Negli ultimi due decenni, la ricerca in morfologia, lo studio delle forme e delle strutture degli organismi biologici, è esplosa grazie ai progressi nelle tecnologie di imaging. I ricercatori hanno generato enormi quantità di dati visivi, ad esempio utilizzando le scansioni TC per visualizzare il cervello, microscopia elettronica criogenica per visualizzare virus e proteine ​​a risoluzione quasi atomica, e microscopia a foglio leggero per visualizzare gli organi interni, embrioni, e vari organismi.

In un nuovo documento, un team di ricercatori delle università di Montpellier, Lione, e Tolosa I e III in Francia ha collaborato alla creazione di MorphoNet.org, un open source, pubblicamente disponibile, interattivo, browser web morfodinamico generico per aiutare i ricercatori, insegnanti, e studenti da condividere, analizzare, e visualizzare l'abbondanza di nuovi dati morfologici.

Parte della motivazione per lo sviluppo di MorphoNet è nata durante il lavoro dei ricercatori. Emmanuel Faure e il suo team all'Università di Montpellier, CNRS, ha studiato le ascidie (ascidie) e il modo in cui i loro embrioni si sviluppano durante l'embriogenesi. Per comprendere meglio il legame tra fenotipo e genotipo degli organismi, i ricercatori volevano collegare la loro evoluzione della forma alle dinamiche dei loro modelli di espressione genica. Utilizzando la microscopia a foglio leggero, i ricercatori hanno costruito diversi set di dati 4-D (3-D+t) di embrioni in via di sviluppo, e ora possono usare MorphoNet per esplorare ulteriormente il feedback gene-to-shape utilizzando un collegamento al database genetico delle ascidie.

MorphoNet ha il potenziale per un uso molto più diffuso, e presenta diversi vantaggi rispetto alle attuali piattaforme di visualizzazione morfologica. Ad esempio, le piattaforme esistenti si concentrano principalmente su aree di nicchia, e attualmente non esiste uno strumento che combini i dati morfologici di tutti i diversi sottocampi della biologia in un'unica posizione. Anche, la maggior parte delle piattaforme attuali sono sotto forma di software da scaricare su un computer, piuttosto che un browser basato sul web, rendendoli difficili da mantenere per gli utenti. Sebbene esistano alcuni database morfologici basati sul web, la maggior parte non consente agli utenti di caricare nuovi dati, e le loro capacità interattive sono limitate. I ricercatori hanno sviluppato MorphoNet per colmare queste lacune.

I ricercatori confrontano questa era nei dati morfologici con la rivoluzione dei dati genomici degli anni '90 e dei primi anni 2000. A quel tempo, erano in corso il Progetto Genoma Umano e altri progetti di sequenziamento del genoma, e i ricercatori hanno improvvisamente avuto accesso a un'abbondanza di nuovi dati sul DNA, cromosomi, nucleotidi, e molti altri tipi di materiale genetico. Per facilitare l'uso di tutti questi dati, sono stati sviluppati browser computazionali, come il WashU Epigenome Browser e il UCSC Genome Browser. MorphoNet vuole essere analogo a questi browser genomici per i dati morfologici.

MorphoNet funziona su browser Internet standard e offre due tipi di accesso:gli utenti non registrati possono accedere a set di dati pubblici e avere solo diritti di visualizzazione, considerando che gli utenti registrati hanno diritti aggiuntivi, come la possibilità di caricare e scaricare dati. Poiché i dati morfologici hanno molti formati diversi, i ricercatori hanno creato un formato generico in modo che tutti i dati caricati siano duplicati in questo formato standard, mentre la copia originale rimane anche sul server. Il formato standard consente la struttura di rete interdisciplinare, in cui gli utenti possono integrare i dati da più set di dati ed esplorare i risultati.

Alcune delle caratteristiche di MorphoNet includono la capacità di raggruppare oggetti da diversi set di dati per costruire strutture di ordine superiore, come gli organi; raggruppare oggetti in base alla loro discendenza temporale, come per tracciare i lignaggi cellulari; nascondere oggetti o renderli parzialmente trasparenti, consentire agli utenti di "vedere attraverso" l'anatomia di un corpo umano o di un altro organismo; proiettare nuovi dati quantitativi e qualitativi su immagini come etichette o mappe termiche; sovrapporre modelli di espressione genica su immagini, collegando così informazioni genetiche e morfologiche; e calcolare alcune proprietà statistiche degli aspetti quantitativi dei dati morfologici.

Una delle maggiori sfide nella creazione di un browser morfologico è stata la compressione dell'enorme quantità di dati per consentirne la visualizzazione e l'interazione. Per fare questo, le immagini sono compresse in mesh di superficie, che vengono renderizzati utilizzando il motore di gioco Unity3D che gira su browser Internet standard. Anche, mentre semplici calcoli possono essere eseguiti direttamente sul server, calcoli più complessi possono essere eseguiti esternamente caricando qualsiasi calcolo basato su Python o eseguito da ImageJ sul server MorphoNet.

Nel futuro, i ricercatori prevedono di utilizzare ulteriormente MorphoNet per le proprie ricerche in biologia dello sviluppo, oltre ad ampliarne le funzionalità ed esplorarne le potenziali applicazioni industriali.

"Sarà data priorità all'elaborazione di nuovi bug, aggiunta di nuovi set di dati, e lo sviluppo di funzioni utente comuni, "Faure ha detto Phys.org . "Come parte della nostra visione a lungo termine, vorremmo integrare meglio tutte le informazioni del set di dati di espressione genica con le loro forme cellulari corrispondenti. Un asse più tecnico che stiamo attualmente esplorando (con l'INRIA Hybrid Team) è quello di incorporare MorphoNet in un ambiente di realtà virtuale, per esplorare i nostri set di dati 4-D utilizzando una visione completamente 3-D invece di un semplice schermo 2-D.

"Sul lato delle potenziali applicazioni industriali di MorphoNet, pensiamo che le industrie potrebbero essere interessate all'uso di MorphoNet per i propri argomenti (architettura, aeronautica, eccetera.). Attualmente stiamo lavorando con la piattaforma di accelerazione del trasferimento tecnologico Axlr per collegare il nostro lavoro all'industria. In questa direzione, abbiamo anche chiesto il supporto della nostra Regione Occitania locale".

Per adesso, chiunque sia interessato a provare MorphoNet dovrebbe contattare Faure (l'indirizzo e-mail può essere trovato qui).

"Posso quindi aprire loro un account e potranno iniziare a caricare i propri dati e godersi l'uso di MorphoNet sul loro progetto, " ha detto. "In ogni caso, questa è la prima versione ufficiale di MorphoNet quindi ci sono alcune cose qua e là da sviluppare e perfezionare completamente. Sarei molto felice di aiutare tutti i ricercatori interessati al nostro strumento."

© 2019 Scienza X Rete