JP2012191904A - Chemical substance detection sensor and chemical substance detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオンチャネル型受容体タンパク質を用いて特定の化学物質の検出を行う化学物質検出センサ、および化学物質検出方法に関する。 The present invention relates to a chemical substance detection sensor and a chemical substance detection method for detecting a specific chemical substance using an ion channel receptor protein.
化学物質の種類を同定しあるいはその濃度を定量化することは、様々な局面において要請されている。例えば、半導体装置の製造プロセスにおいては、製造歩止まりを向上して高品質の半導体装置を製造するために、製造過程にある半導体基板上に付着した有機汚染物質などの化学物質を検出および管理することなどが必要である。 It is required in various aspects to identify the type of chemical substance or to quantify its concentration. For example, in the manufacturing process of a semiconductor device, in order to improve the manufacturing yield and manufacture a high-quality semiconductor device, chemical substances such as organic contaminants attached to the semiconductor substrate in the manufacturing process are detected and managed. That is necessary.
このような化学物質を検出する装置としては、例えば、キャビティリングダウン（CRD）方式を用いた検出装置、イオン移動度スペクトル(IMS)方式を用いた検出装置、半導体検出器がある。 Examples of such an apparatus for detecting a chemical substance include a detection apparatus using a cavity ring down (CRD) system, a detection apparatus using an ion mobility spectrum (IMS) system, and a semiconductor detector.
CRD方式を用いた検出装置は、多重反射を用いて、化学物質の光吸収スペクトルを光学的に検出して、化学物質の検出を行うものである。この検出装置は、高感度であるが、非常に高価であり、かつ巨大であるという問題がある。 A detection apparatus using the CRD method detects a chemical substance by optically detecting a light absorption spectrum of the chemical substance using multiple reflection. This detection device is highly sensitive, but has a problem that it is very expensive and huge.
IMS方式を用いた検出装置は、放射性同位体を用いて化学物質をイオン化し、そのイオンの移動度によって、化学物質の検出を行うものである。この検出装置も、高感度であるが、非常に高価であり、かつ巨大であるという問題がある。また、放射性同位体を扱うため、危険性を伴う。 A detection apparatus using the IMS method ionizes a chemical substance using a radioisotope, and detects the chemical substance based on the mobility of the ion. Although this detection device is also highly sensitive, there is a problem that it is very expensive and enormous. In addition, it is dangerous because it handles radioactive isotopes.
半導体検出器は、気体中に存在する分子を、アルミナ基板上に形成された金属酸化物半導体の表面に吸着させ、金属酸化物半導体の電気伝導度の変化を電気的に検出することにより化学物質の検出を行うものである。この検出器は、比較的安価であるが、感度が低いという問題がある。 A semiconductor detector is a chemical substance that absorbs molecules present in a gas onto the surface of a metal oxide semiconductor formed on an alumina substrate and electrically detects changes in the electrical conductivity of the metal oxide semiconductor. Is detected. This detector is relatively inexpensive but has a problem of low sensitivity.
したがって、高感度、小型および安価の全ての条件を満たす検出装置はまだ開発されていないのが現状である。 Therefore, the present situation is that a detection device that satisfies all the conditions of high sensitivity, small size, and low cost has not been developed yet.
なお、非特許文献１、２には、キイロショウジョウバエの触角において特異的に発現している６３種類のタンパク質について、これらのタンパク質が匂い受容体として機能していることが開示されている。新たに受容体であることが確認されたこれらのタンパク質は、その分子構造が既知の受容体タンパク質である「イオンチャネル型グルタミン酸受容体（ionotropic Glutamate Receptor : iGluR）」に似ていることから、「イオンチャネル型受容体（Ionotropic Receptor : IR）」と命名されている。このイオンチャネル型受容体は、既知である他の匂い受容体、嗅覚受容体や味覚受容体とは明確に異なるタンパク質の分子構造を持つ匂い受容体である。 Non-Patent Documents 1 and 2 disclose that 63 proteins expressed specifically in the antennae of Drosophila melanogaster function as odor receptors. These newly confirmed proteins are similar to the ionotropic glutamate receptor (iGluR), which is a known receptor protein in its molecular structure. It is named “Ionotropic Receptor (IR)”. This ion channel type receptor is an odor receptor having a molecular structure of a protein that is clearly different from other known odor receptors, olfactory receptors and taste receptors.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、高感度であり、小型であり、かつ安価な化学物質検出センサおよび化学物質検出方法を提供する。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, a highly sensitive, small and inexpensive chemical substance detection sensor and chemical substance detection method are provided.
本発明者らは、イオンチャネル型受容体タンパク質が特定の化学物質を検出するセンサとして使用できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。 The present inventors have found that an ion channel receptor protein can be used as a sensor for detecting a specific chemical substance. The present invention has been made based on such knowledge.
本発明の一の態様によれば、特定の化学物質を検出する化学物質検出センサであって、生物から採取され、かつ前記特定の化学物質と結合するイオンチャネル型受容体タンパク質を備えることを特徴とする、化学物質検出センサが提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a chemical substance detection sensor for detecting a specific chemical substance, comprising an ion channel receptor protein collected from a living body and binding to the specific chemical substance. A chemical substance detection sensor is provided.
本発明の他の態様によれば、特定の化学物質を検出する化学物質検出方法であって、生物から採取され、かつ前記特定の化学物質と結合するイオンチャネル型受容体タンパク質に、少なくともイオンを含む液体試料または気体試料を供給して、前記液体試料または気体試料中に特定の化学物質が含まれているか否かの検出を行うことを特徴とする、化学物質検出方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a chemical substance detection method for detecting a specific chemical substance, which comprises collecting at least ions from an ion channel receptor protein collected from an organism and binding to the specific chemical substance. There is provided a chemical substance detection method, characterized in that a liquid sample or gas sample is supplied to detect whether or not a specific chemical substance is contained in the liquid sample or gas sample.
本発明の一および他の態様の化学物質検出センサによれば、高感度であり、小型であり、かつ安価な化学物質検出センサを提供することができる。本発明の他の態様の化学物質検出方法によれば、高感度であり、小型であり、かつ安価で行い得る化学物質検出方法を提供することができる。 According to the chemical substance detection sensor of one and other aspects of the present invention, it is possible to provide a chemical substance detection sensor that is highly sensitive, small in size, and inexpensive. According to the chemical substance detection method of another aspect of the present invention, it is possible to provide a chemical substance detection method that can be performed with high sensitivity, small size, and low cost.
（第１の実施形態）
以下、本発明による化学物質検出センサおよび化学物質検出方法について、説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a chemical substance detection sensor and a chemical substance detection method according to the present invention will be described.
＜化学物質検出センサ＞
化学物質検出センサは、特定の化学物質と結合し、かつ生物から採取したイオンチャネル型受容体タンパク質を備えるものである。本明細書における「イオンチャネル型受容体」とは、嗅覚受容細胞に存在する、イオンチャネル共役型受容体のカテゴリに属する匂い受容体の一種を指す。ここで言う「イオンチャネル共役型受容体」とは、対応する分子の特異的な結合によってチャネルを開く作用を持った、受容体タンパク質の一群を指すものである。「イオンチャネル型受容体」はその中の一種であるが、例えば、同じく匂い受容体として機能する昆虫の嗅覚受容体や、神経伝達に関係するイオンチャネル型グルタミン酸受容体などの同じイオンチャネル共役型受容体のカテゴリに属する既知の受容体とは異なるものである。開示されている文献によっては、本明細書において「イオンチャネル共役型受容体」と呼称している、「リガンド分子の結合によりチャネル部分が開口するイオンチャネル」を「イオンチャネル型受容体」と記しているものもあるが、本明細書においては両者を明確に区別する。「イオンチャネル型受容体」は、あくまでも「イオンチャネル共役型受容体」の中の１カテゴリに過ぎず、嗅覚受容体や味覚受容体等と同列に表記されるべき匂い受容体の１カテゴリとして取り扱う。
<Chemical substance detection sensor>
The chemical substance detection sensor includes an ion channel type receptor protein that binds to a specific chemical substance and is collected from an organism. The “ion channel type receptor” in the present specification refers to a kind of odor receptor that exists in the olfactory receptor cell and belongs to the category of ion channel coupled receptor. As used herein, “ion channel-coupled receptor” refers to a group of receptor proteins having an action of opening a channel by specific binding of corresponding molecules. "Ion channel type receptor" is one of them, but for example, the same ion channel conjugate type such as an insect olfactory receptor that also functions as an odor receptor and an ion channel type glutamate receptor related to neurotransmission It is different from known receptors belonging to the category of receptors. Depending on the document disclosed, “ion channel-coupled receptor”, which is referred to herein as “ion channel-coupled receptor”, is referred to as “ion channel receptor”. However, in the present specification, the two are clearly distinguished. The “ion channel type receptor” is only one category of the “ion channel coupled receptor”, and is treated as one category of odor receptor that should be described in the same row as the olfactory receptor and the taste receptor. .
「生物」としては、例えば動物界、旧口動物枝に属する動物が挙げられるが、イオンチャネル型受容体タンパク質を有する生物であれば限定されない。ただし、本明細書における「生物」とは、ヒトを除くものとする。 Examples of the “organism” include animals belonging to the animal kingdom and the former mouth branch, but are not limited as long as the organism has an ion channel receptor protein. However, “living organism” in this specification excludes humans.
旧口動物枝に属する動物としては、昆虫が挙げられる。「昆虫」とは、動物界、旧口動物枝、脱皮動物上門、節足動物門、昆虫綱に属する動物である。昆虫としては、例えば、原尾目、粘菅目、双尾目、総尾目、蜉蝣目、蜻蛉目、積翅目、欠翅目、直翅目、ナナフシ目、革翅目、蟷螂目、網翅目、シロアリ目、紡脚目、噛虫目、食毛目、シラミ目、アザミウマ目、半翅目、脈翅目、長翅目、毛翅目、鱗翅目、鞘翅目、双翅目、膜翅目、隠翅目、撚翅目等に属するものが挙げられる。昆虫の具体的な例示としては、双翅目短角亜目ハエ下目ショウジョウバエ科に属するキイロショウジョウバエ等が挙げられる。 Insects are examples of animals belonging to the former mouth branch. “Insects” are animals belonging to the animal kingdom, Old Mouth branch, mollusc upper gate, arthropod gate, insect class. Insects include, for example, Hara eyes, Glutiformes, Diptera, Soot eyes, Lepidoptera, Lepidoptera, Lipomyidae, Absorptive, Naginata, Naginata, Lepidoptera, Lepidoptera, Reticulates , Termite eyes, spina eyes, bite eyes, phagocytic eyes, lice eyes, thrips eyes, hemiptera, pulse eyes, long eye, long hair, lepidoptera, coleoptera, diptera, hymenoptera , And those belonging to the reticulated, twisted, etc. Specific examples of insects include Drosophila Drosophila belonging to the family Drosophilidae.
例えば、キイロショウジョウバエの場合、イオンチャネル型受容体タンパク質の一つである、DmIR84a遺伝子がコードするイオンチャネル型受容体タンパク質は配列番号１（別紙）に記載のアミノ酸配列で表わすことができ、このイオンチャネル型受容体タンパク質をコードする遺伝子、DmIR84aは配列番号２（別紙）に記載の塩基配列で表すことができる。このDmIR84a遺伝子からコードされるイオンチャネル型受容体タンパク質は下記式（１）で示されるフェニルアセトアルデヒドと選択的に結合する。
なお、DmIR84a遺伝子がコードするイオンチャネル型受容体タンパク質には、配列番号１に記載されるアミノ酸配列からなるタンパク質の他、（ｉ）配列番号１で表されるアミノ酸配列において、１もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を含んでなり、かつ配列番号１で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同等の機能を有するタンパク質、（ｉｉ）配列番号１で表されるアミノ酸配列をコードする遺伝子とストリンジェントな条件でハイブリダイズする遺伝子によりコードされ、かつ配列番号１で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同等の機能を有するタンパク質、または（ｉｉｉ）配列番号１で表されるアミノ酸配列と７０％以上の同一性を有するアミノ酸配列を含んでなり、かつ配列番号１で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同等の機能を有するタンパク質が含まれる。 In addition, the ion channel receptor protein encoded by the DmIR84a gene includes (i) one or more of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 in addition to the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. A protein comprising an amino acid sequence in which an amino acid is deleted, substituted, inserted or added, and having a function equivalent to that of a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, (ii) represented by SEQ ID NO: 1 A protein encoded by a gene that hybridizes with a gene encoding an amino acid sequence under stringent conditions and having a function equivalent to a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or (iii) represented by SEQ ID NO: 1 An amino acid sequence having 70% identity or more with A protein having the same function as the protein consisting of the amino acid sequence represented by column number 1 is included.
本明細書において、「アミノ酸配列において、１もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列」とは、部位特異的突然変異誘発法等の周知の方法により、または天然に生じ得る程度の複数個の数のアミノ酸の置換等により改変がなされたことを意味する。アミノ酸の改変の個数は、好ましくは１〜５０個、より好ましくは１〜３０個、さらに好ましくは１〜１０個、さらにより好ましくは１〜５個、最も好ましくは１〜２個である。 In the present specification, “amino acid sequence in which one or a plurality of amino acids are deleted, substituted, inserted or added in an amino acid sequence” refers to a well-known method such as site-directed mutagenesis or naturally. It means that the modification has been made by substitution or the like of a plurality of amino acids to the extent possible. The number of amino acid modifications is preferably 1-50, more preferably 1-30, even more preferably 1-10, even more preferably 1-5, and most preferably 1-2.
受容体タンパク質の改変アミノ酸配列の例は、好ましくは、そのアミノ酸が、１または複数個（好ましくは、１ないし数個あるいは１、２、３、または４個）の保存的置換を有する配列番号１で表されるアミノ酸配列であることができる。 An example of a modified amino acid sequence of a receptor protein is preferably SEQ ID NO: 1 wherein the amino acid has one or more (preferably 1 to several, 1, 2, 3, or 4) conservative substitutions. The amino acid sequence represented by
本明細書において、「保存的置換」とは、１若しくは複数個のアミノ酸残基を、別の化学的に類似したアミノ酸残基で置き換えることを意味する。例えば、ある疎水性残基を別の疎水性残基によって置換する場合、ある極性残基を同じ電荷を有する別の極性残基によって置換する場合などが挙げられる。このような置換を行うことができる機能的に類似のアミノ酸は、アミノ酸毎に該技術分野において公知である。具体例を挙げると、非極性（疎水性）アミノ酸としては、アラニン、バリン、イソロイシン、ロイシン、プロリン、トリプトファン、フェニルアラニン、メチオニンなどが挙げられる。極性（中性）アミノ酸としては、グリシン、セリン、スレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、システインなどが挙げられる。陽電荷をもつ（塩基性）アミノ酸としては、アルギニン、ヒスチジン、リジンなどが挙げられる。負電荷をもつ（酸性）アミノ酸としては、アスパラギン酸、グルタミン酸などが挙げられる。 As used herein, “conservative substitution” means the replacement of one or more amino acid residues with another chemically similar amino acid residue. For example, when a certain hydrophobic residue is substituted by another hydrophobic residue, a certain polar residue is substituted by another polar residue having the same charge, and the like. Functionally similar amino acids that can make such substitutions are known in the art for each amino acid. Specific examples include non-polar (hydrophobic) amino acids such as alanine, valine, isoleucine, leucine, proline, tryptophan, phenylalanine, and methionine. Examples of polar (neutral) amino acids include glycine, serine, threonine, tyrosine, glutamine, asparagine, and cysteine. Examples of positively charged (basic) amino acids include arginine, histidine, and lysine. Examples of negatively charged (acidic) amino acids include aspartic acid and glutamic acid.
本明細書において「ストリンジェントな条件」とは、ハイブリダイゼーション後のメンブレンの洗浄操作を、高温下低塩濃度溶液中で行うことを意味し、例えば、０．５×ＳＳＣ濃度（１×ＳＳＣ：１５ｍＭクエン酸３ナトリウム、１５０ｍＭ塩化ナトリウム）、６０℃、１５分間の洗浄条件、好ましくは０．５×ＳＳＣ濃度、０．１％ＳＤＳ溶液中で６０℃、１５分間の洗浄条件、を意味する。 In the present specification, “stringent conditions” means that the membrane is washed after hybridization in a low salt concentration solution at high temperature. For example, 0.5 × SSC concentration (1 × SSC: 15 mM trisodium citrate, 150 mM sodium chloride), washing conditions at 60 ° C. for 15 minutes, preferably 0.5 × SSC concentration, washing conditions at 60 ° C. for 15 minutes in 0.1% SDS solution.
ハイブリダイゼーションは、公知の方法に従って行うことができる。また、市販のライブラリーを使用する場合、添付の使用説明書に記載の方法に従って行うことができる。 Hybridization can be performed according to a known method. Moreover, when using a commercially available library, it can carry out according to the method as described in an attached instruction manual.
本明細書において、塩基配列またはアミノ酸配列についての「同一性」とは、比較される配列間において、各々の配列を構成する塩基またはアミノ酸残基の一致の程度の意味で用いられる。本明細書において示した「同一性」の数値はいずれも、当業者に公知の相同性検索プログラムを用いて算出される数値であればよく、例えばＦＡＳＴＡ、ＢＬＡＳＴ等においてデフォルト（初期設定）のパラメータを用いることにより、容易に算出することができる。 In the present specification, “identity” with respect to a base sequence or amino acid sequence is used to mean the degree of coincidence of bases or amino acid residues constituting each sequence between compared sequences. Any numerical value of “identity” shown in the present specification may be a numerical value calculated using a homology search program known to those skilled in the art. For example, a default (initial setting) parameter in FASTA, BLAST, or the like. Can be easily calculated.
配列番号１で表されるアミノ酸配列と７０％以上の同一性を有するアミノ酸配列は、好ましくは、８０％以上、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上、さらにより好ましくは９５％以上、特に好ましくは９８％以上、そして最も好ましくは９９％以上の同一性を有するアミノ酸配列であることができる。 The amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and even more preferably 95% or more. Particularly preferred is an amino acid sequence having identity of 98% or more, and most preferably 99% or more.
本明細書において、配列番号１で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同等の機能を有するかどうかは配列番号１で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質の発現と関連する生体現象あるいは機能を評価することにより決定することができ、例えば、そのタンパク質を遺伝子組み換え技術により発現させることができるかどうかを評価することにより決定することができる。 In this specification, whether or not it has a function equivalent to that of the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is evaluated for biological phenomena or functions related to the expression of the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: For example, it can be determined by evaluating whether the protein can be expressed by genetic engineering techniques.
イオンチャネル型受容体と言うカテゴリに含まれるタンパク質をコードする遺伝子であるならば、上記において例示したものと発現に至る形態が同一であるために機能を発現させることは可能である。 If it is a gene encoding a protein included in the category of an ion channel type receptor, the form leading to expression is the same as that exemplified above, so that the function can be expressed.
このようなイオンチャネル型受容体タンパク質は、例えば細胞や無細胞タンパク質発現系を用いて発現させることができる。無細胞タンパク質発現系としては、例えば大腸菌抽出物を用いたキット等が挙げられる。イオンチャネル型受容体タンパク質は、例えば、細胞で発現した状態または脂質二重膜に組み込まれた状態で使用される。 Such an ion channel receptor protein can be expressed using, for example, a cell or a cell-free protein expression system. Examples of the cell-free protein expression system include a kit using an E. coli extract. The ion channel receptor protein is used, for example, in a state expressed in cells or in a state incorporated in a lipid bilayer membrane.
以下、イオンチャネル型受容体タンパク質が発現している細胞を備えた化学物質検出センサについて説明する。図１は本実施形態に係る化学物質検出センサの概略構成図である。図２は図１に示される溶出器を構成する基材の平面図であり、図３は図１に示される溶出器の縦断面図である。 Hereinafter, a chemical substance detection sensor provided with a cell expressing an ion channel receptor protein will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a chemical substance detection sensor according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view of a substrate constituting the elution device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the elution device shown in FIG.
図１に示されるように化学物質検出センサ１０は、細胞１１を備えるものである。また、図１に示される化学物質検出センサ１０は、さらに、溶出器１２と、流路形成部材１３と、電極１４と、電流測定器１５とを備えるものである。 As shown in FIG. 1, the chemical substance detection sensor 10 includes cells 11. The chemical substance detection sensor 10 shown in FIG. 1 further includes an elution device 12, a flow path forming member 13, an electrode 14, and a current measuring device 15.
細胞
細胞１１は、生物から採取した、特定の化学物質と結合するイオンチャネル型受容体タンパク質が発現しているものである。細胞１１としては、特に限定されないが、アフリカツメガエルの卵母細胞、培養細胞、大腸菌、酵母、カイコガの触角に存在するボンビコール受容細胞、ショウジョウバエのエンプティニューロン（内在性の嗅覚受容体を欠く遺伝子組み換えショウジョウバエを用いた発現系）、その他の動物細胞、および植物細胞等が挙げられる。化学物質検出センサ１０においては、細胞に電極を刺入する必要があるので、これらの細胞の中でも、直径が約１ｍｍ程度であり、細胞に電極を比較的刺入しやすいアフリカツメガエルの卵母細胞が好ましい。
The cell cell 11 is one in which an ion channel receptor protein that is collected from an organism and binds to a specific chemical substance is expressed. The cells 11 are not particularly limited, but include Xenopus oocytes, cultured cells, Escherichia coli, yeast, Bombycol receptor cells present in silkworm antennae, Drosophila empty neurons (genetic recombination lacking endogenous olfactory receptors). Expression system using Drosophila), other animal cells, plant cells and the like. In the chemical substance detection sensor 10, since it is necessary to insert electrodes into cells, among these cells, Xenopus oocytes having a diameter of about 1 mm and relatively easy to insert electrodes into cells. Is preferred.
細胞１１のイオンチャネル型受容体タンパク質は、イオンチャネル型受容体タンパク質をコードする遺伝子を導入することにより、発現しているものである。遺伝子の導入方法は、用いる細胞によって適宜選択することが望ましい。遺伝子の導入方としては、例えば、マイクロインジェクション法、リポフェクション法、ウイルス感染を用いた方法、ヒートショック法、エレクトロポレーション法、リチウム法、GAL4-UASシステムを利用した方法、アクロバクテリウム法等の公知の遺伝子導入技術により得ることができる。 The ion channel receptor protein of the cell 11 is expressed by introducing a gene encoding the ion channel receptor protein. The gene introduction method is preferably selected appropriately depending on the cells to be used. Examples of gene introduction methods include microinjection method, lipofection method, virus infection method, heat shock method, electroporation method, lithium method, method using GAL4-UAS system, Acrobacterium method, etc. It can be obtained by a known gene transfer technique.
例えば、細胞１１として、アフリカツメガエルの卵母細胞を用いる場合には、マイクロインジェクション法を用いることが可能である。この場合、例えば昆虫から単離したイオンチャネル型受容体タンパク質をコードするRNAを含む溶液をマイクロインジェクターでアフリカツメガエルの卵母細胞に導入する。これにより、アフリカツメガエルの卵母細胞にて昆虫のイオンチャネル型受容体タンパク質を発現させることができる。 For example, when Xenopus oocytes are used as the cells 11, the microinjection method can be used. In this case, for example, a solution containing RNA encoding an ion channel receptor protein isolated from insects is introduced into Xenopus oocytes using a microinjector. Thereby, the insect ion channel type receptor protein can be expressed in Xenopus oocytes.
細胞１１として、培養細胞を用いる場合には、リポフェクション法またはウイルス感染を用いた方法を用いることが可能である。リポフェクション法の場合、リポソーム内に例えば昆虫から単離したイオンチャネル型受容体タンパク質をコードするRNAを導入し、このRNAが導入されたリポソームを培養細胞に融合する。これにより、培養細胞にて昆虫のイオンチャネル型受容体タンパク質を発現させることができる。 When a cultured cell is used as the cell 11, a lipofection method or a method using viral infection can be used. In the case of the lipofection method, RNA encoding an ion channel receptor protein isolated from, for example, an insect is introduced into the liposome, and the liposome into which this RNA has been introduced is fused to a cultured cell. Thereby, an insect ion channel type receptor protein can be expressed in cultured cells.
細胞１１として、大腸菌を用いる場合にはヒートショック法やエレクトロポレーション法を用いることが可能であり、酵母を用いる場合には酢酸リチウム法を用いることが可能であり、カイコガの触角に存在するボンビコール受容細胞やショウジョウバエのエンプティニューロンを用いる場合にはGAL4-UASシステムを利用した方法を用いることが可能である。その他の動物細胞を用いる場合にはエレクトロポレーション法が一般的であるが、ウイルス感染を用いた方法やリポフェクション法なども使用することが可能である。また、植物細胞を用いる場合にはアクロバクテリウム法を用いることが可能である。 When using Escherichia coli as the cell 11, a heat shock method or an electroporation method can be used, and when using yeast, a lithium acetate method can be used. When using call receptor cells or Drosophila empty neurons, it is possible to use a method using the GAL4-UAS system. When other animal cells are used, the electroporation method is generally used, but a method using a viral infection or a lipofection method can also be used. In the case of using plant cells, the Acrobacterium method can be used.
溶出器
溶出器１２は、気体試料（サンプルガス）に含まれる化学物質を、イオン含有溶液中に溶出させて、液体試料を得るためのものである。イオン含有溶液は、例えばＮａ＋、Ｋａ＋、Ｃａ２＋のような陽イオンを含む液体であり、イオン含有溶液としては、例えばバース液が挙げられる。
The elution device 12 is for obtaining a liquid sample by eluting a chemical substance contained in a gas sample (sample gas) into an ion-containing solution. The ion-containing solution is a liquid containing cations such as Na + , Ka + , and Ca 2+ , and examples of the ion-containing solution include a bath liquid.
溶出器１２としては、例えば、マイクロ化学チップ、フローセル、インピンジャー、スクラバー等が挙げられるが、使用する気体試料やイオン含有溶液が少量で済む観点から例えばマイクロ化学チップ等が好ましい。本実施の形態では、溶出器１２が、マイクロ化学チップである例について説明する。 Examples of the elution device 12 include a microchemical chip, a flow cell, an impinger, a scrubber, and the like. From the viewpoint of using a small amount of gas sample or ion-containing solution, for example, a microchemical chip is preferable. In the present embodiment, an example in which the elution device 12 is a microchemical chip will be described.
溶出器１２は、基材１６と、基材１６を覆うカバー部材１７とから構成されている。基材１６には、図２に示されるように両端が二股に分岐した形状、すなわち両端がＹ字状に流路１８が形成されている。ここで、注入口１８ａ、１８ｂから合流地点Ａまでを注入用流路１８ｃ、１８ｄとし、排出口１８ｅ、１８ｆから合流地点Ｂまでを排出用流路１８ｇ、１８ｈとし、合流地点Ａから合流地点Ｂまでを溶出用流路１８ｉ、１８ｊとする。 The elution device 12 includes a base material 16 and a cover member 17 that covers the base material 16. As shown in FIG. 2, the base material 16 is formed with a flow path 18 in which both ends are bifurcated, that is, both ends are Y-shaped. Here, the inlets 18a and 18b to the junction A are the injection channels 18c and 18d, the outlets 18e and 18f to the junction B are the outlets 18g and 18h, and the junction A to the junction B. Up to the elution channels 18i and 18j.
溶出用流路１８ｉと溶出用流路１８ｊは、溶出用流路１８ｉを流れるサンプルガスと溶出用流路１８ｊを流れるイオン含有溶液が一部において互いに接触するように通じている。溶出用流路１８ｉと溶出用流路１８ｊとの間には、安定した層流を得るために図３に示されるようにガイド１８ｋが設けられていてもよい。 The elution channel 18i and the elution channel 18j are communicated so that the sample gas flowing through the elution channel 18i and the ion-containing solution flowing through the elution channel 18j are partially in contact with each other. A guide 18k may be provided between the elution channel 18i and the elution channel 18j as shown in FIG. 3 in order to obtain a stable laminar flow.
注入口１８ａから気体試料を流すと、気体試料は、注入用流路１８ｃ、溶出用流路１８ｉ、排出用流路１８ｇを介して排出口１８ｅから排出される。また、注入口１８ｂからイオン含有溶液を流すと、イオン含有溶液は、注入用流路１８ｄ、溶出用流路１８ｊ、排出用流路１８ｈを介して排出口１８ｆから排出される。ここで、並行かつ接触している２つの微小流路を流れる流体においては、安定で直線的な層流の流れになる傾向が強く、２つの流体を合流させても、実際には互いに混じり合わず、それぞれの流れを維持するような現象が起こる。その一方で、２つの流体の距離が非常に近く、体積から見ると互いが接する界面の面積が非常に大きいことから、拡散によって、一方の流体から他方の流体に分子を移動させることができる。このような原理により、溶出用流路１８ｉを流れる気体試料に含まれる化学物質が、溶出用流路１８ｊを流れるイオン含有溶液に溶出して、液体試料が得られる。 When a gas sample is flowed from the injection port 18a, the gas sample is discharged from the discharge port 18e through the injection channel 18c, the elution channel 18i, and the discharge channel 18g. When an ion-containing solution is flowed from the inlet 18b, the ion-containing solution is discharged from the outlet 18f via the inlet channel 18d, the elution channel 18j, and the outlet channel 18h. Here, fluids flowing through two microchannels that are parallel and in contact tend to be stable and linear laminar flows, and even if the two fluids are merged, they actually mix with each other. However, a phenomenon that maintains each flow occurs. On the other hand, since the distance between the two fluids is very close and the area of the interface where they contact each other is very large when viewed from the volume, molecules can be transferred from one fluid to the other by diffusion. Based on such a principle, the chemical substance contained in the gas sample flowing through the elution channel 18i is eluted into the ion-containing solution flowing through the elution channel 18j to obtain a liquid sample.
流路形成部材
流路形成部材１３は、細胞１１が設置されるとともに、排出口１８ｆから排出された液体試料を流すための流路１３ａを備えている。流路形成部材１３は、流路１３ａが形成されていれば、特に限定されない。流路形成部材１３としては、例えば、流路が形成された基板等が挙げられる。
Flow path forming member The flow path forming member 13 is provided with a flow path 13a in which the cells 11 are installed and the liquid sample discharged from the discharge port 18f flows. The flow path forming member 13 is not particularly limited as long as the flow path 13a is formed. Examples of the flow path forming member 13 include a substrate on which a flow path is formed.
電極および電流測定器
電極１４は、細胞１１に刺入されるものである。電極１４としては、例えばガラス電極が挙げられる。電流測定器１５は、電極１４に電気的に接続されている。
The electrode and the current measuring device electrode 14 are inserted into the cell 11. Examples of the electrode 14 include a glass electrode. The current measuring device 15 is electrically connected to the electrode 14.
このような化学物質検出センサ１０によれば、以下のようにして、検出対象である特定の化学物質を検出することができる。まず、気体試料から気体試料に含まれる化学物質を溶出器１２によりイオン含有溶液に溶出させて、液体試料を得る。そして、流路１３ａを介して、溶出した化学物質およびイオンを含む液体試料を電極１４が刺入された細胞１１に供給する。液体試料に含まれている化学物質が、検出対象である特定の化学物質ではない場合、すなわちイオンチャネル型受容体が結合する化学物質でない場合には、イオンチャネル型受容体のイオンチャネルは閉じたままの状態であるので、イオンが細胞１１内に流入せず、電流変化はほぼ生じない。これに対し、液体試料に含まれている化学物質が、検出対象である特定の化学物質である場合、すなわちイオンチャネル型受容体が結合する化学物質である場合には、化学物質との結合によりイオンチャネル型受容体のイオンチャネルが開き、液体試料に含まれているイオンが細胞１１内に流入する。そして、このイオンの流入により、電極１４間に流れる電流が変化するので、この電流変化を、電流測定器１５を用いて測定することにより検出対象である特定の化学物質を検出することができるとともに、この化学物質の濃度を測定することができる。 According to such a chemical substance detection sensor 10, it is possible to detect a specific chemical substance to be detected as follows. First, a chemical substance contained in the gas sample is eluted from the gas sample into the ion-containing solution by the elution device 12 to obtain a liquid sample. And the liquid sample containing the eluted chemical substance and ion is supplied to the cell 11 inserted with the electrode 14 through the flow path 13a. When the chemical substance contained in the liquid sample is not a specific chemical substance to be detected, that is, when the ion channel type receptor is not bound, the ion channel of the ion channel type receptor is closed. In this state, ions do not flow into the cell 11 and almost no current change occurs. On the other hand, when the chemical substance contained in the liquid sample is a specific chemical substance to be detected, that is, a chemical substance to which an ion channel type receptor binds, binding to the chemical substance causes The ion channel of the ion channel type receptor opens, and ions contained in the liquid sample flow into the cell 11. Since the current flowing between the electrodes 14 changes due to the inflow of ions, a specific chemical substance that is a detection target can be detected by measuring the current change using the current measuring device 15. The concentration of this chemical can be measured.
イオンチャネル型受容体は選択性が高く、また非常に高感度であるので、目的とする化学物質が少量存在すれば、検出することができる。また、イオンチャネル型受容体は非常に小さいので、小型のセンサを得ることができる。さらに、イオンチャネル型受容体タンパク質は例えば一度、生物の組織から遺伝子の形で採取してしまえば、遺伝子工学技術により容易に増幅、およびタンパク質へと合成することができるので、非常に安価で得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、高感度であり、小型であり、かつ安価な化学物質検出センサを提供することができる。 Since the ion channel receptor has high selectivity and is very sensitive, it can be detected in the presence of a small amount of the target chemical substance. In addition, since the ion channel type receptor is very small, a small sensor can be obtained. Furthermore, once ion-channel receptor proteins are collected in the form of genes from biological tissues, for example, they can be easily amplified and synthesized into proteins by genetic engineering techniques, so they are obtained at a very low cost. be able to. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a chemical substance detection sensor with high sensitivity, small size, and low cost.
＜化学物質検出方法＞
本実施形態の化学物質検出方法は、生物から採取され、かつ特定の化学物質と結合するイオンチャネル型受容体タンパク質に、少なくともイオンを含む液体試料または気体試料を供給して、液体試料または気体試料中に特定の化学物質が含まれているか否かの検出を行うものである。イオンチャネル型受容体タンパク質は、上記と同様のものであるので、ここでは説明を省略するものとする。
<Chemical substance detection method>
In the chemical substance detection method of the present embodiment, a liquid sample or gas sample containing at least ions is supplied to an ion channel receptor protein that is collected from an organism and binds to a specific chemical substance. This is to detect whether or not a specific chemical substance is contained therein. Since the ion channel receptor protein is the same as described above, the description thereof is omitted here.
イオンチャネル型受容体タンパク質を用いて行う化学物質検出方法によれば、上述したように、液体試料または気体試料中に検出対象である特定の化学物質が含まれている場合には、イオンチャネル型受容体タンパク質が特定の化学物質と結合することにより、イオンチャネルが開き、化学物質検出センサの内部にイオンチャネル型受容体タンパク質を介してイオンが流入する。このイオンの流れを例えば電流変化または電圧変化として捉えることによって、検出対象である特定の化学物質を検出することができる。 According to the chemical substance detection method performed using the ion channel receptor protein, as described above, when a specific chemical substance to be detected is contained in the liquid sample or the gas sample, the ion channel type is used. When the receptor protein binds to a specific chemical substance, an ion channel is opened, and ions flow into the chemical substance detection sensor via the ion channel type receptor protein. By capturing this ion flow as, for example, a current change or a voltage change, it is possible to detect a specific chemical substance to be detected.
（第２の実施形態）
以下、本発明による第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図４は本実施形態に係る化学物質検出センサの概略構成図である。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a chemical substance detection sensor according to this embodiment.
図４に示されるように化学物質検出センサ２０は、細胞２１を備えるものである。また、図４に示される化学物質検出センサ２０は、さらに、溶出器２２と、流路形成部材２３とを備えるものである。 As shown in FIG. 4, the chemical substance detection sensor 20 includes a cell 21. Further, the chemical substance detection sensor 20 shown in FIG. 4 further includes an elution device 22 and a flow path forming member 23.
細胞
細胞２１は、細胞１１と同様に、特定の化学物質と結合し、かつ生物から採取したイオンチャネル型受容体タンパク質を備えるものであるが、細胞２１には更に例えばイオンの濃度によって蛍光強度が変化する蛍光物質（図示せず）が導入されている。細胞２１としては、第１の実施形態で列挙されたものと同様のものが挙げられる。
Cells cells 21, like cells 11, combined with specific chemicals, and it is intended to include the ionotropic receptor proteins obtained from organisms, the fluorescence intensity by addition for example the concentration of ions in the cell 21 A changing fluorescent material (not shown) is introduced. Examples of the cell 21 include the same ones listed in the first embodiment.
蛍光物質としては、例えば、Ｎａ＋に応答して蛍光強度が変化するナトリウムイオン感受性蛍光色素、Ｋａ＋に応答して蛍光強度が変化するカリウムイオン感受性蛍光色素、Ｃａ２＋に応答して蛍光強度が変化するカルシウムイオン感受性蛍光色素等が挙げられる。ナトリウムイオン感受性蛍光色素としては例えばSBFI、CoroNa等が挙げられ、カリウムイオン感受性蛍光色素としては例えばPBFI等が挙げられ、カルシウムイオン感受性蛍光色素としては例えばFura-2、Fluo-3、Fluo-4等が挙げられる。 Examples of the fluorescent substance include a sodium ion sensitive fluorescent dye whose fluorescent intensity changes in response to Na + , a potassium ion sensitive fluorescent dye whose fluorescent intensity changes in response to Ka + , and a fluorescent intensity which responds to Ca 2+. Examples include calcium ion-sensitive fluorescent dyes that change. Examples of sodium ion sensitive fluorescent dyes include SBFI and CoroNa, examples of potassium ion sensitive fluorescent dyes include PBFI, and examples of calcium ion sensitive fluorescent dyes include Fura-2, Fluo-3, and Fluo-4. Is mentioned.
溶出器および流路形成部材
溶出器２２は溶出器１２と同様のものであり、また流路形成部材２３は流路形成部材１３と同様のものであるので、説明を省略する。
Since the elution device and the flow path forming member elution device 22 are the same as the elution device 12, and the flow path forming member 23 is the same as the flow path forming member 13, the description thereof is omitted.
このような化学物質検出センサ２０によれば、以下のようにして、検出対象である特定の化学物質を検出することができる。まず、気体試料から気体試料に含まれる化学物質を溶出器２２によりイオン含有溶液に溶出させて、液体試料を得る。そして、流路２３ａを介して、溶出した化学物質およびイオンを含む液体試料を、蛍光物質が導入された細胞２１に供給する。液体試料に含まれている化学物質が、検出対象である特定の化学物質ではない場合には、イオンチャネル型受容体のイオンチャネルは閉じたままの状態であるので、液体試料に含まれているイオンが細胞２１内に流入せず、蛍光強度の変化はほぼ生じない。これに対し、液体試料に含まれている化学物質が、検出対象である特定の化学物質である場合には、化学物質との結合によりイオンチャネル型受容体のイオンチャネルが開き、液体試料に含まれているイオンが細胞２１内に流入する。そして、このイオンの流入により、蛍光物質の蛍光強度が変化するので、この蛍光強度の変化を計測することにより、検出対象である特定の目的とする化学物質を検出することができるとともに、この特定の化学物質の濃度を測定することができる。 According to such a chemical substance detection sensor 20, it is possible to detect a specific chemical substance to be detected as follows. First, the chemical substance contained in the gas sample is eluted from the gas sample into the ion-containing solution by the elution device 22 to obtain a liquid sample. Then, the liquid sample containing the eluted chemical substance and ions is supplied to the cell 21 into which the fluorescent substance has been introduced via the flow path 23a. If the chemical substance contained in the liquid sample is not the specific chemical substance to be detected, the ion channel of the ion channel type receptor remains closed, so it is contained in the liquid sample. Ions do not flow into the cell 21 and the fluorescence intensity hardly changes. On the other hand, when the chemical substance contained in the liquid sample is a specific chemical substance to be detected, the ion channel of the ion channel type receptor opens due to binding with the chemical substance, and is contained in the liquid sample. Ions flow into the cell 21. Then, since the fluorescence intensity of the fluorescent substance changes due to the inflow of the ions, by measuring the change in the fluorescence intensity, it is possible to detect a specific target chemical substance to be detected and The concentration of chemical substances can be measured.
本実施形態によれば、電極を細胞２１に刺入する必要がないので、培養細胞のような大きさが非常に小さい細胞であっても、容易に化学物質の検出を行うことができる。 According to this embodiment, since it is not necessary to insert an electrode into the cell 21, it is possible to easily detect a chemical substance even for a very small cell such as a cultured cell.
（第３の実施形態）
以下、本発明による第３の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図５は本実施形態に係る化学物質検出センサの概略構成図である。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the chemical substance detection sensor according to the present embodiment.
図５に示されるように化学物質検出センサ３０は、脂質二重膜３１を備えるものである。また、図５に示される化学物質検出センサ３０は、さらに、溶出器３２と、流路形成部材３３、３４と、電流測定器３５を備えるものである。 As shown in FIG. 5, the chemical substance detection sensor 30 includes a lipid bilayer membrane 31. Further, the chemical substance detection sensor 30 shown in FIG. 5 further includes an elution device 32, flow path forming members 33 and 34, and a current measuring device 35.
脂質二重膜
脂質二重膜３１には、イオンチャネル型受容体タンパク質が組み込まれている。このような脂質二重膜３１は、無細胞タンパク質発現系によるイオンチャネル型受容体タンパク質の合成と脂質二重膜の形成を同時に行うことにより得ることができる。
The lipid bilayer lipid bilayer membrane 31 incorporates an ion channel receptor protein. Such a lipid bilayer membrane 31 can be obtained by simultaneously performing synthesis of an ion channel receptor protein and formation of a lipid bilayer membrane using a cell-free protein expression system.
溶出器
溶出器３２は溶出器１２と同様であるので説明を省略する。
Since the elution device 32 is the same as the elution device 12, a description thereof will be omitted.
流路形成部材および電流測定器
流路形成部材３３、３４は脂質二重膜３１を挟持するように、流路形成部材３３は脂質二重膜３１の上側に配置されており、流路形成部材３４は脂質二重膜の下側に配置されている。流路形成部材３３、３４は、流路３３ａ、３４ａを有し、流路形成部材３３、３４は流路３３ａ、３４ａが向かい合わせとなるように配置されている。すなわち、流路３３ａ、３４ａに、溶出器３２によって溶出させた化学物質およびイオンを含む液体試料を流すと、液体試料は脂質二重膜３１に接触する。電流測定器３５は、流路３３ａ、３４ａ内を流れるイオン含有溶液間の電流を測定するものである。
The flow path forming member 33 and the current measuring device flow path forming members 33 and 34 are disposed on the upper side of the lipid bilayer membrane 31 so as to sandwich the lipid bilayer membrane 31. 34 is arranged on the lower side of the lipid bilayer membrane. The flow path forming members 33 and 34 have flow paths 33a and 34a, and the flow path forming members 33 and 34 are arranged so that the flow paths 33a and 34a face each other. That is, when a liquid sample containing chemical substances and ions eluted by the elution device 32 is caused to flow through the flow paths 33 a and 34 a, the liquid sample comes into contact with the lipid bilayer membrane 31. The current measuring device 35 measures the current between the ion-containing solutions flowing in the flow paths 33a and 34a.
このような化学物質検出センサ３０によれば、以下のようにして、検出対象である特定の化学物質を検出することができる。まず、気体試料から気体試料に含まれる化学物質を溶出器３５によりイオン含有溶液に溶出させて、液体試料を得る。そして、流路３３、３４に、溶出した化学物質およびイオンを含む液体試料を流す。液体試料に含まれている化学物質が、検出対象である特定の化学物質ではない場合には、イオンチャネル型受容体のイオンチャネルは閉じたままの状態であるので、液体試料に含まれているイオンが流路３４ａに流入せず、電流変化はほぼ生じない。これに対し、液体試料に含まれている化学物質が、検出対象である特定の化学物質である場合には、化学物質との結合によりイオンチャネル型受容体のイオンチャネルが開き、流路３３ａ内の液体試料に含まれているイオンが脂質二重膜３１を介して、流路３４ａに流入する。このイオンの流入により、液体試料間に流れる電流が変化するので、この電流変化を電流測定器３５により測定することにより検出対象である特定の化学物質を検出することができるとともに、この特定の化学物質の濃度を測定することができる。 According to such a chemical substance detection sensor 30, it is possible to detect a specific chemical substance to be detected as follows. First, a chemical substance contained in the gas sample is eluted from the gas sample into the ion-containing solution by the elution device 35 to obtain a liquid sample. Then, a liquid sample containing eluted chemical substances and ions is passed through the flow paths 33 and 34. If the chemical substance contained in the liquid sample is not the specific chemical substance to be detected, the ion channel of the ion channel type receptor remains closed, so it is contained in the liquid sample. Ions do not flow into the flow path 34a and almost no current change occurs. On the other hand, when the chemical substance contained in the liquid sample is a specific chemical substance to be detected, the ion channel of the ion channel type receptor is opened by binding with the chemical substance, and the inside of the flow path 33a. The ions contained in the liquid sample flow into the flow path 34 a through the lipid bilayer membrane 31. Since the current flowing between the liquid samples changes due to the inflow of the ions, the specific chemical substance to be detected can be detected by measuring the current change with the current measuring device 35, and the specific chemistry can be detected. The concentration of the substance can be measured.
（第４の実施形態）
以下、本発明による第４の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図６は、第４の実施形態に係る化学物質検出センサの概略構成図であり、図７は検知部の一例を示した概略構成図である。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a chemical substance detection sensor according to the fourth embodiment, and FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a detection unit.
図６に示されるように化学物質検出センサ４０は、トランスジェニックカイコガ４１を備えるものである。また、図６に示される化学物質検出センサ４０は、さらに、トランスジェニックカイコガ４１を収容する筺体４２と、外気を筺体４２内に取り込む吸引ポンプ４３、およびトランスジェニックカイコガ４１の動作を検知する検知部４４とを備えるものである。 As shown in FIG. 6, the chemical substance detection sensor 40 includes a transgenic silkworm 41. In addition, the chemical substance detection sensor 40 shown in FIG. 6 further includes a housing 42 that houses the transgenic silkworm 41, a suction pump 43 that takes outside air into the housing 42, and a detector that detects the operation of the transgenic silkworm 41. 44.
トランスジェニックカイコガ
トランスジェニックカイコガ４１は、カイコガ以外の生物のイオンチャネル型受容体タンパク質をコードする遺伝子が導入され、ボンビコール受容細胞でイオンチャネル型受容体タンパク質が発現しているものである。なお、本実施形態では、トランスジェニックカイコガ４１を用いているが、ショウジョウバエのエンプティニューロンなどを用いてもよい。
The transgenic silkworm 41 is a gene in which a gene encoding an ion channel receptor protein of an organism other than the silkworm is introduced and the ion channel receptor protein is expressed in a bombycol receptor cell. In this embodiment, the transgenic silkworm 41 is used, but a Drosophila empty neuron may be used.
このようなトランスジェニックカイコガ４１は、例えば、マイクロインジェクション法、ウイルス感染を用いた方法等の公知の遺伝子導入技術により得ることができる。これらの中でも、次代への導入遺伝子の伝達効率の点からマイクロインジェクション法が好ましい。 Such a transgenic silkworm 41 can be obtained by a known gene transfer technique such as a microinjection method or a method using viral infection. Among these, the microinjection method is preferable from the viewpoint of the transgene transfer efficiency to the next generation.
具体的には、トランスジェニックカイコガ４１は、以下の方法により作製することができる。例えば、野生型のカイコガの性フェロモン受容体に対応する遺伝子であるBmOR1上流配列の下流部に転写制御因子であるGAL4遺伝子を配置させたDNAコンストラクトを作成し、野生型のカイコガの卵のゲノム領域に組み込み、育成する。組み込まれたBmOR1のプロモーターにより、性フェロモン受容細胞でのみGAL4が発現する。 Specifically, the transgenic silkworm 41 can be produced by the following method. For example, we created a DNA construct in which the transcriptional regulator GAL4 gene was placed downstream of the upstream sequence of BmOR1, which is a gene corresponding to the wild-type silkworm sex pheromone receptor, and the genome region of the wild-type silkworm egg Incorporate and nurture. The integrated BmOR1 promoter allows GAL4 to be expressed only in sex pheromone recipient cells.
また、導入するイオンチャネル型受容体に対応する遺伝子の上流部にUAS(Upstream Activator Sequence)を組み込んだDNAコンストラクトを作成し、野生型のカイコガの卵のゲノム領域に組み込み、育成する。UASはGAL4の認識配列であり、GAL4の存在下においてUASの下流の任意の遺伝子の発現を誘導する。 In addition, a DNA construct incorporating UAS (Upstream Activator Sequence) in the upstream part of the gene corresponding to the ion channel receptor to be introduced is prepared, and incorporated into the genome region of wild-type silkworm eggs to grow. UAS is a recognition sequence for GAL4 and induces the expression of any gene downstream of UAS in the presence of GAL4.
そして、それぞれ育成した、GAL4トランスジェニックカイコガと、UASトランスジェニックカイコガとを交配させて、二重トランスジェニック個体であるトランスジェニックカイコガ４１を得る。この方法により作製したトランスジェニックカイコガ４１は、GAL4が発現している性フェロモン受容細胞においてのみ、UASの下流に存在する目的のイオンチャネル型受容体タンパク質を発現させることができる。また、この方法で作製したトランスジェニックカイコガにおいては、一度このカイコガの育成を行なえば、次代以降のカイコガは全て同じトランスジェニックカイコガとして育成できる。 Then, the GAL4 transgenic silkworm and the UAS transgenic silkworm, which were respectively grown, are crossed to obtain a transgenic silkworm 41 that is a double transgenic individual. The transgenic silkworm 41 produced by this method can express the target ion channel receptor protein existing downstream of UAS only in the sex pheromone receptor cells in which GAL4 is expressed. Moreover, in the transgenic silkworm produced by this method, once this silkworm is cultivated, all silkworms from the next generation can be cultivated as the same transgenic silkworm.
野生型の雄のカイコガは、雌のカイコガから発生されるフェロモン物質である下記式（２）で示されるボンビコール（Bombykol）を特異的に認識し、匂い源の探索行動が発現する。匂い源の探索行動とは、具体的には、普段は静止状態にあるカイコガが、羽ばたきを始め、化学物質の源を探索し動き始める行動のことを指す。この探索行動は、普段の静止状態とは明確に区別し得る。このボンビコールは、カイコガの触角に存在する嗅覚感覚子内にあるボンビコール受容細胞によって受容される。ボンビコールの受容によってボンビコール受容細胞の神経興奮が発生したときだけ匂い源の探索行動が発現する。なお、特異的に認識するとは、特定の化学物質にのみ匂い源の探索行動が発現することを示し、他の化学物質に関してはその探索行動が発現しないことを意味する。したがって、野生型のカイコガはボンビコールでは匂い源の探索行動が発現するが、他の化学物質には探索行動は発現しない。
これに対し、トランスジェニックカイコガ４１は、ボンビコール受容細胞にボンビコール以外の化学物質と結合するイオンチャネル型受容体タンパク質をコードする遺伝子が導入され、かつこのイオンチャネル型受容体タンパク質が発現しているものであるので、導入したイオンチャネル型受容体タンパク質が結合する化学物質に対してボンビコール受容細胞の神経興奮が起こり、匂い源の探索行動が発現する。具体的には、トランスジェニックカイコガ４１が、導入したイオンチャネル型受容体タンパク質が結合する化学物質を受容すると、イオンチャネルが開き、リンパ液に含まれるイオンが流入して、ボンビコール受容細胞の神経興奮が起こる。これにより、トランスジェニックカイコガ４１は、羽ばたきを始めて、化学物質の源を探索し始める。したがって、この挙動をモニタリングすることによって、化学物質の検出が可能になる。 In contrast, in the transgenic silkworm 41, a gene encoding an ion channel type receptor protein that binds to a chemical substance other than bombycol is introduced into a bombycol receptor cell, and the ion channel type receptor protein is expressed. Therefore, the nerve excitement of the bombycol receptor cell occurs for the chemical substance to which the introduced ion channel receptor protein binds, and the search action of the odor source is expressed. Specifically, when the transgenic silkworm 41 receives a chemical substance to which the introduced ion channel receptor protein binds, the ion channel opens and ions contained in the lymph flow into the nerve excitement of the bombycol receptor cell. Happens. Thereby, the transgenic silkworm 41 starts flapping and starts searching for the source of the chemical substance. Therefore, it is possible to detect chemical substances by monitoring this behavior.
筺体
筺体４２は、少なくとも１匹のトランスジェニックカイコガ４１を収容することができれば特に限定されないが、複数匹のトランスジェニックカイコガ４１を収容できるものが好ましい。複数匹のトランスジェニックカイコガ４１を用いることにより、化学物質を検出するセンサとしての正確性を向上させることができる。筺体４２は吸気口４２ａおよび排気口４２ｂを備えている。
The rod body 42 is not particularly limited as long as it can accommodate at least one transgenic silkworm 41, but preferably can accommodate a plurality of transgenic silkworms 41. By using a plurality of transgenic silkworms 41, accuracy as a sensor for detecting a chemical substance can be improved. The housing 42 includes an intake port 42a and an exhaust port 42b.
吸引ポンプ
吸引ポンプ４３は、排気口４２ｂに接続されている。吸引ポンプ４３を作動させることにより、吸気口４２ａを介して外気を筺体４２内に取入れることができる。
The suction pump 43 is connected to the exhaust port 42b. By operating the suction pump 43, outside air can be taken into the housing 42 through the air inlet 42a.
検知部
検知部４４としては、トランスジェニックカイコガ４１の動作を直接的または間接的に検知することができれば特に限定されない。検知部４４として、例えば、動体センサ、トランスジェニックカイコガ４１の動作に伴う振動を検知する振動センサ、トランスジェニックカイコガ４１の動作に伴う音を検知する音センサ等を用いることができる。なお、検知部４４を設けずに目視によりトランスジェニックカイコガ４１の動作を検知してもよい。
The detection unit detection unit 44 is not particularly limited as long as the operation of the transgenic silkworm 41 can be detected directly or indirectly. As the detection unit 44, for example, a moving body sensor, a vibration sensor that detects vibration associated with the operation of the transgenic silkworm 41, a sound sensor that detects sound associated with the operation of the transgenic silkworm 41, or the like can be used. In addition, you may detect the operation | movement of the transgenic silkworm 41 visually without providing the detection part 44. FIG.
また、検知部４４として、図７に示されるようなトランスジェニックカイコガ４１を吊下げる吊下部材４４ａと、吊下部材４４ａで吊下げられたトランスジェニックカイコガ４１の足に接触し、かつ回転可能に設置された球４４ｂと、球４４ｂの動きを検知する例えば光学マウス等の動体センサ４４ｃとを備えるものを使用してもよい。なお、球４４ｂと動体センサ４４ｃとを備えるトラックボールを用いてもよい。このような検知部４４を用いることにより、トランスジェニックカイコガ４１の動作を検知できるだけでなく、トランスジェニックカイコガ４１の行動解析を行うことができる。 Further, as the detection unit 44, a suspension member 44a for suspending a transgenic silkworm 41 as shown in FIG. 7 and a leg of the transgenic silkworm 41 suspended by the suspension member 44a are capable of rotating. You may use what is provided with the installed ball | bowl 44b and the moving body sensors 44c, such as an optical mouse which detects the motion of the ball | bowl 44b. A trackball provided with a sphere 44b and a moving body sensor 44c may be used. By using such a detection unit 44, not only the operation of the transgenic silkworm 41 can be detected, but also the behavior analysis of the transgenic silkworm 41 can be performed.
このような化学物質検出センサ４０によれば、以下のようにして、目的とする化学物質を検出することができる。まず、吸引ポンプ４３を作動させて、筺体４２内に外気を取り込む。取り込まれた外気（気体試料）に検出対象である特定の化学物質が含まれていない場合には、イオンチャネル型受容体のイオンチャネルは閉じたままの状態であるので、トランスジェニックカイコガ４１は特異的な挙動は示さない。これに対して、取り込まれた外気に検出対象である特定の化学物質が含まれていた場合には、イオンチャネル型受容体のイオンチャネルが開き、トランスジェニックカイコガ４１は羽ばたきを始め、化学物質の源の探索を始める。そして、この際の動作やこの際に発生する振動や音を検知部４４で検知することにより、検出対象である特定の化学物質を検出することができる。 According to such a chemical substance detection sensor 40, the target chemical substance can be detected as follows. First, the suction pump 43 is operated to take outside air into the housing 42. When the taken-in outside air (gas sample) does not contain a specific chemical substance to be detected, the ion channel of the ion channel type receptor remains closed, so that the transgenic silkworm 41 is unique. Does not show typical behavior. On the other hand, when a specific chemical substance to be detected is included in the taken-in outside air, the ion channel of the ion channel receptor opens, and the transgenic silkworm 41 starts flapping, Start searching for sources. And the specific chemical substance which is a detection target is detectable by detecting the operation | movement at this time, the vibration and sound which generate | occur | produce in this case in the detection part 44. FIG.
カイコガの触角は非常に高感度であるので、トランスジェニックカイコガ４１においても、検出対象である特定の化学物質が例えば気体中に数１００分子程度存在すれば、検知することができる。さらに、例えばマイクロインジェクション法等により子孫に導入遺伝子を伝達させることができる場合には、一度遺伝子をカイコガに導入すればよいので、トランスジェニックカイコガ４１の飼育費用等を考慮しても、トランスジェニックカイコガ４１を非常に安価で得ることができる。さらに、トランスジェニックカイコガ４１は野生型のカイコガと同様に体長３ｃｍ程度であるので、小型のセンサを得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、トランスジェニックカイコガ４１を用いているので、高感度であり、小型であり、かつ安価な化学物質検出センサ４０を提供することができる。 The antennae of the silkworm is very sensitive. Therefore, even in the transgenic silkworm 41, it is possible to detect if a specific chemical substance to be detected exists, for example, about several hundred molecules in the gas. Further, when the transgene can be transmitted to the offspring by, for example, the microinjection method, the gene only needs to be introduced once into the silkworm, so that the transgenic silkworm 41 is considered even if the breeding cost of the transgenic silkworm 41 is taken into consideration. 41 can be obtained very inexpensively. Furthermore, since the transgenic silkworm 41 has a body length of about 3 cm like the wild-type silkworm, a small sensor can be obtained. Therefore, according to the present embodiment, since the transgenic silkworm 41 is used, it is possible to provide the chemical substance detection sensor 40 with high sensitivity, small size, and low cost.
また、空気中での化学物質の分布は、単純に拡散して連続的になっておらず、小さい多数の断続的な塊となって浮遊している。すなわち、発生源の近くでは濃度が高く、遠ざかるにつれて低くなるという単純な分布ではない。このため、化学物質の発生源の探索は困難であり、発生源の特定を行うには、濃度の高い方向へただ遡って行くだけでは不十分であり、高度な行動アルゴリズムが必要となる。 In addition, the distribution of chemical substances in the air is not simply diffused and continuous, but floats in a number of small intermittent masses. That is, it is not a simple distribution in which the concentration is high near the generation source and decreases as the distance increases. For this reason, it is difficult to search for a source of chemical substances. To identify the source, it is not sufficient to go back in the direction of higher concentration, and an advanced behavioral algorithm is required.
一方で、野生型の雄のカイコガは非常に高度な行動アルゴリズムを用いて雌のカイコガを探索している。本実施形態によるトランスジェニックカイコガ４１は、この高度な行動アルゴリズムを用いることができるので、目的とする化学物質の発生源を探索することができる。 On the other hand, wild-type male silkworms search for female silkworms using very sophisticated behavioral algorithms. Since the transgenic silkworm 41 according to the present embodiment can use this advanced behavioral algorithm, it can search for the source of the target chemical substance.
（第５の実施形態）
以下、本発明による第５の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図８は、第５の実施形態に係る化学物質検出センサの概略構成図であり、図９は第５の実施形態に係る他の箇所に電極を配置した図である。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a chemical substance detection sensor according to the fifth embodiment, and FIG. 9 is a diagram in which electrodes are arranged at other locations according to the fifth embodiment.
図８に示される化学物質検出センサ５０は、トランスジェニックカイコガの触角５１と、一対の電極５２と、電位測定器５３とを備えている。図８に示される化学物質検出センサ５０は、さらに、触角５１を収容する筺体５４と、外気を筺体５４内に取り込む吸引ポンプ５５とを備えている。 A chemical substance detection sensor 50 shown in FIG. 8 includes a feeler 51 of a transgenic silkworm, a pair of electrodes 52, and a potential measuring device 53. The chemical substance detection sensor 50 shown in FIG. 8 further includes a housing 54 that accommodates the antenna 51 and a suction pump 55 that takes outside air into the housing 54.
触角
触角５１は、第４の実施形態で説明したトランスジェニックカイコガ４１から切り取られたものである。
The antennal antennae 51 is cut out from the transgenic silkworm 41 described in the fourth embodiment.
電極
一対の電極５２は、触角５１に接続されている。図８に示される化学物質検出センサ５０においては、一方の電極５２（記録電極）が触角５１の先端部５１ａに接続されており、他方の電極５２（不関電極）は触角５１の根元部５１ｂ、すなわち脳に繋がる神経の軸策部位に接続されている。なお、先端部５１ａは、電極５２を接続する前に多少先端が切り落とされたものである。この場合には、その触角５１に存在する全ての嗅覚感覚子からの電位の総和が得られる。
The pair of electrodes 52 is connected to the antenna 51. In the chemical substance detection sensor 50 shown in FIG. 8, one electrode 52 (recording electrode) is connected to the tip 51a of the antenna 51, and the other electrode 52 (indifferent electrode) is the base 51b of the antenna 51. That is, it is connected to the nerve axon site that leads to the brain. Note that the tip 51a is cut off slightly before the electrode 52 is connected. In this case, the sum of the potentials from all olfactory sensations present at the antenna 51 is obtained.
また、電極５２は、図９に示されるように触角５１中に存在する一つの嗅覚感覚子５１ｃに接続してもよい。この場合には、一つの嗅覚感覚子５１ｃから電位が得られる。 Further, the electrode 52 may be connected to one olfactory sensory element 51c existing in the antenna 51 as shown in FIG. In this case, a potential is obtained from one olfactory sensory element 51c.
電位測定器
電位測定器５３は、嗅覚感覚子が目的とする化学物質を受容したとき、触角全体または一つの嗅覚感覚子から発生する電位を測定するものである。図８のように触角５１全体から発生する電位を測定する場合には、電位測定装置５３としては、触角電図法(EAG: electroantennogram recording)を用いた装置が挙げられる。また、図９のように一つの嗅覚感覚子５１ｃから発生する電位を測定する場合には、単一感覚子記録法(single sensillum recording)を用いた装置が挙げられる。
Potential measuring device The potential measuring device 53 measures the potential generated from the entire antenna or one olfactory sensor when the olfactory sensor receives a target chemical substance. When measuring the electric potential generated from the entire antenna 51 as shown in FIG. 8, the electric potential measuring device 53 includes an apparatus using an electroantennogram (EAG). Moreover, when measuring the electric potential generated from one olfactory sensory element 51c as shown in FIG. 9, an apparatus using a single sensory recording method (single sensillum recording) can be mentioned.
筺体および吸引ポンプ
筺体５４は、吸気口５４ａおよび排気口５４ｂを備えている。また、吸引ポンプ５５は、排気口５４ｂに接続されている。吸引ポンプ５５を作動させることにより、吸気口５４ａを介して外気を筺体５４内に取入れることができる。
The housing and the suction pump housing 54 include an intake port 54a and an exhaust port 54b. The suction pump 55 is connected to the exhaust port 54b. By operating the suction pump 55, the outside air can be taken into the housing 54 through the intake port 54a.
このような化学物質検出センサ５０によれば、以下のようにして、検出対象である特定の化学物質を検出することができる。まず、吸引ポンプ５５を作動させて、筺体５４内に外気を取り込む。取り込まれた外気に検出対象である特定の化学物質が含まれていない場合には、イオンチャネル型受容体のイオンチャネルは閉じたままの状態であり、触角５１は電気応答を示さない。これに対して、取り込まれた外気に目的とする化学物質が含まれていた場合には、イオンチャネル型受容体のイオンチャネルが開き、触角５１は電気応答を示し、電位が検知される。これにより、検出対象である特定の化学物質を検出することができる。 According to such a chemical substance detection sensor 50, a specific chemical substance as a detection target can be detected as follows. First, the suction pump 55 is operated to take outside air into the housing 54. When the taken-in outside air does not contain a specific chemical substance to be detected, the ion channel of the ion channel type receptor remains closed, and the antenna 51 does not show an electrical response. On the other hand, when the target chemical substance is contained in the taken-in outside air, the ion channel of the ion channel type receptor opens, the antenna 51 shows an electrical response, and the potential is detected. Thereby, the specific chemical substance which is a detection target can be detected.
本実施の形態によれば、トランスジェニックカイコガから切り取った触角５１を用いているので、高感度であり、安価であり、さらにより小型の化学物質検出センサ１０を提供することができる。 According to the present embodiment, since the antenna 51 cut from the transgenic silkworm is used, it is possible to provide a chemical substance detection sensor 10 that is highly sensitive, inexpensive, and even smaller.
また、触角電図法では目的とする化学物質の濃度が高いほど、検知される電位が大きくなるので、電位の大きさによって目的とする化学物質の濃度を測定することができる。また、単一感覚子記録法では目的とする化学物質の濃度が高いほど、検知される活動電位数が増加するので、活動電位数の数によって目的とする化学物質の濃度を測定することができる。 In addition, in the antennal electrogram method, the higher the concentration of the target chemical substance, the higher the detected potential. Therefore, the target chemical substance concentration can be measured by the magnitude of the potential. In the single sensory recording method, the higher the concentration of the target chemical substance, the greater the number of detected action potentials. Therefore, the target chemical substance concentration can be measured by the number of action potentials. .
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、これら実施例に本発明が限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
実施例１
まず、アフリカツメガエルの卵母細胞に、キイロショウジョウバエの触角から単離したイオンチャネル型受容体タンパク質をコードする遺伝子DmIR84aをマイクロインジェクション法により導入して、イオンチャネル型受容体タンパク質が発現した卵母細胞を得た。ここで、このキイロショウジョウバエのイオンチャネル型受容体タンパク質は、フェニルアセトアルデヒドと選択的に結合するものである。
Example 1
First, an oocyte in which the ion channel receptor protein was expressed by introducing the DmIR84a gene encoding the ion channel receptor protein isolated from the antennae of Drosophila melanogaster by the microinjection method into Xenopus oocytes. Got. Here, the ion channel type receptor protein of Drosophila melanogaster selectively binds to phenylacetaldehyde.
また、化学物質検出センサを用意した。具体的には、上記卵母細胞の他、流路形成部材、電極としてのガラス電極、ガラス電極に電気的に接続された電流測定器を用意した。そして、流路形成部材に形成された流路内に上記イオンチャネル型受容体タンパク質が発現した卵母細胞を１つ配置し、この卵母細胞にガラス電極を刺入した。流路には、１ｍｌ／ｍｉｎ程度のバッファ（緩衝液）を流し、常に新鮮なバッファが卵母細胞に供給されるようにした。また、流路の上流より、バッファ、および１０μＭに希釈したアンモニア、ブチルアミン、ペンチルアミン、ｐ−クレゾール、フェニルアセトアルデヒドを、１種類ずつ所定時間をおいてピペットにより順次供給した。そして、そのときのガラス電極間に流れる電流を電流測定器により測定した。 In addition, a chemical substance detection sensor was prepared. Specifically, in addition to the oocyte, a flow path forming member, a glass electrode as an electrode, and a current measuring device electrically connected to the glass electrode were prepared. Then, one oocyte expressing the ion channel receptor protein was placed in the flow path formed in the flow path forming member, and a glass electrode was inserted into this oocyte. A buffer (buffer solution) of about 1 ml / min was flowed through the flow path so that fresh buffer was always supplied to the oocytes. From the upstream side of the flow path, a buffer and ammonia, butylamine, pentylamine, p-cresol, and phenylacetaldehyde diluted to 10 μM were sequentially supplied by pipette one by one at a predetermined time. And the electric current which flows between the glass electrodes at that time was measured with the amperometer.
以下、結果について述べる。図１０は実施例１に係る卵母細胞の各化学物質に対する電流応答を示したグラフである。図１０に示されるように卵母細胞は、フェニルアセトアルデヒドに対して電流応答を示したが、バッファ、アンモニア、ブチルアミン、ペンチルアミン、ｐ−クレゾールに対して電流応答を示さなかった。 The results will be described below. FIG. 10 is a graph showing the current response of the oocyte according to Example 1 to each chemical substance. As shown in FIG. 10, the oocyte showed a current response to phenylacetaldehyde, but did not show a current response to buffer, ammonia, butylamine, pentylamine, and p-cresol.
この結果から、アフリカツメガエルの卵母細胞にキイロショウジョウバエ由来のイオンチャネル型受容体タンパク質をコードする遺伝子、DmIR84aを導入して、卵母細胞にてDmIR84a遺伝子のコードするイオンチャネル型受容体タンパク質を発現させた場合、導入した受容体が結合するフェニルアセトアルデヒドを卵母細胞で応答させることができることが確認された。 Based on this result, DmIR84a, a gene encoding an ion channel receptor protein derived from Drosophila melanogaster, was introduced into Xenopus oocytes, and the ion channel receptor protein encoded by the DmIR84a gene was expressed in the oocyte. In this case, it was confirmed that phenylacetaldehyde to which the introduced receptor binds can respond in the oocyte.
実施例２
実施例１においては、１個のアフリカツメガエルの卵母細胞を用いて実験が行われたが、実施例２においては、５個のアフリカツメガエルの卵母細胞を用いて実験が行われた。
Example 2
In Example 1, the experiment was performed using one Xenopus oocyte, while in Example 2, the experiment was performed using five Xenopus oocytes.
それぞれのアフリカツメガエルの卵母細胞に、実施例１と同様に、キイロショウジョウバエの触角から単離したイオンチャネル型受容体タンパク質をコードする遺伝子、DmIR84aをマイクロインジェクション法により導入して、DmIR84a遺伝子のコードするイオンチャネル型受容体タンパク質が発現した卵母細胞を得た。 In the same manner as in Example 1, DmIR84a, a gene encoding an ion channel receptor protein isolated from the antennae of Drosophila melanogaster, was introduced into each Xenopus oocyte by microinjection. An oocyte expressing an ion channel receptor protein was obtained.
比較例１
複数のアフリカツメガエルの卵母細胞のそれぞれに、キイロショウジョウバエの触角から単離した、先程とは別種のイオンチャネル型受容体をコードする遺伝子、DmIR31aをマイクロインジェクション法により導入し、DmIR31a遺伝子のコードするイオンチャネル型受容体タンパク質が発現した卵母細胞を得た。
Comparative Example 1
DmIR31a, a gene encoding an ion channel-type receptor, which was isolated from the antennae of Drosophila melanogaster, was isolated from each of the Xenopus laevis oocytes by microinjection and encoded by the DmIR31a gene. An oocyte expressing an ion channel receptor protein was obtained.
そして、実施例２に係る卵母細胞と、比較例１に係る卵母細胞に対して、実施例１と同様の実験を行った。 Then, the same experiment as in Example 1 was performed on the oocyte according to Example 2 and the oocyte according to Comparative Example 1.
以下、結果について述べる。図１１は実施例２および比較例１に係る卵母細胞の各化学物質に対する電流応答を示したグラフである。図１１に示されるように比較例１に係る全ての卵母細胞は、バッファ、アンモニア、ブチルアミン、ペンチルアミン、ｐ−クレゾール、およびフェニルアセトアルデヒドの全ての化学物質に対してほぼ電流応答を示さなかった。これに対し、実施例２に係る卵母細胞の内、５個中の４個については、バッファ、アンモニア、ブチルアミン、ペンチルアミン、ｐ−クレゾールに対しては電流応答を示さなかったが、フェニルアセトアルデヒドに対しては電流応答を示した。 The results will be described below. FIG. 11 is a graph showing current responses of the oocytes according to Example 2 and Comparative Example 1 to each chemical substance. As shown in FIG. 11, all the oocytes according to Comparative Example 1 showed almost no current response to all chemicals of buffer, ammonia, butylamine, pentylamine, p-cresol, and phenylacetaldehyde. . On the other hand, 4 out of 5 oocytes according to Example 2 showed no current response to buffer, ammonia, butylamine, pentylamine, and p-cresol, but phenylacetaldehyde Showed a current response.
これらの結果から、まさしく導入したキイロショウジョウバエ由来のイオンチャネル型受容体タンパク質DmIR84aによって、フェニルアセトアルデヒドに対する応答機能が発現されることができることが確認された。ここで、キイロショウジョウバエ触角においては、DmIR84a遺伝子がコードするイオンチャネル型受容体タンパク質の存在する細胞はフェニルアセトアルデヒドに応答を示すが、DmIR31a遺伝子がコードするイオンチャネル型受容体タンパク質の存在する細胞はフェニルアセトアルデヒドに応答を示さないことが知られている。以上の結果は、キイロショウジョウバエの触角における匂いに対する応答を、卵母細胞上で再現できたことを意味している。 From these results, it was confirmed that the response function to phenylacetaldehyde can be expressed by the ion channel receptor protein DmIR84a derived from Drosophila melanogaster. Here, in the Drosophila antenna, cells in which the ion channel receptor protein encoded by the DmIR84a gene is present respond to phenylacetaldehyde, whereas cells in which the ion channel receptor protein encoded by the DmIR31a gene is present are phenyl. It is known not to respond to acetaldehyde. The above results indicate that the response to the odor at the antennae of Drosophila melanogaster could be reproduced on the oocyte.
実施例３
野生型のカイコガを発砲スチロールの球の上に置き、吊下部材により野生型のカイコガを吊下げて固定した。その後、前方から野生型のカイコガのフェロモン物質であるボンビコールを吹き付けた。そして、野生型のカイコガの動きを光学マウスにより読み取り、野生型のカイコガの行動を解析した。
Example 3
The wild-type silkworm was placed on a styrene ball, and the wild-type silkworm was suspended and fixed by a suspension member. After that, bombycol, a pheromone substance of wild type silkworm, was sprayed from the front. Then, the movement of the wild-type silkworm was read with an optical mouse, and the behavior of the wild-type silkworm was analyzed.
以下、結果について述べる。図１２は実施例３に係る野生型のカイコガのボンビコールに対する挙動を示したグラフである。 The results will be described below. FIG. 12 is a graph showing the behavior of the wild-type silkworm, Bombycol, according to Example 3.
図１２から、フェロモン物質を受容したことによる匂い源の探索行動の発現を、目視ではなく、球と光学マウスを用いることで電気的に検出できることが確認された。 From FIG. 12, it was confirmed that the expression of the search action of the odor source due to the reception of the pheromone substance can be detected electrically not by visual observation but by using a sphere and an optical mouse.
１０、２０、３０、４０、５０…化学物質検出センサ、１１、２１…細胞、１２、２２、３２…溶出器、１３、２３、３３、３４…流路形成部材、１３ａ、２３ａ、３３ａ、３４ａ…流路、１５、３５…電流測定器、３１…脂質二重膜、４１…トランスジェニックカイコガ、４４…検知部、５１…触角、５２…電極、５３…電位測定器。 10, 20, 30, 40, 50 ... chemical substance detection sensor, 11, 21 ... cell, 12, 22, 32 ... eluent, 13, 23, 33, 34 ... flow path forming member, 13a, 23a, 33a, 34a DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Flow path, 15, 35 ... Current measuring device, 31 ... Lipid bilayer membrane, 41 ... Transgenic silkworm, 44 ... Detection part, 51 ... Antenna, 52 ... Electrode, 53 ... Potential measuring device.
Claims (17)
生物から採取され、かつ前記特定の化学物質と結合するイオンチャネル型受容体タンパク質を備えることを特徴とする、化学物質検出センサ。 A chemical substance detection sensor for detecting a specific chemical substance,
A chemical substance detection sensor comprising an ion channel type receptor protein collected from an organism and binding to the specific chemical substance.
前記流路の内部に配置された前記細胞に刺入される一対の電極と、
前記電極間に流れる電流を測定する電流測定器とをさらに備える、請求項７または８に記載の化学物質検出センサ。 A flow path forming member having a flow path in which a liquid sample containing at least ions flows and in which the cells are disposed;
A pair of electrodes inserted into the cells disposed in the flow path;
The chemical substance detection sensor according to claim 7, further comprising a current measuring device that measures a current flowing between the electrodes.
少なくともイオンを含む液体試料が流れ、かつ前記細胞が配置される流路を有する流路形成部材をさらに備える、請求項７または８に記載の化学物質検出センサ。 The cell contains a fluorescent substance whose fluorescence intensity varies depending on the concentration of ions,
The chemical substance detection sensor according to claim 7 or 8, further comprising a flow path forming member having a flow path in which a liquid sample containing at least ions flows and in which the cells are arranged.
前記触角と、
前記触角に刺入される一対の電極と、
前記電極の電位を測定する電位測定器とをさらに備える、請求項７に記載の化学物質検出センサ。 The cell in which the ion channel receptor protein is expressed is a bombycol receptor cell or a Drosophila empty neuron present in the antennal of a transgenic silkworm,
The antennae;
A pair of electrodes inserted into the antenna;
The chemical substance detection sensor according to claim 7, further comprising a potential measuring device that measures a potential of the electrode.
前記トランスジェニックカイコガまたはショウジョウバエの動作を検知する検知部をさらに備える、請求項７に記載の化学物質検出センサ。 The cell in which the ion channel receptor protein is expressed is a bombycol receptor cell or a Drosophila empty neuron present in the antennal of a transgenic silkworm,
The chemical substance detection sensor according to claim 7, further comprising a detection unit configured to detect an operation of the transgenic silkworm or Drosophila.
前記流路内を流れる前記液体試料間の電流を測定する電流測定器とをさらに備え、
前記２つの流路形成部材が、前記流路が向かい合うように前記脂質二重膜を介して配置されている、請求項１４に記載の化学物質検出センサ。 Two flow path forming members each having a flow path through which a liquid sample containing at least ions flows;
A current measuring device for measuring a current between the liquid samples flowing in the flow path,
The chemical substance detection sensor according to claim 14, wherein the two flow path forming members are disposed via the lipid bilayer so that the flow paths face each other.
生物から採取され、かつ前記特定の化学物質と結合するイオンチャネル型受容体タンパク質に、少なくともイオンを含む液体試料または気体試料を供給して、前記液体試料または気体試料中に特定の化学物質が含まれているか否かの検出を行うことを特徴とする、化学物質検出方法。 A chemical substance detection method for detecting a specific chemical substance,
A liquid sample or gas sample containing at least ions is supplied to an ion channel receptor protein that is collected from an organism and binds to the specific chemical substance, and the specific chemical substance is contained in the liquid sample or gas sample. A method of detecting a chemical substance, comprising detecting whether or not
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