In de laatste twee decennia, onderzoek in morfologie - de studie van de vormen en structuren van biologische organismen - is geëxplodeerd als gevolg van vooruitgang in beeldvormingstechnologieën. Onderzoekers hebben enorme hoeveelheden visuele gegevens gegenereerd, zoals door CT-scans te gebruiken om de hersenen in beeld te brengen, cryogene elektronenmicroscopie om virussen en eiwitten te visualiseren met een bijna atomaire resolutie, en lichtplaatmicroscopie om interne organen in beeld te brengen, embryo's, en verschillende organismen.

In een nieuwe krant een team van onderzoekers van de universiteiten van Montpellier, Lyon, en Toulouse I en III in Frankrijk hebben samengewerkt om MorphoNet.org te creëren, een open source, publiekelijk verkrijgbaar, interactief, generieke morfodynamische webbrowser om onderzoekers te helpen, leraren, en studenten om te delen, analyseren, en visualiseer de overvloed aan nieuwe morfologische gegevens.

Een deel van de motivatie om MorphoNet te ontwikkelen ontstond tijdens het eigen werk van de onderzoekers. Emmanuel Faure en zijn team aan de Universiteit van Montpellier, CNRS, heeft zeepijpen (ascidians) bestudeerd en hoe hun embryo's zich ontwikkelen tijdens de embryogenese. Om het verband tussen het fenotype en het genotype van de organismen beter te begrijpen, de onderzoekers wilden hun vormevolutie verbinden met de dynamiek van hun genexpressiepatronen. Met behulp van lichtbladmicroscopie, de onderzoekers construeerden verschillende 4-D (3-D+t) datasets van zich ontwikkelende embryo's, en nu kunnen ze MorphoNet gebruiken om de gen-naar-vorm feedback verder te onderzoeken met behulp van een link naar de genetische database van ascidians.

MorphoNet heeft het potentieel voor veel meer wijdverbreid gebruik, en heeft verschillende voordelen ten opzichte van de huidige morfologische visualisatieplatforms. Bijvoorbeeld, bestaande platforms richten zich vooral op nichegebieden, en momenteel is er geen tool die morfologische gegevens uit alle verschillende deelgebieden van de biologie op één locatie combineert. Ook, de meeste huidige platforms zijn in de vorm van software die naar een computer kan worden gedownload, in plaats van een webgebaseerde browser, waardoor ze moeilijk te onderhouden zijn voor gebruikers. Hoewel er enkele webgebaseerde morfologische databases bestaan, de meeste staan ​​gebruikers niet toe nieuwe gegevens te uploaden, en hun interactieve mogelijkheden zijn beperkt. De onderzoekers ontwikkelden MorphoNet om deze lacunes op te vullen.

De onderzoekers vergelijken dit tijdperk in morfologische data met de genomische datarevolutie van de jaren negentig en het begin van de jaren 2000. In die tijd, het Human Genome Project en andere genoomsequencing-projecten plaatsvonden, en onderzoekers kregen ineens toegang tot een overvloed aan nieuwe data over DNA, chromosomen, nucleotiden, en vele andere soorten genetisch materiaal. Om het gebruik van al deze gegevens te vergemakkelijken, computerbrowsers werden ontwikkeld, zoals de WashU Epigenome Browser en de UCSC Genome Browser. MorphoNet is bedoeld om analoog te zijn aan deze genomische browsers voor morfologische gegevens.

MorphoNet draait op standaard internetbrowsers en biedt twee soorten toegang:niet-geregistreerde gebruikers hebben toegang tot openbare datasets en hebben alleen visualisatierechten, overwegende dat geregistreerde gebruikers aanvullende rechten hebben, zoals de mogelijkheid om gegevens te uploaden en te downloaden. Aangezien morfologische gegevens veel verschillende formaten hebben, de onderzoekers hebben een generiek formaat gemaakt, zodat alle geüploade gegevens in dit standaardformaat worden gedupliceerd, terwijl de originele kopie ook op de server blijft staan. Het standaardformaat zorgt voor de interdisciplinaire netwerkstructuur, waarin gebruikers gegevens uit meerdere datasets kunnen integreren en de resultaten kunnen verkennen.

Enkele van de kenmerken van MorphoNet zijn de mogelijkheid om objecten uit verschillende datasets te groeperen om structuren van hogere orde te bouwen, zoals organen; objecten groeperen op basis van hun tijdelijke afkomst, zoals voor het volgen van cellijnen; objecten verbergen of gedeeltelijk transparant maken, gebruikers in staat stellen om de anatomie van een menselijk lichaam of ander organisme "door te kijken"; projecteer nieuwe kwantitatieve en kwalitatieve gegevens op afbeeldingen als labels of heatmaps; genexpressiepatronen over afbeeldingen heen leggen, daarbij genetische en morfologische informatie overbruggen; en bepaalde statistische eigenschappen van de kwantitatieve aspecten van morfologische gegevens te berekenen.

Een van de grootste uitdagingen bij het maken van een morfologische browser was het comprimeren van de enorme hoeveelheid gegevens om visualisatie en interactie mogelijk te maken. Om dit te doen, de afbeeldingen worden gecomprimeerd tot oppervlaktemazen, die worden weergegeven met behulp van de Unity3D-game-engine die op standaard internetbrowsers draait. Ook, terwijl eenvoudige berekeningen direct op de server kunnen worden uitgevoerd, complexere berekeningen kunnen extern worden uitgevoerd door op Python gebaseerde of door ImageJ uitgevoerde berekeningen naar de MorphoNet-server te uploaden.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om MorphoNet verder te gebruiken voor hun eigen onderzoek in ontwikkelingsbiologie, evenals de functies uitbreiden en de potentiële industriële toepassingen verkennen.

"Er zal prioriteit worden gegeven aan het uitwerken van nieuwe bugs, nieuwe datasets toevoegen, en het ontwikkelen van gemeenschappelijke gebruikersfuncties, " vertelde Fauré Phys.org . "Als onderdeel van onze langetermijnvisie, we willen graag alle gegevens over genexpressiegegevens beter integreren met hun overeenkomstige celvormen. Een meer technische as die we momenteel onderzoeken (met het INRIA Hybrid Team) is het inbedden van MorphoNet in een Virtual Reality-omgeving, om onze 4D-datasets te verkennen met een volledig 3D-visie in plaats van een eenvoudig 2D-scherm.

"Aan de kant van potentiële industriële toepassingen van MorphoNet, we denken dat industrieën geïnteresseerd zouden kunnen zijn in het gebruik van MorphoNet voor hun eigen onderwerpen (architectuur, luchtvaart, enzovoort.). We werken momenteel samen met het technologieoverdrachtsacceleratorplatform Axlr om ons werk te overbruggen naar de industrie. In deze richting, we hebben zojuist ook om steun gevraagd van onze lokale regio Occitanie."

Voor nu, iedereen die MorphoNet wil proberen, moet contact opnemen met Faure (e-mailadres is hier te vinden).

"Ik kan dan een account voor ze openen en ze kunnen beginnen met het uploaden van hun eigen gegevens en genieten van het gebruik van MorphoNet voor hun project, "zei hij. "In ieder geval, dit is de eerste officiële release van MorphoNet, dus er zijn hier en daar nog een paar dingen die nog volledig moeten worden ontwikkeld en opgepoetst. Ik zou graag alle onderzoekers helpen die geïnteresseerd zijn in onze tool."

© 2019 Wetenschap X Netwerk