[发明专利]高通量生物芯片检测结果的一种判读工具

说明书

技术领域

本发明涉及到对高通量生物芯片的检测结果进行判读的工具，该工具集成了以下三个部分的判读方法：1、基于正常样本进行背景校正的方法；2、基于超几何分布对组合探针进行复合判读的方法；3、基于已知数据库的探针结合自由能谱的比对方法。

背景技术

生物芯片技术起源于核酸分子杂交。一般是指高密度固定在支持介质上的生物信息分子(如基因片段、cDNA片段或多肽、蛋白质)的微阵列杂交型芯片(microarrays)，阵列中每个分子的序列及位置都是已知的，并且是预先设定好的序列点阵。生物芯片可以实现对生命机体的生物组分进行准确、快速、大信息量的检测。目前常见的生物芯片主要分为三类：基因芯片、蛋白质芯片和芯片实验室。生物芯片的主要特点包括：1)通量高。一张芯片上的一个点阵可以对一份样本同时分析成千上万种的病原体，而一张芯片上有可以同时分析数十个临床样本；2)快速、准确和灵敏。单次检测1天即可完成，加之高通量特异性，检测效力明显优于现有的其他方法；由于检测过程中采用全封闭的荧光自动化检测系统，集合特异性探针，检测准确度高、灵敏度好；3)可检测未知病原体。现有病原体检测方法，只能对已知病原体进行确认，对于未知病原体检测则无能为力，例如荧光定量PCR方法，有很多技术优势，但前提必须知道被检病原体核酸序列，否则将无法检测。而生物芯片检测系统，由于探针设计本身就具有兼容性，检测序列发生突变将不会影响杂交检测。大部分病原体新品种其实都是已知病原体在药物和环境压力下的突变体，序列具有很高同源性。

经过多年的发展，生物芯片技术在兼顾了传统和现有传染病检测方法的局限性基础之上，结合现代分子生物学高通量技术优势，不仅在分子生物学、功能基因组学和系统生物学等基础科学研究中成为了一种常规的实验手段，同时还在疾病的分子检测、药物研发、用药指导、食品安全检测等应用领域得到了广泛的应用。

BCC研究公司发表的生物芯片市场调查报告称，微阵列(芯片)和Lab-on-a-Chip是生物芯片产品家族的主要成员，2007年，全球生物芯片市场大约为19.379亿美元，2008年将达到21.156美元，2013年这一市场是38亿美元，年增长率高达12.7％。生物芯片有多种，包括DNA芯片(微阵列)、蛋白质微阵列、新型微阵列产品和芯片化验室(Lab-on-a-Chip，LOACs)等。其中，DNA芯片占据的市场份额最大，2007年9.473亿，2008将达9.99亿，2013年升至16.44亿，年增长率10.8％。由于基因表达产品(也属于DNA芯片)市场的不断成熟，DNA芯片市场的增长率正在放缓，但是，受到DNA芯片的应用不断有新的领域冒出，包括全微生物检测芯片、SNP基因分型等，则对该市场产生了推动作用。例如全微生物检测芯片，是在考虑了传统和现有微生物检测方法的局限性基础之上，结合现代分子生物学高通量技术优势，而建立起来的传染病病原体诊断和环境微生物检测方法。由于这种技术本身的优势和临床应用的潜在价值，使得国内外众多科技专家专注于全微生物芯片检测技术的研究。例如，美国加州大学旧金山分校DeRisi实验室研发的能检测多种病毒的virochip芯片，美国哥伦比亚大学Lipkin实验室研发的能同时检测多种病毒、细菌、真菌和寄生虫的GreeneChip芯片等。LOACs是生物芯片市场第二大产品，2008年全球市场有望达6.913亿美元，2013年升至12.454亿美元，年增长率12.5％。今后5年里，DNA芯片和LOACs仍然是生物芯片市场的龙头产品。随着蛋白质组学对基因功能的理解和疾病认识上所具有的促进性影响，蛋白质芯片将成为生物芯片市场上的新生力量。组织芯片也是需要注意的一类新兴产品。

近些年来，随着生物芯片技术的不断发展，提高芯片的检测通量成为了一个重要的趋势，各家使用单位对单张芯片可检测目标物的数量需求也相应地在快速增加。单张芯片中所固定的探针容量从几百发展到几千，现在已经发展到可容纳几万个探针。例如：Virochip芯片包含有三万多条探针，可以对上千种病毒进行检测；而GreeneChip芯片具有广谱的病原体检测特性，包括了9,477条针对于病毒的检测探针，11,479条针对于细菌的检测探针，1,120条针对真菌的检测探针以及848条针对寄生虫的检测探针。由此可见，在将生物芯片进行应用后，对于其检测结果的判读，已经成为了生物芯片分析平台的关键环节。