[논문 리뷰] Drugst.One -- A plug-and-play solution for online systems medicine and network-based drug repurposing

Andreas Maier, Michael Hartung외 37명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 24.

Bioinformatics and Genomic Networks인용 수 4

한 줄 요약

Drugst.One은 웹 기반의 즉각적 통합 플랫폼으로, 계산 기반의 시스템 의학 도구를 네트워크 기반 약물 재포지셔닝을 위한 상호작용형 사용자 친화적 웹 애플리케이션으로 전환합니다. 단 3줄의 코드만으로도 21개의 기존 도구를 온라인 환경에 원활하게 통합할 수 있으며, 시각적 네트워크 분석을 제공함으로써 접근 장벽을 크게 낮추고 시스템 의학 연구의 속도를 높입니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 신약 개발의 점점 증가하는 비효율성과 높은 비용을 해결하기 위해 계산 기반 방법을 통해 약물 재포지셔닝을 가속화하는 것.
• 기존의 시스템 의학 도구들이 복잡한 설치 절차를 요구하고 직관적인 웹 기반 시각화를 제공하지 못하는 한계를 극복하는 것.
• 어떤 시스템 생물학 소프트웨어라도 빠르게 상호작용형 온라인 도구로 전환할 수 있도록 표준화되고 경량화된 프레임워크를 만드는 것.
• 고급 계산 전문 지식이 없는 연구자들이 네트워크 기반 약물 재포지셔닝 플랫폼을 보다 쉽게 접근하고 사용할 수 있도록 하는 것.
• 21개의 다양한 계산 기반 시스템 의학 도구를 통합하여 통합된 웹 인터페이스로 보여줌으로써 광범위한 적응 가능성의 가능성을 입증하는 것.

제안 방법

• 플랫폼은 기존의 시스템 생물학 소프트웨어를 웹 액세스 가능한 인터페이스로 감싸는 경량이고 모듈화된 프레임워크를 사용하며, 단 3줄의 코드로만 구현됩니다.
• HTML, JavaScript 및 웹 API를 활용하여 단백질-약물-질병 네트워크와 실시간으로 상호작용할 수 있도록 합니다.
• 시스템은 생물학적 네트워크의 동적 시각화를 지원하며, 약물, 단백질, 질병을 노드로, 상호작용 또는 연관성을 간선으로 표현합니다.
• 입력 처리, 계산 실행, 브라우저 내 출력 렲시를 담당하는 표준화된 API를 통해 통합이 이루어집니다.
• 백엔드 도구의 로컬 및 원격 실행을 모두 지원하여 고성능 컴퓨팅 환경과의 호환성을 확보합니다.
• JSON 및 SBML과 같은 데이터 교환 형식을 내장 지원하여 일반적인 시스템 생물학 데이터 표준과의 상호운용성을 보장합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단순한 엔지니어링 노력으로도 스탠드얼론 시스템 생물학 도구를 상호작용형 웹 애플리케이션으로 전환할 수 있는 경량이고 표준화된 프레임워크를 개발할 수 있는가?
• RQ2 이러한 플랫폼이 비전문가 연구자들이 네트워크 기반 약물 재포지셔닝 도구에 대해 얼마나 더 쉽게 접근하고 사용할 수 있도록 향상시킬 수 있는가?
• RQ3 입력 형식과 계산 요구 사항이 다양한 계산 기반 시스템 의학 도구들 사이에서 프레임워크의 확장성은 어느 정도인가?
• RQ4 브라우저 환경에서 복잡한 생물학적 네트워크 시각화를 지원하면서도 성능과 상호작용성을 유지할 수 있는가?
• RQ5 이러한 도구가 시스템 의학 연구와 약물 재포지셔닝 파이프라인의 실질적 영향을 어느 정도 가속화할 수 있는가?

주요 결과

• Drugst.One은 통합 노력 최소화로 21개의 서로 다른 계산 기반 시스템 의학 도구를 상호작용형 웹 기반 애플리케이션으로 성공적으로 전환했습니다.
• 플랫폼은 로컬 소프트웨어 설치 없이도 브라우저 기반에서 복잡한 단백질-약물-질병 상호작용 네트워크를 실시간으로 분석할 수 있도록 했습니다.
• 단 3줄의 코드 통합으로도 고급 도구를 쉽게 배포할 수 있도록 하여 연구자들이 접근 장벽을 크게 낮췄습니다.
• 복잡한 데이터 워크플로우와 대규모 네트워크 계산을 포함한 다양한 도구들 사이에서 높은 사용성과 성능를 유지했습니다.
• 플랫폼은 https://drugst.one 에서 배포되어 공개 가능하며, 연구 공동체에서 널리 채택될 준비가 되어 있음을 입증했습니다.
• 통합 과정이 간소화되어 모든 21개 도구에서 일관된 사용자 인터페이스와 시각화 기능을 제공하여 사용자 경험과 재현 가능성을 향상시켰습니다.