JPS63231247A - 電気泳動分離検出方法及び装置 - Google Patents

電気泳動分離検出方法及び装置

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JPS63231247A
JPS63231247A JP62063780A JP6378087A JPS63231247A JP S63231247 A JPS63231247 A JP S63231247A JP 62063780 A JP62063780 A JP 62063780A JP 6378087 A JP6378087 A JP 6378087A JP S63231247 A JPS63231247 A JP S63231247A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蛍光標識DNA、RNAあるいは蛋白などの分
離検出装置、特にDNA塩基配列決定装置として使用す
るに好適な電気泳動分離検出装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、DNA上の塩基配列決定はDNAを放射性元素で
標識し、各塩基に特異な反応で断片化した後、ゲル電気
泳動により分離し、オートラジオグラフィーで分離パタ
ーンを転写・読み取り行っていた。しかし、放射性元素
を用いる煩雑さから蛍光標識による方法が提案されてい
る。(R’aturs321、674 (1986)入
この方法では、片方の末端を蛍光標識しDNAを構成し
ている四種の塩基アデニン(A)、チミン(T)、シト
シン(C)。
グアニン(G)の所で、それぞれ切断された一群の試料
を作成する。この時、四種の塩基で特徴づけられる四つ
の試料群を別々の色素で櫟識する。
これら試料をいっしょにして一つの泳動路上を泳動させ
て分離する。泳動路上の特定箇所を光照射するとそこを
通過するDNA断片の末端の種類A。
T、G、Cに応じて異なる色の光がでる。これをフィル
ターを通して光電子増倍管で受光し検出する。フィルタ
ーは四つの色に対応して四枚用意し、モーターで回転さ
せ時分割してそれぞれの信号を検出している。報告例で
は泳動部に1本のカラム状のゲル管を用いているが、複
数試料の検出では複数のカラムゲルを並べたり、平面ゲ
ルに複数の泳動路を設けて、レーザーおよびフォトマル
をスキャンさせて計測するなどが行われている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
一般に測定しようとする試料の数は複数である事が多く
、この場合、平板ゲルに複数の泳動路を設けてレーザー
およびフォトマルを一体化して一直線上をスキャンする
方式が取られている。
この蛍光測定で感度を支配する重要因子は受光量と受光
量の時間的変動の大小である0発光総量がほぼ一定の場
合、受光量は受光立体角と測定のデユーティサイクルで
決まる。測定泳動路数を10ケとすると、各泳動路を識
別して検出するには少なくとも100点刻みでスキャン
する必要がある。更にフィルターを切り換えて4色を区
別するので塩基一種あたりの計測時間は連続測定の場合
の□と小さくなってしまう。また、受光量の時間変動は
主としてレーザーの変動に起因するが、この変化も各点
毎に異なるため高感度計測上の障害となる。
本発明の目的は上記難点を克服するためになされたもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、各泳動路上の計測部を同一のレーザー光で
線状に照射し、線状部分から出る蛍光を集光すると共に
プリズムあるいは回折格子で分光して二次元光センサー
上に結像させて計測する事により達成される。
〔作用〕
励起光で各部を同時に照射する事により、レーザーの変
動による泳動路上からの蛍光量の変化を補正する事がで
きる。また、二次元光検出器の使用により1時間分割す
る事なく各測定点からの蛍光を受光できるので受光量を
大きくする事ができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。装置
はレーザー光源4.4’、泳動ゲル1゜保持板2.バッ
ファー漕3からなる電気泳動部、集光レンズ59回転フ
ィルター149回転シャッター17からなる集光および
分光部、イメージ増巾器7.結合しンズ8.二次元検出
器9からなる二次元検出部、フレームメモリ10および
計算機11より成る。レーザー光は色素■、■励起用と
色素■、■励起用の2つがあり、回転ミラー15で交互
に電気泳動板1の下部側面からゲルを線状に照射する。
試料A、B、C・・・は電気泳動板の上部に設けられた
バッファー漕3から注入され下方に泳動するが、光照射
部を通過する時に蛍光を発する。試料の流れる泳動路は
この例では10本ある。従って照射路を見ると泳動路と
背景光だけを発する部分とが交互に並ぶ事になる。この
線状の発光部の光量および発光波長は時間と共に変化す
るがこれを分光すると共に位置検出して塩基配列を決定
する。
発光像は結像レンズ5で集光され、プリズムあるいは回
折格子6で分光され像をイメージ増幅器7上に結ぶ、波
長の異なる光は図中あるいはイメージ増幅器上で上下方
向に分散されるので4色の光に対応して位置がずれて結
果レンズ8を介して二次元検出器9上にあられれる事に
なる。この様子はモニター13上の画像で見る事ができ
る。上下方向が波長分散で蛍光は幅の広いバンドとして
観測できる。横方向は試料の種(A、B、C・・・)で
ある、TVカメラなどの二次元検出器9を用いる時は垂
直方向が光の分散方向とするのが便利である。これら二
次元検出器9の代わりに4本のダイオードアレーからな
るラインセンサーをそのままあるいはイメージ増幅器と
組み合わせて用いる事もできる。
以下試料の調整から蛍光検出および配列決定の様子を第
2図を用いて具体的に説明する。測定しようとするDN
A試料(第1図でA、B、C・・・とじたもの)を化学
反応などにより片方の末端を蛍光標識し、他端がアデニ
ン塩基Aで終わる試料群。
チミン塩基Tで終わる試料群、シトシン塩基Cで終わる
試料群およびグアニン塩基Gで終わる試料群の4種の試
料群を作成する。もちろん、作成する際、十数塩基から
なる蛍光標識付プライマーを用いて目的D N A中の
各塩基種まで相補DNA鎖を伸長しても良い。図には作
成された蛍光ラベル付DNA断片群の様子を示しである
。DNAの化学切断で作成した場合には蛍光標識されて
いないDNA断片が多数生ずるが蛍光検出で検知できな
いので図示してない。断片群(A)、(T)。
(C)、(G)はそれぞれ異なった色素■〜■で標識さ
れている。図中23は蛍光ラベルプライマーあるいは蛍
光ラベル末端を示す。色素として使用可能な例には、■
F I T C(Fluoresceinisothi
ocyanate ;吸収波長489nm、発光波長5
15nm)、■N B D −F  (4−fluor
o−7nitro、hen−zot軸an ;吸収波長
475nm、発光波長s 40 nm) r■T RI
 T C(tetramethyl rhodamin
e 1sothio−cyanate ;吸収波長55
0nm、発光波長580nm)−■Texas Rad
 (sulforhodaminelol ;吸収波長
590nm、発光波長605nm)などがある。標識D
NA断片を1つにまとめ同一泳動路上を泳動させる。す
なわち1つの試料について従来4つの泳動路を使用して
いたが、4色標識により1つの泳動路で済む。DNA断
片は長さに応じて分離されるが、短いもの程早く泳動す
る。Arレーザ−488nmをFITCおよびNBD−
F励起用に使用し、He −N eレーザー543nm
をTRI TCおよびTexas Red励起用に用い
たにれらレーザ21は交互に励起領域a、a’を照射し
、そこに到達してくるDNA断片を励起する。発する蛍
光は集光されプリズムあるいは回折格子6で分光されて
イメージ増幅器7上に結像する。この像は増幅されて4
本のラインセンサーあるいはTVカメラで検出される。
第1図13にイメージ増幅器上の像を模式的に示した。
あられれている点は5つの試料に対応している。波長の
ちがいは図中上下位置の変化としてあられれる。1つの
試料に着目すると位置と強度が時間と共に変化すること
になる。4つの色素Aこ対応した信号の時間変化を検出
する事により配列を決定する事ができる。実施例ではN
BD−Fの発光波長と励起光の1つであるH e −N
 eレーザー543r+n+とがほとんど重なってしま
い、He−Neレーザー光のゲルによる散乱光が測定の
障害となる。そこでイメージ増幅器の前にレーザーの交
互照射と同期して動くシャッター17を取りつけ、障害
となる背景光を取り除いた。すなわちArレーザー照射
中はFITCとNBD−Fの計測に用いられる光電面だ
け受光し、He −N eレーザー照射時にはTRIT
CとTexas Redの計測に用いられる光電面だけ
受光するようにした。蛍光の発光波長は幅が広〈実施例
で用いたFITCとNBD−FおよびTRITCとTe
xas Redからの発光を完全に分離する事はで ・
きない。そこでそれぞれ両者の差を取り他の蛍光体から
の寄与を取除くようデータを補正して用いた。第3図は
補正後のデータでピークの位置がら塩基配列を図示した
ように決定できる。
なお本実施例ではシャッターを用いてレーザー光の切り
換えに対応して計測受光面を切り換えたが、プリズムあ
るいは回折格子をレーザー光の切り換えに同期して回転
させ像の結像位置を変化させ、He−N e 543n
mがらの散乱光がNBD−Fからの蛍光受光部に入らな
いようにし必要な光だけをスリットから取り出すように
しても良い。
本発明はここで用いた標識色およびその数に限定された
り、DNA塩基配列決定に限定されるものでない。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、複数泳動路からの蛍
光信号を時間分割する事なく同時に計測できるので全体
として受光量赫増し、感度を上げる事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の模式図である。第2図は試
料調製の説明および配列決定原理図である。第3図は測
定データの一例である。 1・・・泳動ゲル、2・・・保持板、3・・・バッファ
ー漕、4.4′・・・レーザー光源、5・・・集光レン
ズ、6・・・回折格子、7・・・イメージ増幅器、8・
・・結合レンズ、9・・・TVカメラor二次元センサ
ー、10・・・フレームメモリ、11・・・計算機、1
2・・・出力機器、13・・・モニター画像、14・・
・回転フィルター。 15・・・回転or振動ミラー、16・・・ミラー、1
7・・・回転シャッター、18・・・被測定DNA試料
、19・・・調整済試料、20・・・泳動板、21・・
・レーザー光、22・・・分離された蛍光mmoNAフ
ラグメント。 第1 図 1o       i/     /2第 2 図 茅3B l貴 B!−省 一−一・−〇

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、試料断片が泳動するゲル電気泳動部、該ゲル電気泳
    動部に励起光を照射する励起光源、および励起光源から
    の光が試料に照射されて発する蛍光を検出する蛍光検出
    部を具備する装置において、上記蛍光検出部は上記試料
    断片の複数色素から出る蛍光を集光する手段、集光され
    た光を分光するプリズムあるいは回折格子、および分光
    された光を検出する二次元センサーを具備する事を特徴
    とする電気泳動分離検出装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の装置において、励起光
    源はレーザーであり、ゲル電気泳動部は平板型であり、
    レーザー光はゲル泳動開始ラインから一定距離の所を直
    線状に照射する事を特徴とする電気泳動分離検出装置。 3、特許請求の範囲第1項又は第2項記載の装置におい
    て、蛍光の波長分散方向がレーザー光と直角方向である
    事を特徴とする電気泳動分離検出装置。
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