タンパク質の動きを捉える新しい試料導入システムを開発～テープ搬送による試料導入で試料消費量を低減～

2026-02-16

2026-02-16 理化学研究所,高輝度光科学研究センター,東北大学,京都大学

理研SPring-8センター(SACLA)などの国際共同研究グループは、XFEL施設SACLAで行う時分割SFX(連続フェムト秒結晶構造解析)のために、テープ搬送で試料を導入する新システムを開発した。微小結晶を含むナノリットル液滴をテープ上に滴下し、X線レーザー照射タイミングに同期して照射位置へ搬送することで、照射されない時間に流れ続けて浪費される従来方式の欠点を解消。2台の吐出装置で結晶液滴と反応分子液滴を重ね打ちでき、混合から照射まで約0.1秒〜20秒弱の反応時間制御も可能となった。リゾチーム結晶と阻害剤N-アセチルグルコサミンで、結合過程を原子レベルで追跡し、各時点の試料消費を1〜2mg(従来比で数十〜数百分の1)に低減。少量試料でタンパク質の動きを“動画”として捉える解析の裾野拡大が期待される。

テープ搬送による試料導入システムでタンパク質の動的構造解析をわずかな試料で実現

<関連情報>

連続フェムト秒結晶構造解析のためのコンパクトなテープ駆動型サンプル供給システム
Compact tape-driven sample delivery system for serial femtosecond crystallography

Jungmin Kang,Yoshiaki Shimazu,Fangjia Luo,Ayumi Yamashita,Tomoyuki Tanaka,Yuichi Inubushi, Kensuke Tono, Nipawan Nuemket, Allen M. Orville, So Iwata, Eriko Nango and Makina Yabashi
Journal of Applied Crystallography Published:9 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1107/S1600576726000063

We have developed a compact tape drive (CoT) with on-demand sample delivery for time-resolved serial femtosecond crystallography (SFX) experiments, which can deliver sample droplets and/or initiate reactions with a drop-on-drop strategy. Two disposable piezoelectric injectors are positioned in tandem along the tape to produce a queue of nanolitre-scale droplets. X-ray free-electron laser pulses arrive perpendicular to and pass through the broad face of the tape. The pulse is synchronized and aligned to the droplets, thereby enabling highly efficient SFX data collection. The tape transport speed and the delivery distance can be varied to control the mixing time from approximately 130 ms to tens of seconds. We conducted time-resolved SFX experiments utilizing a basic enzymatic reaction model of hen egg white lysozyme (HEWL) and N-acetyl-D-glucosamine (GlcNAc) to demonstrate the drop-on-drop capabilities of the CoT, and the full binding process of GlcNAc to HEWL was observed at 1.3–9.7 s.