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JP2007230841A - Protein crystal production method, protein crystallization promotion apparatus, and protein crystallization promotion system - Google Patents

Protein crystal production method, protein crystallization promotion apparatus, and protein crystallization promotion system Download PDF

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JP2007230841A
JP2007230841A JP2006056964A JP2006056964A JP2007230841A JP 2007230841 A JP2007230841 A JP 2007230841A JP 2006056964 A JP2006056964 A JP 2006056964A JP 2006056964 A JP2006056964 A JP 2006056964A JP 2007230841 A JP2007230841 A JP 2007230841A
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秀 渡部
Hiroyoshi Noda
紘憙 野田
Hideo Tashiro
英夫 田代
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Abstract

【課題】タンパク質の濃度が低い低濃度条件のタンパク質溶液を用いてタンパク質を結晶化することを可能にして、結晶化条件を探索・スクリーニングすることができるようにする。
【解決手段】タンパク質溶液の液滴からタンパク質結晶を生成するタンパク質結晶生成方法において、前記タンパク質溶液の液滴の蒸気拡散速度を速めることで結晶核を形成する工程(A)を含むことを特徴とするタンパク質結晶生成方法であり、タンパク質溶液の液滴に含まれる溶媒の吸着剤を用いることで、前記蒸気拡散速度を速めるようにしたものである。
【選択図】図2
It is possible to crystallize a protein using a protein solution having a low protein concentration and a low concentration condition, so that the crystallization condition can be searched and screened.
A protein crystal production method for producing protein crystals from protein solution droplets includes the step (A) of forming crystal nuclei by increasing the vapor diffusion rate of the protein solution droplets. In this method, the vapor diffusion rate is increased by using a solvent adsorbent contained in the droplet of the protein solution.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、タンパク質結晶生成方法、タンパク質結晶化促進装置ならびにタンパク質結晶化促進システムに関し、さらに詳細には、スクリーニングに用いて好適なタンパク質結晶生成方法、タンパク質結晶化促進装置ならびにタンパク質結晶化促進システムに関する。   The present invention relates to a protein crystal generation method, a protein crystallization promotion apparatus, and a protein crystallization promotion system. More specifically, the present invention relates to a protein crystal generation method, a protein crystallization promotion apparatus, and a protein crystallization promotion system suitable for screening. .

近年、ヒトを含む多くの生物種のDNA塩基配列の解読が急速に進み、これら大量のゲノム配列情報から抽出される膨大な数の遺伝子について、個々の遺伝子にコードされるタンパク質の立体構造を明らかにして、機能との関係を解明することが重要な課題となってきている。   In recent years, the DNA base sequences of many biological species including humans have been rapidly deciphered, and the three-dimensional structure of the proteins encoded by individual genes has been revealed for a huge number of genes extracted from a large amount of genome sequence information. Thus, elucidating the relationship with function has become an important issue.

こうしたタンパク質の立体構造を明らかにする構造ゲノム科学における構造解析の対象となるタンパク質は、ヒトの遺伝子に関して言えば約10万種類ほどにおよび、その数は極めて多い。   The number of proteins subject to structural analysis in structural genomics to clarify the three-dimensional structure of such proteins is about 100,000 when it comes to human genes.

ここで、タンパク質の立体構造は、千種類から数千種類の基本構造単位の組み合わせから形成されており、その組み合わせによって機能の多様性が実現されていると考えられている。このため、これら基本構造単位を全て解明することにより、タンパク質の構造と機能の関係を明らかにすることを目標とした体系的・網羅的な構造解析の研究が鋭意進められている。   Here, the three-dimensional structure of a protein is formed from a combination of thousands to thousands of basic structural units, and it is considered that a diversity of functions is realized by the combination. For this reason, research on systematic and comprehensive structural analysis aimed at clarifying the relationship between the structure and function of proteins by elucidating all these basic structural units has been advanced.


一般に、体系的・網羅的な構造解析の研究を効率的に進めていくためには、その構造解析における各工程を高速化・自動化することが要求される。

In general, in order to efficiently advance systematic and comprehensive structural analysis research, it is required to speed up and automate each process in the structural analysis.

特に、タンパク質は、変性、分解あるいは吸着などにより失活あるいは損失するものであるため、目的とするタンパク質試料を調製するに際しては、これらの損失を避けながら、できるだけ短時間に効率良く一連の操作を行うことが望ましいものであり、構造解析における各工程の高速化・自動化は火急の課題となっている。   In particular, since proteins are inactivated or lost due to denaturation, degradation, adsorption, etc., when preparing a target protein sample, a series of operations can be performed in as short a time as possible while avoiding these losses. It is desirable to do this, and speeding up and automation of each process in the structural analysis is an urgent issue.


ところで、タンパク質の構造解析の手法の一つとしてX線法が知られているが、このX線法においては、目的とするタンパク質を精製・濃縮した後に結晶化し、その結晶化したタンパク質を測定用試料として用いるため、タンパク質の結晶化を短時間かつ高効率で行うことが要求されていた。

By the way, the X-ray method is known as one of the protein structure analysis techniques. In this X-ray method, the target protein is purified and concentrated, then crystallized, and the crystallized protein is used for measurement. In order to use it as a sample, protein crystallization has been required to be performed in a short time with high efficiency.

さらに、X線法による構造解析の対象となるタンパク質は貴重であり少量しか取れないため、タンパク質がより低い濃度でしか含まれていない溶液からタンパク質を結晶化させる手法の開発が望まれていた。   Furthermore, since the protein to be subjected to the structural analysis by the X-ray method is valuable and only a small amount can be obtained, it has been desired to develop a method for crystallizing the protein from a solution containing the protein only at a lower concentration.

従来、X線法による構造解析の測定用試料として用いることのできるタンパク質結晶を調製する際に用いるタンパク質の結晶化の手法としては、蒸気平衡拡散法の一種であるハンギングドロップ法が一般に広く用いられている。   Conventionally, the hanging drop method, which is a kind of vapor equilibrium diffusion method, has been widely used as a protein crystallization method for preparing a protein crystal that can be used as a measurement sample for structural analysis by the X-ray method. ing.

タンパク質の結晶化のためにこのハンギングドロップ法を実施するに際しては、市販の結晶化プレート容器を用いるのが一般的である。   In carrying out this hanging drop method for protein crystallization, a commercially available crystallization plate container is generally used.

こうした市販の結晶化プレート容器を用いたハンギングドロップ法の操作手順について説明すると、まず、容器内に緩衝液、塩および沈殿剤からなるリザーバ溶液(結晶化溶液)を入れる。次に、タンパク質溶液とリザーバ溶液とを等分に混合した液滴をカバーガラス面上に滴下した後に、あるいは、タンパク質溶液とリザーバ溶液とを各々等分にカバーガラスに滴下した後に、当該カバーグラスを液滴がぶら下がる状態に引っ繰り返して当該液滴が付着したカバーガラス面を容器に対向させ、当該カバーガラスをグリースなどで容器に封じ固定する。   The operation procedure of the hanging drop method using such a commercially available crystallization plate container will be described. First, a reservoir solution (crystallization solution) composed of a buffer solution, a salt and a precipitant is placed in the container. Next, after dropping a droplet obtained by equally mixing the protein solution and the reservoir solution onto the cover glass surface, or after dropping the protein solution and the reservoir solution equally onto the cover glass, the cover glass The cover glass surface on which the liquid droplets are attached is repeatedly opposed to the container, and the cover glass is sealed and fixed to the container with grease or the like.

こうしたハンギングドロップ法によれば、外部から封じられたカバーグラスに付着した液滴は、蒸気平衡拡散により自然拡散して結晶成長過程を取り、これにより目的とするタンパク質が結晶成長して、X線法による構造解析の測定用試料として用いることのできるタンパク質結晶を得ることができる。   According to such a hanging drop method, the droplets attached to the cover glass sealed from the outside spontaneously diffuse by vapor equilibrium diffusion and take a crystal growth process. A protein crystal that can be used as a measurement sample for structural analysis by the method can be obtained.

なお、X線法による構造解析の測定用試料として用いることのできるタンパク質結晶を得る際に、上記したハンギングドロップ法以外によく用いられている手法としては、例えば、シッティングドロップ法などが知られている。   In addition, when obtaining a protein crystal that can be used as a measurement sample for structural analysis by the X-ray method, as a technique often used other than the above-described hanging drop method, for example, a sitting drop method is known. Yes.


ところが、このような従来のハンギングドロップ法やシッティングドロップ法などの蒸気平衡拡散法によれば、タンパク質をX線法による構造解析に適した結晶にまで成長させるには長時間を要するとともに、結晶化の効率が劣りその歩留まりは非常に低いという問題点があった。

However, according to the conventional vapor equilibrium diffusion methods such as the hanging drop method and the sitting drop method, it takes a long time to grow a protein to a crystal suitable for the structural analysis by the X-ray method. There is a problem that the efficiency is low and the yield is very low.

即ち、ハンギングドロップ法やシッティングドロップ法は、リザーバ溶液の濃度や分子量などとタンパク質の特性とが最適になった条件(結晶化条件)下においてのみ構造解析に適した結晶が析出されるものであり、かつ、析出までに数十時間から数週間(結晶化までには、通常では1〜4週間程度を要するのが一般的である。)と時間がかかるものであった。   In other words, in the hanging drop method and sitting drop method, crystals suitable for structural analysis are deposited only under conditions (crystallization conditions) in which the concentration and molecular weight of the reservoir solution and protein characteristics are optimized. In addition, it takes several tens of hours to several weeks to precipitate (it usually takes about 1 to 4 weeks to crystallize) and takes time.

さらに、ハンギングドロップ法やシッティングドロップ法により新規なタンパク質の結晶を得る場合には、図1に示すプロセスフローの一例に示すように、上記したようなタンパク質の結晶化条件を見出すまでに、一つのタンパク質に対して、例えば、約100種類以上のリザーバ溶液などをトライアンドエラーで組み合わせた条件出し、即ち、スクリーニングを行うので、より一層作業時間を要するとともに、多量のタンパク質のサンプルとリザーバ溶液とを要し無駄が多いものであった。   Furthermore, when a new protein crystal is obtained by the hanging drop method or sitting drop method, as shown in the example of the process flow shown in FIG. For example, since a condition for combining about 100 or more kinds of reservoir solutions or the like is combined with a protein by trial and error, that is, screening is performed, more work time is required, and a large amount of protein sample and reservoir solution are added. It was a lot of waste.

また、結晶化に到達しても、真のタンパク質結晶か塩等の析出結晶かは、顕微鏡による外観観察では判別することができないというのが現状であった。   Further, even when crystallization is reached, it is currently impossible to determine whether it is a true protein crystal or a precipitated crystal such as a salt by external observation with a microscope.

つまり、従来のタンパク質の結晶化の手法によれば、一つの新しいタンパク質分子を結晶化させるには、緩衝液、塩、沈殿剤からなるリザーバ溶液の条件を様々に振って、トライアンドエラーで試験を行う必要があるのが現状であり、このため、結晶化条件のスクリーニングに多量のサンプルが必要となっているとともに、さらに、結晶化の成否判定には通常l〜4週間程度を要し、時間効率もよくないという問題点があった。   In other words, according to the conventional protein crystallization technique, in order to crystallize one new protein molecule, the conditions of the reservoir solution consisting of buffer solution, salt, and precipitant are changed in various ways and tested by trial and error. Therefore, a large amount of samples are required for screening for crystallization conditions, and further, it usually takes about 1 to 4 weeks to determine the success or failure of crystallization, There was a problem that time efficiency was not good.


従って、タンパク質濃度が低い低濃度条件のタンパク質溶液を用いても当該タンパク質を結晶化することを可能にして、結晶化条件を探索・スクリーニングすることができるようにする手法の開発と、さらにタンパク質の結晶化の状態を迅速に判定することを可能にする手法の開発とは、タンパク構造解析研究において極めて緊急かつ重要な技術課題であるということが認識されており、これらの手法の開発に対する極めて強い要望があった。

Therefore, it is possible to crystallize the protein even when using a protein solution under a low concentration condition with a low protein concentration, and to search and screen for the crystallization conditions, It is recognized that the development of methods that enable rapid determination of the state of crystallization is an extremely urgent and important technical issue in protein structural analysis research, and the development of these methods is extremely strong. There was a request.


なお、高分子化合物結晶を簡単に製造することを可能にするとともに、高分子の結晶化条件を簡単にスクリーニングすることを可能にする手法として、例えば、特許文献1として提示する特開2004−307335号公報に開示された高分子結晶成長容器が提案されている。

As a technique that makes it possible to easily produce a polymer compound crystal and to easily screen the crystallization conditions of the polymer, for example, JP-A-2004-307335 presented as Patent Document 1 The polymer crystal growth vessel disclosed in the Japanese Patent No. 2 is proposed.

しかしながら、この特開2004−307335号公報に開示された高分子結晶成長容器によれば、タンパク質溶液濃度に応じて蒸気拡散速度を可変できないため、タンパク質溶液がドライアップする恐れがあり、また、塩等の析出物が生じる恐れがあるという問題点があった。
特開2004−307335号公報
However, according to the polymer crystal growth vessel disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-307335, since the vapor diffusion rate cannot be varied according to the concentration of the protein solution, the protein solution may be dried up. There is a problem that precipitates such as the above may occur.
JP 2004-307335 A

本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の要望や問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タンパク質の濃度が低い低濃度条件のタンパク質溶液を用いてタンパク質を結晶化することを可能にして、タンパク質の濃度が低い低濃度条件のタンパク質溶液を用いても結晶化条件を探索・スクリーニングすることができるようにしたタンパク質結晶生成方法およびタンパク質結晶化促進装置を提供しようとするものである。     The present invention has been made in view of the above-described various demands and problems of the prior art, and the object of the present invention is to use a protein solution in a low concentration condition with a low protein concentration. A protein crystal generation method and a protein crystallization promoting device that can be crystallized, and can search and screen for crystallization conditions even using a low concentration protein solution having a low protein concentration. It is something to be offered.

また、本発明の目的とするところは、タンパク質溶液の蒸気拡散速度を任意に制御することが可能なタンパク質結晶生成方法およびタンパク質結晶化促進装置を提供しようとするものである。   Another object of the present invention is to provide a protein crystal production method and a protein crystallization promoting device capable of arbitrarily controlling the vapor diffusion rate of a protein solution.

さらに、本発明の目的とするところは、タンパク質の結晶化の状態を迅速に判定することが可能なタンパク質結晶化促進システムを提供しようとするものである。   Furthermore, an object of the present invention is to provide a protein crystallization promoting system capable of quickly determining the state of protein crystallization.

上記目的を達成するために、本発明によるタンパク質結晶生成方法およびタンパク質結晶化促進装置は、従来の受動的な蒸気平衡拡散法に代えて、能動的にタンパク質溶液の蒸気拡散速度を制御して、タンパク質溶液の濃縮を行うようにしたものである。   In order to achieve the above object, the protein crystal production method and the protein crystallization promotion apparatus according to the present invention actively control the vapor diffusion rate of the protein solution instead of the conventional passive vapor equilibrium diffusion method, The protein solution is concentrated.

即ち、本発明によるタンパク質結晶生成方法およびタンパク質結晶化促進装置は、タンパク質溶液中のタンパク質の濃度を上げるために、タンパク質溶液中の溶媒を吸着する物質たる溶媒吸着物質(例えば、シリカゲルなどの吸水剤のような吸湿性固体である。)を用いて水分子などの溶媒分子を蒸発させてタンパク質溶液の体積を小さくし濃縮するものであり、この濃縮の際に溶媒分子の単純な蒸発ではタンパク質溶液が乾いてドライアップしてしまい、この蒸発プロセスの中でタンパク質結晶以外のさまざまの固形物が析出してくる恐れがあるため、タンパク質溶液の蒸気拡散速度を任意に制御するようにしている。   That is, the protein crystal production method and the protein crystallization promoting apparatus according to the present invention provide a solvent adsorbing substance (for example, a water-absorbing agent such as silica gel) that adsorbs the solvent in the protein solution in order to increase the protein concentration in the protein solution. Is used to evaporate solvent molecules such as water molecules to reduce the volume of the protein solution and concentrate the protein solution. During this concentration, simple evaporation of the solvent molecules causes the protein solution to evaporate. However, the vapor diffusion rate of the protein solution is arbitrarily controlled because various solids other than protein crystals may be precipitated during the evaporation process.

また、本発明によるタンパク質結晶化促進システムは、結晶化途中の状態をも検出しながら該蒸気拡散速度を任意に制御するために、ラマン分光法によりリアルタイムでタンパク質の液滴の濃度を観察できるようにしたものである。また、タンパク質結晶化においては擬結晶が生成されることがあるが、当該ラマン分光法により、リアルタイムで液滴中の結晶様のものが、タンパク質の結晶か否か判定を行うことができる。   In addition, the protein crystallization promoting system according to the present invention can observe the concentration of protein droplets in real time by Raman spectroscopy in order to arbitrarily control the vapor diffusion rate while detecting the state during crystallization. It is a thing. In protein crystallization, pseudo-crystals may be generated. With this Raman spectroscopy, it is possible to determine in real time whether a crystal-like substance in a droplet is a protein crystal.


即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、タンパク質溶液の液滴からタンパク質結晶を生成するタンパク質結晶生成方法において、前記タンパク質溶液の液滴の蒸気拡散速度を速めることで結晶核を形成する工程(A)を含むことを特徴とするタンパク質結晶生成方法である。ここで、「速める」とは、タンパク質結晶生成方法である一般的な蒸気拡散平衡法が行われる際の蒸気拡散速度と比較して速度を速くすることを指す。なお、前記タンパク質溶液の初期濃度が2mg/mlから10mg/mlの場合など、低濃度の場合には、前記タンパク質溶液の濃度がある程度上昇するまでは前記工程(A)と比較して遅い速度で蒸気拡散させることが好ましい。
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のタンパク質結晶生成方法において、タンパク質溶液の液滴に含まれる溶媒の吸着剤を用いることで、前記蒸気拡散速度を速めることを特徴とするタンパク質結晶生成方法である。

That is, the invention according to claim 1 of the present invention is a protein crystal production method for producing protein crystals from protein solution droplets, whereby crystal nuclei are formed by increasing the vapor diffusion rate of the protein solution droplets. A protein crystal production method comprising the step (A) of: Here, “accelerate” refers to increasing the speed compared to the vapor diffusion speed when a general vapor diffusion equilibrium method, which is a protein crystal production method, is performed. In addition, when the initial concentration of the protein solution is 2 mg / ml to 10 mg / ml, etc., in the case of a low concentration, it is slower than the step (A) until the concentration of the protein solution is increased to some extent. Vapor diffusion is preferred.
In the protein crystal production method according to claim 1, the invention according to claim 2 of the present invention uses the solvent adsorbent contained in the droplet of the protein solution to increase the vapor diffusion rate. This is a method for producing protein crystals.

また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、請求項1または2のいずれか1項に記載のタンパク質結晶生成方法において、前記工程(A)に次いで、前記工程(A)と比較して蒸気拡散速度を遅くすることによりタンパク質結晶を成長させる工程(B)をさらに含むことを特徴とするタンパク質結晶生成方法である。   Moreover, invention of Claim 3 among this invention is compared with the said process (A) after the said process (A) in the protein crystal | crystallization production | generation method of any one of Claim 1 or 2. The method for producing a protein crystal further comprises a step (B) of growing a protein crystal by slowing the vapor diffusion rate.

また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、請求項1、2または3のいずれか1項に記載のタンパク質結晶生成方法において、前記タンパク質溶液の液滴の蒸気拡散速度の制御が、前記タンパク質溶液の濃度に応じて行われることを特徴とするタンパク質結晶生成方法である。   Moreover, the invention according to claim 4 of the present invention is the protein crystal production method according to any one of claims 1, 2, or 3, wherein the control of the vapor diffusion rate of the droplets of the protein solution is as follows: The protein crystal production method is performed according to the concentration of the protein solution.

また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、請求項1、2、3または4のいずれか1項に記載のタンパク質結晶生成方法において、前記タンパク質溶液の初期濃度が2mg/mlから10mg/mlであることを特徴とするタンパク質結晶生成方法である。   The invention according to claim 5 of the present invention is the protein crystal production method according to any one of claims 1, 2, 3 or 4, wherein the initial concentration of the protein solution is 2 mg / ml to 10 mg. / Ml of protein crystal production method.

また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、タンパク質溶液の液滴からのタンパク質結晶の生成を促進するタンパク質結晶化促進装置において、タンパク質溶液の液滴を配置するための第1の隔室と、前記タンパク質溶液中の溶媒を吸着する溶媒吸着物質を配置するための第2の隔室と、前記第1の隔室と前記第2の隔室とを連通する第1の通路と、前記第1の通路を開閉して、前記第1の隔室と前記第2の隔室とを連通状態と非連通状態とを維持する第1のバルブとを有し、前記第1のバルブを制御して、前記第1の通路の開閉を制御することを特徴とするタンパク質結晶化促進装置である。   According to a sixth aspect of the present invention, in the protein crystallization promoting device for promoting the production of protein crystals from the protein solution droplets, the first partition for arranging the protein solution droplets is provided. A chamber, a second compartment for disposing a solvent-adsorbing substance that adsorbs a solvent in the protein solution, a first passage communicating the first compartment and the second compartment, A first valve that opens and closes the first passage to maintain the first compartment and the second compartment in a communication state and a non-communication state; and It is a protein crystallization promotion apparatus characterized by controlling and opening / closing of said 1st channel | path.

また、本発明のうち請求項7に記載の発明は、請求項6に記載のタンパク質結晶化促進装置の制御方法であって、前記第1のバルブを開いて前記第1の隔室と前記第2の隔室とを連通状態に維持し、前記第1の隔室内の前記液滴の蒸気拡散速度を速めることで結晶核を形成する工程(A)により、結晶の核を生成し、その後前記第1のバルブを閉じて前記第1の隔室と前記第2の隔室との通気を限定し、前記工程(A)と比較して蒸気拡散速度を遅くすることによりタンパク質結晶を成長させる工程(B)により前記核を中心に結晶成長を行わせてタンパク質結晶を生成することを特徴とするタンパク質結晶化促進装置の制御方法である。ここで、上記「通気を限定し」には、非連通状態にさせることも含み、また、上記「蒸気拡散速度を遅くすること」には、蒸気拡散を止めることも含む。   Moreover, invention of Claim 7 among this invention is a control method of the protein crystallization promotion apparatus of Claim 6, Comprising: Opening the said 1st valve | bulb, the said 1st compartment and the said 1st The crystal nuclei are generated by the step (A) of maintaining the two compartments in communication with each other and forming the crystal nuclei by increasing the vapor diffusion rate of the droplets in the first compartment, A step of growing a protein crystal by closing the first valve to limit the ventilation between the first compartment and the second compartment and by reducing the vapor diffusion rate compared to the step (A) (B) is a method for controlling a protein crystallization promoting apparatus, characterized in that a protein crystal is generated by performing crystal growth around the nucleus. Here, the above-mentioned “restricting ventilation” includes a non-communication state, and the “reducing the vapor diffusion rate” includes stopping vapor diffusion.

また、本発明のうち請求項8に記載の発明は、請求項6に記載のタンパク質結晶化促進装置において、さらに、水を貯留するための第3の隔室と、前記第1の隔室と前記第3の隔室とを連通する第2の通路と、前記第2の通路を開閉して、前記第1の隔室と前記第3の隔室とを連通状態と非連通状態とを維持する第2のバルブとを有し、前記第2のバルブを制御して、前記第2の通路の開閉を制御することを特徴とするタンパク質結晶化促進装置である。   Moreover, invention of Claim 8 among this invention is a protein crystallization promotion apparatus of Claim 6, Furthermore, the 3rd compartment for storing water, The said 1st compartment, The second passage communicating with the third compartment and the second passage are opened and closed to maintain the communication state and the non-communication state between the first compartment and the third compartment. And a second valve for controlling the opening and closing of the second passage by controlling the second valve.

また、本発明のうち請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のタンパク質結晶化促進装置の制御方法であって、前記第1のバルブを開いて前記第1の隔室と前記第2の隔室とを連通状態に維持し、前記第1の隔室内の前記液滴の蒸気拡散速度を速めることで結晶核を形成する工程(A)により、結晶の核を生成し、その後前記第1のバルブを閉じて前記第1の隔室と前記第2の隔室との通気を限定するとともに前記第2のバルブを開いて前記第1の隔室と前記第3の隔室とを連通状態に維持し、前記工程(A)と比較して蒸気拡散速度を遅くすることによりタンパク質結晶を成長させる工程(B)により前記核を中心に結晶成長を行わせてタンパク質結晶を生成することを特徴とするタンパク質結晶化促進装置の制御方法である。   The invention according to claim 9 of the present invention is the method for controlling a protein crystallization promoting apparatus according to claim 8, wherein the first valve and the first compartment are opened by opening the first valve. The crystal nuclei are generated by the step (A) of maintaining the two compartments in communication with each other and forming the crystal nuclei by increasing the vapor diffusion rate of the droplets in the first compartment, The first valve is closed to restrict ventilation between the first compartment and the second compartment, and the second valve is opened to connect the first compartment and the third compartment. Maintaining the state of communication and producing a protein crystal by growing the crystal around the nucleus by the step (B) of growing the protein crystal by slowing the vapor diffusion rate compared to the step (A). Is a method for controlling a protein crystallization promoting device.

また、本発明のうち請求項10に記載の発明は、請求項6または8のいずれか1項に記載のタンパク質結晶化促進装置において、前記第1の隔室は、複数配置されたことを特徴とするタンパク質結晶化促進装置である。   The invention according to claim 10 of the present invention is the protein crystallization promoting device according to any one of claims 6 or 8, wherein a plurality of the first compartments are arranged. This is a protein crystallization promoting device.

また、本発明のうち請求項11に記載の発明は、請求項6または8のいずれか1項に記載のタンパク質結晶化促進装置において、前記第1の隔室は、スライドガラス上に多数の液滴を滴下可能な密閉容器よりなることを特徴とするタンパク質結晶化促進装置である。   The invention according to claim 11 of the present invention is the protein crystallization promoting device according to any one of claims 6 or 8, wherein the first compartment has a large number of liquids on a slide glass. A protein crystallization accelerating device comprising a sealed container capable of dropping drops.

また、本発明のうち請求項12に記載の発明は、請求項6に載のタンパク質結晶化促進装置と、ラマン分光法による前記液滴中のタンパク質濃度観察結果に基づいて前記第1のバルブの開閉制御を行うバルブ開閉制御装置とを有することを特徴とするタンパク質結晶化促進システムである。   The invention according to claim 12 of the present invention is the protein crystallization promoting device according to claim 6 and the first valve based on the observation result of the protein concentration in the droplet by Raman spectroscopy. A protein crystallization promotion system comprising: a valve opening / closing control device that performs opening / closing control.

また、本発明のうち請求項13に記載の発明は、請求項8に記載のタンパク質結晶化促進装置と、前記ラマン分光法による前記液滴中のタンパク質濃度観察結果に基づいて前記第1のバルブおよび前記第2のバルブの開閉制御を行うバルブ開閉制御装置とを有することを特徴とするタンパク質結晶化促進システムである。   The invention according to claim 13 of the present invention is the protein crystallization promoting device according to claim 8, and the first valve based on the observation result of the protein concentration in the droplet by the Raman spectroscopy. And a protein crystallization promotion system comprising: a valve opening / closing control device that performs opening / closing control of the second valve.

本発明は、以上説明したように構成されているので、タンパク質の濃度が低い低濃度条件のタンパク質溶液を用いた場合においてもタンパク質を結晶化することが可能になり、結晶化条件を探索・スクリーニングすることができるようになるという優れた効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to crystallize a protein even when a protein solution having a low protein concentration and a low concentration condition is used. There is an excellent effect of being able to.

また、本発明は、容器中のリザーバ溶液は不要であるので、タンパク質溶液と混合するリサーバ溶液のみがあればよく、リザーバ溶液量を格段に抑えることができるという優れた効果を奏する。   In addition, since the reservoir solution in the container is not necessary in the present invention, only a reservoir solution to be mixed with the protein solution is required, and an excellent effect is achieved that the amount of the reservoir solution can be remarkably suppressed.

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、タンパク質溶液の蒸気拡散速度を任意に制御することができるようになるという優れた効果を奏する。   Further, since the present invention is configured as described above, it has an excellent effect that the vapor diffusion rate of the protein solution can be arbitrarily controlled.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるタンパク質結晶生成方法、タンパク質結晶化促進装置ならびにタンパク質結晶化促進システムの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。   Hereinafter, an example of an embodiment of a protein crystal production method, a protein crystallization promotion apparatus, and a protein crystallization promotion system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.


図2には、本発明によるタンパク質晶化促進装置の実施の形態の一部端面概念構成説明図が示されている。

FIG. 2 is a conceptual diagram of a partial end face conceptual configuration of an embodiment of a protein crystallization promoting apparatus according to the present invention.

このタンパク質結晶化促進装置10は、内部空間により形成される第1隔室12a内にタンパク質溶液の液滴14を保持することができるようになされた第1容器12と、内部空間により形成される第2隔室16a内にタンパク質溶液中の溶媒を吸着する溶媒吸着物質18を収容することができるようになされた第2容器16と、第1隔室12aと第2隔室16aとを連通する通路20aを形成するチューブ20と、チューブ20により形成される通路20aを開閉して通路20aを連通状態と非連通状態とを維持することが可能なバルブ22とを有して構成されている。   This protein crystallization promoting apparatus 10 is formed by a first container 12 configured to be able to hold a droplet 14 of a protein solution in a first compartment 12a formed by an internal space, and the internal space. The second container 16 configured to accommodate the solvent adsorbing substance 18 that adsorbs the solvent in the protein solution in the second compartment 16a, and the first compartment 12a and the second compartment 16a communicate with each other. A tube 20 forming the passage 20a and a valve 22 capable of opening and closing the passage 20a formed by the tube 20 and maintaining the communication state and the non-communication state of the passage 20a are configured.

また、これら第1隔室12aと通路20aと第2隔室16aとは、外部に対して密封状態に維持されるようになされている。   Further, the first compartment 12a, the passage 20a, and the second compartment 16a are maintained in a sealed state with respect to the outside.

ここで、第1容器12は、上部が開口した凹形状を備えた本体部12bと、本体部12bの開口部に密閉される蓋部12cとを有して構成されている。なお、こうした第1容器12としては、例えば、タンパク質の結晶化条件をスクリーニングするために広く普及しているハンギングドロップ法等に用いる市販の結晶化プレート容器を利用することができる。   Here, the 1st container 12 has the main-body part 12b provided with the concave shape which the upper part opened, and the cover part 12c sealed by the opening part of the main-body part 12b, and is comprised. In addition, as such 1st container 12, the commercially available crystallization plate container used for the hanging drop method etc. which are prevailing widely for screening the protein crystallization conditions can be utilized, for example.

また、第2容器16も第1容器12と同様に、上部が開口した凹形状を備えた本体部16bと、本体部16bの開口部に密閉される蓋部16cとを有して構成されている。なお、こうした第2容器16としては、例えば、密閉性の優れた種々の容器を適宜に用いることができる。   Similarly to the first container 12, the second container 16 includes a main body part 16b having a concave shape with an open top, and a lid part 16c sealed in the opening part of the main body part 16b. Yes. In addition, as such 2nd container 16, the various containers excellent in airtightness can be used suitably, for example.


以上の構成において、タンパク質結晶化促進装置10によりタンパク質結晶を生成するには、第1容器12の蓋部12cの一方の面上にタンパク質溶液の液滴14を滴下した後に、液滴14がぶら下がる状態に蓋部12cを引っ繰り返し、液滴14が付着した蓋部12cを本体部12bの開口部にグリースなどで封じ固定する(図2を参照する。)。

In the above configuration, in order to generate a protein crystal by the protein crystallization promoting device 10, the droplet 14 hangs after dropping the droplet 14 of the protein solution on one surface of the lid portion 12c of the first container 12. The lid 12c is repeatedly pulled in the state, and the lid 12c to which the droplets 14 are attached is sealed and fixed to the opening of the main body 12b with grease or the like (see FIG. 2).

一方、第2容器16に関しては、蓋部16cを取り外して本体部16b内に溶媒吸着物質18(例えば、シリカゲルなどの吸水剤のような吸湿性固体である。)を配置してから、蓋部16cを本体部16bの開口部にグリースなどで封じ固定する(図2を参照する。)。   On the other hand, with respect to the second container 16, the lid portion 16c is removed and a solvent adsorbing substance 18 (for example, a hygroscopic solid such as a water absorbent such as silica gel) is disposed in the main body portion 16b. 16c is sealed and fixed to the opening of the main body 16b with grease or the like (see FIG. 2).

上記したように、第1容器12に液滴14を配置するとともに第2容器16に溶媒吸着物質18を配置した状態において、バルブ22を操作してチューブ20により形成される通路20aを開閉し、通路20aを連通状態と非連通状態とに適宜に維持すると、該溶器間に湿度勾配が形成されて溶媒吸着物質18への液滴14の溶媒の吸着が適宜に制御され、液滴14の溶媒の蒸発を制御しながら濃縮することができる。   As described above, in the state where the droplet 14 is arranged in the first container 12 and the solvent adsorbing substance 18 is arranged in the second container 16, the valve 22 is operated to open and close the passage 20a formed by the tube 20, When the passage 20a is appropriately maintained in the communication state and the non-communication state, a humidity gradient is formed between the melters, and the adsorption of the solvent of the droplet 14 to the solvent adsorbing material 18 is appropriately controlled. It can be concentrated while controlling the evaporation of the solvent.

即ち、第1容器12の第1隔室12aと第2容器16の第2隔室16aとの間をバルブ22で仕切るようにしたため、バルブ22の開閉調整により蒸発速度、即ち、蒸気拡散速度を調整することができる。   That is, since the first compartment 12a of the first container 12 and the second compartment 16a of the second container 16 are partitioned by the valve 22, the evaporation rate, that is, the vapor diffusion rate is adjusted by adjusting the opening and closing of the valve 22. Can be adjusted.

ここで、バルブ22の操作により通路20aを開放(通路20aは連通状態)して蒸気拡散速度を速めると、液滴14の溶媒が急速に蒸発することになるが、この急速な蒸発(以下、「蒸発ショック」と適宜に称する。)が液滴14における結晶化のトリガーとなって結晶の核が生成されることになり、当該核を中心に結晶成長が行われてタンパク質結晶が得られると推定される。   Here, when the passage 20a is opened by operating the valve 22 (the passage 20a is in a communicating state) and the vapor diffusion speed is increased, the solvent of the droplet 14 is rapidly evaporated. When called “evaporation shock” as appropriate, crystal nuclei are generated as a trigger for crystallization in the droplet 14, and crystal growth is performed around the nuclei to obtain protein crystals. Presumed.

なお、蒸発ショックにより液滴14に結晶の核が生成されたならば、バルブ22の操作により通路20aを閉鎖(通路20aは非連通状態)して蒸気拡散速度を遅めることが好ましい。   If crystal nuclei are generated in the droplet 14 by the evaporation shock, it is preferable to close the passage 20a by operating the valve 22 (the passage 20a is in a non-communication state) to slow the vapor diffusion rate.


次に、図3には、従来の自然蒸気拡散法としてハンギングドロップ法による結晶成長と本発明によるタンパク質結晶生成方法(以下、「本発明結晶化法」と適宜に称する。)の蒸発ショックにより結晶の核を生成するようにした結晶成長とについて、タンパク質溶液としてリゾチーム(Lysozyme)溶液を用いて行った結晶成長の実験結果のグラフが示されている。図3に示すグラフにおいて、縦軸は1557cm−1のラマンシフトにおけるリゾチームのスペクトル強度(これは、リゾチーム濃度(mg/ml)を示す。)であり、横軸は時間である。

Next, in FIG. 3, crystals are produced by crystal growth by the hanging drop method as a conventional natural vapor diffusion method and evaporation shock of the protein crystal production method according to the present invention (hereinafter referred to as “the present crystallization method” as appropriate). The graph of the experimental result of the crystal growth performed using the lysozyme (Lysozyme) solution as a protein solution about the crystal growth which produced | generated this nucleus is shown. In the graph shown in FIG. 3, the vertical axis represents the spectrum intensity of lysozyme at a Raman shift of 1557 cm −1 (this indicates lysozyme concentration (mg / ml)), and the horizontal axis represents time.

この本願発明者による実験は、実験1、実験2および実験3よりなり、その詳細は以下の通りである。   This experiment by the inventor of the present application includes Experiment 1, Experiment 2, and Experiment 3, and details thereof are as follows.

実験1:従来の自然蒸気拡散法としてのハンギングドロップ法により、緩衝液(HEPES 0.1M、pH7.5)、塩(0.8M)および沈殿剤からなるリザーバ溶液を用いて、リゾチームの濃度が50mg/mlのリゾチーム溶液からリゾチーム結晶を生成した。   Experiment 1: By using a hanging drop method as a conventional natural vapor diffusion method, a lysozyme concentration was adjusted using a reservoir solution composed of a buffer solution (HEPES 0.1 M, pH 7.5), a salt (0.8 M), and a precipitant. Lysozyme crystals were produced from a 50 mg / ml lysozyme solution.

実験2:本発明結晶化法により、リザーバ溶液を用いることなしに、溶媒吸着物質18としてシリカゲルを用いて、蒸発ショックによりリゾチームの濃度が50mg/mlのリゾチーム溶液からリゾチーム結晶を生成した。   Experiment 2: According to the crystallization method of the present invention, lysozyme crystals were generated from a lysozyme solution having a lysozyme concentration of 50 mg / ml by evaporation shock using silica gel as the solvent adsorbing material 18 without using a reservoir solution.

実験3:本発明結晶化法により、リザーバ溶液を用いることなしに、溶媒吸着物質18としてシリカゲルを用いて、蒸発ショックによりリゾチームの濃度が20mg/mlのリゾチーム溶液からリゾチーム結晶を生成した。   Experiment 3: According to the crystallization method of the present invention, lysozyme crystals were generated from a lysozyme solution having a lysozyme concentration of 20 mg / ml by evaporation shock using silica gel as the solvent adsorbing material 18 without using a reservoir solution.

この実験1からは、従来の自然蒸気拡散法であるハンギングドロップ法によれば、リゾチーム溶液中のリゾチーム濃度は過飽和濃度(リゾチームの過飽和濃度は、310mg/ml(Albert M. Schwartz, and Kris A. Berglund:J.Cryst.Growth.210(2000)753.)である。)に到達するまでゆっくりと高くなっていき、過飽和濃度に到達するとリゾチーム結晶の存在が確認され、その後はゆっくりと濃度が低くなっていってリゾチーム結晶が成長していくものと考察される。   From this experiment 1, according to the hanging drop method, which is a conventional natural vapor diffusion method, the lysozyme concentration in the lysozyme solution was supersaturated (the supersaturated concentration of lysozyme was 310 mg / ml (Albert M. Schwartz, and Kris A. Berglund: J. Cryst. Growth. 210 (2000) 753.)) until it reaches a supersaturated concentration, and the presence of lysozyme crystals is confirmed, and thereafter the concentration decreases slowly. It is considered that the lysozyme crystal grows.

一方、実験2および実験3からは、本発明結晶化法によれば、蒸発ショックによりリゾチーム溶液中のリゾチーム濃度が急速に高まっていき、過飽和濃度に到達する前にリゾチーム結晶の存在が確認され、その後さらにリゾチーム濃度が急速に高まっていくが、過飽和濃度に到達する前に急速にリゾチーム濃度が低くなっていってリゾチーム結晶が成長していくことが判明した。   On the other hand, from Experiment 2 and Experiment 3, according to the crystallization method of the present invention, the concentration of lysozyme in the lysozyme solution rapidly increased due to evaporation shock, and the presence of lysozyme crystals was confirmed before reaching the supersaturated concentration. Thereafter, the lysozyme concentration increased rapidly, but it was found that the lysozyme crystal grew rapidly as the lysozyme concentration decreased rapidly before reaching the supersaturated concentration.

こうした図3に示す実験結果から、本発明結晶化法が、ハンギングドロップ法よりも6倍速い速度で濃縮が起こっていることがわかる。   From the experimental results shown in FIG. 3, it can be seen that the crystallization method of the present invention is concentrated at a speed 6 times faster than the hanging drop method.


ここで、図4乃至図6には、リゾチーム溶液のリゾチーム濃度を10mg/ml、20mg/ml、30mg/ml、40mg/ml、50mg/ml、60mg/ml、70mg/ml、80mg/ml、90mg/ml、100mg/mlと変化させたときのラマンスペクトラムの実験結果が示されている。なお、図5は図4の領域Aの拡大図であり、図6は図4の領域Bの拡大図である。これら図4乃至図6より、図3に示すデータの確度は明らかである。

4 to 6, the lysozyme concentration of the lysozyme solution is 10 mg / ml, 20 mg / ml, 30 mg / ml, 40 mg / ml, 50 mg / ml, 60 mg / ml, 70 mg / ml, 80 mg / ml, 90 mg. The experimental results of the Raman spectrum when changing to / ml and 100 mg / ml are shown. 5 is an enlarged view of region A in FIG. 4, and FIG. 6 is an enlarged view of region B in FIG. From these FIG. 4 to FIG. 6, the accuracy of the data shown in FIG. 3 is clear.


図7は、従来の自然蒸気拡散法としてのハンギングドロップ法による結晶成長と本発明結晶化法である蒸発ショックにより結晶の核を生成するようにした結晶成長とについて、上記した本願発明者による実験結果から得られた液滴中のタンパク質濃度と処理時間との関係を示す特性曲線を表したグラフである。図7に示すグラフにおいて、縦軸はタンパク質溶液のタンパク質濃度であり、横軸は時間である。

FIG. 7 shows the experiment by the inventor of the present invention described above regarding crystal growth by the hanging drop method as a conventional natural vapor diffusion method and crystal growth in which crystal nuclei are generated by evaporation shock, which is the crystallization method of the present invention. It is the graph showing the characteristic curve which shows the relationship between the protein concentration in the droplet obtained from the result, and processing time. In the graph shown in FIG. 7, the vertical axis represents the protein concentration of the protein solution, and the horizontal axis represents time.

図7のグラフに示すように、従来の自然蒸気拡散法であるハンギングドロップ法によれば、タンパク質溶液中のタンパク質濃度は過飽和濃度に到達するまでゆっくりと高くなっていき、過飽和濃度に到達すると結晶の存在が確認され、その後はゆっくりと濃度が低くなっていって結晶が成長していく。   As shown in the graph of FIG. 7, according to the hanging drop method, which is a conventional natural vapor diffusion method, the protein concentration in the protein solution gradually increases until reaching the supersaturated concentration, and when the supersaturated concentration is reached, the crystal After that, the concentration gradually decreases and the crystal grows.

一方、本発明結晶化法によれば、蒸発ショックによりタンパク質溶液中のタンパク質濃度が急速に高まっていき結晶の核が生成され、その後さらにタンパク質濃度が急速に高まっていくが、過飽和濃度に到達する前に急速に濃度が低くなっていって核を中心にして結晶が成長していく。   On the other hand, according to the crystallization method of the present invention, the protein concentration in the protein solution rapidly increases due to evaporation shock, and the nucleus of the crystal is generated, and then the protein concentration further increases rapidly, but reaches the supersaturated concentration. The concentration rapidly decreases before, and the crystal grows around the nucleus.

本願発明者の実験によれば、本発明結晶化法によって、タンパク質溶液から高速にタンパク質を結晶化することができ、しかもタンパク質濃度が低濃度(例えば、2mg/ml程度である。なお、従来のハンギングドロップ法においては、一般的に14mg/ml程度より濃い。)のタンパク質溶液での結晶化を実現することができた。   According to the experiments of the present inventor, protein can be crystallized from a protein solution at high speed by the crystallization method of the present invention, and the protein concentration is low (for example, about 2 mg / ml. In the hanging drop method, crystallization with a protein solution generally having a concentration higher than about 14 mg / ml could be realized.

例えば、本発明結晶化法によれば、リゾチーム濃度が2mg/mlのリゾチーム溶液を用いてリゾチーム結晶を生成することができ、また、リゾチーム濃度が50mg/mlのリゾチーム溶液を用いた場合には、従来のハンギングドロップ法では1日以上要した結晶化時間を約5分と激減させることができた。   For example, according to the crystallization method of the present invention, lysozyme crystals can be produced using a lysozyme solution having a lysozyme concentration of 2 mg / ml, and when a lysozyme solution having a lysozyme concentration of 50 mg / ml is used, In the conventional hanging drop method, the crystallization time required for one day or more can be drastically reduced to about 5 minutes.


さらに、本願発明者の実験によれば、キシラナーゼ濃度が36mg/mlのキシラナーゼ溶液からキシラナーゼ結晶を析出することができた。

Furthermore, according to the experiment of the present inventor, xylanase crystals could be precipitated from a xylanase solution having a xylanase concentration of 36 mg / ml.

また、本発明結晶化法によれば、従来の自然蒸気拡散法では結晶成長しない塩濃度0.1Mでも結晶析出することができた。   In addition, according to the crystallization method of the present invention, crystals could be precipitated even at a salt concentration of 0.1 M, where crystals were not grown by the conventional natural vapor diffusion method.

なお、タンパク質結晶化促進装置10の蓋部12cには、結晶化のために同種の複数個の液滴14や複数種の液滴14を配置することが可能であるので、従来の自然蒸気拡散法のように1個の結晶化プレート容器に1個の液滴を配置する場合に比べると、極めて効率よくタンパク質結晶を生成することができる。   In addition, since it is possible to arrange a plurality of droplets 14 of the same kind or a plurality of droplets 14 for crystallization on the lid portion 12c of the protein crystallization promoting device 10, conventional natural vapor diffusion is possible. Compared with the case where one droplet is placed in one crystallization plate container as in the method, protein crystals can be generated extremely efficiently.


以上において説明したように、本発明によるタンパク質結晶化促進装置10ならびにタンパク質結晶生成方法によれば、タンパク質濃度が低濃度のタンパク質溶液、例えば、タンパク質濃度が1mg/mlのタンパク質溶液からタンパク質結晶を生成することができる。即ち、従来自然蒸気拡散法では結晶析出が不可能であったタンパク質濃度領域のタンパク質溶液を用いても、結晶を析出することができるようになった。

As described above, according to the protein crystallization promoting apparatus 10 and the protein crystal generation method according to the present invention, a protein crystal is generated from a protein solution having a low protein concentration, for example, a protein solution having a protein concentration of 1 mg / ml. can do. That is, it is now possible to precipitate crystals using a protein solution in a protein concentration region, which could not be crystallized by the conventional natural vapor diffusion method.

なお、本発明によるタンパク質結晶化促進装置10ならびにタンパク質結晶生成方法に用いるタンパク質溶液としては、タンパク質濃度が2mg/ml以上のタンパク質溶液を用いることが好ましい。   In addition, as a protein solution used for the protein crystallization promotion apparatus 10 and the protein crystal production method according to the present invention, it is preferable to use a protein solution having a protein concentration of 2 mg / ml or more.

また、本発明によるタンパク質結晶化促進装置10ならびにタンパク質結晶生成方法によれば、従来の自然蒸気拡散法では結晶生成に長時間(例えば、1〜4週間程度である。)要していたが、極めて短時間(例えば、5分間程度である。)で結晶析出することが可能となる。   Further, according to the protein crystallization promoting apparatus 10 and the protein crystal production method according to the present invention, the conventional natural vapor diffusion method requires a long time (for example, about 1 to 4 weeks) for crystal production. Crystals can be precipitated in an extremely short time (for example, about 5 minutes).

このため、本発明によるタンパク質結晶化促進装置10ならびにタンパク質結晶生成方法を用いると、少量のサンプルで、ハイスループットのスクリーニングを行うことが可能になる。   For this reason, when the protein crystallization promoting apparatus 10 and the protein crystal production method according to the present invention are used, high-throughput screening can be performed with a small amount of sample.

さらに、本発明によるタンパク質結晶化促進装置10ならびにタンパク質結晶生成方法においては、容器中のリザーバ溶液が不要であり、装置構成も簡潔であるため、結晶を生成するためのコストを低減することができる。   Furthermore, in the protein crystallization promoting apparatus 10 and the protein crystal production method according to the present invention, the reservoir solution in the container is unnecessary, and the apparatus configuration is simple, so that the cost for producing crystals can be reduced. .


次に、図8を参照しながら、本発明によるタンパク質結晶化促進システムについて説明する。

Next, a protein crystallization promotion system according to the present invention will be described with reference to FIG.

このタンパク質結晶化判定システム100は、上記した本発明によるタンパク質結晶化促進装置10と、液滴14を中心とする領域を観察する画像観察顕微鏡102aを備えるとともにラマン分光法により結晶が真の結晶であるか否かを判断するラマン分光結晶化判断装置102と、ラマン分光結晶化判断装置102の画像観察顕微鏡102aによる観察結果に基づいてバルブ22の開閉制御を行うバルブ開閉制御装置104とを有して構成されている。   The protein crystallization determination system 100 includes the above-described protein crystallization promoting apparatus 10 according to the present invention and an image observation microscope 102a for observing a region centered on the droplet 14, and a crystal is a true crystal by Raman spectroscopy. A Raman spectral crystallization determination device 102 that determines whether or not there is, and a valve opening / closing control device 104 that performs opening / closing control of the valve 22 based on the observation result of the image observation microscope 102a of the Raman spectral crystallization determination device 102. Configured.

ここで、タンパク質結晶化促進装置10は、第1容器12として、例えば、透明材料により構成された従来のハンギングドロップ法に用いる結晶化プレート容器などを用いることができる。   Here, the protein crystallization promoting apparatus 10 can use, as the first container 12, for example, a crystallization plate container used for a conventional hanging drop method made of a transparent material.

次に、ラマン分光結晶化判断装置102は、時間経過とともに液滴14における結晶化の過程を観察可能な画像観察顕微鏡102aを設けており、かつ、ラマン分光法により液滴14から生成された結晶が真の結晶であるか否かを判断する装置であって、例えば、「P.R.Carey and J.Dong:J.Biochemistry, 43(2004)8885」に開示された構成ならびに作用を備えたものである。   Next, the Raman spectroscopic crystallization determination apparatus 102 is provided with an image observation microscope 102a capable of observing the crystallization process in the droplet 14 over time, and a crystal generated from the droplet 14 by Raman spectroscopy. Is a device that determines whether or not is a true crystal, and has the configuration and the action disclosed in, for example, “PR Carey and J. Dong: J. Biochemistry, 43 (2004) 8885”. Is.


また、バルブ開閉制御装置104は、バルブ22を開閉制御する制御手段を備えており、ラマン分光結晶化判断装置102の画像観察顕微鏡102aによる観察結果に基づいて制御手段によりバルブ22を開閉制御する。

Further, the valve opening / closing control device 104 includes control means for controlling the opening / closing of the valve 22, and controls the opening / closing of the valve 22 by the control means based on the observation result by the image observation microscope 102 a of the Raman spectral crystallization determination device 102.


以上の構成において、タンパク質結晶化判定システム100によれば、ラマン分光結晶化判断装置102は、時間経過とともに液滴14における結晶化の過程を画像観察顕微鏡102aで観察しながら、結晶化の過程に合わせてバルブ開閉制御装置104を制御する信号を出力する。例えば、バルブ開閉制御装置104は、ラマン分光結晶化判断装置102から出力された信号に基づいて、バルブ22の開放度を最初100%、次に50%、25%、0%などと調整して結晶化過程を調整する。

In the above configuration, according to the protein crystallization determination system 100, the Raman spectroscopic crystallization determination apparatus 102 performs the crystallization process while observing the crystallization process in the droplet 14 with the image observation microscope 102a over time. In addition, a signal for controlling the valve opening / closing control device 104 is output. For example, the valve opening / closing control device 104 adjusts the opening degree of the valve 22 to 100% first, then 50%, 25%, 0%, etc. based on the signal output from the Raman spectral crystallization determination device 102. Adjust the crystallization process.

そして、結晶析出後においては、ラマン分光結晶化判断装置102を用いて、ラマンスペクトラムにより真の結晶か擬結晶かを判別する。   Then, after crystal precipitation, the Raman spectral crystallization determination device 102 is used to determine whether the crystal is a true crystal or a pseudo crystal based on the Raman spectrum.

従って、このタンパク質結晶化判定システム100によれば、タンパク質溶液の液滴14の結晶化の過程をインシチューモニタリングすることができ、しかも直ちに真のタンパク質結晶か擬結晶かを判別することが可能となり、つまりオンサイトで即時に結晶化の判定を行うことができるようになる。   Therefore, according to the protein crystallization determination system 100, the crystallization process of the droplet 14 of the protein solution can be monitored in situ, and it can be immediately discriminated whether it is a true protein crystal or a pseudo crystal. In other words, crystallization can be immediately determined on-site.

なお、タンパク質結晶化判定システム100の各構成要素は、具体的には以下のように構成することができる。   In addition, each component of the protein crystallization determination system 100 can be specifically configured as follows.

即ち、タンパク質結晶化促進装置10に関しては、第1容器12としては、例えば、結晶化プレート容器を用いることができ、また、第2容器16としては、例えば、遠心チューブを用いることができ、また、チューブ20としては、例えば、ゴムチューブを用いることができ、また、バルブ22としては、開放度可視化のためニードルバルブやPC制御の電磁ソレノイドバルブなどを利用することができる。   That is, for the protein crystallization promoting apparatus 10, for example, a crystallization plate container can be used as the first container 12, and a centrifuge tube can be used as the second container 16, for example. As the tube 20, for example, a rubber tube can be used, and as the valve 22, a needle valve or a PC-controlled electromagnetic solenoid valve can be used for visualizing the degree of opening.


次に、図9には、本発明によるタンパク質結晶化促進装置の他の実施の形態の一部端面概念構成説明図が示されている。なお、図2に示すタンパク質結晶化促進装置10と同一または相当する構成には、タンパク質結晶化促進装置10と同一の符号を付して示すことにより、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略する。

Next, FIG. 9 shows a partial end face conceptual configuration explanatory diagram of another embodiment of the protein crystallization promoting apparatus according to the present invention. Note that the same or corresponding components as those of the protein crystallization promoting device 10 shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those of the protein crystallization promoting device 10, so that the detailed configuration and description of the operation are omitted. .

この図9に示すタンパク質結晶化促進装置200は、上記したタンパク質結晶化判定システム100のタンパク質結晶化促進装置10に代えて用いることができるものでもあることは勿論であるが、内部空間により形成される第3隔室202a内に水204を収容することができるようになされた第3容器202と、第1隔室12aと第3隔室202aとを連通する通路206aを形成するチューブ206と、チューブ206により形成される通路206aを開閉して通路206aを連通状態と非連通状態とを維持することが可能なバルブ208とを有している点において、タンパク質結晶化促進装置10とは異なる。   The protein crystallization promoting apparatus 200 shown in FIG. 9 can be used instead of the protein crystallization promoting apparatus 10 of the protein crystallization determination system 100 described above, but is formed by an internal space. A third container 202 configured to be able to contain water 204 in the third compartment 202a, a tube 206 forming a passage 206a communicating the first compartment 12a and the third compartment 202a, It differs from the protein crystallization promoting device 10 in that it has a valve 208 capable of opening and closing the passage 206a formed by the tube 206 and maintaining the passage 206a in a communication state and a non-communication state.

また、これら第1隔室12aと通路206aと第3隔室202aとは、外部に対して密封状態に維持されるようになされている。   The first compartment 12a, the passage 206a, and the third compartment 202a are maintained in a sealed state with respect to the outside.

ここで、第3容器202は、上部が開口した凹形状を備えた本体部202bと、本体部202bの開口部に密閉される蓋部202cとを有して構成されている。なお、こうした第3容器202としては、例えば、密閉性の優れた種々の容器を適宜に用いることができる。   Here, the third container 202 is configured to include a main body 202b having a concave shape with an open top, and a lid 202c sealed in the opening of the main body 202b. In addition, as such 3rd container 202, the various container excellent in airtightness can be used suitably, for example.


以上の構成において、タンパク質結晶化促進装置200によれば、第3容器202の第3隔室202aに水を入れておくと、第1隔室12aにバルブ208を介して水を入れた第3容器202が連結されることになるため、バルブ208を開いてチューブ206の通路206aを開放状態にして通路206aを連通状態とすると、第1隔室12a内の湿度を上げることができる。

In the above configuration, according to the protein crystallization promoting device 200, when water is put into the third compartment 202a of the third container 202, the third compartment 12a is filled with water via the valve 208. Since the container 202 is connected, the humidity in the first compartment 12a can be increased by opening the valve 208 and opening the passage 206a of the tube 206 to bring the passage 206a into communication.

従って、バルブ22とバルブ208との開閉操作を適宜に行うことにより、第1隔室12aにおける蒸気拡散速度をより精密に制御することが可能になり、より良質な結晶をより短時間で生成することが可能になる。   Therefore, by appropriately opening and closing the valve 22 and the valve 208, the vapor diffusion rate in the first compartment 12a can be controlled more precisely, and a higher quality crystal can be generated in a shorter time. It becomes possible.

なお、タンパク質結晶化促進装置200をタンパク質結晶化判定システム100に用いた場合には、バルブ開閉制御装置104によって、バルブ206と同様にバルブ22の開閉を制御するようにしてもよい。   When the protein crystallization promoting device 200 is used in the protein crystallization determination system 100, the valve opening / closing control device 104 may control the opening / closing of the valve 22 similarly to the valve 206.

また、収容した水の量が異なる複数の第3隔室202aと当該複数の第3隔室202aにそれぞれ対応するバルブ208を設けておき、バルブ208の開閉制御により、第1隔室12aをこれら複数の第3隔室202aのいずれかと導通するようにしてもよい。   In addition, a plurality of third compartments 202a having different amounts of stored water and valves 208 corresponding to the plurality of third compartments 202a are provided, and the first compartment 12a is controlled by opening / closing control of the valve 208. You may make it electrically connect with either of the some 3rd compartment 202a.


ここで、タンパク質結晶化促進装置200を用いた本願発明者の実験結果について説明する。

Here, an experiment result of the present inventor using the protein crystallization promoting apparatus 200 will be described.

なお、この実験においては、蒸気拡散速度の調整のため、水を入れてない第3隔室202aと、水を100μl入れた第3隔室202aと、水を200μl入れた第3隔室202aと、水を500μl入れた第3隔室202aとを、それぞれに対応するバルブ208を介して第1隔室12aにそれぞれ接続し、これら4つの第3隔室202aを第1隔室12aに選択的に導通可能に構成した。なお、いずれかの第3隔室202aと第1隔室12aとを導通させた場合には、第1隔室12aと導通する第3隔室202aに対応するバルブ208は全開の状態を維持し、その他の3つの第3隔室202aに対応するバルブ208は全閉の状態を維持した。   In this experiment, in order to adjust the vapor diffusion rate, the third compartment 202a not containing water, the third compartment 202a containing 100 μl of water, and the third compartment 202a containing 200 μl of water, The third compartment 202a containing 500 μl of water is connected to the first compartment 12a via the corresponding valve 208, and the four third compartments 202a are selectively used as the first compartment 12a. It was configured to be conductive. When any one of the third compartments 202a and the first compartment 12a is electrically connected, the valve 208 corresponding to the third compartment 202a electrically connected to the first compartment 12a is maintained in a fully opened state. The valves 208 corresponding to the other three third compartments 202a remained fully closed.

本実験においては、タンパク質溶液としてリゾチーム濃度が2mg/mlのリゾチーム溶液と、緩衝溶液(HEPES 0.1M)、塩(0.8M)を用いた。   In this experiment, a lysozyme solution having a lysozyme concentration of 2 mg / ml, a buffer solution (HEPES 0.1M), and a salt (0.8M) were used as protein solutions.

そして、この実験においては、第3隔室202aをそれぞれ取り替えて本発明結晶化法によりリゾチーム結晶を生成する実験を行ったが、いずれの場合にも最初はバルブ22を全開にしておき、リゾチーム結晶の核が生成されたらバルブ22を全閉にした。図12には、上記した実験によって生成されたリゾチーム結晶の写真が示されている。この図12に示す写真は、第1隔室12aと水を500μl入れた第3隔室202aとを導通した場合のものである。   In this experiment, an experiment was conducted in which the third compartment 202a was replaced to produce lysozyme crystals by the crystallization method of the present invention. In either case, the valve 22 was initially fully opened, When the nucleus was generated, the valve 22 was fully closed. FIG. 12 shows a photograph of the lysozyme crystal produced by the above-described experiment. The photograph shown in FIG. 12 is obtained when the first compartment 12a is electrically connected to the third compartment 202a containing 500 μl of water.

なお、本発明結晶化法を用いて低濃度タンパク質溶液で結晶をつくる場合、適度な蒸発速度が必要となる。しかしながら、初めから適度な蒸発速度を求めることは困難である。そこで、第3隔室202aのなかに水を入れ、タンパク質溶液の液滴からの蒸発速度を抑えるようにした。   In addition, when producing a crystal with a low concentration protein solution using the crystallization method of the present invention, an appropriate evaporation rate is required. However, it is difficult to obtain an appropriate evaporation rate from the beginning. Therefore, water was put into the third compartment 202a to suppress the evaporation rate from the protein solution droplets.

上記した実験においては、4つの第3隔室202aのそれぞれに水を0μl、100μl、200μl、500μlだけ入れて結晶化実験を行ったものであるが、溶媒吸着物質18による吸水速度が一定ならば、第3隔室202aに入れた水の量が多ければそれだけ第3隔室202aからの水の蒸発量は増え、一方、液滴からの蒸発速度は遅くなる。上記した実験においては、バルブ208は全開となっており、第3隔室202aに入れた水の量により蒸発速度を制御した。   In the above experiment, the crystallization experiment was performed by adding only 0 μl, 100 μl, 200 μl, and 500 μl of water into each of the four third compartments 202a. If the water absorption rate by the solvent adsorbing material 18 is constant, As the amount of water put into the third compartment 202a increases, the amount of water evaporated from the third compartment 202a increases, while the evaporation rate from the droplets decreases. In the experiment described above, the valve 208 was fully opened, and the evaporation rate was controlled by the amount of water placed in the third compartment 202a.


なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(6)に示すように変形することができるものである。

The above-described embodiment can be modified as shown in the following (1) to (6).

(1)上記した実施の形態においては、第2隔室16aに対してバルブ22を介して第1隔室12aを1つ設けた場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、第2隔室16aに対してバルブ22を介して複数の第1隔室12aを設けるようにしてもよい。また、複数の第1隔室12aを設けた場合には、複数の第1隔室12aに対応してそれぞれバルブ22を設けるようにして、各第1隔室12aに応じて蒸気拡散速度を制御するようにしてもよい。   (1) In the above-described embodiment, the case where one first compartment 12a is provided via the valve 22 to the second compartment 16a has been described. However, the present invention is not limited to this. In this case, a plurality of first compartments 12a may be provided via the valve 22 with respect to the second compartment 16a. When a plurality of first compartments 12a are provided, a valve 22 is provided corresponding to each of the plurality of first compartments 12a, and the vapor diffusion rate is controlled according to each first compartment 12a. You may make it do.

(2)上記した実施の形態においては、第3隔室202aに対してバルブ208を介して第1隔室12aを1つ設けた場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、第3隔室202aに対してバルブ208を介して複数の第1隔室12aを設けるようにしてもよい。また、複数の第1隔室12aを設けた場合には、複数の第1隔室12aに対応してそれぞれバルブ208を設けるようにして、各第1隔室12aに応じて蒸気拡散速度を制御するようにしてもよい。   (2) In the above-described embodiment, the case where one first compartment 12a is provided via the valve 208 for the third compartment 202a has been described. However, the present invention is not limited to this. Thus, a plurality of first compartments 12a may be provided via the valve 208 for the third compartment 202a. Further, when a plurality of first compartments 12a are provided, a valve 208 is provided corresponding to each of the plurality of first compartments 12a, and the vapor diffusion rate is controlled according to each first compartment 12a. You may make it do.

(3)上記した実施の形態においては、結晶化プレート容器として、蒸気拡散法であるハンギングドロップ法によりタンパク質溶液の液滴がセットされるようにしたものを用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、シッティングドロップ法やサンドイッチドロップ法によりタンパク質溶液の液滴がセットされるようにした結晶化プレート容器を用いるようにしてもよい。   (3) In the above-described embodiment, the crystallization plate container used is one in which droplets of the protein solution are set by the hanging drop method, which is a vapor diffusion method, but is not limited to this. Of course, a crystallization plate container in which droplets of the protein solution are set by a sitting drop method or a sandwich drop method may be used.

(4)さらに、結晶化プレート容器の他の実施の形態として、複数個の液滴を市販のスライドガラスにセットした状態で該ガラスを収容する容器に入れ、密閉構造としたものなどを用いることができる。   (4) Further, as another embodiment of the crystallization plate container, a plurality of droplets set in a commercially available slide glass and put in a container containing the glass to have a sealed structure, etc. Can do.

例えば、図9に示すタンパク質結晶化促進装置において、第1容器12に代えて、結晶化マルチウェルプレート302またはスライドガラスに複数個の液滴をセットするようにした密閉容器303を用いてもよいし、あるいは、図10に示すタンパク質結晶判定システム300のように、第1容器12として、結晶化マルチウェルプレート302またはスライドガラスに複数個の液滴をセットするようにした密閉容器303を用いてもよい。   For example, in the protein crystallization promoting apparatus shown in FIG. 9, instead of the first container 12, a sealed container 303 configured to set a plurality of droplets on the crystallization multiwell plate 302 or the slide glass may be used. Alternatively, as in the protein crystal determination system 300 shown in FIG. 10, a sealed container 303 in which a plurality of droplets are set on the crystallization multiwell plate 302 or the slide glass is used as the first container 12. Also good.

ここで、図9ならびに図11(図11には、タンパク質結晶化促進システム400が示されている。)には、密閉容器303の概略構成断面説明図が示されているが、この密閉容器303は、上部が開口したOリング付きの容器(この容器は、プラスチックあるいはガラスなどにより形成されている。なお、図9ならびに図11においては、プラスチックにより形成されたプラスチック容器を用いた例が示されている。)と、該容器内に配置されるスライドガラスと、該容器の上面を密閉するプレートとを有して構成されている。なお、該容器は、チューブおよびバルブを介して第2容器16や第3容器202と連通可能とされている。   Here, FIG. 9 and FIG. 11 (FIG. 11 shows the protein crystallization promotion system 400), a schematic configuration cross-sectional explanatory diagram of the sealed container 303 is shown. Is a container with an O-ring with an open top (this container is made of plastic or glass, etc. In FIGS. 9 and 11, examples using plastic containers made of plastic are shown. ), A slide glass disposed in the container, and a plate for sealing the upper surface of the container. The container can communicate with the second container 16 and the third container 202 via a tube and a valve.

こうした密閉容器303においては、スライドガラスに多数の液滴14をスポットした後に、そのスライドガラスをOリング付きの該容器に入れ、該容器の上部をプレートで密閉する。   In such an airtight container 303, after many droplets 14 are spotted on the slide glass, the slide glass is put into the container with an O-ring, and the upper part of the container is sealed with a plate.

このような密閉容器303を用いることにより、結晶生成の効率化を図ることができるようになる。   By using such a sealed container 303, the efficiency of crystal generation can be improved.

なお、タンパク質結晶化判定システム300においては、第2容器16として遠心チューブ304を用い、溶媒吸着物質18としてシリカゲル306を用い、チューブ20としてシリコンゴムチューブ308を用い、バルブ22としてバルブ開閉制御装置により制御される電磁ソレノイドバルブ310を用いている。また、バルブ22としては、電磁ソレノイドバルブ310に代えて、開放度可視化のためニードルバルブを用いてもよい。   In the protein crystallization determination system 300, the centrifuge tube 304 is used as the second container 16, the silica gel 306 is used as the solvent adsorbing substance 18, the silicon rubber tube 308 is used as the tube 20, and the valve opening / closing control device is used as the valve 22. A controlled electromagnetic solenoid valve 310 is used. Further, as the valve 22, a needle valve may be used instead of the electromagnetic solenoid valve 310 for visualization of the degree of opening.

ここで、実験手順の一例を示すと、遠心チューブ306にシリカゲル308を入れる15ml入れる。なお、シリカゲル308は、遠心チューブ306に過剰量入れる。   Here, as an example of the experimental procedure, 15 ml of silica gel 308 is put into a centrifuge tube 306. Note that an excessive amount of silica gel 308 is placed in the centrifuge tube 306.

次に、遠心チューブ306と結晶化マルチウェルプレート302とを、電磁ソレノイドバルブ310を配設されたシリコンゴムチューブ308で繋ぐ。なお、電磁ソレノイドバルブ310は、完全に閉じておく。   Next, the centrifugal tube 306 and the crystallization multiwell plate 302 are connected by a silicon rubber tube 308 provided with an electromagnetic solenoid valve 310. The electromagnetic solenoid valve 310 is completely closed.

次に、リゾチーム溶液(5mg/ml,10mg/ml,15mg/ml)を調製するとともに、緩衝溶液(塩0.8M、HEPES 0.1M、pH7.5)を調製する。   Next, a lysozyme solution (5 mg / ml, 10 mg / ml, 15 mg / ml) is prepared, and a buffer solution (salt 0.8 M, HEPES 0.1 M, pH 7.5) is prepared.

それから、緩衝溶液2μlをピペットマンに取り、カバーガラスの上に液滴を垂らして液滴のスポットを形成し、その液滴(ドロップ)に対して等量のリゾチーム溶液を添加してから、当該カバーガラスをマルチウェルプレートの上に乗せ封じる。また、ここで、液滴の多数スポットを形成するために、結晶化マルチウェルプレート302に代えて、図9および図11に示すスライドガラスを用いた密閉容器303を使用するようにしてもよい。   Then, 2 μl of the buffer solution is taken into a pipetman, a droplet is dropped on the cover glass to form a spot of the droplet, and an equal amount of lysozyme solution is added to the droplet (drop), and then the cover is covered. Place the glass on the multiwell plate and seal. Here, in order to form a large number of spots of droplets, a sealed container 303 using a slide glass shown in FIGS. 9 and 11 may be used in place of the crystallization multiwell plate 302.

結晶化マルチウェルプレート302をラマン分光結晶化判断装置102にセットし、時間経過とともに結晶化過程をラマン分光結晶化判断装置102の画像観察顕微鏡102aで観察する。このとき、電磁ソレノイドバルブ310の開放度を最初100%,次に50%、25%、0%と調整し結晶化過程を調整する。   The crystallization multiwell plate 302 is set in the Raman spectroscopic crystallization determination apparatus 102, and the crystallization process is observed with the image observation microscope 102a of the Raman spectroscopic crystallization determination apparatus 102 as time passes. At this time, the degree of opening of the electromagnetic solenoid valve 310 is first adjusted to 100%, then 50%, 25%, and 0% to adjust the crystallization process.

そして、結晶析出後に、ラマン分光結晶化判断装置102により得られるラマンスペクトラムにより、タンパク質の結晶か擬結晶かを判別する。   Then, after crystal precipitation, it is discriminated whether it is a protein crystal or a pseudo crystal based on the Raman spectrum obtained by the Raman spectral crystallization determination device 102.

(5)上記した実施の形態において示した具体的な数値は、本発明の理解を容易にするために例示したに過ぎないものであり、本発明は上記した実施の形態に示した数値に限定されるものではない。   (5) The specific numerical values shown in the above-described embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the present invention, and the present invention is limited to the numerical values shown in the above-described embodiments. Is not to be done.

(6)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(5)に示す変形例は、例えば、図8に記載の実施の形態と図9に記載の実施の形態を組み合わせた実施の形態の図11に示されるように、適宜に組み合わせるようにしてもよい。   (6) The above-described embodiment and the modifications shown in (1) to (5) described above are, for example, a combination of the embodiment illustrated in FIG. 8 and the embodiment illustrated in FIG. As shown in FIG. 11, they may be combined as appropriate.

本発明は、スクリーニングに利用することができる。   The present invention can be used for screening.

図1は、従来の自然蒸気拡散法のプロセスフローの一例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a process flow of a conventional natural vapor diffusion method. 図2は、本発明によるタンパク質結晶化促進装置の実施の形態の一部端面概念構成説明図である。FIG. 2 is a partial end face conceptual configuration explanatory diagram of an embodiment of a protein crystallization promoting device according to the present invention. 図3は、従来の自然蒸気拡散法としてハンギングドロップ法による結晶成長と本発明結晶化法である蒸発ショックにより結晶の核を生成するようにした結晶成長とについて、タンパク質溶液としてリゾチーム溶液を用いて行った結晶成長の実験結果を示すグラフである。FIG. 3 shows a crystal growth by a hanging drop method as a conventional natural vapor diffusion method and a crystal growth in which crystal nuclei are generated by evaporation shock, which is the crystallization method of the present invention, using a lysozyme solution as a protein solution. It is a graph which shows the experimental result of the crystal growth performed. 図4は、リゾチーム溶液のリゾチーム濃度を10mg/ml、20mg/ml、30mg/ml、40mg/ml、50mg/ml、60mg/ml、70mg/ml、80mg/ml、90mg/ml、100mg/mlと変化させたときのラマンスペクトラムの実験結果を示すグラフである。FIG. 4 shows that the lysozyme concentration of the lysozyme solution is 10 mg / ml, 20 mg / ml, 30 mg / ml, 40 mg / ml, 50 mg / ml, 60 mg / ml, 70 mg / ml, 80 mg / ml, 90 mg / ml, 100 mg / ml. It is a graph which shows the experimental result of a Raman spectrum when making it change. 図5は、図4の領域Aの拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of region A in FIG. 図6は、図4の領域Bの拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of region B in FIG. 図7は、従来の自然蒸気拡散法としてのハンギングドロップ法による結晶成長と本発明結晶化法である蒸発ショックにより結晶の核を生成するようにした結晶成長とについて、液滴中のタンパク質濃度と処理時間との関係を示す特性曲線を表したグラフである。FIG. 7 shows the protein concentration in the droplet and the crystal growth by the hanging drop method as a conventional natural vapor diffusion method and the crystal growth in which the crystal nuclei are generated by the evaporation shock according to the present invention. It is a graph showing the characteristic curve which shows the relationship with processing time. 図8は、本発明によるタンパク質結晶化促進システムの実施の形態の一部端面概念構成説明図である。FIG. 8 is a partial end face conceptual configuration explanatory diagram of an embodiment of a protein crystallization promotion system according to the present invention. 図9は、本発明によるタンパク質結晶化促進装置の他の実施の形態の一部端面概念構成説明図である。FIG. 9 is a partial end face conceptual configuration explanatory view of another embodiment of the protein crystallization promoting apparatus according to the present invention. 図10は、本発明によるタンパク質結晶化促進システムの他の実施の形態の一部端面概念構成説明図である。FIG. 10 is a partial end face conceptual configuration explanatory view of another embodiment of the protein crystallization promotion system according to the present invention. 図11は、本発明によるタンパク質結晶化促進システムの他の実施の形態の一部端面概念構成説明図である。FIG. 11 is a partial end face conceptual configuration explanatory diagram of another embodiment of the protein crystallization promotion system according to the present invention. 図12は、本願発明者による実験によって生成されたリゾチーム結晶の写真である。FIG. 12 is a photograph of a lysozyme crystal produced by an experiment by the present inventor.

符号の説明Explanation of symbols

10 タンパク質結晶化促進装置
12 第1容器
12a 第1隔室
12b 本体部
12c 蓋部
14 液滴
16 第2容器
16a 第2隔室
16b 本体部
16c 蓋部
18 溶媒吸着物質
20 チューブ
20a 通路
22 バルブ
100 タンパク質結晶化判定システム
102 タンパク質結晶化判断装置
102a 画像観察顕微鏡
104 バルブ開閉制御装置
200 タンパク質結晶化促進装置
202 第3容器
202a 第3隔室
202b 本体部
202c 蓋部
204 水
206 チューブ
206a 通路
208 バルブ
300 タンパク質結晶化判定システム
302 結晶化マルチウェルプレート
303 密閉容器
304 遠心チューブ
306 シリカゲル
308 シリコンゴムチューブ
310 電磁ソレノイドバルブ
400 タンパク質結晶化促進システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Protein crystallization promotion apparatus 12 1st container 12a 1st compartment 12b Main body part 12c Lid part 14 Droplet 16 2nd container 16a 2nd compartment 16b Main body part 16c Lid part 18 Solvent adsorption substance 20 Tube 20a Passage 22 Valve 100 Protein crystallization determination system 102 Protein crystallization determination device 102a Image observation microscope 104 Valve opening / closing control device 200 Protein crystallization promotion device 202 Third container 202a Third compartment 202b Main body portion 202c Lid portion 204 Water 206 Tube 206a Passage 208 Valve 300 Protein crystallization determination system 302 Crystallization multiwell plate 303 Sealed container 304 Centrifugal tube 306 Silica gel 308 Silicon rubber tube 310 Electromagnetic solenoid valve 400 Protein crystallization promotion system

Claims (13)

タンパク質溶液の液滴からタンパク質結晶を生成するタンパク質結晶生成方法において、
前記タンパク質溶液の液滴の蒸気拡散速度を速めることで結晶核を形成する工程(A)を含む
ことを特徴とするタンパク質結晶生成方法。
In a protein crystal production method for producing protein crystals from droplets of a protein solution,
A method for producing a protein crystal comprising the step (A) of forming a crystal nucleus by increasing the vapor diffusion rate of the droplet of the protein solution.
請求項1に記載のタンパク質結晶生成方法において、
タンパク質溶液の液滴に含まれる溶媒の吸着剤を用いることで、前記蒸気拡散速度を速める
ことを特徴とするタンパク質結晶生成方法。
The protein crystal production method according to claim 1,
A method for producing a protein crystal, wherein the vapor diffusion rate is increased by using a solvent adsorbent contained in a droplet of a protein solution.
請求項1または2のいずれか1項に記載のタンパク質結晶生成方法において、
前記工程(A)に次いで、前記工程(A)と比較して蒸気拡散速度を遅くすることによりタンパク質結晶を成長させる工程(B)をさらに含む
ことを特徴とするタンパク質結晶生成方法。
In the protein crystal production | generation method of any one of Claim 1 or 2,
Following the step (A), the method further comprises the step (B) of growing a protein crystal by slowing the vapor diffusion rate as compared with the step (A).
請求項1、2または3のいずれか1項に記載のタンパク質結晶生成方法において、
前記タンパク質溶液の液滴の蒸気拡散速度の制御が、前記タンパク質溶液の濃度に応じて行われる
ことを特徴とするタンパク質結晶生成方法。
In the protein crystal production method according to any one of claims 1, 2, and 3,
Control of vapor diffusion rate of the droplet of the protein solution is performed according to the concentration of the protein solution.
請求項1、2、3または4のいずれか1項に記載のタンパク質結晶生成方法において、
前記タンパク質溶液の初期濃度が2mg/mlから10mg/mlである
ことを特徴とするタンパク質結晶生成方法。
The method for producing a protein crystal according to any one of claims 1, 2, 3 or 4.
An initial concentration of the protein solution is 2 mg / ml to 10 mg / ml.
タンパク質溶液の液滴からのタンパク質結晶の生成を促進するタンパク質結晶化促進装置において、
タンパク質溶液の液滴を配置するための第1の隔室と、
前記タンパク質溶液中の溶媒を吸着する溶媒吸着物質を配置するための第2の隔室と、
前記第1の隔室と前記第2の隔室とを連通する第1の通路と、
前記第1の通路を開閉して、前記第1の隔室と前記第2の隔室とを連通状態と非連通状態とを維持する第1のバルブと
を有し、
前記第1のバルブを制御して、前記第1の通路の開閉を制御する
ことを特徴とするタンパク質結晶化促進装置。
In a protein crystallization promoting apparatus that promotes the production of protein crystals from droplets of a protein solution,
A first compartment for placing droplets of the protein solution;
A second compartment for disposing a solvent adsorbing material that adsorbs the solvent in the protein solution;
A first passage communicating the first compartment and the second compartment;
A first valve that opens and closes the first passage to maintain the first compartment and the second compartment in a communication state and a non-communication state;
The protein crystallization promoting device, wherein the first valve is controlled to control opening and closing of the first passage.
請求項6に記載のタンパク質結晶化促進装置の制御方法であって、
前記第1のバルブを開いて前記第1の隔室と前記第2の隔室とを連通状態に維持し、前記第1の隔室内の前記液滴の蒸気拡散速度を速めることで結晶核を形成する工程(A)により、結晶の核を生成し、その後前記第1のバルブを閉じて前記第1の隔室と前記第2の隔室との通気を限定し、前記工程(A)と比較して蒸気拡散速度を遅くすることによりタンパク質結晶を成長させる工程(B)により前記核を中心に結晶成長を行わせてタンパク質結晶を生成する
ことを特徴とするタンパク質結晶化促進装置の制御方法。
It is a control method of the protein crystallization promotion apparatus of Claim 6, Comprising:
The first valve is opened to maintain the first compartment and the second compartment in communication with each other, and the crystal nucleus is formed by increasing the vapor diffusion speed of the droplet in the first compartment. In the step (A) of forming, crystal nuclei are generated, and then the first valve is closed to limit the ventilation between the first compartment and the second compartment, and the step (A) A method for controlling a protein crystallization accelerating device, characterized in that a protein crystal is generated by performing crystal growth around the nucleus in the step (B) of growing a protein crystal by slowing down a vapor diffusion rate. .
請求項6に記載のタンパク質結晶化促進装置において、さらに、
水を貯留するための第3の隔室と、
前記第1の隔室と前記第3の隔室とを連通する第2の通路と、
前記第2の通路を開閉して、前記第1の隔室と前記第3の隔室とを連通状態と非連通状態とを維持する第2のバルブと
を有し、
前記第2のバルブを制御して、前記第2の通路の開閉を制御する
ことを特徴とするタンパク質結晶化促進装置。
The protein crystallization promoting apparatus according to claim 6, further comprising:
A third compartment for storing water;
A second passage communicating the first compartment and the third compartment;
A second valve that opens and closes the second passage and maintains the communication state and the non-communication state between the first compartment and the third compartment;
A protein crystallization promoting device, wherein the second valve is controlled to control opening and closing of the second passage.
請求項8に記載のタンパク質結晶化促進装置の制御方法であって、
前記第1のバルブを開いて前記第1の隔室と前記第2の隔室とを連通状態に維持し、前記第1の隔室内の前記液滴の蒸気拡散速度を速めることで結晶核を形成する工程(A)により、結晶の核を生成し、その後前記第1のバルブを閉じて前記第1の隔室と前記第2の隔室との通気を限定するとともに前記第2のバルブを開いて前記第1の隔室と前記第3の隔室とを連通状態に維持し、前記工程(A)と比較して蒸気拡散速度を遅くすることによりタンパク質結晶を成長させる工程(B)により前記核を中心に結晶成長を行わせてタンパク質結晶を生成する
ことを特徴とするタンパク質結晶化促進装置の制御方法。
It is a control method of the protein crystallization promotion apparatus of Claim 8, Comprising:
The first valve is opened to maintain the first compartment and the second compartment in communication with each other, and the crystal nucleus is formed by increasing the vapor diffusion speed of the droplet in the first compartment. In the forming step (A), crystal nuclei are generated, and then the first valve is closed to limit the ventilation between the first compartment and the second compartment, and the second valve is A step (B) of opening and maintaining the first compartment and the third compartment in communication and growing a protein crystal by slowing the vapor diffusion rate compared to step (A); A method for controlling a protein crystallization promoting device, characterized in that crystal growth is performed around the nucleus to produce a protein crystal.
請求項6または8のいずれか1項に記載のタンパク質結晶化促進装置において、
前記第1の隔室が、複数配置された
ことを特徴とするタンパク質結晶化促進装置。
In the protein crystallization promotion apparatus of any one of Claim 6 or 8,
A protein crystallization promoting device, wherein a plurality of the first compartments are arranged.
請求項6または8のいずれか1項に記載のタンパク質結晶化促進装置において、
前記第1の隔室は、スライドガラス上に多数の液滴を滴下可能な密閉容器よりなる
ことを特徴とするタンパク質結晶化促進装置。
In the protein crystallization promotion apparatus of any one of Claim 6 or 8,
The first compartment is composed of an airtight container capable of dropping a large number of droplets on a slide glass.
請求項6に記載のタンパク質結晶化促進装置と、
ラマン分光法による前記液滴中のタンパク質濃度観察結果に基づいて前記第1のバルブの開閉制御を行うバルブ開閉制御装置と
を有することを特徴とするタンパク質結晶化促進システム。
A protein crystallization promoting device according to claim 6;
A protein crystallization promotion system comprising: a valve opening / closing control device that controls opening / closing of the first valve based on a result of observing a protein concentration in the droplet by Raman spectroscopy.
請求項8に記載のタンパク質結晶化促進装置と、
前記ラマン分光法による前記液滴中のタンパク質濃度観察結果に基づいて前記第1のバルブおよび前記第2のバルブの開閉制御を行うバルブ開閉制御装置と
を有することを特徴とするタンパク質結晶化促進システム。
The protein crystallization promoting device according to claim 8,
A protein crystallization promotion system comprising: a valve opening / closing control device that performs opening / closing control of the first valve and the second valve based on the observation result of the protein concentration in the droplet by the Raman spectroscopy. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011011947A (en) * 2009-07-02 2011-01-20 Japan Atomic Energy Agency Method and apparatus for growing large-scale crystal of biomolecule
US9708364B2 (en) 2011-05-18 2017-07-18 Riken Method for forming protein crystal
WO2020217895A1 (en) 2019-04-26 2020-10-29 国立大学法人群馬大学 Biopolymer concentration method, crystallization method, and nanostructure substrate
US12123106B2 (en) 2019-04-26 2024-10-22 Eeja Ltd. Biopolymer concentration method, crystallization method, and nanostructured substrate

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