PathWhiz는 생화학 적 및 생물학적 경로를 생성하기위한 포괄적 인 온라인 경로 그리기 도구입니다. 그것은 사전으로 그린 경로의 구성 요소로 이루어진 공개적으로 액세스 할 수있는 데이터베이스와 쉽게 확장 팔레트를 사용합니다. 쉽게 새로운 경로를 구축 복제 및 기존 경로를 편집하고, 다른 생물로 이전에 그려진 경로를 전파하는 방법이 프로토콜은 설명합니다.
PathWhiz 생물학적 정보를 풍부 화려한, 상호 작용, 시각적으로 기쁘게 경로 다이어그램의 작성을 용이하게하기 위해 내장 된 웹 서버입니다. 이 온라인 응용 프로그램에 의해 생성 된 경로는 기계 판독과 본질적으로 모든 웹 브라우저와 컴퓨터 운영 시스템과 완벽하게 호환됩니다. 그것은 반응, 상호 작용, 운송 프로세스와 결합 이벤트를 묘사하는 선택 및 사전 그린 생물 학적 또는 생화학 적 실체의 다른 조합의 배치를 허용하는 특별히 개발, 웹 기반 경로 드로잉 인터페이스를 사용합니다. 엔티티이 팔레트는 화학 물질, 단백질, 핵산, 세포막, 세포 내 구조, 조직 및 기관 구성된다. 거기에 시각적 요소의 모든 상호 작용을 조정하고 사용자 정의 할 수 있습니다. 이 도구는 웹 서버이기 때문에 또한, 모든 경로 및 경로 요소들은 공개적으로 액세스 할 수있다. 경로의이 종류는 "크라우드 소싱은"그 PathWhiz을 의미이미 이전에 그려진 경로 및 경로 요소의 빠른 속도로 큰 성장 컬렉션이 포함되어 있습니다. 여기에서 우리는 새로운 경로의 빠르고 쉽게 생성 및 기존 경로의 변경을위한 프로토콜을 설명합니다. 또한 경로 편집 및 생성을 용이하게하기 위해, 도구는 복제 및 전파 기능이 포함되어 있습니다. 복제 기능은 기존의 경로를 만들거나 새로운 경로를 편집 할 수있는 템플릿으로 사용할 수 있습니다. 전파 기능은 하나의 기존 경로을 자동으로 다른 종에 걸쳐 그것을 전파 할 수 있습니다. 이 도구를 사용하여 만든 진학 할 수 있습니다 "다시 스타일"다른 형식 (KEGG 형 또는 텍스트 책 등) BioPAX, SBGN-ML, SBML, 또는 (PWM1)에 데이터 교환 형식으로 내 보낸 다른 배경, 색깔, 및로 다운로드로 PNG 또는 SVG 이미지. 경로 쉽게 프레 젠 테이션, 포스터 또는 간행물에 통합, 온라인 데이터베이스에 통합, 또는 온라인 시각화 및 탐색에만 사용 할 수 있습니다. 이 홍보otocol이 성공적으로 지금 HMDB, DrugBank, SMPDB 및 ECMDB 등 많은 온라인 데이터베이스에서 발견되는 2,000 경로 다이어그램을 생성하기 위해 적용되었습니다.
생물학적 경로 다이어그램은 생명 과학자에 대한 청사진과 같다. 그들은 아마도 생물학적 과정과 유전자, 단백질 및 대사 산물의 문맥 연결을 묘사 가장 간결하고 유익한 노선이다. 이미지가 더욱 효율적으로 처리 종종 훨씬 더 용이 한 텍스트보다 인간이 이해되기 때문이다. 경로 다이어그램의 품질, 세부 사항, 및 콘텐츠는 상당히 다를 수 있습니다. 이러한 차이는 종종 경로의 의도 된 목적과 경로 아티스트의 능력에 따라 달라집니다. 이러한 벽 차트 또는 교과서 같은 교육 목적을 위해 생성 된 경로는 종종 전문 예술가들에 의해 만들어집니다. 결과적으로, 이러한 경로 다이어그램 더 시각적으로 만족스러운이며 대사 구조 전체 묘사, 세포 내 성분, 셀 구조, 조직 및 기관에 훨씬 더 생물학적 세부를 제공한다. 이러한 "교과서"표현은 종종 세부 사항을 포함논평. 한편, 인터넷 어플리케이션을 위해 설계된 경로 다이어그램은 종종 단순 기계 판독 "배선"도에 찬성 예술성과 시각적 풍요 로움을 희생해야합니다. 이 와이어 프레임도 더 쉽게 이미지 매핑 및 하이퍼 링크입니다. 단순화 된 경로 다이어그램은 KEGG 2, MetaCyc 3, Wikipathways 4, Reactome 5와 같은 인기있는 온라인 경로 데이터베이스에 대한 기초입니다. 컴퓨터 호환 경로 데이터베이스의 출현은 또한 컴퓨터 호환 통로 그리기 도구의 출현하게되었다. 즉, 하나는 전문 아티스트 또는 가능한 경로 다이어그램을 생성하는 전문 프로그래머가 될 필요는 없다. 예를 들어, BioCyc의 통로 도구 6 Wikipathway의 PathVisio 소프트웨어는 7 사용자가 자유롭게 생성하고 BioPAX 8 주 기계 판독 가능한 경로 수차 / 또는 HTML 형식입니다. 또한, 다른 독립 프리웨어 패키지의 수뿐만 아니라, 상업용 패키지 11 PathCase 같은 Cytoscape 9 GenMAPP (10)와 같은 다양한 기계 – 판독 와이어 프레임 경로의 생성을 지원하고, VisANT (12)가있다.
인터넷 통로 도면의 간소화는 주로 다수의 웹 브라우저와 웹 기반 렌더링 도구 검색된 과거의 한계에서 자랐다. 그러나, 웹 기술의 현저한 발전은 최근 몇 년 동안 이루어졌다. 다만 심미적으로 만족하고 교과서에서 볼 수있는만큼 생물학적으로 완전한 마찬가지로 화려 상호 작용, 인터넷 호환 경로 다이어그램을 생성 할 수있을 수 있다고 제안했다. 이 작품은 PathWhiz의 개발을 주도. PathWhiz 레일에 루비 (http://rubyonrails.org, 버전 4.2.0) 웹 framewor를 사용하여 구현 하였다개체 관계, 외부 참조, 설명 시각화 사양과 화학 구조를 포함하는 경로 데이터를 모두 관리 할 MySQL을 관계형 데이터베이스 (https://www.mysql.com 버전 5.1.50)을 포함 케이. 프런트 엔드 웹 클라이언트는 에디터의 프런트 엔드 웹 프레임 워크로 Backbone.js (http://backbonejs.org, 버전 1.0.0)과 함께 레일에 루비에 의해 제어된다.
원래 인간의 전용 작은 분자 통로 데이터베이스 (SMPDB) (13)의 큐 레이션을 위해 개발, PathWhiz (14)는 이후 다른 많은 생물에 대한 경로 생성을 지원하고 일반적인 경로 이미지와 지식 데이터베이스 역할을 확장되었습니다. 특히,이 웹 도구는 신진 대사, 단백질 상호 작용, 분자 신호, 생리 학적, 약물 / 질병 경로를 포함하는 생화학 적 / 생물학적 경로의 전체 범위를 만들 수 있습니다. 이 경로 그리기 도구는 대부분의 다른 다릅니다세 가지 주요 경로 생성 도구 : 1)이 아니라 독립형 설치 가능한 소프트웨어 패키지보다 웹 서버이고; 2)의 용이 한 생성 및 화학 물질, 단백질, 핵산, 세포막, 세포 내 구조, 조직 및 기관의 인터랙티브 시각화를 지원; 3) 그것은 사용자가 쉽게 빌릴하여 "크라우드 소싱"경로 생성을 가능하게 만들거나 다른 사용자의 작업을 개선 할 수 있습니다. 웹 서버로서, 다운로드 할 수있는, 특정 플랫폼 소프트웨어 툴에 비해 여러 가지 장점을 갖는다. 특히, 임의의 플랫폼, 운영 체제 및 최신 웹 브라우저와 호환된다. 또한, (사용자가 자유롭게 추적하고 자신이 만든 경로의 접근을 제어하기 위해 "개인 계정"을 만들 수 있지만) 통로 작성을 시작하기 위해 등록하는 사용자가 필요하지 않습니다. 아마도 이것은 공구의 가장 매력적인 기능에 쉽게 추가 할 수있는 생물학 및 생화학의 상세 정도이며미리 렌더링 된 이미지의 팔레트와 단백질과 생화학 데이터의 광범위한 데이터베이스를 통해 어떤 경로. 이것은 모두 "비 예술가"와 "비 프로그래머가"쉽게 웹 호환 완전히 기계가 읽을 수있는, 화려한 심미적으로 만족하고 풍부한 상세한 경로를 만들 수 있습니다. PathWhiz 다른 경로 그리기 도구 사이의보다 상세한 비교가 표 1에 제공된다.
인기 생명 과학 데이터베이스의 수는 이미 온라인, 상호 작용하는 경로 다이어그램을 데이터베이스 특정 만들려면이 경로 그리기 도구를 사용하고 있습니다. 예를 들어, 대장균 대사 체 데이터베이스 (ECMDB) (15)는 최근 웹 기반 도구를 사용하여 그린 이상 1,650 경로와 그 경로 라이브러리를 업데이트했습니다. ECMDB의 각 경로는 현재 세부 대사 산물과 단백질 구조 묘사와 풍부한 컬러, 완전히 하이퍼 링크 이미지 맵뿐만 아니라 단순화 된 검은 색과 흰색 KEGG-1로 표시됩니다이케 와이어도. 이는 대규모 통로 업데이트 이전에 다른 대장균 대사 데이터베이스에 포함되지 않은 다수의 중간 대사 물질의 발견을 이끌었다. 예를 들면 인간의 대사 체 데이터베이스 (HMDB) (15)와 같은 다른 데이터베이스,뿐만 아니라 묘사와 대사 및 신호 전달 경로를 설명하는 PathWhiz 경로에 의존뿐만 아니라, 암과 같은 질병에 관련된 대사 변화를 묘사. HMDB 현재이 웹 도구를 통해 생성 (101) 대사 경로, 376 약물의 작용 경로, (233) 질병 관련 경로 16 신호 전달 경로 모두를 포함한다.
다음 프로토콜 PathWhiz 쉽게 복제 생성하고, 목적 및 애플리케이션의 다양한 생화학 적 경로를 전파하는 방법을 상세하게 설명한다.
간단한 대사 경로 (TCA 사이클)를 생성하기위한 여기에 설명 된 프로토콜은 종 머신 판독 생물학적 복잡한 경로를 다양하게 생성하도록 구성 될 수있다. 또한,이 프로토콜은 하나의 복제 또는 다른 사용자가 만든 기존의 경로를 전파 할 수있는 방법에 대해 설명합니다. 이러한 도구를 사용하여 경로를 구성하는 요소를 중첩하여 연결되어, 각각의 반응, 상호 작용, 반송 프로세스, 서브 경로의 반복 단계별 첨가를 필요로한다. 이 모든 퍼팅 함께 하나가 상당한 생물학적 상세하고 유용한 생물학적 컨텍스트를 제공 다채로운 시각적으로 기쁘게 경로 다이어그램을 만들 수 있습니다. 이 프로토콜에서 설명하는 단계는 상대적으로 간단하며, 그것은 경로도를 작성하는 데 걸리는 시간은 통로의 크기 및 복잡성에 따라 달라진다. 실제의 비트와 함께, 대부분의 개인들은 15-20 반응 이루어지는 고품질 경로도를 렌더링하거나을 처리 할약 15 분에 라 여러 세포 성분. 브랜드의 새로운 사용자는 유사한 크기와 복잡성의 경로를 생성하는 데 30 ~ 40 분까지 걸릴 수 있습니다. 통로를 생성하는 데 필요한 시간은 반응 / 렌더링해야 할 프로세스의 수와 거의 선형 적이다.
이 웹 기반 도구를 통해 높은 품질의 경로를 만드는 것은 품질과 세부 사항 소스 재료 (도서, 온라인 데이터베이스, 실험 데이터, 손으로 그린 스케치에서 경로)와 경로 "아티스트"의 까다 로움에 따라 달라집니다. 이 섹션은 반응 요소 (반응물 / 제품, 효소, 가장자리, 이미지, 줌 박스, 라벨의 작성 및 편집을 설명하기 때문에 높은 품질의 경로 다이어그램, 섹션 1.11, 1.15 및 프로토콜의 1.20에 특히주의를 기울여야한다 생성하고자하는 사람들, 그리고 막). 최상의 경로 다이어그램 지능적 B 검색된 포함한 가능한 통로만큼 기존 정보를 표현한다 아말감ooks, 포스터, 신문, 온라인 데이터베이스. 높은 품질의 경로를 생성하는 또 다른 핵심은 신중하게 (섹션 프로토콜의 1.11를 통해) 반응을 작성하기 전에 반응의 정확성을 확인하는 중입니다. 각 종족에 대한 올바른 (이미 PathWhiz의 큰 데이터베이스에있는 많은의) 참여 시간과 반응물, 제품을 보장하기 위해 노력하고, 효소되어가는 것은 매우 중요하다. 이 반응의 셀룰러 위치 인식하고 올바른 생체 컨텍스트를 제공하기 위하여 주요 세포 또는 세포 내 성분을 포함하는 것이 중요하다. 이는 검사 및 UniProt 등의 온라인 데이터베이스를 통해 반응을 확증하여 수행 할 수 있습니다. 크게 오류를 줄일 생성되는 경로의 거친 손으로 그린 스케치와 드로잉 또는 렌더링에 소요되는 전체 시간과 함께 손에 필요한 모든 정보를 가졌어요.
예상 할 수 있듯이, 더 크고 더 복잡한 경로는 partic을 렌더링하는 데 시간이 더 걸릴 것입니다ularly 원하는 요소와 프로세스는 PathWhiz 데이터베이스에없는 경우. 더 큰 경로로 작업하면 작업 사이의 긴 지연을 방지하기 위해, 세이브 설명서에 자동 저장 모드로 전환하는 것이 현명하다. 통로를 복제 할 때 발생 될 수있는 경로가 경로 내의 요소의 수에 따라 달라, 시간은 사용자가 기다리는 것이다. 대부분의 경로는 약 1 ~ 2 분에 복제 할 수 있습니다. 통로를 전파 할 때 PathWhiz은 BLAST (17) 순서가 종 사이의 동종 효소를 검색 하시나요 사용하기 때문에, 새로 전파 경로의 성공적인 렌더링, 두 종류가 얼마나 비슷한에 따라 달라집니다. BLAST는 효소의 더 많은 수에서 실행해야하므로 더 큰 경로는 전파 속도가 느려집니다. 크게 서로 다른 종 사이의 경로를 전파 (효모와 인간 사이에 말을)하려고하면 경로가 알려지지 않은 단백질의 숫자로 렌더링되는 발생합니다. 이 "먼"페이지ropagated 경로는 일반적으로 추가적인 수동 편집이 필요합니다. 때문에 경로 다이어그램과 통로에 가져 할 수있는 세부의 시각적 특성으로는 (> 이십인치 또는> 50cm) 합리적으로 대형 스크린이있는 컴퓨터와 좋은 인터넷 연결을 작동하는 것이 좋습니다 항상 (> 5 Mbps의).
렌더링 또는 스크린 리프레쉬의 문제가 발생하는 경우, 사용자는 문제의 소량을 수행 할 수있다. 크고 복잡한 경로를 업데이트하는 데 시간이 너무 오래 걸리는 경우, 사용자는 페이지를 새로 고침 할 수 있습니다. 예상대로 경로가 전파되지 않는 경우, 사용자는 모든 요소가 제대로 표시되어 있는지 확인하기 위해 몇 가지 수동 편집을 수행 할 수 있습니다. 반응의 요소가 표시되지 않은 경우 또한,보다 구체적인 예를 들어, 사용자는 모든 요소 또는 효소가 적절하게 선택되고 가장자리가 숨겨지지 않습니다 있는지 확인 할 수 있습니다. 문제가 발생했을 경우 메인 헤더의 '도움말'링크가 유용 할 수있다. 튜토리얼입니다은 "자습서"탭 및 사용자 설명서에 따라 사용할 수는 "사용 설명서"탭에서 사용할 수 있습니다. 모두 자세히 도구의 많은 기능을 설명합니다. 가이드 나중에 같은 사용자가 경로를 고정 할 때 같은 특정 기능에 대한 잠재적 인 제한을 해결하거나 설명하는 데 사용 될 수 있으며, 사용자가 편집하고자하는.
이 프로토콜을 통해 첨부 된 도면에 제공된 예를 통해 강조된 바와 같이,이 도구는 모든 (또는 대부분의) 다른 경로 그리기 도구 (표 1 참조)에서 찾을 수없는 독특한 기능을 제공한다. 첫째, 완전히 웹 기반 완전히 플랫폼 독립적이다. 둘째, 또한 기계 판독 형식 (BioPAX, SBGN-ML (18), SBML 19 일 (PWM1)에 14)로 변환 할 수있는 여러 가지 빛깔, 생물학적으로 복잡한 시각적으로 기쁘게, 완전히 하이퍼 링크 경로 다이어그램의 렌더링 및 손쉬운 생성을 지원합니다. 셋째, 경로 다이어그램 장군이 도구에 의해 테드는, 검색, 열람을 선택하고 쉽게 온라인 데이터베이스 사용하기 쉬운 및보기 인터페이스를 통해 탐험 할 수 있습니다. 넷째, 웹 도구는 새로운 경로와 새 경로 요소의 공유와 발전을 장려 "경로 크라우드 소싱 '을 허용, 지역 사회 통로 기여를 지원하도록 설계되었습니다.
이 웹 기반 도구에 의해 생성 된 경로는 다양한 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 풍부한 상세한, 완전히 하이퍼 링크 경로는 쉽게 단백질 체학, 대사 체학 또는 시스템 생물학 응용 프로그램에 대한 유기체 특정 데이터베이스에 통합 할 수 있습니다. 웹 기반 이미지를 통해 사용할 수있는 세부 사항은 종종 정적 이미지를 통해 또는 단일 교과서 또는 저널 페이지를 표시 할 수있는 것보다 훨씬 더 큰만큼 인터넷 접근 경로는, 교육 및 훈련 목적에 특히 유용합니다. 이 웹 기반 도구는 인쇄 및 게시에 대한 더 적합 경로 표현의 생성을 지원합니다.그 결과,이 웹 기반 도구에 의해 생성 된 많은 이미지 논문, 포스터, 슬라이드 프리젠 테이션에 표시됩니다. 이 웹 서버를 사용하여 생성 된 경로는 시스템 생물학 또는 대사 모델링 애플리케이션을위한 전산 분석에 직접 사용할 수에 대한 (예 : BioPAX 및 SBML 등) 텍스트 기반 데이터 교환 파일 형식으로 내보내기 경로가 있습니다. 추론을 종 사이의 경로를 허용 전파 특히 최근에 순서가 된 그 종 중, 생물학적 과정에 대해서 설명한다. 모든 기존 경로가 현재 PathWhiz에 존재하지만, 공공 경로 데이터베이스는 새로운 크라우드 소싱 경로 컬렉션의 출현을 선도, 성장을 계속하고 있습니다. 이 컬렉션은 그들이 희망을 갖고 자신의 고유 한 생물학 및 생화학의 깊은 이해로 이어질 것입니다, 새로운 종으로 쉽게 확장 할 수 없습니다.
The authors have nothing to disclose.
저자는 금융 지원, 건강 연구 (CIHR)와 게놈 앨버타, 게놈 캐나다의 한 부문의 캐나다 연구소 감사하고 싶습니다.
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