(57)【要約】【課題】大量の実験データから測定値の偏り又は系統誤差を簡単に検出することができる実験データ解析方法を提供する。【解決手段】マイクロプレートの積層体の中心に原点を有するように立体座標系を設定する。全てのウエルの位置ベクトルを求める。全てのウエルに対する測定値を閾値と比較し、測定値が閾値以上である場合にフラグ１を付与し、測定値が閾値未満である場合にはフラグ０を付与する。位置ベクトルにフラグを乗算し、その総和を求める。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層した複数のマイクロプレートの中心に原点を有する立体座標を設定することと、
上記マイクロプレートのウエルの位置ベクトルを求めることと、
上記マイクロプレートのウエルに適量されたサンプルの測定値を閾値と比較することと、
上記閾値以上の測定値に対してフラグ１を付与し、上記閾値に満たない測定値に対してフラグ０を付与することと、
上記マイクロプレートのウエルの位置ベクトルに上記フラグを乗算し、その総和のベクトルを求めることと、
を含む実験データ解析方法をコンピュータに実行させるためにコンピュータによって読み取り可能なプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロプレートを用いた実験より得た数千から数万に及ぶ実験データを解析する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子生物学やゲノム創薬の分野では、様々な実験の過程において、特定の効果を有するサンプル（ＤＮＡやタンパク質、あるいは化合物）を選抜（スクリーニング）することが必要となることがある。また、スクリーニング自体が実験の目的であることもある。
【０００３】
近年、大量のサンプルを同時に解析するために、数百のウエルを有するマイクロプレートが用いられる。ウエルにサンプルをスポットし、それに試薬等を加えて、サンプルと反応させる。サンプルの蛍光物質を読み取り、計測値を得る。このようなマイクロプレートを数十枚用意することにより、一度の実験によって、数万個のサンプルの測定値を得ることができる。
【０００４】
こうして得られた数万個の実験データから目標となるデータを抽出する。例えば、所定の閾値を満たす有意なサンプルを選抜する。このようなデータの抽出法として、ハイスループットスクリーニング（ＨＴＳ）が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロプレートを用いた実験では、一度に大量の実験データが得られるが、全ての実験データが、完全に同一の実験条件下にて得られるとは限らない。例えば、実験機器又は測定機器の不具合、サンプル及び試薬の適量の不均一、等が起きる。更に、実験者による微小な操作ミス等も起きる。このような実験条件の変動に起因して、実験結果のデータに偏り又は系統誤差が生ずる。
【０００６】
実験データに偏り又は系統誤差が含まれると、目標となるデータを正確に抽出することが困難となる。また、偏り又は系統誤差を有する実験データは、データベースから削除する必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、大量の実験データから測定値の偏り又は系統誤差を簡単に検出することができる実験データ解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
マイクロプレートの積層体の中心に原点を有するように立体座標系を設定する。全てのウエルの位置は、位置ベクトルとして表わされる。
【０００９】
全てのウエルに対する測定値を閾値と比較し、測定値が閾値以上である場合にフラグ１を付与し、測定値が閾値未満である場合にはフラグ０を付与する。位置ベクトルにフラグを乗算し、その総和ベクトルを求める。総和ベクトルがゼロでない場合には、測定値に偏りがあると判定する。総和ベクトルの大きさと方向は、偏りの内容を示す。
【００１０】
全てのウエルに対する測定値と位置ベクトルから測定値の重心を求める。重心ベクトルがゼロでない場合には、測定値に偏りがあると判定する。重心ベクトルの大きさと方向は、偏りの内容を示す。
【００１１】
全てのウエルの測定値に対して、周囲の測定値に対する類似度を測定し、それを閾値と比較する。類似度が閾値以上である場合にフラグ１を付与し、類似度が閾値未満である場合にはフラグ０を付与する。位置ベクトルにフラグを乗算し、その総和ベクトルを求める。総和ベクトルがゼロでない場合には、測定値に偏りがあると判定する。総和ベクトルの大きさと方向は、偏りの内容を示す。
【００１２】
全てのウエルに対する測定値を閾値と比較し、測定値が閾値以上である場合に第１のフラグ１を付与し、測定値が閾値未満である場合には第１のフラグ０を付与する。全てのウエルの第１のフラグに対して、周囲の第１のフラグに対する類似度を測定し、それを閾値と比較する。類似度が閾値以上である場合に第２のフラグ１を付与し、類似度が閾値未満である場合には第２のフラグ０を付与する。位置ベクトルに第２のフラグを乗算し、その総和ベクトルを求める。総和ベクトルがゼロでない場合には、測定値に偏りがあると判定する。総和ベクトルの大きさと方向は、偏りの内容を示す。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、大量の実験データから測定値の偏り又は系統誤差を簡単に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、マイクロプレート１０１の例を示す。マイクロプレート１０１は数百個のウエル１１１を有する。ウエル１１１は格子状に縦横に整列して配置されている。図２（ａ）は、同一形状のマイクロプレート１０１、１０２、１０３を数十個重ねて形成されたマイクロプレートの積層体１００を示す。このマイクロプレートの積層体１００には数万個のウエルが含まれる。
【００１５】
全てのウエル１１１の位置は、そのウエルが属するマイクロプレートにおける平面上の位置（行及び列）と、そのマイクロプレートの積層体における垂直方向の位置（枚数）によって決まる。尚、ウエル１１１の中心位置を、単に、ウエル１１１の位置と称する。
【００１６】
マイクロプレートの積層体１００に、立体座標系を設定する。図２（ｂ）に示すように、ウエルの位置のみを取り出し、それによって形成される３次元空間２０１を考える。マイクロプレートの積層体１００の中心にあるウエルの位置に原点Ｏ（０，０，０）２０２を設定する。原点Ｏから、マイクロプレートに平行な面に沿って、Ｘ軸２０３及びＹ軸２０４、マイクロプレートの積層方向にＺ軸２０５をとる。Ｘ軸をウエル１１１の行方向にとり、Ｙ軸をウエル１１１の列方向にとる。
【００１７】
全てのウエルの位置は、立体座標（ｘ，ｙ，ｚ）によって表わされる。ｚは、ウエルが属するマイクロプレートの位置を示す。ｚが同一であるなら、そのウエルは同一のマイクロプレートにあることが判る。ｘ、ｙは、ウエルの列及び行を表わす。任意のウエルは、原点Ｏからそのウエルの位置までのベクトル２０６によって表わされる。
【００１８】
図３を参照してハイスループットスクリーニング実験の例を説明する。この実験は、例えば、生体内分子と化合物の相互作用の評価を目的とする。先ず、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、オートサンプラー３０１を用いて、全てのウエル１１１に同一のサンプルを滴下する。サンプルは、例えば、基質を分解するタンパク質と蛍光物質付きの基質や各種緩衝試薬を含む。次に、ウエル毎に異なる化合物を適量する。
【００１９】
添加した化合物が、タンパク質に作用を及ぼすものであるなら、タンパク質の機能が阻害化もしくは活性化され、タンパク質により分解された基質から遊離する蛍光物質の量に影響を及ぼす。従って、その蛍光物質量を測定することにより測定値を得ることができる。全てのウエルに対して測定値が得られたら、測定値の偏りを調べる。
【００２０】
ハイスループットスクリーニングは、多数の測定結果から目標とする測定値を抽出するのが目的であり、目標とする測定値を抽出する必要があるならどのようなサンプル又は試薬を用いても良い。
【００２１】
上述の例では、全てのサンプルは同一であり、添加する化合物はウエル毎に異なる。しかしながら、全てのサンプルは互いに異なるものであってもよく、全てのウエルに対して同一の化合物を添加してもよい。どのようなサンプル及び化合物を選択するかは、実験の目的により異なる。しかしながら、全てのウエルに対して、サンプル及び化合物が関連付けられている。即ち、ウエルの位置ベクトルと関連付けて、サンプル及び試薬が登録されている。
【００２２】
図３（ｃ）に示すように、サンプルと化合物の反応が終わるとマイクロプレート３０３を、マイクロアレイ読み取り装置又は蛍光強度分析装置３０４に装填する。マイクロアレイ読み取り装置３０４は、全てのウエルの反応生成物を読み取る。例えば、反応生成物が発生する蛍光を検出する。マイクロアレイ読み取り装置からの信号は、コンピュータ３０５によって処理され、ＣＳＶ（Comma Separated Value：カンマ区切りテキスト）ファイル３０６が生成される。ＣＳＶファイル３０６を中央管理装置のコンピュータ３０８によって処理し、ディスプレイ３０７に画像を表示する。
【００２３】
図４及び図５を参照して本発明による実験データ解析方法の第１の例を説明する。ステップＳ４０１にて、全てのマイクロプレートに対する測定値が記載されたＣＳＶファイルを読み込む。ステップＳ４０２にて、全てのマイクロプレートを重ねた積層体において、立体座標を設定する。立体座標の原点は、マイクロプレートの積層体の中心に設定する。全てのウエルに対して次の式（１）に示すように、ベクトルｖｎを設定する。
ｖｎ＝（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）                                            （１）
【００２４】
ｎは、１からウエルの総数までの整数である。ステップＳ４０３にて、閾値Ｔを設定する。ステップＳ４０４にて、ｎ＝１と置く。ステップＳ４０５にて、１ウエルずつ、その測定値ｄｎと、閾値Ｔを比較する。ｄｎ≧ＴのときステップＳ４０６に進み、フラグｆｎを１とする。即ち、ｆｎ＝１と置く。ｄｎ＜ＴのときステップＳ４０７に進み、フラグｆｎを０とする。即ち、ｆｎ＝０と置く。
【００２５】
図５（ａ）は、比較対象のウエル１１１ａを含むマイクロプレート１０２とその上下のマイクロプレート１０１、１０３を示す。ウエル１１１ａの測定値６２と、周囲の２６個のウエルの測定値が示されている。図５（ｂ）は、閾値Ｔ＝６０として、各ウエルの測定値に対して付与されたフラグを示す。例えば、ウエル１１１ａの測定値ｄｎ＝６２は、閾値Ｔより大きい。従って、ウエル１１１ａのフラグは１となる。
【００２６】
ステップＳ４０８にて、全てのウエルについて、測定値ｄｎと閾値Ｔの比較が行われたか否かを判定する。全てのウエルについて比較が行われていない場合には、ステップＳ４０９にて、ｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ４０５に戻る。全てのウエルについて比較が行われている場合には、ステップＳ４１０にて、式（２）に示すように、全てのウエルについて、ベクトルｖｎとフラグｆｎを乗算し、その総和Ｖを求める。
Ｖ＝Σｆｎ・ｖｎ                                                      （２）
【００２７】
ステップＳ４１１にて、総和Ｖを立体座標上に表示する。ステップＳ４１２にて、Ｖ＝０であるか否かを判定する。Ｖ＝０であるなら、ステップＳ４１３に進み、測定値に偏りがないと判定する。Ｖ＝０でないなら、ステップＳ４１４に進み、測定値に偏りがあると判定する。総和Ｖの大きさと方向は、測定値の偏りの内容を示す。測定値が適度に分散された集団である場合には、ベクトルの総和Ｖは、０となるはずである。もし、測定時にマイクロプレートを傾けた場合や、試料を分注するノズルがある列だけつぶれていたような場合には、総和Ｖは０とならない。
【００２８】
図６を参照して本発明による実験データ解析方法の第２の例を説明する。ステップＳ５０１及びステップＳ５０２は、図４のステップＳ４０１及びステップＳ４０２と同様である。
【００２９】
ステップＳ５０３にて、式（３）に示すように、測定値ｄｎと位置ベクトルｖｎから測定値の重心Ｒを求める。
Ｒ＝（Σｄｎ・ｖｎ）／Ｍ
Ｍ＝（Σｄｎ）                                                        （３）
【００３０】
ステップＳ５０４にて、重心Ｒを立体座標上に表示する。ステップＳ５０５にて、Ｒ＝０であるか否かを判定する。Ｒ＝０であるなら、ステップＳ５０６に進み、測定値に偏りがないと判定する。Ｒ＝０でないなら、ステップＳ５０７に進み、測定値に偏りがあると判定する。重心Ｒの大きさと方向は、測定値の偏りの内容を示す。測定値が適度に分散された集団である場合には、重心Ｒは、０となるはずである。もし、測定時にマイクロプレートを傾けた場合や、試料を分注するノズルがある列だけつぶれていたような場合には、重心Ｒは０とならない。
【００３１】
図７及び図８参照して本発明による実験データ解析方法の第３の例を説明する。ステップＳ６０１及びステップＳ６０２は、図４のステップＳ４０１及びステップＳ４０２と同様である。ステップＳ６０３にて、閾値Ｋを設定する。ステップＳ６０４にて、ｎ＝1と置く。ステップＳ６０６にて、１ウエルずつ、そのウエルの測定値と周囲の２６個のウエルの測定値を比較し、類似度Ｕｎを求める。類似度Ｕｎは、周囲の２６個のウエルの測定値のうち、比較対象のウエルの測定値に近似しているものの割合である。
【００３２】
図８は、比較対象のウエル１１１ａを含むマイクロプレート１０２とその上下のマイクロプレート１０１、１０３を示す。ウエル１１１ａの測定値６２と、周囲の２６個のウエルの測定値が示されている。周囲の２６個のウエルの測定値のうち、測定値６２に近いものとして、５５、６０、６０、６３、６５、６７、７０の７個がある。従って、類似度は、Ｕｎ＝７／２６＝０．２７となる。
【００３３】
ステップＳ６０７にて、類似度Ｕｎと閾値Ｋを比較する。Ｕｎ≧ＫのときステップＳ６０８に進み、フラグｆｎを１とする。即ち、ｆｎ＝１と置く。Ｕｎ＜ＫのときステップＳ６０９に進み、フラグｆｎを０とする。即ち、ｆｎ＝０と置く。例えば、図８の例において、閾値Ｋ＝０．５とすると、類似度Ｕｎ＝０．２７は、閾値Ｋより小さい。従って、ウエル１１１ａのフラグは０となる。
【００３４】
ステップＳ６１０にて、全てのウエルについて、類似度Ｕｎと閾値Ｋの比較が行われたか否かを判定する。全てのウエルについて比較が行われていない場合には、ステップＳ６１１にて、ｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ６０６に戻る。全てのウエルについて比較が行われている場合には、ステップＳ６１２にて、式（２）に示したように、全てのウエルについて、ベクトルｖｎとフラグｆｎを乗算し、その総和Ｖを求める。
【００３５】
ステップＳ６１３にて、総和Ｖを立体座標上に表示する。ステップＳ６１４にて、Ｖ＝０であるか否かを判定する。Ｖ＝０であるなら、ステップＳ６１５に進み、測定値に偏りがないと判定する。Ｖ＝０でないなら、ステップＳ６１６に進み、測定値に偏りがあると判定する。総和Ｖの大きさと方向は、測定値の偏りの内容を示す。測定値が適度に分散された集団である場合には、互いに類似した測定値が集中することはない。従って、ベクトルの総和Ｖは、０となるはずである。測定時にマイクロプレートを傾けた場合や、試料を分注するノズルがある列だけつぶれていたような場合には、総和Ｖは０とならない。
【００３６】
図９及び図１０を参照して本発明による実験データ解析方法の第４の例を説明する。ステップＳ７０１からステップＳ７０８は、図４のステップＳ４０１からステップＳ４０８までと同様である。従って、ここではその説明を省略する。
【００３７】
図１０を参照して説明する。ステップＳ７１０にて、閾値Ｓを設定する。ステップＳ７１１にて、次式に示すように、１ウエルずつ、そのウエルの周囲の２６個のウエルのフラグｆの平均値を求める。
Ｗｎ＝（ｆｎ１＋ｆｎ２＋ｆｎ３＋…＋ｆｎ２６）／２６                （４）
【００３８】
図５（ｂ）の例では、ウエル１１１ａのフラグの平均値は、次のようになる。
Ｗｎ＝（１×１２＋０×１４）／２６＝０．４６
【００３９】
ステップＳ７１２にて、１ウエルずつ、フラグの平均値Ｗｎと閾値Ｓを比較する。Ｗｎ≧ＳのときステップＳ７１３に進み、フラグｆ´ｎを１とする。即ち、ｆ´ｎ＝１と置く。Ｗｎ＜ＳのときステップＳ７１４に進み、フラグｆ´ｎを０とする。即ち、ｆ´ｎ＝０と置く。
【００４０】
例えば、図５（ｂ）の例において、閾値Ｓ＝０．５とすると、ウエル１１１ａのフラグの平均値Ｗｎ＝０．４６は、閾値Ｓより小さい。従って、ウエル１１１ａのフラグｆ´ｎは０となる。
【００４１】
ステップＳ７１５にて、全てのウエルについて、フラグの平均値Ｗｎと閾値Ｓの比較が行われたか否かを判定する。全てのウエルのフラグについて比較が行われていない場合には、ステップＳ７１６にて、ｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ７１１に戻る。全てのウエルについて比較が行われている場合には、ステップＳ７１７にて、式（２）に示したように、全てのウエルについて、ベクトルｖｎとフラグｆ´ｎを乗算し、その総和Ｖを求める。
【００４２】
ステップＳ７１８にて、総和Ｖを立体座標上に表示する。ステップＳ７１９にて、Ｖ＝０であるか否かを判定する。Ｖ＝０であるなら、ステップＳ７２０に進み、測定値に偏りがないと判定する。Ｖ＝０でないなら、ステップＳ７２１に進み、測定値に偏りがあると判定する。総和Ｖの大きさと方向は、測定値の偏りの内容を示す。測定値が適度に分散された集団である場合には、ベクトルの総和Ｖは、０となるはずである。もし、測定時にマイクロプレートを傾けた場合や、試料を分注するノズルがある列だけつぶれていたような場合には、総和Ｖは０とならない。
【００４３】
以上本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者によって容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】マイクロプレートの例を示す図である。
【図２】マイクロプレートの積層体及び立体座標を示す図である。
【図３】マイクロプレートを用いてハイスループットスクリーニング方法を説明する図である。
【図４】本発明による実験データ解析方法の第１の例を説明するための説明図である。
【図５】本発明による実験データ解析方法の第１の例において、比較対象のウエルの測定値と周囲２６個のウエルの測定値とフラグを示す図である。
【図６】本発明による実験データ解析方法の第２の例を説明するための説明図である。
【図７】本発明による実験データ解析方法の第３の例を説明するための説明図である。
【図８】本発明による実験データ解析方法の第３の例において、比較対象のウエルの測定値に対して周囲２６個のウエルの測定値を示す図である。
【図９】本発明による実験データ解析方法の第４の例を説明するための説明図である。
【図１０】本発明による実験データ解析方法の第４の例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００…マイクロプレートの積層体、１０１、１０２、１０３…マイクロプレート、１１１…ウエル、２０１…３次元空間、２０２…原点、２０３…Ｘ軸、２０４…Ｙ軸、２０５…Ｚ軸、３０１…オートサンプラー、３０３…マイクロプレート、３０４…マイクロアレイ読み取り装置、３０５…コンピュータ、３０６…ＣＳＶファイル、３０７…ディスプレイ、３０８…コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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