スパイクイン制御

スパイクインコントロールまたはスパイクインとは、オリゴヌクレオチド配列（RNA、DNA）、タンパク質、代謝物などの既知量の分子を生物学的サンプルに添加し、サンプルやバッチ間で目的の分子をより正確に定量的に推定するためのものです。^{[ 1 ]}スパイクインは特にハイスループットシーケンスアッセイで使用され、^{[ 2 ]}ライブラリー調製、取り扱い、測定などのサンプル処理中に導入される技術的および生物学的バイアスを監視し、正規化するための内部参照として機能します。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

スパイクインは特定の技術的バイアスを調整し、目的の内因性分子の正確な推定を可能にすることで、異なるサンプルや実験間でのデータ品質と標準化を向上させます。スパイクインは合成物質または外因性物質（元々サンプルの一部ではなかったもの）です。シーケンスベースのアッセイでは、外因性物質は通常、ショウジョウバエやシロイヌナズナなどの異なる種のゲノムから得られます。^{[ 6 ]}

スパイクインは、添加された後、サンプル内の天然分子と同じ実験手順と潜在的なバイアスにさらされます。これらは、実験ワークフローの早い段階で、多くの場合、サンプル溶解または抽出中または直後、シーケンスの前に添加されます。^{[ 7 ]}そのため、スパイクインの適合性、その設計、およびその後の分析は、可能な限り多くの実験変動源を考慮に入れることができるようにする必要があります。理想的には、スパイクインは、関心のあるエピトープを含む入力材料に非常によく似ていますが、天然分子とは明確に区別できます。^{[ 1 ]}各スパイクイン分子の初期量は既知であるため、実験終了時の測定量は、抽出効率、酵素反応効率（逆転写、ライゲーション、増幅など）、サンプル損失、測定感度などの技術的要因の累積効果を反映します。

シーケンス解析では、スパイクインを独自の分子識別子と組み合わせることで、感度と特異性をさらに高めることができます。^{[ 8 ] [ 9 ]}

スパイクインから得られる情報は、通常、初期のバイオインフォマティクス解析が完了した後に活用されます。このような解析の最終出力は、各ライブラリにおける様々なスパイクインコントロールの絶対数です。その後、様々なスパイクイン正規化または較正法において、この情報がベースラインとして利用され、目的とする主要シグナルが調整されます。

用途に応じて、いくつかの種類の突入電流制御装置が使用されます。

• RNAスパイクイン： RNA-Seqやマイクロアレイ解析などの遺伝子発現研究で一般的に使用されます。 ^{[ 4 ]}配列と長さが定義された合成RNA分子が、多くの場合、広範囲の濃度をカバーする事前定義された混合物として添加されます。よく知られた例としては、外部RNAコントロールコンソーシアム（ERCC）によって開発されたセットがあります。 ^{[ 3 ] [ 7 ]}
• DNAスパイクイン： ChIP-Seq（クロマチン免疫沈降シーケンス） ^{[ 5 ]} 、 DNAメチル化解析（例：ビスルフィットシーケンス） ^{[ 5 ]} 、その他のゲノムアッセイ^{[ 2 ] [ 14 ]}などのゲノミクスアプリケーションで使用されます。これらは合成DNA断片または無関係な種のゲノムDNA（例：ChIP-SeqのためにヒトサンプルにショウジョウバエDNAを加える）である可能性があります。 ^{[ 15 ]}

あまり使用されないその他のスパイクインには、ペプチドまたは代謝物のスパイクインが含まれる場合があります。プロテオミクスおよびメタボロミクスでは、定量および標準化のために、安定同位体標識合成ペプチド（例：AQUAペプチド）または代謝物、精製タンパク質または内因性代謝物または非内因性小分子が既知量で添加されることがよくあります。^{[ 16 ] [ 17 ]}

• DNAシーケンシング