АВТОМАТИЗАЦИЯ КАРИОТИПИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОГРАММЫ IMAGEJ ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЙ

АВТОМАТИЗАЦИЯ КАРИОТИПИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПРОГРАММЫ IMAGEJ ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЙ
НЕСТАБИЛЬНОСТИ В УСЛОВИЯХ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Н.А. Энглевский, Д.В. Волков, Г.Ю. Васюков
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск
Кафедра биологии и генетики
В настоящее время хромосомный анализ - это не просто описание кариотипа, но и
изучение хромосом с помощью комплекса методов, позволяющих получать разностороннюю
информацию об изучаемом объекте. Наиболее интенсивно развиваются исследования в тех
областях, где они могут быстро приносить практическую пользу (медицинская цитогенетика,
включая пренатальную диагностику наследственных заболеваний, селекция новых сортов
растений и пород животных и др.). В то же время, последнее десятилетие ознаменовалось
стремительным прорывом в развитии науки, связанным с расшифровкой генома человека и
ряда других видов животных, растений и микроорганизмов [1, 2].
Кафедра биологии и генетики СибГМУ имеет возможность проводить хромосомный
анализ и кариотипирование у таких объектов исследования как мухи-дрозофилы,
лабораторные животные и человек. При этом до настоящего времени не было возможности
проводить такой анализ эффективно и с большой производительностью.
Актуальным, в связи с этим, является автоматизация процесса кариотипирования и
получение возможности избавиться от рутинного труда, связанного с ручной обработкой
хромосом, подсчета их размеров, построение кариограммы, сортировки.
Целью данной работы было создание программного обеспечения для автоматической
или полуавтоматической обработки процесса кариотипирования получаемых метафазных
пластинок.
Рисунок 1. Фрагмент отчета по различным показателям при кариотипировании при
помощи макроса.
В ходе выполнения работы нами была создана программа, которая в
полуавтоматическом режиме выполняет выделение, подсчет хромосом, и производит расчет
параметров, которые характеризуют данную метафазную пластинку. Программа также
выполняет сортировку хромосом по размеру, выполняет построение кариограмм, которые
позволяют классифицировать и визуально анализировать хромосомы и помогает
исследователю выявлять хромосомные нарушения.
Программа была написана в виде макроса программы ImageJ на языке Java, что
позволяет использовать ее на любой платформе, включая Windows 98/2000/NT/XP/Vista, Mac
OS, Linux [3,4].
При запуске макроса происходит автоматическое выделение и обсчет хромосом по
заданным параметрам с созданием файла в виде электронной таблицы, позволяющей
сортировать и анализировать метафазные пластинки, сравнивать контрольные и опытные
хромосомы или пластинки между собой. После этого по полученным данным создается htmlдокумент, в котором слева отображается исследуемая пластинка, а справа – попарно
отсортированные по размеру изображения
использованием знаний о структуре хромосом.
хромосом,
которые
анализируют
с
Рисунок 2. Фрагмент работы программы.
В программе могут использоваться изображения любого формата и расширения, а
также могут быть проанализированы изображения с микроскопа, напрямую подключенного
к компьютеру.
Программа протестирована на хромосомных пластинках культуры Т-лимфоцитов
здоровых людей и на культуре К562 (эритромиелоидная лейкемия) предоставленной НИИ
онкологии ТНЦ СО РАН. Полученные в ходе анализа с использованием программы
результаты, достоверно (p<0,05) совпадают с данными, полученными при ручном
кариотипировании. С помощью программы удалось упростить подсчет и сравнительный
анализ кариограмм.
Программа может использоваться как в клинической лабораторной практике, так и для
проведения научно-исследовательских работ. При массовых исследованиях такая программа
является незаменимой в плане экономии времени и труда эксперта.
Для хромосомного анализа в макросе необходимы изображения с раздельно лежащими
хромосомами, но в данный момент идет разработка автоматического разделения
контактирующих и наложенных друг на друга хромосом. Так же в дальнейшие планы
разработки входит создания сайта, внедрение данной программы в виде апплета - сервлета и
ее использование в рамка проекта «телемедицина».
1.
2.
3.
4.
Список литературы:
Пантелеев, В. Г. Компьютерная микроскопия / В. Г Пантелеев, О. В. Егорова, Е. И.
Клыкова. – М. : Техносфера, 2005. - 304 с.
Чернышов В. Н. Медицинская цитогенетика / В. Н. Чернышов, Ю. Б. Юров, С. Г.
Ворсанова – М : Медпрактика, 2006. - 318с.
Abramoff, M. D., Magelhaes, P. J., Ram, S. J. Image Processing with ImageJ. Biophotonics
International, volume 11, issue 7, pp. 36 - 42, 2004.
Rasband, W. S., ImageJ [ Электронный ресурс ], U. S. National Institutes of Health, Bethesda,
Maryland, USA, http://rsb.info.nih.gov/ij