استخدام خط أنابيب MALDI TOF-MS IDBac المفتوح المصدر لتحليل البروتين الميكروبي وبيانات المستقلب المتخصصة
May 15th, 2019
IDBac هو خط أنابيب المعلوماتية الحيوية القائمة على الطيف الكتلي المفتوح المصدر الذي يدمج البيانات من كل من البروتين السليم وأطياف المستقلب المتخصصة، التي تم جمعها على مواد الخلايا كشط من المستعمرات البكتيرية. يسمح خط الأنابيب للباحثين بتنظيم المئات إلى الآلاف من المستعمرات البكتيرية بسرعة في مجموعات تصنيفية مفترضة، وتمييزها بشكل أكبر على أساس إنتاج المستقلب المتخصص.
IDBac الأزواج كتلة بيانات المواصفات من البروتين والمناطق المستقلب المتخصصة من عزل البكتيريا غير معروف للتمييز بسرعة بين العزل على أساس كل من هويتهم ووظيفتهم البيئية المحتملة. برنامج مصدر مكتبنا يوسع فائدة القائمة MALDI TOF استراتيجيات تحديد الميكروبات القائمة. ويشمل هذا التمديد تحليل الأيض المتخصصة كوسيلة إضافية للتمييز بين المستعمرات ذات الأنماط الظاهرية المماثلة.
وهناك تحد كبير في تميز الكائنات الدقيقة غير معروف هو التمييز بين عزل وثيق الصلة. IDBac يوفر للباحثين وسيلة سهلة وسريعة لتوصيف العزلات من خلال البروتين والجزيئات الصغيرة التنميط. IDBac يوفر مقارنة بصرية من إنتاج المستقلب المتخصصة داخل عينة بكتيرية ويمكن أن توفر نظرة ثاقبة في مجموعة واسعة من المواضيع البحثية من الدراسات البيئية لاكتشاف الرصاص المخدرات.
هناك العديد من الطرق التي يمكن حفظ بيانات MALDI بين الأجهزة وفيما بينها. إذا واجهتك مشكلة في الحصول على ملفات للعمل مع IDBac، أرسل مشكلة إلى GitHub من IDBac. باستخدام مسواك معقمة، نقل جزء صغير من مستعمرة بكتيرية إلى المكان المناسب على لوحة MALDI نظيفة.
انتشار مستعمرة البكتيريا بالتساوي على الفور حتى البقعة يبدو مسطحا قدر الإمكان. تراكب واحد ميكرولتر من 70٪ من حمض التحسس الطيفي الشامل على العينة و البقع التحكم مصفوفة والسماح للحامض للهواء الجافة في غطاء الدخان الكيميائية. بعد ذلك، إضافة ميكرولتر واحد من حل مصفوفة MALDI أعدت سابقا لعينة ومصفوفة وسائل الإعلام البقع التحكم والسماح للهواء الجاف تماما.
بعد إعداد مطياف كتلة MALDI TOF ، احصل على الطيف. حفظ أطياف البروتين في مجلد واحد وأطياف المستقلبات المتخصصة في مجلد منفصل الثاني. لبدء هذا الإجراء، قم بتنزيل برنامج IDBac.
انقر نقراً مزدوجاً فوق install_idbac التي تم تنزيلها لبدء برنامج التثبيت. انقر بعد ذلك على اختصار IDBac لسطح المكتب لإطلاق IDBac الذي سيفتح في علامة التبويب مقدمة بشكل افتراضي. انقر على علامة التبويب "البدء بالبيانات الخام" واختر من قائمة إنشاء تجربة IDBac نوع البيانات التي سيتم استخدامها مع IDBac.
عند إعداد تحويل ومعالجة ملفات البيانات، أدخل اسمًا وصفيًا للتجربة حيث تمت المطالبة به وانقر على مجلد البيانات الأولية وحدد المجلد المناسب. ثم انقر على بيانات العملية. بعد تحويل الملفات ومعالجتها باستخدام IDBac، انتقل إلى صفحة العمل مع التجارب السابقة وحدد تجربة للعمل معها.
إضافة معلومات حول العينات باستخدام القائمة انقر هنا لتعديل التجربة المحددة. إدخال المعلومات في جدول البيانات المُزخرَب تلقائيًا ثم اضغط على حفظ. عندما تكون جاهزة لبدء التحليل، تأكد من تحديد التجربة التي سيتم العمل عليها.
ثم حدد تحليل بيانات البروتين. في صفحة تحليل بيانات البروتين، اختر إعدادات الذروة وتقييم أطياف البروتين للعينات عبر قطع الأرض المرآتية المعروضة. ضبط النسبة المئوية للنسخ المتماثلة التي يجب أن تكون الذروة موجودة فيها حتى يتم تضمينها للتحليل.
باستخدام قطع الأرض المرآة والتوجيه البصرية، وضبط إشارة لقطع الضوضاء التي تحتفظ القمم الأكثر حقيقية وأقل الضوضاء مشيرا إلى أن أكثر يكرر في ارتفاع قيمة وجود الذروة النسبة المئوية سوف تسمح باختيار إشارة أقل لقطع الضوضاء. بعد ذلك، حدد الكتلة السفلية والعليا لشحن القطعات التي تملي نطاق القيم الكتلية داخل كل طيف لاستخدامها في مزيد من التحليل من قبل IDBac. ضمن صفحة تحليل بيانات البروتين، حدد علامة التبويب Dendrogram للسماح بتجميع العينات في مخطط دندروغرامي وفقًا لمقاييس المسافة المختارة للمستخدم وخوارزميات التجميع.
انقر فوق عينات تحديد في القائمة واتبع الإرشادات لتحديد العينات لتضمينها في التحليل. سيتم عرض العينات التي تحتوي على أطياف البروتين فقط داخل مربع العينات المتاحة. استخدم القيم الافتراضية لـ خوارزميات المسافة و التكتل وحدد الشدات كمدخل.
لعرض قيم التمهيد على المخطط المُتدن، أدخل رقماً بين اثنين و1000 تحت bootstraps. لبدء تخصيص dendrogram، افتح القائمة ضبط dendrogram. لتلوين خطوط dendrogram، حدد انقر فوق لتعديل الخطوط وحدد الخيارات المطلوبة.
لرسم معلومات من جدول البيانات الموجود بجوار الـ dendrogram، حدد الزر تضمين معلومات حول العينات. سيؤدي ذلك إلى فتح لوحة حيث سيتم ملء فئة ذاتياً استناداً إلى القيم التي تم إدخالها. لإدراج عينات من تجربة أخرى، حدد زر القائمة إدراج عينات من تجربة أخرى واتبع التوجيهات في اللوحة التي تم فتحها حديثًا.
انتقل إلى صفحة تحليل بيانات الجزيئات الصغيرة لتمكين مرئيات البيانات من خلال تحليل المكونات المبدئية وشبكات الارتباط الأيضي التي تستخدم الشبكات الثنائية لعرض ارتباط كتلة الجزيئات الصغيرة لشحن القيم مع العينات. انقر واسحب على dendrogram لتسليط الضوء على عينات مختارة من الفائدة التي سيتم تحليلها. إذا لم يتم تسليط الضوء على أي عينات أو لم يتم إنشاء تشعب البروتين، شبكة رابطة المستقلب إما مجموعة فرعية عشوائية أو جميع العينات سوف تظهر على التوالي.
لطرح مصفوفة وسائط فارغة في شبكة اقتران المستقلب، فتح القائمة حدد عينة لطرح واختيار العينة المناسبة لاستخدامها كفراغ. فتح القائمة إظهار / إخفاء إعدادات MAN لتحديد القيم المطلوبة لنسبة مئوية من وجود الذروة وتكرار، إشارة إلى الضوضاء وقطع الكتلة العليا والسفلى. استخدام جزيء صغير مرآة المؤامرات لتوجيه اختيار هذه الإعدادات.
للحصول على نتائج التقارير، انسخ النص ضمن الاقتراحات للإبلاغ عن فقرة تحليل MAN لتوفير الإعدادات المعرفة من قبل المستخدم المستخدمة لإنشاء شبكة اقتران التمثيل الغذائي المنشأة. تم تحليل ست سلالات من تشوكوريينسيس Micromonospora واثنين من بقع من عصية subtilis باستخدام البيانات في برنامج IDBac. اتباع الاتجاهات في بداية مع علامة التبويب البيانات الخام، تم اختيار الخيار انقر هنا لتحويل ملفات بروكر وIDBac تم اتباع التعليمات المقدمة لكل مجموعة بيانات.
إلى التحويل الآلي والخطوات الذروة قبل المعالجة ، تم إنشاء تجربة IDBac مجتمعة عن طريق نقل عينات عصية وMicromonospora من التجربةتين إلى تجربة واحدة. وشمل التحليل الناتج مقارنة أطياف البروتين باستخدام قطع الأرض المرآة التي كانت مفيدة لتقييم جودة الأطياف وضبط إعدادات الذروة. تظهر هنا لقطة شاشة لنتائج تجميع البروتين مع الإعدادات الافتراضية المحددة.
تم تلوين dendrogram عن طريق ضبط العتبة على المؤامرة. من الجدير بالذكر هو الفصل الواضح بين جينيرا مع كل من M.chokoriensis وB.subtilis يعزل التجمع بشكل منفصل. بالنقر والسحب عبر تشعب البروتين ، كان من الممكن إنشاء شبكات جمعية التمثيل الغذائي بسرعة لمقارنة سلالات B.subtilis فقط ، فقط سلالات M.chokoriensis ، وجميع السلالات في وقت واحد.
وتتمثل الوظيفة الأساسية لهذه الشبكات في تزويد الباحثين بنظرة عامة واسعة عن درجة التداخل بين البكتيريا من المستقلبات المتخصصة. عند العمل مع البيانات الجديدة، استخدم مخططات مرآة IDBac لضمان أن بياناتك منطقية والأطياف ذات جودة عالية. تقييم نقدي للتصميم التجريبي الخاص بك والنتائج في كل خطوة.
IDBac يسمح للباحثين لبناء مكتبات صغيرة ومتنوعة من الكائنات الحية الدقيقة لمزيد من التحقيق. وهذا يقلل كثيرا من التكاليف المرتبطة بالمكتبات الميكروبية الكبيرة والمكررة تقليديا. لأن IDBac يسمح لك تصور تداخل المستقلبات المتخصصة داخل مجموعات متشابهة للغاية في الإيميلوجينيك، ويمكن استخدامه لتوليد أسئلة البحث والفرضيات التي تربط حقلين عادة قطع.
حمض فورميك هو الكاوية وينبغي التعامل معها في غطاء الدخان الكيميائية. وقد تشكل بعض العزلات البيئية مخاطر صحية محتملة، وينبغي معاملة جميع السلالات على أنها مستوى السلامة الأحيائية الثاني.
نظرة عامة
IDBac هو خط أنابيب معلوماتية حيوية مفتوح المصدر يستخدم بيانات القياس الطيفي الكتلي لتصنيف العزلات البكتيرية استنادًا إلى بروتينات وملامح التمثيل الغذائي المتخصصة. يعمل هذا الأداة على تحسين تحديد الميكروبات من خلال دمج التحليل الأيضي، وتوفير رؤى في البحوث البيئية والصيدلية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- تحديد الميكروبات
- معلوماتية حيوية
- القياس الطيفي الكتلي
الخلفية
- يعتبر تحديد الكائنات الحية الدقيقة غير المعروفة تحديًا بسبب العزلات ذات الصلة الوثيقة.
- تركز استراتيجيات MALDI TOF الموجودة بشكل أساسي على بيانات البروتين.
- يوسع IDBac هذه الاستراتيجيات من خلال دمج تحليل التمثيل الغذائي المتخصص.
- تم تصميم البرنامج لتبسيط معالجة بيانات القياس الطيفي الكتلي.
هدف الدراسة
- توفير طريقة سريعة لتمييز العزلات البكتيرية.
- تعزيز فهم البيئة الميكروبية وإمكانية اكتشاف الأدوية.
- تسهيل دمج بيانات البروتين والتمثيل الغذائي للتحليل الشامل.
الطرق المستخدمة
- القياس الطيفي الكتلي لتحديد ملامح البروتينات والتمثيل الغذائي.
- معالجة البيانات من خلال برنامج IDBac.
- المقارنة البصرية لإنتاج التمثيل الغذائي بين العينات.
- تحليل البيانات باستخدام الأشجار الهرمية وشبكات الارتباط الأيضي.
النتائج الرئيسية
- نجح IDBac في تصنيف العزلات البكتيرية استنادًا إلى الملامح الأيضية.
- قدمت الأدوات البصرية رؤى حول إنتاج التمثيل الغذائي المتخصص.
- أظهر البرنامج فعاليته في التعامل مع بيانات القياس الطيفي الكتلي المعقدة.
- يمكن أن تفيد النتائج الدراسات البيئية وجهود اكتشاف الأدوية.
الاستنتاجات
- IDBac هو أداة قيّمة للباحثين في علم البيئة الميكروبية.
- إن دمج بيانات البروتين والتمثيل الغذائي يعزز تحديد الميكروبات.
- قد تتوسع التطبيقات المستقبلية في مجالات مختلفة من البحوث البيولوجية.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
IDBac enables rapid, high-throughput discrimination of microbial isolates by integrating protein and specialized metabolite mass spectrometry data, addressing a key challenge in early discovery and target validation. This open-source pipeline supports portfolio triage by reducing redundancy in microbial libraries and linking phylogenetic identity to functional metabolite output. Its scalable, standardized workflow enhances predictive confidence for downstream screening and lead identification in biopharma R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional differentiation of closely related microbial isolates through combined protein and metabolite profiling.
- Supports biological de-risking by visualizing specialized metabolite overlap within phylogenetic groups.
- Facilitates hypothesis generation linking microbial identity to environmental or therapeutic function.
- Reduces costs and redundancy in microbial library construction for discovery-stage programs.
Screening & Assay Development
- Prepares validated microbial systems for downstream compound screening by confirming both identity and metabolite production.
- Standardizes data acquisition and analysis, improving reproducibility and scalability across experiments.
- Enables rapid clustering and selection of diverse isolates for assay development and screening campaigns.
- Provides quantitative outputs for reliable comparison of microbial candidates.
Translational & Preclinical Research
- Aligns microbial metabolite profiles with potential translational biomarkers when relevant to disease models.
- Maintains continuity from early discovery through preclinical validation by integrating protein and metabolite data.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by clarifying functional diversity among isolates.
- Offers predictive de-risking for microbial-derived lead identification.
Pipeline & Workflow Integration
IDBac fits at the intersection of early discovery, lead identification, and preclinical research by enabling rapid, reproducible microbial characterization and selection.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by linking protein fingerprints to metabolite output.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible data for microbial candidate evaluation.
- Analytics: Provides quantitative dendrograms and metabolite association networks for robust comparison of isolates.
- Translational Research: Facilitates continuity by tracking functional metabolite production across phylogenetic groups.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, open-source platform adaptable to diverse microbial discovery programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in microbial selection.
- Operational Value: Standardizes and streamlines high-throughput microbial analysis for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of microbial-derived assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in mass spectrometry data acquisition and interpretation.
- Needs access to MALDI-TOF MS instrumentation and compatible data formats.
- Demands cross-team standardization of sample preparation and data processing protocols.
- Adaptable to various microbial model systems with appropriate validation.
- Dependent on data quality and careful experimental design for reliable outputs.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
1:10
Preparation of MALDI Target Plates and Data Acquisition
2:02
Installing the IDBac Software and Starting with Raw Data
2:47
Work with Previous Experiments
3:22
Setting up Protein Data Analysis and Creating Mirror Plots
4:07
Clustering Samples Using Protein Data
4:49
Customizing the Protein Dendrogram and Inserting Samples from a Separate Experiment into the Dendrogram
5:32
Analyzing Specialized Metabolite Data and Metabolite Association Networks (MANs)
6:51
Results: Analysis of Microbial Protein and Specialized Metabolite Data by IDBac
8:28
Conclusion
