Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Фенотип микрочипов подход является технологией для высокой пропускной способности фенотипа клеток. Система микрочипов фенотипа позволяет одновременно отслеживать фенотипическую реакцию клеток на экологические проблемы или экзогенные соединения с высокой пропускной способностью. Фенотипические реакции регистрируются либо в виде измерений конечной точки, либо в виде кинетики дыхания, аналогичной кривым роста .

Использование [ править ]

Высокопроизводительное фенотипическое тестирование становится все более важным для изучения биологии бактерий , грибов , дрожжей и линий клеток животных, таких как раковые клетки человека . Подобно тому, как ДНК-микрочипы и протеомные технологии сделали возможным одновременный анализ уровня тысяч генов или белков, фенотипические микроматрицы (PM) позволяют количественно измерить тысячи клеточных фенотипов одновременно. [1] Этот подход также предлагает потенциал для тестирования функции генов и улучшения аннотации генома. [2]В отличие от ранее доступных молекулярных высокопроизводительных технологий, фенотипическое тестирование проводится с использованием живых клеток, что дает исчерпывающую информацию о характеристиках целых клеток. Основные области применения технологии ПМ в области системной биологии , микробной физиологии клеток и систематики , [3] и млекопитающих физиологии клеток , включая клинические исследования , такие как на аутизме . [4] Преимущества ТЧ перед стандартными кривыми роста заключаются в том, что клеточное дыхание можно измерить в условиях окружающей среды, в которых клеточная репликация (рост) невозможна, [5]и что респираторные реакции обычно обнаруживаются намного раньше, чем рост клеток. [6]

Технология [ править ]

Единственный источник углерода, который может транспортироваться в клетку и метаболизироваться для производства NADH, порождает окислительно-восстановительный потенциал и поток электронов для восстановления тетразолиевого красителя [7], такого как тетразолиевый фиолетовый, тем самым создавая пурпурный цвет. Чем быстрее этот метаболический поток, тем быстрее образуется пурпурный цвет. Образование пурпурного цвета - положительная реакция. интерпретируется так, что единственный источник углерода используется в качестве источника энергии. Считывающее устройство для микропланшетов и устройство для инкубации необходимы в качестве аппаратного устройства для обеспечения соответствующих условий инкубации, а также для автоматического считывания интенсивности цветообразования во время восстановления тетразолия с интервалами, например, 15 минут.

Основная идея получения информации о способностях организма и его особых способах действия при использовании определенных источников энергии может быть эквивалентно применена к другим макроэлементам, таким как азот , сера или фосфор, их соединениям и производным. В качестве дополнения можно определить влияние ауксотрофных добавок или антибиотиков , тяжелых металлов или других ингибирующих соединений на дыхательное поведение клеток.

Структура данных [ править ]

В случае положительных реакций ожидается, что продольная кинетика будет иметь вид сигмоидальных кривых по аналогии с типичными кривыми роста бактерий . Сравнимые с кривыми роста бактерий, кинетические кривые дыхания могут предоставить ценную информацию, закодированную в длине лаг-фазы λ, скорости дыхания μ (соответствующей крутизне наклона), максимальному дыханию клеток A (соответствующему максимальному зарегистрированному значению). ) и площадь под кривой (AUC). В отличие от кривых роста бактерий , в PM обычно отсутствует фаза смерти, так как восстановленный тетразолиевый краситель нерастворим.

Программное обеспечение [ править ]

Доступно запатентованное и коммерчески доступное программное обеспечение, которое обеспечивает решение для хранения, поиска и анализа данных фенотипа с высокой пропускной способностью. Мощный бесплатно и с открытым исходным кодом является «ОРМ» пакет на основе R . [8] [9] «opm» содержит инструменты для анализа данных PM, включая управление, визуализацию и статистический анализ данных PM, оценку параметров кривой, выделенные и настраиваемые графики, управление метаданными , статистическое сравнение с аннотациями генома и путей , автоматическое создание из таксономических отчетов, данные дискретизация для филогенетическогопрограммное обеспечение и экспорт на языке разметки YAML . В сочетании с другими пакетами R он использовался для применения бустинга для повторного анализа данных PM по аутизму и выявления других определяющих факторов. [10] Пакет "opm" был разработан и поддерживается Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen . Другое бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом, разработанное для анализа данных Phenotype Microarray, - это DuctApe, инструмент командной строки Unix , который также коррелирует геномные данные. [11] Другие программные инструменты: PheMaDB, [12]который предоставляет решение для хранения, поиска и анализа данных фенотипа с высокой пропускной способностью, а также программное обеспечение PMViewer [13], которое ориентировано на графическое отображение, но не позволяет проводить дальнейший статистический анализ. Последний не является общедоступным.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бохнер, BR (2009), "Глобальная фенотипический характеристика бактерий", FEMS Микробиология Отзывы , 33 (1): 191-205, DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2008.00149.x , PMC  2704929 , PMID  19054113
  2. ^ Bochner, BR; Гадзинский, П .; Panomitros, E. (2001), "Фенотип Microarrays для высокой пропускной способности фенотипических тестирования и Количественный анализ функции генов", Genome Research , 11 (7): 1246-1255, DOI : 10,1101 / gr.186501 , КУП 311101 , PMID 11435407  
  3. ^ Монтеро-Каласанс, MC; Göker, M .; Pötter, G .; Rohde, M .; Spröer, C .; Schumann, P .; Кленк, АА; Горбушина, Х.-П. (2013), " Geodermatophilus Теллурис .. Зр ноября, новый актиномицетов выделен из песка пустыни Сахары в Чаде", Международный журнал систематики и эволюционной микробиологии , 13 (Pt 6): 2254-2259, DOI : 10,1099 / ijs.0.046888- 0 , ЛВП : 10033/299082 , PMID 23159748 
  4. ^ Boccuto, L .; Chen, C.-F .; Питтман, АР; Скиннер, компакт-диск; Маккартни, HJ; Джонс, К .; Бохнер, BR; Стивенсон, RE; Шварц, CE (2013), "Снижение метаболизма триптофана у больных с расстройствами аутистического спектра", Molecular Autism , 4 (16): 16, DOI : 10,1186 / 2040-2392-4-16 , PMC 3680090 , PMID 23731516  
  5. ^ Omsland, A .; Кокрелл, округ Колумбия; Howe, D .; Фишер, ER; Виртанева, К .; Sturdevant, DE; Порселла, Сан-Франциско; Heinzen, RA (2009), «Рост бактерии Q-лихорадки Coxiella burnetii вне клеток-хозяев », Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки , 106 (11): 4430–4434, Bibcode : 2009PNAS .. 106.4430O , DOI : 10.1073 / pnas.0812074106 , PMC 2657411 , PMID 19246385  
  6. ^ Ваас, LAI; Marheine, M .; Sikorski, J .; Göker, M .; Шумахер, М. (2013), «Влияние сверхэкспрессии pr-10a на молекулярном и фенотипическом уровне», Международный журнал молекулярных наук , 14 (7): 15141–15166, doi : 10.3390 / ijms140715141 , PMC 3742292 , PMID 23880863  
  7. ^ Bochner, BR; Savageau, М. (1977), "Обобщенный показатель пластины для генетического обмена веществ, и таксономических исследований с микроорганизмами", Прикладная и экологической микробиологии , 33 (2): 434-444, DOI : 10,1128 / AEM.33.2.434-444.1977 , КУП 170700 , PMID 322611  
  8. ^ Ваас, LAI; Sikorski, J .; Майкл, В .; Göker, M .; Кленк, Х.-П. (2012), «Стратегии визуализации и оценки параметров кривой для эффективного исследования кинетики фенотипа MicroArray», PLOS ONE , 7 (4): e34846, Bibcode : 2012PLoSO ... 734846V , doi : 10.1371 / journal.pone.0034846 , PMC 3334903 , PMID 22536335  
  9. ^ Ваас, LAI; Sikorski, J .; Hofner, B .; Fiebig, A .; Buddruhs, N .; Klenk, H.-P .; Goker, М. (2013), "ОРМ: R Пакет для анализа OmniLog® фенотипа микрочипов данных", биоинформатики , 29 (14): 1823-4, DOI : 10,1093 / биоинформатики / btt291 , PMID 23740744 
  10. ^ Hofner, B .; Boccuto, L .; Goker, М. (2015), "Управление ложных открытий в многомерных ситуациях: Повышение устойчивости с выбором", BMC биоинформатика , 16 : 144, DOI : 10,1186 / s12859-015-0575-3 , ПКА 4464883 , PMID 25943565  
  11. ^ Галардини, М .; Mengoni, A .; Biondi, EG; Semeraro, R .; Флорио, А .; Bazzicalupo, M .; Бенедетти, А .; Mocali, С. (2013), "DuctApe: Набор для анализа и корреляции геномных и OmniLog ™ Фенотипа Microarray данных", Genomics , 103 (1): 1-10, DOI : 10.1016 / j.ygeno.2013.11.005 , PMID 24316132 
  12. ^ Чанг, Вт .; Сарвер, К .; Хиггс, В .; Читать, Т .; Nolan, N .; Chapman, C .; Бишоп-Лилли, К .; Sozhamannan, С. (2011), "PheMaDB: Раствор для хранения, поиска и анализа фенотипа данных с высокой пропускной способностью ", BMC биоинформатики , 12 : 109, DOI : 10,1186 / 1471-2105-12-109 , ПМК 3097161 , PMID 21507258  
  13. ^ Borglin, S .; Joyner, D .; Jacobsen, J .; Mukhopadhyay, A .; Hazen, TC (2009), «Преодоление анаэробного барьера в фенотипических микрочипах: создание и визуализация данных кривой роста Desulfovibrio vulgaris Hildenborough» (PDF) , Журнал микробиологических методов , 76 (2): 159–168, DOI : 10.1016 / j.mimet.2008.10.003 , PMID 18996155  

Внешние ссылки [ править ]

  • Сайт PheMaDB