JP4475478B2 - Gene analysis method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遺伝子の配列情報を解析する方法、および、そのための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、遺伝子配列を解析する方法としては、クローニングしたDNA鎖を制限酵素によって切断し、数100bp程度にしたうえで、さらに酵素によって切断し、電気泳動によって、A、T、G、Cそれぞれの塩基についての電気泳動パターンを求め塩基配列を解析する方法が広く用いられている。
【0003】
また、最近では、数多くの既知の配列のオリゴヌクレオチドやcDNAなどを基板上に固定し、クローニングした試料DNAを反応させ、特異吸着の起きたことを検知することで、試料DNA中に存在する塩基配列を推測するDNAチップと呼ばれる方法も開発されている。
この他、DNAを解析する技術としては、Fluorescence in situ Hybridization 法によって、試料DNAに対してプローブDNAが、ハイブリダイズした状態を蛍光顕微鏡で観察することが、Holmes-Davisら[Trends in Plant Science 3(1999)91]によって試みられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
電気泳動法による遺伝子解析およびDNAチップによる遺伝子解析法における問題点としては、解析操作の複雑さが挙げられる。すなわち、この方法によると
、制限酵素で細かく断片化されたDNAの配列をいくつもの工程をへて解析し、さらに、それらの情報をつなぎ合わせる、という作業を行う必要がある。
【0005】
これは、試料DNAの準備に手間がかかり、損傷DNAなどのクローニングのできないDNA試料の解析には適用できないという問題がある。また、解析が複雑になる点も問題としてあげられる。
これに対して、Fluorescence in situ Hybridization 法は、断片化していないDNA試料の配列情報を解析する方法として、工程も少なく、情報をつなぎ合わせる操作も不要で、きわめて有効な方法である。しかし、これまでの蛍光顕微鏡による観察法では、分解能がせいぜい500nm程度であり、1.5kbp程度の分解能でしか解析ができないという課題を有している。
【0006】
遺伝子地図の解析は、遺伝子操作技術において、その対象となる遺伝子部位を特定するという点できわめて重要な部分を占める。したがって、迅速かつ、効率よく、高精度に遺伝子地図を解析する手法の開発が、強く望まれている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記Fluorescence in situ Hybridization 法の課題を解決する方法として、測定対象のDNA鎖に含まれる特定遺伝子配列の位置を求める方法において、測定対象DNA鎖およびプローブ分子を用い、すくなくとも、DNA特異結合操作、固定・伸張操作、探針による検出操作からなる遺伝子解析方法 、および、すくなくとも、DNA固定操作、特異結合操作、伸張操作、探針による検出操作からなる遺伝子解析方法、および、すくなくとも、DNA固定・伸張操作、特異結合操作、探針による検出操作からなる遺伝子解析方法を考案し、ここで用いる探針として、近接場光学顕微鏡用プローブまたは原子間力顕微鏡用プローブまたはトンネル顕微鏡用プローブを用い、また、伸張操作として、光ピンセット法等を用いることで、分解能と精度の高い遺伝子配列の解析を実現可能にした。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。
図1から3は、本発明の遺伝子解析方法の基本的な手順を示すものである。それぞれ、測定対象DNA鎖1、プローブ分子2、基板3、探針4に対して、図1においては、測定対象DNA鎖1とプローブ分子2とのDNA特異結合操作(図1b)、測定対象DNA鎖1の基板3への固定操作(図1c)、測定対象DNA鎖1の伸張操作(図1d)、探針4による検出操作(図1e)による解析手順を示している。図2においては、DNA固定操作(図2b)、特異結合操作(図2c)、伸張操作(図2d)、探針による検出操作(図2e)による解析手順を示している。図3においては、DNA固定・伸張操作操作(図3b)、特異結合操作(図3c)、探針による検出操作(図3d)による解析手順を示している。これらの解析手順は、各操作において使用する手法に応じて選択することができる。
【0009】
本手法の探針による検出操作によって、高い分解能で、遺伝子配列情報の解析を行うことが可能になる。この探針としては、近接場光学顕微鏡の探針、原子間力顕微鏡の探針、トンネル顕微鏡の探針を用いることができる。この探針によって、2次元的な形状情報の他、近接場光学顕微鏡による2次元的な蛍光情報、電気化学・原子間力顕微鏡による電解電流、表面電位・原子間力顕微鏡による表面電位、トンネル顕微鏡による電子励起発光を検出することができ、多元的な情報によって、測定対象DNA鎖上のブローブ分子の位置を同定することができる。
【0010】
測定対象DNA鎖としては、本手法を用いることで、1kbp以上のDNA鎖を対象とすることができる。また、染色体中のDNA鎖を測定対象とすることもできる。さらに、損傷DNAをそのまま解析することも可能である。この他にも、プラスミド、人工染色体(BAC、YACなど)、ガン細胞中の遺伝子などにも適用可能である。特に、特定の限られた1つのDNAを対象にできること、個々の細胞内のDNAを対象にできることは、大きな特徴といえる。
【0011】
プローブ分子としては、RNA、cDNA、オリゴヌクレオチドなど、DNAの対応する配列に特異的に結合する分子を用いることができる。
このプローブ分子を標識しておくことで、形状情報以外の相補的な配列情報を獲得できる。この標識には、蛍光物質、酵素などを用いることができる。ここで、蛍光物質としては、GFP(Green Fluorescence Protein)、cameleon(カルシウム指示タンパク質試薬)などの蛍光タンパク質を用いることもできる。これらの標識物質は、複数種類のプローブ分子を用いる場合には、それに応じて、複数種類用いることで、それぞれのプローブ分子の識別ができる。これによって、一つのDNA鎖上に複数のプローブ分子が結合した場合でも、それぞれを識別することができる。また、酵素としては、酸化還元酵素を用いることで、酵素反応生成物を検出し、位置検出を行うこともできる。この他、抗体を用いることも可能である。遺伝子導入のチェックを行おうとする場合には、プロモータ領域に特異的に結合する転写因子、制限酵素などのタンパク質をプローブ分子として用いることもできる。さらに、標識物質として金コロイドを用いることもでき、この場合は、形状像から、位置の検出を行うことができる。一方、DNA鎖中にインターカレートとする蛍光物質によって、2本鎖部分を特異的に染色することもできる。
【0012】
次に、DNA鎖の固定操作としては、図4に示すように、基板表面に対して、DNA鎖全体を吸着させたり、図5に示すように、DNA鎖の末端(固定端5)を結合させたりすることができる。あるいは、DNA鎖の片端あるいは両端にビーズを結合させ、このビーズの位置を固定することによって、固定を行うこともできる。図6aは、両端にビーズ6を固定した例、図6bは、片端にビーズを固定し、もう一つの端は、基板上に固定した例である。
【0013】
固定操作において、DNA鎖全体を吸着させる場合には、基板として、疎水性表面を有する基板を用いることができる。また、親水性基板の場合には、マグネシウムイオンなどの2価カチオンを吸着させることで、DNA鎖を固定させることもできる。この他、基板表面を化学修飾することで、種々の官能基を結合させ、DNAの吸着能を高めることもできる。
【0014】
DNA鎖の末端を結合させる場合には、DNA末端にチオール基を修飾することによって、金薄膜または粒子を有する基板上に固定することもできる。また、基板上の薄膜または粒子にアビチンが固定された基板を用い、ビオチンを末端に修飾したDNA鎖を固定して使用することもできる。なお、このようなDNAの末端修飾は、ターミナルトランスフェラーゼを用いることで、処理することができる。
【0015】
DNA鎖の固定後には、必要に応じて非特異吸着のブロック操作として、基板に親和性を持ち、測定対象DNA鎖とプローブ分子には、特異結合性を示さない分子を反応させることによって、プローブ分子が、基板上に非特異的に結合するのを防ぐことができる。
DNA鎖の伸延には、特表平9−509057に開示されているような、メニスカスの移動を用いることもできる。この場合、DNA水溶液の蒸発に伴う水流や、傾斜あるいは吸引に伴って起こるDNA水溶液の水流、あるいは、ブロアーによる気体の吹きつけによって生じる水流を用いることができる。また、DNAが、電場の印加によって、まっすぐにのびることを利用して、電場印加によって、伸延することもできる。DNA鎖の片端あるいは両端にビーズを結合させた場合には、光ピンセットによって、ビーズを移動させることで、DNA鎖を伸延させることができる。
【0016】
マイクロマニピュレータを用いることで、伸延させることもできる。図7は、この例を示したもので、マイクロマニピュレータ先端部7にDNA鎖を結合し(図7c)、続いて、マイクロマニピュレータ先端部を移動することによって(図7d)、DNA鎖を伸延させることができる。
解析対象となるDNAとしては、染色体、人工染色体、精子、あるいは、花粉の一部を構成しているDNA、および、ベクターも解析対象となる。染色体などを測定対象とする場合には、特定の酵素(トリプシンなど)を用いることで、染色体の一部の構造を弛緩させ、DNA鎖を伸延させることができる。この他、染色体に関しては、界面活性剤、超音波、遠心力、酸(酢酸など)、温度上昇などを構造弛緩および伸延操作に利用することができる。
【0017】
検出操作において、一定領域の走査による測定対象DNA鎖の位置検出、DNA鎖に沿った検出用走査の手順によって検出を行うことも可能であり、これによって、効率の良い測定が可能になる。
また、検出操作において、マイクロ巻き取り機構を使うことで、試料DNAの巻き取りを行い、巻き取りによるDNA鎖の移動によって、探針を相対的にDNA上を走査させることができる。図8において、巻き取り機構の先端部8にDNA鎖が固定されており(図8a)、ローター部8が回転することによって(図8b)DNA鎖を移動させることができる。この場合、DNA鎖は、電場の印加等によって、方向を常に一定に保つことができる。
【0018】
図8a−bの場合、プローブ先端の向きに対して巻き取り機構の回転軸が、平行方向になる構成であるが、図8c−dのように、プローブ先端の向きに対して巻き取り機構の回転軸が直交するような構成にすることもできる。この場合は、巻き取り機構先端部の軸上で検出操作が行われることになる。この場合は、一度巻き取られたDNA鎖は、ローター部上に伸延された形で固定されるため、ローターを回転させることで、繰り返し検出操作を行うことができる。
【0019】
次に、本発明の遺伝子解析装置について説明する。
図9は、近接場光学顕微鏡と光ピンセット操作装置を複合した遺伝子解析装置の例を示したものである。図9において、試料セル30は、XYZ方向に変位可能な移動機構31によって保持されており、その下には、対物レンズ32が配置されている。光ピンセット用レーザー33からの光は、ガルバノミラー34、ダイクロイックミラー35を介して、対物レンズ32を通り、試料セル中のビーズに集光される。ガルバノミラーは、コントローラ36を介して、任意にコントロール可能である。試料の状態は、切り替え式のミラー37を介して、例えば、接眼レンズ38を通して観察するか、CCDカメラによって観察することができる。光プローブ顕微鏡用プローブ40は、試料セル30中に配置され、試料表面との距離を変位検出手段41とコントローラ42および移動機構31によって、制御される。蛍光励起用の光は、光源43から、プローブ40に導入され、プローブ先端から、試料に照射され、試料からの蛍光は、対物レンズ32、ダイクロイックミラー35、蛍光検出用フィルター44を介して、光検出器45において検出される。移動機構31をXY方向に2次元的な走査を行うことによって、試料表面の形状像と蛍光像を取得し、遺伝子配列情報の解析を行うことができる。光検出器45の部分に分光器と高感度CCDカメラを接続することによって、蛍光波長の解析を行い、蛍光標識分子の違いを識別することができる。
【0020】
本実施の形態においては、AFM方式の光プローブについて示したが、ストレートタイプの光プローブを用いるシアフォース方式も適用可能である。
図10は、原子間力顕微鏡と光ピンセット操作装置を複合した遺伝子解析装置の例を示したものである。図10において、試料セル30は、XYZ方向に変位可能な移動機構31によって保持されており、その下には、対物レンズ32が配置されている。光ピンセット用レーザー33からの光は、ガルバノミラー34、ダイクロイックミラー35を介して、対物レンズ32を通り、試料セル中のビーズに集光される。ガルバノミラーは、コントローラ36を介して、任意にコントロール可能である。試料の状態は、切り替え式のミラー37を介して、例えば、接眼レンズ38を通して観察するか、CCDカメラによって観察することができる。原子間力顕微鏡用プローブ50は、試料セル30中に配置され、試料表面との距離を変位検出手段41とコントローラ42および移動機構31によって、制御される。移動機構31をXY方向に2次元的な走査を行うことによって、試料表面の形状像を取得し、遺伝子配列情報の解析を行うことができる。形状像の他に、表面電位像などを取得することで、標識分子の検出を行うことができる。
【0021】
図11は、トンネル顕微鏡と光ピンセット操作装置を複合した遺伝子解析装置の例を示したものである。図11において、試料セル30は、XYZ方向に変位可能な移動機構31によって保持されており、その下には、対物レンズ32が配置されている。光ピンセット用レーザー33からの光は、ガルバノミラー34、ダイクロイックミラー35を介して、対物レンズ32を通り、試料セル中のビーズに集光される。ガルバノミラーは、コントローラ36を介して、任意にコントロールできる。試料の状態は、切り替え式のミラー37を介して、例えば、接眼レンズ38を通して観察するか、CCDカメラによって観察することができる。トンネル顕微鏡用プローブ60は、試料セル30中に配置され、試料表面との距離を変位検出手段61とコントローラ42および移動機構31によって、制御される。移動機構31をXY方向に2次元的な走査を行うことによって、試料表面の形状像を取得し、遺伝子配列情報の解析を行うことができる。また、電子エネルギー損失分光を利用することで、標識分子の識別を行うこともできる。
【0022】
以上の装置構成において、さらに、ストロークの大きなXYステージを設け、これによって、試料面内を移動させることによって、数十ミクロン以上の長いDNA鎖の測定に対応させることができ、さらに、複数のDNA鎖の測定を同一試料基板上で行うことも可能である。
続いて、図12は、近接場光学顕微鏡とマイクロマニピュレータ操作装置を複合した遺伝子解析装置の例を示したものである。図12において、試料セル30は、XYZ方向に変位可能な移動機構31によって保持されており、その下には、対物レンズ32が配置されている。試料の状態は、切り替え式のミラー37を介して、例えば、接眼レンズ38を通して観察するか、CCDカメラによって観察することができる。伸延操作を行うためのマイクロマニピュレータ操作装置71は、先端7を試料セル30中に挿入した状態で設置されている。光プローブ顕微鏡用プローブ40は、試料セル30中に配置され、試料表面との距離を変位検出手段41とコントローラ42および移動機構31によって、制御される。蛍光励起用の光は、光源43から、プローブ40に導入され、プローブ先端から、試料に照射され、試料からの蛍光は、対物レンズ32、ダイクロイックミラー35、蛍光検出用フィルター44を介して、光検出器45において検出される。移動機構31をXY方向に2次元的な走査を行うことによって、試料表面の形状像と蛍光像を取得し、遺伝子配列情報の解析を行うことができる。光検出器45の部分に分光器と高感度CCDカメラを接続することによって、蛍光波長の解析を行い、蛍光標識分子の違いを識別することができる。
【0023】
本実施の形態においては、AFM方式の光プローブについて示したが、ストレートタイプの光プローブを用いるシアフォース方式も適用可能である。
図13は、原子間力顕微鏡と光ピンセット操作装置を複合した遺伝子解析装置の例を示したものである。図13において、試料セル30は、XYZ方向に変位可能な移動機構31によって保持されており、その下には、対物レンズ32が配置されている。伸延操作を行うためのマイクロマニピュレータ操作装置71は、先端7を試料セル30中に挿入した状態で設置されている。試料の状態は、切り替え式のミラー37を介して、例えば、接眼レンズ38を通して観察するか、CCDカメラによって観察することができる。原子間力顕微鏡用プローブ50は、試料セル30中に配置され、試料表面との距離を変位検出手段41とコントローラ42および移動機構31によって、制御される。移動機構31をXY方向に2次元的な走査を行うことによって、試料表面の形状像を取得し、遺伝子配列情報の解析を行うことができる。形状像の他に、表面電位像などを取得することで、標識分子の検出を行うことができる。
【0024】
図14は、トンネル顕微鏡と光ピンセット操作装置を複合した遺伝子解析装置の例を示したものである。図14において、試料セル30は、XYZ方向に変位可能な移動機構31によって保持されており、その下には、対物レンズ32が配置されている。伸延操作を行うためのマイクロマニピュレータ操作装置71は、先端7を試料セル30中に挿入した状態で設置されている。試料の状態は、切り替え式のミラー37を介して、例えば、接眼レンズ38を通して観察するか、CCDカメラによって観察することができる。トンネル顕微鏡用プローブ60は、試料セル30中に配置され、試料表面との距離を変位検出手段61とコントローラ42および移動機構31によって、制御される。移動機構31をXY方向に2次元的な走査を行うことによって、試料表面の形状像を取得し、遺伝子配列情報の解析を行うことができる。
【0025】
本実施の形態で示した一般的なマイクロマニピュレータ操作装置とは別に、マイクロマシン技術によって、ミリメートルレベルのマイクロマニピュレータを作製することが可能であり、この場合は、駆動部分全体を試料セル中に挿入して使用することもできる。
一方、図15は、近接場光学顕微鏡とマイクロ巻き取り装置を複合した遺伝子解析装置の例を示したものである。図15において、試料セル30は、XYZ方向に変位可能な移動機構31によって保持されており、その下には、対物レンズ32が配置されている。マイクロマシン技術で製作したマイクロ巻き取り機構の駆動部81とローターは、試料セル30中に挿入されており、コントローラ82によってコントロールされる。試料の状態は、切り替え式のミラー37を介して、例えば、接眼レンズ38を通して観察するか、CCDカメラによって観察することができる。伸延操作を行うためのマイクロマニピュレータ操作装置71は、先端7を試料セル30中に挿入した状態で設置されている。光プローブ顕微鏡用プローブ40は、試料セル30中に配置され、試料表面との距離を変位検出手段41とコントローラ42および移動機構31によって、制御される。蛍光励起用の光は、光源43から、プローブ40に導入され、プローブ先端から、試料に照射され、試料からの蛍光は、対物レンズ32、ダイクロイックミラー35、蛍光検出用フィルター44を介して、光検出器45において検出される。移動機構31をXY方向に2次元的な走査を行うことによって、試料表面の形状像と蛍光像を取得し、遺伝子配列情報の解析を行うことができる。光検出器45の部分に分光器と高感度CCDカメラを接続することによって、蛍光波長の解析を行い、蛍光標識分子の違いを識別することができる。
【0026】
本実施の形態においては、AFM方式の光プローブについて示したが、ストレートタイプの光プローブを用いるシアフォース方式も適用可能である。
図16は、原子間力顕微鏡とマイクロ巻き取り装置を複合した遺伝子解析装置の例を示したものである。図16において、試料セル30は、XYZ方向に変位可能な移動機構31によって保持されており、その下には、対物レンズ32が配置されている。マイクロマシン技術で製作したマイクロ巻き取り機構の駆動部81とローターは、試料セル30中に挿入されており、コントローラ82によってコントロールされる。試料の状態は、切り替え式のミラー37を介して、例えば、接眼レンズ38を通して観察するか、CCDカメラによって観察することができる。原子間力顕微鏡用プローブ50は、試料セル30中に配置され、試料表面との距離を変位検出手段41とコントローラ42および移動機構31によって、制御される。移動機構31をXY方向に2次元的な走査を行うことによって、試料表面の形状像を取得し、遺伝子配列情報の解析を行うことができる。形状像の他に、表面電位像などを取得することで、標識分子の検出を行うことができる。
【0027】
図17は、トンネル顕微鏡とマイクロ巻き取り装置を複合した遺伝子解析装置の例を示したものである。図17において、試料セル30は、XYZ方向に変位可能な移動機構31によって保持されており、その下には、対物レンズ32が配置されている。マイクロマシン技術で製作したマイクロ巻き取り機構の駆動部81とローターは、試料セル30中に挿入されており、コントローラ82によってコントロールされる。試料の状態は、切り替え式のミラー37を介して、例えば、接眼レンズ38を通して観察するか、CCDカメラによって観察することができる。トンネル顕微鏡用プローブ60は、試料セル30中に配置され、試料表面との距離を変位検出手段61とコントローラ42および移動機構31によって、制御される。移動機構31をXY方向に2次元的な走査を行うことによって、試料表面の形状像を取得し、遺伝子配列情報の解析を行うことができる。
【0028】
なお、本装置で使用するローターは、顕微鏡下で観察しやすくするために、ガラスなどの透明な材料で製作することができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明の遺伝子解析方法及び装置によって、遺伝子地図の解析をシーケンス法に比べ、大幅に速く、実用的な分解能で行うことが可能になり、シーケンス法で、1度に解析できる限界の1kbpをはるかに越えるサイズのDNA鎖の解析を行うこともできる。本発明の手法によれば、従来のFISH法に対しても、分解能の向上に加えて、形状測定を行うことによって、測定精度を向上させることが可能になった。さらに、従来のシーケンス法では、適用できなかったDNAの損傷の解析を行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の遺伝子解析方法を示す説明図である。
【図2】本発明の遺伝子解析方法を示す説明図である。
【図3】本発明の遺伝子解析方法を示す説明図である。
【図4】本発明における固定操作を示す説明図である。
【図5】本発明における固定操作を示す説明図である。
【図6】本発明における固定操作を示す説明図である。
【図7】本発明における伸延操作を示す説明図である。
【図8】本発明における伸延操作を示す説明図である。
【図9】本発明の遺伝子解析装置を示す模式図である。
【図10】本発明の遺伝子解析装置を示す模式図である。
【図11】本発明の遺伝子解析装置を示す模式図である。
【図12】本発明の遺伝子解析装置を示す模式図である。
【図13】本発明の遺伝子解析装置を示す模式図である。
【図14】本発明の遺伝子解析装置を示す模式図である。
【図15】本発明の遺伝子解析装置を示す模式図である。
【図16】本発明の遺伝子解析装置を示す模式図である。
【図17】本発明の遺伝子解析装置を示す模式図である。
【符号の説明】
1 DNA鎖
2 プローブ分子
3 基板
4 探針
5 DNA固定端
6 ビーズ
7 マイクロマニピュレータ先端部
8 巻き取り機構先端部
30 試料セル
31 移動機構
32 対物レンズ
33 光ピンセット用レーザー
34 ガルバノミラー
35 ダイクロイックミラー
36 コントローラー
37 ミラー
38 接眼レンズ
40 光プローブ顕微鏡用プローブ
41 変位検出手段
42 コントローラ
43 光源
44 蛍光検出用フィルタ
45 光検出器
50 原子間力顕微鏡用プローブ
60 トンネル顕微鏡用プローブ
61 変位検出手段
71 マイクロマニピュレータ操作装置
81 マイクロ巻き取り機構駆動部
82 コントローラ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for analyzing gene sequence information and an apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for analyzing a gene sequence, a cloned DNA strand is cleaved with a restriction enzyme to make several hundred bp, further cleaved with an enzyme, and each base of A, T, G, C by electrophoresis. A method of obtaining an electrophoretic pattern for analyzing the base sequence is widely used.
[0003]
Recently, many nucleotides of known sequences, such as oligonucleotides and cDNAs, are immobilized on a substrate, reacted with sample DNA that has been cloned, and detected that specific adsorption has occurred. A method called a DNA chip for estimating the sequence has also been developed.
In addition, as a technique for analyzing DNA, the state in which the probe DNA is hybridized to the sample DNA by a fluorescence in situ hybridization method is observed with a fluorescence microscope. Holmes-Davis et al. [Trends in Plant Science 3 (1999) 91].
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Problems in the gene analysis by electrophoresis and the gene analysis by DNA chip include the complexity of the analysis operation. That is, according to this method, it is necessary to analyze a DNA sequence finely fragmented with a restriction enzyme through a number of steps and to connect the information.
[0005]
This has the problem that preparation of sample DNA takes time and cannot be applied to analysis of DNA samples that cannot be cloned, such as damaged DNA. Another problem is that the analysis is complicated.
In contrast, the Fluorescence in situ Hybridization method is a very effective method as a method for analyzing sequence information of a non-fragmented DNA sample, which requires few steps and does not require an operation for joining information. However, the conventional observation methods using a fluorescence microscope have a problem that the resolution is at most about 500 nm and the analysis can be performed only with a resolution of about 1.5 kbp.
[0006]
Genetic map analysis occupies a very important part in the genetic manipulation technique in that it specifies the target gene site. Therefore, development of a method for analyzing a genetic map quickly, efficiently and with high accuracy is strongly desired.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a method for solving the problem of the Fluorescence in situ Hybridization method, in a method for determining the position of a specific gene sequence contained in a DNA strand to be measured, using a DNA strand to be measured and a probe molecule, at least DNA specific binding operation and fixation -Gene analysis method consisting of extension operation, detection operation with probe, and at least DNA fixation operation, specific binding operation, extension operation, gene analysis method consisting of detection operation with probe, and at least DNA fixation / extension operation Devised a genetic analysis method consisting of specific binding operation and probe detection, and used a near-field optical microscope probe, an atomic force microscope probe, or a tunnel microscope probe as the probe, and extended. By using the optical tweezers method, etc., the resolution and accuracy of the operation It was feasible the analysis of child array.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 show the basic procedure of the gene analysis method of the present invention. In FIG. 1, the DNA-specific binding operation (FIG. 1b) between the DNA strand 1 to be measured and the probe molecule 2 (FIG. 1B), the DNA to be measured The analysis procedure includes the operation of fixing the strand 1 to the substrate 3 (FIG. 1c), the operation of extending the DNA strand 1 to be measured (FIG. 1d), and the detection operation of the probe 4 (FIG. 1e). FIG. 2 shows an analysis procedure by a DNA fixing operation (FIG. 2b), a specific binding operation (FIG. 2c), an extension operation (FIG. 2d), and a detection operation by a probe (FIG. 2e). FIG. 3 shows an analysis procedure by a DNA fixing / extension operation operation (FIG. 3b), a specific binding operation (FIG. 3c), and a probe detection operation (FIG. 3d). These analysis procedures can be selected according to the technique used in each operation.
[0009]
The detection operation using the probe of this method makes it possible to analyze gene sequence information with high resolution. As the probe, a near-field optical microscope probe, an atomic force microscope probe, or a tunnel microscope probe can be used. With this probe, in addition to two-dimensional shape information, two-dimensional fluorescence information with a near-field optical microscope, electrolysis current with an electrochemical / atomic force microscope, surface potential with a surface potential / atomic force microscope, tunnel microscope Electron-excited luminescence due to can be detected, and the position of the probe molecule on the DNA strand to be measured can be identified by multidimensional information.
[0010]
As a DNA strand to be measured, a DNA strand of 1 kbp or more can be targeted by using this method. Moreover, the DNA strand in a chromosome can also be made into a measuring object. Furthermore, it is possible to analyze damaged DNA as it is. In addition, it can be applied to plasmids, artificial chromosomes (BAC, YAC, etc.), genes in cancer cells, and the like. In particular, it can be said that the ability to target one specific limited DNA and the ability to target DNA in individual cells is a great feature.
[0011]
As the probe molecule, a molecule that specifically binds to a corresponding sequence of DNA, such as RNA, cDNA, or oligonucleotide, can be used.
By labeling this probe molecule, complementary sequence information other than shape information can be obtained. A fluorescent substance, an enzyme, etc. can be used for this label | marker. Here, as the fluorescent substance, fluorescent proteins such as GFP (Green Fluorescence Protein) and cameleon (calcium indicator protein reagent) can be used. When a plurality of types of probe molecules are used, it is possible to identify each of the probe molecules by using a plurality of types according to that. Thereby, even when a plurality of probe molecules are bound on one DNA strand, each can be identified. In addition, by using an oxidoreductase as the enzyme, the enzyme reaction product can be detected and the position can be detected. In addition, an antibody can be used. When a gene transfer check is to be performed, a protein such as a transcription factor or a restriction enzyme that specifically binds to the promoter region can be used as a probe molecule. Furthermore, gold colloid can also be used as the labeling substance. In this case, the position can be detected from the shape image. On the other hand, the double-stranded portion can be specifically stained with a fluorescent substance that intercalates in the DNA strand.
[0012]
Next, as shown in FIG. 4, the entire DNA strand is adsorbed to the substrate surface as shown in FIG. 4, or the end (fixed end 5) of the DNA strand is bound as shown in FIG. You can make it. Alternatively, fixation can be performed by binding beads to one or both ends of the DNA strand and fixing the position of the beads. 6a shows an example in which beads 6 are fixed at both ends, and FIG. 6b shows an example in which beads are fixed at one end and the other end is fixed on a substrate.
[0013]
In the fixing operation, when the entire DNA strand is adsorbed, a substrate having a hydrophobic surface can be used. In the case of a hydrophilic substrate, the DNA strand can also be fixed by adsorbing a divalent cation such as magnesium ion. In addition, by chemically modifying the substrate surface, various functional groups can be bonded to increase the ability to adsorb DNA.
[0014]
When the ends of DNA strands are bound, they can be immobilized on a substrate having a gold thin film or particles by modifying a thiol group at the DNA ends. Further, it is also possible to use a substrate in which avidin is immobilized on a thin film or particles on the substrate and immobilize a DNA strand modified with biotin at its end. In addition, such a terminal modification of DNA can be processed by using terminal transferase.
[0015]
After immobilization of the DNA strand, if necessary, as a non-specific adsorption block operation, the probe has an affinity for the substrate, and the DNA to be measured and the probe molecule react with a molecule that does not exhibit specific binding properties. Molecules can be prevented from binding non-specifically on the substrate.
For the extension of the DNA strand, the movement of the meniscus as disclosed in JP-T 9-509057 can also be used. In this case, a water flow accompanying the evaporation of the DNA aqueous solution, a water flow of the DNA aqueous solution caused by tilting or suction, or a water flow generated by blowing a gas by a blower can be used. In addition, DNA can be stretched by applying an electric field utilizing the fact that DNA extends straight by applying an electric field. When beads are bound to one or both ends of the DNA strand, the DNA strand can be extended by moving the beads with optical tweezers.
[0016]
It can be extended by using a micromanipulator. FIG. 7 shows this example. A DNA strand is bound to the micromanipulator tip 7 (FIG. 7c), and then the micromanipulator tip is moved (FIG. 7d) to extend the DNA strand. be able to.
As DNA to be analyzed, chromosomes, artificial chromosomes, sperm, DNA constituting a part of pollen, and vectors are also analyzed. When a chromosome or the like is to be measured, a specific enzyme (such as trypsin) can be used to relax a part of the structure of the chromosome and extend the DNA chain. In addition, as for chromosomes, surfactants, ultrasonic waves, centrifugal force, acids (such as acetic acid), temperature rises, etc. can be used for structural relaxation and distraction operations.
[0017]
In the detection operation, it is also possible to detect the position of the DNA strand to be measured by scanning a certain region and the detection scanning procedure along the DNA strand, thereby enabling efficient measurement.
In the detection operation, the sample DNA can be taken up by using the micro-winding mechanism, and the probe can be relatively scanned on the DNA by the movement of the DNA strand by the winding. In FIG. 8, the DNA strand is fixed to the tip 8 of the winding mechanism (FIG. 8a), and the DNA strand can be moved by rotating the rotor 8 (FIG. 8b). In this case, the direction of the DNA strand can always be kept constant by applying an electric field or the like.
[0018]
In the case of FIGS. 8A and 8B, the rotation axis of the winding mechanism is parallel to the direction of the probe tip. However, as shown in FIGS. A configuration in which the rotation axes are orthogonal can also be employed. In this case, a detection operation is performed on the axis of the winding mechanism tip. In this case, since the DNA strand once wound up is fixed in a stretched state on the rotor portion, the detection operation can be repeatedly performed by rotating the rotor.
[0019]
Next, the gene analysis apparatus of the present invention will be described.
FIG. 9 shows an example of a gene analyzing apparatus in which a near-field optical microscope and an optical tweezer operating device are combined. In FIG. 9, the sample cell 30 is held by a moving mechanism 31 that can be displaced in the XYZ directions, and an objective lens 32 is disposed below the moving mechanism 31. The light from the optical tweezer laser 33 passes through the objective lens 32 via the galvano mirror 34 and the dichroic mirror 35 and is collected on the beads in the sample cell. The galvanometer mirror can be arbitrarily controlled via the controller 36. The state of the sample can be observed through the switchable mirror 37, for example, through an eyepiece lens 38, or by a CCD camera. The probe 40 for an optical probe microscope is disposed in the sample cell 30 and the distance from the sample surface is controlled by the displacement detection means 41, the controller 42 and the moving mechanism 31. Light for fluorescence excitation is introduced into the probe 40 from the light source 43, and the sample is irradiated from the tip of the probe. The fluorescence from the sample is transmitted through the objective lens 32, the dichroic mirror 35, and the filter 44 for fluorescence detection. It is detected by the detector 45. By performing two-dimensional scanning of the moving mechanism 31 in the X and Y directions, a shape image and a fluorescence image of the sample surface can be acquired, and gene sequence information can be analyzed. By connecting a spectroscope and a high-sensitivity CCD camera to the portion of the light detector 45, the fluorescence wavelength can be analyzed and the difference between the fluorescently labeled molecules can be identified.
[0020]
In this embodiment, an AFM type optical probe is shown, but a shear force type using a straight type optical probe is also applicable.
FIG. 10 shows an example of a gene analyzing apparatus in which an atomic force microscope and an optical tweezer operating device are combined. In FIG. 10, the sample cell 30 is held by a moving mechanism 31 that can be displaced in the XYZ directions, and an objective lens 32 is disposed below the moving mechanism 31. The light from the optical tweezer laser 33 passes through the objective lens 32 via the galvano mirror 34 and the dichroic mirror 35 and is collected on the beads in the sample cell. The galvanometer mirror can be arbitrarily controlled via the controller 36. The state of the sample can be observed through the switchable mirror 37, for example, through an eyepiece lens 38, or by a CCD camera. The atomic force microscope probe 50 is disposed in the sample cell 30, and the distance from the sample surface is controlled by the displacement detection means 41, the controller 42, and the moving mechanism 31. By performing two-dimensional scanning of the moving mechanism 31 in the XY directions, a shape image of the sample surface can be acquired and gene sequence information can be analyzed. In addition to the shape image, a label molecule can be detected by acquiring a surface potential image or the like.
[0021]
FIG. 11 shows an example of a gene analyzing apparatus in which a tunnel microscope and an optical tweezer operating device are combined. In FIG. 11, the sample cell 30 is held by a moving mechanism 31 that can be displaced in the XYZ directions, and an objective lens 32 is disposed below the moving mechanism 31. The light from the optical tweezer laser 33 passes through the objective lens 32 via the galvano mirror 34 and the dichroic mirror 35 and is collected on the beads in the sample cell. The galvanometer mirror can be arbitrarily controlled via the controller 36. The state of the sample can be observed through the switchable mirror 37, for example, through an eyepiece lens 38, or by a CCD camera. The tunnel microscope probe 60 is disposed in the sample cell 30, and the distance from the sample surface is controlled by the displacement detection means 61, the controller 42, and the moving mechanism 31. By performing two-dimensional scanning of the moving mechanism 31 in the XY directions, a shape image of the sample surface can be acquired and gene sequence information can be analyzed. In addition, the labeling molecule can be identified by using electron energy loss spectroscopy.
[0022]
In the above apparatus configuration, an XY stage with a large stroke is further provided, and by moving within the sample surface, measurement of long DNA strands of several tens of microns or more can be supported. It is also possible to perform chain measurements on the same sample substrate.
Next, FIG. 12 shows an example of a gene analysis device that combines a near-field optical microscope and a micromanipulator operation device. In FIG. 12, a sample cell 30 is held by a moving mechanism 31 that can be displaced in the XYZ directions, and an objective lens 32 is disposed below the moving mechanism 31. The state of the sample can be observed through the switchable mirror 37, for example, through an eyepiece lens 38, or by a CCD camera. A micromanipulator operation device 71 for performing the distraction operation is installed with the tip 7 inserted into the sample cell 30. The probe 40 for an optical probe microscope is disposed in the sample cell 30 and the distance from the sample surface is controlled by the displacement detection means 41, the controller 42 and the moving mechanism 31. Light for fluorescence excitation is introduced into the probe 40 from the light source 43, and the sample is irradiated from the tip of the probe. The fluorescence from the sample is transmitted through the objective lens 32, the dichroic mirror 35, and the filter 44 for fluorescence detection. It is detected by the detector 45. By performing two-dimensional scanning of the moving mechanism 31 in the X and Y directions, a shape image and a fluorescence image of the sample surface can be acquired, and gene sequence information can be analyzed. By connecting a spectroscope and a high-sensitivity CCD camera to the portion of the light detector 45, the fluorescence wavelength can be analyzed and the difference between the fluorescently labeled molecules can be identified.
[0023]
In this embodiment, an AFM type optical probe is shown, but a shear force type using a straight type optical probe is also applicable.
FIG. 13 shows an example of a gene analyzing apparatus in which an atomic force microscope and an optical tweezer operating device are combined. In FIG. 13, the sample cell 30 is held by a moving mechanism 31 that can be displaced in the XYZ directions, and an objective lens 32 is disposed below the moving mechanism 31. A micromanipulator operation device 71 for performing the distraction operation is installed with the tip 7 inserted into the sample cell 30. The state of the sample can be observed through the switchable mirror 37, for example, through an eyepiece lens 38, or by a CCD camera. The atomic force microscope probe 50 is disposed in the sample cell 30, and the distance from the sample surface is controlled by the displacement detection means 41, the controller 42, and the moving mechanism 31. By performing two-dimensional scanning of the moving mechanism 31 in the XY directions, a shape image of the sample surface can be acquired and gene sequence information can be analyzed. In addition to the shape image, a label molecule can be detected by acquiring a surface potential image or the like.
[0024]
FIG. 14 shows an example of a gene analyzing apparatus in which a tunnel microscope and an optical tweezer operating device are combined. In FIG. 14, the sample cell 30 is held by a moving mechanism 31 that can be displaced in the XYZ directions, and an objective lens 32 is disposed below the moving mechanism 31. A micromanipulator operation device 71 for performing the distraction operation is installed with the tip 7 inserted into the sample cell 30. The state of the sample can be observed through the switchable mirror 37, for example, through an eyepiece lens 38, or by a CCD camera. The tunnel microscope probe 60 is disposed in the sample cell 30, and the distance from the sample surface is controlled by the displacement detection means 61, the controller 42, and the moving mechanism 31. By performing two-dimensional scanning of the moving mechanism 31 in the XY directions, a shape image of the sample surface can be acquired and gene sequence information can be analyzed.
[0025]
In addition to the general micromanipulator operating device shown in the present embodiment, it is possible to produce a millimeter level micromanipulator by micromachine technology. In this case, the entire drive portion is inserted into the sample cell. Can also be used.
On the other hand, FIG. 15 shows an example of a gene analyzing apparatus that combines a near-field optical microscope and a micro-winding device. In FIG. 15, the sample cell 30 is held by a moving mechanism 31 that can be displaced in the XYZ directions, and an objective lens 32 is disposed below the moving mechanism 31. The driving unit 81 and the rotor of the micro winding mechanism manufactured by the micromachine technique are inserted into the sample cell 30 and controlled by the controller 82. The state of the sample can be observed through the switchable mirror 37, for example, through an eyepiece lens 38, or by a CCD camera. A micromanipulator operation device 71 for performing the distraction operation is installed with the tip 7 inserted into the sample cell 30. The probe 40 for an optical probe microscope is disposed in the sample cell 30 and the distance from the sample surface is controlled by the displacement detection means 41, the controller 42 and the moving mechanism 31. Light for fluorescence excitation is introduced into the probe 40 from the light source 43, and the sample is irradiated from the tip of the probe. The fluorescence from the sample is transmitted through the objective lens 32, the dichroic mirror 35, and the filter 44 for fluorescence detection. It is detected by the detector 45. By performing two-dimensional scanning of the moving mechanism 31 in the X and Y directions, a shape image and a fluorescence image of the sample surface can be acquired, and gene sequence information can be analyzed. By connecting a spectroscope and a high-sensitivity CCD camera to the portion of the light detector 45, the fluorescence wavelength can be analyzed and the difference between the fluorescently labeled molecules can be identified.
[0026]
In this embodiment, an AFM type optical probe is shown, but a shear force type using a straight type optical probe is also applicable.
FIG. 16 shows an example of a gene analyzing apparatus in which an atomic force microscope and a micro winding device are combined. In FIG. 16, the sample cell 30 is held by a moving mechanism 31 that can be displaced in the XYZ directions, and an objective lens 32 is disposed below the moving mechanism 31. The driving unit 81 and the rotor of the micro winding mechanism manufactured by the micromachine technique are inserted into the sample cell 30 and controlled by the controller 82. The state of the sample can be observed through the switchable mirror 37, for example, through an eyepiece lens 38, or by a CCD camera. The atomic force microscope probe 50 is disposed in the sample cell 30, and the distance from the sample surface is controlled by the displacement detection means 41, the controller 42, and the moving mechanism 31. By performing two-dimensional scanning of the moving mechanism 31 in the XY directions, a shape image of the sample surface can be acquired and gene sequence information can be analyzed. In addition to the shape image, a label molecule can be detected by acquiring a surface potential image or the like.
[0027]
FIG. 17 shows an example of a gene analyzing apparatus in which a tunnel microscope and a micro winding device are combined. In FIG. 17, the sample cell 30 is held by a moving mechanism 31 that can be displaced in the XYZ directions, and an objective lens 32 is disposed below the moving mechanism 31. The driving unit 81 and the rotor of the micro winding mechanism manufactured by the micromachine technique are inserted into the sample cell 30 and controlled by the controller 82. The state of the sample can be observed through the switchable mirror 37, for example, through an eyepiece lens 38, or by a CCD camera. The tunnel microscope probe 60 is disposed in the sample cell 30, and the distance from the sample surface is controlled by the displacement detection means 61, the controller 42, and the moving mechanism 31. By performing two-dimensional scanning of the moving mechanism 31 in the XY directions, a shape image of the sample surface can be acquired and gene sequence information can be analyzed.
[0028]
The rotor used in this apparatus can be made of a transparent material such as glass so that it can be easily observed under a microscope.
[0029]
【The invention's effect】
The gene analysis method and apparatus of the present invention makes it possible to analyze a genetic map at a much faster and practical resolution than the sequencing method, and far exceeds the limit of 1 kbp that can be analyzed at a time by the sequencing method. It is also possible to analyze a DNA strand having a size exceeding 100 mm. According to the method of the present invention, it is possible to improve the measurement accuracy by performing shape measurement in addition to the improvement of the resolution even in the conventional FISH method. Furthermore, it has become possible to analyze DNA damage that could not be applied by the conventional sequencing method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a gene analysis method of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a gene analysis method of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the gene analysis method of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing a fixing operation in the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing a fixing operation in the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing a fixing operation in the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing a distraction operation in the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view showing a distraction operation in the present invention.
FIG. 9 is a schematic view showing a gene analyzing apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a gene analyzing apparatus of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a gene analyzing apparatus of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a gene analyzing apparatus of the present invention.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a gene analyzing apparatus of the present invention.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a gene analysis apparatus of the present invention.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a gene analyzing apparatus of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram showing a gene analyzing apparatus of the present invention.
FIG. 17 is a schematic diagram showing a gene analysis apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DNA strand 2 Probe molecule 3 Substrate 4 Probe 5 DNA fixed end 6 Bead 7 Micromanipulator tip 8 Winding mechanism tip 30 Sample cell 31 Moving mechanism 32 Objective lens 33 Laser for optical tweezer 34 Galvano mirror 35 Dichroic mirror 36 Controller 37 Mirror 38 Eyepiece 40 Optical probe microscope probe 41 Displacement detection means 42 Controller 43 Light source 44 Fluorescence detection filter 45 Photo detector 50 Atomic force microscope probe 60 Tunnel microscope probe 61 Displacement detection means 71 Micromanipulator operation device 81 Micro winding mechanism drive unit 82 Controller

Claims (7)

プローブ分子を特異的結合させるDNA鎖を用いて、前記DNA鎖に含まれる特定遺伝子配列の位置を求める遺伝子解析装置において、In a gene analysis apparatus for determining the position of a specific gene sequence contained in the DNA strand using a DNA strand that specifically binds a probe molecule,
前記DNA鎖を収容可能な試料セルと、A sample cell capable of accommodating the DNA strand;
励起用の光を発生する光源と、A light source that generates light for excitation;
前記試料セル中に配置される光プローブと、An optical probe disposed in the sample cell;
前記試料セルを保持し、3次元方向に変位可能な移動機構と、A moving mechanism that holds the sample cell and can be displaced in a three-dimensional direction;
前記光プローブの先端と前記DNA鎖表面との距離を検出する変位検出手段と、Displacement detecting means for detecting the distance between the tip of the optical probe and the surface of the DNA strand;
前記移動機構を制御することによって、前記光プローブの先端と前記DNA鎖表面との距離を制御する移動機構用コントローラと、A controller for a moving mechanism that controls the distance between the tip of the optical probe and the surface of the DNA strand by controlling the moving mechanism;
前記試料セル中に挿入されるとともに、電場の印加によって伸張される前記DNA鎖を巻き取ることができる回転可能なローターを有するマイクロ巻き取り機構と、A micro-winding mechanism having a rotatable rotor inserted into the sample cell and capable of winding the DNA strand stretched by application of an electric field;
前記ローターの回転を制御するローター用コントローラと、A rotor controller for controlling rotation of the rotor;
前記光源からの光を前記光プローブの先端に導入し、前記光プローブの先端から前記DNA鎖に光を照射し、前記DNA鎖からの蛍光を、対物レンズ、ダイクロイックミラー、及び蛍光検出用フィルターを介して検出する光検出器と、Light from the light source is introduced into the tip of the optical probe, the DNA strand is irradiated with light from the tip of the optical probe, and fluorescence from the DNA strand is converted into an objective lens, a dichroic mirror, and a fluorescence detection filter. A photodetector to detect via,
を備えることを特徴とする遺伝子解析装置。A gene analyzing apparatus comprising:
プローブ分子を特異的結合させるDNA鎖を用いて、前記DNA鎖に含まれる特定遺伝子配列の位置を求める遺伝子解析装置において、In a gene analysis apparatus for determining the position of a specific gene sequence contained in the DNA strand using a DNA strand that specifically binds a probe molecule,
前記DNA鎖を収容可能な試料セルと、A sample cell capable of accommodating the DNA strand;
前記試料セル中に配置される原子間力顕微鏡用プローブと、An atomic force microscope probe disposed in the sample cell;
前記試料セルを保持し、3次元方向に変位可能な移動機構と、A moving mechanism that holds the sample cell and can be displaced in a three-dimensional direction;
前記原子間力顕微鏡用プローブの先端と前記DNA鎖表面との距離を検出する変位検出手段と、A displacement detecting means for detecting a distance between the tip of the atomic force microscope probe and the surface of the DNA strand;
前記移動機構を制御することによって、前記原子間力顕微鏡用プローブの先端と前記DNA鎖表面との距離を制御する移動機構用コントローラと、A controller for a moving mechanism that controls the distance between the tip of the atomic force microscope probe and the surface of the DNA strand by controlling the moving mechanism;
前記試料セル中に挿入されるとともに、電場の印加によって伸張される前記DNA鎖を巻き取ることができる回転可能なローターを有するマイクロ巻き取り機構と、A micro-winding mechanism having a rotatable rotor inserted into the sample cell and capable of winding the DNA strand stretched by application of an electric field;
前記ローターの回転を制御するローター用コントローラと、A rotor controller for controlling rotation of the rotor;
を備えることを特徴とする遺伝子解析装置。A gene analyzing apparatus comprising:
プローブ分子を特異的結合させるDNA鎖を用いて、前記DNA鎖に含まれる特定遺伝子配列の位置を求める遺伝子解析装置において、In a gene analysis apparatus for determining the position of a specific gene sequence contained in the DNA strand using a DNA strand that specifically binds a probe molecule,
前記DNA鎖を収容可能な試料セルと、A sample cell capable of accommodating the DNA strand;
前記試料セル中に配置されるトンネル顕微鏡用プローブと、A tunneling microscope probe disposed in the sample cell;
前記試料セルを保持し、3次元方向に変位可能な移動機構と、A moving mechanism that holds the sample cell and can be displaced in a three-dimensional direction;
前記トンネル顕微鏡用プローブの先端と前記DNA鎖表面との距離を検出するとともに、前記移動機構の2次元走査により前記DNA鎖表面の形状像等を検出する変位検出手段と、A displacement detecting means for detecting the distance between the tip of the tunnel microscope probe and the surface of the DNA strand, and detecting a shape image of the surface of the DNA strand by two-dimensional scanning of the moving mechanism;
前記移動機構を制御することによって、前記トンネル顕微鏡用プローブの先端と前記DNA鎖表面との距離を制御する移動機構用コントローラと、A controller for a moving mechanism that controls the distance between the tip of the tunnel microscope probe and the surface of the DNA strand by controlling the moving mechanism;
前記試料セル中に挿入されるとともに、電場の印加によって伸張される前記DNA鎖を巻き取ることができる回転可能なローターを有するマイクロ巻き取り機構と、A micro-winding mechanism having a rotatable rotor inserted into the sample cell and capable of winding the DNA strand stretched by application of an electric field;
前記ローターの回転を制御するローター用コントローラと、A rotor controller for controlling rotation of the rotor;
を備えることを特徴とする遺伝子解析装置。A gene analyzing apparatus comprising:
DNA鎖にプローブ分子を特異的結合する特異結合操作と、前記プローブ分子を特異的結合した前記DNA鎖を固定する固定操作と、前記固定操作により固定した前記DNA鎖を延伸する伸張操作と、前記伸張操作により伸張した前記DNA鎖を走査型プローブ顕微鏡の探針の走査によって検出する検出操作と、によってDNA鎖に含まれる特定遺伝子配列の位置を求める遺伝子解析方法において、A specific binding operation for specifically binding a probe molecule to a DNA strand; a fixing operation for fixing the DNA strand specifically bound to the probe molecule; an extension operation for extending the DNA strand fixed by the fixing operation; In a detection operation for detecting the DNA strand extended by the extension operation by scanning a probe of a scanning probe microscope, and a gene analysis method for obtaining the position of a specific gene sequence contained in the DNA strand,
前記固定操作は、前記プローブ分子を特異的結合した前記DNA鎖を回転可能なローターを有するマイクロ巻き取り機構の前記ローター上に固定し、In the fixing operation, the DNA strand specifically bound to the probe molecule is fixed on the rotor of a micro winding mechanism having a rotatable rotor,
前記伸張操作は、前記ローター上に固定した前記DNA鎖を電場の印加により伸張し、前記ローターを回転させ、伸張した前記DNA鎖を前記ローター上に巻き取ることを特徴とする遺伝子解析方法。The gene stretching method is characterized by extending the DNA strand fixed on the rotor by applying an electric field, rotating the rotor, and winding the stretched DNA strand onto the rotor.
前記検出操作は、前記伸張操作において伸張した前記DNA鎖を前記ローター上に巻き取り、巻き取りによる前記DNA鎖の移動によって、前記探針が相対的に前記DNA鎖を走査することを特徴とする請求項4に記載の遺伝子解析方法。The detection operation is characterized in that the DNA strand extended in the extension operation is wound on the rotor, and the probe relatively scans the DNA strand by movement of the DNA strand by winding. The gene analysis method according to claim 4. 前記固定操作は、前記プローブ分子を特異的結合した前記DNA鎖末端にチオール基を修飾するとともに、前記ローター上に金薄膜あるいは金微粒子を固定し、前記チオール基と前記金薄膜あるいは前記金微粒子とを結合することにより固定することを特徴とする請求項4または5に記載の遺伝子解析方法。In the fixing operation, a thiol group is modified at the end of the DNA chain to which the probe molecule is specifically bound, and a gold thin film or gold fine particle is fixed on the rotor, and the thiol group and the gold thin film or the gold fine particle The gene analysis method according to claim 4 or 5, wherein the gene is fixed by binding. 前記固定操作は、前記プローブ分子を特異的結合した前記DNA鎖末端にビオチンを修飾するとともに、前記ローター上にアビチンを固定し、前記ビオチンと前記アビチンとを結合することにより固定することを特徴とする請求項4または5に記載の遺伝子解析方法。The immobilization operation is characterized in that biotin is modified at the end of the DNA strand to which the probe molecule is specifically bound, avidin is immobilized on the rotor, and immobilization is performed by binding the biotin and the avidin. The gene analysis method according to claim 4 or 5.
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JP4671548B2 (en) * 2001-07-06 2011-04-20 パナソニック株式会社 Analyte measurement method and automatic gene detection apparatus
JP2005257274A (en) * 2004-03-09 2005-09-22 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and device for detecting interaction of biomolecule using near field light
JP4852759B2 (en) * 2004-07-30 2012-01-11 国立大学法人北海道大学 Molecular measuring apparatus and molecular measuring method
JP4563117B2 (en) * 2004-09-03 2010-10-13 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 Microscope system, microscope system scanning method, and microscope system image composition method
WO2006028135A1 (en) * 2004-09-09 2006-03-16 National University Corporation Hokkaido University Device and method for measuring molecule using gel substrate material
JP4540065B2 (en) * 2005-10-25 2010-09-08 セイコーインスツル株式会社 Micro force measuring device and biomolecule observation method
JP4674611B2 (en) * 2008-03-07 2011-04-20 パナソニック株式会社 Analyte measurement method and automatic gene detection apparatus
JP4674610B2 (en) * 2008-03-07 2011-04-20 パナソニック株式会社 Analyte measurement method and automatic gene detection apparatus
JP4874376B2 (en) * 2009-09-29 2012-02-15 セイコーインスツル株式会社 DNA sequence information analyzer
ITMI20112295A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-17 Fond Istituto Italiano Di Tecnologia INTEGRATED SYSTEM OF OPTICAL FORCE AND ATOMIC STRENGTH MICROSCOPY, FOR MEASUREMENTS OF MULTI-SIDE SPECTROSCOPY, WITH EXTENSIVE FORCE SENSITIVITY RANGE, APPLIED ON A WIDE SPATIAL REGION

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