JPH04244954A - Apparatus for determining base sequence - Google Patents
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Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明はDNAなどの核酸の塩基
配列を決定する装置に関し、特に蛍光ラベルした核酸断
片をゲル電気泳動装置のスラブ状ゲルのサンプル投入部
に例えばシャーク型コウムを用いて互いに接近して配置
された複数の泳動レーンに末端塩基別に投入して同時に
泳動させ、泳動方向と直交する方向に走査される励起・
検出系によって泳動途中で蛍光を検出して、データ処理
装置で塩基配列を決定するオンライン式の塩基配列決定
装置に関するものである。[Industrial Field of Application] The present invention relates to an apparatus for determining the base sequence of nucleic acids such as DNA, and in particular, the present invention relates to an apparatus for determining the base sequence of nucleic acids such as DNA, and in particular, using a shark-shaped comb, for example, to introduce fluorescently labeled nucleic acid fragments into the sample input section of a slab-like gel of a gel electrophoresis apparatus. The terminal bases are loaded into multiple migration lanes arranged close to each other and run simultaneously, and the excitation and
The present invention relates to an online base sequence determining device that detects fluorescence during electrophoresis using a detection system and determines the base sequence using a data processing device.
【0002】0002
【従来の技術】スラブ状ゲルを用いたオンライン式の塩
基配列決定装置では、予めサンガー法によって処理した
核酸断片にその末端塩基の種類A(アデニン)、G(グ
アニン)、T(チミン)、C(シトシン)に応じて別々
の泳動レーンで電気泳動させる。しかし、その試料投入
位置はシャーク型コームのような試料投入部材を用いる
場合には固定されていない。そのようなDNA塩基配列
決定装置は、例えば Bio/Technology
, Vol.6, pp.816−821(1988)
や J. Biochemical and Bio
physical Methods, Vol.13
, pp.315−323(1986)などに記載され
ている。
しかし、それらの文献では投入された試料がスラブゲル
のどの座標に出てくるかを決定する方法については触れ
ていない。[Prior Art] In an online base sequencing device using a slab-like gel, nucleic acid fragments that have been treated in advance by the Sanger method have terminal base types of A (adenine), G (guanine), T (thymine), and C. (cytosine) in separate electrophoresis lanes. However, the sample input position is not fixed when using a sample input member such as a shark-shaped comb. Such a DNA base sequencing device is, for example, a Bio/Technology
, Vol. 6, pp. 816-821 (1988)
Ya J. Biochemical and Bio
Physical Methods, Vol. 13
, pp. 315-323 (1986), etc. However, these documents do not mention how to determine at which coordinates of the slab gel an input sample will emerge.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】スラブゲルを用いて塩
基配列を決定する装置では、ゲル上で泳動方向と直交す
る座標上のどの位置が投入したサンプルの最適な検出場
所であるかを自動的に決定することが重要であるが、従
来の装置ではその点についての方法が示されておらず、
検出されて出てきた信号パターンを見ながらユーザーが
手動で設定しているのが現状である。本発明は投入され
た試料が泳動するレーンを自動的に決定できるようにす
ることを目的とするものである。[Problem to be solved by the invention] In an apparatus that determines base sequences using a slab gel, it is necessary to automatically determine which position on the gel on the coordinates orthogonal to the electrophoresis direction is the optimal detection location for the input sample. It is important to determine the
Currently, the user manually sets the settings while looking at the detected signal pattern. An object of the present invention is to automatically determine the lane in which an input sample will run.
【0004】0004
【課題を解決するための手段】図1に本発明を示す。4
2は蛍光時間信号記憶手段であり、蛍光信号と走査方向
の座標を示す走査データが入力され、少なくとも後記レ
ーン決定手段52により試料が泳動するレーンが決定さ
れるまでは泳動方向と直交する方向(走査方向)の測定
座標のすべてについて蛍光信号を記憶する。44はレー
ン決定のための時間領域を設定する時間領域設定手段、
46は設定された時間領域で各測定座標について蛍光信
号の時間変動量、すなわち蛍光信号の最大値と最小値の
差を算出する時間変動量算出手段、48は座標をかえて
いったときの時間変動量が極大になる点を与える座標を
算出する極大座標算出手段、50は試料投入スロットと
試料との関係を示す情報が設定されたスロット情報設定
手段、52は算出された極大座標と設定されたスロット
情報とを対応づけてレーンを決定するレーン決定手段、
54は決定されたレーンの蛍光時間信号をもとに塩基配
列を決定する塩基配列決定手段である。[Means for Solving the Problems] The present invention is shown in FIG. 4
Reference numeral 2 denotes a fluorescence time signal storage means, into which the fluorescence signal and scanning data indicating the coordinates of the scanning direction are input, and at least until the lane in which the sample migrates is determined by the lane determination means 52 described later, the fluorescence time signal storage means stores the fluorescence signal in the direction perpendicular to the migration direction ( The fluorescence signals are stored for all measured coordinates (scanning direction). 44 is a time domain setting means for setting a time domain for lane determination;
46 is a time variation calculation means for calculating the time variation of the fluorescence signal for each measurement coordinate in a set time domain, that is, the difference between the maximum value and the minimum value of the fluorescence signal; 48 is the time when the coordinates are changed; Maximum coordinate calculating means for calculating the coordinates giving the point where the amount of variation becomes maximum; 50, slot information setting means in which information indicating the relationship between the sample input slot and the sample is set; and 52, the calculated maximum coordinates are set. lane determining means for determining a lane by associating the slot information with the slot information;
Reference numeral 54 denotes a base sequence determining means for determining the base sequence based on the fluorescence time signal of the determined lane.
【0005】[0005]
【作用】設定された時間領域の中での各座標についての
時間変動量を計算すると、試料が泳動してくる座標はこ
の時間変動量が周囲の座標に比べて極大であるので、こ
の極大値を与える座標がすなわち試料の泳動する座標、
すなわちレーンとなる。したがって、極大座標算出手段
48で算出されたレーンの座標と予めサンプル投入時に
分かっていてスロット情報設定部50に設定されたスロ
ット情報とを対応させることで、各サンプルの最適検出
座標を検知することができる。[Effect] When calculating the amount of time fluctuation for each coordinate within the set time domain, the coordinate where the sample migrates has the maximum amount of time fluctuation compared to the surrounding coordinates, so the maximum value The coordinates that give are the coordinates where the sample migrates,
In other words, it becomes a lane. Therefore, by associating the lane coordinates calculated by the local maximum coordinate calculating means 48 with the slot information known in advance at the time of inputting the sample and set in the slot information setting section 50, the optimal detection coordinates of each sample can be detected. Can be done.
【0006】[0006]
【実施例】図2は本発明が適用される塩基配列決定装置
の一実施例を表わす。2はスラブ状泳動ゲルであり、ポ
リアクリルアミドゲルが使用されている。泳動ゲル2の
両端は電極層4,6に浸され、電極層4,6には電解液
が収容されている。電極層4,6の間には泳動電源8に
よって泳動電圧が印加される。Embodiment FIG. 2 shows an embodiment of a base sequencing apparatus to which the present invention is applied. 2 is a slab-like migration gel, and polyacrylamide gel is used. Both ends of the electrophoretic gel 2 are immersed in electrode layers 4 and 6, and the electrode layers 4 and 6 contain an electrolyte. A migration voltage is applied between the electrode layers 4 and 6 by a migration power source 8 .
【0007】泳動ゲル2の一端には試料を注入するため
のシャーク型コウム33が設けられている。シャーク型
コウム33には10個の試料投入スロット34が形成さ
れており、投入される試料はテンプレートを用いて末端
塩基A,G,C,T別に投入される。試料は蛍光物質で
あるFITCにより既知の方法で標識化され、サンガー
法により末端に塩基A,G,T,Cのそれぞれがくるよ
うに処理された4種類のDNA断片である。FITCは
488nmの波長のアルゴンレーザで励起され、520
nmの波長の蛍光を発する。泳動電源8から泳動電圧が
印加されると、サンプルは泳動バンド16となって泳動
方向14に時間とともに泳動ゲル2中を泳動して分離さ
れていき、測定部に達する。A shark-shaped comb 33 is provided at one end of the electrophoretic gel 2 for injecting a sample. Ten sample input slots 34 are formed in the shark-shaped comb 33, and samples are input by terminal bases A, G, C, and T using a template. The samples are four types of DNA fragments that have been labeled with FITC, a fluorescent substance, using a known method, and processed using the Sanger method so that each of the bases A, G, T, and C is placed at the end. FITC is excited by an argon laser with a wavelength of 488 nm and
It emits fluorescence with a wavelength of nm. When a migration voltage is applied from the migration power source 8, the sample becomes a migration band 16, migrates through the migration gel 2 in the migration direction 14 over time, and is separated, and reaches the measurement section.
【0008】測定部には488nmのレーザ光を発する
アルゴンレーザ18からの励起光を集光レンズ20とミ
ラー21によって照射する励起系と、その励起光ビーム
が当たった所に泳動バンド16があればその泳動バンド
16の蛍光物質から発せられた蛍光を対物レンズ22で
集め、520nmの干渉フィルタ24、集光レンズ26
から光ファイバ束27を経て光電子増倍管28で検出す
る検出系とが設けられている。集光レンズ20、ミラー
21、対物レンズ22、干渉フィルタ24、集光レンズ
26及び光ファイバ束27を含む励起・検出系には、励
起光ビーム照射位置が泳動方向14と直交する方向(走
査方向29)の測定ライン上を一定時間、例えば5秒ご
とに走査するように機械的に移動する走査ステージ30
が備えられている。The measuring section includes an excitation system that irradiates excitation light from an argon laser 18 that emits a 488 nm laser beam using a condensing lens 20 and a mirror 21, and if there is a migration band 16 at the location where the excitation light beam hits. Fluorescence emitted from the fluorescent substance in the electrophoretic band 16 is collected by an objective lens 22, and then filtered through a 520 nm interference filter 24 and a condensing lens 26.
A detection system is provided in which the photoelectrons are detected by a photomultiplier tube 28 via an optical fiber bundle 27. The excitation/detection system including a condenser lens 20, a mirror 21, an objective lens 22, an interference filter 24, a condenser lens 26, and an optical fiber bundle 27 has an excitation light beam irradiation position in a direction perpendicular to the migration direction 14 (scanning direction). 29) A scanning stage 30 that mechanically moves to scan the measurement line at a fixed time interval, for example, every 5 seconds.
is provided.
【0009】光電子増倍管28の検出信号(蛍光信号)
は増幅器及びA/D変換器32を経てデータ処理装置で
ある信号処理マイクロコンピュータ31に取り込まれる
。マイクロコンピュータ31にはまた、励起光ビームが
泳動ゲル2上の測定部を照射するときに、その照射部の
位置に対応した信号が走査データとして取り込まれる。
このようにして、走査方向に走査して得られた全蛍光信
号が場所情報とともにマイクロコンピュータ31に取り
込まれる。Detection signal (fluorescence signal) of photomultiplier tube 28
is taken into a signal processing microcomputer 31, which is a data processing device, via an amplifier and an A/D converter 32. The microcomputer 31 also receives a signal corresponding to the position of the irradiation part when the excitation light beam irradiates the measurement part on the migration gel 2 as scanning data. In this way, all fluorescent signals obtained by scanning in the scanning direction are taken into the microcomputer 31 together with location information.
【0010】次に、図3から図6を用いて動作を説明す
る。シャーク型コーム33を用いて投入される試料は、
図3に示されるようにテンプレートaを用いて末端塩基
A,G,C,Tの順に注入され、テンプレートbを用い
て末端塩基A,G,C,Tの順に注入される。各試料が
投入されるスロット34の番号は、図2の光学系から見
て左側から順に1,2,3,……と順につけられている
。5番目と10番目のスロットには試料を投入しない。
シャーク型コームの性質上、試料は密着して泳動する。
また、シャーク型コーム33を入れる場所に任意性があ
るため、スロット34の位置は確定していない。Next, the operation will be explained using FIGS. 3 to 6. The sample introduced using the shark-shaped comb 33 is
As shown in FIG. 3, using template a, the terminal bases A, G, C, and T are injected in this order, and using template b, the terminal bases A, G, C, and T are injected in this order. The slots 34 into which each sample is inserted are numbered 1, 2, 3, . . . from the left side when viewed from the optical system in FIG. No samples are placed in the 5th and 10th slots. Due to the nature of the shark-shaped comb, the sample migrates in close contact with the comb. Furthermore, since the position of the shark-shaped comb 33 is arbitrary, the position of the slot 34 is not fixed.
【0011】ゲル2に試料を泳動させ、走査ステージ3
0を走査して得られる蛍光パターンの例を図4に示す。
横軸は座標(泳動方向と直交している)であり、この場
合、200mmの走査領域に対して512点の測定点、
すなわちデータサンプリング点が与えられている。縦軸
は検出された蛍光の強さ、奥行きは時間経過を表わして
いる。[0011] The sample is run on the gel 2, and the scanning stage 3
An example of a fluorescence pattern obtained by scanning 0 is shown in FIG. The horizontal axis is the coordinate (perpendicular to the electrophoresis direction), in this case, 512 measurement points for a 200 mm scanning area,
That is, data sampling points are given. The vertical axis represents the intensity of detected fluorescence, and the depth represents the passage of time.
【0012】初めに出る信号41は過剰プライマーの信
号であり、これは隣のレーンとつながっている。時間が
経つにつれて過剰プライマーの信号の裾の影響が少なく
なり、試料の信号が明確になってくる。DNA断片の信
号42が最も明確な領域は、泳動条件により決まってい
るので、この領域に予めレーン決定のための時間領域4
3を設定しておく。例えば、泳動ゲルとして厚さが0.
25mm、幅が260mm、長さが373mmのポリア
クリルアミドゲルを用い、上端から約300mmのとこ
ろで蛍光を検出する場合、20Wの定電力泳動下で泳動
させたとき、泳動開始後2時間から2時間40分までの
時間領域程度が適当である。The signal 41 that appears first is the signal of excess primer, and is connected to the adjacent lane. As time passes, the influence of the excess primer signal tail becomes less and the sample signal becomes clearer. The region where the signal 42 of the DNA fragment is most clear is determined by the electrophoresis conditions, so the time region 4 for lane determination is added to this region in advance.
Set 3. For example, as a running gel, the thickness is 0.
When using a polyacrylamide gel with a diameter of 25 mm, a width of 260 mm, and a length of 373 mm, and detecting fluorescence at about 300 mm from the top end, when electrophoresis is performed under constant power electrophoresis at 20 W, it takes 2 hours to 2 hours after the start of electrophoresis. A time range up to minutes is appropriate.
【0013】時間領域43で各座標点(0〜512)の
蛍光時間信号の最大値と最小値の差、すなわち時間変動
量を算出し、座標に対してプロットしたのが図5である
。図5で極大値を与える座標を計算する。この場合、走
査の左端を0とすると、極大値の座標は100,140
,180,220,300,340,380及び420
である。この極大を与える座標がすなわち図3のテンプ
レートaのA,G,C,T、テンプレートbのA,G,
C,Tの各試料の最適検出座標である。レーンが決定さ
れた後は、そのレーン上の蛍光時間信号を用いて塩基配
列を決定していく。FIG. 5 shows the difference between the maximum value and the minimum value of the fluorescence time signal at each coordinate point (0 to 512) in the time domain 43, that is, the amount of time variation, calculated and plotted against the coordinates. The coordinates that give the local maximum value in FIG. 5 are calculated. In this case, if the left end of the scan is 0, the coordinates of the maximum value are 100, 140
, 180, 220, 300, 340, 380 and 420
It is. The coordinates giving this maximum are A, G, C, T of template a in FIG. 3, A, G, G of template b,
These are the optimal detection coordinates for each sample of C and T. After the lane is determined, the base sequence is determined using the fluorescence time signal on that lane.
【0014】[0014]
【発明の効果】本発明では設定された時間領域の中での
各座標についての時間変動量を計算し、この時間変動量
が極大値を与える座標を求めてそれを試料の泳動するレ
ーンとするので、試料を投入するコームの形状や位置が
不定でも、投入された試料の順序さえ分かれば自動的に
最適検出座標が決定され、試料投入後の泳動から塩基配
列決定までの自動化が可能になる。[Effects of the Invention] In the present invention, the amount of time variation for each coordinate within a set time domain is calculated, the coordinate at which this amount of time variation gives the maximum value is found, and this is set as the lane for the sample to migrate. Therefore, even if the shape and position of the comb for introducing samples is uncertain, as long as the order of the introduced samples is known, the optimal detection coordinates will be automatically determined, making it possible to automate everything from electrophoresis after sample introduction to base sequence determination. .
【図1】本発明を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating the present invention.
【図2】一実施例を示す要部斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of essential parts showing one embodiment.
【図3】テンプレートによる試料投入順序を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a sample input order based on a template.
【図4】検出された蛍光信号の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of detected fluorescent signals.
【図5】算出された蛍光時間変動量を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing calculated fluorescence time fluctuation amounts.
【図6】動作手順を示すフローチャート図である。FIG. 6 is a flowchart showing an operation procedure.
42 蛍光時間信号記憶手段44
時間領域設定手段46 時間
変動量算出手段48 極大座標算出手段
50 スロット情報設定手段52
レーン決定手段42 Fluorescence time signal storage means 44
Time domain setting means 46 Time variation calculation means 48 Local maximum coordinate calculation means 50 Slot information setting means 52
Lane determination means
Claims (1)
動させ、泳動中に順次蛍光検出することよってその展開
パターンを求めて塩基配列を決定する装置において、少
なくとも後記レーン決定手段により試料が泳動するレー
ンが決定されるまでは泳動方向と直交する方向の測定座
標のすべてについて蛍光信号を記憶する蛍光時間信号記
憶手段と、レーン決定のための時間領域を設定する時間
領域設定手段と、設定された時間領域で各測定座標につ
いて蛍光信号の時間変動量、すなわち蛍光信号の最大値
と最小値の差を算出する時間変動量算出手段と、座標を
かえていったときの時間変動量が極大になる点を与える
座標を算出する極大座標算出手段と、試料投入スロット
と試料との関係を示す情報が設定されたスロット情報設
定手段と、算出された極大座標と設定されたスロット情
報とを対応づけてレーンを決定するレーン決定手段と、
決定されたレーンの蛍光時間信号をもとに塩基配列を決
定する塩基配列決定手段とを備えたことを特徴とする塩
基配列決定装置。Claim 1: In an apparatus that performs gel electrophoresis on fluorescently labeled nucleic acid fragments and sequentially detects fluorescence during the electrophoresis to determine the development pattern and determine the base sequence, at least the lane in which the sample is electrophoresed by the lane determining means described below. A fluorescence time signal storage means for storing fluorescence signals for all measurement coordinates in a direction orthogonal to the electrophoresis direction until the time is determined, a time region setting means for setting a time region for lane determination, and a time region setting means for setting a time region for lane determination; A time variation calculation means that calculates the time variation of the fluorescence signal for each measurement coordinate in the region, that is, the difference between the maximum value and the minimum value of the fluorescence signal, and the point at which the time variation becomes maximum when the coordinates are changed. A maximum coordinate calculation means that calculates the coordinates that give lane determining means for determining the
1. A base sequence determination device comprising: base sequence determining means for determining a base sequence based on a fluorescence time signal of a determined lane.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3032507A JPH04244954A (en) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | Apparatus for determining base sequence |
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JP3032507A JPH04244954A (en) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | Apparatus for determining base sequence |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04244954A true JPH04244954A (en) | 1992-09-01 |
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JP3032507A Pending JPH04244954A (en) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | Apparatus for determining base sequence |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH04244954A (en) |
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1991
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