Giải mã là gì? Các công bố khoa học về Giải mã

Các dự án giải trình tự DNA thế hệ tiếp theo (NGS), chẳng hạn như Dự án Bộ Gen 1000, đã và đang cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về sự biến dị di truyền giữa các cá nhân. Tuy nhiên, các tập dữ liệu khổng lồ được tạo ra bởi NGS—chỉ riêng dự án thí điểm Bộ Gen 1000 đã bao gồm gần năm terabase—làm cho việc viết các công cụ phân tích giàu tính năng, hiệu quả và đáng tin cậy trở nên khó khăn ngay cả đối với những cá nhân có kiến thức tính toán phức tạp. Thực tế, nhiều chuyên gia gặp phải giới hạn về quy mô và sự dễ dàng trong việc trả lời các câu hỏi khoa học bởi sự phức tạp trong việc truy cập và xử lý dữ liệu do những máy này tạo ra. Trong bài báo này, chúng tôi thảo luận về Bộ công cụ Phân tích Bộ Gen (GATK) của chúng tôi, một khung lập trình có cấu trúc được thiết kế để tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các công cụ phân tích hiệu quả và đáng tin cậy dành cho các máy giải trình tự DNA thế hệ tiếp theo sử dụng triết lý lập trình hàm MapReduce. GATK cung cấp một bộ mẫu truy cập dữ liệu nhỏ nhưng phong phú, bao trùm hầu hết các nhu cầu của công cụ phân tích. Việc tách biệt các tính toán phân tích cụ thể khỏi hạ tầng quản lý dữ liệu chung cho phép chúng tôi tối ưu hóa khung GATK về độ chính xác, độ ổn định, và hiệu quả CPU và bộ nhớ, cũng như cho phép phân giải song song bộ nhớ chia sẻ và phân tán. Chúng tôi nhấn mạnh các khả năng của GATK bằng cách mô tả việc triển khai và ứng dụng các công cụ đáng tin cậy và dung nạp quy mô như máy tính phủ và gọi đa hình đơn nucleotide (SNP). Chúng tôi kết luận rằng khung lập trình GATK cho phép các nhà phát triển và nhà phân tích nhanh chóng và dễ dàng viết các công cụ NGS hiệu quả và đáng tin cậy, nhiều công cụ trong số đó đã được tích hợp vào các dự án giải trình tự quy mô lớn như Dự án Bộ Gen 1000 và Atlas Bộ Gen Ung thư.

Một phương pháp tính toán chức năng mật độ cục bộ chính xác và hiệu quả (LDF) trên các phân tử được mô tả và trình bày với các kết quả. Phương pháp này, viết tắt là Dmol, sử dụng các tích phân số ba chiều hội tụ nhanh để tính toán các phần tử ma trận xảy ra trong phương pháp biến thiên Ritz. Sự linh hoạt của kỹ thuật tích phân mở ra con đường cho việc sử dụng các tập cơ sở biến thiên hiệu quả nhất. Một lựa chọn thực tiễn về các tập cơ sở số được trình bày với khả năng tích hợp sẵn để đạt được giới hạn phân ly LDF một cách chính xác. Dmol cũng bao gồm một phương pháp hiệu quả và chính xác để tính toán tiềm năng tĩnh điện. Các kết quả trên các phân tử nhỏ minh họa độ chính xác và tính chất lỗi hiện tại của phương pháp này. Nỗ lực tính toán cho phương pháp này tăng lên theo bậc ba với kích thước phân tử. Trừ khi giải một bài toán trị riêng đại số, phương pháp có thể được tinh chỉnh để tăng trưởng bậc hai đối với các phân tử lớn.

Người ta cho rằng, vấn đề về hình thái và quy mô là vấn đề trung tâm trong sinh thái học, kết hợp sinh học quần thể và khoa học hệ sinh thái, đồng thời kết nối sinh thái học cơ bản và ứng dụng. Những thách thức ứng dụng, chẳng hạn như dự đoán nguyên nhân và hậu quả sinh thái của biến đổi khí hậu toàn cầu, đòi hỏi sự giao thoa của các hiện tượng diễn ra trên những quy mô không gian, thời gian và tổ chức sinh thái rất khác nhau. Hơn nữa, không có một quy mô tự nhiên duy nhất mà ở đó các hiện tượng sinh thái cần được nghiên cứu; các hệ thống thường cho thấy sự biến đổi đặc trưng trên một loạt các quy mô không gian, thời gian và tổ chức. Người quan sát áp đặt một sự thiên lệch nhận thức, một bộ lọc thông qua đó hệ thống được nhìn nhận. Điều này có ý nghĩa tiến hóa cơ bản, vì mỗi sinh vật là một “người quan sát” của môi trường, và các thích nghi trong lịch sử sống như phân tán và trạng thái ngủ đông làm biến đổi các quy mô nhận thức của loài và sự biến đổi được quan sát. Nó cũng có ý nghĩa cơ bản cho chính nghiên cứu của chúng tôi về các hệ sinh thái, vì các hình thái độc đáo cho bất kỳ phạm vi nào sẽ có nguyên nhân và hậu quả sinh học độc đáo. Chìa khóa để dự đoán và hiểu biết nằm ở việc làm rõ các cơ chế tiềm ẩn dưới các hình thái được quan sát. Thông thường, các cơ chế này hoạt động ở các quy mô khác với các quy mô mà các hình thái được quan sát; trong một số trường hợp, các hình thái phải được hiểu là phát sinh từ hành vi tập thể của một tập hợp lớn các đơn vị quy mô nhỏ hơn. Trong các trường hợp khác, hình thái bị áp đặt bởi các ràng buộc quy mô lớn hơn. Việc nghiên cứu những hiện tượng như vậy yêu cầu nghiên cứu cách mà hình thái và sự biến đổi thay đổi theo quy mô mô tả, và phát triển các quy luật để đơn giản hóa, tổng hợp và quy mô hóa. Các ví dụ được đưa ra từ tài liệu về sinh thái biển và sinh thái trên cạn.

Radiomics nhằm định lượng các đặc điểm biểu hiện trên hình ảnh y tế thông qua việc sử dụng các thuật toán tự động. Công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) trong radiomic, có thể dựa trên các thuật toán cứng đã được thiết kế hoặc các phương pháp học sâu, có thể được sử dụng để phát triển các dấu hiệu sinh học không xâm lấn dựa trên hình ảnh. Tuy nhiên, sự thiếu hụt trong việc định nghĩa chuẩn hóa các thuật toán và xử lý hình ảnh đã cản trở nghiêm trọng tính tái lập và khả năng so sánh của các kết quả. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã phát triển PyRadiomics, một nền tảng mã nguồn mở linh hoạt có khả năng trích xuất một loạt các đặc trưng đã được kỹ thuật từ hình ảnh y tế. PyRadiomics được triển khai bằng Python và có thể được sử dụng độc lập hoặc thông qua 3D Slicer. Ở đây, chúng tôi thảo luận về quy trình làm việc và kiến trúc của PyRadiomics và chứng minh ứng dụng của nó trong việc đặc trưng hóa các tổn thương phổi. Mã nguồn, tài liệu và các ví dụ có sẵn công khai tại www.radiomics.io. Với nền tảng này, chúng tôi nhằm thiết lập một tiêu chuẩn tham chiếu cho các phân tích radiomic, cung cấp một nguồn tài nguyên đã được thử nghiệm và duy trì, và mở rộng cộng đồng các nhà phát triển radiomic nhằm đáp ứng những nhu cầu quan trọng trong nghiên cứu ung thư. Ung thư Res; 77(21); e104–7. ©2017 AACR.

Mục đích. Bài báo này xem xét và minh họa việc sử dụng và diễn giải thống kê kappa trong nghiên cứu cơ xương khớp. Tóm tắt những điểm chính. Độ tin cậy của đánh giá từ các lâm sàng là một yếu tố quan trọng trong các lĩnh vực như chẩn đoán và diễn giải các phát hiện từ kiểm tra. Thường thì những đánh giá này nằm trên một thang đo danh nghĩa hoặc thứ bậc. Đối với những dữ liệu như vậy, hệ số kappa là một thước đo độ tin cậy thích hợp. Kappa được định nghĩa, cả dưới dạng có trọng số và không có trọng số, và việc sử dụng nó được minh họa bằng các ví dụ từ nghiên cứu cơ xương khớp. Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ lớn của kappa (tần suất, thiên lệch và các đánh giá không độc lập) được thảo luận, và các cách đánh giá độ lớn của kappa thu được cũng được xem xét. Vấn đề kiểm tra thống kê kappa được xem xét, bao gồm việc sử dụng khoảng tin cậy, và kích thước mẫu thích hợp cho các nghiên cứu độ tin cậy sử dụng kappa cũng được trình bày trong bảng. Kết luận. Bài báo kết thúc với các khuyến nghị cho việc sử dụng và diễn giải kappa.

Cuộc khủng hoảng tài chính năm 2007 và 2008 đã dẫn đến cuộc khủng hoảng tài chính nghiêm trọng nhất kể từ Đại Suy Thoái và đe dọa có những tác động lớn đến nền kinh tế thực. Sự vỡ bong bóng bất động sản buộc các ngân hàng phải ghi giảm hàng trăm tỷ đô la cho các khoản cho vay xấu do các khoản vay thế chấp không trả được. Đồng thời, vốn hóa thị trường chứng khoán của các ngân hàng lớn giảm hơn gấp đôi. Mặc dù tổng thiệt hại từ các khoản vay thế chấp là rất lớn trên quy mô tuyệt đối, nhưng chúng vẫn tương đối khiêm tốn so với 8 nghìn tỷ đô la giá trị thị trường chứng khoán của Mỹ bị mất giữa tháng 10 năm 2007, khi thị trường chứng khoán đạt mức cao nhất mọi thời đại, và tháng 10 năm 2008. Bài báo này cố gắng giải thích các cơ chế kinh tế đã khiến tổn thất trong thị trường thế chấp khuếch đại thành những xáo trộn và hỗn loạn lớn trong các thị trường tài chính, và mô tả những mối liên kết kinh tế chung giải thích cho hàng loạt sự sụt giảm thị trường, tình trạng khô hạn thanh khoản, các vụ vỡ nợ và các đợt cứu trợ diễn ra sau khi cuộc khủng hoảng bùng nổ vào mùa hè năm 2007.

Tóm tắt: Các con chuột được sử dụng làm thí nghiệm đã được cấy ghép các ống lọc siêu nhỏ có đường kính 0.3 mm qua hippocampus và được bơm dung dịch Ringer với lưu lượng 2μ1/phút. Các mẫu dung dịch từ dịch ngoại bào được thu thập trong khoảng thời gian 5 phút và được phân tích cho các thành phần axit amino là glutamate, aspartate, glutamine, taurine, alanine và serine. Các mẫu được thu thập trước, trong và sau khoảng thời gian 10 phút của thiếu máu não cục bộ hoàn toàn thoáng qua. Nội dung ngoại bào của glutamate và aspartate đã tăng tám và ba lần tương ứng trong giai đoạn thiếu máu não cục bộ; nồng độ taurine cũng tăng 2.6 lần. Trong cùng giai đoạn, nội dung ngoại bào của glutamine giảm đáng kể (xuống còn 68% giá trị kiểm soát), trong khi nồng độ alanine và serine không thay đổi đáng kể trong giai đoạn thiếu máu. Nồng độ của gamma-aminobutyric acid (GABA) quá thấp để có thể đo lường một cách đáng tin cậy. Đề xuất rằng sự tăng mạnh về nội dung glutamate và aspartate ngoại bào trong hippocampus do thiếu máu cục bộ có thể là một trong những yếu tố gây ra tổn thương cho một số neuron quan sát được sau thiếu máu.

Các phổ chuyển đổi Fourier (FTIR) của 21 protein dạng cầu đã được thu thập ở độ phân giải 2 cm⁻¹ từ 1600 đến 1700 cm⁻¹ trong dung dịch nước deuterium. Phương pháp tự giải mã Fourier đã được áp dụng cho tất cả các phổ, cho thấy rằng dải amide I của mỗi protein ngoại trừ casein bao gồm từ sáu đến chín thành phần. Các thành phần được quan sát ở 11 tần số xác định rõ, mặc dù không phải tất cả các protein đều thể hiện thành phần ở mỗi tần số đặc trưng. Độ lệch bình phương gốc (RMS) của 124 giá trị riêng lẻ so với 11 tần số trung bình đặc trưng là 1.9 cm⁻¹. Các thành phần quan sát được được gán cho các đoạn xoắn, đoạn beta mở rộng, đoạn không có trật tự và các vòng. Các đoạn có cấu trúc tương tự không nhất thiết phải thể hiện các thành phần băng với các tần số giống nhau. Chẳng hạn, dải cấu trúc beta có tần số thấp có thể thay đổi trong khoảng khoảng 15 cm⁻¹. Diện tích tương đối của các thành phần riêng lẻ của phổ đã được giải mã được xác định bằng một quy trình khớp đường cong lặp lại Gauss-Newton, giả định rằng các băng có dạng đối xứng Gaussian cho các thành phần đã được giải mã. Các diện tích đo được được sử dụng để ước lượng tỷ lệ của xoắn và cấu trúc beta cho mỗi trong số 21 protein dạng cầu. Kết quả đạt được sự đồng nhất tốt với các giá trị được suy ra từ dữ liệu tia X của Levitt và Greer. Độ lệch RMS giữa 22 giá trị (nội dung alpha và beta của 11 protein giàu beta được đo bằng cả hai kỹ thuật) là 2.5 điểm phần trăm; độ lệch tuyệt đối tối đa là 4 điểm phần trăm.

Mục tiêu: Bệnh nhân bị ung thư màng phổi ác tính, một loại ung thư tiến triển nhanh với thời gian sống trung bình từ 6 đến 9 tháng, trước đây đã có phản ứng kém với hóa trị. Chúng tôi đã tiến hành một thử nghiệm giai đoạn III để xác định liệu việc điều trị bằng pemetrexed và cisplatin có mang lại thời gian sống vượt trội so với chỉ dùng cisplatin hay không.

Phương pháp và Đối tượng: Những bệnh nhân chưa từng hóa trị và không đủ điều kiện phẫu thuật chữa bệnh được phân ngẫu nhiên để nhận pemetrexed 500 mg/m² và cisplatin 75 mg/m² vào ngày 1, hoặc chỉ dùng cisplatin 75 mg/m² vào ngày 1. Cả hai phác đồ được truyền tĩnh mạch và lặp lại sau mỗi 21 ngày.

Kết quả: Tổng cộng 456 bệnh nhân được phân nhóm: 226 nhận pemetrexed và cisplatin, 222 chỉ nhận cisplatin, và tám người không hề nhận trị liệu. Thời gian sống trung bình ở nhánh pemetrexed/cisplatin là 12,1 tháng so với 9,3 tháng ở nhóm đối chứng (P = .020, kiểm định log-rank hai mặt). Tỷ lệ nguy cơ tử vong ở nhóm pemetrexed/cisplatin so với nhóm đối chứng là 0,77. Thời gian tiến triển trung bình trong nhánh pemetrexed/cisplatin dài hơn đáng kể: 5,7 tháng so với 3,9 tháng (P = .001). Tỷ lệ đáp ứng là 41,3% ở nhánh pemetrexed/cisplatin so với 16,7% ở nhóm đối chứng (P < .0001). Sau khi 117 bệnh nhân đã tham gia, axit folic và vitamin B₁₂ được thêm vào để giảm sự độc hại, dẫn tới việc giảm độc tính đáng kể ở nhóm pemetrexed/cisplatin.

Kết luận: Việc điều trị bằng pemetrexed cộng với cisplatin và bổ sung vitamin đã mang lại thời gian sống, thời gian đến khi tiến triển, và tỷ lệ đáp ứng vượt trội so với chỉ dùng cisplatin đơn lẻ ở bệnh nhân ung thư màng phổi ác tính. Việc thêm axit folic và vitamin B₁₂ đã giảm đáng kể độc tính mà không ảnh hưởng bất lợi tới thời gian sống.