摘要：近年來科學(xué)技術(shù)在社會生產(chǎn)生活中的應(yīng)用實(shí)踐證明，DNA檢測技術(shù)在疾病診斷、防控、法醫(yī)鑒定等方面均能夠發(fā)揮重要作用。在國內(nèi)的相關(guān)研究中，由于受到資金及技術(shù)水平等方面的制約，DNA檢測平臺的相關(guān)研究未能取得實(shí)質(zhì)性的發(fā)展，數(shù)據(jù)預(yù)處理方面的研究也相對落后?；诖?，本研究以DNA檢測技術(shù)的主要內(nèi)容為基礎(chǔ)，對其平臺中數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法進(jìn)行研究，包括空間校正、光譜校正以及STR預(yù)處理等，以探究該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展情況，促進(jìn)其不斷進(jìn)步革新。

關(guān)鍵詞：DNA檢測平臺；數(shù)據(jù)預(yù)處理；方法

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，DNA檢測技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用于社會各領(lǐng)域中，并逐漸影響人類的生活及生產(chǎn)方式。在DNA檢測平臺中，數(shù)據(jù)預(yù)處理是DNA檢測質(zhì)量的重要保障，其方法多樣，對DNA數(shù)據(jù)采集具一定影響，通過對DNA信息的獲取與了解，既可幫助進(jìn)行疾病診斷，也可預(yù)測病癥風(fēng)險(xiǎn)，有效改善人類社會的生活習(xí)慣與生活環(huán)境。由此，如何在DNA檢測中保障數(shù)據(jù)采集及處理的質(zhì)量逐漸成為行業(yè)內(nèi)研究人員關(guān)注的重點(diǎn)，在此背景下，本研究對DNA檢測平臺數(shù)據(jù)的預(yù)處理關(guān)鍵方法進(jìn)行研究，具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 DNA檢測平臺數(shù)據(jù)預(yù)處理

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，DNA為人體遺傳信息的主要承擔(dān)者，是生物完成遺傳以及人類進(jìn)行生物遺傳研究的基礎(chǔ)，不同的生物其核算的排列順序也各不相同，其與多數(shù)疾病之間均存在有一定聯(lián)系，DNA的多態(tài)性使得不同人對周圍環(huán)境的敏感性產(chǎn)生差異，因此，對DNA進(jìn)行的檢測即是通過基因的檢測技術(shù)，獲取DNA信息，了解相關(guān)疾病中病原體、病毒及細(xì)菌的核酸排列順序，提前預(yù)測疾病發(fā)生的可能性[1]；同時(shí)，該技術(shù)在法醫(yī)的相關(guān)鑒定工作中也發(fā)揮著重要作用，法醫(yī)學(xué)中的DNA檢測經(jīng)歷了指紋圖像分析、AMPFPLP技術(shù)及線粒體DNA技術(shù)等技術(shù)革新，其中線粒體DNA技術(shù)可用于親緣鑒定與個體識別，且能夠分析腐敗、陳舊或只具角化細(xì)胞的檢材，為法醫(yī)的工作提供了有效幫助。目前DNA檢測的主要方法包括微流控技術(shù)、液態(tài)生物芯片技術(shù)、基因芯片技術(shù)及PCR技術(shù)，為保證檢測時(shí)信號質(zhì)量，還需要對空間校正、成像區(qū)間進(jìn)行設(shè)計(jì)，對數(shù)據(jù)及算法進(jìn)行采集與處理，將所得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式得到DNA的數(shù)據(jù)文件，其中，數(shù)據(jù)的預(yù)處理結(jié)果對檢測信號的質(zhì)量影響性最大，預(yù)處理的環(huán)節(jié)屬的分型的軟件平臺及硬件平臺間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在DNA檢測過程中主要起到承上啟下的功能。由此可知數(shù)據(jù)的預(yù)處理效果在DNA檢測中的關(guān)鍵性，下文對DNA檢測平臺中數(shù)據(jù)預(yù)處理的流程及關(guān)鍵方法進(jìn)行探究。

2數(shù)據(jù)預(yù)處理的流程及關(guān)鍵方法探究

2.1空間校正，保障成像質(zhì)量 在DNA檢測平臺的數(shù)據(jù)預(yù)處理中，應(yīng)先進(jìn)行空間校正處理，該處理方式與毛細(xì)管在面陣CCD中的陣列及成像過程相關(guān)，首先在毛細(xì)管的陣列中打入激光，使得陣列內(nèi)的DNA信息片段在激光的刺激下發(fā)出熒光，此時(shí)光路系統(tǒng)對熒光進(jìn)行分光處理，將其投影于面陣CCD中，產(chǎn)生光譜譜帶，該光譜帶由分子內(nèi)各能級的跳動、原子及分子震動形成，因此光線強(qiáng)度顯示具一定差異。面陣CCD同譜帶間又存在映射關(guān)系，相關(guān)研究表明，若在映射時(shí)出現(xiàn)毛細(xì)管的陣列間隔相異、面陣CCD安裝呈非水平狀態(tài)、激光不均勻發(fā)射、光路系統(tǒng)的聚焦模糊以及有效地成像區(qū)間設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)惹闆r，則可能造成面陣CCD中毛細(xì)管血管的陣列成像產(chǎn)生異常反應(yīng)，影響DNA光譜的獲取質(zhì)量[2]。該影響主要表現(xiàn)為當(dāng)激光發(fā)生不均勻時(shí)，毛細(xì)管由于陣列差異，其對信號的通道采集存在強(qiáng)弱方面的不一致性，導(dǎo)致部分文件及數(shù)據(jù)無法解析，若此時(shí)弱信號的通道處于Ladder標(biāo)志物中，還可能造成數(shù)據(jù)文件丟失DNA分型。綜上可知，空間校正能夠進(jìn)一步提升毛細(xì)管采集DNA光譜的質(zhì)量，維持信號強(qiáng)弱的一致，糾正長短波強(qiáng)弱不均等，從而保證面陣CCD中光譜的成像質(zhì)量，保證對有效成像區(qū)間的正確選取。

2.2光譜校正，計(jì)算評價(jià)參數(shù) 光譜校正的實(shí)施目標(biāo)是將由光譜空間映射向染料空間的矩陣模型建立起來，在本研究中光譜校正的流程如下：首先，對光譜校正所需要的模式數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，其次，對數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理，建立染料光譜的分布矩陣，最后，利用上述矩陣對其條件數(shù)、峰形參數(shù)及質(zhì)量數(shù)進(jìn)行計(jì)算[3]。在進(jìn)行STR檢測時(shí)，較為理想的情況為熒光染料的光譜空間較為狹窄，所選擇的5類熒光空間（熒光染料）各能夠代表一類引物片段，以用于標(biāo)識檢測到的某類熒光染料光譜，但在STR檢測的實(shí)際操作中，多數(shù)熒光染料的光譜范圍均較寬，主要表現(xiàn)在以下方面：若選擇STR檢測中常見的熒光染料（TAMRA、FAM、LIZ、ROX、VIC等），則染料之間存在有面積較大的光譜重疊，光譜范圍可分別達(dá)到530nm～620nm及510nm～590nm，且若此時(shí)FAM與VIC染料同時(shí)標(biāo)識了引物片段，則其光譜可在一定波長（510nm～590nm）內(nèi)產(chǎn)生重合，從而無法對其各自的光譜進(jìn)行區(qū)分，導(dǎo)致STR檢測失敗。由此，在進(jìn)行STR檢測前進(jìn)行光譜空間處理，能夠有效位不同類型的熒光染料建立光譜的分布矩陣，從而幫助STR完成實(shí)時(shí)的校正任務(wù)[4]。光譜空間映射染料空間，并對混疊的光譜進(jìn)行熒光染料的區(qū)分，從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)來看該過程可稱為逆過程。

2.3 STR預(yù)處理，生成數(shù)據(jù)文件 在DNA檢測中，STR的數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)是最為關(guān)鍵的檢測環(huán)節(jié)，在該環(huán)節(jié)中軟硬件性能及所使用試劑的作用均能夠得到集中體現(xiàn)，其具體時(shí)間步驟如下：①依據(jù)STR運(yùn)行的設(shè)計(jì)模型或所需檢測的樣本對DNA檢測平臺中各項(xiàng)子系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，主要規(guī)劃內(nèi)容為STR在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)所遵循的動作序列；②依據(jù)試劑盒中不同類型染料所產(chǎn)生的染料集對光譜的分布矩陣進(jìn)行查找，同時(shí)按照求逆運(yùn)算法則對非規(guī)則性的矩陣進(jìn)行處理，以提前獲取光譜校正的矩陣；③將命令集發(fā)送至DNA檢測儀器的硬件平臺中，通過指令控制檢測儀器完成STR的數(shù)據(jù)采集，采集完成后對實(shí)時(shí)光譜及基線進(jìn)行調(diào)整與處理；④采集得來的數(shù)據(jù)包括文件信息、用戶信息、樣本信息、染料集信息、儀器信息、運(yùn)行信息、光譜及空間校正信息、電泳檢測過程數(shù)據(jù)信息及光譜數(shù)據(jù)信息等，以ABIF及FID的信息數(shù)據(jù)格式為基礎(chǔ)，將采集得來的信息生成為DNA數(shù)據(jù)信息。

通過STR數(shù)據(jù)預(yù)處理，成功建立了IdentifilerTM、DNATyperTM15等不同試劑盒性能下染料的光譜矩陣及其校正信息文件，根據(jù)IdentifilerTM試劑盒的光譜校正結(jié)果可得，毛細(xì)管的染料光譜順序正確、無大范圍光譜峰傾斜或交疊等情況發(fā)生，DNATyperTM15試劑盒的光譜校對則顯示原始的光譜數(shù)據(jù)圖顏色順序正確，同樣無大范圍光譜峰傾斜或交疊，在上述數(shù)據(jù)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，本研究選取不同的檢驗(yàn)材料（如唾液、骨骼、精液、牙齒、血液、脫落細(xì)胞等）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證，最終結(jié)果與國外相關(guān)DNA檢測平臺的結(jié)果相類似，證明本研究中的數(shù)據(jù)預(yù)處理關(guān)鍵方法適用于相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，且可取得科學(xué)的檢測結(jié)果。

3結(jié)論

在本研究中，通過設(shè)計(jì)空間校正，實(shí)現(xiàn)對面陣CCD有效成像區(qū)域的選擇；通過探究光譜校正模式的機(jī)理，有效解決不同類型熒光染料的光譜重疊的問題；通過設(shè)計(jì)STR數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)中的相關(guān)步驟，完成對DNA數(shù)據(jù)信息的格式轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)整個數(shù)據(jù)預(yù)處理過程。DNA檢測技術(shù)通過對人體的DNA信息數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、處理與解析，能夠有效促進(jìn)人類對疾病及生物方面的認(rèn)知，在疾病控制、藥物選擇以及法醫(yī)檢驗(yàn)等方面發(fā)揮積極總用，從而提升人類社會的生活水平。

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編輯/申磊