生物芯片設(shè)計與實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析方法研究.pdf

1、近年來,隨著大規(guī)模人類基因組測序計劃的完成,越來越多的關(guān)于疾病早期診斷、藥物篩選等方面研究開始從基因水平入手,而生物芯片技術(shù)以其高通量、自動化、高靈敏度的特點為基因水平上的研究提供了一條效率較高的解決思路。雖然生物芯片目前已成為生命科學(xué)領(lǐng)域一種重要的研究工具,但由于其制作過程復(fù)雜、實驗要求精度高,芯片的實際應(yīng)用過程還是容易受到諸多因素影響。而我們認(rèn)為通過高效的芯片實驗方案設(shè)計、合適的探針選擇、準(zhǔn)確的芯片數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的改進(jìn),能夠改善

2、生物芯片實驗整體的可靠性,提高探針雜交成功率并提高實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。本課題圍繞生物芯片這一主題,發(fā)展了以上關(guān)鍵環(huán)節(jié)中面向生物芯片的生物信息學(xué)方法,制定了以下三方面的研究目標(biāo):(1)芯片實驗方案設(shè)計環(huán)節(jié),要提出可行性較強的大樣本實驗設(shè)計理論；(2)探針選擇環(huán)節(jié),欲結(jié)合序列標(biāo)簽合并生物發(fā)光技術(shù)進(jìn)行多靶標(biāo)SNP檢測的實驗,提出序列標(biāo)簽探針的設(shè)計算法,并開發(fā)相應(yīng)探針設(shè)計軟件；(3)芯片數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié),計劃針對凝膠微球芯片掃描的圖像,發(fā)展一

3、種新的方法對圖像進(jìn)行處理和分析,并開發(fā)相應(yīng)計數(shù)軟件。
　　 基于以上研究目標(biāo),我們分別開展了以下研究內(nèi)容,并著重解決了一些關(guān)鍵問題:
　　 (1)提出基于群試?yán)碚摵蜆颖净旌戏椒ǖ膶嶒炘O(shè)計方案優(yōu)化算法,并運用于人類基因組多態(tài)性檢測的實驗設(shè)計。在如何設(shè)計高效實驗方案的問題上,我們深入研究了群試?yán)碚?剖析其應(yīng)用于生物檢測領(lǐng)域的作用機制,尋找其在SNP檢測中可能的結(jié)合點并深入挖掘,進(jìn)而設(shè)計出合理高效的實驗方案。
　　 (

4、2)發(fā)展生物芯片設(shè)計方法,研究序列標(biāo)簽探針的設(shè)計方案,建立了探針設(shè)計算法,編寫了相應(yīng)軟件。針對探針設(shè)計中的關(guān)鍵問題:Tm值優(yōu)化與探針長度之間的平衡,我們優(yōu)先考慮Tm值,因為Tm值設(shè)計不合理會直接導(dǎo)致探針雜交失敗。然后在Tm值合格的基礎(chǔ)上,盡量選擇長度短的探針,從而提高雜交效率,節(jié)約成本。
　　 (3)研究基因芯片實驗圖像數(shù)據(jù)分析和提取的各種算法,發(fā)展用于微球凝膠基因芯片結(jié)果圖像數(shù)據(jù)分析的算法。針對如何對凝膠微球芯片的掃描結(jié)果圖像