Zespół badawczy pod kierownictwem naukowców z University of California w Riverside opracował obliczeniowy proces analizy dużych zbiorów danych z dziedziny metabolomiki, czyli nauki badającej małe cząsteczki występujące w komórkach, płynach ustrojowych, tkankach i całych ekosystemach.
Ostatnio zespół zastosował to nowe narzędzie obliczeniowe do analizy zanieczyszczeń w wodzie morskiej w południowej Kalifornii. Zespół szybko uchwycił profile chemiczne środowisk przybrzeżnych i wskazał potencjalne źródła zanieczyszczeń.
„Jesteśmy zainteresowani zrozumieniem, w jaki sposób takie zanieczyszczenia są wprowadzane do ekosystemu” — powiedział Daniel Petras, adiunkt biochemii na UC Riverside, który kierował zespołem badawczym. „Rozpoznanie, które cząsteczki w oceanie są ważne dla zdrowia środowiska, nie jest proste ze względu na ogromną 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”.
Petras i jego współpracownicy piszą w czasopiśmie Protokóły natury że ich protokół jest przeznaczony nie tylko dla doświadczonych badaczy, ale także do celów edukacyjnych, co czyni go idealnym zasobem dla studentów i naukowców na wczesnym etapie kariery. Ten obliczeniowy przepływ pracy jest uzupełniony dostępną aplikacją internetową z graficznym interfejsem użytkownika, która sprawia, że analiza danych metabolomicznych jest dostępna dla osób niebędących ekspertami i umożliwia im uzyskanie wglądu statystycznego w swoje dane w ciągu kilku minut.
„To narzędzie jest dostępne dla szerokiego grona badaczy, od zupełnych nowicjuszy po ekspertów, i jest dostosowane do użytku w połączeniu z oprogramowaniem do tworzenia sieci molekularnych, które rozwija moja grupa” — powiedział współautor Mingxun Wang, adiunkt informatyki i inżynierii na UCR. „Początkującym wytyczne i kod, które udostępniamy, ułatwiają zrozumienie typowych kroków przetwarzania i analizy danych. Ekspertom przyspiesza to powtarzalną analizę danych, umożliwiając im dzielenie się swoimi przepływami pracy i wynikami statystycznej analizy danych”.
Petras wyjaśnił, że praca badawcza jest wyjątkowa, ponieważ służy jako duży zasób edukacyjny zorganizowany przez wirtualną grupę badawczą o nazwie Virtual Multiomics Lab, lub VMOL. Z ponad 50 naukowcami z całego świata uczestniczącymi w VMOL jest społecznością opartą na społeczności i o otwartym dostępie. Jej celem jest uproszczenie i demokratyzacja procesu analizy chemicznej, czyniąc go dostępnym dla badaczy na całym świecie, niezależnie od ich pochodzenia lub zasobów.
„Jestem niesamowicie dumny, widząc, jak ten projekt ewoluował w coś znaczącego, angażując 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 masowej i nauki o danych oraz ma na celu uruchomienie wirtualnych projektów badawczych jako nowej formy współpracy naukowej”.
Całe oprogramowanie opracowane przez zespół jest bezpłatne i publicznie dostępne. Rozwój oprogramowania został zainicjowany 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, naukowców pracujących w dziedzinie biomedycyny, a także badaczy prowadzących badania kliniczne w dziedzinie nauki o mikrobiomie.
„Wszechstronność naszego protokołu rozciąga się na szeroki zakres dziedzin i typów próbek, w tym chemię kombinatoryczną, analizę domieszek oraz śladowe zanieczyszczenia żywności, produktów farmaceutycznych i innych produktów przemysłowych” – powiedział.
Petras uzyskał tytuł magistra biotechnologii na Uniwersytecie Nauk Stosowanych w Darmstadt oraz doktorat z biochemii na Uniwersytecie Technicznym w Berlinie. Prowadził badania podoktoranckie na UC San Diego, gdzie skupiał się na opracowywaniu metod metabolomiki środowiskowej na dużą skalę. W 2021 r. uruchomił Functional Metabolomics Lab na Uniwersytecie w Tybindze. W styczniu 2024 r. dołączył do UCR, gdzie jego laboratorium koncentruje się na opracowywaniu i stosowaniu metod opartych na spektrometrii masowej w celu wizualizacji i oceny wymiany chemicznej w obrębie społeczności mikrobiologicznych.
