gP2S, un sistema de gestión de la información para experimentos cryoem

Diseño general y patrón de navegaciónLa aplicación gP2S está orientada a proyectos, de tal manera que una entidad solo se puede crear en el contexto de un proyecto. El proyecto relevante se selecciona primero en la lista desplegable ubicada cerca de la esquina superior izquierda de la aplicación. Para mayor comodidad, la lista de proyectos es filtrable y se ordena con los proyectos usados recientemente que se muestran en la parte superior. Al seleccionar un proyecto, el número de entidades de cada tipo que están asociadas a este proyecto se muestra en la sección de flujo de trabajo de la barra de navegación del lado izquierdo. A continuación, el usuario puede hacer clic en cualquiera de los tipos de entidad de flujo de trabajo (por ejemplo, Sesiones de microscopía) para mostrar una lista de esas entidades dentro del proyecto seleccionado (Figura 4). Esta lista consta, para cada entidad, de una etiqueta, fecha y hora de creación, el nombre del usuario que la creó, una indicación de si se ha realizado algún comentario sobre esta entidad y hasta seis campos de metadatos clave (por ejemplo, para cada sesión de microscopía: cuadrícula, número de imágenes, horas de inicio y finalización, y qué microscopio y detector se utilizaron). Al seleccionar una de las entidades enumeradas, se abre una página de detalles que enumera toda la información disponible para este elemento, incluida una lista resumida de todas las entidades antecesoras (por ejemplo, para una sesión de microscopía, se enumeran su cuadrícula principal y muestra). Esto permite una navegación muy rápida a través del “linaje” de una entidad, por ejemplo, habilitar la navegación con un solo clic desde un modelo atómico hasta los detalles de la muestra (Figura 5). Además, cualquier entidad en gP2S puede ser comentada, seleccionando “Comentarios” en la parte superior derecha de su página de detalles, ingresando un comentario de texto libre y, opcionalmente, adjuntando uno o más archivos. Preparación de la muestraEn el primer paso del flujo de trabajo, describa el ejemplo. Para ello, primero defina al menos un componente: Proteína o Ligando. Agregar una nueva proteína requiere solo una etiqueta de proteína, pero para ayudar a describir mejor la proteína, agregue un ID de PUR (para el identificador de purificación). Este campo acepta cualquier texto y puede, por ejemplo, contener un número de lote/lote o servir como lugar para una etiqueta de código de barras. Si gP2S se ha personalizado para integrarse con un sistema de registro de proteínas (ver Discusión), el PUR ID se puede validar automáticamente y utilizar para recuperar y mostrar información detallada sobre este lote de proteína. Para los ligandos, una etiqueta y la concentración de stock son información obligatoria. Todos los demás campos son opcionales e incluyen: concepto (código de barras, nombre común u otro identificador de ligando) e identificador de lote/lote. Una vez más, si gP2S se ha configurado para integrarse con un sistema de registro de ligandos, los identificadores de concepto y lote se pueden utilizar para obtener y mostrar datos almacenados externamente que describen el ligando (por ejemplo, su estructura química, resultados de ensayos). Una muestra se define por cualquier combinación de proteínas y ligandos y sus concentraciones finales. Opcionalmente, especifique otros detalles experimentales de la muestra, como el tiempo y la temperatura de incubación, el búfer y una descripción del protocolo de texto libre. Preparación de la cuadrículaCuando sample esté listo, vaya a Grids. En la lista, debajo de la etiqueta de cada cuadrícula, busque una o dos etiquetas de colores que indiquen el tipo de cuadrícula (crio o mancha) y si esa cuadrícula está disponible para su uso. Para crear una nueva cuadrícula, seleccione Crear nueva cuadrícula. Escriba una etiqueta, seleccione el Tipo de cuadrícula y el Protocolo de tratamiento de superficie (por ejemplo, descarga de resplandor) utilizados. A continuación, indique si está preparando una cuadrícula de manchas crio o negativas y seleccione uno de los protocolos de preparación preconfigurados de la lista desplegable, que se rellena con Protocolos de manchas negativas o Protocolos de vitrificación, dependiendo del tipo de preparación de cuadrícula seleccionado anteriormente. A continuación, seleccione la muestra adecuada en la lista desplegable y use un modificador de alternancia para indicar si la muestra permanece disponible (que se describe con más detalle a continuación). Si decide diluir o concentrar la muestra seleccionada, indíquelo utilizando el botón de alternancia “¿diluido/concentrado?” y especifique el factor de dilución o concentración correspondiente. Especifique el volumen aplicado a la cuadrícula (en μL) y, opcionalmente, también puede registrar un tiempo de incubación. Por último, defina la ubicación de almacenamiento de la cuadrícula. Para cuadrículas de manchas negativas, registre la etiqueta /número de la caja de almacenamiento y la posición de la cuadrícula dentro de la caja. Para las cuadrículas de crio, primero seleccione un dispositivo de almacenamiento de la lista y, a continuación, proporcione información para los campos disponibles y apropiados (cilindro, tubo y/o caja, dependiendo de las propiedades del dispositivo de almacenamiento Cryo definidas previamente en la configuración). Las partes del flujo de trabajo que se describieron anteriormente, Muestras y Cuadrículas, forman parte de un sistema de administración de inventario. Esta característica realiza un seguimiento de si los componentes siguen estando disponibles para su uso. Una proteína o ligando se puede hacer inasequible del nivel de la muestra. Al crear una muestra, al seleccionar “última colocación” para cualquiera de los componentes de esa muestra, se marcan esos componentes como no disponibles para su uso futuro: ya no estarán disponibles en la lista desplegable al crear la muestra y no se marcarán con la etiqueta “Disponible” en la vista de lista. Un ejemplo seleccionado se puede marcar como no disponible mediante uno de los dos modificadores de alternancia: “¿Disponible para la creación de cuadrículas?” (en Muestras) o “¿La muestra está disponible para su uso posterior?” (en Cuadrículas). Para administrar la disponibilidad de la cuadrícula, use la opción “¿La cuadrícula volvió al almacenamiento?” (en Sesiones de microscopía). De forma predeterminada, este valor se establece en “Sí” para todas las cuadrículas de manchas negativas y en “No” para las cuadrículas cryoEM. recogida de datosUna vez registradas las cuadrículas, registre los experimentos de recopilación de datos creando sesiones de microscopía en gP2S. Microscopy Session es la entidad experimental más compleja rastreada por la aplicación y está organizada en cuatro secciones: información básica, ajustes de microscopio, ajustes de exposición y control de microscopio. La primera sección contiene información básica: una etiqueta de sesión de microscopía, sus fechas y horas de inicio y finalización, qué cuadrícula se fotocisó, qué microscopio, detector y soporte de muestra (si corresponde) se utilizaron, y cuántas imágenes se recopilaron. Al crear una nueva sesión de microscopía, el sistema rellena automáticamente la fecha y hora de inicio. La fecha y hora de finalización son opcionales. Esto se debe a que una sesión puede registrarse en el sistema mientras el experimento aún está en curso y, por lo tanto, su hora de finalización no se conocería con precisión. Si no se conocen la fecha y hora de finalización, escríbalo manualmente o use el botón “ahora” para ingresar la fecha y hora actuales. Otra forma es aprovechar el hecho de que gP2S no permite más de una sesión de microscopía inacabada en cualquier microscopio dado. Iniciar una nueva sesión de microscopía en el mismo microscopio marca automáticamente cualquier sesión iniciada previamente como terminada. En el paso siguiente, elija la cuadrícula. La lista desplegable tendrá todas las cuadrículas disponibles en el proyecto actual. Después de elegir una cuadrícula, se verá parte de su información básica: quién la creó y cuándo, y qué muestra se le aplicó. Dependiendo del tipo de cuadrícula seleccionada, la sesión de microscopía se marcará como “mancha” o “crio” en la vista de lista. De forma predeterminada, el microscopio utilizado más recientemente en el proyecto actual está preseleccionado. Si un microscopio en particular tiene un mecanismo de inserción de muestras definido como un cargador automático, esta es la información que se muestra como el soporte de la muestra. Sin embargo, si el microscopio seleccionado requiere el uso de soportes de entrada lateral, seleccione el soporte utilizado de la lista de soportes de muestra configurados para trabajar con este microscopio (si la rejilla seleccionada es una rejilla de crio, solo se enumeran los soportes con capacidad de crio). La segunda sección de un formulario de sesión de microscopía contiene información sobre los ajustes del microscopio, como los voltajes de extracción y aceleración, la lente de la pistola, el diámetro de la apertura C2, la apertura objetiva y el ancho de la hendidura del filtro de energía. Durante el uso rutinario, esta configuración rara vez se cambia porque los usuarios normalmente no tienen que desviarse de los valores predeterminados. La tercera sección de la Sesión de Microscopía contiene información sobre los ajustes de exposición. En esta sección se registran los siguientes metadatos: aumento (tamaño de píxel), tamaño del punto, diámetro del área iluminada, duración de la exposición y si se utilizaron nanosondas, modo de conteo, fraccionamiento de dosis y súper resolución (el modo de conteo, el fraccionamiento de dosis y los ajustes de súper resolución solo están habilitados si el Detector seleccionado tiene estas características). Si se utilizó el fraccionamiento de dosis, también se registran el número de fotogramas y la tasa de exposición. Para mayor comodidad, se calculan sobre la marcha una serie de parámetros experimentalmente importantes y se muestran dentro de la forma: el tamaño de píxel de la imagen final (Å), la velocidad de exposición (electrones/Å2/s), la exposición total (electrones/Å2),la duración del fotograma (s) y la exposición por fotograma (electron/Å2). La cuarta y última sección de la sesión de microscopía se puede utilizar para registrar el enfoque inferior mínimo y máximo del objetivo, y el número de exposiciones por agujero. Si bien las sesiones de microscopía en gP2S se pueden utilizar para registrar cualquier tipo de trabajo de microscopía, ya sea para fines de detección o recopilación de datos, hemos encontrado que es suficiente y más eficiente pedir a los usuarios que se centren en el registro de sesiones de recopilación de datos, y que las sesiones de detección, en las que una cuadrícula solo se inspecciona brevemente para el control de calidad, no necesariamente se deben registrar como sesiones de microscopía. tratamiento de imágenesEl trabajo de procesamiento de imágenes se registra en gP2S como entidades de sesión de procesamiento. Cada sesión de procesamiento está relacionada con una o más sesiones de microscopía, que deben seleccionarse en una lista desplegable. Indique qué paquetes de software (programas y versiones) se utilizaron, el número de micrografías y el número de partículas recogidas. Opcionalmente, registre el nombre del directorio del procesamiento. Deposición de mapasUna vez que se han obtenido una o más reconstrucciones tridimensionales, los mapas se pueden depositar en gP2S. Cada mapa está asociado con una sesión de procesamiento y consta del archivo de mapa real (normalmente un archivo con formato MRC, pero gP2S permite cualquier tipo de archivo) y metadatos clave: tamaño del píxel (Å), nivel de isocontour recomendado para la representación de superficies, qué simetría se aplica, número de imágenes utilizadas para crear el mapa y la resolución estimada : en sus mejores y peores partes, así como la resolución global promedio. Los mapas se pueden asociar entre sí mediante los siguientes tipos de relaciones: versiones filtradas, enmascaradas, remuestreadas o refinadas. Al registrar dicha asociación, seleccione el tipo de relación (por ejemplo, “es la versión filtrada de ” o “se ha filtrado la versión”). Deposición del modeloUna vez que se ha obtenido un modelo atómico, se puede depositar en la sección modelo de gP2S para el proyecto correspondiente. La característica modelo en la primera versión de gP2S es barebones: aparte del archivo de modelo real (normalmente un archivo PDB o mmCIF), solo se requiere la resolución (en Å) y el mapa (o lista de mapas) de la que se derivó el modelo. Además, es posible indicar que un modelo es una versión refinada de un modelo depositado previamente. Las características adicionales, incluida la validación del modelo, están en desarrollo y pueden agregarse a la versión de código abierto de gP2S en el futuro. InformesPuede ser necesario generar documentos de resumen para ser distribuidos a los colaboradores, que pueden no tener acceso a gP2S, o para ser archivados en un sistema de archivos. gP2S proporciona una funcionalidad de informe para este propósito, disponible a través de un icono de impresora en la parte superior derecha de cada página de vista de detalles de la entidad. Esto genera un archivo PDF imprimible que incluye todos los metadatos que describen la entidad y cada una de sus entidades antecesoras, incluidos todos los comentarios. Esta característica es particularmente valiosa después de la deposición del modelo, ya que todos los datos y metadatos que rastrean el linaje del modelo atómico final hasta el final hasta lotes específicos de ligandos de proteínas y moléculas pequeñas a través de sesiones de microscopía y cuadrículas estarán disponibles en un solo documento. Figura 1. gP2S ejecutándose en un iPad en un banco de laboratorio de vitrificación. La interfaz de usuario ha sido diseñada para funcionar con pantallas táctiles, lo que facilita el uso en el laboratorio y la entrada precisa de metadatos. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura. Figura 2:Arquitectura del sistema gP2S. gP2S sigue una organización clásica de tres niveles y se basa en dos servidores de bases de datos para el almacenamiento de datos y un servidor LDAP para la autenticación de usuarios. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura. Figura 3:El modelo de datos gP2S. Las entidades se representan como rectángulos (naranja oscuro para las entidades de flujo de trabajo, naranja para equipos y protocolos, amarillo para otros tipos de entidad) y sus relaciones (uno a uno, uno a varios, varios a varios) denotadas por líneas continuas. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura. Figura 4. Vista de lista de sesión de microscopía. En esta vista, se enumeran todas las sesiones de microscopía registradas en el proyecto seleccionado (“CARD9” en esta captura de pantalla). Una etiqueta verde o púrpura diferencia entre sesiones de microscopía a temperatura ambiente (mancha negativa) y criógena, y se enumeran algunos metadatos clave que describen cada sesión (por ejemplo, el usuario que la registró, en el extremo derecho). Al hacer clic en el nombre de una sesión de microscopía se abre una vista detallada de esa sesión (una vista detallada de un modelo se muestra en la Figura 5). Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura. Figura 5. Vista de detalle del modelo. La parte superior de la página muestra los metadatos disponibles para el modelo seleccionado. El panel de comentarios de la derecha se puede ocultar haciendo clic en la cruz (arriba a la derecha) o en “Comentarios (1)” a su izquierda. A continuación, un conjunto de iconos permite la generación de un informe PDF (icono de impresora, ver texto principal), la edición de la entrada (icono de lápiz) o su duplicación (icono de rectángulos dobles). La parte inferior de la página contiene una lista de estructura de todas las entidades de las que desciende este modelo, desde muestras hasta mapas. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura. Nombre de la biblioteca o marco de trabajo tipo Versión ApacheDS Servidor LDAP 0.7.0 estibador herramienta de desarrollo n/d elemento biblioteca 1.4.10 hibernar biblioteca 5.0.12 Java lenguaje de programación 1.8+ JavaScript lenguaje de programación EcmaScript 2017 JUnit biblioteca 4.12 karma biblioteca 1.4.1 entendido herramienta de desarrollo 3+ MongoDB Servidor de base de datos 4.0.6 Base de datos MySQL Servidor de base de datos 5.7 Nodo.js Marco de referencia 6.9.1 SASS (nodo-sass) biblioteca 4.5.3 SpringBoot Marco de referencia 1.3 Interfaz de usuario de Swagger biblioteca 2.6.1 gato servidor de aplicaciones 8.5.15 Vue.js Marco de referencia 2.4.2 vue-cli herramienta de desarrollo 2.6.12 Tabla 1. Bibliotecas y marcos utilizados por gP2S