電気泳動開発の歴史 【電気泳動ができるまで】
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アガロースやアクリルアミドを使った電気泳動は、広い意味のバイオ系の研究室や企業で日夜行われている最も代表的な実験手法の1つです。

この記事では、電気泳動がどのようにして開発されたのか、その歴史を紐解いてみましょう。

すべては寒天ゼリーからはじまった

現在利用可能な文献の中で、電気泳動の最初の例は1907年にフィールドとティーグが行ったジフテリア毒素と抗毒素の電荷を調べた実験のようです (The electrical charge of toxin and antitoxin, J. Exp. Med. 1907)。

この実験では、半円形の管に寒天を詰めてゲルにしていましたが、バッファーではなく蒸留水で溶かしていたので、ちょっと固いということを除けば寒天ゼリーとまったく変わらないものでした。

1927年には、ティセリウスが色素をゼラチンスラブゲルで泳動して分離することに成功しましたが、移動境界法を改良することをテーマとしていたティセリウスは、その結果を論文にしませんでした。

ろ紙電気泳動法

ティセリウスの移動境界法の改良(1937年)から10年近くが過ぎた1946年、コンスデンとゴードンがろ紙を使ってアミノ酸とペプチドを泳動した結果を報告しました。

この方法は簡単にできたので、タンパク質の研究に応用するためにたくさんの研究者が試しましたが、あまり良好な結果を得ることはできませんでした。

1920年代にゼラチンゲルの電気泳動に成功したものの報告していなかったティセリウスは、この時には同僚とともに技術改良を行いました。

泳動中の水分の蒸発や電極槽のpH変化などを抑えるように工夫したタンパク質の電気泳動法は、1951年に報告されました (Electrophoresis of proteins on filter paper. J. Gen. Physiol. 1951)。

この論文では、Munktell 20というろ紙を使っています。こうして改良されたろ紙電気泳動は、置が簡単なもので済むこともあって、広く普及しました。

研究の現場ではあまり使われなくなりましたが、病院の臨床検査では今でも似たような方法 ((ろ紙ではなくセルロースアセテートという膜を使う方法) が使われています

デンプンゲルの開発

ティセリウスらのろ紙電気泳動は、サンプルをとても狭い領域にのせなければならないという難しさと、ろ紙による吸着という問題がありました。

そこで1952年に、新しい電気泳動用の担体としてデンプンゲルを使った電気泳動が報告されました。しかし、このデンプンゲルは作製が難しかったので、作製法を工夫して簡単にした方法が1955年に発表されました。

このようにして、ろ紙電気泳動とデンプンゲル電気泳動は実用的な電気泳動法として世界中の生化学研究を支えることになりました、

ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)の発見

改良版デンプンゲル電気泳動から5年も経たないうちに、レイモンドとワイントローブがアクリルアミドゲルを紹介しました (Acrylamide gel as a supporting medium for zone electrophoresis. Science 1959)。

この論文は1ページに満たない、紹介程度のとても短い論文でした。アクリルアミドとビスアクリルアミドの混合物で作ったゲルで血清アルブミンとヘモグロビンを泳動したところ、シャープなバンドが得られたと報告しています。

PAGEは、例えばタンパク質の泳動で今でも使われています。

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アガロースゲル電気泳動の登場

PAGEから2年遅れの1961年にアガロースゲル電気泳動が報告されました (Agarose as an anticonvection agent in zone electrophoresis. Biochimica et biophysica acta. 1961)。

もともとは1907年から寒天(アガー)を使った電気泳動も行われてはいましたが、当時は紅藻から精製した寒天を使っており、その精製方法に問題があって寒天に含まれる酸性基を除くことができないためあまりうまく行っていませんでした。

寒天はアガロースとアガロペクチンから成り、アガロースは電荷をもちません。そこで、ヤティーンという研究者は、寒天の中からアガロースだけを精製できれば電気泳動ゲルに適していると考えました。

実際に使ってみると、とても良好な結果が得られました。

この時の精製方法は、アセチル化したアガロペクチンをクロロホルムで沈殿させて除去した後、残ったアガロースを脱アセチル化するというもので、かなり手間と時間のかかる作業でした。

そのため、ヤティーンはアガロースの精製方法を工夫することにしました。結果的に改良して品質を向上させた精製方法を1971年に公表しました (Some new methods for the preparation of agarose. Journal of Chromatography 1971)。

この時の方法は今でも使われています。

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まとめ

最後に今回の内容をまとめます。

  • 初期の電気泳動は寒天で行われていた
  • ろ紙やデンプンゲルが作られた
  • 最終的に1960 ~ 70年代頃に現在のゲルになった

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