©RIKEN/JASRI

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2016/6/24©RIKEN/JASRI

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ビームライン運用の現状

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SPring-8のタンパク質結晶解析ビームライン

微小ビーム ID-BL: BL32XU

・高輝度マイクロビーム (1 μm; 6 x 1010 ph/s)
・微小結晶・高難度結晶対応 < 1 ~ 10 μm

平行ビーム ID-BL: BL44XU• 低発散角 < 1 mrad
• 巨大格子結晶・高難度結晶対応 > 500 Å• 超分子複合体解析

理化学研究所

大阪大学蛋白質研究所

電子データストレージ
・大容量: 270 TB・オンライン解析・データベース連携

高速ネットワーク

遠隔操作実験

自動化 BM-BL: BL26B1/2,
BL38B1, BL12B2

・リモート/メールイン
・異常分散測定・自動化・ルーチン解析
・顕微分光測定/湿度調整

2010/07/09
理研,JASRI, 台湾BLなど

大強度ビーム ID-BL: BL41XU• 高強度 (4 x 1013 ph/s @ 2 x 20 μm)• 原子分解能解析 (λ ~ 0.5 Å, ID 3rd H)

JASRI

ビームラインとユーザーアクセス
JASRI
共用理研
阪大

NSRRC

BL41XU
BL38B1

一般利用

課題申請先/
有効期間

成果
専有

80%

JASRI/１年○80%

BL26B180%

BL32XU

20%

BL12B250%

BL26B2

BL44XU

20%

50%

JASRI/１年
JASRI/１年
JASRI/１年
JASRI/１年
阪大/年度

○

創薬等
PF
○

○

○

○

○

○

NSRRC/２年○

メール 測定
イン 代行
○

○

○

○

○

○

○

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JASRI共用課題: 1年間有効
JASRI共用枠先着順利用制度の導入

2

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JASRI一般課題応募状況

140
113 11710931582

リモート測定遠隔地から意のままに測定専用ソフトウェアで実現
・安全教育がe-Learning化. 来所不要に. (https://harimariken01.spring8.or.jp)
・BL41XUでの実施に向け準備中 (来年度から開始予定)①試料送付

ビームライン

ユーザーラボ
ドライシッパー接続サーバー
操作権限管理ユニット

利用者

実験課題データベース③専用ソフトで遠隔実験
制御サーバーRDBMS(PostgreSQL)SPACE@Lab.

④データ
ダウンロード

SPACE②試料セットアップ
ウェブサーバー3

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メールイン測定

ビームラインスタッフによる代行測定

成果専有利用・商用測定代行サービス
成果非専有利用・共同研究ベース
・信頼性の高いデータ測定: 複数の民間企業の利用実績・未経験者にも利用しやすいシステム: 初心者でも構造解析に成功①試料送付

ユーザーラボビームライン
ドライシッパー②実験条件送信利用者(Webアクセス)

RDBMS(PostgreSQL)⑤データ
ダウンロード試料情報のアップロード③測定
測定ソフトウェア
BSS

スケジュールの獲得
Web Server(Apache)④測定結果アップロード

双方向情報交換
試料交換ロボット
SPACE

SPACE@Lab.

若手研究者支援～大学院生提案型課題【支援】 実施費用のサポート

1) SPring-8への旅費（交通費・宿泊費）
本人と共同研究者1名分の旅費支給
2) 消耗品実費負担の免除（定額10,560円 / シフト+従量分）【実施例】

耐熱性酵素の動的挙動と反応性にせまる
高温高分解能結晶構造解析にむけて
ADPRase活性中心における親水性アミノ酸残基の酸解離特性の調査
タンパク質の折り畳みに関与する
ヒト由来分子シャペロンPrefoldinのX線結晶構造解析

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ビームラインのP1実験環境整備

バキュロウィルス／昆虫細胞タンパク発現系
文科省公式見解:遺伝子組換えバキュロウイルスを含む可能性がある試薬を用いる場合、法令に基づきＰ１レベルの拡散防止措置が必要であり、その廃棄に当たっては不活化処理を行う必要がある。
＞ビームラインでもP1実験として実施
遺伝子組換え実験実施手順

・実験責任者は事前に遺伝子組換え実験として申請・原則として安全マニュアルに則って実験

・P1実験環境を有するビームライン実験ハッチでのみ実施
現在実験可能な場所: BL41XU, BL38B1, BL32XU
詳細はタンパク質結晶解析推進室まで (bioxtal@spring8.or.jp)

ビームライン周辺機器の整備状況BL41XU内側室
低温室
BL41XU外側室
結晶化ロボット, プレート観察装置, インキュベータ
BL38B1内側室
サンプルチェンジャー用試料マウント装置 (SPACE)
Fine needle キャピラリマウント装置＋ガス加圧装置
UV光源
BL41XU
微小結晶観察システム
BL38B1/BL26B1
加湿器 (HAG法), 低温チャンバ
その他
深紫外レーザー加工装置, 溶媒レスマウント
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ご利用に際してはご確認を：bioxtal@spring8.or.jp

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11結晶化プレートスキャナー©RIKEN/JASRI

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進行中の高性能化テーマ

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試料交換ロボットの高性能化

目的：試料交換時間を短縮し、測定を効率化
目標: 現状60秒の交換時間を10秒に短縮
概要：サンプル交換ロボットSPACEのサンプル交換時間は現時点で約60秒であり、その内の約45秒がサンプル交換ロボットの動作時間である。本高度化により、サン
プル交換時間を10秒以内にできるようにし、実験の高速化を行う

高速化の方法・サンプルピンを掴むアームを1本から2本に・モーターやギアの見直しで動作を高速化
・動作シーケンスを見直す

今年度中のBL41XUへの設置を準備中
サンプル交換ロボットSPACE大容量型(BL41XU, BL32XU, BL44XU, BL26B1/2)

調温調湿下試料測定環境の開発

目的：蛋白質の活性構造解析を実現
目標：調温調湿ガス吹付装置の高機能化と試料調製環境の整備
1.

調温調湿実験

現在4 - 20 ℃に対応

2.

測定装置・方法の高度化

 高温対応（4 - 40℃対応へ） 高速データ測定法（BL41XUも）室温測定のための結晶調製環境の構築

 サイト内に結晶化環境を整備
 結晶化プレートX線スキャナ@BL26B1

最近の成果： 色素蛋白質の温度依存的な構造変化を検出

20 oC

4 oC

Murakawa, Baba et al. 論文投稿準備中

薬剤複合体構造解析にも温度の効果

Fisher et al. ChemBioChem (2015).
DOI: 10.1002/cbic.201500196

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偏向電磁石BLの高輝度・高集光化
非対称反射結晶の開発と導入・入射角を浅くし、広範囲エネルギーを分光・反射面鉛直方向における角度発散が小さい
高エネルギー側は制限される(0.8Å以上)が、2倍程度の高強度化を実現

Beam size (H x V) (mm)Photon flux (photons/sec)
Flux density (photons/sec/mm^2)
Beamsize (H x V) (mm)Photon flux (photons/sec)
Flux density (photons/sec/mm^2)

BL38B1
Bending Magnet
0.18 x 0.09
9.3 x 10^10 (@ 1.0 Å)
5.7 x 10^12 (@ 1.0 Å)

BL-5A
Multipole Wiggler
0.20 x 0.15
8.6 x 10^11 (@ 1.0 Å)
2.7 x 10^13 (@ 1.0 Å)

高輝度化後の性能
1.9 x 10^11 (@ 1.0 Å)
1.2 x 10^13 (@ 1.0 Å)

AR-NW12A
Undulator
0.20 x 0.17
3.9 x 10^11 (@ 1.0 Å)
1.1 x 10^13 (@ 1.0 Å)

2.8 x 10^11 (@ 0.8 Å)
1.7 x 10^13 (@ 0.8 Å)©RIKEN/JASRI

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短波⾧X線測定環境の整備

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短波⾧X線測定高エネルギーX線モード:
エネルギー範囲 20~35 keV(0.35 – 0.62 Å)• Undulator 3rd harmonics• Monochromator Si(111)目的• 超分解能回折データ収集(< 0.8Å)(Takeda et al, 2010)(Shimizu et al.)• Xe/I/Pdなどの核種に対する異常分散測定

測定環境の整備 @ BL41XU 2015B期よりユーザー実験開始
通常波⾧モードとの切り替え迅速化
実験環境設定の自由度向上
Optics hutch

実験ハッチ１の活用

Experimental hutch 1

Vacuumunit

35m

Slit

45m

40m

Experimental hutch2

50m
Cryocooler

光学系の設定IDFE slit

DCM

Slit CRL

28.9m

35.9m

43.8m

(0.3mm×0.3mm)

0m

•
•
•

55m

Sample

CMOS

1m

44.8m

Distance from light source

Undulator 3rd harmonics
Monochromator Si(111)Compound refractive lens for focusing

Microscope

X-ray
Vacuum chamber(Slit, Attenuator, Shutter)

92016/6/24

新集光系による微小ビーム化

以前よりも微小なビーム形成が容易に

短波⾧対応検出器～CMOS flat panel
蛍光体の厚さ変更で感度の向上を図る

CMOS sensor

801.0

Electron(photodiode)
Electric signal

Absorption

Light (phosphor)

600.8

Pixel
X-ray

70

CsI 300mm

0.6CsI150mm

Gd2O2S 40mm
MX225HE

0.4Si 450mm
PILATUS3 6M

0.20.0C10158DK-11
150µm

50

Rmeas (%)

Phosphor

X-ray05101520

Energy [keV]2530

蛍光体やセンサーのX線吸収率

4030
20

C10158DK-11(X)300µm

1000.250.35

0.450.55
Resolution (Å-1)

0.65

0.75

Rmeas vs Resolution plot
(Processed with HKL2000)

波⾧0.35 Å (35 keV)で測定したデータの比較

厚い蛍光体は顕著な効果

102016/6/2421微小結晶データ測定法の開発©RIKEN/JASRI

微小結晶データ測定法
1)

2)

3)

XFEL

Serial Femtosecond Crystallography (SFX)- 極短パルスX線を利用したデータ測定技術 (Liquid Jet等)- ランダム方位の微小結晶からの大量の回折像を処理 (CrystFEL, XDS)SR

Multi-crystal data collection (Zoo system @BL32XU)- 2Dグリッドスキャンによるサンプル位置マッピング- マッピング結果に基づく単結晶データの連続収集

Serial SR Crystallography (SSX @BL41XU)- マッピングせず2Dグリッドスキャンで本測定- 後の処理はSFXと同様に行う

Gati et al., IUCrJ (2014)11

2016/6/24

SSX測定環境 @ BL41XUID

FE slitDCM

BL41XU0 m 28.9 m

35.9 mHor.
mirror41.8 m

二段集光による高輝度微小ビーム＋高速ピクセル検出器 @ BL41XUPILATUS3 6M

Goniometer

Hor. slit(2nd source)

47.15 mPhoton flux:
Beam size :sample
Hor.
Ver.
mirror mirror

52.5 m 53 m 54 m

2 × 10 12 ～ 4 × 10 13 (phs/s@1 Å)
2 × 2 μm 2 ~ 35(H) × 50(V) μm 2

KB mirror
600µm

Samplechanger
Granite table

振動を伴った二次元グリッドスキャン

Beam size: 5 µm (V) × 4 µm (H)Scan step: vertical 10 µm, horizontal 4 µm
Frame rate: 50 frames/s, Rotation: 01°/frame

SSX-SAD法による位相決定の試み～ルシフェリン再生酵素 (LRE)

50 µm

LREの微結晶-(幅 2-5 µm, ⾧さ 10-40 µm)

P 2 12 12 1a ~ 48 Å, b ~ 77 Å, c ~ 84 Å
位相決定に成功
1 Hg ion / 308 a.a.
Electron density (1σ) & main chain trace of LRE,
f’’ = 9.71 e- @ 12.6 keV (λ= 0.98 Å) (obtained by SSX at BL41XU)<|ΔFc|>/<Fc> = 0.041 (dmin= 2.1 Å)Hasegawa, Yamashita, Nakatsu et al. 投稿準備中

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次期計画～SPring-8-II
SPring-8-II

SPring-8-II Conceptual design report
2014.11より25

さらなる微小ビーム化・高輝度化
XFEL/SACLAとの棲み分け

成果登録のお願いSPring-8の運営は、皆様のご利用と研究成果の創出に支えられております。皆様のご理解とご協力をお願いいたします。

登録(マイページ): https://user.spring8.or.jp/apps/login/
成果登録について: https://user.spring8.or.jp/?p=748
ご不明な点は…

JASRI利用推進部 (sp8jasri@spring8.or.jp)

26

タンパク質結晶解析推進室 (bioxtal@spring8.or.jp)

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