望遠(yuǎn)鏡：一種在移動(dòng)設(shè)備上管理生物信息學(xué)分析的工具

加州大學(xué)洛杉磯分校，圣保羅大學(xué)，圣卡洛斯聯(lián)邦大學(xué)和南加州大學(xué)的研究人員團(tuán)隊(duì)最近開(kāi)發(fā)了一種交互式工具，用于實(shí)時(shí)和通過(guò)便攜式設(shè)備管理大規(guī)模生物信息學(xué)分析。這項(xiàng)名為Telescope的新工具首先在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中提出。

開(kāi)發(fā)Telescope的團(tuán)隊(duì)包括加州大學(xué)洛杉磯分校合作實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，這是該大學(xué)定量與計(jì)算生物科學(xué)研究所的研究實(shí)驗(yàn)室。在加州大學(xué)洛杉磯分校的合作中，這些研究人員可以與大學(xué)中其他在計(jì)算生物學(xué)方面具有不同專業(yè)知識(shí)的學(xué)生和教職員工進(jìn)行交流。這些互動(dòng)最終激發(fā)了團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)一種用戶友好的工具來(lái)管理大規(guī)模生物信息學(xué)分析。

研究人員通過(guò)電子郵件告訴TechXplore：“當(dāng)今大多數(shù)生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究的目標(biāo)是如此微妙和難以發(fā)現(xiàn)，以至于大量數(shù)據(jù)和計(jì)算能力已成為新的現(xiàn)狀。”“然而，研究人員通常將對(duì)命令行工具的過(guò)度依賴描述為對(duì)那些缺乏正規(guī)計(jì)算培訓(xùn)的人而言繁瑣且高度不直觀。”

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)專門的培訓(xùn)計(jì)劃和研討會(huì)在鼓勵(lì)研究人員開(kāi)始使用強(qiáng)大的方法進(jìn)行大規(guī)模生物信息學(xué)分析方面特別有效。但是，大多數(shù)在計(jì)算設(shè)施上使用這些方法的技術(shù)都無(wú)法與進(jìn)行大多數(shù)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的濕實(shí)驗(yàn)室環(huán)境很好地集成在一起?？紤]到這一點(diǎn)，研究人員著手開(kāi)發(fā)一種工具，以使生物信息學(xué)工具與濕實(shí)驗(yàn)室研究更好地集成。

該團(tuán)隊(duì)告訴TechXplore：“提出了望遠(yuǎn)鏡的建議，以促進(jìn)濕實(shí)驗(yàn)室研究與生物信息學(xué)之間的集成和更緊密的協(xié)作，從而減少傳統(tǒng)上在計(jì)算設(shè)施中運(yùn)行復(fù)雜的生物信息學(xué)分析所需的學(xué)習(xí)曲線。”“然而，挑戰(zhàn)在于保證最終的解決方案確實(shí)能夠解決這些空白，并且對(duì)于大多數(shù)研究人員來(lái)說(shuō)是直觀的。”

為了向精通技術(shù)的研究人員和計(jì)算能力有限的研究人員介紹他們的解決方案，研究人員決定在2018年初的第二屆Hackathon活動(dòng)期間介紹Telescope。Hackathon匯集了具有IT和編碼技能的研究人員，為他們提供了機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)整體的IT技能，例如，探索如何構(gòu)建腳本并將生物信息學(xué)工具應(yīng)用于數(shù)據(jù)集。

研究人員解釋說(shuō)：“我們的想法吸引了希望盡快處理數(shù)據(jù)的新手和只想以更簡(jiǎn)單的方法通過(guò)手機(jī)檢查工作的技術(shù)專家。”“因此，望遠(yuǎn)鏡是為社區(qū)而設(shè)計(jì)的。”

大多數(shù)在潮濕實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的研究人員都需要滿足大量的時(shí)間要求。望遠(yuǎn)鏡旨在幫助他們更好地管理工作量，實(shí)時(shí)監(jiān)督和調(diào)整生物信息學(xué)分析。

望遠(yuǎn)鏡用戶界面：第一個(gè)屏幕顯示集群上作業(yè)的狀態(tài)。下一個(gè)屏幕顯示有關(guān)第一個(gè)列出的作業(yè)的詳細(xì)信息：源目錄，腳本文件的名稱和內(nèi)容以及當(dāng)前任務(wù)輸出的最后幾行。

本質(zhì)上，Telescope加強(qiáng)了濕實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與用于分析大量生物數(shù)據(jù)的工具之間的關(guān)系。它通過(guò)提供一個(gè)安全且用戶友好的平臺(tái)來(lái)做到這一點(diǎn)，用戶可以在該平臺(tái)上開(kāi)始研究并管理與高性能集群中運(yùn)行的生物信息學(xué)工作相關(guān)的任務(wù)。

研究人員說(shuō)：“望遠(yuǎn)鏡利用了Twitter的Bootstrap之類的通用Web框架來(lái)提供令人贊嘆的用戶體驗(yàn)并支持可擴(kuò)展的界面。”“為了支持新用戶和有經(jīng)驗(yàn)的用戶，Telescope的核心使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管理和存儲(chǔ)用戶訪問(wèn)密鑰。”

Telescope存儲(chǔ)的訪問(wèn)密鑰用于通過(guò)安全外殼連接高性能計(jì)算群集，以便接收最新的作業(yè)狀態(tài)更新并在需要時(shí)發(fā)出新命令(例如，刪除舊任務(wù)等)。望遠(yuǎn)鏡使?jié)駥?shí)驗(yàn)室的科學(xué)家能夠跟蹤其工作狀態(tài)，并直接在手機(jī)上輕松訪問(wèn)其生物信息學(xué)分析的初步結(jié)果。這意味著他們還可以及早發(fā)現(xiàn)分析中的潛在問(wèn)題，并且無(wú)需使用計(jì)算機(jī)就可以將其取消。

研究人員解釋說(shuō)：“與在Linux終端上使用命令行的常規(guī)方法相比，Telescope是一種更加直觀和交互式的工具。”“例如，共享分析結(jié)果就像共享鏈接一樣容易，就像在Twitter或Facebook上一樣。盡管如此，我們認(rèn)為我們最有意義的成就是在開(kāi)發(fā)之初就與傳統(tǒng)的非計(jì)算生命科學(xué)界進(jìn)行了接觸”。

這種用于管理生物信息學(xué)分析的新工具密切關(guān)注了生物學(xué)研究人員的需求。實(shí)際上，該團(tuán)隊(duì)利用Hackathon事件利用計(jì)算分析工具收集了具有不同IT能力和經(jīng)驗(yàn)的生物學(xué)專家的輸入和反饋。

研究人員說(shuō)：“我們希望從新手計(jì)算用戶那里收集輸入信息，因?yàn)槲覀兿雱?chuàng)建一種工具，以解決使用不直觀命令行的最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。”“然后，我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單且最小的Web界面，該界面可以在零設(shè)置下運(yùn)行在包括手機(jī)在內(nèi)的各種設(shè)備上。我們面臨的挑戰(zhàn)是在安全性與簡(jiǎn)便性之間進(jìn)行權(quán)衡，并且我們通過(guò)采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(例如，使用PBDKS存儲(chǔ)密鑰。”

由這組研究人員開(kāi)發(fā)的工具(現(xiàn)已在GitHub上提供)可以幫助生物學(xué)專家開(kāi)展工作，幫助他們以更簡(jiǎn)單，更直觀的方式管理其生物信息學(xué)分析。除了允許生物醫(yī)學(xué)研究人員從其便攜式設(shè)備訪問(wèn)大型計(jì)算設(shè)備的功能之外，Telescope是一種可定制且可擴(kuò)展的軟件。這意味著用戶可以為其添加新功能或可以幫助進(jìn)一步開(kāi)發(fā)它。

研究人員說(shuō)：“我們的項(xiàng)目現(xiàn)在將由南加州大學(xué)的Mangul實(shí)驗(yàn)室作為開(kāi)源軟件進(jìn)行維護(hù)。”“我們還計(jì)劃將Telescope集成到我們實(shí)驗(yàn)室的大多數(shù)分析管道中，以進(jìn)一步評(píng)估用戶體驗(yàn)。下一步，這些測(cè)試將擴(kuò)展到來(lái)自更廣泛社區(qū)的beta測(cè)試人員的調(diào)查。我們的總體目標(biāo)是在將來(lái)為USC高性能集群的用戶淘汰Telescope。在整個(gè)過(guò)程中，Mangul實(shí)驗(yàn)室將蓬勃發(fā)展，與社區(qū)互動(dòng)以推動(dòng)采用，并確保Telescope保持相關(guān)性。”