PFAR NW12ビームラインにおける構造生物学への
取り組み
松垣直宏

高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所〒3050801 茨城県つくば市大穂 11

フォトンファクトリー

構造生物学研究センター

五十嵐教之

高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所〒3050801 茨城県つくば市大穂 11

フォトンファクトリー

構造生物学研究センター

鈴木守

大阪大学蛋白質研究所附属プロテオミクス総合センター超分子構造解析学研究系〒5650871 大阪府吹田市山田丘 32

平木雅彦

高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所〒3050801 茨城県つくば市大穂 11

フォトンファクトリー

構造生物学研究センター

若槻壮市

高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所〒3050801 茨城県つくば市大穂 11

フォトンファクトリー

構造生物学研究センター

要旨

PFAR NW12は，ハイスループットなタンパク質結晶回折実験，特に MAD（多波長異常分散）実験を効率的におこなうことを主眼にデザインされたビームラインである。アンジュレータ光源からの高フラックスなビームと，CCD 検出器を用いた高速データ収集システムにより，実験時間が大幅に短縮されている。ビームは広範囲のエネルギー範囲で定位置出射調整され，波長変更に伴う再アライメンなしで効率的な MAD 実験が可能である。微小結晶を用いたデータ測定
や，微小振動角での回折実験が可能なように，実験ステーション内に高精度に設計された回折計を備えている。サンプル交換以外の実験操作は全て遠隔から可能で，ロボットを導入した自動測定に対応している。PF の構造生物学ビームライ
ン全体および構造生物学センターの展望を交え，PFAR NW12ビームラインの現状と開発状況を述べる。

.

はじめに

ギー加速器研究機構

ここ 10 年ばかりの間に各国で稼動が始まった第三世代

クトリー

物質構造科学研究所

フォトンファ

構造生物学研究センター（SBRC）では，当該放射光実験施設から得られる X 線の強度，平行性，エネ

プロジェクトの中核研究機関のひとつとして 6 大学，3 研

ルギーの安定性，検出器等の格段に進歩により，タンパク究所と「翻訳後修飾と輸送」をターゲットとした研究拠点

質 X 線結晶構造解析が迅速かつ高分解能で行われるよう

ネットワークを構成し構造生物学研究を進めるとともに，になった。これらの技術革新により超分子複合体や微小結

これらの構造プロテオミクスプロジェクトを円滑に遂行す

晶の構造解析が可能となりつつあり，構造生物学におけるるための基盤整備，超分子複合体，超微小結晶構造解析な

放射光の重要性はますます顕著になってきている。さらど次世代放射光 X 線構造生物学のための方法論技術開に，近年，世界各国で数多くのタンパク質構造を系統的発を進めている。 X 線結晶構造解析による立体構造決定

網羅的に解析する構造プロテオミクス（もしくは構造ゲノの過程はパイプラインに例えることができ，試料の発現精ミクス）プロジェクトが進行しつつあり，タンパク質分子

製，結晶化，回折データ測定，およびデータ解析といったの立体構造の情報を大量かつ迅速に得たいという要望が非プロセスが，流れに沿って行われる。我々は各プロセスを常に強くなってきた。我が国では，平成 14 年度に国家プ

高度化自動化し，プロセス間をスムーズに連携すること

ロジェクト「タンパク 3000 」が発足し， 5 年間で 3000 種

により，構造解析のハイスループット化によるタンパク質類のタンパク質の立体構造決定が進行中である。高エネル

結晶構造研究の量と質の充実を目指している。

Table 1.

Beam lines for protein crystallography at the Photon Factory

Beam line

BL6A

BL18B

NW12

BL5

BL6B

BL6C

Ring

PF

PF

PFAR

PF

PF

PF

SourceBMBM

undulator

MPW

BM

BM

X-ray detector（TYPE）ADSC Q4R（CCD）

ADSC Q4R（CCD）

ADSC Q210（CCD）

ADSC Q315（CCD）

RIGAKU RAXIS
IV＋＋（IP）

GALAXY（IP）

BM: bending magnet, MPW: multipole wiggler

144 ● May 2004 Vol.17 No.3
(C) 2004 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

生命科学特集 ■ PFAR NW12ビームラインにおける構造生物学への取り組み

物質構造科学研究所には 2 つの放射光専用リング， 2.5器による測定時間の短縮，及び，エネルギー分解能の高い

GeV Photon Factory (PF) リング，および，6.5 GeV Pho-

X 線の簡便で迅速な波長変更を重視した。微小結晶の測

ton Factory Advanced Ring (PFAR) があり，2004年 3定が可能なように，実験ステーションでは高精度の回折計

月現在，計 6 本のタンパク質結晶解析専用ビームラインを備えている。また，将来，ロボットを用いた全自動デー

が 存 在 す る （ Table 1 ）。 こ の う ち ， BL 6A, BL 18B,

タ測定に容易に移行できるよう，柔軟なシステム設計を行NW12 ，および建設中の BL 5 において， SBRC によるった。

ビームラインの高度化，ユーザーインターフェースの改良

Fig. 1 にビームライン全体の平面図を示す。光源は，PF の山本らが開発したビームライン PF AR NW2 の挿共通化が進行中である。

入光源と同タイプの，テーパーモード付き真空封止型アン.

ビームライン NW12

ジュレータである2)。周期長 40 mm ，周期数 95 で， MAD

. 概要実験で最も頻繁に用いられる Se 原子の吸収端の波長（約2000年および2001年度に行われた PF AR 高度化1)の一

0.978 Å ）近傍において三次光のフラックス密度が最大に環として，PF AR 北西実験棟の建設および構造生物学専なるよう設計されている。フロントエンドは main

用ビームラインの建設が行われた。NW12というビームラ

shutter (MBS），四象限スリット，ベリリウム窓などから

イン名は，PFAR の北西（North West）第12セクション構成される。ここでビームは横 0.3 mrad ，縦 0.1 mrad のの光源を使用することに由来する。 2001 年度にビームラ

サイズに整形され，最初の光学素子である平板湾曲型ミ

beam

インのデザイン及び主要な光学素子の仕様を決定し，入札ラー（光源から 23.5 m 地点）に入射する。このミラーは作業を行った。 2002 年 3 月に北西実験棟が竣工し，それ

シリコン単結晶をロジウムコートしたもので，縦発散のあにタイミングを合わせて北西棟地下実験ホールにビームラるビームを平行化すると同時に，ビームを入射角3.5 mrad

インコンポーネントの設置を開始した。 2002 年 9 月に光で上方向に全反射させることで20 KeV 以上の高調波を除導入試験が行われ，放射線漏洩試験，光学素子調整，内外去する。 25.4 m 地点には液体窒素冷却方式の二結晶分光のユーザーのテスト実験等を経て， 2003 年 5 月より共同器が設置されている。そこで単色化されたビームは 27.0

利用実験を開始した。

m 地点に設置され た擬似トロイ ダル型の縦横集 光用ミ

ビームラインへの性能に関する要求は，ユーザーの行うラーにより，入射角 3.5 mrad で下方向に全反射され，水実験によって様々であるが，NW12における光学系および平に実験ステーションに導入される。集光ミラーの設置位

実験ステーションのデザインは，MAD（多波長異常分散）

置はビームのフォーカスと平行性のバランスを考慮し，データ測定を迅速に行うことに最適化されている。具体的

38 m 地点のサンプル位置に約 21 集光するよう決定されには，高強度のビーム及び高速データ読み出し可能な検出た。

Figure 1.

Plan view of the beam line PFAR NW12.

May 2004 Vol.17 No.3 ● 145

Figure 2. Adjustment of the bend of the collimation mirror withthe analyzer crystal.
Figure 3. Rocking curve of Si(111) and Si(333) at the Bragg angleof 17.68 degree and the undulator gap of 11.57 mm. Du step is 0.2
arcsec.

ビームのモニタリングシステムとして，カーボンワイ
ヤーを用いたビームのプロファイルモニターがフロントエ
ンド直後に設置されている他，圧空制御の蛍光板が 5 箇において，第一合いを確認するため，Bragg 角 u＝ 17.63 °所設置されている。

結晶のロッキングカーブ測定を行った。アンジュレータの. 光学系の評価

ギャップは 11.5 mm にセットし， 3 次光エネルギーを Si

.. 平行化ミラー調整( 111 )反射（波長 1.9 Å ）に一致させた。ビームラインの分光器の上流にビームの縦発散を平行化する平板湾曲型

使用条件としては，全熱負荷，熱負荷密度ともに厳しい条

ミラー（平行化ミラー）を導入することにより，安定した件での測定であったが， Si(333 )による高次反射のロッキ高いエネルギー分解能の単色ビームを得ることが可能とな

ングカーブの FWHM は 1.0 arcsec 以下と理想的な値を示る。ミラーのベンド調整は，分光器の二結晶および実験ハした（Fig. 3）。

ッチ内に設置した Si ( 111 )結晶（アナライザー結晶）で

.. ビームの集光（＋－－）
配置を作り，アナライザー結晶のロッキングカー

縦横集光用の擬似トロイダルミラーの傾き，面内回転おブの半値全幅（ FWHM ）を最小化することによって行っ

よびベント量を調整することで，単色 X 線ビームをサンた（Bragg 角 9 度）。調整結果を Fig. 2 に示す。ロッキン

プル位置（光源から約 38 m 地点）に集光する。設計ではグカーブの FWHM を最小にするようなミラーのベンドがサンプル位置に集光するようミラーのサジタル半径を決め

存在し，その点でビーム強度も最大となっている。

たが，実際の集光点はサンプル位置下流150 mm 地点であ.. 液体窒素冷却型二結晶分光器った。 12.7 keV における集光点でのビームサイズは半値

アンジュレータからの熱負荷を効果的に取り除き，分光結晶の熱変形を抑えるため，分光結晶の冷却システムには全幅で水平方向 1.2 mm ，鉛直方向 0.28 mm であり，レイトレースの結果とほぼ一致している。

液体窒素冷却を採用した。分光器は PF AR NW2 ビーム

通常の実験に用いられる0.2 mm 角のビームの強度測定

ラインに導入されているものと同タイプのものを導入しを行った。サンプル位置上流約 1 m にある 4 象限スリッ

た。これは PF の BL4C, 14C, 15B, 18C に導入されていトで0.2 mm 角に絞ったビームを，サンプル位置に設置しるタイプの二結晶分光器をベースにし，それを液体窒素でた 0.2 mm 径のピンホールに通し，通過して来たビームのの冷却が可能になるように改造したものである3) 。 PF の

強度を PIN フォトダイオードにより測定した。リングの河田らによって開発されたこの分光器は，定位置出射で必

電流値 35 mA での各エネルギーでのフォトンフラックス

要となる第二結晶の並進操作を結晶自身が持っている完全を Fig. 4 に示す。 12 keV 近傍での強度は約 2 × 1011 pho-性を利用することで機械的な並進操作を除き，その代わり

tons /秒であり，偏光電磁石を光源とするビームラインに長い結晶（約200 mm ）を用いている事が特徴である。

（BL6A, BL18B）と比較して，二桁以上強い。

一方，液体窒素循環システムは SPring-8 の望月らによっ. 回折計て開発されたシステム4)導入した。このシステムは約 175

実験ハッチ内の回折計架台は，回折計及び検出器の位置

W 程度の冷却効率を有する冷凍機を 2 台液体窒素循環シを 1 mm の精度で制御できるよう設計されている。検出器

ステム内に設置し，約 330 W 以内の放射パワーに対して面でのダイレクトビームのポジションの精度および再現性

第 1 結晶を液体窒素温度に保つことが出来る。

は，検出器の稼動範囲（サンプル位置からの距離で 60

アンジュレータ光の熱負荷による第一結晶の熱変形の度

146 ● May 2004 Vol.17 No.3mm～960 mm）で51 mm（検出器のピクセルサイズ）以下

生命科学特集 ■ PFAR NW12ビームラインにおける構造生物学への取り組み

し時間約 7 秒）を BL6A や BL18B で使用してきた実績があり，ソフトウエアハードウエアともに安定して稼動している。Q210 もその例に違わず，現在まで順調に稼動し続けている。

Q210 の高速データ読み出しに加え，イメージの補正や統合などのプロセスの分散化，およびギガビットイーサネットによる通信転送時間の短縮を図った結果，測定のデッドタイム（ビームを使用しない時間）を 1 イメージ当たり約2.5 秒に抑えることが可能になった。この結果，典型的な 1 データセットの測定（ 5 秒露光， 1 度振動で 180
Figure 4.

Number of photons at the sample position.

枚のイメージの収集）は 20 分程度で完了する。また，

MAD 実験（XAFS 測定と 4 波長分の回折データ収集）に要する全所要時間は 12 時間程度となり，BL 6A や BL に抑えられている。

18B と比較して10倍前後の高速測定が実現されている。

回折計の結晶回転軸は，微小結晶を用いた測定も行える

CCD 型 X 線検出器で収集された回折イメージは，テラよう高精度に設計されている。評価のため，神津精機の協バイトクラスの大容量RAIDディスク上にギガビットイー

力のもと，サンプル軸の回転芯精度および送り精度の測定

サネットを介して転送保存される。ビームラインには数を行った。回転芯精度の測定にはタッチセンサープローブ

台のデータ処理解析用の Linux 計算機が用意されておを用い， HUBER 社のゴニオメータヘッドを取り付けたり，それぞれが NFS によって回折イメージデータにアク状態で， 10 度送りで一回転させたときの変位を測定しセス できるよ うになって いる。回折デ ータの処理 にはた。最大変位量は 2.3 mm であり， 10 mm 程度の微小結晶

HKL2000， DPS /Mos‰m などのソフトウエアが利用可能

でも十分測定可能な芯精度であることが確認された。現在である。処理結果を用いてその場ですぐ位相計算を行える

ゴニオメータヘッドは取り除かれて回転軸にかかる負荷がように， SOLVE / RESOLVE, CCP4 パッケージ等の解析減少したため，芯精度はより高いと推定される。測定回転

ソフトウエアもインストールされている。迅速な位相計算

送りの精度は，サンプル軸に取り付けたロータリーエン

による回折データの評価は，次の測定へのフィードバック

コーダを用いて測定し， 10度送りでの累積誤差は0.005度という意味で，効率的な実験のためには不可欠である。

という結果であった。通常の振動写真法による測定の振動

データのバックアップは，同じネットワーク上のバック

角は 0.5 度ないし 1 度程度であるため，誤差は 1 未満でアップ用 Windows マシンの SCSI, IEEE1394, USB2.0 等ある。

のインターフェースを介して，ユーザー持ち込みのスト

振動写真法での測定において，サンプル回転軸とシャッ

レージデバイスに FTP 転送するという方法で行う。ユー

ターの開閉のタイミングは大変重要であり，微小振動角

ザー持ち込みのノート PC 等をネットワーク接続してバッ

短時間露光であるほど，正確なタイミングが要求される。

クアップすることも可能である。

タイミング調整を行った結果，シャッターの開閉と振動のデータの処理およびバックアップは，データ測定と並行

開始 終 了の 誤 差は 1 ミリ 秒 以内 で ある こ とを オ シ ロス

して行うことができる。この際，大量のデータ転送によるコープで確認した。これは通常の回折データ測定（露光時

ネットワークへの負荷が大きくなり，1 割ないし 2 割程度

間 1 秒程度）では無視できる誤差レベルである。短時間の転送速度の低下が見られる。データ処理やバックアップ

露光の測定に関して，我々の採用したダブルフラップ型ののスピードは低下するが，データ測定はほとんどの場合露高速 X 線シャッター（神津精機製）は， 10 ミリ秒の露光

光時間が律速であるため，データ測定のパフォーマンスにをコントロールできる仕様となっている。しかし，露光時は影響しない。

間が 0.1 秒を下回るような測定は，ダークイメージによる. ビームラインコントロールシステムとユーザーイン

補正の問題もあるため，現段階では推奨できない。
. X 線 CCD 検出器による回折データ収集

ターフェース.. STARS ネットワーク

高分解能の回折データを迅速に測定するため，210 mm

ビームラインを構成する機器（一部を除く）は，TCP /平方の検出面積を持ち，ピクセルサイズ 51 mm ，回折イ

IP によるネットワーク通信によりコントロールされていメージ（ 4096 × 4096 × 2 byte ，約 33 MB ）を約一秒で読る。これは，大量の測定を迅速に自動で進めていくシステ

み 出 す こ と の で き る CCD 型 X 線 検 出 器 （ ADSC 社 製

ムの実装のため，従来のタンパクビームラインの制御方式

Quantum 210）を導入した。ADSC 社の CCD 検出器につ（一つ一つの機器をそれに直結したコンピュータによっていては， Quantum4R 型（面積 188 mm 平方，位置分解能

個別に制御する形）を全面的に更新したものである。 PF

82 mm ，回折イメージサイズ2304×2304×2 byte，読み出の小菅氏らによってインターロック用に開発されたメッMay 2004 Vol.17 No.3 ● 147

セージ配信サーバ STARS (Simple Transmission And（ MAD 実験での使用波長の決定）などを行う。これらのRetrieval System)5)の構成するネットワークに，個々の機作業には，サンプル周辺機器の操作が含まれる。機器が密器（パルスモーターコントローラ等）を制御するコンピュー集していることもあり，従来は結晶交換等のマニュアル操

タがクライアントとして加わる構造をとる。各クライアン

作でユーザーの誤操作によりしばしば再アライメントの必トは STARS プロトコルという共通言語により通信を行要が生じた。短時間でデータ収集が可能になればなるほい，例えば，MAD 実験のように「X 線の波長を変えて複ど，結晶交換の頻度は上がり，従ってヒューマンエラーも数のデータセットを連続で自動測定する」といったことが増加する。

容易に実装できる。システムに結晶交換ロボットを追加す

このようなトラブルを防ぐため，サンプル位置周辺の作る場合も，ロボットを制御する STARS クライアントを作業を遠隔操作可能なように機器の駆動を全て電動化した。

ることで，ロボット（ハードウェア）の詳細を問わずにシユーザー側から見ると，「実験モード」と呼ばれるインタ

ステムを柔軟に拡張できる。最終的には，後述するデーターフェースが提供される。結晶の交換，センタリング，

ベースシステムを利用して，回折データ収集は全自動化さ

XAFS 測定および回折データ測定に応じて「実験モード」

れる予定であるが，現在はボトムアップ的に個々の操作のを選択することで，ビームストッパー，照明等機器や蛍光自動化を計っている。このような開発方式が取れること

検出器などが自動的に適切な場所に配置される。「実験モも，この制御システムの特徴である。

ード」は，PF の共通ユーザーインターフェースとして開.. 波長変更

発したもので， BL 6A や現在建設中の BL 5 でも実装さMAD 測定に用いる重原子は様々なので，波長を迅速に大きく変更できることは効率的なデータ収集に不可欠であれ，ユーザーはこれらのビームラインでは同様の操作で実験を行うことができる。

る。 NW12 の二結晶分光器は，利用頻度の高い 7 17 keV「実験モード」は「loop mounting｣, ｢crystal centering｣,の範囲においてビーム位置のずれが±20 mm 未満となるよ｢XAFS measurement」，及び「data collection」の 4 モー

う調整されており，波長変更に伴う検出器架台の再調整はドである。この他にも，管理用（アライメント用）のモー必要ない。アンジュレータのギャップも連動して自動設定

ドが存在する。loop mounting モードを選択すると，ビー

されるため，偏向電磁石ビームライン並みの簡便さで波長

ムストッパー， CCD 検出器等が退避位置まで移動する変更が可能である。ユーザーは波長変更の詳細を意識せず（Fig. 5a）。ここでユーザーは結晶をサンプル軸にマウンに，希望の波長を選択するだけでよい。

トするが，サンプル軸周辺の機器が全て待避しているた.. 実験モード

め，誤操作なく効率的にマウント作業を行うことができ

ユ ーザ ーは 実験 中， 結晶 交換 ，結 晶の セン タリ ング

る。crystal centering モードを選択するとセンタリング用（ ビ ー ム 位 置 と 結 晶 位 置 を 合 わ せ る ） や XAFS 測 定の照明が点灯し，照明位置に自動的に移動する（ Fig. 5 

Figure 5.

148 ● May 2004 Vol.17 No.3

Four `experimental modes' at the beam line.

生命科学特集 ■ PFAR NW12ビームラインにおける構造生物学への取り組み

Figure 6.

GUI for crystal centering.

b）。MAD 法による実験の場合，XAFS モードを選択すると蛍光検出器が測定位置に移動する（ Fig. 5 c ）。 XAFS
スペクトルにより MAD 測定に用いる波長を決定し，回

Figure 7.

折データ収集を始める（ Fig. 5 d  data collection モー

Side view of the crystal exchange robot.

ド）。
結晶交換以外では，コンピュータから遠隔操作するためライオループと，回折計の回転軸にマウントされたクライの GUI が用意されている。例として，結晶のセンタリン

オループを交換する。ユーザーはカセットを一度だけセッグを行うための GUI を Fig. 6 に示す。センタリングはトすれば，実験ハッチに入ることなく288個の結晶につい「半自動」（結晶の認識は人間が行う）形式で，マウスのクて連続して実験を行うことができるようになる。このシスリック操作のみでセンタリングが可能になっている。結晶

テムでは，現在大多数のユーザーが使用している Ham-の中心をダブルクリックすることで，その位置が赤色のク

pton Research 社製のクライオループと互換性のあるルー

ロス（ビーム位置）に移動する。この他，XAFS 測定用，

プを用いているため，マニュアル結晶交換操作とも互換性

および回折データ測定用にもそれぞれ GUI があり，操作がある。

は全て遠隔で実行できる。結晶のセンタリング作業の全自

. コラボラトリー

動化も開発中で，2004年度中に整備される予定である。
. その他利用可能な装置

構造生物学研究のハイスループット化のため，サンプル調整や結晶化，データ測定解析など，実験に関わる全て

ビームラインでは窒素吹き付け型低温装置が常時稼動しのデータを集中的に管理する統合型データベースシステムている。ユーザーが持ち込む結晶の一時保存には，ビームを開発中である7)。全ての構造生物ビームラインの制御はラインに設置された小型インキュベータ（温度設定はユー

一元的にデータベース管理され，スケジュールされた全自ザーによって変更可能），側室の大型インキュベータ（設動測定が実行される。将来的には，ユーザーはこのデータ

定温度は 20 度で固定）および低温室（設定温度 4 度）がベースを介して，遠隔地からネットワーク経由で情報の閲利用できる。重原子同型置換体の一つとして用いられるキ

覧やデータ測定の指示が可能となる。セキュアなプロトコ

セノンガスの導入装置も利用可能である。

ルでの WEB ベースのインターフェースが，そのために準備される。このシステムの最終的な概念図を Fig. 8 に示

.

今後の予定

. 結晶自動交換ロボットシステムの導入す。 2003 年度に基盤整備として専用高速ネットワークの敷設およびセントラルサーバーの導入を行った。

2004 年度に NW12 及び BL 5 にロボットを用いた結晶の自動交換システムを導入する予定である。スタンフォー

.

謝辞

ド大学で実用化されているシステム6)を改良したデザイン

NW12 の建設には，PF や SSRL 等の放射光研究施設ので，水平多関節ロボット， 96 本のクライオループを装填

多くの方からのご助言とご協力を頂いた。結晶交換ロボッ

できるカセット，カセット 3 本を貯蔵できる液体窒素デ

ト の 導 入 に は SSRL の M. Soltis 氏 ， A. Deacon 氏 ， M.

ュワー，および，液体窒素自動供給装置から構成される。

Miller 氏， S. McPhillips 氏らに協力して頂いた。ビーム

システムの概略を Fig. 7 に示す。ロボットの腕に装着しライン制御ソフトウエアの開発には，Yurii Gaponov 氏，たクライオ tong がデュワー中のカセットに装填されたク

笹島久美子氏らに協力していただいた。

May 2004 Vol.17 No.3 ● 149

Figure 8. Schematic drawing of the future network system of the protein crystallography beam lines at the PFSBRC.
The yellow lines show the high-speed network for data (mainly diŠraction images) transfer. The blue (and dotted blue)lines are the network connections for remote access which allows users to perform experiments from their individuallaboratories. The green lines are the network for beam line control. PCCServer is a server to control experiments at thebeam lines.

ビームラインのデザインから建設にかけて，PF の河田
洋氏には全面的にご協力頂いた。挿入光源は山本樹氏，土3)屋公央氏，塩屋達郎氏に多大なご協力を頂いた。フロント

4)エンドの建設には佐藤昌史氏に協力していただいた。ビー
ムライン建設中の様々な助言を森丈晴氏から頂いた。

5)

インターロックシステムの設置には伊藤健二氏，小菅隆
氏，斉藤裕樹氏に協力頂いた。とくに小菅氏には，STARS システムの利用について開発者自らの貴重な意見を頂いた。ビームラインコンポーネントの設置には，三菱

6)7)Rad., To be published.
H. Kawata, T. Mori, H. Adachi, N. Matsugaki, A. Koyama
and M. Nomura, S.: J. Synchrotron Rad., To be published.
T. Mochizuki, et al.: Nucl. Instrum. Methods, A467
8, 647(2001).
T. Kosuge, Y. Saito, K. Nigorikawa, H. Kawata, A. Shirakawa, H. Nakajima, K. Ito, I. Abe, J. Kishiro and S. Kurokawa:
PCaPAC2002 Proceedings, Frascaty, 2002.
http://smb.slac.stanford.edu/research/robot/index.htm
Yu. A. Gaponov, N. Igarashi, M. Hiraki, K. Sasajima, N. Matsugaki, M. Suzuki, T. Kosuge and S. Wakatsuki: J. Synchrotron Rad., To be published.

電機サービスの方々のご協力が不可欠であった。とくに大田浩正氏，渡辺一樹氏には我々の様々な細かい要求に応え

著者紹介

松垣直宏

て頂き大変感謝している。

高エネルギー加速器研究機構 物質構春日俊夫氏をはじめとする PFAR 高度化チームの人々

造科学研究所 フォトンファクトリー

の努力によって，リングの性能が格段に向上した結果，

構造生物学研究センター

ビームラインが安定した性能を発揮できるようになった。

E-mail: naohiro.matsugaki＠kek.jp

また，帯名崇氏には挿入光源の制御に関して協力していた専門タンパク質結晶構造解析

だいた。

NW12の建設の主要な部分は平成13年度補正予算によっておこなわれた。ビームラインの整備には，文部省科学研究費補助金特定領域研究(A ）「シンクロトロン放射光による生物マシーナリーの構造生物学」，科学技術振興調整費「蛋白質 X 線結晶構造解析の高度化に資する基盤整備」，
文部科学省「タンパク 3000 プロジェクト個別解析プログ
ラム」などから支援を受けた。
参考論文
1)

T. Kasuga, H. Kawata and A. R. Upgrading Project Team.
S.: J. Synchrotron Rad., To be published.
2) S. Yamamoto, K. Tsuchiya and T. Shioya: J. Synchrotron

150 ● May 2004 Vol.17 No.3

略歴

1999年

九州大学大学院理学研究科物理専攻（博士課程）修了

1999 年

大阪大学たんぱく質研究所リサーチアソシェイ
ト2000 年

高エネルギー加速器研究機構
究所

助手

現在に至る

物質構造科学研

生命科学特集 ■ PFAR NW12ビームラインにおける構造生物学への取り組み

五十嵐教之

若槻壮市

高エネルギー加速器研究機構 物質構高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 フォトンファクトリー

造科学研究所 フォトンファクトリー

構造生物学研究センター

構造生物学研究センター

E-mail: noriyuki.igarashi＠kek.jp

E-mail: soichi.wakatsuki＠kek.jp

専門蛋白質結晶学，構造生物学

専門放射光 X 線タンパク質結晶学と構造生物学に関する研究

略歴

略歴

1997 年

東京工業大学大学院生命理工学研究科バイオサ

イエンス専攻（博士課程）修了

1997 年
究所

高エネルギー加速器研究機構

助手

1982年

東京大学工学部化学工学科卒業

1984 年

東京大学大学院工学系研究科化学工学専攻修士

1990 年

スタンフォード大学化学科博士課程終了（ Ph.D

1990年

オックスフォード大学ポスドクフェロー

1994年

European Synchrotron Radiation Facility ビーム

物質構造科学研

現在に至る

課程終了

in Chemistry）

鈴木守

大阪大学蛋白質研究所附属プロテオミ
クス総合研究所

ラインサイエンティスト，同年ビームライン責

E-mail: mamoru.suzuki＠protein.osaka-u.ac.jp

任者

専門タンパク質結晶構造解析

1999年

略歴

2000 年ESRF Macromolecular Crystallography Group グ
ループリーダー1995年

北海道大学大学院理学研究科（博士課程）修了

1995 年

高エネルギー物理学研究所放射光実験施設

2004 年

大阪大学蛋白質研究所附属プロテオミクス総合

助

手
研究所

高エネルギー加速器研究機構
究所

2003 年

物質構造科学研

教授，構造生物学グループリーダー

構造生物学研究センター，センター長

現在に

至る
助教授

現在に至る

平木雅彦
高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 フォトンファクトリー
構造生物学研究センター
E-mail: masahiko.hiraki＠kek.jp
専門ロボティクス
略歴1996 年

東北大学大学院工学研究科精密工学専攻（博士課程）修了

1996 年

東京大学大学院工学系研究科精密機械工学専攻

2001年

東京電機大学工学部精密機械工学科助手

2002 年

高エネルギー加速器研究機構

助手

究所

助手

物質構造科学研

現在に至る

May 2004 Vol.17 No.3 ● 151

High-throughput Structural Biology at the Beam Line PFAR NW12
Naohiro MATSUGAKI
Noriyuki IGARASHI
Mamoru SUZUKI
Masahiko HIRAKI
Soichi WAKATSUKI

Structural Biology Research Center (SBRC), Photon Factory (PF), Institute of Materials
Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization (KEK),
11 Oho, Tsukuba, Ibaraki 3050801, Japan
Structural Biology Research Center (SBRC), Photon Factory (PF), Institute of Materials
Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization (KEK),
11 Oho, Tsukuba, Ibaraki 3050801, Japan
Laboratory of Supramolecular Crystallography Research Center for Structural andFunctional Proteomics Institute for Protein Research, OSAKA University
Suita, Osaka, 5650871, Japan
Structural Biology Research Center (SBRC), Photon Factory (PF), Institute of Materials
Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization (KEK),
11 Oho, Tsukuba, Ibaraki 3050801, Japan
Structural Biology Research Center (SBRC), Photon Factory (PF), Institute of Materials
Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization (KEK),
11 Oho, Tsukuba, Ibaraki 3050801, Japan

Abstract
The beam line PFAR (Photon Factory Advanced Ring) NW12 is designed for high-throughput diŠraction measurement, especially for MAD (Multiple Anomalous Dispersion) experiments for protein crystallography. With thehigh-‰ux beam from the undulator and the high-speed data aquisition system using a CCD detector, rapid data collection is realized. The ˆxed-exit beam in a wide energy range allows e‹cient MAD experiments without realignment of the sample stage. Experiments with crystals of micron-size and oscillation measurement with ˆne phi slicing are possible with the high-precision diŠractometer. All the procedures except sample exchange can be controlled using several GUIs remotely, which allows both manual and (future) automatic data collection. The current
status of the beam line and on going R & D projects are described, as well as the future direction of PF protein crystallography beam lines and the SBRC.

152 ● May 2004 Vol.17 No.3