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JP2005168408A - Method for determining target microorganism or gene by quantitative pcr method - Google Patents

Method for determining target microorganism or gene by quantitative pcr method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for determining a microorganism or a gene by a quantitative PCR method by which the accuracy of the determination is secured even for a sample in which the recovery of the DNA is low and a large amount of impurities is contained. <P>SOLUTION: The method for determining the target microorganism or gene present in the test sample by collecting a nucleic acid sample from the test sample, and carrying out the quantitative PCR by using the nucleic acid sample as a template is characterized by the use of two or more kinds of standard materials in a step for collecting the nucleic acid sample and a step for carrying out the quantitative PCR. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、定量的PCR法による微生物または遺伝子の定量法、この手法を原理とする微生物または遺伝子の定量キット及び生物処理制御ユニット等に関し、より詳しくは、DNAの回収率が低く且つ夾雑物が多く含まれるような高精度な定量評価が困難な試料に対しても有効な定量法に関する。   The present invention relates to a method for quantifying a microorganism or gene by a quantitative PCR method, a microorganism or gene quantification kit based on this technique, a biological treatment control unit, and the like. More specifically, the recovery rate of DNA is low and contaminants are low. The present invention relates to a quantitative method that is effective even for a sample that is difficult to perform highly accurate quantitative evaluation.

PCR法による微生物の定量評価において、外部標準または内部標準を用いた様々な手法が利用されている。外部標準法(Heid他:Genome Res.:6:986‐994(1996):非特許文献1)では標的微生物の精製DNAまたは利用可能な標準DNAを単独で遺伝子増幅する事で検量線を作成し定量解析する手法が汎用されている。本手法ではDNA回収率が高い、又は一定であり、PCR反応に対する阻害物質が少ない試料では有効な手法であるが、土壌の様にDNAの吸着性が高く、夾雑物質を多く含む試料を対象とする場合にはDNAの回収率が評価されず、更に標準物質と標的遺伝子の増幅効率の違いを補正する事ができないため正確な定量評価は困難である。   Various methods using an external standard or an internal standard are used in the quantitative evaluation of microorganisms by the PCR method. In the external standard method (Heid et al .: Genome Res .: 6: 986-994 (1996): Non-Patent Document 1), a calibration curve is prepared by amplifying the purified DNA of the target microorganism or the available standard DNA alone. A technique for quantitative analysis is widely used. This method is effective for samples with a high or constant DNA recovery rate and a small amount of inhibitors to the PCR reaction, but for samples that have high DNA adsorptive properties such as soil and contain many contaminants. In this case, the DNA recovery rate is not evaluated, and the difference in amplification efficiency between the standard substance and the target gene cannot be corrected, so that accurate quantitative evaluation is difficult.

また、内部標準法(Gilliland他:Proc.Natl.Acad.Sci.USA:87:2725‐2729(1990):非特許文献2)では、PCR後の増副産物が標的DNAの増副産物との区別が可能な鋳型DNAを標準物質として試料DNAに加え、両DNAを同時に増幅させる事で試料に由来する夾雑物質の影響を回避できる定量評価が可能となった。さらに本手法では、標準物質をDNA抽出前の試料に直接添加する事で、DNA回収率を補正した定量評価も実施可能となった。   In addition, in the internal standard method (Gilliland et al .: Proc. Natl. Acad. Sci. USA: 87: 2725-2729 (1990): Non-Patent Document 2), the by-product after PCR cannot be distinguished from the by-product of the target DNA. Quantitative evaluation that can avoid the influence of contaminants derived from the sample is possible by adding possible template DNA to the sample DNA as a standard substance and amplifying both DNAs simultaneously. Furthermore, in this method, it was possible to carry out quantitative evaluation with the DNA recovery rate corrected by adding the standard substance directly to the sample before DNA extraction.

Heid他:Genome Res.:6:986‐994(1996)Heid et al .: Genome Res .: 6: 986-994 (1996) Gilliland他:Proc.Natl.Acad.Sci.USA:87:2725‐2729(1990)Gilliland et al .: Proc. Natl. Acad. Sci. USA: 87: 2725-2729 (1990)

しかしながら、標準物質をDNA抽出前の試料に添加する方法では、未知濃度の試料を定量評価に供するための検量線の作成に、多くのチューブからDNA抽出を行う必要がある。例えば、標的微生物が103〜10程度存在すると予想される場合、オーダーレベルの検量線を作成する場合でも1検体あたり7本のチューブからDNA抽出する必要がある。PCR法によるDNAの定量評価の工程において、試料からのDNAの抽出・精製は操作が最も煩雑となり、長時間を要する工程であるため、1検体の定量評価に多数のDNA抽出を伴う手法は、汎用性に乏しい手法であった。この様に試料からのDNA回収率を決定し、PCR反応による定量評価において夾雑物質の影響を受けずに定量性を確保し、且つ操作が煩雑なDNA抽出工程の作業負荷が少ない定量手法の確立が望まれていた。 However, in the method of adding a standard substance to a sample before DNA extraction, it is necessary to extract DNA from many tubes in order to prepare a calibration curve for subjecting a sample of unknown concentration to quantitative evaluation. For example, when it is expected that about 10 3 to 10 8 target microorganisms are present, it is necessary to extract DNA from 7 tubes per specimen even when preparing a calibration curve of an order level. In the process of quantitative DNA evaluation by PCR method, extraction and purification of DNA from a sample is the most complicated and time-consuming process. It was a method that lacked versatility. In this way, the recovery rate of DNA from the sample is determined, and quantitative evaluation by PCR reaction is ensured to be quantitative without being affected by contaminants, and the establishment of a quantitative method that reduces the workload of the complicated DNA extraction process. Was desired.

上記のような事情に鑑み、本発明は、PCR反応による微生物または遺伝子の定量評価において、DNAの回収率が低く且つ夾雑物が多く含まれるような通常高精度な定量評価が困難な試料に対しても定量精度を確保でき、特に1試料あたりのDNA抽出処理検体数が1検体でも評価が可能である定量法を提供すること、さらには、当該手法を原理とする微生物または遺伝子の定量キット及び生物処理制御ユニット等を提供することを課題とする。   In view of the circumstances as described above, the present invention provides a method for quantitatively evaluating microorganisms or genes by PCR reaction, which is usually difficult to perform quantitative evaluation with high DNA recovery rate and a large amount of impurities. However, it is possible to ensure the accuracy of quantification, and in particular to provide a quantification method capable of evaluating even one sample of DNA extraction treatment per sample. It is an object to provide a biological treatment control unit and the like.

本発明者らは、PCR法による標的微生物または核酸の定量評価において、最も汎用性の高い外部標準法および内部標準法による定量評価手法の改良研究を行い、その結果、DNAの抽出・精製におけるDNAの回収率を求める工程と、PCRによる標的遺伝子の定量評価を行う工程で異なる複数の標準物質を使用することにより夾雑物質の影響を受けずに定量性を確保でき且つDNA抽出工程の作業負荷が少ない手法を見出し、本発明を完成するに至った。   In the quantitative evaluation of target microorganisms or nucleic acids by the PCR method, the present inventors have conducted an improved study on the most versatile external standard method and the quantitative evaluation method by the internal standard method. By using multiple different reference materials in the process of determining the recovery rate of the target and in the process of quantitative evaluation of the target gene by PCR, it is possible to ensure quantitativeness without being affected by contaminants and the workload of the DNA extraction process The inventors have found a few techniques and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、被検試料から核酸試料を回収し、該核酸試料を鋳型とする定量的PCRを行い、前記被検試料中に存在する標的微生物又は遺伝子を定量する方法であって、
前記核酸試料の回収の工程と前記定量的PCRの工程とで少なくとも2種以上の異なる標準物質を用いることを特徴とする方法を提供する。
That is, the present invention is a method for recovering a nucleic acid sample from a test sample, performing quantitative PCR using the nucleic acid sample as a template, and quantifying a target microorganism or gene present in the test sample,
There is provided a method characterized in that at least two or more different standard substances are used in the step of recovering the nucleic acid sample and the step of quantitative PCR.

本発明の方法の一態様は、前記標的微生物又は遺伝子の指標となる標的核酸を増幅するためのプライマーを使用する定量的PCR法において、
前記PCR法の増幅率標準物質として、前記核酸試料中に、前記プライマーの標的部位とは異なる第三のプライマー標的部位が付加された核酸断片を用いることを含む方法を提供する。
One aspect of the method of the present invention is a quantitative PCR method using a primer for amplifying a target nucleic acid serving as an indicator of the target microorganism or gene.
The present invention provides a method comprising using a nucleic acid fragment to which a third primer target site different from the target site of the primer is added in the nucleic acid sample as an amplification factor standard substance for the PCR method.

本発明の方法の他の一態様は、前記増幅率標準物質を異なる濃度で含む核酸試料を鋳型とし、それぞれに前記第三のプライマー標的部位に対する第三のプライマーを使用してPCRを行うことを含む。   In another aspect of the method of the present invention, PCR is carried out using a nucleic acid sample containing the amplification factor standard substance at different concentrations as a template, and using a third primer for the third primer target site for each sample. Including.

また本発明は、上記の方法に使用する増幅率標準物質の製造方法であって、
標的微生物又は遺伝子に由来する核酸試料を鋳型とし、それらの指標となる標的核酸を増幅するためのプライマーを使用してPCRを行い、さらに、該PCRの増幅産物を鋳型とし、前記プライマーにこれとは異なる第三のプライマーを連結させた連結プライマーを使用してPCR法を行うことを含む方法を提供する。
The present invention is also a method for producing an amplification factor standard used in the above method,
PCR is performed using a nucleic acid sample derived from a target microorganism or gene as a template, and primers for amplifying the target nucleic acid serving as an index thereof, and further, the PCR amplification product is used as a template, and the primer is used as a template. Provides a method comprising performing a PCR method using a linked primer in which different third primers are linked.

本法の他の一態様は、前記回収工程の回収率標準物質として、前記被検試料中に、前記標的微生物又は遺伝子とは異なる第三の微生物又は遺伝子を添加し、これらの指標となる第三の標的核酸を増幅するためのプライマーを使用してPCRを行うことを含む。   In another aspect of the present method, a third microorganism or gene different from the target microorganism or gene is added to the test sample as a recovery rate standard substance in the recovery step, and these are used as indicators. Performing PCR using primers for amplifying the three target nucleic acids.

上記の本法の態様は、さらに、前記第三の標的核酸を増幅するためのPCR法の増幅率標準物質として、前記第三の標的核酸を増幅するためのプライマーとは異なる第三のプライマー標的部位が付加された核酸断片を使用することを含んでもよい。   The above aspect of the present method further includes a third primer target different from the primer for amplifying the third target nucleic acid as an amplification factor standard substance for the PCR method for amplifying the third target nucleic acid. It may include using a nucleic acid fragment to which a site has been added.

また上記の本法の態様は、前記第三の標的核酸を増幅するためのPCR法において、前記増幅率標準物質を異なる濃度で含む核酸試料を鋳型とし、それぞれに前記第三のプライマー標的部位に対する第三のプライマーを使用してPCRを行うことを含んでもよい。   In addition, the aspect of the present method described above is the PCR method for amplifying the third target nucleic acid, wherein a nucleic acid sample containing the amplification factor standard substance at a different concentration is used as a template, and each of them is directed to the third primer target site. It may also include performing PCR using a third primer.

また本発明は、上記方法に使用する第三の微生物又は遺伝子のための増幅率標準物質の製造方法であって、
前記第三の微生物又は遺伝子に由来する核酸試料を鋳型とし、それらの指標となる第三の標的核酸を増幅するためのプライマーを使用してPCRを行い、さらに、該PCRの増幅産物を鋳型とし、前記プライマーにこれとは異なる第三のプライマーを連結させた連結プライマーを使用してPCRを行うことを含む方法を提供する。
The present invention is also a method for producing an amplification factor reference material for a third microorganism or gene used in the above method,
Using the nucleic acid sample derived from the third microorganism or gene as a template, PCR is performed using a primer for amplifying the third target nucleic acid serving as an index thereof, and the PCR amplification product is used as a template. And a method comprising PCR using a linked primer obtained by linking a third primer different from the primer to the primer.

また本発明は、上記いずれかの標的微生物又は遺伝子の定量方法により求められる標的核酸の定量値に対し、上記いずれかの第三の標的微生物又は遺伝子の定量方法により求められる第3の標的核酸についての回収率を適用し、試料における標的微生物又は遺伝子の存在量を決定する、標的微生物又は遺伝子の定量方法を提供する。   Further, the present invention relates to a third target nucleic acid obtained by any one of the above third target microorganisms or gene quantification methods with respect to the target nucleic acid quantitative value obtained by any one of the above target microorganisms or genes quantification method. The recovery rate of the target microorganism or gene is determined by applying the recovery rate of the target microorganism.

上記の被検試料は、土壌、地下水、河川、湖沼、海水、排水、ヘドロ、汚泥又は活性汚泥に由来する試料であることができる。
さらに本発明は、上記いずれかの方法を実施するための定量評価用キットであって、前記増幅率標準物質、前記回収率標準物質、又はそれら標準物質を作成するための試薬等、及び必要なプライマー等を含むキットを提供する。
The test sample can be a sample derived from soil, groundwater, rivers, lakes, seawater, drainage, sludge, sludge, or activated sludge.
Furthermore, the present invention is a quantitative evaluation kit for carrying out any of the above methods, the amplification rate standard substance, the recovery rate standard substance, a reagent for preparing these standard substances, and the like. A kit including primers and the like is provided.

さらに本発明は、生物処理プロセスを制御するための生物処理制御装置であって、生物処理槽から試料を自動的にサンプリングするサンプリングユニット、サンプリングされた試料に、上記いずれかの定量法を適用して標的微生物又は遺伝子を定量するDNA定量ユニット、生物処理槽内の条件をコントロールする条件制御ユニット、前記DNA定量ユニットで得られた定量値に基づいて条件制御ユニットを制御するコントロールユニットを具備する装置を提供する。   Furthermore, the present invention is a biological treatment control apparatus for controlling a biological treatment process, wherein a sampling unit that automatically samples a sample from a biological treatment tank, and any of the above-described quantitative methods is applied to the sampled sample. A device comprising a DNA quantification unit for quantifying a target microorganism or gene, a condition control unit for controlling the conditions in the biological treatment tank, and a control unit for controlling the condition control unit based on the quantification value obtained by the DNA quantification unit I will provide a.

図1は、本発明の定量法の好ましい態様を示す工程図である。この方法は、先ず標的菌体を含む被検試料からDNA抽出工程及びDNA精製工程を経て精製DNAを取得し、次いで、精製DNAを鋳型にして定量的PCR法を行い、その結果から標的菌体数に関する定量評価を行う方法であって、DNAの回収率を求めるための標準物質として標的以外の微生物(第三の微生物)を利用し、PCRによる定量評価のための標準物質として標的核酸以外の合成DNA(検出用プライマーとは異なる第三のプライマーにより増幅される核酸)を利用する。   FIG. 1 is a process diagram showing a preferred embodiment of the quantitative method of the present invention. In this method, first, purified DNA is obtained from a test sample containing target cells through a DNA extraction step and a DNA purification step, and then a quantitative PCR method is performed using the purified DNA as a template. This is a method for quantitative evaluation of numbers, using a non-target microorganism (third microorganism) as a standard substance for determining the recovery rate of DNA, and a non-target nucleic acid as a standard substance for quantitative evaluation by PCR. Synthetic DNA (nucleic acid amplified by a third primer different from the detection primer) is used.

標準試料とすべき第三の微生物は、標的微生物に類縁であるが、PCRで特異的に検出できる微生物を使用するが、被検試料中にもともと存在しない微生物から選択するのが好ましい。また、定量評価用合成DNA(以下増幅率標準物質とも称する)としては、好ましくは標的核酸と同じ配列を有するが、標的核酸とは別個に特異的に検出できるプライマー標的配列を有する核酸断片を使用する。   The third microorganism to be used as the standard sample is a microorganism that is similar to the target microorganism but can be specifically detected by PCR, but is preferably selected from microorganisms that are not originally present in the test sample. In addition, as a synthetic DNA for quantitative evaluation (hereinafter also referred to as amplification factor reference material), preferably a nucleic acid fragment having the same sequence as the target nucleic acid but having a primer target sequence that can be specifically detected separately from the target nucleic acid is used. To do.

具体的な定量評価法は、標的核酸についてのPCR定量値から標的菌体数(濃度)を逆算的に求めるものである。すなわち、PCRにより増幅した標的核酸量に当該PCRでの増幅率をかけて、増幅前の量、つまり鋳型核酸中の標的核酸量を求める。次いで、この標的核酸量に回収率をかけて初期試料中の標的核酸量を求め、この標的核酸の数を1菌体あたりの当該標的核酸のコピー数で割って得た値を、試料中の菌体数とすることができる。   A specific quantitative evaluation method is to calculate the target cell number (concentration) from the PCR quantitative value for the target nucleic acid in reverse. That is, the amount before amplification, that is, the amount of target nucleic acid in the template nucleic acid is obtained by multiplying the amount of target nucleic acid amplified by PCR by the amplification rate by PCR. Next, the target nucleic acid amount in the initial sample is obtained by multiplying the target nucleic acid amount by the recovery rate, and the value obtained by dividing the number of the target nucleic acid by the number of copies of the target nucleic acid per microbial cell is obtained. It can be the number of cells.

PCRの増幅率の評価は下記のように行われる。
先ず、標的微生物の指標となる検出対象領域(標的核酸)を選定する。これは当該PCRによって選択的に増幅される領域であり、好ましくは当該標的微生物に特異的な部分配列を標的としたプライマー対の選定により決定される。プライマーの標的とすべき配列は、当該技術分野の常法に従って16SrRNAや23SrRNA等の核酸配列から選定することができ、好ましくは、被検試料に存在する他の微生物群集内にあっても特異的な検出を可能にする部位である。
The PCR amplification rate is evaluated as follows.
First, a detection target region (target nucleic acid) that serves as an index of a target microorganism is selected. This is a region selectively amplified by the PCR, and is preferably determined by selecting a primer pair targeting a partial sequence specific to the target microorganism. The sequence to be targeted by the primer can be selected from nucleic acid sequences such as 16SrRNA and 23SrRNA according to conventional methods in the art, and is preferably specific even in other microbial communities present in the test sample. This is a site that enables easy detection.

他方、増幅率標準物質としては、上記検出対象領域を含み、その両端に上記検出用プライマー標的部位とは異なる第三のプライマー標的部位を有する核酸断片を使用する。
上記のように標的核酸領域を含むが、第三のプライマー標的部位を有する増幅率標準物質は、上記検出用プライマーに第三のプライマーを連結した連結プライマーを使用して容易に製造することができる(図2参照)。すなわち、先ず標的微生物に由来する精製DNAを鋳型とし、検出用プライマー対を使用してPCR(I)を行い、標的核酸の増幅核酸断片を取得し、さらにこの増幅核酸断片を鋳型とし、前記検出用プライマー対の非対向末端(通常は各5′末端側)に、第三のプライマーを付加した構成の連結プライマーを使用してPCR(II)を行う。こうして、標的核酸と同じ配列を有し、各端部に第三のプライマー標的部位を有する核酸断片が増幅される。第三のプライマーは、試料中の生物群由来の核酸にはハイブリダイズしない合成DNAでよい。第三のプライマー標的部位を有する前記標準物質は、第三のプライマーを用いたPCR(III)により選択的に増幅され、このPCR反応を利用して検量線を作成することができる。
On the other hand, as the amplification factor standard substance, a nucleic acid fragment including the detection target region and having a third primer target site different from the detection primer target site at both ends thereof is used.
As described above, the amplification factor standard substance containing the target nucleic acid region but having the third primer target site can be easily produced using a linked primer in which the third primer is linked to the detection primer. (See Figure 2). That is, first, purified DNA derived from a target microorganism is used as a template, PCR (I) is performed using a detection primer pair, and an amplified nucleic acid fragment of the target nucleic acid is obtained. PCR (II) is performed using a linking primer having a configuration in which a third primer is added to the non-opposing ends (usually on the 5 ′ end side) of the primer pair for use. Thus, a nucleic acid fragment having the same sequence as the target nucleic acid and having a third primer target site at each end is amplified. The third primer may be a synthetic DNA that does not hybridize to the nucleic acid from the organism group in the sample. The standard substance having the third primer target site is selectively amplified by PCR (III) using the third primer, and a calibration curve can be prepared using this PCR reaction.

前記増幅率標準物質による評価は、1つの精製DNA試料を用いて次のように行うことができる。試料から抽出された精製DNA試料を分けて、それぞれに増幅率標準物質を種々の濃度で添加し、複数の鋳型試料を用意する。それぞれの鋳型試料について第三のプライマーを使用した定量的PCRを行い、それらの結果から濃度に対する増幅率の検量線を作成する。実際には鋳型試料に含まれる標的核酸の濃度は未知であるから、被検試料についてのPCRでの増幅結果を前記検量線に当てはめることで適正な増幅率を適用し、増幅前の正確な標的核酸量(濃度)を求めることができる。本法によれば、標的核酸の増幅率を同じ配列構成を有する標準物質を用いて内部評価することにより定量精度を確保でき、しかも1つの精製DNA試料から検量線を得ることができるので、未知濃度の標的微生物に対して必要最小限の精製作業で定量評価を行うことができる。   The evaluation with the amplification factor standard substance can be performed as follows using one purified DNA sample. A purified DNA sample extracted from the sample is divided, and an amplification factor standard substance is added to each at various concentrations to prepare a plurality of template samples. Quantitative PCR using the third primer is performed on each template sample, and a calibration curve of amplification rate with respect to the concentration is created from the results. In practice, the concentration of the target nucleic acid contained in the template sample is unknown, so by applying the amplification result by PCR to the calibration curve for the test sample, an appropriate amplification factor is applied, and the exact target before amplification is applied. The amount (concentration) of nucleic acid can be determined. According to this method, since the quantitative accuracy can be ensured by internally evaluating the amplification rate of the target nucleic acid using a standard substance having the same sequence structure, and a calibration curve can be obtained from one purified DNA sample, it is unknown. Quantitative evaluation can be performed with the minimum necessary purification work for the target microorganisms at a concentration.

次に、DNA回収率による評価について説明する。
本法では、回収率を調べるために、被検試料中に回収率標準物質として、標的微生物とは異なる第三の微生物を特定濃度で添加し、定量的PCRを行う。つまり、第三の微生物について同様の試料からの同様の工程による回収率を求め、この回収率を標準微生物の回収率として適用し、初期試料中の標的微生物数を正確に決定することができる。
Next, evaluation based on the DNA recovery rate will be described.
In this method, in order to examine the recovery rate, a third microorganism different from the target microorganism is added to the test sample as a recovery rate standard substance at a specific concentration, and quantitative PCR is performed. That is, the recovery rate of the third microorganism from the same sample by the same process is obtained, and this recovery rate is applied as the recovery rate of the standard microorganism, so that the number of target microorganisms in the initial sample can be accurately determined.

回収率は、第三の微生物を添加した試料から得られた核酸試料を鋳型とし、第三の微生物の指標となる第三の標的核酸を選択的に増幅できるプライマーを使用して定量的PCRを行い、第三の標的核酸についての計算上の菌数定量値と実際の添加量とを比較することにより求められる。第三の標的核酸領域は、当該PCRによって選択的に増幅される領域であり、好ましくは第三の微生物に特異的な部分配列を標的としたプライマー対の選定により決定される。プライマーの標的とすべき配列は、当該技術分野の常法に従って、16SrRNAや23SrRNA等の核酸配列から選定することができ、好ましくは、被検試料に存在する他の微生物群集内で特異的な検出を可能にする部位である。   The recovery rate is determined by quantitative PCR using a primer that can selectively amplify the third target nucleic acid, which is an indicator of the third microorganism, using the nucleic acid sample obtained from the sample added with the third microorganism as a template. This is obtained by comparing the calculated quantitative number of bacteria for the third target nucleic acid with the actual addition amount. The third target nucleic acid region is a region that is selectively amplified by the PCR, and is preferably determined by selecting a primer pair that targets a partial sequence specific to the third microorganism. The sequence to be targeted by the primer can be selected from nucleic acid sequences such as 16SrRNA and 23SrRNA according to conventional methods in the art, and is preferably detected specifically in other microbial communities present in the test sample. It is a part that makes possible.

さらに、上記第三の微生物の回収率を求めるに際し、上記定量的PCR法に対して標的微生物と同じように増幅率の検量線を求めるとよい。この場合、増幅率標準物質として、前記第三の標的核酸を含み、その両端に当該検出用プライマー標的部位とは異なる第三のプライマー標的部位を有する核酸断片を使用する。   Furthermore, when determining the recovery rate of the third microorganism, a calibration curve for the amplification factor may be determined for the quantitative PCR method in the same manner as the target microorganism. In this case, a nucleic acid fragment containing the third target nucleic acid and having a third primer target site different from the detection primer target site at both ends is used as the amplification factor standard substance.

第三の標的核酸のための増幅率標準物質も、上述の標的微生物と同様の方法で製造でき、当該第三の標的核酸の検出用プライマーに第三のプライマーを連結した連結プライマーを使用して製造する(図2参照)。すなわち、第三の微生物に由来する精製DNAを鋳型とし、先ず検出用プライマー対を使用してPCR(I)を行い、第三の標的核酸の増幅核酸断片を取得し、次いでこの増幅核酸断片を鋳型とし、前記検出用プライマー対の非対向末端(通常は各5′末端側)に、第三のプライマーを付加した構成の連結プライマーを使用してPCR(II)を行う。こうして増幅した核酸断片は、第三の標的核酸と同じ配列を有し、各端部に第三のプライマー標的部位を有する。第三のプライマーは、試料中の生物群由来の核酸にハイブリダイズしない合成DNAがよい。なお、ここで利用する第三のプライマーは、上述標的微生物の場合と同じ配列のものを使用しても構わない。第三のプライマー標的部位を有する当該標準物質は、第三のプライマーを用いたPCR(III)により選択的に増幅され、このPCR反応を利用して検量線を作成することができる。   Amplification rate reference material for the third target nucleic acid can also be produced in the same manner as the above-mentioned target microorganism, using a linked primer in which the third primer is linked to the detection primer for the third target nucleic acid. Manufactured (see FIG. 2). That is, using purified DNA derived from the third microorganism as a template, first performing PCR (I) using a detection primer pair to obtain an amplified nucleic acid fragment of the third target nucleic acid, and then using this amplified nucleic acid fragment PCR (II) is performed using a linking primer having a configuration in which a third primer is added to the non-opposing ends (usually on the 5 ′ end side) of the detection primer pair as a template. The nucleic acid fragment thus amplified has the same sequence as the third target nucleic acid and has a third primer target site at each end. The third primer is preferably a synthetic DNA that does not hybridize to a nucleic acid derived from a biological group in the sample. In addition, you may use the 3rd primer utilized here with the same arrangement | sequence as the case of the above-mentioned target microorganism. The standard substance having the third primer target site is selectively amplified by PCR (III) using the third primer, and a calibration curve can be prepared using this PCR reaction.

前記第三の微生物についての定量評価に際しても、1つの精製DNA試料を用いて増幅率を求めることができる。すなわち、精製DNAを分けて、それぞれに上記増幅率標準物質を種々の濃度で添加して複数の鋳型試料を用意し、それぞれの鋳型試料について上記第三のプライマーを使用した定量的PCR法を行い、それらの結果から、当該PCRでの第三の標的核酸について増幅率の検量線を作成できる。こうして増幅前の当該第三の標的核酸の量を簡易かつ正確に決定し、回収率の正確な算定を行うことができる。   In the quantitative evaluation of the third microorganism, the amplification factor can be obtained using one purified DNA sample. In other words, separate the purified DNA, add the amplification factor standard substance at various concentrations, prepare multiple template samples, and perform quantitative PCR using the third primer for each template sample. From these results, a calibration curve of the amplification rate can be created for the third target nucleic acid in the PCR. Thus, the amount of the third target nucleic acid before amplification can be determined easily and accurately, and the recovery rate can be accurately calculated.

以下では、増幅率評価及び回収率評価の双方が適用された本法の一態様を示す。
先ず、被検試料に特定濃度の第三の微生物を添加し、DNAの抽出及び精製工程を行い、精製DNAを鋳型試料として第三の標的核酸を標的とするプライマーを使用してPCRを行う。平行して同じ鋳型試料に種々の濃度で増幅率標準物質(当該第三の標的核酸に第三のプライマー標的部位を有する核酸断片)を添加した系を用意し、それぞれに同じ条件のPCRを行う。その結果得られた検量線に基づいて増幅前(当該精製DNA試料中)の第三の標的核酸の量を決定する。この核酸定量値から推定される計算上の菌数と実際の添加菌体数とを比較し、ここで必要であれば当該核酸のコピー数等を考慮に入れ、その比率を第三の微生物についてのDNA回収率とする。
Below, the one aspect | mode of this method to which both amplification rate evaluation and recovery rate evaluation were applied is shown.
First, a third microorganism at a specific concentration is added to the test sample, DNA extraction and purification steps are performed, and PCR is performed using the purified DNA as a template sample and a primer that targets the third target nucleic acid. In parallel, prepare a system in which amplification factor standards (nucleic acid fragments having a third primer target site to the third target nucleic acid) are added to the same template sample at various concentrations, and PCR is performed under the same conditions for each. . Based on the calibration curve obtained as a result, the amount of the third target nucleic acid before amplification (in the purified DNA sample) is determined. Compare the calculated number of bacteria estimated from this nucleic acid quantitative value with the actual number of added cells, and if necessary, take into account the number of copies of the nucleic acid, and the ratio for the third microorganism. DNA recovery rate.

別個に、標的微生物について特異的な定量的PCRを行う。ここで平行して、精製DNA試料に種々の濃度で増幅率標準物質(当該標的核酸に第三のプライマー標的部位を有する核酸断片)を添加した系を用意し、それぞれに同じ条件のPCRを行い、その結果得られた検量線に基づいて増幅前(当該精製DNA試料中)の標的核酸の量を求める。この核酸定量値に対し上記で得られた回収率を当てはめ、必要ならば当該核酸のコピー数等を考慮に入れ、当該標的微生物の初期試料中の菌体数を算定することができる。   Separately, quantitative PCR specific for the target microorganism is performed. In parallel, prepare a system in which amplification rate standard substances (nucleic acid fragments having a third primer target site to the target nucleic acid) are added to the purified DNA sample at various concentrations, and PCR is performed under the same conditions for each. Based on the calibration curve obtained as a result, the amount of target nucleic acid before amplification (in the purified DNA sample) is determined. The recovery rate obtained above is applied to this nucleic acid quantitative value, and the number of bacterial cells in the initial sample of the target microorganism can be calculated in consideration of the copy number of the nucleic acid if necessary.

以上の説明においては特定微生物の定量法を例示したが、微生物に代えて遺伝子を標的にすれば、上記と同様にして特定遺伝子の定量を行うことができる。
また上記定量法を容易に実施できるように、必要とされる各検出用プライマー、各標準物質若しくは標準物質の調製用試薬類、及び対応する第三のプライマー等をセットにして、微生物又は遺伝子の定量評価用キットを提供することができる。
In the above description, the method for quantifying a specific microorganism is exemplified. However, if a gene is targeted instead of a microorganism, the specific gene can be quantified in the same manner as described above.
In addition, in order to easily carry out the above quantification method, a set of necessary detection primers, each standard substance or reagents for preparing standard substances, and a corresponding third primer, etc. A kit for quantitative evaluation can be provided.

次に、本発明の定量法を実施するための装置の一態様を説明する。
本発明の装置の好ましい一態様は、汚泥発酵槽等の生物処理プロセスの監視ないし制御に向けられている。そのような生物処理制御装置は、生物処理槽から試料を自動的にサンプリングするサンプリングユニット、サンプリングされた試料に本発明の定量法を適用して標的微生物又は遺伝子を定量するDNA定量ユニット、DNA定量ユニットにより得られた定量値に基づいて前記生物処理の運転パラメータについての変更を行う条件制御ユニット、前記各ユニットを制御するコントロールユニットなどにより構成される(図4参照)。この種の装置は、当該技術分野において市販されている各種自動分析手段を汎用のコンピュータ制御手段と組み合わせることで構築でき、コンピュータ制御によってDNA抽出、PCR、データの記憶、定量のための演算及びその出力などを自動的に処理することができる。
Next, an aspect of an apparatus for carrying out the quantitative method of the present invention will be described.
A preferred embodiment of the apparatus of the present invention is directed to monitoring or controlling a biological treatment process such as a sludge fermenter. Such a biological treatment control apparatus includes a sampling unit that automatically samples a sample from a biological treatment tank, a DNA quantification unit that quantifies a target microorganism or gene by applying the quantification method of the present invention to the sampled sample, and DNA quantification. A condition control unit that changes the operating parameters of the biological treatment based on a quantitative value obtained by the unit, a control unit that controls each unit, and the like are configured (see FIG. 4). This type of apparatus can be constructed by combining various automatic analysis means commercially available in the technical field with general-purpose computer control means. By computer control, DNA extraction, PCR, data storage, calculation for quantification and its Output can be processed automatically.

上記生物処理制御装置では、コントロールユニットは、DNA定量ユニットを介して生物処理槽内の環境的条件、例えば特定微生物の菌体数等をモニタリングし、そのモニタリング結果に基づいて条件制御ユニットを作動させて、運転パラメータを最適化するための処理、例えば微生物の添加等を実行する。また本発明の装置は、菌体数以外の環境要因を検出する他の分析手段と組み合わせてもよく、生物処理プロセスに対するあらゆる制御、診断に有効である。   In the biological treatment control apparatus, the control unit monitors the environmental conditions in the biological treatment tank, such as the number of cells of a specific microorganism, via the DNA quantification unit, and activates the condition control unit based on the monitoring result. Then, a process for optimizing the operation parameters, for example, addition of microorganisms is performed. The apparatus of the present invention may be combined with other analysis means for detecting environmental factors other than the number of bacterial cells, and is effective for all control and diagnosis of biological treatment processes.

下記の実施例では、外部標準法による事例を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、内部標準法による評価法にも適用可能である。   In the following examples, examples by the external standard method are shown, but the present invention is not limited to this, and can be applied to an evaluation method by the internal standard method.

実施例1
[被検体]
砂質土壌、シルト質土壌および粘土の3種類の土壌にそれぞれ大腸菌B株の培養菌体を土壌湿重量あたり5×106個添加し、これを被検体とした。
Example 1
[Subject]
5 × 10 6 cultured cells of Escherichia coli B strain were added to three types of soil, sandy soil, silty soil and clay, respectively, and used as specimens.

[DNA抽出]
氷上にて、2.0ml容マイクロテストチューブに検体0.5 gを入れ、DNA回収率評価用標準物質としてBachillus subtilis IAM 12118株の培養菌体を1×106個添加し、DNA抽出を行った。100 mMリン酸バッファー(pH8.0)を0.5 ml、直径0.1 mmのzirconia /silica beadsを0.5 g、TNSE buffer(0.5 M Tris-HCl pH 8.0、0.1 M NaCl、10 % SDS、2 mM EDTA)を250μl添加後、3 min間のミニビーズビーター(BIOSPEC PRODUCTS)処理を行った。15,000 rpm×3 minの遠心処理後、上清を新しいチューブに移し、40 %量の7.5 M酢酸アンモニウムと混合後、4℃にて10 min間放置した。遠心処理後の上清を新しいチューブに回収し、2倍量のイソプロパノールを混合後10 min間放置した。室温にて15,000 rpm×10 minの遠心処理後、上清を取り除き、沈殿物を80 %エタノールにて2回洗浄した。沈殿物を遠心濃縮機で乾燥後、1 mg/ml濃度のRNaseを添加したTE buffer 50μlに懸濁した試料を40℃にて1時間処理したものを抽出DNAとした。
[DNA extraction]
On ice, 0.5 g of a sample was placed in a 2.0 ml micro test tube, and 1 × 10 6 cultured cells of Bachillus subtilis IAM 12118 strain was added as a standard substance for DNA recovery rate evaluation, followed by DNA extraction. 0.5 ml of 100 mM phosphate buffer (pH 8.0), 0.5 g of zirconia / silica beads with a diameter of 0.1 mm, TNSE buffer (0.5 M Tris-HCl pH 8.0, 0.1 M NaCl, 10% SDS, 2 mM EDTA) After adding 250 μl, a mini bead beater (BIOSPEC PRODUCTS) treatment was performed for 3 min. After centrifugation at 15,000 rpm × 3 min, the supernatant was transferred to a new tube, mixed with 40% amount of 7.5 M ammonium acetate, and allowed to stand at 4 ° C. for 10 min. The supernatant after centrifugation was collected in a new tube, mixed with 2 volumes of isopropanol, and allowed to stand for 10 min. After centrifugation at 15,000 rpm × 10 min at room temperature, the supernatant was removed, and the precipitate was washed twice with 80% ethanol. The precipitate was dried with a centrifugal concentrator and then suspended in 50 μl of TE buffer supplemented with 1 mg / ml RNase and treated for 1 hour at 40 ° C. to obtain extracted DNA.

[DNAの精製]
アガロース濃度1.2 %にて抽出DNAの電気泳動を行った。電気泳動槽はMupid(コスモバイオ)を使用し、抽出DNAの全量を泳動に供した。100 Vにて20 min間の通電後、DNAの蛍光象を観察しながら染色体DNAの先端部分(約4 kbのサイズに相当)にRECOCHIP(タカラ)を挿入し、再び40 min間の通電を行った。泳動後RECO CHIPを付属のテストチューブに移し、10秒間の遠心処理によりDNAを回収し、滅菌水で50μlに調製した。PCR反応にはこの精製DNA溶液を1/10希釈したものを使用した。
[DNA purification]
The extracted DNA was electrophoresed at an agarose concentration of 1.2%. As the electrophoresis tank, Mupid (Cosmo Bio) was used, and the entire amount of the extracted DNA was subjected to electrophoresis. After energizing for 20 min at 100 V, insert RECOCHIP (Takara) into the tip of the chromosomal DNA (corresponding to a size of about 4 kb) while observing the fluorescent image of the DNA, and energize again for 40 min. It was. After electrophoresis, RECO CHIP was transferred to an attached test tube, and DNA was collected by centrifugation for 10 seconds, and prepared to 50 μl with sterile water. For the PCR reaction, a 1/10 dilution of this purified DNA solution was used.

[PCRプライマ]
PCR反応に以下の配列のプライマを使用した。
[PCR primer]
Primers with the following sequences were used in the PCR reaction.

Figure 2005168408
Figure 2005168408

[標準物質の調製]
図2に標準物質の調製方法等を示す。大腸菌の染色体DNA50ngを含むPCR反応液50μl(プライマEcl62fおよびEcl238r)を調製し、DNA Thermal Cycler(パーキンエルマ‐シータス社製)により95℃2分間の熱変性の後、94℃‐15秒、59℃‐30秒、72℃‐60秒のサイクルを30回行った。さらに、増副産物の10万倍希釈液を5μl含むPCR反応液50μl(プライマST-Ecl62fおよびST-Ecl238r)を調製し、前記と同様のPCRサイクルを30回行った。PCR増副産物にWizard SV Gel and PCR Clean-up System(プロメガ)を用いた簡易精製を施したものを大腸菌定量評価用の標準物質Eとした。標準物質の濃度は260nmの吸光度から求めた。
[Preparation of standard substance]
FIG. 2 shows a method for preparing a standard substance. Prepare 50 μl of PCR reaction solution (primer Ecl62f and Ecl238r) containing 50 ng of chromosomal DNA of E. coli, heat denaturation at 95 ° C for 2 minutes with DNA Thermal Cycler (manufactured by PerkinElmer-Citas), 94 ° C-15 seconds, 59 ° C A cycle of -30 seconds, 72 ° C-60 seconds was performed 30 times. Furthermore, 50 μl of a PCR reaction solution (primers ST-Ecl62f and ST-Ecl238r) containing 5 μl of a 100,000-fold diluted solution of the by-product was prepared, and the same PCR cycle as described above was performed 30 times. The PCR product by-product obtained by simple purification using Wizard SV Gel and PCR Clean-up System (Promega) was used as standard substance E for quantitative evaluation of E. coli. The concentration of the standard substance was determined from the absorbance at 260 nm.

Bachillus subtilisの染色体DNAから標準微生物定量評価用の標準物質Bを前記の大腸菌と同様の手順で作成した。但し、1回目のPCRプライマとして Bsb79fおよびBsb230r、2回目のプライマとしてST-Bsb79fおよびST-Bsb230rを用いた。   A standard substance B for standard microorganism quantitative evaluation was prepared from the chromosomal DNA of Bachillus subtilis by the same procedure as that for E. coli. However, Bsb79f and Bsb230r were used as the first PCR primer, and ST-Bsb79f and ST-Bsb230r were used as the second primer.

[DNA回収率の評価]
PCR反応は酵素キットとしてFastStart DNA Mster SYBR Green I(ロッシュ)を用い、増幅装置としてLightCyclerTM(ロッシュ)を使用した。反応容器のガラスキャピラリーにキット添付のマスターミックス液を2μl、鋳型DNAとして被検DNAを5μl、最終濃度で3.5mMのMgCl2、0.5μMのプライマBsb79fおよびBsb230rを添加後キットに付属の滅菌水で20μlの液量に調製し、95℃10分間の熱変性の後、95℃‐15秒、59℃‐10秒、72℃‐20秒、84℃‐0秒のサイクルを45回行った。また、前記のPCR条件にBachillus subtilisの染色体DNAのPCR産物より調製した標準微生物定量評価用の標準物質BをPCR反応あたり1×101、1×102、1×103、1×104、1×105、1×10コピー添加した系を調製し、検量線を作成した。この場合、プライマとしてST-fおよびST-rを用いた。
[Evaluation of DNA recovery rate]
For the PCR reaction, FastStart DNA Mster SYBR Green I (Roche) was used as an enzyme kit, and LightCycler (Roche) was used as an amplification device. Add 2 μl of the master mix solution supplied with the kit to the glass capillary of the reaction vessel, 5 μl of the test DNA as template DNA, and add 3.5 mM MgCl 2 and 0.5 μM primers Bsb79f and Bsb230r at the final concentration, and then use the sterile water supplied with the kit. The solution volume was adjusted to 20 μl, and after heat denaturation at 95 ° C. for 10 minutes, a cycle of 95 ° C.-15 seconds, 59 ° C.-10 seconds, 72 ° C.-20 seconds, 84 ° C.-0 seconds was performed 45 times. Further, a standard substance B for quantitative evaluation of a standard microorganism prepared from a PCR product of chromosomal DNA of Bachillus subtilis under the PCR conditions described above is 1 × 10 1 , 1 × 10 2 , 1 × 10 3 , 1 × 10 4 per PCR reaction. A system with 1 × 10 5 and 1 × 10 6 copies added was prepared, and a calibration curve was prepared. In this case, ST-f and ST-r were used as primers.

LightCyclerTMによる解析結果より、砂質土壌、シルト質土壌および粘土におけるBachillus subtilisの標的遺伝子コピー数はそれぞれ1.4×10、5.0×10、4.4×10コピー/g‐soilとなった。Bachillus subtilis の標的遺伝子のコピー数は10個であることから、DNA抽出、精製工程における砂質土壌、シルト質土壌および粘土でのDNA回収率はそれぞれ68%、25%および2.2%であった。 From the analysis results by LightCycler TM, the target gene copy numbers of Bachillus subtilis in sandy soil, silty soil and clay are 1.4 × 10 7 , 5.0 × 10 6 , 4.4 × 10 5 copies / g-, respectively. It became soil. Since the target gene copy number of Bachillus subtilis was 10, the DNA recovery rates in sandy soil, silty soil and clay during DNA extraction and purification processes were 68%, 25% and 2.2%, respectively.

[標的微生物の定量評価]
PCR反応は酵素キットとしてFastStart DNA Mster SYBR Green Iを用い、増幅装置としてLightCyclerTMを使用した。MgCl2の最終濃度を3.8mM、プライマとしてEcl62fおよびEcl238rを使用した以外は全て上記のPCR手順と同様に実施した。また、大腸菌の染色体DNAのPCR産物より調製した大腸菌定量評価用の標準物質EをPCR反応あたり1×101、1×102、1×103、1×104、1×105、1×106コピー添加した系を調製し、検量線を作成した。この場合、プライマーとしてST-fおよびST-rを用いた。
[Quantitative evaluation of target microorganisms]
In the PCR reaction, FastStart DNA Mster SYBR Green I was used as an enzyme kit, and LightCycler was used as an amplification device. All were carried out in the same manner as the PCR procedure described above except that the final concentration of MgCl 2 was 3.8 mM, and Ecl62f and Ecl238r were used as primers. In addition, a standard substance E for quantitative evaluation of E. coli prepared from a PCR product of chromosomal DNA of E. coli was 1 × 10 1 , 1 × 10 2 , 1 × 10 3 , 1 × 10 4 , 1 × 10 5 , 1 per PCR reaction. A system with 10 6 copies added was prepared and a calibration curve was prepared. In this case, ST-f and ST-r were used as primers.

LightCyclerTMによる解析結果に標的遺伝子と標準物質の増幅効率の比、試料の希釈倍率等の係数を乗じた結果、砂質土壌、シルト質土壌および粘土における大腸菌の標的遺伝子コピー数はそれぞれ2.5×10、8.2×10、および7.4×10コピー/g‐soilとなった。大腸菌の標的遺伝子のコピー数は7個であり、初期検体中の大腸菌数はそれぞれ3.5×10、1.2×10、および1.1×10細胞/g‐soilとなる。このように土質により標的遺伝子または微生物の定量値は大きく異なるが、先に求めたDNA回収率で補正すると5.1×10、4.7×10、および4.8×10細胞/g‐soilとなった。このように本発明による標的微生物の定量法では、1つの試料につき1検体のDNA抽出処理で、試料中における初期濃度5.0×10細胞/g‐soilに対して精度の高い結果を得る事ができた。 As a result of multiplying the analysis result by LightCycler TM with the amplification efficiency ratio of the target gene and standard substance, the dilution factor of the sample, etc., the target gene copy number of Escherichia coli in sandy soil, silty soil and clay is 2.5 respectively. × 10 7 , 8.2 × 10 6 , and 7.4 × 10 5 copies / g-soil. The number of E. coli target gene copies is 7, and the numbers of E. coli in the initial sample are 3.5 × 10 6 , 1.2 × 10 6 , and 1.1 × 10 5 cells / g-soil, respectively. As described above, the quantitative value of the target gene or microorganism varies greatly depending on the soil, but it is 5.1 × 10 6 , 4.7 × 10 6 , and 4.8 × 10 6 cells / percent when corrected by the previously obtained DNA recovery rate. It became g-soil. As described above, in the method for quantifying a target microorganism according to the present invention, a high-accuracy result is obtained with respect to an initial concentration of 5.0 × 10 6 cells / g-soil in a sample by DNA extraction treatment of one specimen per sample. I was able to do things.

比較例1(従来法1)
[被検体]
砂質土壌、シルト質土壌および粘土の3種類の土壌にそれぞれ大腸菌B株の培養菌体を土壌湿重量あたり5×106個添加し、これを被検体とした。
Comparative example 1 (conventional method 1)
[Subject]
5 × 10 6 cultured cells of Escherichia coli B strain were added to three types of soil, sandy soil, silty soil and clay, respectively, and used as specimens.

[DNA抽出]
氷上にて、2.0ml容マイクロテストチューブに検体0.5 gを入れDNA抽出を行った。100 mMリン酸バッファー(pH8.0)を0.5 ml、直径0.1 mmのzirconia /silica beadsを0.5 g、TNSE buffer(0.5 M Tris-HCl pH 8.0、0.1 M NaCl、10 % SDS、2 mM EDTA)を250μl添加後、3 min間のミニビーズビーター(BIOSPEC PRODUCTS)処理を行った。15,000 rpm×3 minの遠心処理後、上清を新しいチューブに移し、40 %量の7.5 M酢酸アンモニウムと混合後、4℃にて10 min間放置した。遠心処理後の上清を新しいチューブに回収し、2倍量のイソプロパノールを混合後10 min間放置した。室温にて15,000 rpm×10 minの遠心処理後、上清を取り除き、沈殿物を80 %エタノールにて2回洗浄した。沈殿物を遠心濃縮機で乾燥後、1 mg/ml濃度のRNaseを添加したTE buffer 50μlに懸濁した試料を40℃にて1時間処理したものを抽出DNAとした。
[DNA extraction]
On ice, 0.5 g of the sample was placed in a 2.0 ml micro test tube, and DNA extraction was performed. 0.5 ml of 100 mM phosphate buffer (pH 8.0), 0.5 g of zirconia / silica beads with a diameter of 0.1 mm, TNSE buffer (0.5 M Tris-HCl pH 8.0, 0.1 M NaCl, 10% SDS, 2 mM EDTA) After adding 250 μl, a mini bead beater (BIOSPEC PRODUCTS) treatment was performed for 3 min. After centrifugation at 15,000 rpm × 3 min, the supernatant was transferred to a new tube, mixed with 40% amount of 7.5 M ammonium acetate, and allowed to stand at 4 ° C. for 10 min. The supernatant after centrifugation was collected in a new tube, mixed with 2 volumes of isopropanol, and allowed to stand for 10 min. After centrifugation at 15,000 rpm × 10 min at room temperature, the supernatant was removed, and the precipitate was washed twice with 80% ethanol. After the precipitate was dried with a centrifugal concentrator, a sample suspended in 50 μl of TE buffer supplemented with 1 mg / ml RNase was treated at 40 ° C. for 1 hour to obtain extracted DNA.

[DNAの精製]
アガロース濃度1.2 %にて抽出DNAの電気泳動を行った。電気泳動槽はMupid(コスモバイオ)を使用し、抽出DNAの全量を泳動に供した。100 Vにて20 min間の通電後、DNAの蛍光象を観察しながら染色体DNAの先端部分(約4 kbのサイズに相当)にRECOCHIP(タカラ)を挿入し、再び40 min間の通電を行った。泳動後RECO CHIPを付属のテストチューブに移し、10秒間の遠心処理によりDNAを回収し、滅菌水で50μlに調製した。PCR反応にはこの精製DNA溶液を1/10希釈したものを使用した。
[DNA purification]
The extracted DNA was electrophoresed at an agarose concentration of 1.2%. As the electrophoresis tank, Mupid (Cosmo Bio) was used, and the entire amount of the extracted DNA was subjected to electrophoresis. After energizing for 20 min at 100 V, insert RECOCHIP (Takara) into the tip of the chromosomal DNA (corresponding to a size of about 4 kb) while observing the fluorescent image of the DNA, and energize again for 40 min. It was. After electrophoresis, RECO CHIP was transferred to an attached test tube, and DNA was collected by centrifugation for 10 seconds, and prepared to 50 μl with sterile water. For the PCR reaction, a 1/10 dilution of this purified DNA solution was used.

[PCRプライマ]
PCR反応に以下の配列のプライマを使用した。
[PCR primer]
Primers with the following sequences were used in the PCR reaction.

Figure 2005168408
Figure 2005168408

[標準物質の調製]
Bachillus subtilis IAM 12118株の染色体DNAを定法(モルキュラクローニングに記載の方法)に従って抽出・精製し、そのDNAを鋳型DNAとした。PCR反応は酵素キットとしてEX‐Taq HotStart Ver.(宝酒造)を用いた。0.2ml容のマイクロテストチューブにキット添付のマスターミックス液を5μl、鋳型DNAを50ng、0.5μMのプライマBsb79fおよびBsb230rを添加後キットに付属の滅菌水で50μlの液量に調製し、DNA Thermal Cycler(パーキンエルマ‐シータス社製)により95℃2分間の熱変性の後、94℃‐15秒、59℃‐30秒、72℃‐60秒のサイクルを30回行った。PCR増副産物は直ちにWizard SV Gel and PCR Clean-up System(プロメガ)を用いた簡易精製を施し、定量評価用の標準物質とした。標準物質の濃度は260nmの吸光度から求めた。
[Preparation of standard substance]
Chromosomal DNA of Bachillus subtilis IAM 12118 strain was extracted and purified according to a conventional method (method described in Molecular Cloning), and the DNA was used as template DNA. For the PCR reaction, EX-Taq HotStart Ver. (Takara Shuzo) was used as an enzyme kit. Add 5 μl of the master mix solution supplied with the kit, 50 ng of template DNA, and 0.5 μM primers Bsb79f and Bsb230r to a 0.2 ml micro test tube, and then adjust the volume to 50 μl with the sterile water supplied with the kit. After heat denaturation at 95 ° C. for 2 minutes using Perkin Elma-Citas, a cycle of 94 ° C.-15 seconds, 59 ° C.-30 seconds, 72 ° C.-60 seconds was performed 30 times. The PCR by-product was immediately subjected to simple purification using Wizard SV Gel and PCR Clean-up System (Promega) and used as a standard substance for quantitative evaluation. The concentration of the standard substance was determined from the absorbance at 260 nm.

[標的微生物の定量評価]
PCR反応は酵素キットとしてFastStart DNA Mster SYBR Green I(ロッシュ)を用い、増幅装置としてLightCyclerTM(ロッシュ)を使用した。反応容器のガラスキャピラリーにキット添付のマスターミックス液を2μl、鋳型DNAとして被検DNAを5μl、最終濃度で3.8mMのMgCl2、0.5μMのプライマEcl62fおよびEcl238rを添加後キットに付属の滅菌水で20μlの液量に調製し、95℃10分間の熱変性の後、95℃‐15秒、59℃‐10秒、72℃‐20秒、84℃‐0秒のサイクルを45回行った。また、前記のPCR条件にBachillus subtilisの染色体DNAのPCR産物より調製した標準物質をPCR反応あたり1×101、1×102、1×103、1×104、1×105、1×10、1×10コピー添加した系を調製し、検量線を作成した。この場合、プライマーとしてBsb79fおよびBsb230rを用い、MgCl2の最終濃度を3.8mMとした。
[Quantitative evaluation of target microorganisms]
For the PCR reaction, FastStart DNA Mster SYBR Green I (Roche) was used as an enzyme kit, and LightCycler (Roche) was used as an amplification device. Add 2 μl of the master mix solution supplied with the kit to the glass capillary of the reaction vessel, 5 μl of the test DNA as template DNA, and add 3.8 mM MgCl 2 and 0.5 μM primers Ecl62f and Ecl238r at the final concentration, then use the sterile water supplied with the kit. The solution volume was adjusted to 20 μl, and after heat denaturation at 95 ° C. for 10 minutes, a cycle of 95 ° C.-15 seconds, 59 ° C.-10 seconds, 72 ° C.-20 seconds, 84 ° C.-0 seconds was performed 45 times. In addition, a standard substance prepared from a PCR product of Bachillus subtilis chromosomal DNA under the PCR conditions described above was 1 × 10 1 , 1 × 10 2 , 1 × 10 3 , 1 × 10 4 , 1 × 10 5 , 1 A system to which x10 6 and 1 x 10 7 copies were added was prepared, and a calibration curve was prepared. In this case, Bsb79f and Bsb230r were used as primers, and the final concentration of MgCl 2 was 3.8 mM.

LightCyclerTMによる解析結果に試料の希釈倍率等の係数を乗じた結果、砂質土壌、シルト質土壌および粘土における大腸菌の標的遺伝子コピー数はそれぞれ2.9×10、7.3×10、および6.7×10コピー/g‐soilとなった。大腸菌の標的遺伝子のコピー数は7個であり、初期検体中の大腸菌数はそれぞれ4.1×10、1.0×10、および9.6×10細胞/g‐soilと評価された。本実施例では、試料中における標的微生物の初期濃度5.0×10細胞/g‐soilと比較すると、試料の性状によって大きな誤差を生じた。 As a result of multiplying the analysis result by LightCycler TM with a coefficient such as the dilution ratio of the sample, the target gene copy numbers of E. coli in sandy soil, silty soil and clay were 2.9 × 10 7 , 7.3 × 10 6 , respectively. And 6.7 × 10 5 copies / g-soil. The number of E. coli target gene copies was 7, and the number of E. coli in the initial sample was estimated to be 4.1 × 10 6 , 1.0 × 10 6 , and 9.6 × 10 4 cells / g-soil, respectively. It was. In this example, compared with the initial concentration of the target microorganism in the sample of 5.0 × 10 6 cells / g-soil, a large error was caused depending on the properties of the sample.

比較例2(従来法2)
[被検体]
砂質土壌、シルト質土壌および粘土の3種類の土壌にそれぞれ大腸菌B株の培養菌体を土壌湿重量あたり5×106個添加し、これを被検体とした。
Comparative example 2 (conventional method 2)
[Subject]
5 × 10 6 cultured cells of Escherichia coli B strain were added to three types of soil, sandy soil, silty soil and clay, respectively, and used as specimens.

[DNA抽出]
氷上にて、2.0ml容マイクロテストチューブに検体0.5 gを分取したものを1検体あたり合計7本準備し、定量評価用標準物質としてBachillus subtilis IAM 12118株の培養菌体を1×10個〜1×10個まで10倍濃度ずつ段階的に添加したものおよび無添加のものを調製し、DNA抽出を行った。それぞれのテストチューブに、100 mMリン酸バッファー(pH8.0)を0.5 ml、直径0.1 mmのzirconia /silica beadsを0.5 g、TNSE buffer(0.5 M Tris-HCl pH 8.0、0.1 M NaCl、10 % SDS、2 mM EDTA)を250μl添加後、3 min間のミニビーズビーター(BIOSPEC PRODUCTS)処理を行った。15,000 rpm×3 minの遠心処理後、上清を新しいチューブに移し、40 %量の7.5 M酢酸アンモニウムと混合後、4℃にて10 min間放置した。遠心処理後の上清を新しいチューブに回収し、2倍量のイソプロパノールを混合後10 min間放置した。室温にて15,000 rpm×10 minの遠心処理後、上清を取り除き、沈殿物を80 %エタノールにて2回洗浄した。沈殿物を遠心濃縮機で乾燥後、1 mg/ml濃度のRNaseを添加したTE buffer 50μlに懸濁した試料を40℃にて1時間処理したものを抽出DNAとした。
[DNA extraction]
Prepare a total of 7 samples of 0.5 g sample in a 2.0 ml micro test tube on ice, and 1 × 10 3 cultured cells of Bachillus subtilis IAM 12118 as a standard substance for quantitative evaluation. DNAs were extracted by adding 10-fold concentrations of ˜1 × 10 8 in a stepwise manner and those without addition. In each test tube, 0.5 ml of 100 mM phosphate buffer (pH 8.0), 0.5 g of zirconia / silica beads with a diameter of 0.1 mm, TNSE buffer (0.5 M Tris-HCl pH 8.0, 0.1 M NaCl, 10% SDS After adding 250 μl of 2 mM EDTA), a mini bead beater (BIOSPEC PRODUCTS) treatment was performed for 3 min. After centrifugation at 15,000 rpm × 3 min, the supernatant was transferred to a new tube, mixed with 40% amount of 7.5 M ammonium acetate, and allowed to stand at 4 ° C. for 10 min. The supernatant after centrifugation was collected in a new tube, mixed with 2 volumes of isopropanol, and allowed to stand for 10 min. After centrifugation at 15,000 rpm × 10 min at room temperature, the supernatant was removed, and the precipitate was washed twice with 80% ethanol. After the precipitate was dried with a centrifugal concentrator, a sample suspended in 50 μl of TE buffer supplemented with 1 mg / ml RNase was treated at 40 ° C. for 1 hour to obtain extracted DNA.

[DNAの精製]
アガロース濃度1.2 %にて抽出DNAの電気泳動を行った。電気泳動槽はMupid(コスモバイオ)を使用し、抽出DNAの全量を泳動に供した。100 Vにて20 min間の通電後、DNAの蛍光象を観察しながら染色体DNAの先端部分(約4 kbのサイズに相当)にRECOCHIP(タカラ)を挿入し、再び40 min間の通電を行った。泳動後RECO CHIPを付属のテストチューブに移し、10秒間の遠心処理によりDNAを回収し、滅菌水で50μlに調製した。PCR反応にはこの精製DNA溶液を1/10希釈したものを使用した。
[DNA purification]
The extracted DNA was electrophoresed at an agarose concentration of 1.2%. As the electrophoresis tank, Mupid (Cosmo Bio) was used, and the entire amount of the extracted DNA was subjected to electrophoresis. After energizing for 20 min at 100 V, insert RECOCHIP (Takara) into the tip of the chromosomal DNA (corresponding to a size of about 4 kb) while observing the fluorescent image of the DNA, and energize again for 40 min. It was. After electrophoresis, RECO CHIP was transferred to an attached test tube, and DNA was collected by centrifugation for 10 seconds, and prepared to 50 μl with sterile water. For the PCR reaction, a 1/10 dilution of this purified DNA solution was used.

[PCRプライマ]
PCR反応に以下の配列のプライマを使用した。
[PCR primer]
Primers with the following sequences were used in the PCR reaction.

Figure 2005168408
Figure 2005168408

[標的微生物の定量評価]
PCR反応は酵素キットとしてFastStart DNA Mster SYBR Green I(ロッシュ)を用い、増幅装置としてLightCyclerTM(ロッシュ)を使用した。検量線作成用の微生物を添加せずにDNA抽出を行った試料では、反応容器のガラスキャピラリーにキット添付のマスターミックス液を2μl、鋳型DNAとして被検DNAを5μl、最終濃度で3.8mMのMgCl2、0.5μMのプライマEcl62fおよびEcl238rを添加後キットに付属の滅菌水で20μlの液量に調製し、95℃10分間の熱変性の後、95℃‐15秒、59℃‐10秒、72℃‐20秒、84℃‐0秒のサイクルを45回行った。また、検量線作成用の微生物を添加した試料の場合、プライマとしてBsb79fおよびBsb230rを用い、MgCl2の最終濃度を3.5mMに変更した条件でPCR反応を行い、検量線を作成した。LightCyclerTMによる解析結果に試料の希釈倍率を乗じた結果、砂質土壌、シルト質土壌および粘土における大腸菌数はそれぞれ3.3×10、3.7×10、および3.1×10細胞/g‐soilとなった。検量線作成に用いたBachillus subtilis IAM 12118株の標的遺伝子のコピー数は10個、また大腸菌の標的遺伝子のコピー数は7個であることから、初期検体中の大腸菌数はそれぞれ4.7×10、5.3×10、および4.4×10細胞/g‐soilと評価された。このように初期試料に標準物質を加える定量評価法では正確な評価が可能であるが、一連の工程の中でもっとも操作が煩雑なDNA抽出・精製に多量の検体処理を行う必要があった。
[Quantitative evaluation of target microorganisms]
For the PCR reaction, FastStart DNA Mster SYBR Green I (Roche) was used as an enzyme kit, and LightCycler (Roche) was used as an amplification device. For samples that were extracted without adding a calibration curve microorganism, 2 μl of the master mix solution attached to the kit to the glass capillary of the reaction vessel, 5 μl of the test DNA as template DNA, and a final concentration of 3.8 mM MgCl 2 、 After adding 0.5μM primers Ecl62f and Ecl238r, adjust the volume to 20μl with sterilized water supplied with the kit, heat denaturation at 95 ℃ for 10 minutes, 95 ℃ -15 seconds, 59 ℃ -10 seconds, 72 The cycle of ℃ -20 seconds and 84 ℃ -0 seconds was performed 45 times. In addition, in the case of a sample to which a microbe for preparing a calibration curve was added, a calibration curve was prepared by performing a PCR reaction under the condition that Bsb79f and Bsb230r were used as primers and the final concentration of MgCl 2 was changed to 3.5 mM. As a result of multiplying the analysis result by LightCycler TM with the dilution factor of the sample, the numbers of E. coli in sandy soil, silty soil and clay were 3.3 × 10 6 , 3.7 × 10 6 and 3.1 × 10 6, respectively. Cells / g-soil. Since the number of copies of the target gene of Bachillus subtilis IAM 12118 used for the calibration curve was 10 and the number of copies of the target gene of E. coli was 7, the number of E. coli in the initial sample was 4.7 × 10. It was evaluated as 6 , 5.3 × 10 6 , and 4.4 × 10 6 cells / g-soil. As described above, the quantitative evaluation method in which the standard substance is added to the initial sample enables accurate evaluation, but it is necessary to perform a large amount of sample processing for DNA extraction / purification, which is the most complicated operation in a series of steps.

下記表1と図3に実施例1、比較例1及び2の特徴と結果をまとめた。これらの結果から明らかなように、実施例1の方法によれば、1本の抽出サンプルから簡便且つ正確に被検微生物を定量することができる。   The features and results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are summarized in Table 1 and FIG. As is clear from these results, according to the method of Example 1, the test microorganism can be quantified easily and accurately from one extracted sample.

Figure 2005168408
Figure 2005168408

実施例2(遺伝子組換体を用いた排水のリン除去試験)
[生物処理制御装置の構成]
図4は、本実施例の生物処理制御装置の概略構成を模式的に示す。本装置は、生物処理プロセスを構成するリン除去槽から活性汚泥の一定量を自動的に採取するサンプリングユニット(1)、DNA回収率補正用の標準微生物を活性汚泥に添加してDNA抽出及び精製を行い、次いで精製DNAに定量評価用の後記標準物質(合成DNA)を添加して定量的PCRを行う自動定量ユニット(2)、処理条件の最適化を実行するための処理条件制御ユニット(3)、及び、前記各ユニット(1)〜(3)を自動制御するためのコントロールユニット(4)からなる。
Example 2 (Phosphorus removal test of wastewater using a genetically modified product)
[Configuration of biological treatment control device]
FIG. 4 schematically shows a schematic configuration of the biological treatment control apparatus of the present embodiment. This equipment is a sampling unit (1) that automatically collects a certain amount of activated sludge from the phosphorus removal tank that constitutes the biological treatment process, and a standard microorganism for correcting the DNA recovery rate is added to the activated sludge to extract and purify DNA. Next, an automatic quantification unit (2) for performing quantitative PCR by adding a postscript standard substance (synthetic DNA) for quantitative evaluation to purified DNA, and a processing condition control unit (3) for optimizing the processing conditions And a control unit (4) for automatically controlling each of the units (1) to (3).

[試験]
供試微生物:リン蓄積能を増強した遺伝子組換体、E.coli MV1184(pBC29+pEP02.2)(Hardoyo他、(1994)Appl Environ Microbiol 60,3485‐3490)をリン除去微生物として使用した。
原水:グルコースを最終濃度0.1%の濃度で添加した人工排水を使用した。表2に人工排水の組成を示す。
[test]
Test microorganism: E. coli MV1184 (pBC29 + pEP02.2) (Hardoyo et al., (1994) Appl Environ Microbiol 60, 3485-3490) with enhanced phosphorus accumulation ability was used as the phosphorus removal microorganism.
Raw water: Artificial drainage to which glucose was added at a final concentration of 0.1% was used. Table 2 shows the composition of artificial waste water.

Figure 2005168408
Figure 2005168408

排水処理装置:図5にリン除去処理プロセス装置の構成を示す。0.5Lのリン除去槽(組換え体脱リン槽)には原水が100mL/hの速度で供給された。リン除去槽の後段に汚泥濃縮槽を設け、中空糸膜による固液分離を行った。汚泥返送率は25%に設定した。   Wastewater treatment apparatus: FIG. 5 shows the structure of a phosphorus removal treatment process apparatus. Raw water was supplied to the 0.5 L phosphorus removal tank (recombinant dephosphorization tank) at a rate of 100 mL / h. A sludge concentration tank was provided after the phosphorus removal tank, and solid-liquid separation was performed using a hollow fiber membrane. The sludge return rate was set at 25%.

本実施例では、前記リン除去槽に対しサンプリングユニット(図示せず)を設置し、該槽内のリン除去微生物であるE.coli MV1184(組換え体微生物;pBC29+pEP02.2)の濃度を自動モニタリングし、条件制御ユニットとして、培養菌体保存槽からリン除去槽内へポンプにより前記リン除去微生物を自動供給する装置を設置した。コントロールユニット(図示せず)は、前記サンプリングユニットから得られる前記リン除去微生物の濃度を自動モニタリングし、当該微生物の濃度のモニタリング結果に基づいて、必要で有れば前記自動供給装置を作動させ、前記微生物をリン除去槽に自動供給するようになっている。   In this example, a sampling unit (not shown) is installed in the phosphorus removal tank, and the concentration of E. coli MV1184 (recombinant microorganism; pBC29 + pEP02.2), which is a phosphorus removal microorganism, is automatically monitored in the tank. As a condition control unit, an apparatus for automatically supplying the phosphorus-removing microorganism from the cultured cell storage tank into the phosphorus removal tank by a pump was installed. A control unit (not shown) automatically monitors the concentration of the phosphorus-removing microorganism obtained from the sampling unit, and based on the monitoring result of the concentration of the microorganism, activates the automatic supply device if necessary. The microorganism is automatically supplied to the phosphorus removal tank.

[試験条件]
試験系1:リン除去槽内の初期リン除去微生物濃度を5×10細胞/mLとし、連続処理試験を行った。1日1回の微生物自動モニタリングを行い、リン除去微生物濃度の記録を行った。リン除去微生物の供給は行わなかった。
[Test conditions]
Test system 1: The initial phosphorus removal microorganism concentration in the phosphorus removal tank was set to 5 × 10 8 cells / mL, and a continuous treatment test was performed. The microorganisms were automatically monitored once a day, and the phosphorus removal microorganism concentration was recorded. The supply of phosphorus-removing microorganisms was not performed.

試験系2:リン除去槽内の初期リン除去微生物濃度を5×10細胞/mLとし、連続処理試験を行った。1日1回の微生物自動モニタリングを行い、リン除去微生物の濃度が1×10細胞/mL以下になったとき、乾燥重量で25g相当のリン除去微生物を自動供給するように制御した。 Test system 2: The initial phosphorus removal microorganism concentration in the phosphorus removal tank was set to 5 × 10 8 cells / mL, and a continuous treatment test was performed. The microorganisms were automatically monitored once a day, and when the concentration of the phosphorus-removing microorganisms became 1 × 10 8 cells / mL or less, control was performed so that 25 g of phosphorus-removing microorganisms corresponding to the dry weight were automatically supplied.

[モニタリング条件]
[被検体]
自動サンプリングした汚泥0.5mLを被検体とした。
[Monitoring conditions]
[Subject]
The sample was 0.5 mL of automatically sampled sludge.

[DNA抽出と精製]
DNA自動抽出装置により、被検体からDNAを抽出、精製した。
[DNA extraction and purification]
DNA was extracted from the specimen and purified by an automatic DNA extraction device.

[PCRプライマ]
PCR反応に以下の配列のプライマを使用した。
[PCR primer]
Primers with the following sequences were used in the PCR reaction.

Figure 2005168408
Figure 2005168408

[標準物質の調製]
リン除去微生物のプラスミドDNA0.1ngを含むPCR反応液50μl(プライマpBC29‐Lf1およびpBC29‐Lr3)を調製し、DNA Thermal Cycler(パーキンエルマ‐シータス社製)により95℃2分間の熱変性の後、94℃‐15秒、59℃‐30秒、72℃‐60秒のサイクルを30回行った。さらに、増副産物の10万倍希釈液を5μl含むPCR反応液50μl(プライマST-pBCLf1およびST-pBCLr3)を調製し、前記と同様のPCRサイクルを30回行った。PCR増副産物にWizard SV Gel and PCR Clean-up System(プロメガ)を用いた簡易精製を施したものをリン除去微生物定量評価用の標準物質Eとした。標準物質の濃度は260nmの吸光度から求めた。
[Preparation of standard substance]
50 μl of PCR reaction solution (primer pBC29-Lf1 and pBC29-Lr3) containing 0.1 ng of plasmid DNA of the phosphorus-removed microorganism was prepared, and heat denaturation at 95 ° C. for 2 minutes with DNA Thermal Cycler (manufactured by PerkinElmer-Citas) A cycle of 94 ° C-15 seconds, 59 ° C-30 seconds, 72 ° C-60 seconds was performed 30 times. Furthermore, 50 μl of a PCR reaction solution (primers ST-pBCLf1 and ST-pBCLr3) containing 5 μl of a 100,000-fold diluted solution of the byproduct was prepared, and the same PCR cycle as described above was performed 30 times. A PCR product by-product obtained by simple purification using Wizard SV Gel and PCR Clean-up System (Promega) was used as a standard substance E for quantitative evaluation of phosphorus-removing microorganisms. The concentration of the standard substance was determined from the absorbance at 260 nm.

Bachillus subtilisの染色体DNA50ngから定量評価用標準物質Bを前記のリン除去微生物と同様の手順で作成した(図2参照)。但し、1回目のPCRプライマとして Bsb79fおよびBsb230r、2回目のプライマとしてST-Bsb79fおよびST-Bsb230rを用いた。   Standard substance B for quantitative evaluation was prepared from 50 ng of chromosomal DNA of Bachillus subtilis in the same manner as the above-mentioned phosphorus-removed microorganism (see FIG. 2). However, Bsb79f and Bsb230r were used as the first PCR primer, and ST-Bsb79f and ST-Bsb230r were used as the second primer.

[試験結果]
図6及び図7に自動モニタリング結果を示す。
試験系1:図6に示されるようにリン除去微生物の自動モニタリング結果は、試験開始時では5.4×10細胞/mLとなり、当該微生物濃度の理論値5×10細胞/mLに対して良好な結果が得られた。その後リン除去微生物の濃度は徐々に低下し、試験開始後6日目には1×10細胞/mLとなり、15日目のモニタリングでは1×10細胞/mLまで低下する様子が観察された。また図7に示されるように本試験における原水のオルトリン酸濃度は約6.0 mg/Lであったが、試験開始後1日目から処理水のオルトリン酸濃度は0.1 mg/Lとなり、その後7日目まで安定した水質が得られた。リン除去微生物濃度が8.5×10細胞/mL 以下となった8日目以降、処理水質は徐々に悪化し、15日目の処理水オルトリン酸濃度は3.0 mg/Lとなり、以後同様の水質が維持された。
[Test results]
6 and 7 show the results of automatic monitoring.
Test system 1: As shown in FIG. 6, the result of automatic monitoring of phosphorus-removed microorganisms was 5.4 × 10 8 cells / mL at the start of the test, and the theoretical value of the microorganism concentration was 5 × 10 8 cells / mL. Good results were obtained. Then the concentration of phosphorus removal microorganisms gradually decreases, 1 × 10 8 cells / mL next to 6 days after the start of the test, how the drops to 1 × 10 7 cells / mL was observed at 15 days of monitoring . As shown in FIG. 7, the orthophosphoric acid concentration of the raw water in this test was about 6.0 mg / L. From the first day after the start of the test, the orthophosphoric acid concentration of the treated water became 0.1 mg / L, then 7 days. Stable water quality was obtained. After the 8th day when the concentration of microorganisms removing phosphorus was 8.5 × 10 7 cells / mL or less, the quality of treated water gradually deteriorated, and the concentration of treated water orthophosphoric acid became 3.0 mg / L on the 15th day. Water quality was maintained.

試験系2:リン除去微生物の自動モニタリング結果は、試験開始時では5.2×10細胞/mLとなり、当該微生物濃度の理論値5×10細胞/mLに対して良好な結果が得られた(図6)。その後リン除去微生物の濃度は徐々に低下し、試験開始後6日目には1×10細胞/mLとなった。ここでリン除去微生物の自動供給が行なわれた結果、7日目のモニタリングでは4.6×10細胞/mL となった。その後リン除去微生物の濃度は徐々に低下し、14日目には再び1×10細胞/mLとなった。その後20日目までリン除去微生物の濃度は1×10細胞/mL 以上を維持した。本試験における原水のオルトリン酸濃度は約6.0 mg/Lであったが、試験開始後1日目から処理水のオルトリン酸濃度は0.1 mg/Lとなり、以後試験を終了する20日目まで安定した水質が維持された(図7)。 Test system 2: The result of automatic monitoring of phosphorus-removed microorganisms was 5.2 × 10 8 cells / mL at the start of the test, and good results were obtained for the theoretical value of the microorganism concentration of 5 × 10 8 cells / mL. (FIG. 6). Thereafter, the concentration of the phosphorus-removing microorganism gradually decreased and reached 1 × 10 8 cells / mL on the 6th day after the start of the test. As a result of automatic supply of phosphorus-removed microorganisms, the result of monitoring on the seventh day was 4.6 × 10 8 cells / mL. Thereafter, the concentration of the phosphorus-removing microorganism gradually decreased, and again reached 1 × 10 8 cells / mL on the 14th day. Thereafter, the concentration of the phosphorus-removing microorganism was maintained at 1 × 10 8 cells / mL or more until the 20th day. The concentration of orthophosphoric acid in the raw water in this test was about 6.0 mg / L, but the concentration of orthophosphoric acid in the treated water became 0.1 mg / L from the first day after the start of the test, and was stable until the 20th day after the end of the test. Water quality was maintained (Figure 7).

上記実施例で示されたように、本法による定量法を利用した微生物自動定量装置では、通常定量評価が困難な環境中の試料でも正確な評価が可能であり、その結果として、生物処理法におけるプロセス管理において、無駄のない最適な条件の維持が可能となる。   As shown in the above examples, the automatic microorganism quantification apparatus using the quantification method according to the present method enables accurate evaluation even in a sample in an environment where quantitative evaluation is usually difficult. It is possible to maintain optimum conditions without waste in the process management.

なお上で示した廃水処理への適用事例は、本法の適用範囲を限定するものではなく、汚染土壌処理など、生物反応の関与するプロセスであればあらゆる処理プロセスに対して適用可能である。   The application examples for wastewater treatment shown above do not limit the scope of application of this method, and can be applied to any treatment process as long as it is a process involving biological reactions such as contaminated soil treatment.

図1は、本発明の定量法の一態様を示す工程図である。FIG. 1 is a process diagram showing one embodiment of the quantitative method of the present invention. 図2は、増幅率標準物質の調製工程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a preparation process of an amplification factor standard substance. 図3は、実施例1、比較例1及び2で使用されたサンプル数等をまとめた図である。FIG. 3 is a table summarizing the number of samples used in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. 図4は、実施例2の生物処理制御装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the biological treatment control apparatus according to the second embodiment. 図5は、実施例2のリン除去処理プロセス装置の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the phosphorus removal processing apparatus according to the second embodiment. 図6は、微生物濃度についてのモニタリング結果を示す線図である。FIG. 6 is a diagram showing the monitoring results for the microorganism concentration. 図7は、リン酸濃度についてのモニタリング結果を示す線図である。FIG. 7 is a diagram showing the monitoring results for the phosphoric acid concentration.

符号の説明Explanation of symbols

1 サンプリングユニット
2 DNA定量ユニット
3 条件制御ユニット
4 コントロールユニット
1 Sampling unit 2 DNA quantification unit 3 Condition control unit 4 Control unit

Claims (12)

被検試料から核酸試料を回収し、該核酸試料を鋳型とする定量的PCRを行い、前記被検試料中に存在する標的微生物又は遺伝子を定量する方法であって、
前記核酸試料の回収の工程と前記定量的PCRの工程とで少なくとも2種以上の異なる標準物質を用いることを特徴とする方法。
A method of recovering a nucleic acid sample from a test sample, performing quantitative PCR using the nucleic acid sample as a template, and quantifying a target microorganism or gene present in the test sample,
A method comprising using at least two or more different standard substances in the step of recovering the nucleic acid sample and the step of quantitative PCR.
前記標的微生物又は遺伝子の指標となる標的核酸を増幅するためのプライマーを使用する定量的PCR法において、
前記PCR法の増幅率標準物質として、前記核酸試料中に、前記プライマーの標的部位とは異なる第三のプライマー標的部位が付加された核酸断片を用いることを含む、請求項1に記載の方法。
In a quantitative PCR method using a primer for amplifying a target nucleic acid serving as an indicator of the target microorganism or gene,
2. The method according to claim 1, comprising using a nucleic acid fragment to which a third primer target site different from the target site of the primer is added in the nucleic acid sample as the amplification rate standard for the PCR method.
前記増幅率標準物質を異なる濃度で含む核酸試料を鋳型とし、それぞれに前記第三のプライマー標的部位に対する第三のプライマーを使用してPCRを行うことを含む、請求項2に記載の方法。   The method according to claim 2, comprising performing PCR using a nucleic acid sample containing the amplification factor standard substance at different concentrations as a template and using a third primer for each of the third primer target sites. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法に使用する増幅率標準物質の製造方法であって、
標的微生物又は遺伝子に由来する核酸試料を鋳型とし、それらの指標となる標的核酸を増幅するためのプライマーを使用してPCRを行い、さらに、該PCRの増幅産物を鋳型とし、前記プライマーにこれとは異なる第三のプライマーを連結させた連結プライマーを使用してPCR法を行うことを含む方法。
It is a manufacturing method of the amplification factor standard substance used for the method of any one of Claims 1-3,
PCR is performed using a nucleic acid sample derived from a target microorganism or gene as a template, and primers for amplifying the target nucleic acid serving as an index thereof, and further, the PCR amplification product is used as a template, and the primer is used as a template. Is a method comprising performing PCR using a linked primer obtained by linking different third primers.
前記回収工程の回収率標準物質として、前記被検試料中に、前記標的微生物又は遺伝子とは異なる第三の微生物又は遺伝子を添加し、これらの指標となる第三の標的核酸を増幅するためのプライマーを使用してPCRを行うことを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   As a recovery rate standard substance in the recovery step, a third microorganism or gene different from the target microorganism or gene is added to the test sample, and a third target nucleic acid serving as an index thereof is amplified. The method according to any one of claims 1 to 3, comprising performing PCR using a primer. さらに、前記第三の標的核酸を増幅するためのPCR法の増幅率標準物質として、前記第三の標的核酸を増幅するためのプライマーとは異なる第三のプライマー標的部位が付加された核酸断片を使用することを含む、請求項5に記載の方法。   Furthermore, a nucleic acid fragment to which a third primer target site different from the primer for amplifying the third target nucleic acid is added as an amplification rate standard for the PCR method for amplifying the third target nucleic acid. 6. The method of claim 5, comprising using. 前記第三の標的核酸を増幅するためのPCR法において、前記増幅率標準物質を異なる濃度で含む核酸試料を鋳型とし、それぞれに前記第三のプライマー標的部位に対する第三のプライマーを使用してPCRを行うことを含む、請求項6に記載の方法。   In the PCR method for amplifying the third target nucleic acid, PCR is performed using a nucleic acid sample containing the amplification factor standard substance at a different concentration as a template, and a third primer for the third primer target site, respectively. The method according to claim 6, comprising performing: 請求項6又は7に記載の方法に使用する標準物質の製造方法であって、
前記第三の微生物又は遺伝子に由来する核酸試料を鋳型とし、それらの指標となる第三の標的核酸を増幅するためのプライマーを使用してPCRを行い、さらに、該PCRの増幅産物を鋳型とし、前記プライマーにこれとは異なる第三のプライマーを連結させた連結プライマーを使用してPCRを行うことを含む方法。
A method for producing a standard substance used in the method according to claim 6 or 7,
Using the nucleic acid sample derived from the third microorganism or gene as a template, PCR is performed using a primer for amplifying the third target nucleic acid serving as an index thereof, and the PCR amplification product is used as a template. A method comprising performing PCR using a linked primer in which a third primer different from this primer is linked to the primer.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法により求められる標的核酸の定量値に対し、請求項5〜7のいずれか1項に記載の方法により求められる第3の標的核酸についての回収率を適用し、試料における標的微生物又は遺伝子の存在量を決定する、標的微生物又は遺伝子の定量方法。   The recovery of the third target nucleic acid obtained by the method according to any one of claims 5 to 7 with respect to the quantitative value of the target nucleic acid obtained by the method according to any one of claims 1 to 3. A method for quantifying a target microorganism or gene, wherein the rate is applied to determine the abundance of the target microorganism or gene in the sample. 前記被検試料が、土壌、地下水、河川、湖沼、海水、排水、ヘドロ、汚泥又は活性汚泥に由来する試料である、請求項1〜3、5〜7、又は9のいずれか1項に記載の方法。   10. The test sample according to claim 1, wherein the test sample is a sample derived from soil, groundwater, rivers, lakes, seawater, drainage, sludge, sludge, or activated sludge. the method of. 請求項1〜3、5〜7、又は9のいずれか1項に記載の方法を実施するための定量評価用キットであって、前記増幅率標準物質、前記回収率標準物質又はそれら標準物質を作成するための試薬等、及び必要なプライマーを含むキット。   A kit for quantitative evaluation for carrying out the method according to any one of claims 1 to 3, 5 to 7, or 9, wherein the amplification factor reference material, the recovery rate reference material, or these reference materials A kit containing reagents and the necessary primers for preparation. 生物処理プロセスを制御するための生物処理制御装置であって、生物処理槽から試料を自動的にサンプリングするサンプリングユニット、サンプリングされた試料に請求項1〜3、5〜7、又は9のいずれか1項に記載の定量法を適用して標的微生物又は遺伝子を定量するDNA定量ユニット、生物処理槽内の条件をコントロールする条件制御ユニット、前記DNA定量ユニットで得られた定量値に基づいて条件制御ユニットを制御するコントロールユニットを具備する装置。   A biological treatment control apparatus for controlling a biological treatment process, wherein the sampling unit automatically samples a sample from a biological treatment tank, and the sampled sample is any one of claims 1 to 3, 5 to 7, or 9. A DNA quantification unit for quantifying a target microorganism or gene by applying the quantification method described in Item 1, a condition control unit for controlling conditions in a biological treatment tank, and condition control based on a quantification value obtained by the DNA quantification unit A device comprising a control unit for controlling the unit.
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