کاربرد میکرو آرایه در بیان ژن | تعبیرستان
کاربرد میکرو آرایه در بیان ژنپزشکی و بهداشتدانستنیها
×
بستن

کاربرد میکرو آرایه در بیان ژن

همه موجودات زنده به جز ویروسها از سلول تشکیل شده اند. به عنوان مثال مخمر یک موجود تک سلولی است، در حالی که در بدن انسان تریلیون ها سلول وجود دارد. در هسته سلولها کروموزوم و در کروموزوم DNA وجود دارد . DNA از دو بخش کد کننده و غیرکدکننده تشکیل شده که بخش کدکننده آنها را ژن می نامند، ژنها کدهای ساختن پروتئینها هستند.
پروتئینها مولکولهای بزرگی هستند ، که اساس هر ارگانیزمی را تشکیل می دهند. همه سلولها در یک ارگانیزم ژنهای مشابهی دارند، اما این ژن ها در زمانهای مختلف و در شرایط مختلف، بیان متفاوتی دارند.
در سال های اخیر تکنولوژی میکروآرایه امکان مانیتورینگ بیان هزاران ژن به صورت همزمان را فراهم کرده و ژنومیک و پروتئومیک اساسا شیوه علمی مطالعه پایه مولکولی رفتارهای بافت و سلول در شرایط فیزیولوژیک و پاتولوژیک را تغییر داده و یک شیوه فراگیر در اختیار جامعه تحقیقاتی قرار داده اند . به طور خاص تکنیک میکروآرایه برای پروفایل همزمان بیان هزاران ژن در بازه وسیعی از تحلیلهای ژنومیک، نظیر شناسائی ژن ها، اکتشاف داروها و تشخیص های کلنیکی به صورت موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار گرفته اند.
این تکنیک امکان فهم فرایندهای سلولی و شبکه های نسخه برداری را به صورت genome-wide system-level فراهم می کند.[۱] الگوی بیان ژن یک سلول یا یک بافت، ساختار و عملکرد آن را تعیین می کند. بیان ژن فرایندی دینامیک است، که می تواند به صورت گذرا یا دائمی تغییر کند، بنابراین می تواند تغییرات لحظه ای و ماندگاری در حالت بیولوژیک سلولها، بافتها، اعضا و ارگانیزم ها را منعکس کند.[۲] داده های سطوح بیان ژنها اطلاعات ارزشمندی در مورد شبکه های بیولوژیک، حالات سلولی و فهم چگونگی ژنها در بردارد.
یک هدف از تحلیل داده بیان ژن تعیین چگونگی تأثیر بیان هر ژن منفرد روی بیان ژن های دیگر در همان شبکه ژنتیکی است. هدف دیگر مشخص کردن این نکته است، که چگونه ژنها در سلولهای سالم و بیمار بیان می شوند.کاربرد عملی پروفایل بیان ژن میکروآرایه مدیریت و کنترل سرطان و بیماری های عفونی است.[۳] هدف اصلی این مطالعات، تعیین و شناسائی فرایند پاتولوژیک مرتبط با نوع بیماری و مرحله آن و نیز پیش بینی بیماری و پیش بینی پاسخ به درمان خاصی، است.
ممکن است برخی از مسائل مشکل در زمینه تشخیص، با استفاده از تحلیل داده های بیان ژن حل شوند. به عنوان مثال تومورهای Gastrointestinal stromal ) GISTs)طیف وسیعی از ابتدای تشکیل تومور تا تومورهای بدخیم را در برمی گیرند که تشخیص آن بسیار مشکل است. در حال حاضر استاندارد طلائی تشخیص GIST، KIT immunohistochemistry است، اما تعدادی از تومورها در KIT تشخیص داده نمی شوند. مطالعات جدید نشان داده است که protein kinase C theta در GIST بیان بالایی دارد، در حالی که در تومورهای دیگر mesenchymal نیست. بنابراین احتمالا تشخیص این ژن می تواند یک روش مکمل در تشخیص این بیماری باشد.[۲]
در روش های کلاس بندی سرطان بر اساس علائم مورفولوژیکی ممکن است انواع مختلف سرطان، نشانه های مورفولوژیک مشابهی داشته باشند، لذا نتوان بر این اساس کلاس بندی درستی انجام داد. اما از آنجا که هر بیماری، از جمله یک تومور اساسا عملکرد بد ژنها است، استفاده از داده های بیان ژن می تواند شیوه های تشخیصی مستقیمی را فراهم کند.
آزمایش هایی که بر اساس تکنولوژی میکروآرایه انجام می شوند حجم بسیار زیادی از داده ها را فراهم می کنند که در مطالعات بیولوژیک بی نظیر بوده است. این داده ها می توانند برای جامعه تحقیقات کلی معدنی از اطلاعات باشند[۱]. برای بررسی حجم وسیع اطلاعات تولید شده و استخراج اطلاعات مفید از آنها و استفاده از آنها در سالهای اخیر تلاشهای فراوانی صورت گرفته است. تفسیر داده های بیان ژن به دست آمده از میکروآرایه که پیچیده و نویزی هستند بسیار مهم است، چرا که داده های میکروآرایه DNA بدون وجود ابزاری برای تحلیل آنها بدون استفاده خواهند بود.
المان اصلی در تکنولوژی میکروآرایه، آرایه ای از پروبهای مولکولی است که مکمل توالی های خاصی از mRNA است و روی یک فاز جامد، به عنوان مثال یک اسلاید شیشه ای، ثابت شده است. پروبها می توانند با استفاده از تکنیک فوتولیتوگرافیک ، مستقیما روی فاز جامد سنتز شوند(Affymetrix) یا اینکه روی فاز جامد پرینت شوند.(محصولات PCR یا الیگونوکلئوتید).
این سیستم ها تا ۱۰۰۰۰۰ probes/cm۲ را تامین می کنند، که امکان بررسی وسیع بیان های ژن رافراهم می کند.mRNA نمونه ها استخراج برچسب گذاری و با میکروآرایه ترکیب می شوند و با استفاده از تکنیکهای مختلف شناسائی می شوند، که بیشتر این تکنیکها بر پایه خواندن نشانگرهای فلورسانس عمل می کنند. پرکاربردترین محصولات میکروآرایه درحال حاضر چیپهای Affymetrix هستند .فرآیند کلی که در آن با استفاده از میکروآرایه ها، داده های بیان ژن به دست آورده می شوند در شکل نشان داده شده است.
آنالیز پایه داده های بیان ژن شامل یک مرحله پیش پردازش و آماده سازی مجموعه داده برای مراحل آنالیز سطوح بالاتر مانند خوشه بندی یا کلاس بندی است. پیش پردازش داده های خام می تواند اثرات عمیقی روی مراحل بعدی آنالیزداشته باشد.
مراحل پیش پردازشی که روی داده های میکروآرایه انجام می شوند، عبارت است از:
▪ مقیاس گذاری:
معمولا داده های خام بیان ژن از چندین نمونه ("چیپ") به منظور جبران اثر تغییرات کلی ناشی از اختلاف شدتهای چیپ و تفاوت از یک میکروآرایه به میکروآرایه دیگر درجه بندی می شوند.
آستانه گذاری، فیلتر کردن و نرمال کردن: ازآنجا که داده های بیان بسیار بالا یا بسیار پائین کمتر مورد اعتماد و تکرارپذیر هستند، لذا از آستانه گذاری داده استفاده می شود.
در ضمن بسیاری از الگوریتم های خوشه بندی و کلاس بندی با تعداد کم داده ها بهتر کار می کنند و به داده های نویزی حساس هستند، لذا ژنهائی که بیان آنها بین چند نمونه تغییر نمی کند یا این که بیان کمی در بین چند نمونه دارند، از مجموعه داده فیلتر می شوند. یکی از ساده ترین روش هایی که برای این منظور استفاده می شود این است که بین نمونه ها ماکزیمم و می نیمم بیان یک ژن خاص به دست می آید و اگر max / min و max - min ازمقادیر آستانه ای کمتر بودند، ژنهای متناظر آنها از مجموعه داده حذف می شوند.
به طور کلی در ژنها اطلاعات مفیدی برای کلاس بندی سرطانها وجود دارد، اما اطلاعات غیر مفید نیز در آنها وجود دارد. لذا ویژگی های مفید حتماً باید استخراج شوند. یک ژن در صورتی در یک بیماری خاص مناسب است که قادر باشد به درستی شرایط پاتولوژیک در بیماران جدید را بر پایه فقط سطح بیان ژن آن تشخیص دهد. به عبارت دیگر، یک ژن برای یک بیماری حاوی اطلاعات مفید است اگر سطوح بیان آن برای تعلیم یک طبقه بندی کننده مفید باشد و قدرت تعمیم را هم داشته باشد، یعنی بتواند به درستی وضعیت بیماران جدید را پیشگوئی کند[۷].
انتخاب ژنهای مناسب برای تشخیص و پیشگوئی سرطان به چند دلیل محاسباتی و بیولوژیک ارزشمند است. یافتن ژنهائی که سطوح بیان آنها با یک بیماری خاص همبستگی دارد برای انتخاب مناسب ترین درمان و پیش بینی بازگشت مجدد بیماری مهم است. در ضمن این امکان فراهم می شود که میکروآرایه های تک کاره و اقتصادی تر طراحی شوند که مناسب بیماری خاصی است و سطوح بیان فقط چند ده ژن را ثبت می کنند.
به علاوه انتخاب یک زیر مجموعه از ژنها امکان overfitting که با افزایش تعداد ویژگی ها( سطوح بیان ژن) نسبت به تعداد نمونه ها احتمال آن زیاد می شود را کاهش می دهد. [۷]
▪ نرمالیزاسیون:
بعد از فیلتر کردن عمل نرمالیزاسیون انجام می شود تا میانگین صفر و واریانس یک روی همه نمونه هابه دست آید. این استراتژی در صورتی مفید است که آنچه مورد توجه کاربر است، تفاوت نسبی و نه مطلق بین ژن ها باشد.
آنالیز سطوح بالاتر داده های بیان ژن، یادگیری با و بدون سرپرست به روی دو شیوه متمرکز شده است:
ـ یادگیری بدون سرپرستی یا خوشه بندی:
درتکنیکهای یادگیری بدون سرپرستی، ساختار یک مجموعه داده بدون هیچ فرض یا دانش قبلی شناسایی می شود. یکی از ساده ترین شیوه ها استفاده از الگوریتم های خوشه بندی است. افراد مورد نظر(ژنها یا نمونه ها) بر اساس میزان "نزدیکی" به هم به گروههائی طبقه بندی می شوند که این کار با استفاده از یک تابع "شباهت" یا همبستگی و یا فاصله بین نمونه هاانجام می شود. وقتی در مورد داده ها، دانش قبلی وجود دارد می توان نتایج خوشه بندی را تفسیر کرد. اما در صورت عدم وجود چنین دانشی تفسیر بیولوژیکی نتایج خوشه بندی یک چالش باقی می ماند.
ـ یادگیری با سرپرستی از دانش مربوط به برچسب های کلاس ها استفاده می کند تا ساختار مورد نظر را بسازد. از مجموعه داده ها آموزشی برای انتخاب ویژگی هائی که بتوانند بهترین طبقه بندی را بسازند، استفاده می شود. سپس این ویژگی هابه یک مجموعه داده تست مستقل اعمال می شوند تا توانائی ویژگی های انتخاب شده در طبقه بندی ارزیابی یادگیری با سرپرست وابسته به این است که برچسب گذاری نمونه ها به درستی انجام شود. فرایند کلی در کلاسیفایرهای داده های بیان ژن میکروآرایه در دیاگرامهای زیر آورده شده است: [۶]
به منظور ارزیابی نتایج به دست آمده از تحلیل داده های میکروآرایه، مقادیر زیادی از داده ها باید نگهداری شده و به روشی مناسب در دسترس قرار بگیرند. برای کم کردن مسائل نگهداری و sharing داده، در حال تدوین استانداردهائی هستند. در حال حاضر جامعه داده بیان ژن میکروآرایه (MGED) با ارائه استانداردهائی نظیر MIAME و MAGE MAGEOM و MAGE-ML، تلاشهای مستمری برای استانداردسازی دارد[۱]



فهرست منابع:
[۱] Francesco Beltrame, Adam Papadimitropoulos, Ivan Porro_, Silvia Scaglione, Andrea Schenone,Livia Torterolo, Federica Viti,” GEMMA — A Grid environment for microarray management and analysis in bone marrow stem cells experiments ”, Received ۳۱ January ۲۰۰۶; received in revised form ۲۱ April ۲۰۰۶; accepted ۲ July ۲۰۰۶ , Future Generation Computer Systems
[۲] A.K. Sandvik , B.K. Alsberg, K.G. Nørsett, F. Yadetie, H.L. Waldum, A. Lægreid,” Gene expression analysis and clinical diagnosis”, Clinica Chimica Acta ۳۶۳ (۲۰۰۶) ۱۵۷ – ۱۶۴
[۳] Shinn-Ying Ho, Chih-Hung Hsieh , Hung-Ming Chen, Hui-Ling Huang , “Interpretable gene expression classifier with an accurate and compact fuzzy rule base for microarray data analysis ”, BioSystems ۸۵ (۲۰۰۶) ۱۶۵–۱۷۶
[۴] Jin-Hyuk Hong, Sung-Bae Cho, “The classification of cancer based on DNA microarray data that uses diverse ensemble genetic programming ”, Artificial Intelligence in Medicine (۲۰۰۶) ۳۶, ۴۳—۵۸
[۵] Leonardo Angelini, Daniele Marinazzo, Mario Pellicoro, Sebastiano Stramaglia,” Kernel method for clustering based on optimal target vector”, Available online ۴ May ۲۰۰۶, Physics Letters A ۳۵۷ (۲۰۰۶) ۴۱۳–۴۱۶
[۶] Jin-Hyuk Hong, Sung-Bae Cho,” Efficient huge-scale feature selection with speciated genetic algorithm ” , Pattern Recognition Letters ۲۷ (۲۰۰۶) ۱۴۳–۱۵۰
[۷] Rosalia Maglietta , Annarita D’Addabbo , Ada Piepoli ,Francesco Perri , Sabino Liuni , Graziano Pesole , Nicola Ancona,” Selection of relevant genes in cancer diagnosis based on their prediction accuracy”, Artificial Intelligence in Medicine (۲۰۰۶) xxx, xxx—x
مجله مهندسی پزشکی و تجهیزات آزمایشگاهی

تاریخ ارسال: 1390/01/11


نظر شما چیست؟

کد امنیتی شکل بالا در کادر زیر درج شود

برای مشاهده و استفاده از فرم می بایست جاوااسکریپت بر روی مرورگر شما فعال باشد.

 
تعبیر خواب
تعبیر با تقویم
روایتی از قول امام جعفر صادق (علیه السلام) هست که می‌فرمایند مثلاً اگر در روز یا شب اول ماه قمری خوابی را ببینید تعبیر ندارد و صحیح نیست، یا اگر  در دوم و سوم ماه خوابی را ببینید تعبیرش برعکس می‌شود و به همین ترتیب تمام روزهای ماه را فرموده‌اند و این روایت تا حدودی هم شایع شده و گسترش پیدا کرده است.
دقت کنید که چیز کمی نیست!... یعنی شما که دیشب خوابی را دیده‌اید با دانستن تاریخ دیشب، می‌توانید ادامه مطلب...
تعبیرها و اشتباه‌ها
همۀ ما در طول شب یا روز خواب‌هایی می‌بینیم که ممکن است درست و صادق بوده و معنایی را در خود داشته باشند یا اینکه بی‌معنا باشند.
علت خواب‌های بی‌معنا چیزهایی مثل ضعف یا پرخوری قبل از خواب و یا صدای محیط زمان خواب و یا حتی می‌تواند نتیجه تلقین شیطان باشد و فقط پیامبران و معصومین (علیهم السلام) هستند که تمام خواب‌هایشان درست و صادق بوده و حسابشان جدا است. حضرت امام صادق (علیه السلام) به مفضل که از ادامه مطلب...
تعبیر با کتاب
در این مقاله می‌خواهم در مورد این بنویسم که هر کسی می‌تواند بعضی از خواب‌ها را با کتاب تعبیر خواب، تعبیر کند. بنابراین اجازه دهید ابتدا تعریفی کلی و خلاصه از نحوۀ تعبیر خواب ارائه کنم.
خواب‌هایی که ما می‌بینیم یا می‌خواهند معنایی را به ما بفهمانند و یا خیر؛ حالا چرا بعضی از خواب‌ها می‌خواهند معنایی را بفهمانند ولی بعضی خیر؟... چون این سوال بحث دیگری است نمی‌خواهم دربارۀ آن صحبت کنم.
خود این خواب‌های بامعنا نیز اکثراً به صورت مثال ادامه مطلب...
مبارزه با فراموشی خواب
تحقیقات نشان داده است که همۀ افراد در طی خواب خودشان رویا می‌بینند (به جز در برخی بیماری‌های شدید روانی)، منتها خیلی‌ها آن‌ها را فراموش کرده و فکر می‌کنند که اصلاً رویایی ندیده‌اند. هر چند خیلی از این رویاها ممکن است جزء رویاهای بدون تعبیر باشند ولی به هر حال رویا بوده‌اند.
حال سوال این است که چطور خواب خود را فراموش نکنیم؟ چطور صحنه‌های خواب را خوب و روشن به یاد آوریم؟ برای رسیدن به این هدف راه‌های زیادی وجود ادامه مطلب...
دفع بلا با صدقه
احادیث و روایات و همچنین تجربیات بسیاری وجود دارد که خداوند متعال با صدقه قضا و قدر را تغییر می‌دهد. به عبارتی دیگر با صدقه می‌توان به خواست خدا از وقوع بلایا و حوادث جلوگیری کرد. زیرا خود خداوند قضا و قدر را معین کرده و فقط خود او می‌تواند آن را تغییر دهد (که یکی از عواملی که فرموده قضا و قدر را به خاطر آن تغییر می‌دهد همین صدقه دادن است). البته این یکی از آثار صدقه می‌باشد. ادامه مطلب...
رسیدن تعبیر به دیگری
این نکته را به خاطر داشته باشید که تعبیر خواب شما ممکن است به همان کسی که در خواب دیده‌اید نرسد و به شخص دیگری مربوط شود. در واقع تعبیر خواب شما کیلومترها با آن شخصی که در خواب دیده‌اید فاصله داشته باشد! تجربۀ خودم من از خواب‌هایم این بوده که در موارد خیلی خیلی خیلی کمی تعبیر خواب به همان افرادی رسیده که در خواب دیده‌ام (به طوریکه در اکثر موارد فقط یک درصد احتمال می دهم که تعبیر ادامه مطلب...
دفع بلا و گرفتاری
بعضی از خواب‌ها آینده را پیشگویی کرده و می‌گویند که بلا و مصیبت و گرفتاری در پیش است و یا اینکه عمل زشت یا گناهی را مرتکب خواهیم شد. اگر این خواب‌ها درست و اصطلاحاً صادقه باشند، در واقع از مقدرات الهی می‌گویند و چیزهایی که پیش‌بینی آن شده حتماً به وقوع می‌پیوندند.
ولی خداوند راه‌هایی را تعیین کرده که نگذارید آن بلایا به وقوع بپیوندند و در واقع مقدرات خدا تغییر کند. در اصل خود خدا مقدرات را بوجود آورده ادامه مطلب...
کلیپ و ویدیو
هیچ دعایی بی پاسخ نمی ماند (حجت الاسلام حبیب الله فرحزاد)
اشخاصی که در کلیپها مشاهده می کنید تعبیرگر خواب نیستند