Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск
Кафедра биологии и генетики
Эта работа опубликована в сборнике статей по материалам Международной 69-й научной итоговой студенческой конференции, посвященной 200-летию со дня рождения Н.И. Пирогова (г.Томск, 11-13 мая, 2010 год); под реакцией академика РАМН В.В. Новицкого, член. корр. РАМН Л.М. Огородовой
Посмотреть титульный лист сборника
Скачать сборник целиком (1,4 мб)
Актуальность: к одному из новых и перспективных направлений в современной науке в настоящее время относят информационные технологии, направленные на решение задач распознавания образов и анализа изображений различных объектов научных исследований. В последние годы проблема разработки и оценки методов автоматического анализа формы и состояния различных биологических объектов, информация о которых представлена в виде изображений, является актуальной во многих отраслях человеческой деятельности. Современные компьютерные программы анализа изображения могут «различать» на цифровом изображении до 255 градаций яркости, а человеческий глаз на порядок меньше [1].
Применение оптических методов для изучения ландшафта хроматина – актуальное направление в анализе цитологических изображений.
Известно, что ДНК интерфазного ядра представлена в виде хроматина, плотность которого зависит от уровня спирализации хромосом. Участки хромосом, претерпевающие после метафазы митоза обратное развитие и не обнаруживаемые в метаболически активном ядре, носят название эухроматина (в генетическом аспекте – функционально активного хроматина). В противоположность эухроматину, существует гетерохроматин – это участки хромосом, находящиеся в течение длительного времени в интерфазном ядре в упакованном состоянии. Известно, что в областях гетерохроматина отсутствует транскрипционная активность [2]. Динамическое равновесие эу- и гетерохроматина является индивидуальным показателем для каждого типа клеток, а его изменения отражают процессы экспрессии генов, транскрипции и трансляции. Это сопровождается видоизменением ландшафта хроматина интерфазного ядра [3].
Цель: провести изучение функциональной активности различных типов клеток при помощи оценки размеров гетерохроматиновых и эухроматиновых районов в их ядрах на основе автоматизированного анализа изображений.
Материал и методы: для изучения хроматинового ландшафта были использованы клетки культуры лимфоцитов человека, выращенные in vitro в интактной среде и в среде, содержащей вакцину полиомиелита. При культивировании использовалась стандартная методика, предложенная Moorсhead [4].
Приготовленные препараты микроскопировали и делали цифровые снимки. Изображение получали с обычного светового микроскопа, оснащенного тринокуляром, при помощи цифровой фотокамеры с разрешающей способностью 1600х1200 пикселей, специально оборудованной устройством для установки на тубус микроскопа. После обнаружения на препарате нужного поля зрения и качественного наведения резкости изображения производили съемку.
Подготовку изображения и собственно анализ изображения проводили с использованием программы ImageJ, разработанной by Wayne Rasband, National Institutes of Health, USA и свободно доступной на публичном домене в сети Internet. Эта программа была использована для создания модуля оценки параметров ядер и изучения его ландшафта была использована программа ImageJ [5].
Результаты: в результате работы был создан модуль, позволяющий автоматизировать процесс выделения участков и анализа хроматинового ландшафта. Данный модуль был использован для изучения изображений клеток, участвующих в исследовании. При анализе были обнаружены различия в показателях, описывающих ландшафт хроматина клеточного ядра (размере гетерохроматиновых областей и их количестве) между здоровыми и патологическими клеточными субпопуляциями (p<0,05). Данный диагностический критерий совместно с используемым модулем для анализа позволяет выявлять точные количественные различия между клетками, которые невозможно оценить субъективно. Такой подход позволяет усовершенствовать цитологические исследования.
Выводы:
1. Для автоматизации изучения хроматинового ландшафта клеток был создан модуль для программы ImageJ.
2. Использование предлагаемого подхода позволило выявить достоверные различия (p<0,05) в структуре хроматина интактных клеток и клеток под воздействием вакцины полиомиелита.
3. Предлагаемый модуль позволяет выявлять особенности хроматинового ландшафта клеток здоровых и патологических клеточных субпопуляций.
Список литературы:
1. Архипов С.А. Перспективы использования метода цветокодирования при анализе изображений цитологических объектов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2009. – №6.-С. 8-19.
2. Прокофьева-Бельговская, А. А. Гетерохроматические районы хромосом / А. А. Прокофьева-Бельговская. – М.: Наука, 1986. – 430 с.
3. Прокофьева-Бельговская, А. А. Основы цитогенетики человека / А.А. Прокофьева-Бельговская. – М: Медицина, 1969. – 544 с.
4. Rasband, W.S., ImageJ, U. S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA
5. Abramoff, M.D., Magelhaes, P.J., Ram, S.J. "Image Processing with ImageJ". Biophotonics International, volume 11, issue 7, pp. 36-42, 2004.
