用于蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本教導涉及用于分析多個樣品的熔解曲線數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法的實施方案。根據(jù)多個實施方案，為了適應蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的復雜性，熔解溫度(Tm)可通過一系列不同類型的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)來確定，所述蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)在多種分析屬性上具有可變性。多個樣品的組合，連同數(shù)據(jù)的復雜性產(chǎn)生了以很容易方便最終用戶分析數(shù)據(jù)的方式處理所述數(shù)據(jù)的需要。本教導的交互式圖形用戶界面(GUI)的多個實施方案提供了可由最終用戶進行的快速且連續(xù)的變化，從而顯示蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)以允許此類分析。
【專利說明】用于蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)和方法
[0001]相關申請的交叉引用:
[0002]本申請要求于2011年2月I日提交的美國臨時專利申請第61/438621號、于2011年3月8日提交的美國臨時專利申請第61/450306號和于2011年6月14日提交的美國臨時專利申請第61/496980號的優(yōu)先權，所述申請全部在此通過引用并入本文中。
[0003]背景
[0004]正如蛋白化學領域中的技術人員可獲悉的，蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)可發(fā)生很大的變化，并且可在多種分析屬性上展現(xiàn)出可變性。此類分析屬性可包括，例如但不限于曲線形狀、背景信號、信號幅度的變化以及噪聲。
[0005]用于蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)分析的本教導的系統(tǒng)和方法(其中可確定熔解溫度(Tm))，滿足了客觀且一致地分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的需要。對于蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)，例如在高通量分析中，可處理多個蛋白樣品，這可產(chǎn)生一組蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)，其在一系列分析屬性上展現(xiàn)出高可變性。
[0006]同時處理的多個樣品的組合，連同數(shù)據(jù)的復雜性，產(chǎn)生了以容易幫助最終用戶評價數(shù)據(jù)的方式處理數(shù)據(jù)的需要。
[0007]附圖簡述
[0008]圖1的框圖說明了示例性計算機系統(tǒng)的元件，所述計算機系統(tǒng)可應用于用于處理熔解曲線分析的蛋白樣品的系統(tǒng)的控制和連接中。
[0009]圖2為可用于熔解曲線分析的蛋白樣品的處理的一些儀器特征的實例的框圖。
[0010]圖3為用于分析熔解曲線數(shù)據(jù)的交互式GUI的多個實施方案的輸入示意圖/輸出示意圖。
[0011]圖4的流程圖描述了用于分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法的多個實施方案。
[0012]圖5的流程圖描述了用于分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法的多個實施方案。
[0013]圖6的流程圖描述了用于分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法的多個實施方案。
[0014]圖7的圖示說明了用于多相蛋白熔解的峰選擇的方法的多個實施方案。
[0015]圖8的圖示說明了用于多相蛋白熔解的峰選擇的方法的多個實施方案。
[0016]圖9為根據(jù)本教導中系統(tǒng)和方法的多個實施方案的交互式⑶I的不例性窗口。
[0017]圖1OA和圖1OB為圖9的⑶I的實施方案的示例性部分，其顯示了示例性彈出窗口的功能選擇的作用。
[0018]圖11為根據(jù)本教導中系統(tǒng)和方法的多個實施方案的交互式GUI的示例性窗口。
[0019]圖12為圖9的交互式GUI的實施方案的示例性部分，其顯示了最終用戶比較熔解溫度(Tm)確定的多個實施方案的交互性質。
[0020]圖13為圖9的交互式GUI的實施方案的示例性部分，其顯示了最終用戶選擇用于分析熔解溫度(Tm)確定的多個實施方案的目標溫度區(qū)域的交互性質。
[0021]圖14為圖9的交互式GUI的實施方案的示例性部分，其顯示了用于觀察熔解溫度(Tffl)確定的多個實施方案的選擇數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的擬合的設施。
[0022]圖15為本教導中交互式GUI的實施方案的示例性部分，其顯示了用于觀察顯示多相熔解的數(shù)據(jù)的擬合的設施。
[0023]圖16為圖14的交互式⑶I的實施方案的示例性部分，其顯示了用于觀察顯示多相的數(shù)據(jù)的擬合的設施。
[0024]圖17A和圖17B顯示了根據(jù)提供蛋白熔解分析的系統(tǒng)的多個實施方案的交互式GUI的特征，其顯示了用于觀察曲線與共有y軸對齊的多條曲線的設施。
[0025]圖18為顯示了用于傳送重復數(shù)據(jù)組相關信息的本教導中的多個實施方案的交互式⑶I的特征。
[0026]圖19的圖表描述了根據(jù)本教導中交互式GUI的系統(tǒng)和方法的多個實施方案,其描述了最終用戶可接收的標志通知的多種條件圖20描述了根據(jù)提供蛋白熔解分析的系統(tǒng)的多個實施方案的交互式GUI的特征的示例性部分，其顯示了用于觀察多種參數(shù)對重復數(shù)據(jù)組的影響的設施。
[0027]圖21描述了根據(jù)提供蛋白熔解分析的系統(tǒng)的多個實施方案的交互式GUI的特征的示例性部分，其顯示了經(jīng)由示例性彈出窗口的選擇用于觀察多種參數(shù)對重復數(shù)據(jù)組的影響的設施。
[0028]圖22是圖19的交互式GUI的實施方案的示例性部分，其顯示了用于觀察多種參數(shù)對重復數(shù)據(jù)組的影響的設施。
[0029]圖23是圖19的交互式GUI的實施方案的示例性部分，其顯示了用于觀察多種參數(shù)對重復數(shù)據(jù)組的影響的設施。
[0030]圖24A和圖24B為本教導中交互式⑶I的實施方案的示例性部分,其顯示了用于觀察顯示出雙相熔解的所選數(shù)據(jù)集的設施。圖24C是本教導的交互式GUI的實施方案的示例性部分，其顯示了用于觀察多種參數(shù)對圖24A和圖24B中選擇的數(shù)據(jù)集的重復數(shù)據(jù)組的影響的設施。
[0031]圖25A描述了根據(jù)提供蛋白熔解分析的系統(tǒng)的多個實施方案的交互式GUI的特征的示例性部分，其顯示了經(jīng)由示例性彈出窗口的選擇用于觀察Λ 所選正閾值的結果的設施。圖25Β是圖25Α的交互式GUI的實施方案的示例性部分，其顯示了用于觀察落入所選正閾值的重復數(shù)據(jù)組的設施。
[0032]圖26Α描述了本教導中交互式⑶I的特征的示例性部分，其顯示了經(jīng)由示例性彈出窗口的選擇用于觀察Λ Tm的所選負閾值的結果的設施。圖26Β是圖25Α的交互式GUI的實施方案的示例性部分，其顯示了用于觀察落入所選負閾值的重復數(shù)據(jù)組的設施。
[0033]詳述
[0034]本教導涉及容易幫助最終用戶分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法的實施方案。根據(jù)多個實施方案，熔解溫度CU可通過一系列不同類型的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)從蛋白熱穩(wěn)定性研究來確定，所述蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)可在多種分析屬性上展現(xiàn)出可變性。對于多個實施方案，分析屬性可包括，例如但不限于曲線形狀、背景信號、信號幅度的變化以及噪聲。另夕卜，多個樣品可在多種實驗條件下進行處理，從而產(chǎn)生最終用戶可評價的大量數(shù)據(jù)。對于多個實施方案，由于產(chǎn)生數(shù)據(jù)的復雜性和數(shù)量，本教導的系統(tǒng)和方法提供了最終用戶分析和評價數(shù)據(jù)的容易便利性。根據(jù)多個實施方案，提供了交互式圖形用戶界面(GUI)以方便最終用戶分析和評價數(shù)據(jù)。在多個實施方案中，交互式GUI可為能提供允許最終用戶連續(xù)并快速分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的各種特征的交互式工具。根據(jù)多個實施方案，交互式GUI可允許最終用戶連續(xù)并快速分析和評價蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)和用于確定Tm的數(shù)據(jù)亞集。對于多個實施方案，交互式GUI可允許最終用戶連續(xù)并快速分析和評價蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)和關于重復組數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)亞集，例如多個實驗變量對重復數(shù)據(jù)集的影響，以及與所選組的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)有關的重復的集中趨勢和方差。
[0035]本領域技術人員可認識運用蛋白的熔解溫度(Tm)的確定情況的各種測定。其中具有例如三級結構的蛋白，從所述三級結構變成無規(guī)卷曲結構的過程在本領域中被稱為，例如但不限于蛋白變性、蛋白解折疊和蛋白熔解。此外，在多種樣品溶液條件下，蛋白可顯示出針對該蛋白所觀察到的Tm的變化或移位為所述樣品溶液條件的函數(shù)。多個術語例如熱熔解測定(TMA)、熱轉移測定(TSA)、蛋白熱轉移(PTS)分析和差示掃描熒光光譜(DSF)是其中一種或多種蛋白的Tm的確定情況對分析是至關重要的領域中的術語的實例。
[0036]關于蛋白化學適用的測量科學的方面，可以觀察到檢測器信號幅度的變化為蛋白折疊狀態(tài)的變化的函數(shù)。在這方面，由于熒光信號幅度隨施加于蛋白樣品的溫度而變化，可基于所述熒光信號幅度的增加或減少來進行多種分析。
[0037]例如，在多種分析中，信號幅度可源自蛋白的氨基酸殘基例如色氨酸。如本領域的技術人員所獲悉的，色氨酸的最大熒光發(fā)射的強度、量子產(chǎn)率和波長是非常依賴于溶劑的。隨著色氨酸殘基周圍溶劑極性的降低，熒光色譜位移至較短的波長并且熒光的強度增加。因此，當?shù)鞍捉庹郫B時，埋藏的色氨酸殘基可暴露于更極性水溶劑環(huán)境中，以致從折疊狀態(tài)到解折疊狀態(tài)可觀察到減少的信號幅度。
[0038]不是使用源自蛋白分子的固有信號，其它分析可運用染料以指示蛋白的折疊狀態(tài)。例如，可運用例如Sypro?Orange的熒光染料以監(jiān)測蛋白的折疊狀態(tài)。對于極性溶劑
環(huán)境中的Sypro? Orange，觀察到熒光信號的淬滅。對于與溶液中折疊蛋白的表面基團相
關的SypiO?Orange，所述染料是在水環(huán)境中，以致其熒光信號被淬滅。當?shù)鞍桌美?br> 熱解折疊來解折疊時，可暴露疏水區(qū)或疏水殘基。接著Sypro?Omnge可結合疏水區(qū)或
疏水殘基，從而可增加熒光。對于此類Sypro?Orange測定，接著可觀察到從折疊狀態(tài)到
解折疊狀態(tài)增加的信號幅度。染料例如1-苯胺基萘-8-磺酸(1，8-ANS)和4，4’ - 二苯胺基-1，I’ -聯(lián)萘_5，5’ - 二磺酸(雙-ANS)，其在水環(huán)境中淬滅，已顯示可用于監(jiān)測蛋白的折疊,其中，1,8-ANS和雙-ANS的熒光在例如蛋白再折疊的過程中可大大增加。
[0039]如蛋白質科學領域中的普通技術人員所獲悉的，可出于多種原因在學術界以及工業(yè)中進行蛋白熱穩(wěn)定性的監(jiān)測。為了研究例如由定向誘變研究所引起的靶蛋白的突變，可進行例如但不限于，蛋白熔解曲線研究或熱研究。此外，可進行蛋白熱穩(wěn)定性研究以篩選由于多種體外處理和保存條件對蛋白穩(wěn)定性的影響。此類蛋白熱穩(wěn)定性研究可篩選多種添加物，例如緩沖液、配體和有機試劑可以對目標蛋白的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。侯選藥物對蛋白靶標的結合的高通量篩選也可通過侯選藥物的結合可以對蛋白熱穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響來監(jiān)測。因此，鑒定影響蛋白熱穩(wěn)定性的條件可提高影響蛋白純化、結晶和功能性表征的多種所需條件的鑒定。
[0040]正如隨后將更詳細討論的，系統(tǒng)和方法的多個實施方案可運用從蛋白熔解測定的全部限定的溫度范圍收集起來的檢測器信號數(shù)據(jù)。此類信號可存儲于各種計算機可讀介質中。在本教導的多個實施方案中，可提供計算機程序產(chǎn)品，其可包括有形計算機可讀存儲介質，其內容包括具有這樣的指令的程序，當在處理器上實施時，該指令執(zhí)行用于向最終用戶提供連續(xù)并快速分析和評價蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的能力的方法。
[0041]圖1的框圖說明了可用于根據(jù)多個實施方案執(zhí)行處理功能的計算機系統(tǒng)100，依靠該計算機系統(tǒng)可實施本教導的實施方案。計算機系統(tǒng)100可包括一個或多個處理器，例如處理器104。處理器104可利用通用用途或特殊用途的處理引擎(例如微處理器、控制器或其它控制邏輯)來實施。在該實例中，處理器104與總線102或其它通信介質連接。
[0042]此外，應理解的是，圖1的計算機系統(tǒng)100可以多種形式的任何一種呈現(xiàn)，例如機架式計算機、大型機、超級計算機、服務器、客戶端、臺式電腦、筆記本電腦、平板電腦、手持計算設備(如PDA、手機、智能手機、掌上電腦等)、集群網(wǎng)格、上網(wǎng)本、嵌入式系統(tǒng)、或者任何其它類型的特殊用途或通用用途的計算設備，其是給定應用或環(huán)境所需或適用的。此外，計算機系統(tǒng)100可包括傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)包括客戶端/服務器環(huán)境以及一個或多個數(shù)據(jù)庫服務器，或帶有LIS/LIMS基礎設施的集成。一些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)，并包括無線元件和/或有線元件，是本領域中已知的。此外，客戶端/服務器環(huán)境、數(shù)據(jù)庫服務器和網(wǎng)絡在本領域中都是有良好記錄的。
[0043]計算機系統(tǒng)100可包括總線102或用于通信的其它通信機制，以及與總線102耦合的用于處理信息的處理器104。
[0044]計算機系統(tǒng)100還包括存儲器106，其可為與總線102耦合的用于存儲由處理器104執(zhí)行的指令的隨機存取存儲器(RAM)或其它動態(tài)存儲器。存儲器106還可用于在由處理器104執(zhí)行指令的執(zhí)行期間存儲臨時變量或其它中間信息。計算機系統(tǒng)100進一步包括與總線102耦合的用于存儲靜態(tài)信息和處理器104的指令的只讀存儲器(ROM) 108或其它靜態(tài)存儲設備。
[0045]計算機系統(tǒng)100還可包括存儲設備110，例如提供與總線102耦合的用于存儲信息和指令的磁盤、光盤、或固態(tài)驅動器(SSD)。存儲設備110可包含介質驅動器和移動式存儲接口。介質驅動器可包括驅動器或其它機制以支持固定式存儲介質或移動式存儲介質，例如硬盤驅動器、軟盤驅動器、磁帶驅動器、光盤驅動器、⑶驅動器或DVD驅動器(R或RW)、閃存驅動器或其它移動式或固定式介質驅動器。正如這些實例所示，存儲介質可包括在其中存儲有特定的計算機軟件、指令和/或數(shù)據(jù)的計算機可讀存儲介質。
[0046]在備選的實施方案中，存儲設備110可包括其它類似的工具，用于允許將計算機程序或者其它指令或數(shù)據(jù)加載到計算機系統(tǒng)100中。此類工具可包括，例如移動式存儲單元和接口，例如程序盒和盒式接口、移動式存儲器(例如，閃存或其它移動式存儲器模塊)和存儲器插槽以及允許軟件和數(shù)據(jù)從存儲設備110傳輸至計算機系統(tǒng)100的其它移動式存儲單元和接口。
[0047]計算機系統(tǒng)100還可包括通信接口 118。通信接口 118可用于允許軟件和數(shù)據(jù)在計算機系統(tǒng)100和外部設備之間傳輸。通信接口 118的實例可包括調制解調器、網(wǎng)絡接口(如以太網(wǎng)或其它NIC卡)、通信端口(例如如，USB端口、RS-232C串行端口)、PCMCIA插槽、PCMCIA卡、藍牙等。經(jīng)由通信接口 118傳輸?shù)能浖蛿?shù)據(jù)為這樣的信號形式，該信號可以為能被通信接口 118接收的電子信號、電磁信號、光信號或其它信號。這些信號可通過諸如無線介質、電線或電纜、光纖或其它通信介質的通道由通信接口 118來發(fā)送和接收。通道的一些實例包括電話線、手機鏈接、RF鏈路、網(wǎng)絡接口、局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)及其它通信通道。
[0048]計算機系統(tǒng)100可通過通信接口 118與顯示器112通信，例如用于向計算機用戶顯示信息的陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、發(fā)光二極管(LED)顯示器。在多個實施方案中，計算機系統(tǒng)100可通過總線與顯示器耦合。輸入設備114，包括字母數(shù)字鍵和其它鍵，與總線102耦合，用于向處理器104通信信息和命令選擇。例如，輸入設備也可為顯示器，如配置具有觸屏輸入功能的IXD顯示器。用戶輸入設備的另一種類型是光標控制116，例如鼠標、軌跡球或光標方向鍵，用于向處理器104通信方向信息和命令選擇和用于在顯示器112上控制光標的移動。該輸入設備通常在兩個軸(第一軸(例如，X)和第二軸(例如，y))上具有二維自由度，其允許設備在平面內指定位置。計算機系統(tǒng)100提供了數(shù)據(jù)處理并對此類數(shù)據(jù)提供了置信水平。與本教導中實施方案的某些實施一致，計算機系統(tǒng)100提供數(shù)據(jù)處理和置信值，以響應處理器104執(zhí)行的包含于存儲器106中的一個或多個指令的一個或多個序列。此類指令可從另一種計算機可讀介質，如存儲設備110讀入存儲器106中。存儲器106中包含的指令序列的執(zhí)行導致處理器104進行本文所述的處理狀態(tài)?；蛘撸步泳€電路可用于代替或結合軟件指令以實施本教導的實施方案。因此，本教導中實施方案的實施并不限于硬件電路和軟件的任何特定組合。
[0049]本文所用術語“計算機可讀介質”和“計算機程序產(chǎn)品”通常是指參與向處理器104提供用于執(zhí)行的一個或多個序列或一個或多個指令的任何介質。此類指令，通常被稱作“計算機程序代碼”(其可以計算機程序或其它分組的形式分組)，當執(zhí)行時，能使計算機系統(tǒng)100進行本發(fā)明的實施方案的特征或功能。計算機可讀介質的這些形式和其它形式可采用很多形式，包括但不限于非易失性介質、易失性介質和傳輸介質。非易失性介質包括例如，固態(tài)硬盤、光盤或磁盤，比如存儲設備110，易失性介質包括動態(tài)存儲器，例如存儲器106。傳輸介質包括同軸電纜、銅線和光纖，包括與總線102的連通性。
[0050]計算機可讀介質的常見形式包括例如，軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶或任何其它磁性介質、CD-ROM、任何其它光學介質、穿孔卡、紙帶、帶有孔圖案的任何其它物理介質、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPR0M、任何其它存儲芯片或盒、如下文所述的載波，或者計算機可讀取的任何其它介質。
[0051]計算機可讀介質的各種形式可攜帶一個或多個指令的一個或多個序列至處理器104用于執(zhí)行。例如，所述指令最初可攜帶在遠程計算機的磁盤上。所述遠程計算機可將所述指令加載到其動態(tài)存儲器中并用調制解調器通過電話線發(fā)送指令。計算機系統(tǒng)100的本地調制解調器可接收電話線上的數(shù)據(jù)并用紅外發(fā)射器將數(shù)據(jù)轉換成紅外線信號。與總線102耦合的紅外檢測器可接收紅外線信號中攜帶的數(shù)據(jù)并將所述數(shù)據(jù)置于總線102上。總線102將所述數(shù)據(jù)攜帶至存儲器106，從存儲器106中，處理器104檢索并執(zhí)行指令。在由處理器104執(zhí)行之前或之后，通過存儲器106接收的指令可任選存儲于存儲設備110上。
[0052]若適用的話，本領域技術人員應認識到，多個實施方案的操作可使用硬件、軟件、固件或其組合來實施。例如，可在軟件、固件或硬線邏輯的控制下使用處理器或其它數(shù)字電路來進行某些處理。(正如本領域技術人員進行所述功能應認識到的，本文術語“邏輯”是指固定的硬件、可編程邏輯和/或其合適的組合)。軟件和固件可存儲于計算機可讀介質上。一些其它處理可利用模擬電路來實施，如本領域普通技術人員所熟知的。此外，存儲器或其它存儲以及通信元件可應用于本發(fā)明的實施方案中。[0053]為清楚起見，應理解的是以上描述已參考不同的功能單元和處理器來描述本發(fā)明的實施方案。然而，顯而易見的是在不損害本發(fā)明的情況下可使用不同的功能單元、處理器或域之間功能性的任何合適的分布。例如，說明由單獨的處理器或控制器執(zhí)行的功能可通過同一處理器或同一控制器來執(zhí)行。因此，提及特定的功能單元僅被視為提及用于提供所述功能的合適方式，而非指示嚴格的邏輯或物理結構或組織。
[0054]本教導中用于分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)的多個實施方案可運用圖2所示的框圖中所述的循環(huán)儀的多個實施方案。
[0055]正如前面所提及的，其中蛋白可解折疊的一種方法是通過利用熱解折疊，其中隨著溫度的升高可進行解折疊。本教導中用于分析蛋白熔解曲線的方法和系統(tǒng)的多個實施方案可運用如圖2所示框圖中所述的熱循環(huán)儀的多個實施方案。如圖2所示，熱循環(huán)儀可包括置于樣品支持設備中含有的多份樣品216之上的加熱蓋214。在多個實施方案中，樣品支持設備也可為具有多個樣品區(qū)的玻璃的、金屬的或塑料的載片或基底，其樣品區(qū)在所述樣品區(qū)和加熱蓋214之間有蓋。樣品支持設備的一些實例可包括，但不局限于多孔板，例如標準的微量滴定的96孔板、384孔板、能夠在每次分析時處理幾千個樣品的微型設備、或微卡、或基本平的支持物，例如各種微流體裝置，微卡設備和從例如但不限于玻璃的、金屬的或塑料的載片或基底構建的微芯片設備。樣品支持設備的多個實施方案的樣品區(qū)可包括凹陷、凹口、洞、隆起及其組合，以在載片或基底的表面上形成規(guī)則或不規(guī)則的陣列來定制。熱循環(huán)儀的多個實施方案可包括樣品塊218、用于加熱和冷卻的元件220以及熱交換器222。
[0056]熱循環(huán)儀的多個實施方案可同時處理多個樣品，并且可用于蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的生成和采集。在圖2中，熱循環(huán)系統(tǒng)200的多個實施方案提供了針對多個生物樣品中的各樣品的運行時間信號采集的檢測系統(tǒng)，在進行用于產(chǎn)生蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的全部溫度范圍內。檢測系統(tǒng)可具有發(fā)射電磁能量的照明源和檢測器或成像器210，用于從樣品支持設備中的樣品216中接收電磁能量。因此，雖然熱循環(huán)儀可為蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的生成和采集的可用平臺，但本領域技術人員應認識到，具有檢測和樣品調溫能力的儀器可用于產(chǎn)生蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)。
[0057]控制系統(tǒng)224可用于控制檢測器、加熱蓋和熱塊組件的功能。所述控制系統(tǒng)可通過熱循環(huán)儀200的用戶界面226由最終用戶訪問。如圖1所示，計算機系統(tǒng)100可用于提供熱循環(huán)儀的功能的控制以及用戶界面功能的控制。此外，計算機系統(tǒng)100可提供數(shù)據(jù)處理、顯示和報告準備功能。所有此類儀器控制功能可局部專用于熱循環(huán)儀，或者計算機系統(tǒng)100可提供所述控制、分析和報告功能的部分或全部的遠程控制。
[0058]如上所述，大量蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)可作為用于同一運行中分析的大量樣品各自的蛋白熔解測定的整個限定的溫度范圍中收集的檢測器信號數(shù)據(jù)來生成。由于大量的數(shù)據(jù)，連同蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的復雜性，本教導中系統(tǒng)和方法的多個實施方案提供了計算機可讀介質的實施方案，所述計算機可讀介質可從收集為檢測器信號輸出的初始蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)生成已處理的數(shù)據(jù)，所述檢測器信號輸出為樣品支持設備中各樣品的溫度的函數(shù)。
[0059]此外，本教導中系統(tǒng)和方法的多個實施方案提供了計算機可讀介質的實施方案，所述計算機可讀介質可允許最終用戶利用交互式用戶界面來靈活地和動態(tài)地分析大數(shù)據(jù)集及其所選子集。此類交互式用戶界面可有助于最終用戶選擇以下:例如但不限于一組新的分析參數(shù)，可分析數(shù)據(jù)的另一方法、為所選的重復的數(shù)據(jù)集檢查數(shù)據(jù)、以及用于所述重復集的相關統(tǒng)計以及檢查哪組數(shù)據(jù)集可以落入與目標樣品集相比的所選閾值內。
[0060]圖3描述了旨在傳達這樣的過程的輸入圖/輸出圖，通過該過程，用于分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法的多個實施方案可提供最終用戶動態(tài)分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)集的能力。如圖3所示，初始輸入可包括，例如但不限于板設置信息(set-upinformation)以及在整個運行中對各樣品收集的檢測器輸出信號。板設置信息包括識別樣品名稱、以及待測試條件例如緩沖液、配體或測試化合物的類型、蛋白樣品的類型等。在多個實施方案中，板設置信息稍后可用于識別復孔并展示針對包括重復統(tǒng)計結果在內的各測試條件的最終結果。根據(jù)本教導中系統(tǒng)和方法的多個實施方案，板設置信息可作為初始輸入由最終用戶在分析前輸入，并接著可以輸入生成結果的自動模式的多個實施方案中的分析引擎中。此類信息提供了條件值，所述條件例如但不限于樣品類型、樣品濃度、緩沖液類型以及很多其它的測定條件。在多個實施方案中，板設置信息可在運行后通過最終用戶利用測定條件的值的手工分配作為二次輸入來手動編輯。對于本教導中系統(tǒng)和方法的多個實施方案，分析組可通過最終用戶在運行前作為初始輸入或在運行后的分析期間作為二次輸入來限定。在多個實施方案中，最終用戶可從整個樣品支持設備(例如微量滴定板)限定樣品數(shù)據(jù)作為分析組。對于多個實施方案，分析組可包含來自多個樣品支持設備的樣品數(shù)據(jù)。在多個實施方案中，分析組可由最終用戶限定為來自選擇的樣品區(qū)，例如微量滴定板的孔中的樣品數(shù)據(jù)，所述選擇的樣品區(qū)選自一個或多個樣品支持設備。在多個實施方案中，選自單個樣品支持設備的樣品區(qū)的樣品數(shù)據(jù)可分成多個分析組。分析組可由在相同或不同的條件下測定的一個樣品的數(shù)據(jù)組成，或可由相同或不同的條件下測定的多個樣品的數(shù)據(jù)組成，或以上的任何組合。因此，本教導中系統(tǒng)和方法的多個實施方案向最終用戶提供了限定的動態(tài)靈活性，例如但不限于板設置信息、分析組、分析設置和閾值設置。
[0061]如圖3的分析引擎所示，計算機可讀介質的多個實施方案可采用初始輸入或二次輸入并生成已處理的熔解曲線數(shù)據(jù)，例如但不限于，檢測器信號響應相對溫度的熔解曲線圖、所述熔解曲線圖的η階導數(shù)圖、Tffl的確定、用于提醒最終用戶數(shù)據(jù)的各個方面及其分析的標志、以及由最終用戶識別的作為樣品重復的樣品組的重復組統(tǒng)計結果，其中多個重復組可包含分析組。自動模式或手動模式的分析設置利用初始輸入，例如檢測器輸出信息和板設置信息，其可用于生成如圖3所示的各樣品的孔水平的結果。最終用戶的板設置信息的輸入也可用于計算重復水平的結果和統(tǒng)計結果。在用于蛋白熔解曲線分析的系統(tǒng)和方法的多個實施方案中，用戶界面可顯示來自初始輸入的已處理數(shù)據(jù)的結果。對于本教導中系統(tǒng)和方法的多個實施方案，一旦通過用戶界面已復查來自初始輸入的已處理的數(shù)據(jù)的顯示情況，最終用戶可通過二次輸入的選擇來改變影響數(shù)據(jù)處理的參數(shù)。根據(jù)用于本教導的蛋白熔解曲線分析的系統(tǒng)和方法的多個實施方案，二次輸入是繼初始輸入后發(fā)生的任何用戶輸入。在這方面，對于本教導中系統(tǒng)和方法的多個實施方案，最終用戶可反復選擇用于分析和顯示數(shù)據(jù)的參數(shù)的方式數(shù)目并不受限制。此外，最終用戶可同時分析來自不同類型的計算機可讀介質上存儲的任何初始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在這方面，最終用戶可同時分析來自不同儀器、不同的運行、不同的實驗條件或最終用戶可期望選擇和分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的任何組合的數(shù)據(jù)。此類參數(shù)可包括，例如但不限于:分析設置、閾值分析、分析模式或Tm可如何確定的方法的選擇、用于比較樣品或重復組的Tm與另一樣品或另一重復組的Tm的方法、作為用戶選擇的實驗變量的函數(shù)的重復組顯示以及作為用戶確定的閾值的函數(shù)的重復組顯示。板設置的相關信息尤其可影響需要多于一個孔的所有結果，以產(chǎn)生如ATm、重復水平的標志和統(tǒng)計分析。
[0062]在圖4-圖6中，顯示了用于分析初始蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的方法的多個實施方案。在方法300的圖3、方法310的圖4和方法320的圖5的步驟10中，初始蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集由用于多個樣品的處理器來接收。如前面所述，所述初始蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)包括作為多個樣品中每一個樣品的溫度的函數(shù)的檢測器信號。
[0063]參考圖4-圖6，方法300和方法310的步驟20中，可分別進行多個樣品蛋白熔解曲線的每一個的預處理以對檢測收集的數(shù)據(jù)進行降噪。如信號處理領域中的技術人員所知悉的，降噪數(shù)據(jù)可包括例如但不限于以下的處理步驟:清理、歸一化、變換、特征提取和特征選擇。對于多個實施方案，可進行第一全局平滑(global smoothing)步驟,其中可去除較高頻率的噪聲元件。在多個實施方案中，可應用傅立葉變換平滑。依照多個實施方案，可進行第二局部平滑。在多個實施方案中，可進行局部回歸平滑，其中在限定的窗口內對樣品熔解曲線依次進行平滑處理。對于多個實施方案，可基于諸如數(shù)據(jù)點和系統(tǒng)噪聲的數(shù)目來選擇窗口。依照多個實施方案，可應用局部平滑函數(shù)例如但并不限于，二次回歸、線性回歸和Savitzky-Golay平滑函數(shù)。在多個實施方案中，可利用魯棒二次平滑函數(shù)或線性平滑函數(shù)。
[0064]參考方法300的圖4的步驟30和方法310的圖5的步驟40，對于用于分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的多種系統(tǒng)和方法，在預處理數(shù)據(jù)的步驟之后，可進行選擇分析區(qū)域的步驟。
[0065]根據(jù)用于分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法的多個實施方案，在確定分析區(qū)域的步驟后可將Boltzmann擬合應用于樣品蛋白熔解曲線中。根據(jù)多個實施方案，可通過以下給出描述Boltzmann擬合的等式:
【權利要求】
1.系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 處理器；和 與所述處理器通信的存儲器；所述存儲器存儲以下指令: 通過所述處理器接收一組蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)； 從初始熔解曲線數(shù)據(jù)生成并顯示已處理的熔解曲線數(shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)集； 向最終用戶呈遞用于交互式分析所述已處理的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)集的界面，其中所述交互式分析包括生成已處理的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的第二數(shù)據(jù)集的顯示，其中所述已處理的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的第二數(shù)據(jù)集響應于用戶輸入而生成。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)包括作為最終用戶所選分析組的溫度的函數(shù)的檢測器響應值。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一數(shù)據(jù)集和所述第二數(shù)據(jù)集的顯示為所述數(shù)據(jù)的Boltzmann擬合的顯示。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一數(shù)據(jù)集和所述第二數(shù)據(jù)集的顯示為所述數(shù)據(jù)的η階導數(shù)圖的顯示。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一數(shù)據(jù)集和所述第二數(shù)據(jù)集的顯示為顯示重復組集中趨勢和方差的菱形圖。
6.計算機可讀介質，其由處理器可執(zhí)行的用于分析蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的指令編碼，所述指令包括以下指令:` 接收多個樣品的一組蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)； 從初始熔解曲線數(shù)據(jù)生成并顯示已處理的熔解曲線數(shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)集；和 向最終用戶呈遞用于交互式分析所述已處理的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)集的界面，其中所述交互式分析包括生成已處理的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的第二數(shù)據(jù)集的顯示，其中所述已處理的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的第二數(shù)據(jù)集響應于用戶輸入而生成。
7.如權利要求6所述的計算機可讀介質，其中所述蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)包括作為最終用戶所選分析組的溫度的函數(shù)的檢測器響應值。
8.如權利要求6所述的計算機可讀介質，其中所述第一數(shù)據(jù)集和所述第二數(shù)據(jù)集的顯示為所述數(shù)據(jù)的Boltzmann擬合的顯示。
9.如權利要求6所述的計算機可讀介質，其中所述第一數(shù)據(jù)集和所述第二數(shù)據(jù)集的顯示為所述數(shù)據(jù)的η階導數(shù)圖的顯示。
10.如權利要求6所述的計算機可讀介質，其中所述第一數(shù)據(jù)集和所述第二數(shù)據(jù)集的顯示為顯示重復組集中趨勢和方差的菱形圖。
11.計算機執(zhí)行的方法，所述方法用于確定生物樣品中基因組基因座的基因型，所述方法包括: 通過處理器接收一組蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)； 在計算機上處理該組蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)，所述處理包括: 從初始熔解曲線數(shù)據(jù)生成并顯示已處理的熔解曲線數(shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)集；和向最終用戶呈遞用于交互式分析所述已處理的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)集的界面，其中所述交互式分析包括生成已處理的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的第二數(shù)據(jù)集的顯示，其中所述已處理的蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)的第二數(shù)據(jù)集響應于用戶輸入而生成。
12.如權利要求11所述的計算機執(zhí)行的方法，其中所述蛋白熔解曲線數(shù)據(jù)包括作為最終用戶所選分析組的溫度的函數(shù)的檢測器響應值。
13.如權利要求11所述的計算機執(zhí)行的方法，其中所述第一數(shù)據(jù)集和所述第二數(shù)據(jù)集的顯示為所述數(shù)據(jù)的Boltzmann擬合的顯示。
14.如權利要求11所述的計算機執(zhí)行的方法，其中所述第一數(shù)據(jù)集和所述第二數(shù)據(jù)集的顯示為所述數(shù)據(jù)的η階導數(shù)圖的顯示。
15.如權利要求11所述的計算機執(zhí)行的方法，其中所述第一數(shù)據(jù)集和所述第二數(shù)據(jù)集的顯示為顯示重復組集中趨勢和方差的菱形圖。
【文檔編號】G06F19/26GK103688264SQ201280015278
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年2月1日 優(yōu)先權日:2011年2月1日
【發(fā)明者】奈弗蒂塔·馬朱木達爾, 哈里森·梁, 吳若云 申請人:生命技術公司