−デ
アゾ−2′−デオキシグアノシン、アルキル−ホスホネ
ートオリゴデオキヌクレオチド、ホスホロチオエートオ
リゴデオキヌクレオチド及びアルファー−アノマーオリ
ゴデオキヌクレオチドから成る群から選ばれる誘導化ヌ
クレオチドを含んで成る、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】前記物が、大気汚染物質、油、芳香化合
物、爆薬組成物、食品、医薬品、インキ、紙製品及び塗
料製品から選ばれる、請求項1〜4のいずれか1項記載
の方法。 - 【請求項6】前記核酸を前記物の成分又は当該物と混合
した固相支持体に共有結合させる、請求項1〜5のいず
れか1項記載の方法。 - 【請求項7】前記核酸がポリマー物質又は親油性組成物
により封入されている、請求項1〜5のいずれか1項記
載の方法。 - 【請求項8】標識剤の検出により輻射線にさらされた環
境又は商品流通に流出される物をそれが当該環境又は商
品流通に流出された後に同定するために当該物を標識し
ておく方法であって、当該物の中又は上に当該物の機能
的な部分でない長さ20以上、1,000未満のヌクレオチド
塩基の特異的な配列を有する核酸を組み込む工程を含ん
で成り、ここで当該核酸はイノシン塩基又は7−デアゾ
−2′−デオキシグアノシン、アルキル−ホスホネート
オリゴデオキヌクレオチド、ホスホロチオエートオリゴ
デオキヌクレオチド及びアルファー−アノマーオリゴデ
オキヌクレオチドから成る群から選ばれる誘導化ヌクレ
オチドを含んで成るものである、方法。 - 【請求項9】前記物が、大気汚染物質、油、芳香化合
物、爆薬組成物、食品、医薬品、インキ、紙製品及び塗
料製品から選ばれる、請求項8記載の方法。 - 【請求項10】前記核酸を前記物の成分又は当該物と混
合した固相支持体に共有結合させる、請求項8又は9記
載の方法。 - 【請求項11】前記核酸がポリマー物質又は親油性組成
物により封入されている、請求項8又は9記載の方法。
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