gP2S, system zarządzania informacjami dla eksperymentów krioelektromagnetycznych

Podsumowanie

gP2S to aplikacja internetowa do śledzenia eksperymentów krioelektromagnetycznych. Opisano jego główne funkcje, a także kroki wymagane do zainstalowania i skonfigurowania aplikacji. Po skonfigurowaniu aplikacja pozwala na dokładne rejestrowanie metadanych związanych z eksperymentami z barwieniem ujemnym i krioEM.

Streszczenie

Kriogeniczna mikroskopia elektronowa (cryoEM) stała się integralną częścią wielu projektów związanych z odkrywaniem leków, ponieważ krystalografia docelowego białka nie zawsze jest osiągalna, a cryoEM stanowi alternatywny sposób wspierania projektowania ligandów opartych na strukturze. W przypadku dużej liczby odrębnych projektów, a w ramach każdego projektu potencjalnie dużej liczby współstruktur ligand-białko, dokładne prowadzenie dokumentacji szybko staje się wyzwaniem. Wiele parametrów eksperymentalnych jest dostrajanych dla każdego celu, w tym na etapie przygotowania próbki, przygotowania siatki i mikroskopii. W związku z tym dokładne prowadzenie dokumentacji może mieć kluczowe znaczenie dla zapewnienia długoterminowej odtwarzalności i ułatwienia efektywnej pracy zespołowej, zwłaszcza gdy etapy przepływu pracy cryoEM są wykonywane przez różnych operatorów. Aby pomóc w sprostaniu temu wyzwaniu, opracowaliśmy internetowy system zarządzania informacjami dla cryoEM, nazwany gP2S.

Aplikacja śledzi każdy eksperyment, od próbki do końcowego modelu atomowego, w kontekście projektów, których lista jest przechowywana w aplikacji lub zewnętrznie w oddzielnym systemie. Zdefiniowane przez użytkownika, kontrolowane słownictwo materiałów eksploatacyjnych, sprzętu, protokołów i oprogramowania pomaga opisać każdy etap przepływu pracy cryoEM w uporządkowany sposób. gP2S jest szeroko konfigurowalny i, w zależności od potrzeb zespołu, może istnieć jako samodzielny produkt lub być częścią szerszego ekosystemu aplikacji naukowych, integrując się za pośrednictwem REST API z narzędziami do zarządzania projektami, aplikacjami śledzącymi produkcję białek lub ligandów drobnocząsteczkowych lub aplikacjami automatyzującymi gromadzenie i przechowywanie danych. Użytkownicy mogą rejestrować szczegóły każdej sesji siatki i mikroskopii, w tym kluczowe metadane eksperymentalne i wartości parametrów, a także rejestrowane jest pochodzenie każdego artefaktu eksperymentalnego (próbki, siatki, sesji mikroskopowej, mapy itp.). gP2S służy jako eksperymentalny organizator przepływu pracy cryoEM, który umożliwia dokładne prowadzenie dokumentacji przez zespoły i jest dostępny na licencji open source.

Wprowadzenie

Zarządzanie informacjami w obiektach krioelektromagnetycznych
Począwszy od około 2014 roku, liczba obiektów kriogenicznej mikroskopii elektronowej (cryoEM)¹ gwałtownie wzrosła, z co najmniej 300 wysokiej klasy systemami zainstalowanymi na całym świecie², w tym w wielu firmach farmaceutycznych, co odzwierciedla rosnącą rolę cryoEM w odkrywaniu leków³. Misje tych obiektów i ich wymagania dotyczące śledzenia danych i zarządzania nimi różnią się⁴. Niektóre, na przykład krajowe centra krioelektromagnetyczne, są odpowiedzialne za odbieranie siatek EM, gromadzenie zestawów danych i zwracanie danych do użytkowników w celu określenia struktury, być może po zautomatyzowanym przetwarzaniu obrazu. W takich obiektach śledzenie pochodzenia siatki, jej powiązania z propozycją użytkownika lub grantem oraz rodowodem od siatki do zbioru danych ma kluczowe znaczenie, ale inne czynniki, takie jak metoda oczyszczania próbki białka lub ostateczny proces określania struktury, są mniej istotne lub nie mają go wcale. W innych obiektach, takich jak lokalne placówki akademickie, każdy użytkownik końcowy jest odpowiedzialny za przygotowanie własnych próbek i siatek, przeprowadzenie mikroskopii, zarządzanie surowymi danymi i ich przetwarzanie oraz publikowanie wyników. Nie ma rygorystycznej potrzeby śledzenia metadanych ze strony takiej placówki, ponieważ rolę tę pełni użytkownik końcowy lub jego główny badacz

.

W naszym ośrodku krioelektromagnetycznym, obsługa i optymalizacja próbek, siatek, protokołów zbierania i przetwarzania danych oraz wyników (map, modeli) jest scentralizowana w wielu projektach dla małej grupy praktyków. Stanowi to wyzwanie w zarządzaniu eksperymentalnymi (meta)danymi. Eksperymentalne pochodzenie struktur, od modelu atomowego aż do dokładnej tożsamości białek i ligandów, poprzez parametry przygotowania siatki i protokoły gromadzenia danych, musi być dokładnie uchwycone i zachowane. Metadane te muszą zostać udostępnione pewnej liczbie podmiotów gospodarczych. Na przykład osoba zajmująca się przetwarzaniem obrazu może potrzebować wiedzieć, jaki konstrukt białka został użyty i jakie były parametry obrazowania, nawet jeśli ani nie oczyściła białka, ani sama nie zebrała danych krioEM; Systemy informatyczne, takie jak demony zautomatyzowanego zarządzania daemonem, muszą zidentyfikować projekt, dla którego mikroskop aktualnie zbiera dane, aby prawidłowo i systematycznie przypisywać nazwy katalogów.

Dostępnych jest kilka systemów zarządzania informacjami do obsługi urządzeń krioEM. Być może najbardziej kompletnym z nich jest EMEN2⁵, który łączy w sobie cechy elektronicznego notatnika laboratoryjnego, systemu zarządzania informacjami i niektórych elementów narzędzia do zarządzania procesami biznesowymi. Używany w wielu synchrotronach, ISPyB⁶, pierwotnie zbudowany do obsługi linii rentgenowskich do krystalografii, teraz obsługuje również zbieranie danych krioEM. Scipion⁷ to bogaty i potężny pakiet do przetwarzania obrazów, który pozwala użytkownikom rejestrować przepływy pracy związane z przetwarzaniem obrazów i udostępniać je, na przykład za pośrednictwem publicznego repozytorium EMPIAR^8,9, a także jest zintegrowany z ISPyB, aby umożliwić przetwarzanie danych cryoEM w locie.

Tutaj opisujemy gP2S (od Genentech Protein to Structure), nowoczesny i lekki system zarządzania informacjami krioEM, zbudowany w celu wspierania przepływu pracy od oczyszczonego białka i liganda małocząsteczkowego do końcowego modelu atomowego.

Przegląd gP2S
gP2S to przyjazny dla użytkownika internetowy system zarządzania informacjami krioelektromagnetycznymi, który ułatwia dokładne prowadzenie dokumentacji w laboratoriach krioelektromagnetycznych oraz obiektach z wieloma użytkownikami i wieloma projektami. Śledzone są następujące jednostki, ich relacje i powiązane metadane: projekty, sprzęt, materiały eksploatacyjne, protokoły, próbki, siatki, sesje mikroskopowe, sesje przetwarzania obrazów, mapy i modele atomowe. Użytkownicy mogą również dodawać komentarze tekstowe, opcjonalnie dołączając załączniki, co pozwala na bogate dodawanie adnotacji do dowolnego podmiotu zarejestrowanego w gP2S. Interfejs został zaprojektowany tak, aby ułatwić korzystanie z urządzeń z ekranem dotykowym i został szeroko przetestowany na 12,9-calowych iPadach Pro, umożliwiając korzystanie z gP2S na stanowisku laboratoryjnym podczas przygotowywania próbek i siatek (Rysunek 1), a także przy komputerze podczas obsługi mikroskopu, przetwarzania obrazów lub deponowania modeli. Każda strona w interfejsie użytkownika ma na celu ograniczenie ręcznego wprowadzania danych poprzez wstępne ustawienie parametrów na rozsądne wartości domyślne, jeśli to możliwe.

Backend gP2S posiada szereg punktów końcowych REST API (REpresentational State Transfer Application Programming Interface), co umożliwia integrację gP2S z istniejącymi przepływami pracy i skryptami. Model danych został zaprojektowany tak, aby umożliwić dokładne uchwycenie procesów pracy związanych z barwieniem ujemnym i krioelektromagnetycznym, w tym rozgałęzianie, na przykład z jedną próbką używaną na kilku siatkach, dane z kilku sesji mikroskopowych łączone w jedną sesję przetwarzania danych lub jedną sesję przetwarzania danych dającą kilka map.

Architektura systemu
gP2S to klasyczna aplikacja trójwarstwowa (Rysunek 2). W tej modułowej architekturze system jest podzielony na trzy oddzielne warstwy, z których każda odpowiada za wykonywanie odrębnych obowiązków, a każda z nich może być wymieniana lub modyfikowana niezależnie od pozostałych. (1) Warstwa prezentacji (lub frontend) zapewnia użytkownikowi dostęp przez przeglądarkę internetową (szeroko przetestowaną z przeglądarkami Chrome i Safari), umożliwia tworzenie i modyfikowanie elementów przepływu pracy (w tym walidację danych) oraz wyświetlanie danych eksperymentalnych w postaci pojedynczych jednostek, list opartych na projektach i pełnych raportów przepływu pracy. (2) Warstwa usług (lub backend) służy jako warstwa pośrednicząca między interfejsem użytkownika a systemem pamięci masowej - zawiera podstawową logikę biznesową, udostępnia API usługi używane przez frontend, integruje się z magazynem danych i systemem LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) do uwierzytelniania użytkowników oraz stanowi podstawę do dodatkowej integracji z systemami zewnętrznymi. (3) Warstwa trwałości (dostęp do danych) jest odpowiedzialna za przechowywanie danych eksperymentalnych, komentarzy użytkowników i załączników plików.

Kluczowe technologie i frameworki
Aby ułatwić rozwój, budowę i utrzymanie aplikacji gP2S, w projekcie wykorzystano kilka technologii i frameworków. Najważniejsze z nich to: Vue.js 2.4.2¹⁰ dla frontendu oraz SpringBoot 1.3¹¹ z wbudowanym serwerem Tomcat 8 dla backendu. Aplikacja korzysta z baz danych MySQL 5.7 i MongoDB 4.0.6 do przechowywania oraz LDAP¹² do uwierzytelniania. Domyślnie wszystkie te części składowe są dostarczane i wdrażane jako jedna aplikacja.

W sumie aplikacja korzysta z setek różnych bibliotek, bezpośrednio lub pośrednio. Najbardziej znane z nich wymieniono w tabeli 1.

Model danych
W modelu danych gP2S można wyróżnić trzy typy jednostek (Rysunek 3): jednostki przepływu pracy związane z danymi zebranymi podczas eksperymentów (np. próbki lub sesje mikroskopowe); sprzęt i jednostki protokołu, które opisują dane, które są wspólne dla wszystkich projektów (np. mikroskopy lub protokoły witryfikacji); inne podmioty, które odgrywają rolę pomocniczą lub techniczną w systemie (np. komentarze lub wartości domyślne).

Korzeniem drzewa danych przepływu pracy jest encja Projektu. Każdy projekt składa się z pewnej liczby białek i/lub ligandów, które są elementami budulcowymi do tworzenia jednostek próbki. Każda próbka może być użyta do stworzenia wielu siatek, które z kolei są używane w sesjach mikroskopowych (jedna siatka na sesję mikroskopową). Te ostatnie są przypisywane do sesji przetwarzania, które mogą dać jedną lub więcej map. Ostatnim elementem w drzewie jest model atomowy, utworzony przy użyciu jednej lub wielu map. W związku z tym każda jednostka związana z przepływem pracy, od białka do modelu, jest zawsze związana z konkretnym projektem poprzez swoich przodków. Taki projekt tworzy agregacje danych, które są łatwe do przetworzenia zarówno przez moduł frontendowy, jak i przez zewnętrzne systemy wykorzystujące API.

Oprócz danych dotyczących przepływu pracy istnieją jednostki opisujące sprzęt używany w eksperymentach lub protokoły, które były przestrzegane podczas przygotowywania siatek. Zdefiniowanie tych jednostek jest warunkiem wstępnym do tworzenia eksperymentalnych jednostek przepływu pracy, takich jak siatki, mikroskopia i sesje przetwarzania.

Ostatni typ jednostki danych, zbiorczo nazwany jako "Inne", jest używany do celów technicznych (np. załączniki do plików lub wartości domyślne). Ta kategoria zawiera encje komentarzy, które można połączyć z dowolnymi encjami przepływu pracy lub sprzętu/protokołu.

Dostępność oprogramowania
Wersja gP2S o otwartym kodzie źródłowym jest dostępna na licencji Apache w wersji 2.0²⁶, od https://github.com/arohou/gP2S. Obraz platformy Docker do uruchamiania usługi gP2S jest dostępny w https://hub.docker.com/r/arohou/gp2s. Gałąź gP2S o zamkniętym kodzie źródłowym jest nadal rozwijana w Roche & Genentech.

Uruchamianie aplikacji gP2S
Istnieją dwa sposoby uruchamiania gP2S: jako kontener platformy Docker lub jako autonomiczna aplikacja Java. Optymalny wybór będzie zależał od docelowego środowiska wdrożenia. Na przykład, jeśli pożądana jest możliwość dostosowania lub ulepszenia kodu do konkretnych potrzeb użytkowników, najpierw należy ponownie skompilować całą aplikację. W takim przypadku może być zalecane uruchomienie gP2S jako samodzielnej aplikacji.

Kontener platformy Docker
Najprostszym sposobem na rozpoczęcie pracy z aplikacją gP2S jest uruchomienie jej jako usługi Docker. W tym celu został przygotowany dedykowany obraz Dockera, który został opublikowany w repozytorium Docker Hub ("https://hub.docker.com/r/arohou/gp2s"). Uruchomienie obrazu gP2S jest uzależnione od dostępu do baz danych MySQL i MongoDB oraz do serwera LDAP. W przypadku środowiska nieprodukcyjnego zaleca się uruchamianie wszystkich tych zależności jako wielokontenerowych aplikacji Docker wraz z aplikacją gP2S. Aby wszystko przebiegło bezproblemowo, w repozytorium gP2S GitHub (https://github.com/arohou/gP2S) został przygotowany plik docker-compose (https://github.com/arohou/gP2S/blob/master/docker-compose.yml), który zawiera wszystkie potrzebne konfiguracje środowiska końcowego. Następujące obrazy dockera są zależnościami: mysql²⁷, mongodb²⁸, apacheds²⁹.

W domyślnej konfiguracji wszystkie przechowywane dane, zarówno jednostki, jak i załączniki zostaną usunięte po usunięciu kontenerów docker. W celu przechowywania danych należy albo korzystać z woluminów docker, albo aplikacja gP2S powinna być podłączona do dedykowanych instancji bazodanowych (MySQL i MongoDB). Kontener serwera LDAP ApacheDS jest dostarczany ze wstępnie skonfigurowanym użytkownikiem administracyjnym (hasło: tajne). Te poświadczenia powinny być używane do logowania się do aplikacji gP2S, gdy jest ona uruchamiana jako usługa Docker. W przypadku środowisk produkcyjnych ten sam plik docker-compose może być używany do wdrażania gP2S (i innych kontenerów w razie potrzeby) jako usług dla platformy orkiestracji kontenerów Docker Swarm.

Pełny proces uruchamiania gP2S jako kontenera Dockera, w tym wszystkie szczegóły dotyczące poprawnej konfiguracji, jest opisany w repozytorium GitHub gP2S i obejmuje następujące tematy:

• Uruchamianie aplikacji gP2S z dockerized ze wszystkimi zależnościami.
• Dostęp do aplikacji gP2S, bazy danych i LDAP.
• Aktualizacja usługi gP2S do nowej wersji.
• Usuwanie gP2S application.
• Konfigurowanie trwałości danych.
• Podłączenie dockerowanej aplikacji gP2S do dedykowanych baz danych lub serwera LDAP.
• Szczegóły konfiguracji

Samodzielna aplikacja Java
Inną opcją uruchomienia aplikacji gP2S jest zbudowanie samodzielnego pakietu Java. Takie podejście należy zastosować, jeśli uruchamianie kontenerów Docker nie jest możliwe. Kompilowanie aplikacji gP2S wymaga zainstalowania zestawu Java Development Kit w wersji 8 lub nowszej. Cały proces budowania jest zarządzany przez narzędzie Maven, które jest dostępne w bazie kodu w repozytorium GitHub. Konfiguracja kompilacji jest przygotowywana tak, aby najpierw zbudować część frontendową, następnie skopiować ją do źródeł backendowych, a następnie zbudować jako ostateczną aplikację. W ten sposób nie ma potrzeby instalowania żadnych innych narzędzi czy bibliotek w celu przygotowania w pełni funkcjonalnego pakietu gP2S. Domyślnie wynikiem kompilacji jest pakiet JAR (przechowywany lokalnie) i obraz platformy Docker (wypchnięty do repozytorium skonfigurowanego w pliku Maven pom.xml). Należy pamiętać, że informacje wymagane do połączenia z systemami zewnętrznymi (bazami danych i serwerem LDAP) muszą być podane w odpowiednim pliku konfiguracyjnym przed zbudowaniem pakietu.

Po utworzeniu pakietu JAR gP2S, zawiera on wszystkie zależności i informacje konfiguracyjne potrzebne do uruchomienia aplikacji, w tym serwer aplikacji Tomcat, na którym znajduje się system. Jeśli pakiet został zbudowany z wieloma plikami konfiguracyjnymi, może być uruchamiany w różnych trybach bez ponownego kompilowania.

Repozytorium gP2S GitHub zawiera pełny opis procesu budowania i uruchamiania gP2S jako samodzielnej aplikacji i obejmuje następujące tematy:

• Budowanie gP2S za pomocą narzędzia Maven
• Budowanie i uruchamianie z wbudowanymi bazami danych
• Kompilowanie i uruchamianie z zależnościami wdrożonymi jako kontenery platformy Docker
• Budowanie i uruchamianie z dedykowanymi bazami danych
• Konfiguracja uwierzytelniania

Protokół

1. Konfiguracja gP2S do pracy

1. Zaloguj się do gP2S. Po pomyślnym zalogowaniu pojawi się ekran główny.
   UWAGA: W prawym górnym rogu wyświetlana jest nazwa użytkownika - kliknij na nią, aby się wylogować. Pasek nawigacyjny po lewej stronie składa się z selektora projektu (u góry), zestawu elementów nawigacyjnych z listą typów jednostek eksperymentalnych, które definiują przepływ pracy cryoEM (próbki, siatki, sesje mikroskopowe, sesje przetwarzania, mapy i modele) oraz łącza do sekcji Ustawienia aplikacji.
2. Zanim jakiekolwiek eksperymenty będą mogły zostać zarejestrowane, wypełnij sekcję Ustawienia informacjami o projektach, sprzęcie, materiałach eksploatacyjnych, oprogramowaniu i protokołach, które są używane w obiekcie krioEM. Ustawienia można aktualizować w dowolnym momencie, dodając nowe narzędzia i projekty oraz edytując istniejące wpisy; jednak, podobnie jak wszystkie encje w gP2S, encji Ustawienia nie można usunąć po ich utworzeniu.

2. Skonfiguruj przynajmniej jeden projekt

1. Przejdź do pozycji Ustawienia > Projekty.
2. Kliknij Utwórz nowy projekt.
3. Wpisz etykietę projektu.
4. Kliknij Zapisz.

3. Skonfiguruj co najmniej jedną maszynę do obróbki powierzchni.

UWAGA: Maszyny do obróbki powierzchni są używane do modyfikowania właściwości powierzchni siatek EM - najczęściej są to wyładowania żarowe lub oczyszczarki plazmowe.

1. Z sekcji Sprzęt wybierz Maszyna do obróbki powierzchni.
2. Kliknij przycisk Create New Machine (Utwórz nową maszynę).
3. Wprowadź etykietę, która posłuży do późniejszej identyfikacji maszyny.
4. Podaj jego producenta, model i lokalizację.
5. Kliknij Zapisz.

4. Zarejestruj co najmniej jeden typ siatki.

UWAGA: Typy siatek mają na celu identyfikację modeli siatek (np. "2-μm dziurawa folia węglowa na siatkach miedzianych o oczkach 300"), a nie konkretnych partii lub wielu siatek.

1. W sekcji Materiały eksploatacyjne wybierz opcję Grid Type (Typ siatki).
2. Kliknij Utwórz nowy typ siatki.
3. Wprowadź etykietę typu siatki, producenta i opis.
4. Kliknij Zapisz.

5. Zarejestruj co najmniej jedną maszynę do witryfikacji

1. W sekcji Sprzęt wybierz Maszyna do witryfikacji.
2. Kliknij Utwórz nową maszynę.
3. Podaj jego producenta, model i lokalizację.
4. Kliknij Zapisz.

6. Zarejestruj przynajmniej jedną bibułę

1. W sekcji Materiały eksploatacyjne wybierz opcję Bibuła.
2. Kliknij Utwórz nową bibułę.
3. Wpisz etykietę bibuły, producenta i model.
4. Kliknij Zapisz.

7. Zarejestruj co najmniej jedno urządzenie pamięci masowej Cryo

1. W sekcji Sprzęt wybierz Cryo Storage Device.
2. Kliknij Utwórz nowe urządzenie pamięci masowej.
3. Wprowadź producenta, model i lokalizację urządzenia.
4. Ustaw przełączniki, aby określić, czy dodawane urządzenie pamięci masowej zawiera cylindry, rurki i/lub skrzynki.
   UWAGA: Jeśli tak się stanie, gP2S pozwoli użytkownikom określić odpowiednie identyfikatory butli, rur i/lub skrzynek później, gdy użytkownicy będą rejestrować lokalizacje magazynowania dla poszczególnych sieci. Po skonfigurowaniu powyższych elementów wyposażenia i materiałów eksploatacyjnych możliwe jest stworzenie trzech rodzajów protokołów - obróbki powierzchni, barwienia ujemnego i witryfikacji.

8. Zarejestruj co najmniej jeden Protokół Obróbki Powierzchniowej

1. W sekcji Protokoły wybierz opcję Obróbka powierzchniowa.
2. Kliknij Utwórz nowy protokół.
3. Wprowadź etykietę identyfikującą protokół.
4. Wybierz jedną z maszyn do obróbki powierzchni.
5. Określ ustawienia używane podczas tego protokołu: czas trwania, prąd i polaryzacja wyładowania oraz ciśnienie, a także wszelkie dodatki w atmosferze.
6. Kliknij Zapisz.

9. Utwórz co najmniej jeden protokół negatywnej plamy

1. W sekcji Protokoły wybierz opcję Plama ujemna.
2. Kliknij Utwórz nowy protokół.
3. Wprowadź etykietę protokołu.
4. Opisz plamę, podając wartości jej nazwy, pH i stężenia soli metali ciężkich.
5. Określ czas inkubacji barwnika przed osuszeniem.
6. Wprowadź opis protokołu w postaci tekstu dowolnego.
7. Kliknij Zapisz.

10. Zarejestruj co najmniej jeden protokół zamrażania sieci

1. W sekcji Protokoły wybierz opcję Witryfikacja.
2. Kliknij Utwórz nowy protokół.
3. Wprowadź etykietę protokołu.
4. Wybierz odpowiednią maszynę do witryfikacji z listy rozwijanej.
5. Wybierz bibułę używaną w tym protokole.
6. Następnie podaj pozostałe informacje eksperymentalne: wilgotność względną, temperaturę, siłę kleksa, liczbę plam, czas blot, czas oczekiwania, czas drenażu, liczbę aplikacji próbki.
7. Wprowadź opis tekstowy.
8. Kliknij Save.
   UWAGA: Po skonfigurowaniu protokołów możliwe jest tworzenie zarówno siatek kriogenicznych, jak i siatek barwienia ujemnego. Aby użyć gP2S do rejestrowania kolejnych kroków w przepływie pracy, począwszy od sesji mikroskopowych, konieczne jest skonfigurowanie mikroskopu, detektora elektronów i uchwytu próbki.

11. Zarejestruj co najmniej jeden mikroskop

1. W sekcji Equipment (Sprzęt) wybierz opcję Mikroskop.
2. Kliknij przycisk Create New Microscope (Utwórz nowy mikroskop).
3. Wpisz etykietę mikroskopu.
4. Podaj jego producenta, model i lokalizację.
5. Wybierz, które napięcia przyspieszenia są skonfigurowane i mogą być używane w tym mikroskopie, z listy ustawień 80, 120, 200 i 300 kV.
6. Określ listę zainstalowanych kondensatorów ("C2") i apertur obiektywu. UWAGA: dla każdego typu można skonfigurować do 4 szczelin przysłony, z których jedna jest wyznaczona jako domyślna przysłona dla tego mikroskopu. W przypadku otworów obiektywu należy wskazać, że jedna lub więcej szczelin jest zajętych przez płytkę fazową, w którym to przypadku parametr średnicy jest wyłączony.
7. Należy wskazać, czy mikroskop jest wyposażony w automatyczną ładowarkę, czy też wymaga uchwytu z bocznym wejściem.
8. Wskazać, czy mikroskop jest wyposażony w filtr energetyczny.
9. Podaj domyślne wartości napięcia ekstrakcji, ustawienia soczewki pistoletu, rozmiaru plamki i szerokości szczeliny filtra energetycznego (jeśli dotyczy). Podane wartości będą używane podczas tworzenia przez użytkowników sesji mikroskopowych.

12. Zarejestruj co najmniej jeden detektor elektronów

1. W sekcji Equipment (Sprzęt) wybierz opcję Electron Detector (Detektor elektronów).
2. Kliknij Utwórz nowy detektor elektronów.
3. Wprowadź etykietę, producenta i model.
4. Wybierz z listy rozwijanej mikroskop, na którym ten detektor jest zamontowany.
5. Dodaj co najmniej jedno powiększenie skalibrowane dla tej kombinacji mikroskopu i detektora:
   1. W obszarze Powiększenia wybierz pozycję Dodaj nowy.
   2. Podaj zarówno nominalne, jak i skalibrowane wartości powiększenia.
   3. Powtórz te kroki dla wszystkich oczekiwanych ustawień powiększenia. Te ustawienia powiększenia będą później dostępne w rozwijanym selektorze dla użytkowników rejestrujących sesje mikroskopowe.
6. Użyj pól wyboru, aby określić, czy detektor jest zdolny do zliczania elektronów, frakcjonowania dawki i super rozdzielczości.
7. Na koniec podaj dodatkowe specyfikacje detektora: współczynnik liczby elektronów (średnia liczba zliczeń zarejestrowanych przez elektron padający), wymiar liniowy każdego piksela (w μm) oraz liczbę rzędów i kolumn pikseli.
8. Kliknij Zapisz.

13. Jeśli istnieje jeden lub więcej mikroskopów, które wymagają uchwytów na próbki z bocznym wejściem, zarejestruj dostępne uchwyty na próbki w gP2S.

1. W sekcji Equipment (Sprzęt) wybierz opcję Sample Holder (Uchwyt próbki).
2. Kliknij Utwórz nowego posiadacza.
3. Wprowadź etykietę, producenta, model i lokalizację.
4. Określić maksymalne nachylenie (w stopniach) uchwytu próbki.
5. Użyj pól wyboru, aby określić, czy jest w stanie utrzymać kriogeniczne siatki EM i czy jest w stanie przechylać się w dwóch osiach.
6. Z listy rozwijanej wybierz wszystkie mikroskopy, z którymi można używać tego uchwytu.
   UWAGA: zapewni to, że tylko odpowiedni posiadacze zostaną wymienieni, gdy użytkownicy zarejestrują sesje mikroskopowe za pomocą mikroskopów z bocznym wejściem.
7. Kliknij Zapisz.

14. Określ wzorzec, który gP2S będzie stosować przy ustawianiu nazwy katalogu powiązanego z każdą sesją Microcopy.

UWAGA: Może być bardzo użyteczne, aby gP2S automatycznie generowało nazwę katalogu do przechowywania danych obrazu zarejestrowanych podczas sesji mikroskopowej. Zapewnia to systematyczne, bogate w informacje nazewnictwo katalogów pamięci masowej. Określ wzorzec, który gP2S będzie przestrzegał przy ustawianiu nazwy katalogu powiązanej z każdą sesją mikroskopową.

1. W sekcji Administracja wybierz pozycję Ustawienia.
2. Edytuj wzorzec nazwy katalogu string.
   UWAGA: ten ciąg może zawierać następujące zmienne: etykieta projektu, identyfikator siatki, etykieta siatki, etykieta sesji mikroskopowej, identyfikator sesji mikroskopowej, data rozpoczęcia sesji mikroskopowej, godzina rozpoczęcia sesji mikroskopowej i etykieta mikroskopu, rozdzielona znakiem ${}. Poza tymi zmiennymi wzorce nazw katalogów mogą zawierać większość znaków. Domyślny wzorzec nazwy katalogu, na przykład, to ${GridLabel}_${MicroscopyStartDate}_${ProjectLabel}_${MicroscopeLabel}_grid_${GridID}_session_${MicroscopySessionID}. Teraz skonfigurowano wystarczające ustawienia, aby umożliwić rejestrację jednostek eksperymentalnych do sesji mikroskopowych włącznie.

15. Zarejestruj oprogramowanie do przetwarzania obrazów dostępne dla użytkowników.

UWAGA: Umożliwi to rejestrację Sesji Przetwarzania oraz późniejszych typów encji (Mapy i Modele).

1. Wybierz opcję Image Processing (Przetwarzanie obrazu).
2. Kliknij Utwórz nowe oprogramowanie do przetwarzania obrazu.
3. Wpisz nazwę oprogramowania
4. Lista wszystkich wersji dostępnych dla użytkowników:
   1. W obszarze Wersje oprogramowania wybierz pozycję Dodaj nowy.
   2. Wprowadź wersję oprogramowania.
      UWAGA: Umożliwi to użytkownikom dokładne określenie, której wersji oprogramowania używali do uzyskania wyników podczas rejestrowania sesji przetwarzania obrazu. Na tym kończy się niezbędna konfiguracja gP2S. Użytkownicy powinni teraz być w stanie dokładnie uchwycić kluczowe metadane opisujące ich eksperymenty z mikroskopią elektronową, zgodnie z opisem w poniższej sekcji.

Wyniki

Ogólny wzór projektu i nawigacji
Aplikacja gP2S jest zorientowana na projekt, co oznacza, że encję można utworzyć tylko w kontekście projektu. Odpowiedni projekt jest najpierw wybierany z listy rozwijanej znajdującej się w lewym górnym rogu aplikacji. Dla wygody listę projektów można filtrować i jest sortowana według ostatnio używanych projektów pokazanych u góry. Podczas wybierania projektu liczba encji każdego typu, które są skojarzone z tym projektem, jest wyświetlana w sekcji przepływu pracy na pasku nawigacyjnym po lewej stronie. Użytkownik może następnie kliknąć dowolny z typów elementów przepływu pracy (np. Sesje mikroskopowe), aby wyświetlić listę tych elementów w ramach wybranego projektu (Rysunek 4). Lista ta składa się, dla każdej jednostki, z etykiety, daty i godziny utworzenia, nazwy użytkownika, który ją utworzył, wskazania, czy zgłoszono jakiekolwiek uwagi na temat tej jednostki, oraz maksymalnie sześciu kluczowych pól metadanych (na przykład dla każdej sesji mikroskopowej: siatka, liczba obrazów, czas rozpoczęcia i zakończenia oraz użyty mikroskop i detektor). Wybranie jednej z wymienionych encji powoduje otwarcie strony szczegółów z listą wszystkich informacji dostępnych dla tego elementu, w tym z podsumowaniem wszystkich jednostek nadrzędnych (na przykład w przypadku sesji mikroskopowej wyświetlana jest jej nadrzędna siatka i próbka). Pozwala to na bardzo szybką nawigację po "rodowodzie" jednostki, na przykład umożliwiając nawigację jednym kliknięciem z modelu atomowego do szczegółów próbki (Rysunek 5). Ponadto każdy podmiot w gP2S można skomentować, wybierając opcję "Komentarze" w prawej górnej części jego strony szczegółów, wprowadzając komentarz tekstowy i opcjonalnie dołączając jeden lub więcej plików.

Przygotowanie próbki
W pierwszym kroku przepływu pracy opisz próbkę. Aby to zrobić, najpierw zdefiniuj co najmniej jeden składnik: białko lub ligand.

Dodanie nowego białka wymaga tylko etykiety białka, ale aby pomóc w lepszym opisie białka, dodaj ID PUR (dla identyfikatora oczyszczania). To pole akceptuje dowolny tekst i może na przykład zawierać numer partii/partii lub służyć jako miejsce na etykietę z kodem kreskowym. Jeśli gP2S został dostosowany do integracji z systemem rejestracji białek (patrz Dyskusja), identyfikator PUR może być automatycznie walidowany i używany do pobierania i wyświetlania szczegółowych informacji o tej partii białka. W przypadku ligandów etykieta i stężenie zapasów są informacjami obowiązkowymi. Wszystkie inne pola są opcjonalne i obejmują: pojęcie (kod kreskowy, nazwę zwyczajową lub inny identyfikator liganda) oraz identyfikator partii/partii. Ponownie, jeśli gP2S został skonfigurowany do integracji z systemem rejestracji ligandów, koncepcja i identyfikatory partii mogą być używane do pobierania i wyświetlania zewnętrznie przechowywanych danych opisujących ligand (np. jego struktura chemiczna, wyniki testu).

Próbka jest definiowana przez dowolną kombinację białek i ligandów oraz ich końcowe stężenia. Opcjonalnie należy określić inne szczegóły eksperymentalne próbki, takie jak czas inkubacji i temperatura, bufor i opis protokołu w postaci tekstu dowolnego.

Przygotowanie siatki
Gdy próbka będzie gotowa, przejdź do sekcji Siatki. Na liście pod etykietą każdej siatki znajdź jeden lub dwa kolorowe znaczniki, które wskazują typ siatki (kriokrata lub plama) oraz to, czy ta siatka jest dostępna do użycia. Aby utworzyć nową siatkę, wybierz pozycję Utwórz nową siatkę. Wpisz etykietę, wybierz typ siatki i protokół obróbki powierzchni (np. wyładowanie jarzeniowe). Następnie wskaż, czy przygotowuje się siatkę kriogeniczną, czy siatkę barwienia ujemnego, i wybierz jeden ze wstępnie skonfigurowanych protokołów przygotowania z listy rozwijanej, która jest wypełniona protokołami barwienia ujemnego lub protokołami witryfikacji, w zależności od wybranego wcześniej typu przygotowania siatki. Następnie wybierz odpowiednią próbkę z listy rozwijanej i użyj przełącznika, aby wskazać, czy próbka pozostaje dostępna (opisana bardziej szczegółowo poniżej). W przypadku podjęcia decyzji o rozcieńczeniu lub zagęszczeniu wybranej próbki, należy to zaznaczyć za pomocą przełącznika "rozcieńczona/zagęszczona?" i określić odpowiedni współczynnik rozcieńczenia lub stężenia. Określ objętość nałożoną na siatkę (w μl) i opcjonalnie możesz również zarejestrować czas inkubacji. Na koniec zdefiniuj lokalizację magazynowania sieci. W przypadku siatek z barwiemi ujemnymi zapisz etykietę/numer pudełka do przechowywania oraz położenie siatki w pudełku. W przypadku siatek kriogenicznych należy najpierw wybrać urządzenie pamięci masowej z listy, a następnie podać informacje dotyczące dostępnych i odpowiednich pól (cylinder, rurka i/lub skrzynka, w zależności od właściwości urządzenia pamięci masowej kriogenicznej zdefiniowanych wcześniej w Ustawieniach).

Części przepływu pracy, które zostały opisane powyżej, Próbki i Siatki, są częścią systemu zarządzania zapasami. Ta funkcja śledzi, czy komponenty są nadal dostępne do użycia.

1. Białko lub ligand może być niedostępny z poziomu próbki. Podczas tworzenia próbki wybranie opcji "ostatnia kropla" dla któregokolwiek z komponentów tej próbki oznacza te komponenty jako niedostępne do wykorzystania w przyszłości: nie będą one już dostępne na liście rozwijanej podczas tworzenia próbki i nie będą oznaczone tagiem "Dostępne" w widoku listy.
2. Wybrana próbka może zostać oznaczona jako niedostępna za pomocą jednego z dwóch przełączników - "Dostępne do tworzenia siatki?" (w sekcji Próbki) lub "Próbka jest dostępna do dalszego użycia?" (w sekcji Siatki).
3. Aby zarządzać dostępnością siatki, użyj przełącznika "Siatka przywrócona do pamięci?" (w sekcji Sesje mikroskopowe). Domyślnie ta wartość jest ustawiona na "Tak" dla wszystkich siatek barwienia ujemnego i na "Nie" dla siatek krioEM.

Zbieranie danych
Po zarejestrowaniu siatek zarejestruj eksperymenty zbierania danych, tworząc sesje mikroskopowe w gP2S. Sesja mikroskopowa jest najbardziej złożoną jednostką eksperymentalną śledzoną przez aplikację i jest podzielona na cztery sekcje: informacje podstawowe, ustawienia mikroskopu, ustawienia ekspozycji i kontrola mikroskopu.

Pierwsza sekcja zawiera podstawowe informacje: etykietę sesji mikroskopowej, daty i godziny rozpoczęcia i zakończenia, jaka siatka została zobrazowana, który mikroskop, detektor i uchwyt na próbkę (jeśli dotyczy) zostały użyte i ile obrazów zostało zebranych. Podczas tworzenia nowej sesji mikroskopowej system automatycznie wprowadza datę i godzinę rozpoczęcia. Data i godzina zakończenia są opcjonalne. Dzieje się tak dlatego, że sesja może zostać zarejestrowana w systemie, gdy eksperyment jest jeszcze w toku, a zatem czas jej zakończenia nie byłby dokładnie znany. Jeśli data i godzina zakończenia nie są znane, wpisz ją ręcznie lub użyj przycisku "teraz", aby wprowadzić bieżącą datę i godzinę. Innym sposobem jest wykorzystanie faktu, że gP2S nie pozwala na więcej niż jedną niedokończoną sesję mikroskopową na dowolnym mikroskopie. Rozpoczęcie nowej sesji mikroskopowej na tym samym mikroskopie automatycznie oznacza wszystkie poprzednio rozpoczęte sesje jako zakończone.

W następnym kroku wybierz Siatkę. Lista rozwijana będzie zawierała wszystkie dostępne siatki w bieżącym projekcie. Po wybraniu siatki zobaczysz niektóre z jej podstawowych informacji: kto ją stworzył i kiedy oraz jaka próbka została do niej zastosowana. W zależności od wybranego typu siatki, sesja mikroskopowa zostanie oznaczona jako "stain" lub "cryo" w widoku listy.

Domyślnie, Mikroskop ostatnio używany w bieżącym projekcie jest wstępnie wybrany. Jeśli dany mikroskop jest wyposażony w mechanizm wprowadzania próbki zdefiniowany jako automatyczny podajnik, jest to informacja wyświetlana jako uchwyt próbki. Jeśli jednak wybrany mikroskop wymaga użycia uchwytów z bocznym wejściem, należy wybrać używany uchwyt z listy uchwytów na próbki skonfigurowanych do pracy z tym mikroskopem (jeśli wybrana siatka jest siatką kriograficzną, na liście znajdują się tylko uchwyty z funkcją kriogenizacji).

Druga sekcja formularza sesji mikroskopowej zawiera informacje o ustawieniach mikroskopu, takich jak napięcia ekstrakcji i przyspieszenia, soczewka pistoletu, średnica apertury C2, apertura obiektywu i szerokość szczeliny filtra energii. Podczas rutynowego użytkowania ustawienia te są rzadko zmieniane, ponieważ użytkownicy zwykle nie muszą odbiegać od wartości domyślnych.

Trzecia sekcja sesji mikroskopowej zawiera informacje o ustawieniach ekspozycji. W tej sekcji rejestrowane są następujące metadane: powiększenie (rozmiar piksela), rozmiar plamki, średnica oświetlanego obszaru, czas ekspozycji oraz to, czy zastosowano nanosondę, tryb zliczania, frakcjonowanie dawki i super rozdzielczość (tryb zliczania, frakcjonowanie dawki i ustawienia super rozdzielczości są włączone tylko wtedy, gdy wybrany detektor ma te funkcje). Jeśli zastosowano frakcjonowanie dawki, rejestrowana jest również liczba klatek i szybkość ekspozycji.

Dla wygody, kilka eksperymentalnie ważnych parametrów jest obliczanych na bieżąco i wyświetlanych w formularzu: końcowy rozmiar piksela obrazu (Å), szybkość ekspozycji (elektrony/Ų/s), całkowita ekspozycja (elektrony/Ų), czas trwania klatki (s) i ekspozycja na klatkę (elektron/Ų).

Czwarta i ostatnia sekcja sesji mikroskopowej może być wykorzystana do zarejestrowania minimalnego i maksymalnego niedoostrości celu oraz liczby ekspozycji na otwór.

Chociaż sesje mikroskopowe w gP2S mogą być używane do rejestracji dowolnego rodzaju pracy mikroskopowej, czy to do celów przesiewowych czy zbierania danych, stwierdziliśmy, że wystarczające i bardziej efektywne jest poproszenie użytkowników o skupienie się na rejestrowaniu sesji zbierania danych, a sesje przesiewowe, w których siatka jest tylko krótko sprawdzana w celu kontroli jakości, niekoniecznie muszą być rejestrowane jako sesje mikroskopowe.

Przetwarzanie obrazu
Praca związana z przetwarzaniem obrazu jest rejestrowana w gP2S jako jednostki Processing Session. Każda Sesja Przetwarzania jest powiązana z jedną lub kilkoma Sesjami Mikroskopowymi, które należy wybrać z listy rozwijanej. Należy wskazać, które pakiety oprogramowania (programy i wersje) zostały użyte, liczbę mikrofotografii i liczbę wybranych cząstek. Opcjonalnie zapisz nazwę katalogu, w którym odbywa się przetwarzanie.

Osadzanie mapy
Po uzyskaniu jednej lub więcej trójwymiarowych rekonstrukcji, mapy mogą zostać zdeponowane w gP2S. Każda mapa jest powiązana z sesją przetwarzania i składa się z rzeczywistego pliku mapy (zazwyczaj pliku w formacie MRC, ale gP2S pozwala na dowolny typ pliku) oraz kluczowych metadanych: rozmiar piksela (Å), zalecany poziom izokonturu dla renderowania powierzchni, zastosowana symetria, liczba obrazów użytych do utworzenia mapy oraz szacowana rozdzielczość: w jego najlepszych i najgorszych częściach, a także w średniej rozdzielczości globalnej. Mapy mogą być ze sobą kojarzone przy użyciu następujących typów relacji: wersje filtrowane, maskowane, ponownie próbkowane lub uściślone. Rejestrując takie powiązanie, należy wybrać typ relacji (np. "jest filtrowaną wersją '" lub "ma przefiltrowaną wersję").

Osadzanie modelu
Po uzyskaniu modelu atomowego można go zdeponować w sekcji Model gP2S dla odpowiedniego projektu. Funkcja Model w pierwszym wydaniu gP2S jest podstawowa: poza rzeczywistym plikiem modelu (zazwyczaj plikiem PDB lub mmCIF) wymagana jest tylko rozdzielczość (w A) i mapa (lub lista map), z której wyprowadzono model. Dodatkowo możliwe jest wskazanie, że Model jest udoskonaloną wersją wcześniej zdeponowanego Modelu. Dodatkowe funkcje, w tym walidacja modelu, są w trakcie opracowywania i mogą zostać dodane do wersji gP2S typu open source w przyszłości.

Raporty
Może być konieczne wygenerowanie dokumentów podsumowujących, które zostaną rozesłane do współpracowników, którzy mogą nie mieć dostępu do gP2S, lub do zarchiwizowania w systemie plików. W tym celu gP2S udostępnia funkcję raportu, dostępną za pośrednictwem ikony drukarki w prawym górnym rogu każdej strony widoku szczegółów encji. Spowoduje to wygenerowanie pliku PDF do wydrukowania, który zawiera wszystkie metadane opisujące jednostkę i każdą z jej encji nadrzędnych, w tym wszystkie komentarze. Ta funkcja jest szczególnie cenna po osadzaniu modelu, ponieważ wszystkie dane i metadane śledzące rodowód końcowego modelu atomowego aż do określonych partii ligandów białek i małych cząsteczek za pomocą sesji mikroskopowych i siatek będą dostępne w jednym dokumencie.

Rysunek 1. gP2S działający na iPadzie w laboratorium witryfikacyjnym. Interfejs użytkownika został zaprojektowany do obsługi za pomocą ekranów dotykowych, co ułatwia korzystanie z niego w laboratorium i dokładne wprowadzanie metadanych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Architektura systemu gP2S. gP2S jest zgodny z klasyczną trzypoziomową organizacją i opiera się na dwóch serwerach baz danych do przechowywania danych i serwerze LDAP do uwierzytelniania użytkowników. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Model danych gP2S. Jednostki są przedstawiane jako prostokąty (ciemnopomarańczowy dla encji przepływu pracy, pomarańczowy dla sprzętu i protokołów, żółty dla innych typów jednostek), a ich relacje są oznaczone (jeden do jednego, jeden do wielu, wiele do wielu) oznaczone liniami ciągłymi. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4. Widok listy sesji mikroskopowych. W tym widoku zostaną wyświetlone wszystkie sesje mikroskopowe zarejestrowane w ramach wybranego projektu ("CARD9" na tym zrzucie ekranu). Zielony lub fioletowy znacznik rozróżnia sesje mikroskopii kriogenicznej w temperaturze pokojowej (barwienie ujemne) i kriogeniczne, a kilka kluczowych metadanych opisujących każdą sesję jest wymienionych (np. użytkownik, który ją zarejestrował, po prawej stronie). Kliknięcie na nazwę sesji mikroskopowej otwiera szczegółowy widok tej sesji (szczegółowy widok modelu jest pokazany w Rysunek 5). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5. Widok szczegółów modelu. W górnej części strony wyświetlane są dostępne metadane dla wybranego modelu. Okienko komentarzy po prawej stronie można ukryć, klikając krzyżyk (w prawym górnym rogu) lub "Komentarze (1)" po jego lewej stronie. Poniżej znajduje się zestaw ikon umożliwiających wygenerowanie raportu PDF (ikona drukarki, patrz tekst główny), edycję wpisu (ikona ołówka) lub jego powielenie (ikona podwójnych prostokątów). Dolna część strony zawiera listę struktur wszystkich jednostek, z których wywodzi się ten model, od Przykładów do Map. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

)

Nazwa biblioteki lub struktury	typ	Wersja
Apache DS (ApacheDS	Serwer LDAP	0.7.0
doker	Narzędzie programistyczne	N/a
pierwiastek	biblioteka	1.4.10
przezimować	biblioteka	5.0.12
Jawa	język programowania	1,8+
Język JavaScript	język programowania	Skrypt EcmaScript 2017
JUnit	biblioteka	Rozdział 4.12
Karma	biblioteka	1.4.1
Maven	Narzędzie programistyczne	3+
Baza danych MongoDB	Serwer bazy danych	Wersja 4.0.6
Baza danych MySQL	Serwer bazy danych	5,7
Node.js	szkielet	6.9.1
SASS (node-sass)	biblioteka	Rozdział 4.5.3
Sprężyna rozruchowa	szkielet	1.3
Interfejs użytkownika Swagger	biblioteka	2.6.1
kocur	Serwer aplikacji	8.5.15
Vue.js	szkielet	2.4.2
vue-cli	Narzędzie programistyczne	2.6.12

Tabela 1. Biblioteki i frameworki używane przez gP2S

Dyskusja

Przy prawidłowym i konsekwentnym stosowaniu, gP2S pomaga osiągnąć prawidłowe prowadzenie dokumentacji metadanych wysokiej jakości poprzez egzekwowanie rejestrowania krytycznych metadanych eksperymentalnych przy użyciu ustrukturyzowanych modeli danych i zdefiniowanego słownictwa, ale wartość dodana z tego tytułu jest w pełni realizowana tylko wtedy, gdy w laboratorium zostanie osiągnięty wysoki poziom zgodności. Powyższy protokół nie wyjaśnia, w jaki sposób można to osiągnąć. Ustaliliśmy, że skuteczną techniką egzekwowania prawa była odmowa przez operatorów mikroskopów gromadzenia danych o sieciach niezarejestrowanych w gP2S. To bardzo szybko przyczyniło się do wzrostu zgodności i położyło podwaliny pod pojawienie się w ciągu następnych miesięcy dużej ilości szczegółowych i dokładnych szczegółów eksperymentalnych oraz pamięci korporacyjnej. Po kilku miesiącach użytkowania wartość korpusu metadanych przechowywanych w gP2S stała się tak oczywista dla większości użytkowników, że zgodność pozostała wysoka bez wyraźnej interwencji.

Pełne wykorzystanie tej pamięci zbiorowej wymaga, aby metadane przechowywane w gP2S były dostępne dla systemów zewnętrznych i łatwo powiązane z danymi eksperymentalnymi (mikrofotografie) i wynikami (mapy i modele). Powyższy protokół nie opisuje, w jaki sposób zintegrować gP2S z innymi systemami informatycznymi i przetwarzającymi dane. Najprostsze są potencjalne integracje za pośrednictwem backendowego interfejsu API REST gP2S, które nie wymagają żadnej modyfikacji gP2S. Na przykład, każdy komputer sterujący naszymi detektorami zbierającymi dane uruchamia skrypt, który okresowo wysyła zapytanie do punktu końcowego gP2S "getItemByMicroscope" pod kontrolerem REST zarządzania sesjami mikroskopii, aby sprawdzić, czy na jego mikroskopie trwa sesja mikroskopowa. Jeśli tak, skrypt pobiera z gP2S odpowiednią nazwę katalogu przechowywania danych (zgodnie z konfiguracją na stronie Ustawienia, patrz wyżej) i tworzy katalog na lokalnym urządzeniu do przechowywania danych przy użyciu tej nazwy. Zapewnia to systematyczne nazywanie katalogów przechowywania danych i zmniejsza ryzyko błędu z powodu literówek.

Chociaż zostały one skomentowane w źródle publicznej wersji gP2S, możliwe są również dalsze integracje polegające na korzystaniu przez gP2S z danych systemów zewnętrznych. W naszym laboratorium wdrożenie gP2S integruje się z (i) systemem zarządzania projektami, dzięki czemu każdy projekt skonfigurowany w gP2S może być powiązany z projektem portfela obejmującym całą firmę, a metadane z portfela mogą być wyświetlane w gP2S; (ii) system rejestracji białek, tak aby każde białko dodawane do gP2S było połączone, za pomocą identyfikatora przechowywanego lokalnie, z pełnym zestawem zapisów szczegółowo określających pochodzenie białka, w tym szczegółami dotyczącymi odpowiedniej biologii molekularnej, systemu ekspresji i oczyszczania; (iii) system zarządzania związkami małocząsteczkowymi, umożliwiający gP2S wyświetlanie kluczowych informacji o każdym ligandzie, takich jak jego struktura chemiczna. Modyfikacje kodu niezbędne do umożliwienia tych integracji są opisane w sekcji "Integracja" dokumentu README-BUILD.md dostępnego w repozytorium gP2S (https://github.com/arohou/gP2S).

Obecna wersja gP2S ma ograniczenia, z których pierwszym jest zbyt uproszczony model danych i frontend do depozycji struktury (Modelu). Zostało to celowo pozostawione w stanie "podstawowym" w wydanej wersji gP2S, ponieważ obecnie opracowywana jest pełnoprawna funkcja osadzania i walidacji struktury wraz ze wsparciem dla krystalografii rentgenowskiej. Kolejną decyzją projektową było nieimplementowanie żadnego systemu uprawnień ani przywilejów: wszyscy użytkownicy w gP2S mają równy dostęp do jego funkcji i danych. Może to sprawić, że będzie to zły wybór dla obiektów, które obsługują grupy użytkowników o konkurencyjnych interesach i wymaganiach dotyczących poufności, ale nie było to problemem dla naszego obiektu.

Rozwój naszej wewnętrznej wersji gP2S jest w toku i mamy nadzieję, że opisana tutaj wersja open-source będzie przydatna dla innych grup cryoEM, a niektóre z nich mogą wnieść sugestie lub ulepszenia kodu w przyszłości. Przyszłe osiągnięcia o wysokiej wartości mogłyby na przykład koncentrować się na integracji ze sprzętem laboratoryjnym (roboty do witryfikacji, mikroskopy elektronowe), oprogramowaniem (np. do zbierania metadanych przetwarzania obrazu) i zewnętrznymi repozytoriami publicznymi (np. w celu ułatwienia osadzania struktur).

Systematyczne gromadzenie wysokiej jakości metadanych, które jest możliwe dzięki rutynowemu stosowaniu gP2S w laboratorium i kriozaplecie, może mieć znaczący, pozytywny wpływ na zdolność do równoległego prowadzenia wielu projektów na przestrzeni lat. Przewidujemy, że wraz z powstawaniem coraz większej liczby współdzielonych i scentralizowanych grup i obiektów krioEM, zapotrzebowanie na systemy zarządzania informacjami, takie jak gP2S, będzie nadal rosło.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
n/a	n/a	n/a	n/a