Name: a web tool for generating high quality machine-readable biological pathways
Uploaded: 2017-02-08T12:30:00
Duration: 8 min 1 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Web Tool for Generating High Quality Machine-readable Biological Pathways at JoVE.com

Författarna vill tacka den kanadensiska Institutes of Health Research (CIHR) och Genome Alberta, en division av Genome Canada, för ekonomiskt stöd.

<ol>
	<li>Michal, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+representation+of+metabolic+pathways.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=KEGG+as+a+reference+resource+for+gene+and+protein+annotation.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=WikiPathways:+building+research+communities+on+biological+pathways.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Reactome+pathway+knowledgebase).">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathway+Tools+version+13.0:+integrated+software+for+pathway/genome+informatics+and+systems+biology.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presenting+and+exploring+biological+pathways+with+PathVisio.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+BioPAX+community+standard+for+pathway+data+sharing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytoscape:+A+Software+Environment+for+Integrated+Models+of+Biomolecular+Interaction+Networks.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GenMAPP+2:+new+features+and+resources+for+pathway+analysis.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PathCase:+pathways+database+system.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VisANT+3.0:+new+modules+for+pathway+visualization,+editing,+prediction+and+construction.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SMPDB+2.0:+Big+Improvements+to+the+Small+Molecule+Pathway+Database.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathways+with+PathWhiz.">Pathways with PathWhiz.</a> Nucleic Acids Res. 43 (W1), W552-W559 (2015).</li><li>Sajed, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ECMDB+2.0:+A+richer+resource+for+understanding+the+biochemistry+of+E.+coli.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cancer+Metabolomics+and+the+Human+Metabolome+Database.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basic+local+alignment+search+tool.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Systems+Biology+Graphical+Notation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+systems+biology+markup+language+(SBML):+a+medium+for+representation+and+exchange+of+biochemical+network+models.">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>

Författarna har ingenting att lämna ut.

Protokollet som beskrivs här för att skapa en enkel metaboliseringsväg (TCA-cykeln) kan anpassas för att skapa ett brett utbud av maskinläsbara, biologiskt komplexa vägar för alla arter. Dessutom detta protokoll beskrivs också hur man kan replikera eller propagera befintliga vägar som skapats av andra användare. Konstruera en väg med hjälp av det här verktyget kräver upprepade steg-för-steg tillsatser av reaktioner, interaktioner, transportprocesser, och under vägar, som var och en är förbundna med överlappande element. Att sätta alla dessa tillsammans gör att man kan skapa färgstarka, visuellt tilltalande pathway diagram som ger stor biologisk detaljer och användbar biologisk sammanhang. De steg som beskrivs i detta protokoll är relativt enkla, och den tid det tar att bygga en väg schema beror på storleken och komplexiteten av vägen. Med lite övning kan de flesta individer göra en hög kvalitet väg schema bestående av ca 15-20 reaktioner eller processer end flera cellulära komponenter i ca 15 min. En helt ny användare kan ta upp till 30-40 minuter för att generera en väg av liknande storlek och komplexitet. Den tid som behövs för att generera en väg är ungefär linjärt med antalet reaktioner / processer som måste återges. Skapa en högkvalitativ väg genom detta webbaserade verktyg beror på kvaliteten och detaljer i källmaterialet (vägar från böcker, online-databaser, experimentella data, handritade skisser) och valarbetare av vägen &quot;artist&quot;. De som vill generera högre kvalitet pathway diagram bör ägna särskild uppmärksamhet åt sektioner 1,11, 1,15 och 1,20 i protokollet, eftersom dessa avsnitt beskriver skapa och redigera reaktionselement (reaktanter / produkter, enzymer, kanter, bilder, zoom lådor, etiketter, och membran). De bästa pathway scheman kommer intelligent slå samman information från så många befintliga representationer av vägen som möjligt, inklusive de som finns i Books, affischer, papper och online-databaser. En annan nyckel till att generera högkvalitativa vägar noggrant kontrollera riktigheten av reaktionerna innan du skapar en reaktion (genom avsnitt 1.11 i protokollet). Att ta sig tid och ansträngning för att se till att reaktanter, produkter och enzymer som är involverade (av vilka många redan finns i PathWhiz stora databas) är rätt för varje art är mycket viktigt. Det är också viktigt att vara medveten om den cellulära lokaliseringen av reaktionerna och att inkludera viktiga cellulära eller subcellulära komponenter för att ge rätt biologiska sammanhang. Detta kan göras genom att kontrollera och bekräftar reaktionen genom online-databaser såsom UniProt. Med all den information som krävs till hands, tillsammans med en grov, handritade skiss av vägen som ska skapas kommer att kraftigt minska antalet fel och den totala tid som tillbringas på ritning eller rendering. Som väntat kommer större och mer komplexa vägar tar längre tid att göra, particbundet, om de önskade elementen och processer inte redan finns i PathWhiz databas. När man arbetar med större vägar, är det oftast klokt att byta från Spara automatiskt läget till det manuella sparläge, för att förhindra en lång fördröjning mellan åtgärder. Vid replikering en väg, den tid användaren kan vänta på vägen som skall genereras beror på antalet element i reaktionsvägen. De flesta vägar kan replikeras i ca 1-2 minuter. När föröknings en väg, framgångsrik tolkning av den nyligen förökade vägen beror på hur lika de två arterna är som PathWhiz använder BLAST 17 sekvens söker att hitta homologa enzymer mellan arter. Större vägar kommer att vara långsammare att propagera eftersom BLAST måste köras på ett större antal enzymer. Att försöka att sprida vägar mellan betydligt olika arter (säga mellan jäst och människor) kommer att resultera i vägar som återges med ett antal okända proteiner. Dessa &quot;avlägset&quot; propagated vägar kräver vanligen ytterligare manuell redigering. På grund av den mycket visuell karaktär pathway scheman och detaljer som kan föras till en väg, är det alltid en bra idé att arbeta på en dator med en ganska stor skärm (&gt; 20 inches eller&gt; 50 cm) och en bra internetuppkoppling (&gt; 5 Mbps). Om problem med rendering eller skärm uppfriskande påträffas, kan användaren behöva göra en liten mängd felsökning. Om en stor, komplex väg tar för lång tid att uppdatera, kan användaren behöva uppdatera sidan. Om en väg inte fortplanta sig som förväntat, kan användaren behöva göra några manuell redigering för att se till att alla element visas korrekt. Dessutom, som ett mer specifikt exempel, om delar av en reaktion inte visas, kan användaren måste se till att alla delar eller enzymer är korrekt vald och kanterna är inte dolda. länk på huvudrubriken &quot;Hjälp&quot; kan vara användbart om ett problem uppstår. En handledning ärtillgänglig under &quot;Tutorial&quot; -fliken och en användarmanual är tillgänglig under fliken &quot;User Guides&quot;. Båda förklara många av verktygets funktioner i detalj. Användarhandboken kan användas för att felsöka eller förklara eventuella begränsningar för en viss funktion, till exempel när en användare låser en väg och senare vill ändra det. Som framhålls genom detta protokoll och genom exemplen i de bifogade figurerna, erbjuder detta verktyg ett antal unika funktioner som inte finns i någon (eller de flesta) andra verktyg väg ritning (se tabell 1). För det första är det helt webbaserad och helt plattformsoberoende. För det andra, stöder rendering och enkel generering av mångfärgade, biologiskt komplexa, visuellt tilltalande, fullt hyperlänkade pathway diagram som också kan omvandlas till maskinläsbara format (BioPAX, SBGN-ML 18, SBML 19, PWML 14). Tredje, pathway diagram släktenaTed detta verktyg kan bläddras, sökt, utvalda och lätt utforskas genom en enkel att använda online-databas och visningsgränssnitt. För det fjärde banan verktyg för att stödja samhället pathway bidrag, vilket möjliggör &quot;-systemet publiken sourcing&quot; som uppmuntrar utbyte och generering av nya vägar och ny väg element. Vägar som genereras av detta webbaserade verktyg kan användas för en mängd olika tillämpningar. Rikt detaljerade, fullt hyperlänkade vägar lätt kan integreras i organismspecifika databaser för proteomik, metabolomik och systembiologi applikationer. Internet tillgängliga vägar är särskilt användbara för utbildningssyfte, eftersom detaljerna tillgängliga via webbaserade bilder är ofta mycket större än vad som kan visas via en statisk bild eller genom en enda lärobok eller journal sidan. Detta webbaserade verktyg stöder också generering av pathway representationer som är mer lämpade för utskrift och publicering.Som ett resultat av många bilder som genereras av denna webbaserat verktyg som förekommer i tidningar, affischer och presentationer. Exporterar vägar till textbaserade datautbyte filformat (t.ex. BioPAX och SBML) gör det möjligt för vägar som genereras med hjälp av denna webbservern för att användas direkt i beräknings analys för systembiologi eller metaboliska modelleringsapplikationer. Föröknings vägar mellan arter gör slutsatser göras om biologiska processer, särskilt bland de arter som har mycket nyligen sekvenserats. Även om inte alla befintliga vägar finns för närvarande i PathWhiz, fortsätter sin offentliga väg databas för att växa, vilket leder till uppkomsten av nya, folkmassa anskaffas pathway samlingar. Dessa samlingar kommer inte bara att vara lätt utvidgas till nya arter, de kommer förhoppningsvis att leda till en djupare förståelse för deras unika biologi och biokemi.

Biologiska pathway diagram är som ritningar för livs forskare. De är kanske den mest koncisa och informativa vägar för att visa biologiska processer och kontextuella kopplingar mellan gener, proteiner och metaboliter. Detta beror på att bilderna mycket mer effektivt behandlas och ofta mycket mer lättförståeligt för människor än text en. Kvaliteten, detalj, och innehållet i pathway diagram kan variera avsevärt. Dessa skillnader beror ofta på det avsedda ändamålet med banan och kompetensen hos vägen artist. Vägar skapas för utbildningsändamål såsom planscher eller läroböcker är ofta skapade av professionella konstnärer. Som ett resultat av dessa pathway diagram är mycket mer visuellt tilltalande och erbjuder betydligt mer biologiskt detalj med full skildringar av metabolit strukturer, subcellulära komponenter, cellstrukturer, vävnader och organ. Dessa &quot;lärobok&quot; representationer innehåller ofta detaljerade anteckningar ochkommentarer. Å andra sidan, pathway diagram avsedda för Internetapplikationer har ofta offra artisteri och visuell klarhet i förmån för förenklade maskinläsbara &quot;ledningar&quot; diagram. Dessa wireframe diagram är lättare bildkartläggs och hyperlänk. Förenklade pathway diagram är grunden till dessa populära online pathway databaser som Kegg 2, MetaCyc 3, Wikipathways 4, och Reactome 5. Framväxten av dator kompatibel pathway databaser har också lett till uppkomsten av dator kompatibel väg ritverktyg. Med andra ord, behöver man inte vara en professionell konstnär eller en professionell programmerare att generera användbara pathway diagram. Till exempel, BioCyc s Pathway verktyg 6 och Wikipathway s PathVisio programvara 7 tillåter användare att fritt skapa och dela maskinläsbara vägar i BioPAX 8and / eller HTML-format. Dessutom finns det ett antal andra fristående gratisprogram samt kommersiella paket som stöder generering av olika maskinläsbar, wire-frame vägar, såsom Cytoscape 9 GenMAPP 10, PathCase 11, och VisANT 12. Förenklingen av Internet pathway diagram växte till stor del från de historiska begränsningar som finns i många webbläsare och webbaserade rendering verktyg. Däremot har betydande framsteg inom webbteknik gjorts under de senaste åren. Detta tyder på att det skulle kunna vara möjligt att skapa interaktiva, internetkompatibla pathway diagram som är lika färgstark, lika estetiskt tilltalande och lika biologiskt komplett som de som finns i läroböcker. Detta arbete ledde till utvecklingen av PathWhiz. PathWhiz genomfördes med hjälp av en Ruby on Rails (http://rubyonrails.org, version 4.2.0) web framework införliva en MySQL relationsdatabas (https://www.mysql.com, version 5.1.50) för att hantera alla vägen data, inklusive företagets relationer, externa referenser, beskrivningar, visualisering specifikationer och kemiska strukturer. Front-end webbklient styrs av Ruby on Rails i kombination med backbone.js (http://backbonejs.org, version 1.0.0) som webbramverk för redaktören front-end. Utvecklades ursprungligen för curation av den mänskliga endast liten molekyl Pathway Database (SMPDB) 13, har PathWhiz 14 sedan utökats till att stödja vägen generation för många andra organismer och för att fungera som en allmän väg bild och kunskapsdatabas. I synnerhet tillåter detta webbverktyg för att skapa ett komplett utbud av biokemiska / biologiska vägar inklusive metaboliska, proteininteraktioner, molekylära signaleringen, fysiologiska och läkemedel / sjukdomsvägar. Denna väg ritverktyg skiljer sig från de flesta andraväg genere verktyg tre huvudsakliga sätt: 1) det är en webbserver snarare än en fristående, installeras programvarupaket; 2) den stödjer den facile generering och interaktiv visualisering av kemiska föreningar, proteiner, nukleinsyror, cellulära membran, subcellulära strukturer, vävnader och organ; och 3) det tillåter användare att enkelt låna, bygga eller förbättra arbetet med andra användare, vilket gör det möjligt &quot;publiken källkod&quot; -systemet generation. Som en webbserver, har det flera fördelar jämfört med nedladdningsbara, plattformsspecifika mjukvaruverktyg. Framför allt är det förenligt med alla plattformar, operativsystem och modern webbläsare. Dessutom är det inte kräver att användaren registrera sig för att börja skapa en väg (även om användarna fritt kan skapa en &quot;privat konto&quot; för att spåra och kontrollera tillgängligheten av banorna de skapar). Kanske den mest tilltalande inslag i detta verktyg är den mängd biologisk och biokemisk detalj som lätt kan läggas in inågon väg genom en palett av förrenderade bilder och en omfattande databas av protein och biokemiska data. Detta gör att både &quot;icke-artister&quot; och &quot;icke-programmerare&quot; för att enkelt skapa färgstarka, estetiskt tilltalande och detaljrika banor som är webbkompatibla och fullt maskinläsbara. En mer detaljerad jämförelse mellan PathWhiz och andra verktyg pathway dragnings ges i tabell 1. Ett antal populära life science-databaser har redan använt denna väg ritverktyg för att skapa databasspecifikt, på nätet, interaktiva pathway diagram. Till exempel Escherichia coli Metabolome Database (ECMDB) 15 nyligen uppdaterat sin väg bibliotek med mer än 1.650 vägar dras med hjälp av webbaserade verktyg. Varje väg i ECMDB visas nu som en rikt färgad, fullt hyperlänkade kartbild med detaljerade metabolit och protein struktur skildringar, samt en förenklad svartvit KEGG-like tråd diagrammet. Denna storskaliga väg uppdatering ledde till upptäckten av många mellanliggande metaboliter som inte hade tidigare ingick i andra Escherichia coli metaboliska databaser. Andra databaser, såsom Human Metabolome Database (HMDB) 15, inte bara förlita sig på PathWhiz vägar att skildra och beskriva metabola och signalvägar, men också för att skildra de metaboliska förändringar som är involverade i sjukdomar såsom cancer. HMDB omfattar för närvarande 101 metaboliska vägar, 376 läkemedelsverkan vägar, 233 sjukdomsassocierade vägar och 16 signaleringsvägar, alla genererade genom denna webbverktyg. Följande protokoll beskriver i detalj hur PathWhiz kan användas för att enkelt skapa, replikera, och propagera biokemiska vägar för en mängd olika syften och tillämpningar.

<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 är en webbserver byggd för att underlätta skapandet av färgglada, interaktiva, visuellt tilltalande pathway diagram som är rika på biologisk information. Banorna som genereras av denna ansökan online är maskinläsbara och helt kompatibel med i stort sett alla web-läsare och datorns operativsystem. Den använder en specialutvecklad, webbaserad väg ritning gränssnitt som tillåter val och placering av olika kombinationer av färdigritade biologiska eller biokemiska enheter att skildra reaktioner, interaktioner, transportprocesser och bindande händelser. Denna palett av enheter består av kemiska föreningar, proteiner, nukleinsyror, cellmembran, subcellulära strukturer, vävnader och organ. Alla visuella element i den kan interaktivt justeras och anpassas. Dessutom eftersom detta verktyg är en webbserver, alla vägar och pathway element är tillgängliga för allmänheten. Denna typ av reaktionsvägen &quot;publiken sourcing&quot; betyder att PathWhizredan innehåller en stor och snabbt växande samling av tidigare dragna vägar och pathway element. Här beskriver vi ett protokoll för snabb och enkelt skapa nya vägar och ändring av befintliga vägar. För att ytterligare underlätta vägen redigering och skapande, innehåller verktyg replikering och spridningsfunktioner. Replikerings funktionen kan befintliga vägar kan användas som mallar för att skapa eller redigera nya vägar. Utbrednings funktion gör att man kan ta en befintlig väg och automatiskt sprida den över olika arter. Vägar som skapats med detta verktyg kan vara &quot;re-stil&quot; i olika format (Kegg liknande eller lärobok liknande), färgad med olika bakgrunder, som exporteras till BioPAX, SBGN-ML, SBML eller PWML format för datautbyte, och laddas ned som PNG eller SVG-bilder. Banorna kan lätt införlivas i online-databaser, integreras i presentationer, affischer eller publikationer, eller används uteslutande för online-visualisering och utforskning. denna protocol har framgångsrikt tillämpats för att generera över 2000 pathway diagram, som nu finns i många online-databaser, inklusive HMDB, DrugBank, SMPDB och ECMDB.

Webbservern huvudvägen generation verktyg som beskrivs i detta manuskript visas i figur 1 och figur 2. Menyalternativ som tillhandahålls av varje flik visas också. Figurerna 3 och 4 ger en uppsättning av skärmdumpar av processvägen skapande. Figur 5 ger en uppsättning av skärmdumpar av processreaktions skapande. Figur 6 visar online vägen betraktaren och dess meny. PathWhiz kan användas för att generera vägar med olika innehållstyper och stilar. Dessa inkluderar &quot;traditionella&quot; metaboliska vägar (Figur 7), sjukdomar och drogvägar visar biverkningar (Figur 8) och svar läkemedels (Figur 9), samt proteinsignalvägar (Figur 10). Vägar kan rikt färgade med stor biologiska detalj eller de kan omvandlas till enkla svarta och vita representationer (Figur 11). När de är färdiga, kan dessa vägar ses i den interaktiva vägen betraktaren (figur 6), hämtas som bilder, eller exporteras i flera olika maskinläsbara datautbyte format för vidare analys. Observera att kvaliteten på de olika format för datautbyte beror på kvaliteten på de uppgifter som matas in när den ursprungligen dra vägen. Till exempel kommer att lägga till mer reaktions detalj (dvs stökiometri, biologiska stater) producera mer omfattande BioPAX. Å andra sidan, vägar dras med överlappande element (för visuella skäl, såsom att visa bundna element eller proteinkomplex) kan också producera överlappande tecken i SBGN-ML. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig1.jpg" /> Figur 1: Pathway Editor gränssnitt. Redigeraren Interface är kompoSED av 3 huvuddelar: en övre menyraden en sekundär meny och en inrutade duk. Den översta menyraden (lila) innehåller länkar för att visa, redigera och skapa pathway element. Högstadiet menyraden (grå) innehåller länkar för att lägga till och redigera visuella pathway element i den aktuella vägen schema, såsom reaktioner, interaktioner, transportprocesser, under vägar, föreningar, proteiner, nukleinsyror, liksom membran, cell / subcellulära bilder, zoom rutor och etiketter. Menyn innehåller också två flikar som tillåter redigering av utvalda delar eller redigering av duken. Den inrutade vit duk under menyrader är där reaktionsvägar och processer tillkommer. Zoomrutan fungerar som en visuell att ange förstoringen av ett markerat område i en bild. Den består av ett litet torg som är ansluten till en ny stor fyrsidiga. En liten ruta placeras på det område som ska expanderas eller zoomas, medan den fyrsidiga fungerar som en duk där man kan lägga till the reaktioner som sker i det markerade området (av mindre kvadrat). Redigera zoomrutan genom att dubbelklicka på den för att komma åt dess sidofältet. Redigeringsalternativ inkluderar listrutorna för mall, färg, och z-index. Det gör orientering zoomrutan kan ändras genom att välja topp, höger, vänster eller botten på fliken mallen. När zoomrutan är markerad, kan svarta cirklar dras att ändra storlek och formatera de olika zoom box komponenter. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 2" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig2.jpg" /> Figur 2: Pathway Editor menyer. Redaktören Menyerna ger alternativ för att lägga processer och element, samt att redigera befintliga element och duk. (A) Länken &quot;Pathway&quot; erbjuder alternativ till &quot;Redigera information&quot; och<html> &quot;Export och Visa&quot;. &quot;Redigera Detaljer&quot; alternativet tillåter redigering av vägen beskrivning och referenser medan &quot;Export och Visa&quot; alternativet tillåter generering eller regenerering av bildfilerna. (B) Länken &quot;Lägg Process&quot; erbjuder alternativ för att lägga till en reaktion, interaktion, bindande händelse, händelse transport, reaktion kopplad transport, eller sub-vägen till duken. (C) &quot;Lägg vacuous Element&quot; länk erbjuder alternativ för tillsats av en förening, ett protein, en nukleinsyra, ett element samling eller en kant på duken. Dessa faktorer kommer att dyka upp i det övre vänstra hörnet av duken. Ett godtyckligt element visas i duken tillsammans med pop-up sidofältet, där användaren kan söka efter den önskade elementet eller ändra detaljer i nämnda element. Elementet bör införlivas i vägen innan du lägger några nya innehållslösa inslag, för att upprätthålla vägen prydlighet._upload / 54869 / 54869fig2large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klicka här för att se en större version av denna siffra. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig3.jpg" /> Figur 3: Pathway indexformulär. Vägen index erbjuder en samling av för närvarande existerande vägar och en sökruta att fråga efter specifika vägar. Vägar kan filtreras med namn, typ, art, och skapare med filterfältet högst upp i indextabellen. De kan också sökas med namn i sökfältet längst upp på sidan. Öppnandet av &quot;Avancerad sökning&quot; ger mer specifika sökningar genom kombinationer av biologiska tillstånd, typ, art, förening, och protein. Den avancerade sökningen möjliggör användning av AND, OR och NOT logiska operatorer för att skapa komplexa frågor. Varje väg har 5 knappar: &quot;Show&quot;, &quot;Redigera&quot;, &quot;Rita&quot;, &quot;förstör&quot; och &quot;replikera&quot;. &quot;Visa&quot; -knappentillåter visning av banan med hjälp av Viewer. &quot;Redigera&quot; -knappen tillåter redigering av vägen metadata, inklusive namn, typ, art, beskrivning och referens. Knappen &quot;Draw&quot; tillåter redigering av duken innehåller vägen. Knappen &quot;Destroy&quot; medger avlägsnande av vägen från databasen (om användaren har tillåtelse). Den &quot;Replikera&quot; -knappen tillåter replikering av valda vägen. &quot;Föregående&quot; och &quot;nästa&quot; knappar tillåter användaren att navigera mellan sidorna i vägar. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig3large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 4" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig4.jpg" /> Figur 4: Skapa ny väg Form. Knappen &quot;Ny Pathway&quot; (se figur 3) leder till den väg form som visas här. Denna form innehållerfält för vägen namn, typ, art, och en beskrivning. &quot;Ny Pathway&quot; -knappen kan också en att starta från en befintlig väg och lägga till referenser. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig4large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 5" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig5.jpg" /> Figur 5: Skapa nytt svarsformuläret. Länken &quot;Lägg Process&quot; tillåter användare att lägga till en ny process, såsom en reaktion eller bindande händelse. Lägga till en process skapar en reaktion modell, som kan genereras och tillföras Pathway diagram reaktions visualiseringar. Reaktions modell och visualisering är separata enheter. (A) reaktion fält tillstånd att söka efter en befintlig reaktion av reaktant, produkt eller enzym. Fält tillåter biologisk statliga söker och välja en befintlig Biological tillstånd. När en reaktion väljs, kan motsvarande enzymerna tillsättas med hjälp av &quot;Lägg till Enzyme&quot; -knappen, som kommer att ta upp ett enzym Komplettera automatiskt rutan. De gör alternativ tillåter användaren att välja den riktning de önskar att reaktionen göras. En ny reaktion kan skapas genom (b) &quot;New Reaction&quot; -knappen, vilket leder till en ny reaktions formulär där element och enzymer kan tillsättas. När alla fält är ifyllda, kan reaktionen skapas genom knappen &quot;Skapa Reaction&quot;. Om du vill redigera den underliggande reaktions modellen bör avsluta vägen illustratör, gå till reaktions index, och hitta och redigera reaktionen där. För att förhindra dataavvikelser och oavsiktligt förändra befintliga vägar, är det inte möjligt att ändra reaktanter / produkter eller avlägsna enzymer från en reaktions modell om det redan har visualiseringar i befintliga vägar. Således, redigera reaktions modellen inte automatiskt uppdatera befintlig reaktionvisualiseringar. För att ändra en reaktionsmodell måste man lägger till motsvarande visualisering för att vägen schema för att ändringarna ska visas. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig5large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 6" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig6.jpg" /> Figur 6: Pathway Viewer. De översta knapparna högra tittaren gränssnittslösningar ger grundläggande navigering, zoomning, och skärmen växla åtgärder. Den centrala visnings visar vägen som kan navigeras genom att klicka och dra, eller zooma med hjälp av en mus. Vägen element som visas är hyperlänk till andra vägar och databaser (t.ex. HMDB, DrugBank, UniProt). Sido menyraden visar en beskrivning av vägen med referenser som tillhandahålls av användaren. Sidomenyn visar också flikar &quot;Highlight&quot;, &quot;Analysera&quot;, &quot;Görwnloads &quot;och&quot; Inställningar &quot;. Den&quot; Highlight &quot;fliken kan föreningar och enzymer som skall väljas och markeras i rött. Den&quot; -fliken Analysera &quot;gör att data experimentell koncentrations som skall införas, som sedan mappas till vägen med hjälp av en färgtoning. &quot;Downloads&quot; fliken finns länkar till motsvarande nedladdningsbara bildfiler och data utbyta filer. PNG-filen är en mindre icke-vektor bildfil. SVG + BioPAX länkar ger större vektorbildfiler med inbäddad BioPAX för maskin läsbarhet. den BioPAX, SBML, SBGN och PWML länkar ger olika maskinläsbara format. fliken &quot;Inställningar&quot; låter för visuell anpassning av den visade vägen bilden. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig6large.jpg" target="_blank">klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 7" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig7.jpg" /><br/&gt; Figur 7: Metabolic Pathway Image. Detta är ett exempel på en &quot;traditionell&quot; metaboliska vägen som beskriver biosyntesen och nedbrytning av en särskild förening (D-serin). Huvudmetaboliten är placerad i centrum av duken och reaktions- och transport pilar (kanter) visar flödet av den reaktionsvägen. Kanter och element kan automatiskt vara &quot;snäpps&quot; tillsammans, dvs ansluten. Element snappunkter indikeras med transparenta röda cirklar på elementet sidor och kant start / slutpunkter representeras av transparenta grå cirklar på kantändar. Snappunkter vänder en genomskinlig grön när svävade över, och en fast grönt sken när vald. För att fästa en kant till ett element, först klicka på antingen kanten start / slut eller elementet snappunkten (det blir fast grönt). Klicka sedan på kanten start / slut eller elementet snappunkten som behöver anslutas. Kanten kommer automatiskt att ansluta sig till snappunkten, och vara ansluten until det bort (genom att dubbelklicka på kanten och dra slutpunkten bort, eller ansluta den till en annan snappunkten). Det är viktigt att vara uppmärksam på oavsiktligt välja snappunkter, eftersom detta kan få oavsiktliga konsekvenser när man försöker flytta kanter runt. Den fasta gröna färgen på utvalda snappunkterna är tänkt att varna användaren att knäppa poäng de har markerade. Snappunkterna kan väljas bort genom att klicka på dem en andra gång. Kanter kan också kopplas till sina ursprungliga element. När en kant är vald besöker &quot;Edit Selected&quot; menylänken och sedan på länken &quot;Redigera Edge&quot;. Detta kommer att ta upp alternativ för att automatiskt ansluta kanten i olika riktningar. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig7large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="Figur 8" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig8.jpg" /> &lt;br /&gt; Figur 8: Sjukdom Pathway Image. Detta är ett exempel på en sjukdom väg som visar vilka organ som drabbas av sjukdomen (Sarkosin Oncometabolite vägen). Ytterligare bildelement används för att skildra den ökning eller minskning av de metabolitkoncentrationer och deras ackumulering eller avledning. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig8large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="figur 9" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig9.jpg" /> Figur 9: Drug Pathway Image. Detta är ett exempel på ett läkemedel väg som visar organ där läkemedlet metaboliseras (Ibuprofen vägen). Den färg som omger läkemedlet metaboliten brukar avbildas som rosa. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig9large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="Figur 10" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig10.jpg" /> Figur 10: Protein signalväg Image. Detta är ett exempel på en signalväg som visar en samling av signalering reaktioner mellan olika proteiner (EGFR-vägen). Proteiner kan avbildas med flera färger och de kan representeras antingen av proteinet namn eller subenhet namnet. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig10large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="Figur 11" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig11.jpg" /> Figur 11: Färgrik vs enkla Pathway bilder. Färgrik vägar kan genereras med rik biologisk sammanhang antingen en vit eller blå bakgrund (a). Folatmetabolismen visas här. Enkla, Kegg-liknande banor kan också vara generated med användning av en enkel svartvit representation (b). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig11large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="Figur 12" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig12.jpg" /> Figur 12: Suboptimal Pathway Image. En bild som visar vad en suboptimal väg (TCA Cycle) ser ut. Överlappande element och korsar kanter gör vägen obegriplig. Detta kan hända om reaktionselementen är inte noga eller korrekt manipuleras på duken. Manipulera element för att få mer än två olika malltyper för föreningarna (stora, medelstora, små förening Visualisering eller drog visualisering Cofactor visualisering, enkel Bottom, Left Höger eller Top Visualization) leder till flera bild inkonsekvenser. Malltyper visas i steg 1.15.2. Inte ansluta the kanter påverkar flödet av bilden vilket leder till dåliga tolkningar av reaktionsvägen. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig12large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td> PathWhiz </td><td> vela </td><td> PathVisio </td><td> pathway Verktyg </td><td> VisANT </td></tr><tr><td> Webbserver </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Nej </td></tr><tr><td> installerbar Program </td><td> Nej </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> proteinPathWays </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Ja </td></tr><tr><td> metaboliska vägar </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Spara som PNG / JPG</td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Nej </td></tr><tr><td> Spara som HTML </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Ja </td><td> Nej </td></tr><tr><td> Spara som SVG </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Spara som PDF </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Spara som BioPAX </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Spara som SBML </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Spara som SBGN-ML </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Nej </td></tr><tr><td> identifierare Mapping </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> membran Rendering </td><td> Ja </td><td> Nej </td&gt; <td> Nej </td><td> Nej </td><td> Nej </td></tr><tr><td> organell Rendering </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Nej </td></tr><tr><td> organ~~POS=TRUNC Rendering </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Nej </td></tr><tr><td> Färg Rich Images </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Nej </td></tr><tr><td> pathway Beskrivning </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Ja </td><td> Nej </td></tr><tr><td> Pathway DB Link </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nej </td></tr><tr><td> pathway Slutledning </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Nej </td><td> Ja </td><td> Nej </td></tr><tr><td> Expt. dataöverlagring </td><td> Nej </td><td> Ja </td><td> Nej </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> pathway Analys </td><td> Nej </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td&gt; Ja </td><td> Ja </td></tr></tbody></table> Tabell 1: Jämförelse av funktioner. En jämförelse funktion av flera gemensamma vägen redigering / rendering verktyg. Kompletterande fil 1: Exempel på TCA Programbeskrivning för PathWhiz Pathway. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54869/Supplementary_material_-_The_citric_acid_cycle.doc">Klicka här för att hämta kompletterande fil.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Web Tool for Generating High Quality Machine-readable Biological Pathways at JoVE.com

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

PathWhiz är en omfattande, online-väg ritverktyg för att generera biokemiska och biologiska vägar. Den använder offentligt tillgängliga databaser och lätt att bygga paletter som består av färdigritade pathway komponenter. Detta protokoll beskriver hur lätt att bygga nya vägar, replikera och redigera befintliga vägar, och propagera tidigare ritade vägar till olika organismer.

En webbverktyg för att generera hög kvalitet maskinläsbara biologiska Pathways

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

Research

JoVE Journal

Biology

A Gradient-generating Microfluidic Device for Cell Biology

En gradient som genererar mikroflödessystem enhet för cellbiologi

 The fabrication and operation of a gradient-generating microfluidic device for studying cellular behavior is described.  A microfluidic platform is an ...

A Neuronal and Astrocyte Co-Culture Assay for High Content Analysis of Neurotoxicity

En Neuronal och astrocyternas Co-Kultur-analys för High innehållsanalys av Neurotoxicitet

High Content Analysis (HCA) assays combine cells and detection reagents with automated imaging and powerful image analysis algorithms, allowing ...

Lensless On-chip Imaging of Cells Provides a New Tool for High-throughput Cell-Biology and Medical Diagnostics

Lensless On-chip Imaging Celler ett nytt verktyg för high-throughput Cell-biologi och medicinsk diagnostik

Conventional optical microscopes image cells by use of objective lenses that work together with other lenses and optical components. While quite ...

Quantification of dsDNA using the Hitachi F-7000 Fluorescence Spectrophotometer and PicoGreen Dye

Kvantifiering av dsDNA med Hitachi F-7000 Fluorescens Spektrofotometer och PicoGreen Dye

Quantification of DNA, especially in small concentrations, is an important task with a wide range of biological applications including standard molecular ...

A Noninvasive Hair Sampling Technique to Obtain High Quality DNA from Elusive Small Mammals

En icke-invasiv Hair provtagningsteknik för att med hög kvalitet DNA från Elusive små däggdjur

Noninvasive genetic sampling approaches are becoming increasingly important to study wildlife populations. A number of studies have reported using ...

Absolute Quantum Yield Measurement of Powder Samples

Absolut Quantum Yield Mätning av Pulver prov

Measurement of fluorescence quantum yield has become an important tool in the search for new solutions in the development, evaluation, quality control and ...

Using SecM Arrest Sequence as a Tool to Isolate Ribosome Bound Polypeptides

Använda SecM Arrest sekvens som ett verktyg för Isolera ribosom Bundna Polypeptider

Extensive research has provided ample evidences suggesting that protein folding in the cell is a co-translational process1-5. However, the exact pathway ...

Generation of High Quality Chromatin Immunoprecipitation DNA Template for High-throughput Sequencing (ChIP-seq)

Generation of High Quality Chromatin Immunoprecipitation DNA Template for High-throughput Sequencing ChIP-seq

Av hög kvalitet om Kromatin Immunoprecipitation DNA Mall för hög genomströmning sekvensering (chip-seq)

ChIP-sequencing (ChIP-seq) methods directly  offer whole-genome coverage, where combining chromatin immunoprecipitation  (ChIP) and massively parallel ...

High Throughput Microinjections of Sea Urchin Zygotes

Hög genomströmning microinjections av Sea Urchin Zygotes

Microinjection into cells and embryos is a common technique that is used to study a wide range of biological processes. In this method a small amount of ...

siRNA Screening to Identify Ubiquitin and Ubiquitin-like System Regulators of Biological Pathways in Cultured Mammalian Cells

siRNA Screening för att identifiera Ubiquitin och Ubiquitin-liknande system Regulatorer av biologiska banor i odlade däggdjursceller

Post-translational modification of proteins with ubiquitin and ubiquitin-like molecules (UBLs) is emerging as a dynamic cellular signaling network that ...