كائن الحوسبة الحيوية

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

مشروع كائن الحوسبة الحيوية ( BCO ) هو مبادرة مجتمعية تهدف إلى بناء إطار عمل لتوحيد ومشاركة العمليات الحسابية والتحليلات الناتجة عن التسلسل عالي الإنتاجية (HTS - المعروف أيضًا باسم تسلسل الجيل التالي أو التسلسل المتوازي الضخم ). وقد تم توحيد المشروع لاحقًا ( مؤرشف بتاريخ 2 أكتوبر 2023 في Wayback Machine ) تحت مسمى IEEE 2791-2020، ويتم الاحتفاظ بملفات المشروع في مستودع مفتوح المصدر . [ 1 ] أعلن السجل الفيدرالي في 22 يوليو 2020 أن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) تدعم الآن استخدام BioCompute (المعروف رسميًا باسم IEEE 2791-2020) في الطلبات التنظيمية، وإدراج المعيار في كتالوج معايير البيانات لتقديم بيانات HTS في طلبات الموافقة على الأدوية الجديدة (NDAs) وطلبات الموافقة على الأدوية الجنيسة (ANDAs) وطلبات ترخيص المنتجات البيولوجية ( BLAs) وطلبات الأدوية الجديدة التجريبية (INDs) إلى مراكز تقييم وبحوث البيولوجيا ( CBER ) وبحوث الأدوية والتقييم ( CDER ) ومراكز سلامة الأغذية والتغذية التطبيقية (CFSAN) .

بدأ المشروع في الأصل كعقد تعاوني بين جامعة جورج واشنطن وإدارة الغذاء والدواء الأمريكية ، ثم توسع ليشمل أكثر من 20 جامعة، وشركات تقنية حيوية، وشراكات بين القطاعين العام والخاص، وشركات أدوية، بما في ذلك شركة Seven Bridges وكلية الطب بجامعة هارفارد . [ 2 ] يهدف مشروع BCO إلى تسهيل تبادل إجراءات العمل الخاصة بتقنية الفحص عالي الإنتاجية (HTS) بين مختلف المؤسسات، مثل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، وشركات الأدوية، ومنظمات البحوث التعاقدية، ومزودي منصات المعلوماتية الحيوية، والباحثين الأكاديميين. ونظرًا لحساسية ملفات اللوائح التنظيمية، لا يُسمح بنشر سوى عدد قليل من المراجع المباشرة للمواد. ومع ذلك، يُموَّل المشروع حاليًا لتدريب مراجعي إدارة الغذاء والدواء الأمريكية ومسؤوليها على قراءة وتفسير مشاريع BCO، ولديه حاليًا 4 منشورات إما قيد التقديم أو على وشك التقديم.

خلفية

يُعدّ توثيق ومشاركة سير العمل العلمي بطريقة تُمكّن من مراجعة الحسابات ونتائجها من قِبل النظراء أو إعادة إنتاجها بشكل موثوق، أحد أكبر التحديات في المعلوماتية الحيوية. [ 3 ] تستخدم مسارات المعلوماتية الحيوية عادةً برامج متعددة، لكل منها إصدارات متعددة، ومعلمات إدخال متعددة، ومخرجات متعددة، وربما إعدادات خاصة بالمنصة. وكما هو الحال مع المعلمات التجريبية في بروتوكول المختبر، قد يكون للتغييرات الطفيفة في معلمات الحساب تأثير كبير على صحة النتائج العلمية. يوفر إطار عمل BioCompute تصميمًا كائني التوجه يُمكن من خلاله إنشاء كائن كائن حيوي (BCO) يحتوي على تفاصيل مسار العمل وكيفية استخدامه، وتوقيعه رقميًا ، ومشاركته. طُوّر مفهوم BioCompute في الأصل لتلبية احتياجات إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) البحثية والمراجعة التنظيمية لتقييم بيانات الجينوم والتحقق من صحتها. ومع ذلك، يتبع إطار عمل BioCompute مبادئ البيانات المفتوحة والقابلة لإعادة الاستخدام (FAIR Data Principles) [ 4 ] ، ويمكن استخدامه على نطاق واسع لتوفير التواصل والتوافق بين مختلف المنصات والصناعات والعلماء والجهات التنظيمية [ 5 ].

جدوى

تُعدّ كائنات الحوسبة الحيوية (BioCompute Objects) أداةً لتوحيد البيانات الجينومية، وهي مفيدة بشكل أساسي لثلاث فئات من المستخدمين: 1) الباحثون الأكاديميون الذين يُجرون تجارب جينية جديدة، 2) شركات الأدوية والتكنولوجيا الحيوية التي ترغب في تقديم أعمالها إلى إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) للمراجعة التنظيمية، و3) المراكز السريرية (المستشفيات والمختبرات) التي تُقدّم الاختبارات الجينية والطب الشخصي . تكمن فائدة هذه الكائنات للباحثين الأكاديميين في قدرتهم على إعادة إنتاج البيانات التجريبية بدقة أكبر وبمزيد من الدقة. أما بالنسبة للجهات الراغبة في تقديم أعمالها إلى إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، فتكمن فائدتها في تبسيط الإجراءات، مع تقليل الشكوك وزيادة القدرة على إعادة إنتاج العمل بدقة أكبر. وبالنسبة للمراكز السريرية، من الأهمية بمكان نقل بيانات التسلسل عالي الإنتاجية (HTS) والبيانات الوصفية السريرية بدقة، ويفضل أن يكون ذلك بطريقة موحدة يسهل قراءتها من قِبل جميع الجهات المعنية، بما في ذلك الشركاء التنظيميين.

شكل

يأتي كائن الحوسبة الحيوية (BioCompute Object) بصيغة JSON ، ويحتوي كحد أدنى على جميع إصدارات البرامج والمعلمات اللازمة لتقييم أو التحقق من مسار الحوسبة. وقد يحتوي أيضًا على بيانات إدخال كملفات أو روابط، أو جينومات مرجعية، أو مكونات Docker قابلة للتنفيذ. ويمكن دمج كائن الحوسبة الحيوية مع معيار HL7 FHIR كمورد للتحقق من المصدر. [ 6 ] كما يجري تطوير العديد من التطبيقات المشتركة التي تستفيد من صيغة BCO التي تركز على التقارير، بما في ذلك CWL (أحدها جزء من عقد حكومي ممول مع أحد مؤسسي CWL لتجربة وإنشاء وثائق لتطبيق مشترك بين BCO وCWL، بالإضافة إلى أمثلة) وRO. [ 7 ]

اتحاد بي سي أو

يسّر فريق عمل كائنات الحوسبة الحيوية (BCO) آليةً تُمكّن مختلف الجهات المعنية من تقديم ملاحظاتها حول الممارسات الحالية المتعلقة بهذا الكائن. شُكّل هذا الفريق خلال التحضير لورشة عمل معايير الحوسبة عالية الإنتاجية للعلوم التنظيمية لعام 2017 ، وكان يتألف في البداية من المشاركين في الورشة. وقد تُوّج نموّ فريق عمل كائنات الحوسبة الحيوية وجهوده، كنتيجة مباشرة للتفاعل بين مختلف الجهات المعنية من جميع المجتمعات المهتمة، بالمعيار الرسمي IEEE 2791-2020 ( مؤرشف بتاريخ 2 أكتوبر 2023 في Wayback Machine) ، والذي تمت الموافقة عليه في يناير 2020. كما أُقيمت شراكة بين القطاعين العام والخاص بين جامعة جورج واشنطن ومركز تقييم البيولوجيا والبحوث (CBER)، وأصبحت هذه الشراكة نقطة انطلاق سهلة للأفراد أو المؤسسات الجديدة للانضمام إلى مشروع كائنات الحوسبة الحيوية والمشاركة في مناقشة أفضل الممارسات المتعلقة بهذه الكائنات.

التطبيقات

تتيح حزمة R البسيطة biocompute [ 8 ] إنشاء كائنات BioCompute والتحقق من صحتها وتصديرها. أما Genomics Compliance Suite فهو تطبيق Shiny يوفر ميزات مشابهة للتعبيرات النمطية الموجودة في جميع محررات النصوص الحديثة. توجد العديد من حزم البرامج مفتوحة المصدر وتطبيقات الويب المطورة داخليًا والتي تُنفذ مواصفات BioCompute، وقد تم نشر ثلاثة منها في سحابة AWS EC2 متاحة للعامة . وتشمل هذه التطبيقات نسخة من بيئة افتراضية متكاملة عالية الأداء ، وبوابة BioCompute [ 9 ] (وهي تطبيق ويب قائم على النماذج يُمكنه إنشاء كائنات BioCompute وتعديلها استنادًا إلى معيار IEEE-2791-2020) ، ونسخة متوافقة مع BioCompute من Galaxy .

تتضمن بعض منصات المعلوماتية الحيوية دعمًا مدمجًا لـ Biocompute، والذي يسمح للمستخدم بإنشاء BCO تلقائيًا من سير العمل وتحرير المحتوى الوصفي.

  • تُسهّل منصتا DNAnexus وPrecisionFDA إنشاء ملفات BCO من خلال استيراد سير العمل، مما يسمح للمستخدمين بتعديل المحتوى الوصفي. تدعم المنصة استيراد وتصدير البيانات الوصفية لنصوص WDL وCWL، وتوفر أداة BConexus، وهي أداة متطورة تعمل بدون منصة محددة، وتتميز بواجهة مستخدم رسومية تُمكّن المستخدم من دمج ملفات BCO.
  • كما يدعم كل من Seven Bridges Genomics و Cancer Genomics Cloud من Velsera تقنية BioCompute من خلال تمكين التعبئة المسبقة المباشرة لحقول BCO من سير العمل.
  • تم دمج BioCompute أيضًا في HIVE ونسخة Galaxy الرئيسية، وكلاهما يمكّن المستخدمين بشكل مماثل من إنشاء BCOs تلقائيًا وتحرير المحتوى داخل هذه المنصات.
  • تم تطبيق برنامج BioCompute أيضًا في مشروع شراكة دليل عناصر البيانات التابع للصندوق المشترك. يتيح هذا التطبيق للمستخدم حفظ سير العمل عند رضاه عن النتائج، مما يُسهّل تتبع النتائج عبر شبكة الموارد ذات الإصدارات المستقلة، ويسمح للمستخدمين بحفظ الاستعلامات وإضافة تعليقات عليها لاستخدامها أو مشاركتها أو تكرارها لاحقًا، بما يتماشى مع دوره في تطوير ممارسات المعلوماتية الحيوية.

يهدف التكامل مع المنصات إلى تحسين معالجة البيانات والتعاون وتوفير طرق فعالة للمستخدمين لتنفيذ سير العمل، وغالبًا ما تكون التمثيلات الرسومية لـ BCOs طرقًا أكثر سهولة لتصفح أو قراءة BCOs.

مراجع

  1. ↑ سيمونيان ف، جوكس ج، مازومدر ر. كائنات الحوسبة الحيوية - خطوة نحو تقييم وتوثيق الحسابات العلمية الطبية الحيوية. مجلة PDA للعلوم والتكنولوجيا الصيدلانية. 2017؛71(2):136-146. doi:10.5731/pdajpst.2016.006734.
  2. ↑ "مواصفات كائنات الحوسبة الحيوية لتعزيز تحليل البيانات الجينومية" . www.europeanpharmaceuticalreview.com . تاريخ الاسترجاع: 21 ديسمبر 2017 .
  3. ^ ساندفي، جير كجيتيل؛ نيكروتنكو، أنطون؛ تايلور، جيمس. هوفيج ، إيفيند (24 أكتوبر 2013). "عشر قواعد بسيطة للأبحاث الحسابية القابلة للتكرار" . PLOS علم الأحياء الحسابي . 9 (10) هـ1003285. بيب كود : 2013PLSCB...9E3285S . دوى : 10.1371/journal.pcbi.1003285 . بمك 3812051 . بميد 24204232 .  
  4. ↑ ويلكنسون، مارك د.؛ دومونتير، ميشيل؛ ألبرسبيرغ، إيسبراند يان؛ أبلتون، غابرييل؛ أكسون، مايلز؛ باك، آري؛ بلومبيرغ، نيكلاس؛ بويتن، يان ويليم؛ سانتوس، لويز بونينو دا سيلفا (15 مارس 2016). "المبادئ التوجيهية FAIR لإدارة البيانات العلمية والإشراف عليها" . البيانات العلمية . 3 160018. Bibcode : 2016NatSD...360018W . doi : 10.1038/sdata.2016.18 . PMC 4792175. PMID 26978244 .  
  5. ↑ ألتيروفيتز، جيل؛ دين، دينيس أ.؛ جوبل، كارول؛ كروسو، مايكل ر.؛ سويلاند-رييس، ستان؛ بيل، أماندا؛ هايز، أناييس؛ كينج، تشارلز هادلي هـ.؛ جوهانسون، إيلين؛ طومسون، إيلين إي.؛ دونالدسون، إريك؛ تسانغ، هسيني س.؛ جويكس، جيريمي؛ ألميدا، جوناس س.؛ جو، ليديا؛ والدرهاوج، مارك؛ والش، بول؛ كاهساي، روبيل؛ بلوم، توبي؛ لاي، يوتشينغ؛ سيمونيان، فاهان؛ مازومدر، راجا (2018). "تمكين الطب الدقيق من خلال التواصل القياسي لأصل وتحليل ونتائج التسلسل عالي الإنتاجية" . مجلة PLOS Biology . 16 (12) e3000099. bioRxiv 10.1101/191783 . doi : 10.1371/ journal.pbio.3000099 . PMC 6338479. PMID 30596645 .   
  6. ↑ "Provenance-example-biocompute-object" . HL7 FHIR الإصدار 3 (STU) .
  7. ↑ سويلاند-رييس، ستان (2020-09-01)، أمثلة hive-cwl: تغليف كائنات الحوسبة الحيوية باستخدام RO-Crate
  8. ↑ "CRAN - Package biocompute" . cran.r-project.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-11-2019 .
  9. ↑ "بوابة الحوسبة الحيوية" . github.com/biocompute-objects . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-06-2020 .