[论文解读] 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 4

一句话总结

Drugst.One 是一个基于网络的即插即用平台，可将计算系统医学工具转化为交互式、用户友好的网络应用程序，用于基于网络的药物重定位。仅需三行代码，它就能将21个现有工具无缝集成到在线环境中，支持可视化网络分析，显著降低使用门槛，加速系统医学研究。

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.

研究动机与目标

• 通过计算方法加速药物重定位，以应对新药研发日益低效和成本高昂的问题。
• 克服现有系统医学工具的局限性，这些工具通常需要复杂的安装过程，且缺乏直观的基于网络的可视化功能。
• 创建一个标准化、轻量级的框架，使任何系统生物学软件都能快速转换为交互式在线工具。
• 提升无高级计算专业知识的研究人员对基于网络的药物重定位平台的可及性与可用性。
• 通过将21种不同类型的计算系统医学工具整合到统一的网络界面中，展示框架的广泛适应性。

提出的方法

• 该平台使用轻量级、模块化框架，仅通过三行代码即可将现有系统生物学软件封装为可访问网络的界面。
• 它利用网络技术（HTML、JavaScript 和网络API）实现实时交互式蛋白-药物-疾病网络分析。
• 该系统支持生物网络的动态可视化，包括代表药物、蛋白质和疾病节点，以及表示相互作用或关联的边。
• 通过标准化API实现集成，该API负责处理输入、执行计算并在浏览器中渲染输出。
• 该框架支持后端工具的本地和远程执行，确保与高性能计算环境的兼容性。
• 它原生支持JSON和SBML等数据交换格式，实现与常见系统生物学数据标准的互操作性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否开发一种轻量级、标准化的框架，以极低工程投入将独立的系统生物学工具转换为交互式网络应用程序？
• RQ2 此类平台在多大程度上能提升非专家研究人员对基于网络的药物重定位工具的可及性与可用性？
• RQ3 该框架在面对具有不同输入格式和计算需求的多样化计算系统医学工具时，其可扩展性如何？
• RQ4 在浏览器环境中，该平台能否在支持复杂生物网络可视化的同时保持性能与交互性？
• RQ5 此类工具对加速系统医学研究和药物重定位流程的实际影响是什么？

主要发现

• Drugst.One 已成功将21种不同的计算系统医学工具转换为交互式网络应用程序，集成工作量极小。
• 该平台可在无需本地软件安装的情况下，实现实时浏览器端复杂蛋白-药物-疾病相互作用网络分析。
• 该框架通过仅需三行代码的简单集成方式，显著降低了研究人员的使用门槛，使其能够快速部署先进工具。
• 该系统在多种工具上均保持了高可用性与高性能，包括具有复杂数据工作流和大规模网络计算的工具。
• 该平台已成功部署并可公开访问：https://drugst.one，证明其已具备在科研界广泛采用的成熟度。
• 集成过程得到显著简化，所有21个工具均具备一致的用户界面和可视化功能，提升了用户体验与可重复性。