高通量筛选（High-Throughput Screening，HTS）技术起源于20世纪80年代后期，最初是为了寻找先导化合物而对大量样品进行药理活性评价分析的技术手段。
随着技术的发展，HTS开始实现自动化，利用计算机及其操作软件、自动化加样设备、温孵离心设备和堆栈等组成自动化操作系统。
HTS技术的发展促进了药理学、药物化学、分子生物学、细胞生物学、数学、微生物学、计算机科学等多学科的理论和实践的结合。
HTS技术不断进步，包括微量化实验体系的建立、非同位素标记测定法的发展、放射性检测技术的应用、以及荧光检测技术的应用等。
HTS实验方法根据生物学特点分为受体结合分析法、酶活性测定法、细胞分子测定法、细胞活性测定法、代谢物质测定法和基因产物测定法等。
HTS技术的发展是药物筛选领域的重要里程碑，它极大地提高了药物发现的效率和成功率，同时也推动了相关科学技术的进步。
一、基本概念
1. 高通量筛选定义：HTS是一种科学实验方法，特别用于药物发现，通过自动化技术快速筛选大量化合物，以识别具有潜在生物活性的化合物。
2. 自动化和机器人技术：HTS依赖于自动化的液体处理和机器人技术来处理和测试成千上万的化合物。
3. 数据处理和控制软件：HTS需要专门的数据处理和控制软件来管理实验的执行和数据的收集。
4. 化合物库：HTS通常涉及对大型化合物库的筛选，这些库可能包含成千上万甚至数百万种不同的化学物质。
5. 筛选模型：HTS使用各种生物学模型，包括生化模型和基于细胞的模型，来评估化合物的生物活性。
6. 数据质量控制：在HTS数据分析中，确保数据的准确性和可靠性是至关重要的，包括对实验条件、数据收集和处理方法的质量控制。
7. 统计分析：HTS数据分析需要应用统计方法来评估化合物的活性，识别具有统计学意义的活性化合物。
8. 数据可视化：使用图表和图形工具来可视化筛选结果，帮助研究人员快速识别和理解数据模式。
9. 后续验证：HTS筛选出的潜在活性化合物需要通过进一步的实验进行验证，以确认其生物活性和药物潜力。
10. 多参数优化：HTS数据分析还包括对化合物的多参数优化，考虑溶解度、稳定性、毒性等属性，以提高化合物的成药性。
11. 信息整合：将HTS数据与其他来源的生物学、化学和药理学数据整合，以获得更全面的化合物特性和作用机制的理解。
二、分析过程
高通量筛选（HTS）数据分析是一个复杂且多步骤的过程，涉及到从大量化合物或生物样本中筛选出具有潜在生物活性的分子。
1. 数据收集：在HTS实验中，首先需要收集数据，这可能包括荧光、发光、吸收等信号的测量结果。
2. 数据预处理：原始数据通常需要进行预处理，以消除背景噪声、校正仪器效应或标准化数据。
3. 质量控制：在数据分析之前，进行质量控制检查，以确保数据的可靠性。这可能包括检查数据的一致性、重复性以及是否存在异常值。
4. 统计分析：使用统计方法来评估化合物的活性，识别具有统计学意义的活性化合物。这可能包括t检验、方差分析（ANOVA）等方法。
5. 数据可视化：通过图形和图表展示筛选结果，帮助研究人员快速识别活性化合物和模式。
6. 活性化合物识别：根据实验设计和统计分析结果，确定哪些化合物显示出显著的生物活性。
7. 后续验证：对筛选出的潜在活性化合物进行进一步的实验验证，以确认其生物活性和选择性。
8. 结构-活性关系分析：对活性化合物进行化学结构分析，以理解其与生物靶标的相互作用。
9. 数据整合：将HTS数据与其他生物学和化学信息整合，以获得更全面的化合物特性理解。
HTS数据分析的挑战在于处理和解释大量的数据，以及如何有效地从这些数据中识别出真正有潜力的化合物。随着技术的发展，数据分析方法也在不断进步，以提高筛选的效率和准确性。 提到，对于大多数步骤，可以使用一系列的生物信息学工具，并且对于大多数工具，需要设置多个参数。
三、应用领域
高通量筛选（High-Throughput Screening，HTS）技术在多个领域有广泛的应用，以下是一些主要的应用场景：
1. 药物发现：HTS技术被广泛应用于药物发现过程中，用于从大量化合物库中筛选出具有潜在生物活性的化合物，作为药物开发的先导化合物。
2. 基因组学研究：在基因组水平上，HTS技术可以用于从头测序（de novo sequencing）和全基因组重测序（resequencing），以发现个体差异的分子基础。
3. 转录组学研究：HTS技术可以应用于全转录组测序，研究可变剪接、编码序列单核苷酸多态性（cSNP）等。
4. 微生物多样性筛选：在工业生物技术中，HTS技术用于快速高效地筛选出更适于工业化生产的微生物菌株。
5. 合成生物学：HTS技术结合合成生物学策略，可以用于构建更高效的微生物细胞工厂，强化微生物对恶劣环境的适应性或提高菌株的生长速度、底物消耗或产物积累能力。
6. 纳米技术：在纳米技术领域，HTS技术可以用于筛选具有特定功能的纳米材料。
7. 人工智能：结合人工智能技术，HTS可以提高筛选效率和准确性，尤其是在药物发现和生物标志物研究中。
8. 环境微生物学研究：HTS技术可以用于环境微生物群落的多样性、功能及其与环境的相互作用研究。
9. 荧光探针技术：在高通量筛选中，荧光探针技术用于检测和筛选，例如筛选含脂质酵母、抗生素等。
10. 临床诊断与治疗：HTS技术在临床诊断和治疗中具有潜在应用，如遗传病检测、癌症基因突变检测等，为精准医疗提供技术支持。
这些应用场景展示了HTS技术在现代科研和工业中的多样性和重要性，它极大地提高了研究效率，加速了新药和新疗法的开发进程。
四、软件工具
高通量筛选（HTS）的软件工具主要用于数据管理、分析和可视化，以提高筛选过程的效率和准确性。HTS数据分析依赖于专业的软件工具和数据库，如K-Screen、PubChem和ZINC，以支持数据管理、搜索和分析。
HTS数据分析是一个高度专业化和跨学科的领域，需要生物学、化学、药理学、统计学和计算机科学等多学科的知识和技能。随着技术的发展，HTS数据分析方法也在不断进步，以提高筛选的效率和准确性。
