نظام برمجيات قابل للقياس يقوم بإجراء تحليل تكاملي لإمكانية الوصول إلى الكروماتين أحادي الخلية – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Scalable software system conducts integrative single-cell chromatin accessibility analysis
(Bob Yirka – بواسطة: بوب ييركا)

ملخص المقالة:

طور باحثون من جامعة ستانفورد ومعهد جلادستون وجامعة الملك عبد العزيز، نظام برمجيات يمكن استخدامه لتحليل تكاملي لإمكانية الوصول إلى الكروماتين أحادي الخلية، ونشروا ورقتهم المنشورة في مجلة نايتشر غيناتكس (Nature Genetics). ويستطيع الباحثون – حاليًا – إنتاج مجموعات بيانات كبيرة جدًا تحتوي على معلومات حول الكروماتين أحادي الخلية، لكن أدوات تحليلها محدودة، حيث تنمو كمية البيانات الإضافية التي يتم إنشاؤها كجزء من التحليلات بمعدل يتجاوز ذاكرة الكمبيوتر. وتغلب الباحثون على هذه المشكلة من خلال تطوير منتج برمجي جديد يسمى آرتش آر (ArchR) ، يتضمن الطريقة التي يتم بها تنظيم الجينات من خلال الترتيب المادي للحمض النووي. ويمكن استخدامه لتحليل البيانات أحادية الخلية حول إمكانية الوصول إلى الكروماتين، وبشكل أكثر تحديدًا، يمكن استخدامه لتحليل التجميع أحادي الخلية، والإزالة المزدوجة، وتحديد المسار الخلوي وتوليد مجموعة الذروة الموحدة، دون الحاجة إلى كمبيوتر عالي الأداء. وللبرنامج واجهة سهلة الاستخدام لتنفيذ مجموعة متنوعة من سيناريوهات التحليل، وإدارة بعض من نفس أنواع مخططات التحليل بشكل أسرع، وقادر على العمل مع مجموعات بيانات أكبر بكثير من الأنظمة الحالية من دون مشكلات الذاكرة. ويوفر النظام الجديد طريقة أسهل للجمع بين تحليلات الترنسكريبتوم والإبيجينوم، وهناك مجال لإضافة المزيد من الوظائف إلى النظام.  

(المقالة)

طور فريق من الباحثين من جامعة ستانفورد، يعملون مع شركاء من معهد جلادستون لعلوم البيانات والتكنولوجيا الحيوية وجامعة الملك عبد العزيز بالمملكة العربية السعودية، نظامًا برمجيًا يمكن استخدامه لتحليل تكاملي لإمكانية الوصول إلى الكروماتين [١] أحادي الخلية. وفي ورقتهم المنشورة في مجلة نايتشر غيناتكس (Nature Genetics) ، تصف المجموعة البرنامج، والمنصات التي يمكن تشغيلها عليها، وكيف يمكن أن يستخدمها الباحثون.

يستطيع الباحثون – حاليًا – إنتاج مجموعات بيانات كبيرة جدًا تحتوي على معلومات حول الكروماتين أحادي الخلية، وهي المادة التي تتكون منها الكروموسومات، مثل الحمض النووي والحمض النووي الريبي. ولسوء الحظ، فإن الأدوات التي تسمح بتحليل مثل هذه البيانات محدودة. وتتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في كمية البيانات الإضافية التي يتم إنشاؤها كجزء من مثل هذه التحليلات – فهي تنمو بمعدل يتجاوز ذاكرة الكمبيوتر. وفي هذا الجهد الجديد، تغلب الباحثون على هذه المشكلة من خلال تطوير منتج برمجي جديد يسمى آرتش آر (ArchR).

ويتضمن البرنامج الجديد الموجه نحو البحث الطريقة التي يتم بها تنظيم الجينات من خلال الترتيب المادي للحمض النووي. ويمكن استخدام آرتش آر لتحليل البيانات أحادية الخلية حول إمكانية الوصول إلى الكروماتين – فهي توضح الطرق التي يمكن أن يشارك بها الحمض النووي في النسخ. وبشكل أكثر تحديدًا، يمكن استخدامه لتحليل التجميع أحادي الخلية، والإزالة المزدوجة، وتحديد المسار الخلوي وتوليد مجموعة الذروة الموحدة.

ومما يجعل البرنامج أكثر فائدة هو أنه يمكن أن يعمل دون الحاجة إلى كمبيوتر عالي الأداء. ويدَّعي الباحثون في المشروع أيضًا أن للبرنامج واجهة سهلة الاستخدام لتنفيذ مجموعة متنوعة من سيناريوهات التحليل. كما يزعمون أن البرنامج الجديد يدير بعضًا من نفس أنواع مخططات التحليل مثل الأنظمة الأخرى، ولكن بشكل أسرع. والأهم من ذلك، نظرًا لطريقة تصميمه، لن تكون مشكلات الذاكرة مشكلة بعد الآن. وقد أظهر الاختبار أنه قادر على العمل مع مجموعات بيانات أكبر بكثير من الأنظمة الحالية.

وأشار الباحثون إلى أن النظام الجديد يوفر طريقة أسهل للجمع بين تحليلات الترنسكريبتوم [٢] (Transcriptome) والإبيجينوم [٣] (epigenome). ويقترحون أن برمجياتهم الجديدة لها تطبيقات عملية للباحثين في هذا المجال، ويخططون – بعد ذلك – لإضافة المزيد من الوظائف إلى النظام.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2021-02-scalable-software-single-cell-chromatin-accessibility.html

لمزيد من المعلومات: جيفري غرانجا وآخرون؛    ArchR is a scalable software package for integrative single-cell chromatin accessibility analysis, Nature Genetics (2021). DOI: 10.1038/s41588-021-00790-6 DOI: 10.1038 / s41588-021-00790-6

الهوامش:

[١] الكروماتين (Chromatin) هو مزيج من الحمض النووي والبروتينات التي تشكل محتويات نواة خلية؛ ووظائفه الأساسية هي: حزم الحمض النووي في أصغر حجم لاحتوائه في الخلية ولتعزيز الحمض النووي للسماح للانقسام الخيطي (الانقسام غير المباشر)، ومنع تلف الحمض النووي، والتحكم في التعبير الجيني وتَنَسُّخٌ الحمض النووي. مكونات البروتين الرئيسي للكروماتين هي الهستونات التي تضغط الحمض النووي. ويوجد الكروماتين فقط في الخلايا حقيقية النواة: الخلايا بدائية النواة يكون لها نظام مختلف جدا من الحمض النووي الذي يشار إليه على أنه حامل الجين (كروموسوم دون كروماتين). ويكيبيديا.

[٢] الترنسكريبتوم (Transcriptome) هو مجموعة من جميع نسخ الحمض النووي الريبي، بما في ذلك الترميز وغير المشفر، في فرد أو مجموعة من الخلايا. ويمكن أيضًا استخدام المصطلح أحيانًا للإشارة إلى جميع الأحماض النووية الريبية (RNAs)  ، أو الحمض النووي الريبي المرسال (mRNA)  فقط ، اعتمادًا على تجربة معينة. ويكيبيديا.

[٣] يتكون الإبيجينوم (epigenome) من سجل للتغيرات الكيميائية التي تطرأ على الحمض النووي وبروتينات الهيستون في الكائن الحي. ويمكن أن تنتقل هذه التغييرات إلى نسل الكائن الحي عبر الوراثة اللاجينية عبر الأجيال. ويكيبيديا.