Вы можете помочь расширить эту статью, переведя текст из соответствующей статьи на французском языке . (Август 2021 г.) Нажмите [показать] для получения важных инструкций по переводу.
Посмотреть машинный перевод статьи на французском языке.
Машинный перевод, такой как DeepL или Google Translate, является полезной отправной точкой для переводов, но переводчики должны при необходимости исправлять ошибки и подтверждать точность перевода, а не просто копировать и вставлять машинно-переведенный текст в английскую Википедию.
Do not translate text that appears unreliable or low-quality. If possible, verify the text with references provided in the foreign-language article.
You must provide copyright attribution in the edit summary accompanying your translation by providing an interlanguage link to the source of your translation. A model attribution edit summary is Content in this edit is translated from the existing French Wikipedia article at [[:fr:Multiomique]]; see its history for attribution.
You may also add the template {{Translated|fr|Multiomique}} to the talk page.
Мультиомика , мульти-омика , интегративная омика , «паномика» или «паномикс» — это подход к биологическому анализу, в котором наборы данных представляют собой несколько « омов », таких как геном , протеом , транскриптом , эпигеном , метаболом и микробиом (т. е. метагеном и/или метатранскриптом , в зависимости от того, как он секвенирован); [1] [2] [3] другими словами, использование нескольких технологий омики для изучения жизни согласованным образом . Объединяя эти «омы», ученые могут анализировать сложные биологические большие данные , чтобы находить новые ассоциации между биологическими сущностями, определять соответствующие биомаркеры и создавать сложные маркеры заболеваний и физиологии. При этом мультиомика интегрирует разнообразные данные омики, чтобы находить согласованно соответствующие отношения или ассоциации гено-фено-средотипа. [4] Сервис OmicTools содержит более 99 программных продуктов, связанных с анализом мультиомных данных, а также более 99 баз данных по этой теме.
Подходы системной биологии часто основаны на использовании данных паномного анализа. [5] [6] Американское общество клинической онкологии (ASCO) определяет паномику как «взаимодействие всех биологических функций внутри клетки и с другими функциями организма, объединяющее данные, собранные с помощью целевых тестов... и глобальных анализов (таких как секвенирование генома) с другой информацией, специфичной для пациента». [7]
Одноклеточная мультиомика
Раздел области мультиомики — это анализ многоуровневых данных отдельных клеток , называемый мультиомикой отдельных клеток. [8] [9] Этот подход дает нам беспрецедентное разрешение для изучения многоуровневых переходов в здоровье и болезни на уровне отдельных клеток. Преимущество по отношению к объемному анализу заключается в смягчении влияния факторов, вытекающих из вариации клеток друг на друга, что позволяет выявлять гетерогенные архитектуры тканей. [8]
Методы параллельного геномного и транскриптомного анализа отдельных клеток могут быть основаны на одновременной амплификации [10] или физическом разделении РНК и геномной ДНК. [11] Они позволяют получить информацию, которую невозможно получить исключительно из транскриптомного анализа, поскольку данные РНК не содержат некодирующих геномных областей и информации, касающейся вариации числа копий , например. Расширением этой методологии является интеграция транскриптомов отдельных клеток в метиломы отдельных клеток, объединяющая бисульфитное секвенирование отдельных клеток [12] [13] с РНК-Seq отдельных клеток. [14] Существуют также другие методы запроса эпигенома, такие как ATAC-Seq отдельных клеток [15] и Hi-C отдельных клеток [16] .
Другая, но связанная с этим проблема — интеграция протеомных и транскриптомных данных. [17] [18] Один из подходов к выполнению таких измерений заключается в физическом разделении лизатов отдельных клеток на две части, обрабатывая половину для РНК, а половину для белков. [17] Содержание белка в лизатах можно измерить, например, с помощью анализа расширения близости (PEA), который использует ДНК-штрихкодированные антитела. [19] Другой подход использует комбинацию зондов РНК тяжелых металлов и антител к белкам для адаптации массовой цитометрии для мультиомного анализа. [18]
С мультиомикой отдельных клеток связана область пространственной омики, которая анализирует ткани с помощью считывания данных омики, сохраняющих относительную пространственную ориентацию клеток в ткани. Количество опубликованных методов пространственной омики все еще отстает от количества опубликованных методов для мультиомики отдельных клеток, но эти цифры догоняют (методы одноклеточных и пространственных методов).
Мультиомика и машинное обучение
Параллельно с достижениями в высокопроизводительной биологии процветают приложения машинного обучения для анализа биомедицинских данных. Интеграция анализа данных мульти-омики и машинного обучения привела к открытию новых биомаркеров . [20] [21] [22] Например, один из методов проекта mixOmics реализует метод, основанный на разреженной регрессии частичных наименьших квадратов для выбора признаков (предполагаемых биомаркеров). [23] Единая и гибкая статистическая структура для интеграции гетерогенных данных, называемая «Регуляризованный обобщенный канонический корреляционный анализ» (RGCCA [24] [25] [26] [27] ), позволяет идентифицировать такие предполагаемые биомаркеры. Эта структура реализована и предоставляется бесплатно в пакете R RGCCA .
Мультиомика в здоровье и болезнях
В настоящее время мультиомика обещает заполнить пробелы в понимании здоровья и болезней человека, и многие исследователи работают над способами получения и анализа данных, связанных с болезнями. [28] Приложения варьируются от понимания взаимодействия хозяина и патогена и инфекционных заболеваний, [29] [30] рака, [31] до лучшего понимания хронических и сложных неинфекционных заболеваний [32] и улучшения персонализированной медицины. [33]
Интегрированный проект по микробиому человека
Вторая фаза проекта «Микробиом человека» стоимостью 170 миллионов долларов была сосредоточена на интеграции данных пациентов в различные наборы омических данных с учетом генетики хозяина, клинической информации и состава микробиома. [34] [35] Первая фаза была сосредоточена на характеристике сообществ в различных участках тела. Вторая фаза была сосредоточена на интеграции мультиомических данных от хозяина и микробиома к человеческим заболеваниям. В частности, проект использовал мультиомику для улучшения понимания взаимодействия кишечных и носовых микробиомов с диабетом 2 типа , [36] кишечными микробиомами и воспалительными заболеваниями кишечника [37] и вагинальными микробиомами и преждевременными родами. [38]
Системная иммунология
Сложность взаимодействий в иммунной системе человека побудила к созданию множества многомасштабных омических данных, связанных с иммунологией. [39] Анализ мультиомических данных использовался для сбора новых сведений об иммунном ответе на инфекционные заболевания, такие как детская лихорадка чикунгунья , [40] а также неинфекционные аутоиммунные заболевания . [41] Интегративная омика также активно использовалась для понимания эффективности и побочных эффектов вакцин , в области, называемой системной вакцинологией. [42] Например, мультиомика была необходима для выявления связи изменений в метаболитах плазмы и транскриптоме иммунной системы в ответ на вакцинацию против опоясывающего лишая . [43]
Список программного обеспечения, используемого для мультиомного анализа
Проект Bioconductor курирует ряд пакетов R, направленных на интеграцию омических данных:
omicade4, для множественного коинерционного анализа мультиомических наборов данных [44]
MultiAssayExperiment, предлагающий интерфейс биопроводника для перекрывающихся образцов [45]
IMAS, пакет, ориентированный на использование мультиомических данных для оценки альтернативного сплайсинга [46]
bioCancer, пакет для визуализации мультиомных данных по раку [47]
mixOmics, набор многомерных методов для интеграции данных [23]
MultiDataSet, пакет для инкапсуляции нескольких наборов данных [48]
Пакет RGCCA реализует универсальную структуру для интеграции данных. Этот пакет свободно доступен в Comprehensive R Archive Network (CRAN).
База данных OmicTools [49] дополнительно освещает пакеты R и другие инструменты для анализа мультиомических данных:
PaintOmics, веб-ресурс для визуализации наборов данных мульти-омики [50] [51]
SIGMA, программа Java, ориентированная на комплексный анализ наборов данных по раку [52]
iOmicsPASS, инструмент на C++ для мультиомного прогнозирования фенотипа [53]
Grimon, графический интерфейс R для визуализации мультиомных данных [54]
Omics Pipe, фреймворк на Python для воспроизводимой автоматизации анализа мультиомных данных [55]
Мультиомные базы данных
Основным ограничением классических омических исследований является изоляция только одного уровня биологической сложности. Например, транскриптомные исследования могут предоставлять информацию на уровне транскрипта, но многие различные сущности вносят вклад в биологическое состояние образца ( геномные варианты , посттрансляционные модификации , продукты метаболизма, взаимодействующие организмы и т. д.). С появлением высокопроизводительной биологии становится все более доступным проводить множественные измерения, позволяя проводить трансдоменные (например, уровни РНК и белка) корреляции и выводы. Эти корреляции помогают строить более полные биологические сети , заполняя пробелы в наших знаниях.
Однако интеграция данных — непростая задача. Чтобы облегчить этот процесс, группы курируют базу данных и конвейеры для систематического изучения мультиомных данных:
^ Бок, Кристоф; Фарлик, Маттиас; Шеффилд, Натан К. (август 2016 г.). «Мульти-омика отдельных клеток: стратегии и применение». Тенденции в биотехнологии . 34 (8): 605– 608. doi : 10.1016 /j.tibtech.2016.04.004. PMC 4959511. PMID 27212022.
^ Виланова, Кристина; Поркар, Мануэль (26 июля 2016 г.). «Достаточно ли мультиомики?». Nature Microbiology . 1 (8): 16101. doi :10.1038/nmicrobiol.2016.101. PMID 27573112. S2CID 3835720.
^ Таразона С., Бальсано-Ногейра Л. и Конеса А. (2018). Интеграция мультиомных данных в экспериментах с временными рядами. doi :10.1016/bs.coac.2018.06.005
^ Сессия PSB'14 Cancer Panomics, архив 2013-09-23 на Wayback Machine
^ Молекулярный ландшафт рака: использование паномики для стимулирования изменений. Архивировано 09.11.2013 на Wayback Machine.
^ "Глоссарий". Ускорение прогресса в борьбе с раком: план ASCO по трансформации клинических и трансляционных исследований рака (PDF) . Американское общество клинической онкологии. 2011. стр. 28 . Получено 13 сентября 2013 г.
^ ab MacAulay, Iain C.; Ponting, Chris P.; Voet, Thierry (2017). «Мультиомика отдельных клеток: множественные измерения отдельных клеток». Trends in Genetics . 33 (2): 155– 168. doi :10.1016/j.tig.2016.12.003. PMC 5303816. PMID 28089370 .
^ Ху, Юджин; Ан, Цинь; Шеу, Кэтрин; Трехо, Брэндон; Фань, Шуксин; Го, Ин (2018-04-20). «Технология мультиомики отдельных клеток: методология и применение». Frontiers in Cell and Developmental Biology . 6 : 28. doi : 10.3389/fcell.2018.00028 . ISSN 2296-634X. PMC 5919954. PMID 29732369 .
^ Кестер, Леннарт Спанджаард, Бастиан Биенко, Магда ван Ауденаарден, Александр Дей, Сиддхарт С. (2015). «Интегрированное секвенирование генома и транскриптома одной и той же клетки». Природная биотехнология . 33 (3): 285–289 . doi :10.1038/nbt.3129. OCLC 931063996. PMC 4374170 . ПМИД 25599178.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ Macaulay, Iain C; Teng, Mabel J; Haerty, Wilfried; Kumar, Parveen; Ponting, Chris P; Voet, Thierry (2016-09-29). «Разделение и параллельное секвенирование геномов и транскриптомов отдельных клеток с использованием G&T-seq». Nature Protocols . 11 (11): 2081– 2103. doi : 10.1038/nprot.2016.138. hdl : 20.500.11820/015ce29d-7e2d-42c8-82fa-cb1290b761c0 . ISSN 1754-2189. PMID 27685099. S2CID 24351548.
^ Тан, Фучжоу; Вэнь, Лу; Ли, Сяньлун; У, Синлун; Чжу, Пин; Го, Хуншань (2013-12-01). «Одноклеточные метиломные ландшафты эмбриональных стволовых клеток мыши и ранних эмбрионов, проанализированные с использованием бисульфитного секвенирования с уменьшенным представлением». Genome Research . 23 (12): 2126– 2135. doi :10.1101/gr.161679.113. ISSN 1088-9051. PMC 3847781 . PMID 24179143.
^ Келси, Гэвин; Рейк, Вольф; Стегл, Оливер; Эндрюс, Саймон Р.; Джулиан Пит; Сааде, Хеба; Крюгер, Феликс; Ангермюллер, Кристоф; Ли, Хизер Дж. (август 2014 г.). «Бисульфитное секвенирование генома одной клетки для оценки эпигенетической гетерогенности». Nature Methods . 11 (8): 817– 820. doi :10.1038/nmeth.3035. ISSN 1548-7105. PMC 4117646 . PMID 25042786.
^ Angermueller, Christof; Clark, Stephen J; Lee, Heather J; Macaulay, Iain C; Teng, Mabel J; Hu, Tim Xiaoming; Krueger, Felix; Smallwood, Sébastien A; Ponting, Chris P (11.01.2016). «Параллельное секвенирование отдельных клеток связывает транскрипционную и эпигенетическую гетерогенность». Nature Methods . 13 (3): 229– 232. doi :10.1038/nmeth.3728. ISSN 1548-7091. PMC 4770512. PMID 26752769 .
^ Гринлиф, Уильям Дж.; Чанг, Говард Й.; Снайдер, Майкл П.; Майкл Л. Гонсалес; Рафф, Дэйв; Литценбургер, Ульрике М.; Ву, Пекин; Буэнростро, Джейсон Д. (июль 2015 г.). «Доступность хроматина одиночных клеток раскрывает принципы регуляторной изменчивости». Nature . 523 (7561): 486– 490. Bibcode :2015Natur.523..486B. doi :10.1038/nature14590. ISSN 1476-4687. PMC 4685948 . PMID 26083756.
^ Фрейзер, Питер; Танай, Амос; Лауэ, Эрнест Д.; Дин, Венди; Яффе, Эйтан; Шенфельдер, Стефан; Стивенс, Тим Дж.; Люблинг, Янив; Нагано, Такаши (октябрь 2013 г.). «Одноклеточный Hi-C выявляет межклеточную изменчивость в структуре хромосом». Nature . 502 (7469): 59– 64. Bibcode :2013Natur.502...59N. doi :10.1038/nature12593. ISSN 1476-4687. PMC 3869051 . PMID 24067610.
^ аб Дарманис, Спирос; Галлант, Кэролайн Джули; Маринеску, Войчита Дана; Никлассон, Миа; Сегерман, Анна; Фламуракис, Георгиос; Фредрикссон, Саймон; Ассарссон, Эрика; Лундберг, Мартин (12 января 2016 г.). «Одновременное мультиплексное измерение РНК и белков в отдельных клетках». Отчеты по ячейкам . 14 (2): 380–389 . doi :10.1016/j.celrep.2015.12.021. ISSN 2211-1247. ПМЦ 4713867 . ПМИД 26748716.
^ ab Gherardini, Pier Federico; Nolan, Garry P.; Chen, Shih-Yu; Hsieh, Elena WY; Zunder, Eli R.; Bava, Felice-Alessio; Frei, Andreas P. (март 2016 г.). «Высоко мультиплексное одновременное обнаружение РНК и белков в отдельных клетках». Nature Methods . 13 (3): 269– 275. doi :10.1038/nmeth.3742. ISSN 1548-7105. PMC 4767631 . PMID 26808670.
^ Гармир, Лана X.; Чаудхари, Кумардип; Хуан, Сиджия (2017). «Больше — лучше: недавний прогресс в методах интеграции данных мультиомики». Frontiers in Genetics . 8 : 84. doi : 10.3389/fgene.2017.00084 . ISSN 1664-8021. PMC 5472696. PMID 28670325 .
^ Tagkopoulos, Ilias; Kim, Minseung (2018). «Интеграция данных и методы предиктивного моделирования для мультиомических наборов данных». Молекулярная омика . 14 (1): 8–25 . doi :10.1039/C7MO00051K. PMID 29725673.
^ Лин, Юджин; Лейн, Сянь-Юань (2017-01-20). «Подходы машинного обучения и системной геномики к мультиомным данным». Biomarker Research . 5 (1): 2. doi : 10.1186/s40364-017-0082-y . ISSN 2050-7771. PMC 5251341. PMID 28127429 .
^ ab Rohart, Florian; Gautier, Benoît; Singh, Amrit; Lê Cao, Kim-Anh (2017-02-14). "mixOmics: пакет R для выбора функций 'omics и интеграции множественных данных". PLOS Computational Biology . 13 (11): e1005752. Bibcode : 2017PLSCB..13E5752R. bioRxiv 10.1101/108597 . doi : 10.1371/journal.pcbi.1005752 . PMC 5687754. PMID 29099853 .
^ Конеса, Ана; Допасо, Хоакин; Гарсия-Лопес, Федерико; Гарсия-Алкальде, Фернандо (01.01.2011). «Paintomics: веб-инструмент для совместной визуализации данных транскриптомики и метаболомики». Биоинформатика . 27 (1): 137– 139. doi :10.1093/bioinformatics/btq594. ISSN 1367-4803. PMC 3008637. PMID 21098431 .
^ Конеса, Ана; Паппас, Георгиос Дж.; Фурио-Тари, Педро; Бальсано-Ногейра, Леандро; Мартинес-Мира, Карлос; Таразона, Соня; Эрнандес-де-Дьего, Рафаэль (2 июля 2018 г.). «PaintOmics 3: веб-ресурс для анализа путей и визуализации данных мультиомики». Исследования нуклеиновых кислот . 46 (П1): Ж503 – Ж509 . дои : 10.1093/nar/gky466. ISSN 0305-1048. ПМК 6030972 . ПМИД 29800320.
^ Чари, Радж; Ко, Брэдли П.; Уэдселтофт, Крейг; Бенетти, Мари; Уилсон, Ян М.; Вучич, Эмили А.; Маколей, Калум; Нг, Рэймонд Т.; Лам, Ван Л. (2008-10-07). "SIGMA2: система для интегративного геномного многомерного анализа раковых геномов, эпигеномов и транскриптомов". BMC Bioinformatics . 9 (1): 422. doi : 10.1186/1471-2105-9-422 . ISSN 1471-2105. PMC 2571113 . PMID 18840289.
^ Чой, Хёнвон; Эвинг, Роб; Чой, Квок Пуй; Фермин, Дамиан; Ко, Хироми В. Л. (2018-07-23). «iOmicsPASS: новый метод интеграции мультиомических данных по биологическим сетям и открытия предиктивных подсетей». bioRxiv : 374520. doi :10.1101/374520. S2CID 92157115.
^ Су, Эндрю И.; Логуэрсио, Сальваторе; Карланд, Тристан М.; Дюком, Жан-Кристоф; Джоя, Луи; Мейсснер, Тобиас; Фиш, Кэтлин М. (2015-06-01). «Omics Pipe: основанная на сообществе структура для воспроизводимого анализа мультиомных данных». Биоинформатика . 31 (11): 1724– 1728. doi :10.1093/bioinformatics/btv061. ISSN 1367-4803. PMC 4443682. PMID 25637560 .
^ Монтегю, Элизабет; Стэнберри, Ларисса; Хигдон, Роджер; Янко, Имре; Ли, Элейн; Андерсон, Натаниэль; Шуаньер, Джон; Стюарт, Элизабет; Яндел, Грегори (июнь 2014 г.). «MOPED 2.5 — интегрированный ресурс Multi-Omics: база данных экспрессии профилирования Multi-Omics теперь включает данные транскриптомики». OMICS: Журнал интегративной биологии . 18 (6): 335– 343. doi :10.1089/omi.2014.0061. ISSN 1536-2310. PMC 4048574. PMID 24910945 .
^ Чжан, Бин; Ван, Цзин; Штрауб, Питер; Васаикар, Сухас В. (2018-01-04). «LinkedOmics: анализ мультиомических данных в пределах и между 32 типами рака». Nucleic Acids Research . 46 (D1): D956 – D963 . doi :10.1093/nar/gkx1090. ISSN 0305-1048. PMC 5753188. PMID 29136207 .