Przekład obszernych danych metabolomicznych na wiedzę molekularną
Metabolomika uzupełnia genomikę, transkryptomikę i proteomikę, dostarczając informacji o procesach biochemicznych i pokazując wpływ czynników poza-genetycznych, takich jak środowisko, dieta czy mikroflora. Jednym z głównych wyzwań metabolomiki przestrzennej jest zlokalizowanie setek metabolitów w ujęciu komórkowym i sub-komórkowym. Ogólnodostępny silnik bioinformatyczny Poczynione w ostatnich latach postępy w wysokiej rozdzielczości obrazowaniu w spektrometrii mas umożliwiły obrazowanie metabolitów we fragmentach tkanek biologicznych. Jednakże głównym wąskim gardłem jest brak bioinformatycznych metod molekularnej interpretacji przestrzennych danych metabolomiczych. W odpowiedzi na tę potrzebę, badacze z finansowanego przez UE projektu METASPACE (Bioinformatics for spatial metabolomics) opracowali otwartą internetową platformę społecznościową integrującą narzędzia bioinformatyczne ze sprawdzonymi procesami roboczymi do zastosowań klinicznych. „Chcieliśmy przede wszystkim stworzyć swoisty ekosystem badawczy na potrzeby wykorzystywania danych metabolomiki przestrzennej, z którego skorzystaliby zarówno badacze, jak i przedstawiciele przemysłu”, wyjaśnia koordynator projektu, dr Theodore Alexandrov. W projekcie METASPACE opracowano algorytmy dla wysokosprawnej, przypuszczalnej adnotacji setek metabolitów, w tym innowacyjną skalę do określania, czy dany metabolit jest obecny w komórkach wycinka tkankowego. Umożliwia on, na przykład, wykrycie onkometabolitów w wycinku nowotworu lub leków dostarczonych do kory nerkowej i tam zmetabolizowanych. Algorytmy te wdrożono pod postacią oprogramowania chmurowego o przyjaznym dla użytkownika interfejsie. Zespół badawczy zaangażował społeczność naukową z Europy i całego świata, która dostarczyła ponad 3000 publicznych zestawów danych w największym, jak dotąd, przedsięwzięciu dzielenia danych w obszarze metabolomiki przestrzennej. Zespół projektu METASPACE ocenił silnik w toku badania klinicznego nad nowotworem przełyku, a także w trakcie procesu rozwoju leku na potrzeby badań i rozwoju w farmacji. Wykorzystanie technologii chmurowych pozwoliło na przetworzenie ponad 50 TB surowych danych. Przyszłość METASPACE Z platformy METASPACE korzysta już ponad 200 badaczy z przeszło 70 laboratoriów na całym świecie. Konto projektu w serwisie Twitter aktywnie rozpowszechnia wiadomości i angażuje społeczność, a śledzi je ponad 400 osób. Jak wyznaje dr Alexandrov: „Projekt odmienił moje poglądy na współczesną naukę i jej wpływ. Poczułem wielką inspirację widząc, jak społeczność akademicka zgadza się podzielić swoimi danymi i stworzyć tym samym obszerną publiczną bazę danych o metabolomach przestrzennych”. Łącznie, informacje o metabolitach wykrytych w wycinkach tkanek modeli zwierzęcych oraz klinicznych próbkach tkanek ludzkich tworzy podwaliny dla dalszych badań w dziedzinie metabolomiki przestrzennej na potrzeby poszukiwania odpowiedzi dla ważnych biomedycznych zagadnień. Rosnąca potrzeba adnotacji metabolitów podkreśla wpływ tego projektu, szczególnie w odniesieniu do metabolomów związanych ze stanami chorobowymi. Na uwagę zasługuje fakt, że platforma ta umożliwia biologom i specjalistom klinicznym bez doświadczenia w pracy ze spektrometrią mas czy narzędziami bioinformatycznymi przełożyć złożone dane na wiedzę molekularną. Z założenia platforma METASPACE miała być otwarta i ogólnodostępna. Jej stworzenie miało pobudzić zrównoważony rozwój w tej dziedzinie, a ona sama miała umożliwiać dalsze włączanie przyszłych algorytmów, oprogramowania i usług. Dzięki działaniom propagującym udało się nawiązać współpracę z finansowanym przez dotację ERBN dla naukowców u progu samodzielności badawczej projektem METACELL, w którym platforma METASPACE zostanie wykorzystana do wykrywania metabolitów komórkowych. Silnik ten zostanie także wykorzystany w charakterze platformy testowej w unijnym projekcie TIK Cloud Button dla opracowania innowacyjnych technologii chmurowych. Z perspektywy przemysłu, METASPACE ma ogromny potencjał, jako platforma, którą można wykorzystać w procesie odkrywania leków i testowania procesów roboczych największych koncernów farmaceutycznych. Patrząc w przyszłość, dr Alexandrov jest przekonany, że „METASPACE przyczyni się do przyszłych odkryć w dziedzinie biomedycyny, wesprze opracowanie skutecznych terapii oraz będzie napędzać innowacje tworząc nowe możliwości dla badań i rozwoju w Europie”.
Słowa kluczowe
METASPACE, metabolit, bioinformatyka, platforma, metabolomika przestrzenna, chmura, otwarta nauka