(57)【要約】【課題】酵素を用いることなく、生体高分子を切断する生体高分子光切断装置および生体高分子光切断方法を提供する。【解決手段】常圧下において生体高分子試料を支持する支持手段と、赤外線レーザーを生体高分子試料に照射する赤外線レーザー照射手段と、を備えたことを特徴とする生体高分子光切断装置を用いる。【選択図】  図１
2004184093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常圧下において生体高分子試料を支持する支持手段と、赤外線レーザーを生体高分子試料に照射する赤外線レーザー照射手段と、を備えたことを特徴とする生体高分子光切断装置。
【請求項２】
赤外線レーザーがパルスレーザーである請求項１に記載の生体高分子光切断装置。
【請求項３】
赤外線レーザーの波長が、生体高分子の切断しようとする化学結合の固有振動に共鳴する波長である請求項１または請求項２に記載の生体高分子光切断装置。
【請求項４】
生体高分子の切断しようとする部位の情報を入力する情報入力手段と、
生体高分子の特定部位を切断するのに適したレーザー波長の情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段を参照して、前記情報入力手段により入力された生体高分子の切断しようとする部位に対応する波長のレーザーを生体高分子試料に照射させる波長制御手段と、
をさらに含む請求項１または請求項２に記載の生体高分子光切断装置。
【請求項５】
赤外線レーザー照射後の生体高分子試料を回収して質量分析を行う質量分析手段と、
前記質量分析手段により得られた情報から切断された生体高分子の切断部位を解析し、照射した赤外線レーザーの波長情報とともに前記資料分析手段により得られた情報を前記記憶手段に伝達する情報解析手段と、
をさらに含む請求項４に記載の生体高分子光切断装置。
【請求項６】
赤外線レーザー照射後の生体高分子試料を回収して質量分析を行う質量分析手段と、
前記質量分析手段により得られた情報から次回の生体高分子の切断しようとする部位の情報を波長制御手段に伝達する情報解析手段と、
をさらに含む請求項４または請求項５に記載の生体高分子光切断装置。
【請求項７】
前記生体高分子の特定部位を切断するのに適したレーザー波長が、切断する部位の化学結合の固有振動に共鳴する波長である請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の生体高分子光切断装置。
【請求項８】
生体高分子がタンパク質または多糖類である請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の生体高分子光切断装置。
【請求項９】
前記切断しようとする部位の情報が、タンパク質を構成する少なくとも１つのアミノ酸に関する情報、または、多糖類を構成する少なくとも１つの単糖に関する情報、である請求項８に記載の生体高分子光切断装置。
【請求項１０】
常圧下において赤外線レーザーを照射することにより生体高分子を切断する生体高分子光切断方法。
【請求項１１】
赤外線レーザーがパルスレーザーである請求項１０に記載の生体高分子光切断方法。
【請求項１２】
赤外線レーザーの波長が、生体高分子の切断しようとする化学結合の固有振動に共鳴する波長である請求項１０または請求項１１に記載の生体高分子光切断方法。
【請求項１３】
生体高分子がタンパク質または多糖類である請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の生体高分子光切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体高分子光切断装置および生体高分子光切断方法に関する。さらに詳しくは、常圧下で赤外線レーザーを用いる生体高分子光切断装置および生体高分子光切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（Ｉ）従来、プロテアーゼ（タンパク質分解酵素）を用いてタンパク質の特定のアミノ酸部位を切断することや、多糖類を分解する酵素を用いて多糖類を分解することは、生化学プロセスにおいて日常的に行われる基本的な反応であり、生化学実験室のみならず、様々な工業プロセスにおけるバイオリアクター等に広く用いられている。例えば、菌体に産生させたタンパク質をプロテアーゼによって分解して生理活性ペプチドを合成するなどの工業プロセスに用いられている。
【０００３】
（ＩＩ）  また、プロテオーム研究においてタンパク質を分離、同定する場合にも、プロテアーゼを用いた分解反応は必要不可欠なものである。すなわち、１次元または２次元のポリアクリルアミドゲル電気泳動により分離したタンパク質は通常ゲルに強く吸着しているため、溶液中に溶出させてその後の分析にかけることは困難である。そこでゲルに吸着したタンパク質をそのままプロテアーゼ溶液中でインキュベートし、分解することにより可溶なペプチド断片として溶出させるインゲル消化法（プロテアーゼ法）がプロテオーム解析の主流となっている。
【０００４】
（ＩＩＩ）  さらに、タンパク質を赤外線レーザーにより分解する方法としては、タンパク質をイオン化し、真空中で強力なＣＯ２レーザーを照射する赤外線多光子吸収解離反応（Ｉｎｆｒａ  Ｒｅｄ  Ｍｕｌｔｉ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ；ＩＲＭＰＤ）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
（ＩＶ）  また、タンパク質を紫外線により分解する方法も知られている（例えば非特許文献２、３参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
リトルら（Ｌｉｔｔｌｅ，  Ｄ．Ｐ．  ｅｔ  ａｌ．）、アナリティカルケミストリー（Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ．）、１９９４年、６６巻、ｐ．２８０９−２８１５。
【非特許文献２】
ボワーズら（Ｂｏｗｅｓ，  Ｗ．  Ｄ．  ｅｔ  ａｌ．）、ジャーナルオブアメリカンケミカルソサエティー（Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．）、１９８４年、１０６巻、ｐ．７２８８−７２８９。
【非特許文献３】
ウイリアムズら（Ｗｉｌｌｉａｍｓ  Ｅ．Ｒ．  ｅｔ  ａｌ．）、ジャーナルオブアメリカンソサエティーマススペクトロメトリー（Ｊ．  Ａｍ．  Ｓｏｃ．  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．）、１９９０年、１巻、ｐ．２８８−２９４。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の記述（Ｉ）にあっては、反応液中にプロテアーゼや、多糖類分解酵素を混入して反応を行うにあたり、これらの酵素を回収する工程が必要になってしまう。しかも、固体単体にプロテアーゼや、多糖類分解酵素を結合させた固定化酵素を用いる場合も多いものの、固定化されたプロテアーゼや、多糖類分解酵素は反応性が低く、長期間の使用により失活するという問題点がある。
【０００８】
また、前記従来の技術（ＩＩ）にあっては、プロテアーゼを用いたタンパク質分解や、多糖類分解酵素を用いた多糖類の分解においては、酵素活性を引き出すために、溶液系でかつ至適温度、至適ｐＨなどの生化学的環境を注意深く整える必要があり、プロテオーム解析等の自動化や試料適用範囲の拡大が難しいという問題点がある。
【０００９】
さらに、前記従来の技術（ＩＩＩ）にあっては、真空中で反応させるのもであるので、工業プロセスやプロテオーム研究にそのまま利用できるものではない。
【００１０】
また、前記従来の技術（ＩＶ）にあっては、分解を制御することが難しく、タンパク質が極度に分解されすぎるという問題点がある。
【００１１】
本発明は、前記従来の技術の問題点に着目し、これを解決せんとしたものであり、その目的は、酵素を用いることなく適度にタンパク質や多糖類などの生体高分子を分解する生体高分子光切断装置および生体高分子光切断方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく検討した結果、常圧下で赤外線レーザーを照射することにより適度に生体高分子を切断できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の生体高分子光切断装置は、常圧下において生体高分子試料を支持する支持手段と、赤外線レーザーを生体高分子試料に照射する赤外線レーザー照射手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この生体高分子光切断装置によれば、生体高分子試料が、常圧下において支持手段にて支持される。そして、支持手段にて常圧下において支持された生体高分子試料に対して、赤外線レーザー照射手段にて赤外線レーザーが照射される。
【００１４】
また、本発明の生体高分子光切断装置は、上記の生体高分子光切断装置において、赤外線レーザーがパルスレーザーである態様のものである。
【００１５】
この生体高分子光切断装置によれば、上記支持手段にて常圧下において支持された生体高分子試料に対して、赤外線レーザー照射手段にてパルスレーザー（赤外線レーザー）が照射される。
【００１６】
さらに、本発明の生体高分子光切断装置は、上記の生体高分子光切断装置において、赤外線レーザーの波長が、生体高分子の切断しようとする化学結合の固有振動に共鳴する波長である態様のものである。
【００１７】
この生体高分子光切断装置によれば、上記支持手段にて常圧下において支持された生体高分子試料に対して、生体高分子の切断しようとする化学結合の固有振動に共鳴する波長である赤外線レーザーが照射される。
【００１８】
また、本発明の生体高分子光切断装置は、上記の生体高分子光切断装置において、生体高分子の切断しようとする部位の情報を入力する情報入力手段と、生体高分子の特定部位を切断するのに適したレーザー波長の情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段を参照して、前記情報入力手段により入力された生体高分子の切断しようとする部位に対応する波長のレーザーを生体高分子試料に照射させる波長制御手段と、をさらに含む態様のものである。
【００１９】
この生体高分子光切断装置によれば、情報入力手段にて生体高分子の切断しようとする部位の情報が入力される。そして、記憶手段にて生体高分子の特定部位を切断するのに適したレーザー波長の情報が記憶される。前記記憶手段を参照して、前記情報入力手段により入力された生体高分子の切断しようとする部位に対応する波長のレーザーが、波長制御手段にて生体高分子試料に対して照射される。
【００２０】
また、本発明の生体高分子光切断装置は、上記の生体高分子光切断装置において、赤外線レーザー照射後の生体高分子試料を回収して質量分析を行う質量分析手段と、前記質量分析手段により得られた情報に基づいて切断された生体高分子の切断部位を解析し、照射した赤外線レーザーの波長情報とともに、前記質量分析手段により得られた情報を前記記憶手段に記憶させる情報解析手段と、をさらに含む態様のものである。
【００２１】
この生体高分子光切断装置によれば、質量分析手段にて赤外線レーザー照射後の生体高分子試料を回収して質量分析が行われる。そして、情報解析手段にて、前記質量分析手段により得られた情報に基づいて切断された生体高分子の切断部位が解析され、照射した赤外線レーザーの波長情報とともに前記質量分析手段により得られた情報が記憶手段に記憶される。
【００２２】
また、本発明の生体高分子光切断装置は、上記の生体高分子光切断装置において、赤外線レーザー照射後の生体高分子試料を回収して質量分析を行う質量分析手段と、前記質量分析手段により得られた情報から次回の生体高分子の切断しようとする部位の情報を波長制御手段に伝達する情報解析手段と、をさらに含む態様のものである。
【００２３】
この生体高分子光切断装置によれば、質量分析手段にて赤外線レーザー照射後の生体高分子試料が回収されて質量分析が行われる。そして、情報解析手段にて、前記質量分析手段により得られた情報から次回の生体高分子の切断しようとする部位の情報が波長制御手段に伝達される。
【００２４】
また、本発明の生体高分子光分解装置は、上記の生体高分子光切断装置において、上記生体高分子の特定部位を切断するのに適したレーザー波長が、切断する部位の化学結合の固有振動に共鳴する波長である態様のものである。
【００２５】
この生体高分子光分解装置によれば、情報入力手段にて生体高分子の切断しようとする部位の情報が入力される。そして、記憶手段にて生体高分子の特定部位を切断するのに適したレーザー波長の情報が記憶される。ここで、前記生体高分子の特定部位を切断するのに適した前記レーザー波長を、切断する部位の化学結合の固有振動に共鳴する波長としており、前記記憶手段を参照して、前記情報入力手段により入力された生体高分子の切断する部位の化学結合の固有振動に共鳴する波長のレーザーが、波長制御手段にて生体高分子試料に対して照射される。
【００２６】
また、本発明の生体高分子光切断装置は、上記の生体高分子光切断装置において、生体高分子がタンパク質または多糖類である態様のものである。
【００２７】
この生体高分子光切断装置によれば、切断対象の生体高分子としてタンパク質または多糖類が、常圧下において支持手段にて支持される。そして、支持手段にて常圧下において支持されたタンパク質または多糖類に対して、赤外線レーザー照射手段にて赤外線レーザーが照射される。
【００２８】
また、本発明の生体高分子光切断装置は、上記の生体高分子光切断装置において、上記切断しようとする部位の情報が、タンパク質を構成する少なくとも１つのアミノ酸に関する情報、または、多糖類を構成する少なくとも１つの単糖に関する情報、である態様のものである。
【００２９】
この生体高分子光切断装置によれば、上記切断しようとする部位の情報が、タンパク質を構成する少なくとも１つのアミノ酸に関する情報、または、多糖類を構成する少なくとも１つの単糖に関する情報、であり、情報入力手段にて、生体高分子の切断しようとする部位の情報として、タンパク質を構成する少なくとも１つのアミノ酸に関する情報、または、多糖類を構成する少なくとも１つの単糖に関する情報、が入力される。そして、記憶手段にて、生体高分子（タンパク質、多糖類等）の特定部位を切断するのに適したレーザー波長の情報が記憶される。前記記憶手段を参照して、前記情報入力手段により入力された、生体高分子（タンパク質、多糖類等）の切断しようとする部位に対応する波長のレーザーが、波長制御手段にて生体高分子（タンパク質、多糖類等）試料に対して照射される。
【００３０】
また、本発明の生体高分子光切断方法は、常圧下において赤外線レーザーを照射することにより生体高分子を切断することを特徴とする。
【００３１】
この生体高分子光切断方法によれば、常圧下において、生体高分子に対して、赤外線レーザーが照射され、生体高分子が切断される。
【００３２】
また、本発明の生体高分子光切断方法は、上記の生体高分子光切断方法において、上記赤外線レーザーがパルスレーザーである態様のものである。
【００３３】
この生体高分子光切断方法によれば、上記赤外線レーザーがパルスレーザーであり、常圧下において生体高分子に対してパルスレーザー（赤外線レーザー）が照射され、このパルスレーザー（赤外線レーザー）が照射されることにより生体高分子が切断される。
【００３４】
また、本発明の生体高分子光切断方法は、上記の生体高分子光切断方法において、赤外線レーザーの波長が、生体高分子の切断しようとする化学結合の固有振動に共鳴する波長である態様のものである。
【００３５】
この生体高分子光切断方法によれば、赤外線レーザーの波長が、生体高分子の切断しようとする化学結合の固有振動に共鳴する波長であり、常圧下において、生体高分子に対して、生体高分子の切断しようとする化学結合の固有振動に共鳴する波長の赤外線レーザーが照射され、生体高分子が切断される。
【００３６】
また、本発明の生体高分子光切断方法は、上記の生体高分子光切断方法において、生体高分子がタンパク質または多糖類である態様のものである。
【００３７】
この生体高分子光切断方法によれば、切断対象の生体高分子がタンパク質または多糖類であり、生体高分子（タンパク質、多糖類等）に対して、赤外線レーザーが照射され、生体高分子（タンパク質、多糖類等）が切断される。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明において、生体高分子とは、生物内に存在する高分子であれば特に制限はないが、例えば、タンパク質や多糖類といった生体高分子のほか、グライコプロテイン、プロテオグリカン、グライコリピット等の生体高分子をあげることができる。
【００３９】
本発明におけるタンパク質とは、複数のアミノ酸がペプチド結合したものを意味し、２つのアミノ酸からなるジペプチドをはじめ、オリゴペプチド、ポリペプチド、さらには、分子量が１０００ｋＤａを超えるものも含まれる。また、荷電したもの、すなわち、タンパク質イオンも本発明におけるタンパク質に含まれる。さらに、本発明におけるタンパク質は修飾されたものでもよく、例えば、アセチル化、メチル化、リン酸化、ヒドロキシル化されたもの、ジスルフィド結合を形成したもの、糖鎖が付加したものなどが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００４０】
また、本発明における多糖類とは、加水分解によって１以上の単糖を生じる炭水化物を意味し、同一種類の単糖から構成される単純多糖、異種の単糖から構成される複合多糖のいずれをも含む。さらに、タンパク質と結合したグライコプロテイン、プロテオグリカン、グライコリピット等も含まれる。
【００４１】
本発明における常圧下とは、真空以外の気圧のことを意味し、大気圧のみならず、これをある程度減圧もしくは加圧した気圧も含まれる。従って、常圧下としては、例えば１．３３ｈＰａ（１Ｔｏｒｒ）以上の気圧があげられ、切断処理の容易さから、大気圧（１０１３ｈＰａ）付近が好ましい。具体的には、例えば７００〜１５００ｈＰａ、好ましくは９００〜１１００ｈＰａをあげることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４２】
以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、これらの図面に限定されるものではない。
【００４３】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の生体高分子光切断装置の一例を示すものである。図１において、本発明の生体高分子光切断装置は、レーザー発振器１、シャッター２、ガルバノミラー３、パワーメーター４、レンズ５、フッ化バリウム（ＢａＦ２）板６、サンプル１０、サンプルホルダー７、スライドガラス８の順に配置されている。
なお、レーザー発振器１は、本発明の赤外線レーザー照射手段を構成し、フッ化バリウム（ＢａＦ２）板６、サンプルホルダー７、スライドガラス８は、本発明の試料の支持手段を構成する。
本発明は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。
図１において、レーザー発振器１から放射された赤外線レーザー光は、シャッター２により所定の時間開放される。
シャッター２を通過したレーザー光は、ガルバノミラー３を通り、レンズ５によって集光されサンプル１０に照射される。
サンプル１０は、スライドガラス８上に置かれ、側面をサンプルホルダー７により固定され、上面がＢａＦ２板６によりカバーされている。
ガルバノミラー３は、内部に備えたミラーの角度を変化させることによりレーザー光を走査してサンプル１０に照射する働きを有する。これにより、生体高分子であるサンプル１０が切断されることとなる。
なお、パワーメーター４は、ガルバノミラー３とレンズ５の間に挿入され、レーザー光強度を測定できるようになっている。
【００４４】
ここで、図１では、サンプル１０として液層試料を用いているが、本発明に用いる試料を支持する支持手段としては、試料を支持して赤外線レーザーを照射できれば特に制限はなく、固層試料、液層試料それぞれに応じ、適切なものを選択して用いることができる。
【００４５】
例えば、液層試料の場合は、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、サンプルホルダーで囲んだスライドガラス上に、目的とする生体高分子を滴下し、上面をフッ化バリウム（ＢａＦ２）や臭化カリウム（ＫＢｒ）などの赤外線の吸収が少ない素材からなる板でカバーすることにより、液体のまま試料を支持することができる。
この場合、赤外線レーザーにより生体高分子を切断した後、溶液系のまま次の分析工程等に移すことが可能となる。
【００４６】
また、固層試料の場合は、図５（ａ）〜（ｆ）に示すように、ＢａＦ２やＫＢｒなどの基盤を用い、これらの基盤に、目的とする生体高分子溶液を滴下し、乾燥させることにより、容易に試料を基盤に支持することができる。
【００４７】
さらに、試料を支持する他の手段としては、例えばポリアクリルアミドゲル等の生体高分子の分離担体をあげることができる。
この場合、ポリアルリルアミドゲル電気泳動によりタンパク質等の生体高分子を分離し、その生体高分子が吸着したポリアクリルアミドゲルをそのまま試料を支持する支持手段として用いることができ、タンパク質等の生体高分子の解析を効率的に進めることが可能となる。
【００４８】
本発明の赤外線レーザー照射手段としては、赤外線を照射できるものであれば特に制限はないが、例えば、自由電子レーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー等をあげることができる。
【００４９】
本発明に用いる赤外線レーザーの波長としては、生体高分子の化学結合を切断できる波長であれば特に制限はないが、目的とする化学結合を選択的に切断することが可能となるという観点から、切断しようとする化学結合の固有振動に共鳴する波長を用いることが好ましい。
実際に用いる波長の範囲としては、例えば、０．７〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍをあげることができる。
【００５０】
また、本発明に用いる赤外線レーザーとしては、生体高分子の化学結合を効率的に切断するという観点から、パルスレーザーを用いることが好ましい。
すなわち、赤外線レーザーを試料に照射して切断しようとする化学結合に振動励起をおこした場合でも、通常は振動緩和（減衰）がおこり、効率的にエネルギーを伝えることが難しい場合がある。
この場合、この振動緩和（減衰）よりもはやいタイミングでパルスとしてレーザー照射することにより、効率的に目的とする化学結合を切断することが可能となる。
パルス幅としては、切断する化学結合の種類により適宜決定してよいものであるが、例えば、数ｆｓｅｃ（フェムト秒）〜数百ｐｓｅｃ（ピコ秒）のものをあげることができる。
【００５１】
本発明に用いる赤外線レーザーの照射エネルギーとしては、生体高分子の化学結合を切断できるエネルギーであれば特に制限はないが、例えば、１〜１０００ｍＪ、好ましくは１０〜５００ｍＪをあげることができる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施態様について説明する。
図２は、本発明の生体高分子光切断装置の他の一例を示すものである。制御部２０は、情報入力部３０、記憶部３２、波長制御部３５、情報解析部３８を含むコンピューターにより構成されている。
制御部２０は、波長制御部３５を介して、レーザー発振器１に接続されている。
また、制御部２０は、情報解析部３８を介して質量分析部４０に接続されている。その他の構成部位は、図１と同様である。
なお、情報入力部３０、記憶部３２、波長制御部３５、情報解析部３８、質量分析部４０は、本発明の情報入力手段、記憶手段、波長制御手段、情報解析手段、質量分析手段をそれぞれ構成する。
本発明は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。
図２において、情報入力部３０には、生体高分子の切断しようとする部位の情報が入力される。生体高分子がタンパク質の場合は、切断しようとする部位の情報の例として、タンパク質を構成する少なくとも１つのアミノ酸に関する情報、または、タンパク質を構成する連続する少なくとも２つのアミノ酸配列があげられる。
また、生体高分子が多糖類の場合は、切断しようとする部位の情報の例として、多糖類を構成する少なくとも一つの単糖の情報、または、多糖類を構成する連続する少なくとも２つの単糖配列の情報があげられる。
【００５３】
記憶部３２には、生体高分子の特定部位を切断するのに適したレーザー波長の情報が記憶されている。
生体高分子の特定部位を切断するのに適したレーザー波長の例としては、切断する部位の化学結合の固有振動に共鳴する波長があげられる。
これらの固有振動に共鳴する波長は、例えば、図６に示されるように、分子軌道法を用いた計算シミュレーションやＦＴ−ＩＲを用いた赤外吸収測定等の方法により取得することができる。
【００５４】
波長制御部３５は、記憶部３２を参照して、情報入力部３０により入力された生体高分子の切断しようとする部位に対応する波長のレーザーを、レーザー発振器１から放射させる。
これにより、例えば、生体高分子がタンパク質の場合は、タンパク質の切断しようとする特定部位のアミノ酸の情報を入力することにより、そのアミノ酸部分を選択的に切断することが可能となる。
【００５５】
より具体的には、例えば、「ヒスチジン−プロリン」を情報入力部３０に入力することにより、タンパク質のヒスチジン−プロリン間の結合部位を選択的に切断することが可能となる。
この場合、図７に示されるように、プロリンの５員環のブリージングモード（Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ  Ｍｏｄｅ）を与える波長が４００ｃｍ−１であることが上記の計算シミュレーションによって求められており、この波長を照射することによりプロリンの５員環にエネルギーを与え、振動共鳴によりヒスチジンとプロリン間の結合にエネルギーを伝達させて、この結合を切断することが可能となる。
なお、タンパク質を切断する場合には、図３の切断部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示されるように、いくつかの切断部位が存在する。従って、例えば、図３のＲｍ−１がヒスチジン残基、Ｒｍがプロリン残基の場合における切断部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各々の固有振動に共鳴する波長をあらかじめ求めておき、記憶部３２に記憶しておくことにより、任意の切断部位で切断することが可能となる。
この場合、情報入力部３０に、例えば「ヒスチジン−プロリン」および「切断部位Ｂ」を入力することにより、タンパク質のヒスチジン−プロリン間のペプチド結合を選択的に切断することができるようになる。
なお、図３においてＲは、アミノ酸残基を示す。
【００５６】
また、質量分析部４０では、赤外線レーザーを照射後の生体高分子試料を回収して質量分析が行われる。
質量分析部４０から得られた情報は、情報解析部３８に送られ、情報解析部３８では、赤外線レーザーの照射により切断された生体高分子の切断部位が解析される。
解析された結果（解析結果情報）は、照射した波長情報とともに記憶部３２に記憶される。
これにより、実際に照射した赤外線レーザーによって、生体高分子のどの部位が切断されるかを実測により求めることができる。
【００５７】
さらに、情報解析部３８にて得られた解析結果情報を記憶部３２に記憶することにより、生体高分子の特定部位を切断するのに適した波長のより的確な情報を取得することができ、または、計算により求めた切断に適した波長を実測値に更新することができる。
さらに、情報解析部３８は、次回の生体高分子の切断しようとする部位の情報を波長制御部３５に伝達（指示）することもできる。
例えば、生体高分子がタンパク質の場合において、「ヒスチジン−プロリン」の情報を情報入力部３０に入力して赤外線レーザーを照射した後のタンパク質試料を回収して、質量分析部４０にて分析した結果、切断が起こっていないことが判明した場合は、例えばあらかじめ定めておいた次に切断すべきアミノ酸配列情報を波長制御部３５に伝達（指示）し、次回の赤外線レーザー照射を行なうことができる。
【００５８】
なお、本発明で用いられる質量分析手段としては、質量分析が行えるものであれば特に制限はないが、生体高分子を精度良く分析できるという観点から、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦが特に好ましい。
【００５９】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は実施例に限定されるのもではない。
＜サブスタンス  Ｐの切断の例＞
図１の生体高分子光切断装置を用いて、以下の手順でサブスタンス  Ｐ（配列番号：１、ＳＵＢ  Ｐ）を切断した。
なお、サブスタンス  Ｐは、神経細胞から放出される化学伝達物質である神経ペプチドとして知られており、そのアミノ酸配列は、「Ａｒｇ−Ｐｒｏ−Ｌｙｓ−Ｐｒｏ−Ｇｌｎ−Ｇｌｎ−Ｐｈｅ−Ｐｈｅ−Ｇｙｌ−Ｌｅｕ−Ｍｅｔ」である。
まず、サブスタンス  Ｐ粉末（ＳＩＧＭＡ社製）をＭｉｌｌｉＱ水で溶解して２ｐｍｏｌ／μＬ溶液とし、１０μＬを図４（ｂ）に示すようなサンプルホルダーを持つスライドグラスの上に滴下し、ＢａＦ２板で覆った。
図１に示す生体高分子光切断装置を用いて波長可変赤外線レーザーを照射し、サブスタンス  Ｐを切断した後、ＭｉｌｌｉＱ水とメタノール（５０：５０）の混合液（１％  酢酸を含む）を用いてスライドグラス上のサンプルおよびＢａＦ２基盤上からレーザー照射後のサンプルを回収し、２０ｐｍｏｌ／μＬ溶液とした。回収したペプチドをエッペンドルフチューブに入れ、その後四倍希釈した５ｐｍｏｌ／μＬを使い、質量分析を行った。
その手順の概略を、図４（ａ）〜（ｅ）に示す。
なお、質量分析は、タンデム四重極・飛行時間ハイブリッド型（ｑｑ−ＴＯＦ）質量分析計（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ社製  ＱＳＴＡＲ  ＰＵＬＳＡＲ）を用いて行った。
まず、レーザー照射することなく、レファレンスとして、サブスタンス  Ｐをスライドガラスに滴下し３０分後に回収し質量分析を行った。
その結果は、図８に示すとおりである。図８に示されるように、２価の親イオン［ＳＵＢ  Ｐ＋２Ｈ］２＋（ｍ／ｚ＝６７４．３Ｄａ）と、ｍ／ｚ＝４３７．２のピークが最も強く観測された。
次に波長可変赤外線レーザーを用いて、照射実験を行った。その際使用したレーザーとしては、パルス幅約５ｐｓの極短ミクロパルスであることを特徴とし、このパルスは４４．８ｎｓ毎に約２０ｍｓ間出力されるものである。これらのミクロパルス４５０個からマクロパルスが形成され、マクロパルスは１０Ｈｚで出力された。
この波長可変赤外線レーザーを使い、波長を６．１μｍに調整した後３０分間サンプルに照射を行い、レーザー照射後のサンプルを回収し質量分析を行った。その結果は、図９に示されるように、サブスタンス  Ｐの２価（［ＳＵＢ  Ｐ＋２Ｈ］２＋）に相当する、ｍ／ｚ＝６７４．３が照射した試料からはほとんど観測されず、低い試料側（ｍ／ｚ＜４００）にレファレンスでは観測されなかったイオンを見つけることができる。また、レファレンスで観測されたｍ／ｚ＝４３７．２のピークも同様に観測された。
この方法で波長を７．７μｍ、８．１μｍ、１０．６μｍに調整し、波長依存性によるペプチド切断部位の選択性をそれぞれ調査した。なお、ガルバノミラーとレンズとの間に挿入したパワーメーターによるレーザー光強度は、１２〜１５ｍＷ（波長：６．１μｍ）であり、２２〜２５ｍＷ（波長：７．７〜１０．６μｍ）であった。
赤外線レーザーを照射していない試料と照射した試料との違いを明白にするために、図９の値から図８の値を差し引くことにより得られた差スペクトラを、図１０（ａ）（波長：６．１μｍ）に示す。
さらに、波長が７．７μｍ、８．１μｍ、１０．６μｍの各波長のレーザー光をそれぞれ照射した際の差スペクトラも、図１０に併せて示す。これらすべてのスペクトラで、低ｍ／ｚ側にピークが現れており、図１０（ｃ）に示すようにピークを同定するができ、サブスタンス  Ｐが分解していることが確認された。
以上の結果から、本発明の生体高分子光切断装置および生体高分子光切断方法の有用性が確認された。
【００６０】
【発明の効果】
本発明により、酵素を用いることなく、生体高分子を切断する生体高分子光切断装置および生体高分子光切断方法を提供することができる。
【００６１】
【配列表】
2004184093.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の概略構成図である。
【図３】タンパク質の切断部位を説明する図である。
【図４】本発明の実施手順（液層試料の場合）を示す図である。
【図５】本発明の実施手順（固層試料の場合）を示す図である。
【図６】ＩＲ波長領域での主なグループ振動を示す図である。
【図７】切断する生体高分子の特定部位と、その特定部位を切断するのに適したレーザー波長との関係を示す図である。
【図８】レファレンス（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）として、レーザー照射していないサブスタンス  Ｐの質量分析結果を示す図である。
【図９】レーザー照射（波長：６．１μｍ）により切断したサブスタンス  Ｐの質量分析結果を示す図である。
【図１０】レーザー照射（波長：６．１μｍ、７．７μｍ、８．１μｍ、１０．６μｍ）により切断したサブスタンス  Ｐの差スペクトラを示す図である。
【符号の説明】
１          レーザー発振器
２          シャッター
３          ガルバノミラー
４          パワーメーター
５          レンズ
６          ＢａＦ２板
７          サンプルホルダー
８          スライドガラス
１０        サンプル
２０        制御部
３０        情報入力部
３２        記憶部
３５        波長制御部
３８        情報解析部
４０        質量分析部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ    切断部位
【図１】
2004184093.tif 000004
【図２】
2004184093.tif 000005
【図３】
2004184093.tif 000006
【図４】
2004184093.tif 000007
【図５】
2004184093.tif 000008
【図６】
2004184093.tif 000009
【図７】
2004184093.tif 000010
【図８】
2004184093.tif 000011
【図９】
2004184093.tif 000012
【図１０】
2004184093.tif 000013