Xử lý đa chiều - Phân tích Microarray

PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN ĐỘC LẬP THỰC HÀNH PHÂN TÍCH MICROARRAY I/ Giới thiệu về Microarray DNA microarray (còn gọi là DNA chip hay gene chip) là một tấm thủy tinh hoặc nhựa trên đó có gắn các đoạn DNA thành các hàng siêu nhỏ. Các nhà nghiên cứu sử dụng các con chip như vậy để sàng lọc các mẫu sinh học nhằm kiểm tra sự có mặt hàng loạt trình tự cùng một lúc. Các đoạn DNA gắn trên chip được gọi là probe (mẫu dò). Trên mỗi điểm của chip có hàng ngàn phân tử probe với trình tự giống nhau. Kỹ thuật phân tích sử dụng phương pháp gắn đồng thời nhiều trình tự đích lên một bộ lọc hay màng theo thứ tự, phương pháp thấm điểm (dot blot), được Kafatos và cộng sự (1979) đưa ra. Với kỹ thuật này, các trình tự đích được cố định trên vật đỡ và lai với mẫu dò (thường là trình tự axit nucleic đã đánh dấu). Saiki và cộng sự (1989) đưa ra một cách khác, dot blot ngược, trong đó gắn nhiều mẫu dò theo thứ tự trên màng và đích để phân tích được đánh dấu. Cùng thời gian này, các array đầu tiên với giá thể không thấm nước được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Maskos (1991). Đầu những năm 1990, kỹ thuật đánh dấu phát huỳnh quang đa màu được Ried và cộng sự; Balding & Ward giới thiệu. Vào năm 1993, array chứa các oligonucleotide ngắn, dưới 19 nucleotide được tổng hợp in situ. Năm 1994, Hoheisel và cộng sự tăng mật độ chấm (spot) bằng cách dùng robot để lấy và đặt mẫu dò lên giá thể. Phương pháp tự động hoá này làm tăng tốc độ quá trình, giảm các sai sót chắc chắn mắc phải khi thực hiện những thủ tục có tính lặp lại cao bằng tay, và tăng tính chính xác vị trí, tăng tính đồng hình của các spot mẫu. Tất cả các thí nghiệm tiên phong ở trên là cơ sở của kỹ thuật array hiện nay. Người ta đánh giá rằng, kỹ thuật này có thể sẽ phát triển đến mức chỉ vài năm nữa có thể so sánh nó với kỹ thuật PCR không thể thiếu trong sinh học hiện nay III/ Phương pháp phân tích: Cho một ma trận X bao gồm N số đó microarray của K gen . Ta có các bước thực hiện sau: 1/ Tiền xử lý trước : Bướcc 1 : Đây là 1 ảnh màu dạng RGB , nhưng ta chỉ cần quan tâm tới 2 thành phần đỏ và xanh lục trong ảnh . Vì vậy ta chuyển chúng về dạng ảnh màu đỏ và lục : Bước 2 : Vì vậy ta cần quan tâm các dữ liệu điểm ảnh hơn là màu xanh và lục nên ta chuyển sang ảnh xám Bước 3 : Chuyển sang ảnh xám để ta tiếp tục theo dõi các mức xám . Và bắt đầu việc phân ngưỡng để tìm các vị trí của từng spot . Ở đây ta kết hợp cả 2 phuong pháp là phân ngưỡng toàn cục và cục bộ . Bước 4 : Từ việc phân ngưỡng ta chia các dãy spot theo từng cột . Bằng cách xét các vị trí điểm 1 và 0 thông qua ảnh nhị phân . Bước 6 : Đếm các đỉnh nhọn của từng vùng để khoang ra các vùng spot ( đỉnh nhọn ở đây được hiểu là các tâm của từng spot ) . Bước 7 : Từ bước 5 ta có thể rút trích ra các vùng ảnh theo chiều dọc với 1 tỷ lệ nhất định của diện tích các spot . Bước 8 : đến đây ta đã chia được các day spot theo chiều rộng . Ta quay ảnh 90 độ và thực hiện lại các bước trên để định ra các ô vuông cho từng spot . 2/ Đo các gia trị màu trong từng spot Bước 1 : trích ra từng spot để đo độ mạnh của màu sắc từng spot . Bước 2 : Tại đây ta sử dụng các phương pháp phân tích để tính các mức độ và tỷ lệ màu giữa các spot . Bước 3 : Ta lăp lại bước 2 cho từng spot khác . Theo bước này ta có mỗi ma trận biểu diễn màu sắc đỏ và lục sẽ có từng giá trị cường độ màu . Bước 4 : Đưa các giá trị trên của từng ma trận trở về lưới ma trận của hình ảnh ban đầu . Các giá trị trên lưới trình bày theo tỷ lệ giữa 2 loại màu . Kết quả cuối cùng : III/ Nhận xét ưu khuyết điểm 1/ Ưu điểm : Chương trình chạy nhanh , Tách được hầu hết các ảnh microarray có kích thước khác nhau. 2/ Khuyết điểm : Chương trình chỉ xử lý các cường độ màu theo 1 khuôn mẫu cho trước mặc dù đã tách ra các spot khác nhau . Chưa có 1 ứng dụng cụ thể . Một số ảnh dù đúng kích thước nhưng vẫn chạy sai do ảnh bị mờ và nhiễu. IV/ Tài liệu tham khảo : Project ICA in gene data – Michel Journee , University of Liege , Belgium Application of independent component analysis to microarrays – Sun In Lee , Batzolou , Standford University , US