生物通路數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介

什么是生物通路?

生物通路是細(xì)胞內(nèi)分子之間的一系列相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的某種產(chǎn)物或改變。這種通路可以觸發(fā)新的分子的組裝，比如脂肪或蛋白質(zhì)。通路也可以開(kāi)啟或關(guān)閉基因，或者刺激細(xì)胞移動(dòng)。一些最常見(jiàn)的生物通路涉及到新陳代謝、基因表達(dá)的調(diào)節(jié)和信號(hào)的傳遞。通路在基因組學(xué)的高級(jí)研究中起著關(guān)鍵作用。

通路數(shù)據(jù)庫(kù)

通路信息可通過(guò)大量數(shù)據(jù)庫(kù)獲得，從專業(yè)策展人創(chuàng)建的高質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)到海量數(shù)據(jù)庫(kù)，涵蓋了通過(guò)自然語(yǔ)言處理和摘要文本挖掘創(chuàng)建的大量假定通路。由于大小、質(zhì)量和/或?qū)傩缘牟煌斜匾獮橛脩舻哪康氖褂谜_的數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)論它是用于商業(yè)還是公共使用。

主要通路數(shù)據(jù)庫(kù)

通路數(shù)據(jù)庫(kù)正在世界各地創(chuàng)建。每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都強(qiáng)烈地反映了其構(gòu)建者的意圖和目的。有詳細(xì)的代謝通路數(shù)據(jù)庫(kù)，而其他數(shù)據(jù)庫(kù)有詳細(xì)的信號(hào)通路。大多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)是由閱讀論文和提取通路信息的管理員創(chuàng)建的，這些信息將與數(shù)據(jù)庫(kù)中的通路圖一起組織起來(lái)。還有一些是使用自然語(yǔ)言處理和文本挖掘技術(shù)創(chuàng)建的，這些技術(shù)從論文中提取各種生物關(guān)系，比如基因調(diào)節(jié)關(guān)系，并將它們組織到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

KEGG

KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)是由京都大學(xué)生物信息學(xué)中心和東京大學(xué)人類基因組中心共同開(kāi)發(fā)的一系列數(shù)據(jù)庫(kù)。正如名字百科全書(shū)所暗示的，數(shù)據(jù)庫(kù)包括系統(tǒng)理解生物學(xué)所必需的信息，如基因組序列和化學(xué)信息。KEGG的“通路”部分主要包括代謝通路。對(duì)于非商業(yè)用途，許可證是免費(fèi)的，而對(duì)于商業(yè)用途，許可證由path Solutions Inc.出售。
KEGG的獨(dú)特之處在于其對(duì)酵母，小鼠和人類代謝通路的關(guān)注和覆蓋。目前，細(xì)胞周期和凋亡的信號(hào)通路正在擴(kuò)展。閱讀和總結(jié)相關(guān)文獻(xiàn)的專業(yè)人士(策展人)創(chuàng)造了新的通路。數(shù)據(jù)庫(kù)以KEGGML的格式存儲(chǔ)。由于通路隨后顯示為GIF文件，用戶無(wú)法輕松編輯通路信息。

BioCyc

BioCyc是SRI國(guó)際提供的通路數(shù)據(jù)庫(kù)。
該數(shù)據(jù)庫(kù)最初由SRI國(guó)際生物信息學(xué)研究小組建立，是一個(gè)專注于代謝通路的高質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)。與BioCyc相關(guān)的有EcoCyc、MetaCyc、HumanCyc數(shù)據(jù)庫(kù)。許可證對(duì)學(xué)術(shù)和非營(yíng)利組織都是免費(fèi)的。人類和大腸桿菌是主要的生物體，還有其他各種生物體。EcoCyc主要是大腸桿菌代謝通路的數(shù)據(jù)庫(kù)。這些反應(yīng)以化學(xué)方程式的形式顯示出來(lái)。EcoCyc也包含少量的信號(hào)通路。策展人從文獻(xiàn)中提取了通路知識(shí)。使用專用格式描述通路。
此外，還列出了代謝通路上游的基因調(diào)控信息。換句話說(shuō)，代謝通路與基因編碼酶及其調(diào)節(jié)因子之間存在聯(lián)系。通路圖顯示在細(xì)節(jié)級(jí)別上是分開(kāi)的。在最詳細(xì)的層面上，代謝產(chǎn)物以化學(xué)方程式的形式顯示出來(lái)。

Reactome

Reactome是一個(gè)包含細(xì)胞代謝和信號(hào)通路的通路數(shù)據(jù)庫(kù)。冷泉港實(shí)驗(yàn)室（Cold Spring Harbor Laboratory,）、歐洲生物信息學(xué)研究所（EuropeanBioinformatics Institute）和基因本體聯(lián)合會(huì)（Gene Ontology Consortium）是該項(xiàng)目的主要開(kāi)發(fā)者。雖然人類是被分類的主要生物，但它有22種其他物種的數(shù)據(jù)，比如老鼠（mouse）和大鼠（rat）。Reactome的通路和反應(yīng)可以觀看，但不能通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器編輯。雖然存儲(chǔ)格式是專有的，但大量的通路可以以多種格式獲得。

WikiPathways

WikiPathways是一個(gè)致力于貢獻(xiàn)和維護(hù)生物通路內(nèi)容的社區(qū)資源。任何維基通路的注冊(cè)用戶都可以貢獻(xiàn)，任何人都可以成為注冊(cè)用戶。貢獻(xiàn)是由一組管理員監(jiān)控的，但是大部分的同行評(píng)審、編輯管理和維護(hù)是用戶社區(qū)的責(zé)任。WikiPathways是使用MediaWiki軟件，一個(gè)自定義的圖形通路編輯工具(PathVisio)和涵蓋主要基因、蛋白質(zhì)和代謝物系統(tǒng)的BridgeDb數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的。

商業(yè)通路數(shù)據(jù)庫(kù)

Ingenuity Pathways Knowledge Base

Ingenuity Pathways Knowledge Base (IPKB)是Ingenuity Systems Inc創(chuàng)建的通路數(shù)據(jù)庫(kù)。所有的許可，包括學(xué)術(shù)許可和非營(yíng)利性許可，都需要付費(fèi)。該數(shù)據(jù)庫(kù)包括基因調(diào)控和信號(hào)通路。策展人從這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的文獻(xiàn)中提取知識(shí)，該數(shù)據(jù)庫(kù)目前包含人類、小鼠和大鼠的遺傳信息。

ResNet

ResNet是由Ariadne基因組公司創(chuàng)建的pathway數(shù)據(jù)庫(kù)。學(xué)術(shù)和商業(yè)執(zhí)照都需要付費(fèi)。ResNet的通路主要包括基因調(diào)控通路和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。與其他數(shù)據(jù)庫(kù)不同，ResNet是通過(guò)計(jì)算機(jī)分析構(gòu)建的。換句話說(shuō)，這些通路和網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行自然語(yǔ)言處理而形成的。MedScan用于這個(gè)自然語(yǔ)言處理過(guò)程。數(shù)據(jù)庫(kù)主要是由PubMed中的摘要構(gòu)建的，但也有一些條目使用了全文。此外，還有少量由策展人創(chuàng)作的作品。由MedScan創(chuàng)建的通路數(shù)據(jù)可以通過(guò)查看工具pathway Studio查看。與其他數(shù)據(jù)庫(kù)類似，MedScan使用自己的專有格式。

Meta-datadatabases

Meta-data數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種數(shù)據(jù)庫(kù)中所包含的知識(shí)的整合。PathGuide是一個(gè)交互和通路相關(guān)資源的綜合目錄，目前在它的Meta-數(shù)據(jù)庫(kù)中列出了超過(guò)702個(gè)資源。PathwayCommons和consensus suspathdb是存放集成的生物通路數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)的例子。特別是前者，從不同的供應(yīng)商收集數(shù)據(jù)，并以標(biāo)準(zhǔn)化的格式表示itin。這些Meta-data數(shù)據(jù)庫(kù)特別適合分析合并通路信息。

生物數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性

雖然生物數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)組織和存儲(chǔ)至關(guān)重要，但它帶來(lái)的挑戰(zhàn)是多方面的。首先，數(shù)據(jù)庫(kù)集成存在本體層次上的不一致性;因此，非標(biāo)準(zhǔn)化的命名法需要一種變通方法，這就需要使用映射。另一個(gè)主要問(wèn)題是，數(shù)據(jù)可能是不完整的，模棱兩可的，包含錯(cuò)誤，冗余或不一致的文獻(xiàn)。隨著新知識(shí)的到來(lái)，可能還需要定期更新。專用數(shù)據(jù)庫(kù)的問(wèn)題包括通路數(shù)據(jù)庫(kù)中的通路圖，通常在本質(zhì)上是靜態(tài)的，只代表生物學(xué)的一個(gè)快照。重要的是，在某種程度上評(píng)估和考慮這種可變性，以便這些數(shù)據(jù)庫(kù)的最終用戶能夠從它們的實(shí)用性中獲益。

結(jié)論

盡管通路數(shù)據(jù)庫(kù)很多，但即使是理想的統(tǒng)一版本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完善。大多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)提供者都將重點(diǎn)放在特定類型的生物過(guò)程上，反映出特定群體的研究興趣和專業(yè)知識(shí)。數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容，質(zhì)量和完整性差異很大。此外，資源的缺乏限制了大多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)提供者提供最新通路知識(shí)的能力，因?yàn)橐目茖W(xué)文獻(xiàn)非常多并且不斷積累。當(dāng)前，通路數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息仍落后于科學(xué)文章中介紹的知識(shí)。把它們綜合起來(lái)的方法似乎是解決問(wèn)題的直接方法。然而，它受到諸如異構(gòu)數(shù)據(jù)模型和缺乏標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)訪問(wèn)方法之類的問(wèn)題的阻礙。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)來(lái)輔助通路信息的存儲(chǔ)，組織和交換。但是，它們?nèi)蕴幱谠缙陂_(kāi)發(fā)階段。