本研究では、Mycobacterium属向けのホットフェノール法を用いたRNA抽出法を最適化し、トランスクリプトーム解析に適した高品質なRNAを回収しました。同一条件下でTRIzolおよびRNeasyと比較した結果、本手法はより高い回収率と同等の完全性を維持しつつ、コスト効率も向上しており、大規模な遺伝子発現研究における実用的な代替手法となることが示されました。
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本研究では、Mycobacterium属向けのホットフェノール法を用いたRNA抽出法を最適化し、トランスクリプトーム解析に適した高品質なRNAを回収しました。同一条件下でTRIzolおよびRNeasyと比較した結果、本手法はより高い回収率と同等の完全性を維持しつつ、コスト効率も向上しており、大規模な遺伝子発現研究における実用的な代替手法となることが示されました。
Mycobacterium tuberculosis (Mtb)は依然として世界的な健康脅威となっており、その生物学および薬剤耐性メカニズムを理解するための信頼性の高いトランスクリプトーム研究の必要性が強調されています。このような解析は、高品質かつ高収量のRNAを得ることに依存しています。いくつかのRNA抽出法が利用可能ですが、その多くは高価な試薬、大量の培養液、または特殊な装置を必要とするため、特にリソースが限られた環境における大規模な研究への適用には限界があります。本稿では、マイコバクテリウム属に特化して最適化されたホットフェノール法によるRNA抽出法を提示します。この手法は、最小限の培養量と一般的に入手可能な試薬を用いて、ハイスループットなトランスクリプトーム解析に適した高品質なRNAを安定して抽出します。RNAの量と完全性は、ゲル電気泳動およびRNA整合性解析 (RIN) によって評価し、ダウンストリームアプリケーションへの適合性をqPCRおよびQubit 4によって確認しました。最適化された手法の性能をベンチマークするため、同一の実験条件(同一のMycobacterium種、培養量、増殖相(対数増殖期および定常期)、および溶菌条件)の下で、TRIzolおよびRNeasyを用いた並行的なRNA抽出を実施しました。これにより、収量、品質、実現可能性、およびコストの直接的な比較が可能となりました。最適化されたホットフェノール法は、試薬コストと特殊装置への依存度を大幅に削減しつつ、同等またはそれ以上のRNA収量と品質を示しました。その効率性、再現性、および経済性により、本プロトコルはMtbおよびその他のマイコバクテリウム属における大規模な遺伝子発現およびトランスクリプトーム研究のための実用的な代替案を提供します。
M. tuberculosis (Mtb)は結核 (TB) の原因菌であり、HIV/AIDSを上回り、単一の感染性病原体による死因として依然として最大の要因となっています。2024年、結核による死亡者は世界全体で約130万人に達しました1。この負担は、多剤耐性 (MDR) および広範囲薬剤耐性 (XDR) 株の有病率の上昇によってさらに深刻化しています。したがって、結核の病原性の分子基盤を理解し、新たな治療標的を特定することが急務となっています2。
Mtbの転写プロファイリングは、宿主と病原体の相互作用3、環境ストレスへの適応4、および薬剤耐性の根底にあるメカニズム5に関与する機能的要素を解明するための重要なツールとなっています。リアルタイムPCR、マイクロアレイ、RNAシーケンシング(RNA-seq)などの高度な手法により、マイコバクテリアのトランスクリプトームを分析する能力が大幅に向上しました6。しかし、これらの手法の成否は高品質なRNAの得られるかどうかに大きく依存しており、それは抽出時の効率的な細胞溶解にかかっています。Mtbの複雑なミコールイル-アラビノガラクタン-ペプチドグリカン細胞壁は、RNA抽出を特に困難にしています7。酵素加水分解8、超音波処理9、ビーズビーティング10を含む既存の溶解技術は、高価な装置や大量の培養液を必要とすることが多く、多くのBSL-3研究室における実用性を制限しています。さらに、Mtbの増殖速度が遅いため、十分なバイオマスを得るには長時間の培養が必要です11。
これらの制限を克服するために、迅速かつ経済的な、最適化されたホットフェノール法によるRNA抽出法が開発されました。対数増殖期中期の培養液をわずか3 mL使用するだけで、この方法により、下流のトランスクリプトーム解析に適した高品質なRNAが45–60 µg得られます。細胞溶解には、小型の手持ち式組織グラインダーと入手容易な試薬を使用するため、高価な装置は不要です。ホットフェノール法は以前に報告されていますが1,12、最適化されたこのホットフェノール法は、利便性、費用対効果、およびRNA収量を向上させています。最適化はM. smegmatis mc215 (Msmeg)を用いて行われ、Mtb H37Rvで正常に検証されました。
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使用した試薬および機器は、以下の通り記載されています。 材料一覧表.
1. Mycobacteriumの培養

図 1: ホットフェノール法および分析の概略図。 ここをクリックして、この図の拡大版を表示してください。
2. RNA抽出
3. DNase処理、定量および可視化
4. cDNA合成および定量リアルタイムPCR
5. 統計解析
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RNAの品質と収量
アガロースゲル電気泳動により、RNAの品質と量を評価した(Figure 2)。 すべての抽出法において、23Sおよび16S rRNAに対応する明確でシャープなバンドが観察され、全RNAの単離が成功したことが確認された。Hot Phenol法とTRIzol法では、23S(~2900 bp)、16S(~1500 bp)、および5S rRNA(~120 bp)を示す3本の明瞭なバンドが認められ、分解のない高品質なRNAであることが示された。対照的に、カラムベースのキット法では23Sと16Sのバンドのみが観察され、5S rRNAのバンドは消失しているか検出限界以下であった。これは、カラム精製中に小型RNAが優先的に失われたためと考えられる。定量的に見ると、Hot Phenol法によるRNA収量は、TRIzol法およびRNeasy法と比較してそれぞれ1.5~2倍であった(Figure 2A
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Mycobacterium向けの簡便で堅牢なRNA抽出法を開発するため、ホットフェノール法を最適化した。続いて、抽出されたRNAを、広く用いられている2つの手法であるTRIzol法およびカラムベースのキット法12,13と比較した。これらの手法を、RNAの収量、純度、完全性、コスト、および処理時間の観点から比較し、下流の分子生物学的アプリケーションへの実用性を評価した。ホットフェノール法とTRIzol法は、キット法に比べて比較的時間がかかるものの、分解のない高品質なRNAを得ることができた。3つの手法すべてで同等の純度と完全性のRNAが得られたが、ホットフェノール法は一貫してより高いRNA収量を示した。さらに、ホットフェノール法とTRIzol法で抽出したRNAは、同様のCt値を示した。しかし、ホットフェノール法とRNeasy法の間では、Ct値に統計的に有意な差が認められた。実験には等量のRNAを使用したため、すべての手法で同様のCt値が得られることが予想されていた。RNeasy法で見られたこれらの差は、R...
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著者間に利益相反はありません。すべての著者が本論文の投稿を承認しています。
バイオテクノロジー局(DBT)、インド医学研究評議会(ICMR)、および科学工学研究委員会(SERB)からの支援に感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.1 mm シリカビーズ | MP Biomedicals | MP1691050 | |
| 2-プロパノール | シグマ | 278475 | |
| Bead Ruptor 4 | Revvity | ||
| クロロホルム | シグマ | 288306 | |
| 冷却遠心分離機 | ThermoScientific | 42541217 | |
| DNase I | QIAGEN | 79254 | |
| EDTA | シグマ | E02SS | |
| HCl | SRL | 62889 | |
| ヒートブロック | MIULAB | MU-E02-1049 | |
| 高効率 cDNA 逆転写キット | Thermo Fisher Scientific | 4368814 | |
| モーター駆動式組織ホモジナイザー G10 | コロナ | G261608 | |
| NaCl | シグマ | S586 | |
| Nanophotometer N50 | 実装 | T51601 | |
| 0.1 M クエン酸緩衝液(pH 4.5)で平衡化したフェノール | シグマ | P4682 | |
| PowerUP SYBR | Applied Biosystems | A25742 | |
| Qubit 4 フッ路計 | Invitrogen | 2.32262E+12 | |
| リアルタイムPCRサーマルサイクラー | Analytik Jena AG | 844-00503-2 | |
| RNeasy Kit | Qiagen | 74104 | |
| 安全データシート | シグマ | S988 | |
| 酢酸ナトリウム | シグマ | S289 | |
| サーマルサイクラー | Bio-Rad | 621BR29739 | |
| TRI Reagent | シグマ | T9424 | |
| Tris塩基 | Himedia | MB029 | |
| β2-メルカプトエタノール | シグマ | 516732 |
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