Name: Narzędzie internetowe do generowania wysokiej jakości ścieżek biologicznych nadających się do odczytu maszynowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-08T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 1 s
Description: Poznaj narzędzie PathWhiz do tworzenia i edycji szlaków biochemicznych z bogatymi detalami biologicznymi. Umożliwia ono naukowcom, nauczycielom i studentom projektowanie wizualizacji metabolicznych w około 15 minut.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Autorzy pragną podziękować Kanadyjskim Instytutom Badań nad Zdrowiem (CIHR) oraz Genome Alberta, oddziałowi Genome Canada, za wsparcie finansowe.

<ol><li>Michal, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+representation+of+metabolic+pathways%5BTitle%5D)+AND+%22Biosystems%22%5BJournal%5D)">On representation of metabolic pathways.</a> Biosystems. 47 (1-2), 1-7 (1998).</li>
<li>Kanehisa, M., Sato, Y., Kawashima, M., Furumichi, M., Tanabe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((KEGG+as+a+reference+resource+for+gene+and+protein+annotation%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">KEGG as a reference resource for gene and protein annotation.</a> Nucleic Acids Res. 44 (D1), D457-D462 (2016).</li>
<li>Karp, P., Riley, M., Paley, S. <a target="_blank" href="https://academic.oup.com/nar/article/30/1/59/1332792/The-MetaCyc-Database">The MetaCyc Database.</a> Nucleic Acids Res. 30 (1), 59-61 (2002).</li>
<li>Kelder, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((WikiPathways%3A+building+research+communities+on+biological+pathways%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">WikiPathways: building research communities on biological pathways.</a> Nucleic Acids Res. 40 (Database issue), D1301-D1307 (2011).</li>
<li>Croft, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Reactome+pathway+knowledgebase%29%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">The Reactome pathway knowledgebase).</a> Nucleic Acids Res. 42 (Database issue), D472-D477 (2014).</li>
<li>Karp, P. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pathway+Tools+version+13.0%3A+integrated+software+for+pathway%2Fgenome+informatics+and+systems+biology%5BTitle%5D)+AND+%22Brief+Bioinform%22%5BJournal%5D)">Pathway Tools version 13.0: integrated software for pathway/genome informatics and systems biology.</a> Brief Bioinform. 11 (1), 40-79 (2010).</li>
<li>Van Iersel, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Presenting+and+exploring+biological+pathways+with+PathVisio%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">Presenting and exploring biological pathways with PathVisio.</a> BMC Bioinformatics. 9, 399(2008).</li>
<li>Demir, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+BioPAX+community+standard+for+pathway+data+sharing%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">The BioPAX community standard for pathway data sharing.</a> Nat. Biotechnol. 28 (9), 935-942 (2010).</li>
<li>Shannon, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cytoscape%3A+A+Software+Environment+for+Integrated+Models+of+Biomolecular+Interaction+Networks%5BTitle%5D)+AND+%22Genome+Res%22%5BJournal%5D)">Cytoscape: A Software Environment for Integrated Models of Biomolecular Interaction Networks.</a> Genome Res. 13 (11), 2498-2504 (2003).</li>
<li>Salomonis, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GenMAPP+2%3A+new+features+and+resources+for+pathway+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">GenMAPP 2: new features and resources for pathway analysis.</a> BMC Bioinformatics. 8, 217(2007).</li>
<li>Elliott, B., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18728044">PathCase: pathways database system.</a> Bioinformatics. 24 (21), 2526-2533 (2008).</li>
<li>Hu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((VisANT+3.0%3A+new+modules+for+pathway+visualization%2C+editing%2C+prediction+and+construction%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">VisANT 3.0: new modules for pathway visualization, editing, prediction and construction.</a> Nucleic Acids Res. 35 (Web Server), W625-W632 (2007).</li>
<li>Jewison, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SMPDB+2.0%3A+Big+Improvements+to+the+Small+Molecule+Pathway+Database%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">SMPDB 2.0: Big Improvements to the Small Molecule Pathway Database.</a> Nucleic Acids Res. 42 (D1), D478-D484 (2013).</li>
<li>Pon, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pathways+with+PathWhiz%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">Pathways with PathWhiz.</a> Nucleic Acids Res. 43 (W1), W552-W559 (2015).</li>
<li>Sajed, T., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25934797">ECMDB 2.0: A richer resource for understanding the biochemistry of E. coli.</a> Nucleic Acids Res. 44 (D1), D495-D501 (2015).</li>
<li>Wishart, D., Mandal, R., Stanislaus, A., Ramirez-Gaona, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cancer+Metabolomics+and+the+Human+Metabolome+Database%5BTitle%5D)+AND+%22Metabolites%22%5BJournal%5D)">Cancer Metabolomics and the Human Metabolome Database.</a> Metabolites. 6 (1), 10(2016).</li>
<li>Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., Myers, E. W., Lipman, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Basic+local+alignment+search+tool%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Basic local alignment search tool.</a> J. Mol. Biol. 215 (3), 403-410 (1990).</li>
<li>Le Novere, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Systems+Biology+Graphical+Notation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">The Systems Biology Graphical Notation.</a> Nat. Biotechnol. 27 (8), 735-741 (2009).</li>
<li>Hucka, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+systems+biology+markup+language+%28SBML%29%3A+a+medium+for+representation+and+exchange+of+biochemical+network+models%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">The systems biology markup language (SBML): a medium for representation and exchange of biochemical network models.</a> Bioinformatics. 19 (4), 524-531 (2003).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Opisany tutaj protokół tworzenia prostego szlaku metabolicznego (cykl TCA) może być zaadaptowany do tworzenia szerokiej gamy biologicznie złożonych szlaków odczytu maszynowego dla dowolnego gatunku. Co więcej, protokół ten opisuje również, w jaki sposób można replikować lub propagować istniejące ścieżki utworzone przez innych użytkowników. Konstruowanie ścieżki za pomocą tego narzędzia wymaga wielokrotnego dodawania krok po kroku reakcji, interakcji, procesów transportowych i podścieżek, z których każda jest połączona nakładającymi się na siebie elementami. Połączenie wszystkich tych elementów pozwala na tworzenie kolorowych, przyjemnych wizualnie diagramów ścieżek, które dostarczają znacznych szczegółów biologicznych i użytecznego kontekstu biologicznego. Kroki opisane w tym protokole są stosunkowo proste, a czas potrzebny na zbudowanie diagramu ścieżki zależy od rozmiaru i złożoności ścieżki. Przy odrobinie wprawy większość osób może wyrenderować wysokiej jakości diagram ścieżki składający się z około 15-20 reakcji lub procesów i kilku składników komórkowych w około 15 minut. Zupełnie nowy użytkownik może potrzebować do 30-40 minut, aby wygenerować ścieżkę o podobnym rozmiarze i złożoności. Czas potrzebny do wygenerowania ścieżki jest w przybliżeniu liniowy w stosunku do liczby reakcji/procesów, które muszą zostać wyrenderowane.
Stworzenie wysokiej jakości ścieżki za pomocą tego narzędzia internetowego zależy od jakości i szczegółowości materiału źródłowego (ścieżki z książek, internetowych baz danych, danych eksperymentalnych, odręcznych szkiców) oraz od skrupulatności "artysty" ścieżki. Osoby, które chcą generować diagramy ścieżek o wyższej jakości, powinny zwrócić szczególną uwagę na sekcje 1.11, 1.15 i 1.20 protokołu, ponieważ sekcje te opisują tworzenie i edycję elementów reakcji (reagentów/produktów, enzymów, krawędzi, obrazów, pól powiększenia, etykiet i membran). Najlepsze diagramy ścieżek inteligentnie łączą informacje z jak największej liczby istniejących reprezentacji ścieżki, w tym tych, które można znaleźć w książkach, plakatach, artykułach i internetowych bazach danych. Kolejnym kluczem do generowania wysokiej jakości ścieżek jest dokładne sprawdzenie poprawności reakcji przed utworzeniem reakcji (poprzez sekcję 1.11 protokołu). Bardzo ważne jest poświęcenie czasu i wysiłku na upewnienie się, że zaangażowane reagenty, produkty i enzymy (z których wiele już istnieje w dużej bazie danych PathWhiz) są prawidłowe dla każdego gatunku. Ważne jest również, aby zdawać sobie sprawę z lokalizacji komórkowej reakcji i uwzględnić kluczowe składniki komórkowe lub subkomórkowe w celu zapewnienia prawidłowego kontekstu biologicznego. Można to zrobić, sprawdzając i potwierdzając reakcję za pośrednictwem internetowych baz danych, takich jak UniProt. Posiadanie wszystkich wymaganych informacji pod ręką, wraz z przybliżonym, ręcznie narysowanym szkicem ścieżki, która ma zostać utworzona, znacznie zmniejszy liczbę błędów i całkowity czas poświęcony na rysowanie lub renderowanie.
Jak można się spodziewać, renderowanie większych i bardziej złożonych ścieżek zajmie więcej czasu, szczególnie jeśli pożądane elementy i procesy nie znajdują się jeszcze w bazie danych PathWhiz. Podczas pracy z większymi ścieżkami zwykle rozsądnie jest przełączyć się z trybu automatycznego zapisywania na tryb ręcznego zapisywania, aby zapobiec długiemu opóźnieniu między działaniami. Podczas replikowania ścieżki czas, przez jaki użytkownik może czekać na wygenerowanie ścieżki, zależy od liczby elementów w ścieżce. Większość ścieżek można odtworzyć w ciągu około 1-2 minut. Podczas rozmnażania szlaku, pomyślne renderowanie nowo rozmnożonej ścieżki zależy od tego, jak podobne są te dwa gatunki, ponieważ PathWhiz wykorzystuje wyszukiwanie sekwencji BLAST17 w celu znalezienia homologicznych enzymów między gatunkami. Większe szlaki będą się wolniej rozprzestrzeniać, ponieważ BLAST będzie musiał być uruchamiany na większej liczbie enzymów. Próba rozmnażania szlaków między znacząco różniącymi się gatunkami (powiedzmy między drożdżami a ludźmi) spowoduje, że ścieżki zostaną wyrenderowane z wieloma nieznanymi białkami. Te "daleko" propagowane ścieżki zwykle wymagają dodatkowej ręcznej edycji. Ze względu na wysoce wizualny charakter diagramów ścieżek i szczegółowość, którą można wprowadzić do ścieżki, zawsze dobrze jest pracować na komputerze z dość dużym ekranem (>20 cali lub >50 cm) i dobrym połączeniem internetowym (>5 Mb/s).
Jeśli wystąpią problemy z renderowaniem lub odświeżaniem ekranu, użytkownik może być zmuszony do wykonania niewielkiej ilości rozwiązywania problemów. Jeśli aktualizacja dużej, złożonej ścieżki trwa zbyt długo, użytkownik może być zmuszony do odświeżenia strony. Jeśli ścieżka nie jest propagowana zgodnie z oczekiwaniami, użytkownik może być zmuszony do ręcznej edycji, aby upewnić się, że wszystkie elementy są wyświetlane poprawnie. Ponadto, jako bardziej szczegółowy przykład, jeśli elementy reakcji nie są wyświetlane, użytkownik może być zmuszony do upewnienia się, że wszystkie elementy lub enzymy są odpowiednio dobrane, a krawędzie nie są ukryte. Link "Pomoc" w głównym nagłówku może być przydatny, jeśli wystąpi problem. Samouczek dostępny jest w zakładce "Samouczek", a instrukcja obsługi dostępna jest w zakładce "Podręczniki użytkownika". Oba szczegółowo wyjaśniają wiele funkcji narzędzia. Podręcznik użytkownika może służyć do rozwiązywania problemów lub wyjaśniania potencjalnych ograniczeń dla określonej funkcji, na przykład gdy użytkownik blokuje ścieżkę, a później chce ją edytować.
Jak podkreślono w tym protokole i w przykładach przedstawionych na załączonych rysunkach, narzędzie to oferuje szereg unikalnych funkcji, których nie można znaleźć w żadnym (lub większości) innych narzędzi do rysowania ścieżek (patrz Tabela 1). Po pierwsze, jest w pełni oparty na sieci i całkowicie niezależny od platformy. Po drugie, obsługuje renderowanie i łatwe generowanie wielokolorowych, biologicznie złożonych, przyjemnych wizualnie, w pełni hiperpołączonych diagramów ścieżek, które można również konwertować do formatów nadających się do odczytu maszynowego (BioPAX, SBGN-ML18, SBML19, PWML14). Po trzecie, diagramy ścieżek generowane przez to narzędzie można przeglądać, przeszukiwać, wybierać i łatwo eksplorować za pomocą łatwej w użyciu internetowej bazy danych i interfejsu przeglądania. Po czwarte, narzędzie internetowe zostało zaprojektowane tak, aby wspierać wkład społeczności w ścieżki, umożliwiając "crowdsourcing ścieżek", który zachęca do dzielenia się i generowania nowych ścieżek i nowych elementów ścieżek.
Ścieżki generowane przez to narzędzie internetowe mogą być używane do różnych zastosowań. Bogate, w pełni hiperłączone szlaki można łatwo zintegrować z bazami danych specyficznymi dla organizmów w celu zastosowania proteomiki, metabolomiki lub biologii systemowej. Ścieżki dostępne przez Internet są szczególnie przydatne do celów edukacyjnych i szkoleniowych, ponieważ szczegóły dostępne za pośrednictwem obrazów internetowych są często znacznie większe niż te, które można wyświetlić za pomocą statycznego obrazu lub pojedynczej strony podręcznika lub czasopisma. To narzędzie internetowe obsługuje również generowanie reprezentacji ścieżek, które są bardziej odpowiednie do drukowania i publikacji. W rezultacie wiele obrazów generowanych przez to narzędzie internetowe pojawia się w dokumentach, plakatach i prezentacjach slajdów. Eksportowanie ścieżek do tekstowych formatów plików wymiany danych (takich jak BioPAX i SBML) pozwala na bezpośrednie wykorzystanie ścieżek generowanych za pomocą tego serwera WWW w analizie obliczeniowej w zastosowaniach związanych z biologią systemów lub modelowaniem metabolicznym. Szlaki propagacji między gatunkami pozwalają na wnioskowanie o procesach biologicznych, zwłaszcza wśród tych gatunków, które zostały bardzo niedawno zsekwencjonowane. Chociaż nie wszystkie istniejące ścieżki istnieją obecnie w PathWhiz, jego publiczna baza danych ścieżek stale rośnie, co prowadzi do pojawienia się nowych, crowdsourcingowych kolekcji ścieżek. Kolekcje te nie tylko będzie można łatwo rozszerzyć na nowe gatunki, ale miejmy nadzieję, że doprowadzą do głębszego zrozumienia ich unikalnej biologii i biochemii.

Schematy szlaków biologicznych są jak plany dla naukowców zajmujących się naukami przyrodniczymi. Są to prawdopodobnie najbardziej zwięzłe i pouczające sposoby przedstawiania procesów biologicznych i kontekstowych powiązań między genami, białkami i metabolitami. Dzieje się tak dlatego, że obrazy są znacznie wydajniej przetwarzane i często znacznie łatwiejsze do zrozumienia przez ludzi niż text1. Jakość, szczegółowość i zawartość diagramów ścieżek mogą się znacznie różnić. Różnice te często zależą od zamierzonego celu ścieżki i umiejętności artysty ścieżki. Ścieżki tworzone w celach edukacyjnych, takie jak wykresy ścienne lub podręczniki, są często tworzone przez profesjonalnych artystów. W rezultacie te diagramy szlaków są znacznie przyjemniejsze wizualnie i oferują znacznie więcej szczegółów biologicznych z pełnym przedstawieniem struktur metabolitów, składników subkomórkowych, struktur komórkowych, tkanek i narządów. Te "podręcznikowe" przedstawienia często zawierają szczegółowe notatki i komentarze. Z drugiej strony, diagramy ścieżek zaprojektowane do zastosowań internetowych często muszą poświęcać kunszt i bogactwo wizualne na rzecz uproszczonych, czytelnych maszynowo schematów "elektrycznych". Te diagramy szkieletowe są łatwiejsze do mapowania obrazów i hiperłączy. Uproszczone diagramy ścieżek są podstawą tak popularnych internetowych baz danych ścieżek, jak KEGG2, MetaCyc3, Wikipathways4 i Reactome5. Pojawienie się kompatybilnych komputerowo baz danych ścieżek doprowadziło również do pojawienia się kompatybilnych z komputerami narzędzi do rysowania ścieżek. Innymi słowy, nie trzeba być profesjonalnym artystą ani zawodowym programistą, aby generować użyteczne diagramy ścieżek. Na przykład, narzędzia Pathway firmy BioCyc6 oraz oprogramowanie PathVisio firmy Wikipathway7pozwalają użytkownikom na swobodne generowanie i udostępnianie ścieżek do odczytu maszynowego w formacie BioPAX8 i/lub HTML. Ponadto istnieje wiele innych samodzielnych pakietów freeware, a także pakietów komercyjnych, które obsługują generowanie różnych ścieżek szkieletowych do odczytu maszynowego, takich jak Cytoscape9, GenMAPP10, PathCase11 i VisANT12.
Uproszczenie internetowych diagramów ścieżek w dużej mierze wynikało z historycznych ograniczeń znalezionych w wielu przeglądarkach internetowych i internetowych narzędziach do renderowania. Jednak w ciągu ostatnich kilku lat poczyniono znaczne postępy w technologiach internetowych. Zasugerowało to, że możliwe jest generowanie interaktywnych, kompatybilnych z Internetem diagramów ścieżek, które są równie kolorowe, tak samo estetyczne i tak samo biologicznie kompletne, jak te znajdujące się w podręcznikach. Prace te doprowadziły do opracowania PathWhiz. PathWhiz został zaimplementowany przy użyciu frameworka internetowego Ruby on Rails (http://rubyonrails.org, wersja 4.2.0) zawierającego relacyjną bazę danych MySQL (https://www.mysql.com, wersja 5.1.50) do zarządzania wszystkimi danymi ścieżki, w tym relacjami encji, odniesieniami zewnętrznymi, opisami, specyfikacjami wizualizacji i strukturami chemicznymi. Front-end web client jest kontrolowany przez Ruby on Rails w połączeniu z Backbone.js (http://backbonejs.org, wersja 1.0.0) jako front-endowy framework sieciowy dla edytora.
Pierwotnie opracowany do opieki nad bazą danych SMPDB (Small Molecule Pathway Database)13, PathWhiz14został od tego czasu rozszerzony, aby wspierać generowanie ścieżek dla wielu innych organizmów i funkcjonować jako ogólny obraz szlaku i baza wiedzy. W szczególności to narzędzie internetowe pozwala na tworzenie pełnego zakresu szlaków biochemicznych/biologicznych, w tym metabolicznych, interakcji białek, sygnalizacji molekularnej, szlaków fizjologicznych i szlaków leków/chorób. To narzędzie do rysowania ścieżek różni się od większości innych narzędzi do generowania ścieżek na trzy główne sposoby: 1) jest to serwer WWW, a nie samodzielny, instalowalny pakiet oprogramowania; 2) wspomaga łatwe generowanie i interaktywną wizualizację związków chemicznych, białek, kwasów nukleinowych, błon komórkowych, struktur subkomórkowych, tkanek i narządów; oraz 3) pozwala użytkownikom łatwo zapożyczać, budować lub ulepszać pracę innych użytkowników, umożliwiając w ten sposób generowanie ścieżek "crowdsourcingowych". Jako serwer WWW ma kilka zalet w porównaniu z narzędziami programowymi do pobrania, specyficznymi dla platformy. W szczególności jest kompatybilny z każdą platformą, systemem operacyjnym i nowoczesną przeglądarką internetową. Co więcej, nie wymaga od użytkownika rejestracji, aby rozpocząć tworzenie ścieżki (chociaż użytkownicy mogą swobodnie utworzyć "konto prywatne" w celu śledzenia i kontrolowania dostępności tworzonych przez siebie ścieżek). Być może najbardziej atrakcyjną cechą tego narzędzia jest ilość szczegółów biologicznych i biochemicznych, które można łatwo dodać do dowolnej ścieżki za pomocą palety wstępnie renderowanych obrazów i obszernej bazy danych białkowych i biochemicznych. Dzięki temu zarówno "nie-artyści", jak i "nie-programiści" mogą łatwo tworzyć kolorowe, estetyczne i bogate w szczegóły ścieżki, które są kompatybilne z Internetem i w pełni czytelne dla maszyny. Bardziej szczegółowe porównanie PathWhiz z innymi narzędziami do rysowania ścieżek znajduje się w Tabeli 1.
Wiele popularnych baz danych nauk przyrodniczych już korzystało z tego narzędzia do rysowania ścieżek do tworzenia interaktywnych diagramów ścieżek dla baz danych. Na przykład Baza Danych Metabolomu Escherichia coli (ECMDB)15niedawno zaktualizowała swoją bibliotekę ścieżek o ponad 1650 ścieżek narysowanych za pomocą narzędzia internetowego. Każda ścieżka w ECMDB jest teraz wyświetlana jako bogato kolorowa, w pełni hiperłączona mapa obrazu ze szczegółowymi opisami metabolitów i struktur białek, a także uproszczonym czarno-białym schematem przewodów przypominającym KEGG. Ta zakrojona na szeroką skalę aktualizacja szlaku doprowadziła do odkrycia wielu metabolitów pośrednich, które wcześniej nie były uwzględniane w innych metabolicznych bazach danych Escherichia coli. Inne bazy danych, takie jak Human Metabolome Database (HMDB)15, nie tylko opierają się na szlakach PathWhiz do przedstawiania i opisywania szlaków metabolicznych i sygnałowych, ale także do przedstawiania zmian metabolicznych związanych z chorobami takimi jak rak. HMDB obejmuje obecnie 101 szlaków metabolicznych, 376 szlaków działania leków, 233 szlaki związane z chorobą i 16 szlaków sygnałowych, wszystkie wygenerowane za pomocą tego narzędzia internetowego.
Poniższy protokół opisuje szczegółowo, jak PathWhiz może być używany do łatwego tworzenia, replikacji i propagacji ścieżek biochemicznych dla różnych celów i zastosowań.

<table><tbody><tr><td>Komputer z kolorowym ekranem</td><td>nie</td><td>dotyczy</td><td> Łącze internetowe >20 cali lub >50 cm</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Nie dotyczy</td><td></td> <td>nie dotyczy >5 Mb/s</td></tr><tr><td>Nowoczesna przeglądarka internetowa&nbsp;</td><td>Nie</td><td>dotyczy</td><td>Google Chrome (wersja 31 i nowsze), Internet Explorer (wersja 9 i nowsze), Safari (wersja 7 i nowsze), Opera (wersja 15 i nowsze) oraz Firefox (wersja 23 i nowsze)</td></tr></tbody></table>

narzędzie internetowe do generowania wysokiej jakości ścieżek biologicznych nadających się do odczytu maszynowego

A Web Tool for Generating High Quality Machine-readable Biological Pathways

PathWhiz to serwer WWW zbudowany w celu ułatwienia tworzenia kolorowych, interaktywnych, wizualnie przyjemnych diagramów ścieżek, które są bogate w informacje biologiczne. Ścieżki generowane przez tę aplikację internetową są czytelne maszynowo i w pełni kompatybilne z zasadniczo wszystkimi przeglądarkami internetowymi i komputerowymi systemami operacyjnymi. Wykorzystuje specjalnie opracowany, internetowy interfejs rysowania ścieżek, który umożliwia wybór i umieszczanie różnych kombinacji wstępnie narysowanych jednostek biologicznych lub biochemicznych w celu zobrazowania reakcji, interakcji, procesów transportu i zdarzeń wiązania. Ta paleta jednostek składa się ze związków chemicznych, białek, kwasów nukleinowych, błon komórkowych, struktur subkomórkowych, tkanek i narządów. Wszystkie zawarte w nim elementy wizualne można interaktywnie dostosowywać i dostosowywać. Ponadto, ponieważ to narzędzie jest serwerem internetowym, wszystkie ścieżki i elementy ścieżek są publicznie dostępne. Ten rodzaj "crowdsourcingu" ścieżek oznacza, że PathWhiz zawiera już dużą i szybko rosnącą kolekcję wcześniej narysowanych ścieżek i elementów ścieżek. W tym miejscu opisujemy protokół szybkiego i łatwego tworzenia nowych ścieżek i zmiany istniejących ścieżek. Aby jeszcze bardziej ułatwić edycję i tworzenie ścieżek, narzędzie zawiera funkcje replikacji i propagacji. Funkcja replikacji umożliwia używanie istniejących ścieżek jako szablonów do tworzenia lub edytowania nowych ścieżek. Funkcja rozmnażania pozwala na wykorzystanie istniejącej ścieżki i automatyczne rozmnażanie jej wśród różnych gatunków. Ścieżki utworzone za pomocą tego narzędzia można "przestylizować" na różne formaty (podobne do KEGG lub podręcznikowe), pokolorować różnymi tłami, wyeksportować do formatów wymiany danych BioPAX, SBGN-ML, SBML lub PWML i pobrać jako obrazy PNG lub SVG. Ścieżki te można łatwo włączyć do internetowych baz danych, zintegrować z prezentacjami, plakatami lub publikacjami lub wykorzystać wyłącznie do wizualizacji i eksploracji online. Protokół ten został z powodzeniem zastosowany do wygenerowania ponad 2,000 diagramów ścieżek, które można obecnie znaleźć w wielu internetowych bazach danych, w tym HMDB, DrugBank, SMPDB i ECMDB.

PathWhiz to wszechstronne, internetowe narzędzie do rysowania ścieżek do generowania ścieżek biochemicznych i biologicznych. Korzysta z publicznie dostępnych baz danych i łatwo rozbudowywalnych palet składających się z wstępnie narysowanych komponentów ścieżek. Protokół ten opisuje, jak łatwo budować nowe ścieżki, replikować i edytować istniejące ścieżki oraz propagować wcześniej narysowane ścieżki do różnych organizmów.

Narzędzie internetowe do generowania wysokiej jakości ścieżek biologicznych nadających się do odczytu maszynowego

PathWhiz is a web server built to facilitate the creation of colorful, interactive, visually pleasing pathway diagrams that are rich in biological ...

Ogólnym celem tego protokołu jest wykorzystanie PathWhiz i Internetu do łatwego tworzenia, replikacji i propagacji szlaków biochemicznych do różnych celów i zastosowań. Narzędzie to umożliwia naukowcom, nauczycielom i studentom tworzenie przyjemnych wizualnie i dokładnych ścieżek biochemicznych o wysokim poziomie szczegółowości biologicznej i złożoności. PathWhiz to bezpłatna galeria publiczna z tysiącami ścieżek i komponentów ścieżek, która jest kompatybilna z zasadniczo każdym systemem operacyjnym i może być dostępna i rozwijana przez wszystkich użytkowników.Zacznij od załadowania strony PathWhiz w dowolnej nowoczesnej przeglądarce internetowej i kliknięcia menu Rysuj. Kliknij przycisk Nowa ścieżka, aby rozpocząć nową ścieżkę i wprowadź nazwę ścieżki, która ma zostać narysowana. Wybierz typ ścieżki z listy rozwijanej.Następnie wprowadź nazwę naukową organizmu w polu autouzupełniania, aby wyszukać interesujący nas organizm, a następnie nazwę naukową gatunku i nazwę zwyczajową. Wybierz klasyfikację gatunku z listy rozwijanej jako Eucaryote lub Procaryote i wprowadź identyfikator taksonomii z taksonomii NCBI. Kliknij przycisk Utwórz gatunek i wprowadź szczegółowy opis ścieżki.Kliknij przycisk Dodaj odwołanie, aby dodać odpowiednie odwołania zewnętrzne do ścieżki. Następnie kliknij Utwórz ścieżkę. Pojawi się białe płótno z siatką z szarym paskiem menu.Kliknij łącze Dodaj proces i wybierz opcję Dodaj reakcję, aby dodać pierwszą wizualizację procesu. Wprowadź interesujące nas reagenty, produkty lub enzymy w polu autouzupełniania, aby wyszukać istniejące reakcje. Następnie przewiń istniejące reakcje.Po znalezieniu żądanej reakcji wybierz ją. Następnie wprowadź odpowiednią nazwę elementu w polu autouzupełniania, aby wybrać odpowiednią stechiometrię i typ elementu. Po dodaniu wszystkich elementów po lewej stronie reakcji wybierz kierunek ścieżki z listy rozwijanej i kliknij Dodaj prawy element, aby dodać produkt.Wybierz stechiometrię i typ pierwiastka, jak pokazano poniżej, dla wszystkich pierwiastków po prawej stronie reakcji. Następnie kliknij Dodaj enzym, aby dodać enzym do reakcji. Wpisz nazwę enzymu w polu autouzupełniania i wybierz odpowiedni enzym.Po dodaniu wszystkich elementów reakcji kliknij przycisk Utwórz reakcję, aby zapisać nową reakcję i wybrać z list rozwijanych żądaną orientację dla początkowego renderowania reakcji. Następnie ponownie kliknij przycisk Utwórz reakcję. Nowo utworzona reakcja zostanie wyświetlona na płótnie rysunku.Aby odpowiednio edytować reakcję, przeciągnij elementy reakcji na płótno, aby zmienić ich położenie zgodnie z potrzebami. Następnie kliknij raz każdy element, aby dodać go do bieżącego zaznaczenia. Po zaznaczeniu wszystkich elementów przeciągnij je w odpowiednie miejsce na płótnie i ponownie kliknij elementy, aby je odznaczyć.Aby uzyskać dostęp do wyskakującego paska bocznego edycji, kliknij dwukrotnie substancję chemiczną i edytuj szablon, stan biologiczny, indeks Z i pełne szczegóły reakcji zgodnie z potrzebami. Aby edytować informacje dotyczące całego procesu, kliknij dwukrotnie dowolny z jego elementów. Pod szarym dodatkowym paskiem menu kliknij łącze Edytuj wybrane i wybierz odpowiednio Edytuj element lub Edytuj proces.Zmień położenie elementów na płótnie w żądane pozycje. Wybierz interesujące nas krawędzie reakcji i edytuj je, jak pokazano właśnie dla związków i białek reakcyjnych. Po narysowaniu pierwszej reakcji zgodnie z potrzebami kliknij produkt reakcji, aby go wybrać.Następnie na karcie Dodaj proces wybierz opcję Dodaj reakcję. Po zakończeniu ścieżki kliknij łącze Ścieżka i wybierz opcję Eksportuj i wyświetl. Wybierz opcję Kolor tła dla obrazów, aby wybrać kolor niebieski lub biały jako kolor tła obrazu, a następnie wybierz opcję tak lub nie dla opcji Generuj również wersję uproszczoną.Następnie kliknij przycisk Generuj pliki obrazów. Gdy obraz zostanie wygenerowany w takiej postaci, w jakiej został wygenerowany, kliknij przycisk Pokaż w przeglądarce, aby wygenerować w przeglądarce w pełni hiperłączony obraz ścieżki w wysokiej rozdzielczości. Aby zduplikować istniejącą ścieżkę, kliknij menu Ścieżki i wprowadź nazwę interesującej Cię ścieżki w pasku wyszukiwania.Zlokalizuj ścieżkę do replikacji, a następnie kliknij przycisk Replikuj. Edytuj nazwę ścieżki i wprowadź odpowiedni nowy opis ścieżki. Następnie kliknij przycisk Utwórz ścieżkę, aby wygenerować zduplikowaną ścieżkę.Aby wyświetlić lub pobrać ścieżkę, przejdź do menu Ścieżki, znajdź interesującą Cię ścieżkę, jak właśnie pokazano, i kliknij przycisk Pokaż. Następnie kliknij przycisk z żądanym identyfikatorem PathWhiz obok etykiety Pokaż w przeglądarce i otwórz kartę Pobrane. Następnie kliknij hiperłącza, aby pobrać ścieżkę w różnych formatach plików.PathWhiz może być używany do generowania ścieżek z różnymi typami i stylami zawartości. W tym tradycyjne szlaki metaboliczne, szlaki chorób i leków w celu zilustrowania skutków ubocznych i odpowiedzi na leki, a także szlaki sygnalizacji białkowej. Ścieżki mogą być bogato pokolorowane ze znacznymi szczegółami biologicznymi lub mogą być przekształcone w proste czarno-białe reprezentacje.Po zakończeniu ścieżki te można wyświetlić w interaktywnej przeglądarce ścieżek, pobrać jako obrazy lub wyeksportować w kilku różnych formatach wymiany danych do odczytu maszynowego w celu dalszej analizy. Po opanowaniu możliwe jest wygenerowanie standardowej ścieżki gotowej do użycia w Internecie w około 15 minut. Chociaż bardziej złożone ścieżki mogą zająć więcej czasu.Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że gatunek wybrany do każdej indywidualnej reakcji zawsze pasuje do gatunku szlaku i potwierdzić, że kierunek strzałek reakcji jest prawidłowy. Po tej procedurze można zastosować inne metody, takie jak analiza metaboliczna, w celu uzyskania odpowiedzi na dodatkowe pytania dotyczące dynamiki lub kwantyfikacji metabolitów będących przedmiotem zainteresowania. Po jej opracowaniu, technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się metabolomiką i biologią do stworzenia tysięcy ścieżek dostępnych w Internecie, ilustrujących szeroki zakres biochemii człowieka, wschodu i E.coli.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak budować nowe ścieżki, replikować i edytować istniejące, a także propagować wcześniej narysowane ścieżki do różnych organizmów. Nie zapominaj, że zablokowanie ścieżki powoduje, że nie można jej edytować. Pamiętaj też, że możesz utworzyć ścieżki publiczne lub prywatne, w zależności od preferencji.

a-web-tool-for-generating-high-quality-machine-readable-biological

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Tutaj opisujemy krok po kroku proces generowania wiarygodnych filogenez z zestawów danych sekwencji nukleotydów lub aminokwasów. Niniejszy przewodnik ma na celu służyć naukowcom lub studentom, którzy nie mają doświadczenia w analizie filogenetycznej.

Praktyczny przewodnik po filogenetyce dla laików

Ten protokół przedstawia podejście do analizy całego transkryptomu z zarodków danio pręgowanego, larw lub posortowanych komórek. Obejmuje izolację RNA, analizę szlaku danych RNASeq oraz walidację zmian ekspresji genów opartą na qRT-PCR.

Przygotowanie próbki i analiza danych dotyczących ekspresji genów opartych na RNASeq od danio pręgowanego

Ten artykuł opisuje procedurę identyfikacji i charakterystyki rodziny genów w winorośli zastosowanej do rodziny Arabidopsis Tóxicos w ligazach ubikwityny Levadura (ATL) E3.

Kompleksowy przepływ pracy do metaanalizy identyfikacji i ekspresji całego genomu rodziny genów ligazy ubikwityny ATL E3 w winorośli

Uruchamiając narzędzie do badania asocjacji ścieżek (PAST), czy to za pomocą aplikacji Shiny, czy przez konsolę R, badacze mogą uzyskać głębsze zrozumienie biologicznego znaczenia wyników badania asocjacyjnego całego genomu (GWAS), badając zaangażowane szlaki metaboliczne.

Narzędzie do badania asocjacji szlaków do analiz GWAS informacji o szlakach metabolicznych

Celem tego protokołu jest zbadanie ewolucji i ekspresji genów kandydujących przy użyciu danych sekwencjonowania RNA.

Potok bioinformatyczny do badania ewolucji molekularnej i ekspresji genów przy użyciu sekwencji RNA

Opisany tutaj protokół zawiera szczegółowe instrukcje, jak analizować interesujące regiony genomu pod kątem potencjału kodowania mikrobiałek za pomocą PhyloCSF w przyjaznej dla użytkownika przeglądarce genomu UCSC. Ponadto zaleca się stosowanie kilku narzędzi i zasobów w celu dalszego zbadania charakterystyki sekwencji zidentyfikowanych mikrobiałek w celu uzyskania wglądu w ich przypuszczalne funkcje.

Zintegrowane podejście do identyfikacji mikrobiałek i analizy sekwencji

Przedstawiono protokół obliczeniowy, CaseOLAP LIFT, oraz przypadek użycia do badania białek mitochondrialnych i ich powiązań z chorobami sercowo-naczyniowymi, jak opisano w raportach biomedycznych. Protokół ten można łatwo dostosować do badania wybranych przez użytkownika składników komórkowych i chorób.

Podejście oparte na grafie wiedzy w celu wyjaśnienia roli szlaków organellarnych w chorobie za pomocą raportów biomedycznych

Ten protokół opisuje użyteczne narzędzie do identyfikacji istotnych zmian molekularnych w raku i prowadzi do opracowania nowych podejść diagnostycznych i terapeutycznych dla raka płaskonabłonkowego przełyku.

Opracowanie kompendium wiedzy na temat raka płaskonabłonkowego przełyku

Ten protokół prowadzi początkujących bioinformatyków przez wprowadzający potok analizy CUT&amp;RUN, który umożliwia użytkownikom przeprowadzenie wstępnej analizy i walidacji danych sekwencjonowania CUT&amp;RUN. Wykonanie opisanych tutaj kroków analizy, w połączeniu z adnotacją pików, pozwoli użytkownikom na uzyskanie mechanistycznego wglądu w regulację chromatyny.

Wstępna analiza i walidacja danych sekwencjonowania CUT&RUN

Niniejszy artykuł opisuje nowy protokół oraz zestaw odczynników opracowanych do czułego pomiaru efektów neurotoksyczności związków i metod leczenia w kokulturach neuronów i astrocytów z wykorzystaniem analizy wysokotreściowej (high content analysis). Wyniki wskazują, że analiza wysokotreściowa stanowi obiecującą, nową technologię w ocenie neurotoksyczności.

Test kokultury neuronów i astrocytów do wysokoprzepustowej analizy treści (high content analysis) w badaniach neurotoksyczności

Poznaj narzędzie PathWhiz do tworzenia i edycji szlaków biochemicznych z bogatymi detalami biologicznymi. Umożliwia ono naukowcom, nauczycielom i studentom projektowanie wizualizacji metabolicznych w około 15 minut.

Narzędzie internetowe do generowania wysokiej jakości ścieżek biologicznych nadających się do odczytu maszynowego

Przeglądaj więcej filmów