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Coronavirus spike protein structure

これはコロナウイルスの3次元原子スケールマップまたは、分子構造マップです。 タンパク質は立体配座と呼ばれる2つの異なる形状を取り、その1つは宿主細胞に感染しているもので、もう一つは感染する前のものです。 この構造はprefusion conformationと呼ばれる細胞がウイルスに感染する前のタンパク質を表しています。 Credit: Jason McLellan/Univ. of Texas at Austin[1][1]

2020年2月19日、テキサス大学オースティン校と米国国立衛生研究所の研究者は、ヒト細胞に付着して感染する新型コロナウイルス[1]の3D分子構造を初めて作製したと発表しました。

これはワクチンの開発や他の対策に不可欠な出来事です。

原子スケール3Dモデルの作製する為に、研究者は、Gatan社製単電子カウンティング直接検出型カメラ[2]を搭載したサーモフィッシャーサイエンティフィック社透過電子顕微鏡(Cryo-TEMs)を使用しました。

Cryo-TEMがあるザウアー構造生物学研究所は、高速道路「I-35」から約1.6㎞離れたテキサス大学オースティンキャンパスの中心に位置するフォークナーナノサイエンステクノロジービルの中にあります。交通量の多い高速道路は、床振動が大きくなる原因の一つです。予想通り、Cryo-TEMを設置する前に実施した環境調査で、非常に低い周波数領域での振動が、Cryo-TEMの設置条件を満たさないことが分かりました。

FEI Titan Krios on a TMC Quiet Island vibration isolation platform

図1:「STACIS Quiet Island」上にCryo-TEMsを設置した一般事例

そのうえ、交流磁場レベルも本装置設置条件を大幅に超えていました。これは、様々な装置、機器が近くに設置されているところで、よく見られることです。本装置の近くにあるエレベーターにより、 準直流磁場が変化する為に、TEMの設置条件と共にGatan社製K3カメラの使用条件を満たすことが出来ません。

これらの設置場所の環境問題を是正する為に、弊社は、Cryo-TEMの下にアクティブ式除振システム「STACIS Quiet Island」を置き、また周りには、アクティブ式磁場キャンセラーを設置しました。

装置を設置する部屋の床面、「STACIS Quiet Island」の床面と同じになるようしました。除振システム「STACIS Quiet Island」を設置した結果、装置設置面の振動は、VC-DからVC-F[3]にまで、減衰することが出来ました。

UT floor vibration before and after

図2:Cryo-TEMS設置場所での床振動測定結果

Cryo-TEMsの特性をよく把握していることにより、Cryo-TEMsのエンクロージャーに磁場キャンセラー「Mag-NetX」に使用しているヘルムホルツコイルを取付けて、省スペース化することが出来ました。エンクロージャーに内蔵したアクティブ式磁場キャンセラーにより、磁場センサー近辺で、磁場を1/100にすることが出来ました(図4参照)。 また磁場キャンセラー「Mag-NetX」の制御盤を使用し、一定期間の磁場変化や、周波数別の磁場変化をモニターすることも出来ます(図3参照)

UT magnetic field measurement

図3:TMC製磁場キャンセラー「Mag-NetX」は、磁場をモニターすることが出来ます。これは、ユーザ様に1日を通して、磁場の変化をモニターすることが出来ます。この測定は、装置本体の電源を入れる前に、磁場を9.5時間異なる場所で測定した結果です。

UT magnetic field reduction

図4:磁場センサー付近(通常は、顕微鏡ステージ近辺)で磁場測定結果

ビルの地下にあるポンプと送信機により、Cryo-TEMsの設置仕様を満足することができないことが、事前の環境調査で分かりました。従って、振動と電磁波の問題を解決する為に、TMC製の「STACIS」と「Mag-NetX」を導入することにしました。その結果、Cryo-TEMsは、振動と電磁波の影響を受けることなく使用できています。

Aguang Dai,博士  ( テキサス大学オースティン校ザウアー構造生物学研究所マネージャー)

TMCは高性能な顕微鏡やカメラを使用するために必要な環境を長年にわたり蓄積してきた技術と経験により提供します。

TMCでは、モジュラー式設計を採用して製品を開発していますので、Cryo-TEMSのような装置に対して、様々な提案をさせて頂いたいただくことが可能です。

References:

[1] Breakthrough in Coronavirus Research Results in New Map to Support Vaccine Design", Feb 19, 2020,
[2] K3 Camera page on Gatan website
[3] Evolving criteria for research facilities: I – Vibration, Colin Gordon Associates, SPIE Conference 5933: Buildings for Nanoscale Research and Beyond, 2005


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