gP2S, um sistema de gerenciamento de informações para experimentos CrioEM

Padrão geral de design e navegaçãoO aplicativo gP2S é orientado para projetos, de tal forma que uma entidade só pode ser criada no contexto de um projeto. O projeto relevante é selecionado pela primeira vez a partir do dropdown localizado perto do canto superior esquerdo do aplicativo. Por conveniência, a lista de projetos é filtrada e é classificada com os projetos recentemente utilizados mostrados no topo. Ao selecionar um projeto, o número de entidades de cada tipo que estão associadas a este projeto é exibido na seção de fluxo de trabalho da barra de navegação do lado esquerdo. Em seguida, o usuário pode clicar em qualquer um dos tipos de entidades de fluxo de trabalho (por exemplo, Sessões de Microscopia) para exibir uma lista dessas entidades dentro do projeto selecionado (Figura 4). Esta lista consiste, para cada entidade, de um rótulo, data e hora de criação, o nome do usuário que a criou, uma indicação de se algum comentário foi feito sobre essa entidade, e até seis campos de metadados principais (por exemplo, para cada Sessão de Microscopia: Grade, número de imagens, horários de partida e acabamento e quais microscópio e Detector foram usados). A seleção de uma das entidades listadas abre uma página de detalhes listando todas as informações disponíveis para este item, incluindo uma lista de resumo de todas as entidades ancestrais (por exemplo, para uma Sessão de Microscopia, sua Grade e Amostra pai estão listadas). Isso permite uma navegação muito rápida através da “linhagem” de uma entidade, por exemplo, permitindo a navegação de um único clique a partir de um modelo atômico para os detalhes da Amostra(Figura 5). Além disso, qualquer entidade no gP2S pode ser comentada, selecionando “Comentários” na parte superior direita de sua página de detalhes, inserindo um comentário de texto livre e anexando opcionalmente um ou mais arquivos. Preparação da amostraNa primeira etapa do fluxo de trabalho, descreva a Amostra. Para isso, primeiro defina pelo menos um componente: Proteína ou Ligante. Adicionar uma nova proteína requer apenas um rótulo de proteína, mas para ajudar a descrever melhor a proteína adicione um ID PUR (para identificador de purificação). Este campo aceita qualquer texto e pode, por exemplo, conter um número de lote/lote ou servir como um lugar para um rótulo de código de barras. Se o gP2S foi personalizado para se integrar a um sistema de registro de proteínas (ver Discussão), o ID PUR pode ser validado automaticamente e usado para recuperar e exibir informações detalhadas sobre esse lote de proteínas. Para Ligands, um rótulo e concentração de estoque são informações obrigatórias. Todos os outros campos são opcionais e incluem: conceito (código de barras, nome comum ou outro identificador de ligantes) e identificador de lote/lote. Novamente, se o gP2S tiver sido configurado para se integrar a um sistema de registro de ligantes, o conceito e os identificadores de lote podem ser usados para buscar e exibir dados armazenados externamente descrevendo o ligante (por exemplo, sua estrutura química, resultados de ensaio). Uma Amostra é definida por qualquer combinação de Proteínas e Ligantes e suas concentrações finais. Opcionalmente, especifique outros detalhes experimentais da amostra, como tempo de incubação e temperatura, buffer e uma descrição do protocolo de texto livre. Preparação da gradeQuando a amostra estiver pronta, navegue até grades. Na lista, sob o rótulo de cada Grade, encontre uma ou duas tags coloridas que indiquem o tipo de grade (crio ou mancha) e se essa grade está disponível para uso. Para criar uma nova Grade, selecione Criar nova grade. Digite um rótulo, selecione o tipo de grade e o protocolo de tratamento de superfície (por exemplo, descarga de brilho) utilizados. Em seguida, indique se prepara uma grade de manchas criogenada ou negativa e selecione um dos protocolos de preparação pré-configurados da lista suspensa, que é preenchido com Protocolos de Manchas Negativas ou Protocolos de Vitrificação, dependendo do tipo de preparação da grade selecionado anteriormente. Em seguida, selecione a amostra apropriada da lista suspensa e use um interruptor de alternância para indicar se a amostra permanece disponível (descrita com mais detalhes abaixo). Se optar por diluir ou concentrar a amostra selecionada, indique-a usando o alternador “diluído/concentrado?” e especifique o fator de diluição ou concentração relevante. Especifique o volume aplicado na grade (em μL) e, opcionalmente, também pode registrar um tempo de incubação. Finalmente, defina o local de armazenamento da Grade. Para grades de manchas negativas, registique a etiqueta/número da caixa de armazenamento e a posição da Grade dentro da caixa. Para grades criogênicos, primeiro selecione um dispositivo de armazenamento da lista e, em seguida, forneça informações para os campos disponíveis e apropriados (cilindro, tubo e/ou caixa, dependendo das propriedades do Dispositivo de Armazenamento Cryo previamente definidas nas Configurações). As partes do fluxo de trabalho descritas acima, Samples and Grids, fazem parte de um sistema de gerenciamento de estoque. Este recurso acompanha se os componentes ainda estão disponíveis para uso. Uma proteína ou Ligante pode ser indisponível a partir do nível de amostra. Ao criar uma Amostra, selecionar “última gota” para qualquer um dos componentes dessa amostra marca esses componentes como indisponíveis para uso futuro: eles não estarão mais disponíveis na lista de downloads e não serão marcados pela tag “Disponível” na exibição da lista. Uma amostra selecionada pode ser marcada como indisponível usando um dos dois interruptores – “Disponível para fabricação de grade?” (em Amostras) ou “A amostra está disponível para uso posterior?” (sob grades). Para gerenciar a disponibilidade da rede, use o alternador “Grade devolvida ao armazenamento?” (em Microscopia Sessions). Por padrão, este valor é definido como “Sim” para todas as grades de manchas negativas e para “Não” para grades crioEM. recolha de dadosUma vez que as grades sejam registradas, registre experimentos de coleta de dados criando Sessões de Microscopia no gP2S. A Sessão de Microscopia é a entidade experimental mais complexa rastreada pelo aplicativo e está organizada em quatro seções: informações básicas, configurações de microscópio, configurações de exposição e controle de microscópio. A primeira seção contém informações básicas: um rótulo de Sessão de Microscopia, suas datas e horários de início e término, o que grade foi imageado, qual microscópio, detector e suporte de amostra (se aplicável) foram usados e quantas imagens foram coletadas. Ao criar uma nova Sessão de Microscopia, o sistema preenche automaticamente a data e a hora de início. A data e a hora de término são opcionais. Isso ocorre porque uma Sessão pode ser registrada no sistema enquanto o experimento ainda está em andamento e, portanto, seu tempo final não seria precisamente conhecido. Se a data e a hora de término não forem conhecidas, digite-a manualmente ou use o botão “agora” para digitar a data e a hora atuais. Outra maneira é aproveitar o fato de que o gP2S não permite mais de uma sessões de microscopia inacabadas em qualquer microscópio. Iniciar uma nova Sessão de Microscopia no mesmo Microscópio marca automaticamente qualquer sessão iniciada anteriormente como terminada. Na próxima etapa, escolha a Grade. A lista suspensa terá todas as grades disponíveis no projeto atual. Após a escolha de uma Grade, algumas de suas informações básicas serão vistas: quem a criou e quando, e qual amostra foi aplicada a ela. Dependendo do tipo de grade selecionada, a Sessão de Microscopia será marcada como “mancha” ou “crio” na exibição da lista. Por padrão, o Microscópio mais recentemente usado no projeto atual é pré-selecionado. Se um microscópio específico tiver um mecanismo de inserção de amostra definido como um carregador automático, essas são as informações exibidas como o Suporte de Amostra. No entanto, se o Microscópio selecionado exigir o uso de suportes de entrada laterais, selecione o titular usado na lista de Suportes de Amostra configurados para trabalhar com este microscópio (se a grade selecionada for uma grade criogenada, apenas os detentores capazes de crio são listados). A segunda seção de um formulário de Sessão de Microscopia contém informações sobre configurações de microscópio, como tensões de extração e aceleração, lente de arma, diâmetro da abertura C2, abertura objetiva e largura da fenda do filtro de energia. Durante o uso de rotina, essas configurações raramente são alteradas porque os usuários geralmente não têm que se desviar dos valores padrão. A terceira seção da Sessão de Microscopia contém informações sobre as configurações de exposição. Nesta seção são registrados os seguintes metadados: ampliação (tamanho do pixel), tamanho da mancha, diâmetro da área iluminada, duração da exposição e se nanoprobe, modo de contagem, fracionamento de dose e super resolução foram usados (modo de contagem, fracionamento de dose e configurações de super resolução só são habilitadas se o Detector selecionado tiver essas características). Se for utilizado fracionamento de dose, o número de quadros e a taxa de exposição também são registrados. Para conveniência, uma série de parâmetros experimentalmente importantes são calculados na mosca e exibidos dentro da forma: o tamanho final do pixel da imagem (Å), taxa de exposição (elétrons/Å2/s), exposição total (elétrons/Å2),duração do quadro (s) e exposição por quadro (elétron/Å2). A quarta e última seção da Sessão de Microscopia pode ser usada para registrar o subfoco mínimo e máximo de alvo, e o número de exposições por buraco. Embora as Sessões de Microscopia no gP2S possam ser usadas para registrar qualquer tipo de trabalho de microscopia, seja para fins de triagem ou coleta de dados, descobrimos que é suficiente e mais eficiente pedir aos usuários que se concentrem no registro de sessões de coleta de dados, e que sessões de triagem, em que uma grade é apenas brevemente inspecionada para controle de qualidade não precisam necessariamente ser registradas como Sessões de Microscopia. Processamento de imagensO trabalho de processamento de imagens é registrado em gP2S como entidades de Sessão de Processamento. Cada Sessão de Processamento está relacionada a uma ou mais sessão de microscopia, que deve ser selecionada a partir de uma lista suspensa. Indique quais pacotes de software (programas e versões) foram utilizados, o número de micrografos e o número de partículas colhidas. Opcionalmente, registo o nome do diretório do processamento. Deposição do mapaUma vez que uma ou mais reconstruções tridimensionais tenham sido obtidas, os Mapas podem ser depositados em gP2S. Cada Mapa está associado a uma Sessão de Processamento, e consiste no arquivo de mapa real (tipicamente um arquivo formatado por MRC, mas o gP2S permite qualquer tipo de arquivo) e metadados principais: tamanho do pixel (Å), nível de isocontour recomendado para renderização de superfície, qual simetria é aplicada, número de imagens usadas para criar o mapa e a resolução estimada : em suas melhores e piores partes, bem como a resolução global média. Os mapas podem estar associados entre si usando os seguintes tipos de relacionamentos: versões filtradas, mascaradas, reamostradas ou refinadas. Ao registrar tal associação, selecione o tipo de relacionamento (por exemplo, “é versão filtrada de ” ou “tem versão filtrada”). Deposição de modeloUma vez obtido um modelo atômico, ele pode ser depositado na seção modelo do gP2S para o projeto relevante. O recurso Modelo na primeira versão do gP2S é barebones: além do arquivo modelo real (tipicamente um arquivo PDB ou mmCIF), apenas a resolução (em Å) e o Mapa (ou lista de Mapas) do qual o modelo foi derivado, são necessários. Além disso, é possível indicar que um Modelo é uma versão refinada de um modelo previamente depositado. Recursos adicionais, incluindo validação de modelos, estão em desenvolvimento e podem ser adicionados à versão de código aberto do gP2S no futuro. RelatóriosPode ser necessário gerar documentos sumários a serem distribuídos aos colaboradores, que podem não ter acesso ao gP2S ou serem arquivados em um sistema de arquivos. o gP2S fornece uma funcionalidade de relatório para este fim, disponível através de um ícone de impressora no canto superior direito de cada página de visualização de detalhes da entidade. Isso gera um arquivo PDF imprimível que inclui todos os metadados descrevendo a entidade e cada uma de suas entidades ancestrais, incluindo todos os comentários. Este recurso é particularmente valioso após a deposição do modelo, uma vez que todos os dados e metadados traçando a linhagem do modelo atômico final todo o caminho de volta para os lotes de ligantes de proteínas específicas e pequenas moléculas via Microscopia Session(s) e Grid(s) estarão disponíveis em um único documento. Figura 1. gP2S rodando em um iPad em um banco de laboratório de vitrificação. A interface do usuário foi projetada para operação usando telas sensíveis ao toque, o que facilita o uso em laboratório e a entrada precisa de metadados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 2: arquitetura do sistema gP2S. o gP2S segue uma organização clássica de três níveis e conta com dois servidores de banco de dados para armazenamento de dados e um servidor LDAP para autenticação do usuário. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3: O modelo de dados gP2S. As entidades são retratadas como retângulos (laranja escuro para entidades de fluxo de trabalho, laranja para equipamentos e protocolos, amarelo para outros tipos de entidades), e suas relações são (um para um, um para muitos, muitos para muitos) denotados por linhas contínuas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 4. Visualização da lista de sessões de microscopia. Nesta visão, todas as Sessões de Microscopia registradas no projeto selecionado (“CARD9” nesta captura de tela) estão listadas. Uma etiqueta verde ou roxa diferencia entre a temperatura ambiente (mancha negativa) e as Sessões de Microscopia criogênica, e alguns metadados-chave descrevendo cada sessão são listados (por exemplo, o usuário que a registrou, na extrema direita). Clicar no nome de uma Sessão de Microscopia abre uma visão detalhada dessa Sessão (uma visão detalhada de um modelo é mostrada na Figura 5). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 5. Visualização de detalhes do modelo. A parte superior da página mostra metadados disponíveis para o modelo selecionado. O painel de comentários à direita pode ser escondido clicando na cruz (canto superior direito) ou no “Comentários (1)” à esquerda. Abaixo, um conjunto de ícones permite a geração de um relatório PDF (ícone da impressora, ver texto principal), edição da entrada (ícone de lápis) ou duplicação (ícone de retângulos duplos). A parte inferior da página contém uma lista de estrutura de todas as entidades das quais este Modelo é descendente, de Amostras a Mapas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Nome da biblioteca ou estrutura tipo Versão Apacheds Servidor LDAP 0.7.0 estivador ferramenta de desenvolvimento n/a elemento biblioteca 1.4.10 hibernar biblioteca 5.0.12 Java linguagem de programação 1.8+ JavaScript linguagem de programação EcmaScript 2017 JUnit biblioteca 4.12 karma biblioteca 1.4.1 especialista ferramenta de desenvolvimento 3+ MongoDB Servidor DB 4.0.6 Banco de dados MySQL Servidor DB 5.7 Nó.js estrutura 6.9.1 SASS (nó-sass) biblioteca 4.5.3 SpringBoot estrutura 1.3 Swagger UI biblioteca 2.6.1 gato servidor de aplicativos 8.5.15 Vue.js estrutura 2.4.2 vue-cli ferramenta de desenvolvimento 2.6.12 Mesa 1. Bibliotecas e frameworks usados pelo gP2S