生物芯片設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析方法研究.pdf

1、近年來(lái),隨著大規(guī)模人類基因組測(cè)序計(jì)劃的完成,越來(lái)越多的關(guān)于疾病早期診斷、藥物篩選等方面研究開(kāi)始從基因水平入手,而生物芯片技術(shù)以其高通量、自動(dòng)化、高靈敏度的特點(diǎn)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(guò)程復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)要求精度高,芯片的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程還是容易受到諸多因素影響。而我們認(rèn)為通過(guò)高效的芯片實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、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(shí)驗(yàn)整體的可靠性,提高探針雜交成功率并提高實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),要提出可行性較強(qiáng)的大樣本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(cè)的實(shí)驗(yàn),提出序列標(biāo)簽探針的設(shè)計(jì)算法,并開(kāi)發(fā)相應(yīng)探針設(shè)計(jì)軟件；(3)芯片數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié),計(jì)劃針對(duì)凝膠微球芯片掃描的圖像,發(fā)展一

3、種新的方法對(duì)圖像進(jìn)行處理和分析,并開(kāi)發(fā)相應(yīng)計(jì)數(shù)軟件。
　　 基于以上研究目標(biāo),我們分別開(kāi)展了以下研究?jī)?nèi)容,并著重解決了一些關(guān)鍵問(wèn)題:
　　 (1)提出基于群試?yán)碚摵蜆颖净旌戏椒ǖ膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化算法,并運(yùn)用于人類基因組多態(tài)性檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在如何設(shè)計(jì)高效實(shí)驗(yàn)方案的問(wèn)題上,我們深入研究了群試?yán)碚?剖析其應(yīng)用于生物檢測(cè)領(lǐng)域的作用機(jī)制,尋找其在SNP檢測(cè)中可能的結(jié)合點(diǎn)并深入挖掘,進(jìn)而設(shè)計(jì)出合理高效的實(shí)驗(yàn)方案。
　　 (

4、2)發(fā)展生物芯片設(shè)計(jì)方法,研究序列標(biāo)簽探針的設(shè)計(jì)方案,建立了探針設(shè)計(jì)算法,編寫了相應(yīng)軟件。針對(duì)探針設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題:Tm值優(yōu)化與探針長(zhǎng)度之間的平衡,我們優(yōu)先考慮Tm值,因?yàn)門m值設(shè)計(jì)不合理會(huì)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(duì)如何對(duì)凝膠微球芯片的掃描結(jié)果圖像