JP3753134B2 - 蛋白質結晶化条件スクリーニング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶化容器に保持された蛋白質溶液中の蛋白質の結晶化条件をスクリーニングする蛋白質結晶化条件スクリーニング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年遺伝子情報を医療などの分野に有効に利用するための取り組みが活発化しており、その基礎技術として遺伝子を構成する蛋白質の構造を解析する努力が行われている。この蛋白質の構造解析は、蛋白質を構成するアミノ酸が3次元の線状に連なった立体構造を特定するものであり、X線結晶構造解析などの方法によって行われる。
【0003】
このような蛋白質の構造解析を行うためには、まず解析対象の蛋白質を結晶化することが求められ、この蛋白質結晶化の方法として蒸気拡散法が知られている。この方法では、結晶化対象の蛋白質を含む蛋白質溶液から蒸発する溶媒成分を同一容器内に収容された結晶化溶液によって吸収させることにより、蛋白質溶液を過飽和状態に保って結晶を徐々に生成させる。
【0004】
蒸気拡散法による蛋白質結晶化には、蛋白質溶液の液滴を液保持面の下面側に付着保持させた垂下状態で溶媒を蒸発させるハンギングドロップ方式と、蛋白質溶液の液滴を液保持部の上面に付着保持させた載置状態で溶媒を蒸発させるシッティングドロップ方式がある。このような蒸気拡散法による蛋白質結晶化は複雑な試験操作を必要とすることから、従来より試験作業を効率的に行うための専用の容器や、自動化装置が提案されている(例えば特許文献1,2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−179500号公報
【特許文献2】
特開2003−14596号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術においては、ハンギングドロップ方式のみが対象となっており、シッティングドロップ方式を用いた蒸気拡散法については、自動化の方策が確立されていなかった。このため、従来はシッティングドロップ方式を用いた蒸気拡散法による蛋白質結晶化条件のスクリーニングを効率よく実行することが困難であった。
【0007】
そこで本発明は、シッティングドロップ方式を用いた蒸気拡散法による蛋白質結晶化条件のスクリーニングを効率よく実行することができる蛋白質結晶化条件のスクリーニング装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置は、蒸気拡散法による蛋白質結晶化方法の一種であるシッティングドロップ法における蛋白質の結晶化条件をスクリーニングする蛋白質結晶化条件スクリーニング装置であって、蛋白質溶液を載置状態で下方から保持する液保持部と結晶化溶液を貯溜する貯液部とを有する溶液収容部を複数備えた結晶化容器がセットされる分注ステージと、この分注ステージにセットされた前記結晶化容器の溶液収容部について前記貯液部に結晶化溶液を分注し前記液保持部に蛋白質溶液を分注する分注手段と、結晶化溶液と蛋白質溶液とが分注された前記溶液収容部を密閉する密閉手段と、前記溶液収容部が密閉された結晶化容器を所定の環境下で複数個収容する結晶化容器収容手段と、密閉された溶液収容部内の蛋白質溶液内に生成した蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出手段と、結晶化容器を前記分注ステージ,密閉手段、結晶化容器収容手段、蛋白質結晶検出手段へ搬送する結晶化容器搬送手段とを備えた。
【0009】
請求項2記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置は、請求項1記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置であって、前記分注手段は、結晶化溶液を分注する結晶化溶液分注ヘッドと蛋白溶液を分注する蛋白質溶液分注ヘッドとを備えた。
【0010】
請求項3記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置は、請求項2記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置であって、前記結晶化溶液分注ヘッドは、前記貯液部に結晶化溶液を分注する第1分注ヘッドと、前記液保持部に結晶化溶液を分注する第2分注ヘッドとを備えた。
【0011】
請求項4記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置は、請求項3記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置であって、前記第2分注ヘッドは、前記貯液部から結晶化溶液を吸引して前記液保持部に分注する。
【0012】
請求項5記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置は、請求項2記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置であって、前記分注手段は、前記結晶化溶液分注ヘッドと前記蛋白質溶液分注ヘッドとが装着された単一の分注ヘッド部と、この分注ヘッド部を前記分注ステージに対して移動させる分注ヘッド移動手段とを備えた。
【0013】
請求項6記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置は、請求項3または4記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置であって、前記分注手段は、前記第1分注ヘッド、第2分注ヘッドおよび前記蛋白質溶液分注ヘッドが装着された単一の分注ヘッド部と、この分注ヘッド部を前記分注ステージに対して移動させる分注ヘッド移動手段とを備えた。
【0014】
請求項7記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置は、請求項1記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置であって、前記結晶化容器搬送手段は、前記分注ステージおよび密閉手段を対象とする第1搬送手段と、結晶化溶液収容手段を対象とする第2搬送手段とを含む。
【0015】
請求項8記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置は、請求項7記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置であって、前記結晶化容器収容手段は、前記結晶化容器を所定環境下で収容する恒温室と、この恒温室内に配置され結晶化容器内で生成した蛋白質の結晶を検出する蛋白質結晶検出手段とを備え、前記第2搬送手段は恒温室内で結晶化容器を搬送する。
【0016】
本発明によれば、シッティングドロップ方式による結晶化容器の溶液収容部に結晶化溶液およびタンパク質溶液を分注する分注手段と、結晶化溶液と蛋白質溶液が分注された溶液収容部を密閉する密閉手段と、溶液収容部が密閉された結晶化容器を所定の環境下で複数個収容する結晶化容器収容手段と、密閉された溶液収容部内の蛋白質溶液内に生成した蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出手段と、スクリーニング対象となる結晶化容器を分注ステージ,密閉手段、結晶化溶液収容手段、蛋白質結晶検出手段へ搬送する結晶化容器搬送手段とを備えた構成とすることにより、シッティングドロップ方式を用いた蒸気拡散法による蛋白質結晶化条件のスクリーニングを効率よく実行することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置の斜視図、図2は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置の透過斜視図、図3は本発明の一実施の形態において使用される結晶化プレートの斜視図、図4は本発明の一実施の形態において使用される結晶化プレートの部分断面図、図5は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置の分注ヘッド部の正面図、図6は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置による分注操作の説明図、図7は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置の制御系の構成を示すブロック図、図8は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置による蛋白質結晶化容器作製動作を示すフロー図、図9は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の透過斜視図、図10は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の断面図、図11は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の観察部の部分断面図、図12は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の制御系の構成を示すブロック図、図13は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置による観察動作のフロー図、図14は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置による蛋白質結晶検出処理のフロー図である。
【0018】
まず図1を参照して、蛋白質結晶化条件スクリーニング装置の全体構造を説明する。蛋白質結晶化条件スクリーニング装置1は、蒸気拡散法による蛋白質結晶化方法の一種であるシッティグドロップ法における蛋白質の結晶化条件をスクリーニングするものであり、それぞれ個別の装置である蛋白質結晶化プレート作製装置2および蛋白質結晶検出装置5を連結した構成となっている。
【0019】
蛋白質結晶化プレート作製装置2(結晶化容器作製装置)は、結晶化容器である結晶化プレートを対象として分注操作を行うことにより、所定の結晶化条件に設定する結晶化プレート作製処理を行う。蛋白質結晶検出装置5は、作製された複数の結晶化容器を所定の環境下で収容し、これらの結晶化容器を対象として蛋白質結晶検出を行う。
【0020】
蛋白質結晶化プレート作製装置2、蛋白質結晶検出装置5はそれぞれ箱形の筐体3,6の内部に後述する各機能部を収容した構成となっている。筐体3には観察および内部アクセス用の窓3a、消耗部品を補給するための部品供給扉3bおよび制御パネル4が設けられており、筐体6は内部環境温度を設定温度に保持する恒温室を構成しており、内部アクセス用の扉6a、前面からの操作・点検用の小扉6bおよび内部点検用の窓6b、制御パネル7が配設されている。筐体3,6の境界には後述するように容器搬送用の開口部が設けられており、蛋白質結晶化プレート作製装置2で作製された結晶化プレートを、蛋白質結晶検出装置5に直接搬入できるようになっている。
【0021】
次に図2を参照して、蛋白質結晶化プレート作製装置2の内部構造を説明する。蛋白質結晶化プレート作製装置2の内部に設けられた基台10の上面は、結晶化プレートを対象として各種の処理や操作が実行される作業エリア11となっている。基台10の手前側の側面には、消耗品を収容するストック部12が設けられている。ストック部12はプレートストック部13および2つのラックストック部14,15を備えている。
【0022】
プレートストック部13は昇降プレート13aを備えており、昇降プレート13a上には結晶化用のマイクロプレート16(以下、単に「結晶化プレート16」と略記する)が多段積みの積層状態で収納される。昇降プレート13aが上昇することにより、積層された結晶化プレート16が上昇し、最上層の結晶化プレート16が後述する搬送部20によって取り出される。結晶化プレート16は、蛋白質溶液中の蛋白質を結晶化させるために用いられる結晶化容器である。
【0023】
ここで、図3,図4を参照して、結晶化プレート16について説明する。図3に示すように、結晶化プレート16には複数のウェル16aが格子状に形成されている。ウェル16aは、円形の凹部の中心に円柱状の液保持部16bが設けられたいわゆるカルデラ状の液体収納用の凹部であり、ウェル16a内には、結晶化の対象となる試料、すなわち結晶化対象の蛋白質を含んだ蛋白質溶液26aと、結晶化に用いられる結晶化溶液25aとが分注される。
【0024】
図4はこれらの試料を収容した1つのウェル16aの断面を示している。ウェル16a内では、液保持部16bの頂部に設けられたポケット内に液滴状の蛋白質溶液26aが載置状態で保持されており、液保持部16bを囲むリング状の貯液部16cには、結晶化溶液25aが貯溜されている。ウェル16aは、結晶化の対象となる蛋白質溶液を載置状態で下方から保持する液保持部16bと結晶化溶液25aを貯溜する貯液部16cとを有する溶液収容部となっている。後述するように結晶化の開始に際しては、液保持部16bに保持された蛋白質溶液26aに所定量の結晶化溶液25aを貯液部16cから取り出して分注して混合した後、各ウェル16a上面に密封用のシール部材56が貼着される(図3参照)。
【0025】
この状態の結晶化プレート16を所定の温度雰囲気下で保管することにより、蛋白質溶液26a中の溶媒成分を蒸発させ、これにより蛋白質溶液26aの蛋白質濃度を過飽和状態にまで高めて蛋白質結晶を生成する。このとき、蛋白質溶液26aから蒸発する溶媒と結晶化溶液25aに吸収される蒸気とが平衡状態を保ちながら蛋白質溶液26aからの溶媒の蒸発が緩やかに進行することにより、安定した結晶生成が行われる。
【0026】
ラックストック部14,15は、昇降プレート14a、15aを備えており、昇降プレート14a、15aには、ティップラック17,18が、結晶化プレート16と同様に積層状態で収納され、搬送部20によって取り出される。ティップラック17,18には、分注操作において結晶化溶液25aの分注に使用される使い捨て型の分注ティップが格子状配列で複数保持されている。結晶化溶液25aの分注には、後述するように大小2種類の分注ティップが用いられ、ティップラック17、18は、それぞれ小型サイズ、大型サイズの結晶化溶液分注用ティップを収納している。
【0027】
これらの結晶化プレート16やティップラック17,18は、後述する搬送部20によって作業エリア11に搬送され、ここでティップラック17,18から取り出された分注ティップが分注操作に使用される。使用された分注ティップは、ティップラック17,18に戻し入れされる。ストック部12には、使用後の消耗部品を回収するための廃棄ボックス19が設けられており、使用後の分注ティップを収容したティップラック17,18は、搬送部20によってこの廃棄ボックス19内に投棄される。
【0028】
搬送部20について説明する。基台10の上方には、2条のX軸機構24がX方向に配設されており、X軸機構24に架設されたY軸機構23には、Zθ軸機構22が装着されている。Zθ軸機構22から下方に延出した軸部22aには、搬送ヘッド21が結合されている。X軸機構24、Y軸機構23、Zθ軸機構22を駆動することにより、搬送ヘッド21は作業エリア11内でX方向、Y方向およびZθ方向に移動し、結晶化プレート16やティップラック17,18をクランプして搬送する。
【0029】
次に作業エリア11について説明する。作業エリア11の略中央部には、分注ステージ11aが設けられており、ストック部12から取り出された結晶化プレート16は、分注ステージ11aにセットされる。分注ステージ11aとストック部12との間のエリアには、ティップラック17,18や、後述する蛋白質溶液分注ノズルを収容するノズルラック27が載置される。また分注ステージ11aの奥側のエリアには、スクリーニングの対象となる蛋白質溶液26aを貯溜した蛋白質溶液供給リザーバ26および結晶化に使用される結晶化溶液25aを貯溜した結晶化溶液供給リザーバ25が載置されている。
【0030】
スクリーニングにおいて試験の対象となる結晶化プレートを準備する結晶化プレート作製処理は、空の結晶化プレート16に対して、蛋白質溶液供給リザーバ26から取り出した蛋白質溶液26aおよび結晶化溶液供給リザーバ25から取り出した結晶化溶液25aを、以下に説明する分注手段によって分注することにより行われる。
【0031】
分注ステージ11aを含んだ作業エリア11の上方には、X軸テーブル31がX方向に配設されており、X軸テーブル31に結合されたY軸テーブル32には、分注ヘッド部33が装着されている。X軸テーブル31およびY軸テーブル32を駆動することにより、分注ヘッド部33は分注ステージ11aを含んだ作業エリア11上で移動する。
【0032】
図5に示すように、X軸テーブル31は、Xガイド31e、スライダ31dより成るガイド機構によってガイドされる移動ブロック32fを、送りねじ31a、ナット31bより成る直動機構によってブロック31cを介してX方向に駆動する構成となっている。またY軸テーブル32は、Yガイド32e、スライダ32dより成るガイド機構によってガイドされる移動プレート33aを、送りねじ32a、ナット32bより成る直動機構によってブロック32cを介してY方向に駆動する構成となっている。
【0033】
次に分注ヘッド部33について説明する。移動プレート33aの下面には、垂直な分注ヘッドベース部材34が結合されている。分注ヘッドベース部材34には昇降板35がZ方向にスライド自在に配設されており、昇降板35は分注ヘッドベース部材34に固定された昇降用モータ36によって昇降する。分注ヘッドベース部材34および昇降用モータ36は、Z軸テーブルを構成している。このZ軸テーブルおよびX軸テーブル31、Y軸テーブル32は、分注ヘッド部33を移動させる分注ヘッド移動機構30(図7参照)を構成する。
【0034】
昇降板35には、第1分注ヘッド37、第2分注ヘッド38、第3分注ヘッド39の3つの分注ヘッドが装着されている。これらの分注ヘッドのうち、第1分注ヘッド37、第2分注ヘッド38はいずれも結晶化溶液25aを対象とする結晶化溶液分注ヘッドであり、第1分注ヘッド37は大容量の結晶化溶液25aを短時間で分注する用途に、また第2分注ヘッド38は、小容量の結晶化溶液25aを高精度で分注する用途に用いられる。第3分注ヘッド37は、蛋白質溶液26aを対象とする蛋白質溶液分注ヘッドである。
【0035】
これらの分注ヘッドの構成について説明する。第1分注ヘッド37、第2分注ヘッド38、第3分注ヘッド39は、装着される分注ティップが異なるものの、液体の吸引・吐出などの基本機能は同一であり、ここでは第1分注ヘッド37を対象として説明し、第2分注ヘッド38、第3分注ヘッド39については、共通部分の説明は省略する。
【0036】
第1分注ヘッド37は昇降板35に設けられており、第1の昇降部材37aを垂直なガイド37dに沿って昇降板35に対してスライド自在に配設した構成となっている。第1の昇降部材37aは、第1ヘッド選択シリンダ40によって所定ストロークだけ昇降する。
【0037】
第1の昇降部材37aの下部にはシリンダ部37fが配設されており、シリンダ部37fには上方からプランジャ37eが嵌入している。プランジャ37eは、モータ37cを備えたプランジャ昇降機構37bによって昇降し、プランジャ37eがシリンダ部37f内で昇降することにより、シリンダ部37fはポンプ機構として機能する。
【0038】
シリンダ部37fの下部はティップ装着部37hと結合されており、ティップ装着部37hには第1分注ティップ43が装着される。第1分注ティップ43は、大型サイズの結晶化溶液分注用ティップであり、ティップラック18によって供給される。第1分注ティップ43の装着に際しては、まず分注ヘッド部33を第1分注ティップ43を保持したティップラック18の上方に移動させる。そしてティップ装着部37hを下降させて、第1分注ティップ43の上端の装着用開孔にティップ装着部37hを挿入する。
【0039】
ティップ装着部37hにはティップ離脱板37gが設けられており、第1分注ティップ43が装着された状態でティップ離脱板37gが下方に移動することにより、第1分注ティップ43はティップ装着部37hから離脱する。このように、第1分注ヘッド37への第1分注ティップ43の着脱は、全て自動的に行うことができるようになっている。
【0040】
第2分注ヘッド38、第3分注ヘッド39について説明する。第2分注ヘッド38、第3分注ヘッド39は、上述のプランジャ昇降機構37b、シリンダ部37fと同様の機構が配設された第2の昇降部材38a、第3の昇降部材39aを、それぞれ第2ヘッド選択シリンダ41,第3ヘッド選択シリンダ42によって昇降させる構成となっている。第2分注ヘッド38、第3分注ヘッド39には、それぞれ第2分注ティップ44,分注ノズル45が装着される。
【0041】
第2の分注ティップ44は、小型サイズの結晶化溶液分注用ティップであり、ティップラック17によって供給される。分注ノズル45は、蛋白質溶液分注ノズルであり、ノズルラック27によって供給される。第2分注ティップ44,分注ノズル45の装着および離脱も、第1分注ティップ43の場合と同様である。
【0042】
次に、分注ヘッド部33による分注動作について説明する。第1分注ヘッド37、第2分注ヘッド38、第3分注ヘッド39は、第1ヘッド選択シリンダ40,第2ヘッド選択シリンダ41,第3ヘッド選択シリンダ42によって所定のストロークS1,S2,S3だけ昇降するようになっており、また第1分注ヘッド37、第2分注ヘッド38、第3分注ヘッド39を一括して昇降させるZ軸テーブル(昇降用モータ36)によって同時にストロークS4だけ昇降する。
【0043】
分注動作を行う際には、上述の3つの分注ヘッドのうちのいずれかを当該分注動作における対象・目的に応じて選択し、選択された分注ヘッドに対応するヘッド選択シリンダを駆動して、選択された分注ヘッドのみを下降させて該当する分注ティップまたは分注ノズルの下端部を選択されなかった他の分注ティップまたは分注ノズルよりも下方へ突出させる。例えば、第1分注ヘッド37が選択された場合には、第1分注ティップ43がストロークS1だけ下降し、同様に第2分注ヘッド38、第3分注ヘッド39が選択された場合には、第2分注ティップ44,分注ノズル45がそれぞれストロークS2,S3だけ下降する。これらのストロークS1,S2,S3は、対象とする分注部位の高さに応じて、個別に設定される。
【0044】
そしていずれかの分注ヘッドが下降した状態で、昇降板35を同一のストロークS4だけ下降させることにより、第1分注ティップ43、第2分注ティップ44,分注ノズル45のうちのいずれかが、結晶化プレート16に対して接近し、分注ティップやノズルの下端部は分注対象に応じた所定の高さレベルで停止する。
【0045】
図6は、この分注ヘッド部33を用いて行われる結晶化プレート作製動作における分注操作を示している。まず最初に第1分注ヘッド37を選択して、第1分注ティップ43に結晶化溶液リザーバ25から結晶化溶液25aを取り出し、次いで図6(a)に示すように、第1分注ティップ43によってウェル16aの貯液部16c内に結晶化溶液25aを分注する。このとき、第1分注ティップ43は大型サイズの結晶化溶液用ティップであることから、貯液部16c内への分注量が多い場合でも短時間で分注を完了することができる。
【0046】
そしてこの後、第3分注ヘッド39を選択し、蛋白質溶液リザーバ26から蛋白質溶液26aを取り出し、図6(b)に示すように、貯液部16c内に結晶化溶液25aが分注されたウェル6aを対象として、液保持部16bの頂部のポケット内に蛋白質溶液26aを分注する。
【0047】
次いで第2分注ヘッド38が選択され、図6(c)に示すように、第2分注ティップ44によって貯液部16c内の結晶化溶液25aの一部を吸引し、液保持部16bに既に分注されている蛋白質溶液26aに所定量の結晶化溶液25aを加え合わせる。このとき、第2分注ティップ44は小型サイズの結晶化溶液用ティップであることから、蛋白質溶液26aに加え合わせる結晶化溶液の量が微量である場合にも、精度の良い分注が行われる。
【0048】
上記構成において、分注ヘッド部33および前述の分注ヘッド移動機構は、分注ステージ11aにセットされた結晶化プレート16のウェル16aについて貯液部16cに結晶化溶液25aを分注し液保持部16bに蛋白質溶液26aを分注する分注手段を構成する。そしてこの分注手段は、単一の分注ヘッド部33に、結晶化溶液25aを分注する結晶化溶液分注ヘッド(第3分注ヘッド39)と、蛋白質溶液26aを分注する蛋白質溶液分注ヘッドとを備えた形態となっている。
【0049】
さらに、この蛋白質溶液分注ヘッドとして、貯液部16cに結晶化溶液25aを分注する第1分注ヘッド37と、液保持部16bに結晶化溶液25aを分注する第2分注ヘッド38を備えており、前述の分注操作(図6参照)においては、第2分注ヘッド38は、貯液部16cから結晶化溶液25aを吸引して液保持部16bに分注する。
【0050】
図2において、分注ステージ11aの側方(ストック部12の反対側)に配設されたシール貼付部50について説明する。作業エリア11上には、スライドテーブル51が配設されている。スライドテーブル51上には結晶化プレート16を保持するプレート保持部52がY方向にスライド自在に装着されており、プレート保持部52は移動手段(図示省略)によりY方向に往復動する。プレート保持部52には、分注ステージ11aにて分注操作が完了した結晶化プレート16が載置され保持される。
【0051】
スライドテーブル51の上方には、シール貼付ヘッド55が昇降自在に配設されている。シール貼付ヘッド55には、シール供給部53から引き出されたシート状のシール部材56が供給される。シール部材56は剥型紙に積層された状態で供給され、シール貼付動作においては、シール貼付ヘッド55をプレート保持部52に保持された結晶化プレート16の上面に押圧した状態で結晶化プレート16をシール貼付ヘッド55に対して水平方向(Y方向)に相対移動させる。
【0052】
これにより、結晶化プレート16の上面には、シール部材56が貼着され、そしてシール部材56が剥離された後の剥型紙は、剥型紙回収部54に巻き取られて回収される。このシール部材56の貼着により全てのウェル16aの上面が塞がれて密閉される(図3参照)。シール貼付部50は、結晶化溶液25aと蛋白質溶液26aとが分注されたウェル16aを密閉する密閉手段となっている。
【0053】
筐体3の側面には、シール貼付部50に隣接した位置に結晶化プレート16搬出用の開口部3cが設けられている。シール貼付部50にて上面にシール部材56が貼り付けられた結晶化プレート16は、搬送ヘッド21によって開口部3cを介して蛋白質結晶検出装置5に搬出される。開口部3cにはバーコード読取部57が配設されており、搬出される結晶化プレート16に付されたIDコードは、バーコード読取部57によって読み取られ、これにより各結晶化プレート16が識別される。
【0054】
次に、図7を参照して蛋白質結晶化プレート作製装置の制御系の構成を説明する。図7において、蛋白質結晶化プレート作製装置2は通信機能を備えており、通信インターフェース65に接続されたLANシステム66を介して、上位制御部であるホストコンピュータ67に接続されている。通信インターフェイス65は処理部60に接続されている。
【0055】
処理部60は、データ記憶部61に記憶された各種データに基づいて、プログラム記憶部62に記憶された各種処理プログラムを実行することにより、後述する各種動作および処理機能を実現する。ここでは、プログラム記憶部62には、蛋白質結晶化プレート作製動作プログラム62aが記憶されており、このプログラムを実行することにより、後述する蛋白質結晶化プレート作製動作が行われる。
【0056】
データ記憶部61は、消耗品情報記憶部61a、分注操作情報記憶部61b、供給リザーバ情報記憶部61cおよび結晶化プレート情報記憶部61dを含んでいる。消耗品情報記憶部61aには、蛋白質結晶化プレート作製動作において使用される消耗品についての情報、すなわちストック部12における結晶化プレート16やティップラック17,18およびシール供給部53におけるシール部材56のストック情報を記憶する。
【0057】
このストック情報には、これらがストックされている位置や装置稼動中の各タイミングにおけるストック残量などが含まれる。搬送部20は、このストック情報に基づき、各消耗品をストック部12から取り出す。ストック残量は、予めティーチング入力された初期値から分注動作毎に消費量を減算することによりリアルタイムで更新される。このストック残量を常に監視することにより、消耗品切れによる装置停止を防止または事前に報知できるようになっている。
【0058】
分注操作情報記憶部61bは、ホストコンピュータ67からダウンロードされる分注操作情報、すなわち分注手段によって結晶化プレート16の所定のウェル6aに所定の液体を所定量だけ分注するために必要な情報を記憶する。この分注操作情報は、結晶化プレート16におけるウェル16aの配列位置を示すウェル情報と、蛋白質溶液26aと結晶化溶液25aとの組み合わせ(どの種類の蛋白質溶液26aと結晶化溶液25aとを同一ウェル内に分注するか)を示す情報が含まれる。
【0059】
供給リザーバ情報記憶部61cは、供給リザーバ情報、すなわち蛋白質溶液供給リザーバ26,結晶化溶液供給リザーバ25の作業エリア11における位置や、これらのリザーバの各ウェルに貯溜されている溶液の種類を示す情報を記憶する。前述の分注操作情報およびこの供給リザーバ情報に基づいて分注ヘッド駆動機構が動作することにより、所定の溶液を分注ヘッド部33によって正しく取り出すことができる。
【0060】
結晶化プレート情報記憶部61dは、分注操作後の各結晶化プレート16について、結晶化プレートと分注操作情報を関連づけた結晶化プレート情報、すなわちIDコードによって識別・特定される個別の結晶化プレート16の各ウェル16aについて、同一ウェル内に分注された蛋白質溶液26aと結晶化溶液25aとの組み合わせを特定可能な情報を記憶する。これにより、分注操作後の蛋白質結晶化観察において、蛋白質結晶検出結果と結晶化条件(蛋白質溶液26aと結晶化溶液25aとの組み合わせ)とを正しく符合させることができる。
【0061】
また処理部60は、蛋白質結晶化プレート作製動作プログラム62aに従って、分注ヘッド移動機構30,分注ヘッド部33,ストック部12,搬送部20,シール貼付部50の動作を制御する。バーコード読取部57は、開口部3cから搬出される結晶化プレート16から読み取ったIDコードを処理部60に伝達する。これにより、前述の結晶化プレート情報作成のためのIDコードが提供される。表示処理部63は、データ入力時の案内画像などを表示ディスプレイ装置に表示させる処理を行う。操作・入力処理部64は、制御パネル4に設置されたタッチキーなどの入力手段によって処理部60に対して操作指令やデータ入力を行う。
【0062】
次に図8を参照して、蛋白質結晶化プレート作製動作について説明する。この動作は処理部60が蛋白質結晶化プレート作製動作プログラム62aを実行することによって行われ、これにより、蒸気拡散法による蛋白質結晶化条件のスクリーニングのために各ウェルに蛋白質溶液と結晶化溶液とが分注された結晶化プレートが準備される。
【0063】
まず、空の結晶化プレート16をストック部12から搬送部20によって取り出して分注ステージ11aに搬送する(ST1)。次いで、分注操作情報記憶部61bから分注操作情報を読み取る(ST2)。そしてこの分注操作情報に基づいて分注ヘッド部33を結晶化プレート16に対して移動させ、第1のウェル16aに対する分注操作を実行する(ST3)。これにより、図6に示す分注操作が実行される。
【0064】
この後、次のウェルの有無が判断され(ST4)、次のウェルがあれば次のウェルに対する分注操作を実行し(ST5)、以降(ST4)にて次のウェル無しと判断されるまで同一処理を反復実行する。そして(ST4)にて次のウェル無しと判断されたならば、シール貼付部50に分注操作後の結晶化プレート16を搬送する(ST6)。
【0065】
そしてここで結晶化プレート16上面へのシール貼付けを実行し(ST7)、完成した結晶化プレート16を蛋白質結晶検出装置5へ搬送する(ST8)。この搬送の途中で読取られた当該結晶化プレート16のIDコードを分注操作情報と組み合わせることにより結晶化プレート情報を作成し、結晶化プレート情報記憶部61dに記憶する(ST9)。そしてホストコンピュータ67に蛋白質結晶化プレート作製動作の終了を通知して、全動作を終了する。
【0066】
次に図9を参照して、蛋白質結晶検出装置5の全体構造を説明する。蛋白質結晶観察装置5は、蛋白質結晶化プレート作製装置2によって作成された結晶化プレート16を対象として、蒸気拡散法により蛋白質溶液内で生成した蛋白質結晶を検出するために使用される。
【0067】
図9、図10において、蛋白質結晶検出装置5は、箱形状の筐体6内に形成された恒温室にストレージ部70、搬送ユニット71および観察部73を配置した構成となっている。恒温室6は内部雰囲気を所定環境に保持する温調機能を備えており、図9に示すように、筐体6の側面には蛋白質結晶化プレート作製装置2の開口部3cから搬出される結晶化プレート16を内部へ搬入するための搬入口6bが設けられている。搬入口6bは、搬入口開閉機構(図示省略)によって開閉自在となっている。
【0068】
恒温室の内部構造を説明する。恒温室の内部には、奥側壁面に沿って縦型棚形状のストレージ部70が配置されている。ストレージ部70は棚状に仕切られた複数の収納部70aを備えており、それぞれの収納部70aには結晶化プレート作製装置2によって分注操作が行われウェル16aが密閉された結晶化プレート16が1つだけ収容される。蛋白質結晶検出装置5は、ウェル16aが密閉された結晶化プレート16を所定環境下で複数個収容する結晶化容器収容手段となっている。
【0069】
ストレージ部70の前面には搬送ユニット71が配置されている。搬送ユニット71は、Xテーブル71X、Yテーブル71Y、Zテーブル71Z、回転ヘッド71R、プレート保持ヘッド72を備えている。Xテーブル71Xは、床面に水平姿勢でX方向(ストレージ部70に平行な方向)に配設されており、Xテーブル71Xに立設されたZテーブル71Zには、Yテーブル71Yが水平姿勢で装着されており、Yテーブル71には回転ヘッド71Rが装着されている。
【0070】
回転ヘッド71Rの回転軸にはプレート保持ヘッド72が装着されている。Xテーブル71X、Yテーブル71Y、Zテーブル71Zを駆動することにより、プレート保持ヘッド72はストレージ部70の前面でX,Y,Z方向に移動する。また、回転ヘッド71Rを駆動することにより、保持ヘッド8の水平方向の向きを変更することができる。
【0071】
そしてこのXYZ方向の移動により、プレート保持ヘッド72は搬入口6bから搬入されるプレート16をアーム72aによって挟んで保持し、ストレージ部70の指定された収容部70aに収納する。収納部5aで所定時間保持された結晶化プレート16は、搬送ユニット71のプレート保持ヘッド72によって保持され、プレート保持ヘッド72が移動することにより、観察部73まで搬送される。
【0072】
観察部73は基台74上に立設されたフレーム74aに、観察テーブル75を水平姿勢で装着し、観察テーブル75の上方にカメラ76を配置した構成となっている。観察テーブル75にはプレート保持ヘッド72によって搬送された結晶化プレート16が載置され、セットされる。観察テーブル75に備えられたXYZ移動機構を駆動することにより、プレート16はX,Y,Z方向に移動する。
【0073】
この状態の結晶化プレート16を所定の温度雰囲気下で保管することにより、蛋白質溶液26a中の溶媒成分を蒸発させ、これにより蛋白質溶液26aの蛋白質濃度を過飽和状態にまで高めて蛋白質結晶を生成する。このとき、蛋白質溶液26aから蒸発する溶媒と結晶化溶液25aに吸収される蒸気とが平衡状態を保ちながら蛋白質溶液26aからの溶媒の蒸発が緩やかに進行することにより、安定した結晶生成が行われる。
【0074】
観察部73はこのような結晶生成過程の結晶化プレート16を観察することにより、各ウェル16aにおける蛋白質結晶の有無や結晶化の度合いを検出する。すなわち観察部73の観察機能および後述する処理部80が結晶検出プログラム82aを実行することにより実現される処理機能は、密閉されたウェル16a内の蛋白質溶液26a内に生成した蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出手段となっている。
【0075】
観察動作においては、図11に示すように、観察テーブル75にセットされた結晶化プレート16をカメラ76の下方に移動させ、観察対象のウェル16a内の液保持部16bをカメラ76の撮像光軸に位置合わせする。そして下方の照明装置77から照明光を照射した状態で、カメラ76によって結晶化プレート16を撮像することにより、結晶化プレート16に保持された蛋白質溶液の観察画像が撮り込まれる。
【0076】
次に、図12を参照して、蛋白質結晶観察装置の制御系の構成を説明する。図12において、蛋白質結晶検出装置5は通信インターフェイス87を備えており、通信インターフェイス87はLANシステム66を介して蛋白質結晶検出装置5内部の制御処理を行う処理部80と上位制御部であるホストコンピュータ67との制御信号の授受を行う。
【0077】
処理部80は、データ記憶部81に記憶された各種データに基づいて、プログラム記憶部82に記憶された各種処理プログラムを実行することにより、後述する各種動作および処理機能を実現する。ここでは、プログラム記憶部82には、結晶検出プログラム82a、観察動作プログラム82bが記憶されており、これらのプログラムを実行することにより、後述する蛋白質溶液の観察動作および蛋白質溶液中の蛋白質結晶を検出する処理が行われる。
【0078】
データ記憶部81は、処理画像記憶部81a、観察画像記憶部81b、結晶化情報記憶部81cを備えており、処理画像記憶部81aは、蛋白質結晶検出処理において各種の処理が行われた後の処理画像を記憶する。観察画像記憶部81bは、カメラ76によって撮り込まれた蛋白質溶液26aの観察画像を記憶する。
【0079】
後述する蛋白質結晶検出処理においては、観察画像記憶部81bに記憶された観察画像が処理対象となる。結晶化情報記憶部81cは、結晶化情報、すなわち蛋白質結晶検出処理において結晶化が検出された観察画像の画像データや、観察画像が取得された結晶化プレート・ウェルを特定する情報および当該結晶化プレートを観察した観察時刻などの情報を記憶する。
【0080】
また処理部80には、表示処理部23、操作・入力処理部24、カメラ76、観察ステージ75、搬入口開平機構85,搬送ユニット71および温調ユニット86が接続されている。温調ユニット86は、ホストコンピュータ67から処理部80を経由して送られる温度指令に従って恒温室内の温度調整を行う。これにより、恒温室内部の温度が設定温度に保たれる。
【0081】
搬送ユニット71は、処理部80からの制御信号に従って、恒温室6内における結晶化プレート16の搬送、すなわち恒温室6に設けられた搬入口6bを介して搬入されるプレート16をストレージ部70の所定の収納部70aに収納する動作や、収納部70aから結晶化プレート16を取り出して観察部73へセットする動作などの搬送動作を行う。搬入口開閉機構85は、処理部80からの制御信号に従って搬入口6bの開閉を行う。
【0082】
また処理部80が観察テーブル75、カメラ76を制御することにより、観察テーブル75に保持された結晶化プレート16の移動、カメラ76による蛋白質溶液の画像の撮り込みが実行される。表示処理部83は、カメラ76によって撮り込まれた観察画像や各種の処理画像を表示するほか、データ入力時の案内画像などを表示させる処理を行う。操作・入力処理部84は、キーボードなどの入力装置を操作することにより、処理部80に対して操作指令やデータ入力を行う。
【0083】
次に蛋白質結晶を検出するための観察動作について、図13のフローを参照して説明する。この観察動作は、処理部80が観察動作プログラム82bを実行することにより行われ、観察動作開始に際しては、上流側装置から搬入口6bを介して搬入された結晶化プレート16は、収納部70aに収容・保管されている。
【0084】
まず図13において、指定された結晶化プレート16を搬送ユニット71によって取り出して観察ステージ75へ移動する(ST11)。そして先頭のウェル16aをカメラ76の直下の観察位置に位置決めする(ST12)。この後、照明装置77を点灯して、カメラ76によって画像取り込みを実行する(ST13)。そしてこの後、後述する蛋白質結晶検出処理が実行される(ST14)。
【0085】
このウェルを対象とした蛋白質結晶検出処理が終了したならば、次のウェルの有無を判断する(ST15)。ここで次のウェルがある場合には、次のウェルを観察位置に位置決めし(ST16)、(ST13)に戻って同様の処理を反復実行する。そして(ST15)にて次のウェル無しと判断されたならば、処理画完了した結晶化プレート16を収納部70aに返却する(ST17)。そしてホストコンピュータ67に観察動作終了を通知して(ST18)、観察動作実行処理を終了する。
【0086】
上述の観察動作において、結晶化プレート16を恒温室から外部に持ち出すことなく全ての動作を行うことが可能となっており、観察の都度結晶化プレートを持ち出す方式と比較して、結晶化プレートの温度条件が変化することによる結晶育成条件のばらつきを排除してスクリーニング精度を向上させることができるとともに、結晶化プレートを冷却状態から室温に曝す際に生じる結露による観察視野の曇りが発生せず良好な観察結果を得ることが可能であり、蛋白質結晶検出のための観察作業を効率よく高い信頼性で行うことができる。
【0087】
次に、(ST14)にて実行される蛋白質結晶検出処理について図14を参照して説明する。まず観察画像に対して画像処理を行い(ST21)、結晶化判定を行う(ST22)。そしてここで結晶化の可能性がなしと判定されたならば、処理を終了する。また(ST22)にて結晶化の可能性ありと判定されたならば、当該処理において対象とした観察画像が得られた結晶化プレート6を示す結晶化プレート情報、ウェル情報、観察画像、観察時刻などの結晶化情報を結晶化情報記憶部21cに記憶し(ST24)、当該観察画像を対象とした蛋白質検出処理を終了する。
【0088】
上述の結晶化プレート作製装置2と蛋白質結晶検出装置5を組み合わせた蛋白質結晶化条件スクリーニング装置1の構成において、結晶化プレート作製装置2の搬送部20は、分注ステージ11aおよび密閉手段を対象とする第1搬送手段であり、蛋白質結晶検出装置5の搬送ユニット71は、結晶化溶液収容手段を対象とする第2搬送手段となっている。そしてこれらの第1搬送手段、第2搬送手段により結晶化容器搬送手段が構成される。
【0089】
そして蛋白質結晶検出装置5は、ウェル16aが密閉された結晶化プレート16を所定環境下で複数個収容する恒温室と、この恒温室内に配置され結晶化プレート16内で生成された蛋白質結晶を検出する観察部73を備えている。そして前述の第2搬送手段は、恒温室内で結晶化プレート16を搬送する構成となっている。
【0090】
上記構成により、シッティングドロップ方式を用いた蒸気拡散法において、結晶化プレートを効率よく自動的に作製することができ、シッティングドロップ方式を用いた蒸気拡散法による蛋白質結晶化条件のスクリーニングを効率よく実行することができる。
【0091】
なお上記実施の形態では、結晶化プレート16を収容する恒温室内に蛋白質結晶検出手段としての観察部73を配置した例を示したが、恒温室の外部に観察部を設けるようにしてもよい。また、蛋白質結晶検出手段としてカメラ10によって結晶化プレート16内の蛋白質溶液を観察する方式を示したが、これ以外の方法を用いて蛋白質結晶を検出してもよい。
【0092】
【発明の効果】
本発明によれば、シッティングドロップ方式による結晶化容器の溶液収容部に結晶化溶液およびタンパク質溶液を分注する分注手段と、結晶化溶液と蛋白質溶液が分注された溶液収容部を密閉する密閉手段と、溶液収容部が密閉された結晶化容器を所定の環境下で複数個収容する結晶化容器収容手段と、密閉された溶液収容部内の蛋白質溶液内に生成した蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出手段と、スクリーニング対象となる結晶化容器を分注ステージ,密閉手段、結晶化溶液収容手段、蛋白質結晶検出手段へ搬送する結晶化容器搬送手段とを備えた構成としたので、シッティングドロップ方式を用いた蒸気拡散法による蛋白質結晶化条件のスクリーニングを効率よく実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置の斜視図
【図2】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置の透過斜視図
【図3】本発明の一実施の形態において使用される結晶化プレートの斜視図
【図4】本発明の一実施の形態において使用される結晶化プレートの部分断面図
【図5】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置の分注ヘッド部の正面図
【図6】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置による分注操作の説明図
【図7】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置の制御系の構成を示すブロック図
【図8】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶化プレート作製装置による蛋白質結晶化プレート作製動作を示すフロー図
【図9】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の透過斜視図
【図10】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の断面図
【図11】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の観察部の部分断面図
【図12】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の制御系の構成を示すブロック図
【図13】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置による観察動作のフロー図
【図14】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置による蛋白質結晶検出処理のフロー図
【符号の説明】
1 蛋白質結晶化条件スクリーニング装置
2 結晶化プレート作製装置
5 蛋白質結晶検出装置
11a 分注ステージ
12 ストック部
16 結晶化プレート
16a ウェル
16b 液保持部
16c 貯液部
20 搬送部
25a 結晶化溶液
26a 蛋白質溶液
30 分注ヘッド移動機構
33 分注ヘッド部
37 第1分注ヘッド
38 第2分注ヘッド
39 第3分注ヘッド
50 シール貼付部
56 シール部材
Claims (8)
- 蒸気拡散法による蛋白質結晶化方法の一種であるシッティングドロップ法における蛋白質の結晶化条件をスクリーニングする蛋白質結晶化条件スクリーニング装置であって、蛋白質溶液を載置状態で下方から保持する液保持部と結晶化溶液を貯溜する貯液部とを有する溶液収容部を複数備えた結晶化容器がセットされる分注ステージと、この分注ステージにセットされた前記結晶化容器の溶液収容部について前記貯液部に結晶化溶液を分注し前記液保持部に蛋白質溶液を分注する分注手段と、結晶化溶液と蛋白質溶液とが分注された前記溶液収容部を密閉する密閉手段と、前記溶液収容部が密閉された結晶化容器を所定の環境下で複数個収容する結晶化容器収容手段と、密閉された溶液収容部内の蛋白質溶液内に生成した蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出手段と、結晶化容器を前記分注ステージ,密閉手段、結晶化容器収容手段、蛋白質結晶検出手段へ搬送する結晶化容器搬送手段とを備えたことを特徴とする蛋白質結晶化条件スクリーニング装置。
- 前記分注手段は、結晶化溶液を分注する結晶化溶液分注ヘッドと蛋白溶液を分注する蛋白質溶液分注ヘッドとを備えたことを特徴とする請求項1記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置。
- 前記結晶化溶液分注ヘッドは、前記貯液部に結晶化溶液を分注する第1分注ヘッドと、前記液保持部に結晶化溶液を分注する第2分注ヘッドとを備えたことを特徴とする請求項2記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置。
- 前記第2分注ヘッドは、前記貯液部から結晶化溶液を吸引して前記液保持部に分注することを特徴とする請求項3記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置。
- 前記分注手段は、前記結晶化溶液分注ヘッドと前記蛋白質溶液分注ヘッドとが装着された単一の分注ヘッド部と、この分注ヘッド部を前記分注ステージに対して移動させる分注ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とする請求項2記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置。
- 前記分注手段は、前記第1分注ヘッド、第2分注ヘッドおよび前記蛋白質溶液分注ヘッドが装着された単一の分注ヘッド部と、この分注ヘッド部を前記分注ステージに対して移動させる分注ヘッド移動手段とを備えたことを特徴とする請求項3または4記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置。
- 前記結晶化容器搬送手段は、前記分注ステージおよび密閉手段を対象とする第1搬送手段と、結晶化溶液収容手段を対象とする第2搬送手段とを含むことを特徴とする請求項1記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置。
- 前記結晶化容器収容手段は、前記結晶化容器を所定環境下で収容する恒温室と、この恒温室内に配置され結晶化容器内で生成した蛋白質の結晶を検出する蛋白質結晶検出手段とを備え、前記第2搬送手段は恒温室内で結晶化容器を搬送することを特徴とする請求項7記載の蛋白質結晶化条件スクリーニング装置。
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