Automated visualization of multiomics (metabolomics, proteomics, fuxomics and transcriptomics) data on Garuda, a connectivity platform for biological analytics

Význam tématu

Integrace dat z různých omických vrstev (metabolomika, proteomika, fluxomika, transkriptomika) je klíčová pro pochopení komplexních biologických systémů. Schopnost rychle vizualizovat a porovnávat tyto datové sady usnadňuje generování nových hypotéz a podporuje rozhodování v biotechnologickém výzkumu i průmyslové analytice.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout automatizovaný workflow pro vizualizaci multiomics dat na open-source platformě Garuda. Dřívější pipeline kombinovala proteomiku, metabolomiku a fluxomiku; nově byla rozšířena o transkriptomická data.

Použitá metodika a instrumentace

Synechocystis sp. PCC 6803 byla kultivována ve třech podmínkách: autotrofně, mixotrofně a fotoheterotrofně. Pro každou podmínku byla získána data:

• transkriptomika (mikroarray)
• proteomika
• metabolomika
• fluxomika

Data byla nahrána pomocí gadetu Shimadzu MS Data Import na platformě Garuda. Integrovaná analýza a vizualizace proběhly přes Multiomics Data Mapper, Cytoscape, iPath2 a VANTED.

Hlavní výsledky a diskuse

Vizualizace všech čtyř omických vrstev na společné mapě metabolismu umožnila:

• identifikovat podobnost trendů exprese genu rbcL/S a změn fluxu katalyzovaného enzymem RuBisCO
• porovnat metabolické toky a odpovědi na změny kultivačních podmínek

Přestože hladiny substrátu (RuBP) a produktu (3PG) nekorespondovaly přímo s fluxem, sledování dat v jednom rozhraní zjednodušilo interpretaci.

Přínosy a praktické využití metody

• urychlení analýzy rozsáhlých multiomics datasetů
• modulární propojení analytických nástrojů a databází
• uživatelsky přívětivá vizualizace podporující tvorbu hypotéz

Budoucí trendy a možnosti využití

• rozšíření o další omiky a integraci s machine learning nástroji
• standardizace datových formátů napříč laboratořemi
• prezentace dat v cloudových a webových rozhraních

Závěr

Platforma Garuda společně se specializovanými gadety umožňuje efektivní a flexibilní vizualizaci multiomics dat. Rozšíření o transkriptomiku dále posiluje možnosti komplexního pohledu na biologické systémy.

Reference

1. Garuda Alliance. http://www.garuda-alliance.org
2. Nakajima et al., Plant Cell Physiol 55, 1605-1612 (2014)
3. Yoshikawa et al., Biotechnol J 8, 571-580 (2013)
4. Nakajima et al., Plant Cell Physiol 58, 537-545 (2017)
5. Rohn et al., BMC Syst Biol 6:139 (2012)
6. Yamada et al., Nucleic Acids Res. 39(Suppl. 2):W412-W415 (2011)