(57)【要約】【課題】半透性膜を通過し得る成分の濾過効率が高く且つコンパクトな無細胞タンパク質合成装置、及び前記タンパク質合成装置を用いた無細胞タンパク質合成方法を提供する。【解決手段】無細胞タンパク質合成反応液Ｌを入れる第１の反応槽１１と、第１反応槽１１と液体流通路１３を介して連通された合成反応液Ｌを入れる第２の反応槽１２と、第１反応槽１１、液体流通路１３及び第２反応槽１２のうちの少なくとも１つに備えられた半透性膜Ｍとを含む合成反応槽１０と、第１反応槽１１及び第２反応槽１２に入れられた合成反応液Ｌを、液体流通路１３を介して相互に移動及び／又は揺動させる手段６０とを備えている無細胞タンパク質合成装置。【選択図】    図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無細胞タンパク質合成反応液を入れる第１の反応槽と、第１の反応槽と液体流通路を介して連通された前記合成反応液を入れる第２の反応槽と、第１の反応槽、液体流通路及び第２の反応槽のうちの少なくとも１つに備えられた半透性膜とを含む合成反応槽と、
第１の反応槽及び第２の反応槽に入れられた前記合成反応液を、液体流通路を介して相互に移動及び／又は揺動させる手段とを備えている無細胞タンパク質合成装置。
【請求項２】
半透性膜を通過した液を回収する手段を備えている、請求項１に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項３】
液体流通路は、第１の反応槽の最深部から水平状に第２の反応槽の最深部にまで延びている略水平流通路である、請求項１又は２に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項４】
第１の反応槽、略水平流通路及び第２の反応槽のうちの少なくとも１つの底面を画定するように半透性膜が配置されている、請求項３に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項５】
液体流通路は、第１の反応槽の最深部から略鉛直面に沿って蛇行しながら第２の反応槽の最深部にまで延びている蛇行流通路である、請求項１又は２に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項６】
蛇行流通路の垂直両側面のうちの少なくとも一方を画定するように半透性膜が配置されている、請求項５に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項７】
半透性膜は交換可能に備えられている、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項８】
半透性膜は、透析膜、半透膜、限外濾過膜、限外濾過バリア、及び化学的又は生物的に目的物質を捕捉できる膜からなる群から選ばれる、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項９】
第１の反応槽及び／又は第２の反応槽は、前記合成反応液についての吸収、蛍光又は散乱光の光学的測定が可能なように、及び／又は前記合成反応液の液量が光学的に確認可能なように構成されている、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項１０】
前記合成反応液の移動及び／又は揺動手段は、第１の反応槽及び第２の反応槽のうちの少なくとも一方の内部を加圧する装置である、請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項１１】
前記合成反応液の移動及び／又は揺動手段は、２つの加圧口を有し且つプランジャを備えたシリンジポンプと、前記一方の加圧口から第１反応槽に通じる第１パイプと、第１パイプを貫通させた第１反応槽の上部シール用キャップと、前記他方の加圧口から第２反応槽に通じる第２パイプと、第２パイプを貫通させた第２反応槽の上部シール用キャップと、第２パイプの途中に介在させられた三方バルブとから主として構成される、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項１２】
前記合成反応液の移動及び／又は揺動手段は、１つの加圧口を有し且つプランジャを備えたシリンジポンプと、前記加圧口から第１反応槽に通じるパイプと、前記パイプを貫通させた第１反応槽の上部シール用キャップと、第２反応槽の上部シール用キャップとから主として構成される、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の無細胞タンパク質合成装置を用いて、
無細胞タンパク質合成反応液を第１の反応槽及び第２の反応槽に入れ、タンパク質合成反応を行い、
第１の反応槽及び第２の反応槽に入れられた前記合成反応液を、液体流通路を介して相互に移動及び／又は揺動させながら、半透性膜を通過し得る成分を濾過により合成反応系から除去する、無細胞タンパク質合成方法。
【請求項１４】
半透性膜を通過し得る成分の濾過を加圧状態で行う、請求項１３に記載の無細胞タンパク質合成方法。
【請求項１５】
半透性膜を通過し得る成分には、合成中に形成された減成生産物が含まれる、請求項１３又は１４に記載の無細胞タンパク質合成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無細胞タンパク質合成装置に関し、より詳しくは、半透性膜を通過し得る成分の濾過効率が高く且つコンパクトな無細胞タンパク質合成装置に関する。また、本発明は、前記タンパク質合成装置を用いた無細胞タンパク質合成方法にも関する。本発明において、タンパク質にはポリペプチドも含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
タンパク質合成方法として、無細胞タンパク質合成系が知られている。無細胞タンパク質合成系では、生細胞を用いる場合のような細胞培養の必要がなく、利便性に優れる。また、生細胞を用いる場合には、生細胞が自己の細胞機能を維持するために外来タンパク質を排除する傾向が強いため、発現が困難なタンパク質も多いが、無細胞タンパク質合成系では、このような生体維持機構の制約を受けにくく、この観点からも優れている。
【０００３】
しかしながら、無細胞タンパク質合成系では、反応時間が１〜２時間程度と短く、生細胞を用いた場合に比べ合成量が低いという欠点があった。このため、バッチ法による無細胞タンパク質合成系は、タンパク質の大量合成には用いることができなかった。
【０００４】
スピリン（Ａ．Ｓ．Ｓｐｉｒｉｎ）らは、限外濾過装置に無細胞反応液を入れ、基質アミノ酸、ＡＴＰ及びＧＴＰを含む溶液をポンプを用いて反応液に連続的に供給し、同時に、基質の分解物や合成されたタンパク質を含む反応産物を反応液から除くことにより、十数時間にわたって無細胞タンパク質合成が持続し、従来の２０倍を超えるタンパク質合成量を達成した（Ａ．Ｓ．Ｓｐｉｒｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ２４２，  １１６２−１１６４  （１９８８）  ，特公平７−１１０２３６号公報）。しかしながら、このフロー法によれば、装置が大掛かりとなり、また、アミノ酸の供給量も多くなり、コストの点で不利である。
【０００５】
横山らは、タンパク質合成に必要な基質アミノ酸やＡＴＰ、ＧＴＰ等を含む基質溶液を入れた試験管中に、濃縮した大腸菌抽出液、基質アミノ酸、ＡＴＰ及びＧＴＰ等を含む反応液を内部に入れた使い捨て透析装置  Ｄｉｓｐｏ／Ｄｉａｌｙｚｅｒ（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）  を収め、インキュベートして、連続無細胞タンパク質合成を行った。無細胞タンパク質合成が６時間以上持続し、１ｍｌの反応液当たり３ｍｇ以上の目的タンパク質ＣＡＴが得られた。反応開始６時間後に前記基質溶液を新しいものと交換すると、合成反応はさらに持続し、最終的に６ｍｇの目的タンパク質が得られた（Ｋｉｇａｗａ，Ｔ．  ｅｔ  ａｌ．，  ＦＥＢＳ  Ｌｅｔｔ．，  ４４２，  １５−１９，  １９９９）。この透析法によれば、合成の間に、反応液中に、ＡＴＰ及びＧＴＰのエネルギー源のみならず、基質アミノ酸も追加供給される。また、目的タンパク質のＣＡＴは、比較的小分子のものである。
【０００６】
また、タンパク質合成に必要な基質アミノ酸やＡＴＰ、ＧＴＰ等を含む基質溶液を収容した供給槽の上に、無細胞タンパク質合成反応液を収容した反応槽を半透膜を介して設けたいわゆる重層法も知られている。例えば、ラピッドトランスレーションシステムＲＴＳ５００（ロシュ・タイアグノスティックス株式会社）、プロテイオス（ＰＲＯＴＥＩＯＳ、東洋紡績株式会社製）が挙げられる。
【０００７】
上記透析法や重層法では、ＡＴＰ及びＧＴＰのエネルギー源のみならず基質アミノ酸を半透膜を介して合成反応液に追加供給するので、反応時間が長くかかってしまう。生成した目的タンパク質を反応系に長く滞留させておくのは、タンパク質の活性劣化などのため好ましいことではない。
【０００８】
また、限外濾過膜、半透膜等の濾過膜を用いた濾過において、濾過を実施している際に、被処理液である合成反応液の濃度分極、すなわち、合成反応液中の濾過膜を通過しない成分の濃度は濾過膜に近いほど高くなるという濃度分極が徐々に起こり濾過能力が次第に低下するという問題がある。
【０００９】
【非特許文献１】
Ａ．Ｓ．Ｓｐｉｒｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ２４２，  １１６２−１１６４  （１９８８）
【特許文献１】
特公平７−１１０２３６号公報
【非特許文献２】
Ｋｉｇａｗａ，Ｔ．  ｅｔ  ａｌ．，  ＦＥＢＳ  Ｌｅｔｔ．，  ４４２，  １５−１９，  １９９９
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、半透性膜を通過し得る成分の濾過効率が高く且つコンパクトな無細胞タンパク質合成装置を提供することにある。また、本発明の目的は、前記タンパク質合成装置を用いた無細胞タンパク質合成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明には、以下の発明が含まれる。
（１）  無細胞タンパク質合成反応液を入れる第１の反応槽と、第１の反応槽と液体流通路を介して連通された前記合成反応液を入れる第２の反応槽と、第１の反応槽、液体流通路及び第２の反応槽のうちの少なくとも１つに備えられた半透性膜とを含む合成反応槽と、
第１の反応槽及び第２の反応槽に入れられた前記合成反応液を、液体流通路を介して相互に移動及び／又は揺動させる手段とを備えている無細胞タンパク質合成装置。
【００１２】
この無細胞タンパク質合成装置によれば、合成反応槽は液体流通路を介して互いに連通させられた第１の反応槽及び第２の反応槽を含み、且つ、第１の反応槽及び第２の反応槽に入れられた合成反応液を、液体流通路を介して相互に移動及び／又は揺動させる手段を備えているので、合成反応液の第１及び第２の両反応槽間での移動や揺動によって、合成反応液の濃度分極が抑制される。そのため、半透性膜を通過し得る成分の濾過を高効率で行うことができる。
【００１３】
（２）  半透性膜を通過した液を回収する手段を備えている、（１）  に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００１４】
この合成装置によれば、半透性膜を通過した液を確実に回収することができる。
【００１５】
（３）  液体流通路は、第１の反応槽の最深部から水平状に第２の反応槽の最深部にまで延びている略水平流通路である、（１）  又は（２）  に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００１６】
この合成装置によれば、略水平流通路によって、第１の反応槽及び第２の反応槽に入れられた合成反応液を相互に移動及び／又は揺動させることができる。略水平流通路は、直線的に幅広状に形成されていてもよいし、略水平面に沿って蛇行して形成されていてもよい。
【００１７】
（４）  第１の反応槽、略水平流通路及び第２の反応槽のうちの少なくとも１つの底面を画定するように半透性膜が配置されている、（３）  に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００１８】
この合成装置によれば、第１の反応槽、略水平流通路及び第２の反応槽のうちの少なくとも１つの底面に配置された半透性膜によって、濾過が行われる。半透性膜は略水平流通路の底面のみに配置されていてもよい。この場合には、略水平流通路の面積が大きく、半透性膜の面積が大きい方が濾過の効率が高くなる。また、半透性膜は、第１の反応槽、略水平流通路及び第２の反応槽のすべての底面に配置されていてもよい。この場合には、半透性膜の面積がより大きくなり、濾過の効率がより高くなる。
【００１９】
（５）  液体流通路は、第１の反応槽の最深部から略鉛直面に沿って蛇行しながら第２の反応槽の最深部にまで延びている蛇行流通路である、（１）  又は（２）  に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００２０】
この合成装置によれば、蛇行流通路によって、第１の反応槽及び第２の反応槽に入れられた被処理液を相互に移動及び／又は揺動させることができる。
【００２１】
（６）  蛇行流通路の垂直両側面のうちの少なくとも一方を画定するように半透性膜が配置されている、（５）  に記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００２２】
この合成装置によれば、蛇行流通路の垂直両側面のうちの少なくとも一方に配置された半透性膜によって、濾過が行われる。蛇行流通路の垂直側面の面積が大きく、半透性膜の面積が大きい方が濾過の効率が高くなる。半透性膜が蛇行流通路の垂直両側面に配置されていると、半透性膜の面積がより大きくなり、濾過の効率がさらに高くなる。
【００２３】
（７）  半透性膜は交換可能に備えられている、（１）  〜（６）  のうちのいずれかに記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００２４】
この合成装置によれば、所定の無細胞タンパク質合成操作の終了後に、半透性膜を新しいものに交換することができ、半透性膜の洗浄操作の必要がない。
【００２５】
（８）  半透性膜は、透析膜、半透膜、限外濾過膜、限外濾過バリア、及び化学的又は生物的に目的物質を捕捉できる膜からなる群から選ばれる、（１）  〜（７）  のうちのいずれかに記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００２６】
上記半透性膜はそれぞれ、孔の大きさが異なるので、目的タンパク質の種類に応じて選択するとよい。
【００２７】
（９）  第１の反応槽及び／又は第２の反応槽は、前記合成反応液についての吸収、蛍光又は散乱光の光学的測定が可能なように、及び／又は前記合成反応液の液量が光学的に確認可能なように構成されている、（１）  〜（８）  のうちのいずれかに記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００２８】
この合成装置において、合成反応液についての吸収、蛍光又は散乱光の光学的測定が可能であると、合成及び濾過操作中においてサンプル液を採取することなく直接的に合成反応液についての濾過の進行度合いや精製度合いを測定することができる。また、この合成装置において、合成反応液の液量が光学的に確認可能であると、合成及び濾過操作中において直接的に濾過の進行度合いや、第１及び第２の両反応槽間での移動や揺動の様子を観察することができる。
【００２９】
本発明において、半透性膜を含めた合成反応槽は、半透性膜を含めてディスポーザブル（使い捨て）であることも好ましい。合成反応槽がディスポーザブルであると、半透性膜を含めた合成反応槽の洗浄が不要であり、無細胞タンパク質合成に好適である。
【００３０】
（１０）    前記合成反応液の移動及び／又は揺動手段は、第１の反応槽及び第２の反応槽のうちの少なくとも一方の内部を加圧する装置である、（１）  〜（９）  のうちのいずれかに記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００３１】
この合成装置によれば、第１の反応槽及び第２の反応槽のうちの一方の内部を加圧することにより、前記一方の反応槽中の合成反応液を液体流通路を介して他方の反応槽中に押し入れることができ、加圧を止めて大気圧付近に戻すことにより、前記他方の反応槽中の合成反応液を液体流通路を介して前記一方の反応槽中に引き戻すことができ、同時に合成反応液は揺れ動く。このようにして、合成反応液の第１及び第２の両反応槽間での移動や揺動が行われる。また、加圧された状態で濾過を行うことにより、濾過の速度・効率が上がる。加圧度によって、移動や揺動が制御される。
【００３２】
本発明において、加圧する装置としてプランジャ備えたシリンジポンプが用いられる。加圧すべき反応槽の上部をシールしてこの反応槽内の空間を密閉系として、シリンジポンプから前記反応槽の内部にエアーを送り込み加圧する。続いて、シリンジポンプのプランジャを往復させると、合成反応液の第１及び第２の両反応槽間での連続的な移動や揺動が行われる。
【００３３】
（１１）    前記合成反応液の移動及び／又は揺動手段は、２つの加圧口を有し且つプランジャを備えたシリンジポンプと、前記一方の加圧口から第１反応槽に通じる第１パイプと、第１パイプを貫通させた第１反応槽の上部シール用キャップと、前記他方の加圧口から第２反応槽に通じる第２パイプと、第２パイプを貫通させた第２反応槽の上部シール用キャップと、第２パイプの途中に介在させられた三方バルブとから主として構成される、（１）  〜（１０）のうちのいずれかに記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００３４】
（１２）    前記合成反応液の移動及び／又は揺動手段は、１つの加圧口を有し且つプランジャを備えたシリンジポンプと、前記加圧口から第１反応槽に通じるパイプと、前記パイプを貫通させた第１反応槽の上部シール用キャップと、第２反応槽の上部シール用キャップとから主として構成される、（１）  〜（１０）のうちのいずれかに記載の無細胞タンパク質合成装置。
【００３５】
（１３）    （１）  〜（１２）のうちのいずれかに記載の無細胞タンパク質合成装置を用いて、
無細胞タンパク質合成反応液を第１の反応槽及び第２の反応槽に入れ、タンパク質合成反応を行い、
第１の反応槽及び第２の反応槽に入れられた前記合成反応液を、液体流通路を介して相互に移動及び／又は揺動させながら、半透性膜を通過し得る成分を濾過により合成反応系から除去する、無細胞タンパク質合成方法。
【００３６】
この無細胞タンパク質合成方法は、上記の無細胞タンパク質合成装置を用いた合成方法であり、合成反応液の第１及び第２の両反応槽間での移動や揺動によって、合成反応液の濃度分極が抑制される。そのため、半透性膜を通過し得る成分の濾過を高効率で行うことができる。
【００３７】
（１４）    半透性膜を通過し得る成分の濾過を加圧状態で行う、（１３）に記載の無細胞タンパク質合成方法。
【００３８】
この合成方法によれば、加圧された状態で濾過を行うことにより、濾過の速度・効率が上がる。加圧度によって、移動や揺動が制御される。
【００３９】
（１５）    半透性膜を通過し得る成分には、合成中に形成された減成生産物が含まれる、（１３）又は（１４）に記載の無細胞タンパク質合成方法。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の無細胞タンパク質合成装置は、液体流通路を介して互いに連通させられた第１の反応槽及び第２の反応槽を含む合成反応槽と、第１の反応槽及び第２の反応槽に入れられた無細胞タンパク質合成反応液を、液体流通路を介して相互に移動及び／又は揺動させる手段とを備えている。
【００４１】
まず、本発明の無細胞タンパク質合成装置における合成反応槽について説明する。図１は、合成反応槽の一例の斜視図である。図２は、図１の合成反応槽の垂直断面図である。図３は、濾過液回収底板の斜視図である。以下の説明において、左右とは、図２を基準として、その左を左、右を右といい、前後とは、図２の紙面表側を前、紙面裏側を後というものとする。
【００４２】
図１及び図２を参照すると、合成反応槽１０は、無細胞タンパク質合成反応液Ｌを入れる第１の反応槽１１と、第１反応槽１１と液体流通路１３を介して連通された合成反応液Ｌを入れる第２の反応槽１２と、半透性膜Ｍと、半透性膜Ｍを通過した濾過された液Ｆを回収する手段３１とを備えている。
【００４３】
第１反応槽１１及び第２反応槽１２は共に、光学的透明なプラスチックから形成された上部開口された断面四角形の筒状構造のものである。第１反応槽１１の右側壁１１ａ  の最深部は前後方向の全領域にわたって開口１１ｂ  させられている。第２反応槽１２の左側壁１２ａ  の最深部は前後方向の全領域にわたって開口１２ｂ  させられている。第１反応槽１１の開口１１ｂ  と、第２反応槽１２の開口１２ｂ  とを連通させるように直線状に水平流通路１３が形成されている。水平流通路１３の前後方向の幅は、水平流通路１３の底面の面積をできるだけ大きくするべく、開口１１ｂ  及び開口１２ｂ  の幅と同一とされている。水平流通路１３の前後側壁及び頂壁は、第１反応槽１１及び第２反応槽１２と一体成形されたものである。
【００４４】
第１反応槽１１、第２反応槽１２及び水平流通路１３の全底面にわたって、半透性膜Ｍが配置されている。すなわち、第１反応槽１１、第２反応槽１２及び水平流通路１３の各底面は半透性膜Ｍによって画定・形成されている。半透性膜Ｍは、濾過液Ｆの回収底板３１の上に支持配置されており、交換可能である。
【００４５】
回収底板３１は、図３に示すように、平面視長方形であり、周縁部にフランジ３２，３３  （左右フランジ３２，  前後フランジ３３）が形成され、上面には前後方向に延びた多数の凸状３４が互いに平行に且つ前後フランジ３３，３３  とは一定の間隔Ｃを保つように形成されている。さらに、底板３１の中央部には濾過液Ｆの排出口３５が形成され、前記間隔Ｃは、左右方向中央部に近づくに従って低くなるように形成された濾過液流路とされ、排出口３５に濾過液Ｆが集まるようにされている。多数の凸状３４によって、半透性膜Ｍが支持されている。
【００４６】
図４には、半透性膜Ｍを通過した濾過液Ｆの回収手段の変形例が示されている。第１反応槽１１、第２反応槽１２、水平流通路１３及び半透性膜Ｍについては、図１及び図２に示したものと同一である。濾過液Ｆの回収手段は、回収底板４１と回収底板４１上に載せられたスペーサー４５とを含む。回収底板４１は、平面視長方形であり、周縁部にフランジ４２が形成された皿状のものであって、底板４１の中央部には濾過液Ｆの排出口４４が形成されている。また、底板４１の左右両端部内側にはフランジ４２に連続して、スペーサー４５受け用の突起４３が形成されている。スペーサー４５は、図５に示すように、平面視長方形板であり、濾過液Ｆを通すための多数の孔４６が形成されている。スペーサー４５は、回収底板４１の突起４３上に支持され、スペーサー４５と底板４１上面との間には間隔が存在する。スペーサー４５上に、半透性膜Ｍが支持されている。
【００４７】
上記合成反応槽１０では、水平流通路１３の底面の面積が大きく、且つ、半透性膜Ｍが水平流通路１３の底面のみならず、第１反応槽１１の底面及び第２反応槽１２の底面にも配置されているので、半透性膜Ｍの面積が非常に大きくなり、濾過の効率がより高くなる。半透性膜Ｍを通過した濾過液Ｆは、回収底板３１，４１  により回収され、排出口３５，４４  より排出される。上記合成反応槽１０では、水平流通路１３を有するので、装置構成がシンプルである利点がある。
【００４８】
図６は、合成反応槽の他の一例の斜視図である。図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ  線に沿う垂直断面図である。以下の説明において、左右とは、図７を基準として、その左を左、右を右といい、前後とは、図７の紙面表側を前、紙面裏側を後というものとする。
【００４９】
図６及び図７を参照すると、合成反応槽１０は、無細胞タンパク質合成反応液Ｌを入れる第１の反応槽５１と、第１反応槽５１と液体流通路５３を介して連通された合成反応液Ｌを入れる第２の反応槽５２と、半透性膜Ｍと、半透性膜Ｍを通過した濾過された液Ｆを回収する手段とを備えている。
【００５０】
第１反応槽５１及び第２反応槽５２は共に、光学的透明なプラスチックから形成された上部開口された断面四角形の筒状構造のものである。第１反応槽５１の右側壁５１ａ  の最深部は、前側から前後方向の半分の領域にわたって開口５１ｂ  させられている。第２反応槽５２の左側壁５２ａ  の最深部は、前側から前後方向の半分の領域にわたって開口５２ｂ  させられている。第１反応槽１１の開口５１ｂ  と、第２反応槽１２の開口５２ｂ  とを連通させ、且つ鉛直面に沿って流路仕切り板５４によって蛇行させられた蛇行流通路５３が形成されている。蛇行流通路５３は、その側面の面積が大きくなるように、第１反応槽５１及び第２反応槽５２と同一の高さにまで形成されている。蛇行流通路５３の底壁、前側壁、頂壁及び仕切り板５４は、第１反応槽５１及び第２反応槽５２と一体成形されたものである。
【００５１】
蛇行流通路５３の後側の全側面にわたって、半透性膜Ｍが鉛直に配置されている。すなわち、蛇行流通路５３の後側面は半透性膜Ｍによって画定・形成されている。半透性膜Ｍは、交換可能である。
【００５２】
半透性膜Ｍの後ろ側には、半透性膜Ｍを通過した濾過液Ｆの回収室５５が形成されている。回収室５５の後側壁５５ａ  は、第１反応槽５１及び第２反応槽５２と一体成形されたものである。回収室５５の底壁には、濾過液Ｆの排出口５６が形成されている。
【００５３】
上記合成反応槽１０では、蛇行流通路５３の側面の面積が大きく、すなわち半透性膜Ｍの面積が大きく、濾過の効率が高い。流通路５３から半透性膜Ｍを通過した濾過液Ｆは、回収室５５の排出口５６より排出される。
【００５４】
上記合成反応槽１０では、蛇行流通路５３の後側面にのみ半透性膜Ｍが配置されている。蛇行流通路５３の前側面にも半透性膜Ｍが配置されると、半透性膜Ｍの面積は２倍となり、さらに濾過効率は高くなる。
【００５５】
以上説明した合成反応槽の例ではいずれも、合成反応槽１０は２つの反応槽、すなわち第１反応槽１１，５１  及び第２反応槽１２，５２  を有している。しかしながら、合成反応液の移動及び／又は揺動をさせるために、互いに液体流通路で連通された３つ以上の反応槽を設けることも可能であろう。
【００５６】
次に、以上説明した合成反応槽に、合成反応液を移動及び／又は揺動させる手段を備えた本発明の無細胞タンパク質合成装置について説明する。図８は、本発明の無細胞タンパク質合成装置の概略構成を示す図である。図８においては、水平流通路１３を有する図１〜５に例示の合成反応槽が便宜的に描かれている。しかしながら、蛇行流通路５３を有する図６〜７に例示の合成反応槽を用いても全く同様に無細胞タンパク質合成装置を構成することができる。
【００５７】
図８を参照すると、無細胞タンパク質合成装置は、第１反応槽１１、第２反応槽１２、液体流通路１３、半透性膜Ｍ及び濾過液の排出口３５を備える合成反応槽１０と、合成反応液Ｌの移動及び／又は揺動手段６０とを備えている。
【００５８】
移動及び／又は揺動手段６０は、２つの加圧口６１Ａ，６１Ｂ  を有し且つプランジャ６２を備えたシリンジポンプ６１と、一方の加圧口６１Ａ  から第１反応槽１１に通じる第１パイプ６４と、第１パイプ６４を貫通させた第１反応槽１１の上部シール用キャップ６５と、他方の加圧口６１Ｂ  から第２反応槽１２に通じる第２パイプ６６と、第２パイプ６６を貫通させた第２反応槽１２の上部シール用キャップ６７と、第２パイプ６６の途中に介在させられた三方バルブ６８とから主として構成される。第１パイプ６４には圧力センサ６９が備えられている。シール用キャップ６５及びシール用キャップ６７は、上下移動可能であり、上下移動は自動的に制御されている。
【００５９】
この合成装置を用いた合成及び濾過操作について説明する。初期において、三方バルブ６８は第２反応槽１２側が閉じられている。第１反応槽１１及び第２反応槽１２に無細胞タンパク質合成反応液Ｌを入れる。続いて、シール用キャップ６５及びシール用キャップ６７を下降させ、第１反応槽１１及び第２反応槽１２の上部をシールする。シリンジポンプ６１のプランジャ６２を左ヘ作動させ、加圧口６１Ａ  から第１パイプ６４を介して第１反応槽１１内の圧力を上昇させる。この段階で、合成反応液Ｌに圧力がかかり合成反応液Ｌの一部は第１反応槽１１側から第２反応槽１２側へ移動する。その後、三方バルブ６８の大気側を閉じ、第１反応槽１１内が加圧された状態で、シリンジポンプ６１のプランジャ６２を左右に往復させる。これにより、合成反応液Ｌは加圧された状態で、第１反応槽１１と第２反応槽１２との間を連続的に移動又は揺れ動きながら、半透性膜Ｍによって濾過が行われ、排出口３５から半透性膜を通過した成分を含む濾過液が得られると共に合成反応液Ｌは濃縮される。第１反応槽１１と第２反応槽１２との間での移動や揺動によって、合成反応液の濃度分極が抑制され、しかも加圧された状態で濾過するので、高効率での濾過が達成される。加圧度やプランジャ６２の往復速度によって、移動や揺動が制御される。
【００６０】
図９には、移動及び／又は揺動手段の変形例が示されている。図９を参照すると、無細胞タンパク質合成装置は、第１反応槽１１、第２反応槽１２、液体流通路１３、半透性膜Ｍ及び濾過液の排出口３５を備える合成反応槽１０と、合成反応液Ｌの移動及び／又は揺動手段７０とを備えている。
【００６１】
移動及び／又は揺動手段７０は、１つの加圧口７１Ａ  を有し且つプランジャ７２を備えたシリンジポンプ７１と、加圧口７１Ａ  から第１反応槽１１に通じるパイプ７３と、パイプ７３を貫通させた第１反応槽１１の上部シール用キャップ７４と、第２反応槽１２の上部シール用キャップ７５とから主として構成される。パイプ７３には圧力センサ７６が備えられている。シール用キャップ７４は、上下移動可能であり、上下移動は自動的に制御されている。
【００６２】
この合成装置を用いた合成及び濾過操作について説明する。第１反応槽１１及び第２反応槽１２に無細胞タンパク質合成反応液Ｌを入れ、続いて、シール用キャップ７４及びシール用キャップ７５を下降させ、第１反応槽１１及び第２反応槽１２の上部をシールする。または、まず、シール用キャップ７５を下降させ第２反応槽１２の上部をシールし、その後、第１反応槽１１に無細胞タンパク質合成反応液Ｌを入れ、シール用キャップ７４を下降させ第１反応槽１１の上部をシールしてもよい。第２反応槽１２内は完全に密閉される。
【００６３】
シリンジポンプ７１のプランジャ７２を下方に作動させ、加圧口７１Ａ  からパイプ７３を介して第１反応槽１１内の圧力を上昇させる。この段階で、合成反応液Ｌに圧力がかかり合成反応液Ｌの一部は第１反応槽１１側から第２反応槽１２側へ移動する。第１反応槽１１内が加圧された状態で、シリンジポンプ７１のプランジャ７２を上下に往復させる。プランジャ７２が下方に作動する際に、第１反応槽１１内の空気が圧縮され、合成反応液Ｌの一部が第１反応槽１１側から第２反応槽１２側へ移動し、また、密閉された第２反応槽１２内の空気が圧縮される。プランジャ７２が上方に戻る際に、密閉された第２反応槽１２内の圧縮された空気の反動により、合成反応液Ｌの一部が第２反応槽１２側から第１反応槽１１側へ移動する。このようにして、プランジャ７２の上下往復によって、処理液Ｌは加圧された状態で、第１反応槽１１と第２反応槽１２との間を連続的に移動又は揺れ動きながら、半透性膜Ｍによって濾過が行われ、排出口３５から半透性膜を通過した成分を含む濾過液が得られると共に合成反応液Ｌは濃縮される。第１反応槽１１と第２反応槽１２との間での移動や揺動によって、合成反応液の濃度分極が抑制され、しかも加圧された状態で濾過するので、高効率での濾過が達成される。加圧度やプランジャ７２の往復速度によって、移動や揺動が制御される。
【００６４】
本発明の無細胞タンパク質合成系には、大腸菌、胚芽、家兎網状赤血球等の既知の無細胞タンパク質合成系を用いることができる。小麦、大麦、いね、コーン、ほうれん草等の胚芽、大腸菌を好ましく用いることができる。これらは公知の方法によって、無細胞タンパク質合成用細胞抽出物として調製される。
【００６５】
本発明において、無細胞タンパク質合成反応液は、リボゾーム、ｍＲＮＡ、基質のアミノ酸、ＡＴＰ及びＧＴＰを含んでいる。この無細胞タンパク質合成反応液を、上記第１の反応槽及び第２の反応槽に入れることにより、合成反応を開始させる。無細胞タンパク質合成反応液の各成分の合成反応槽への添加については、限定されることなく種々の形態が可能である。
【００６６】
半透性膜を通過し得る成分には、合成中に形成された減成生産物、すなわちＡＤＰ、ＡＭＰ、ＧＤＰ、ＧＭＰ、リン酸塩、ピロリン酸塩等が含まれる。これらの成分はタンパク質合成の阻害物質であり、無細胞合成系を維持する間に合成反応液から半透性膜を介して除去する。また、半透性膜を通過し得る成分には、合成された比較的小さな目的タンパク質が含まれることもある。
【００６７】
本発明の無細胞タンパク質合成装置を用いて、加圧された状態で合成反応液を移動及び／又は揺動させることにより、半透性膜を通過し得る成分の除去操作は、高い濾過速度で行うことができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、半透性膜を通過し得る成分の濾過効率が高く且つコンパクトな無細胞タンパク質合成装置が提供される。また、本発明によれば、前記タンパク質合成装置を用いて短時間での高いタンパク質合成量が得られ、且つコンパクトで簡便な無細胞タンパク質合成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無細胞タンパク質合成装置における合成反応槽の一例の斜視図である。
【図２】図１の合成反応槽の垂直断面図である。
【図３】濾過液回収底板の斜視図である。
【図４】濾過液の回収手段の変形例を示す、合成反応槽の垂直断面図である。
【図５】スペーサーの斜視図である。
【図６】本発明の無細胞タンパク質合成装置における合成反応槽の他の一例の斜視図である。
【図７】図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ  線に沿う垂直断面図である。
【図８】本発明の無細胞タンパク質合成装置の概略構成の一例を示す図である。
【図９】本発明の無細胞タンパク質合成装置の概略構成の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０：合成反応槽
１１：第１の反応槽
１３：液体流通路
１２：第２の反応槽
Ｌ：合成反応液
Ｍ：半透性膜
３５：濾過液の排出口
６０：合成反応液Ｌの移動及び／又は揺動手段
６１：シリンジポンプ
６２：プランジャ
６４：第１パイプ
６５：シール用キャップ
６６：第２パイプ
６７：シール用キャップ
６８：三方バルブ
６９：圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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