JP5908886B2 - ｑＰＣＲ遺伝子型決定データ用の視覚化ツール - Google Patents

Description

序論
定量的ポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）機器またはサイクラは、各サイクル中にデータを収集することを可能にする。一般的に、PCRデータは、qPCR機器によって解析される各核酸試料に取り付けられた一つまたは複数の標識プローブによって放射される電子放射を検出することができるqPCR機器内の光学システムを使用して、サイクルごとに収集される。従って、PCRデータは、各サイクルでのまたはサイクルに対応する各時点での各試料についての一つまたは複数の標識プローブ強度値を含む。

本教示によるシステムの様々な態様は、qPCR機器、ならびにqPCR機器を制御および/またはモニターするためのプロセッサまたはコンピュータを含む。プロセッサは、qPCR機器に送信される実験パラメータを作成および修正するために、ならびに/またはqPCR機器をモニターし、実験後にqPCRから受信したPCRデータを解析するために使用される。qPCRシステムはqPCRデータを受信して解析するが、それらは一般に、PCR実験のエンドポイントまたは完了後にしか有用な情報または識別力のある情報を表示しない。また、qPCRシステムのqPCR機器およびプロセッサはネットワーク通信できるが、各qPCRシステムは、一つのqPCR機器および一つのプロセッサを含むだろう。最後に、ハイスループット実験ワークフローは、試料の複数のバッチで同じPCR実験を実施することを必要とするだろうが、qPCRシステムは、多くの場合、qPCR機器内に配置された各バッチについての実験パラメータの入力を必要とするだろう。
[本発明1001]
遺伝子型決定データ用の可視化ツールのための、プロセッサにより実行可能な命令が符号化されたコンピュータ可読記憶媒体であって、
該命令が、
第一のプローブについての第一の強度シグナルと第二のプローブについての第一の強度シグナルとを含む、第一の時点における第一のデータセットを、該プロセッサに受信させる命令;
該第一のプローブについての第二の強度シグナルと該第二のプローブについての第二の強度シグナルとを含む、第二の時点における第二のデータセットを、該プロセッサに受信させる命令;
エンドユーザーに可視化ツールを提示する命令
を含み、
該可視化ツールが、
該プロセッサが該第一のデータセットから第一のプロットを生成し、該第一のプロットを表示すること、および
該プロセッサが該第二のデータセットから第二のプロットを生成し、該第二のプロットを表示すること
から選択される、データの動的表示を提供し、
該データの動的表示が、遺伝子型決定データの解析を提供する、
コンピュータ可読記憶媒体。
[本発明1002]
データの動的表示が、エンドユーザーからの入力に応答して選択される、本発明1001のコンピュータ可読記憶媒体。
[本発明1003]
エンドユーザーからの入力が、データの表示の段階的選択である、本発明1002のコンピュータ可読記憶媒体。
[本発明1004]
エンドユーザーからの入力が、データのビデオ表示の選択である、本発明1002のコンピュータ可読記憶媒体。
[本発明1005]
プロセッサがサーマルサイクリング機器と通信する、本発明1001のコンピュータ可読記憶媒体。
[本発明1006]
サーマルサイクリングが完了した後に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、本発明1005のコンピュータ可読記憶媒体。
[本発明1007]
サーマルサイクリング中に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、本発明1005のコンピュータ可読記憶媒体。
[本発明1008]
前記表示が、第一のデータセットと第二のデータセットの間の軌跡線を含む、本発明1001のコンピュータ可読記憶媒体。
[本発明1009]
遺伝子型決定データ用の可視化ツールのための、コンピュータにより実現される方法であって、
該方法が、
第一のプローブについての第一の強度シグナルと第二のプローブについての第一の強度シグナルとを含む、第一の時点における第一のデータセットを、プロセッサが受信する段階;
該第一のプローブについての第二の強度シグナルと該第二のプローブについての第二の強度シグナルとを含む、第二の時点における第二のデータセットを、プロセッサが受信する段階;
遺伝子型決定データを解析するために該データセットをコンピュータで処理する段階
を含み、
該処理段階が、エンドユーザーに可視化ツールを提示することを含み、
該可視化ツールが、
該プロセッサが該第一のデータセットから第一のプロットを生成し、該第一のプロットを表示すること、および
該プロセッサが該第二のデータセットから第二のプロットを生成し、該第二のプロットを表示すること
から選択される、データの動的表示を提供し、
該データの動的表示が、遺伝子型決定データの解析を提供する、
コンピュータにより実現される方法。
[本発明1010]
データの動的表示が、エンドユーザーからの入力に応答して選択される、本発明1009のコンピュータにより実現される方法。
[本発明1011]
エンドユーザーからの入力が、データの表示の段階的選択である、本発明1010のコンピュータにより実現される方法。
[本発明1012]
エンドユーザーからの入力が、データのビデオ表示の選択である、本発明1010のコンピュータにより実現される方法。
[本発明1013]
プロセッサがサーマルサイクリング機器と通信する、本発明1009のコンピュータにより実現される方法。
[本発明1014]
サーマルサイクリングが完了した後に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、本発明1013のコンピュータにより実現される方法。
[本発明1015]
サーマルサイクリング中に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、本発明1013のコンピュータにより実現される方法。
[本発明1016]
表示が、第一のデータセットと第二のデータセットの間の軌跡線を含む、本発明1009のコンピュータにより実現される方法。
[本発明1017]
プロセッサ、および
該プロセッサと通信するメモリ
を具備するシステムであって、
該メモリが、
第一のプローブについての第一の強度シグナルと第二のプローブについての第一の強度シグナルとを含む、第一の時点における第一のデータセットを、該プロセッサに受信させる命令;
該第一のプローブについての第二の強度シグナルと該第二のプローブについての第二の強度シグナルとを含む、第二の時点における第二のデータセットを、該プロセッサに受信させる命令;
エンドユーザーに可視化ツールを提示する命令
を記憶し、
該可視化ツールが、
該プロセッサが該第一のデータセットから第一のプロットを生成し、該第一のプロットを表示すること、および
該プロセッサが該第二のデータセットから第二のプロットを生成し、該第二のプロットを表示すること
から選択される、データの動的表示を提供し、
該データの動的表示が、遺伝子型決定データの解析を提供する、
システム。
[本発明1018]
データの動的表示が、エンドユーザーからの入力に応答して選択される、本発明1017のシステム。
[本発明1019]
エンドユーザーからの入力が、データの表示の段階的選択である、本発明1018のシステム。
[本発明1020]
エンドユーザーからの入力が、データのビデオ表示の選択である、本発明1018のシステム。
[本発明1021]
プロセッサがサーマルサイクリング機器と通信する、本発明1017のシステム。
[本発明1022]
サーマルサイクリングが完了した後に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、本発明1021のシステム。
[本発明1023]
サーマルサイクリング中に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、本発明1021のシステム。
[本発明1024]
表示が、第一のデータセットと第二のデータセットの間の軌跡線を含む、本発明1021のシステム。

下で説明する図面が単に例証のためのものであることは、当業者には理解されるだろう。これらの図面は、いかなる点においても本教示の範囲を制限することを意図したものではない。
本教示の態様を実施することができる、qPCR機器から得たデータの表示方法を示す例示的フローチャートである。 本教示の態様を実施することができる、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を図解するブロック線図である。 本教示の態様を実施することができる、コンピュータシステムを図解するブロック線図である。 本教示の態様を実施することができる、サーマルサイクリング機器をネットワーク化するためのシステムの線図である。 本教示の態様を実施することができる、例示的な増幅プロットである。 本教示の態様を実施することができる、対立遺伝子の識別が明確であるエンドポイントデータの例示的な対立遺伝子識別プロットである。 本教示の態様を実施することができる、対立遺伝子の識別が明確でないエンドポイントデータの例示的な対立遺伝子識別プロットである。 本教示の態様を実施することができる、図6のデータを生成した同じ実験からのサイクル数30における例示的な対立遺伝子識別プロットである。 本教示の態様を実施することができる、図6のデータを生成した同じ実験からのサイクル数35における例示的な対立遺伝子識別プロットである。 本教示の態様を実施することができる、図6のデータを生成した同じ実験からのサイクル数40における例示的な対立遺伝子識別プロットである。 本教示の態様を実施することができる、前のサイクル数からのデータを表す軌跡線を示す、図6のデータを生成した同じ実験からのサイクル数40における例示的な対立遺伝子識別プロットである。 本教示の態様を実施することができる、前のサイクル数からのデータを表す軌跡線を示す、図7のデータを生成した同じ実験からのサイクル数40における例示的な対立遺伝子識別プロットである。 本教示の様々な態様による、例示的なユーザーインターフェースの双方向性を表示する図である。 本教示の様々な態様による、例示的なユーザーインターフェースの双方向性を表示する図である。 本教示の様々な態様による、例示的なユーザーインターフェースの双方向性を表示する図である。 本教示の様々な態様による、例示的なユーザーインターフェースの双方向性を表示する図である。 本教示の様々な態様による、例示的なユーザーインターフェースの双方向性を表示する図である。 本教示の様々な態様による、例示的なユーザーインターフェースの双方向性を表示する図である。

様々な態様の説明
qPCR遺伝子型決定データ用の視覚化ツールのシステムおよび方法の様々な態様は、遺伝子型決定データの、エンドユーザーによる入力に応答した動的表示をエンドユーザーに提供する。本教示のシステムおよび方法の様々な態様の双方向性は、ユーザーによる入力から段階的にアクセスすることができるか、またはユーザーによる入力からビデオ表示としてアクセスすることができる、データの時間ベースのプロットとして表示される相当量の情報のエンドユーザーコマンドを提供する。qPCR遺伝子型決定データ用の視覚化ツールのシステムおよび方法の様々な態様において、試料テーブルを試料プロットと対応づけることができ、試料テーブルは、テーブルに示される各試料に対応する広範な情報を有し得る。本教示のシステムおよび方法の様々な態様において、エンドユーザーは、任意の所望の様式で試料テーブルに示される試料を選択することができ（各試料は、それに対応する大量の試料情報を有する）、選択された試料を遺伝子型決定データのプロットに表示することができる。従って、そのような可視化ツールにより、エンドユーザーは、遺伝子型決定実験の成果に対する様々な実験条件の影響を動的に解釈することができる。そのような解析は、例えば、あいまいなエンドポイントデータの問題を解決する機能、手動コールを行う機能、遺伝子型の割り当てを向上させる機能、アッセイ条件および解析条件を最適化する機能（しかしこれらに限定されない）を、エンドユーザーに提供することができる。

図1は、遺伝子型決定用試料からのデータを表示および解析するための本教示のシステムおよび方法の様々な態様を図示するフロー線図である。前述のように、様々な方法の態様を実施することができるシステムの態様は、qPCR機器およびプロセッサを含み、これらは通信してもよい。この通信は、例えばデータまたは制御情報の交換を含み得る。

当量者には分かるように、PCR解析は、遺伝子標的を増幅させるために複数のサーマルサイクルによってサイクリングするための様々なプロトコルを有する、サーマルサイクリング機器を用いて実施される。本教示の様々な態様において、増幅のために実施されるサイクル数は、約20〜40サイクルであり得る。本教示の様々な態様について、増幅のために実施されるサイクル数は、40サイクルより多いこともある。遺伝子標的の増幅のために、サーマルサイクリング機器は、第一のサーマルサイクル数に対応してもよい一定のサイクル時間でPCR実験の第一のサーマルサイクルを実施することができる。

遺伝子型決定解析の様々な態様において、2つ以上のDNA試料を第一のプローブおよび第二のプローブでプローブする。図1の段階110において示すように、プロセッサは、2つ以上のDNA試料のそれぞれについての第一の時点における第一のプローブ強度および第二のプローブ強度を含む第一の時点における第一のデータセットを、データ収集のための様々なプロトコルのいずれかに基づいてqPCR機器から受信することができる。本教示の様々な態様によると、および図1の段階120において示すように、プロセッサは、2つ以上のDNA試料のそれぞれについての第二の時点における第一のプローブ強度および第二のプローブ強度を含む第二の時点における第二のデータセットを、データ収集のための様々なプロトコルのいずれかに基づいてqPCR機器から受信することができる。

本教示の様々な態様によると、ユーザーインターフェースは、第一の時点および第二の時点で受信したデータセットの解析のための可視化ツールをエンドユーザーに提示することができる。前に述べたように、遺伝子型決定解析のために複数の試料をバッチで処理して、データ・インテンス（data-intense）データセットを生じさせることができる。本教示によるシステムおよび方法の様々な態様は、ユーザーのそのようなデータ・インテンス・データ・セットの評価および解析を支援することができる可視化ツールの態様を提供する。図1の段階140において示すように、本教示によるシステムおよび方法の様々な態様について、プロセッサは、エンドユーザーからの入力に応答して、第一のデータセットを使用して、第二のプローブ強度に対する第一のプローブ強度の第一のプロットを生成することができる。さらに、図1の段階145が示すように、プロセッサは、エンドユーザーからの入力に応答して、第二のデータセットを使用して、第二のプローブ強度の関数として第一のプローブ強度の第二のプロットを生成することができる。図1の段階150および155において示すように、本教示のシステムおよび方法の様々な態様によると、プロセッサは、エンドユーザーからの入力に応答して、第一のプロットおよび第二のプロットを表示させることができる。様々な態様において、入力は、段階的にデータを表示するためのユーザーインターフェースとの対話型プロセスであり得る。そのような態様において、エンドユーザーは、表示のために任意のデータセットを任意の順番で選択することができる。様々な態様について、エンドユーザーからの入力は、例えば、スライダ、スクロールバー、ノブ、テキストボックス、および試料テーブルの表示をはじめとする（しかしこれらに限定されない）、グラフィックユーザーインターフェースにおける任意のアイコンのクリックまたは使用を含み得る。様々な態様について、入力は、ユーザーによる、データをビデオとして表示するための選択であり得る。

図1が示すようなシステムおよび方法の様々な態様において、プロセッサは、PCR実験の実行時間中にデータを受信することができる。例えば、プロセッサは、第一のデータセットの収集後、第二のデータセットの収集前に、qPCR機器から第一のデータセットを受信することができる。さらに、このプロトコルは実行時間全体に拡張することができるので、例えば、プロセッサは、第二のデータセットの収集後、後続のデータセットの収集前に、qPCR機器から第二のデータセットを受信することができる。

本教示のシステムおよび方法の様々な態様によると、プロセッサは、サーマルサイクリングが完了した後に、qPCRから第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信することができる。例えば、プロセッサは、第一のデータセットおよび第二のデータセットを、それがコンピュータ可読記憶媒体に記憶された後に、受信することができる。

本教示のシステムおよび方法の様々な態様によると、図1において示すように、可視化ツールは、ユーザーによる入力に応答して、エンドユーザーによる遺伝子型決定データセットの様々な態様の表示を支援し、それによって遺伝子型決定データの解析を容易にすることができる。様々な態様において、プロセッサは、第二のデータセットと第一のデータセットの間の軌跡線を示すプロットを表示させることができる。様々な態様において、プロセッサは、第一のプロットに第一のデータセットについての品質値を表示することができ、第二のプロットに第二のデータセットについての品質値を表示することができる。様々な態様によると、ユーザーインターフェースは、試料テーブルで成された選択と、遺伝子型決定データのプロットに動的に表示される選択との間の相互関係を提供する。様々な態様において、可視化ツールのユーザーインターフェースからエンドユーザーによって成される選択は、エンドユーザーによる、例えば、あいまいなエンドポイントデータの問題の解決、手動コールの実施、遺伝子型割り当て向上のためのクラスタの可視化を支援する軌跡線の使用、アッセイ条件（すなわち、標識プローブ、アッセイバッファなど）の最適化、および解析条件の最適化（しかしこれらに限定されない）を可能にするための動的解析を提供することができるが、これに限定されない。

本教示による方法およびシステムの様々な態様は、例えば図6に図示するグラフによって（しかしこれに限定されない）表示することができるデータセットを用いることができる。このような表示は、異なる波長での放射を有する2つの色素を用いる解析から生じ得、そのような色素は、生体試料におけるゲノム遺伝子座の2つの対立遺伝子の一方に割り当てられた各標識プローブと結合させることができる。そのようなデュプレックス反応では、3つの可能な遺伝子型のそれぞれについて別個のシグナルセットが生成される。図6に示されているようなシグナル1対シグナル2のデカルト座標系において、そのようなグラフ表示で示される各データ点は、例えば図6に関して、データ点のクラスタ610（シグナル2、シグナル2）、データ点のクラスタ630（シグナル2、シグナル1）、およびデータ点のクラスタ620（シグナル1、シグナル1）を表示するとしてとして与える3つの別個のシグナルセットのうちの一つに関する座標を有し得る。従って、各データ点について、複数の試料についての別個のシグナルセットをデータセット内のデータ点として記憶させることができる。そのようなデータセットを、様々なコンピュータ可読媒体に記憶させ、後でより詳細に論じるように解析中に動的に、または解析後に解析することができる。

遺伝子型決定データの視覚化のための方法およびシステムの態様の特徴を実証するために使用される一つのそのようなタイプのアッセイは、後で論じるように、TaqMan（登録商標）試薬を用いることができ、例えばFAM色素およびVIC色素標識（しかしこれらに限定されない）を用いてもよい。しかし、本教示の方法およびシステムの様々な態様に従って解析することができるデータを生成するために、標識プローブ試薬を含む様々なアッセイを用いることができることは、当業者には分かるであろう。

用語「標識プローブ」は、一般に、様々な態様に従って、典型的には定量的またはqPCR解析ならびにエンドポイント解析のための、増幅反応において使用される分子を指す。そのような標識プローブを使用して、標的ポリヌクレオチドの増幅をモニターすることができる。幾つかの態様において、増幅反応に存在するオリゴヌクレオチド標識プローブは、時間の関数として生成されるアンプリコンの量のモニタリングに適する。そのようなオリゴヌクレオチドとしては、本明細書において説明する5'-エキソヌクレアーゼアッセイTaqMan（登録商標）標識プローブ（米国特許第5,538,848号も参照）、様々なステム-ループ分子ビーコン（例えば、米国特許第6,103,476号および同第5,925,517号ならびにTyagi and Kramer,1996,Nature Biotechnology 14:303-308参照）、ステムレスまたはリニアビーコン（例えば、国際公開第99/21881号参照）、PNA Molecular Beacons（商標）（例えば、米国特許第6,355,421号および同第6,593,091号参照）、線形PNAビーコン（例えば、Kubista et al.,2001,SPIE 4264:53-58参照）、非FRET標識プローブ（例えば、米国特許第6,150,097号参照）、Sunrise（登録商標）/Amplifluor（登録商標）標識プローブ（米国特許第6,548,250号）、ステム-ループおよびデュプレックスScorpion（商標）標識プローブ（Solinas et al.,2001,Nucleic Acids Research 29:E96および米国特許第6,589,743号）、バルジループ標識プローブ（米国特許第6,590,091号）、プソイドノット標識プローブ（米国特許第6,589,250号）、サイクリコン（米国特許第6,383,752号）、MGB Eclipse（商標）プローブ（Epoch Biosciences）、ヘアピン標識プローブ（米国特許第6,596,490号）、ペプチド核酸（PNA）ライトアップ標識プローブ、自己集合ナノ粒子標識プローブ、ならびに例えば米国特許第6,485,901号;Mhlanga et al.,2001,Methods 25:463-471;Whitcombe et al.,1999,Nature Biotechnology.17:804-807;Isacsson et al.,2000,Molecular Cell Labelling Probes.14:321-328;Svanvik et al.,2000,Anal Biochem.281:26-35;Wolffs et al.,2001,Biotechniques 766:769-771;Tsourkas et al.,2002,Nucleic Acids Research.30:4208-4215;Riccelli et al.,2002,Nucleic Acids Research 30:4088-4093;Zhang et al.,2002 Shanghai.34:329-332;Maxwell et al.,2002,J.Am.Chem.Soc.124:9606-9612;Broude et al.,2002,Trends Biotechnol.20:249-56;Huang et al.,2002,Chem Res.Toxicol.15:1 18-126;およびYu et al.,2001,J.Am.Chem.Soc 14:11155-11161に記載されているフェロセン修飾標識プローブが挙げられるが、これらに限定されない。標識プローブは、ブラック・ホール・クエンチャ（Biosearch）、Iowa Black（IDT）、QSYクエンチャ（Molecular Labeling Probes）ならびにダブシルおよびダブセルスルホナート/カルボキシラートクエンチャ（Epoch）も含み得る。標識プローブは、2つの標識プローブを含む場合もあり、この場合、例えば、蛍光体が一方のプローブ上にあり、クエンチャが他方のプローブ上にあり、これら2つの標識プローブが一緒に標的にハイブリダイズすることによってシグナルがクエンチされる、または標的にハイブリダイズすることによって蛍光の変化によりシグナルシグネチャが改変される。標識プローブは、カルボキシラート基の代わりにスルホン酸基を有するフルオレセイン色素のスルホナート誘導体、ホスホルアミダイト形のフルオレセイン、ホスホルアミダイト形のCY5（例えばAmershamから入手可能）を含み得る。

本明細書において用いる場合、用語「核酸試料」は、本教示に従って生体試料中で見つけられる核酸を指す。試料を侵襲的にまたは非侵襲的に収集できると考えられる。試料は、繊維、布地、シガレット、チューインガム、接着材料、土壌または無生物上にある場合があり、それらの中にある場合があり、それらからのものである場合があり、またはそれらの中で見つけられる場合がある。本明細書において用いる場合の「試料」は、その最も広い意味で用いており、遺伝子標的または標的ポリヌクレオチドを採取することができる核酸を含有する試料を指す。試料は、細胞、細胞から単離された染色体（例えば、中期染色体のスプレッド）、ゲノムDNA、RNA、cDNAおよびこれらに類するものを含み得る。試料は、核酸を含有する任意の生物を包含する動物または植物起源のものであってもよく、植物、家畜、家庭用ペットおよび人間の試料を含み（しかしこれらに限定されない）、複数の源から採取することができる。これらの源としては、全血、毛髪、血液、尿、組織生検、リンパ液、骨、骨髄、歯、羊水、毛髪、皮膚、精液、肛門分泌物、膣分泌物、汗、唾液、口腔スワブ、様々な環境試料（例えば、農業のもの、水、および土壌）、研究試料、精製試料および溶解した細胞を挙げることができるが、これらに限定されない。例えば機械力、音波処理、制限エンドヌクレアーゼ切断または当技術分野において公知の任意の方法などの手法の使用を含む、当技術分野において公知の任意の様々な試料調製手法の使用により、試料から標的ポリヌクレオチド配列を含有する核酸試料を単離できることは、理解されるであろう。

本明細書において用いる場合の用語「標的ポリヌクレオチド」、「遺伝子標的」およびこれらに類するものは、本明細書では交換可能に用いており、対象となる特定の核酸配列を指す。「標的」は、増幅しようとするポリヌクレオチド配列であり得、他の核酸分子の存在下で存在する場合もあり、またはより大きな核酸分子内に存在する場合もある。標的ポリヌクレオチドは、任意の源から得ることができ、任意の数の異なる組成成分を含み得る。例えば、標的は、核酸（例えば、DNAまたはRNA）であり得る。標的は、メチル化されている場合もあり、メチル化されていない場合もあり、または両方である場合もある。さらに、対象となる特定の核酸配列に関して用いる「標的」が、それらの代用物、例えば増幅産物および天然配列をさらに指すことは、理解されるであろう。幾つかの態様において、対象となる特定の核酸配列は、例えば法医学試料（しかしこれに限定されない）において見つけることができるものなどの分解された源から採取される短いDNAである。本教示の対象となる特定の核酸は、任意の数の上述の生物および源から採取することができる。

本明細書において用いる場合、「DNA」は、当技術分野において理解されているようにその様々な形態でのデオキシリボ核酸、例えばゲノムDNA、cDNA、単離された核酸分子、ベクターDNAおよび染色体DNAを指す。「核酸」は、任意の形態のDNAまたはRNAを指す。単離された核酸分子の例としては、ベクターに含有されている組換えDNA分子、異種宿主細胞内に維持されている組換えDNA分子、部分的にまたは実質的に精製された核酸分子、および合成DNA分子が挙げられるが、これらに限定されない。典型的に、「単離された」核酸には、その核酸が採取される生物のゲノムDNA内の核酸に天然に隣接する配列（すなわち、その核酸の5'および3'末端に位置する配列）がない。さらに、cDNA分子などの「単離された」核酸分子には、一般に、組換え技術によって生産されたとき他の細胞物質もしくは培地が実質的になく、または化学合成されたとき化学的前駆体もしくは他の化学物質がない。

コンピュータおよび機器システム
本教示による遺伝子型決定データの解析のためのシステムおよび方法の様々な態様は、図2に示すブロック線図で図示するコンピュータシステムの様々な態様を用いることできる。

図2は、本教示の態様を実施することができる、様々な態様に従って処理機能性を果たすために用いることができるコンピュータシステム200を図解するブロック線図である。コンピューティングシステム200は、プロセッサ204などの、一つまたは複数のプロセッサを含むことができる。プロセッサ204は、例えばマイクロプロセッサ、コントローラまたは他の制御ロジックなどの、汎用または専用処理エンジンを使用して実施することができる。この例において、プロセッサ204は、バス202または他の通信媒体に接続されている。

さらに、図2のコンピューティングシステム200を複数の形態、例えばラック・マウント・コンピュータ、メインフレーム、スーパーコンピュータ、サーバー、クライアント、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、テーブルコンピュータ、携帯式コンピューティングデバイス（例えば、PDA、携帯電話、スマートフォン、パームトップなど）、クラスタグリッド、ネットブック、組み込み型システム、または所与の用途もしくは環境に望ましいものであり得るもしくは適切であり得るような任意の他のタイプの専用もしくは汎用コンピューティングデバイスのいずれかで具現化することができる。加えて、コンピューティングシステム200は、クライアント/サーバー環境と一つもしくは複数のデータベースサーバーとを含む従来のネットワークシステム、またはLIS/LIMSインフラストラクチャとの統合を含み得る。ローカル・エリア・ネットワーク（LAN）またはワイド・エリア・ネットワーク（WAN）を含めて、ならびに無線および/または有線構成要素を含めて、複数の従来のネットワークシステムが当技術分野において公知である。加えて、クライアント/サーバー環境、データベースサーバーおよびネットワークは、当技術分野において十分に文献に記載されている。

コンピューティングシステム200は、情報を通信するためのバス202または他の通信機構、および情報を処理するためにバス202と連結されているプロセッサ204を含む。

コンピューティングシステム200は、ランダムアクセスメモリ（RAM）または他の動的メモリであり得るメモリ206も含み、該メモリは、プロセッサ204によって実行される命令を記憶させるためのものであり、バス202に連結されている。メモリ206は、プロセッサ204によって実行される命令の実行中に一時的数値変数または他の中間情報を記憶させるためにも使用することができる。コンピューティングシステム200は、バス202と連結されている、静的情報およびプロセッサ204に対する命令を記憶させるための読み出し専用メモリ（ROM）208または他の静的記憶デバイスをさらに含む。

コンピューティングシステム200は、情報および命令を記憶させるために備えられておりかつバス202に連結されている記憶デバイス210、例えば磁気ディスク、光学ディスク、またはソリッド・ステート・ドライブ（SSD）を含んでいてもよい。記憶デバイス210は、メディアドライブおよびリムーバブルストレージインターフェースを含み得る。メディアドライブは、固定記憶媒体または取り外し可能な記憶媒体をサポートするドライブまたは他の機構（例えばハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、磁気テープドライブ、光学ディスクドライブ、CDもしくはDVDドライブ（RもしくはRW）、フラッシュドライブ、または他のリムーバブルメディアドライブもしくは固定メディアドライブ）を含み得る。これらの例の実例を挙げるとすれば、記憶媒体には、特定のコンピュータソフトウェア、命令および/またはデータが記憶されているコンピュータ可読記憶媒体を挙げることができる。

代替態様において、記憶デバイス210は、コンピュータプログラムまたは他の命令もしくはデータのコンピューティングシステム200へのローディングを可能にするための他の類似の手段を含み得る。そのような手段としては、例えば、リムーバブル記憶ユニットおよびインターフェース、例えばプログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェース、リムーバブルメモリ（例えば、フラッシュメモリまたは他のリムーバブル・メモリ・モジュール）およびメモリースロット、ならびにソフトウェアおよびデータの記憶デバイス210からコンピューティングシステム200への転送を可能にする他のリムーバブル記憶ユニットおよびインターフェースを挙げることができる。

コンピューティングシステム200はまた、通信インターフェース218を含み得る。通信インターフェース218を使用して、コンピューティングシステム200と外部デバイスの間のソフトウェアおよびデータの転送を可能にすることができる。通信インターフェース218の例としては、モデム、ネットワークインターフェース（例えば、イーサネットまたは他のNICカード）、通信ポート（例えば、USBポート、RS-232Cシリアルポートなど）、PCMCIAスロットおよびカード、ブルートゥース、ならびにこれらに類するものを挙げることができる。通信インターフェース218によって転送されるソフトウェアおよびデータは、通信インターフェース218によって受信可能な、電気シグナル、電磁シグナル、光学シグナルまたは他のシグナルであり得るシグナル形態のものである。これらのシグナルは、無線媒体、電線もしくはケーブル、光ファイバーまたは他の通信媒体などのチャネル経由で通信インターフェース218によって転送および受信され得る。チャネルの幾つかの例としては、電話線、携帯電話リンク、RFリンク、ネットワークインターフェース、ローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワーク、および他の通信チャネルが挙げられる。

コンピュータユーザーに情報を表示するために、コンピューティングシステム200を通信インターフェース218によって表示装置212、例えばブラウン管（CRT）、液晶表示装置（LCD）および発光ダイオード（LED）表示装置に通信することがある。様々な態様において、コンピューティングシステム200は、バスによって表示装置に連結され得る。英数字キーおよび他のキーをはじめとする入力デバイス214は、例えば、情報およびコマンド選択をプロセッサ204に伝達するためにバス202に接続される。入力デバイスは、タッチスクリーン入力機能を用いて設定される、LCD表示装置などの表示装置であってもよい。別のタイプのユーザー入力デバイスは、方向情報およびコマンド選択をプロセッサ204に伝達するための、ならびに表示装置212上でのカーソルの動きを制御するためのカーソルコントロール216、例えばマウス、トラックボールまたはカーソル方向キーである。この入力デバイスは、第一の軸（例えばx）および第二の軸（例えばy）の2つの軸における2つの自由度を典型的に有し、それによってデバイスによる平面内の位置の特定が可能になる。コンピューティングシステム200は、データ処理を提供すると共に、そのようなデータに対する信頼レベルを提供する。本教示の態様の一定の実施と一致して、データ処理および信頼値は、メモリ206に収容されている一つまたは複数の命令の一つまたは複数のシーケンスを実行するプロセッサ204に応答してコンピューティングシステム200によって提供される。そのような命令を記憶デバイス210などの別のコンピュータ可読媒体からメモリ206に読み込むことができる。メモリ206に収録されている命令のシーケンスの実行は、本明細書において説明するプロセス状態をプロセッサ204に実施させる。あるいは、ソフトウェア命令の代わりにハードワイヤード回路を使用して、またはハードワイヤード回路をソフトウェア命令と併用して、本教示の態様を実施することができる。従って、本教示の態様の実施は、ハードウェア回路とソフトウェアのいかなる特定の組み合わせにも限定されない。

本明細書において用いる場合の用語「コンピュータ可読媒体」および「コンピュータプログラム製品」は、実行のためにプロセッサ204に一つもしくは複数の命令の一つもしくは複数のシーケンスを与えることに関与する任意の媒体を一般に指す。そのような命令は、一般に「コンピュータ・プログラム・コード」（これは、コンピュータプログラムまたは他のグループにグループ分けすることができる）と呼ばれ、実行されるとコンピューティングシステム200が本発明の態様の特徴または機能を実施することができるようにする。これらおよび他の形態のコンピュータ可読媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体および伝送媒体をはじめとする（しかしこれらに限定されない）多くの形態をとり得る。不揮発性媒体としては、例えば、ソリッドステート、光学または磁気ディスク、例えば記憶デバイス210が挙げられる。揮発性媒体としては、メモリ206などの動的メモリが挙げられる。伝送媒体としては、バス202を構成するワイヤをはじめとする、同軸ケーブル、銅線および光ファイバーが挙げられる。

一般的な形態のコンピュータ可読媒体としては、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープもしくは任意の他の磁気媒体、CD-ROM、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理的媒体、RAM、PROMおよびEPROM、FLASH-EPROM、任意の他のメモリーチップもしくはカートリッジ、本明細書において後で説明するような搬送波、またはコンピュータが読み取ることができる任意の他の媒体が挙げられる。

様々な形態のコンピュータ可読媒体が、一つまたは複数の命令の一つまたは複数のシーケンスを、実行のためにプロセッサ204に搬送することに関与し得る。例えば、命令は、最初に遠隔コンピュータの磁気ディスクに搬送され得る。遠隔コンピュータは、その動的メモリに命令をロードし、モデムを使用して電話線を通じて命令を送信することができる。コンピューティングシステム200にローカルなモデムは、電話線にてデータを受信し、赤外送信機を使用してデータを赤外シグナルに変換することができる。バス202に連結された赤外検出器は、赤外シグナルで搬送されるデータを受信し、バス202にデータを配置することができる。バス202は、データをメモリ206に搬送し、そのメモリ206からプロセッサ204が命令を引きだし、実行する。メモリ206によって受信された命令を、プロセッサ204による実行の前または後に、任意で記憶デバイス210に記憶させることができる。

ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせを、適宜、用いて様々な態様のオペレーションを実施できることは、当業者には分かるであろう。例えば、幾つかのプロセスは、ソフトウェア、ファームウェアまたはハードワイヤードロジックの制御下のプロセッサまたは他のデジタル回路を使用して行うことができる。（本明細書における用語「ロジック」は、固定ハードウェア、プログラム可能ロジックおよび/またはこれらの適切な組み合わせを指し、列挙した機能を果たすためのものであることが当業者に認知されているであろう）。ソフトウェアおよびファームウェアをコンピュータ可読媒体に記憶させることができる。幾つかの他のプロセスは、当業者に周知のアナログ回路を使用して実施することができる。加えて、メモリまたは他の記憶装置、ならびに通信構成要素を本発明の態様において利用することができる。

上の説明は、目的の明確さのために、様々な機能ユニットおよびプロセッサに関して本発明の態様を説明したものであることは理解されるであろう。しかし、本発明を損なうことなく、様々な機能ユニット、プロセッサまたはドメイン間において、任意の適切な機能配分を利用できることは、明白であろう。例えば、複数の別々のプロセッサまたはコントローラによって実施されるように説明された機能を、一つの同じプロセッサまたはコントローラによって実行することができる。それ故、特定の機能ユニットに対する言及は、厳密な論理的または物理的な構造または編成を示すのではなく、単に記載された機能を提供するために適切な手段に対する言及であると見なされるべきである。

本教示による遺伝子型決定データの解析のための方法およびシステムの様々な態様は、図3に示すブロック線図に図示するようなサイクラ機器の様々な態様を用いることができる。

図3は、本教示の態様を実施することができる、定量的ポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）機器300を図解するブロック線図である。PCR機器300は、加熱されたカバー330を含み、これは、（図示されない）試料支持デバイス内に収容されている複数の試料340の上に位置する。様々な態様において、試料支持デバイスは、複数の試料領域を有するガラスまたはプラスチックスライドであり得、この試料領域は、試料領域と加熱されたカバー330の間にカバーを有する。試料支持デバイスの幾つかの例としては、マルチウエルプレート、例えば標準マイクロタイター96ウエル、384ウエルプレート、解析一回につき何千もの試料を処理できるマイクロデバイス、例えば様々なマイクロ流体デバイス、マイクロカードデバイスおよびマイクロチップデバイスを挙げることができるが、これらに限定されない。サンプル支持デバイスの様々な態様における試料領域は、支持体の表面に形成された、規則的または不規則な配列で型押しされた、くぼみ、へこみ、穴、リッジおよびこれらの組み合わせを含み得る。qPCRの様々な態様は、試料ブロック350、加熱および冷却用の素子360、熱交換器370、制御システム380ならびにユーザーインターフェース390を含む。本教示において、エンドポイント解析について言及する。エンドポイント解析の実施専用であるPCR機器については、サーマルサイクリングが完了するまで検出を行わない。そのようなPCR機器は、一般に、イメージャ310および光学素子320を含まないだろう。

図3によって図示されるqPCR機器については、生体試料の解析の実行時間中に検出を実施する。検出システムは、電磁エネルギーを放射する（図示されない）照明源と、試料支持デバイス内の試料340から電磁エネルギーを受信するための検出器またはイメージャ310と、各試料からの電磁エネルギーをイメージャ310に誘導するために使用される光学素子320とを有し得る。本教示によるPCR機器の態様については、制御システム380を使用して、検出システム、加熱されたカバー、およびサーマルブロックアセンブリの機能を制御することができる。制御システム380は、ユーザーインターフェース390によってエンドユーザーとのアクセスが可能である。また、図2に図示するようなコンピュータシステム200は、ユーザーインターフェース機能を提供するばかりでなく、本教示による様々なPCR機器への制御機能をもたらすものとして役立ち得る。加えて、図2のコンピュータシステム200は、データ処理機能、表示機能およびレポート作成機能を提供することができる。すべてのそのような機器制御機能をローカルにPCR機器専用にすることができ、または図2のコンピュータシステム200は、制御機能、解析機能および報告機能の一部またはすべての遠隔制御を提供することができる。

前に述べたように、本教示によるシステムおよび方法の様々な態様は、直接制御されているコンピュータを有することもあり、またはサーマルサイクリング機器と通信するコンピュータを有することもある。本教示による遺伝子型決定データの解析のための方法およびシステムの様々な態様は、図4に示すような熱サイクリング機器のネットワーク化の様々な態様を用いることができる。

図4は、本教示の態様を実施することができる、qPCR機器をネットワーク化するためのシステム400の線図である。システム400は、ネットワーク410、2つ以上のqPCR機器420、およびプロセッサ430を含む。2つ以上のqPCR機器420およびプロセッサ430が通信する。この通信は、例えば、データまたは制御情報の交換を含み得る。

プロセッサ430は、2つ以上のqPCR機器420のそれぞれから標識プローブ強度を受信することができる。言い換えると、プロセッサ430は、2つ以上のqPCR機器420からの2つ以上の実験を実質的に同時にモニターすることができる。プロセッサ430と2つ以上のqPCR機器420の間の通信はPCRプローブ強度に限定されず、プロセッサ430は、2つ以上のqPCR機器420を制御するために使用されたPCR実験ファイル、および2つ以上のqPCR機器420によって生成された任意のデータを送受信することができる。図4は、システム400がプロセッサ430と2つ以上のqPCR機器420との間の一対多の関係を提供することを示している。

様々な態様において、システム400は、（図示されない）一つのqPCR機器と2つ以上のプロセッサの間の一対多の関係を提供する。例えば、システム400により、一つのqPCR機器が、PCR実験からの同じ測定プローブ強度を2つ以上のプロセッサに送信することが可能になる。言い換えると、システム400により、一つのqPCR機器を2つ以上のプロセッサによってモニターすることが可能になる。

様々な態様において、プロセッサ430は、ネットワーク410に接続されているすべてのPCR機器のリストを表示する。このリストを使用して、例えば、実際にモニターする機器を選択することができる。このリストは、現在モニターしている機器を示すウィンドウの隣に表示することができる。様々な態様において、PCR実験の作成において、このリストを使用して、その実験を行う機器を選択することもできる。プロセッサ430は、実験についてのすべてのパラメータを含むファイルを作成することにより、2つ以上のqPCR機器420のうちの一つまたは複数についての実験を作成することができる。その後、このファイルをネットワーク410を通じて2つ以上のqPCR機器420に送信する。ネットワークに接続されているすべてのPCR機器のリストは、例えば、実験ファイルについての情報を入力するために使用するスクリーン上のプルダウン選択可能リストである。

様々な態様において、プロセッサ430は、それが実際にモニターしている2つ以上のPCR機器のリストを表示する。このリストを使用して、PCR実験についての追加のステータス情報を得ることができる機器を選択することができる。

様々な態様において、プロセッサ430を使用して、同じPCR機器で次々に実行される2つ以上の実験を作成することができる。そのような2つ以上の実験は、例えばバッチ実験である。バッチ実験は、例えば2つ以上の試料プレートを逐次的にロードすることができるロボットアームを含むPCR機器のために作成される。プロセッサ430は、例えばバッチモードで実行されることとなる2つ以上のPCR実験を作成するために使用することができる一つまたは複数の選択可能なパラメータを表示する。あるいは、様々な態様において、プロセッサ430は、バッチモードで実行されることとなる2つ以上のPCR実験を作成するために使用することができるコマンド・ライン・インターフェースを提供する。

様々な態様において、プロセッサ430は、PCR実験に由来するデータファイルの自動エクスポートを可能にする、選択可能なパラメータを表示する。典型的に、qPCR機器は、そのPCR機器での実験に由来する出力データを記憶する。そこで、そのqPCR機器にアクセスし、プロセッサ430などのプロセッサを使用してデータをリクエストすることによって、この出力を取り出す。バッチ処理の場合、実験終了時に出力データをプロセッサ430に自動送信するようにqPCR機器に命令することによって、スループットを増加させることができる。例えばプロセッサ430によって作成された実験ファイルにパラメータを配置することによりファイルをエクスポートするようにqPCR機器に命令することができる。出力データファイルのエクスポートをリクエストすることに加えて、プロセッサ430は、エクスポートファイルの命名規則および出力データを送信すべき記憶媒体上の位置をはじめとする（しかしこれらに限定されない）他のパラメータを指定することができる。命名規則としては、例えば出力データファイル名へのバーコード化プレート番号の付加を挙げることができる。

様々な態様において、プロセッサ430は、日付、時間、およびデータの数字分離形式について好きなものを指定することができるウィンドウを表示することができる。

様々な態様において、プロセッサ430は、作成される特定のPCR実験のために校正情報を含むファイルを選択することを可能にするウィンドウを表示することができる。

様々な態様において、プロセッサ430は、遺伝子発現実験のために、選択可能な試料タイプのリストを表示することができ、選択可能な遺伝子標的のリストを表示することができ、選択された各遺伝子標的の閾値サイクルを、品質管理として、試料タイプの関数としてプロットすることができる。

上の態様は、ネットワーク化システムの様々な態様に関して述べたが、プロセッサ、メモリおよび表示装置と通信する単一のqPCR機器に本教示を応用できることは当業者には理解されるであろう。

視覚化ツール:qPCRデータの動的表示
上で説明したように、PCRシステムは、データを受信し、解析するが、それらは、一般に、PCR実験のエンドポイントまたは完了後にしか有用情報または識別情報を表示しない。例えば、定量的PCRに基づく遺伝子型決定の場合、各サイクルでの2つの対立遺伝子特異的標識プローブについての強度データを、実行時間中に動的に得ることができる。従来より、このqPCRデータは、増幅プロットとして検分される。増幅プロットは、エンドユーザーの便宜のために、サイクル数の間隔を用いて時間に対してプロットされた複数の試料についての一方の対立遺伝子に特異的な標識プローブの強度を示す。サイクル機器の当業者には分かるように、様々なプロトコルを使用して検出器からデータを収集することができ、データは継時的に取得される。しかし、増幅プロットは、一般に、対立遺伝子識別の程度を示さない。

従来より、対立遺伝子識別の程度は、エンドポイントデータのみを使用する対立遺伝子識別プロットで示されてきた。対立遺伝子識別プロットは、例えば、複数の試料についての第二の対立遺伝子特異的標識プローブの強度に対して、同じ複数の試料についての第一の対立遺伝子特異的標識プローブの強度をプロットしたものを示す。対立遺伝子識別プロットにおける対立遺伝子識別の程度は、データのクラスタ間の距離として示される。さらに、対立遺伝子識別プロットは、標識クラスタにより遺伝子型をコールするクラスタリングアルゴリズムの結果を、コールされた対立遺伝子値と共に示すこともできる。

図5は、本教示の態様を実施することができる、例示的な増幅プロット500である。図5に示す強度は、例えば、蛍光検出を提供する対立遺伝子特異的標識プローブについての強度である。複数の試料についての対立遺伝子特異的標識プローブの増幅は、プロット500において明白である。しかし、対立遺伝子識別の程度は、明白でない。

図6は、図5のデータを生成したものと同じ実験に由来するエンドポイントデータの例示的な対立遺伝子識別プロット600であり、対立遺伝子の識別が明白であり、当該プロットにおいて本教示の態様を実施することができる。対立遺伝子識別の程度は、プロット600においてデータ610、620および630のクラスタ間の距離から明白である。さらに、例えば遺伝子型決定クラスタリングアルゴリズムを使用して、未決定640、第一の対立遺伝子650、第二の対立遺伝子660、両方の対立遺伝子670、またはテンプレート不含対照（NTC）680として試料を特異的に分類するために、プロット600に示すデータをさらに処理した。プロット600のエンドポイントデータは、対立遺伝子識別の程度を示すが、すべてのエンドポイントデータが同様の結果を示す保証はない。

図7は、図5のデータを生成するために使用したのと同じ試料を使用した異なるPCR実験に由来するエンドポイントデータの例示的な対立遺伝子識別プロット700であり、対立遺伝子の識別が明白ではなく、当該プロットにおいて本教示の態様を実施することができる。図7のプロット700のデータおよび図6のプロット600のデータを、例えば異なるアッセイ設計または異なる試料調製を使用して、生成することができる。図7のプロット700は、対立遺伝子識別を殆ど示さず、ほぼすべての試料値が一つの大きなエリア710に位置する。加えて、クラスタリングアルゴリズムは、プロット700のすべてのデータ点を未決定と分類した。

本教示の様々な態様によると、多くの場合、サイクル数として表示される、増幅プロットに示されている時間の次元を、対立遺伝子識別プロットの対立遺伝子識別能力に追加して、図6に示すものなどの十分に識別された結果の信頼度を増すこと、または図7に示すものなどの未決定の結果の問題を解決することができる。対応する2つ以上の時点における2つ以上の対立遺伝子識別プロットを順次表示して、対立遺伝子識別の進行をサイクル数の関数として示すことができる。これらの2つ以上の対立遺伝子識別プロットを、ユーザーの制御下、ユーザーインターフェースによって提供される対話型プロセスにより表示することができ、または時間ベースのデータを例えばビデオとして表示するようユーザーが選択することに応じて表示することができる。これらの2つ以上の対立遺伝子識別プロットを、実行時間中にデータを収集しながら動的に表示するか、またはデータ収集後に記憶されたデータから表示することができる。図8〜10は、対立遺伝子識別の進行をサイクル数の関数として示す、サーマルサイクリング中の3つの異なる時点に対応する3つの対立遺伝子識別プロットである。本教示の様々な態様によると、一旦データを記憶させてしまえば、ユーザーによって選択される任意の時点でそれを検査することができる。様々な態様において、時間をサイクル数として表示することができる。

図8は、図6のデータを使用して生成した、本教示の様々な態様による、例示的対立遺伝子識別プロット800である。図8には、サイクル数30と示されている、サイクル数の選択による時間の選択をユーザーに提示する、本教示によるグラフィックユーザーインターフェースを示す。プロット800は、サイクル数30においてデータのクラスタが、それらの間の距離が短いにもかかわらず、はっきりしていることを示す。

このデータについての信頼値および品質値もプロット800に示す。試料テーブル820は、後でより詳細に論じるように、試料についての様々な情報を表示することができる各試料についてのセルを提供する。例えば、セル830には、特定の試料についての90パーセントの信頼値が示されている。試料テーブル820は、例えば、（図示されない）すべての試料についての信頼値を含む場合がある。プロット800は、ブランクまたはテンプレート不含試料（NTC）840についての値も含む。様々な態様に従って、陰性対照によって原点を定めることができる。陰性対照をテンプレート不含対照（NTC）と呼ぶことがあり、これは、対象となる標的ゲノム遺伝子座を含有しない試料である。遺伝子型決定アッセイの様々な態様について、陰性対照またはNTCは、オリゴヌクレオチド材料を含有しないことがあり、例えばアッセイされる生体試料に等しい体積にされたすべての試薬（しかしこれらに限定されない）を含有することがある。遺伝子型決定アッセイの他の態様によると、NTCは、例えばアッセイされる標的ゲノム遺伝子座の配列を含有しないことが確証されているオリゴヌクレオチド試料（しかしこれに限定されない）を含有し得る。当業者が知っているように、そのようなNTC試料は、検出され得るバックグラウンドシグナルを、尚、生成することができる。それに関しては、一つまたは複数のNTC試料を使用して原点ならびに基線を定めることができ、それらから、3つの可能な対立遺伝子のそれぞれについて別個のセットのシグナルを放射する試料の角度を決定することができる。様々な態様において、複数のNTC試料を使用して原点を決定することができ、それによって基線を決定することができる。当業者が知っているように、複数のNTC試料の平均値、中央値および重心の決定（しかしこれらに限定されない）を含めて、原点についての値を決定するために複数のNTC試料からのデータを処理するための様々な方法が存在し得る。試料が存在しない場合に強度を見いだせないことを、NTC840を使用して確認する。

信頼値または品質値を情報のリストの一部として表示することもできる。情報850は、信頼値または品質値90パーセントを、ウエル標識、各対立遺伝子の強度値、および遺伝子型コールのリストと共に示す。例えば、（図示されない）試料のすべてについて、情報を表示することができる。

図9は、本教示の態様を実行することができる、図6のデータを生成した同じ実験に由来するサイクル数35での例示的な対立遺伝子識別プロット900である。プロット900は、サイクル数35においてデータのクラスタが依然としてはっきりしており、クラスタ間の距離が増していることを示す。セル830に示す試料についての信頼値は、さらに高い。

図10は、図6のデータを生成した同じ実験に由来するサイクル数40での例示的な対立遺伝子識別プロット1000であり、当該プロットにおいて本教示の態様を実施することができる。プロット1000は、サイクル数40においてデータのクラスタがこの場合も依然としてはっきりしており、クラスタ間の距離がよりいっそう増したことを示す。セル830に示す試料についての信頼値は、この場合もさらに高い。

図8〜10は、エンドユーザーからの入力に応答して2つ以上の対立遺伝子識別プロットを表示することにより、追加の情報を得ることができること、および複数の追加のまたは代替の処理段階が可能になることを示す。例えば、図8〜10は、図6に示したエンドポイントデータが正しいという確信をユーザーに与える。

反応の進行の全体を通して示されるはっきりとしたクラスタおよび高い信頼値は、図6および8〜10のPCR実験が、典型的には40サイクル、例えば30または35サイクルほどの少ないランで信頼できる結果を生じさせることができることを示唆し得る。従って、遺伝子型識別のための一定のアッセイは、2つ以上の対立遺伝子識別プロットを時間の関数として検分することによって修正および改善することができる。様々な態様において、PCRシステムは、サーマルサイクリングしているときに高い信頼度で良好な結果を認識すると、ランを停止し、遺伝子型をコールすることができる。この自動段階は、qPCRデータに基づいてサーマルサイクリング時間を減少させることにより、実験スループットを増加させることができる。

加えて、図8〜10に示す例は、遺伝子型決定アルゴリズムによって生成される対立遺伝子標識を含む。様々な態様において、2つ以上の対立遺伝子識別プロットを時間の関数として表示することができ、これらのプロットは、遺伝子型決定アルゴリズムからの情報を含まない。結果として、本教示の様々な態様を使用するデータの解析は、手動で遺伝子型をコールする能力をユーザーに提供することができる。例えば、表示される情報、例えば、はっきりとしたクラスタ、クラスタ間の距離、および信頼値を使用することにより、エンドユーザーは、遺伝子コールを成すために十分な情報を得ることができる。

最後に、従来のある遺伝子型決定ワークフローでは、任意のサーマルサイクリングを実施する前にqPCR機器を使用して各試料についての対立遺伝子特異的標識プローブの強度を読み取る。これは、多くの場合、プレリードデータ取得と呼ばれる。その後、試料の対立遺伝子特異的標識プローブの強度を読み取る能力を備えていないPCR機器で固定数のサイクルにわたって試料をサイクリングする。その固定数のサイクルの後、試料をqPCRシステムに戻し、ポストリードまたはエンドポイントデータ取得を実施する。そのようなワークフローでは、ポストリード取得の対立遺伝子識別プロットとプレリード取得の対立遺伝子識別プロットとを比較することにより、遺伝子型をコールすることができる。様々な態様において、qPCRシステムからの2つ以上の対立遺伝子識別プロットの表示は、遺伝子型決定ワークフローにおけるポストリード取得およびプレリード取得の必要をなくすことができる。2つ以上の対立遺伝子識別プロットによって、遺伝子型をコールするために十分な情報を得ることができる。

図8〜10は、3つの別々のプロットに関してサイクル数の関数として対立遺伝子識別の進行を示すものである。様々な態様において、これら3つの別々のプロットに与えられている情報を評定し、一つのプロットで表示することができる。例えば、図8〜10のデータを一つの対立遺伝子識別プロットにプロットし、異なるサイクル数値間に線を引くことができる。これらの線を軌跡線と呼ぶ。

図11は、図5のデータを生成した同じ実験に由来するサイクル数40での例示的な対立遺伝子識別プロット1100であり、前のサイクル数からのデータを表す軌跡線1110を示しており、当該プロットにおいて本教示の態様を実施することができる。軌跡線1110は、サイクル数を通じた対立遺伝子識別の進行を示す。様々な態様において、軌跡線1110は、例えば、ユーザー制御下でプロット1000に加えるか、またはプロット1000から除去することができる。

プロット1100におけるデータは、デカルト座標で示されている。様々な態様において、このデータを極座標でプロットすることができる。例えば、幾つかのクラスタリングアルゴリズムには極座標のほうが適切である。

軌跡線1110は、原点1120で第一のサイクル数のデータに収束する。この収束は、熱サイクリングの開始時に強度が殆どまたはまったく観察されないことを示唆する。従来は、ブランクまたはNTCをプレートのウエルに加えることによって同様の情報を得ている。従って、様々な態様において、初期サイクル数についての基線を提供することによりブランクまたはNTCの必要性をなくすことができる。ブランクまたはNTCをなくすことは、試料のためのプレート上の空間を増加させ、従って、実験スループットを増加させることができる。

プロット1100は、ゲノム上の一つの特定の部位を見た結果を示す。様々な態様において、プロット1100は、ゲノム上の2つ以上の部位の解析の結果として得られるデータを表示することができる。このデータは、例えば、多重化データと呼ばれる。ゲノム上の各部位からのデータの軌跡は、例えば、異なる原点を有することがある。ゲノム上の各部位からのデータの軌跡は、異なる規模の強度を有することもある。

図8〜10に示すデータを用いて、それらのデータを表示する前に、クラスタリングアルゴリズムを実行した。上で説明したように、データを表示する各サイクル数での信頼度によって、遺伝子型をコールすることができる。同様に、様々な態様において、対立遺伝子識別プロットの軌跡をクラスタ化してグループにし、これらのグループを使用して遺伝子型をコールすることができる。例えば、ハイブリッド再帰的マッチング（hybrid recursive matching:HRM）アルゴリズムを使用することができる。

一般に、クラスタリングアルゴリズムは、遺伝子型をコールさせられるよう、一緒にクラスタ化する一定の数の試料を必要とする。例えば、一塩基多型（SNP）遺伝子型決定では、試料を2つのホモ接合性クラスタと一つのヘテロ接合性クラスタにクラスタ化するための所与のアッセイに24の試料を必要とし得る。様々な態様において、遺伝子型を単一の軌跡からコールすることができる。例えば、直線的に移動し続いて右に曲がる軌跡は、第一の対立遺伝子に対してホモ接合性とコールされる場合があり、直線的に移動し続いて左に曲がる軌跡は、第二の対立遺伝子に対してホモ接合性とコールされる場合があり、および曲線を描かない軌跡は、ヘテロ接合性とコールされる場合がある。このタイプの軌跡パターン認識は、データ・クラスタリング・アルゴリズムの必要性をなくすことができる。

様々な態様において、対立遺伝子識別プロットの軌跡の解析を使用して、稀なSNPをレスキューすることができる。稀なSNPに関しては、ほぼすべての軌跡がホモ接合性である。結果として、試料値が互いに接近し、クラスタリングアルゴリズムは、クラスタをコールするための基準を有さない。しかし、軌跡線は、すべてのデータ点が同じ点で開始し、一方向に移行することを示す。結果として、遺伝子型は、それらの軌跡線からコールされ得る。

様々な態様において、対立遺伝子識別の進行を示すプロットを使用して、未決定の結果の問題を解決することまたは貴重な試料をレスキューすることができる。図7は、未決定の結果をもたらすエンドポイントデータの対立遺伝子識別プロットである。しかし、図5において使用したのと同じ試料から図6をプロットしているため、これらの試料の遺伝子型決定は可能であることが分かる。

図12は、図6のデータを生成した同じ実験からのサイクル数40での例示的対立遺伝子識別プロット1200であり、前のサイクル数からのデータを表す軌跡線1210を示しており、当該プロットにおいて本教示の態様を実施することができる。軌跡線1210は、3つのクラスタがより初期のサイクル数では分離していたことを示す。従って、軌跡線1210を使用して、図7のデータの問題を解決することができる。図7のデータが貴重な試料から作成された場合、図12の軌跡線1210を使用してそのデータをレスキューすることができる。貴重な試料は、非常に少ない試料投入量しか提供しない試料である。貴重な試料としては、例えば、法医学、少数の細胞、またはレーザー・キャプチャー・マイクロダイセクションに由来する試料投入が挙げられる。様々な態様において、軌跡線1210を使用して、データが遺伝子型のコールを可能にするために十分な量のデータであるサイクル数の選択を可能にすることにより、貴重な試料からのデータをレスキューする。その後、このサイクル数でのデータを使用して、遺伝子型をコールする。

図12は、データのクラスタがサーマルサイクリング中に分離し、その後、終末付近で再び収束することを示す。サイクル数の経過にともなう対立遺伝子識別の進行を示さなければ、分離および収束は明白にならない。様々な態様において、PCRシステムは、PCR実行中に分離および収束を自動的にモニターすることができる。例えば、分離から収束への推移を見つけると、PCRシステムは、分離を増すようにサーマルサイクリングを調整することができる。例えば、PCRシステムは、アニーリング温度を上昇させることができる。

本教示によるシステムおよび方法の様々な態様において、遺伝子型決定データの動的表示を提供するユーザーインターフェースは、試料テーブルと遺伝子型決定データのプロットとの間の相互関係を提供する特徴を含む。様々な態様において、そのような試料テーブルは、そのテーブルに示されている各試料に対応する広範な情報を有し得る。様々な態様によると、その情報を、各試料に対応する広範な属性に関連づけることができる。様々な態様において、そのような試料属性としては、試料、生物学的グループ、標的、タスク、入力量、時間、時間単位、試料源、処置、およびエンドユーザーによるコメントが挙げられるが、これらに限定されない。様々な態様について、試料テーブル中の各試料に対応する情報を、その試料をqPCR機器で実行したプロトコルに関連づけることができる。本教示のシステムおよび方法の様々な態様において、エンドユーザーは、任意の所望の様式で試料テーブルに示される試料を選択することができ（各試料は、それに対応する大量の試料情報を有する）、選択された試料を遺伝子型決定データのプロットに表示することができる。様々な態様によると、エンドユーザーは、試料テーブルに入力された試料をスクロールし、各試料に関連した情報を検分することができる。それに関しては、そのような可視化ツールにより、エンドユーザーは、遺伝子型決定実験の成果に対する様々な実験条件の影響を動的に解釈することができる。

例えば、図13A〜13Cには、遺伝子型決定実験で解析した複数の試料についてのデータを表示する。図13Aには、ホモ接合性の試料（2/2）、ホモ接合性の試料（1/1）、およびヘテロ接合性の試料（1/2）のクラスタをそれぞれ表す、試料1310、1320および1330の3つの集団を示す。各試料が行および列についての英数字指定でセル内に表される、384ほどもの多くの試料を解析するためのアッセイ形式を表す試料テーブルを当業者は認識するであろう。その試料テーブルから分かるように、解析される試料（U＝未知）が91ウェル、テンプレート不含対照（N）が2ウェル、および解析される標的遺伝子についての陽性対照（1/1、2/2、および1/2）が3ウェルある。図13Bにおいて、エンドユーザーは、試料の特定のグループを選択し、検分のためにそれらを強調表示し、プロットにおいて解析することができる。図13Cにおいて、エンドユーザーは、試料テーブルにおいて特に興味の対照となる領域を選択することができ、対応する試料をプロットにおいて表示する。様々な態様において、エンドユーザーは、試料テーブルをスクロールし、（図示されない）各試料に対応する情報を検分することができる。このようにして、遺伝子型決定に影響を及ぼす条件の容易な解析をエンドユーザーに提供することができる。

本教示のシステムおよび方法の様々な態様によると、遺伝子型決定アッセイの全実行時間の経過とともに取ったqPCRデータセットは、複数の試料中の各試料の進行の経時的スナップショットを提供する。本教示のシステムおよび方法の様々な態様において、エンドユーザーからの入力に応答して提示される可視化ツールは、遺伝子型決定データを段階的に表示することを提供するものであってもよく、またはビデオとしての表示を実行することを提供するものであってもよい。本教示の様々な態様において、そのような可視化ツールは、遺伝子型決定データの解析の補助として、時間の関数としてのすべてのデータの動的検査をエンドユーザーに提供することができる。

例えば、図14Aは、データ1610、1620および1630の3つのクラスタが明確にコールされた解析の実施を表す。しかし、クラスタ1615および1625は、遺伝子型決定データを解析するために使用したアルゴリズムによってコールされず、そのセット内のエンドポイントでコールされていない6つの試料を示した。図14Bに表示するように、エンドユーザーは、エンドユーザーへの便宜のためにサイクル数として示される時間を選択して、エンドポイント時より早い時点での試料のステータスを見ることができる。図14Bを調べると分かるように、サイクル34において遺伝子型決定アルゴリズムにより確信をもってコールを成すことができない試料の数は、試料セット内のコールされていない試料3つに減少した。最後に、図14Cでは、30サイクルにおいてコールされていない試料の数は、試料2つに減少した。説明のために図14A〜14Cを逆の時系列で示したが、本教示によるシステムおよび方法の様々な態様に従って、エンドユーザーは、複数の試料についての遺伝子型決定アッセイの進行の任意のタイムスライスを任意の順番で選択することができる。加えて、これらのデータは、40未満のサイクルによって表される時間の選択による成果の改善の例示であるが、一定の事例では、より多くのサイクル数にわたっての複数のサンプルランについても解析結果を向上させることができることは、当業者には理解されるであろう。例えば、稀な試料または損傷した試料における遺伝子標的については、エンドユーザーは、40より多くのサイクルのためのプロトコルを選択することができる。そのような場合、本教示による視覚化ツールの様々な態様を使用する解析にすべてのデータを利用することができる。

本教示の様々な実施を例証および説明のために提示した。それらは、網羅的ではなく、開示するまさにその形態に本教示を限定しない。それどころか、本教示は、当業者には理解されることであろうように、様々な代替形態、修飾形態および等価物を包含する。上の教示に照らして修飾および変形が可能であり、または本教示の実施から修飾形態および変形形態を取得することができる。さらに、記載する実施はソフトウェアを含むが、本教示は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして、またはハードウェアのみで実施することができる。本教示をオブジェクト指向プログラミングシステムと非オブジェクト指向プログラミングシステムの両方で実施することができる。

さらに、様々な態様を説明する中で、本明細書を方法および/またはプロセスを段階の特定の順序として提供したこともある。しかし、この方法またはプロセスが、本明細書に示す段階の特定の順番によらないのだから、方法またはプロセスを、記載する段階の特定の順序に限定すべきでない。当業者には理解されるであろうが、段階の他の順序が可能であり得る。従って、本明細書に示す段階の特定の順番は、特許請求の範囲を制限するものと解釈すべきではない。加えて、方法および/またはプロセスに関する請求項を、それらの段階を記載する順番で実施するものに限定すべきでなく、当業者には、それらの順序を変えることができること、およびそれらの順序が、依然として尚、様々な態様の精神および範囲内であることを容易に理解できる。

Claims (15)

1. ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）機器における使用のための遺伝子型決定データ用の可視化ツールのための、プロセッサにより実行可能な命令が符号化されたコンピュータ可読記憶媒体であって、
   該命令が、
   第一のプローブについての第一の強度シグナルと第二のプローブについての第一の強度シグナルとを含む、第一の時点における第一のデータセットを、該プロセッサに受信させる命令;
   該第一のプローブについての第二の強度シグナルと該第二のプローブについての第二の強度シグナルとを含む、第二の時点における第二のデータセットを、該プロセッサに受信させる命令;
   エンドユーザーに可視化ツールを提示する命令
   を含み、
   該可視化ツールが、
   該プロセッサが該第一のデータセットから第一のプロットを生成し、該第一のプロットを表示すること、および
   該プロセッサが該第二のデータセットから第二のプロットを生成し、該第二のプロットを表示すること
   から選択される、データの動的表示を提供し、
   該データの動的表示が、エンドユーザーからの入力に応答して選択され、遺伝子型決定データの解析を提供し、かつ該第一のデータセットと第二のデータセットの間の軌跡線を含み、ここで、該エンドユーザーからの入力が、データの表示の段階的選択であり、
   該PCR機器が、
   試料支持デバイス内に収容されている複数の試料の上に位置する、加熱されたカバー；
   試料ブロック；
   加熱および冷却用の素子；
   熱交換器；
   制御システム；ならびに
   ユーザーインターフェース
   を含み、
   該PCR機器が、生体試料の解析の実行時間中に、試料からの電磁エネルギーを検出し、
   該検出が、
   電磁エネルギーを放射する照明源；
   試料支持デバイス内の試料から電磁エネルギーを受信するための検出器；および
   各試料からの電磁エネルギーを検出器に誘導するために使用される光学素子
   を有する検出システムによって実行され、かつ
   該制御システムが、検出システム、および加熱されたカバーの機能を制御するために使用され、かつさらに該制御システムが、ユーザーインターフェースによってエンドユーザーとのアクセスが可能である、
   コンピュータ可読記憶媒体。
2. エンドユーザーからの入力が、データのビデオ表示の選択である、請求項1記載のコンピュータ可読記憶媒体。
3. プロセッサがサーマルサイクリング機器と通信する、請求項1記載のコンピュータ可読記憶媒体。
4. サーマルサイクリングが完了した後に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、請求項3記載のコンピュータ可読記憶媒体。
5. サーマルサイクリング中に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、請求項3記載のコンピュータ可読記憶媒体。
6. ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）機器における使用のための遺伝子型決定データ用の可視化ツールのための、コンピュータにより実現される方法であって、
   該方法が、
   第一のプローブについての第一の強度シグナルと第二のプローブについての第一の強度シグナルとを含む、第一の時点における第一のデータセットを、プロセッサが受信する段階;
   該第一のプローブについての第二の強度シグナルと該第二のプローブについての第二の強度シグナルとを含む、第二の時点における第二のデータセットを、プロセッサが受信する段階;
   遺伝子型決定データを解析するために該データセットをコンピュータで処理する段階
   を含み、
   該処理段階が、エンドユーザーに可視化ツールを提示することを含み、
   該可視化ツールが、
   該プロセッサが該第一のデータセットから第一のプロットを生成し、該第一のプロットを表示すること、および
   該プロセッサが該第二のデータセットから第二のプロットを生成し、該第二のプロットを表示すること
   から選択される、データの動的表示を提供し、
   該データの動的表示が、エンドユーザーからの入力に応答して選択され、遺伝子型決定データの解析を提供し、かつ該第一のデータセットと第二のデータセットの間の軌跡線を含み、ここで、該エンドユーザーからの入力が、データの表示の段階的選択であり、
   該PCR機器が、
   試料支持デバイス内に収容されている複数の試料の上に位置する、加熱されたカバー；
   試料ブロック；
   加熱および冷却用の素子；
   熱交換器；
   制御システム；ならびに
   ユーザーインターフェース
   を含み、
   該PCR機器が、生体試料の解析の実行時間中に、試料からの電磁エネルギーを検出し、
   該検出が、
   電磁エネルギーを放射する照明源；
   試料支持デバイス内の試料から電磁エネルギーを受信するための検出器；および
   各試料からの電磁エネルギーを検出器に誘導するために使用される光学素子
   を有する検出システムによって実行され、かつ
   該制御システムが、検出システム、および加熱されたカバーの機能を制御するために使用され、かつさらに該制御システムが、ユーザーインターフェースによってエンドユーザーとのアクセスが可能である、
   コンピュータにより実現される方法。
7. エンドユーザーからの入力が、データのビデオ表示の選択である、請求項6記載のコンピュータにより実現される方法。
8. プロセッサがサーマルサイクリング機器と通信する、請求項6記載のコンピュータにより実現される方法。
9. サーマルサイクリングが完了した後に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、請求項8記載のコンピュータにより実現される方法。
10. サーマルサイクリング中に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、請求項8記載のコンピュータにより実現される方法。
11. プロセッサ、および
    該プロセッサと通信するメモリ
    を具備するシステムであって、
    該メモリが、
    第一のプローブについての第一の強度シグナルと第二のプローブについての第一の強度シグナルとを含む、第一の時点における第一のデータセットを、該プロセッサに受信させる命令;
    該第一のプローブについての第二の強度シグナルと該第二のプローブについての第二の強度シグナルとを含む、第二の時点における第二のデータセットを、該プロセッサに受信させる命令;
    エンドユーザーに可視化ツールを提示する命令
    を記憶し、
    該可視化ツールが、
    該プロセッサが該第一のデータセットから第一のプロットを生成し、該第一のプロットを表示すること、および
    該プロセッサが該第二のデータセットから第二のプロットを生成し、該第二のプロットを表示すること
    から選択される、データの動的表示を提供し、
    該データの動的表示が、エンドユーザーからの入力に応答して選択され、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）機器における使用のための遺伝子型決定データの解析を提供し、かつ該第一のデータセットと第二のデータセットの間の軌跡線を含み、ここで、該エンドユーザーからの入力が、データの表示の段階的選択であり、
    該PCR機器が、
    試料支持デバイス内に収容されている複数の試料の上に位置する、加熱されたカバー；
    試料ブロック；
    加熱および冷却用の素子；
    熱交換器；
    制御システム；ならびに
    ユーザーインターフェース
    を含み、
    該PCR機器が、生体試料の解析の実行時間中に、試料からの電磁エネルギーを検出し、
    該検出が、
    電磁エネルギーを放射する照明源；
    試料支持デバイス内の試料から電磁エネルギーを受信するための検出器；および
    各試料からの電磁エネルギーを検出器に誘導するために使用される光学素子
    を有する検出システムによって実行され、かつ
    該制御システムが、検出システム、および加熱されたカバーの機能を制御するために使用され、かつさらに該制御システムが、ユーザーインターフェースによってエンドユーザーとのアクセスが可能である、
    システム。
12. エンドユーザーからの入力が、データのビデオ表示の選択である、請求項11記載のシステム。
13. プロセッサがサーマルサイクリング機器と通信する、請求項11記載のシステム。
14. サーマルサイクリングが完了した後に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、請求項13記載のシステム。
15. サーマルサイクリング中に、プロセッサが第一のデータセットおよび第二のデータセットを受信する、請求項13記載のシステム。

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