紙ベースの装置上でのDNA酵素を用いた裸眼Yアメロジェニン遺伝子断片の検出

Naked eye Y amelogenin gene fragment detection using DNAzymes on a paper-based device.

• Enrique Azuaje-Hualde
• Susana Arroyo-Jimenez
• Gaizka Garai-Ibabe
• Marian M de Pancorbo
• Fernando Benito-Lopez
• Lourdes Basabe-Desmonts

抄録

今日では、環境モニタリング、法医学的分析、迅速な生物医学的診断アプリケーションのために、特定のDNA配列の迅速な検出のための新しい技術の開発に大きな努力がなされています。マイクロ流体ペーパーベースの分析デバイスは、その簡単な製造プロトコル、使いやすさと低コストのため、ポイントオブケアデバイスの開発に適したプラットフォームです。ここでは、紙基板内でのDNA酵素の形成に基づく比色アッセイを使用して一本鎖DNAのin situ検出のための方法論が開発されました。Y ヒトアメロゲニン遺伝子の特定の配列の存在下でのみ形成される DNAzyme を設計した。このDNA酵素の性能を、最初に溶液中で、次に紙基質中で、比色学的に追跡したところ、その反応は、Y ヒトアメロゲニン遺伝子に特異的であることがわかった。反応は、分析対象として選択されたYフラグメントに特異的であることがわかった。紙上での DNAzyme 反応により、肉眼での定性（143ng）と画像解析による定量（45.7ng）の両方で、Y の一本鎖 DNA 断片を明確に比色識別することができました。概念の証明として、すべての DNAzyme 試薬を事前にロードされたマイクロ流体紙ベースのデバイスを特徴とし、X と Y 一本鎖 DNA 断片の同時検出のために実装されています。

Nowadays, great efforts are made in developing new technology for rapid detection of specific DNA sequences, for environmental monitoring, forensic analysis and rapid biomedical diagnosis applications. Microfluidic paper-based analytical devices are suitable platforms for the development of point of care devices, due to their simple fabrication protocols, ease of use and low cost. Herein, a methodology for in situ detection of single strand DNA by using a colorimetric assay based on the formation of a DNAzyme within a paper substrate was developed. A DNAzyme that could only be formed in the presence of a specific sequence of the Y human amelogenin gene was designed. The performance of the DNAzyme was followed colorimetrically first in solution and then in paper substrates. The reaction was found to be specific to the Y fragment selected as analyte. The DNAzyme reaction on paper enabled the unequivocal colorimetric identification of the Y single strand DNA fragment both qualitatively, with the naked eye (143 ng), and quantitatively by image analysis (45.7 ng). As a proof of concept, a microfluidic paper-based device, pre-loaded with all DNAzyme reagents, was characterized and implemented for the simultaneous detection of X and Y single strand DNA fragments.

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