[論文レビュー] Drugst.One -- A plug-and-play solution for online systems medicine and network-based drug repurposing

Andreas Maier, Michael Hartung+37 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2023

Bioinformatics and Genomic Networks被引用数 4

ひとこと要約

Drugst.One は、計算系医学ツールをインタラクティブで使いやすいウェブアプリケーションに変換する、ウェブベースで即挿入可能なプラットフォームです。わずか3行のコードで、21の既存ツールをオンライン環境にシームレスに統合でき、ネットワークベースのドラッグリポurposeに向けた視覚的ネットワーク分析を可能にし、研究の入り口を大幅に下げ、系医学研究のスピードアップを実現します。

ABSTRACT

In recent decades, the development of new drugs has become increasingly expensive and inefficient, and the molecular mechanisms of most pharmaceuticals remain poorly understood. In response, computational systems and network medicine tools have emerged to identify potential drug repurposing candidates. However, these tools often require complex installation and lack intuitive visual network mining capabilities. To tackle these challenges, we introduce Drugst.One, a platform that assists specialized computational medicine tools in becoming user-friendly, web-based utilities for drug repurposing. With just three lines of code, Drugst.One turns any systems biology software into an interactive web tool for modeling and analyzing complex protein-drug-disease networks. Demonstrating its broad adaptability, Drugst.One has been successfully integrated with 21 computational systems medicine tools. Available at https://drugst.one, Drugst.One has significant potential for streamlining the drug discovery process, allowing researchers to focus on essential aspects of pharmaceutical treatment research.

研究の動機と目的

• 新薬開発の非効率さと高コストを解消するため、計算手法を用いてドラッグリポurposeを加速すること。
• 既存の系医学ツールには、複雑なインストール要件と直感的なウェブベースの可視化機能の欠如といった制限があるため、それを克服すること。
• あらゆる系生物学ソフトウェアを迅速にインタラクティブでオンラインのツールに変換できる、標準的で軽量なフレームワークを構築すること。
• 高度な計算スキルを持たない研究者にとっても、ネットワークベースのドラッグリポ purpose プラットフォームのアクセシビリティと使いやすさを向上させること。
• 21種類の多様な計算系医学ツールを統合することで、その広範な適応可能性を実証すること。

提案手法

• 本プラットフォームは、軽量でモジュール式のフレームワークを用い、既存の系生物学ソフトウェアをわずか3行のコードでウェブアクセス可能なインターフェースにラッピングする。
• HTML、JavaScript、ウェブAPIを活用して、タンパク質-ドラッグ-疾患ネットワークとのリアルタイム相互作用を可能にする。
• ノードとしてドラッグ、タンパク質、疾患を、エッジとして相互作用や関連性を表す、生物学的ネットワークの動的可視化をサポートする。
• 入力処理、計算実行、ブラウザ内での出力レンダリングを処理する標準化APIを介して統合を実現する。
• バックエンドツールのローカルおよびリモート実行をサポートし、ハイパフォーマンスコンピューティング環境との互換性を確保する。
• JSON や SBML といったデータ交換フォーマットの組み込みサポートにより、一般的な系生物学データ基準との相互運用性を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スタンドアロンの系生物学ツールを、最小限の工学的作業でインタラクティブなウェブアプリケーションに変換できる、軽量で標準化されたフレームワークを開発できるか？
• RQ2 このようなプラットフォームが、非専門家研究者にとってのネットワークベースのドラッグリポ purpose ツールのアクセシビリティと使いやすさをどの程度向上できるか？
• RQ3 入力フォーマットや計算要件が異なる多様な計算系医学ツールに対し、このフレームワークはどの程度スケーラブルか？
• RQ4 ブラウザ環境で複雑な生物学的ネットワーク可視化をサポートする中で、パフォーマンスとインタラクティビティを維持できるか？
• RQ5 このようなツールが、システム医学研究やドラッグリポ purpose パイプラインの加速に実際どの程度の影響を与えるか？

主な発見

• Drugst.One は、統合作業を最小限に抑え、21種類の異なる計算系医学ツールをインタラクティブなウェブベースのアプリケーションに成功して変換した。
• 本プラットフォームにより、ローカルソフトウェアのインストールを必要とせず、ブラウザ上で複雑なタンパク質-ドラッグ-疾患相互作用ネットワークのリアルタイム分析が可能になった。
• フレームワークのおかげで、研究者がわずか3行のコードで統合するだけで、高度なツールを簡単にデプロイできるようになり、研究への参入障壁が大幅に低下した。
• 複雑なデータワークフローと大規模なネットワーク計算を伴うツールを含め、多様なツールにおいても、高い使いやすさとパフォーマンスを維持した。
• 本プラットフォームは公開されており、https://drugst.one で誰でもアクセス可能であり、研究コミュニティにおける広範な採用の準備ができていることを示している。
• 統合プロセスが簡素化され、21のツールすべてで一貫したユーザーインターフェースと可視化機能が実現し、ユーザー体験と再現性が向上した。