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Das Probe Design Problem

Ein großes Problem beim Design von DNA-Chips ist die Auswahl geeigneter Teilstücke für den Chip. Durch die parallelen Reaktionen auf dem Chip ist es erforderlich, die auf dem Glasträger zu immobilisierenden Stücke so auszuwählen, dass anschließend auch tatsächlich Rückschlüsse auf die Zielsequenzen möglich sind. Dazu sind im wesentlichen drei Bedingungen zu erfüllen:

  1. Spezifität: Die Proben auf dem Chip sind so zu wählen, dass sie nur mit dem gewünschten komplementären Strang in der Menge der Zielsequenzen binden. Dazu ist für jede Zielsequenz ein kurzes Teilstück auszuwählen, das diese eindeutig charakterisiert, d.h. das in keiner anderen Sequenz vorkommt. Das Problem wird weiter dadurch verkompliziert, dass auch nicht perfekt komplementäre Stränge stabile Bindungen eingehen können. Entsprechende Teilstücke sind keine guten Kandidaten für Proben.

  2. Sensitivität: Oftmals soll nun mit einem Spot auf dem Chip nicht nur eine einzelne Sequenz erkannt werden, sondern eine ganze Familie verwandter Sequenzen. In diesem Fall muss die Chip-Probe mit jeder Sequenz dieser Familie binden (muss sensitiv sein), darf aber mit keiner anderen Sequenz reagieren ( soll spezifisch sein).

  3. Gleiche Hybridisierungsbedingungen: Auf der Chipoberfläche müssen einige hundert bis tausend solcher Reaktionen gleichzeitig ablaufen, wobei alle diese Reaktionen unter gleichen Bedingungen, d.h. unter gleichem Salzgehalt in der Reaktionslösung, bei gleichem pH-Wert und vor allem bei gleicher Temperatur stattfinden müssen.

Alle diese Probleme hängen voneinander ab, wodurch ein kompliziertes kombinatorisches Problem entsteht. Im Rahmen einer Diplomarbeit (Lars Kaderali, ,,Selecting Target Specific Probes for DNA-Arrays``) wurde am ZAIK ein Algorithmus entwickelt, der es dem biologischen Anwender erlaubt, geeignete Kandidaten für das Chipdesign auszuwählen.


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