JP3101797B2 - 塩基配列決定のための波形信号生成方法および塩基配列決定装置 - Google Patents
塩基配列決定のための波形信号生成方法および塩基配列決定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、塩基配列決定のため
の波形信号生成方法および塩基配列決定装置に関し、詳
しくは、レーザ光を電気泳動板の側面から照射して一色
の蛍光色素マーカを使用して各ＤＮＡ塩基の断片群の泳
動状態についてラインセンサにより蛍光を受光すること
で時間対受光強度信号の波形特性として検出するＤＮＡ
塩基配列決定装置装置（以下ＤＮＡシーケンサ）におい
て、ゴースト信号のデータを排除した波形信号データを
生成することができ、例えば、４００個以上の塩基配列
の長さの、長いＤＮＡ塩基についてのＤＮＡ塩基決定率
を向上させることができるような方法および装置に関す
る。
の波形信号生成方法および塩基配列決定装置に関し、詳
しくは、レーザ光を電気泳動板の側面から照射して一色
の蛍光色素マーカを使用して各ＤＮＡ塩基の断片群の泳
動状態についてラインセンサにより蛍光を受光すること
で時間対受光強度信号の波形特性として検出するＤＮＡ
塩基配列決定装置装置（以下ＤＮＡシーケンサ）におい
て、ゴースト信号のデータを排除した波形信号データを
生成することができ、例えば、４００個以上の塩基配列
の長さの、長いＤＮＡ塩基についてのＤＮＡ塩基決定率
を向上させることができるような方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＤＮＡ塩基として、Ａ（アデニン），Ｃ
（シトシン），Ｇ（グアニン），Ｔ（チミン）について
電気泳動板の中を泳動させてこれらの到達状態をレーザ
光照射により発生する蛍光を受光して検出する場合に、
同時にデオキシ状態で反応が停止したＤＮＡ塩基が検出
されるので、それが各完全結合のＤＮＡ塩基の検出信号
に対してゴースト信号となって現れてくる。このゴース
ト信号は、泳動状態を検出してその出現頻度分布（時間
対蛍光強度の分布）を波形データ（波形特性）として得
た場合にノイズになる。
（シトシン），Ｇ（グアニン），Ｔ（チミン）について
電気泳動板の中を泳動させてこれらの到達状態をレーザ
光照射により発生する蛍光を受光して検出する場合に、
同時にデオキシ状態で反応が停止したＤＮＡ塩基が検出
されるので、それが各完全結合のＤＮＡ塩基の検出信号
に対してゴースト信号となって現れてくる。このゴース
ト信号は、泳動状態を検出してその出現頻度分布（時間
対蛍光強度の分布）を波形データ（波形特性）として得
た場合にノイズになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、例えば、特開昭
６３−２１５５６号に示されるように、ゴースト信号の
除去は、一般的なノイズと同様に、ゴースト信号を含め
てノイズレベルに対応する一定値を減算するか、スレッ
ショルド（閾値）を設定して排除している。しかし、こ
のような一定値あるいはスレッショルドによるゴースト
信号の排除は、同時に、出現頻度が低く（受光蛍光強度
が弱く）、波形信号上で出現頻度時間幅（ΔＴ）の長い
信号を排除していまうことになる。その結果、ＤＮＡ塩
基配列の長い４００個あるいは５００個のＤＮＡ塩基に
ついての決定確率が、例えば、９０％程度にまで低下し
てしまう。
６３−２１５５６号に示されるように、ゴースト信号の
除去は、一般的なノイズと同様に、ゴースト信号を含め
てノイズレベルに対応する一定値を減算するか、スレッ
ショルド（閾値）を設定して排除している。しかし、こ
のような一定値あるいはスレッショルドによるゴースト
信号の排除は、同時に、出現頻度が低く（受光蛍光強度
が弱く）、波形信号上で出現頻度時間幅（ΔＴ）の長い
信号を排除していまうことになる。その結果、ＤＮＡ塩
基配列の長い４００個あるいは５００個のＤＮＡ塩基に
ついての決定確率が、例えば、９０％程度にまで低下し
てしまう。
【０００４】この決定確率を向上させるためには、ゴー
スト信号のレベルにある真の信号も救い出す必要があ
る。しかし、波形特性上からみて、真の信号とゴースト
信号とは波形形態が相似形になって、類似しているので
その波形形態からゴースト信号を排除することは難し
く、前記のような方法を採らざるを得ない。この発明の
目的は、このような従来技術の問題点を解決するもので
あって、時間対蛍光強度（出現頻度）の波形信号からゴ
ースト信号成分を排除することができるような塩基配列
決定のための波形信号生成方法を提供することにある。
この発明の他の目的は、長いＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基
配列の塩基についての決定確率を向上させることができ
るようなＤＮＡ若しくはＲＮＡシーケンサを提供するこ
とにある。
スト信号のレベルにある真の信号も救い出す必要があ
る。しかし、波形特性上からみて、真の信号とゴースト
信号とは波形形態が相似形になって、類似しているので
その波形形態からゴースト信号を排除することは難し
く、前記のような方法を採らざるを得ない。この発明の
目的は、このような従来技術の問題点を解決するもので
あって、時間対蛍光強度（出現頻度）の波形信号からゴ
ースト信号成分を排除することができるような塩基配列
決定のための波形信号生成方法を提供することにある。
この発明の他の目的は、長いＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基
配列の塩基についての決定確率を向上させることができ
るようなＤＮＡ若しくはＲＮＡシーケンサを提供するこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の塩基配列決定のための波形信号生成
方法およびシーケンサの特徴は、４個の各ＤＮＡ若しく
はＲＮＡ塩基の波形信号のうちのあるＤＮＡ若しくはＲ
ＮＡ塩基ｉの波形信号についてｎ個のうちの残りの３個
のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基によるゴースト信号成分を
減算して波形信号を生成するものであって、残りの３個
のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基の波形信号にゴースト発生
率εをかけてゴースト信号成分を得て、ゴースト信号成
分を排除した波形信号を生成するものである。
るためのこの発明の塩基配列決定のための波形信号生成
方法およびシーケンサの特徴は、４個の各ＤＮＡ若しく
はＲＮＡ塩基の波形信号のうちのあるＤＮＡ若しくはＲ
ＮＡ塩基ｉの波形信号についてｎ個のうちの残りの３個
のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基によるゴースト信号成分を
減算して波形信号を生成するものであって、残りの３個
のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基の波形信号にゴースト発生
率εをかけてゴースト信号成分を得て、ゴースト信号成
分を排除した波形信号を生成するものである。
【０００６】
【作用】さて、デオキシ状態で反応が停止したＤＮＡ若
しくはＲＮＡ塩基は、反応阻害要因の影響で不完全結合
が発生することにより生じる。これは、本来の完全結合
のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基に対して通常、数％程度発
生する。したがって、デオキシ状態で反応が停止したＤ
ＮＡ若しくはＲＮＡ塩基の出現頻度は完全結合のＤＮＡ
若しくはＲＮＡ塩基の出現頻度の数％になる。しかし、
これがゴースト信号成分になる。ゴースト信号は、相似
形であるので、自己の波形信号については影響がほとん
どないが、他のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基は、波形形態
が異なるので、その影響が問題になる。一方、自己の塩
基についてゴースト成分を除去すると、強度の弱い波形
信号成分に対する影響が大きく、塩基決定確率を９８％
〜９９％という高い確率を求める場合にそれに影響を与
える。そこで、前記のように、あるＤＮＡ若しくはＲＮ
Ａ塩基について自己のゴースト成分の除去はしないで、
残りの３個のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基の信号成分から
のゴースト信号成分の蛍光強度（出現頻度）をゴースト
発生率εをかけて算出する。これを原波形信号のから減
算することで、強度の弱い信号波形を含めてほぼ真の波
形信号を生成する。
しくはＲＮＡ塩基は、反応阻害要因の影響で不完全結合
が発生することにより生じる。これは、本来の完全結合
のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基に対して通常、数％程度発
生する。したがって、デオキシ状態で反応が停止したＤ
ＮＡ若しくはＲＮＡ塩基の出現頻度は完全結合のＤＮＡ
若しくはＲＮＡ塩基の出現頻度の数％になる。しかし、
これがゴースト信号成分になる。ゴースト信号は、相似
形であるので、自己の波形信号については影響がほとん
どないが、他のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基は、波形形態
が異なるので、その影響が問題になる。一方、自己の塩
基についてゴースト成分を除去すると、強度の弱い波形
信号成分に対する影響が大きく、塩基決定確率を９８％
〜９９％という高い確率を求める場合にそれに影響を与
える。そこで、前記のように、あるＤＮＡ若しくはＲＮ
Ａ塩基について自己のゴースト成分の除去はしないで、
残りの３個のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基の信号成分から
のゴースト信号成分の蛍光強度（出現頻度）をゴースト
発生率εをかけて算出する。これを原波形信号のから減
算することで、強度の弱い信号波形を含めてほぼ真の波
形信号を生成する。
【０００７】
【実施例】図１は、この発明の塩基配列決定のための波
形信号生成方法を適用したＤＮＡシーケンサの一実施例
のブロック図、図２は、そのゴースト信号除去処理の中
心とした処理のフローチャート、図３は、その波形デー
タ生成方法の説明図である。図１において、１は、ＤＮ
Ａシーケンサであって、レーザ光Ｌにより照射された泳
動板２からの所定の幅を持つ塩基断片群の蛍光をレンズ
（図示せず）を介して一次元ラインイメージセンサ（Ｃ
ＣＤ）３により受光する。これにより一色の蛍光色素マ
ーカを使用した各ＤＮＡ塩基として、Ａ（アデニン），
Ｃ（シトシン），Ｇ（グアニン），Ｔ（チミン）を泳動
させた各レーンにおける蛍光の受光強度をアナログ信号
として検出し、ＣＣＤ駆動／制御回路４においてそれを
受けて、そのアナログ信号を連続的に演算処理装置５に
出力する。
形信号生成方法を適用したＤＮＡシーケンサの一実施例
のブロック図、図２は、そのゴースト信号除去処理の中
心とした処理のフローチャート、図３は、その波形デー
タ生成方法の説明図である。図１において、１は、ＤＮ
Ａシーケンサであって、レーザ光Ｌにより照射された泳
動板２からの所定の幅を持つ塩基断片群の蛍光をレンズ
（図示せず）を介して一次元ラインイメージセンサ（Ｃ
ＣＤ）３により受光する。これにより一色の蛍光色素マ
ーカを使用した各ＤＮＡ塩基として、Ａ（アデニン），
Ｃ（シトシン），Ｇ（グアニン），Ｔ（チミン）を泳動
させた各レーンにおける蛍光の受光強度をアナログ信号
として検出し、ＣＣＤ駆動／制御回路４においてそれを
受けて、そのアナログ信号を連続的に演算処理装置５に
出力する。
【０００８】ＣＣＤ駆動／制御回路４は、タイミングコ
ントローラ、タイミング発生回路、マルチプレクサ等を
内蔵していて、ラインイメージセンサ３から読み出した
信号を演算処理装置５に出力する。ラインイメージセン
サ３は、例えば、１画素１２５μｍの信号を発生して各
レーンについて４画素分を積分してレーン方向に約６０
０μｍ幅の信号を１単位として出力する。演算処理装置
５は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）５０と、ＣＣＤ駆
動／制御回路４からの受光信号を受けてそれを増幅する
アンプ５１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２、Ａ／Ｄ
変換回路（Ａ／Ｄ）５３、メモリ５４、波形メモリ５
５、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）５６、キーボード５
７、プリンタ（図示せず）、そしてタイマ（図示せず）
等からなり、バス５８を介してこれら回路がＭＰＵ５０
と相互に接続されている。そして、受光した蛍光強度を
時間対蛍光強度（ＤＮＡ塩基出現頻度）の波形データと
してＣＲＴディスプレイ５６あるいはプリンタに出力す
る。
ントローラ、タイミング発生回路、マルチプレクサ等を
内蔵していて、ラインイメージセンサ３から読み出した
信号を演算処理装置５に出力する。ラインイメージセン
サ３は、例えば、１画素１２５μｍの信号を発生して各
レーンについて４画素分を積分してレーン方向に約６０
０μｍ幅の信号を１単位として出力する。演算処理装置
５は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）５０と、ＣＣＤ駆
動／制御回路４からの受光信号を受けてそれを増幅する
アンプ５１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２、Ａ／Ｄ
変換回路（Ａ／Ｄ）５３、メモリ５４、波形メモリ５
５、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）５６、キーボード５
７、プリンタ（図示せず）、そしてタイマ（図示せず）
等からなり、バス５８を介してこれら回路がＭＰＵ５０
と相互に接続されている。そして、受光した蛍光強度を
時間対蛍光強度（ＤＮＡ塩基出現頻度）の波形データと
してＣＲＴディスプレイ５６あるいはプリンタに出力す
る。
【０００９】ＭＰＵ５０は、Ａ／Ｄ５３に所定の周期で
サンプリングパルスを送出してＬＰＦ５２を経てノイズ
が除去された受光信号をデジタル値に変換させ、バス５
８を介してこのデジタル値を受けて波形メモリ５５に順
次測定データとしてそれを記憶する。その結果、波形メ
モリ５５には、サンプリング時間に対応して時間対蛍光
強度のデータがデジタル値でそれぞれの測定時点におい
て、例えば、図３(a)に示すような波形信号として記憶
されることになる。一方、メモリ５４には、塩基波形デ
ータ抽出プログラム５４ａ、ゴーストデータ算出プログ
ラム５４ｂ、ゴーストデータ除去プログラム５４ｃ、波
形表示／出力プログラム５４ｄ等の各種プログラムが格
納されている。
サンプリングパルスを送出してＬＰＦ５２を経てノイズ
が除去された受光信号をデジタル値に変換させ、バス５
８を介してこのデジタル値を受けて波形メモリ５５に順
次測定データとしてそれを記憶する。その結果、波形メ
モリ５５には、サンプリング時間に対応して時間対蛍光
強度のデータがデジタル値でそれぞれの測定時点におい
て、例えば、図３(a)に示すような波形信号として記憶
されることになる。一方、メモリ５４には、塩基波形デ
ータ抽出プログラム５４ａ、ゴーストデータ算出プログ
ラム５４ｂ、ゴーストデータ除去プログラム５４ｃ、波
形表示／出力プログラム５４ｄ等の各種プログラムが格
納されている。
【００１０】塩基波形データ抽出プログラム５４ａは、
波形メモリ５５に記憶された測定波形データから各ＤＮ
Ａ塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔに対応してそれぞれの波形データ
を抽出してバックグランドノイズに対応する所定量のデ
ータ値を波形データメモリの各測定時点に対応して読出
したデータから減算する。さらに、これは、メモリ５４
の作業領域に時間の経過に対応してＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，
Ｇ，Ｔのそれぞれのレーンに対応するタイミングで抽出
されたデータを各レーンに対応するように分離してそれ
ぞれの記憶領域に分割して順次記憶する処理を行う。な
お、バックグランドノイズは、例えば、所定の各測定区
間対応に測定された波形データのうちの極小値を求めて
順次極小値分を減算していく処理である。
波形メモリ５５に記憶された測定波形データから各ＤＮ
Ａ塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔに対応してそれぞれの波形データ
を抽出してバックグランドノイズに対応する所定量のデ
ータ値を波形データメモリの各測定時点に対応して読出
したデータから減算する。さらに、これは、メモリ５４
の作業領域に時間の経過に対応してＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，
Ｇ，Ｔのそれぞれのレーンに対応するタイミングで抽出
されたデータを各レーンに対応するように分離してそれ
ぞれの記憶領域に分割して順次記憶する処理を行う。な
お、バックグランドノイズは、例えば、所定の各測定区
間対応に測定された波形データのうちの極小値を求めて
順次極小値分を減算していく処理である。
【００１１】ゴーストデータ算出プログラム５４ｂは、
次の式(1) ｇi ＝ε（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｄ4 ）−εｄi ………(1) に従って、各ＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔのそれぞれにつ
いてぞれぞれを順次ｉに割り当ててゴースト信号成分ｇ
i の演算をある測定時点について算出して、その測定時
点を順次更新して測定期間全体に亙り、ゴースト信号成
分ｇi のレベルをデータとして各元のデータに対応させ
た時間関係で算出し、この時間関係で対応させてメモリ
５５の所定の領域に順次記憶していくプログラムであ
る。ただし、ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は各ＤＮＡ塩基
Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔについての波形データ値であって、ｎは
この実施例では４である。ｄi はＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，
Ｇ，ＴのうちのあるＤＮＡ塩基ｉの波形データ値であ
り、εはゴースト発生率であって、ここでは、０．０３
である。各ＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔについては、デオ
キシ状態で反応が停止する発生率が本来の完全結合のＤ
ＮＡの塩基に対して３％程度になるからである。なお、
ゴースト発生率εは、検出したい長い配列の塩基配列の
弱い蛍光強度の信号を検出に対して排除しない程度のも
のであればよく、通常、０．０２〜０．１程度が妥当で
ある。
次の式(1) ｇi ＝ε（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｄ4 ）−εｄi ………(1) に従って、各ＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔのそれぞれにつ
いてぞれぞれを順次ｉに割り当ててゴースト信号成分ｇ
i の演算をある測定時点について算出して、その測定時
点を順次更新して測定期間全体に亙り、ゴースト信号成
分ｇi のレベルをデータとして各元のデータに対応させ
た時間関係で算出し、この時間関係で対応させてメモリ
５５の所定の領域に順次記憶していくプログラムであ
る。ただし、ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は各ＤＮＡ塩基
Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔについての波形データ値であって、ｎは
この実施例では４である。ｄi はＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，
Ｇ，ＴのうちのあるＤＮＡ塩基ｉの波形データ値であ
り、εはゴースト発生率であって、ここでは、０．０３
である。各ＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔについては、デオ
キシ状態で反応が停止する発生率が本来の完全結合のＤ
ＮＡの塩基に対して３％程度になるからである。なお、
ゴースト発生率εは、検出したい長い配列の塩基配列の
弱い蛍光強度の信号を検出に対して排除しない程度のも
のであればよく、通常、０．０２〜０．１程度が妥当で
ある。
【００１２】前記(1) 式は、各測定時点において得られ
た各ＤＮＡの波形データの合計値に前記ゴースト発生率
をかけることによりその測定時点のゴースト信号成分の
信号のレベルを算出するものであり、これのうち、自己
の本来の成分が含まれている分として式の第２項「εｄ
i」を減算することで、他のＤＮＡのゴースト信号成分
のみを算出している。これにより自己の弱い強度の信号
波形を救済することができる。ゴーストデータ除去プロ
グラム５４ｃは、前記ゴーストデータ算出プログラム５
４ｂにより算出された各測定時点対応の測定データをそ
の測定時点の元の波形データから除去して本来のデータ
を各ＤＮＡの塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔに対してそれぞれ生成
し、これをそれぞれの測定時点に対応してメモリ５４に
記憶するプログラムである。なお、この場合、ゴースト
データ除去プログラム５４ｃは、前記の各ＤＮＡの塩基
Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔに対してそれぞれ他のＤＮＡのゴースト
信号成分を減算するのではなく、各ＤＮＡの塩基Ａ，
Ｃ，Ｇ，Ｔの各測定時点における総和の波形データに対
して順次それぞれの他のＤＮＡのゴースト信号成分を減
算していき、総計の状態で加算した波形データを生成す
るものであってもよい。
た各ＤＮＡの波形データの合計値に前記ゴースト発生率
をかけることによりその測定時点のゴースト信号成分の
信号のレベルを算出するものであり、これのうち、自己
の本来の成分が含まれている分として式の第２項「εｄ
i」を減算することで、他のＤＮＡのゴースト信号成分
のみを算出している。これにより自己の弱い強度の信号
波形を救済することができる。ゴーストデータ除去プロ
グラム５４ｃは、前記ゴーストデータ算出プログラム５
４ｂにより算出された各測定時点対応の測定データをそ
の測定時点の元の波形データから除去して本来のデータ
を各ＤＮＡの塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔに対してそれぞれ生成
し、これをそれぞれの測定時点に対応してメモリ５４に
記憶するプログラムである。なお、この場合、ゴースト
データ除去プログラム５４ｃは、前記の各ＤＮＡの塩基
Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔに対してそれぞれ他のＤＮＡのゴースト
信号成分を減算するのではなく、各ＤＮＡの塩基Ａ，
Ｃ，Ｇ，Ｔの各測定時点における総和の波形データに対
して順次それぞれの他のＤＮＡのゴースト信号成分を減
算していき、総計の状態で加算した波形データを生成す
るものであってもよい。
【００１３】次に図２に示す処理の流れと図３とに従っ
て、ゴースト信号成分の除去について説明する。まず、
ＭＰＵ５０は、波形メモリ５５に所定量の測定データが
記憶された測定時点で、割り込み処理により塩基波形デ
ータ抽出プログラム５４ａを実行する。そして、バック
グランドノイズを除去する処理をし（ステップ１０
１）、図３の(a) に示すある測定時点の波形データ（説
明の都合上、図３ではデジタル値をアナログ状態で示し
ている。）から各ＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔについの波
形データを抽出してメモリ５４に記憶する（ステップ１
０２）。この記憶状態を多数の測定時点について連続的
に図示すると、図３の(b) になる。
て、ゴースト信号成分の除去について説明する。まず、
ＭＰＵ５０は、波形メモリ５５に所定量の測定データが
記憶された測定時点で、割り込み処理により塩基波形デ
ータ抽出プログラム５４ａを実行する。そして、バック
グランドノイズを除去する処理をし（ステップ１０
１）、図３の(a) に示すある測定時点の波形データ（説
明の都合上、図３ではデジタル値をアナログ状態で示し
ている。）から各ＤＮＡ塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔについの波
形データを抽出してメモリ５４に記憶する（ステップ１
０２）。この記憶状態を多数の測定時点について連続的
に図示すると、図３の(b) になる。
【００１４】次に、ＭＰＵ５０は、ゴーストデータ算出
プログラム５４ｂを実行して、各ゴースト信号成分の算
出を式(1) に従って行い、メモリ５４に記憶する（ステ
ップ１０３）。これが図３(c) のＤＮＡ塩基Ａについて
Ｇstとして示した網目部分の波形として代表して示す状
態である。そして、ゴーストデータ除去プログラム５４
ｃを実行して、ＭＰＵ５０は、前記ゴーストデータ算出
プログラム５４ｂにより算出された各測定時点対応のゴ
ースト信号の測定データをその測定時点の元のデータか
ら除去して本来のデータを各ＤＮＡの塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，
Ｔに生成し、これをそれぞれの測定時点に対応してメモ
リ５４に記憶する（ステップ１０４）。なお、この場
合、自己の波形データにおいては、ゴースト信号成分が
含まれている。
プログラム５４ｂを実行して、各ゴースト信号成分の算
出を式(1) に従って行い、メモリ５４に記憶する（ステ
ップ１０３）。これが図３(c) のＤＮＡ塩基Ａについて
Ｇstとして示した網目部分の波形として代表して示す状
態である。そして、ゴーストデータ除去プログラム５４
ｃを実行して、ＭＰＵ５０は、前記ゴーストデータ算出
プログラム５４ｂにより算出された各測定時点対応のゴ
ースト信号の測定データをその測定時点の元のデータか
ら除去して本来のデータを各ＤＮＡの塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，
Ｔに生成し、これをそれぞれの測定時点に対応してメモ
リ５４に記憶する（ステップ１０４）。なお、この場
合、自己の波形データにおいては、ゴースト信号成分が
含まれている。
【００１５】このデータは、次に波形データにおける塩
基ピッチのΔＴの算出データの基礎とされ、さらに、波
形データの半値幅の算出などを経て各波形データのピー
ク位置と、その値が各塩基強度として算出され、これら
を解析することにより塩基配列が決定される（ステップ
１０５）。なお、前記ステップ１０４の後に波形表示／
出力プログラム５４ｄをＭＰＵ５０が実行して、ゴース
ト信号成分を排除した測定結果データをＣＲＴディスプ
レイ５６あるいはプリンタに出力してもよい（ステップ
１０６）。
基ピッチのΔＴの算出データの基礎とされ、さらに、波
形データの半値幅の算出などを経て各波形データのピー
ク位置と、その値が各塩基強度として算出され、これら
を解析することにより塩基配列が決定される（ステップ
１０５）。なお、前記ステップ１０４の後に波形表示／
出力プログラム５４ｄをＭＰＵ５０が実行して、ゴース
ト信号成分を排除した測定結果データをＣＲＴディスプ
レイ５６あるいはプリンタに出力してもよい（ステップ
１０６）。
【００１６】以上説明してきたが、実施例では、ＤＮＡ
の塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔを中心に説明しているが、その解
析対象がＲＮＡ塩基であってもよいことはもちろんであ
る。また、ゴーストを除去する演算式は(1) 式に限定さ
れるものではない。特に、先に説明したように、各波形
データの総和を算出して、順次他の３個ゴースト信号成
分を、算出対象塩基を順次更新しながら算出して減算し
ていくことにより、効率よくゴースト信号成分を除去し
た総和の波形データを得ることができる。実施例では、
検出波形信号をデジタル値に変換して、波形データと
し、あるＤＮＡ塩基について、残りの３個のＤＮＡ塩基
の信号成分からのゴースト信号成分の蛍光強度（出現頻
度）をゴースト発生率εをかけて算出している。しか
し、これは、ＣＣＤのアナログ検出信号に対して、所定
の率、例えば、９７％減衰回路によりそれぞれの検出値
を減衰させて、それぞれのゴースト信号を実時間で発生
させて、これらを、あるＤＮＡの検出信号に対して３の
他のＤＮＡ塩基の信号の減衰出力として、例えば、演算
増幅器の（−）入力に加えて引き算するようなアナログ
回路を用いて実現することもできる。
の塩基Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｔを中心に説明しているが、その解
析対象がＲＮＡ塩基であってもよいことはもちろんであ
る。また、ゴーストを除去する演算式は(1) 式に限定さ
れるものではない。特に、先に説明したように、各波形
データの総和を算出して、順次他の３個ゴースト信号成
分を、算出対象塩基を順次更新しながら算出して減算し
ていくことにより、効率よくゴースト信号成分を除去し
た総和の波形データを得ることができる。実施例では、
検出波形信号をデジタル値に変換して、波形データと
し、あるＤＮＡ塩基について、残りの３個のＤＮＡ塩基
の信号成分からのゴースト信号成分の蛍光強度（出現頻
度）をゴースト発生率εをかけて算出している。しか
し、これは、ＣＣＤのアナログ検出信号に対して、所定
の率、例えば、９７％減衰回路によりそれぞれの検出値
を減衰させて、それぞれのゴースト信号を実時間で発生
させて、これらを、あるＤＮＡの検出信号に対して３の
他のＤＮＡ塩基の信号の減衰出力として、例えば、演算
増幅器の（−）入力に加えて引き算するようなアナログ
回路を用いて実現することもできる。
【００１７】
【発明の効果】この発明にあっては、あるＤＮＡ若しく
はＲＮＡ塩基について自己のゴースト成分の除去はしな
いで、残りの３個のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基の信号成
分からのゴースト信号成分の蛍光強度（出現頻度）をゴ
ースト発生率εをかけて算出し、これを原波形信号のか
ら減算することで、強度の弱い信号波形を含めてほぼ真
の波形信号を生成することができる。その結果、波形信
号からゴースト信号成分を排除して長いＤＮＡ若しくは
ＲＮＡ塩基配列のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基についての
決定確率を向上させることができる。
はＲＮＡ塩基について自己のゴースト成分の除去はしな
いで、残りの３個のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基の信号成
分からのゴースト信号成分の蛍光強度（出現頻度）をゴ
ースト発生率εをかけて算出し、これを原波形信号のか
ら減算することで、強度の弱い信号波形を含めてほぼ真
の波形信号を生成することができる。その結果、波形信
号からゴースト信号成分を排除して長いＤＮＡ若しくは
ＲＮＡ塩基配列のＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基についての
決定確率を向上させることができる。
【図１】図１は、この発明の塩基配列決定のための波形
信号生成方法を適用したＤＮＡシーケンサの一実施例の
ブロック図である。
信号生成方法を適用したＤＮＡシーケンサの一実施例の
ブロック図である。
【図２】図２は、そのゴースト信号除去処理の中心とし
た処理のフローチャートである。
た処理のフローチャートである。
【図３】図３は、その波形データ生成方法の説明図であ
る。
る。
１…ＤＮＡシーケンサ、２…泳動板、３…ラインイメー
ジセンサ、４…ＣＣＤ駆動／制御回路、５…演算処理装
置、５０…ＭＰＵ、５１…アンプ、５２…ローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）、５３…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、５
４…メモリ、５５…波形メモリ、５６…ＣＲＴディスプ
レイ、５７…キーボード、５８…プリンタ、５４ａ…塩
基波形データ抽出プログラム、５４ｂ…ゴーストデータ
算出プログラム、５４ｃ…ゴーストデータ除去プログラ
ム、５４ｄ…波形表示／出力プログラム。
ジセンサ、４…ＣＣＤ駆動／制御回路、５…演算処理装
置、５０…ＭＰＵ、５１…アンプ、５２…ローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）、５３…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、５
４…メモリ、５５…波形メモリ、５６…ＣＲＴディスプ
レイ、５７…キーボード、５８…プリンタ、５４ａ…塩
基波形データ抽出プログラム、５４ｂ…ゴーストデータ
算出プログラム、５４ｃ…ゴーストデータ除去プログラ
ム、５４ｄ…波形表示／出力プログラム。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C12Q 1/68 C12M 1/00 G01N 21/17 G01N 33/50 ＢＩＯＳＩＳ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (4)
- 【請求項１】一色の色素マーカを使用してＤＮＡ若しく
はＲＮＡの塩基断片群を電気泳動させ、一定距離泳動さ
せた位置でその到達状態を前記色素からの発光を受光す
ることで検出し、その受光強度を時間の関数の波形信号
とし、この波形信号に基づいてＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩
基の配列を決定する塩基配列決定装置において、 ４個の各ＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基の前記波形信号のう
ちのあるＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基ｉの前記波形信号に
ついて前記ｎ個のうちの残りの３個のＤＮＡ若しくはＲ
ＮＡ塩基によるゴースト信号成分を減算して波形信号を
生成するものであって、前記残りの３個のＤＮＡ若しく
はＲＮＡ塩基の前記波形信号にゴースト発生率εをかけ
て前記ゴースト信号成分を得て、ゴースト信号成分を排
除した波形信号を生成する塩基配列決定装置における波
形信号生成方法。 - 【請求項２】前記発光は蛍光であり、前記波形信号は、
デジタル値としてメモリに記憶され、前記ゴースト発生
率εは、０．０２〜０．１であり、前記ｎ個のＤＮＡ塩
基は、Ａ（アデニン），Ｃ（シトシン），Ｇ（グアニ
ン），Ｔ（チミン）の４つであり、前記４個のＤＮＡ塩
基のｉ番目のゴースト信号ｇi （ただしｉは添字で１〜
４）についてのデータｇi を、 ｇi ＝ε（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｄ4 ）−εｄi により求める。ただし、ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は各Ｄ
ＮＡ塩基についての前記波形信号についてのデータ値で
ある請求項１記載の塩基配列決定装置における波形信号
生成方法。 - 【請求項３】一色の色素マーカを使用してＤＮＡ若しく
はＲＮＡの塩基断片群を電気泳動させ、一定距離泳動さ
せた位置でその到達状態を前記色素からの発光を受光す
ることで検出し、その受光強度を時間の関数の波形信号
とし、この波形信号に基づいてＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩
基の配列を決定する塩基配列決定装置において、 泳動板にレーザを照射してラインセンサにより前記ＤＮ
Ａ若しくはＲＮＡの塩基断片群の到達状態に応じて得ら
れた発光を検出する光学検出系と、 メモリを有し前記ラインセンサから得られる電気信号の
レベルを時間の関数として検出してデジタル値に変換し
てデータとして前記メモリに記憶する演算処理装置とを
備え、 前記演算処理装置は、前記メモリに記憶された前記デー
タから各ＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基対応の前記波形デー
タを生成し、４個の各ＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基のうち
のあるＤＮＡ若しくはＲＮＡ塩基ｉについての前記波形
データから前記４個のうちの残りの３個のＤＮＡ若しく
はＲＮＡ塩基のゴースト信号成分によるゴーストデータ
ｇi を減算してゴースト成分を排除した波形データを生
成するものであって、前記４個のＤＮＡ若しくはＲＮＡ
塩基のｉ番目のゴースト信号ｇi（ただしｉは添字で１
〜４）についてのデータｇi を、 ｇi ＝ε（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｄ4 ）−εｄi により求める。ただし、ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は各Ｄ
ＮＡ若しくはＲＮＡ塩基についての前記波形データ値で
あり、εはゴースト発生率である塩基配列決定装置。 - 【請求項４】前記発光は蛍光であり、前記波形信号は、
デジタル値としてメモリに記憶され、前記ゴースト発生
率εは、０．０２〜０．１であり、前記ｎ個のＤＮＡ塩
基は、Ａ（アデニン），Ｃ（シトシン），Ｇ（グアニ
ン），Ｔ（チミン）の４つである請求項３記載の塩基配
列決定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06338516A JP3101797B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 塩基配列決定のための波形信号生成方法および塩基配列決定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06338516A JP3101797B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 塩基配列決定のための波形信号生成方法および塩基配列決定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08173196A JPH08173196A (ja) | 1996-07-09 |
| JP3101797B2 true JP3101797B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=18318901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06338516A Expired - Fee Related JP3101797B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 塩基配列決定のための波形信号生成方法および塩基配列決定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3101797B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4874376B2 (ja) * | 2009-09-29 | 2012-02-15 | セイコーインスツル株式会社 | Ｄｎａ配列情報解析装置 |
-
1994
- 1994-12-28 JP JP06338516A patent/JP3101797B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08173196A (ja) | 1996-07-09 |
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|---|---|---|---|
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