説明

黄色ブドウ球菌検出用プライマーセット

【課題】食品検体やその他の検体に存在する、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)を迅速かつ特異的に、高感度で検出するためのPCRプライマーセット、該プライマーセットを用いたPCR法による黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出方法、及び該黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出のためのPCR試薬キットを提供すること。
【解決手段】黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットであって、黄色ブドウ球菌のfemA遺伝子の特定領域にアニーリング可能な特定の塩基配列fem−AF及びfem−RKKからなる2種のプライマーのセットからなる。本発明の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットは、特に、マルチプレックスPCR法のようなPCR法のプライマーとして用いて、食品検体やその他の検体に存在する、黄色ブドウ球菌の存在を特異的かつ高感度で検出することを可能とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、食品検体やその他の検体に存在する、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)を迅速かつ特異的に、高感度で検出するためのPCRプライマーセット、該プライマーセットを用いたPCR法による黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出方法、及び該黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出のためのPCR試薬キットに関する。
【背景技術】
【0002】
黄色ブドウ球菌は食中毒の主要な原因菌であることから病原性の面で非常に重要な菌種であると考えられている。この細菌は、鶏肉や豚肉などの食肉及びその加工品、乳及びその加工品、卵及びその加工品、魚介類、野菜類、パン、缶詰製品などの食品、飼料や更に下水などの各種環境、ヒトでは鼻咽腔粘膜、皮膚や腸管内などに存在し、環境中に広く分布している(非特許文献1)。
【0003】
黄色ブドウ球菌は、通性嫌気性のグラム陽性球菌である。従来、黄色ブドウ球菌を生化学性状で判定する場合、コアグラーゼ、耐塩性、溶血性、糖分解性試験などを行い判定していた(非特許文献2)。従来、黄色ブドウ球菌の検出には、検体中に存在する菌を、増菌や分離培養などを経て、各種生化学試験などを行い、検出していたが、これらの手法では結果を得るまでに多くの時間を要する。したがって、現在では、遺伝子を用いた検出法が注目されている。例えば、黄色ブドウ球菌に特異的な遺伝子領域を増幅し、確認するPCR(Polymerase Chain Reaction)法が用いられている(特許文献1、5、非特許文献3)。
【0004】
黄色ブドウ球菌に関しては、これまでgapA、nuc、femA、mecA遺伝子を標的としたPCR法による検出が報告されている(特許文献1、4及び非特許文献3、4)。しかしながら、選択した増幅対象遺伝子又はプライマー設計部位によっては、特異性又は感度の点で問題があった。
【0005】
最近、このPCR法の一種であるマルチプレックスPCR法を用いて、複数の微生物を同時に検出しようとする試みが提案されている(特許文献2、3)。この方法を用いれば、複数の有害菌を検出する上では、それぞれの微生物に対して別々に検出するよりも遥かに効率的である。更に、懸案であった検出感度についても近年改善されてきており、食品製造現場においても適用可能な技術として実用化され、その検出キットは市販されるまでに至っている(非特許文献5)。
【0006】
このように、食中毒の主要な原因菌等の遺伝子を用いた検出法として、PCRを用いた検出法についても上記のような改良が行われ、その検出感度の向上も図られたが、しかし、その特異的かつ高感度の検出を可能とするためには、何よりも、かかる特異的かつ高感度の検出を可能とするプライマーの開発が必要となる。例えば、上記のようにマルチプレックスPCR法を用いて、複数の微生物を同時に検出する方法のための検出キットが市販されているが(非特許文献5)、該市販キットには食中毒有害菌としては非常に重要な黄色ブドウ球菌に対する検出用プライマーが含まれておらず、したがって、該検出方法を黄色ブドウ球菌の検出に適用して、特異的かつ高感度の検出を可能とするためには、かかる検出法に用いて、特異的かつ高感度の検出を可能とする黄色ブドウ球菌検出用プライマーの開発が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2004−33214号公報。
【特許文献2】WO2005/064016号公報。
【特許文献3】特開2007−274934号公報。
【特許文献4】特開2006−271370号公報。
【特許文献5】特開2007−44013号公報。
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】食品汚染病原微生物, 2003, 235-265。
【非特許文献2】食水系感染症と細菌性食中毒, 1991, 336-359。
【非特許文献3】Tetuya IKEDAら, J. Vet. Med. Sci., 2005, 67, 1037-1041。
【非特許文献4】Paule S. M.ら, J. Mol. Diagn., 2004, 6, 191-196。
【非特許文献5】月刊HACCP, 2009年3月号, 53-57。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の課題は、食品検体やその他の検体に存在する、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)を迅速かつ特異的に、高感度で検出するためのPCRプライマーセット、該プライマーセットを用いたPCR法による黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出方法、及び該黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出のためのPCR試薬キットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するために、黄色ブドウ球菌をPCR法を用いて特異的かつ高感度で検出することができるプライマーセットについて鋭意探索する中で、黄色ブドウ球菌のfemA遺伝子の特定領域にアニーリング可能な配列を用いることにより、該配列をプライマーセットとして、PCR法により黄色ブドウ球菌を検体中から特異的に、迅速かつ高感度に検出することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0011】
すなわち、本発明は、黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットであって、黄色ブドウ球菌のfemA遺伝子の特定領域にアニーリング可能な配列表の配列番号1及び配列番号2に示されるそれぞれ塩基配列fem−AF及びfem−RKKからなる2種のプライマーのセットからなる。本発明の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットは、特に、マルチプレックスPCR法のようなPCR法のプライマーとして用いて、食品検体やその他の検体に存在する、黄色ブドウ球菌の存在を特異的かつ高感度で検出することを可能とする。
本発明の黄色ブドウ球菌femA遺伝子増幅用プライマーセットは、PCR法により黄色ブドウ球菌を高感度で検出することが可能であるが、種々の細菌株について試験した結果、本発明のプライマーセットによってそのすべての黄色ブドウ球菌株が陽性に検出され、一方、他のスタフィロコッカス属細菌種に対してはいずれも陰性の結果が得られたことに示されるように、本発明の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットは、黄色ブドウ球菌を極めて特異的に検出することができる。
【0012】
また本発明は、本発明の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットを用い、PCR法により黄色ブドウ球菌のfemA遺伝子の特定配列を増幅、検出することからなる黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出方法、及び、プライマーセットとして、本発明の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットを装備してなる黄色ブドウ球菌検出用PCR試薬キットを包含する。
【0013】
すなわち具体的には本発明は、[1]配列表の配列番号1に示される塩基配列からなるプライマーと、配列表の配列番号2に示される塩基配列からなるプライマーとからなる黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットや、[2]上記[1]記載の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットを用い、PCR法により黄色ブドウ球菌のfemA遺伝子の特定配列を増幅、検出することを特徴とする黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出方法や、[3]プライマーセットとして、上記[1]記載の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットを装備してなる黄色ブドウ球菌検出用PCR試薬キットからなる。
【発明の効果】
【0014】
本発明の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットを用いることにより、PCR法により、食品検体やその他の各種の検体において、食中毒やその他の障害の原因菌となる黄色ブドウ球菌の存在を特異的、簡便、迅速かつ高感度に検出することが可能となる。特に、本発明のプライマーセットをマルチプレックスPCRと組み合わせることで、他の有害菌と同時に検出することが可能となり、食品検体やその他の各種の検体における有害菌の検出に効果的かつ有力な手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の実施例において、本発明のプライマーセットを用いた黄色ブドウ球菌及びその他のスタフィロコッカス属菌についてのPCR反応を行った結果を示す図である。
【図2】本発明の実施例において、本発明のプライマーセットを用いて、黄色ブドウ球菌、サルモネラ菌、リステリア、腸管出血性大腸菌について、マルチプレックスPCR反応を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明は、配列表の配列番号1に示される塩基配列からなるプライマーと、配列表の配列番号2に示される塩基配列からなるプライマーとからなる黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセット、該プライマーセットを用い、PCR法により黄色ブドウ球菌のfemA遺伝子の特定配列を増幅、検出することからなる黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出方法、及び、該黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットを装備してなる黄色ブドウ球菌検出用PCR試薬キットからなる。本発明において、黄色ブドウ球菌の検出の対象となるfemA遺伝子は、メチシリン耐性に必須の因子であり、全ての黄色ブドウ球菌に存在している(J. Clin. Microbiol. 2000 38(3) 1032-1035)。
【0017】
本発明でプライマーとして用いられるオリゴヌクレオチドは、配列表の配列番号1及び配列番号2で示されるが、該塩基配列はプライマーとしての機能を変更しない範囲で適宜変更することができる。例えば、選択性や検出感度及び再現性から考えて、10塩基以上、望ましくは15塩基以上の長さを持ったヌクレオチド断片とすることができ、塩基配列は、化学合成或いは天然のどちらでもよく、プライマーが標識されているか否かは問わない。また、プライマーとしても機能を果たす限り、プライマー(オリゴヌクレオチド)に1又は2以上の塩基が付加していてもよく、また1又は2の塩基が置換、欠失していても良い。
【0018】
本発明のプライマーを、食中毒菌検出用マルチプレックスPCRに組み込んで使用する際には、各食中毒菌のPCR産物の塩基長が10塩基以上、望ましくは15塩基以上の差を生じるようにプライマーを設計する。このようにすることにより、供試プライマー特異的なPCR増幅産物の全てを肉眼的に識別可能なバンドを形成することができる。
【0019】
本発明において、PCR法により食中毒細菌の検出を行うには、該PCR法に用いるプライマーとして、本発明のプライマーセットを用いる点を除いて、通常行われるPCR法により食中毒細菌の検出方法と変わるところはない。すなわち、(a)検体からDNAを抽出する工程、(b)当該DNAを鋳型として、前述のプライマーセットを用いてPCRを行う工程、(c)DNAの増幅の有無を検出する工程を含む、黄色ブドウ球菌を検出する方法である。
【0020】
本発明において、黄色ブドウ球菌の検出の対象となる検体としては、食中毒やその他の障害の原因菌となる黄色ブドウ球菌の存在が問題となる検体が対象となり、特に制限はない。核酸増幅による黄色ブドウ球菌の同定のための検体としては、食品検体、例えば乳製品、食肉製品、野菜類、魚介類など、また環境検体、例えば土壌、水など、また臨床検体、例えば種々の化膿性部位(皮膚、耳漏など)、血液などを挙げることができる。
【0021】
これら検体をPCR法の試料として用いる場合には、検体中に存在する菌の濃縮、分離、菌体からの核酸分離や、核酸の濃縮などの操作を前処理として行うこともできる。菌の濃縮、分離の方法としては、ろ過、遠心分離などが知られており、適宜選択できる。食品検体や環境検体などに存在する菌体からの核酸の遊離には、例えばLysozymeやProteinase Kなどによって菌体を処理し、100℃での加熱により菌体から核酸を遊離させる方法もある。また、特に食品検体によってはさらなる精製の必要があれば、フェノール/クロロホルム処理、エタノール沈殿や遠心等により核酸の精製を行い、最終的にTE緩衝液などに再溶解させ鋳型DNAとして試験に供してもよい(J. Appl. Bacteriol, 1991,70,121-126;J. Clin. Pathol, 1996,49,861-863)。
【0022】
例えば食品中に存在すると考えられる黄色ブドウ球菌を適切な培地で増菌培養し、寒天培地上に形成されたコロニーからDNA試料を調製しても良い。
【0023】
次いで、上記で調製した試料中のDNAを鋳型として、本発明のPCR用プライマーセットを用いてPCRを行う。係るPCR工程は、J. Sambrook, E. F. Fritsch & T. Maniatis (Ed.), Molecular cloning, a laboratory manual (3rd edition), Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York (2001)などの標準的なプロトコール集に記載の方法、或いはそれを修飾したり、改変した方法を用い、既に市販されているPCR装置などを用いて行うことができる。
【0024】
より詳細には、例えば、PCR反応に使用される反応液は、市販のPCR測定キットなどに添付されている反応液を使用すればよい。また、PCR反応に用いる耐熱性DNAポリメラーゼは90〜95℃の温度で活性を保持していれば、何れの生物種由来でもよい。使用される耐熱性DNAポリメラーゼとしては、例えばGene Taq、TaKaRa Taq、TaKaRa ExTaq HSなどが例示できる。
【0025】
PCR条件としては、熱変性の温度は90〜95℃、プライマーをハイブリダイズさせるアニーリング操作の温度は37〜65℃、重合反応は50〜75℃で、これを1サイクルとしたPCRを20から42サイクル行って増幅させる。プライマーセットの使用量は、0.01μM〜100μM、好ましくは0.06μMである。
【0026】
マルチプレックスPCRによって複数の食中毒菌を同時に検査する際には、検出を目的とする食中毒菌の検出用プライマーを混合してPCR反応に供する。PCR反応に使用される反応液、PCRの条件、プライマーセットの使用量は、PCR法を実施する際の条件と同じである。
【0027】
PCRによる増幅が終了した後、反応液中の増幅DNAを検出する。DNAの検出は常法に準じて行えばよく、例えば、PCRを終えた反応液をそのままアガロースなどを使用した慣用のゲル電気泳動に付し、泳動後のDNA断片をエチジウムブロマイド染色、蛍光試薬などで検出する方法が例示され、増幅されたDNA断片の存在及びその長さを確認できる。また、インターカレーターとしての効果を示す蛍光色素を、あらかじめPCR反応液中に添加し、PCR反応産物の二重鎖DNAを経時的に検出するリアルタイムPCR法、あるいはPCR反応産物と特異的に結合する、蛍光を付加したヌクレオチドプローブを用いるリアルタイムPCR法を用いてもよい。
【0028】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は係る例に限定されるものではない。
【実施例1】
【0029】
[DNAの抽出]
黄色ブドウ球菌および他のスタフィロコッカス属菌をTryptic Soy Agarにて35℃、24時間培養した。培地上に形成された菌体からDNeasy Blood & Tissue Kit(QIAGEN社製)を用いてDNAを抽出した。得られたDNA溶液を鋳型DNAとした。
【0030】
[PCR反応]
鋳型DNA0.5μlを用い、滅菌蒸留水13.4μl、10×反応用緩衝液2μl、dNTP混合溶液1.6μl(dATP、dCTP、dGTP、dTTPの混合物:各2.5mM)、1μMプライマー(配列番号1、2)各1.2μlおよび耐熱性DNAポリメラーゼ(TaKaRa Ex Taq(5U/μl):タカラバイオ社製)0.1μlを加えて全量20μlの反応液を調製した。これを95℃、1分の熱変性後、95℃、20秒、60℃、30秒、72℃、30秒の過程を40サイクル行い、72℃、7分インキュベートしPCR反応を行った。この反応は、PCR装置DNA Engine Dyad PTC-220(Bio-Rad社製)にて行った。
【0031】
[増幅DNAの確認]
増幅されたヌクレオチド断片を確認するため、濃度1.5%(W/V)のアガロースゲルにて定電圧100V、35分の電気泳動を行った。泳動後、エチジウムブロマイド水溶液(0.5μg/ml)にて染色し、UV照射下で断片を確認した。なお、反応液の他に分子量マーカーの泳動も同時に行い、296bp相当の断片が検出された場合を陽性とした。
【0032】
[結果]
配列番号1、2によるプライマーセットは、黄色ブドウ球菌のfemA遺伝子の特定領域を増幅するように設計してある。表1に示した黄色ブドウ球菌6株、その他のスタフィロコッカス属菌21株を用いてPCR反応を行った結果、黄色ブドウ球菌のみ296bp相当の増幅断片が検出された。結果を、表1(使用菌株及び評価結果)及び図1(PCR検出結果)に示した。
【0033】
既に報告されている黄色ブドウ球菌のfemA遺伝子増幅用プライマー(J. Food Prot. 2007,70,1656-1662 ; J. Mol. Diagn. 2004,6,191-196)では、一部の黄色ブドウ球菌から増幅産物が得られない或いは非特異的増幅産物が検出されるということがあった。表1及び図1に示されるように、本発明によるfemA遺伝子増幅用プライマーセットを使用してPCR法を実施することにより、黄色ブドウ球菌を特異的に検出することが可能であった。このことから、femA遺伝子増幅用プライマーセットは、黄色ブドウ球菌を特異的に検出するためのプライマーとして有効であることが示された。
【0034】
【表1】

【実施例2】
【0035】
[DNAの抽出]
黄色ブドウ球菌及びサルモネラ、リステリア、腸管出血性大腸菌O157:H7をTryptic Soy Brothにて35℃、24時間培養した。20mlの菌体を15,000rpm、2分の遠心により集菌し、上澄を除去した。TE緩衝液(LysozymeおよびAchromopeptidase 1mg/mlを含む)500μlに懸濁し、37℃、30分インキュベートした。反応後、Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, N.Y.のPreparation of Genomic DNA from Bacteriaに従いDNAを抽出・精製した。得られたDNA溶液を鋳型DNAとした。
【0036】
[マルチプレックスPCR反応]
既に報告されている3種の食中毒菌をマルチプレックスPCRにて検出する方法(J. Food Prot., 2005, 68, 551-556)に本発明プライマーセット(配列番号1、2)を追加した反応を行った。
【0037】
鋳型DNA 1μlを用い、滅菌蒸留水19.75μl、10×反応用緩衝液5μl、dNTP混合溶液5μl(dATP、dCTP、dGTP、dTTPの混合物:各2mM)、25mM MgCl 10μl、1μMプライマー(配列番号1、2)各3μl、10μMサルモネラ用プライマー各0.6μl、10μMリステリア用プライマー各0.5μl、10μM腸管出血性大腸菌O157:H7用プライマー各0.4μlおよび耐熱性DNAポリメラーゼ(AmpliTaq Gold(登録商標)DNA Polymerase(5U/μl):Applied Biosystems社製)0.25μlを加えて全量50μlの反応液を調製した。これを95℃、10分の熱変性後、95℃、20秒、60℃、30秒、72℃、30秒の過程を40サイクル行い、72℃、7分インキュベートしマルチプレックスPCR反応を行った。この反応は、PCR装置DNA Engine Dyad PTC-220(Bio-Rad社製)にて行った。
【0038】
[増幅DNAの確認]
増幅されたヌクレオチド断片を確認するため、濃度1.5%(W/V)のアガロースゲルにて定電圧100V、35分の電気泳動を行った。泳動後、エチジウムブロマイド水溶液(0.5μg/ml)にて染色し、UV照射下で断片を確認した。なお、反応液の他に分子量マーカーの泳動も同時に行い、黄色ブドウ球菌は296bp相当、サルモネラは375bp相当、リステリアは234bp相当、腸管出血性大腸菌O157:H7は120bp相当の断片が検出された場合を陽性とした。
【0039】
[結果]
表2に示した黄色ブドウ球菌、サルモネラ、リステリア、腸管出血性大腸菌O157:H7を用いてマルチプレックスPCR反応を行った結果、それぞれ296bp、375bp、234bp、120bp相当の増幅断片が検出された。また、4菌種のDNAを混合しマルチプレックスPCR反応を行った結果、296bp、375bp、234bp、120bp相当の増幅断片が全て検出された。結果を図2に示した。
【0040】
図2に示されるように、本発明においてfemA遺伝子増幅用プライマーセットを使用してマルチプレックスPCR法を実施することにより、黄色ブドウ球菌だけでなく、その他食中毒菌であるサルモネラ、リステリア、腸管出血性大腸菌O157:H7を同時に検出することが可能であった。
【0041】
【表2】

【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明のプライマーセットによる黄色ブドウ球菌の検出法は、食品や環境検体、臨床検体などの検査対象物に存在する黄色ブドウ球菌の有無を迅速にかつ特異的に判別することができる検査法として用いることができ、本発明は、乳製品、食肉製品、野菜類や魚介類などでの黄色ブドウ球菌の汚染の検出に有効な手段を提供する。また、マルチプレックスPCR法に適用し、該プライマーセットをマルチプレックスPCRに組み込んだ場合でも、他の汚染菌の検出感度に影響を与えることなく、黄色ブドウ球菌を高感度で検出する有効な方法を提供する。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
配列表の配列番号1に示される塩基配列からなるプライマーと、配列表の配列番号2に示される塩基配列からなるプライマーとからなる黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセット。
【請求項2】
請求項1記載の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットを用い、PCR法により黄色ブドウ球菌のfemA遺伝子の特定配列を増幅、検出することを特徴とする黄色ブドウ球菌の迅速かつ特異的検出方法。
【請求項3】
プライマーセットとして、請求項1記載の黄色ブドウ球菌検出用PCRプライマーセットを装備してなる黄色ブドウ球菌検出用PCR試薬キット。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2012−39977(P2012−39977A)
【公開日】平成24年3月1日(2012.3.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−186038(P2010−186038)
【出願日】平成22年8月23日(2010.8.23)
【出願人】(000253503)キリンホールディングス株式会社 (247)
【Fターム(参考)】