gP2S, een informatiebeheersysteem voor CryoEM-experimenten

Algemeen ontwerp en navigatiepatroonDe gP2S-toepassing is projectgericht, zodat een entiteit alleen in de context van een project kan worden gemaakt. Het relevante project wordt eerst geselecteerd uit de vervolgkeuzelijst in de linkerbovenhoek van de toepassing. Voor het gemak is de lijst met projecten filterbaar en wordt deze gesorteerd met de recent gebruikte projecten bovenaan. Wanneer u een project selecteert, wordt het aantal entiteiten van elk type dat aan dit project is gekoppeld, weergegeven in het werkstroomgedeelte van de navigatiebalk aan de linkerkant. De gebruiker kan vervolgens op een van de typen werkstroomentiteiten (bijv. Microscopiesessies) klikken om een lijst met die entiteiten binnen het geselecteerde project weer te geven (figuur 4). Deze lijst bestaat voor elke entiteit uit een label, datum en tijd van creatie, de naam van de gebruiker die het heeft gemaakt, een indicatie of er opmerkingen zijn gemaakt over deze entiteit en maximaal zes belangrijke metagegevensvelden (bijvoorbeeld voor elke microscopiesessie: raster, aantal afbeeldingen, begin- en eindtijden en welke microscoop en detector zijn gebruikt). Als u een van de vermelde entiteiten selecteert, wordt een detailpagina geopend met alle beschikbare informatie voor dit item, inclusief een overzichtslijst met alle voorouderentiteiten (bijvoorbeeld voor een microscopiesessie worden het bovenliggende raster en voorbeeld weergegeven). Dit maakt een zeer snelle navigatie door de “afstamming” van een entiteit mogelijk, bijvoorbeeld door navigatie met één klik van een atoommodel naar de details van de steekproef mogelijk te maken (figuur 5). Bovendien kan elke entiteit in gP2S worden becommentarieerd door “Opmerkingen” te selecteren in het rechterbovenhoek van de detailpagina, een commentaar met vrije tekst in te voeren en optioneel een of meer bestanden toe te voegen. MonstervoorbereidingBeschrijf in de eerste stap van de werkstroom het voorbeeld. Definieer hiervoor eerst ten minste één component: Eiwit of Ligand. Het toevoegen van een nieuw eiwit vereist alleen een eiwitlabel, maar om te helpen bij het beter beschrijven van het eiwit, voegt u een PUR-ID (voor zuiveringsidentificatie) toe. Dit veld accepteert elke tekst en kan bijvoorbeeld een lot-/batchnummer bevatten of dienen als plaats voor een barcodelabel. Als gP2S is aangepast om te integreren met een eiwitregistratiesysteem (zie Discussie), kan de PUR-ID automatisch worden gevalideerd en worden gebruikt om gedetailleerde informatie over deze partij eiwitten op te halen en weer te geven. Voor Liganden zijn een etiket en voorraadconcentratie verplichte informatie. Alle andere velden zijn optioneel en omvatten: concept (streepjescode, algemene naam of andere ligand-id) en batch-/lot-id. Nogmaals, als gP2S is geconfigureerd om te integreren met een ligandregistratiesysteem, kunnen het concept en de lot-id’s worden gebruikt om extern opgeslagen gegevens op te halen en weer te geven die de ligand beschrijven (bijv. de chemische structuur, testresultaten). Een monster wordt gedefinieerd door elke combinatie van eiwitten en liganden en hun uiteindelijke concentraties. Specificeer eventueel andere experimentele details van het monster, zoals incubatietijd en temperatuur, buffer en een beschrijving van het vrije-tekstprotocol. NetvoorbereidingWanneer het voorbeeld gereed is, navigeert u naar Rasters. Zoek in de lijst onder het label van elk raster een of twee gekleurde tags die het rastertype (cryo of vlek) aangeven en of dat raster beschikbaar is voor gebruik. Als u een nieuw raster wilt maken, selecteert u Nieuw raster maken. Typ een label in, selecteer het rastertype en het gebruikte oppervlaktebehandelingsprotocol (bijv. gloedontlading). Geef vervolgens aan of u een cryo- of negatiefvlekraster voorbereidt en selecteer een van de vooraf geconfigureerde voorbereidingsprotocollen in de vervolgkeuzelijst, die is gevuld met negatieve vlekprotocollen of vitrificatieprotocollen, afhankelijk van het eerder geselecteerde rastervoorbereidingstype. Selecteer vervolgens het juiste voorbeeld in de vervolgkeuzelijst en gebruik een schakelschakelaar om aan te geven of het voorbeeld beschikbaar blijft (hieronder in meer detail beschreven). Als u ervoor kiest het geselecteerde monster te verdunnen of te concentreren, geeft u dit aan met behulp van de schakelaar “verdund/geconcentreerd?” en geeft u de relevante verdunnings- of concentratiefactor op. Geef het volume op dat op het raster wordt toegepast (in μL) en kan optioneel ook een incubatietijd registreren. Definieer ten slotte de opslaglocatie van het raster. Voor negatieve vlekrasters registreert u het label/nummer van het opslagvak en de positie van het raster in het vak. Voor cryoroosters selecteert u eerst een opslagapparaat in de lijst en geeft u vervolgens informatie voor de beschikbare en geschikte velden (cilinder, buis en/of doos, afhankelijk van de eigenschappen van het Cryo-opslagapparaat die eerder zijn gedefinieerd in de instellingen). De delen van de werkstroom die hierboven zijn beschreven, Voorbeelden en rasters, maken deel uit van een voorraadbeheersysteem. Deze functie houdt bij of de onderdelen nog beschikbaar zijn voor gebruik. Een eiwit of ligand kan niet beschikbaar worden gemaakt vanaf het monsterniveau. Wanneer u een sample maakt, markeert het selecteren van ‘laatste drop’ voor een van de onderdelen van die sample deze onderdelen als niet beschikbaar voor toekomstig gebruik: ze zijn niet langer beschikbaar in de vervolgkeuzelijst bij het maken van Sample en ze worden niet gemarkeerd door de tag ‘Beschikbaar’ in de lijstweergave. Een geselecteerd voorbeeld kan worden gemarkeerd als niet beschikbaar met behulp van een van de twee tuimelschakelaars – “Beschikbaar voor het maken van rasters?” (onder Monsters) of “Monster is beschikbaar voor verder gebruik?” (onder Rasters). Als u de beschikbaarheid van het raster wilt beheren, gebruikt u de schakeloptie ‘Raster terug naar opslag?’ (onder Microscopiesessies). Standaard is deze waarde ingesteld op “Ja” voor alle negatieve vlekrasters en op “Nee” voor cryoEM-rasters. dataverzamelingZodra de rasters zijn geregistreerd, registreert u experimenten met het verzamelen van gegevens door microscopiesessies in gP2S te maken. Microscopie Sessie is de meest complexe experimentele entiteit die door de applicatie wordt gevolgd en is georganiseerd in vier secties: basisinformatie, microscoopinstellingen, belichtingsinstellingen en microscoopcontrole. Het eerste deel bevat basisinformatie: een Microscopie Sessie label, de begin- en einddatums en tijden, welk raster werd afgebeeld, welke microscoop, detector en monsterhouder (indien van toepassing) werden gebruikt en hoeveel afbeeldingen werden verzameld. Bij het maken van een nieuwe microscopiesessie vult het systeem automatisch de begindatum en -tijd in. Einddatum en -tijd zijn optioneel. Dit komt omdat een sessie in het systeem kan worden geregistreerd terwijl het experiment nog aan de gang is en daarom de eindtijd ervan niet precies bekend zou zijn. Als de einddatum en tijd niet bekend zijn, typt u deze handmatig in of gebruikt u de knop “nu” om de huidige datum en tijd in te voeren. Een andere manier is om te profiteren van het feit dat gP2S niet meer dan één onvoltooide microscopiesessies op een bepaalde microscoop toestaat. Als u een nieuwe microscopiesessie op dezelfde microscoop start, wordt elke eerder gestarte sessie automatisch als voltooid markeert. Kies in de volgende stap het raster. De vervolgkeuzelijst bevat alle beschikbare rasters in het huidige project. Na het kiezen van een raster wordt een deel van de basisinformatie gezien: wie heeft het gemaakt en wanneer en welk voorbeeld is erop toegepast. Afhankelijk van het type raster dat is geselecteerd, wordt de microscopiesessie gemarkeerd als “vlek” of “cryo” in de lijstweergave. Standaard is de microscoop die het laatst in het huidige project is gebruikt, vooraf geselecteerd. Als een bepaalde microscoop een monsterinvoegmechanisme heeft dat is gedefinieerd als een autoloader, is dit de informatie die wordt weergegeven als de monsterhouder. Als de geselecteerde microscoop echter het gebruik van zijinganghouders vereist, selecteert u de houder die wordt gebruikt in de lijst met monsterhouders die zijn geconfigureerd om met deze microscoop te werken (als het geselecteerde raster een cryorooster is, worden alleen cryo-compatibele houders vermeld). Het tweede deel van een Microscopie Sessie formulier bevat informatie over microscoop instellingen zoals extractie en versnelling spanningen, pistool lens, diameter van C2 diafragma, objectief diafragma en energie filter spleet breedte. Tijdens routinematig gebruik worden deze instellingen zelden gewijzigd omdat gebruikers vaak niet hoeven af te wijken van standaardwaarden. Het derde deel van de microscopiesessie bevat informatie over belichtingsinstellingen. In deze sectie worden de volgende metagegevens geregistreerd: vergroting (pixelgrootte), vlekgrootte, diameter van het verlichte gebied, belichtingsduur en of nanoprobe, telmodus, dosisfractie en superresolutie zijn gebruikt (telmodus, dosisfractie en superresolutie-instellingen zijn alleen ingeschakeld als de geselecteerde detector deze functies heeft). Als dosisfractie is gebruikt, worden ook het aantal frames en de blootstellingssnelheid geregistreerd. Voor het gemak worden een aantal experimenteel belangrijke parameters on the fly berekend en weergegeven in de vorm: de uiteindelijke beeldpixelgrootte (Å), belichtingssnelheid (elektronen/Å2/s), totale blootstelling (elektronen/Å2),frameduur (s) en belichting per frame (elektron/Å2). Het vierde en laatste deel van de microscopiesessie kan worden gebruikt om de minimale en maximale doelonderfocus en het aantal belichtingen per gat vast te leggen. Hoewel Microscopiesessies in gP2S kunnen worden gebruikt om elk type microscopiewerk te registreren, of het nu gaat om screening of gegevensverzameling, hebben we ontdekt dat het voldoende en efficiënter is om gebruikers te vragen zich te concentreren op het registreren van sessies voor het verzamelen van gegevens, en dat screeningsessies, waarbij een raster slechts kort wordt geïnspecteerd op kwaliteitscontrole, niet noodzakelijkerwijs hoeven te worden geregistreerd als Microscopiesessies. BeeldverwerkingBeeldverwerkingswerk wordt opgenomen in gP2S als verwerkingssessie-entiteiten. Elke verwerkingssessie is gerelateerd aan een of meer microscopiesessies, die moeten worden geselecteerd in een vervolgkeuzelijst. Geef aan welke Softwarepakketten (programma’s en versies) zijn gebruikt, het aantal gepickte micrografen en het aantal gekozen deeltjes. Noteer desgewenst de naam van de map van de verwerking. KaartdepositieZodra een of meer driedimensionale reconstructies zijn verkregen, kunnen de kaarten in gP2S worden gedeponeerd. Elke kaart is gekoppeld aan een verwerkingssessie en bestaat uit het werkelijke kaartbestand (meestal een MRC-geformatteerd bestand, maar gP2S staat elk bestandstype toe) en belangrijke metagegevens: grootte van de pixel (Å), aanbevolen isocontourniveau voor oppervlakteweergave, welke symmetrie wordt toegepast, het aantal afbeeldingen dat wordt gebruikt om de kaart te maken en de geschatte resolutie : in zijn beste en slechtste delen, evenals de gemiddelde wereldwijde resolutie. Kaarten kunnen aan elkaar worden gekoppeld met behulp van de volgende typen relaties: gefilterde, gemaskeerde, opnieuw gesamplede of verfijnde versies. Selecteer bij het registreren van een dergelijke koppeling het type relatie (bijvoorbeeld ‘is gefilterde versie van ” of ‘heeft gefilterde versie’). ModeldepositieZodra een atoommodel is verkregen, kan het worden gedeponeerd in de sectie Model van gP2S voor het betreffende project. De modelfunctie in de eerste release van gP2S is barebones: anders dan het werkelijke modelbestand (meestal een PDB- of mmCIF-bestand), zijn alleen de resolutie (in Å) en de kaart (of lijst met kaarten) waaruit het model is afgeleid, vereist. Bovendien is het mogelijk om aan te geven dat een model een verfijnde versie is van een eerder gedeponeerd model. Extra functies, waaronder modelvalidatie, zijn in ontwikkeling en kunnen in de toekomst worden toegevoegd aan de open-sourceversie van gP2S. RapportenHet kan nodig zijn om beknopte documenten te genereren die moeten worden gedistribueerd naar medewerkers, die mogelijk geen toegang hebben tot gP2S of die moeten worden gearchiveerd op een bestandssysteem. gP2S biedt hiervoor een rapportfunctionaliteit, beschikbaar via een printerpictogram rechtsboven op elke weergavepagina met entiteitsgegevens. Dit genereert een afdrukbaar PDF-bestand met alle metagegevens die de entiteit en elk van de voorouderentiteiten beschrijven, inclusief alle opmerkingen. Deze functie is bijzonder waardevol na modeldepositie, omdat alle gegevens en metagegevens die de afstamming van het uiteindelijke atoommodel traceren, helemaal terug naar specifieke eiwit- en kleine molecuulligandpartijen via Microscopiesessie(s) en Raster(s) beschikbaar zullen zijn in één document. Figuur 1. gP2S draait op een iPad op een vitrification labbank. De gebruikersinterface is ontworpen voor gebruik met aanraakschermen, wat in-lab gebruik en nauwkeurige invoer van metadata vergemakkelijkt. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken. Figuur 2: gP2S-systeemarchitectuur. gP2S volgt een klassieke drielaagse organisatie en vertrouwt op twee databaseservers voor gegevensopslag en een LDAP-server voor gebruikersverificatie. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken. Figuur 3: Het gP2S-gegevensmodel. Entiteiten worden weergegeven als rechthoeken (donkeroranje voor werkstroomentiteiten, oranje voor apparatuur en protocollen, geel voor andere entiteitstypen) en hun relaties worden (een-op-een, één-op-veel, veel-op-veel) aangeduid met doorlopende lijnen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken. Figuur 4. Lijstweergave microscopiesessie. In deze weergave worden alle microscopiesessies weergegeven die zijn geregistreerd onder het geselecteerde project (“CARD9” in deze schermafbeelding). Een groene of paarse tag maakt onderscheid tussen kamertemperatuur (negatieve vlek) en cryogene microscopiesessies, en een paar belangrijke metagegevens die elke sessie beschrijven, worden weergegeven (bijvoorbeeld de gebruiker die het heeft geregistreerd, helemaal rechts). Als u op de naam van een microscopiesessie klikt, wordt een gedetailleerde weergave van die sessie geopend (een gedetailleerde weergave van een model wordt weergegeven in figuur 5). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken. Figuur 5. Model detailweergave. Het bovenste deel van de pagina toont beschikbare metagegevens voor het geselecteerde model. Het opmerkingenvenster aan de rechterkant kan worden verborgen door op het kruis (rechtsboven) of de “Opmerkingen (1)” aan de linkerkant te klikken. Hieronder maakt een set pictogrammen het genereren van een PDF-rapport mogelijk (printerpictogram, zie hoofdtekst), het bewerken van het item (potloodpictogram) of het dupliceren (pictogram dubbele rechthoeken). Het onderste deel van de pagina bevat een structuurlijst met alle entiteiten waarvan dit model is afstammen, van Voorbeelden tot Kaarten. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken. Naam van de bibliotheek of het kader type Versie ApacheDS LDAP-server 0.7.0 dokwerker ontwikkelingsinstrument n.v.t element bibliotheek 1.4.10 overwinteren bibliotheek 5.0.12 Java programmeertaal 1.8+ JavaScript programmeertaal EcmaScript 2017 JUnit bibliotheek 4.12 karma bibliotheek 1.4.1 Maven ontwikkelingsinstrument 3+ MongoDB DB-server 4.0.6 MySQL-database DB-server 5.7 Knooppunt.js kader 6.9.1 SASS (knooppunt-sass) bibliotheek 4.5.3 SpringBoot kader 1.3 Gebruikersinterface van Swagger bibliotheek 2.6.1 kater toepassingsserver 8.5.15 Vue.js kader 2.4.2 vue-cli ontwikkelingsinstrument 2.6.12 Tabel 1. Bibliotheken en frameworks die door gP2S worden gebruikt