读《组学数据生物信息学》|| 浅谈面向数据库的数据挖掘

单细胞技术把组学拉到了前所未有的分辨率之下,再一次让我们看到了组学的希望,也带来了新的挑战。新形势下,我们如何应用生物信息学手段挖掘组学数据呢?这一思考无疑是有意义的,于是,按照惯例,我们需要找到引领我们思考的读物——《组学数据生物信息学》。

看这目录,肯定是值得一读的了,标准的NGS教科书。买来一看,才知道,除了封面、目录和前言剩下的都是英文的。考验阅读理解的时候到了。

谈谈总的感受吧:

NGS的最明显的特点是数据通量大,产生的速度快。带来的一个挑战就是数据解释速度跟不上,所以在NGS的数据分析中一个主要的工作就是:注释(annotation)。基因需要注释,蛋白需要注释,OTU需要注释;CellType需要注释。。。注释的工作是从数据到信息,也就是翻译成人能读懂的信息。数据还有几个特点:

  • 数据库化
  • 数据结构标准
  • 数据管理
  • 分享数据

这些在传统的科研范式下是很少同时面对的。

数据的通量高,相应的信息也比较复杂,呈现出网络结构。信息又有:

  • 网络化
  • 在线信息与本地信息
  • 相关性(关联)
  • 复杂
  • 共享

我们看到信息的结构不是单一的、线性的,而是呈网状。这也许是一件好事,但更多的是带来困惑。在我们不知道的时候,我们渴望知道更多,当我们知道一点,就会引发一连串的想象。

信息太多,我们需要组织起来,形成有规律的知识。当然知识和信息并没有明确的概念,对A来说是信息,对B来说可能是就知识。这里,知识,有点像我们说的生物学背景。一般是通路,(基因,蛋白等)调节信息,在NGS的分析中,往往对应一个基因集(GeneList)。在数据挖掘的过程中,我们用各种手段找到基因集,接下来的主要任务是找到这个基因集的生物学意义。这些目前也大部分组织起来了,如GO,KEGG这样的数据库。

我们看到,在这里数据分析是DB2DB的,即,数据库到数据库的数据挖掘:从数据库里面抓一些数据,再从数据库里面抓一些注释,分析一波之后,再往数据库里面上传一些数据,再丰富一下注释数据库。如,在单细胞数据分析中,我们有一下模式(不失一般地):

An era of single-cell genomics consortia

组学中另一个核心是:整合。整合不同模态的数据,RNA,DNA,ATAC,膜蛋白,TF。在历史上,整合有过和不同的名字:联合分析、关联分析,预测分析。。。

这当然是个新的机会,使得我们可以更全面地观察生物学现象,但是这也是一个新的挑战。虽然我们已经知道生命的基本化学过程:中心法则。然而,我们知道这距离显示具体情况还很遥远,一个基因组水平的代谢网络,目前我们也只能给出概念图。

Integration of Genome Scale Metabolic Networks and Gene Regulation of Metabolic Enzymes With Physiologically Based Pharmacokinetics

阅读本书的第三点感受是:知识就像珠穆朗峰,要抵达那里,不仅需要顽强的意志,也需要精良的装备。这里说的当然是算法了。随着知识结构的复杂,紧靠可视化来看是不够的的,也是看不过来的。如何发现信息背后的知识?如何寻找新的靶标?如何验证?知识的发现之旅,何其迷人。有时候竟然有一种,前不见古人,后不见来者,念天地之悠悠的悲怆。也会有空山不见人但闻人语响的欣喜。

以颤抖之躯追赶,怀敬畏之心挑战。
----《棋魂》


https://book.douban.com/subject/20423280/
https://www.nature.com/articles/s12276-020-0409-x
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5702902/

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