Software nou pentru a ajuta la descoperirea compușilor valoroși – ScienceDaily

Deoarece domeniului metabolomică comparativă nu are instrumente sofisticate de analiză a datelor care sunt disponibile cercetătorilor în genomică și proteomică, cercetătorii în metabolomică petrec mult timp vânând compuși candidați care ar putea fi utili ca piste pentru dezvoltarea de noi produse farmaceutice sau agrochimice. Pentru a rezolva această problemă, oamenii de știință au dezvoltat Metaboseek, o aplicație gratuită, ușor de utilizat, care integrează mai multe funcții de analiză a datelor pentru comunitatea metabolomică.

În calitate de asociat de cercetare postdoctoral în laboratorul membrului facultății BTI Frank Schroeder, Max Helf și-a văzut colegii de laborator luptă în mod continuu atunci când analizau datele. Așadar, a decis să facă ceva în privința asta și a dezvoltat o aplicație gratuită, open-source, numită Metaboseek, care este acum esențială pentru activitatea laboratorului.

Laboratorul Schroeder studiază viermii rotunzi Caenorhabditis elegansunul dintre cele mai de succes sisteme model pentru biologia umană, pentru a descoperi noi metaboliți care guvernează căile de semnalizare conservate evolutiv și ar putea fi utili ca piste pentru dezvoltarea de noi produse farmaceutice sau agrochimice. Cercetătorii îndeplinesc această sarcină comparând metaboliții dintre două populații diferite de viermi — un proces numit metabolomică comparativă.

Având în vedere că probele au în mod obișnuit mai mult de 100.000 de compuși în ele, abordările computaționale sunt esențiale pentru a efectua analiza.

Echipa se baza pe pachete software care nu ofereau nivelul necesar de flexibilitate pentru a personaliza cu ușurință parametrii de analiză. Această limitare și lipsa unei interfețe grafice adecvate au însemnat că colegii lui Helf s-au confruntat cu sarcina greoaie de a inspecta vizual grămezi de date — de exemplu, pentru a identifica posibile fals pozitive — și de a sări între câteva alte instrumente software pentru a confirma și filtra. acele rezultate lipsite de sens.

„Mi s-a părut foarte ineficient și nu am putut trece peste deficiențele altor soluții software pentru această problemă”, a spus Helf. „M-am gândit că trebuie să existe o modalitate mai ușoară, așa că am început să scriu cod pentru propriul meu software”.

Helf a dezvoltat versiunea inițială a software-ului său în 2017 și a continuat să o îmbunătățească în următorii doi ani. „Pe lângă rezolvarea problemelor cu care se confruntau deja colegii mei de laborator, le-am vorbit despre ce altceva i-a împiedicat — ce voiau să facă, dar nici măcar nu încercau — și am construit acele funcții în aplicație”, a spus Helf, care este acum un manager de produs bioinformatic la compania de proteomică Biognosys AG. „Am vrut ca acest nou instrument să fie ușor de utilizat și accesibil pentru oricine care face biologie chimică”.

Rezultatul a fost Metaboseek, o aplicație cu o interfață grafică care încorporează mai multe instrumente de analiză a datelor pe care cercetătorii care nu le codifică altfel nu le-ar avea. Aplicația eficientizează analiza datelor metabolomice comparative, ajutându-l pe cercetător să determine care caracteristici ale datelor sunt reale și lăsându-le să sape mai adânc în aceste caracteristici – toate în cadrul aceluiași instrument.

„Max a făcut asta fără ca eu să-l cer măcar”, a spus Schroeder. „Înainte să știu că asta se întâmplă, a existat Metaboseek. Am început să-l folosim, iar acum laboratorul nostru și mulți colaboratori nu ar putea exista fără el”.

Într-un studiu publicat în Comunicarea naturii pe 10 februarie, echipa lui Schroeder a oferit o dovadă de concept pentru Metaboseek, aplicând-o pe o cale importantă a metabolismului grăsimilor care nu fusese încă studiată: calea de α-oxidare în C. elegans care ajută la descompunerea unei clase de acizi grași.

Folosind Metaboseek, echipa a descoperit că viermii rotunzi lipsiți de o genă cheie în calea α-oxidării au acumulat sute de metaboliți neraportați anterior. Descoperirile sunt importante deoarece α-oxidarea este o cale biochimică de bază în viermi care este conservată la oameni, a spus Schroeder.

„Bennett Fox a făcut munca de chimie, așa că acest studiu a fost o colaborare frumoasă între cei doi postdoc”, a adăugat Schroeder, care este și profesor la Departamentul de Chimie și Biologie Chimică al Universității Cornell.

Potrivit lui Schroeder și Helf, există câteva motive pentru care nu există o mulțime de instrumente analitice bune pentru compararea datelor metabolomice. În primul rând, metabolomica comparativă este un domeniu relativ tânăr în comparație cu alte domenii ale biologiei bogate în date, cum ar fi genomica (care se concentrează pe ADN) și proteomica (care se concentrează pe proteine), așa că nu a existat suficient timp pentru a dezvolta instrumente software și infrastructură de baze de date. .

În plus, în ultimul deceniu, apariția spectrometrelor de masă accesibile, cu rezoluție ultra-înaltă, pentru colectarea datelor metabolomice, a crescut cu poate de peste zece ori cantitatea de date pe care o poate genera o probă — creând o nevoie și mai mare de instrumente sofisticate care să poată ține pasul cu valul de date.

Metaboseek satisface aceste nevoi cu o serie de caracteristici pentru analiza diferitelor tipuri de date pentru a ajuta la identificarea compușilor, determinarea structurii, atribuirea metaboliților către familii pe baza asemănărilor structurale, urmărirea compușilor marcați radioactiv și multe altele.

Studiul a fost susținut parțial de subvenții de la National Institutes of Health (R35GM131877 și U01GM110714) și o bursă de cercetare Helf primită de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (Numărul proiectului 386228702).

Leave a Comment

Your email address will not be published.