Богомолов А.Г.   Подколодный Н.Л.   Рубцов Н.Б.  

Разработка программного обеспечения микроскопического анализа биологических объектов

Докладчик: Богомолов А.Г.

Разработка программного обеспечения микроскопического анализа биологических объектов

Ключевые слова: лабораторная информационная система, анализ изображений, флуоресцентная микроскопия

Современные принципы регистрации микроскопического изображения связаны с тем, что для каждого пикселя изображения, соответствующего элементу объекта, существует количественная оценка интенсивности сигнала. Такими характеристиками может быть либо просто общая интенсивность светового сигнала, либо интенсивность и спектральная характеристика. При этом, чтобы убрать информацию, не имеющей значения для исследователя, и перевести значимую информацию в наглядную форму часто необходима специальная обработка изображений.
Данная работа направлена на создание программного обеспечения для реализации новых методов обработки микроскопического изображения. В работе описан метод выявления гибридизации хромосомоспецифичных последовательностей без супрессии повторенных последовательностей.
Актуальность этого метода в том (помимо экономической составляющей), что он позволит удалить сигнал с диспергированных повторенных последовательностей в тех случаях, когда супрессию в принципе нельзя провести. Например, когда набрать материал в нужном количестве практически невозможно.
Методы и алгоритмы: Разрабатываемая система включает следующие компоненты:
1) Библиотека алгоритмов анализа изображений для различных сценариев исследований.
2) Модуль компьютерного сопровождения описания микроскопического эксперимента с помощью метаданных.
3) Модуль поиска, сравнения и анализа результатов микроскопических исследований.
В качестве основы для метаописания выбраны специально разработанные для микроскопии форматы протоколирования - OME XML и OME TIFF. Оба формата были разработаны в рамках проекта OME (http://www.openmicroscopy.org/site)
Разработан метод выявления гибридизации хромосомоспецифичных последовательностей без супрессии повторенных последовательностей.
Для этого используются изображения хромосом после гибридизации с двумя специфическими ДНК зондами (с разными флюрохромами) для двух разных хромосом. Таким образом, для одной хромосомы один зонд будет специфичным сигналом, для другой неспецифическим (т.е. сигнал с повторов), т.к. уникальных последовательностей нет.
При этом очень важно, что сигнал с повторов получен в тех же условиях, что и с уникальных последовательностях. Это позволяет сравнивать два флюорохрома в одной точке (пикселе) и теоретически вычесть из общего сигнала неспецифическую компоненту, т.е. получить интересующий нас хромосомоспецифичный сигнал. Однако регистрируемая интенсивность зависит от многих факторов, в частности, от экспозиции, поэтому предварительно  необходимо провести нормировку сигналов, от которой зависит точность нашей оценки.
Результаты и выводы: Разработанный метод и программное обеспечение для выявления гибридизации хромосомоспецифичных последовательностей без супрессии повторенных последовательностей опробованы на изображениях, полученных при гомологической и гетерологической FISH. Показано, что используемый метод позволяет определять особенности распределения повторенных последовательностей у Opisthorchiidae. На данный момент ведется тестирование программы на изображениях хромосом человека.