JP7686961B2 - Method for preparing analytical samples and method for mass spectrometry - Google Patents
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Description
本発明は、質量分析等の分析に供される試料の調製方法、及び該方法を利用した質量分析方法に関する。 The present invention relates to a method for preparing a sample to be subjected to analysis such as mass spectrometry, and a mass spectrometry method using said method.
近年、細菌や真菌類などの様々な微生物を同定する微生物同定分野において、マトリックス支援レーザー脱離イオン化(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization:MALDI)質量分析法(以下「MALDI質量分析法」という)法が急速に普及している。その大きな理由の一つは、従来一般的であった培養法などに比べて熟練された技術を必要とせず、低コストで且つ迅速に同定作業が行えるためである。 In recent years, matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry (hereafter referred to as "MALDI mass spectrometry") has rapidly become popular in the field of microbial identification, which identifies various microorganisms such as bacteria and fungi. One of the main reasons for this is that, compared to the conventional culture method, it does not require skilled techniques and can be performed quickly and at low cost.
従来、微生物同定のためのMALDI用サンプルを調製する方法としては、培養した微生物の一部を採取してサンプルプレート上に直接塗布し、それにマトリックスを滴下して乾固させる方法が知られている。また、別のサンプル調製法としては、適宜の試薬を用いて、微生物からタンパク質を抽出し、その抽出液とマトリックスとをサンプルプレート上に滴下して乾固させる方法も知られている。 Conventionally, a method for preparing samples for MALDI to identify microorganisms is known in which a portion of cultured microorganisms is taken and directly applied to a sample plate, and a matrix is then dropped onto the sample plate and allowed to dry. Another known sample preparation method involves extracting proteins from microorganisms using an appropriate reagent, and dropping the extract and matrix onto a sample plate and allowing them to dry.
MALDI質量分析法を用いてより信頼性の高い微生物同定を行うには、適切な量の分析対象物が含まれるようにサンプルを調製することが重要である。
例えば、非特許文献1によれば、過剰な量の菌体がMALDI用のサンプルプレートに搭載されると、マトリックスを添加したときに菌体からのタンパク質の抽出が効果的に行われない等の問題が生じる、とされている。また、非特許文献2には、腸内細菌科のグラム陰性桿菌を同定する際に、釣菌量が過剰であると良好なマススペクトルが得られず、これを解決するためには、経験を蓄積して釣菌量を微調整するスキルを習得する必要がある、と報告されている。
For more reliable microbial identification using MALDI mass spectrometry, it is important to prepare the sample so that it contains an adequate amount of analyte.
For example, according to Non-Patent
このように、MALDI質量分析法により微生物同定を行う際には、サンプルに含まれる微生物由来の分子の量が少なすぎる場合のみならず、その量が多すぎても正確な同定に支障をきたすおそれがある。しかしながら、上述したような従来のサンプル調製方法では、サンプルに含まれる目的分子の量を精度良くコントロールすることが難しく、且つ、そうした作業の正確性は作業者の経験や技量に頼るところが大きかった。なお、ここで言う目的分子とは単一種である場合と複数種である場合との両方を意味する。これは以下の説明でも同様である。 Thus, when identifying microorganisms using MALDI mass spectrometry, not only can the amount of microbial molecules contained in the sample be too small, but accurate identification can also be hindered if the amount is too large. However, with the conventional sample preparation methods described above, it is difficult to accurately control the amount of target molecules contained in the sample, and the accuracy of such work is largely dependent on the experience and skill of the operator. Note that the target molecule referred to here refers to both a single type and multiple types. This also applies to the following explanations.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、作業者の経験や技量に依存することなく、目的の分子が精度良く適切な量になるように分析用試料を調製することができる分析用試料の調製方法、及び該方法を用いた質量分析方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a method for preparing an analytical sample that can prepare an analytical sample so that the target molecule is present in an appropriate amount with high precision, without relying on the experience or skill of the operator, and a mass spectrometry method using said method.
上記課題を解決するためになされた本発明に係る分析用試料の調製方法の一態様は、
所定量の固相抽出担体に、該担体の飽和量の目的物質を吸着させる吸着工程と、
所定量の溶出液を用い、前記吸着工程のあとの固相抽出担体から目的物質を該溶出液中に脱離させる脱離工程と、
前記脱離工程のあとの溶出液を用いて試料を調製する調製工程と、
を実施するものである。
In order to solve the above problems, one aspect of the method for preparing an analytical sample according to the present invention is to
an adsorption step of adsorbing a target substance to a predetermined amount of solid phase extraction support in an amount that is saturated with the support;
a desorption step of desorbing the target substance from the solid-phase extraction support after the adsorption step into the elution solution using a predetermined amount of the elution solution;
a preparation step of preparing a sample using the eluate obtained after the desorption step;
The following is to be implemented.
本発明に係る分析試料用の調製方法により調製される試料は、例えば、MALDI質量分析に供される試料であり、その場合、試料は通常、サンプルプレート上に形成される。また、本発明を用いて、エレクトロスプレーイオン化法や大気圧化学イオン化法などの大気圧イオン化源を搭載した質量分析装置に供される試料を調製することもでき、その場合、試料は液体試料である。 The sample prepared by the analytical sample preparation method according to the present invention is, for example, a sample to be subjected to MALDI mass spectrometry, in which case the sample is usually formed on a sample plate. The present invention can also be used to prepare a sample to be subjected to a mass spectrometer equipped with an atmospheric pressure ionization source such as electrospray ionization or atmospheric pressure chemical ionization, in which case the sample is a liquid sample.
上記固相抽出担体は、一般に、脱塩や濃縮などの目的に用いられる固相抽出のための部材を利用することができる。 The solid-phase extraction support can be a material generally used for solid-phase extraction for purposes such as desalting and concentration.
本発明に係る分析用試料の調製方法の上記態様において、吸着工程では、例えば目的物質が過剰に(少なくとも固相抽出担体の飽和量以上)含まれる液体を固相抽出担体に接触させ、固相抽出担体に目的物質を吸着させる。固相抽出担体の量が一定であれば、吸着される目的物質の量は一定である。脱離工程では、所定量の溶出液を固相抽出担体に接触させ、該固相抽出担体に吸着していた目的物質の全量を溶出液中に脱離させる。固相抽出担体における目的物質の飽和量が一定で、溶出液の液量が一定であれば、脱離工程後に溶出液中に含まれる目的物質の量、つまり濃度は一定になる。 In the above-mentioned aspect of the method for preparing an analytical sample according to the present invention, in the adsorption step, for example, a liquid containing an excess of the target substance (at least the saturation amount of the solid-phase extraction carrier or more) is brought into contact with the solid-phase extraction carrier, and the target substance is adsorbed onto the solid-phase extraction carrier. If the amount of solid-phase extraction carrier is constant, the amount of the adsorbed target substance is constant. In the desorption step, a predetermined amount of elution liquid is brought into contact with the solid-phase extraction carrier, and the entire amount of the target substance adsorbed onto the solid-phase extraction carrier is desorbed into the elution liquid. If the saturation amount of the target substance in the solid-phase extraction carrier is constant and the amount of the elution liquid is constant, the amount of the target substance contained in the elution liquid after the desorption step, i.e., the concentration, is constant.
このようにして、本発明に係る分析用試料の調製方法の上記態様によれば、作業者の経験や技量に頼ることなく、常に適切な量の目的分子を含む試料、つまりは目的分子の濃度が正確にコントロールされた試料を、簡便に調製することができる。また、目的分子の濃度の調整と同時に、脱塩などの夾雑物を除去する処理、つまりは試料の精製も行うことができる。 In this way, according to the above-mentioned aspect of the method for preparing an analytical sample according to the present invention, a sample containing an appropriate amount of target molecules at all times, that is, a sample in which the concentration of the target molecules is accurately controlled, can be easily prepared without relying on the experience or skill of the operator. In addition, a process for removing impurities such as desalting can be performed at the same time as adjusting the concentration of the target molecules, that is, the purification of the sample can also be performed.
本発明に係る分析用試料の調製方法の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。 One embodiment of the method for preparing an analytical sample according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.
[試料調製方法の説明]
図1は、本実施形態の試料調製方法における作業手順を示すフローチャートである。
この試料調製方法では、目的とする分子種を特定の条件の下で吸着するとともに、吸着させた分子種を特定の条件の下で脱離させることが可能である固相抽出担体、を使用する。
[Sample preparation method description]
FIG. 1 is a flow chart showing the procedure of the sample preparation method of the present embodiment.
This sample preparation method uses a solid-phase extraction support that is capable of adsorbing a target molecular species under specific conditions and desorbing the adsorbed molecular species under specific conditions.
単位量の固相抽出担体に吸着され得る目的分子の最大量、つまり飽和量は固相抽出担体の種類や構造によって決まっており、それは予め測定可能である。そのため、固相抽出担体の量が一定であれば、これに吸着され得る目的分子の量はその固相抽出担体の飽和量を超えることはなく一定となる。そこで、その飽和量に達するまで目的分子を固相抽出担体に吸着させ、その吸着した分子を脱離させる溶出液の液量を一定にすれば、その溶出液中に脱離した目的分子の濃度は一定となる。これが、本実施形態の試料調製方法における物質量(濃度)の調整の基本的な原理である。 The maximum amount of target molecules that can be adsorbed by a unit amount of solid-phase extraction carrier, that is, the saturation amount, is determined by the type and structure of the solid-phase extraction carrier and can be measured in advance. Therefore, if the amount of solid-phase extraction carrier is constant, the amount of target molecules that can be adsorbed by it will be constant and will not exceed the saturation amount of the solid-phase extraction carrier. Therefore, if the target molecules are adsorbed onto the solid-phase extraction carrier until the saturation amount is reached and the amount of elution solution that desorbs the adsorbed molecules is kept constant, the concentration of the desorbed target molecules in the elution solution will be constant. This is the basic principle of adjusting the amount of substance (concentration) in the sample preparation method of this embodiment.
具体的には、まず、作業者は、使用する固相抽出担体における目的分子の飽和量Vを超える濃度で目的分子を含む試料溶液を調製する(ステップS1)。 Specifically, first, the operator prepares a sample solution containing the target molecule at a concentration that exceeds the saturation amount V of the target molecule in the solid-phase extraction support being used (step S1).
次に、ステップS1で調製した試料溶液を所定量の固相抽出担体に十分に接触させ、該試料溶液中の目的分子を固相抽出担体に吸着させる(ステップS2)。固相抽出担体には、その固相抽出担体の量に応じた一定量(つまりは上記飽和量V)の目的分子が吸着される。固相抽出担体は分子選択性を有しており、目的とする分子種は固相抽出担体に吸着されるが、それ以外の夾雑物は固相抽出担体に吸着されない。 Next, the sample solution prepared in step S1 is brought into sufficient contact with a predetermined amount of solid-phase extraction carrier, and the target molecules in the sample solution are adsorbed onto the solid-phase extraction carrier (step S2). A certain amount of target molecules (i.e., the saturation amount V) corresponding to the amount of solid-phase extraction carrier is adsorbed onto the solid-phase extraction carrier. The solid-phase extraction carrier has molecular selectivity, and the target molecular species is adsorbed onto the solid-phase extraction carrier, but other impurities are not adsorbed onto the solid-phase extraction carrier.
そのあと、今度は、固相抽出担体から目的分子を離脱させる作用を有する所定の溶出液を用い、固相抽出担体に吸着している目的分子の全てを一定量Cの溶出液中に溶出させる(ステップS3)。上述したように固相抽出担体に吸着されている目的分子の量は飽和量V一定であるため、一定量Cの溶出液中の目的分子の濃度も一定になる。 Then, using a specific elution solution that has the effect of releasing the target molecules from the solid-phase extraction support, all of the target molecules adsorbed to the solid-phase extraction support are eluted into a certain amount C of elution solution (step S3). As described above, the amount of target molecules adsorbed to the solid-phase extraction support is a constant saturation amount V, so the concentration of the target molecules in the certain amount C of elution solution is also constant.
ステップS3で得られる溶出液における目的分子の濃度は決まっているから、必要に応じて、溶出液を適宜に希釈して濃度を調整してもよい(ステップS4)。 Since the concentration of the target molecule in the eluate obtained in step S3 is fixed, the concentration may be adjusted by diluting the eluate appropriately, if necessary (step S4).
そして、ステップS3で得られた溶出液、又はステップS4で得られた希釈後の溶出液を用い、質量分析のためのサンプルを調製する(ステップS5)。
例えばMALDI質量分析用のサンプルを調製する場合であれば、所定量の溶出液と所定のマトリックスとをサンプルプレート上に滴下し、それを乾固させることで該プレート上にサンプルを調製することができる。一方、エレクトロスプレーイオン化法などの大気圧イオン源を搭載した質量分析装置用のサンプルを調製する場合であれば、必要に応じて適宜に希釈した試料溶液をそのまま、或いは、適宜の試薬を添加する等の前処理を行うことでサンプルを調製することができる。
Then, the eluate obtained in step S3 or the diluted eluate obtained in step S4 is used to prepare a sample for mass spectrometry (step S5).
For example, when preparing a sample for MALDI mass spectrometry, a predetermined amount of elution solution and a predetermined matrix are dropped onto a sample plate and dried to prepare a sample on the plate. On the other hand, when preparing a sample for a mass spectrometer equipped with an atmospheric pressure ion source such as electrospray ionization, the sample can be prepared as it is, or by carrying out pretreatment such as adding an appropriate reagent to a sample solution appropriately diluted as necessary.
以上のようにして、本実施形態の試料調製方法では、熟練や経験を要する作業を行うことなく、常に同じ濃度(つまり同じ量)の目的分子が含まれるサンプルを調製することができる。 In this way, the sample preparation method of this embodiment makes it possible to prepare samples that always contain the same concentration (i.e., the same amount) of target molecules without requiring skilled or experienced work.
上記ステップS2及びS3においては、固相抽出担体と試料溶液及び溶出液とをそれぞれ接触させる必要があるが、そのために、例えば固相抽出担体をピペットチップに充填したデバイスを利用することができる。一例としては、タンパク質の脱塩及び濃縮を目的として市販されている、独国メルク(Merck)社でメルクミリポア(Merck millipore)ブランドのZipTip 0.6μL C4 樹脂充填ピペットチップ(カタログ番号:ZTC04S960)などを利用することができる。このピペットチップにおける固相抽出担体は、液体クロマトグラフ用カラムの固定相にも利用されている、オクタデシルシリル(Octa Decyl Silyl)基(C18H37Si) で表面が修飾された化学結合型多孔性球状シリカゲル、である。 In the above steps S2 and S3, the solid-phase extraction carrier needs to be brought into contact with the sample solution and the eluate, respectively. For this purpose, for example, a device in which the solid-phase extraction carrier is filled in a pipette tip can be used. As an example, ZipTip 0.6 μL C4 resin-filled pipette tip (catalog number: ZTC04S960) of the Merck Millipore brand by Merck, Germany, which is commercially available for the purpose of desalting and concentrating proteins, can be used. The solid-phase extraction carrier in this pipette tip is a chemically bonded porous spherical silica gel whose surface is modified with an octadecylsilyl group (C 18 H 37 Si), which is also used as the stationary phase of a liquid chromatography column.
また、ステップS2及びS3において、遠心装置を利用して固相抽出担体と溶出液とを接触させることも可能である。その場合には例えば、米国サーモフィッシャーサイエンティフィック(Thermo Fisher Scientific)社のPierce C18スピンチップ(カタログ番号:89870)などの、固相抽出担体を充填した遠心チップを利用することができる。また、ステップS2及びS3において、上述したような固相抽出担体を充填した液体クロマトグラフ用カラムを用いることもできる。 In steps S2 and S3, a centrifuge can be used to bring the solid-phase extraction carrier into contact with the eluate. In this case, for example, a centrifuge tip filled with a solid-phase extraction carrier, such as Thermo Fisher Scientific's Pierce C18 Spin Tip (catalog number: 89870), can be used. In steps S2 and S3, a liquid chromatograph column filled with the above-mentioned solid-phase extraction carrier can also be used.
[実験例]
上述した試料調製方法を用いた実験例を説明する。本例は、MALDI質量分析法により微生物同定を行うためのサンプルを調製するものであり、分析対象の目的物質(分子)は微生物から抽出されたタンパク質である。固相抽出担体を充填したデバイスとしては、上述したメルクミリポアブランドのZipTip 0.6 μL C4 樹脂充填ピペットチップを使用した。
MALDI用サンプルの具体的な調製手順は次の(A)~(J)である。
[Experimental Example]
An experimental example using the above-mentioned sample preparation method will be described. In this example, a sample is prepared for microbial identification by MALDI mass spectrometry, and the target substance (molecule) to be analyzed is a protein extracted from a microorganism. The above-mentioned Merck Millipore brand ZipTip 0.6 μL C4 resin-filled pipette tip was used as the device filled with the solid-phase extraction carrier.
Specific procedures for preparing a sample for MALDI are as follows (A) to (J).
(A)大腸菌K12株を10mLの液体培地(1% polypeptone、0.2% yeast extract、0.1% MgSO4/7H2O)で24時間培養することにより増菌させた。 (A) Escherichia coli K12 strain was cultured in 10 mL of liquid medium (1% polypeptone, 0.2% yeast extract, 0.1% MgSO 4 /7H 2 O) for 24 hours to increase the number of bacteria.
(B)上記(A)の培養後の培地の全量を10000G、5分の条件の下で遠心分離し、その上清を廃棄し、残りを3mLの精製水に再懸濁した。その懸濁液の一部を精製水で希釈し、濁度を計測することで菌濃度を算出した。その結果、濁度はOD=5に相当した。 (B) The entire amount of the culture medium after the above (A) culture was centrifuged at 10,000 G for 5 minutes, the supernatant was discarded, and the remainder was resuspended in 3 mL of purified water. A portion of the suspension was diluted with purified water, and the turbidity was measured to calculate the bacterial concentration. As a result, the turbidity was equivalent to OD = 5.
(C)上記(B)における再懸濁後の溶液を1mL分取し、10000G、5分の条件の下で遠心分離した。そして、その上清を廃棄し、1mLの1%トリフルオロ酢酸、50%アセトニトリル水に再懸濁した。この操作を行うことによって、大腸菌の細胞内にあるタンパク質分子などを溶液中に抽出した。 (C) 1 mL of the solution after resuspension in (B) above was taken and centrifuged at 10,000 G for 5 minutes. The supernatant was then discarded and the solution was resuspended in 1 mL of 1% trifluoroacetic acid and 50% acetonitrile water. By carrying out this procedure, protein molecules and other substances present within the E. coli cells were extracted into the solution.
(D)上記(C)における再懸濁後の溶液の全量を10000G、5分の条件の下で遠心分離し、その上清を回収して、遠心エバポレーターを用いて乾固させた。 (D) The entire amount of the solution after resuspension in (C) above was centrifuged at 10,000 G for 5 minutes, and the supernatant was collected and dried using a centrifugal evaporator.
(E)上記(D)において乾固した回収物に、100μLの0.1%トリフルオロ酢酸水を加えて溶解させ、この溶液を1倍希釈試料とした。 (E) 100 μL of 0.1% trifluoroacetic acid water was added to the dried recovered material in (D) above to dissolve it, and this solution was used as a 1x diluted sample.
(F)上記(E)において得られた溶液(つまりは1倍希釈試料)50μLに150μLの0.1%トリフルオロ酢酸水を加えて希釈し、これを4倍希釈試料とした。さらに同様の希釈を繰り返し、16倍希釈試料、及び64倍希釈試料を調製した。 (F) 50 μL of the solution obtained in (E) above (i.e., the 1-fold diluted sample) was diluted with 150 μL of 0.1% trifluoroacetic acid water to prepare a 4-fold diluted sample. The same dilution was further repeated to prepare a 16-fold diluted sample and a 64-fold diluted sample.
(G)上記(E)及び(F)において得られた1倍希釈試料、4倍希釈試料、16倍希釈試料、及び64倍希釈試料を、上述した本実施形態の試料調製方法を適用しない状態の4段階希釈試料とした。以下、この4段階希釈試料を濃度非調整4段階希釈試料という。 (G) The 1-fold diluted sample, 4-fold diluted sample, 16-fold diluted sample, and 64-fold diluted sample obtained in (E) and (F) above were used as 4-stage diluted samples to which the sample preparation method of the present embodiment described above was not applied. Hereinafter, these 4-stage diluted samples are referred to as non-concentration-adjusted 4-stage diluted samples.
(H)上記濃度非調整4段階希釈試料に含まれる、1倍希釈試料、4倍希釈試料、16倍希釈試料、及び64倍希釈試料からそれぞれ10μLの溶液を分取し、これらを上述した固相抽出担体充填ピペットチップを用いて上記ステップS2及びS3の手順で処理し、目的分子であるタンパク質分子を10μLの溶出液(0.1%トリフルオロ酢酸、50%アセトニトリル水)に溶出させた。これらの4種類の溶出液を、本実施形態の試料調製方法を適用した状態の4段階希釈試料とした。以下、この4段階希釈試料を濃度調整済み4段階希釈試料という。 (H) 10 μL of solution was taken from each of the 1-fold diluted sample, 4-fold diluted sample, 16-fold diluted sample, and 64-fold diluted sample contained in the above-mentioned non-concentration-adjusted 4-stage diluted samples, and these were processed using the above-mentioned solid-phase extraction carrier-filled pipette tip in the procedure of steps S2 and S3, and the target protein molecules were eluted into 10 μL of elution solution (0.1% trifluoroacetic acid, 50% acetonitrile water). These four types of elution solution were used as 4-stage diluted samples in a state in which the sample preparation method of this embodiment was applied. Hereinafter, these 4-stage diluted samples are referred to as concentration-adjusted 4-stage diluted samples.
(I)上記(G)で得られた濃度非調整4段階希釈試料に含まれる4種類の試料のそれぞれを1μL採取し、これにアセトニトリル1μLを混和し、さらにMALDI用マトリックスとしてα-シアノ-4-ヒドロキシケイ皮酸溶液(溶媒は0.1%トリフルオロ酢酸、50%アセトニトリル水、濃度は10mg/mL)2μLを混和して、その混合溶液2μLをサンプルプレート上に滴下し乾固することで、MALDI用のサンプルを調製した。即ち、これが濃度非調整4段階希釈試料に対応する分析用サンプルである。 (I) 1 μL of each of the four types of samples contained in the non-adjusted 4-step diluted sample obtained in (G) above was taken, mixed with 1 μL of acetonitrile, and further mixed with 2 μL of α-cyano-4-hydroxycinnamic acid solution (solvent: 0.1% trifluoroacetic acid, 50% acetonitrile water, concentration: 10 mg/mL) as a matrix for MALDI. 2 μL of the mixed solution was dropped onto a sample plate and dried to prepare a sample for MALDI. In other words, this is the analytical sample corresponding to the non-adjusted 4-step diluted sample.
(J)上記(H)で得られた濃度調整済み4段階希釈試料に含まれる4種類の試料のそれぞれを2μL採取し、MALDI用マトリックスとしてα-シアノ-4-ヒドロキシケイ皮酸溶液(溶媒は0.1%トリフルオロ酢酸、50%アセトニトリル水、濃度は10mg/mL)2μLと混和して、その混合溶液2μLをサンプルプレート上に滴下し乾固することで、MALDI用のサンプルを調製した。即ち、これが濃度調整済み4段階希釈試料に対応する分析用サンプルである。 (J) 2 μL of each of the four types of samples contained in the concentration-adjusted four-stage diluted sample obtained in (H) above was taken and mixed with 2 μL of α-cyano-4-hydroxycinnamic acid solution (solvent: 0.1% trifluoroacetic acid, 50% acetonitrile water, concentration: 10 mg/mL) as a MALDI matrix, and 2 μL of the mixed solution was dropped onto a sample plate and dried to prepare a sample for MALDI. In other words, this is the analytical sample corresponding to the concentration-adjusted four-stage diluted sample.
上記(I)で得られた4種類のMALDI用サンプルと、上記(J)で得られた4種類のMALDI用サンプルとを、それぞれ飛行時間型質量分析計を用いて測定しマススペクトルを取得した。測定には、島津製作所製のMALDI-8020を用いた。 The four types of MALDI samples obtained in (I) above and the four types of MALDI samples obtained in (J) above were each measured using a time-of-flight mass spectrometer to obtain mass spectra. A Shimadzu MALDI-8020 was used for the measurements.
上記(I)で得られた濃度非調整4段階希釈試料に対応するMALDI用サンプルについての測定結果であるマススペクトルを図2に示す。図2の上から順に、1倍希釈試料、4倍希釈試料、16倍希釈試料、及び64倍希釈試料についての測定結果である。
また、上記(J)で得られた濃度調整済み4段階希釈試料に対応するMALDI用サンプルについての測定結果であるマススペクトルを図3に示す。図3も上から順に、1倍希釈試料、4倍希釈試料、16倍希釈試料、及び64倍希釈試料についての測定結果である。
Mass spectra, which are the measurement results for the MALDI samples corresponding to the four-stage non-concentration diluted samples obtained in (I) above, are shown in Figure 2. From the top of Figure 2, the measurement results are for a 1-fold diluted sample, a 4-fold diluted sample, a 16-fold diluted sample, and a 64-fold diluted sample.
Mass spectra, which are the measurement results for the MALDI samples corresponding to the concentration-adjusted 4-step diluted samples obtained in (J) above, are shown in Figure 3. Figure 3 also shows, from the top, the measurement results for the 1-fold diluted sample, the 4-fold diluted sample, the 16-fold diluted sample, and the 64-fold diluted sample.
また、図2及び図3に示したマススペクトルにおいて観測される代表的な四つの質量電荷比値(m/z 4365、m/z 5381、m/z 6255、m/z 7274)におけるピークの強度と濃度との関係を、図4及び図5にそれぞれ示す。図4、図5において、横軸上の1/1は1倍希釈試料、1/64は64倍希釈試料を示す。つまり、横軸上で左方から右方に向かって濃度が高くなっている。また、図4及び図5では、一つの質量電荷比値当たり二つの結果(1回目及び2回目)を示している。 Figures 4 and 5 show the relationship between peak intensity and concentration for four representative mass-to-charge ratio values (m/z 4365, m/z 5381, m/z 6255, m/z 7274) observed in the mass spectra shown in Figures 2 and 3, respectively. In Figures 4 and 5, 1/1 on the horizontal axis indicates a 1-fold diluted sample, and 1/64 indicates a 64-fold diluted sample. In other words, the concentration increases from left to right on the horizontal axis. Figures 4 and 5 also show two results (first and second runs) for each mass-to-charge ratio value.
本実施形態の試料調製方法を適用しない図4のグラフを見ると、64倍希釈から16倍希釈、4倍希釈と濃度が高まるに伴ってピーク強度が増加しているが、4倍希釈と1倍希釈とを比較すると濃度の高い1倍希釈のほうが全てのピーク強度が低くなっている。これは、サンプルに含まれるタンパク質などの総量が多いために生じるイオンサプレッション効果と、試料中に存在する夾雑物の量が多いために生じるイオンサプレッション効果とが原因であると推測される。こうしたイオンサプレッション効果はMALDI法ではしばしば観測される。 Looking at the graph in Figure 4, where the sample preparation method of this embodiment is not applied, the peak intensity increases as the concentration increases from 64-fold dilution to 16-fold dilution and 4-fold dilution, but when comparing 4-fold dilution with 1-fold dilution, all peak intensities are lower for the higher concentration 1-fold dilution. This is presumably due to an ion suppression effect caused by the large total amount of proteins and other substances contained in the sample, and an ion suppression effect caused by the large amount of impurities present in the sample. Such ion suppression effects are often observed in MALDI methods.
一方、本実施形態の試料調製方法を適用した図5のグラフを見ると、この場合にも、64倍希釈から16倍希釈、4倍希釈と濃度が高まるに応じてピーク強度が高まっている。また、4倍希釈と1倍希釈とを比較すると、一部にピーク強度が僅かに低下しているもの又は同程度であるものもあるが、全体的には、濃度の高い1倍希釈のほうがピーク強度が高くなっている。この点は図4の結果と対照的である。 On the other hand, looking at the graph in Figure 5, which applies the sample preparation method of this embodiment, the peak intensity also increases as the concentration increases from 64-fold dilution to 16-fold dilution to 4-fold dilution. Also, when comparing 4-fold dilution with 1-fold dilution, there are some peaks where the intensity is slightly lower or the same, but overall the peak intensity is higher for the higher concentration 1-fold dilution. This is in contrast to the results in Figure 4.
このことは、本実施形態の試料調製方法を用いることで、元の試料中のタンパク質などの総量が多い場合であっても、溶出液中には固相抽出担体の飽和量に相当する分しかタンパク質が溶出しないために、溶出液中のタンパク質濃度が適切な濃度になっている(つまりは過剰なタンパク質によるイオンサプレッション効果が生じていない)ことを意味している。また、溶出液において、固相抽出担体に吸着しない夾雑物の濃度は相対的に下がっている筈であるので、サンプル中に夾雑物の量が多いことによるイオンサプレッション効果が抑えられていることも十分に想定される。 This means that by using the sample preparation method of this embodiment, even if the total amount of protein in the original sample is large, only the amount of protein equivalent to the saturation amount of the solid-phase extraction carrier is eluted into the eluate, so the protein concentration in the eluate is appropriate (i.e., no ion suppression effect due to excess protein occurs). In addition, since the concentration of impurities that do not adsorb to the solid-phase extraction carrier should be relatively low in the eluate, it is fully expected that the ion suppression effect due to a large amount of impurities in the sample is suppressed.
この実験結果からも、一般的には脱塩や濃縮に用いられる固相抽出担体を用いて、質量分析用試料中の目的分子の濃度が簡便に且つ的確にコントロールされていることが理解できる。その結果として、質量分析のイオン化の際の試料量が適切なものとなり、微量な成分に対応するピークも十分に観測可能である、明瞭なマススペクトルを得ることができる。 From these experimental results, it can be seen that the concentration of target molecules in a mass spectrometry sample can be easily and accurately controlled using a solid-phase extraction carrier that is generally used for desalting and concentration. As a result, the amount of sample used during ionization in mass spectrometry is appropriate, and a clear mass spectrum can be obtained in which peaks corresponding to trace components can be easily observed.
上記実施形態及び実験例では、真菌等の微生物由来のタンパク質を分析対象の物質(分子)としていたが、目的物質はこれに限るものではなく、その物質を所定の条件の下で選択的に吸着することができる(且つ所定の条件の下で脱離させることができる)固相抽出担体を用いれば、同様に、試料中の目的物質の濃度を適切にコントロールすることができる。
例えば、生体由来の物質の一つである糖鎖を目的物質とする場合には、グラファイトカーボン、カーボンナノチューブなどを用いたカーボンチップを固相抽出担体として用いることができる。
In the above embodiments and experimental examples, proteins derived from microorganisms such as fungi were used as the substances (molecules) to be analyzed, but the target substance is not limited to this. Similarly, by using a solid-phase extraction carrier that can selectively adsorb the substance under specified conditions (and desorb it under specified conditions), the concentration of the target substance in the sample can be appropriately controlled.
For example, when a sugar chain, which is one of the substances derived from living organisms, is used as the target substance, a carbon chip using graphite carbon, carbon nanotubes, or the like can be used as the solid-phase extraction support.
また、上述した試料調製方法では、目的分子の量が飽和量以上になるような試料溶液を始めに調製する必要があるが、目的分子の量がそもそも少ない場合には、それに合わせて固相抽出担体の量を少なくして飽和量を下げるとよい。 In addition, in the above-mentioned sample preparation method, it is necessary to first prepare a sample solution in which the amount of the target molecule is equal to or greater than the saturation amount. However, if the amount of the target molecule is small to begin with, it is advisable to reduce the amount of solid-phase extraction support accordingly to lower the saturation amount.
また、すでに述べたように、本発明に係る試料調製方法は、MALDI法のみならず、レーザー脱離イオン化(LDI)法、表面支援レーザー脱離イオン化(SALDI)法、二次イオン分析法で用いられるイオン化法、リアルタイム直接分析(DART)法、エレクトロスプレーイオン化(ESI)法、大気圧化学イオン化(APCI)法、探針エレクトロスプレーイオン化(PESI)法などの様々なイオン化法を用いた質量分析のためのサンプルを調製する際に用いることができる。また、本発明に係る試料調製方法により調製されたサンプルは、質量分析装置のみならず、それ以外の様々な分析装置での分析に供することができる。 As already mentioned, the sample preparation method of the present invention can be used to prepare samples for mass spectrometry using various ionization methods, such as MALDI, laser desorption ionization (LDI), surface-assisted laser desorption ionization (SALDI), ionization methods used in secondary ion analysis, direct analysis in real time (DART), electrospray ionization (ESI), atmospheric pressure chemical ionization (APCI), and probe electrospray ionization (PESI). Furthermore, samples prepared by the sample preparation method of the present invention can be subjected to analysis not only by mass spectrometry devices, but also by various other analytical devices.
さらにまた、上記実施形態や上記記載の変形例も本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加等を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。 Furthermore, the above-described embodiment and the variations described above are merely examples of the present invention, and any appropriate modifications, amendments, additions, etc. made within the spirit of the present invention will naturally be included within the scope of the claims of this application.
[種々の態様]
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[Various aspects]
It will be appreciated by those skilled in the art that the exemplary embodiments described above are examples of the following aspects.
(第1項)本発明に係る分析用試料の調製方法の一態様は、
所定量の固相抽出担体に、該担体の飽和量の目的物質を吸着させる吸着工程と、
所定量の溶出液を用い、前記吸着工程のあとの固相抽出担体から目的物質を該溶出液中に脱離させる脱離工程と、
前記脱離工程のあとの溶出液を用いて試料を調製する調製工程と、
を実施するものである。
(Item 1) One aspect of the method for preparing an analytical sample according to the present invention comprises:
an adsorption step of adsorbing a target substance to a predetermined amount of solid phase extraction support in an amount that is saturated with the support;
a desorption step of desorbing the target substance from the solid-phase extraction support after the adsorption step into the elution solution using a predetermined amount of the elution solution;
a preparation step of preparing a sample using the eluate obtained after the desorption step;
The following is to be implemented.
(第2項~第4項)第1項に記載の分析用試料の調製方法において、前記固相抽出担体はピペットチップに充填されたもの、遠心カラムに充填されたもの、又は、液体クロマトグラフィー用カラムに充填されたもの、のいずれかとすることができる。
(Paragraphs 2 to 4) In the method for preparing an analytical sample described in
第1項~第4項に記載の分析用試料の調製方法によれば、作業者の経験や技量に頼ることなく、常に適切な量の目的分子を含む試料、つまりは目的分子の濃度が正確にコントロールされた試料を、簡便に調製することができる。それにより、例えば、微生物由来のタンパク質が目的物質である場合には、調製された試料を質量分析することで得られた分析結果に基いて、微生物をより正確に同定することができるようになる。
According to the method for preparing an analytical sample described in
(第5項)第1項~第4項のいずれか1項に記載の分析用試料の調製方法において、前記調製工程は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法、つまりMALDI法によるイオン化用の試料をプレート上に形成する工程を含むものとすることができる。
(5) In the method for preparing an analytical sample described in any one of
(第6項)また、本発明に係る質量分析方法の一態様は、請求項5に記載の分析用試料の調製方法で前記プレート上に形成された試料に対し、レーザー光を照射して該試料中の目的物質をイオン化し、生成されたイオン又はそれに由来するイオンを質量分析するものとすることができる。 (6) In addition, one aspect of the mass spectrometry method according to the present invention can be a method for irradiating a sample formed on the plate in the method for preparing an analytical sample according to claim 5 with laser light to ionize a target substance in the sample, and subjecting the generated ions or ions derived therefrom to mass spectrometry.
上述したようにMALDI法では、試料中の目的物質が多すぎる場合や目的物質以外の夾雑物(特に目的物質に比べてイオン化され易い物質)が多く含まれる場合に、イオンサプレッション効果によって、目的物質由来のイオンの発生量が抑えられてしまうことがある。これに対し、第5項に記載の分析用試料の調製方法によれば、MALDI用のサンプルも含まれる目的物質の量を適切にコントロールすることができるうえに、夾雑物の量も減らすことが可能である。したがって、第5項に記載の分析用試料の調製方法、及び第6項に記載の質量分析方法によれば、目的物質由来のイオンを効率良く発生させることができ、高い感度の良好なマススペクトルを得ることができる。 As described above, in the MALDI method, when the sample contains too much of the target substance or contains a large amount of impurities other than the target substance (especially substances that are more easily ionized than the target substance), the amount of ions generated from the target substance may be reduced due to the ion suppression effect. In contrast, the method for preparing an analytical sample described in paragraph 5 makes it possible to appropriately control the amount of target substance, including the sample for MALDI, and also to reduce the amount of impurities. Therefore, the method for preparing an analytical sample described in paragraph 5 and the mass spectrometry method described in paragraph 6 make it possible to efficiently generate ions derived from the target substance and obtain a mass spectrum with high sensitivity.
(第7項)第6項に記載の質量分析方法において、前記目的物質は微生物由来のタンパク質であり、該タンパク質をイオン化して質量分析した結果を用いて前記微生物を同定するものとすることができる。 (7) In the mass spectrometry method described in 6, the target substance is a protein derived from a microorganism, and the microorganism can be identified using the results of ionizing the protein and performing mass spectrometry.
第7項に記載の質量分析方法によれば、作業者の経験や技量に頼ることなく、微生物を正確に同定することができる。
The mass spectrometry method described in
Claims (7)
所定量の溶出液を用い、前記吸着工程のあとの固相抽出担体から前記目的物質の全てを該溶出液中に脱離させる脱離工程と、
前記脱離工程のあとの、前記固相抽出担体の量、前記飽和量、及び前記脱離工程で使用された溶出液の量、で決まる前記目的物質の濃度で該目的物質を含む溶出液、を用いて試料を調製する調製工程と、
を実施する、分析用試料の調製方法。 an adsorption step of adsorbing a target substance to a predetermined amount of solid phase extraction support in an amount that is saturated with the support;
a desorption step in which a predetermined amount of elution solution is used to desorb all of the target substance from the solid-phase extraction support after the adsorption step into the elution solution;
A preparation step of preparing a sample using an eluate containing the target substance at a concentration determined by the amount of the solid-phase extraction carrier, the saturation amount, and the amount of the eluate used in the desorption step, after the desorption step;
A method for preparing an analytical sample, comprising:
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