Ein Web-Tool für die Erstellung hochwertiger maschinenlesbare biologische Pathways

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, PathWhiz und das Internet zu nutzen, um biochemische Signalwege für eine Vielzahl von Zwecken und Anwendungen einfach zu erstellen, zu replizieren und zu vermehren. Dieses Tool ermöglicht es Wissenschaftlern, Pädagogen und Studenten, visuell ansprechende und genaue biochemische Signalwege mit einem hohen Maß an biologischer Detailgenauigkeit und Komplexität zu erstellen. PathWhiz ist eine kostenlose öffentliche Galerie mit Tausenden von Pfaden und Pfadkomponenten, die mit praktisch jedem Betriebssystem kompatibel ist und von allen Benutzern aufgerufen und erweitert werden kann.

Laden Sie zunächst die PathWhiz-Seite in einem modernen Webbrowser und klicken Sie auf das Menü Zeichnen. Klicken Sie auf die Schaltfläche Neuer Pfad, um einen neuen Pfad zu starten, und geben Sie den Namen des zu zeichnenden Pfads ein. Wählen Sie den Pfadtyp aus der Dropdown-Liste aus.

Geben Sie dann den wissenschaftlichen Namen des Organismus in das Feld für die automatische Vervollständigung ein, um nach dem gewünschten Organismus zu suchen, gefolgt vom wissenschaftlichen Namen der Art und dem gebräuchlichen Namen. Wählen Sie die Artenklassifizierung aus der Dropdown-Liste als Eukaryot oder Prokaryot aus und geben Sie die Taxonomie-ID aus der NCBI-Taxonomie ein. Klicken Sie auf Art erstellen und geben Sie eine umfassende Beschreibung für den Pfad ein.

Klicken Sie auf Verweis hinzufügen, um dem Pfad nach Bedarf externe Verweise hinzuzufügen. Klicken Sie anschließend auf Pfad erstellen. Es erscheint eine weiße gerasterte Leinwand mit einer grauen Menüleiste.

Klicken Sie auf den Link Prozess hinzufügen und wählen Sie Reaktion hinzufügen, um die erste Prozessvisualisierung hinzuzufügen. Geben Sie die gewünschten Reaktanten, Produkte oder Enzyme in das Feld für die automatische Vervollständigung ein, um die vorhandenen Reaktionen zu durchsuchen. Scrollen Sie dann durch die vorhandenen Reaktionen.

Wenn die gewünschte Reaktion gefunden wurde, wählen Sie sie aus. Gefolgt von der Eingabe des entsprechenden Elementnamens in das Feld für die automatische Vervollständigung, um die entsprechende Stöchiometrie und den Elementtyp auszuwählen. Nachdem alle Elemente auf der linken Seite der Reaktion hinzugefügt wurden, wählen Sie die Richtung des Pfads aus der Dropdown-Liste aus und klicken Sie auf Rechtes Element hinzufügen, um ein Produkt hinzuzufügen.

Wählen Sie die Stöchiometrie und den Elementtyp für alle Elemente auf der rechten Seite der Reaktion aus, wie gerade gezeigt. Klicken Sie dann auf Enzym hinzufügen, um der Reaktion ein Enzym hinzuzufügen. Geben Sie den Namen des Enzyms in das Feld für die automatische Vervollständigung ein und wählen Sie das entsprechende Enzym aus.

Wenn alle Elemente der Reaktion hinzugefügt wurden, klicken Sie auf die Schaltfläche Reaktion erstellen, um die neue Reaktion zu speichern und die gewünschte Ausrichtung für das erste Rendern der Reaktion aus den Dropdown-Listen auszuwählen. Klicken Sie dann erneut auf die Schaltfläche Reaktion erstellen. Die neu erstellte Reaktion wird auf der Zeichenfläche angezeigt.

Um die Reaktion nach Bedarf zu bearbeiten, ziehen Sie die Reaktionselemente auf der Leinwand, um sie wie gewünscht neu zu positionieren. Klicken Sie dann einmal auf jedes Element, um es der aktuellen Auswahl hinzuzufügen. Wenn alle Elemente ausgewählt sind, ziehen Sie sie in den entsprechenden Bereich der Leinwand und klicken Sie erneut auf die Elemente, um die Auswahl aufzuheben.

Um auf eine Popup-Seitenleiste zum Bearbeiten zuzugreifen, doppelklicken Sie auf eine Chemikalie und bearbeiten Sie die Vorlage, den biologischen Zustand, den Z-Index und die vollständigen Reaktionsdetails der Reaktion nach Bedarf. Um die Informationen für einen gesamten Prozess zu bearbeiten, doppelklicken Sie auf eines der Elemente. Klicken Sie unter der grauen sekundären Menüleiste auf den Link Ausgewählte bearbeiten und wählen Sie Element bearbeiten oder Prozess bearbeiten.

Positionieren Sie die Elemente auf der Leinwand an den gewünschten Positionen. Wählen Sie die interessierenden Reaktionskanten aus und bearbeiten Sie sie, wie gerade für die Reaktionsverbindungen und Proteine gezeigt. Nachdem die erste Reaktion wie gewünscht gezeichnet wurde, klicken Sie auf ein Produkt der Reaktion, um es auszuwählen.

Wählen Sie dann auf der Registerkarte Prozess hinzufügen die Option Reaktion hinzufügen aus. Wenn der Pfad abgeschlossen ist, klicken Sie auf den Link Pfad und wählen Sie Exportieren und Anzeigen aus. Wählen Sie die Option Hintergrundfarbe für Bilder, um entweder Blau oder Weiß als Hintergrundfarbe für das Bild auszuwählen, und wählen Sie Ja oder Nein für die Option Auch vereinfachte Version generieren aus.

Klicken Sie dann auf Bilddateien generieren. Wenn das Bild generiert wurde, klicken Sie auf Im Viewer anzeigen, um ein vollständig verlinktes, hochauflösendes Pfadbild im Browser zu generieren. Um einen vorhandenen Pfad zu duplizieren, klicken Sie auf das Menü Pfade und geben Sie den Namen des gewünschten Pfads in die Suchleiste ein.

Suchen Sie den Pfad, der repliziert werden soll, und klicken Sie auf Replizieren. Bearbeiten Sie den Namen des Pfads, und geben Sie gegebenenfalls eine neue Beschreibung des Pfads ein. Klicken Sie dann auf Pfad erstellen, um den duplizierten Pfad zu generieren.

Um einen Pfad anzuzeigen oder herunterzuladen, rufen Sie das Menü Pfade auf, suchen Sie den gewünschten Pfad, wie gerade gezeigt, und klicken Sie auf Anzeigen. Klicken Sie anschließend auf den Button mit der gewünschten PathWhiz-ID neben dem Label Show in Viewer und öffnen Sie den Tab Downloads. Klicken Sie dann auf die Hyperlinks, um den Pfad in verschiedenen Dateiformaten herunterzuladen.

PathWhiz kann verwendet werden, um Pfade mit verschiedenen Inhaltstypen und Stilen zu generieren. Dazu gehören traditionelle Stoffwechselwege, Krankheits- und Arzneimittelwege zur Veranschaulichung von Nebenwirkungen und Arzneimittelreaktionen sowie Proteinsignalwege. Die Signalwege können reich gefärbt und mit beträchtlichen biologischen Details versehen sein, oder sie können in einfache Schwarz-Weiß-Darstellungen umgewandelt werden.

Sobald sie abgeschlossen sind, können diese Pfade im interaktiven Pfadbetrachter angezeigt, als Bilder heruntergeladen oder in verschiedenen maschinenlesbaren Datenaustauschformaten zur weiteren Analyse exportiert werden. Einmal gemeistert, ist es möglich, in etwa 15 Minuten einen standardmäßigen internetfähigen Pfad zu generieren. Bei komplexeren Wegen kann es jedoch länger dauern, bis sie abgeschlossen sind.

Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Spezies, die für jede einzelne Reaktion ausgewählt wurde, immer mit der Spezies des Signalwegs übereinstimmt und zu bestätigen, dass die Richtung der Reaktionspfeile korrekt ist. Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden, wie z. B. die Stoffwechselanalyse, durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zur Dynamik oder Quantifizierung der interessierenden Metaboliten zu beantworten. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Metabolomik und Biologie, um Tausende von internetfähigen Signalwegen zu erstellen, die eine breite Palette von Biochemien am Menschen, Osten und E.Coli veranschaulichen.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie neue Wege aufbauen, bestehende Wege replizieren und bearbeiten sowie zuvor gezeichnete Wege an verschiedene Organismen weitergeben können. Vergessen Sie nicht, dass das Sperren eines Pfads ihn nicht mehr bearbeiten kann. Beachten Sie auch, dass Sie je nach Ihren Vorlieben entweder öffentliche oder private Pfade erstellen können.