Als postdoctoraal onderzoeksmedewerker in het laboratorium van BTI-faculteitslid Frank Schroeder, zag Max Helf zijn laboratoriumgenoten voortdurend worstelen bij het analyseren van gegevens. Dus besloot hij er iets aan te doen en ontwikkelde een gratis, open-source app genaamd Metaboseek, die nu essentieel is voor het werk van het lab.

Het Schroeder-lab bestudeert de rondworm Caenorhabditis elegans, een van de meest succesvolle modelsystemen voor de menselijke biologie, om nieuwe metabolieten te ontdekken die evolutionair geconserveerde signaalroutes bepalen en die nuttig kunnen zijn als aanknopingspunten voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen of landbouwchemicaliën. De onderzoekers volbrengen deze taak door de metabolieten tussen twee verschillende wormpopulaties te vergelijken - een proces dat vergelijkende metabolomics wordt genoemd.

Aangezien monsters routinematig meer dan 100.000 verbindingen bevatten, zijn computationele benaderingen essentieel om de analyse uit te voeren.

Het team vertrouwde op softwarepakketten die niet het vereiste niveau van flexibiliteit boden om analyseparameters gemakkelijk aan te passen. Die beperking, en het ontbreken van een geschikte grafische gebruikersinterface, betekende dat de collega's van Helf voor de omslachtige taak stonden om bergen gegevens visueel te inspecteren - bijvoorbeeld om mogelijke valse positieven op te sporen - en tussen verschillende andere softwaretools te springen om die zinloze resultaten.

"Het leek me gewoon erg inefficiënt en ik kon de tekortkomingen van andere softwareoplossingen voor dit probleem niet overwinnen", zei Helf. "Ik dacht dat er een eenvoudigere manier moest zijn, dus begon ik code te schrijven voor mijn eigen software."

Helf ontwikkelde de eerste versie van zijn software in 2017 en bleef deze de komende twee jaar verbeteren. "Naast het aanpakken van de problemen waar mijn labgenoten al mee te maken hadden, sprak ik met hen over wat hen nog meer tegenhield - wat ze wilden doen maar niet eens probeerden - en die functies in de app ingebouwd", zei Helf, die nu een productmanager bioinformatica bij het proteomics-bedrijf Biognosys AG. "Ik wilde dat deze nieuwe tool gebruiksvriendelijk en toegankelijk zou zijn voor iedereen die aan chemische biologie doet."

Het resultaat was Metaboseek, een app met een grafische interface die meerdere data-analysetools bevat die niet-coderende onderzoekers anders niet zouden hebben. De app stroomlijnt de analyse van vergelijkende metabolomics-gegevens door de onderzoeker te helpen bepalen welke gegevensfuncties echt zijn en hen dieper in die functies te laten graven, allemaal binnen dezelfde tool.

"Max deed dit zonder dat ik erom vroeg", zei Schroeder. "Voordat ik wist dat dit gebeurde, was er Metaboseek. We begonnen het te gebruiken, en nu zouden ons lab en vele medewerkers niet zonder kunnen bestaan."

In een studie gepubliceerd in Nature Communications op 10 februari leverde het team van Schroeder een proof-of-concept voor Metaboseek door het toe te passen op een belangrijke vetmetabolismeroute die nog niet was onderzocht:de α-oxidatieroute in C. elegans die helpt bij het afbreken van een klasse vetzuren.

Met behulp van Metaboseek ontdekte het team dat rondwormen zonder een sleutelgen in de α-oxidatieroute honderden eerder niet-gerapporteerde metabolieten verzamelden. De bevindingen zijn belangrijk omdat α-oxidatie een fundamentele biochemische route is in wormen die bij mensen behouden blijft, zei Schroeder.

"Bennett Fox deed het scheikundewerk, dus deze studie was een mooie samenwerking tussen de twee postdocs", voegde Schroeder toe, die ook professor is aan de afdeling Scheikunde en Chemische Biologie van Cornell University.

Volgens Schroeder en Helf zijn er een paar redenen waarom er niet veel goede analytische tools zijn om metabolomics-gegevens te vergelijken. Ten eerste is vergelijkende metabolomics een relatief jong veld in vergelijking met andere data-intensieve gebieden van de biologie zoals genomics (die zich richten op DNA) en proteomics (die zich richten op eiwitten), dus er is niet genoeg tijd geweest om softwaretools en database-infrastructuur te ontwikkelen .

Bovendien is de komst van betaalbare massaspectrometers met ultrahoge resolutie voor het verzamelen van metabolomics-gegevens de afgelopen tien jaar misschien wel meer dan tien keer zo groot geworden als de hoeveelheid gegevens die één monster kan genereren, waardoor er een nog grotere behoefte is ontstaan ​​aan geavanceerde tools die de mee met de stortvloed aan gegevens.

Metaboseek komt aan deze behoeften tegemoet met een reeks functies voor het analyseren van verschillende soorten gegevens ter ondersteuning van de identificatie van verbindingen, het bepalen van de structuur, het toewijzen van metabolieten aan families op basis van structurele overeenkomsten, het volgen van radioactief gelabelde verbindingen en meer. + Verder verkennen

Een R-pakket voor uitgebreide data-analyse van op peptiden en eiwitten gerichte bottom-up proteomics-data