KR102295681B1 - 생물학적 분자의 용매 접근성 및 3차원 구조를 연구하기 위한 방법, 시스템, 및 조성물 - Google Patents

생물학적 분자의 용매 접근성 및 3차원 구조를 연구하기 위한 방법, 시스템, 및 조성물 Download PDF

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제이. 레옹 쇼헷
파라즈 에이. 초우드리
조슈아 엠. 블래츠
벤자민 비. 민코프
다니엘 아이. 벤자민
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위스콘신 얼럼나이 리서어치 화운데이션
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Abstract

본 개시내용은 생물학적 분자의 용매 접근성 및 3차원 구조를 연구하기 위한 방법, 시스템 및 조성물을 제공한다. 플라즈마는 마커 라디칼을 생성시키기 위해 사용될 수 있으며, 이는 생물학적 분자와 상호작용하고 생물학적 분자의 용매-접근 가능한 부분을 마킹할 수 있다.

Description

생물학적 분자의 용매 접근성 및 3차원 구조를 연구하기 위한 방법, 시스템, 및 조성물
관련 출원에 대한 상호 참조문헌
본 출원은 2016년 5월 19일에 출원된 미국가특허출원번호 제62/338,699호에 관한 것이고, 이를 우선권으로 주장하고, 이의 전문이 본원에 참고로 포함된다.
연방 기금 연구에 관한 진술
본 발명은 국립과학재단(National Science Foundation)에 의해 수여된 MCB1410164 및 CBET1066231, 및 미국에너지부(US Department of Energy)에 의해 수여된 DE-FG02-88ER13938에 따른 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에서 특정 권리를 갖는다.
생물학적 시스템을 조사하는 기존의 방법은 상당한 양의 정보를 도출할 수 있다. 기존의 방법의 예는 유기체의 게놈, 엑솜(exome), 전사체(transcriptome), 단백질체, 및 대사체를 결정하기 위한 방법을 포함한다.
게놈은 통상적으로, DNA(RNA는 유기체의 하위세트에서 유사한 목적을 제공함) 형태의, 유기체의 유전 물질을 결정하기 위해 풀려질 수 있다. 게놈은 유전 물질 내에 저장된 모든 유전자를 포함할 수 있다. 엑솜은 엑손(exon)에 의해 형성된 게놈의 일부이다.
전사체는 세포, 세포의 그룹, 또는 전체 유기체에 대한 mRNA의 발현 수준을 지칭한다. 전사체는 특정 세포주에 대한 환경에 관한 일부 정보를 함유하는데, 왜냐하면 mRNA 발현 산물이 환경 조건을 기초로 하여 달라질 수 있기 때문이다.
단백질체는 세포, 세포의 그룹, 또는 전체 유기체에서 발현된 단백질의 집단을 지칭한다. 단백질체는 또한, 특정 세포주를 위한 환경에 관한 정보를 함유하는데, 왜냐하면 단백질 발현이 환경 조건을 기초로 하여 달라질 수 있기 때문이다.
대사체는 생물학적 샘플에 존재하는 소-분자의 집단을 지칭한다. 대사체는 특정 세포주에 대한 환경에 관한 추가적이고 상이한 정보를 함유하는데, 왜냐하면 소-분자 생성 및 소비가 환경 조건을 기초로 하여 달라질 수 있기 때문이다.
상기한 것 모두 위에는 아직 효과적으로 또는 효율적으로 프로빙되지 않은 영역, 즉, 제공된 생물학적 샘플에서 임의의 또는 모든 생물학적 분자에 대한 구조 정보(conformational information)를 지칭하는 "구조체(conformatiome)"가 놓여 있다. 구조체는 이상적으로, 천연 상태 및 변경되지 않은 구조적 상태(conformational state)의 다양한 생물학적 분자에 관한 구조적 정보를 제공한다.
입체 구조 정보(conformational structural information)를 조사하는 것을 필요로 하는 현 방법은 하기 문제들 중 하나 이상을 나타낸다. 첫째로, 몇몇 방법은 샘플의 결정화(예를 들어, x-선 결정학), 또는 생물학적 분자를 이의 천연 상태로 존재하지 않게 하는 다른 조작을 필요로 한다. 둘째로, 몇몇 방법은 샘플을 태그화하기 위한 종을 제공하기 위해 샘플에 비-천연 화학적 종의 첨가를 필요로 한다. 하나의 예는 단백질의 고속 광화학적 산화(FPOP)이며, 이는 생물학적 분자를 산화시키기 위해 과산화수소의 첨가를 필요로 한다. 과산화수소의 첨가는 연구되는 생물학적 분자의 구조적 상태를 변경시킬 수 있다. 셋째로, 몇몇 방법은 대단히 고가의 장비를 필요로 한다. 예를 들어, 상술된 FPOP는 고가의 장비인 엑시머 레이저의 사용을 필요로 한다. 싱크로트론-기반 하이드록실 라디칼 풋프린팅과 같은 다른 방법은 싱크로트론과 같은 수백만 달러의 설비의 사용을 포함할 수 있다.
구조를 변경할 수 있는 외래 물질에 고려되는 생물학적 분자(들)를 도입할 필요 없이, 구조체(conformatiome)를 연구하기 위한 저렴한 시스템 및 신속한 방법에 대한 요구가 존재한다.
본 개시내용은 생물학적 분자의 플라즈마-유도 산화와 관련한, 방법, 시스템, 조성물(composition of matter), 및 키트를 제시함으로써 상술된 단점을 극복한다.
일 양태에서, 본 개시내용은 샘플에 위치된 생물학적 분자를 개질시키는 방법을 제공한다. 샘플은 유체에 의해 접촉되거나 한정된 공간 내에 둘러싸여질 수 있다. 샘플 또는 유체는 복수의 마커 라디칼 전구체를 함유할 수 있다. 본 방법은 하기 단계들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: a) 유체에서 플라즈마를 발생시키고/거나 샘플 내에 플라즈마를 발생시켜 복수의 마커 라디칼 전구체 중 하나 이상을 하나 이상의 마커 라디칼로 전환시키는 단계로서, 유체에서의 플라즈마는 샘플의 1 cm 내에 플라즈마의 적어도 일부를 갖는 단계; 및 b) 하나 이상의 마커 라디칼을 생물학적 분자와 상호작용시키기에 충분한 길이를 대기시켜 생물학적 분자를 개질시키는 단계.
다른 양태에서, 본 개시내용은 복수의 샘플에 위치된 복수의 생물학적 분자를 개질하는 방법을 제공한다. 복수의 샘플은 유체에 의해 접촉되거나 복수의 한정된 공간에서 단리될 수 있다. 복수의 샘플 또는 유체는 복수의 마커 라디칼 전구체을 함유할 수 있다. 본 방법은 하기 단계들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: a) 유체에서 플라즈마 또는 복수의 플라즈마를 발생시키되, 유체에서의 플라즈마 또는 복수의 플라즈마는 복수의 샘플 각각의 1 cm 이내에 플라즈마 또는 복수의 플라즈마의 적어도 일부를 가지거나, 복수의 샘플 내에서 복수의 플라즈마를 발생시켜, 복수의 마커 라디칼 전구체 중 하나 이상을 하나 이상의 마커 라디칼로 전환시키는 단계; 및 b) 복수의 마커 라디칼 중 하나 이상을 복수의 생물학적 분자와 상호작용시키기에 충분한 시간을 대기시켜 복수의 생물학적 분자를 개질시키는 단계.
또 다른 양태에서, 본 개시내용은 생물학적 분자의 부분이 용매에 접근 가능한 지를 결정하는 방법을 제공한다. 생물학적 분자 및 용매는 샘플에 함유될 수 있다. 샘플은 유체에 의해 접촉되거나, 한정된 공간 내에 둘러싸여질 수 있다. 샘플 또는 유체는 마커 라디칼 전구체를 함유할 수 있다. 본 방법은 하기 단계들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: a) 샘플에 마커 라디칼을 도입하는 플라즈마를 이용하여 생물학적 분자를 산화시키는 단계; b) 단계 a)에 후속하여, 생물학적 분자의 부분이 단계 a)의 산화에 의해 산화되었는 지의 여부를 평가하는 단계로서, 산화의 존재는 부분이 용매에 접근 가능함을 지시하며 산화의 부재는 부분이 용매에 접근 가능하지 않음을 지시하는 단계; 및 c) 부분이 용매에 접근 가능하거나 용매에 접근 가능하지 않은 지의 여부를 지시하는 리포트를 생성시키는 단계.
추가 양태에서, 본 개시내용은 하나 이상의 용매 접근 가능한 부분 및 하나 이상의 용매 비접근 가능한 부분을 갖는 하나 이상의 생물학적 분자를 함유한 생물학적 샘플을 평가하는 방법을 제공한다. 본 방법은 하기 단계들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: a) 생물학적 샘플의 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플을 획득하는 단계로서, 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플은 실질적으로 등가 농도의 하나 이상의 생물학적 분자를 함유하는 단계; b) 생물학적 샘플의 제2 하위샘플 내에 절단 인자를 도입하는 단계로서, 절단 인자는 용매에 용매 비접근 가능한 부분의 적어도 일부를 노출시키기 위해 하나 이상의 생물학적 분자를 변경하도록 구성되는 단계; c) 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플에 마커 라디칼을 도입하는 플라즈마를 이용하여, 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플에서의 하나 이상의 생물학적 분자를 산화시키는 단계; d) 단계 c)에 후속하여, 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플에서의 하나 이상의 생물학적 분자들 간의 산화 수준의 차이를 평가하여, 하나 이상의 용매 비접근 가능한 부분의 적어도 일부를 식별하는 단계; 및 e) 하나 이상의 용매 비접근 가능한 부분의 적어도 일부의 식별을 지시하는 리포트를 생성시키는 단계.
또 다른 양태에서, 본 개시내용은 생물학적 분자를 개질시키기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 샘플 챔버, 접지 전극, 유전체, 플라즈마 전극, 플라즈마 전극 정위화 시스템, 전력공급원, 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 샘플 챔버는 생물학적 분자를 포함하는 샘플을 함유하도록 구성될 수 있다. 샘플 챔버는 화학적으로 및 생물학적으로 불활성인 내부 표면을 포함할 수 있다. 유전체는 접지 전극으로부터 샘플 챔버를 분리시킬 수 있다. 제어 시스템은 전력공급원, 접지 전극, 및 플라즈마 전극과 전자 소통할 수 있다. 제어 시스템은 플라즈마 소스 포인트로부터 플라즈마를 발생시키기 위해 플라즈마 전극 및 접지 전극과 함께 전력공급원으로부터의 전력을 이용하도록 구성될 수 있다. 플라즈마는 생물학적 분자를 산화시키기에 적합한 마커 라디칼을 생성하도록 구성될 수 있다.
추가 양태에서, 본 개시내용은 생물학적 분자를 개질시키기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 샘플 챔버, 플라즈마 제트, 플라즈마 제트 정위 시스템, 전력공급원, 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 샘플 챔버는 생물학적 분자를 포함하는 샘플을 함유하도록 구성될 수 있다. 샘플 챔버는 화학적으로 및 생물학적으로 불활성인 내부 표면을 가질 수 있다. 플라즈마 제트는 플라즈마를 발생시키고 샘플 챔버 내로 플라즈마를 유도하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은 전력공급원 및 플라즈마 제트와 전자 소통할 수 있다. 제어 시스템은 플라즈마를 발생시키고 플라즈마를 샘플 챔버 내로 유도하기 위해 플라즈마 제트와 함께 전력공급원으로부터의 전력을 이용하도록 구성될 수 있다. 플라즈마는 생물학적 분자를 산화시키기에 적합한 마커 라디칼을 생성시키도록 구성될 수 있다.
추가적인 양태에서, 본 개시내용은 조성물을 제공한다. 조성물은 액체 샘플 중 생물학적 분자 및 적어도 하나의 마커 라디칼 전구체, 및 액체 샘플 내의 플라즈마를 포함할 수 있다. 플라즈마는 적어도 하나의 마커 라디칼 전구체를 마커 라디칼로 전환시키도록 구성될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 개시내용은 조성물을 제공한다. 조성물은 플라즈마-유도 산화에 대한 예측 가능한 반응을 갖도록 구성된 합성 생물학적 분자를 포함할 수 있다.
다른 추가 양태에서, 본 개시내용은 키트를 제공한다. 키트는 플라즈마-유도 산화에 대한 공지된 반응을 갖는 샘플, 및 공지된 반응과 관련한 정보를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 일 양태에 따른 시스템이다.
도 2는 본 개시내용의 일 양태에 따른 시스템이다.
도 3은 본 개시내용의 일 양태에 따른 플라즈마의 이미지이다.
도 4는 실시예 1에 기술된 바와 같은, 방전 전반에 걸친 전압 및 전류의 플롯이다.
도 5는 실시예 1에 기술된 바와 같은, 생물학적 분자의 상대적 개질을 도시한 플롯이다.
도 6은 실시예 2에 기술된 바와 같은, 생물학적 분자의 개질 백분율을 도시한 플롯이다.
도 7은 실시예 3에 기술된 바와 같은, DNA의 분해를 예시한 전기영동 겔의 이미지이다.
도 8은 실시예 3에 기술된 바와 같은, DNA의 분해를 예시한 전기영동 겔의 이미지이다.
도 9는 실시예 4에 기술된 바와 같은, 세포 내에서의 생물학적 분자의 개질 백분율을 도시한 플롯이다.
도 10은 실시예 4에 기술된 바와 같은, 세포 내에서의 특정 생물학적 분자의 특정 부분의 개질 백분율을 도시한 플롯이다.
도 11은 실시예 6에 기술된 바와 같이, 소화되지 않은 및 소화된 소혈청 알부민의 산화의 한 쌍의 플롯이다.
도 12는 실시예 6에 기술된 바와 같이, 소화되지 않은 및 소화된 소혈청 알부민의 산화의 한 쌍의 플롯이다.
도 13은 실시예 6에 기술된 바와 같이, 소화되지 않은 및 소화된 소혈청 알부민의 산화의 한 쌍의 플롯이다.
도 14는 실시예 6에 기술된 바와 같이, 소화되지 않은 및 소화된 소혈청 알부민의 산화의 한 쌍의 플롯이다.
도 15는 실시예 6에 기술된 바와 같이, 소화되지 않은 및 소화된 소혈청 알부민의 산화의 한 쌍의 플롯이다.
도 16은 실시예 6에 기술된 바와 같이, 소화되지 않은 및 소화된 소혈청 알부민의 산화의 한 쌍의 플롯이다.
도 17은 표피 성장 인자와 결합할 때 산화 감소를 갖는 잔기를 도시한, 표피 성장 인자 수용체 단백질의 결정 구조이다.
도 18은 표피 성장 인자와 결합할 때 산화 감소를 갖는 잔기를 도시한, 표피 성장 인자 수용체 단백질 호모다이머의 결정 구조이다.
본 발명이 더욱 상세히 기술되기 전에, 본 발명이 기술된 특정 구체예들로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본원에서 사용되는 용어가 단지 특정 구체예를 기술할 목적을 위한 것이고, 이를 제한하려는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 단지 청구범위에 의해서만 제한될 것이다. 본원에서 사용되는 단수 형태("a", "an", 및 "the")는 문맥이 달리 명확하게 기술하지 않는 한 복수의 구체예를 포함한다.
생물학적 분자를 개질시키는 것과 관련한 특정 구조, 디바이스 및 방법이 개시되어 있다. 이미 기술된 것 이외에 다수의 추가적인 변형이 본 발명의 개념으로부터 벗어나지 않으면서 가능하다는 것이 당업자에게 명백해야 한다. 본 개시내용을 해석할 때, 모든 용어는 문맥과 일치하는 가장 넓은 가능한 방식으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는(comprising)"의 변형은 비-독점적 방식으로 구성요소, 성분 또는 단계를 지칭하는 것으로서 해석되어야 하며, 이에 따라, 언급된 구성요소, 성분 또는 단계는 명백하게 언급되지 않은 다른 구성요소, 성분, 또는 단계와 결합될 수 있다. 특정 구성요소를 "포함하는" 것으로서 언급된 구체예는 또한, 그러한 구성요소를 "본질적으로 포함하는(consisting essentially of)" 및 그러한 구성요소로 "이루어진(consisting of)" 것으로서 고려된다. 특정 값에 대한 둘 이상의 범위가 나열될 때, 본 개시내용은 명시적으로 인용되지 않은 그러한 범위의 상한 및 하한의 모든 조합을 고려한다. 예를 들어, 1 내지 10, 또는 2 내지 9의 값의 기재는 또한 1 내지 9 또는 2 내지 10의 값을 고려한다.
다양한 양태는 다양한 작용성 성분 및 가공 단계의 측면에서 본원에 기술될 수 있다. 이러한 성분 및 단계가 특정 기능을 수행하도록 구성된 임의의 수의 하드웨어 부품에 의해 실현될 수 있는 것으로 인식되어야 한다.
방법
본 개시내용은 다양한 방법을 제공한다. 다양한 방법이 다른 방법과 함께 사용하기에 적합하다는 것이 인식되어야 한다. 유사하게, 다양한 방법이 본원의 다른 곳에 기술된 시스템 및 조성물과 함께 사용하기에 적합하다는 것이 인식되어야 한다. 본 개시내용의 특성이 제공된 방법과 관련하여 기술될 때, 그러한 특성은 또한, 문맥이 달리 명확하게 기술하지 않는 한, 본원에 기술된 다른 방법, 시스템, 및 조성물을 위해 유용한 것으로서 명백하게 고려된다.
본 개시내용의 방법은 일반적으로, 생물학적 분자를 개질시키기 위한 신규한 공정의 발견으로부터 나온 것이다. 이러한 신규한 공정은 플라즈마의 발생을 수반하며, 이는 그 자체가 생물학적 분자 상의 다양한 치환체를 산화시킬 수 있는 마커 라디칼(예를 들어, 하이드록실 라디칼)을 생성시킨다. 하이드록실 라디칼을 사용한 생물학적 분자의 산화는 일반적으로 공지되며, 본 개시내용은 이러한 공정의 개선을 나타낸다.
일 양태에서, 본 개시내용은 생물학적 분자를 개질시키는 방법을 제공한다. 생물학적 분자는 샘플에 위치될 수 있다. 샘플은 유체에 의해 접촉되거나 한정된 공간 내에서 둘러싸여질 수 있다. 본 방법은 a) 유체에서 샘플의 소정 거리 내에서 플라즈마를 발생시키거나 샘플 내에서 플라즈마를 발생시키고; b) 소정 시간을 대기시키는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마는 5 mm 이하, 3 mm 이하, 1 mm 이하, 100 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이하, 또는 1 ㎛ 이하를 포함하지만, 이로 제한되지 않는, 1 cm 이하의 거리에서 샘플에 대해 가장 가까운 포인트를 가질 수 있다. 특정 양태에서, 플라즈마는 샘플과 접촉할 수 있다. 플라즈마가 전극을 통해 발생되는 특정 양태에서, 플라즈마는 샘플에 대해, 1 cm 이하의 거리 또는 3 mm 이하의 거리를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 3 cm 이하의 거리에 정위된 전극에 의해 발생될 수 있다. 당업자는, 이러한 거리가 예를 들어, 보다 높거나 더 낮은 전압을 이용하거나, 플라즈마 펄스의 주파수를 변경함으로써 확대되거나 축소될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
단계 a)의 발생은 이에 의해, 복수의 마커 라디칼 전구체 중 하나 이상을 하나 이상의 마커 라디칼로 전환시킬 수 있다. 마커 라디칼의 예는 하이드록실 라디칼(·OH), 수소 라디칼(H·), 니트라이트 또는 이산화질소 라디칼(·NO2), 니트레이트 라디칼(·NO3), 퍼옥사이드 라디칼(·OOH), 라디칼 전구체와 상호작용하는 플라즈마에 의해 생성되는 것으로서 당업자에게 공지된 다른 라디칼, 및 이들의 조합, 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 마커 라디칼 전구체의 예는 하이드록실 라디칼 전구체, 예를 들어, 물 또는 과산화수소, 수소 라디칼 전구체, 예를 들어, 수소 가스, 니트라이트 또는 이산화질소 라디칼 전구체, 예를 들어, 니트라이트 또는 이산화질소, 니트레이트 라디칼 전구체, 예를 들어, 니트레이트, 퍼옥사이드 라디칼 전구체, 예를 들어, 과산화수소, 플라즈마와 상호작용함으로써 라디칼로 전환되는 당업자에게 공지된 다른 전구체, 및 이들의 조합, 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 시간은 하나 이상의 마커 라디칼을 생물학적 분자와 상호작용시키기에 충분한 시간일 수 있다. 이러한 상호작용은 생물학적 분자를 개질시킬 수 있다.
임의의 특정 이론에 의해 제한하고자 하는 것은 아니지만, 유체에서 플라즈마를 발생시키는 것은 유체에서의 마커 라디칼 전구체를, 이후에 확산되거나 그밖에 어떻게든 샘플 내로 이송되는 마커 라디칼로 전환시키는 것을 포함할 수 있다. 임의의 특정 이론에 의해 제한하고자 하는 것은 아니지만, 샘플 내에서 플라즈마를 발생시키는 것은 샘플에서의 마커 라디칼 전구체를, 샘플 내에서 확산되고 이후에 생물학적 분자와 상호작용하는 마커 라디칼로 전환시키는 것을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 유체에서 또는 샘플 내에서 플라즈마를 발생시키는 것은 유체 및 샘플 둘 모두 내에서 플라즈마를 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
특정 양태에서, 플라즈마를 발생시키는 단계는 플라즈마 제트로부터 플라즈마를 발생시키는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 제트에 대한 원리는 하기에서 더욱 상세히 기술되지만, 간단하게, 플라즈마 제트는 한정된 공간에서 플라즈마를 발생시키고 후속하여 가스 흐름을 이용하여 발생된 플라즈마를 타겟 쪽으로(이러한 경우에, 샘플 쪽으로) 투사시키는 것을 포함한다.
플라즈마를 발생시키는 단계는 단일 플라즈마 펄스 또는 일련의 플라즈마 펄스를 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
특정 양태에서, 플라즈마는 500 V 내지 100 kV, 1 kV 내지 50 kV, 또는 5 kV 내지 15 kV의 전압을 포함하지만, 이로 제한되지 않는 1 V 내지 1 MV의 전압에 의해 발생될 수 있다. 상기에 개시된 거리와 마찬가지로, 이러한 전압은 특정 작동 파라미터에 따라 확대되거나 축소될 수 있다.
일련의 플라즈마 펄스를 사용하는 양태에서, 이러한 문단에서 작동 파라미터가 이용될 수 있다. 플라즈마 펄스는 500 ps 내지 100 ㎲ 또는 1 ns 내지 10 ㎲ 범위의 펄스를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 1 ps 내지 1 ms 범위의 펄스를 가질 수 있다. 일련의 플라즈마 펄스는 10 Hz 내지 100 MHz, 또는 1 kHz 내지 10 kHz 범위의 주파수를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 1Hz 내지 100 GHz 범위의 주파수를 가질 수 있다. 일련의 플라즈마 펄스는 100 ns 내지 20분, 1 μs 내지 1시간, 1 ms 내지 30분, 1 s 내지 10분, 또는 30 s 내지 5분 범위의 총 시간을 포함하지만, 이로 제한되지 않는 1 ns 내지 수 시간 내지 수 일 범위의 총 시간 동안 발생될 수 있다. 일련의 플라즈마 펄스에 대한 상술된 펄스 폭, 주파수, 및 총 시간 파라미터는 생성되는 마커 라디칼의 수명, 타겟 생물학적 분자의 농도, 타겟 생물학적 분자의 크기, 마커 라디칼 전구체의 농도, 다양한 농도의 마커 라디칼의 존재 하에서의 타겟 생물학적 분자의 안정성, 및/또는 요망되는 생물학적 분자의 개질 및/또는 파괴의 범위에 따라 달라질 수 있다.
특정 양태에서, 플라즈마 발생 단계는 샘플과 함께 소정 농도의 마커 라디칼을 생성하도록 구성될 수 있다. 마커 라디칼의 농도는 플라즈마 직후에 가장 높고, 마커 라디칼이 생물학적 분자와 상호작용하고/거나 샘플 내의 다른 성분들과 상호작용하고/거나 재조합 과정으로 인해 시간에 따라 자연적으로 붕괴하기 때문에, 시간에 따라 붕괴한다. 특정 양태에서, 플라즈마를 발생시키는 단계는 500 nM 내지 800 nM, 5 μM 내지 8 μM, 또는 50 μM 내지 80 μM의 샘플 중 마커 라디칼의 최대 농도를 포함하지만, 이로 제한되지 않는, 50 nM 내지 800 μM일 수 있는 샘플 중 마커 라디칼의 최대 농도를 제공하도록 구성될 수 있다. 특정 양태에서, 플라즈마를 발생시키는 단계는 500 nM 내지 800 nM, 5 μM 내지 8 μM, 또는 50 μM 내지 80 μM의 샘플 중 마커 라디칼의 최대 농도를 포함하지만, 이로 제한되지 않는, 50 nM 내지 800 μM의 샘플 중 마커 라디칼의 평균 농도를 제공하도록 구성될 수 있다. 특정 양태에서, 평균 농도는 제공된 값의 75%, 50%, 40%, 30%, 20%, 또는 10%를 포함하지만, 이로 제한되지 않는, 플라즈마의 "온(on)" 시간을 기초로 하여 제공된 값의 분율 또는 백분율일 수 있다. 평균 농도는 플라즈마 또는 일련의 플라즈마 펄스가 발생되는 시간 플러스(plus) 약 5초, 10초, 30초, 또는 1분의 시간 동안 측정될 수 있다.
특정 양태에서, 플라즈마를 발생시키는 단계는 샘플의 농도를, 생물학적 분자 또는 복수의 생물학적 분자의 변성을 개시하는 양 미만의 양까지 상승시킬 수 있다. 복수의 생물학적 분자가 이러한 것이 변성되는 상이한 온도를 갖는 경우에, 플라즈마를 발생시키는 단계는 샘플의 온도를, 가장 낮은 변성 온도를 갖는 생물학적 분자의 변성을 개시하는 양 미만의 양까지 상승시킬 수 있다. 본 개시내용의 이러한 양태의 목적을 위하여, 변성은 4차, 3차, 또는 2차 구조의 변성을 지칭할 수 있다.
특정 양태에서, 플라즈마를 발생시키는 단계는 샘플의 온도를 5℃ 미만, 또는 0.5℃ 미만을 포함하지만, 이로 제한되지 않는 50℃ 미만까지 상승시킬 수 있다. 특정 양태에서, 플라즈마를 발생시키는 단계는 샘플의 농도를, 28.5℃ 미만의 온도, 또는 23.5℃ 미만의 온도를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 73.5℃ 미만의 온도까지 상승시킬 수 있다.
특정 양태에서, 플라즈마를 발생시키는 단계는 180 MJ/㎕ 미만, 또는 360 MJ/㎕ 미만의 샘플에 대한 단위 부피 당 에너지의 양을 포함하지만, 이로 제한되지 않는, 60 MJ/㎕ 미만의 샘플에 대한 단위 부피 당 에너지의 양을 전달할 수 있다.
특정 양태에서, 본 방법은 10 ㎕ 내지 100 mL의 부피, 또는 50 ㎕ 내지 200 ㎕의 부피를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 1 ㎕ 내지 400 L의 부피를 갖는 샘플 상에서 수행될 수 있다.
샘플이 유체에 의해 접촉되는 양태에서, 유체는 10 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 90 중량% 내지 99 중량%의 농도 범위를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 0.01 중량% 내지 99.99 중량%의 농도 범위로 마커 라디칼 전구체를 함유한 가스상 공급가스일 수 있다. 가스상 공급가스는 공기, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 제논, 크립톤, 사불화탄소, 수소, 및 이들의 조합, 등일 수 있다.
마커 라디칼 전구체가 샘플 중에 위치된 양태에서, 샘플은 10 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 90 중량% 내지 99 중량%의 농도 범위를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 0.01 중량% 내지 99.99 중량%의 농도 범위로 마커 라디칼 전구체를 함유할 수 있다.
생물학적 분자를 개질시키는 방법은 복수의 생물학적 분자를 개질시키도록 확장될 수 있다. 이는 적어도 2가지 방식으로 수행될 수 있다. 첫째로, 단일 샘플은 다수의 생물학적 분자를 함유할 수 있다. 둘째로, 각각이 적어도 하나의 생물학적 분자를 함유한 복수의 샘플은 본원에 기술된 방법들로 수행될 수 있다. 복수의 샘플을 수반하는 이러한 제2 방법을 위하여, 부피와 같은 단일 샘플과 관련하여 기술된 방법의 양태는 복수의 샘플 각각에 적용 가능할 수 있다.
샘플은 하나 이상의 생물학적 분자 내에 함유된 생물학적 샘플일 수 있거나, 샘플은 완충 용액에 용해된 단백질 샘플과 같은, 생물학적 분자를 포함하기 위해 제조된 샘플일 수 있다.
특정 양태에서, 생물학적 분자는 핵산 분자, 단백질, 지질, 생물학적 대사물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
특정 양태에서, 샘플은 혈액, 혈장, 소변, 타액, 림프, 눈물, 땀, 뇌척수액, 양수, 수양액, 유리체액, 담즙, 모유, 세루멘, 카일, 차임(chime), 내림프, 외림프, 삼출물, 배설물, 여성 사출액, 위산, 위액, 점액, 심장막액, 복막액, 흉수, 고름, 점막 분비물, 피지, 장액, 정액, 스메그마(smegma), 담, 윤활액, 질 분비물, 토사물, 살아있는 박테리아 배양물, 살아있는 조직 또는 진핵생물 세포 배양물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 특정 양태에서, 샘플은 진핵생물 세포내 유체, 진핵생물 세포외 유체, 원핵생물 세포내 유체, 원핵생물 세포외 유체, 균질화된 조직 또는 세포, 균질화된 조직 또는 세포 배양물, 균질화된 식물 조직, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 샘플이 세포외 유체인 특정 양태에서, 세포외 유체는 혈관내 유체, 간질액, 림프액, 세포 횡단액, 식물 아포플라스틱 또는 혈액 유체, 원핵생물 또는 진핵생물 시험관내 성장으로부터의 과량의 영양 배지, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 샘플이 살아있는 박테리아, 조직, 또는 진핵생물 세포 배양물인 특정 양태에서, 배양물은 임의의 종의 원핵생물 유기체, 임의의 포유류 조직 또는 세포 배양물, 진핵생물 유기체의 임의의 배양 가능한 종, 또는 이들의 조합일 수 있다. 특정 양태에서, 샘플은 임의의 살아있는 유기체 또는 유기체의 하위-성분, 예를 들어, 하나 이상의 세포일 수 있으며, 이는 본원에 기술된 시스템에 정위되기에 적합하고/거나 본원에 기술된 방법에서 사용하기에 적합할 수 있다.
특정 양태에서, 샘플은 하나 이상의 생물학적 분자 및 완충 용액을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 완충 용액은 포스페이트 완충된 염수 용액, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄 (트리스), 트리스 염산, 암모늄 바이카보네이트, 4-(2-하이드록시에틸)-1-피페라진에탄설폰산(HEPES), 3-(N-모르폴리노)프로판설폰산(MOPS), 2-(N-모르폴리노)에탄설폰산(MES), 2,2-비스(하이드록시메틸)-2,2',2"-니트릴로트리에탄올(비스-트리스), N-(2-아세트아미도)이미노디아세트산(ADA), 피페라진-N,N'-비스(2-에탄설폰산)(PIPES), N-(2-아세트아미도)-2-아미노에탄설폰산(ACES), 3-(N-모르폴리닐)-2-하이드록시프로판설폰산 소듐 염(MOPSO), 1,3-비스(트리스(하이드록시메틸)메틸아미노)프로판(비스-트리스 프로판), N,N-비스(2-하이드록시에틸)-2-아미노에탄설폰산(BES), 2-[[1,3-디하이드록시-2-(하이드록시메틸)프로판-2-일]아미노]에탄설폰산(TES), 3-(비스(2-하이드록시에틸)아미노)-2-하이드록시프로판-1-설폰산(DIPSO), 3-[[1,3-디하이드록시-2-(하이드록시메틸)프로판-2-일]아미노]-2-하이드록시프로판-1-설폰산(TAPSO), 트리즈마, 피페라진-1,4-비스(2-하이드록시프로판설폰산) 이수화물 (POPSO), 3-[4-(2-하이드록시에틸)-1-피페라지닐]프로판설폰산(HEPPS), N-(2-하이드록시-1,1-비스(하이드록시메틸)에틸)글리신 (TRICINE), 글리실글리신(GLY-GLY), 2-(비스(2-하이드록시에틸)아미노)아세트산 (BICINE), N-(2-하이드록시에틸)피페라진-N'-(4-부탄설폰산)(HEPBS), 3-[[1,3-디하이드록시-2-(하이드록시메틸)프로판-2-일]아미노]프로판-1-설폰산(TAPS), 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올(AMPD), N-(1,1-디메틸-2-하이드록시에틸)-3-아미노-2-하이드록시프로판설폰산(AMPSO), N-사이클로헥실-2-아미노에탄설폰산(CHES), N-사이클로헥실-2-하이드록실-3-아미노프로판설폰산(CAPSO), 1-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP), N-사이클로헥실-3-아미노프로판설폰산(CAPS), 4-(사이클로헥실아미노)-1-부탄설폰산(CABS), 라이소제니 브로쓰 (LB) 또는 다른 영양소 성장 배지('생물학적 완충제'로서 규정됨), 생물학적으로 또는 생리학적으로 관련된 염, 및 이들의 조합, 등을 포함하거나 이러한 것일 수 있다. 특정 양태에서, 완충 용액은 3 내지 9의 pH, 또는 4 내지 8의 pH를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 1 내지 14의 pH 값을 가질 수 있다.
상술된 방법의 작동 파라미터는 요망되는 양의 산화를 생물학적 분자에 도입하기 위해 당업자에 의해 사용될 수 있다. 또한, 작동 파라미터는 생물학적 분자에 대한 최소량의 손상과 함께 이러한 산화를 유도하기 위해 당업자에 의해 사용될 수 있다. 다른 한편으로, 작동 파라미터는 생물학적 분자에 요망되는 양의 손상을 야기시키는 조건 하에서 이러한 산화를 유도하기 위해 당업자에 의해 사용될 수 있다. 다양한 부류의 정보가 손상을 유도하지 않는 방법으로부터 실현될 수 있으며 다양한 다른 부류의 정보가 제어된 손상 및/또는 완전한 손상을 유도하는 방법으로부터 실현될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
산화의 수준 및 손상의 양의 제어는 특정의 이상적인 작동 파라미터에 대한 예측 가능한, 공지된 반응을 갖는 대조 샘플을 사용하여 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 하기 실시예 1에 기술되는 시토크롬 C 실험은, 특정 실험에 대한 작동 파라미터가 적절한 지를 결정하기 위해 벤치마크(benchmark)로서 사용될 수 있다. 특정 양태에서, 본원에 기술된 방법은 플라즈마-유도 산화에 대한 공지된 반응을 갖는 대조 샘플을 사용하여 한 세트의 작동 파라미터를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상술된 방법은 생물학적 분자에 대한 구조적 정보를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 생물학적 분자는 생물학적 분자의 다양한 부분과의 용매 상호작용을 배제하는 2차, 3차 및 4차 구조를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 생물학적 분자의 일부가 용매에 접근 가능한 지를 결정하는 방법을 제공한다. 본 방법은 하기 단계들을 포함할 수 있다: 샘플에 마커 라디칼을 도입하는 플라즈마를 이용하여, 생물학적 분자를 산화시키는 단계; 산화에 후속하여, 생물학적 분자의 일부가 단계 a)의 산화에 의해 산화되었는 지의 여부를 평가하는 단계로서, 산화의 존재는 이러한 부분이 용매에 접근 가능함을 지시하며, 산화의 분재는 이러한 부분이 용매에 접근 가능하지 않음을 지시하는 단계; 및 이러한 부분이 용매에 접근 가능한 지 또는 용매에 접근 가능하지 않은 지의 여부를 지시하는 리포트를 생성시키는 단계.
다른 양태에서, 본 개시내용은 하나 이상의 용매 접근 가능한 부분 및 하나 이상의 용매 비접근 가능한 부분을 갖는 하나 이상의 생물학적 분자를 함유한 생물학적 샘플을 평가하는 방법을 제공한다. 본 방법은 하기 단계들을 포함할 수 있다: 생물학적 샘플의 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플을 획득하는 단계로서, 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플은 실질적으로 등가 농도의 하나 이상의 생물학적 분자를 함유하는 단계; 생물학적 샘플의 제2 하위샘플 내로 절단 인자를 도입하는 단계로서, 절단 인자는 용매에 용매 비접근 가능한 부분의 적어도 일부를 노출시키기 위해 하나 이상의 생물학적 분자를 변경하도록 구성되는 단계; 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플에 마커 라디칼을 도입하는 플라즈마를 이용하여, 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플에서의 하나 이상의 생물학적 분자를 산화시키는 단계; 산화에 후속하여, 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플에서 하나 이상의 생물학적 분자들 간의 산화 수준의 차이를 평가하여, 하나 이상의 용매 비접근 가능한 부분의 적어도 일부를 식별하는 단계; 및 리포트를 생성시키는 단계.
이러한 방법의 산화는 본원의 다른 곳에 기술된 방법에 의해 달성될 수 있다.
절단 인자를 도입하는 단계는 하나 이상의 생물학적 분자에서 구조의 예측 가능한 변화를 촉진시키기 위해 사용될 수 있다. 비교 베이스라인으로서 구조의 이러한 예측 가능한 변화를 이용하여, 절단 인자로 처리되지 않은 생물학적 분자의 산화 수준과 절단 인자로 처리된 생물학적 분자의 산화 수준의 비교는 용매 접근성에 대한 정보를 제공할 수 있다.
일부 양태에서, 절단 인자는 용매에 하나 이상의 생물학적 분자의 용매 비접근 가능한 부분 모두를 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 단백질은 모두가 용매에 접근 가능한 개별 아미노산으로 소화될 수 있으며, 이러한 경우에, 소화된 단백질은 용매에 접근 가능한 모든 부분을 가질 것이며, 이에 따라, 산화, 및 소화되지 않은 단백질은 단지 용매에 접근 가능한 이의 일반적으로 용매 접근 가능한 부분만을 가질 것이다.
절단 인자에는 트립신(소), 키모트립신(소), 엔도프로티나아제 Asp-N(슈도모나스 프라기(Pseudomonas fragi)), 엔도프로티나아제 Arg-C(마우스 턱밑샘), 엔도프로티나아제 Glu-C(V8 프로테아제)(스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus)), 엔도프로티나아제 Lys-C(리소박터 엔자이모게네스(Lysobacter enzymogenes)), 펩신(돼지), 테르몰리신(바실러스 써모-프로테올리티쿠스(Bacillus thermo-proteolyticus)), 엘라스타아제(돼지), 파파인(카리카 파파야(Carica papaya)), 프로테아제 K(트리티라키움 알붐(Tritirachium album)), 수브틸리신(바실러스 수브틸리스(Bacillus subtilis)), 클로스트리파인(엔도프로티나아제-Arg-C)(클로스트리듐 히스톨리티쿰(Clostridium histolyticum)), 엑소펩티다아제, 카복시펩티다아제 A(소), 카복시펩티다아제 B(돼지), 카복시펩티다아제 P(페니실리움 잔티넬륨(Penicillium janthinellum)), 카복시펩티다아제 Y(효모), 카텝신 C, 아실아미노산-배출 효소(돼지), 피로글루타메이트 아미노펩티다아제(소), 당업자에게 공지된 다른 절단 인자, 및 이들의 조합, 등이 있을 수 있다.
평가 단계는 질량 분광계 분석, 겔 전기영동, 시퀀싱, 예를 들어, DNA 시퀀싱, 등을 포함할 수 있다. 본원에 기술된 산화는 생물학적 분자의 일부의 분자량을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 특정 아미노산은 마커 라디칼에 의한 산화되기 쉽다. 특정 아미노산의 분자량의 증가는 이러한 것이 산화 시에 접근 가능함을 지시한다. 다른 예로서, 생체내 DNA의 조각은 (예를 들어, 여기에 결합된 단백질을 가짐으로써) 주변 환경으로부터 보호될 수 있으며, 그러한 조각은 본원에 기술된 바와 같이 생성된 라디칼에 노출되지 않을 것이고, 이에 따라, 라디칼 분열을 일으키지 않을 것이다. 이에 따라, 손상되지 않게 유지되고 그 자체로 동정되는 DNA 조각은 생체내에서 단백질에 의해 결합되는 것과 상호연관될 수 있다.
본원에 기술된 방법은 생물약제(biopharmaceutical)에 대한 품질 관리를 포함하지만 이로 제한되지 않는 다양한 적용을 위해 유용할 수 있다. 생물약제는 특정 경우에 이러한 것이 의도되는 바와 같은 생물학적 환경에서 기능할 수 있도록 필요한 2차, 3차 및/또는 4차 구조를 보유하는 경우에만 효과적일 수 있다. 이에 따라, 생산 동안, 운반 전반에 걸쳐, 사용 전에, 생물약제가 이의 의도된 2차, 3차 및/또는 4차 구조를 상실하지 않는 것을 확인하는 것이 중요할 수 있다. 본원에 기술된 방법은 이러한 구조를 모니터링하고 생체약제의 순응성을 평가하기 위한 수단을 제공한다.
본원에 기술된 방법은 또한, 대상체에서 질병 상태를 평가하는 데 사용될 수 있으며, 여기서, 질병 상태는 하나 이상의 생물학적 분자의 구조적 변화(conformational change)에 의해 표현된다. 예를 들어, 질병 상태가 단백질 다이머의 분리(breaking apart)에 의해 표현되는 경우에, 본 개시내용의 방법은 대개 용매에 접근 가능하지 않은, 다이머의 하위단위들 사이의 접촉 표면이 용매에 접근 가능하게 됨을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 방법이 접촉 표면이 용매에 접근 가능한 것으로 결정하는 경우에, 이러한 정보는 질병 상태에 대한 진단을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
본원에 기술된 방법은 고려되는 샘플의 온도-의존 성질을 연구하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 동력학, 단백질 폴딩, 및 고려되는 다른 온도-의존 메커니즘이 본원에 기술된 방법의 온도-의존 전개로 연구될 수 있다.
본원에 기술된 방법은 고려되는 샘플 내의 성분 또는 하위-성분에 대한 개질 속도를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 방법은 고려되는 단백질 상의 2개의 상이한 잔기의 산화 속도를 비교할 수 있고, 용매 접근성의 수준을 결정하는 것과 같은, 그러한 속도들 간의 차이를 기초로 하여 다양한 후속 추론을 만들 수 있다.
시스템
본 개시내용은 또한, 시스템을 제공한다. 시스템은 본원에 기술된 방법 및 조성물과 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 본 개시내용의 특성이 제공된 시스템과 관련하여 기술될 때, 그러한 특성은 또한, 문맥이 달리 명확하게 기술하지 않는 한, 본원에 기술된 다른 시스템, 방법, 및 조성물과 조합 가능한 것으로서 명백하게 고려된다. 또한, 문맥이 달리 명확하게 기술하지 않는 한, 도 1에 도시된 본 개시내용의 양태와 관련하여 하기에 기술되는 특성은 도 2에 도시된 본 개시내용의 양태에 적용 가능하고, 그 반대도 가능하다. 예를 들어, 도 2에 예시된 냉각 디바이스(44), 샘플 챔버 홀더(46) 또는 보호 하우징(48) 및 도어(50)는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서, 도 1의 문맥에서 배치될 수 있다.
일 양태에서, 도 1을 참조하여, 본 개시내용은 생물학적 분자를 개질시키기 위한 시스템(10)을 제공한다. 생물학적 분자를 개질시키기 위한 시스템(10)은 샘플 챔버(12), 접지 전극(14), 플라즈마 전극(16), 전력공급원(18), 및 제어 시스템(20)을 포함할 수 있다. 시스템(10)은 또한, 전력공급원(18)과 플라즈마 전극(16) 사이에 위치된 증폭기(22)를 포함할 수 있다. 시스템은 샘플 챔버(12)와 접지 전극(14) 사이에 위치된 유전체(24)를 포함할 수 있다.
샘플 챔버(12)는 샘플(26)을 수용하도록 구성될 수 있다. 샘플(26)은 본원의 다른 곳에 기술된 것일 수 있다. 샘플 챔버(12)는 화학적으로 및/또는 생물학적으로 불활성인 내부 표면을 가질 수 있다. 본원에서 사용되는, 생물학적으로 불활성은 하나 이상의 생물학적 분자의 구조적 상태에 영향을 미치지 않는 물질을 지칭한다.
샘플 챔버(12)는 다양한 형상, 예를 들어, 실린더, 타원 실린더, 직육면체, 콘의 절두체, 피라미드의 절두체(삼각형, 사각형, 오각형, 등), 프리즘(삼각형, 오각형, 육각형, 등), 액체 샘플을 보유하기 위한 임의의 적합한 형상, 임의의 하위부분(subdivision)(예를 들어, 반실린더), 등을 취할 수 있다.
샘플 챔버(12)는 최적의 플라즈마 발생, 및 발생된 마커 라디칼의 후속 상호작용을 제공하기 위해 구성된 높이(28) 및 폭(30)을 가질 수 있다. 높이(28)는 0.75 인치일 수 있으며, 폭(30)은 0.5 인치일 수 있으며, 샘플 챔버(12)의 다른 크기가 고려되며, 적절한 크기는 당업자에 의해 결정될 수 있다.
일부 양태에서, 샘플 챔버(12)는 개방된 상부를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 샘플 챔버는 닫혀진 상부를 가질 수 있다. 샘플 챔버(12)가 닫혀진 상부를 갖는 경우에, 샘플(26)은 샘플(26)과 접촉하는 유체, 예를 들어, 가스, 공기, 등이 존재하지 않도록 샘플 챔버(12)에 완전히 채워질 수 있거나, 샘플(26)은 샘플 챔버(12)의 잔류 부분을 점유하는 유체와 함께 샘플 챔버(12)의 부분을 채울 수 있다.
특정 양태에서, 샘플 챔버(12)는 미세유체 디바이스 및/또는 채널의 일부일 수 있다.
접지 전극(14)은 당업자에게 공지된 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 접지 전극(14)에서 사용하기 위한 적합한 전도성 물질의 예는 구리, 은, 금, 알루미늄, 철, 흑연, 칼슘, 베릴륨, 마그네슘, 로듐, 몰리브덴, 이리듐, 텅스텐, 아연, 코발트, 카드뮴, 니켈, 루테늄, 리튬, 오스뮴, 백금, 팔라듐, 셀레늄, 탄탈, 컬럼븀, 납, 바나듐, 주석, 티탄, 이들의 전도성 옥사이드, 이들의 전도성 합금, 전도성 폴리머, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
플라즈마 전극(16)은 당업자에게 공지된 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 플라즈마 전극(16)에서 사용하기 위한 적합한 전도성 물질의 예는 접지 전극(14)에서 사용하기에 적합한 것으로서 상기에 나열된 물질을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
일부 양태에서, 플라즈마 전극(16)은 샘플에 매우 근접할 수 있거나 샘플과 접촉할 수 있다. 플라즈마 전극(16)이 샘플에 매우 근접하거나 샘플과 접촉한 경우에, 플라즈마 전극(16)은 샘플을 오염시키지 않는 물질로 제조될 수 있다. 당업자는 플라즈마 전극(16)이 샘플을 오염시키는 정도가 샘플의 성질에 의존한다는 것을 인식할 것이다. 플라즈마 전극(16)은 본원의 다른 곳에 기술된 샘플에 대해 비-오염성일 수 있다.
플라즈마 전극(16)은 플라즈마(34)가 방출되는 포인트인 플라즈마 소스 포인트(32)를 가질 수 있다. 플라즈마 전극(16)은 다수의 플라즈마 소스 포인트(32)를 가질 수 있다.
특정 양태에서, 플라즈마 전극(16)은 플라즈마 전극(16)과 샘플(26) 간의 직접적인 접촉을 방지할 수 있는 유전체 코팅(미도시됨)을 가질 수 있다. 유전체 코팅은 적어도 플라즈마 소스 포인트(32)를 덮을 수 있다. 당업자는, 이러한 코팅이 시스템(10)의 플라즈마 발생 성질에 영향을 미칠 수 있고, 시스템(10)의 전체 성능을 유지하면서 이러한 코팅을 수용하도록 시스템(10)의 다양한 양태를 조정할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
특정 양태에서, 플라즈마 전극(16)은 니들의 형상 또는 플라즈마(34)를 생성시키기에 적합한 임의의 형상을 가질 수 있다. 플라즈마 소스 포인트(32)는 본 개시내용에 따라 플라즈마(34)를 생성시키기에 적합한 형상을 취할 수 있다. 특정 양태에서, 플라즈마 소스 포인트(32)는 니들 팁, 볼록 둥근 표면, 편평한 표면, 다수의 니들 팁, 디스크, 구체의 형상, 또는 플라즈마(34)를 발생시키기에 적합한 당업자에게 공지된 다른 형상을 취할 수 있다.
특정 양태에서, 플라즈마(34)는 전극을 포함하지 않는 플라즈마 발생기에 의해 발생될 수 있다. 일 예로서, 마이크로파 소스는 본원의 다른 곳에 기술된 성질을 갖는 플라즈마(34)를 발생시키도록 구성될 수 있다.
특정 양태에서, 플라즈마 전극(16)은 플라즈마 전극 변환 디바이스(36)에 기계적으로 결합될 수 있다. 플라즈마 전극 변환 디바이스(36)의 예는 1-, 2-, 또는 3-차원 변환 스테이지(수동 및 모터-구동), 로보트 팔, 전극 배열, 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
또한, 샘플 챔버(12), 접지 전극(14), 및 유전체(24)가 샘플 챔버 변환 디바이스(미도시됨)에 의해 플라즈마 전극(16)에 대해 선택적으로 이동 가능한 시스템에 고려된다. 샘플 챔버 변환 디바이스의 예는 플라즈마 전극 변환 디바이스(36)에 대해 상술된 것을 포함한다.
제어 시스템(20)은 다양한 기능 발생기, 프로그램 가능한 제어기, 펄스 발생기, 전압계, 전류계, 광센서, 온도계, 가스 압력 센서, 가스 흐름 제어기, 형광계, 모노크로미터, 액체 유량계, 액체 유량 제어기, 타이머, 또는 당업자가 시스템(10)의 다양한 부품의 제어를 위해 유용한 것으로 인식하는 다른 부품들을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 제어 시스템(20)은 컴퓨터이다. 제어 시스템(20)은 플라즈마 방출 시간의 정밀한 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(20)은 플라즈마 배출의 밀리초 분해능, 예를 들어, 100 ms 초과, 10 ms 초과, 또는 1 ms 초과의 분해능을 제공할 수 있다.
시스템(10)은 사용자 인터페이스(38)를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(38)는 제어 시스템(20) 및/또는 전극 변환 디바이스(36)와 소통할 수 있다. 사용자 인터페이스는 컴퓨터, 개인용 디바이스, 예를 들어, 테블릿 또는 스마트폰, 기계적 입력 장치, 예를 들어, 버튼, 손잡이, 스위치, 등, 또는 사용자 입력을 수용하고 시스템(10)을 작동시키기 위해 제어 시스템(20) 및/또는 전극 변환 디바이스(36)에 신호를 제공하는 다른 수단의 형태를 취할 수 있다.
특정 양태에서, 시스템(10)은 하나 초과의 샘플 챔버(12)를 가질 수 있다. 이러한 양태에서, 시스템(10)은 또한, 샘플 챔버(16)의 수와 동일한 양으로 하나 초과의 플라즈마 전극(16)을 가질 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 96-웰 플레이트와 유사한 샘플 챔버(12)의 배열, 및 각 샘플 챔버(12)가 플라즈마(34)의 발생을 위해 그 안에 정위된 플라즈마 소스 포인트(32)를 갖도록 구성된 개별 또는 독립 플라즈마 전극(16)의 배열을 가질 수 있다.
일 양태에서, 시스템(10)은 생물학적 샘플을 평가하기 위해 사용될 수 있다. 생물학적 샘플을 평가하기 위한 시스템(10)은 임의적으로, 생물학적 분자의 일부가 마커 라디칼에 의해 개질되었는 지의 여부를 결정할 수 있는 분석 디바이스(40)를 포함할 수 있다. 분석 디바이스(40)는 임의적으로 제어 시스템(20) 및/또는 사용자 입력부(38)와 전자 소통할 수 있다. 제어 시스템(20)은 시스템(10)의 다른 양태와 함께 분석 디바이스(40)의 제어를 임의적으로 조정할 수 있다. 사용자 인터페이스(38)는 분석 디바이스를 제어하고/거나 분석 디바이스(40)의 제어를 위해 사용자 입력부를 직접적으로 수용하기 위해 분석 디바이스(40)와 협력하여 임의적으로 사용될 수 있다.
특정 양태에서, 분석 디바이스(40)는 질량 분광계일 수 있다. 질량 분광계는 특정의 관련된 종을 검출하도록 구성된 전용 질량 분광계일 수 있다. 예를 들어, 전용 질량 분광계는 산화된 및 비-산화된 펩티드의 질량을 검출하도록 구성될 수 있으며, 이를 위해, 다른 질량을 무시하면서, 개질된 아미노산을 국소화하는 서열 정보가 얻어질 수 있다.
특정 양태에서, 샘플 챔버(12)는 분석 디바이스(40)에 직접 연결될 수 있으며, 이에 따라, 샘플은 사용자가 샘플을 분석 디바이스로 전달할 필요없이 자동적으로 처리될 수 있다. 특정 양태에서, 자동 전달은 예를 들어, 로보트 피펫 시스템에 의해 일어날 수 있다.
특정 양태에서, 시스템(10)은 샘플(26)을 샘플 챔버(12)내로 자동적으로 도입하기 위한 샘플 호퍼를 포함할 수 있다. 샘플 호퍼의 일 예는 샘플 챔버 위에 정위된 자동 피펫을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 당업자는 가스 크로마토그래피와 같은 다른 기술들과 함께 사용 가능한 자동화 기술이 시스템(10)과 함께 사용 가능할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
하기에 기술되는 기준 샘플 및 키트와 함께, 분석 디바이스에 자동 로딩 및/또는 자동 전달을 이용함으로써, 시스템(10)은 작동 파라미터를 자동적으로 최적화시킬 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 메모리에 기준 질량 스펙트럼을 저장할 수 있다. 시스템은 이후에, 기준 샘플을 샘플 챔버내로 자동적으로 도입하고, 기준 샘플을 한 세트의 작동 파라미터로 자동적으로 산화시키고, 산화된 기준 샘플을 질량 분광계로 자동적으로 전달하고, 기준 샘플의 질량 스펙트럼을 자동적으로 획득하고, 획득된 질량 스펙트럼을 저장된 기준 질량 스펙트럼과 비교할 수 있다. 시스템은 이러한 공정을 반복할 수 있고, 획득된 질량 스펙트럼이 저장된 기준 질량 스펙트럼과 실질적으로 매칭될 때까지 최적화 루틴(optimizing routine)을 이용하여 작동 파라미터를 변경시킬 수 있다.
본원에서 사용되는 "접지 전극"은 서로 실질적으로 동일하게 접지된 개별 접지 전극 또는 복수의 접지 전극을 지칭한다. 예를 들어, 모두 단일 접지에 전자적으로 연결된 복수의 구리 전극은 본 개시내용의 문맥에서 접지 전극으로 여겨질 수 있다. 명확하게 하기 위하여, 접지 전극에 대한 언급은 임의의 수의 개별 접지 전극을 포함한다.
도 2를 참조하면, 시스템(10)은 도 1에 예시된 특성과 양립 가능하고 교환 가능하게 변형된 시스템(10)이 예시된다. 도 2에 도시되고 도 1을 참조로 하여 상술된 특성은 효율성을 위하여 여기세어 반복되지 않지만, 상술된 동일한 및/또는 유사한 상황에서 전개될 것이다. 이러한 특성이 도 2의 상황에서 사용되는 개작(adaptation)을 필요하는 경우에, 당업자는 이러한 개작을 어떻게 수용할 수 있는 지를 이해할 것이다. 일 양태에서, 도 2를 참조하면, 본 개시내용은 플라즈마 제트(42)를 포함하는 시스템(10)을 제공한다. 시스템(10)은 플라즈마 제트(42)로부터 방출되는 플라즈마(34)를 정확하게 전달하기 위해 플라즈마 제트(42)를 물리적으로 조작하도록 구성된 플라즈마 제트 변환 디바이스(37)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 샘플 챔버(12) 내에서 샘플(26)을 열적으로 냉각시키도록 구성된 냉각 디바이스(44)를 포함할 수 있다. 시스템은 샘플 챔버(12)를 수용하도록 구성된 샘플 챔버 홀더(46)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 보호 하우징(48)을 포함할 수 있다. 보호 하우징(48)은 도어(50)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 가스 매니폴드(52)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 온도 센서(54)를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "플라즈마 제트"는 제1 공간 내에서 플라즈마를 발생시키고 발생된 플라즈마를 가스의 이동 및 플라즈마 제트의 형상화에 의해 타겟 쪽으로 나아가게 하는 디바이스를 지칭한다. 플라즈마 발생 분야의 당업자는 플라즈마 제트가 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 다양한 형태를 취할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일 예에서, 플라즈마 제트(42)는 상술된 바와 같이, 마커 라디칼 전구체를 갖는 유체가 이를 통해 흐르는 유리 튜브일 수 있다. 유리 튜브는 유리 튜브 내에서 플라즈마(34)를 발생시키도록 구성된, 전극, 일부 경우에, 코일링된 전극에 의해 둘러싸여질 수 있다. 유체의 유량은 이후에, 플라즈마(34)를 유리 튜브로부터 샘플(26) 쪽으로 나아가도록 조정될 수 있다. 유리 튜브는 플라즈마(34)의 재현 가능한 지향을 용이하게 하는 형상을 가질 수 있다. 플라즈마 제트(42)는 당업자에게 공지된 공급가스 제어를 가질 수 있고, 제어 시스템(42)에 의해 제어될 수 있다. 플라즈마 제트(42)는 또한, 플라즈마(34)의 지향성, 크기, 및 형상의 제어를 위해 차단 가스(sheath gas)를 전개하는 능력을 가질 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 플라즈마 세트의 비-제한적인 예에는 Plasma Surgical, Inc.(Roswell, GA에 본사를 둠)로부터 상업적으로 입수 가능한 PlasmaJet®가 있다.
플라즈마 제트(42) 이용의 장점은 위치 유연성, 플라즈마(34)의 증가된 제어, 및 당업자에게 인식되는 다른 장점들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 일 예로서, 플라즈마 제트(42)의 이용은 더 큰 샘플 챔버(12)의 이용을 용이하게 할 수 있다. 이러한 예에서, 플라즈마 제트(42)는 샘플(26)의 큰 표면적을 가로질러 "스캔"(예를 들어, 래스터 스캐닝 모션(raster scanning motion))하고 샘플(26)의 상이한 구역에 플라즈마(34)를 도입하기 위해 배치될 수 있다.
일부 경우에, 플라즈마 제트(42)는 이의 기능과 관련된 난류(turbulence)를 가질 수 있다. 이러한 난류는 샘플(26)의 혼합을 보조하기 위해 유리하게 사용될 수 있다.
냉각 디바이스(44)는 당업자에게 공지된 대류식 냉각 디바이스일 수 있다. 적합한 냉각 디바이스(44)의 예는 액체 관류 냉각 디바이스, 펠티어 냉각기, 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 냉각 디바이스(44)는 제어 시스템(20)에 의해 제어될 수 있다. 예시되어 있지는 않지만, 냉각 디바이스(44)가 또한, 가열 디바이스 또는 냉각 및 가열 디바이스일 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
샘플 챔버 홀더(46)는 샘플 챔버(12)를 수용하도록 구성될 수 있고, 이에 따라, 샘플 챔버(12)의 크기 및 형상과 관련된 크기 및 형상을 가질 수 있다. 일부 경우에, 샘플 챔버 홀더(46)는 샘플 챔버(12)를 수용하도록 구성된 오목한 공동(recessed cavity)을 가질 수 있다. 일부 경우에, 샘플 챔버 홀더(46)는 샘플 챔버(12)가 놓여지는 편평한 표면을 가질 수 있다. 특정 경우에, 샘플 챔버(12)가 실린더형 형상을 갖는 경우에, 샘플 챔버 홀더(46)는 샘플 챔버를 수용하도록 구성된 실린더형 공동을 가질 수 있다. 샘플 챔버 홀더(46)는 세라믹과 같은 열적으로 전도성인 물질로 제조될 수 있다. 샘플 챔버 홀더(46)는 전기 절연성일 수 있다.
보호 하우징(48)은 기밀적으로 시일링될 수 있다. 보호 하우징(48)의 도어(50)는 자동 잠금 메커니즘(미도시됨)을 가질 수 있다. 자동 잠금 메커니즘은 제어 시스템(20)과 전자 소통하고 제어 시스템(20)에 의해 제어될 수 있다. 자동 잠금 메커니즘은, 시스템(10)이 이용 중에 있을 때 도어(50)를 잠그고 시스템(10)이 비활성일 때 도어(50)를 풀려짐으로써 기능할 수 있다. 보호 하우징(48)은 보호 하우징 내의 환경을 제어할 목적으로 가스를 수용하기 위한 유입구(51)를 가질 수 있다. 가스 매니폴드(52)는 유입구에 결합될 수 있고, 보호 하우징(48) 내에서 대기 조성을 제어할 수 있다. 가스 매니폴드(52)는 임의적으로 제어 시스템(20)에 의해 수동으로 제어되거나, 자동으로 제어될 수 있다. 보호 하우징(48)은 투명할 수 있다. 보호 하우징(48)은 플렉시글라스(plexiglass)로 제조될 수 있다.
온도 센서(54)는 샘플 챔버(12) 부근에, 샘플 챔버(12) 내에, 샘플(26) 부근에, 및/또는 샘플(26) 내에 정위될 수 있다. 다수의 온도 센서(54)가 사용될 수 있다. 온도 센서(54)는 온도계, 열전대, 또는 가스 및/또는 액체에서 온도를 측정하는 데 유용한 당업자에게 공지된 임의의 다른 디바이스일 수 있다. 온도 센서(54)는 임의적으로 제어 시스템(20)와 소통할 수 있다. 온도 센서(54)에 의해 측정된 온도는 시스템(10)을 제어하고 상세하게 플라즈마(34) 및/또는 냉각 디바이스(44)를 제어하기 위해 피드백으로서 사용될 수 있다.
전력공급원(18)은 플라이백 트랜스포머(flyback transformer)를 포함하고 이용할 수 있으며, 이에 따라, 더 낮은 비용에서 고전압 성능을 제공할 수 있다.
제어 시스템(20)은 샘플에 도입된 플라즈마 펄스의 수와 관련하여 피드백을 수용할 수 있고, 그러한 피드백을 기초로 하여 시스템(10)을 추가로 제어할 수 있다.
일부 경우에, 샘플(26)은 증발 및/또는 난류를 최소화하기 위해 샘플(26) 상부에 오일층(미도시됨)을 가질 수 있다.
조성물(Compostion of Matter)
본 개시내용은 조성물을 제공한다.
일 양태에서, 조성물은 액체 샘플 중 생물학적 분자 및 샘플 내의 플라즈마를 포함할 수 있다. 액체 샘플은 적어도 하나의 마커 라디칼 전구체를 포함할 수 있다. 플라즈마는 마커 라디칼 전구체를 마커 라디칼로 전환시키도록 구성될 수 있다.
일 양태에서, 조성물은 유체에 의해 접촉된 액체 샘플 중의 생물학적 분자 및 액체 샘플 및/또는 유체 내의 플라즈마를 포함할 수 있다. 액체 샘플 및/또는 유체는 적어도 하나의 마커 라디칼 전구체를 포함할 수 있다. 플라즈마는 마커 라디칼 전구체를 마커 라디칼로 전환시키도록 구성될 수 있다.
상술된 조성물의 특정 양태에서, 조성물은 복수의 마커 라디칼 전구체을 포함할 수 있으며, 전구체들 중 일부 부분은 마커 라디칼로 전환되며, 이에 따라, 조성물은 플라즈마, 마커 라디칼 전구체, 및 마커 라디칼을 포함한다.
일 양태에서, 조성물은 플라즈마-유도 산화에 대한 예측 가능한 반응을 갖도록 구성된 합성 생물학적 분자를 포함할 수 있다. 합성 생물학적 분자는 사전-결정된 질량 및/또는 사전-결정된 시퀀스를 가질 수 있다. 합성 생물학적 분자는 사전-결정된 횟수, 예를 들어, 1회, 2회, 3회, 등, 최대 n회 선택적으로 산화되도록 구성될 수 있다. 합성 생물학적 분자는 특정 잔부, 예를 들어, 특정 아미노산 상에서, 또는 다수의 특정 잔부 상에서 선택적으로 산화되도록 구성될 수 있다. 합성 생물학적 분자는 특정 라디칼 마커에 의해 선택적으로 산화되도록 구성될 수 있다.
합성 생물학적 분자는 특정 조건 하에서 접근 가능한 용매 및 다른 조건 하에서 접근 가능하지 않은 용매인 특정 잔부 상에서 선택적으로 산화되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 특정 잔부는 제1 온도, pH, 염농도, 또는 다른 파라미터에서 접근 가능한 용매, 및 제2 온도, pH, 염농도, 또는 다른 파라미터에서 접근 가능하지 않은 용매일 수 있다.
특정 양태에서, 조성물은 사전-결정된 성질, 예를 들어, 합성 생물학적 분자와 관련하여 상술된 것, 및/또는 플라즈마-유도 산화에 대한 예측 가능한 반응을 갖도록 구성된 합성 생물학적 분자들의 혼합물을 포함할 수 있다.
특정 양태에서, 조성물은 본원에 기술된 시스템 및 방법의 벤치마킹 성능에 대한 표준으로서 사용될 수 있다.
키트
본 개시내용은 키트를 제공한다.
일 양태에서, 키트는 기존 샘플, 및 기준 샘플을 상술된 방법들 중 하나 이상에 따라 생물학적 분자의 성질을 식별하는 데 유용하게 할 수 있는 정보를 포함할 수 있다. 기준 샘플은 플라즈마-유도 산화에 대한 공지된 반응을 가질 수 있다. 정보는 공지된 반응을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정보는 기준 샘플의 최적의 플라즈마-유도 산화에 대한 공지된 질량 스펙트럼일 수 있고, 이는 메모리에 저장될 수 있다.
실험자는 단백질 샘플이 귀중할 수 있는 것으로 인식할 것이다. 이에 따라, 본 개시내용의 키트는 사용자가 시스템을 적절한 설정으로 조정하도록 허용할 수 있고, 이에 의해 단지 덜 귀중한 기준 샘플의 파괴의 위험을 나타낸다. 예를 들어, 상술된 방법에 대한 공지된 반응을 갖는 기준 샘플, 및 그러한 공지된 반응을 기술하는 정보는 시스템의 작동 파라미터를 최적화하기 위해 사용될 수 있으며, 최적화된 작동 파라미터는 고려되는 샘플 자체와 함께 사용될 수 있다.
일 양태에서, 키트는 시스템이 적절하게 구성된 경우를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
기준 샘플은 플라즈마-유도 산화에 대한 반응이 어느 정도 알려져 있는 한, 본원의 다른 곳에 기술된 샘플의 특성을 포함할 수 있다.
정보는 기준 질량 스펙트럼 또는 기준 질량 스펙트럼의 카탈로그의 형태를 가질 수 있다.
실시예 1. 시토크롬 C 표지화
단백질 용액에서 라디칼을 발생시키기 위해 도 1에 도시된 시스템을 이용하였다. 플라즈마를 하기와 같이 생성시켰다. 저전압 a.c. 소스는 가청-주파수 범위에 있는 가변 주파수 신호를 발생시켰다. 이러한 신호를 Trek 증폭기(Trek, Inc.(Lockport, NY)로부터 입수 가능함)에 공급하여 30 kHz 이하의 동일한 주파수에서 고전압 신호를 생성시켰다. 이후에, Trek 증폭기의 출력을 유리 튜브에서 단백질 용액 위에 배치된 니켈 니들에 공급하였다. 유리 튜브는 0.75 인치의 높이 및 0.5 인치의 직경을 갖는다. 튜브를 유전체 배리어로서 역할을 하는 유리의 얇은 시트(0.0625 인치 두께)에 시일링하였다. 구리 전극을 유리 유전체의 대향측 상에 배치시키고, 신호 발생기의 다른(접지된) 측에 연결하였다. 플라즈마는, 니들과 구리 전극 사이의 전압이 전신호 발생기의 전압 크기 및 주파수에 의존하는 특정 값을 초과할 때마다 마이크로초 버스트로 형성되었다. 플라즈마를 단백질 용액 위의 공기에서 발생하고, 액체 자체 내로 확장하였다.
얻어진 유전체-배리어 방전의 사진은 도 3에 도시되어 있다. 방전을 가로지르는 전압 및 전류의 플롯은 도 4에 도시되어 있으며, 여기서, 전압은 U로 표지되며, 전류는 I로 표지된다. 플롯은 분해가 일어나고 플라즈마가 발생된 시간을 나타낸다. 전압은 솟아올랐으며, 전류는 양의 값과 음의 값 사이에서 흔들렸으며, 펄스 폭은 3 내지 4 ㎲이었다.
이러한 방법의 단백질 표지 능력을 예시하기 위해 정제된 단백질, 시토크롬 C를 단백질 용액에서 사용하였다. 시토크롬 C는 역사적으로, 배경 섹션에 기술된 싱크로트론(synchotron)-기반 방법을 포함하는, 다른 방법에 의해 벤치마킹된 모델 단백질이다. 본 방법의 효과를 입증하기 위하여, 50 ㎛의 농도에서 가볍게 완충된 염 용액 중 시토크롬 C를 하기 조건 하에서 시험하였다: 플라즈마 노출하지 않음; 30초의 플라즈마 노출; 및 2분의 플라즈마 노출. 실험을 2회 독립적으로 수행하고, 2가지의 상이한, 상보적인 질량 분광법 기술을 이용하여 분석하였다. 결과는 도 5 내에 압축되었으며, 이는 플라즈마 노출 시간 증가가 시토크롬 C의 특정 영역 상의 개질을 증가시킴을 예시한다. 이러한 실험은, 상술된 방법이 용량-의존 및 재현성 둘 모두인 것을 확인하였다.
실시예 2. 소혈청 알부민 표지화
단백질 용액에서 라디칼을 생성시키기 위해 실시예 1에 기술된 동일한 작동 파라미터와 함께 도 1에 도시된 바와 같은 시스템을 이용하였다.
10 ㎛의 농도에서 가볍게 완충된 염 용액 중 정제된 소혈청 알부민(BSA)을 하기 조건 하에서 시험하였다: 플라즈마 노출 없음; 30초의 플라즈마 노출; 및 1분의 플라즈마 노출. BSA 내의 4개의 상이한 펩티드를 용량-의존 방식으로 본 방법에 의해 개질하였다.
도 6을 참조하면, 플롯은 3가지 상이한 조건 하에서 4개의 상이한 펩티드에 대한 개질 백분율을 나타낸다. 실시예 1과 함께, 본 실시예는 상이한 농도에서 단백질을 표지하고, 크기가 상이한 단백질을 표지하고, 상이한 물리화학적 성질을 갖는 단백질을 표지하는 데 시스템 및 방법의 효과를 예시한다.
실시예 3. 크기-의존 및 노출-선량-의존 방식으로 DNA의 분해
도 1에 도시된 것과 유사한 실험 셋업 및 실시예 1에 기술된 실험 파라미터와 함께 수 중 정제된 람다 파지 게놈 DNA 샘플을 샘플로서 사용하였다. 람다 파지 게놈은 48,500개의 염기쌍을 함유하고, 선형이다. 샘플을 플라즈마 없음, 5초, 10초, 15초, 30초, 45초, 및 60초의 플라즈마에 노출하였다. 도 7을 참조하면, 플라즈마 노출 후 DNA 샘플과 함께 진행된 전기영동 겔이 도시되어 있다. 노출 없음, 5초 노출, 및 10초 노출을 수행한 샘플은 거의 개질되어 않았다. 15초, 30초, 45초, 및 60초 노출을 수행한 샘플은 겔에서 도말(smear)을 생성하였다. 도말은 여러 상이한 DNA 분해 산물을 나타내며, 이는 비-특이적으로 하이드록실 라디칼 분열 DNA로부터 얻어지며, 이에 따라, 다양한 상이한 크기를 갖는 조각을 야기시킨다. 노출 시간 증가에 따른 도말의 이동은 분해 산물이 노출 시간 증가에 따라 크기를 감소시킴을 예시한다.
7500개의 염기쌍 플라스미드(원형 DNA)를 노출 없음, 5초 노출, 10초 노출, 15초 노출, 및 30초 노출 동안 동일한 조건에 노출하였다. 도 8을 참조하면, 플라즈마 노출 후 DNA 샘플과 함께 진행된 전기영동 겔이 도시된다. 이러한 경우에, 유사한 결과가 전반적으로 관찰되었지만, 람다 파지 게놈 DNA와 비교하여 더 적은 전체 노출 시간이 이러한 DNA를 파괴하기 시작하는 데 요구되었다.
실시예 4. 무손상/살아 있는 세포에서 단백질 표지화
살이 있는 E. coli를 실시예 1에 기술된 플라즈마 조건에 노출하였다. 샘플을 플라즈마 없음, 1분의 플라즈마 노출, 3분의 플라즈마 노출, 및 5분의 플라즈마 노출로 노출시켰다. E. coli 생존력의 유의미한 감소는 플라즈마 노출의 결과로서 관찰되지 않았다. 서열 정보가 사후 질량 스펙트럼 분석으로부터 유도된 모든 펩티드를 시험하였으며, 적어도 하나의 산화 사건을 함유하는 동정된 펩티드의 백분율에서 용량-의존 증가를 시험하였다. 결과는 도 9에서 요약되어 있다.
글리세롤 키나아제, E. coli로부터의 단일 단백질을 분석을 위해 프로테오믹스 백그라운드(proteomic background)로부터 단리하였다. 도 10을 참조하면, 단백질 내의 위치에 대한 개질 백분율의 플롯이 도시된다. 플롯은, 개질이 단백질의 특정 영역, 특히, 용매에 노출된 영역에서 선택적으로 일어났음을 예시한다.
실시예 5. 산화에 대한 구조적 민감성
실시예 1의 실험 파라미터는 2개의 샘플에 대해 반복되었다: 1) 무손상 시토크롬 C를 함유한 용액; 및 2) 먼저 펩티드로 단백질분해시킴으로써 변성된 시토크롬 C를 함유한 용액. 두 용액 모두를 동일한 시간 동안 플라즈마에 노출시켰다. 표지화는 무손상 시토크롬 C와 비교할 때, 변성된 시토크롬 C에 대해 더욱 광범위하였다. 이러한 결과는 구조적 정보가 본원에 기술된 시스템 및 방법으로부터 유도될 수 있다는 증거를 제공한다.
실시예 6. 소화된 소혈청 알부민에 대한 천연 소혈청 알부민의 비교
도 1에 도시된 것과 유사한 실험 셋업 및 실시예 1에 기술된 실험 파라미터에서 수 중 소화되지 않은 및 소화된 소혈청 알부민 샘플을 샘플로서 사용하였다. 도 11 내지 도 16을 참조하면, 소화되지 않은(상부) 및 소화된(하부) 소혈청 알부민에 대한 산화 수준을 비교하는 플롯이 도시된다. 도 11 및 도 12는 100%로 조정되며, 도 13 및 도 14는 10%로 조정되며, 도 15 및 도 16은 1.0%로 조정된 것이다. 100%로 조정된 플롯이 다소 유사한 것으로 나타났지만, 10% 및 1.0%로 조정된 플롯은 소화되지 않은 실험과 소화된 실험 간의 주요 차이를 나타낸다. 상세하게, 이러한 데이터는, 단백질이 소화되지 않았을 때, 다양한 잔부의 산화가 감소된 용매 상호작용에 의해 제한된다는 증거를 나탄내다. 다른 한편으로, 소화는 대부분의 잔류 용매를 접근 가능하게 만들며, 소화된 실험에서 얻어진 산화 수준은, 더 많은 잔부가 접근 가능함을 예시한다. 본 실시예는, 본원에 기술된 방법이 용매 접근성을 연구하기에 유용하고 소화된 단백질이 소화되지 않은 단백질과 비교하기 위핸 벤치마크로서 사용될 수 있음을 확인한다.
실시예 7. 리간드에 의해 결합된 및 결합되지 않은 단백질에 대한 용매 접근성 연구
도 1에 도시된 실험 셋업과 유사한 실험 셋업 및 실시예 1에 기술된 실험 파라미터를 본 실시예에서 이용하였다. 도 17을 참조하면, 표피 성장 인자 수용체(EGFR) 단백질의 단백질 결정 구조가 도시된다. 검정색 잔부는 EGF에 결합된 EGFR의 산화와 비교할 때 표피 성장 인자(EGF)에 결합되지 않은 EGFR에서 산화가 더 큰 잔부를 나타낸다. 도 18을 참조하면, EGFR 단백질 활성화된 호모다이머의 단백질 결정 구조가 도시된다. 두 경우 모두에서, EGF는 예시되지 않는다. 측정된 감소된 산화(EGF에 결합될 때 감소된 산화)와 관련된 다수의 잔부가 EGFR 호모다이머의 계면에서 정위됨을 인식해야 하며, 이는 EGF를 결합하고 활성화된 호모다이머를 형성하는 상호작용 영역(이러한 상호작용 영역으로부터 원거리인 일부 잔부 이외에)이 결합 및 다이머화의 구조적 개질의 결과로서 감소된 산화를 가짐을 시사한다.
본 발명이 특정 양태를 참조로 하여 상당히 상세히 설명되었지만, 당업자는, 본 발명이 제한적인 것이 아닌 예시 목적을 위한 것으로 제시된, 기술된 구체예 이외의 것에 의해 실행될 수 있는 것을 인식할 것이다. 이에 따라, 첨부된 청구범위는 본원에 포함된 구체예의 설명으로 제한되지 않아야 한다.

Claims (48)

  1. 유체에 의해 접촉되거나 한정된 공간 내에 둘러싸여진 샘플에 위치된 생물학적 분자를 개질시키는 방법으로서, 샘플 또는 유체는 복수의 마커 라디칼 전구체를 함유하며, 상기 방법은
    a) 유체에서 일련의 플라즈마 펄스를 발생시키거나 샘플 내에서 일련의 플라즈마 펄스를 발생시키는 단계로서, 유체에서의 일련의 플라즈마 펄스는 샘플의 1 cm 내에 일련의 플라즈마 펄스의 적어도 일부를 가지고, 이에 의해 복수의 마커 라디칼 전구체 중 하나 이상을 하나 이상의 마커 라디칼로 전환시키는 단계; 및
    b) 하나 이상의 마커 라디칼이 생물학적 분자와 상호작용시키기에 충분한 시간을 대기시켜 생물학적 분자를 개질시키는 단계를 포함하며,
    단계 a) 및 b)는 생물학적 분자의 변성을 시작하지 않고 생물학적 분자에서 검출 가능한 차이를 유발하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 플라즈마 펄스가 1 ps 내지 1 ms의 펄스 폭을 갖는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 일련의 플라즈마 펄스가 1 Hz 내지 100 GHz의 주파수를 갖는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 일련의 플라즈마 펄스가 1 ns 내지 1시간의 총 시간 동안 발생되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 단계 a)의 일련의 플라즈마 펄스가 플라즈마 제트에 의해 발생되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 단계 a)의 일련의 플라즈마 펄스가 1 V 내지 1 MV 범위의 전압에 의해 발생되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 단계 a)의 발생이 50 nM 내지 800 μM 범위의 샘플에서의 마커 라디칼의 최대 농도를 제공하도록 구성되는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 단계 a)의 발생이 샘플의 온도를 50℃미만의 양만큼 상승시키는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 단계 a)의 발생이 360 MJ 미만의 양의 에너지를 샘플에 전달하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 샘플이 1 ㎕ 내지 400 L의 부피를 갖는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 유체가 복수의 마커 라디칼 전구체를 함유한 가스인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 복수의 마커 라디칼 전구체가 복수의 물 분자인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 샘플이 혈액, 혈장, 소변, 타액, 림프, 눈물, 땀, 뇌척수액, 양수, 수양액, 유리체액, 담즙, 모유, 세루멘(cerumen), 카일(chyle), 차임, 내림프, 외림프, 삼출물, 배설물, 여성 사출액(female ejaculate), 위산, 위액, 점액, 심장막액, 복막액, 흉수, 고름, 점막 분비물, 피지, 장액, 정액, 스메그마(smegma), 담(sputum), 윤활액, 질 분비물, 토사물, 살아있는 박테리아 배양물, 살아있는 조직 또는 진핵생물 세포 배양물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 샘플이 진핵생물 세포내 유체, 진핵생물 세포외 유체, 원핵생물 세포내 유체, 원핵생물 세포외 유체, 균질화된 조직 또는 세포, 균질화된 조직 또는 세포 배양물, 균질화된 식물 조직, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 세포외 유체가 혈관내 유체, 간질액, 림프액(lymphatic fluid), 세포 횡단액, 식물 아포플라스틱 또는 혈액 유체(plant apoplastic or vascular fluid), 원핵생물 또는 진핵생물 시험관내 성장으로부터의 과량의 영양 배지, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 샘플이 생물학적 분자 및 완충 용액을 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 완충 용액이 포스페이트 완충된 염수, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄(트리스), 트리스 염산, 암모늄 바이카보네이트, 4-(2-하이드록시에틸)-1-피페라진에탄설폰산(HEPES), 3-(N-모르폴리노)프로판설폰산(MOPS), 2-(N-모르폴리노)에탄설폰산(MES), 2,2-비스(하이드록시메틸)-2,2',2"-니트릴로트리에탄올(비스-트리스), N-(2-아세트아미도)이미노디아세트산(ADA), 피페라진-N,N'-비스(2-에탄설폰산)(PIPES), N-(2-아세트아미도)-2-아미노에탄설폰산(ACES), 3-(N-모르폴리닐)-2-하이드록시프로판설폰산 소듐 염(MOPSO), 1,3-비스(트리스(하이드록시메틸)메틸아미노)프로판(비스-트리스 프로판), N,N-비스(2-하이드록시에틸)-2-아미노에탄설폰산(BES), 2-[[1,3-디하이드록시-2-(하이드록시메틸)프로판-2-일]아미노]에탄설폰산(TES), 3-(비스(2-하이드록시에틸)아미노)-2-하이드록시프로판-1-설폰산(DIPSO), 3-[[1,3-디하이드록시-2-(하이드록시메틸)프로판-2-일]아미노]-2-하이드록시프로판-1-설폰산(TAPSO), 트리즈마(Trizma), 피페라진-1,4-비스(2-하이드록시프로판설폰산) 이수화물(POPSO), 3-[4-(2-하이드록시에틸)-1-피페라지닐]프로판설폰산(HEPPS), N-(2-하이드록시-1,1-비스(하이드록시메틸)에틸)글리신(TRICINE), 글리실글리신(GLY-GLY), 2-(비스(2-하이드록시에틸)아미노)아세트산(BICINE), N-(2-하이드록시에틸)피페라진-N'-(4-부탄설폰산)(HEPBS), 3-[[1,3-디하이드록시-2-(하이드록시메틸)프로판-2-일]아미노]프로판-1-설폰산(TAPS), 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올(AMPD), N-(1,1-디메틸-2-하이드록시에틸)-3-아미노-2-하이드록시프로판설폰산(AMPSO), N-사이클로헥실-2-아미노에탄설폰산(CHES), N-사이클로헥실-2-하이드록실-3-아미노프로판설폰산(CAPSO), 1-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP), N-사이클로헥실-3-아미노프로판설폰산(CAPS), 4-(사이클로헥실아미노)-1-부탄설폰산(CABS), 라이소제니 브로쓰(Lysogeny broth), 생물학적으로 또는 생리학적으로 관련된 염, 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 생물학적 분자가 핵산 분자, 단백질, 지질, 생물학적 대사물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  19. 유체에 의해 접촉되거나 복수의 한정된 공간에서 단리된 복수의 샘플에 위치된 복수의 생물학적 분자를 개질시키는 방법으로서, 복수의 샘플 또는 유체는 복수의 마커 라디칼 전구체를 함유하며, 상기 방법은
    a) 유체에서 일련의 플라즈마 펄스 또는 복수의 일련의 플라즈마 펄스를 발생시키되, 유체에서의 일련의 플라즈마 펄스 또는 복수의 일련의 플라즈마 펄스는 복수의 샘플 각각의 1 cm 내에 일련의 플라즈마 펄스 또는 복수의 일련의 플라즈마 펄스의 적어도 일부를 갖거나, 또는 복수의 샘플 내에 복수의 일련의 플라즈마 펄스를 발생시켜, 복수의 마커 라디칼 전구체 중 하나 이상을 하나 이상의 마커 라디칼로 전환시키는 단계; 및
    b) 복수의 마커 라디칼 중 하나 이상을 복수의 생물학적 분자와 상호작용시키기에 충분한 시간을 대기시켜 복수의 생물학적 분자를 개질시키는 단계를 포함하며,
    단계 a) 및 b)는 복수의 생물학적 분자의 변성을 시작하지 않고 복수의 생물학적 분자에서 검출 가능한 차이를 유발하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 복수의 샘플이 2개의 샘플 내지 1,000,000개의 샘플을 포함하며, 복수의 플라즈마가 2개의 플라즈마 내지 1,000,000개의 플라즈마를 포함하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 복수의 샘플이 96개의 샘플을 포함하며, 복수의 플라즈마가 96개의 플라즈마를 포함하는 방법.
  22. 생물학적 분자의 부분이 용매에 접근 가능한 지를 결정하는 방법으로서, 생물학적 분자 및 용매는 샘플에 함유되며, 샘플은 유체에 의해 접촉되거나 한정된 공간 내로 둘러싸여지며, 샘플 또는 유체는 마커 라디칼 전구체를 함유하며, 상기 방법은
    a) 샘플에 마커 라디칼을 도입하는 플라즈마를 이용하여 생물학적 분자를 산화시키는 단계;
    b) 단계 a)에 후속하여, 생물학적 분자의 부분이 단계 a)의 산화에 의해 산화되었는 지의 여부를 평가하는 단계로서, 산화의 존재는 이러한 부분이 용매에 접근 가능함을 지시하며, 산화의 부재는 이러한 부분이 용매에 접근 가능하지 않음을 지시하고, 단계 b)의 평가는 생물학적 분자의 질량 분광계 분석을 수행하는 것을 포함하는 단계; 및
    c) 이러한 부분이 용매에 접근가능한 지 또는 용매에 접근가능하지 않은 지의 여부를 지시하는 리포트(report)를 생성시키는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 단계 a)의 산화가 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 방법을 포함하는 방법.
  24. 하나 이상의 용매 접근 가능한 부분(solvent accessible portion) 및 하나 이상의 용매 비접근 가능한 부분(solvent inaccessible portion)을 갖는 하나 이상의 생물학적 분자를 함유한 생물학적 샘플을 평가하는 방법으로서, 상기 방법은
    a) 생물학적 샘플의 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플을 획득하는 단계로서, 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플은 실질적으로 등가 농도(equivalent concentration)의 하나 이상의 생물학적 분자를 함유하는 단계;
    b) 생물학적 샘플의 제2 하위샘플 내에 절단 인자(cleavage factor)를 도입하는 단계로서, 절단 인자는 용매 비접근 가능한 부분의 적어도 일부를 용매에 노출시키기 위해 제2 하위샘플에 위치한 하나 이상의 생물학적 분자를 변경하도록 구성되는 단계;
    c) 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플에 마커 라디칼을 도입하는 플라즈마를 이용하여, 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플에서 하나 이상의 생물학적 분자를 산화시키며, 플라즈마는 하나 이상의 생물학적 분자의 변성을 개시하는 것보다 적은 양으로 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플의 온도를 상승시키도록 구성되는 단계;
    d) 단계 c)에 후속하여, 제1 하위샘플 및 제2 하위샘플에서 하나 이상의 생물학적 분자들 간의 산화 수준의 차이를 평가하여 하나 이상의 용매 비접근 가능한 부분의 적어도 일부를 식별하며, 단계 d)의 평가가 생물학적 분자의 질량 분광계 분석을 수행하는 것을 포함하는 단계; 및
    e) 하나 이상의 용매 비접근 가능한 부분의 적어도 일부의 식별을 지시하는 리포트를 생성시키는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 단계 c)의 산화가 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 방법을 포함하는 방법.
  26. 생물학적 분자를 개질시키기 위한 시스템으로서,
    생물학적 분자를 포함하는 샘플을 함유하도록 구성된 샘플 챔버로서, 화학적으로 및 생물학적으로 불활성의 내부 표면을 포함하는 샘플 챔버;
    접지 전극;
    접지 전극으로부터 샘플 챔버를 분리하는 유전체;
    플라즈마 소스 포인트를 포함하는 플라즈마 전극;
    플라즈마 전극 정위화 시스템;
    전력공급원;
    플라즈마 소스 포인트로부터 플라즈마를 발생시키기 위해 플라즈마 전극 및 접지 전극과 함께 전력공급원으로부터의 전력을 사용하도록 구성된, 전력공급원, 접지 전극 및 플라즈마 전극과 전자 소통하는 제어 시스템으로서, 플라즈마가 생물학적 분자를 산화시키기에 적합한 마커 라디칼을 생성시키도록 구성된 제어 시스템; 및
    생물학적 분자의 질량을 검출하도록 구성된 질량 분광계를 포함하며, 제어 시스템은 제1항 내지 제22항 및 제24항 중 어느 한 항의 방법을 실행하도록 추가 개작(adapted)되는 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 시스템이 복수의 추가 샘플 챔버를 추가로 포함하며, 플라즈마 전극은 복수의 추가 플라즈마 소스 포인트를 추가로 포함하는 시스템.
  28. 제26항에 있어서, 시스템이 복수의 추가 샘플 챔버 및 복수의 추가 플라즈마 전극을 추가로 포함하는 시스템.
  29. 제26항에 있어서, 플라즈마 전극이 적어도 플라즈마 소스 포인트를 덮는 유전체 코팅을 갖는 시스템.
  30. 제26항에 있어서, 시스템이 전력공급원과 플라즈마 전극 사이에 위치되고 플라즈마 전극에서의 전압을 증폭시키도록 구성된 증폭기를 추가로 포함하는 시스템.
  31. 제26항에 있어서, 시스템이 적어도 샘플 챔버 및 플라즈마 전극을 둘러싸는 보호 하우징을 추가로 포함하는 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 보호 하우징이 기밀하게 시일링된 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 보호 하우징이 보호 하우징 내에서 가스 조성 및 압력을 제어하도록 구성된 가스 매니폴드(gas manifold)에 결합된 유입구를 갖는 시스템.
  34. 제31항에 있어서, 보호 하우징이 보호 하우징의 내부로의 접근을 제공하도록 구성된 도어(door)를 가지며, 도어는 제어 시스템과 전자 소통하는 잠금부(lock)를 가지며, 제어 시스템은 시스템의 작동 동안 잠금부를 잠그도록 구성된 시스템.
  35. 제26항에 있어서, 제어 시스템이 적어도 100 ms의 시간 분해능으로 플라즈마를 발생시키도록 구성된 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 시간 분해능이 적어도 10 ms인 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 시간 분해능이 적어도 1 ms인 시스템.
  38. 생물학적 분자를 개질시키기 위한 시스템으로서,
    생물학적 분자를 포함하는 샘플을 함유하도록 구성된 샘플 챔버로서, 화학적으로 및 생물학적으로 불활성인 내부 표면을 포함하는 샘플 챔버;
    플라즈마를 발생시키고 플라즈마를 샘플 챔버 내로 유도하도록 구성된 플라즈마 제트;
    플라즈마 제트 정위 시스템;
    전력공급원;
    플라즈마를 발생시키고 플라즈마를 샘플 챔버 내로 유도하기 위해 플라즈마 제트와 함께 전력공급원으로부터의 전력을 사용하도록 구성된, 전력공급원 및 플라즈마 제트와 전자 소통하는 제어 시스템으로서, 플라즈마는 생물학적 분자를 산화시키기에 적합한 마커 라디칼을 생성하도록 구성된 제어 시스템; 및
    생물학적 분자의 질량을 검출하도록 구성된 질량 분광계를 포함하며, 제어 시스템은 제1항 내지 제22항 및 제24항 중 어느 한 항의 방법을 실행하도록 추가 개작(adapted)되는 시스템.
  39. 제38항에 있어서, 시스템이 복수의 추가 샘플 챔버를 추가로 포함하는 시스템.
  40. 제38항에 있어서, 샘플 챔버가 대류식 냉각 디바이스에 열적으로 결합된 세라믹 홀더 내에 정위되어 있는 시스템.
  41. 제40항에 있어서, 대류식 냉각 디바이스가 펠티어 냉각기(Peltier cooler)인 시스템.
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