Nowe narzędzie do analityki danych znacznie przyspiesza analizę molekularną naszego środowiska

Zespół badawczy kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside opracował proces obliczeniowy do analizy dużych zbiorów danych w dziedzinie metabolomiki, czyli badania małych cząsteczek występujących w komórkach, płynach biologicznych, tkankach i całych ekosystemach.

Ostatnio zespół zastosował to nowe narzędzie obliczeniowe do analizy substancji zanieczyszczających wodę morską w południowej Kalifornii. Zespół szybko uchwycił profile chemiczne środowisk przybrzeżnych i wskazał potencjalne źródła zanieczyszczeń.

„Chcemy zrozumieć, w jaki sposób takie zanieczyszczenia przedostają się do ekosystemu” – powiedział Daniel Petras, adiunkt biochemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside, który kierował zespołem badawczym. „Ustalenie, które cząsteczki w oceanie są ważne dla zdrowia środowiska, nie jest proste ze względu na samą różnorodność chemiczną oceanu. Opracowany przez nas protokół znacznie przyspiesza ten proces. Bardziej wydajne sortowanie danych oznacza, że ​​możemy szybciej zrozumieć problemy związane z zanieczyszczeniem oceanu .”

Petrasa i jego współpracowników raport w dzienniku Protokoły przyrodnicze że ich protokół jest przeznaczony nie tylko dla doświadczonych badaczy, ale także do celów edukacyjnych, co czyni go idealnym źródłem informacji dla studentów i naukowców rozpoczynających karierę. Temu procesowi obliczeniowemu towarzyszy dostępna aplikacja internetowa z graficznym interfejsem użytkownika, który sprawia, że ​​analiza danych metabolomicznych jest dostępna dla osób niebędących ekspertami i umożliwia im uzyskanie wglądu statystycznego w dane w ciągu kilku minut.

„To narzędzie jest dostępne dla szerokiego grona badaczy, od początkujących po ekspertów, i jest przystosowane do stosowania w połączeniu z oprogramowaniem do tworzenia sieci molekularnych opracowywanym przez moją grupę” – powiedział współautor Mingxun Wang, adiunkt informatyki i inżynierii w UCR. „Początkującym dostarczane przez nas wytyczne i kod ułatwiają zrozumienie typowych etapów przetwarzania i analizy danych. W przypadku ekspertów przyspiesza to powtarzalną analizę danych, umożliwiając im udostępnianie przepływów pracy i wyników analizy danych statystycznych”.

Petras wyjaśnił, że artykuł badawczy jest wyjątkowy i stanowi duże źródło informacji zorganizowane przez wirtualną grupę badawczą o nazwie Virtual Multiomics Lab (VMOL). Zrzeszająca ponad 50 naukowców z całego świata, VMOL jest społecznością o otwartym dostępie, kierowaną przez społeczność. Ma na celu uproszczenie i demokratyzację procesu analizy chemicznej, udostępniając go badaczom na całym świecie, niezależnie od ich wykształcenia i zasobów.

„Jestem niesamowicie dumny, widząc, jak ten projekt przekształcił się w coś wywierającego wpływ, angażującego ekspertów i studentów z całego świata” – powiedział Abzer Pakkir Shah, doktorant w grupie Petrasa i pierwszy autor artykułu. „Usuwając bariery fizyczne i ekonomiczne, VMOL zapewnia szkolenia w zakresie obliczeniowej spektrometrii mas i nauki o danych, a także ma na celu uruchomienie wirtualnych projektów badawczych jako nowej formy nauki opartej na współpracy”.

Całe oprogramowanie opracowane przez zespół jest bezpłatne i publicznie dostępne. Prace nad oprogramowaniem rozpoczęto podczas letniej szkoły metabolomiki nieukierunkowanej w 2022 r. na Uniwersytecie w Tybindze, gdzie zespół uruchomił również VMOL.

Petras spodziewa się, że protokół będzie szczególnie przydatny dla badaczy środowiska, a także naukowców pracujących w dziedzinie biomedycyny oraz badaczy prowadzących badania kliniczne w dziedzinie mikrobiomu.

„Wszechstronność naszego protokołu rozciąga się na szeroki zakres dziedzin i typów próbek, w tym chemię kombinatoryczną, analizę dopingu i śladowe skażenia żywności, farmaceutyków i innych produktów przemysłowych” – powiedział.

Petras uzyskał tytuł magistra biotechnologii na Uniwersytecie Nauk Stosowanych w Darmstadt oraz stopień doktora biochemii na Politechnice Berlińskiej. Odbył badania podoktorskie na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, gdzie skupił się na rozwoju metod metabolomiki środowiskowej na dużą skalę. W 2021 roku uruchomił Laboratorium Metabolomiki Funkcjonalnej na Uniwersytecie w Tybindze. W styczniu 2024 r. dołączył do UCR, gdzie jego laboratorium koncentruje się na opracowywaniu i stosowaniu metod opartych na spektrometrii mas do wizualizacji i oceny wymiany chemicznej w społecznościach drobnoustrojów.