(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類の細菌を識別するためのプローブセットを設計するプローブ設計装置において、
塩基配列を含む識別対象細菌の情報を登録する識別対象細菌登録処理部と、
登録された各細菌に対してその塩基配列の部分配列から各細菌にユニークな部分配列をプローブとして選択するプローブ選択処理部と、
前記プローブ選択処理部においてユニークな部分配列が選択できなかった細菌がある場合、複数のプローブの組み合わせを当該細菌に対する代用プローブとして選択する複数プローブ代用処理部とを含むことを特徴とするプローブ設計装置。
【請求項２】
ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類の細菌を識別するためのプローブセットを設計するプローブ設計装置において、
複数種類の細菌を識別するための既存のプローブセットの情報を読み込む手段と、
識別対象に追加する新たな細菌の塩基配列を含む情報を読み込む識別対象細菌追加処理部と、
前記新たな細菌の追加によって前記既存のプローブセット内のプローブによる識別が困難になった細菌を検出するプローブ再検討処理部と、
前記新たな細菌を識別するためのプローブ及び前記プローブ再検討処理部によって検出された細菌を識別するためのプローブを追加するプローブ追加処理部と、
前記プローブ追加処理部においてユニークなプローブが選択できなかった細菌がある場合、複数のプローブの組み合わせを当該細菌に対する代用プローブとして選択する複数プローブ代用処理部と、
前記プローブ追加処理部及び／又は複数プローブ代用処理部による処理結果を反映してプローブセットを更新するプローブ更新処理部とを含むことを特徴とするプローブ設計装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプローブ設計装置において、前記複数プローブ代用処理部は、複数のプローブとハイブリダイズする複数種類の細菌が試料中に同時に存在する確率を一つの基準とし、当該確率が低いプローブの組み合わせを代用プローブとして選択することを特徴とするプローブ設計装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載のプローブ設計装置において、前記複数プローブ代用処理部は、混合感染・合併症の情報を用いて複数のプローブとハイブリダイズする複数種類の細菌が試料中に同時に存在する確率を評価し、当該確率が低いプローブの組み合わせを代用プローブとして選択することを特徴とするプローブ設計装置。
【請求項５】
ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類の細菌を識別するためのプローブセットを設計するプローブ設計方法において、
識別対象である細菌集合の塩基配列を含むデータを読み込むステップと、
読み込まれた各細菌の塩基配列の部分配列から各細菌にユニークな部分配列をプローブとして選択するステップと、
前記ステップにおいてユニークな部分配列が選択できなかった細菌がある場合、複数のプローブの組み合わせを当該細菌に対する代用プローブとして選択するステップとを含むことを特徴とするプローブ設計方法。
【請求項６】
ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類の細菌を識別するためのプローブセットを設計するプローブ設計方法において、
複数種類の細菌を識別するための既存のプローブセットのデータを読み込むステップと、
識別対象に追加する新たな細菌の塩基配列を含むデータを読み込むステップと、
前記新たな細菌の追加によって前記既存のプローブセット内のプローブによる識別が困難になった細菌を検出するステップと、
前記新たな細菌を識別するためのプローブ及び前記識別が困難になった細菌を識別するためのプローブを追加するプローブ追加ステップと、
前記プローブ追加ステップにおいてユニークなプローブが選択できなかった細菌があったとき、複数のプローブの組み合わせを当該細菌に対する代用プローブとして選択する代用プローブ選択ステップと、
前記プローブ追加ステップで追加されたプローブ及び／又は前記代用プローブ選択ステップによって選択されたプローブを反映してプローブセットを更新するステップとを含むことを特徴とするプローブ設計方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載のプローブ設計方法において、前記代用プローブ選択ステップは、複数のプローブとハイブリダイズする複数種類の細菌が試料中に同時に存在する確率を一つの基準とし、当該確率が低いプローブの組み合わせを代用プローブとして選択することを特徴とするプローブ設計方法。
【請求項８】
請求項５又は６記載のプローブ設計装置において、前記代用プローブ選択ステップは、混合感染・合併症の情報を用いて複数のプローブとハイブリダイズする複数種類の細菌が試料中に同時に存在する確率を評価し、当該確率が低いプローブの組み合わせを代用プローブとして選択することを特徴とするプローブ設計方法。
【請求項９】
ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類の細菌を識別するためのプローブセットを設計するために、コンピュータに、
識別対象である細菌集合の塩基配列を含むデータを読み込むステップ、
読み込まれた各細菌の塩基配列の部分配列から各細菌にユニークな部分配列をプローブとして選択するステップ、
前記ステップにおいてユニークな部分配列が選択できなかった細菌がある場合、複数のプローブの組み合わせを当該細菌に対する代用プローブとして選択するステップ
を実行させるためのプローブ設計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１０】
ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類の細菌を識別するためのプローブセットを設計するために、コンピュータに、
複数種類の細菌を識別するための既存のプローブセットのデータを読み込むステップ、
識別対象に追加する新たな細菌の塩基配列を含むデータを読み込むステップ、
前記新たな細菌の追加によって前記既存のプローブセット内のプローブによる識別が困難になった細菌を検出するステップ、
前記新たな細菌を識別するためのプローブ及び前記識別が困難になった細菌を識別するためのプローブを追加するプローブ追加ステップ、
前記プローブ追加ステップにおいてユニークなプローブが選択できなかった細菌があったとき、複数のプローブの組み合わせを当該細菌に対する代用プローブとして選択する代用プローブ選択ステップ、
前記プローブ追加ステップで追加されたプローブ及び／又は前記代用プローブ選択ステップによって選択されたプローブを反映してプローブセットを更新するステップ
を実行させるためのプローブ設計プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲット中に含まれる複数種類のDNAを判別することを目的とするDNAチップの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の遺伝子解析技術の発展によって、遺伝子の機能や構造が次第に明らかになってきた。中でもDNAチップあるいはDNAマイクロアレイ（以下、まとめてDNAチップという）の技術は、遺伝子解析に有効な手段であるとして注目されている。
【０００３】
DNAチップとは、ガラス、シリコン、プラスチックなどの基板の表面上に多数の異なったDNA（プローブ）が高密度に配置されたものである。プローブとしては、通常cDNA（PCR断片）や、20〜30mer程度の短鎖ヌクレオチドなどが用いられる。DNAチップの原理は、DNAを構成する４つの塩基A（アデニン）、T（チミン）、G（グアニン）、C（シトシン）において、AとT、GとCが互いに水素結合する性質、すなわちハイブリダイゼーションに基づいている。蛍光物質などで標識したDNAあるいはRNA（ターゲット）は、このDNAチップ上のプローブとハイブリダイゼーションをすることで捕獲される。捕獲されたDNAは各スポットからの蛍光シグナルとして検出され、これをコンピュータでデータ解析することにより試料中の数千から数万のDNAの状況を一挙に観測できる。
【０００４】
DNAチップの利用方法の一つとして、試料中の遺伝子（またはDNA断片）を捕獲することで、調べたいDNAが試料に含まれているか観測したり、捕獲したDNAの配列を読み取ったり、SNPなどのDNAの多型部分を調べる利用法（SBH法）がある。
DNAチップの利用法の一例として、臨床検査における細菌同定を挙げて説明する。従来、臨床検査で細菌を同定するためには、細菌を培養して形状や生化学的性質を観察したり、免疫反応を確認したりしなくてはならなかったため、多くの日数がかかった。また、複数種類の細菌を同定するためには、それぞれの種類について別々に生物学的実験を行う必要があった。そのため、臨床の現場では時間やコストの問題から、分離頻度の高い細菌だけを対象として同定を行っており、分離頻度は低いが重篤な症状を呈する細菌の同定精度が悪いという問題点があった。
【０００５】
DNAチップを用いた細菌同定では、DNA配列データベースなどから各細菌のDNA配列情報を入手する。細菌毎にDNA配列から特異的な部分配列を選別し、これをプローブとしてDNAチップ上に配置する。一方、患者から採取した血液や痰などの試料から細菌のDNAを抽出し、PCRで増幅してDNAチップと反応させる。
【０００６】
図１はこれを模式的に表した図である。細菌P、Q、Rなど20種類の細菌についてDNA配列からそれぞれ特異的な部分配列を選別し、DNAチップ上に配置している。これらのプローブの位置は横No（１〜５）と縦No（１〜４）で表現する。患者の血液・痰などから抽出された細菌のDNAを含む試料１１０とDNAチップ１００上のプローブとを反応させた結果、（横No１、縦No２）と（横No３、縦No５）に対応する二つのスポットからシグナルが観測されたとする。この時、プローブの位置情報を管理する表から、細菌[Actinobacillus actinomycetemcomitans] （横No１、縦No２）と細菌[Klebsiella oxytoca] （横No３、縦No５）が試料に混入していると分かる。
【０００７】
このように、DNAチップを用いた細菌同定では、チップ上に複数種類のプローブを配置できるため、一枚のチップで多くの種類の細菌を網羅的に検出できる。また、細菌を培養する必要がないため、検出に要する時間も短縮できる。
DNAチップを用いた細菌同定は将来、病院、保健所、検疫機関などで利用可能になると期待されている。これらの機関では、DNAチップに配置するプローブを設計したりプローブやDNAチップ作成装置を用意したりする必要はなく、購入したチップを用いて検出すればよいので、簡便に利用できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
実際の現場でこのようなDNAチップを利用するためには、二つの課題がある。一つ目の課題は、DNAチップ上に配置するプローブを設計した後で新たに識別対象のDNAが加わった場合に、新たな細菌に対応したDNAチップを製造するために多くの手間を要する点である。例えば、臨床検査や食品検査などにおける実際の細菌同定では、下の例に挙げるように、今まで着目されていなかった細菌や突然変異で現れた新種の細菌が流行し、検出・識別の必要が生じる場合がある。
【０００９】
例１：突然変異により薬剤耐性を獲得した黄色ブドウ球菌や緑膿菌が出現した
例２：食中毒が流行したので、原因となった細菌の検出需要が急増する
このような新しい細菌は、それまで用いていたプローブでは検出・識別できない。したがって、新たに加わった細菌にも対応できるよう、DNAチップ上にスポットするプローブの情報を更新し、新しいプローブ情報に基づいて製造されたDNAチップを用いて検出を行う必要がある。
【００１０】
しかし、新たに識別対象の細菌が加わることにより、既存の細菌に対応するプローブも変更しなくてはならない。現在提案されているDNAチップ用プローブ設計方法は、まず、それぞれのDNA配列に対してユニークな部分配列を列挙してプローブの候補とし、次に、
・それぞれのスポットでの反応温度が均一になるようにする
・プローブが自分自身で絡み合わない
・誤ってハイブリダイゼーションしてしまう確率を小さくする
などの条件を考慮し、候補を絞り込んで最適なプローブの組合せを得る（Ken-ichi Kurata et al.: Probe Design for DNA Chips: Genome Informatics 1999, 225-6,1999）。ところが新たに識別対象の細菌が加わると、プローブがユニークでなくなったり、反応温度が均一でなくなったり、誤ってハイブリダイゼーションする確率が大きくなったりするため、多くのプローブが最適でなくなる恐れがある。
【００１１】
図２は、新たに識別対象の細菌が加わったことによりプローブが最適でなくなる様子を示したものである。実線で囲まれた楕円は、DNAチップ新規設計時、すなわち、識別対象の細菌が加わる前の、プローブ選別の過程を示す。それぞれの楕円は、部分配列全体２００、DNAチップ設計時ユニークな部分配列の集合２１１、設計時ユニークかつ反応温度が均一になるプローブ候補の集合２１２、設計時ユニークかつ反応温度が均一かつ自分自身で絡み合わないプローブ候補の集合２１３、設計時ユニークかつ反応温度が均一かつ自分自身で絡み合わないかつ誤ってハイブリダイゼーションする確率が低いプローブ候補の集合２１４を表す。図示するプローブ候補２２１，２２２，２２３はそれぞれ、反応温度条件を満たさない、自分自身で絡み合う、誤ってハイブリダイゼーションする確率が高い、という理由で候補から除かれる例である。このように条件を強めていってプローブ候補を絞り込み、一番内側の集合２１４に含まれるプローブ２３１，２３２を用いていた。
【００１２】
その後、識別対象の細菌を追加し、それぞれの条件を満たす集合が実線から点線へ変わってしまったとする。すなわち、点線で示す集合２４１は細菌追加時ユニークな部分配列の集合、集合２４２は細菌追加時ユニークかつ反応温度が均一になるプローブ候補の集合、集合２４３は細菌追加時ユニークかつ反応温度が均一かつ自分自身で絡み合わないプローブ候補の集合、集合２４４は細菌追加時ユニークかつ反応温度が均一かつ自分自身で絡み合わないかつ誤ってハイブリダイゼーションする確率が低いプローブ候補の集合である。その結果、プローブ２３１は誤ってハイブリダイゼーションする確率が高くなってしまい、プローブ２３２はユニークでなくなるので、これら２つのプローブは、新たに細菌が加わったことにより最適でなくなってしまう。
【００１３】
新しく識別対象に加わった細菌に対応するため、新しい細菌を含む入力に対して上記アルゴリズムを適用して最適なプローブの組合せを選び直すと、図２に示したプローブ２３１やプローブ２３２のような多くのプローブを差し替えなくてはならなくなる。
【００１４】
DNAチップ製造会社では、新たな細菌に対応したDNAチップを製造するために、新しく追加されたプローブ毎に検証実験を行ってその有効性を確認し、新しいプローブ用DNA断片を用意する必要があるため、多くの時間とコストを要する。また、DNAチップを用いて細菌検出を行う病院、保健所、検疫機関などでは、今までに購入したDNAチップに代えて新たな細菌に対応したDNAチップを購入して細菌検出を行わなくてはならない。特に、即時性が要求されている現場では、新たなDNAチップを購入するまで長い時間がかかるのは大きな問題である。
【００１５】
二つ目の課題は、必ずしもそれぞれの識別対象のDNAにユニークなプローブが選択できるとは限らない点である。プローブがユニークであるとは、そのDNA配列にはプローブが部分配列として含まれるが、他のDNA配列には部分配列として含まれないことである。ユニークなプローブを用いれば、他のDNAの有無に関わらず「このプローブからシグナルが観測されればこのDNAが混入している、観測されなければ混入していない」という判断ができる。それぞれの種類のDNAについてユニークな部分配列をプローブとして用意しておけば、全てのDNAの組合せを正しく判断できる。
【００１６】
しかし、識別対象のDNAの一つが他のDNAと非常に似通っており、ユニークな部分配列が選択できないことがある。図３は、DNA配列Rにユニークな部分配列が存在しない例である。RのDNA配列は、PやQと共通であるため、ユニークな部分配列が選択できない。上記のプローブ設計方法は、それぞれのDNA配列に対してユニークな部分配列が存在すると仮定しているため、このようなケースには対応できない。
【００１７】
本発明では、従来技術の問題点に鑑み、識別対象のDNAの種類が後から加えられたときに柔軟に対応できるプローブ設計法を提供することを目的とする。また、識別対象のDNA配列にユニークなプローブが設計できない場合にも、試料中に含まれるDNAの識別精度を最大化するプローブ設計法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
識別対象のDNAにユニークなプローブが選択できない場合には、以下の方針で識別する。
・複数のプローブを用いて、正しく識別できる確率を高くする。
・複数種類のDNAが同時に存在する可能性を考慮して、正しく識別できる確率を最大化するプローブの組を選別する。
これにより、識別精度を向上できる。
【００１９】
識別対象のDNAが後から加えられたときには、以下の方針で新たなDNAに対応したDNAチップを製造する。
・最初にプローブを設計するときに、一種類のDNAに対して複数の異なるプローブを用意しておく。新たに識別対象のDNAが加わり一部のプローブが使えなくなっても、残りのプローブを用いて識別できる。
【００２０】
また、既存のプローブでは識別できなくなった場合も、医学的・生物学的知識を用いて識別できるのであれば、プローブを追加しない。これにより、新たな細菌に対応したDNAチップを製造するためには、一部のDNAについてプローブを追加するだけで済み、検証実験を行ったりプローブ用DNA断片を用意したりするための時間的・金銭的コストが削減される。
【００２１】
本発明によるプローブ設計装置及びプローブ設計方法は、以下のような特徴を有する。
（１）ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類のターゲットを識別するためのプローブセットを設計するプローブ設計装置において、塩基配列を含む識別対象ターゲットの情報を登録する識別対象ターゲット登録処理部と、登録された各ターゲットに対してその塩基配列の部分配列から各ターゲットにユニークな部分配列をプローブとして選択するプローブ選択処理部と、前記プローブ選択処理部においてユニークな部分配列が選択できなかったターゲットがある場合、複数のプローブの組み合わせを当該ターゲットに対する代用プローブとして選択する複数プローブ代用処理部とを含むことを特徴とするプローブ設計装置。
【００２２】
（２）ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類のターゲットを識別するためのプローブセットを設計するプローブ設計装置において、複数種類のターゲットを識別するための既存のプローブセットの情報を読み込む手段と、識別対象に追加する新たなターゲットの塩基配列を含む情報を読み込む識別対象ターゲット追加処理部と、前記新たなターゲットの追加によって前記既存のプローブセット内のプローブによる識別が困難になったターゲットを検出するプローブ再検討処理部と、前記新たなターゲットを識別するためのプローブ及び前記プローブ再検討処理部によって検出されたターゲットを識別するためのプローブを追加するプローブ追加処理部と、前記プローブ追加処理部においてユニークなプローブが選択できなかったターゲットがある場合、複数のプローブの組み合わせを当該ターゲットに対する代用プローブとして選択する複数プローブ代用処理部と、前記プローブ追加処理部及び／又は複数プローブ代用処理部による処理結果を反映してプローブセットを更新するプローブ更新処理部とを含むことを特徴とするプローブ設計装置。
【００２３】
（３）（１）又は（２）のプローブ設計装置において、前記複数プローブ代用処理部は、複数のプローブとハイブリダイズする複数種類のターゲットが試料中に同時に存在する確率を一つの基準とし、当該確率が低いプローブの組み合わせを代用プローブとして選択することを特徴とするプローブ設計装置。
（４）（１）又は（２）のプローブ設計装置において、前記複数プローブ代用処理部は、混合感染・合併症の情報を用いて複数のプローブとハイブリダイズする複数種類のターゲットが試料中に同時に存在する確率を評価し、当該確率が低いプローブの組み合わせを代用プローブとして選択することを特徴とするプローブ設計装置。
【００２４】
（５）ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類のターゲットを識別するためのプローブセットを設計するプローブ設計方法において、識別対象であるターゲット集合の塩基配列を含むデータを読み込むステップと、読み込まれた各ターゲットの塩基配列の部分配列から各ターゲットにユニークな部分配列をプローブとして選択するステップと、前記ステップにおいてユニークな部分配列が選択できなかったターゲットがある場合、複数のプローブの組み合わせを当該ターゲットに対する代用プローブとして選択するステップとを含むことを特徴とするプローブ設計方法。
【００２５】
（６）ハイブリダイゼーションを介して識別対象である複数種類のターゲットを識別するためのプローブセットを設計するプローブ設計方法において、複数種類のターゲットを識別するための既存のプローブセットのデータを読み込むステップと、識別対象に追加する新たなターゲットの塩基配列を含むデータを読み込むステップと、前記新たなターゲットの追加によって前記既存のプローブセット内のプローブによる識別が困難になったターゲットを検出するステップと、前記新たなターゲットを識別するためのプローブ及び前記識別が困難になったターゲットを識別するためのプローブを追加するプローブ追加ステップと、前記プローブ追加ステップにおいてユニークなプローブが選択できなかったターゲットがあったとき、複数のプローブの組み合わせを当該ターゲットに対する代用プローブとして選択する代用プローブ選択ステップと、前記プローブ追加ステップで追加されたプローブ及び／又は前記代用プローブ選択ステップによって選択されたプローブを反映してプローブセットを更新するステップとを含むことを特徴とするプローブ設計方法。
【００２６】
（７）（５）又は（６）のプローブ設計方法において、前記代用プローブ選択ステップは、複数のプローブとハイブリダイズする複数種類のターゲットが試料中に同時に存在する確率を一つの基準とし、当該確率が低いプローブの組み合わせを代用プローブとして選択することを特徴とするプローブ設計方法。
【００２７】
（８）（５）又は（６）のプローブ設計装置において、前記代用プローブ選択ステップは、混合感染・合併症の情報を用いて複数のプローブとハイブリダイズする複数種類のターゲットが試料中に同時に存在する確率を評価し、当該確率が低いプローブの組み合わせを代用プローブとして選択することを特徴とするプローブ設計方法。
【００２８】
（９）（５）〜（８）のいずれか記載のプローブ設計方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
（１０）（５）〜（８）のいずれか記載のプローブ設計方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下では、細菌同定を例に挙げ、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図４は、本発明のシステムの概略構成図である。このシステムは、
細菌のDNA配列の情報や、細菌が検出される場所、合併症や混合感染などの医学的・生物学的情報を保存した細菌データベース４００、既に設計したDNAチップの情報（識別対象としている細菌、それぞれの細菌に対するプローブの情報など）を保存したDNAチップデータベース４０１、設計したプローブの情報を出力するための表示装置４０２、識別対象に加える細菌や更新するDNAチップを選択するためのキーボード４０３及びマウスなどのポインティングデバイス４０４、プローブ選別を行う中央処理装置４０５、中央処理装置４０５での処理に必要なプログラムを格納するプログラムメモリ４０６、中央処理装置４０５での処理に必要なデータを格納するデータメモリ４１５から成る。
【００３０】
プログラムメモリ４０６は、新規にDNAチップを設計する際に識別対象細菌を登録する識別対象細菌登録処理部４０７、既存のDNAチップに対して識別対象の細菌を追加登録する識別対象細菌追加処理部４０８、新規にDNAチップを設計する際にプローブを選別するプローブ新規選択処理部４０９、既存のDNAチップに対して識別対象の細菌を追加する場合、既存のプローブと実験条件が揃うように、プローブを選び足すプローブ更新処理部４１０、設計したプローブ情報を表示するプローブ情報表示処理部４１４を備える。プローブ新規設計処理部４０９とプローブ更新処理部４１０は、識別対象のDNAにユニークなプローブが設計できなかった場合に複数のプローブで代用する複数プローブ代用処理部４１１を含む。プローブ更新処理部４１０は、新しく識別対象のDNAが追加されても既存のプローブで識別できるかどうか判断するプローブ再検討処理部４１２、既存のプローブと実験条件が揃うように、プローブを選び足すプローブ追加処理部４１３を含む。
データメモリ４１５は、細菌の医学的・生物学的情報のデータを保持する細菌データ４１６、及びDNAチップのデータを保持するDNAチップデータ４１７を備える。
【００３１】
図２４は、識別対象細菌登録処理部４０７による処理画面（識別対象細菌登録画面）の例である。この処理画面は、新規にDNAチップを設計するために識別対象の細菌を登録する際に用いる。２４００は、DNAチップの識別名である。２４０１は、細菌データベース４００に登録されている細菌のリストである。ここから、識別対象とする細菌を選択する。２４０２は、識別対象として選択した細菌を表示する列である。選択した細菌の欄にはレ印が表示される。２４０３は、細菌の名前（和名）である。２４０４は、細菌の名前（学名）である。２４０５は、細菌が検出される場所である。ここでは菌の和名と学名と検出される場所のみを表示しているが、病状やDNA配列データなどの情報を表示してもよい。２４０６は、選択した細菌の数であり、２４０２に表示されているレ印の個数と同じ値である。２４０７は、決定ボタンである。このボタンを押すと、現在選択している細菌が識別対象として確定される。
【００３２】
図２５は、識別対象細菌追加処理部４０８による処理画面（識別対象細菌追加画面）の例である。この処理画面は、既存のDNAチップに対し識別対象の細菌を追加する際に用いる。２５００は、DNAチップの識別名である。２５０１は、このDNAチップを設計した年月日である。２５０２は、このDNAチップを最後に更新した年月日である。設計・更新とも、ここでは年（西暦）と月と日のみ表示しているが、年に元号を用いたり年月日の他に時間を表示したりしても良い。また、更新履歴などの情報を表示しても良い。２５０３は、細菌データベースに登録されている細菌のリストであり、２４０１と同じ物である。ここから、識別対象に加える細菌を選択する。２５０４は、識別対象として追加した細菌を表示する列である。元から識別対象だった細菌の欄はレ印が表示された状態で固定されている。元は識別対象としていなかった細菌のうちで新たに識別対象に加える細菌を選択すると、新たにレ印が表示される。２５０５は、細菌の名前（和名）である。２５０６は、細菌の名前（学名）である。２５０７は、細菌が検出される場所である。ここでは菌の和名と学名と検出される場所のみを表示しているが、病状やDNA配列データなどの情報を表示してもよい。２５０８は、元から識別対象だった細菌の数であり、２５０４でレ印が表示された状態で固定されている細菌の数と同じ値である。２５０９は、新たに追加する細菌の数であり、２５０４に加わったレ印の数と同じ値である。２５１０は、決定ボタンである。このボタンを押すと、現在選択している細菌が識別対象として追加される。２５１１は、キャンセルボタンである。このボタンを押すと、識別対象としている細菌は変更されないことになる。
【００３３】
図５は、プローブ表示処理部４１４による処理画面（プローブ選別結果表示画面）の例である。この処理画面は、本システムが選別したプローブの情報を表示する際に用いる。５００は、DNAチップの識別名である。５０１は、このDNAチップを設計した年月日である。５０２は、このDNAチップを最後に更新した年月日である。設計・更新とも、ここでは年（西暦）と月と日のみ表示しているが、年に元号を用いたり年月日の他に時間を表示したりしても良い。また、更新履歴などの情報を表示しても良い。５０３は、このDNAチップが識別対象としている細菌の数である。５０４は、このDNAチップが識別対象としている細菌の一覧表である。表の行数は、５０３と同じ値である。マウス４０４やキーボード４０３を用いて、このリストから細菌を選択できる。ここでは菌の識別番号と和名と対応するプローブの数のみを表示しているが、学名やDNA配列データなどの情報を表示してもよい。５０５は、リスト５０４から選択された細菌に対応するプローブの一覧表である。ここではプローブの長さ、細菌のDNAにおける位置、反応温度のみを表示しているが、自分自身で絡み合ってしまう確率や他の細菌のDNAと誤って反応してしまう確率、他のプローブとの位置関係などを表示してもよい。
【００３４】
図６は、細菌データベース４００から読み出して、データメモリ４１５の細菌データ４１６で保持する細菌の医学的・生物学的情報のデータ構造の例である。
６００は、細菌のID番号である。全ての細菌について一意であり、この番号を用いて細菌を識別する。６０１は、和名である。６０２は、学名である。６０３は、DNA配列である。６０４は、この細菌が検出される場所である。６０５は、この細菌と合併症を起こしたり混合感染したりする可能性のある細菌のID番号６００の一覧である。ここでは細菌IDが３の細菌との混合感染と、細菌IDが１５及び２４の細菌との混合感染の可能性があることを示す。６０５は冗長性のある記述になっている。すなわち、細菌ID３、１５及び２４の細菌の６０５には、それぞれ、（１と３）、（１と１５と２４）、（１と１５と２４）が含まれている。これらのほか、種や属、症状などの情報を保持しても良い。
【００３５】
図７は、DNAチップデータベース４０１から読み出して、データメモリ４１５のDNAチップデータ４１７で保持するDNAチップのデータ構造の例である。本システムでは、DNAチップのプローブの設計・更新にこのデータ構造を用いる。
７００は、このDNAチップの識別名である。図５のプローブ選別結果表示画面ではチップ識別名５００にこの識別名を表示する。７０１および７０２は、このDNAチップの設計日および最終更新日である。プローブ選別結果表示画面では５０１と５０２に表示する。７０３は、識別対象としている細菌の数である。プローブ選別結果表示画面では５０３に表示する。７０４は、識別対象としている細菌の集合である。次に示すTargetData構造体のデータをリスト構造で保持し、先頭の要素へのポインタをここに格納する。リストの要素数は７０３の値と同じである。
【００３６】
７０５から７０８は、TargetData構造体のデータを示している。７０５は、細菌のID番号である。７０６は、この細菌を識別するために選別されたプローブの数である。７０７は、この細菌を識別するために選別されたプローブの集合である。次に示すProbeData構造体のデータをリスト構造で保持し、先頭の要素へのポインタをここに格納する。リストの要素数は７０６の値と同じである。７０８は、次のTargetData構造体を指すポインタである。最後の細菌だった場合は、ヌルポインタになる。
【００３７】
７０９から７１６は、ProbeData構造体のデータを示している。７０９は、プローブのDNA配列である。プローブ選別結果表示画面の５０５にこの情報を表示する。７１０は、プローブのDNA中における開始位置で、細菌のDNA配列の先頭から数えて何塩基目であるかを示す。プローブ選別結果表示画面の５０５にこの情報を表示する。７１１は、プローブのハイブリダイゼーション温度である。プローブ選別結果表示画面の５０５にこの情報を表示する。７１２は、このプローブが自分自身で絡み合ってしまう度合いである。プローブ選別結果表示画面の５０５にこの情報を表示しても良い。７１３は、このプローブが誤って他の細菌とハイブリダイゼーションしてしまう度合いである。プローブ選別結果表示画面の５０５にこの情報を表示しても良い。７１４および７１５は、このプローブのDNAチップ上の位置を示す。それぞれ、縦Noと横Noの値を保持する。７１６は、次のProbeData構造体を指すポインタである。最後のプローブだった場合は、ヌルポインタになる。
【００３８】
図８は、本発明の概略処理フローである。以下、フローに沿って処理の流れを説明する。
まず、キーボード４０３やマウス４０４などを用いて、DNAチップ上のプローブを新規に設計するのか、既存のDNAチップ上のプローブ情報を更新するのかをユーザに選択させる（ステップ８０１）。ステップ８０１において、新規にDNAチップを設計するのであれば、まず、識別対象細菌登録処理部４０７による処理を実行する。すなわち、キーボード４０３やマウス４０４などを用いて、識別対象の細菌の集合をユーザに入力させ、対応するデータを細菌データベース４００から読み込む（ステップ８０２）。ここで読み込むデータの構造は、図６で示したBacteriaDataである。ここでの画面イメージは、図２４に示した通りである。選択された細菌の情報をデータメモリの細菌データ４１６及びデータメモリのDNAチップデータ４１７のTargetDataに登録し、次の要素へのポインタ７０８によってリスト構造でつなげる。次に、プローブ新規選択処理部４０９による処理を実行する。すなわち、これらのデータに基づき、DNAチップ上のプローブの選択を行う（ステップ８０３）。プローブ選択の処理の詳細は、後で説明する。
【００３９】
ステップ８０１において、既存のDNAチップ上のプローブ情報を更新するのであれば、まず、キーボード４０３やマウス４０４などを用いて、更新対象のDNAチップをユーザに選択させ、対応するデータをDNAチップデータベース４０１から読み込み、データメモリのDNAチップデータ４１７に登録する（ステップ８０４）。ここで読み込むデータの構造は、図７で示したChipDataである。また、選択したDNAチップが識別対象としている細菌のデータを細菌データベース４００から読み込む。ここで読み込むデータの構造は、図６で示したBacteriaDataである。次に、識別対象細菌追加処理部４０８による処理を実行する。すなわち、キーボード４０３やマウス４０４などを用いて、新たに識別対象に加える細菌をユーザに選択させ、対応するデータを細菌データベース４００から読み込む（ステップ８０５）。ここで読み込むデータの構造は、図６で示したものである。ここでの画面イメージは、図２５に示した通りである。選択された細菌の情報をデータメモリの細菌データ４１６及びデータメモリのDNAチップデータ４１７のTargetDataに登録し、次の要素へのポインタ７０８によってリスト構造を伸ばす。その後、プローブ更新処理部４１０による処理を実行する。すなわち、これらのデータに基づき、DNAチップ上のプローブ情報を更新する（ステップ８０６）。プローブ情報更新処理の詳細は、後で説明する。
最後に、プローブ情報表示処理部４１４による処理を実行する。すなわち、選別結果を表示し、DNAチップデータベース４０１に保存する（ステップ８０７）。ここでの画面イメージは、図５に示した通りである。
【００４０】
図９は、プローブ新規選択処理部４０９による処理、すなわち、図８における新規にDNAチップ上のプローブを選択する処理（ステップ８０３）の詳細フローである。以下、フローに沿って処理の流れを説明する。
まず、それぞれの細菌に対して、その部分配列を列挙し、プローブ候補の集合とする（ステップ９００）。図１０に示すように、その細菌のDNA配列に含まれる全ての部分配列を、プローブ候補とし、その後、Tm値や自分自身で絡み合う度合い、ミスハイブリダイゼーションする度合いなどの条件を満たすプローブ候補を選別する（ステップ９０１〜９０３）。図１０では、プローブの長さは全て同じになっているが、さまざまな長さのプローブを設計しても構わない。その場合は、それぞれの長さの部分文字列を列挙する。
【００４１】
全てのプローブ候補のTm値が均一になるように、プローブ候補を選別する（ステップ９０１）。Tm値とは、DNAの二本鎖が一本鎖になるとき（またはその逆の）温度のことであり、DNA配列中に含まれるG（グアニン）とC（シトシン）の割合（GC含量）によって決まる。DNAチップ上のプローブは、全て同じ温度で実験されるので、Tm値が均一になっていることが望ましい。
【００４２】
図１１は、Tm値が均一になるようにプローブを選別する状況を示した図である。細菌Pのプローブ候補が三つ（プローブ候補１，２，３）あり、それぞれGC含量は２、１、３である。また、細菌Qのプローブ候補が二つ（プローブ候補１，２）あり、それぞれ、GC含量は３、４である。このような場合、細菌Pのプローブ候補▲３▼と細菌Qのプローブ候補▲１▼を選んだ場合は、GC含量が３になり、Tm値が均一になる。Tm値のばらつきは５℃以内程度に抑えるのが好ましい。
【００４３】
それぞれの細菌について、プローブ候補から自分自身で絡み合わないものを選別する（ステップ９０２）。図１２に示すように、プローブが自分自身で絡み合ってしまうと、試料中のDNAを捕獲することができない。従って、検出の感度を上げるためには、絡み合いにくいプローブを選別する必要がある。プローブが絡み合いやすいかどうかの判断基準としては、スタッキング構造・バルジループ構造・インターナルループ構造・ヘアピン構造・分岐ループ構造などに対してNearest-Neighbor法を用いて自由エネルギーを計算する手法が知られている。
【００４４】
それぞれの細菌について、誤って他の細菌とハイブリダイゼーションしにくいプローブを選別する（ステップ９０３）。図１３に示すように、プローブと試料中のDNAとが類似していると部分的にハイブリダイゼーションしてしまうことがあり、これはミスハイブリダイゼーションと呼ばれている。図１３の左の例ではプローブの中ほどでTとGになっており、右の例ではプローブの先端でCとTになっているが、その他は全てAとT、GとCの組合せになっている。このようにミスハイブリダイゼーションしてしまうと、プローブに対応しない細菌が誤って検出される。
【００４５】
それぞれの細菌について、プローブ候補のうちユニークなものを選ぶ。ユニークなプローブ候補が存在しない細菌に対しては、複数プローブ代用処理部４１１を実行し、複数のプローブ候補で代用する。複数のプローブで代用する処理の詳細は後で説明する（ステップ９０４）。
【００４６】
最後に、ステップ９００〜９０４で選ばれたプローブ候補をプローブとする（ステップ９０５）。すなわち、それぞれの細菌に対応するプローブの情報を、プローブの情報をメンバ７０９〜７１５に登録し、次の要素へのポインタ７１６によってリスト構造でつなげていく。
ここではプローブが満たすべき条件を、反応温度、自分自身で絡み合う度合い、他の細菌のDNAと誤ってハイブリダイゼーションする度合い、ユニークであること、の順に考慮したが、これらの順序は変更しても構わない。
【００４７】
図１４は、プローブ更新処理部４１０による処理、すなわち、図８における既存のDNAチップ上のプローブ情報を更新する処理（ステップ８０６）の詳細フローである。以下、フローに沿って処理の流れを説明する。
まず、プローブ追加処理部４１３による処理を実行し、新しく加えられた細菌Xを識別するために追加するプローブを選び、ChipDataに登録する（ステップ１４００）。追加するプローブを選ぶ処理については、後で詳しく説明する。次に、プローブ再検討処理部４１２による処理を実行し、今まで識別対象としていた細菌のうち、識別できなくなった細菌があるか調べる（ステップ１４０１）。この処理についても、後で詳しく説明する。今まで識別対象としていた細菌のうち、細菌Xが識別対象に加わったために識別できなくなってしまうもの（細菌Yと呼ぶ）が存在する場合がある。このような細菌Yが存在する場合は、プローブ追加処理部４１３による処理を実行して細菌Yを識別するためのプローブを追加し、プローブのリスト７０４を更新する（ステップ１４０２、１４０３）。また、ステップ１４０２において識別できない細菌が一つもない場合は、処理を終了する。
【００４８】
図１５は、プローブ追加処理部４１３による処理、すなわち、図１４における新しく加えられた細菌Xを識別するために追加するプローブを選別する処理（ステップ１４００）の詳細フローである。細菌Yを識別するためのプローブを追加する処理（ステップ１４０３）も同様である。以下、フローに沿って処理の流れを説明する。
【００４９】
まず、細菌Xの部分配列を列挙し、プローブ候補の集合とする（ステップ１５０５）。すでにいくつかプローブを設計してある細菌に対して追加のプローブを選別するときは、候補の集合から既存のプローブを除いておく。次に、プローブ候補のうち、ほかのプローブとTmが近いものを選ぶ（ステップ１５０１）。
【００５０】
図１６は、新しく識別対象に加わった細菌Xに対して、ほかのプローブとTmが近いプローブ候補を選ぶ状況を示した図である。細菌P、Qを識別対象として設計されたDNAチップに、新たに識別対象として細菌Xが加わったとする。細菌P、QのプローブのGC含量は1又は2である。したがって、この場合細菌Xのプローブについてもこの範囲のGC含量を持つもの（細菌Xのプローブ候補１、３）を用いれば、DNAチップ全体のTm値を均一にすることができ、実験精度を高められる。
その後、プローブ候補のうち、自分自身で絡み合わないものを選ぶ（ステップ１５０２）。この処理は、ステップ９０２における処理と同様である。
【００５１】
他の細菌のDNAと誤ってハイブリダイゼーションする確率が低い候補を選ぶ（ステップ１５０３）。この処理は、ステップ９０３における処理と同様である。プローブ候補のうち、細菌Xにユニークなものがあれば、それを細菌Xのプローブとする（ステップ１５０４）。ユニークなプローブ候補が存在しなかったら、複数のプローブで代用する。複数のプローブで代用する処理の詳細は後で説明する。
【００５２】
このようにして選ばれたプローブ候補を細菌Xのプローブとし、ProbeDataに登録する。すなわち、プローブの情報をメンバ７０９〜７１５に登録し、次の要素へのポインタ７１６によってリスト構造でつなげていく（ステップ１５０５）。ここでも図９同様、プローブが満たすべき条件を、反応温度、自分自身で絡み合う度合い、他の細菌のDNAと誤ってハイブリダイゼーションする度合い、ユニークであること、の順に考慮したが、これらの順序は変更しても構わない。
【００５３】
図１７は、プローブ再検討処理部４１２による処理、すなわち、図１４における識別できない細菌があるか調べる処理（ステップ１４０１）の詳細フローである。フローに示す処理を、それぞれの細菌について行う。以下、フローに沿って処理の流れを説明する。
【００５４】
まず、細菌Yのプローブのうち、細菌Xとも反応してしまうものをプローブのリスト７０７から除く（ステップ１７００）。なぜなら、後から加えられた細菌のDNA配列が、プローブの配列を部分配列として含む場合があるからである。図１８は、細菌P、Q、Yを識別対象としてプローブを設計しておいたところへ、新たに識別対象の細菌として細菌Xが追加された状況を示している。細菌XのDNA配列は、細菌Yのプローブを部分配列として含むため、細菌Yのプローブは細菌X、Yの両方と反応する。細菌Xが追加されたことにより、細菌Yのプローブを用いて細菌Yの存在を正しく判断できなくなってしまった。
【００５５】
次に、細菌Yのプローブのうち、細菌Xとミスハイブリダイゼーションをしてしまうものをプローブのリスト７０７から除く（ステップ１７０１）。なぜなら、新しく識別対象に加わった細菌Xと細菌Yのプローブが高い確率でミスハイブリダイゼーションする場合があるからである。図１９は、細菌P、Q、Yを識別対象としてプローブを設計しておいたところへ、新たに識別対象の細菌として細菌Xが追加された状況を示している。細菌Yのプローブは、細菌P、QのDNA配列とは類似度が低いので、細菌Xが加わるまではミスハイブリダイゼーションが起こる可能性は低かった。しかし、細菌XのDNA配列は細菌Yのプローブと類似度が高いので細菌YとXを誤って判断してしまう可能性が高い。細菌Xが追加されたことにより、細菌Yのプローブは最適ではなくなってしまった。
【００５６】
ステップ１７００と１７０１でプローブを除いた結果、プローブのリストが空になったかどうか調べる（ステップ１７０２）。空になってしまったのであれば、細菌Yと識別対象に加わった細菌Xとを識別することができないので、ステップ１４０３で説明したようにプローブを追加する必要がある。空にならなかったのであれば、残ったプローブで細菌Yを識別できるので、プローブを追加する必要はない。
【００５７】
図２０は、複数プローブ代用処理部４１１による処理、すなわち、図９および図１５における識別対象の細菌Zにユニークなプローブが設計できない場合に複数のプローブで代用する処理（ステップ９０４および１５０４）の詳細フローである。図２１は、細菌ZのDNA配列が細菌B1、B2、B3、B4と共通であるため、ユニークな部分配列を選択できない様子を示したものである。以下では簡単のため、細菌B1、B2、B3、B4のそれぞれについてはユニークなプローブを設計できるものとして、処理の流れを説明する。
【００５８】
まず、細菌Zの部分配列を全て列挙し、プローブ候補とする（ステップ２０００）。図２１では説明を簡単にするため、P1、P2、P3の三つのみをプローブの候補とするが、実際には細菌Zの全ての部分配列をプローブ候補とする。次に、プローブ候補のそれぞれについて、細菌Z以外に反応してしまう細菌がどれだけあるか調べる（ステップ２００１）。図２１では、プローブ候補P１は細菌B1ともハイブリダイゼーションし、プローブ候補P２は細菌B２ともハイブリダイゼーションし、プローブ候補P３は細菌B３、B４ともハイブリダイゼーションする。
【００５９】
その後、以下の二つの方針で正しく識別できる確率を高くする（ステップ２００２）。第一の方針は、複数のプローブを用いることである。まず、P１を細菌Zのプローブとして用いる場合を考える。図２２に示すように、細菌B１が存在すると細菌Zの存在に関わらずP１からシグナルが観測される。したがって、細菌B１が存在すると（細菌B２の存在には関わらず）、細菌Zが存在するのかどうかプローブのシグナルだけからは判断できない。次に、P１とP２を細菌Zのプローブとして用いる場合を考える。図２２に示すように、細菌B１とB２が両方存在すると細菌Zの存在に関わらずP１とP２の両方からシグナルが観測される。したがって、細菌B１と細菌B２が両方存在すると、細菌Zが存在するのかどうか判断できない。「細菌B１とB２が両方とも存在する確率」は「細菌B１が存在する確率（細菌２は存在してもしなくても良い）」より小さいので、P１とP２の両方を用いることにより、細菌Zが存在するかどうか判断できない確率を減少できる。プローブP1、P2、P3の全てを用いるのであれば、さらにこの確率を減少できる。しかし、プローブの数を増やすとそれだけコストが増えてしまう。そこで、以下で説明する第二の方針にしたがってプローブ候補を絞り込む。
【００６０】
第二の方針は、より少ないプローブで「細菌Zが存在するのかどうか判断できない確率」を下げることである。例えば、プローブ候補を二つ選ぶ場合、「P1とP2」「P2とP3」「P1とP3」という選択肢のそれぞれについて「細菌Zが存在するのかどうか判断できない確率」を計算し、これが最小となるプローブ候補の組合せを選ぶ。図２２で示した通り、P１とP２を用いる場合は、細菌B１とB２が両方とも存在すると、細菌Zが存在するのかどうか判断できない。図２３に示すように「P２とP３」「P１とP３」についても、どのような場合に判断できないのか求める。次に、「細菌B1と細菌B２が同時に試料中に存在する可能性」「細菌B２が存在し、かつ、細菌B3またはB4が存在する可能性」「細菌B1が存在し、かつ、細菌B3またはB4が存在する可能性」を考える。下の例に挙げるように、合併症や混合感染をする菌が知られている。
【００６１】
例1：インフルエンザは細菌性肺炎との合併症を起こしやすい。 (加古川市加古郡医師会感染症情報提供システム HYPERLINK "http://www.kakogawa.or.jp/kakomed/memo20.htm" http://www.kakogawa.or.jp/kakomed/memo20.htmより)
例２：MRSA（メチシリン耐性黄色ブドウ球菌）は緑膿菌と同時に存在する確率が高い(引佐赤十字病院のホームページ HYPERLINK "http://www.habi.ne.jp/rc-inasa/topics.html" http://www.habi.ne.jp/rc-inasa/topics.htmlより)
【００６２】
例３：バンコマイシン耐性腸球菌と緑膿菌や大腸菌は混合感染しやすい。(感染症発生動向調査週報:感染症の話 2000年第20週（5月15日〜5月21日）、第21週（5月22日〜5月28日） HYPERLINK "http://idsc.nih.go.jp/kansen/k00-g30/k00#201/k00#201.html" http://idsc.nih.go.jp/kansen/k00-g30/k00#201/k00#201.htmlより)
【００６３】
例４：クラミジア肺炎は肺炎マイコプラズマや肺炎球菌との混合感染が多い。（感染症発生動向調査週報:感染症の話 1999年第45週（11月8日〜14日） HYPERLINK "http://idsc.nih.go.jp/kansen/k99-g52/k99#45.html" http://idsc.nih.go.jp/kansen/k99-g52/k99#45.htmlより）
例５：ジグルジア症は赤痢菌や病原大腸菌や赤痢アメーバと混合感染する(感染症発生動向調査週報:感染症の話 2000年第12週（3月20日〜3月26日） HYPERLINK "http://idsc.nih.go.jp/kansen/k00-g15/k00#12/k00#12.html" http://idsc.nih.go.jp/kansen/k00-g15/k00#12/k00#12.html)
【００６４】
例６：赤痢アメーバ感染症は他の性感染症（梅毒、HIV感染症、B型肝炎、性器ヘルペスなど）を合併していることがある(感染症発生動向調査週報:感染症の話 2000年第29週（7月17日〜7月23日） HYPERLINK "http://idsc.nih.go.jp/kansen/k00-g30/k00#29/k00#29.html" http://idsc.nih.go.jp/kansen/k00-g30/k00#29/k00#29.html)
【００６５】
例７：エイズはカリニ肺炎や口腔内カンジダやトキソプラズマ症や帯状庖疹や非定型抗酸菌症や赤痢アメーバや抗真菌薬やサイトメガロウイルス感染症と合併する(感染症発生動向調査週報:感染症の話 2000年第23週（6月5日〜6月11日） HYPERLINK "http://idsc.nih.go.jp/kansen/k00-g30/k00#23/k00#23.html" http://idsc.nih.go.jp/kansen/k00-g30/k00#23/k00#23.html)
【００６６】
例８：グラム陰性桿菌とカンジダ菌は混合感染をする。 (石川 博人 et al.: カンジダ血症は悪性腫瘍に対する胃切除後の細胞性免疫を低下させる:第98回日本外科学会総会 演題番号P-114  HYPERLINK "http://www.jss.h.u-tokyo.ac.jp/JSS/Abstracts/P-114.htm" http://www.jss.h.u-tokyo.ac.jp/JSS/Abstracts/P-114.htm、山口 英世: 真菌感染症の問題点について: 第24回 日本熱傷学会総会・学術集会 教育講演 HYPERLINK "http://www.med.teikyo-u.ac.jp/~tccc/burn24/indexj.htm" http://www.med.teikyo-u.ac.jp/~tccc/burn24/indexj.htmより)
【００６７】
例９：ジフテリア菌は連鎖球菌やブドウ球菌と混合感染をする。 (ジフテリア予防対策マニュアル: 国立感染症研究所  細菌・血液製剤部  衛生微生物技術協議会レファレンス委員会 ジフテリア小委員会 HYPERLINK "http://idsc.nih.go.jp/others/diphtheria/jifuteria.html" http://idsc.nih.go.jp/others/diphtheria/jifuteria.htmlより)
例１０：チフス菌と赤痢菌やサルモネラやランブル鞭毛虫は混合感染をする。 (病原微生物検出情報Vol.17 No.12:IASR  HYPERLINK "http://idsc.nih.go.jp/iasr/index-j.html" http://idsc.nih.go.jp/iasr/index-j.htmlより)
【００６８】
上記のような、合併症を起こしやすい菌の組合せは試料中に同時に存在する可能性が高い。図２３では細菌B１と細菌B３又はB４は合併症を起こしやすく同時に存在する可能性が高いので、プローブ候補の「P１とP３」という組合せは、「P１とP２」「P２とP３」に比べて「細菌Zが存在するのかどうか判断できない確率」が高いことを示している。このような合併症・混合感染の情報を細菌データベース４００のデータ６０５から得て、「細菌Zが存在するのかどうか判断できない確率」を低く抑えるように、プローブ候補の組を選んでいく。
【００６９】
以上の説明では例として細菌同定を挙げたが、試料中に混入したその他の生物種・DNAの識別においても同様である。また、複数種類の識別対象のDNAが試料中に同時に存在する可能性を検討するための判断材料として、細菌の合併症や混合感染のみを挙げたが、生育条件が同じかどうか、捕食関係、競合関係、共生関係にあるかどうかなどの医学的・生物学的知識を用いて判断することも考えられる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、新たな細菌に対応したDNAチップを製造するための時間的・金銭的コストを削減することができる。また、ユニークなプローブが設計できない場合でも、高い確率で識別することが可能なDNAチップを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  DNAチップを利用した細菌同定の模式図。
【図２】  DNAチップ上に配置するプローブの選別過程を示した図。
【図３】識別対象の細菌のDNAにユニークなプローブを設計できない例を示した図。
【図４】本発明のDNAチップシステムの構成を示したブロック図。
【図５】表示装置の表示画面の一例を示す説明図。
【図６】細菌データのデータ構造を示した図。
【図７】  DNAチップデータのデータ構造を示した図。
【図８】本発明の概略処理フローを示す図。
【図９】プローブ選択処理の詳細フロー図。
【図１０】プローブ候補の集合の変化を説明する図。
【図１１】反応温度を均一にする処理の説明図。
【図１２】プローブが自分自身で絡み合ってしまうことの説明図。
【図１３】プローブと試料中のDNAとが部分的にハイブリダイゼーションする例を示す図。
【図１４】プローブを更新する処理の詳細フロー図。
【図１５】プローブ追加処理の詳細フロー図。
【図１６】後から識別対象に加わった細菌に対し、他のプローブと反応温度が同じになるプローブを選ぶ処理を示した図。
【図１７】識別できない細菌があるか調べる処理の詳細フロー図。
【図１８】後から識別対象の細菌が加えられたことにより、プローブがユニークでなくなることを示した図。
【図１９】後から識別対象の細菌が加えられたことにより、ミスハイブリダイゼーションの確率が高くなることを示した図。
【図２０】識別対象の細菌にユニークなプローブが設計できない場合に、複数のプローブで代用する処理の詳細フロー図。
【図２１】識別対象の細菌のDNAにユニークなプローブを設計できない場合に、複数のプローブ候補を選ぶことの説明図。
【図２２】プローブ候補の選び方と、どのような場合に識別できないかを示した図。
【図２３】プローブ候補の選び方によって、識別できない可能性が変わることを示した図。
【図２４】新規設計するDNAチップに対して識別対象の細菌を登録する処理における、表示装置の表示画面の一例を示す説明図。
【図２５】既存のDNAチップに対して識別対象の細菌を追加登録する処理における、表示装置の表示画面の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１００…DNAチップ、１１０…試料、４００…細菌データベース、４０１…DNAチップデータベース、４０５…中央処理装置、４０６…プログラムメモリ、４１５…データメモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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