Dane mikromacierzowe Mateusz Markowicz Marta Stańska
Mikromacierz Mikromacierz DNA (ang. DNA microarray) to szklana lub plastikowa płytka (o maksymalnych wymiarach 2,5 cm x 7,5 cm) z naniesionymi w regularnych pozycjach polami (ang. spots) mikroskopowej wielkości.
Mikromacierz Pola te zawierają różniące się od siebie sekwencją jednoniciowe cząsteczki DNA, które są sondami wykrywającymi przez hybrydyzację komplementarne do siebie cząsteczki DNA lub RNA. Hybrydyzacja kwasów nukleinowych to zjawisko spontanicznego łączenia się komplementarnych nici kwasów nukleinowych.
Mikromacierze - nie tylko DNA Podobny format (bardzo wiele różnych odczynników testujących na niewielkiej powierzchni) do mikromacierzy DNA mają inne mikromacierze stosowane w badaniach biologicznych, medycznych i chemicznych (mikromacierze tkankowe, białkowe, przeciwciał, związków chemicznych).
Standardowa płytka mikromacierzowa
Obraz mikromacierzy dwukolorowej cdna pod mikroskopem Dodaj grafikę przez dwukrotne kliknięcie
Sposób działania mikromacierzy 1. Cząsteczki cdna lub mrna, znajdujące się w badanej próbce (np. fragmencie tkanki), są oznakowane (np. za pomocą substancji fluorescencyjnej). 2. Gdy nanosimy próbkę na mikromacierz, cząstki o komplementarnej sekwencji nukleotydów w stosunku do danej sondy, wiążą się z nią. 3. Substancja znakująca, przyłączona do cdna/mrna pochodzących z badanej próbki, pozwala na zaobserwowanie, które sondy wychwyciły fragmenty kwasów nukleinowych.
Sposób działania mikromacierzy - ciąg dalszy 4. Dzięki znajomości sekwencji danej sondy oraz komplementarności zasad azotowych, możemy wywnioskować, jaka jest sekwencja nukleotydów danego, przyłączonego fragmentu. 5. Obserwacji dokonujemy za pomocą odpowiedniego czytnika i komputera.
Analiza danych z mikromacierzy Dane z mikromacierzy trzeba poddać wstępnej obróbce. Składają się na nią: 1. analiza zeskanowanego obrazu - obliczenie intensywności sygnału dla każdej sondy 2. odjęcie sygnału tła 3. normalizacja danych - modyfikacja wartości ekspresji w celu dostosowania do całości eksperymentu 4. sumaryzacja danych podsumowanie wartości dla grup sond
Problemy związane z analizą danych mikromacierzy Problemy z analizą danych z mikromacierzy polegają na ogromnej liczbie sond i badanych genów (zazwyczaj ok. 10-30 tysięcy transkryptów, macierze eksonowe w 2006 r. zawierały 6 milionów sond). Jednocześnie liczba mikromacierzy użytych w eksperymencie jest stosunkowo nieduża (kilka lub kilkadziesiąt), dzieje się tak głównie ze względu na koszty.
Zastosowanie mikromacierzy Naukowcy używają czujników DNA do dwóch, podstawowych celów. Za ich pomocą dowiadują się, jakie geny zawierają badane fragmenty DNA oraz sprawdzają intensywność ekspresji poszczególnych genów (tworzą profil ekspresji genów). Ekspresja genu (ang. gene expression) to proces, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i przepisana na jego produkty, które są białkami lub różnymi formami RNA.
Zastosowanie mikromacierzy - badania naukowców Dzięki chipom DNA naukowcy mogą dokonywać porównań składów genetycznych organizmów, szukać różnic pomiędzy zawartością genów w zdrowych tkankach i komórkach, a ich zawartością w jednostkach nowotworowych. Mają oni także nadzieję na dalsze rozwijanie metod badawczych i diagnostycznych, związanych z czujnikami.
Zastosowanie mikromacierzy - zindywidualizowana opieka medyczna Liczy się na to, że w przyszłości mikromacierze będą jednym z narzędzi służących do bardziej zindywidualizowanej opieki medycznej. Umożliwią one zarówno bardziej precyzyjne identyfikowanie chorób, jak i pozwolą dostosować terapię do specyficznej reakcji pacjenta na poszczególne leki.
Zastosowanie mikromacierzy - oddziaływanie leków Mikromacierze można wykorzystywać też w celu sprawdzenia, jak leki oddziałują na organizm i czy powodują negatywne skutki uboczne. Aby określić czy dana substancja nie jest szkodliwa np. dla jakiegoś organu, wystarczy sporządzić profile ekspresji genów w komórkach jego tkanki dla przypadków, gdy działają na niego badana substancja, inne lekarstwa i gdy jest poddany wpływowi substancji szkodliwych, a następnie je porównać.
Zastosowanie mikromacierzy - leczenie nowotworów Czujniki mogą pomóc w lepszym rozróżnianiu łagodnych i złośliwych odmian nowotworów. Profile ekspresji genów dwóch odmian nowotworu mogą się różnić. Jeśli pozna się te różnice i będzie się wiedzieć, który profil odpowiada której odmianie nowotworu, określenie czy dany pacjent choruje na złośliwą odmianę raka stanie się łatwiejsze i bardziej pewne.
Problem - Klasyfikacja różnych typów nowotworu (np. białaczki: szpikowa, limfatyczna) - Klasyfikacja: komórka zdrowa/komórka nowotworowa Na podstawie danych mikromacierzowych badanych komórek.
Dane #Próbek #Zmiennych #Klas Leukemia 72 3571 2 Brain 42 5597 5 Prostate 102 6033 2
Pożądane cechy metody - Stosowalność dla danych o dużej liczbie ściśle skorelowanych zmiennych - Stosowalność na niewielkiej liczbie próbek - Klasyfikacja do grupy określona z prawdopodobieństwem
Eksperyment 1. Określenie skuteczności klasyfikacji w zależności od: - zastosowanej metody redukcji wymiarowości (metod ogólnych, jak i metod specjalizowanych dla danych mikromacierzowych) - zastosowanej metody klasyfikacji 2. Porównanie z wynikami z literatury
Bibliografia http://bioinfo.mol.uj.edu.pl/articles/swiatek06 http://pl.wikipedia.org/wiki/mikromacierz http://stat.ethz.ch/~dettling/bagboost.html