臭化エチジウム

エチジウムブロミド（またはホミジウムブロミド、^{[ 2 ]}塩化物塩ホミジウムクロリド）^{[ 3 ] [ 4 ]}は、分子生物学研究室でアガロースゲル電気泳動などの技術に蛍光タグ（核酸染色剤）として一般的に使用されるインターカレーション剤です。一般的にEtBrと略されますが、これはブロモエタンの略語でもあります。混乱を避けるため、一部の研究室ではこの塩にEthBrという略語を使用しています。紫外線にさらされると、オレンジ色の蛍光を発し、 DNAに結合するとほぼ20倍に強まります。ホミジウムという名前で、1950年代から獣医学で牛のトリパノソーマ症の治療に一般的に使用されてきました。 ^{[ 5 ]}抗菌薬耐性 の発生率が高いため、この治療は一部の地域では非現実的であり、関連するイソメタミジウムクロリドが代わりに使用されています。変異原性物質として知られているにもかかわらず、代謝活性化なしでは変異原性が低いことが試験で示されている。^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

ほとんどの蛍光化合物と同様に、臭化エチジウムは芳香族化合物です。その中心となる複素環部分は一般にフェナントリジンとして知られており、その異性体は蛍光色素アクリジンです。水溶液中のEtBrの吸収極大は 210 nmと285  nmにあり、これは紫外線に相当します。この励起の結果、EtBrは波長605  nmのオレンジ色の光を発します。^{[ 9 ] [ 10 ]}

エチジウムブロミドがDNAと結合した後に強い蛍光を発するのは、フェニル基が強固に安定化されたためではないと考えられる。なぜなら、フェニル環はインターカレーションした塩基の外側に突き出ていることが示されているからである。実際、フェニル基は、環状系にほとんど干渉しない位置を見つけるために、単結合を中心に回転しながら、環状系の平面に対してほぼ垂直になっていることがわかっている。むしろ、塩基対間の疎水性環境が原因であると考えられている。エチジウムカチオンは、この疎水性環境に入り込み、溶媒から離れることで、それに結合していた水分子を放出せざるを得なくなる。水は非常に効率的な蛍光消光剤であるため、これらの水分子が除去されることで、エチジウムは蛍光を発するようになる。

臭化エチジウムは、分子生物学研究室で核酸を検出するためによく用いられます。DNAの場合、通常はPCRや制限酵素消化などによって得られる二本鎖DNAです。一本鎖RNAも検出可能です。これは、一本鎖RNAは通常、自身に折り畳まれるため、色素がインターカレーションするための局所的な塩基対形成が可能となるからです。検出は通常、核酸を含むゲルを紫外線ランプの上または下に置き、照射することによって行われます。紫外線は目や皮膚に有害であるため、臭化エチジウムで染色したゲルは通常、密閉型カメラを用いて間接的に観察し、蛍光画像を写真として記録します。直接観察が必要な場合は、観察者の目や露出した皮膚を保護する必要があります。研究室では、培養物を収穫時に有糸分裂停止剤に曝露した際に染色体の凝縮を最小限に抑えるために、長年にわたりインターカレーション特性が利用されてきました。その結果得られるスライド標本は、より高い解像度を実現し、顕微鏡分析による染色体の構造的完全性の判定において、より高い信頼性をもたらします。

エチジウムブロミドは、アガロースゲル電気泳動によるDNA断片の分離にも使用されます。^{[ 11 ]}これは泳動バッファーに添加され、DNA塩基対間に挿入されて結合します。アガロースゲルに紫外線を照射すると、DNAバンドが見えるようになります。EtBrの挿入は、電荷、重量、立体構造、柔軟性など、DNA分子の特性を変化させる可能性があります。アガロースゲル中のDNA分子の移動度は分子量標準に対して測定されるため、EtBrの影響は分子のサイズを決定する上で重要となる可能性があります。^{[ 12 ]}

エチジウムブロミドは、増殖細胞におけるミトコンドリアDNAコピー数を減少させるためにも広く用いられてきた。 ^{[ 13 ]} EtBrのミトコンドリアDNAに対する作用は、獣医学において牛のトリパノソーマ症の治療に用いられている。EtBrはキネトプラストDNA分子に結合し、その立体構造をZ-DNA型に変化させる。この形態はキネトプラストDNAの複製を阻害し、トリパノソーマにとって致命的である。^{[ 14 ]}

塩化ホミジウム塩も同様の用途がある。^{[ 3 ] [ 4 ]}

エチジウムブロミドはYPD培地に添加して細胞増殖阻害剤として使用できます。^{[ 15 ]}

カチオン性ナノ粒子とDNAの結合親和性は、臭化エチジウムとの競合結合によって評価できる。^{[ 16 ] [ 17 ]}

EtBrは核酸だけでなくタンパク質も染色することができる。^{[ 18 ]}

実験室での臭化エチジウムの使用（0.25～1  μg/mL）のほとんどはLD50用量を下回っており、急性毒性は起こりにくい。臭化エチジウムが実験室作業者に及ぼす長期的なリスクを完全に理解するには、ヒトでの試験と哺乳類系でのより長期の研究が必要となるが、臭化エチジウムが哺乳類細胞と細菌細胞に突然変異を引き起こす可能性があることは明らかである。^{[ 24 ]}

エチジウムブロミドは低濃度では有害廃棄物として規制されていませんが^{[ 25 ]} 、多くの組織では有害廃棄物として扱われています。この物質は製造元の安全データシート（SDS）に従って取り扱う必要があります。

実験室で使用した臭化エチジウムの廃棄は依然として議論の的となっている。^{[ 26 ]} 臭化エチジウムは化学的に分解するか、回収して焼却することができる。規定濃度以下の臭化エチジウム廃棄物は、通常通り（例えば排水溝に流すなど）廃棄するのが一般的である。一般的な方法としては、廃棄前に次亜塩素酸ナトリウム（漂白剤）で臭化エチジウムを処理することが挙げられる。 ^{[ 27 ]} LunnとSansoneによれば、漂白剤を用いた化学分解では、Ames試験で変異原性を示す化合物が生成される。分解生成物の変異原性に関するデータは不足している。LunnとSansoneは、より効果的な分解方法について述べている。^{[ 28 ]}他の文献では、活性炭またはイオン交換樹脂を用いて溶液から臭化エチジウムを除去することが推奨されている。^{[ 29 ]} この用途には様々な市販製品が利用可能である。^{[ 30 ]}

エチオピア南西部のギベ川流域のトリパノソーマは、1989年7月から1993年2月にかけて普遍的な抵抗性を示した。^{[ 31 ]}これは、この地域で試験対象であるボラン牛から分離されたT. congolenseに対する機能が永久に失われたことを示している可能性が高い。^{[ 31 ]}

• フェナントリジン
• アガロースゲル電気泳動および核酸のゲル電気泳動
• GelRed（それ自体はEthBr由来）とGelGreenは、より安全でより強力なDNA染色剤として販売されている。
• ヨウ化プロピジウムおよびモノアジドプロピジウム、関連染料

• ウィキメディア・コモンズにある臭化エチジウム関連のメディア