JPH0467917B2

JPH0467917B2 -

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Publication number: JPH0467917B2
Application number: JP60226092A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hara
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1985-10-11
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1992-10-29
Also published as: DE3674535D1; US4980827A; EP0220590B1; JPS6285862A; EP0220590A1

Description

【発明の詳細な説明】［発明の分野］本発明は、核酸の塩基配列決定のための信号処
理方法に関するものである。

［発明の背景］近年、急速に発達して来た分子生物学の分野に
おいては、生物体の機能が複製のメカニズムを解
明するために、生物体のもつ遺伝情報を明らかに
することが必須のこととなつている。とりわけ、
特定の遺伝情報を担うDNA（もしくはRNA断片
物、以下同様）などの核酸の塩基配列を決定する
ことが必要下可欠なこととなつている。

DNA、RNAなどの核酸の塩基配列を決定する
ための代表的な方法として、オートラジオグラフ
イーを利用するマキサム・ギルバート（Maxam
−Gilbert）法およびサンガー・クールソン
（Sanger−Coulson）法が知られている。前者の
マキサム・ギルバート法は、まず、塩基配列を決
定しようとしているDNAあるいはRNA断片物の
鎖状分子の一方の端部に³²P等の放射性同位元素
を含む基を結合させることにより、その対象物を
被射性標識物質としたのち、化学的な手段を利用
して鎖状分子の各構成単位間の結合を塩基特異的
に切断する。次に、この操作により得られた塩基
特異的DNA切断分解物の混合物をゲル電気泳動
法により分離展開し、多数の切断分解物がそれぞ
れ分離展開されて形成された分離展開パターン
（ただし、視覚的には見ることができない）を得
る。この分離展開パターンをたとえばＸ線フイル
ム上に可視化してそのオートラジオグラフを得、
得られたオートラジオグラフと各々の塩基特異的
切断手段とから、放射性同位元素が結合された鎖
状分子の端部から一定の位置関係にある塩基を順
次決定し、これにより対象物全ての塩基配列を決
定することができる。

また、後者のサンガー・クールソン法は、
DNAあるいはRNA断片物の鎖状分子と相補的で
あつて、かつ放射性標識が付与されたDNA合成
物を化学的な手段を利用して塩基特異的に合成
し、この塩基特異的DNA含成物の混合物を用い
て上記と同様にしてそのオートラジオグラフから
塩基配列を決定する方法である。

本出願人は、上記核酸の塩基配列決定を簡易か
つ高精度で行なうことを目的として、それに利用
されるオートラジオグラフ測定操作において、上
記Ｘ線フイルム等の写真感光材料を用いる従来の
放射線写真法の代りに、蓄積性蛍光体シートを用
いる放射線像変換方法を利用する方法について既
に特許出願している（特開昭59−83057号、特願
昭58−201231号）。ここで、蓄積性蛍光体シート
は輝尽性蛍光体からなるものであり、放射線エネ
ルギーを該蛍光体シートの輝尽性蛍光体に吸収さ
せたのち、可視乃至赤外領域の電磁波（励起光）
で励起することにより、放射線エネルギーを蛍光
として放出させることができるものである。この
方法によれば、露光時間を大幅に短縮化すること
ができ、また従来より問題となつていた化学カブ
リ等が発生することがない。さらに、放射性標識
物質のオートラジオグラフは、一旦放射線エネル
ギーとして蛍光体シートに蓄積されたのち輝尽光
として時系列的に読み出されるから、画像のほか
に記号、数値など任意の形で表示記録することが
可能である。

従来より、核酸の塩基配列を決定しようとする
者は、可視化されたオートラジオグラフについ
て、放射性標識が付与された核酸の塩基特異的切
断分解物もしくは塩基特異的合成物（以下、単に
核酸の塩基特異的断片物と称する）のそれぞれの
分離展開位置を視覚的に判断し、分離展開列間で
相互に比較することによりその塩基配列を決定し
ている。よつて、得られたオートラジオグラフの
解析は通常人間の視覚を通して行なわれており、
そのために多大な時間と労力が費されている。

また、人間の目に依存しているため、オートラ
ジオグラフを解析して決定された核酸の塩基配列
が解析者によつて異なるなど得られる情報の精度
には限界がある。

そこで、本出願人は、上記オートラジオグラフ
をデジタル信号として得た後このデジタル信号に
適当な信号処理を施すことにより、DNAの塩基
配列を自動的に決定する方法についても既に特許
出願している（特開昭59−126527号、特開昭59−
126278号、特願昭59−89615号、特願昭59−
140908号等）。オートラジオグラフに対応するデ
ジタル信号は、従来の放射線フイルムを利用する
場合には一旦オートラジオグラフを該フイルム上
に可視画像化したのち、反射光または透過光を利
用して光学的に読み取ることにより得られる。ま
た、蓄積性蛍光体シートを用いる場合には、オー
トラジオグラフが蓄積記録された蛍光体シートを
直接に読み出すことにより得られる。

しかしながら、実際に放射性標識物質を電気泳
動法などにより支持媒体上に分離展開させて得ら
れた分離展開パターンには種々の歪みおよびノイ
ズが生じがちである。

通常、核酸の塩基配列を決定するためには、塩
基特異的に切断もしくは合成された四種類の塩基
特異的DNA断片物（またはRNA断片物）を電気
泳動法などによつて同時に平行の支持媒体上で分
離展開し、四種類の塩基それぞれについての分離
展開位置（バンド）を比較同定することが行なわ
れている。試料の作成時においてこの塩基特異的
断片物の調製、分離が不十分であつたり、あるい
は試料を支持媒体の各スロツトに注入する際に他
のスロツトの試料が混入したりすることにより、
本来現われるべきではない位置にバンド（これを
ゴーストバンドという）が現われることがある。
この結果、ゴーストバンドも含めてバンドの比較
同定がなされるために、塩基配列決定に誤差が生
じてその精度が低化してしまう。

このようなノイズが発生した場合であつても、
そのオートラジオグラフに対応するデジタル信号
を効率良く信号処理して核酸の塩基配列を高精度
で自動的決定することが望まれる。

［発明の要旨］本発明者は、オートラジオグラフイーを利用し
て核酸の塩基配列を自動決定する方法において、
ノイズの生じている分離展開パターンであつても
そのオートラジオグラフに対応するデジタル信号
を好適に信号処理することにより、DNAおよび
RNAの塩基配列を簡易かつ高精度で自動決定す
ることを実現した。

すなわち、本発明は、放射性標識が付与された
塩基特異的DNA断片物の混合物であつて、 (1) グアニン特異的DNA断片物、 (2) アデニン特異的DNA断片物、 (3) チミン特異的DNA断片物、 (4) シトシン特異的DNA断片物、からなる四種類の塩基特異的DNA断片物がそれ
ぞれ支持媒体上に一次元的方向に分離展開されて
形成された四列の分離展開列のオートラジオグラ
フに対応するデジタル信号について信号処理を行
なうことにより、DNAの塩基配列を決定する方
法において、 (1) 各分離展開列について、分離展開方向に沿つ
た位置と信号のレベルとからなる一次元波形を
得る工程、 (2) 一つの分離展開列の一次元波形上で信号のレ
ベルが極大となる位置を検出する工程、 (3) 他の各分離展開列の一次元波形上で、該極大
位置に対応する位置を中心とする一定範囲内に
おいて信号のレベルが極大となる位置が存在す
るか否かを検索する工程、 (4a) 第三工程において他の列の一次元波形上に
極大位置が存在する場合には、この極大位置
における信号レベルと第二工程で検出された
極大位置における信号レベルとを比較し、よ
り大きな信号レベルを有する極大位置にバン
ドが存在すると決定し、一方それ以外の極大
位置にはバンドは存在しないと決定する工
程、 (4b) 第三工程において他の列の一次元波形上に
極大位置が存在しない場合には、第二工程で
検出された極大位置にバンドが存在すると決
定する工程、 (5) 一つの分離展開列の一次元波形上で再び信号
のレベルが極大となる位置を検出する工程、および、 (6) 上記第三乃至第五工程を順次繰り返すことに
より、全ての分離展開列上のバンドの位置を決
定する工程、を含むことを特徴とするDNAの塩基配列決定の
ための信号処理方法を提供するものである。

また、本発明は、放射性標識が付与された塩基
特異的RNA断片物の混合物であつて、 (1) グアニン特異的RNA断片物、 (2) アデニン特異的RNA断片物、 (3) ウラシル特異的RNA断片物、 (4) シトシン特異的RNA断片物、からなる四種類の塩基特異的RNA断片物がそれ
ぞれ支持媒体上に一次元的方向に分離展開されて
形成された四列の分離展開列のオートラジオグラ
フに対応するデジタル信号について信号処理を行
なうことにより、RNAの塩基配列を決定する方
法において、上記第一乃至第六工程を含むことを特徴とする
RNAの塩基配列決定のための信号処理方法を提
供するものである。

本発明によれば、DNAまたはRNAの塩基特異
的断片物の混合物を支持媒体上で分離展開させて
得られた分離展開パターンのオートラジオグラフ
に対応するデジタル信号において、分離展開パタ
ーンにノイズが生じている場合でもノイズの除去
のための信号処理機能を有する適当な信号処理回
路を通すことにより、DNAまたはRNAの塩基配
列を簡易かつ高精度で得ることができる。

たとえば、塩基配列を決定すべきDNAと相補
的な塩基特異的DNA断片物の合成を利用するサ
ンガー・クールソン法等においては、上記のよう
なグアニン(G)特異的DNA断片物、アデニン(A)特
異的DNA断片物、チミン(T)特異的DNA断片物お
よびシトシン(C)特異的DNA断片物からなる四種
類の排他的な組合せが用いられている。本発明に
おいては、この四種類の試料の分離不十分または
試料の混入などによりいわゆるゴーストバンドが
現われた場合であつても、試料の組合せが互いに
排他的であることに着目して、すなわち分離展開
列を変えて同一の位置に二つ以上のバンドが検出
されることはないことから、各バンドが本来その
列で検出されるべき真のバンドであるか否かを的
確に判断するものである。

各バンドの位置と該バンドにおける放射能強度
（すなわち、試料の量）についての情報を有する
デジタル信号に比較演算処理など適当な信号処理
を行なうことにより真正なバンドを検出して同時
にその位置を決定し、そしてこの決定されたバン
ドの位置に基づいて各バンドに序列を付すことに
より、核酸の塩基配列を簡便かつ高精度に決定す
ることができる。

［発明の構成］本発明において用いられる試料の例としては、
放射性標識が付与されたDNA、RNA等の核酸の
塩基特異的断片物の混合物を挙げることができ
る。ここで、核酸の断片物とは長鎖状の分子の一
部分を意味する。たとえば、塩基特異的DNA断
片物混合物の一種である塩基特異的DNA切断分
解物混合物は、前述のマキサム・ギルバート法に
従つて、放射性標識が付与されたDNAを塩基特
異的に切断分解することにより得られる。

また、塩基特異的DNA合成物混合物は前述の
サンガー・クールソン法に従つて、DNAをテン
プレート（鋳型）として、放射性標識が付与され
たデオキシヌクレオシドトリフオスフエートと
DNA合成酵素とを用いて合成することにより得
られる。

さらに、塩基特異的RNA断片物の混合物も上
記と同様の方法により、切断分解物混合物として
または合成物混合物として得ることができる。な
お、DNAはその構成単位としてアデニン、グア
ニン、チミン、シトシンの四種頼の塩基からなる
が、一方RNAはアデニン、グアニン、ウラシル、
シトシンの四種類の塩基からなる。

このようにして得られる試料は、次の相互に排
他的な四種類の組合せである： (1) グアニン特異的DNA断片物、 (2) アデニン特異的DNA断片物、 (3) チミン特異的DNA断片物、 (4) シトシン特異的DNA断片物、および (1) グアニン特異的RNA断片物、 (2) アデニン特異的RNA断片物、 (3) ウラシル特異的RNA断片物、 (4) シトシン特異的RNA断片物。

放射性標識は、これらの物質に適当な方法で
³²P、¹⁴C、³⁵S、³H、¹²⁵Iなどの放射性同位元素を保
持させることによつて付与される。

試料である放射性標識が付与された核酸の塩基
特異的断片物の混合物はゲル状支持媒体など公知
の各種の支持媒体を用いて、電気泳動法、薄層ク
ロマトグラフイー、カラムクロマトグラフイー、
ペーパークロマトグラフイーなど種々の分離展開
方法により支持媒体上に分離展開される。

次に、放射性標識物質が分離展開された支持媒
体について、従来の写真感光材料を用いる放射線
写真法により、あるいは蓄積性蛍光体シートを用
いる放射線像変換方法によりそのオートラジオグ
ラフが得られ、次いで適当な読取り（読出し）系
を介して放射性標識物質のオートラジオグラフに
対応するデジタル信号が得られる。

前者の放射線写真法を利用する場合には、まず
支持媒体とＸ線フイルム等の写真感光材料とを低
温（−90〜−70℃）で長時間（数十時間）重ね合
わせて放射線フイルムを感光させたのち、現像し
て放射性標識物質のオートラジオグラフを放射線
フイルム上に可視画像化する。次いで、画像読取
装置を用いて放射線フイルム上に可視化されたオ
ートラジオグラフを読み取る。たとえば、放射線
フイルムに光ビームを照射してその透過光または
反射光を光電的に検出することにより、オートラ
ジオグラフは電気信号として得られる。さらに、
この電気信号をＡ／Ｄ変換することにより、オー
トラジオグラフに対応するデジタル信号を得るこ
とができる。

後者の放射線像変換方法を利用する場合には、
まず、支持媒体と蓄積性蛍光体シートとを常温で
短時間（数秒〜数十分間）重ね合わせて蛍光体シ
ートに放射性標識物質から放出される放射線エネ
ルギーを蓄積させることにより、そのオートラジ
オグラフを蛍光体シートに一種の潜像として記録
する。ここで、蓄積性蛍光体シートは、たとえば
プラスチツクフイルムからなる支持体、二価ユー
ロピウム賦活弗化臭化バリウム（BaFBr：Eu²⁺）
等の輝尽性蛍光体からなる蛍光体層、および透明
な保護膜がこの順に積層されたものである。蓄積
性蛍光体シートに含有されている輝尽性蛍光体
は、Ｘ線等の放射線が照射されるとその放射線エ
ネルギーを吸収して蓄積し、そののち可視乃至赤
外領域の光で励起すると蓄積していた放射線エネ
ルギーを輝尽光として放出するという特性を有す
る。

次いで、読出装置を用いて蓄積性蛍光体シート
の蓄積記録されたオートラジオグラフを読み出
す。具体的には、たとえば蛍光体シートをレーザ
ー光で走査して放射線エネルギーを輝尽光として
放出させ、この輝尽光を光電的に検出することに
より、放射性標識物質のオートラジオグラフは可
視画像化することなく直接に電気信号として得ら
れる。さらに、この電気信号をＡ／Ｄ変換するこ
とにより、オートラジオグラフに対応するデジタ
ル信号を得ることができる。

上述のオートラジオグラフ測定操作およびオー
トラジオグラフに対応するデジタル信号を得る方
法の詳細については、前記特開昭59−83057号、
特開昭59−126527号、特開昭59−126278号等の各
公報に記載されている。

なお、上記においては、支持媒体上に分離展開
された放射性標識物質のオートラジオグラフに対
応するデジタル信号を得る方法として、従来の放
射線写真法および放射線像変換方法を利用する方
法について述べたが、これらの方法に限定される
ものではなく、それ以外の如何なる方法により得
られたデジタル信号であつても放射性標識物質の
オートラジオグラフと対応関係がある限り、本発
明の信号処理方法を適用することが可能である。

また、上記いずれの方法においてもオートラジ
オグラフの読取り（または読出し）は、放射線フ
イルム（または蓄積性蛍光体シート）の全面に亘
つて行なう必要はなく、画像領域のみについて行
なうことも勿論可能である。

さらに、本発明においては、予め各分離展開列
の位置およびバンドの幅等についての情報を入力
して読取り（読出し）条牛を設定しておき、読取
り（読出し）操作においては各バンド上を二本以
上の走査線が通過するような走査線密度で光ビー
ムによる走査を行なうことにより、読取り（読出
し）時間を短縮化して必要な情報を効率良く得る
ことができる。なお、本発明においてオートラジ
オグラフに対応するデジタル信号とは、このよう
にして得られたデジタル信号をも包含する。

得られたデジタル信号D_xyは、放射線フイルム
（または蛍光体シート）に固定された座標系で表
わされた座標（ｘ、ｙ）とその座標における信号
のレベル(z)とからなる。信号のレベルはその座標
における画像濃度、すなわち放射性標識物質の量
を表わしている。従つて、一連のデジタル信号
（すなわち、デジタル画像データ）は放射性標識
物質の二次元的な位置情報を有している。

このようにして得られた支持媒体上に分離展開
された放射性標識物質のオートラジオグラフに対
応するデジタル信号には、以下に述べるような本
発明の方法により信号処理が施されて、目的の核
酸の塩基配列の決定が行なわれる。

本発明の信号処理方法の実施の態様を、次の四
種類の放射性標識が付与された塩基特異的DNA
断片物の排他的組合せにより形成された泳動列
（分離展開列）からなる場合について説明する。

(1) グアニン(G)特異的DNA断片物 (2) アデニン(A)特異的DNA断片物 (3) チミン(T)特異的DNA断片物 (4) シトシン(C)特異的DNA断片物ここで、各塩基特異的DNA断片物は、塩基特
異的に切断分解もしくは合成された、すなわち末
端の塩基を同じくする種々の長さのDNA断片物
からなる。

第１図は、上記四種類の塩基特異的DNA断片
物がそれぞれ四つのスロツトに電気泳動されてな
る泳動パターンのオートラジオグラフを示す。

このオートラジオグラフに対応するデジタル信
号は、信号処理回路において一旦メモリ（バツフ
アーメモリ、または磁気デイスク等の不揮発性メ
モリ）に記憶される。

まず、各泳動列（レーン）について泳動方向に
沿つた位置と信号のレベルとからなる一次元波形
を作成する。

第２図は、第１図に示された泳動パターンの第
二レーンおよび第三レーンを部分的に拡大して示
す。また第３図は、この二つレーンの一次元波形
を示す。一次元波形には各バンドを泳動方向に切
断したときの断面像が表われている。

デジタル信号の検出を、前記のように各バンド
について少なくとも一本の走査線がかかるような
走査線密度で泳動方向に沿つて走査することによ
り行なつた場合には（第２図参照、２１：泳特バ
ンド、２２：走査線）、直接に各走査線について
位置(y)と信府のレベル(z)とからなる一次元波形を
作成することができる。また、オートラジオグラ
フを全面に渡つて読み取つた場合には、デジタル
画像データ上で上記と同様の走査を行なうことに
より各レーンに沿つて信号を抽出したのち、一次
元波形を作成する。

次に、一つの一次元波形において信号のレベル
が極大となる位置（ピーク位置）を検出したの
ち、残りの一次元波形において該極大位置に対応
する位置を中心とする一定範囲内において信号の
レベルが極大となる位置が存在するか否かを検索
する。

たとえば、第３図において第二レーンの一次元
波形上でバンドｂのピーク位置（y_b）を検出す
る。ピーク位置は信号のレベルの差分の符号が反
転する点を求めることなどにより検出することが
できる。残りの第一、第三および第四レーンの各
一次元波形上においてこのピーク位置を中心とす
る一定範囲内（y_b±σ）で、信号のレベルが極大
となる位置を探し出す。

ここで、一定範囲±σをとるのは、他の塩基特
異的DNA断片物の混入によりゴーストバンドが
現われたとしてもレーンが異なれば全く同じ位置
に信号のピークが検出されるとは限らないからで
ある。一方、この一定範囲には別の真正なバンド
のピークが含まれてはならない。σは予め一定値
を設定しておいてもよいし、あるいはピーク位
置、信号レベル等に基づいて定められる変数値で
あつてもよい。具体的には、一般に泳動開始位置
に近いほどバンドが密であり、バンドの位置とバ
ンドの間隔とはある相関関係を有するから、σを
ピーク位置y_bの関数として定めることにより［例
えば、σ_y＝ｆ(y)］、泳動開始位置に近くなるにつ
れてσが小さくなるように設定することができ
る。

第３図に示すように、第三レーンにおいてのみ
（y_b±σ）の範囲内においてピーク位置（バンド
ｄ）が検出された場合には、バンドｂの信号レベ
ルとバンドｄの信号レベルとを比較する。一般に
試料の混入等によつて現われるゴーストバンドは
相対的に試料の量が少なく、従つて信号レベルも
小さいといえるから、信号レベルが大である方の
バンドを真正バンドとして残し、一方それ以外の
バンドはゴーストバンドであるとして排除する。

バンドの信号レベルの比較は、各ピーク位置に
おける信号レベルの強度を単純に比較することに
より行なつてもよいし、あるいはその相対値を求
めて比較してもよい。すなわち、スロツトごとに
注入された試料の量が相当に異なる場合または放
射性同位元素の含有量が異なる場合には、第４図
に示すように（バンドｇとバンドｊ）、信号レベ
ルの強度が同等もしくは逆転することがある。こ
のような場合には、各レーンごとに平均の信号レ
ベルを算出した後この平均信号レベルに対する比
率を求め（平均信号レベルによる正規化）、正規
化された信号レベルで比較するのが好ましい。平
均信号レベルは、一つのレーンの一次元波形上に
現われた全てのバンドのピーク位置における信号
レベル強度の平均をとつてもよいし、あるいはピ
ーク位置を中心とする一定範囲の積分値（バンド
の断面積）の平均をとつてもよい。

たとえば第４図においては、正規化された信号
レベル間で比較することにより、バンドｇが真正
バンドであり、バンドｊがゴーストバンドである
ことが容易に判断できる。

信号レベルの比較の結果、第３図において第二
レーンのバンドｂはゴーストバンドであり、第三
レーンのバンドｄが真正バンドであると決定する
ことができる。

次に、第二レーンの一次元波形上で再び信号レ
ベルのピーク位置の検出を行なう。たとえばバン
ドｂに続いてバンドａ（ピーク位置：y_a）が検出
される。上記と同様にして残りの各レーンの一次
元波形上の一定範囲内（y_a±σ）で、信号レベル
が極大となる位置を検索する。残りのいずれのレ
ーンにおいてもピーク位置が検出されなかつた場
合には、このバンドａを真正バンドと決定し、ピ
ーク位置y_aをバンドの位置とする。

このようにして順に、第二レーンの一次元波形
上に現われた全てのバンドについてそのバンド位
置を決定するとともに真正バンドであるか否かを
決定する。そして、ゴーストバンドと決定された
バンドは除外する。同様に操作を他のレーンにつ
いても行ない。泳動パターン上の全てのバンドの
決定を行なう。なお、バンドの決定は上記のよう
にレーンごとに行なつてもよいし、あるいは同時
に第一から第四レーンについて泳動距離の遠い順
にバンドのピーク位置を検出してもよい。後者の
場合には、バンドの決定と同時にバンドの序列を
決定することができる。

なお、上記の操作を行なう前に予めデジタル信
号について閾値処理を行なうことにより、信号レ
ベルの比較的小さなゴーストバンドを排除するこ
とができる。

このようにして、泳動パターン上に、試料の混
入等によりノイズとしてゴーストバンドが現われ
た場合であつても、高精度にゴーストバンドと真
正バンドとを区別することができる。

なお、泳動パターンにスマイリング現象、オフ
セツト歪みあるいはバンドの融合などの種々の歪
み、ノイズが発生している場合には、上記コース
トバンドの補正を行なう前に、これらの補正のた
めの信号処理を行なつてもよい。

ここで、スマイリング現象は、支持媒体の中央
部のスロツトの泳動距離に比べて両端部のスロツ
トの泳動距離が短くなる現象であり、泳動過程に
おける放熱効果（いわゆるエツジ効果）などが原
因となつて生じる。オフセツト歪みとは、レーン
間相互の全体的な位置ズレをいい、スロツトの形
状の相違等により試硫の電気泳動の開始位置、開
始時間が各スロツトで異なることなどが原因とな
つて生じる。また、バンドの融合は、泳動が十分
でないために、二乃至三個のバンドが連結して一
個の幅広なバンドを形成していることをいう。一
般にパターン上部の泳動開始位置に近い領域で発
生しやすい。

信号処理によるこれらの補正の詳細について
は、本出願人による特願昭60−74899号、特願昭
60−74900号、特願昭60−85275号、特願昭60−
85276号、特願昭60−111186号、特願昭60−
111187号の各明細書に記載されている。

得られたバンドの位置を相互に比較することに
より、直ちにバンドに序列を付けることができ
る。このとき、上記四種類の塩基特異的DNA断
片物の組合せが排他的な組合せであることから、
同じ位置に二つ以上のバンド（異なるレーンのバ
ンド）は存在しえないことを利用して、容易に序
列を決定することができる。上記(1)〜(4)のスロツ
トはそれぞれ(G)、(A)、(T)、(C)からなる末端塩基に
ついての情報を有するから、各バンドの属するス
ロツトに対応する塩基で置換することにより、
DNAの塩基配列（例えばＡ−Ｇ−Ｃ−Ｔ−Ａ−
Ａ−Ｇ−…）を得ることができる。

このようにして、DNAの片方の鎖状分子につ
いての塩基配列を決定することができる。なお、
DNAの塩基配列についての情報は、上記の表示
形態に限られるものではなく、たとえば所望によ
り同時に各バンドの強度（z′）を放射性標識物質
の相対量として表示することも可能である。さら
に、DNAの二本の鎖状分子両方についての塩基
配列を表示することもできる。

あるいはまた、DNAの塩基配列情報は、上記
の信号処理がなされたデジタル信号に基づいて画
像として表示することもできる。すなわち、各バ
ンドの決定後の位置をオリジナルのオートラジオ
グラフとともに可視画像化して表示することがで
きる。この場合には、最終的な塩基配列決定を解
析者自身がこの表示画像に基づいて行なうことが
可能である。

なお、上記のおいては、試料である塩基特異的
DNA断片物の混合物として（Ｇ、Ａ、Ｔ、Ｃ）
の排他的組合せを利用した場合について説明した
が、本発明の信号処理方法はこの組合せに限定さ
れるものではなく、例えば（Ｇ、Ｇ＋Ａ、Ｔ＋
Ｃ、Ｃ）などの種々の組合せに適用することがで
きる。また同様に、塩基特異的RNA断片物の混
合物（例えば、Ｇ、Ａ、Ｕ、Ｃの組合せ）につい
ても本発明の信号処理方法を適用することができ
る。さらに、レーンの歪みの補正は、一組の核酸
の塩基特異的断片物の分離展開列に限定されるも
のではなく、支持媒体上に同時に分離展開された
全ての分離展開列について行なうことが可能であ
る。

このようにして得られた塩基配列情報について
はこのほかにも、たとえば、既に記録保存されて
いる他の核酸の塩基配列と照合するなどの遺伝言
語学的情報処理を行なうことも可能である。

上述の信号処理により決定された核酸の塩基配
列についての情報は、信号処理回路から出力され
たのち、次いで直接的に、もしくは必要により磁
気デイスクが磁気テープなどの記憶保存手段を介
して記録装置に伝送される。

記録装置としては、たとえば、感光材料上をレ
ーザー光等で走査して光学的に記録するもの、
CRT等に表示された記号・数値をビデオ・プリ
ンター等に記録するもの、熱線を用いて感熱記録
材料上に記録するものなど種々の原理に基づいた
記録装置を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第一から第四レーンの泳動パターン
の例を示す図である。第２図は、ゴーストバンド
が現われている第二レーンおよび第三レーンを示
す部分図である。第３図は、第２図に示した第二
レーンおよび第三レーンの一次元波形を示す部分
図である。第４図は、別の一次元波形の例を示す
部分図である。２１：泳動バンド、２２：走査線。

Claims

【特許請求の範囲】１放射性標識が付与された塩基特異的DNAま
たはRNA断片物の混合物であつて、 (1) グアニン特異的DNAまたはRNA断片物、 (2) アデニン特異的DNAまたはRNA断片物、 (3) チミン特異的DNAまたはRNA断片物、 (4) シトシン特異的DNAまたはRNA断片物、からなる四種類の塩基特異的DNAまたはRNA断
片物がそれぞれ支持媒体上に一次元的方向に分離
展開されて形成された四列の分離展開列のオート
ラジオグラフに対応するデジタル信号について信
号処理を行なうことにより、DNAまたはRNAの
塩基配列を決定する方法において、 (1) 各分離展開列について、分離展開方向に沿つ
た位置と信号のレベルとからなる一次元波形を
得る工程、 (2) 一つの分離展開列の一次元波形上で信号のレ
ベルが極大となる位置を検出する工程、 (3) 他の各分離展開列の一次元波形上で、該極大
位置に対応する位置を中心とする一定範囲内に
おいて信号のレベルが極大となる位置が存在す
るか否かを検索する工程、 (4a) 第三工程において他の列の一次元波形上に
極大位置が存在する場合には、この極大位置
における信号レベルと第二工程で検出された
極大位置における信号レベルとを比較し、よ
り大きな信号レベルを有する極大位置にバン
ドが存在すると決定し、一方それ以外の極大
位置にはバンドは存在しないと決定する工
程、 (4b) 第三工程において他の列の一次元波形上に
極大位置が存在しない場合には、第二工程で
検出された極大位置にバンドが存在すると決
定する工程、 (5) 一つの分離展開列の一次元波形上で再び信号
のレベルが極大となる位置を検出する工程、および、 (6) 上記第三乃至第五工程を順次繰り返すことに
より、全ての分離展開列上のバンドの位置を決
定する工程、を含むことを特徴とするDNAまたはRNAの塩
基配列決定のための信号処理方法。２上記第三工程において、極大位置に対応する
位置を中心とする一定範囲が該極大位置に基づい
て定められることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のDNAまたはRNAの塩基配列決定のた
めの信号処理方法。３上記第四ａ工程において、各極大位置におけ
る信号レベルの強度を比較することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のDNAまたはRNAの
塩基配列決定のための信号処理方法。４上記第四ａ工程において、分離展開列ごとに
一次元波形上の全ての極大位置における信号レベ
ルの平均値を求め、各極大位置における信号レベ
ルの該平均値に対する比率を比較することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のDNAまたは
RNAの塩基配列決定のための信号処理方法。５上記オートラジオグラフに対応するデジタル
信号が、支持媒体と輝尽性蛍光体を含有する蓄積
性蛍光体シートとを重ね合わせて、支持媒体上の
放射性標識物質のオートラジオグラフを該蛍光体
シートに蓄積記録したのち、該蛍光体シートに励
起光を照射して該オートラジオグラフを輝尽光と
して光電的に読み出すことにより得られたもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のDNAまたはRNAの塩基配列決定のための信号
処理方法。６上記オートラジオグラフに対応するデジタル
信号が、支持媒体と写真感光材料とを重ね合わせ
て、支持媒体上の放射性標識物質のオートラジオ
グラフを該感光材料に感光記録したのち、該感光
材料上に可視化されたオートラジオグラフを光電
的に読み取ることにより得られたものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のDNA
またはRNAの塩基配列決定のための信号処理方
法。