Name: a web tool for generating high quality machine-readable biological pathways
Uploaded: 2017-02-08T12:30:00
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Os autores agradecem a Canadian Institutes of Health Research (CIHR) e Genoma Alberta, uma divisão da Genome Canada, para apoio financeiro.

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Os autores não têm nada a revelar.

O protocolo aqui descrito para a criação de uma via metabólica simples (ciclo do TCA) pode ser adaptado para criar uma grande variedade de vias, biologicamente complexas legíveis por máquina para qualquer espécie. Além disso, este protocolo também descreve como se pode replicar ou propagar vias existentes criadas por outros usuários. Construção de um caminho usando esta ferramenta requer adições repetidas passo-a-passo de reações, interações, processos de transporte, e sub-caminhos, cada um dos quais estão ligados por elementos sobrepostos. Colocando tudo isso junto permite criar diagramas via coloridos, visualmente agradável que fornecem detalhes biológica considerável e contexto biológico útil. Os passos descritos neste protocolo são relativamente simples, eo tempo que leva para construir um diagrama de percurso depende do tamanho e da complexidade da via. Com um pouco de prática, a maioria dos indivíduos pode render um diagrama de caminho de alta qualidade que consiste em cerca de 15-20 reações ou processa umd vários componentes celulares em cerca de 15 min. Um novo usuário pode levar até 30-40 min para gerar um caminho de tamanho e complexidade semelhante. O tempo necessário para gerar um caminho é aproximadamente linear com o número de reacções / processos que precisam ser processados. Criando um caminho de alta qualidade através desta ferramenta baseada na Web depende da qualidade e detalhe do material de origem (vias de livros, bancos de dados on-line, os dados experimentais, esboços desenhados à mão) e a meticulosidade da via &quot;artista&quot;. Aqueles que desejam gerar diagramas via qualidade superior devem prestar especial atenção aos pontos 1.11, 1.15 e 1.20 do protocolo, uma vez que estas seções descrevem a criação e edição de elementos de reação (reagentes / produtos, enzimas, bordas, imagens, caixas de zoom, etiquetas, e membranas). Os melhores diagramas via inteligentemente amalgamar informações de tantas representações existentes da via possível, incluindo aqueles encontrados em books, cartazes, documentos e bases de dados on-line. Outra chave para a geração de caminhos de alta qualidade é verificar cuidadosamente a exactidão das reações antes de criar uma reação (a secção 1.11 do protocolo). Tomando o tempo e esforço para garantir que os reagentes, produtos e enzimas envolvidos (muitas das quais já existem no banco de dados grande de PathWhiz) está correto para cada espécie é muito importante. Também é importante estar ciente da localização celular das reacções e para incluir componentes celulares ou subcelulares chave, a fim de proporcionar o contexto biológica correcta. Isto pode ser feito através da verificação e corroborando a reacção através de bases de dados online, como UniProt. Tendo todas as informações necessárias à mão, juntamente com um esboço, desenhado mão da via a ser criada irá reduzir significativamente os erros e o tempo total gasto em desenho ou renderização. Como seria de esperar, maiores e mais complexos caminhos levará mais tempo para render, particcularmente se os elementos e processos desejados não estiverem no banco de dados do PathWhiz. Quando se trabalha com vias maiores, é geralmente aconselhável para alternar entre o modo de gravação automática com a manual modo de economia, a fim de evitar um longo intervalo de tempo entre as acções. Quando a replicação de uma via, a quantidade de tempo que o utilizador pode esperar para o percurso a ser gerada depende do número de elementos na via. A maioria das vias pode ser replicado em cerca de 1-2 min. Quando uma via de propagação, render bem sucedida da via recém propagadas depende de quão semelhante as duas espécies são, como PathWhiz utiliza BLAST sequência de 17 pesquisa para encontrar enzimas homólogos entre espécies. percursos maiores será mais lento para se propagar porque BLAST terá de ser executado em um maior número de enzimas. A tentativa de propagar vias entre as espécies significativamente diferentes (digamos entre leveduras e humanos) resultará em caminhos que está sendo processado com um número de proteínas desconhecidas. Estes &quot;distante&quot; pvias ropagated normalmente requerem edição manual adicional. Devido à natureza altamente visual de diagramas de percurso e o detalhe que pode ser levado a um caminho, é sempre uma boa idéia para trabalhar em um computador com uma tela razoavelmente grande (&gt; 20 polegadas ou&gt; 50 cm) e uma boa conexão de internet (&gt; 5 Mbps). Se os problemas com a renderização ou refrescante tela são encontrados, o usuário pode ter que fazer uma pequena quantidade de solução de problemas. Se um grande, complexa via leva muito tempo para atualizar, o usuário pode ter que atualizar a página. Se um caminho não se propaga como se espera, o usuário pode ter que fazer alguma edição manual para garantir que todos os elementos são exibidos corretamente. Além disso, como um exemplo mais específico, se os elementos de uma reação não são exibidos, o usuário pode ter a certeza de que todos os elementos ou enzimas são devidamente selecionados e as bordas não estão escondidos. O link &quot;Ajuda&quot; no cabeçalho principal pode ser útil se for encontrado algum problema. Um tutorial édisponíveis sob a aba &quot;Tutorial&quot; e um manual do usuário está disponível na guia &quot;guias do utilizador&quot;. Ambos explicar muitas das características da ferramenta em detalhe. O Manual do Usuário pode ser usado para solucionar ou explicar potenciais limitações para um determinado recurso, tais como quando um usuário bloqueia um caminho e mais tarde pretende editá-lo. Conforme destacado através deste protocolo e através dos exemplos fornecidos nas figuras anexas, esta ferramenta oferece uma série de características únicas não encontradas em nenhum (ou a maioria) outras ferramentas de desenho via (ver Tabela 1). Primeiro, é totalmente baseado na web e completamente independente de plataforma. Em segundo lugar, ele suporta o processamento e geração de facile da biologicamente complexos diagramas coloridos,, visualmente agradável, totalmente hiperlinks via que também podem ser convertidos em formatos de leitura óptica (BioPAX, SBGN-ML 18, SBML 19, PWML 14). Em terceiro lugar, os diagramas de vias génerosted por esta ferramenta pode ser navegado, procurou, selecionados e facilmente explorada através de uma interface fácil de usar banco de dados on-line e visualização. Em quarto lugar, a ferramenta web é projetado para suportar contribuições via comunidade, permitindo &quot;crowd sourcing via&quot; que incentiva a partilha ea geração de novas vias e novos elementos da via. Vias gerados por este instrumento baseado na Internet pode ser usada para uma variedade de aplicações. Ricamente detalhados, caminhos totalmente hiperlinks podem ser facilmente integrados em bancos de dados específicos do organismo para proteômica, metabolômica ou aplicações de biologia de sistemas. percursos acessíveis pela Internet são especialmente úteis para fins de educação e de formação, como os detalhes disponíveis através de imagens baseadas na Web são frequentemente muito maior do que o que pode ser exibido através de uma imagem estática ou através de uma única página livro ou revista. Esta ferramenta baseada na Web também suporta a geração de representações da via que são mais adequados para impressão e publicação.Como resultado, muitas imagens geradas por esta ferramenta baseada na Web estão aparecendo em jornais, cartazes e apresentações de slides. Exportadores vias em formatos de arquivo de troca de dados baseados em texto (como BioPAX e SBML) permite percursos gerados usando esse servidor web para ser usado diretamente na análise computacional para biologia de sistemas ou aplicações de modelagem metabólicas. Propagação vias entre as espécies permite inferências a serem feitas sobre os processos biológicos, especialmente entre aquelas espécies que têm sido muito recentemente sequenciados. Embora nem todas as vias existentes existir atualmente no PathWhiz, seu banco de dados via pública continua a crescer, levando ao surgimento de coleções de vias novas, multidão de origem. Essas coleções não só será prontamente extensível a novas espécies, que esperamos levar a uma compreensão mais profunda da sua biologia única e bioquímica.

diagramas via biológica são como modelos para cientistas da vida. Eles são, talvez, as rotas mais conciso e informativo para descrever processos biológicos e as ligações contextuais entre genes, proteínas e metabolitos. Isso ocorre porque as imagens são muito mais eficientemente processada e frequentemente muito mais facilmente compreendida pelos seres humanos do que de texto 1. A qualidade, detalhe, e o conteúdo de diagramas de vias pode variar consideravelmente. Essas diferenças muitas vezes dependem da finalidade da via e as habilidades do artista percurso. Caminhos criados para fins educacionais, tais como gráficos de parede ou livros são muitas vezes criados por artistas profissionais. Como resultado, estes diagramas via são muito mais agradável visualmente e oferecem detalhes consideravelmente mais biológica com descrições completas de estruturas de metabolito, componentes subcelulares, estruturas de células, tecidos e órgãos. Estas representações &quot;manual&quot; muitas vezes incluem notas detalhadas ecomentários. Por outro lado, os diagramas das vias projetadas para aplicações de internet, muitas vezes tem que sacrificar a arte e riqueza visual em favor de máquinas legível diagramas &quot;fiação&quot; simplificados. Esses diagramas de estrutura de arame são mais facilmente e com hiperlinks mapeados na imagem. Diagramas via simplificados são a base para tais bancos de dados via on-line populares como KEGG 2, metacyc 3, WikiPathways 4 e 5 Reactome. O surgimento de bases de dados da via de computador compatível, também conduziu ao aparecimento de ferramentas de desenho por computador via compatível. Em outras palavras, a pessoa não tem que ser um artista profissional ou um programador profissional para gerar diagramas das vias utilizáveis. Por exemplo, as ferramentas de Caminho de BioCyc 6 e software PathVisio de Wikipathway 7 permitem ao usuário gerar livremente e compartilhar percursos de leitura óptica em BioPAX 8 and / ou formato HTML. Além disso, há uma série de outros pacotes de freeware stand-alone, bem como pacotes comerciais que suportam a geração de várias vias legível por máquina, fio-frame, como Cytoscape 9, GenMAPP 10, PathCase 11 e visant 12. A simplificação dos diagramas via internet em grande parte, cresceu a partir das limitações históricas encontradas em muitos navegadores da web e ferramentas de renderização baseadas na web. No entanto, avanços significativos em tecnologias web têm sido feitos nos últimos anos. Isto sugere que pode ser possível para gerar diagramas interativos, internet compatível via que são tão colorido, tão esteticamente agradáveis ​​e tão biologicamente completos como aqueles encontrados nos livros didáticos. Esse trabalho levou ao desenvolvimento de PathWhiz. PathWhiz foi implementado usando uma Ruby on Rails (http://rubyonrails.org, versão 4.2.0) web framework incorporando um banco de dados MySQL relacional (https://www.mysql.com, versão 5.1.50) para gerir todos os dados da via, incluindo relações entre entidades, referências externas, descrições, especificações de visualização e estruturas químicas. O cliente web front-end é controlada por Ruby on Rails combinados com Backbone.js (http://backbonejs.org, versão 1.0.0) como o framework web front-end para o editor. Originalmente desenvolvido para a curadoria da-somente humano pequena molécula Caminho de Dados (SMPDB) 13, PathWhiz 14 já foi estendido para suportar geração caminho para muitos outros organismos e para funcionar como uma imagem Caminho geral e base de conhecimento. Em particular, esta ferramenta de web permite a criação de toda a gama de vias bioquímicas / biológicos incluindo metabólica, a interacção de proteínas, sinalização molecular, fisiológico, e as vias de droga / doença. Esta ferramenta de desenho via diferente da maioria dos outrosferramentas de geração de caminho de três maneiras principais: 1) é um servidor web, em vez de, um pacote de software instalável stand-alone; 2) que suporta a geração e fácil visualização interactiva de compostos químicos, proteínas, ácidos nucleicos, membranas celulares, estruturas subcelulares, tecidos e órgãos; e 3) que permite aos usuários para emprestar facilmente, construir ou melhorar em cima do trabalho de outros usuários, permitindo assim &quot;crowdsourced&quot; geração via. Como um servidor web, ele tem várias vantagens sobre download, ferramentas de software específicos da plataforma. Em particular, é compatível com qualquer plataforma, sistema operacional e navegador moderno. Além disso, ele não requer que o usuário se registre para começar a criar um caminho (embora os usuários podem criar livremente uma &quot;conta privada&quot;, a fim de acompanhar e controlar a acessibilidade das vias que criam). Talvez o aspecto mais atraente da presente ferramenta é a quantidade de detalhe biológicos e bioquímicos que podem ser facilmente adicionadas emqualquer via através de uma paleta de imagens pré-renderizados e uma extensa base de dados de proteínas e dados bioquímicos. Isso permite que ambos os &quot;não-artistas&quot; e &quot;não-programadores&quot; para criar facilmente vias coloridas, esteticamente agradável e ricamente detalhados que são na web compatível e totalmente legível por máquina. Uma comparação mais pormenorizada entre PathWhiz e outras ferramentas de desenho via é fornecida na Tabela 1. Um número de bancos de dados de ciências da vida popular, já usou essa ferramenta de desenho via para criar específicos de banco de dados, on-line, diagramas via interativos. Por exemplo, o banco de dados Escherichia coli Metaboloma (ECMDB) 15 recentemente atualizou sua biblioteca percurso com mais de 1.650 percursos desenhados com a ferramenta baseada na web. Cada caminho no ECMDB é agora apresentado como um mapa ricamente colorido, totalmente hiperligada imagem com metabolitos e estrutura da proteína descrições detalhadas, assim como uma simplificado preto e branco KEGG-like diagrama fio. Esta actualização via de grande escala levou à descoberta de diversos metabolitos intermediários que não tinha sido previamente incluída em outras bases de dados de Escherichia coli metabólicas. Outras bases de dados, tais como a base de dados Metaboloma Humana (HMDB) 15, não só dependem de vias PathWhiz que mostrem e descrevem processos metabólicos e de sinalização, mas também para descrever as alterações metabólicas envolvidas em doenças tais como o cancro. HMDB inclui atualmente 101 vias metabólicas, 376 vias de luta contra a droga, 233 percursos associados à doença e 16 vias de sinalização, todos gerados através desta ferramenta web. O protocolo que se segue descreve detalhadamente como PathWhiz pode ser usado para criar facilmente, replicar e propagar vias bioquímicas para uma variedade de propósitos e aplicações.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="501">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:189px;">Computer with colour screen</td>
			<td style="width:63px;">N/A</td>
			<td style="width:104px;">N/A</td>
			<td style="width:147px;">&#160;&#62;20 inches or &#62;50 cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:189px;">Internet connection&#160;</td>
			<td style="width:63px;">N/A</td>
			<td style="width:104px;">N/A</td>
			<td>&#62;5 mbps</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:189px;">Modern web browser&#160;</td>
			<td style="width:63px;">N/A</td>
			<td style="width:104px;">N/A</td>
			<td>Google Chrome (v. 31 and above), Internet Explorer (v. 9 and above), Safari (v. 7 and above), Opera (v. 15 and above) and Firefox (v. 23 and above)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

PathWhiz é um servidor web construído para facilitar a criação de diagramas coloridos e interativos, visualmente agradável via que são ricos em informação biológica. As vias gerados por esta aplicação on-line são legíveis por máquina e totalmente compatível com praticamente todos os navegadores web e sistemas operacionais de computador. Ele usa uma interface de desenho especialmente desenvolvido, web-enabled via que permite a selecção e colocação de diferentes combinações de entidades biológicas e bioquímicas pré-desenhadas para descrever reações, interações, processos de transporte e eventos de ligação. Esta paleta de entidades consiste em compostos químicos, proteínas, ácidos nucleicos, membranas celulares, estruturas subcelulares, tecidos e órgãos. Todos os elementos visuais em que pode ser interativamente ajustada e personalizada. Além disso, porque esta ferramenta é um servidor web, todas as vias e elementos da via são acessíveis ao público. Este tipo de via &quot;crowdsourcing&quot; significa que PathWhizjá contém uma grande e rapidamente crescente coleção de percursos previamente elaborados e elementos da via. Aqui nós descrevemos um protocolo para a criação rápida e fácil de novas vias ea alteração das vias existentes. Para facilitar ainda mais a edição via e criação, a ferramenta contém funções de replicação e propagação. A função de replicação permite vias existentes para serem usados ​​como modelos para criar ou editar novos caminhos. A função de propagação permite tirar uma via existente e automaticamente propagá-la entre espécies diferentes. Pathways criados com esta ferramenta pode ser &quot;re-denominados&quot; em formatos diferentes (KEGG-like ou livro-texto like), colorida com diferentes origens, exportados para BioPAX, SBGN-ML, SBML ou PWML formatos de troca de dados, e baixadas como PNG ou SVG imagens. Os caminhos podem ser facilmente incorporado em bases de dados online, integrados em apresentações, cartazes ou publicações, ou utilizados exclusivamente para visualização on-line e exploração. esta protocol foi aplicado com sucesso para gerar mais de 2.000 diagramas da via, que agora são encontrados em muitos bancos de dados on-line incluindo HMDB, drugbank, SMPDB e ECMDB.

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

PathWhiz é uma ferramenta de desenho abrangente, via on-line para gerar caminhos bioquímicos e biológicos. Ele usa bases de dados acessíveis ao público e facilmente paletas expansíveis que consistem em componentes pré-desenhados via. Este protocolo descreve como construir facilmente novos caminhos, replicar e editar percursos existentes, e propagar percursos previamente elaborados a diferentes organismos.

A ferramenta Web para caminhos biológicos que gera alta qualidade de leitura mecânica

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

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