JP2012170346A - Suspension for parallel reaction, method for parallel reaction, and screening method - Google Patents

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Sosaku Ichikawa
創作 市川
Daisuke Saeki
大輔 佐伯
Shinji Sugiura
慎治 杉浦
Toshiyuki Kanamori
敏之 金森
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
University of Tsukuba NUC
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University of Tsukuba NUC
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a suspension for parallel reaction, to provide a parallel reaction using the suspension, and to provide a screening method using the parallel reaction.SOLUTION: Gel particles each composed of a low-melting agarose and dispersed in an organic solvent have each a network structure made up through hydrogen bonds among polysaccharide chains. The surface of each of the gel particles is covered with a semipermeable membrane. Inside each of these gel particles, DNA and an enzyme for conducting a cell-free synthesis of protein or peptide are included. Because of having high molecular weight, the DNA and the enzyme do not elute via the semipermeable membrane to the outside. Besides, because of also having high molecular weight, the synthesized protein or peptide is retained inside the gel particles.

Description

本発明は、多数のゲル粒子内で複数の化学反応、生化学反応を同時並行的に行うための懸濁液、この懸濁液を用いた並列反応方法およびこの並列反応を用いたスクリーニング方法に関する。   The present invention relates to a suspension for simultaneously performing a plurality of chemical reactions and biochemical reactions in a large number of gel particles, a parallel reaction method using the suspension, and a screening method using the parallel reaction. .

ランダムに変異が入った多くの候補タンパク質やペプチドの中から、目的の活性を有する酵素や生理活性ペプチドを探索したり、多くの候補物質の中から目的の活性を持つ触媒を探索する手法は、創薬や新規化学物質の探索においてしばしば用いられている。
例えば、非特許文献1には目的のタンパク質を発現する細胞をクローニングする際に、限界希釈法により1つの容器に1つの細胞が入る濃度から細胞を培養し、目的のタンパク質を発現するクローンを取得する方法が提案されている。
To search for enzymes and bioactive peptides with the desired activity from among many candidate proteins and peptides with random mutations, or to search for a catalyst with the desired activity from many candidate substances, It is often used in drug discovery and the search for new chemical substances.
For example, in Non-Patent Document 1, when cloning a cell that expresses the target protein, the cell is cultured from a concentration that allows one cell to enter one container by the limiting dilution method, and a clone that expresses the target protein is obtained. A method has been proposed.

また非特許文献2及び非特許文献3には、ある酵素の一部のアミノ酸をランダムに置換してライブラリーを作製し、このライブラリーから産業上有用な活性を有する酵素を探索することが開示されている。   Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3 disclose that a library is prepared by randomly substituting some amino acids of a certain enzyme, and that an enzyme having industrially useful activity is searched from this library. Has been.

上記した手法では、一般的に96穴ウェルプレートなどの数百マイクロリットルから数ミリリットル程度の容積の反応器を使用している。
例えば、目的の細胞を含む細胞懸濁液を96穴ウェルプレートに分注し、抗体などを含む分析用試薬類を順次添加して細胞表面に発現した物質若しくは細胞から分泌される物質の量を定量したり、多様なアミノ酸置換を含む酵素を発現するライブラリーの中から活性の高い酵素を発現するクローンを選択する際に、96穴ウェルプレート等の反応器の中で酵素を発現させ、酵素の反応基質等を添加することにより酵素の活性を測定している。
つまり96穴ウェルプレート等を用いる場合には、多数の反応器(穴)に順次複数の試薬を分注する必要があり、分析対象となる酵素や細胞の数の増加に伴い必要となる反応器数が増大し、それに伴う溶液・試薬の分注操作が煩雑となる。
In the above-described method, a reactor having a volume of about several hundred microliters to several milliliters such as a 96-well plate is generally used.
For example, a cell suspension containing target cells is dispensed into a 96-well plate, and analytical reagents including antibodies are sequentially added to determine the amount of substance expressed on the cell surface or secreted from the cells. When selecting a clone that expresses a highly active enzyme from a library that quantifies or expresses an enzyme containing various amino acid substitutions, the enzyme is expressed in a reactor such as a 96-well plate. The enzyme activity is measured by adding a reaction substrate or the like.
In other words, when a 96-well plate or the like is used, it is necessary to sequentially dispense a plurality of reagents into a large number of reactors (holes), and the reactors required as the number of enzymes and cells to be analyzed increases. The number increases, and the dispensing operation of the solution / reagent associated therewith becomes complicated.

非特許文献4には、半導体加工技術を利用して微小な反応容器を作製することが提案されているが、分注操作の問題は解消されていない。そこで、反応容器を更に小さくし且つ分注操作等も不要とする提案が特許文献1、2、3及び、非特許文献5、6に提案されている。   Non-Patent Document 4 proposes making a minute reaction vessel using semiconductor processing technology, but the problem of dispensing operation has not been solved. Therefore, proposals that further reduce the reaction vessel and do not require a dispensing operation are proposed in Patent Documents 1, 2, and 3 and Non-Patent Documents 5 and 6.

特許文献1には、W/O型エマルションを構成する水滴中に、親水性分子と酵素などの機能性分子を別々に封じ込め、これら水滴を融合させることで、特異的な反応を誘導する内容が開示されている。また、この特許文献1には分子以外にDNAを封じ込めることも開示されている。   Patent Document 1 includes a content that induces a specific reaction by separately containing hydrophilic molecules and functional molecules such as enzymes in water droplets constituting a W / O emulsion and fusing these water droplets together. It is disclosed. Further, Patent Document 1 discloses that DNA is contained in addition to molecules.

特許文献2には、一方の荷電を有するベシクルに反応性物質を内包させ、他方の荷電を有するベシクルに前記反応性物質と反応する物質を内包させ、これら2つのベシクルを融合させ、融合した1つのベシクル内で反応を起こさせるようにしたことが開示されている。   In Patent Document 2, a reactive substance is included in one charged vesicle, a substance that reacts with the reactive substance is included in the other charged vesicle, and the two vesicles are fused and fused. It is disclosed that a reaction is caused to occur in one vesicle.

特許文献3には、エマルジョンの水相(水滴)内にPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)用のプライマーが結合した固相担体を含ませ、水滴内でPCRを起こさせて固相担体に核酸複合体が連結させ、この後エマルジョンを破壊して固相担体−核酸複合体の結合体を回収し、この固相担体−核酸複合体を用いて無細胞タンパク質合成を行うことが開示されている。   Patent Document 3 includes a solid phase carrier to which a primer for PCR (polymerase chain reaction) is bound in an aqueous phase (water droplet) of an emulsion, and a nucleic acid complex is formed on the solid phase carrier by causing PCR in the water droplet. It is disclosed that, after ligation, the emulsion is broken to recover the conjugate of the solid phase carrier-nucleic acid complex, and cell-free protein synthesis is performed using this solid phase carrier-nucleic acid complex.

非特許文献5には、リン脂質二重層(リポソーム:Liposome)に目的とする分子を封じ込め、これらリン脂質二重層をレーザにより移動させて融合させる技術が開示されている。   Non-Patent Document 5 discloses a technique in which a target molecule is contained in a phospholipid bilayer (liposome), and these phospholipid bilayers are moved and fused by a laser.

また非特許文献6には、ゲル粒子内でタンパク質合成反応を行わせるために、ゲル粒子表面の高分子皮膜を通してゲル粒子内に基質を供給する内容が開示されている。   Non-Patent Document 6 discloses the contents of supplying a substrate into the gel particle through a polymer film on the surface of the gel particle in order to cause a protein synthesis reaction in the gel particle.

特開2000−271475号公報JP 2000-271475 A 特開2008−29952号公報JP 2008-29952 A 特開2009−178067号公報JP 2009-178067 A

バイオ実験イラストレイテッド,6,128-130Bio Experiment Illustrated, 6, 128-130 AISTToday 5(4):18-19,2005AISTToday 5 (4): 18-19,2005 生化学,vol.72(12)pp.1430-1433,2000Biochemistry, vol.72 (12) pp.1430-1433,2000 Analytical Chemistry, vol.77(24)pp.8050-8056,2005Analytical Chemistry, vol.77 (24) pp.8050-8056,2005 Nature Biotechnol.,16,652-656(1998)Nature Biotechnol., 16, 652-656 (1998) Journal of Biotechnology, 143, 183-189(2000)Journal of Biotechnology, 143, 183-189 (2000)

特許文献1〜3或いは非特許文献5に開示されるような、ベシクル、エマルジョン或いはゲル粒子を反応容器とすることで、反応容器を小さくでき、多数の並列反応が可能になる。しかしながら、ゲル粒子などの微小容器内でタンパク質やペプチドの合成反応を起こさせ目的のタンパク質やペプチドを得たとしても、これらの物質が容易にゲル粒子などの微小反応容器から溶出してしまう問題がある。   By using vesicles, emulsions, or gel particles as a reaction vessel as disclosed in Patent Literatures 1 to 3 or Non-Patent Literature 5, the reaction vessel can be made smaller and a large number of parallel reactions can be performed. However, even if the target protein or peptide is obtained by causing a protein or peptide synthesis reaction in a micro container such as gel particles, there is a problem that these substances are easily eluted from the micro reaction container such as gel particles. is there.

また、非特許文献6に開示されるようにゲル粒子表面を高分子皮膜で覆うことで、ゲル粒子内で合成されたタンパク質を内部に留めることが可能となる。しかしながら、非特許文献6にあってはゲル粒子に内包するDNAは一種類のみであり、異なる複数の合成反応を同時に行うものではない。   Further, as disclosed in Non-Patent Document 6, the surface of the gel particle is covered with a polymer film, so that the protein synthesized in the gel particle can be retained inside. However, in Non-Patent Document 6, there is only one kind of DNA included in the gel particles, and a plurality of different synthesis reactions are not performed simultaneously.

上記課題を解決するため本発明は、ゲル粒子が分散した並列反応用懸濁液であって、このゲル粒子にはタンパク質合成酵素及びDNA(デオキシリボ核酸)が内包され、更にゲル粒子の表面は、ゲル粒子内へのタンパク質やペプチドの合成に必要な基質やエネルギー物質等の低分子の導入を許容するとともにゲル粒子内で合成されたタンパク質やペプチドの溶出を阻止する半透膜で覆われている。
ゲル粒子の大きさとしては、1〜500μmが適当であり、ゲル粒子の数としては、1016〜1012/mlが可能である。
In order to solve the above problems, the present invention is a suspension for parallel reaction in which gel particles are dispersed. The gel particles contain protein synthase and DNA (deoxyribonucleic acid). Covered with a semipermeable membrane that allows the introduction of low-molecular substances such as substrates and energetic substances necessary for the synthesis of proteins and peptides into the gel particles and prevents the elution of proteins and peptides synthesized in the gel particles .
The size of the gel particles is suitably 1 to 500 μm, and the number of gel particles can be 10 16 to 10 12 / ml.

半透膜で覆われたゲル粒子を作製する方法としては、例えば、ゲル溶液とこれと反応して半透膜を形成する溶液とを隔壁を介して分離し、隔壁に形成した微細な穴からゲル溶液を微細な粒子として半透膜を形成する溶液中に押し出す方法、或いは細い流路を介してゲル溶液をこれと反応して半透膜を形成する溶液中に1粒ずつ送り出す方法などが適用される。   As a method of producing gel particles covered with a semipermeable membrane, for example, a gel solution and a solution that reacts with this to form a semipermeable membrane are separated through a partition wall, and then from a fine hole formed in the partition wall. A method of extruding the gel solution as fine particles into a solution that forms a semipermeable membrane, or a method of sending the gel solution to a solution that forms a semipermeable membrane by reacting with the gel solution through a narrow channel, etc. Applied.

このようにして作製したゲル粒子を基質やエネルギー物質等の低分子を含んだ溶液中に分散させることで懸濁液が得られる。基質としてはアミノ酸及び核酸、エネルギー物質はATP(アデノシン三リン酸)が考えられる。   A suspension is obtained by dispersing the gel particles thus prepared in a solution containing a low molecule such as a substrate or an energy substance. As the substrate, amino acids and nucleic acids can be considered, and as the energy substance, ATP (adenosine triphosphate) can be considered.

個々のゲル粒子内で異なる並列反応を同時に行わせるには、1つのゲル粒子中に1分子のDNAが含まれることが理想である。このためにはゲル粒子を作製する段階で、複数種のDNAを含む溶液を1つのゲル粒子に1分子のDNAが含まれる濃度まで限界希釈する。   Ideally, one molecule of DNA is contained in one gel particle in order to simultaneously perform different parallel reactions within individual gel particles. For this purpose, at the stage of preparing gel particles, a solution containing a plurality of types of DNA is subjected to limiting dilution to a concentration at which one molecule of DNA is contained in one gel particle.

尚、実際には限界希釈しても1つのゲル粒子中に複数のDNA分子が包含されたり、1つのゲル粒子中に包含されるDNA分子がない場合も想定される。本発明における限界希釈の意味は、平均的に1つのゲル粒子に1つのDNAが包含される濃度である。   In practice, there may be a case where a plurality of DNA molecules are included in one gel particle even when limiting dilution is performed, or there are no DNA molecules included in one gel particle. The meaning of limiting dilution in the present invention is a concentration at which one DNA is included in one gel particle on average.

このようにすることで、1つのゲル粒子で特定のタンパク質、あるいはペプチドのみが合成される。DNAがコードする目的物質としては、例えばプロテアーゼ、リパーゼ、アミラーゼ、セルラーゼ等の酵素タンパク質や蛍光タンパク質、あるいは、生理活性ペプチドが考えられる。   By doing so, only a specific protein or peptide is synthesized with one gel particle. Examples of the target substance encoded by DNA include enzyme proteins such as protease, lipase, amylase, and cellulase, fluorescent proteins, and physiologically active peptides.

前記ゲルとしては、アガロースやアルギン酸ナトリウムが挙げられ、前記半透膜としては、多価アニオンポリマーと多価カチオンポリマーによって構成されるポリイオンコンプレックス膜、例えば、Alg-PEI(アルギン酸−ポリエチレンイミン)が挙げられる。 Examples of the gel include agarose and sodium alginate, and examples of the semipermeable membrane include a polyion complex membrane composed of a polyvalent anion polymer and a polyvalent cation polymer, such as Alg-PEI (alginate-polyethyleneimine). It is done.

上記の懸濁液を用いた並列反応としては、懸濁液にタンパク質、およびペプチドの合成に必要な基質およびエネルギー物質を添加し、これら基質およびエネルギー物質をゲル粒子表面の半透膜を介してゲル粒子内に導入し、個々のゲル粒子中で個別の無細胞タンパク質合成反応を同時に並行して行う。   In the parallel reaction using the above suspension, a substrate and an energy substance necessary for protein and peptide synthesis are added to the suspension, and the substrate and the energy substance are passed through a semipermeable membrane on the surface of the gel particle. It introduce | transduces in a gel particle and performs a cell-free protein synthesis reaction simultaneously in parallel in each gel particle.

また本発明に係るスクリーニング方法は、前記した並列反応に続いて、個々のゲル粒子内に包含されているタンパク質、あるいはペプチドの特性を検査し、目的の物質をコードするDNAを選別する。DNAの選別は例えば蛍光を発するゲル粒子を分取することで行う。また、分取の具体的な手段としては、フローサイトメトリーやマイクロマニュピュレータが挙げられる。   In the screening method according to the present invention, following the parallel reaction described above, the characteristics of the protein or peptide contained in each gel particle are examined, and DNA encoding the target substance is selected. For example, DNA selection is performed by separating gel particles that emit fluorescence. Specific means for sorting include flow cytometry and micromanipulators.

本発明に係る並列反応用懸濁液を用いることで、例えば、1012〜1016個の反応を同時並列して行うことができる。
また、ゲル粒子からのDNAやタンパク質、ペプチドの溶出を防止し、ゲル粒子内での反応が効率よく行われ、且つ反応生成物であるタンパク質やペプチドの回収も効率よく行われる。
By using the parallel reaction suspension according to the present invention, for example, 10 12 to 10 16 reactions can be carried out simultaneously in parallel.
In addition, elution of DNA, protein, and peptide from the gel particle is prevented, the reaction in the gel particle is efficiently performed, and the reaction product, protein and peptide, is also efficiently recovered.

本発明に係る懸濁液中のゲル粒子の模式図Schematic diagram of gel particles in suspension according to the present invention ゲル粒子にタンパク質やペプチドの無細胞合成に必要な物質の導入状態の模式図Schematic diagram of the state of introduction of substances necessary for cell-free synthesis of proteins and peptides into gel particles ゲル粒子内でのタンパク質やペプチドの無細胞合成の模式図Schematic diagram of cell-free synthesis of proteins and peptides in gel particles 半透膜で覆われたゲル粒子内での無細胞タンパク質合成。 (A)は基質を添加する前のゲル粒子の顕微鏡写真。 (B)は基質を添加する前のゲル粒子の蛍光顕微画像。 (C)はタンパク質合成後のゲル粒子の顕微鏡写真。 (D)はタンパク質合成後のゲル粒子の蛍光顕微画像。緑色蛍光タンパク質GFPの合成が蛍光として検出されている。Cell-free protein synthesis in gel particles covered with semipermeable membrane. (A) is a micrograph of gel particles before adding a substrate. (B) is a fluorescence microscopic image of gel particles before adding a substrate. (C) is a photomicrograph of gel particles after protein synthesis. (D) is a fluorescence microscopic image of gel particles after protein synthesis. Synthesis of green fluorescent protein GFP is detected as fluorescence. ゲル粒子内での一分子DNAからの無細胞タンパク質合成。 (A)は1分子のDNAが内包化されたゲル粒子の、タンパク質合成後の顕微鏡写真。 (B)は1分子のDNAが内包化されたゲル粒子の、タンパク質合成後の共焦点レーザ顕微鏡写真。矢印はDNAが内包化され、タンパク質合成反応によりGFPが合成されたゲル粒子を示している。GFPの合成は蛍光として検出されている。DNAが内包化されなかったゲル粒子は蛍光を有していない。Cell-free protein synthesis from single-molecule DNA in gel particles. (A) is a micrograph after protein synthesis of gel particles encapsulating one molecule of DNA. (B) is a confocal laser micrograph after protein synthesis of gel particles encapsulating one molecule of DNA. Arrows indicate gel particles in which DNA is encapsulated and GFP is synthesized by a protein synthesis reaction. The synthesis of GFP has been detected as fluorescence. Gel particles in which DNA is not encapsulated do not have fluorescence.

図1に示すように、有機溶媒中に分散している低融点アガロースからなるゲル粒子は多糖鎖間の水素結合による網目構造を有し、その表面は半透膜で覆われている。この半透膜で覆われたゲル粒子内にはDNAと無細胞タンパク質合成を行うための酵素が内包されている。これらDNA及び酵素は分子量が大きいため、半透膜を透過して外部に溶出しない。   As shown in FIG. 1, gel particles made of low melting point agarose dispersed in an organic solvent have a network structure due to hydrogen bonding between polysaccharide chains, and the surface thereof is covered with a semipermeable membrane. The gel particles covered with the semipermeable membrane contain DNA and an enzyme for cell-free protein synthesis. Since these DNAs and enzymes have large molecular weights, they do not permeate through the semipermeable membrane.

上記の懸濁液を用いて、無細胞タンパク質合成、あるいは無細胞ペプチド合成を行うには、図1の状態の有機溶媒中に、タンパク質あるいはペプチドの合成に必要な物質、即ち、アミノ酸、核酸、ATP等を添加する。これらアミノ酸、核酸、ATPは低分子であるので、図2に示すように、ゲル粒子表面の半透膜を透過しゲル粒子内に侵入する。   In order to perform cell-free protein synthesis or cell-free peptide synthesis using the above suspension, substances necessary for protein or peptide synthesis, that is, amino acids, nucleic acids, Add ATP or the like. Since these amino acids, nucleic acids, and ATP are small molecules, they penetrate through the semipermeable membrane on the surface of the gel particle and enter the gel particle as shown in FIG.

ゲル粒子内では、図3に示すようにタンパク質、あるいはペプチドの合成が行われる。具体的には、RNAポリメラーゼがDNAの二重螺旋の一部をほどいて塩基を剥き出しにし、剥き出しになった塩基を鋳型にしてmRNAが転写され、このmRNAの情報に基づいてtRNAが必要なアミノ酸を集めてリボソーム(ribosome)でタンパク質あるいはペプチドを合成する。そして、合成されたタンパク質やペプチドは半透膜を透過することができず、ゲル粒子内に保持される。   In the gel particle, protein or peptide is synthesized as shown in FIG. Specifically, RNA polymerase unwraps a part of the double helix of DNA to strip the base, and mRNA is transcribed using the stripped base as a template. Based on this mRNA information, an amino acid that requires tRNA To synthesize proteins or peptides with ribosomes. And the synthesized protein and peptide cannot permeate the semipermeable membrane and are retained in the gel particles.

以上が本発明に係る懸濁液中の1個のゲル粒子内の反応であるが、この懸濁液を用いた並列反応は、先ずDNAライブラリーを限界希釈し、ゲル粒子を作製する。希釈濃度およびゲル粒子の大きさは、ゲル粒子1つにDNAが1分子のみ入るようにする。現実にはゲル粒子の数は極めて多いため、すべてのゲル粒子にDNAが正確に1分子含まれる分けではなく、中にはDNAが入っていないものや複数入っているゲル粒子も存在するが、並列反応を行うには問題とならない。   The above is the reaction in one gel particle in the suspension according to the present invention. In the parallel reaction using this suspension, the DNA library is first subjected to limiting dilution to produce gel particles. The dilution concentration and the size of the gel particles are such that only one molecule of DNA is contained in each gel particle. In reality, the number of gel particles is so large that not all gel particles contain exactly one molecule of DNA, but some do not contain DNA or some contain gel particles. There is no problem in performing parallel reactions.

次いで、タンパク質、あるいはペプチドの合成に必要な物質をゲル粒子内に供給してゲル粒子内で無細胞合成を行い、目的とするタンパク質、あるいはペプチドが合成されているゲル粒子を他のゲル粒子と分けるため、FACS(登録商標)などのフローサイトメトリー(flow cytometory)を用いて分取する。具体的にはタンパク質、あるいはペプチドが内部で合成されているゲル粒子を1個ずつシース流に送り出し、流路の途中でレーザ光を照射する。目的のタンパク質、あるいはペプチドが内部で合成されているゲル粒子は蛍光抗体で染色され、他のゲルと区別されるので、そのゲル粒子を正に荷電し、下流側に負に荷電した偏向板によって他のゲルから分離して回収される。   Next, a substance necessary for the synthesis of the protein or peptide is supplied into the gel particle, and cell-free synthesis is performed in the gel particle. In order to divide, it sorts using flow cytometry (flow cytometory), such as FACS (trademark). Specifically, gel particles in which proteins or peptides are synthesized are sent one by one to the sheath flow, and laser light is irradiated in the middle of the flow path. Gel particles in which the target protein or peptide is synthesized are stained with a fluorescent antibody and distinguished from other gels. Therefore, the gel particles are charged positively and negatively charged on the downstream side by a deflecting plate. Separated and recovered from other gels.

このようにして並行反応とスクリーニングを行うことで、目的のタンパク質、あるいはペプチドを合成するDNAを特定することができる。   By performing parallel reaction and screening in this way, DNA that synthesizes the target protein or peptide can be identified.

(実施例1)
1wt%アルギン酸ナトリウム、タンパク質合成酵素およびGFP(緑色蛍光タンパク質)の遺伝子をコードしたテンプレートDNA(30DNA分子/ゲル粒子)を含む水溶液を内水相として用いてW/O/W液滴を作製し、これを0.1mol/L塩化カルシウムおよび0.1wt% PEI(ポリエチレンイミン)を含む水溶液と混合することで、アルギン酸とPEIのポリイオンコンプレックスにより構成される半透膜で覆われたマイクロメートルサイズのゲル粒子を得た(図4A)。
遠心処理したサンプル25μLと、NTP・アミノ酸溶液25μLを混合し30℃で6時間インキュベートすることで、ゲル粒子内において無細胞タンパク質合成を行った。
この後、5℃で24時間静置した後、顕微鏡で観察した結果、ゲル粒子内から合成されたGFP由来の蛍光が検出することができた(図4B,4C)。
Example 1
W / O / W droplets are prepared using an aqueous solution containing template DNA (30 DNA molecules / gel particles) encoding 1 wt% sodium alginate, protein synthase and GFP (green fluorescent protein) gene as the inner aqueous phase, By mixing this with an aqueous solution containing 0.1 mol / L calcium chloride and 0.1 wt% PEI (polyethyleneimine), gel particles of micrometer size covered with a semipermeable membrane composed of a polyion complex of alginic acid and PEI. Obtained (FIG. 4A).
Cell-free protein synthesis was performed in the gel particles by mixing 25 μL of the centrifuged sample and 25 μL of the NTP / amino acid solution and incubating at 30 ° C. for 6 hours.
Then, after leaving still at 5 degreeC for 24 hours, as a result of observing with a microscope, the fluorescence derived from GFP synthesized from the inside of a gel particle was able to be detected (FIG. 4B, 4C).

(実施例2)
実施例1において、テンプレートDNAを1DNA分子/ゲル粒子の濃度になるよう限界希釈した点以外は実施例1と同様の操作を行い、個々のゲル粒子内で一分子のDNAからGFPの無細胞タンパク質合成を行った。顕微鏡で観察した結果、ゲル粒子内から合成されたGFP由来の蛍光が検出された(図5)。
(Example 2)
In Example 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the template DNA was limit-diluted to a concentration of 1 DNA molecule / gel particle, and a cell-free protein of GFP was obtained from a single molecule of DNA in each gel particle. Synthesis was performed. As a result of observation with a microscope, GFP-derived fluorescence synthesized from within the gel particles was detected (FIG. 5).

本発明に係る懸濁液は、多数の細胞の中から目的物質の分泌量の多い細胞を探索したり、ランダムに変異が入った多くの候補タンパク質、あるいはペプチドの中から目的とする活性を有する物質を探索する際の並列反応に利用できる。   The suspension according to the present invention searches for a cell with a large amount of secreted target substance from a large number of cells, or has a target activity from among many candidate proteins or peptides randomly mutated. It can be used for parallel reactions when searching for substances.

Claims (9)

ゲル粒子が分散した並列反応用懸濁液であって、このゲル粒子にはタンパク質合成酵素及びDNA(デオキシリボ核酸)が内包され、更にゲル粒子の表面は、ゲル粒子内へのタンパク質合成に必要な基質やエネルギー物質等の低分子の導入を許容するとともにゲル粒子内で合成されたタンパク質やペプチド等の目的物質の溶出を阻止する半透膜で覆われていることを特徴とする並列反応用懸濁液。 A suspension for parallel reaction in which gel particles are dispersed. The gel particles contain protein synthase and DNA (deoxyribonucleic acid), and the surface of the gel particles is necessary for protein synthesis into the gel particles. Suspension for parallel reaction, characterized by being covered with a semipermeable membrane that allows the introduction of small molecules such as substrates and energetic substances and prevents the elution of target substances such as proteins and peptides synthesized in gel particles Muddy liquid. 請求項1に記載の並列反応用懸濁液において、前記懸濁液中に分散する個々のゲル粒子には平均1分子以下のDNAが内包されていることを特徴とする並列反応用懸濁液。   2. The parallel reaction suspension according to claim 1, wherein each gel particle dispersed in the suspension contains an average of 1 molecule or less of DNA. . 請求項1に記載の並列反応用懸濁液において、前記半透膜は多価アニオンポリマーと多価カチオンポリマーによって構成されるポリイオンコンプレックス膜であることを特徴とする並列反応用懸濁液。 The suspension for parallel reaction according to claim 1, wherein the semipermeable membrane is a polyion complex membrane composed of a polyvalent anion polymer and a polyvalent cation polymer. 請求項1に記載の並列反応用懸濁液において、前記ゲルはアガロースまたはアルギン酸ナトリウムによって構成されることを特徴とする並列反応用懸濁液。 The suspension for parallel reaction according to claim 1, wherein the gel is composed of agarose or sodium alginate. 請求項1に記載の並列反応用懸濁液において、前記ゲル粒子の大きさは1〜500μmであることを特徴とする並列反応用懸濁液。 The suspension for parallel reaction according to claim 1, wherein the gel particles have a size of 1 to 500 μm. 請求項1乃至請求項5に記載の懸濁液にタンパク質やペプチドの合成に必要な基質およびエネルギー物質を添加し、これら基質およびエネルギー物質をゲル粒子表面の半透膜を介してゲル粒子内に導入し、個々のゲル粒子中で個別の無細胞合成反応を同時に並行して行うことを特徴とする並列反応方法。   A substrate and an energy substance necessary for protein or peptide synthesis are added to the suspension according to any one of claims 1 to 5, and the substrate and the energy substance are introduced into the gel particle through a semipermeable membrane on the surface of the gel particle. A parallel reaction method comprising introducing and performing individual cell-free synthesis reactions in parallel in individual gel particles. 請求項6に記載の並列反応方法において、前記基質はアミノ酸と核酸であり、エネルギー物質はATP(アデノシン三リン酸)であることを特徴とする並列反応方法。   The parallel reaction method according to claim 6, wherein the substrate is an amino acid and a nucleic acid, and the energy substance is ATP (adenosine triphosphate). 請求項6または請求項7に記載した並列反応に続いて、個々のゲル粒子内に包含されているタンパク質、あるいはペプチドの特性を検査し、目的のタンパク質をコードするDNAを選別することを特徴とするスクリーニング方法。   The parallel reaction according to claim 6 or claim 7, characterized by examining the characteristics of the protein or peptide contained in each gel particle and selecting DNA encoding the target protein. Screening method. 請求項8に記載のスクリーニング方法において、前記DNAの選別は蛍光を発するゲル粒子を分取することを特徴とするスクリーニング方法。   9. The screening method according to claim 8, wherein the selection of the DNA involves sorting gel particles that emit fluorescence.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013024821A1 (en) * 2011-08-12 2013-02-21 国立大学法人筑波大学 Suspension for parallel reaction, parallel reaction method, and screening method

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