ゲル電気泳動：原理、種類、用途

原理と構成要素

分離媒体は、ふるいのように働く三次元のゲルマトリックスである。一般的なマトリックスにはアガロースとポリアクリルアミドがある。アガロースゲルは海藻由来の寒天から作られ、大きなDNA断片に適している。一方、ポリアクリルアミドはより小さく均一な孔をもち、タンパク質や小さな核酸の分離に適する。試料はローディングバッファーと混合してウェルに添加し、pHと導電性を維持する緩衝液中で泳動する。

一般的な形式と変法

• アガロースゲル電気泳動— DNA断片の分離およびPCR産物の確認に日常的に用いられる。
• ポリアクリルアミドゲル電気泳動（PAGE）— タンパク質および小さな核酸の分離に用いられ、ネイティブ条件または変性条件（例：SDS-PAGE）で実施できる。
• キャピラリー電気泳動— 平板状ゲルではなく細いキャピラリー内で行う、自動化された高分解能の分離法である。

可視化と解釈

電気泳動後、分子は染色または標識によって検出される。DNAにはインターカレーター色素や蛍光染色が、タンパク質にはクーマシー染色や銀染色がよく用いられる。分子量マーカー（ラダー）は大きさの参照値を与える。結果の解釈ではバンドの位置だけでなく、量を示すことがある強度も考慮する。

用途、重要性、注目すべき事項

ゲル電気泳動は分子生物学の基礎的技術であり、クローニング、ジェノタイピング、法医学的分析、精製試料の品質管理、シーケンシングやブロッティング法の前処理に利用される。移動は電荷対質量比と立体構造に依存する。例えば、プラスミドDNAのスーパーコイル型、ニック型、直鎖型は異なる移動度を示す。実用上は、ゲルと緩衝液系の選択、泳動時間、ならびに一部が有害である染色剤の安全な取り扱いが重要である。

歴史と発展

電気泳動は、20世紀初頭に行われた溶液中の荷電粒子に関する実験から発展し、マトリックスゲル、改良された界面活性剤、染色法の導入によって成熟した。現代のプロトコルは分解能、速度、試料完全性のバランスをとっており、研究および診断における分析能力を拡張する変法も増え続けている。材料に関する背景は寒天および関連ゲルを、実際のセットアップの詳細はゲルマトリックスおよび印加する電場に関する資料を参照。