Barbara Uszczyńska

„Optymalizacja
ścieżek analizy niestandardowych danych
uzyskiwanych przy użyciu mikromacierzy DNA”
Barbara Uszczyńska
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za
strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Mikromacierze są aktualnie jedną z najbardziej popularnych technik we współczesnej
biologii molekularnej. Choć mikromacierze DNA mają dużą konkurencję w postaci
mikromacierzy RNA, białkowych, lipidowych, cukrowych czy nawet aktualnie już tkankowych,
wciąż cieszą się ogromnym zainteresowaniem. Najczęściej wykorzystywane są one do:
analizy struktury genomu, wykrywanie pojedynczych mutacji, analiza liczby kopii genów oraz
badanie aktywności transkrypcyjnej genomu. Przy czym należy zaznaczyć, że każdy rodzaj
zastosowania mikromacierzy charakteryzuje się odrębnym scenariuszem analizy danych, a
zastosowanie innej ścieżki analizy danych może skutkować otrzymaniem odmiennych
wyników.
Eksperymenty z użyciem mikromacierzy DNA generują olbrzymie ilości danych, o
ściśle określonej strukturze, a ich obróbka wymaga użycia wyrafinowanych metod
bioinformatycznych. Trudność analizy danych nie tyle wynika z liczności zestawów, co raczej
z ich struktury. Dane uzyskiwane za pomocą mikromacierzy DNA wraz z informacjami
pomocniczymi (ułatwiającymi biologiczną interpretację wyników), często charakteryzują się
większą złożonością niż dane uzyskiwane w procesie sekwencjonowania genomów. Poziom
trudności analizy danych ściśle zależy także od rodzaju stosowanych mikromacierzy.
Mikromacierze DNA dostępne komercyjne często posiadają opracowany i zoptymalizowany
scenariusz analizy danych, który najczęściej zamknięty jest w przyjaznym użytkownikowi
interfejsie graficznym. Kwestia analizy danych ulega znacznej komplikacji w przypadku
danych pochodzących z tzw. mikromacierzy drukowanych lub dedykowanych (ang. boutique
microarrays). Mikromacierze dedykowane są szczególnym przypadkiem mikromacierzy DNA
do profilowania ekspresji genów, zaprojektowanym z myślą o badaniu pojedynczego procesu
biologicznego lub chorobotwórczego. Mikromacierze tego typu z założenia są znacznie
mniejsze, niż mikromacierze genomowe, gdyż zawierają zestaw sond ograniczony jedynie
do genów potencjalnie zaangażowanych w dany proces oraz niewielki zestaw sond
kontrolnych. W porównaniu z mikromacierzami genomowymi, charakteryzującymi się
zawartością od kilkunastu tysięcy do nawet kilku milionów, jest to jedynie niewielki procent.
Pomimo szerokiej oferty gotowych do użycia komercyjnych mikromacierzy DNA, nadal
istnieje potrzeba tworzenia specyficznych mikromacierzy. Dedykowane mikromacierze DNA
często projektowane są w ramach badań nad mniej poznanymi organizmami biologicznymi,
dla których nie ma gotowych mikromacierzy. Ponadto ten rodzaj mikromacierzy stosowany
jest również w celu dokładniejszego poznania danego problemu biologicznego lub
biomedycznego.
Szczególnym przypadkiem mikromacierzy dedykowanych są testy diagnostyczne np.
do identyfikacji mutacji punktowych, czy chorób wirusowych. Takie zestawy danych często
są asymetryczne (brak danej mutacji), a sondy na mikromacierzy nie są ulokowane w
sposób losowy (łatwość w interpretacji wyników). Istnieją także mikromacierze służące do
identyfikacji pojedynczych mutacji, gdzie stosuje się cztery różne barwniki fluorescencyjne.
Pojedynczy barwnik odpowiada danemu rodzajowi nukleotydu. Wówczas otrzymuje się
bardziej skomplikowany zestaw danych, którego obróbka nie jest osiągalna dla większości
popularnych algorytmów do analizy danych. Wszystkie dane pochodzące z eksperymentów z
użyciem mikromacierzy dedykowanych, uznawane są za dane niestandardowe i wymagają
dodatkowego, specyficznego etapu w analizie danych, co ma na celu minimalizację błędów
statystycznych otrzymanych wyników.
Opracowanie nowych oraz optymalizacja aktualnie istniejących ścieżek analizy
niestandardowych danych uzyskiwanych za pomocą mikromacierzy DNA pozwoli na
popularyzację
w
Wielkopolsce
mikromacierzy
jako
techniki
biologii
molekularnej.
Statystycznie poprawna analiza takich testów diagnostycznych, zwiększy ich wiarygodność,
a
tym
samym
rozwój.
W
Wielkopolsce
prowadzonych
jest
szereg
projektów
wykorzystujących mikromacierze w tym: projekty obejmujące opracowanie metody
konstrukcji mikromacierzy, projektowanie testów diagnostycznych, poszukiwania markerów,
czy badania nad roślinami.
Większość prac dedykowanych mikromacierzom prowadzona w Wielkopolsce koncentruje
się raczej na aspektach konstrukcyjnych, niż na metodach ich analizy, a to właśnie ten etap
dla większości użytkowników mikromacierzy jest najbardziej problematyczny.