مصفوفة الحمض النووي الدقيقة

يمكن تصنيع المصفوفات الدقيقة بطرق مختلفة، وذلك تبعاً لعدد المجسات المراد فحصها، والتكاليف، ومتطلبات التخصيص، ونوع السؤال العلمي المطروح. قد تحتوي المصفوفات من الموردين التجاريين على 10 مجسات فقط أو 5 ملايين مجس أو أكثر بحجم الميكرومتر.

يمكن تصنيع المصفوفات الدقيقة باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك الطباعة باستخدام دبابيس دقيقة على شرائح زجاجية، والطباعة الضوئية باستخدام أقنعة جاهزة، والطباعة الضوئية باستخدام أجهزة المرايا الدقيقة الديناميكية، والطباعة النفاثة للحبر، ^{[ 11 ] [ 12 ]} أو الكيمياء الكهربائية على مصفوفات الأقطاب الكهربائية الدقيقة.

في المصفوفات الدقيقة المنقطة ، تكون المجسات عبارة عن قليل النوكليوتيدات ، أو الحمض النووي المكمل (cDNA) ، أو أجزاء صغيرة من نواتج تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) التي تُطابق الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) . تُصنّع المجسات قبل وضعها على سطح المصفوفة، ثم تُوضع على شريحة زجاجية. تعتمد إحدى الطرق الشائعة على استخدام مصفوفة من الدبابيس أو الإبر الدقيقة التي يتحكم بها ذراع آلي، حيث تُغمس في حُفر تحتوي على مجسات الحمض النووي، ثم تُوضع كل مجس في مواقع مُحددة على سطح المصفوفة. تُمثل "شبكة" المجسات الناتجة خصائص الأحماض النووية للمجسات المُجهزة، وهي جاهزة لاستقبال أهداف الحمض النووي المكمل (cDNA) أو الحمض النووي الريبوزي المُكمل (cRNA) المُستمدة من عينات تجريبية أو سريرية. يستخدم الباحثون حول العالم هذه التقنية لإنتاج مصفوفات دقيقة مطبوعة "داخليًا" في مختبراتهم. يُمكن تخصيص هذه المصفوفات بسهولة لكل تجربة، حيث يُمكن للباحثين اختيار المجسات ومواقع الطباعة على المصفوفات، وتصنيع المجسات في مختبراتهم (أو في منشأة مُتعاونة)، ووضعها على المصفوفات. يمكنهم بعد ذلك توليد عيناتهم الموسومة الخاصة بهم للتهجين، وتهجين هذه العينات مع المصفوفة، ثم مسح المصفوفات باستخدام أجهزتهم الخاصة. يوفر هذا مصفوفة دقيقة منخفضة التكلفة نسبيًا، قابلة للتخصيص لكل دراسة، ويتجنب تكاليف شراء المصفوفات التجارية باهظة الثمن التي قد تمثل أعدادًا هائلة من الجينات غير ذات أهمية للباحث. تشير بعض المنشورات إلى أن المصفوفات الدقيقة الموضعية المصنعة داخليًا قد لا توفر نفس مستوى الحساسية مقارنةً بمصفوفات الأوليغونوكليوتيدات التجارية، ^{[ 13 ]} ربما بسبب صغر حجم الدفعات وانخفاض كفاءة الطباعة مقارنةً بالمصنعين الصناعيين لمصفوفات الأوليغونوكليوتيدات.

في المصفوفات الدقيقة للأوليغونوكليوتيدات ، تُعدّ المجسات تسلسلات قصيرة مصممة لمطابقة أجزاء من تسلسل إطارات القراءة المفتوحة المعروفة أو المتوقعة . على الرغم من أن مجسات الأوليغونوكليوتيدات تُستخدم غالبًا في المصفوفات الدقيقة "المُرَقَّطة"، فإن مصطلح "مصفوفة الأوليغونوكليوتيدات" يُشير في الغالب إلى تقنية تصنيع محددة. تُنتَج مصفوفات الأوليغونوكليوتيدات عن طريق طباعة تسلسلات أوليغونوكليوتيدية قصيرة مصممة لتمثيل جين واحد أو عائلة من متغيرات التضفير الجيني، وذلك بتخليق هذا التسلسل مباشرةً على سطح المصفوفة بدلًا من ترسيب التسلسلات الكاملة. قد تكون التسلسلات أطول (مجسات 60 نيوكليوتيدًا مثل تصميم Agilent ) أو أقصر (مجسات 25 نيوكليوتيدًا من إنتاج Affymetrix ) حسب الغرض المطلوب؛ فالمجسات الأطول أكثر تحديدًا للجينات المستهدفة، بينما يمكن وضع المجسات الأقصر بكثافة أعلى عبر المصفوفة، وهي أقل تكلفة في التصنيع. تتضمن إحدى التقنيات المستخدمة لإنتاج مصفوفات الأوليغونوكليوتيدات التخليق الضوئي (أفيمتريكس) على ركيزة من السيليكا، حيث يُستخدم الضوء وعوامل حجب حساسة للضوء لبناء تسلسل نيوكليوتيد واحد في كل مرة عبر المصفوفة بأكملها. ^{[ 14 ]} يتم "كشف" كل مجس قابل للتطبيق بشكل انتقائي قبل غمر المصفوفة في محلول نيوكليوتيد واحد، ثم يحدث تفاعل حجب، ويتم كشف المجموعة التالية من المجسات استعدادًا لتعريضها لنيوكليوتيد مختلف. بعد تكرار هذه العملية عدة مرات، تكتمل تسلسلات كل مجس. ومؤخرًا، جمعت تقنية تخليق المصفوفات بدون حجب من شركة نيمبلجين سيستمز بين المرونة وإنتاج أعداد كبيرة من المجسات. ^{[ 15 ]}

تُستخدم المصفوفات الدقيقة ثنائية اللون أو ثنائية القنوات عادةً في تهجين الحمض النووي المكمل (cDNA) المُستخلص من عينتين للمقارنة (مثل الأنسجة المريضة مقابل الأنسجة السليمة)، ويتم وسمها بصبغتين فلوريتين مختلفتين . ^{[ 16 ]} تشمل الصبغات الفلورية الشائعة الاستخدام في وسم الحمض النووي المكمل (cDNA) صبغة Cy3 ، التي يبلغ طول موجة انبعاثها الفلوري 570  نانومتر (الموافق للجزء الأخضر من طيف الضوء)، وصبغة Cy5 ، التي يبلغ طول موجة انبعاثها الفلوري 670  نانومتر (الموافق للجزء الأحمر من طيف الضوء). تُخلط عينتا الحمض النووي المكمل (cDNA) الموسومتان بصبغتي Cy5 وتُهجّنان على مصفوفة دقيقة واحدة، ثم تُمسح ضوئيًا باستخدام ماسح ضوئي للمصفوفات الدقيقة لتصوير الفلورة الناتجة عن الصبغتين الفلوريتين بعد إثارتهما بشعاع ليزر ذي طول موجي محدد. يمكن بعد ذلك استخدام الشدة النسبية لكل صبغة فلورية في التحليل القائم على النسب لتحديد الجينات المُرتفعة والمُنخفضة التعبير. ^{[ 17 ]}

تحتوي المصفوفات الدقيقة للأوليغونوكليوتيدات غالبًا على مجسات تحكم مصممة للتهجين مع جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) المضافة . تُستخدم درجة التهجين بين جزيئات الحمض النووي الريبوزي المضافة ومجسات التحكم لمعايرة قياسات التهجين للمجسات المستهدفة. على الرغم من إمكانية تحديد المستويات المطلقة للتعبير الجيني في المصفوفة ثنائية اللون في حالات نادرة، إلا أن الاختلافات النسبية في التعبير بين البقع المختلفة داخل العينة وبين العينات هي الطريقة المُفضلة لتحليل البيانات في النظام ثنائي اللون. من أمثلة الشركات المُصنّعة لهذه المصفوفات الدقيقة: شركة Agilent بمنصتها Dual-Mode، وشركة Eppendorf بمنصتها DualChip لتوسيم Silverquant اللوني ، وشركة TeleChem International بمنصتها Arrayit .

في المصفوفات الدقيقة أحادية القناة أو أحادية اللون ، توفر المصفوفات بيانات شدة الإشارة لكل مجس أو مجموعة مجسات، مما يشير إلى مستوى التهجين النسبي مع الهدف الموسوم. مع ذلك، فهي لا تُشير بدقة إلى مستويات وفرة الجين، بل إلى وفرته النسبية عند مقارنته بعينات أو ظروف أخرى عند معالجته في نفس التجربة. يواجه كل جزيء RNA تحيزًا خاصًا بالبروتوكول والدفعة خلال مراحل التضخيم والوسم والتهجين، مما يجعل المقارنات بين الجينات لنفس المصفوفة الدقيقة غير مفيدة. تتطلب مقارنة حالتين لنفس الجين إجراء عمليتي تهجين منفصلتين باستخدام صبغة واحدة. من بين الأنظمة أحادية القناة الشائعة: Affymetrix "Gene Chip"، وIllumina "Bead Chip"، ومصفوفات Agilent أحادية القناة، ومصفوفات Applied Microarrays "CodeLink"، وEppendorf "DualChip & Silverquant". تكمن إحدى مزايا نظام الصبغة الواحدة في أن العينة الشاذة لا تؤثر على البيانات الأولية المستمدة من العينات الأخرى، لأن كل شريحة مصفوفة تتعرض لعينة واحدة فقط (على عكس نظام اللونين حيث قد تؤثر عينة واحدة منخفضة الجودة بشكل كبير على دقة البيانات الإجمالية حتى لو كانت العينة الأخرى عالية الجودة). ومن المزايا الأخرى سهولة مقارنة البيانات مع المصفوفات من تجارب مختلفة طالما تم مراعاة تأثيرات الدُفعات.

قد تكون المصفوفة الدقيقة أحادية القناة هي الخيار الوحيد في بعض الحالات. لنفترض${\displaystyle i}$يجب مقارنة العينات: عندئذٍ يصبح عدد التجارب المطلوبة باستخدام مصفوفات القناتين غير عملي بسرعة، ما لم يتم استخدام عينة كمرجع.

عدد العينات	مصفوفة دقيقة أحادية القناة	مصفوفة دقيقة ثنائية القنوات	مصفوفة دقيقة ثنائية القنوات (مع مرجع)
1	1	1	1
2	2	1	1
3	3	3	2
4	4	6	3
${\displaystyle i}$	${\displaystyle i}$	${\displaystyle i(i-1)/2}$	${\displaystyle i-1}$

هذا مثال على تجربة مصفوفة الحمض النووي الدقيقة التي تتضمن تفاصيل حالة معينة لشرح تجارب مصفوفة الحمض النووي الدقيقة بشكل أفضل، مع سرد التعديلات الخاصة بالحمض النووي الريبي أو التجارب البديلة الأخرى.

1. يتم زراعة/اقتناء عينتين للمقارنة (مقارنة ثنائية). في هذا المثال، العينة المعالجة ( الحالة ) والعينة غير المعالجة ( الضابطة ).
2. يتم تنقية الحمض النووي المطلوب: قد يكون هذا الحمض النووي الريبوزي (RNA) لتحليل التعبير الجيني ، أو الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين ( DNA ) للتهجين المقارن ، أو الحمض النووي الريبوزي/الحمض النووي الريبوزي المرتبط ببروتين معين والذي يتم ترسيبه المناعي ( ChIP-on-chip ) لدراسات علم التخلق أو التنظيم الجيني. في هذا المثال، يتم عزل الحمض النووي الريبوزي الكلي (النووي والسيتوبلازمي ) باستخدام استخلاص غوانيدينيوم ثيوسيانات-فينول-كلوروفورم (مثل تريزول )، والذي يعزل معظم الحمض النووي الريبوزي (بينما طرق الأعمدة لها حد قطع يبلغ 200 نيوكليوتيد)، وإذا تم إجراؤه بشكل صحيح، فإنه يتميز بنقاء أفضل.
3. يُحلل الحمض النووي الريبوزي المنقى من حيث الجودة (باستخدام الرحلان الكهربائي الشعيري ) والكمية (على سبيل المثال، باستخدام مطياف نانودروب أو نانوفوتوميتر ). إذا كانت المادة ذات جودة مقبولة وكميتها كافية (مثلًا، أكثر من 1 ميكروغرام ، مع العلم أن الكمية المطلوبة تختلف باختلاف منصة المصفوفة الدقيقة)، يمكن إجراء التجربة.
4. يُنتَج المنتج المُوسَم عبر النسخ العكسي ، ويتبعه تضخيم اختياري بتقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR ). يُستنسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) عكسيًا باستخدام إما بادئات متعددة الثايمين (polyT) (التي تُضخّم الحمض النووي الريبوزي الرسول mRNA فقط ) أو بادئات عشوائية (التي تُضخّم جميع أنواع الحمض النووي الريبوزي، ومعظمها من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي rRNA ). تربط مصفوفات الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA ) قليل النوكليوتيدات بالحمض النووي الريبوزي الصغير المُنقّى (المُعزول باستخدام جهاز تجزئة)، والذي يُستنسخ عكسيًا ويُضخّم بعد ذلك.
   • تُضاف العلامة إما أثناء عملية النسخ العكسي، أو بعد التضخيم إن تم إجراؤه. وتعتمد العلامة الموجبة على نوع المصفوفة الدقيقة؛ فمثلاً، إذا أُضيفت العلامة مع مزيج النسخ العكسي، يكون الحمض النووي التكميلي مضادًا للمعنى، ويكون مسبار المصفوفة الدقيقة موجبًا للمعنى، باستثناء حالة الضوابط السلبية.
   • عادةً ما تكون العلامة فلورية ؛ جهاز واحد فقط يستخدم العلامات المشعة .
   • يمكن أن تكون عملية الوسم مباشرة (غير مستخدمة) أو غير مباشرة (تتطلب مرحلة اقتران). في المصفوفات ثنائية القنوات، تتم مرحلة الاقتران قبل التهجين، باستخدام أمينوأليل يوريدين ثلاثي الفوسفات (أمينوأليل-UTP، أو aaUTP) وأصباغ NHS المتفاعلة مع الأمين (مثل أصباغ السيانين ). أما في المصفوفات أحادية القناة، فتتم مرحلة الاقتران بعد التهجين، باستخدام البيوتين والستربتافيدين الموسوم . تُضاف النيوكليوتيدات المعدلة (عادةً بنسبة 1 aaUTP: 4 TTP ( ثيميدين ثلاثي الفوسفات )) إنزيميًا بنسبة منخفضة إلى النيوكليوتيدات العادية، مما ينتج عنه عادةً نيوكليوتيد واحد لكل 60 قاعدة. ثم يُنقى الحمض النووي aaDNA باستخدام عمود (باستخدام محلول منظم فوسفات، لأن Tris يحتوي على مجموعات أمينية). مجموعة الأمينوأليل هي مجموعة أمينية على رابط طويل متصل بالقاعدة النيتروجينية، والتي تتفاعل مع صبغة تفاعلية.
     • يمكن إجراء نوع من النسخ يُعرف باسم "قلب الصبغة" للتحكم في شوائب الصبغة في التجارب ثنائية القنوات؛ في هذه الحالة، تُستخدم شريحة ثانية مع تبديل العلامات (العينة التي وُسمت بـ Cy3 في الشريحة الأولى تُوسم بـ Cy5، والعكس صحيح). في هذا المثال، يوجد أمينوأليل- UTP في الخليط المُستنسخ عكسيًا.
5. ثم يتم خلط العينات الموسومة بمحلول تهجين خاص يمكن أن يتكون من SDS أو SSC أو كبريتات الدكستران أو عامل حجب (مثل Cot-1 DNA أو DNA من الحيوانات المنوية للسلمون أو DNA من غدة التوتة للعجل أو PolyA أو PolyT) أو محلول Denhardt أو الفورمامين .
6. يتم تسخين الخليط وتسخينه، ثم يُضاف إلى الثقوب الدقيقة في المصفوفة الدقيقة. تُغلق الثقوب وتُهجّن المصفوفة الدقيقة، إما في فرن تهجين حيث تُخلط المصفوفة الدقيقة بالتدوير، أو في خلاط حيث تُخلط المصفوفة الدقيقة عن طريق الضغط المتناوب عند الثقوب الدقيقة.
7. بعد عملية التهجين التي تتم طوال الليل، يتم غسل جميع الارتباطات غير المحددة (SDS و SSC).
8. يتم تجفيف المصفوفة الدقيقة ومسحها ضوئياً بواسطة جهاز يستخدم الليزر لإثارة الصبغة ويقيس مستويات الانبعاث باستخدام كاشف.
9. يتم تقسيم الصورة إلى شبكة باستخدام قالب ويتم تحديد شدة كل ميزة (مكونة من عدة بكسلات).
10. تُجرى عملية تطبيع للبيانات الأولية؛ وأبسط طريقة للتطبيع هي طرح شدة الخلفية وتعديل المقياس بحيث تتساوى الشدة الكلية لخصائص القناتين، أو استخدام شدة جين مرجعي لحساب قيمة t لجميع الشدات. وتشمل الطرق الأكثر تطورًا نسبة z ، و LOESS، وانحدار LOESS، وتحليل RMA (التحليل القوي متعدد الرقائق) لرقائق Affymetrix (رقاقة سيليكون أحادية القناة، قليلة النوكليوتيدات قصيرة مصنعة في الموقع ).

نظراً للتعقيد البيولوجي للتعبير الجيني، فإن اعتبارات التصميم التجريبي التي تمت مناقشتها في مقالة تحديد التعبير الجيني لها أهمية بالغة إذا كان من المقرر استخلاص استنتاجات صحيحة إحصائياً وبيولوجياً من البيانات.

هناك ثلاثة عناصر رئيسية يجب مراعاتها عند تصميم تجربة المصفوفات الدقيقة. أولًا، يُعد تكرار العينات البيولوجية ضروريًا لاستخلاص النتائج من التجربة. ثانيًا، قد تُساعد التكرارات التقنية (مثل عينتين من الحمض النووي الريبوزي RNA من كل وحدة تجريبية) في تحديد الدقة الكمية. تشمل التكرارات البيولوجية استخلاصات مستقلة للحمض النووي الريبوزي RNA. قد تكون التكرارات التقنية عبارة عن جزأين من نفس المستخلص. ثالثًا، توجد بقع من كل مستنسخ cDNA أو قليل النوكليوتيدات كتكرارات (على الأقل نسختين) على شريحة المصفوفة الدقيقة، لتوفير مقياس للدقة التقنية في كل عملية تهجين. من الأهمية بمكان مناقشة المعلومات المتعلقة بتحضير العينات ومعالجتها، للمساعدة في تحديد الوحدات المستقلة في التجربة وتجنب المبالغة في تقديرات الدلالة الإحصائية . ^{[ 20 ]}

يُعدّ تبادل بيانات المصفوفات الدقيقة صعباً نظراً لافتقارها إلى التوحيد القياسي في تصنيع المنصات، وبروتوكولات الفحص، وأساليب التحليل. ويُشكّل هذا مشكلة في قابلية التشغيل البيني في المعلوماتية الحيوية . وتسعى العديد من المشاريع مفتوحة المصدر، التي انطلقت من القاعدة الشعبية، إلى تسهيل تبادل وتحليل البيانات المُنتجة باستخدام رقائق غير احتكارية.

على سبيل المثال، تساعد قائمة التحقق "الحد الأدنى من المعلومات حول تجربة المصفوفات الدقيقة" ( MIAME ) في تحديد مستوى التفاصيل المطلوب، وقد اعتمدتها العديد من المجلات كشرط لتقديم الأوراق البحثية التي تتضمن نتائج المصفوفات الدقيقة. إلا أن MIAME لا تحدد تنسيق المعلومات، لذا فبينما تدعم العديد من التنسيقات متطلبات MIAME، اعتبارًا من عام 2007لا يوجد تنسيق يسمح بالتحقق من التوافق الدلالي الكامل. يُنفَّذ مشروع "مراقبة جودة المصفوفات الدقيقة (MAQC)" من قِبَل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) لوضع معايير ومقاييس لمراقبة الجودة، مما سيتيح في نهاية المطاف استخدام بيانات المصفوفات الدقيقة في اكتشاف الأدوية، والممارسة السريرية، واتخاذ القرارات التنظيمية. ^{[ 21 ]} وقد وضعت جمعية MGED معايير لتمثيل نتائج تجارب التعبير الجيني والتعليقات التوضيحية ذات الصلة.

تتميز مجموعات بيانات المصفوفات الدقيقة عادةً بحجمها الكبير، وتتأثر دقة التحليل بعدد من المتغيرات. تشمل التحديات الإحصائية مراعاة تأثيرات الضوضاء الخلفية والتطبيع المناسب للبيانات. قد تكون طرق التطبيع مناسبة لمنصات محددة، وفي حالة المنصات التجارية، قد يكون التحليل خاصًا بها. ^{[ 22 ]} تشمل الخوارزميات التي تؤثر على التحليل الإحصائي ما يلي:

• تحليل الصور: تقسيم الصورة إلى مربعات، والتعرف على النقاط في الصورة الممسوحة ضوئياً (خوارزمية التجزئة)، وإزالة أو وضع علامات على الميزات ذات الجودة الرديئة والمنخفضة الكثافة (تسمى وضع العلامات ).
• معالجة البيانات: طرح الخلفية (بناءً على الخلفية العالمية أو المحلية)، وتحديد شدة البقع ونسب الشدة، وتصور البيانات (انظر على سبيل المثال مخطط MA )، والتحويل اللوغاريتمي للنسب، والتطبيع العالمي أو المحلي لنسب الشدة، والتجزئة إلى مناطق مختلفة من عدد النسخ باستخدام خوارزميات الكشف عن الخطوات . ^{[ 23 ]}
• تحليل اكتشاف الفئات: يُحاول هذا النهج التحليلي، الذي يُسمى أحيانًا بالتصنيف غير الخاضع للإشراف أو اكتشاف المعرفة، تحديد ما إذا كانت المصفوفات الدقيقة (الأشياء، المرضى، الفئران، إلخ) أو الجينات تتجمع في مجموعات. يُمكن أن يُتيح تحديد المجموعات الموجودة طبيعيًا من الأشياء (المصفوفات الدقيقة أو الجينات) التي تتجمع معًا اكتشاف مجموعات جديدة لم تكن معروفة سابقًا. خلال تحليل اكتشاف المعرفة، يُمكن استخدام تقنيات تصنيف غير خاضعة للإشراف مع بيانات المصفوفات الدقيقة للحمض النووي لتحديد مجموعات (فئات) جديدة من المصفوفات. ^{[ 24 ]} لا يعتمد هذا النوع من النهج على فرضيات مُسبقة، بل يعتمد على التعرف التكراري على الأنماط أو أساليب التعلم الإحصائي لإيجاد العدد الأمثل للمجموعات في البيانات. تشمل أمثلة أساليب التحليل غير الخاضعة للإشراف: الخرائط ذاتية التنظيم، والغاز العصبي، وتحليلات التجميع k-means، ^{[ 25 ]} وتحليل التجميع الهرمي، والتجميع القائم على معالجة الإشارات الجينومية، وتحليل التجميع القائم على النموذج. في بعض هذه الطرق، يتعين على المستخدم تحديد مقياس للمسافة بين أزواج الكائنات. ورغم شيوع استخدام معامل ارتباط بيرسون، فقد طُرحت وقُيّمت عدة مقاييس أخرى في الأدبيات العلمية. ^{[ 26 ]} تعتمد بيانات الإدخال المستخدمة في تحليلات اكتشاف الفئات عادةً على قوائم جينات ذات معلوماتية عالية (ضوضاء منخفضة) بناءً على قيم منخفضة لمعامل التباين أو قيم عالية لإنتروبيا شانون، وما إلى ذلك. يُطلق على تحديد العدد الأمثل أو الأكثر احتمالاً للمجموعات المُستخلصة من تحليل غير مُشرف عليه اسم صلاحية المجموعة. ومن المقاييس الشائعة الاستخدام لصلاحية المجموعة: مؤشر الظلية، ومؤشر ديفيز-بولدين، ^{[ 27 ]} ومؤشر دان، ومؤشر هوبرت.${\displaystyle \Gamma }$إحصائية.
• تحليل التنبؤ بالفئة: يُرسي هذا النهج، المسمى بالتصنيف الخاضع للإشراف، الأساس لتطوير نموذج تنبؤي يُمكن إدخال كائنات اختبار غير معروفة إليه مستقبلاً، وذلك للتنبؤ بالفئة الأكثر احتمالاً التي تنتمي إليها هذه الكائنات. يتضمن التحليل الخاضع للإشراف ^{[ 24 ]} للتنبؤ بالفئة استخدام تقنيات مثل الانحدار الخطي، وخوارزمية أقرب جار، وتكميم متجه التعلم، وتحليل شجرة القرار، والغابات العشوائية، وخوارزمية بايز البسيطة، والانحدار اللوجستي، وانحدار النواة، والشبكات العصبية الاصطناعية، وآلات المتجهات الداعمة، ومزيج الخبراء ، والغاز العصبي الخاضع للإشراف. إضافةً إلى ذلك، تُستخدم طرق استدلالية متنوعة، مثل الخوارزميات الجينية ، والتكيف الذاتي لمصفوفة التغاير، وتحسين سرب الجسيمات ، وتحسين مستعمرة النمل . عادةً ما تعتمد بيانات الإدخال للتنبؤ بالفئة على قوائم مُفلترة من الجينات التي تُنبئ بالفئة، والتي يتم تحديدها باستخدام اختبارات الفرضيات الكلاسيكية (القسم التالي)، أو مؤشر جيني للتنوع، أو كسب المعلومات (الإنتروبيا).
• التحليل الإحصائي القائم على الفرضيات: يُستخدم اختبار t ، وتحليل التباين (ANOVA) ، والطريقة البايزية ^{[ 28 ]} ، واختبار مان-ويتني المُصمم خصيصًا لمجموعات بيانات المصفوفات الدقيقة، والذي يأخذ في الاعتبار المقارنات المتعددة ^{[ 29 ]} ، أو تحليل التجميع ^{[ 30 ]} لتحديد التغيرات ذات الدلالة الإحصائية في التعبير الجيني . تُقيّم هذه الطرق القوة الإحصائية بناءً على التباين الموجود في البيانات وعدد التكرارات التجريبية، ويمكن أن تُساعد في تقليل أخطاء النوع الأول والنوع الثاني في التحليلات ^{[ 31 ] .}
• تقليل الأبعاد: غالبًا ما يقوم المحللون بتقليل عدد الأبعاد (الجينات) قبل تحليل البيانات. ^{[ 24 ]} قد يشمل ذلك أساليب خطية مثل تحليل المكونات الرئيسية (PCA)، أو تعلم متعدد الشعب غير الخطي (تعلم مقياس المسافة) باستخدام تحليل المكونات الرئيسية النواة، وخرائط الانتشار، وخرائط لابلاس الذاتية، والتضمين الخطي المحلي، والإسقاطات الحافظة محليًا، ورسم خرائط سامون.
• الأساليب القائمة على الشبكات: هي أساليب إحصائية تأخذ في الحسبان البنية الأساسية لشبكات الجينات، وتمثل التفاعلات أو التبعيات الترابطية أو السببية بين منتجات الجينات. ^{[ 32 ]} يُستخدم تحليل شبكة التعبير الجيني المشترك الموزون على نطاق واسع لتحديد وحدات التعبير المشترك والجينات المحورية داخل هذه الوحدات. قد تتوافق الوحدات مع أنواع الخلايا أو المسارات. وتمثل المحاور داخل الوحدات ذات الترابط العالي وحداتها على أفضل وجه.

قد تتطلب بيانات المصفوفات الدقيقة معالجة إضافية تهدف إلى تقليل أبعاد البيانات لتسهيل فهمها وتحليلها بشكل أكثر تركيزًا. ^{[ 33 ]} تسمح طرق أخرى بتحليل البيانات التي تتكون من عدد قليل من التكرارات البيولوجية أو التقنية ؛ على سبيل المثال، يجمع اختبار الخطأ المجمع المحلي (LPE) الانحرافات المعيارية للجينات ذات مستويات التعبير المتشابهة في محاولة للتعويض عن عدم كفاية التكرار. ^{[ 34 ]}

إن العلاقة بين المجس والـ mRNA الذي يُفترض أن يكشف عنه ليست بسيطة. ^{[ 35 ]} قد تتفاعل بعض جزيئات mRNA مع المجسات الموجودة في المصفوفة والمُصممة للكشف عن mRNA آخر. إضافةً إلى ذلك، قد تتعرض جزيئات mRNA لانحياز في التضخيم خاص بتسلسلها أو جزيئها. ثالثًا، قد تعتمد المجسات المُصممة للكشف عن mRNA لجين مُعين على معلومات EST الجينومية المرتبطة بهذا الجين بشكل خاطئ.

وُجد أن بيانات المصفوفات الدقيقة أكثر فائدةً مقارنةً بمجموعات البيانات الأخرى المماثلة. يتطلب الحجم الهائل للبيانات، والتنسيقات المتخصصة (مثل MIAME )، وجهود التنسيق المرتبطة بها، قواعد بيانات متخصصة لتخزينها. وقد تم تطوير عدد من حلول تخزين البيانات مفتوحة المصدر، مثل InterMine و BioMart ، خصيصًا لدمج مجموعات البيانات البيولوجية المتنوعة، ودعم تحليلها أيضًا.