MorphoNet tilbyder en interaktiv måde at udforske biobilleddatarevolutionen på

I løbet af de sidste to årtier, forskning i morfologi - studiet af biologiske organismers former og strukturer - er eksploderet på grund af fremskridt inden for billedteknologi. Forskere har genereret enorme mængder visuelle data, ved at bruge CT-scanninger til at afbilde hjernen, kryogen elektronmikroskopi for at visualisere vira og proteiner ved næsten atomær opløsning, og lysarkmikroskopi for at afbilde indre organer, embryoner, og forskellige organismer.

I et nyt blad, et team af forskere fra universiteterne i Montpellier, Lyon, og Toulouse I og III i Frankrig har samarbejdet om at skabe MorphoNet.org, en open source, offentligt tilgængelig, interaktive, generisk morfodynamisk webbrowser til at hjælpe forskere, lærere, og elever til at dele, analysere, og visualisere overfloden af ​​nye morfologiske data.

En del af motivationen for at udvikle MorphoNet opstod under forskernes eget arbejde. Emmanuel Faure og hans team ved universitetet i Montpellier, CNRS, har studeret havsprøjter (ascidianer) og hvordan deres embryoner udvikler sig under embryogenese. For bedre at forstå sammenhængen mellem organismernes fænotype og genotype, forskerne ønskede at forbinde deres formudvikling med dynamikken i deres genekspressionsmønstre. Ved hjælp af lysarkmikroskopi, forskerne konstruerede adskillige 4-D (3-D+t) datasæt af udviklende embryoner, og nu kan de bruge MorphoNet til yderligere at udforske gen-til-form-feedback ved hjælp af et link til den genetiske database over ascidianer.

MorphoNet har potentiale for meget mere udbredt brug, og har flere fordele i forhold til nuværende morfologiske visualiseringsplatforme. For eksempel, eksisterende platforme fokuserer mest på nicheområder, og i øjeblikket er der intet værktøj, der kombinerer morfologiske data fra alle de forskellige underområder af biologi på et enkelt sted. Også, de fleste nuværende platforme er i form af software, der skal downloades til en computer, snarere end en webbaseret browser, gør dem svære for brugerne at vedligeholde. Selvom der findes nogle få webbaserede morfologiske databaser, de fleste tillader ikke brugere at uploade nye data, og deres interaktive muligheder er begrænsede. Forskerne udviklede MorphoNet til at udfylde disse huller.

Forskerne sammenligner denne æra i morfologiske data med den genomiske datarevolution i 1990'erne og begyndelsen af ​​2000'erne. På det tidspunkt, Human Genome Project og andre genomsekventeringsprojekter fandt sted, og forskere fik pludselig adgang til en overflod af nye data om DNA, kromosomer, nukleotider, og mange andre former for genetisk materiale. For at hjælpe med at lette brugen af ​​alle disse data, beregningsbrowsere blev udviklet, såsom WashU Epigenome Browser og UCSC Genome Browser. MorphoNet er beregnet til at være analog med disse genomiske browsere til morfologiske data.

MorphoNet kører på standard internetbrowsere og tilbyder to typer adgang:uregistrerede brugere kan få adgang til offentlige datasæt og har kun visualiseringsrettigheder, der henviser til, at registrerede brugere har yderligere rettigheder, såsom muligheden for at uploade og downloade data. Da morfologiske data har mange forskellige formater, forskerne skabte et generisk format, så alle uploadede data duplikeres i dette standardformat, mens den originale kopi også forbliver på serveren. Standardformatet giver mulighed for den tværfaglige netværksstruktur, hvor brugere kan integrere data fra flere datasæt og udforske resultaterne.

Nogle af funktionerne i MorphoNet inkluderer evnen til at gruppere objekter fra forskellige datasæt for at bygge højere ordens strukturer, såsom organer; gruppere objekter efter deres tidslige herkomst, såsom til sporing af cellelinjer; skjule genstande eller gøre dem delvist gennemsigtige, giver brugerne mulighed for at "gennemskue" anatomien af ​​en menneskekrop eller anden organisme; projicere nye kvantitative og kvalitative data på billeder som etiketter eller varmekort; overlejre genekspressionsmønstre på billeder, derved bygge bro over genetisk og morfologisk information; og beregne visse statistiske egenskaber af de kvantitative aspekter af morfologiske data.

En af de største udfordringer ved at skabe en morfologisk browser var at komprimere den enorme mængde data for at tillade dens visualisering og interaktion. At gøre dette, billederne er komprimeret til overflademasker, som er gengivet ved hjælp af Unity3D-spilmotoren, der kører på standard internetbrowsere. Også, mens simple beregninger kan udføres direkte på serveren, mere komplekse beregninger kan udføres eksternt ved at uploade alle Python-baserede eller ImageJ-udførte beregninger til MorphoNet-serveren.

I fremtiden, forskerne planlægger yderligere at bruge MorphoNet til deres egen forskning i udviklingsbiologi, samt udvide dets funktioner og udforske de potentielle industrielle anvendelser.

"Der vil blive givet prioritet til at udarbejde nye fejl, tilføje nye datasæt, og udvikling af fælles brugerfunktioner, " fortalte Faure Phys.org . "Som en del af vores langsigtede vision, vi vil gerne bedre integrere al genekspressionsdatasætinformation med deres tilsvarende celleformer. En mere teknisk akse, som vi i øjeblikket udforsker (med INRIA Hybrid Team) er at integrere MorphoNet i et Virtual Reality-miljø, at udforske vores 4-D-datasæt ved hjælp af et fuldt 3-D-syn i stedet for en simpel 2-D-skærm.

"På siden af ​​potentielle industrielle anvendelser af MorphoNet, vi tror, ​​at industrier kunne være interesserede i brugen af ​​MorphoNet til deres egne emner (arkitektur, luftfart, etc.). Vi arbejder i øjeblikket med teknologioverførselsacceleratorplatformen Axlr for at bygge bro mellem vores arbejde og industrien. I denne retning, vi har også lige bedt om støtte fra vores lokale Region Occitanie."

For nu, enhver, der er interesseret i at prøve MorphoNet, bør kontakte Faure (e-mailadresse kan findes her).

"Jeg kan derefter åbne dem en konto, og de vil være i stand til at begynde at uploade deres egne data og nyde brugen af ​​MorphoNet på deres projekt, sagde han. Under alle omstændigheder, dette er den første officielle udgivelse af MorphoNet, så der er et par ting her og der endnu, der skal udvikles og poleres fuldt ud. Jeg vil meget gerne hjælpe enhver forskere, der er interesseret i vores værktøj."

© 2019 Science X Network