JP2008505193A - 多様なプロテオロドプシンおよび/またはバクテリオロドプシンを含む組成物およびその使用 - Google Patents
多様なプロテオロドプシンおよび/またはバクテリオロドプシンを含む組成物およびその使用 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、有意にオーバーラップしない吸収スペクトルを持つ多様な光互変性物質の固定化混合物を有する固体物質に関する。多様な光互変性物質は、オール-トランス-レチナール含有プロテオロドプシン、レチナールアナログ含有プロテオロドプシン、オール-トランス-レチナール含有バクテリオロドプシンおよび/またはレチナールアナログ含有バクテリオロドプシンである。特に、本発明は、光学データ保存物質、不正防止光学データ担体および安全インクとしての多様な光互変性物質の混合物の使用に関する。
バクテリオロドプシン(BR)は、Halobacterium salinariumと呼ばれる海洋真正細菌の光合成系において見出されたレチナールタンパク質分子である。BR分子は、一般的に紫膜と呼ばれる2D タンパク質-脂質アレイを形成する細胞膜に位置する。光学データ保存のための光互換性タンパク質様バクテリオロドプシン(BR)の使用は、将来性があると考えられてきた。
本発明は、互いの間で有意にオーバーラップしない吸収スペクトルを持つ光互変性物質の固定化混合物を含む固体物質を提供する。光互変性物質は、2以上のプロテオロドプシン、2以上のバクテリオロドプシン、または1以上のバクテリオロドプシンおよび1以上のプロテオロドプシンを含む。プロテオロドプシンは、オール-トランス-レチナール含有プロテオロドプシンおよびレチナールアナログ含有プロテオロドプシンからなる群から選択される。バクテリオロドプシンは、オール-トランス-レチナール含有バクテリオロドプシンおよびレチナールアナログ含有バクテリオロドプシンからなる群から選択される。固体物質は、固体形態へと固化する前に該光互変性物質と均質層を形成し得る1以上の親水性ポリマーを含むのが好ましい。
図1は、透明なマトリックス中に固定化したバクテリオロドプシンおよびプロテオロドプシンの混合物の一時的データ保存スペクトルを示す。スペクトルを、記載した順番で記録した。スペクトル1は、混合物を紫色光(400 nm)で照射した後に計測した。スペクトル2は、混合物を緑色光(510 nm)で照射した後に計測した。スペクトル3を、混合物を紫光(400 nm)、続いて赤色光(640 nm)で照射した後に計測した。
定義
本明細書において使用したように、用語"化学作用光"は、光互変性物質において光互換性変化を与えることができる放射エネルギー、特に可視および紫外スペクトル領域における放射エネルギーを示す。
プロテオロドプシンは、一般的にシリンダー形態のチャンネルを形成する7回の脂質膜-貫通α-ヘリックス構造を有するトランス-膜タンパク質である。正しくフォールドされ、およびオール-トランス-レチナールが与えられた場合、プロテオロドプシンの7つのα-ヘリックスは、オール-トランス-レチナールを取り巻くケージとして配置される。光学情報担体としてプロテオロドプシンを使用する一つの利点は、プロテオロドプシンが、E. coliで機能的に発現され、大量のタンパク質(グラムまたはキログラム)を、経済的かつ効率的に提供し得るという点である。プロテオロドプシン発現細胞は、溶菌され、膜分画を含有する該ペレットが回収される。プロテオロドプシンタンパク質は、さらに界面活性剤による可溶化により膜からさらに抽出され得る。プロテオロドプシンを含有する膜または膜フラグメントのいずれか、または精製プロテオロドプシンタンパク質は、光学情報担体、例えば光学データ保存物質または不正防止データ担体として使用され得る。
プロテオロドプシンのM状態の吸収極大は、一般的に350 nm〜450 nm、しばしば約410 nmの間にある。M-状態は、他の同定されるスペクトル状態、K-、N-およびO-様状態とは区別され、これらの全ては吸収スペクトルが基底状態と比較して赤色方向に偏移(例えば>530nm)している。
バクテリオロドプシン(BR)は、Halobacterium salinariumと呼ばれる海洋真正細菌の光合成系において見出されたオール-トランス-レチナール含有タンパク質分子である。BRを基にした光学フィルムは、過去20年間の間役立ってきたが、それら自身では、これらのフィルムは、データ保存用途に対して、それらを商業的に実施し得るために要求される特性を持ってはいなかった。BRを基にしたフィルムの持つ問題の一つは、BRが、0.2-1 μmサイズのタンパク質-脂質パッチを形成することである。BRをこのパッチから抽出し、モノマータンパク質を形成させると、不安定となり、数日の間に不活性となる。光学フィルムにおいてこれらのBRパッチを用いる問題は、パッチがフィルムと干渉するために使用される光の波長とおおよそ同一サイズである点であり、これは、読み取り、書き出しサイクルの間に顕著な光散乱を生じ、これによってノイズが増加し、フィルムの性能が低下することである。さらに、BRパッチは、互いに粘着する傾向があり、その結果、フィルム中のBRタンパク質の不均質な分布を生じ、BRを基にした光学フィルムの性能をさらに低下させる。
多様なレチナールアナログは、本発明において有用である。一実施態様において、レチナールアナログは、アズレン様レチノイド化合物である。別の実施態様において、レチナールアナログは、オール-トランス-レチナールに構造的に類似している化合物である。プロテオロドプシン/バクテリオロドプシン・アポプロテインおよびレチナールアナログは、同じプロテオロドプシン/バクテリオロドプシン・アポプロテインおよびオール-トランス-レチナールを含む対応する光互変性物質とは異なるスペクトル特性を有する光互変性物質を形成する。
本発明に有用なレチナールアナログは、式Iのアズレン様レチノイド化合物を包含する:
[式中、R'、R''およびR'''は、各々独立して、H、C1-4直鎖アルキル、またはC1-4 分岐鎖アルキルであり、
nは、1〜4の整数であり;
XaおよびX'b は、各々独立してH、C1-4 アルキル、F、ClまたはCF3であり;
Yは、存在しないか、またはYは、パラ−、メタ−またはオルト-フェニルであり;そして Zは、CHOである。]。
P-ジメチル アミノシンナムアルデヒド(DMCA)
DMCAは、例えばSigma-Aldrich (St. Louis, MO) The Lab Depot, Inc. (Alpharetta, GA)およびthe Science Lab.com (Kingwood, TX)を通してFluka AG (Buchs, Switzerland)から市販購入し得る。
本発明は、1以上のバクテリオロドプシンと1以上のプロテオロドプシンの固定化混合物を含む固体物質を提供する;好ましくは、バクテリオロドプシンおよびプロテオロドプシンの全ては、有意にオーバーラップしない吸収スペクトルを持つのが好ましい。本発明は、有意にオーバーラップしない吸収スペクトルを持つ2以上のプロテオロドプシンの固定化混合物を含む固体物質もまた提供する。本発明は、有意にオーバーラップしない吸収スペクトルを有する2以上のバクテリオロドプシンの固定化混合物を含む固体物質をさらに提供する。上記固体物質において、プロテオロドプシンは、オール-トランス-レチナール含有プロテオロドプシンおよびレチナールアナログ含有プロテオロドプシンからなる群から選択され、該バクテリオロドプシンは、オール-トランス-レチナール含有バクテリオロドプシンおよびレチナールアナログ含有バクテリオロドプシンからなる群から選択される。
本発明のプロテオロドプシンおよび/またはバクテリオロドプシンは、多くの技術用途を持つ。例えば、それらは、光互変性用途、光電気用途および/または光転送用途を有する機器または装置に導入され得る。
一実施態様において、本発明は、模造者が模倣するのを困難にさせる情報担体物質を提供する。
本発明は、効率的かつ経済的に製造することができ、低いバックグラウンド(クロストーク)、大量のデータ保存能力、および書き換え能力を有する光学情報担体を提供する。かかる光学情報担体は、光学データ保存物質または不正防止光学データ担体として効果的である。
本発明は、液体形態にある上記した多様なプロテオロドプシンおよび/またはバクテリオロドプシンおよび1以上の親水性ポリマーの混合物を含む安全インクをさらに提供する;該ポリマーおよびプロテオロドプシンおよび/またはバクテリオロドプシンは、均質相を形成する。安全インクは、それを表面上に適用した後に、固体化または乾燥される;そしてプロテオロドプシンおよび/またはバクテリオロドプシンは、安全対策を提供するためにインキを塗布した局在領域に固定化される。安全インクは、一般的に水性であり、空気中で乾燥されるかまたは固化されて、フィルムを形成する。インクの乾燥または固体化は、溶媒の減少、重合化または硬化によって起こる。
本発明の一実施態様において、安全インクは、紙、箔、金属表面またはプラスチックの上に印刷され得る。
Halobacterium salinarum変異体D96N (Zeisel and Hampp, J. Phys. Chem., 1992. 96:7788-7792)由来の精製されたバクテリオロドプシン(BR)(0.89 mg)を、超音波を用いて水中(110 μl)に溶解させた。これに、20 % ポリエチレンイミン(89 μl)を、ボルテックスで混合しながら滴加し、透明な紫色の液体を得た。精製したプロテオロドプシン変異体、Bac31A8/E108Q (米国特許公開番号2005-0095605)の8 mg/ml溶液(110 μl)、20% ポリエチレンイミン(89 μl)を、ボルテックスで混合しながら滴加し、透明な赤色の溶液を得た。これらの2つの紫色と赤色溶液を、BR/PR PEI 混合物として一緒に混合した。BR/PR 混合物の固定化ゲルを、BR/PR PEI 混合物(400 μl)、水(246 μl)および2.5% 高分子量ポリ酢酸ビニル溶液(20 μl)と混合することによって調製した。この混合物を、約50℃に昇温させ、精製したアガーの2 % 溶液(94 μl)を55℃で混合した。該溶液を、ボルテックスで混合し、1.0 mlのプラスチックキュベットへピペットにより移した。該溶液を室温まで冷却した。
Claims (18)
- 1以上のバクテリオロドプシンおよび1以上のプロテオロドプシンの固定化混合物を含む固体物質。
- プロテオロドプシンがオール-トランス-レチナール含有プロテオロドプシンであって、バクテリオロドプシンがオール-トランス-レチナール含有バクテリオロドプシンである、請求項1に記載の固体物質。
- 全てのバクテリオロドプシンおよびプロテオロドプシンが、有意にオーバーラップしない吸収スペクトルを有する、請求項1に記載の固体物質。
- 2以上のプロテオロドプシンの固定化混合物を含む固体物質であって、プロテオロドプシンの全てが有意にオーバーラップしない吸収スペクトルを有する固体物質。
- プロテオロドプシンがオール-トランス-レチナール含有プロテオロドプシンまたはレチナールアナログ含有プロテオロドプシンである、請求項1または4に記載の固体物質。
- オール-トランス-レチナール含有バクテリオロドプシンおよびレチナールアナログ含有バクテリオロドプシンからなる群から選択される2以上のバクテリオロドプシンの固定化混合物を含む固体物質であって、このバクテリオロドプシンの全てが有意にオーバーラップしない吸収スペクトルを有する固体物質。
- 固体物質が、固体形態へと固化する前にプロテオロドプシンまたはバクテリオロドプシンと均質相を形成できる1以上の親水性ポリマーを含む、請求項1、4または6に記載の固体物質。
- 親水性ポリマーが、シリカゾルゲル、ゼラチン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、アガロース、アガー、メチルセルロース、ポリ酢酸ビニルおよびポリビニルピロリドン、およびポリエチレングリコールからなる群から選択される、請求項7に記載の固体物質。
- データが異なる波長の化学作用光によって区別して書き込まれ、そして光学シグナルが異なる波長の読み取り光によって区別して読み出される、請求項1、4、または6に記載の固体物質を含む光学情報担体。
- 光学シグナルが、各プロテオロドプシンまたはバクテリオロドプシンのB-状態の分子の減少を測定することによって、区別して読まれる、請求項9に記載の光学情報担体。
- 光学シグナルが、各プロテオロドプシンまたはバクリオロドプシンのM-状態吸収極大波長での光の吸収を決定することによって区別して読まれる、請求項9に記載の光学情報担体。
- ガラス、紙、金属、織物材、プラスチック材およびその組合せ物からなる群から選択される基材をさらに含み、固体物質が該基材上に沈着されている、請求項9に記載の光学情報担体。
- 光学情報担体が、不正防止光学データ担体または光学データ保存物質である、請求項9に記載の光学情報担体。
- 光学情報担体が、データの非破壊的な書き込みおよび読み取りを提供し、再利用可能である、請求項9に記載の光学情報担体。
- 1以上の光源および請求項9記載の光学データ情報担体を含む光学データ保存装置であって、該1以上の光源が、異なる波長の化学作用性の書き込み光を独立して放射し、該プロテオロドプシンまたはバクテリオロドプシンを基底状態からM-状態へと変換する光学データ保存装置。
- 1以上の光源が、異なる波長の読み取り光を放射し、プロテオロドプシンまたはバクテリオロドプシンをM-状態から基底状態へと変換する、請求項15に記載の光学データ保存装置。
- 光互変性物質および1以上の親水性ポリマーを含む安全インクであって、該光互変性物質および該親水性ポリマーは均質液体相を形成し、該インクは表面上に適用後に固化されるかまたは乾燥され、こうして該光互変性物質はインクが適用される特定の位置に固定化される、ここで該光互変性物質は、オール-トランス-レチナール含有プロテオロドプシン、レチナールアナログ含有プロテオロドプシン、オール-トランス-レチナール含有バクテリオロドプシン、およびレチナールアナログ含有バクテリオロドプシンからなる群から選択され、前記プロテオロドプシンおよびバクテリオロドプシンの全てが異なる吸収スペクトルを有する、安全インク。
- 親水性ポリマーが、アラビアガム、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレングリコールまたはポリビニルピロリドンである、請求項17に記載の安全インク。
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