Микрочиповый эксперимент, исходные данные

Технология ДНК-микрочипов появилась сравнительно недавно, около 20 лет назад. Однако, широкие перспективы ее применения в биологии и медицине привели к ее бурному развитию в последнее десятилетие. Сейчас уже можно говорить, что именно эта технология служит основным поставщиком информации для анализа изменения экспрессии генов.

ДНК-микрочип- это миниатюризированные матрицы, в которых на подложке в определенном порядке распределены и прикреплены фрагменты ДНК, соответствующие отдельным генам или их частям. Такие организованные матрицы позволяют проводить эксперименты по одновременному анализу структуры и экспрессии тысяч генов.

С помощью микрочипов можно изучать:

- экспрессию генов в различных тканях.

- изменение экспрессии генов в ходе клеточного цикла и в ходе развития.

- - экспрессию генов в норме и при патологии (в нормальных и раковых клетках).

- изменение экспрессии генов с течением времени как результат внешнего воздействия (взаимодействие клетки с патогеном, лекарством).

- наличие чужеродной ДНК/РНК вирусов для диагностики различных заболеваний (например, ЗППП)

- анализ мутаций и полиморфизмов.

Основываясь на характере числовых данных в чипе, можно построить две независимые классификации микрочипов:

- статические (данные замерены единовременно).

- динамические (данные распределены во времени).

А также

- с конкурентной гибридизацией (тестовый образец против контроля).

- без конкурентной гибридизации (только тестовый образец).

Здесь возможны любые комбинации. В статических экспериментах проводятся единовременные замеры экспрессии генов в различных образцах (пробах), в то время как в динамических, экспрессия каждой пробы замеряется многократно в некоторые последовательно идущие моменты времени. Данные, полученные в результате статического эксперимента (например, замеры экспрессии генов в раковых клетках взятых у различных пациентов), предполагаются независимыми и одинаково распределенными, в то время как данные, полученные из динамического эксперимента зачастую проявляют сильную автокорреляцию между последовательно расположенными точками.

В случае конкурентной гибридизации сравнивается экспрессия в исследуемых образцах (например, опухолевых тканях) и в норме. Данные представляют собой числовое отношение . Гены в двух образцах конкурируют за место на подложке. Также существуют микрочипы, в которых исследуется экспрессия генов только в исследуемых тканях без контроля.

Хотя, за прошедшее десятилетие данная технология сильно эволюционировала, стала достаточно надежной, все же очень часто разнообразные технические сбои и неточности в планировании эксперимента приводят к различным артефактам в результатах, что может сильно осложнять их последующий анализ.

В дальнейшем рассмотрим различные виды анализа данных микрочиповых экспериментов.