一种用于生物分子快速结晶的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及促进从生物分子的溶液中快速形成生物分子晶体的方法和设备，所述生物分子优选蛋白质，其中蛋白质溶液在电场中根据其等电点经历快速浓缩。根据本发明专利技术方法的蛋白质结晶在几小时内或更短时间内发生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及促进生物分子从生物分子溶液中快速形成生物分子结晶的方法及设备，所述生物分子优选是蛋白质，其中蛋白质溶液在电场中根据其等电点经历快速浓缩。根据本专利技术所述方法的蛋白质的结晶在几小时或更短时间内发生。
技术介绍
蛋白质结晶具有3种主要应用(1)结构生物学和药物设计、(2)生物分离、和(3)纯化。在最适宜的条件下，晶体的形成是一个缓慢和冗长的过程，代表性的是基于晶核形成之后制备一种饱和蛋白溶液。蛋白质结晶的最适条件包括在饱和溶液里的最佳的蛋白质浓度、pH和温度等，其中这些条件是由大量的尝试与误差试验确定的。常规的蛋白质结晶方法和确定促进蛋白质结晶的条件的方法公开于美国专利US6,596,077、US6,593,116、US6,579,358、US6,500,933、US6,409,832、US6,268,158、US5,976,325、US5,728,559、US5,271,795、US5,104,478、US4,737,232和US4,330,363等。本领域中已知的是生物分子尤其是蛋白质在诸如硅水凝胶(Silicahydrogel)、琼脂糖和聚丙烯酰胺的凝胶中的结晶(例如，CrystalExTM，Hampton Research Corp.)。与从液体溶液中成长(growth)相比，这种方法被认为是有好处的，因为它避免了考虑浮力、对流和沉降。这种方法还通过凝胶的粘度调节分子扩散，并因此在许多方面摹拟了在微重力环境如太空中的晶体成长的有利特性。这种方法的另一个优点是，晶体在环境温度下保持包被于凝胶中，并且结晶构造甚至能直接用于X-射线衍射。这种方法主要包括在聚合作用之前或在聚合作用之后，把浓度为10-20mg/ml的一种蛋白质溶液加到凝胶中，然后在一种控制的温度下保存在胶中几天至几周，直到发生蛋白质结晶。已经有人表示，使用这种方法能够得到合适的晶体(Sauter等人，ProteinsStructure，Function and Genetics48146-150，2002)，然而，很少采用这种方法进行蛋白质结晶成长，并且这种方法与本领域中已知的其它方法一样缓慢。等电聚焦(IEF)技术广泛用于蛋白质分离和纯化，基于它们随着pH而改变的特有的净电荷。蛋白质置于一个pH梯度中的一种电场下，其中每种蛋白质向梯度内的一个点移动，在这个点其静电荷为零，这个点称为“等电点”或‘pI”。用于蛋白质分离和纯化的IEF技术描述于本专利技术专利技术人的专利WO03/008977、和美国专利US6,537,432、US5,480,562、US5,464,517、US5,451,662、US5,082,548、US4,971,670、US4,495,279、和US4,243,507等。人们有一种未满足的需要，为了克服在晶体成长中遇到的障碍，并提能够发生结晶尤其是蛋白质结晶的更快速和消耗较少的方法。专利技术概要本专利技术涉及生物分子快速结晶的方法和设备，典型地在不超过几小时以内，使用等电聚焦以得到生物分子的浓缩溶液、然后是所述生物分子的快速结晶。本专利技术部分地基于意外地发现，使用任何IEF方法浓缩一种稀的蛋白质溶液，产生促进溶液中蛋白质快速结晶的一种蛋白质溶液。根据一个方面，本专利技术提供一种用于快速结晶生物分子的方法，包括(a)提供至少一生物分子种类；(b)提供至少一个结晶反应器，其包括具有一个pH范围的一种IEF缓冲液，此pH范围包含至少一类生物分子的pI。(c)把所述至少一生物分子种类与所述至少一个结晶反应器接触；(d)向所述至少一个结晶反应器引入电场，从而产生所述至少一生物分子种类的一种浓缩溶液；以及(e)在所述至少一个结晶反应器中得到至少一种晶体。根据另一个实施方案，步骤(c)还包括将至少一个结晶反应器和至少一生物分子种类放置在电泳缓冲液中。优选地，步骤(c)还包括搅拌电泳缓冲液。有利地，步骤(e)还包括监控生物分子晶体的形成。根据又另一个实施方案，结晶在24小时内发生，优选地发生在少于12小时内。根据一个可供选择的实施方案，所述至少一生物分子种类在一种介质中，这种介质选自由溶液、凝胶和悬浮液组成的组。根据另一个可供选择的实施方案，所述至少一生物分子种类是固定到一种固体基质上的。本文使用的术语“结晶反应器”或“反应器”是指预设定体积、密度和粘度的任何介质，其包括具有一个pH范围的一种IEF缓冲液。根据一些实施方案，IEF缓冲液还包括至少一种聚合物，其中所得到的结晶反应器具有一种预设定的多孔度。设计结晶反应器的密度、粘度、孔径大小(当IEF缓冲液包括一种聚合物的情况)和体积，以使期望的生物分子可以进入反应器，并且还可以在其中扩散。结晶反应器的体积依赖于使用的期望的生物分子的量。在所述结晶反应器的体积中发生结晶。优选地，根据本专利技术的结晶反应器在电场作用下是功能上稳定的。本文使用的“IEF缓冲液”是以它最宽泛的含义以表示一种含有成分的缓冲液，这些成分在下文中也称为缓冲剂，其在所给pH值范围内具有缓冲能力。可替换地，缓冲液可以包括能够组织以形成pH梯度的成分，所述成分包括但不限于，两性电解质、安福灵(ampholine)、丙烯酰胺衍生物或缓冲剂的组合。根据本专利技术的IEF缓冲液典型地是结晶反应器的一成分，其形式可为粘液、浆或凝胶。根据本专利技术，一种生物分子能够穿过IEF缓冲液，除非所述生物分子的pI落在IEF缓冲液的pH范围内。优选地，根据本专利技术的IEF缓冲液在电场作用下功能是稳定的。根据又另一个实施方案，至少一生物分子种类选自包括化学个体的蛋白质复合物、肽、蛋白质、多肽、酶、抗体、蛋白质-DNA复合物、多核苷酸、DNA、RNA、抗原、抗原决定部位及其变体、激素、碳水化合物、类脂、磷脂和生物素标记探针所组成的组。根据一个优选实施方案，生物分子是蛋白质。优选地，生物分子选自蛋白质、肽或多肽。根据又另一个实施方案，至少一个结晶反应器设在毛细管内。根据又另一个实施方案，至少一个结晶反应器是连接、结合或基本上邻接到一种固体基质。根据又另一个实施方案，至少一个结晶反应器包括一种聚合物，这种聚合物包括的一种或多种基质选自线型聚合物、支化聚合物、聚丙烯酰胺、琼脂糖、水凝胶、纤维素、改性纤维素、交联聚乙烯醇、交联聚氧化乙烯和乙二醇聚合物组成的组。根据又另一个实施方案，用在步骤(b)的基质包括一种聚合物。根据又另一个实施方案，至少一个结晶反应器还包括一种聚合物，这种聚合物包括至少一种基质，此基质选自支化聚合物、线型聚合物、聚丙烯酰胺、琼脂糖、水凝胶、乙二醇聚合物、纤维素、改性纤维素、交联聚乙烯醇、交联聚氧化乙烯和乙二醇聚合物组成的组。根据又另一个实施方案，IEF缓冲液具有不超过0.2pH单位的狭窄pH范围，优选地不超过0.1pH单位，更优选地不超过0.02pH单位。根据又另一个实施方案，电泳溶液的温度保持在0-30℃的范围内。根据又另一个实施方案，电泳溶液的温度保持在0-30℃的范围内，并且电场强度保持在50V/cm至2000V/cm之间。根据又另一个实施方案，步骤(d)在能够提供电场的装置的存在下进行，电场以DC或AC提供。根据某一实施方案，设备包括一阴极电极、一阳极电极和一电压电源。根据一个实施方案，电极放在结晶反应器的相对的面上，以使电场能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物分子快速结晶的方法，包括：（ａ）提供至少一生物分子种类；（ｂ）提供包括具有一ｐＨ范围的ＩＥＦ缓冲液的至少一个结晶反应器，所述ｐＨ范围包含所述至少一生物分子种类的ｐＩ；（ｃ）把所述至少一生物分子种类与所述至少一 个结晶反应器接触；（ｄ）引入一电场到所述至少一个结晶反应器，从而产生所述至少一生物分子种类的一种浓缩溶液；及（ｅ）在所述至少一个结晶反应器中得到至少一种晶体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：史密尔布克施班，
申请(专利权)人：史密尔布克施班，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]