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プロフェッショナルでコスト削減のソリューション

ハイスループット酵素基質スクリーニング

基質候補の効率的かつ迅速な評価は、最適な基質を特定するために不可欠です。Creative Enzymesは、高感度・高精度・高再現性で多数の基質をテストできるハイスループットスクリーニング(HTS)サービスを提供しています。

基質のハイスループットスクリーニングの背景

基質同定のためのハイスループットスクリーニング(HTS)は、酵素反応に最適な(「ベスト」な)基質を見つけるために、数千から数十万の化合物を迅速にテストするために設計された強力な手法です。これは、大規模な基質ライブラリーの体系的な探索を実現する実験的エンジンです。

HTSの原理は、酵素アッセイを小型化、自動化、並列化することにあります。これにより、膨大な数の候補基質を標的酵素に対して同時にテストでき、短時間で大量のデータセットを生成します。化学空間を効率的に探索し、酵素が認識して反応を起こす「ヒット」基質を特定し、最終的には触媒効率kcat/KM)が最も高いものをランク付けします。

High-throughput enzyme substrate screening for identifying the best enzymatic substrate

HTSが不可欠な理由

  • 効率性:手作業で一つずつ基質をテストする場合と比べて、時間とリソースの投資を大幅に削減します。
  • 客観性:ライブラリー内のすべての基質を同一条件下で定量的かつ偏りなく比較できます。
  • 特異性の発見:ターゲットを絞ったアプローチでは見逃されがちな、予期しない基質選択性や酵素の多様性を明らかにします。
  • データの豊富さ:数百種類の基質に対して堅牢な速度論データ(例:初速度)を生成し、構造活性相関(SAR)の高度な解析を可能にします。

HTSの主要アッセイ技術

アッセイの選択は重要であり、酵素の反応タイプに依存します。

  • 吸光度(UV/Vis):色の変化を測定。酸化還元酵素(例:NADHの340 nmでの減少)や発色性プローブ(例:p-ニトロフェノールの放出)を用いる加水分解酵素で一般的です。
  • 蛍光:非常に高感度。蛍光基質(例:クマリン、フルオレセイン誘導体)を用い、反応により蛍光基が放出されます。
  • 発光:超高感度でバックグラウンドが低い。しばしばカップリング反応(例:ATP消費/生成ルシフェラーゼアッセイ)による発光を検出します。
  • カップリングアッセイ:第2の酵素を用いて、最初の反応生成物を検出可能なシグナルに変換し、モニタリング可能な反応範囲を大幅に拡大します。

ハイスループット基質スクリーニングは、基質ライブラリーに基づく探索を実用的に実行するための不可欠な技術基盤です。自動化、小型化、高感度検出を組み合わせることで、HTSは最適な酵素基質探索を従来の遅いオーダーメイド型から、迅速かつデータ駆動型のプロセスへと変革します。これは酵素機能の深い理解や、産業用バイオ触媒、診断アッセイ開発、治療薬探索のための最適基質の特定に不可欠な鍵となります。

包括的なサービス内容

当社のハイスループットスクリーニング(HTS)サービスは、大規模な化合物ライブラリーにおける酵素活性、基質特異性、リガンド相互作用の評価に対して、堅牢かつスケーラブルなソリューションを提供します。自動化プラットフォームと柔軟なアッセイフォーマットを組み合わせることで、迅速・再現性・データ豊富な評価を実現し、酵素の特性解析と探索を加速します。

主な機能

自動化アッセイプラットフォーム

最先端の機器により、活性・結合・特異性の完全自動スクリーニングをサポートします。自動液体ハンドリングと並列処理により、アッセイ条件の一貫性と高い再現性を確保します。

大規模ライブラリーの並列テスト

5,000以上の候補基質を同時にスクリーニング可能で、酵素特異性の全体像を包括的に把握し、最適基質を迅速に特定します。

柔軟な検出方法

アッセイは比色法、蛍光法、LC-MSベースのリードアウトに対応可能で、幅広い酵素クラスや実験目的に対して高感度かつ多用途な検出を実現します。

リアルタイムデータ収集・解析

スクリーニングデータはリアルタイムで収集・処理されます。統計的検証、ヒットのランク付け、速度論プロファイリングがワークフローに統合され、的確な意思決定と効率的なフォローアップ研究が可能です。

サービスワークフロー

Workflow of high-throughput substrate assays and screening services

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フルサービス基質探索

当社のエンドツーエンドサービスは、お客様の酵素に最適な基質を特定・検証するために設計されています。専門モジュールをご覧ください。

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Creative Enzymesを選ぶ理由

高い処理能力

数百から数千の基質を同時に評価可能。

自動化による高精度

人的ミスを最小限に抑え、再現性の高い結果を実現。

多用途アッセイ

複数の検出方法に対応可能。

迅速な納期

従来法と比べてプロジェクト期間を短縮。

データ豊富なアウトプット

意思決定に役立つ包括的な活性・結合プロファイル。

ライブラリー設計との統合

基質選定からスクリーニングまでシームレスに移行可能。

事例紹介・成功事例

事例1:キナーゼライブラリーのスクリーニングによる標的阻害剤探索

クライアントのニーズ:

キナーゼ阻害剤を開発する製薬会社が、新規セリン/スレオニンキナーゼの堅牢かつ再現性の高いスクリーニングを可能にする基質を迅速に特定する必要がありました。目的は、ハイスループット阻害剤スクリーニングに適したペプチドモチーフを特定することでした。

当社のアプローチ:

自動蛍光ベースHTSプラットフォームを用い、セリンおよびスレオニン残基周辺の多様なモチーフを持つ3,500種類以上の合成ペプチドライブラリーをテストしました。アッセイ条件は再現性を重視して最適化され、リアルタイムデータ取得により即時の統計的検証が可能となりました。活性基質は速度論的性能、シグナルノイズ比、選択性でランク付けされました。

成果:

高性能な3種類のペプチドが特定され、いずれも下流の阻害剤スクリーニングに適した堅牢かつ再現性の高いシグナルを提供しました。これにより、クライアントは高い信頼性でHTSキャンペーンを開始でき、リード探索期間の大幅短縮と実験コスト削減を実現しました。

事例2:工業用酵素最適化のためのプロテアーゼ基質特異性プロファイリング

クライアントのニーズ:

洗剤用プロテアーゼを開発するバイオテクノロジー企業が、アルカリ条件下での活性向上のために基質選択性を詳細に把握する必要がありました。数百種類のペプチド基質を同時にテストできるスケーラブルなハイスループット手法が求められました。

当社のアプローチ:

P1およびP1'部位の多様なアミノ酸モチーフをカバーする1,500種類以上の蛍光ペプチド基質ライブラリーを構築。自動化プラットフォームでリアルタイム蛍光検出によるスクリーニングを実施しました。ヒットは切断効率、基質特異性、速度論パラメータ(KMkcat)で解析されました。

成果:

スクリーニングにより疎水性P1部位での予期しない基質許容性が明らかとなり、アルカリ条件下での活性向上を目指した標的変異導入に役立ちました。最適化されたプロテアーゼ変異体は洗剤配合での安定性と性能が向上し、クライアントの製品開発サイクルを加速しました。

基質HTSサービスに関するFAQ

  • Q: なぜ基質を個別にテストするのではなく、ハイスループットスクリーニングを利用すべきですか?

    A: 基質を個別にテストするのは時間がかかり、探索範囲も限定されます。当社のHTSプラットフォームでは、数千の基質やリガンドを標準化条件下で並列にテストでき、時間を節約しつつ包括的な活性・特異性プロファイルを取得できます。
  • Q: 酵素スクリーニングにはどのようなアッセイが利用できますか?

    A: お客様の酵素や研究目的に合わせた柔軟な検出フォーマットを提供しています:
    • 比色アッセイ:シンプルで堅牢なリードアウト。
    • 蛍光アッセイ:高感度かつ多重化に対応。
    • LC-MSベースアッセイ:基質変換やリガンド結合の直接・ラベルフリー検出。
  • Q: HTSは非常に大規模な基質ライブラリーにも対応できますか?

    A: はい。当社の自動化プラットフォームは5,000化合物を超えるライブラリーにも対応可能で、アッセイ条件を再現性高く制御し、産業規模でも高い信頼性でヒットを特定できます。
  • Q: カスタマイズした基質ライブラリーのスクリーニングは可能ですか?

    A: はい、既存ライブラリーとお客様ご提供のライブラリーの両方をHTSワークフローに統合可能です。
  • Q: どの程度のスループットが可能ですか?

    A: プロジェクト規模に応じて、数百から数千の基質候補に対応可能です。
  • Q: HTSの結果はどの程度信頼性・再現性がありますか?

    A: 自動液体ハンドリング、標準化アッセイ条件、統合統計検証を採用しています。各スクリーニングは変動を最小限に設計され、すべての結果に堅牢な品質指標とリプリケート解析が付随し、再現性を保証します。
  • Q: スクリーニング後にどのようなデータが得られますか?

    A: お客様には以下を含む包括的なレポートを提供します:
    • 活性または特異性でランク付けされた基質・リガンドのリスト
    • 速度論パラメータ(該当する場合)およびヒットの検証
    • 再現性・シグナル堅牢性の統計解析
    • 阻害剤スクリーニングや酵素工学など、下流研究への推奨事項
  • Q: HTSの結果は酵素工学や阻害剤探索などの次のステップに活用できますか?

    A: もちろんです。当社のHTSワークフローは実用的なインサイトを提供するよう設計されています。特定されたヒットは合理的な変異導入、アッセイ最適化、阻害剤選定、計算モデリングなど、スクリーニングから探索までシームレスなパイプラインを構築します。
  • Q: HTSキャンペーンの結果はどのくらい早く得られますか?

    A: ライブラリー規模やアッセイの複雑さによって異なりますが、自動化により包括的なスクリーニングでも数週間で完了します。迅速なデータ収集とリアルタイム解析で、プロジェクトの意思決定を加速します。

参考文献:

  1. Fisher BF, Snodgrass HM, Jones KA, Andorfer MC, Lewis JC. Site-selective C–H halogenation using flavin-dependent halogenases identified via family-wide activity profiling. ACS Cent Sci. 2019;5(11):1844-1856. doi:10.1021/acscentsci.9b00835

研究および産業用途にのみご使用ください。個人医療用途には適していません。一部の食品グレード製品は、食品および関連用途における処方開発に適しています。

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