gP2S, an Information Management System for CryoEM Experiments

Dorota Wypych; Daniel Kierecki; Filip M. Golebiowski; Alexis Rohou

doi:10.3791/62377

JoVE Journal > Biochemistry

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Biochemistry

gP2S, מערכת ניהול מידע לניסויי CryoEM

Published: June 10, 2021

doi:

10.3791/62377

Dorota Wypych¹, Daniel Kierecki¹, Filip M. Golebiowski¹, Alexis Rohou²

¹Roche Polska Sp. z o.o., ²Department of Structural Biology,Genentech

Summary

gP2S הוא יישום אינטרנט למעקב אחר ניסויי cryoEM. התכונות העיקריות שלו מתוארות, כמו גם השלבים הדרושים להתקנה וקביעת התצורה של היישום. לאחר קביעת התצורה, היישום מאפשר לרשום במדויק מטה-נתונים הקשורים לניסויי כתם והקפאה שליליים.

Abstract

מיקרוסקופ אלקטרונים קריוגניים (cryoEM) הפך לחלק בלתי נפרד מפרויקטים רבים לגילוי תרופות מכיוון שקריסטלוגרפיה של יעד החלבון אינה תמיד ברת השגה וקריום מספקת אמצעי חלופי לתמיכה בתכנון ליגנד מבוסס מבנה. כאשר מתמודדים עם מספר רב של פרויקטים נפרדים, ובתוך כל פרויקט מספר גדול פוטנציאלי של מבנים משותפים חלבון ליגנד, רישום מדויק שמירה במהירות הופך מאתגר. פרמטרים ניסיוניים רבים מכווננים לכל מטרה, כולל בשלבי הכנת הדגימה, הכנת הרשת והמיקרוסקופיה. לכן, שמירת רשומות מדויקת יכולה להיות חשובה ביותר כדי לאפשר רבייה לטווח ארוך, ולאפשר עבודת צוות יעילה, במיוחד כאשר שלבים של זרימת העבודה cryoEM מבוצעים על ידי אופרטורים שונים. כדי לסייע בהתמודדות עם אתגר זה, פיתחנו מערכת ניהול מידע מבוססת אינטרנט עבור cryoEM, הנקראת gP2S.

היישום עוקב אחר כל ניסוי, מדגם למודל אטומי סופי, בהקשר של פרויקטים, רשימה של אשר נשמרת ביישום, או חיצונית במערכת נפרדת. אוצר מילים מבוקר המוגדר על-ידי המשתמש של חומרים מתכלים, ציוד, פרוטוקולים ותוכנות מסייע לתאר כל שלב בזרימת העבודה cryoEM באופן מובנה. gP2S ניתן להגדרה באופן נרחב, ובהתאם לצרכי הצוות, עשוי להתקיים כמוצר עצמאי או להיות חלק ממערכת אקולוגית רחבה יותר של יישומים מדעיים, שילוב באמצעות API REST עם כלי ניהול פרוייקטים, יישומים העוקבים אחר ייצור חלבונים או של ליגנדים מולקולות קטנות, או יישומים לאוטומציה של איסוף ואחסון נתונים. משתמשים יכולים לרשום פרטים של כל הפעלת רשת ומיקרוסקופיה כולל מטא-נתונים ניסיוניים וערכי פרמטרים מרכזיים, ושושלת היוחסין של כל חפץ ניסיוני (מדגם, רשת, הפעלת מיקרוסקופיה, מפה וכו ‘) נרשמת. gP2S משמש כמארגן זרימת עבודה ניסיוני cryoEM המאפשר שמירת רשומות מדויקת עבור צוותים, והוא זמין תחת רישיון קוד פתוח.

Introduction

ניהול מידע במתקני cryoEM
החל משנת 2014 בערך, מספר מיקרוסקופ אלקטרונים קריוגניים (cryoEM)¹ מתקנים גדל באופן נפיץ, עם לפחות 300 מערכות high-end מותקן ברחבי העולם², כולל במספר בחברות התרופות, המשקף תפקיד גדל והולך עבור cryoEM בגילוי סמים³. המשימות של מתקנים אלה, ואת הדרישות שלהם למעקב אחר נתונים וניהול^{שונים 4}. חלקם, למשל מרכזי cryoEM לאומיים, מואשמים בקבלת רשתות EM, איסוף ערכות נתונים והחזרת נתונים למשתמשים לצורך קביעת מבנה, אולי לאחר עיבוד תמונה אוטומטי. במתקנים כאלה, מעקב אחר מקור הרשת, הקשר שלה להצעת משתמש או מענק, והשושלת מרשת לקבוצת נתונים היא קריטית, אך גורמים אחרים, כגון שיטת הטיהור של דגימת החלבון או תהליך קביעת המבנה בסופו של דבר, הם פחות, או בכלל לא, רלוונטיים. במתקנים אחרים, כגון מתקנים אקדמיים מקומיים, כל משתמש קצה אחראי על הכנת הדגימות והרשתות שלו, ניהול המיקרוסקופיה, ניהול הנתונים הגולמיים ועיבודם ופרסום התוצאות. אין צורך מחמיר במעקב אחר מטה-נתונים בחלק של מתקן כזה מאחר שתפקידו זה מתקיים על-ידי משתמש הקצה או החוקר הראשי שלו.

במתקן cryoEM שלנו, הטיפול והאופטימיזציה של דגימות, רשתות, פרוטוקולי איסוף ועיבוד נתונים, ותוצאות (מפות, מודלים) מרוכז על פני פרויקטים רבים על קבוצה קטנה של מתרגלים. זה מציב אתגרים בניהול נתונים ניסיוני (meta).. יש ללכוד ולשמר במדויק את שושלת המבנים הניסיוניים, החל מהמודל האטומי וכלה בזהות המדויקת של חלבונים וליגנדים, דרך פרמטרים להכנת רשת ופרוטוקולי איסוף נתונים. מטה-נתונים אלה חייבים להיות זמינים למספר אופרטורים אנושיים. לדוגמה, אדם שעושה עיבוד תמונה ייתכן שיהיה צורך לדעת איזה מבנה של חלבון שימש ומה היו הפרמטרים הדמיה, למרות שהם לא טיהרו את החלבון ולא אספו את נתוני cryoEM עצמם; מערכות אינפורמטיקה כגון daemons ניהול נתונים אוטומטי צריך לזהות את הפרויקט שעבורו מיקרוסקופ אוסף כעת נתונים על מנת להקצות כראוי ובשיטתיות שמות ספריות.

מספר מערכות לניהול מידע זמינות לתמיכה במתקני cryoEM. אולי השלם ביותר ביניהם הוא EMEN2⁵, המשלב תכונות של מחברת מעבדה אלקטרונית, מערכת ניהול מידע, וכמה אלמנטים של כלי ניהול תהליכים עסקיים. ISPyB^6,ששימש בסנכרון רבים, נבנה במקור כדי לתמוך בקווי הרנטגן לקריסטלוגרפיה, תומך כעת גם באיסוף נתוני cryoEM. Scipion⁷ הוא עטיפה עשירה ורבת עוצמה סביב חבילות עיבוד תמונה, המאפשר למשתמשים להקליט זרימות עבודה עיבוד תמונה ולשתף אותם, למשל באמצעות המאגר הציבורי EMPIAR⁸^,⁹, והוא משולב גם עם ISPyB כדי לאפשר עיבוד נתונים cryoEM תוך כדי תנועה.

כאן אנו מתארים gP2S (עבור חלבון Genentech למבנה), מערכת ניהול מידע קריום מודרנית וקלת משקל שנבנתה כדי לתמוך בזרימת העבודה מחלבון מטוהר וליגנד מולקולה קטנה ועד למודל האטומי הסופי.

מבט כולל על gP2S
gP2S היא מערכת לניהול מידע cryoEM ידידותית למשתמש, המאפשרת רישום רשומות מדויק עבור מעבדות cryoEM ומתקנים מרובי משתמשים מרובי פרוייקטים. מתבצע מעקב אחר הישויות הבאות, קשרי הגומלין שלהן והמטה-נתונים המשויכים להן: פרוייקטים, ציוד, חומרים מתכלים, פרוטוקולים, דגימות, רשתות, הפעלות מיקרוסקופיות, הפעלות עיבוד תמונה, מפות ומודלים אטומיים. משתמשים יכולים גם להוסיף הערות טקסט חופשי, באופן אופציונלי כולל קבצים מצורפים, המאפשר ביאור עשיר של כל ישות הרשומה ב- gP2S. החזית תוכננה כדי להקל על השימוש עם התקני מסך מגע ונבדקה בהרחבה על 12.9″ iPad Pros, מה שמאפשר להשתמש gP2S על ספסל המעבדה בעת הכנת דגימות ורשתות (איור 1), כמו גם במחשב בעת הפעלת מיקרוסקופ, עיבוד תמונות או הדגמים הפקדה. כל דף בחזית שואף להפחית הזנת נתונים ידנית על ידי הגדרה מראש של פרמטרים לערכי ברירת מחדל הגיוניים במידת האפשר.

הקצה העורפי של gP2S כולל מספר נקודות קצה של REST API (ממשק תיכנות יישומים של העברת מצב REpresentational), המאפשרות לשלב gP2S בזרימות עבודה ובקבצי Script קיימים. מודל הנתונים נועד לאפשר לכידה מדויקת של זרימות עבודה שליליות של כתמים והקפאה, כולל הסתעפות, לדוגמה עם מדגם אחד המשמש במספר רשתות, נתונים ממספר מפגשי מיקרוסקופיה הממוזגים להפעלה אחת של עיבוד נתונים, או הפעלת עיבוד נתונים אחת המניבה מספר מפות.

ארכיטקטורת מערכת
gP2S הוא יישום קלאסי בן שלוש שכבות (איור 2). בארכיטקטורה מודולרית זו, המערכת מחולקת לשלוש שכבות נפרדות, שכל אחת מהן אחראית לביצוע חובות נפרדות, וכל אחת מהן ניתנת להחלפה או ניתנת לשינוי ללא תלות באחרים. (1) שכבת המצגת (או החזית) מספקת למשתמש גישה באמצעות דפדפן אינטרנט (נבדק בהרחבה עם Chrome ו- Safari), מאפשרת יצירה ושינוי של רכיבי זרימת עבודה (כולל אימות נתונים) ומציגה נתונים ניסיוניים כישויות בודדות, רשימות מבוססות פרוייקט ודוחות זרימת עבודה מלאים. (2) שכבת השירות (או הקצה העורפי) משמשת כשכבת ביניים בין ממשק המשתמש למערכת האחסון – היא מחזיקה בלוגיקה עסקית מרכזית, חושפת את ה- API של השירות המשמש את החזית, משתלבת עם אחסון נתונים ומערכת LDAP (פרוטוקול גישה לספריה קלת משקל) לאימות משתמשים, ומספקת בסיס לשילוב נוסף עם מערכות חיצוניות. (3) שכבת ההתמדה (גישה לנתונים) אחראית לאחסון נתונים ניסיוניים, הערות משתמש וקבצים מצורפים.

טכנולוגיות ומסגרות מרכזיות
על מנת להקל על פיתוח, הקמה ותחזוקה של יישום gP2S, נעשה שימוש במספר טכנולוגיות ומסגרות בפרויקט. החשובים ביותר הם: Vue.js 2.4.2¹⁰ עבור frontend ו SpringBoot 1.3¹¹ עם מוטבע Tomcat 8 שרת עבור backend. היישום משתמש במסדי נתונים MySQL 5.7 ו- MongoDB 4.0.6 לאחסון ו- LDAP¹² לאימות. כברירת מחדל, כל חלקי רכיבים אלה נשלחים ונפרסים כיישום אחד.

בסך הכל היישום משתמש במאות ספריות שונות במישרין או בעקיפין. הבולטים שבהם רשומים בטבלה 1.

מודל נתונים
ניתן להבחין בין שלושה סוגים של ישויות במודל הנתונים gP2S (איור 3): ישויות זרימת עבודה הקשורות לנתונים שנאספו במהלך ניסויים (לדוגמה, דוגמאות או הפעלות מיקרוסקופיות); ישויות ציוד ופרוטוקול המתארות נתונים הנפוצים בכל הפרוייקטים (למשל, מיקרוסקופים או פרוטוקולי ויטריפיקציה); ישויות אחרות הממלאות תפקידים תומכים או טכניים במערכת (למשל, הערות או ערכי ברירת מחדל).

הבסיס של עץ הנתונים של זרימת העבודה הוא הישות Project. כל פרויקט מורכב ממספר חלבונים ו/או ליגנדים שהם אבני בניין ליצירת ישויות לדוגמה. ניתן להשתמש בכל דגימה ליצירת רשתות מרובות המשמשות בתורן בהפעלות מיקרוסקופיות (רשת אחת לכל הפעלת מיקרוסקופיה). האחרונים מוקצים לעיבוד הפעלות שיכולות להניב המפה אחת או יותר. הישות האחרונה בעץ היא המודל האטומי, שנוצר באמצעות המפה אחת או יותר. כתוצאה מכך, כל ישות הקשורה לזרימת עבודה, מחלבון למודל, מחויבת תמיד לפרוייקט מסוים באמצעות אבותיו. עיצוב כזה יוצר צבירות נתונים שקל לעבד על-ידי מודול החזית או על-ידי מערכות חיצוניות המשתמשות ב- API.

בנוסף לנתוני זרימת עבודה קיימות ישויות המתארות ציוד המשמש בניסויים או בפרוטוקולים שעקבו אחריהם בעת הכנת רשתות. הגדרת ישויות אלה היא תנאי מוקדם ליצירת ישויות זרימת עבודה ניסיוניות כגון רשתות, מיקרוסקופיה והפעלות עיבוד.

הסוג האחרון של ישות נתונים, הנקרא באופן קולקטיבי “אחר”, משמש למטרות טכניות (לדוגמה, קבצים מצורפים או ערכי ברירת מחדל). קטגוריה זו כוללת ישויות הערה שניתן לקשר לכל זרימת עבודה או ישויות ציוד/פרוטוקול.

זמינות תוכנה
גרסת הקוד הפתוח של gP2S זמינה תחת רישיון אפאצ’י גרסה^{2.0 26}, מ https://github.com/arohou/gP2S. תמונת Docker להפעלת gP2S זמינה מ- https://hub.docker.com/r/arohou/gp2s. סניף מקור סגור של gP2S נמצא בפיתוח מתמשך ב Roche & Genentech.

הפעלת יישום gP2S
קיימות שתי דרכים להפעלת gP2S: כגורם מכיל של docker או כיישום Java עצמאי. הבחירה האופטימלית תהיה תלויה בסביבת פריסת היעד. לדוגמה, אם היכולת להתאים אישית או לשפר את הקוד כך שיתאים לצרכים ספציפיים של המשתמשים רצויה, יש לבנות מחדש תחילה את היישום כולו. במקרה זה, מומלץ להפעיל gP2S כיישום עצמאי.

גורם מכיל של Docker
הדרך הקלה ביותר להתחיל לעבוד עם יישום gP2S היא להפעיל אותו כשירות Docker. לשם כך, תמונת דוקר ייעודית הוכנה ופורסמה במאגר Docker Hub (“https://hub.docker.com/r/arohou/gp2s”). הפעלת תמונת gP2S תלויה בגישה למסדי נתונים של MySQL ו- MongoDB ולשרת LDAP. עבור סביבה שאינה סביבת ייצור, מומלץ להפעיל את כל יחסי התלות הללו כיישומי Docker מרובי גורמים מכילים יחד עם יישום gP2S. כדי להפוך את זה לחלק, קובץ חיבור docker (https://github.com/arohou/gP2S/blob/master/docker-compose.yml) הכולל את כל התצורות הדרושות של הסביבה הסופית הוכן וניתן במאגר gP2S GitHub (https://github.com/arohou/gP2S). תמונות docker הבאות הן תלות: mysql²⁷, mongodb²⁸, apacheds²⁹.

בתצורת ברירת המחדל, כל הנתונים המאוחסנים, הן ישויות והן קבצים מצורפים יימחקו בעת הסרת הגורמים המכילים של docker. כדי לשמור על הנתונים, יש להשתמש באמצעי אחסון של docker, או ביישום gP2S שיש לחבר למופעי מסד נתונים ייעודיים (MySQL ו- MongoDB). הגורם המכיל של שרת LDAP של ApacheDS מגיע עם משתמש מנהל מערכת שתצורתו נקבעה מראש (סיסמה: סוד). יש להשתמש באישורים אלה כדי להיכנס ליישום gP2S כאשר הוא מופעל כשירות Docker. עבור סביבות ייצור ניתן להשתמש באותו קובץ חיבור docker כדי לפרוס gP2S (ומכולות אחרות במידת הצורך) כשירותים לפלטפורמת תזמור מכולות של Docker Swarm.

התהליך המלא של הפעלת gP2S כגורם מכיל של Docker, כולל כל הפרטים לגבי התצורה הנכונה מתואר במאגר gP2S GitHub ומכסה את הנושאים הבאים:

• הפעלת יישום gP2S מנוקב עם כל יחסי התלות.
• גישה ליישום gP2S, מסד נתונים ו- LDAP.
• עדכון שירות gP2S בגירסה חדשה.
• הסרת יישום gP2S.
• קביעת תצורה של התמדה בנתונים.
• חיבור יישום gP2S מנוקב למסדי נתונים ייעודיים או לשרת LDAP.
• פרטי תצורה

יישום Java עצמאי
אפשרות נוספת להפעיל את יישום gP2S היא לבנות חבילת Java עצמאית. יש לנקוט בגישה זו אם הפעלת גורמים מכילים של Docker אינה אפשרית. בניית יישום gP2S דורשת התקנת ערכת פיתוח Java גירסה 8 ומעלה. תהליך הבנייה כולו מנוהל על ידי הכלי Maven, המסופק בבסיס הקוד במאגר GitHub. תצורת הבנייה מוכנה לבנות תחילה את החלק החזיתי, לאחר מכן להעתיק אותו למקורות העורפיים ולאחר מכן לבנות אותו כיישום סופי. בדרך זו, אין צורך להתקין כלים או ספריות אחרים על מנת להכין חבילת gP2S מתפקדת במלואה. כברירת מחדל, תוצאת הבנייה היא חבילת JAR (מאוחסנת מקומית) ותמונת Docker (נדחפת למאגר שהוגדר בקובץ .xml הפונפון של מייבן). חשוב לזכור כי יש לספק מידע הדרוש להתחברות למערכות חיצוניות (מסדי נתונים ושרת LDAP) בקובץ תצורה מתאים לפני בניית החבילה.

לאחר יצירת חבילת gP2S JAR, היא מכילה את כל יחסי התלות ומידע התצורה הדרושים להפעלת היישום, כולל שרת היישומים Tomcat המארח את המערכת. אם החבילה נבנתה עם קבצי תצורה מרובים, ניתן להפעיל אותה במצבים שונים מבלי לבנות אותה מחדש.

מאגר gP2S GitHub כולל תיאור מלא של תהליך הבנייה וההפעלה של gP2S כיישום עצמאי ומכסה את הנושאים הבאים:

• בניית gP2S באמצעות הכלי מייבן
• בנייה והפעלה עם מסדי נתונים מוטבעים
• בנייה והפעלה עם יחסי תלות שנפרסו כמכלי docker
• בנייה וריצה עם מאגרי מידע ייעודיים
• קביעת תצורה של אימות

Protocol

1. הגדרת gP2S לעבודה היכנס ל- gP2S. לאחר כניסה מוצלחת, המסך הראשי מוצג.הערה: בפינה השמאלית העליונה, שם המשתמש מוצג – לחץ על זה כדי להתנתק. סרגל הניווט בצד שמאל מורכב מבורר פרוייקטים (למעלה), קבוצה של פריטי ניווט המפרטים את סוגי הישויות הניסיוניים המגדירים את זרימת העבודה cryoEM (דוגמאות, רשתות, הפעלות מיקרוסקופיה, הפעלות עיבוד, מפות ומודלים) וקישור למקטע הגדרות של היישום. לפני שניתן יהיה לרשום ניסויים כלשהם, אכלס את המקטע הגדרות במידע אודות הפרוייקטים, הציוד, המתכלים, התוכנות והפרוטוקולים הנמצאים בשימוש במתקן cryoEM. ניתן לעדכן הגדרות בכל עת על-ידי הוספת כלים ופרוייקטים חדשים ועל-ידי עריכת הערכים הקיימים; עם זאת, בדיוק כמו כל הישויות ב- gP2S, אין אפשרות למחוק ישויות הגדרות לאחר יצירתן. 2. קבע תצורה של פרוייקט אחד לפחות נווט אל הגדרות > פרוייקטים. לחץ על צור פרוייקט חדש. הקלד תווית פרוייקט. לחץ על שמור. 3. הגדר לפחות מכונת טיפול משטחית אחת. הערה: מכונות טיפול פני השטח משמשות לשינוי תכונות פני השטח של רשתות EM – לרוב הם פולטי זוהר או חומרי ניקוי פלזמה. מתוך סעיף ציוד, בחר מכונת טיפול פני השטח. לחץ על צור מחשב חדש. הזן תווית, שתשמש לזיהוי המחשב בהמשך. ספק את היצרן, הדגם והמיקום שלו. לחץ על שמור. 4. רשום לפחות סוג רשת אחד. הערה: סוגי רשת נועדו לזהות מודלים של רשתות (למשל, “2-μm סרט פחמן חורי על רשתות נחושת 300-רשת”), לא אצוות ספציפיות או הרבה רשתות מהמקטע חומרים מתכלים בחר סוג רשת. לחץ על צור סוג רשת חדש. הזן תווית, יצרן ותיאור של סוג רשת. לחץ על שמור. 5. רשום לפחות מכונת ויטריפיקציה אחת במקטע ציוד, בחר מכונת ויטריפיקציה. לחץ על צור מחשב חדש. ספק את היצרן, הדגם והמיקום שלו. לחץ על שמור. 6. רשום לפחות נייר סופג אחד מהמקטע חומרים מתכלים בחר נייר סופג. לחץ על צור נייר סופג חדש. הקלד תווית נייר סופג, יצרן ודגם. לחץ על שמור. 7. רשום לפחות התקן אחסון קריו אחד במקטע ציוד, בחר התקן אחסון Cryo. לחץ על צור התקן אחסון חדש. הזן את היצרן, הדגם והמיקום של ההתקן. הגדר את המתגים הדו-מצביים כדי לציין אם התקן האחסון שנוסף כולל צילינדרים, צינורות ו/או תיבות.הערה: אם כן, gP2S יאפשר למשתמשים לציין מזהי גליל, צינור ו/או תיבה רלוונטיים בהמשך כאשר משתמשים ירשום את מיקומי האחסון עבור רשתות בודדות. עם חתיכות לעיל של ציוד מתכלים להגדיר, ניתן ליצור שלושה סוגים של פרוטוקולים – טיפול פני השטח, כתם שלילי Vitrification. 8. רשום לפחות פרוטוקול טיפול משטחי אחד במקטע פרוטוקולים, בחר טיפול פני השטח. לחץ על צור פרוטוקול חדש. הזן תווית כדי לזהות את הפרוטוקול. בחר אחת ממכונות הטיפול פני השטח. ציין הגדרות המשמשות במהלך פרוטוקול זה: משך זמן, זרם וקוטביות של הפריקה, ולחץ כמו גם כל תוספים באטמוספירה. לחץ על שמור. 9. צור לפחות פרוטוקול כתם שלילי אחד במקטע פרוטוקולים, בחר כתם שלילי. לחץ על צור פרוטוקול חדש. הזן תווית פרוטוקול. תאר את הכתם על-ידי מתן ערכים עבור שמו, ה- pH וריכוז מלח המתכת הכבדה. ציין את זמן הדגירה של הכתם לפני הכתם. הזן תיאור טקסט חופשי של הפרוטוקול. לחץ על שמור. 10. רשום לפחות פרוטוקול הקפאת רשת אחד במקטע פרוטוקולים, בחר באפשרות ויטריפיקציה. לחץ על צור פרוטוקול חדש. הזן תווית פרוטוקול. בחר את מכונת הוויטריפיקציה הרלוונטית מהרשימה הנפתחת. בחר את נייר ההפחתה המשמש בפרוטוקול זה. לאחר מכן, לספק את המידע הניסיוני הנותר: לחות יחסית, טמפרטורה, כוח כתם, מספר כתמים, זמן כתם, זמן המתנה, זמן ניקוז, מספר יישומי מדגם. הזן תיאור של טקסט חופשי. לחץ על שמור.הערה: לאחר קביעת התצורה של הפרוטוקולים, ניתן ליצור הן רשתות קריו והן רשתות כתם שלילי. כדי להשתמש ב- gP2S כדי להקליט את השלבים הבאים בזרימת העבודה, החל מהפעלות מיקרוסקופיה, יש צורך להגדיר מיקרוסקופ, גלאי אלקטרונים ומחזיק מדגם. 11. רשום לפחות מיקרוסקופ אחד במקטע ציוד, בחר מיקרוסקופ. לחץ על צור מיקרוסקופ חדש. הקלד תווית מיקרוסקופ. ספק את היצרן, הדגם והמיקום שלו. בחר אילו מתחי האצה מוגדרים ושישים במיקרוסקופ זה, מתוך הרשימה המוגדרת מראש של 80, 120, 200 ו- 300 kV. ציין את רשימת המלבן (“C2”) ואת פתחי האובייקטים המותקנים. הערה: עבור כל סוג, ניתן להגדיר עד 4 חריצי צמצם, שאחד מהם מוגדר כצמצם ברירת המחדל עבור מיקרוסקופ זה. במקרה של פתחים אובייקטיביים, לציין כי אחד או יותר של החריצים נלקחים על ידי צלחת פאזה, ובמקרה זה הפרמטר קוטר מושבת. ציין אם מיקרוסקופ זה מצויד במטען אוטומטי או דורש מחזיק כניסה צדדית. ציין אם המיקרוסקופ מצויד במסנן אנרגיה. ספק ערכי ברירת מחדל עבור מתח מיצוי, הגדרת עדשות אקדח, גודל ספוט ורוחב חריץ של מסנן אנרגיה (אם רלוונטי). הערכים שסופקו ישמשו כאשר משתמשים ייצרו הפעלות מיקרוסקופיה. 12. רשום לפחות גלאי אלקטרונים אחד מתוך המקטע ציוד, בחר גלאי אלקטרונים. לחץ על יצירת גלאי אלקטרונים חדש. הזן תווית, יצרן ודגם. בחר מתוך רשימה נפתחת של המיקרוסקופ שעליו מותקן גלאי זה. הוסף לפחות הגדלה אחת מכויל עבור שילוב זה מיקרוסקופ גלאי: תחת הגדלות, בחר הוסף חדש. ספק ערכי הגדלה נומינליים ומכוילים כאחד. חזור על שלבים אלה עבור כל הגדרות ההגדלה הצפויות. הגדרות הגדלה אלה יהיו זמינות מאוחר יותר בבורר נפתח עבור משתמשים המבצעים רישום של הפעלות מיקרוסקופיה. השתמש בתיבות סימון כדי לציין אם הגלאי מסוגל לספור אלקטרונים, שבר מינון ורזולוציית-על. לבסוף, ספק מפרטים נוספים של הגלאי: גורם ספירה לפי אלקטרונים (המספר הממוצע של ספירות שנרשמו על-ידי אלקטרון אירוע), הממד הליניארי של כל פיקסל (ב- μm) ומספרי השורות והעמודות של פיקסלים. לחץ על שמור 13. אם יש מיקרוסקופ אחד או יותר הדורשים מחזיקי מדגם כניסה צדדית, לרשום מחזיקי מדגם זמין gP2S. במקטע ציוד, בחר מחזיק לדוגמה. לחץ על צור מחזיק חדש. הזן תווית, יצרן, דגם ומיקום. ציין את ההטיה המרבית (במעלות) עבור מחזיק הדגימה. השתמש בתיבות הסימון כדי לציין אם הוא מסוגל להחזיק רשתות EM קריוגניות והאם הוא מסוגל להטות ציר כפול. מתוך רשימה נפתחת, בחר את כל המיקרוסקופים שבהם ניתן להשתמש במחזיק זה.הערה: פעולה זו תבטיח שרק מחזיקים רלוונטיים יופיעו כאשר משתמשים רושמים מפגשי מיקרוסקופיה באמצעות מיקרוסקופים של כניסה צדדית. לחץ על שמור. 14. ציין את התבנית שבה יופיע gP2S בהגדרת שם הספריה המשויך לכל הפעלת מיקרוסקופיה. הערה: זה יכול להיות מאוד שימושי יש gP2S באופן אוטומטי ליצור שם ספריה לאחסון של נתוני תמונה שנרשמו במהלך הפעלת מיקרוסקופיה. פעולה זו מבטיחה מתן שמות שיטתי ועשיר במידע לספריות אחסון. ציין את התבנית שבה יופיע gP2S בהגדרת שם הספריה המשויך לכל הפעלת מיקרוסקופיה. במקטע ניהול, בחר הגדרות. ערוך את מחרוזת התבנית של שם הספריה.הערה: מחרוזת זו עשויה להכיל את המשתנים הבאים: תווית פרוייקט, מזהה רשת, תווית רשת, תווית הפעלת מיקרוסקופיה, מזהה הפעלת מיקרוסקופיה, תאריך התחלה של הפעלת מיקרוסקופיה, שעת התחלה של הפעלת מיקרוסקופיה ותווית מיקרוסקופ, המופרדת באמצעות ${}. מלבד משתנים אלה, תבניות שם ספריה עשויות להכיל את רוב התווים. תבנית שם הספריה המשמשת כברירת מחדל, לדוגמה, היא ${GridLabel}_${MicroscopyStartDate}_${ProjectLabel}_${מיקרוסקופלאבל}_grid_${GridID}_session_${מיקרוסקופיהSessionID}. כעת, הגדרות מספיקות מוגדרות כדי לאפשר רישום של ישויות ניסיוניות עד וכולל מפגשי מיקרוסקופיה. 15. רשום תוכנה לעיבוד תמונה הזמינה למשתמשים. הערה: פעולה זו תאפשר רישום של הפעלות עיבוד וסוגי ישויות מאוחרים יותר (מפות ומודלים). בחר עיבוד תמונה. לחץ על צור תוכנה חדשה לעיבוד תמונה. הקלד את שם התוכנה פרט את כל הגירסאות הזמינות למשתמשים: תחת גירסאות תוכנה, בחר הוסף חדש. הזן את גירסת התוכנה.הערה: פעולה זו תאפשר למשתמשים לציין בדיוק באיזו גירסה של התוכנה הם השתמשו כדי להגיע לתוצאות שלהם בעת רישום הפעלות עיבוד תמונה. פעולה זו משלימה את התצורה הדרושה של gP2S. משתמשים צריכים כעת להיות מסוגלים ללכוד במדויק מטה-נתונים מרכזיים המתארים את ניסויי מיקרוסקופ אלקטרונים שלהם, כמתואר בסעיף הבא.

Representative Results

תבנית עיצוב וניווט כוללתיישום gP2S הוא מונחה פרוייקט, כך שניתן ליצור ישות רק בהקשר של פרוייקט. הפרוייקט הרלוונטי נבחר לראשונה מהרשימה הנפתחת הממוקמת בסמוך לפינה הימנית העליונה של היישום. לנוחיותך, רשימת הפרוייקטים ניתנת לסינון והיא ממוינת עם הפרוייקטים שהיו בשימוש לאחרונה המוצגים בחלק העליון. בעת בחירת פרוייקט, מספר הישויות מכל סוג המשויכות לפרוייקט זה מוצג במקטע זרימת העבודה של סרגל הניווט בצד שמאל. לאחר מכן המשתמש יכול ללחוץ על כל אחד מסוגי ישויות זרימת העבודה (למשל, הפעלות מיקרוסקופיה) כדי להציג רשימה של ישויות אלה בתוך הפרוייקט הנבחר (איור 4). רשימה זו מורכבת, עבור כל ישות, מתווית, תאריך ושעות יצירה, שם המשתמש שיצר אותה, אינדיקציה אם הערות כלשהן נאמרו על ישות זו ועד שישה שדות מטה-נתונים מרכזיים (לדוגמה, עבור כל הפעלת מיקרוסקופיה: רשת, מספר תמונות, זמני התחלה וסיום, ומה מיקרוסקופ וגלאי שימשו). בחירת אחת מהישויות המפורטות פותחת דף פרטים המפרט את כל המידע הזמין עבור פריט זה, כולל רשימת סיכום של כל ישויות האב (לדוגמה, עבור הפעלת מיקרוסקופיה, מפורטים רשת האב והדוגמית שלה). זה מאפשר ניווט מהיר מאוד דרך “שושלת” של ישות, למשל הפעלת ניווט בלחיצה אחת ממודל אטומי לפרטי המדגם (איור 5). בנוסף, ניתן להגיב על כל ישות ב- gP2S, על ידי בחירת “הערות” בחלק השמאלי העליון של דף הפרטים שלה, הזנת הערת טקסט חופשי, ובמידת האופן אופציונלי צירוף קובץ אחד או יותר. הכנה לדוגמהבשלב הראשון של זרימת העבודה תאר את הדוגמה. כדי לעשות זאת, תחילה להגדיר לפחות מרכיב אחד: חלבון או Ligand. הוספת חלבון חדש דורשת רק תווית חלבון, אך כדי לסייע בתיאור טוב יותר של החלבון להוסיף מזהה PUR (למזהה טיהור). שדה זה מקבל כל טקסט ויכול למשל להכיל מספר מנה/אצווה או לשמש כמקום לתווית ברקוד. אם gP2S הותאם אישית כדי להשתלב עם מערכת רישום חלבונים (ראה דיון), ניתן לאמת את מזהה PUR באופן אוטומטי ולהשתמש בו כדי לאחזר ולהציג מידע מפורט על כמות חלבון זו. עבור ליגנדים, תווית וריכוז מלאי הם מידע חובה. כל השדות האחרים הם אופציונליים וכוללים: מושג (ברקוד, שם משותף או מזהה ליגנד אחר) ומזהה אצווה/מנה. שוב, אם gP2S הוגדר להשתלב עם מערכת רישום ליגנד, ניתן להשתמש במושג ובמזהי לוט כדי להביא ולהציג נתונים המאוחסנים חיצונית המתארים את הליגנד (למשל המבנה הכימי שלו, תוצאות הבדיקה). מדגם מוגדר על ידי כל שילוב של חלבונים ו Ligands ואת הריכוזים הסופיים שלהם. באופן אופציונלי, ציין פרטים ניסיוניים אחרים של המדגם כגון זמן וטמפרטורה של דגירה, מאגר ותיאור פרוטוקול טקסט חופשי. הכנת רשתכאשר הדוגמה מוכנה, נווט אל רשתות. ברשימה, מתחת לתווית של כל רשת, חפש תגית צבעונית אחת או שתיים המציינות את סוג הרשת (cryo או stain) ואם רשת זו זמינה לשימוש. ליצירת רשת חדשה, בחרו ‘צור רשת חדשה’. הקלד תווית, בחר את סוג הרשת ואת פרוטוקול טיפול פני השטח (למשל, פריקה זוהרת) המשמש. לאחר מכן, ציין אם הכנת רשת קריו או רשת כתמים שלילית, ובחר באחד מפרוטוקולי ההכנה שנקבעו מראש מהרשימה הנפתחת, המאוכלסת בפרוטוקולי כתם שלילי או בפרוטוקולי Vitrification, בהתאם לסוג הכנת הרשת שנבחר קודם לכן. לאחר מכן, בחר את הדוגמה המתאימה מהרשימה הנפתחת והשתמש בבורר דו-מצבי כדי לציין אם הדוגמה נשארת זמינה (המתוארת בפירוט רב יותר להלן). אם בוחרים לדלל או לרכז את המדגם שנבחר, ציינו זאת באמצעות הדו-מצבי “מדולל/מרוכז?” וציינו את גורם הדילול או הריכוז הרלוונטי. ציין את עוצמת הקול המוחלת על הרשת (ב- μL) ובאופן אופציונלי יכול גם להקליט זמן דגירה. לבסוף, הגדר את מיקום האחסון של הרשת. עבור רשתות כתמים שליליות, רשום את התווית/המספר של תיבת האחסון ואת מיקום הרשת בתוך התיבה. עבור רשתות קריו, בחר תחילה התקן אחסון מהרשימה ולאחר מכן ספק מידע עבור השדות הזמינים והתאימים (גליל, צינור ו/או תיבה, בהתאם למאפייני התקן אחסון Cryo שהוגדרו בעבר בהגדרות). חלקי זרימת העבודה שתוארו לעיל, דוגמאות ורשתות, הם חלק ממערכת ניהול מלאי. תכונה זו עוקבת אחר השאלה אם הרכיבים עדיין זמינים לשימוש. חלבון או ליגנד יכולים להיות לא זמינים מרמת הדגימה. בעת יצירת דוגמה, בחירה באפשרות “שחרור אחרון” עבור כל אחד מרכיבי דוגמה זו מסמנת רכיבים אלה כלא זמינים לשימוש עתידי: הם לא יהיו זמינים עוד ברשימה הנפתחת בעת יצירת דוגמה, והם לא יסומנו על-ידי התג “זמין” בתצוגת הרשימה. ניתן לסמן דוגמה שנבחרה כלא זמינה באמצעות אחד משני המתגים הדו-מצביים – “זמין לייצור רשת?” (תחת דוגמאות) או “דוגמה זמינה לשימוש נוסף?” (תחת רשתות). כדי לנהל את זמינות הרשת, השתמש במחליף “רשת שהוחזרה לאחסון?” (תחת הפעלות מיקרוסקופיה). כברירת מחדל, ערך זה מוגדר כ- “כן” עבור כל רשתות הכתמים השליליות ול”לא” עבור רשתות cryoEM. איסוף נתוניםלאחר שהרשתות נרשמות, רשום ניסויים באיסוף נתונים על-ידי יצירת הפעלות מיקרוסקופיה ב- gP2S. מפגש מיקרוסקופיה הוא הישות הניסיונית המורכבת ביותר במעקב על ידי היישום והוא מאורגן לארבעה חלקים: מידע בסיסי, הגדרות מיקרוסקופ, הגדרות חשיפה ובקרת מיקרוסקופ. החלק הראשון מכיל מידע בסיסי: תווית הפעלת מיקרוסקופיה, תאריכי ההתחלה והסיום שלה ושעות, מה הרשת היה בתמונה, אילו מיקרוסקופ, גלאי ומחזיק מדגם (אם רלוונטי) שימשו, וכמה תמונות נאספו. בעת יצירת הפעלת מיקרוסקופיה חדשה, המערכת ממלאת באופן אוטומטי את התאריך והשעה ההתחלתיים. תאריך ושם סיום הם אופציונליים. הסיבה לכך היא שניתן לרשום הפעלה במערכת בזמן שהניסוי עדיין נמשך ולכן שעת הסיום שלו לא תהיה ידועה במדויק. אם תאריך ושעת הסיום אינם ידועים, הקלד אותם באופן ידני או השתמש בלחצן “עכשיו” כדי להזין את התאריך והשעה הנוכחיים. דרך נוספת היא לנצל את העובדה כי gP2S אינו מאפשר יותר ממפגשי מיקרוסקופיה לא גמורים אחד על כל מיקרוסקופ נתון. התחלת הפעלת מיקרוסקופיה חדשה באותו מיקרוסקופ מסמנת באופן אוטומטי כל הפעלה שהופעלה בעבר כגמורה. בשלב הבא, בחר את הרשת. הרשימה הנפתחת תפרט את כל הרשתות הזמינות בפרוייקט הנוכחי. לאחר בחירת רשת, חלק מהמידע הבסיסי שלה ייראה: מי יצר אותה ומתי, ומה המדגם הוחל עליה. בהתאם לסוג הרשת שנבחר, הפעלת המיקרוסקופיה תסומן כ”כתם” או “קריו” בתצוגת הרשימה. כברירת מחדל, המיקרוסקופ האחרון שנעשה בו שימוש בפרוייקט הנוכחי נבחר מראש. אם למיקרוסקופ מסוים יש מנגנון הכנסה לדוגמה המוגדר כמטען אוטומטי, זהו המידע המוצג כמחזיק לדוגמה. עם זאת, אם המיקרוסקופ שנבחר דורש שימוש במחזיקי ערך צדדי, בחר את המחזיק המשמש מרשימת מחזיקי הדגימה שתצורתם נקבעה לעבודה עם מיקרוסקופ זה (אם הרשת שנבחרה היא רשת קריו, רק מחזיקים בעלי יכולת קריו רשומים). החלק השני של טופס הפעלת מיקרוסקופיה מכיל מידע על הגדרות מיקרוסקופ כגון מתחי מיצוי ותאוצה, עדשת אקדח, קוטר צמצם C2, צמצם אובייקטיבי ורוחב חריץ מסנן אנרגיה. במהלך שימוש שגרתי, הגדרות אלה משתנות לעתים רחוקות מכיוון שמשתמשים בדרך כלל אינם צריכים לסטות מערכי ברירת המחדל. החלק השלישי של הפעלת המיקרוסקופיה מכיל מידע אודות הגדרות החשיפה. בסעיף זה נרשמים המטא-נתונים הבאים: הגדלה (גודל פיקסלים), גודל ספוט, קוטר אזור מואר, משך חשיפה, והאם נעשה שימוש בננו-גשושית, מצב ספירה, שבר מינון ורזולוציית-על (מצב ספירה, שבר מינון והגדרות רזולוציית-על מופעלים רק אם לגלאי שנבחר יש תכונות אלה). אם נעשה שימוש בשבר מינון, מספר המסגרות וקצב החשיפה נרשמים גם הם. לנוחות, מספר פרמטרים חשובים מבחינה ניסיונית מחושבים על לטוס ומוצגים בתוך הטופס: גודל פיקסל התמונה הסופי (Å), קצב החשיפה (אלקטרונים /Å 2/ s), החשיפה הכוללת (אלקטרונים /Å 2), משך מסגרת (ים) וחשיפה למסגרת (אלקטרונים /Å 2). ניתן להשתמש בחלק הרביעי והאחרון של הפעלת המיקרוסקופיה כדי לתעד את המיקוד המינימלי והמקסימלי של היעד, ואת מספר החשיפות לכל חור. בעוד מפגשי מיקרוסקופיה ב- gP2S ניתן להשתמש כדי לרשום כל סוג של עבודת מיקרוסקופיה, בין אם זה למטרות סינון או איסוף נתונים, מצאנו כי זה מספיק ויעיל יותר לבקש ממשתמשים להתמקד ברישום הפעלות איסוף נתונים, וכי מפגשי סינון, שבו רשת נבדקת רק לזמן קצר עבור בקרת איכות לא בהכרח צריך להיות רשום כמו מפגשי מיקרוסקופיה. עיבוד תמונהעבודת עיבוד תמונה נרשמת ב- gP2S כישויות הפעלת עיבוד. כל הפעלת עיבוד קשורה להפעלת מיקרוסקופיה אחת או יותר, שיש לבחור מתוך רשימה נפתחת. ציין אילו חבילות תוכנה (תוכניות וגירסאות) שימשו, מספר המיקרוגרפים ומספר החלקיקים שנאספו. באופן אופציונלי, רשום את שם הספריה של העיבוד. תצהיר מפהלאחר שהושג שחזור תלת מימדי אחד או יותר, ניתן להפקיד את המפות ב- gP2S. כל מפה משויכת להפעלת עיבוד, ומורכבת מקובץ המפה הממשי (בדרך כלל קובץ בתבנית MRC, אך gP2S מאפשר כל סוג קובץ) ומטה-נתונים מרכזיים: גודל הפיקסל (Å), רמת איזוקונטור מומלצת לעיבוד פני השטח, איזו סימטריה מוחלת, מספר התמונות המשמשות ליצירת המפה והרזולוציה המשוערת בחלקים הטובים והגרועים ביותר שלה, כמו גם ברזולוציה הגלובלית הממוצעת. מפות עשויות להיות משויכות זו לזו באמצעות סוגי קשרי הגומלין הבאים: גירסאות מסוננות, עם מסיכה, דגימה מחדש או גירסאות מעודנות. בעת רישום שיוך כזה, בחר את סוג קשר הגומלין (למשל, “הוא גירסה מסוננת של ” או “יש גירסה מסוננת”). תצהיר מודללאחר שהושג מודל אטומי, ניתן להפקיד אותו במקטע המודל של GP2S עבור הפרויקט הרלוונטי. התכונה Model במהדורה הראשונה של gP2S היא עצמות חשופות: מלבד קובץ הדגם הממשי (בדרך כלל קובץ PDB או mmCIF), רק הרזולוציה (ב- Å) והמפה (או רשימת המפות) שממנה נגזר הדגם, נדרשות. בנוסף, ניתן לציין כי דגם הוא גרסה מעודנת של דגם שהופקד בעבר. תכונות נוספות, כולל אימות מודל, נמצאות בפיתוח וניתן להוסיף אותן לגירסת הקוד הפתוח של gP2S בעתיד. דוחותייתכן שיהיה צורך ליצור מסמכי סיכום שיופצו למשתפי פעולה, שייתכן שאין להם גישה ל- gP2S, או שיהיו מאוחסנים בארכיון במערכת קבצים. gP2S מספק פונקציונליות דוח למטרה זו, הזמינה באמצעות סמל מדפסת בקצה השמאלי העליון של כל דף תצוגה של פרטי ישות. פעולה זו יוצרת קובץ PDF הניתן להדפסה הכולל את כל המטה-נתונים המתארים את הישות ואת כל ישויות האבות שלה, כולל כל ההערות. תכונה זו היא בעלת ערך מיוחד בעקבות תצהיר מודל, שכן כל הנתונים ומטה-נתונים התחקות אחר השושלת של המודל האטומי הסופי כל הדרך חזרה חלבון ספציפי מולקולה קטנה ליגנד הרבה באמצעות מיקרוסקופיה Sessionscopy(s) ו Grid(s) יהיה זמין במסמך אחד. איור 1. gP2S פועל על iPad על ספסל מעבדה vitrification. ממשק המשתמש תוכנן לפעולה באמצעות מסכי מגע, המאפשר שימוש במעבדה וכניסה מדויקת של מטה-נתונים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 2: gP2S ארכיטקטורת מערכת. gP2S עוקב אחר ארגון קלאסי בן שלוש שכבות ומסתמך על שני שרתי מסד נתונים לאחסון נתונים ושרת LDAP לאימות משתמשים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 3: מודל הנתונים gP2S. ישויות מתוארות כמלבנים (כתום כהה עבור ישויות זרימת עבודה, כתום עבור ציוד ופרוטוקולים, צהוב עבור סוגי ישויות אחרים) וקשרי הגומלין ביניהם מסומנים (יחיד ליחיד, יחיד לרבים, רבים לרבים) המסומלים על-ידי קווים רציפים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 4. תצוגת רשימה של הפעלת מיקרוסקופיה. בתצוגה זו, כל הפעלות מיקרוסקופיה הרשומות תחת הפרוייקט שנבחר (“CARD9” בצילום מסך זה) מפורטות. תג ירוק או סגול מבדיל בין טמפרטורת החדר (כתם שלילי) לבין מפגשי מיקרוסקופיה קריוגניים, וכמה מטא-נתונים מרכזיים המתארים כל מפגש מפורטים (למשל המשתמש שרשם אותו, בקצה הימני). לחיצה על שם הפעלת מיקרוסקופיה פותחת תצוגה מפורטת של אותה הפעלה (תצוגה מפורטת של מודל מוצגת באיור 5). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 5. תצוגת פרטי דגם. החלק העליון של הדף מציג מטה-נתונים זמינים עבור הדגם שנבחר. חלונית ההערות מימין יכולה להיות מוסתרת על ידי לחיצה על הצלב (למעלה מימין) או על “הערות (1)” משמאלה. להלן, קבוצת סמלים מאפשרת יצירה של דוח PDF (סמל מדפסת, ראה טקסט ראשי), עריכת הערך (סמל עיפרון) או שכפולו (סמל מלבנים כפולים). החלק התחתון של הדף מכיל רשימת מבנה של כל הישויות שממנו מודל זה הוא צאצא, מדוגמאות למפות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. שם הספריה או המסגרת סוג גירסה אפאצ’ידס (APACHEDS) שרת LDAP 0.7.0 דוקר (לא יכול לעשות את זה כלי פיתוח לא/א אלמנט ספריה 1.4.10 מצב שינה ספריה 5.0.12 ג’אווה (ג שפת תכנות 1.8+ כתב ג’אווה שפת תכנות אקמאScript 2017 JUnit ספריה 4.12 קארמה ספריה 1.4.1 מייבן כלי פיתוח 3+ מונגודב שרת DB 4.0.6 מסד נתונים של MySQL שרת DB 5.7 צומת.js מסגרת 6.9.1 SASS (צמתים-sass) ספריה 4.5.3 ספרינגבוט מסגרת 1.3 ממשק משתמש של יהירות ספריה 2.6.1 טומקאט (1991 שרת יישומים 8.5.15 וו.js מסגרת 2.4.2 vue-cli כלי פיתוח 2.6.12 שולחן 1. ספריות ומסגרות המשמשות את gP2S

Discussion

כאשר נעשה שימוש נכון ועקבי, gP2S מסייע להשיג רישום נכון של מטה-נתונים באיכות גבוהה על-ידי אכיפת ההקלטה של מטה-נתונים ניסיוניים קריטיים באמצעות מודלי נתונים מובנים ואוצר מילים מוגדר, אך הערך המוסף של זה ממומש במלואו רק כאשר רמה גבוהה של תאימות מושגת במעבדה. הפרוטוקול לעיל אינו מכסה כיצד להשיג זאת. מצאנו כי טכניקת אכיפה יעילה הייתה שמפעילי מיקרוסקופ יסרבו לאסוף נתונים על רשתות שאינן רשומות ב- gP2S. זה הניע את הציות מהר מאוד והניח את הקרקע להופעתו, במהלך החודשים הבאים, של גוף גדול של פרטים ניסיוניים מפורטים ומדויקים וזיכרון תאגידי. לאחר כמה חודשים של שימוש, הערך של קורפוס של מטה-נתונים המאוחסנים gP2S הפך כל כך ברור לרוב המשתמשים כי תאימות נשאר גבוה ללא התערבות מפורשת.

מינוף מלא של זיכרון קולקטיבי זה דורש שהמטה-נתונים המאוחסנים ב- gP2S יהיו נגישים למערכות חיצוניות וישויכו בקלות לנתונים (מיקרוגרפים) ולתוצאות הניסיוניים (מפות ודגמים). הפרוטוקול לעיל אינו מתאר כיצד לשלב gP2S עם אינפורמטיקה ומערכות עיבוד נתונים אחרות. הפשוטים ביותר הם אינטגרציות פוטנציאליות באמצעות ה- API של מנוחה העורפית של gP2S, אשר אינם דורשים כל שינוי של gP2S. לדוגמה, כל מחשב השולט בגלאי איסוף הנתונים שלנו מפעיל סקריפט אשר מעת לעת מבצע שאילתה על נקודת הקצה של gP2S “getItemByMicroscope” תחת בקר REST של ניהול הפעלת מיקרוסקופיה, כדי לבדוק אם הפעלת מיקרוסקופיה נמשכת במיקרוסקופ שלה. אם כן, קובץ ה- Script מאחזר מ- gP2S את שם ספריית אחסון הנתונים המתאים (כפי שתצורתו נקבעה בדף הגדרות, ראה לעיל) ויוצר ספריה בהתקן אחסון הנתונים המקומי באמצעות שם זה. פעולה זו מבטיחה מתן שמות שיטתי לספריות אחסון נתונים ומפחיתה את הסיכון לשגיאה עקב שגיאות הקלדה.

למרות שהם כבר העירו במקור של הגירסה הציבורית של gP2S, אינטגרציות נוספות מעורבים gP2S לצרוך נתונים של מערכות חיצוניות אפשריים גם. במעבדה שלנו, הפריסה שלנו של gP2S משתלבת עם (i) מערכת ניהול פרוייקטים, כך שכל פרויקט המוגדר ב- gP2S יכול להיות מקושר לפרויקט תיקים כלל-ארגוני, וניתן להציג מטה-נתונים מהתיק בתוך gP2S; (ii) מערכת רישום חלבונים, כך שכל חלבון שנוסף ל- gP2S מקושר, באמצעות מזהה המאוחסן באופן מקומי, לקבוצה שלמה של רשומות המפרטות את מקור החלבון, כוללות פרטים על הביולוגיה המולקולרית הרלוונטית, מערכת הביטוי והטיהור; (iii) מערכת ניהול תרכובת מולקולה קטנה, המאפשרת ל- gP2S להציג מידע מפתח אודות כל ליגנד, כגון המבנה הכימי שלו. שינויי הקוד הדרושים כדי לאפשר שילובים אלה מתוארים בסעיף “שילוב” של מסמך README-BUILD.md הזמין ממאגר gP2S (https://github.com/arohou/gP2S).

הגרסה הנוכחית של gP2S יש מגבלות, הראשון ביניהם הוא מודל נתונים פשטני מדי frontend עבור מבנה (מודל) תצהיר. זה הושאר בכוונה במצב “barebones” בגירסה ששוחררה של gP2S כי תצהיר מבנה מלא ותכונת אימות נמצא כעת בפיתוח יחד עם תמיכה קריסטלוגרפיה רנטגן. החלטה עיצובית נוספת הייתה לא ליישם כל הרשאה או מערכת הרשאות: לכל המשתמשים ב- gP2S יש גישה שווה לתכונות ולנתונים שלה. זה עשוי להפוך אותו בחירה גרועה עבור מתקנים המשרתים קבוצות משתמשים עם אינטרסים מתחרים ודרישות סודיות, אבל לא היה דאגה למתקן שלנו.

הפיתוח של הגרסה הביתית שלנו של gP2S נמשך ומקווים כי גרסת הקוד הפתוח המתוארת כאן תהיה שימושית לקבוצות cryoEM אחרות, וכי חלקם עשויים לתרום הצעות, או שיפורי קוד בעתיד. פיתוחים עתידיים בעלי ערך גבוה יכולים למשל להתמקד באינטגרציות עם ציוד מעבדה (רובוטי ויטריפיקציה, מיקרוסקופים אלקטרונים), תוכנה (למשל כדי לקצור מטה-נתונים של עיבוד תמונה) ומאגרים ציבוריים חיצוניים (למשל כדי להקל על תצהירים על מבנים).

לאוסף השיטתי של מטה-נתונים איכותיים המופעלים על ידי שימוש שגרתי ב-gP2S במעבדה ובמתקן cryoEM יכולה להיות השפעה משמעותית וחיובית על היכולת לתבוע פרויקטים מרובים במקביל על פני תקופה של שנים. ככל שיוקמו יותר ויותר קבוצות ומתקנים משותפים וריכוזיים של cryoEM, אנו צופים שהצורך במערכות ניהול מידע כגון gP2S ימשיך לגדול.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים מודים לכל שאר חברי צוות הפיתוח של GP2S שעבדו על הפרויקט מאז הקמתו: רפאל אודזיאלה, סזרי קז’יז’אנובסקי, פזמיסלב סטנקובסקי, יאצ’ק זימסקי, פיוטר סוצ’יקי, קרולינה פאג’וק, יואוט ונדן איידן, דמיאן מירז’ינסקי, מיכאל וויטקובסקי, פיוטר פיקוסה, אנה סורדקה, קמיל לוצק וארתור קוסאק. אנו מודים גם לריימונד הא וקלאודיו צ’יפרי שעזרו להרכיב את הצוות ולעצב את הפרויקט.

Materials

n/a

References

Cheng, Y., Grigorieff, N., Penczek, P. A., Walz, T. A Primer to Single-Particle Cryo-Electron Microscopy. Cell. 161 (3), 438-449 (2015).
. High-End Cryo-EMs Worldwide Available from: https://www.google.com/maps/d/u/0/viewer?mid=1eQ1r8BiDYfaK7D1S9EeFJEgkLggMyoaT (2021)
Renaud, J. -. P., et al. Cryo-EM in drug discovery: achievements, limitations and prospects. Nature Reviews Drug Discovery. 17 (7), 471-492 (2018).
Alewijnse, B., et al. Best practices for managing large CryoEM facilities. Journal of Structural Biology. 199 (3), 225-236 (2017).
Rees, I., Langley, E., Chiu, W., Ludtke, S. J. EMEN2: An Object Oriented Database and Electronic Lab Notebook. Microscopy and Microanalysis. 19 (1), 1-10 (2013).
Delagenière, S., et al. ISPyB: an information management system for synchrotron macromolecular crystallography. Bioinformatics. 27 (22), 3186-3192 (2011).
dela Rosa-Trevín, J. M., et al. Scipion: A software framework toward integration, reproducibility and validation in 3D electron microscopy. Journal of Structural Biology. 195 (1), 93-99 (2016).
. EMPIAR deposition manual Available from: https://www.ebi.ac.u/pdbe/emdb/empiar/depostion/manual/#manScipion (2021)
Iudin, A., Korir, P. K., Salavert-Torres, J., Kleywegt, G. J., Patwardhan, A. EMPIAR: a public archive for raw electron microscopy image data. Nature Methods. 13 (5), 387-388 (2016).
. Vue.js Available from: https://vuejs.org (2021)
. Spring Boot Available from: https://spring.io/projects/spring-boot (2021)
. Lightweight Directory Access Protocol Available from: https://ldap.com (2021)
. Vue CLI Available from: https://cli.vuejs.org (2021)
. Element, A Desktop UI Library Available from: https://element.eleme.io (2021)
. Sass Available from: https://sass-lang.com/ (2021)
. Node.js Available from: https://nodejs.org/ (2021)
. Java Available from: https://www.java.com/ (2021)
. Hibernate Available from: https://hibernate.org (2021)
. Swagger UI Available from: https://swagger.io/tools/swagger-ui/ (2021)
. JUnit Available from: https://junit.org/junit4/ (2020)
. Apache Maven Project Available from: https://maven.apache.org/ (2020)
. MySQL Available from: https://www.mysql.com/ (2020)
. mongoDB Available from: https://www.mongodb.com/ (2020)
. Apache license, version 2.0 Available from: https://www.apache.org/licenses/license-2.0 (2004)
. mysql Docker Official Image Available from: https://hub.docker.com/_/mysql (2021)
. mongo Docker Official Image Available from: https://hub.docker.com/_/mongo (2021)
. openmicroscopy apacheds Available from: https://hub.docker.com/r/openmicroscopy/apacheds (2021)

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Wypych, D., Kierecki, D., Golebiowski, F. M., Rohou, A. gP2S, an Information Management System for CryoEM Experiments. J. Vis. Exp. (172), e62377, doi:10.3791/62377 (2021).

Automatically Generated

gP2S, מערכת ניהול מידע לניסויי CryoEM

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Tags

Play Video

Cite This Article

View Video

Automatically Generated

gP2S, מערכת ניהול מידע לניסויי CryoEM

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Tags

Play Video

Cite This Article

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below