JPS6113148A - 連続型核酸断片電気泳動装置 - Google Patents

連続型核酸断片電気泳動装置

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JPS6113148A
JPS6113148A JP59132876A JP13287684A JPS6113148A JP S6113148 A JPS6113148 A JP S6113148A JP 59132876 A JP59132876 A JP 59132876A JP 13287684 A JP13287684 A JP 13287684A JP S6113148 A JPS6113148 A JP S6113148A
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JP
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nucleic acid
molecular sieve
electrophoresis
acid fragment
sieve membrane
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JP59132876A
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Inventor
Tamotsu Shimada
保 嶋田
Yoshinori Harada
義則 原田
Hideki Kanbara
秀記 神原
Keiichi Nagai
啓一 永井
Jiro Tokita
鴇田 二郎
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/447Systems using electrophoresis
    • G01N27/44704Details; Accessories
    • G01N27/44743Introducing samples

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、核酸の塩基配列決定装置に係り、特に連続し
て高精度で高速に核酸の塩基配列の決定を行なうことが
できる、核酸断片の連続的電気泳勤倹出システムに関す
る。
〔発明の背景〕
従来、核酸の塩基配列決定は、例えばマキサム・キルt
< −l;法(Methods in Engymol
ogy 65. pp。
495−701)により行なわれてきた。この方法では
、まず放射性同位体で標識された核酸を化学的に断片化
した後、電気泳動法にて、長さの異なる核酸断片をカラ
ス板で挾まれたゲル支持体中で分子量順に整列させる。
そして、ゲル支持体をカラス板よりはがし、このオート
ラジオグラムを撮ることで放射性核酸断片を含む泳動帯
の検出を行ない、核酸の塩基配列を決定する。ここてぃ
従来技術による核酸断片の塩基配列決定法について、図
面に基づいて説明する。第4図は従来の核酸断片の電気
泳動装置の構造を示す斜視図である。図に示すごとく、
2枚のカラス板3に挾まれた核酸断片の泳動分離用ゲル
2、その泳動分離用ゲル2の両端を浸す電極液槽1、お
よび直流電源10て構成される。そして、放射性同位体
(例えば32P)で標識された核酸断片試料を、泳動分
離用ケル2の負極側スロット5に供給し、ゲル長あたり
50V/cm程度の電圧Evで泳動させると、同一分子
量を持つ核酸断片は、それぞれ泳動帯4を形成しつつ負
極より正極に向い、分子量の対数にほぼ反比例した移動
度で泳動する。この核酸断片の泳動帯4の泳動パターン
から、核酸塩基の分子量順の配列を決定する。
マキサム・ギルバード法の場合、上記第4図の核酸断片
を供給するスロット5に供給される核酸断片は、使用す
る制限酵素の制約から平均1000−塩基の鎖長を有す
る。そして、1回の電気泳動で解析可能な核酸断片の塩
基数は400〜500個で、これより鎖長の長い残りの
核酸断片は充分に泳動されず、第4図に示す泳動分離用
ゲル2のスロット5近傍に残留する。この場合、長時間
電気泳動を継続すれば、ゲル2の負極端より流動させる
こともてきるが、核酸断片の泳動帯の分離が不充分とな
り現実的でない。
また、クイチオキン法(Methods in Eng
ymology65、 pp、299−494 )によ
る、核酸塩基配列決定時に調製される泳動用核酸断片は
、7000塩基以上の成分と数百塩基以下の成分との混
合物なので、この場合も、7000塩基以上の成分はほ
とんど泳動されずに泳動分離用ゲル2のスロット5の近
傍に残留する。それ故、マキサム・ギルバード法および
クイチオキン法いずれの方法においても、何通りもの核
酸試料を連続して供給し、核酸塩基の配列を解析するこ
とは困難であった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消し、
より高速に核酸塩基の配列を決定するために、泳動分離
対象以外の高分子量成分である核酸断片を前もって分離
除去し、かつ泳動分離用ゲルの成分を恒常的に保つこと
によって、同一の泳動分離用ゲルで、大量の核酸断片を
連続的に解析処理することができる電気泳動装置を提供
することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、」二連した目的を達成するために、核酸断片
を、泳動分離用ゲルを用いた電気泳動槽で、分子量順に
分離して核酸塩基配列を決定する装置において、電気泳
動槽に核酸断片を供給する核酸断片試料供給部に、核酸
断片試料中の、電気泳動解析対象外とする高分子量成分
を分離除去するための、所定の大きさの分子透過性を有
する分子ふるい膜を設けることを骨子とするものである
そして本発明に使用する分子ふるい膜は、一般に用いら
れている半透膜(透析膜、限外沢過膜等)ま!こは溶液
に対するゲル量の少ない低濃度ゲルであってもよく、要
は特定の大きさの高分子量成分を分離除去できるもので
あればよい。
さらに本発明の分子ふるい膜は、例えば、ディスク型分
子ふるい膜を、所定の中心角度で複数個に分割し、それ
を所定の中心角度だけ回転させながら新しい分子ふるい
膜に交換し、連続的に使用可能とする分子ふるい膜、ま
たは、特に形状を限定するものではないが、3角形、4
角形あるいは長方形等のカートリッジ型分子ふるい膜と
して、それ、を交換可能な構造とするものである。
そして、さらに本発明は、核酸断片試料供給部と電気泳
動槽との間に、電気伝導性溶液槽を設け、また電気泳動
槽の下部には尿素補給槽を設けて、泳動分離用ゲルの成
分を恒常的に保つこと(ζよって、同一の泳動分離用の
ゲルで、長時間連続して核酸断片の泳動解析が行なえる
構造とする連続型核酸断片電気泳動装置である。
〔発明の実施例〕
以下に本発明の一実施例を図面によって説明する。図に
おいて、同一符号を付したものは同一性能を有する部分
である。
(実施例1) 第1図は本発明の一例であるティスフ型の分子ふるい膜
を使用した核酸断片の電気泳動装置の概略構造を示す説
明図で、第2図は、本発明の第1図の電気泳動装置に用
いた、ディスク型分子ふるい膜の構造を示す斜視図であ
る。図から明らかなごとく、核酸の塩基配列を決定しよ
うとする核酸断片7を電気泳動装置に供給する。このと
き、泳動分離用ゲル2の上部に分子ふるい膜20および
電気伝導性溶液槽21て構成される電気泳動槽22を設
ける。そして、電気泳動槽22に直流電源10により電
圧を印加すると、核酸断片7は電気泳動槽22の上から
下へ移動し始める。このとき、核酸断片7の高分子量成
分のものは、分子ふるい膜20を通過できずにこの上に
残留し、核酸断片7の低分子量成分のみ電気泳動槽22
を通過して、核酸塩基配列決定用の泳動分離用ゲル2に
到達する。この核酸塩基配列決定の対象とする低分子量
成分の核酸断片は、従来の方法によって泳動帯4を形成
するので、との泳動帯4の泳動パターンを解析すること
によって、核酸断片7の塩基配列を決定することができ
る。ここで用いた分子ふるい膜20を、第2図に示すよ
うなディスク型分子ふるい膜30の構造とし、このディ
スク型分子ふるい膜30を適当な中心角度で分割する。
第2図のディスク型分子ふるい膜の例では、中心角度を
30°おきに分割して分子ふるい膜20を構成している
ので、1枚のディスク型分子ふるい膜30について、1
2個の分子ふるい膜20a 〜20g、 20a’ 〜
20g’を形成させることカテきる。なお、この分割さ
れた狭い扇形状の分子ふるい膜20a 〜20g 、 
20a’ 〜20g’は、泳動分離用ゲル2が充填され
ている電気泳動槽の上面を充分に覆う大きさでなければ
ならない。そして、第1図に図示するようにディスク型
分子ふるい膜30の中心に、シャフト31て連結したモ
ータ32によって、たとえば300間隔に所定時間毎に
回転させて、ディスク型分子ふるい膜30を分割して形
成した分子ふるい膜20a〜20g、20a′〜20g
′を順次回転して使用していく。また、第1図に図示し
たごとく、2箇所に泳動分離用ゲル2によって構成され
る電気泳動槽22を配置すれば、同時に2種類の核酸断
片7の泳動解析が可能となり、全体として解析時間は≠
に短縮される。本実施例において、第2図に示すディス
ク型分子ふるい膜30を用いた場合は、まず最初の電気
泳動させる核酸断片について、たとえば分子ふるい膜2
0aと202’を同時に使用して核酸の塩基配列を決定
する。そして、次に泳動解析する新たな核酸断片を供給
する前に、ディスク型分子ふるい膜30を、300だけ
回転させれば新しい分子ふるい膜20bと20b′を、
泳動分離用ゲル2の上部に一致させることができ、引続
き核酸断片の泳動解析を行なうことができる。このよう
にして、本実施例では、6回連続して核酸の塩基配列が
決定できることになる。
ところで、このような条件下で核酸断片の電気泳動を継
続すると、泳動分離用ゲル2中に含まれている尿素が、
わずかづつではあるが正極側より負極側に向って泳動さ
れるので、泳動分離用ゲル2の正極端部より徐々に尿素
濃度が低下していく。
その結果、ゲル内で充分な核酸断片の変性条件か−保て
なくなり、泳動帯4の泳動状態に異常が生ずるので、泳
動解析結果が不正確となる。そこで本発明では、第1図
に示すように泳動分離用ゲル2と正極側電極液槽1との
間に、泳動分離用ゲル2内の溶液成分と同一組成の溶液
を含む槽である尿素補給槽23を設け、電気泳動時には
常に尿素を補給して泳動分離用ゲル2の槽内の尿素濃度
を一定に保つことができる。
このように、本発明によれば核酸断片の高分子量成分の
排除と、泳動分離用ゲル内の核酸断片変性条件とを常に
一定に保つことて、泳動分離用ゲルの劣化を防ぎ、ゲル
の再使用を可能としたものであって、多種類の核酸断片
を連続して処理することができるので、従来の泳動解析
方法と比較して、その解析速度を一段と向上させること
ができる。
(実施例2) つぎに、本発明の他の一実施例を図面に基づいて説明す
る。第3図は本実施例における電気泳動装置を上方から
見た平面図である。この場合に用いる分子ふるい膜20
は、カートリラン型の長方形の分子ふるい膜で、その周
囲が磁性体で作られた分子ふるい膜容器55の中にセッ
トされていて、この分子ふるい膜容器55は泳動分離用
ゲル2が充填されている電気泳動槽の上面を充分に覆う
形で配置されている。そして、分子ふるい膜容器55に
隣接して磁性体容器に入った新しい交換用の分子ふるい
膜20’が用意され、電磁ソレノイド50側に吸着し固
定されている。つぎに、新たな核酸断片の電気泳動を始
める前に、スイッチ53によって、電磁ソレノイド51
に交流電源52の電圧を供給し、分子ふるい膜20およ
び新しい交換用の分子ふるい膜20’の入った磁性体容
器を、電磁ソレノイド51側に吸着し移動させると、使
用済みの分子ふるい膜20は、泳動分離用ゲル2の電気
泳動槽」二面から外され、新しい分子ふるい膜20′の
入った磁性体容器が、ゲル2の電気泳動槽の上面を充分
に覆う形になり、引続き泳動解析を行なうことができる
つぎに、新しい分子ふるい膜20″を用意しておいて、
今度は電磁ソレノイド50に通電して、電磁ソレノイド
50側に吸着し移動させると、使用済の分子ふるい膜は
外されて、新しい分子ふるい膜2o“が、泳動分離用ゲ
ル2の電気泳動槽に部に配置される。以上の操作を繰返
し行なえば、多種類の核酸断片を連続的に高速で解析す
ることができる。
次に本発明の電気泳動装置を構成する部品ならびに材料
について説明を付加する。
まず、本発明において使用する分子ふるい膜2゜は、電
気泳動解析する試料である核酸断片の低分子量成分のみ
を透過させることが目的であるがら、たとえば核酸塩基
数500以」二、分子量で20万以上を透過させる孔径
のもので、ある分子は透過させるがある分子は透過さぜ
ないという、通常使用されている半透膜であればよく、
その材質としては、例えば酢酸セルロース、ポリアクリ
ルニトリル、ポリスルホン、芳香族ナイロン、高分子電
解質複合体、ポリフッ化ヒニリデン、キュプロファン膜
等をあげることができ、また合成ゼオライト(モレキュ
ランーブス)、シリカゲル、アルミナゲル等であっても
よい。また、溶液に対するゲル(コロイド溶液が7エリ
ー状に固化したもの)の量が少ない低濃度のアガロース
ゲル、あるいはアクリルアミドゲルによっても同等の効
果が得られることはいうまでもない。
次に、本発明に使用する電気泳動分離用ゲル2として、
たとえば、溶液に対してゲル量の多い高濃度の尿素を含
むアクリルアミドゲルが適当である(文献:蛋白質・核
酸・酵素、 23.3. pp 182−196)。
また、電気伝導性溶液槽21の溶液成分は、核酸断片の
変性条件を保つため電気泳動分離用ゲル2内の溶液成分
と同じものでなければならない。さらに、電極液槽1内
溶液の成分は、泳動分離用ゲル2内の溶液成分のうち尿
素を除外したものである。
なお、本発明の一実施例である第1図に示す電気泳動装
置のディスク型分子ふるい膜30を回転させるモータ3
2は、任意の角度でディスク型分子ふるい膜30を回転
させることが必要であるから、入力パルスの数に対応し
て回転角度が精度よく得られるステラピンクモータが適
当である。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したごとく、本発明によれば、電気泳動
解析対象外である核酸断片の高分子量成分を容易に排除
することができ、また常に尿素を補給して泳動分離用ゲ
ル内での核酸断片の変性条件を常に一定条件に保つこと
ができるので、多種類の核酸断片試料を、一定時間毎に
何度も供給して、泳動解析することが可能で、同一の泳
動分離用ゲルで大量のデオキシリポ核酸(DNA)断片
の解析処理ができ、核酸塩基配列決定の自動化、高速処
理装置の実現が可能である。そして具体的には。
(1)従来、1試料の核酸断片泳動解析ごとに行なわれ
ていた泳動分離用ゲルの調製が不要となり、1回の解析
当り約3時間の時間短縮が可能となる。
(2)  また従来法では、泳動分離用ゲル内で残留し
ていた高分子量成分の核酸断片が、本発明によると容易
に除去可能となるので、自動運転による大量の核酸塩基
配列の決定ができる。など、実用−」二の効果は極めて
大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一例であるディスク型分子ふるい膜を
使用した電気泳動装置の概略構造を示す説明図、第2図
はディスク型分子ふるい膜の構造を示す斜視図、第3図
は本発明の他の一実施例であるカートリラン型分子ふる
い膜を用いた電気泳動装置の平面図、第4図は従来の電
気泳動装置の概略構造を示す斜視図である。 1・・・電極液槽    2・・・泳動分離用ケル3・
・カラス板    4・・核酸断片の泳動帯5・・核酸
断片を供給するスロット 7・・・核酸断片    10・・・直流電源20・・
分子ふるい膜 20a 〜20g 、 20a’ 〜20g’−分子ふ
るい膜20’、?O“・・・新しい分子ふるい膜21・
・・電気伝導性溶液槽22・・・電気泳動槽23・・・
尿素補給槽 30・・・ディスク型分子ふるい膜 31・・・シャフト     32・・・モータ50.
5]・・・電磁ソレノイド 52・・・交流電源 53・・スイッチ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、核酸断片を、泳動分離用ゲルを用いた電気泳動槽で
    、分子量順に分離して核酸塩基配列を決定する装置にお
    いて、上記電気泳動槽に核酸断片を供給する核酸断片試
    料供給部に、核酸断片試料中の、電気泳動解析対象外で
    ある高分子量成分を分離除去するために、所定の大きさ
    の分子透過性を有する分子ふるい膜を設けることを特徴
    とする連続型核酸断片電気泳動装置。 2、核酸断片試料供給部に設ける分子ふるい膜が半透膜
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の連
    続型核酸断片電気泳動装置。 3、核酸断片試料供給部に設ける分子ふるい膜が低濃度
    ゲルであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の連続型核酸断片電気泳動装置。 4、核酸断片試料供給部に、ディスク型分子ふるい膜を
    、所定の中心角度で2個以上に分割して形成した分子ふ
    るい膜を持つ電気泳動槽を、1槽または複数槽有し、か
    つ上記ディスク型分子ふるい膜の中心部には回転機構を
    設けて、上記ディスク型分子ふるい膜を分割した所定の
    中心角度だけ、所定の時間毎に回転させて、分子ふるい
    膜を交換可能な構造とすることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項ないし第3項いずれか1項記載の連続型核酸
    断片電気泳動装置。 5、核酸断片試料供給部に、所定形状のケースにセット
    したカートリッジ型分子ふるい膜を持つ電気泳動槽を、
    1槽または複数槽有し、かつ上記カートリッジ型分子ふ
    るい膜の占めるスペースだけ移動させる移動機構を設け
    、所定時間毎に、上記カートリッジ型分子ふるい膜を移
    動させて、カートリッジ型フイルタを交換可能な構造と
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3
    項いずれか1項記載の連続型核酸断片電気泳動装置。 6、核酸断片試料供給部と電気泳動層との間に、電気伝
    導性溶液槽を設けることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項ないし第5項いずれか1項記載の連続型核酸断片電
    気泳動装置。 7、電気泳動槽に尿素補給槽を設けることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項ないし第6項いずれか1項記載の
    連続型核酸断片電気泳動装置。
JP59132876A 1984-06-29 1984-06-29 連続型核酸断片電気泳動装置 Pending JPS6113148A (ja)

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