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溶解（/ ˈ l aɪ s ɪ s / LY -sis ;ギリシャ語の λῠ́σῐς lýsis 「緩む」に由来）は、細胞 膜の破壊であり、多くの場合、ウイルス、酵素、または浸透圧（つまり、「溶解性」/ ˈ l ɪ t ɪ k / LIT -ik ）メカニズムによって、細胞の完全性が損なわれます。溶解した細胞の内容物を含む液体は、溶解液と呼ばれます。分子生物学、生化学、および細胞生物学の研究室では、タンパク質精製、DNA抽出、RNA抽出、または細胞小器官の精製など、成分を精製する過程で細胞培養を溶解する場合があります。
多くの細菌種は、動物の唾液、卵白、その他の分泌物に含まれるリゾチーム酵素による溶解を受けます。[1]バクテリオファージ感染時に生成されるファージ溶解酵素（リシン）は、これらのウイルスが細菌細胞を溶解する能力を担っています。[2]ペニシリンおよび関連β-ラクタム系抗生物質は、薬剤によって細菌が欠陥のある細胞壁を形成した後に起こる酵素媒介溶解によって細菌を死滅させます。[3]細胞壁が完全に失われ、ペニシリンがグラム陽性細菌に使用された場合、細菌はプロトプラストと呼ばれますが、ペニシリンがグラム陰性細菌に使用された場合、それはスフェロプラストと呼ばれます。
細胞溶解
細胞溶解は、浸透圧の不均衡により過剰な水が細胞内に移動して細胞が破裂したときに発生します。
細胞溶解は、いくつかの異なるメカニズムによって防ぐことができます。その 1 つが、一部のゾウリムシに存在し、細胞から水を急速に排出する収縮液胞です。植物細胞は、細胞溶解を引き起こす浸透圧または膨圧を含む強力な細胞壁を持っているため、通常の条件下では細胞溶解は起こりません。
腫瘍溶解
この用語は腫れの軽減を指す場合にも使用される。[4]
原形質分離
原形質分離は、浸透圧による水分の喪失により植物内の細胞が収縮する現象である。高張環境では、細胞膜が細胞壁から剥がれ、液胞が崩壊する。浸透圧による水の流れが細胞膜の収縮を止めることができなければ、これらの細胞は最終的に萎れて死んでしまう。[ 5]
免疫反応
赤血球のヘモグロビンは病原体によって溶解されると、それに反応してフリーラジカルを放出します。これにより病原体に損傷を与える可能性があります。 [6] [7]
アプリケーション
細胞溶解は、細胞を破壊してその内容物を精製したりさらに研究したりするために実験室で使用されます。実験室での溶解は、酵素や洗剤、その他のカオトロピック剤によって影響を受ける可能性があります。凍結と解凍の繰り返し、超音波処理、圧力、濾過などによる細胞膜の機械的破壊も溶解と呼ばれることがあります。多くの実験室実験は溶解メカニズムの選択に敏感です。多くの場合、タンパク質やDNAなどの敏感な高分子を変性または分解する機械的せん断力は避けることが望ましいため、洗剤の種類によって結果が異なります。溶解直後でそれ以上の抽出ステップの前の未処理溶液は、粗溶解液と呼ばれることがよくあります。[8] [9]
例えば、ウェスタンブロッティングやサザンブロッティングでは、特定のタンパク質、脂質、核酸の組成を個別または複合体として分析するために溶解が使用されます。使用する洗剤に応じて、膜のすべてまたは一部が溶解されます。たとえば、細胞膜のみが溶解されている場合は、勾配遠心分離を使用して特定の細胞小器官を収集できます。溶解は、タンパク質の精製、DNA抽出、RNA抽出にも使用されます。[8] [9]
方法
化学分解
この方法は化学的破壊を使用します。これは最も一般的でシンプルな方法です。化学的溶解は、標的細胞の膜内に存在するタンパク質と脂質を化学的に分解/可溶化します。[10]一般的な溶解緩衝液には、水酸化ナトリウム (NaOH) とドデシル硫酸ナトリウム (SDS) が含まれています。細胞溶解は、pH 範囲 11.5～12.5 で行うのが最適です。シンプルですが、6～12 時間かかるゆっくりとしたプロセスです。[11]
音響分解
この方法は超音波を使用して高圧と低圧の領域を生成し、キャビテーションを引き起こし、細胞溶解を引き起こします。この方法は通常きれいに仕上がりますが、費用対効果と一貫性に欠けています。[10]
機械的溶解
この方法は、物理的な浸透を利用して細胞膜を突き刺したり切断したりする。[10]
酵素分解
この方法では、リゾチームやプロテアーゼなどの酵素を使用して細胞膜を分解します。[12]
参照
参考文献
- ^ P. Jollès編 (1996).リゾチーム - 生化学と生物学におけるモデル酵素バーゼル: Birkhäuser Verlag. pp. 35–64. ISBN 978-3-7643-5121-2。
- ^ Nelson, D.; Loomis, L.; Fischetti , VA (2001 年 3 月 20 日). 「バクテリオファージ溶解酵素を用いた A 群連鎖球菌によるマウスの上気道コロニー形成の予防と除去」。 米国科学アカデミー紀要。98 (7): 4107–12。Bibcode : 2001PNAS ... 98.4107N。doi : 10.1073/ pnas.061038398。PMC 31187。PMID 11259652。
- ^ Scholar, EM; Pratt, WB (2000).抗菌薬（第2版）. Oxford University Press . pp. 61–64. ISBN 978-0-19-975971-2。
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- ^ Jiang, N; Tan, NS; Ho, B; Ding, JL (2007年10月). 「抗菌戦略としての呼吸タンパク質生成活性酸素種」(PDF) . Nature Immunology . 8 (10): 1114–22. doi :10.1038/ni1501. PMID 17721536. S2CID 11359246 . 2024年1月12日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。
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- ^ ab 「タンパク質発現および精製コア施設：タンパク質精製：抽出および清澄化」。欧州分子生物学研究所。 2015年3月17日閲覧。
- ^ abc Park, Seung-min; Sabour, Andrew F; Ho Son, Jun; Hun Lee, Sang; Lee, Luke (2014). 「統合分子診断システム (iMDx) に向けて: 原理とアプリケーション」. IEEE Transactions on Bio-Medical Engineering . 61 (5): 1506–1521. doi :10.1109/TBME.2014.2309119. PMC 4141683. PMID 24759281 .
- ^ Shehadul Islam, Mohammed; Aryasomayajula, Aditya; Selvaganapathy, Ponnambalam Ravi (2017年3月). 「マクロスケールおよびマイクロスケールの細胞溶解法に関するレビュー」. Micromachines . 8 (3): 83. doi : 10.3390/mi8030083 . ISSN 2072-666X. PMC 6190294 .
- ^ Danaeifar, Mohsen (2022年11月). 「細胞溶解法の開発における新たな展望：レビュー」.バイオテクノロジーとバイオエンジニアリング. 119 (11): 3007–3021. doi :10.1002/bit.28198. ISSN 0006-3592. PMID 35900072. S2CID 251132821.