Aproveitando dados Genomic do cancro pediatra na nuvem

Thought LeadersDr. Jinghui ZhangChair, Department of Computational BiologySt. Jude Children's Research Hospital

Uma entrevista com Dr. Jinghui Zhang, conduzido por Kate Anderton, BSc

Que é a história da pesquisa da genómica no hospital da pesquisa das crianças do St. Jude?

Em 2007, antes do advento da próxima geração que arranja em seqüência, o St. Jude usou microarrays para caracterizar a variação e o Sanger do número da expressão genética e de cópia que arranjam em seqüência para identificar mutações da seqüência na leucemia. As experiências, conduzidas pelo Dr. James Downing e pelo Dr. Charles Mullighan, foram consideradas uma descoberta principal naquele tempo.

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Em 2010, os estudos do genoma começaram realmente descolar em todo o mundo. O St. Jude lançou um USD o projecto $60 milhões em colaboração com a universidade de Washington chamada o projecto pediatra do genoma do cancro (PCGP) para investigar cancros pediatras principais com resultados muito deficientes usando arranjar em seqüência inteiro do genoma.

Então, somente um genoma humano do cancro tinha sido arranjado em seqüência usando a próxima geração que arranjam em seqüência (NGS), e a esta era o genoma de AML. Quando nós começamos primeiramente o projecto, o alvo era conseguir a universidade de Washington fazer arranjar em seqüência, porque eram esses que tinham arranjado em seqüência o genoma de AML e assim, teve a tecnologia para realizar mais análises.

Contudo, nós temos agora uma equipe muito integrative que vêm de todas as áreas de investigação do cancro, dos chumbos clínicos em St. Jude que trabalha na leucemia, em tumores contínuos e em tumores cerebrais, aos líderes científicos nestes áreas e biólogos computacionais que trabalham ao lado deles.

O impulso grande neste momento está obtendo o projecto pediatra do genoma do cancro terminado. Põe em fase I do projecto, que se centrou sobre a caracterização das paisagens genomic de cancros pediatras principais, tomou três anos para terminar, desde 2010-2013, a seguir transitioned a um foco na análise da predisposição do germline e a uma paisagem epigenomic entre 2013-2015.

O projecto realiza-se agora em sua terceira fase, e os esforços clínicos reais da genómica começaram. Os primeiros dois anos (2015-2017), envolvidos muitos planeamento e revelação da infra-estrutura arranjando em seqüência clínica, e expansão da pesquisa do germline para incluir sobreviventes a longo prazo do cancro pediatra. Nós estamos começando agora o teste clínico do tempo real para cada paciente em St. Jude.

Que são nuvem do St. Jude e que fornece à comunidade de pesquisa global?

A pesquisa do St. Jude gerou dados significativos no cancro pediatra, e nosso Dr. Downing e a instituição do CEO no conjunto é comprometido a compartilhar dados com a comunidade de pesquisa mais larga. Todos os dados de PCGP foram transferidos ficheiros pela rede aos repositórios centralizados público.

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Os cientistas que querem os dados fazem um pedido, obtêm-no aprovados, e transferem-no os dados a sua própria infra-estrutura de computação local. O acesso de dados foi concedido a 300 laboratórios de investigação através do mundo.

Que motivado nós para desenvolver a nuvem do St. Jude eram a realização que transferir dados de um repositório público a uma infra-estrutura de computação local é um processo demorado e somente praticável para pesquisadores com acesso à grande infra-estrutura de computação.

Os dados de acolhimento na nuvem do St. Jude democratizarão o acesso de dados e permitirão cientistas de centrar-se sobre a análise inovativa de execução em vez dos dados da transferência. Os cientistas podem alcançar dados usando nossas ferramentas do visualização e trazer suas próprias ferramentas à nuvem realizar a análise inovativa.

Que impacto você pensa St. Jude que nuvem tem no assistência ao paciente?

A nuvem do St. Jude atrai dois tipos principais de usuário. Um é os cientistas de computador e os biólogos computacionais que estão interessados em aplicar suas ferramentas de análise inovativas a nossas séries de dados e em usar os dados para fazer descobertas novas. Os outro são cientistas translational que levam a cabo tratamentos e testes de diagnóstico novos.

Nossas séries de dados cobrem o genoma inteiro, tão lá são inevitàvel componentes do genoma que nós não exploramos em grande detalhe ainda. Alguém com um interesse particular da pesquisa pode usar o St. Jude dos dados recolheu como um ponto de partida para uma investigação nova da pesquisa.

Também, se um outro laboratório encontra as mesmas mutações que nós fazemos, podem combinar seus dados com os nossos na nuvem do St. Jude, que pode fornecer a suficiente potência estatística usando os dados comum. Encontrar estatìstica significativo podia guiar a revelação de tratamentos novos e de técnicas diagnósticas.

Meu sonho é que os pesquisadores começarão compartilhar mais rotineiramente de dados e a comunidade científica pode trabalhar no conjunto. Como eu disse, o cancro pediatra é uma doença muito rara, e se nós não compartilhamos de dados, será muito difícil mover-se para a frente com protocolos de tratamento e classificar com maiores detalhes cancros para a medicina da precisão.

Descreva por favor sua pesquisa recente no campo do cancro pediatra em St. Jude.

Meu papel mais recente, publicado na natureza, centrou-se sobre resultados de um estudo da análise do bandeja-cancro, que fosse realizado em colaboração com o instituto nacional para o cancro (NCI). Nós realizamos análises genoma-largas da assinatura da mutação em quase 1.700 leucemia pediatras e em tumores contínuos.

Antes que o estudo, nós não esperar considerar um teste padrão impressionante em termos das assinaturas da mutação, porque ao contrário dos adultos que ficam o cancro, as crianças não são expor a muitos factores de risco ambientais para o cancro, tal como o fumo do cigarro ou a radiação UV. Nós conseqüentemente não esperamos o ambiente ser um contribuinte principal.

Contudo, nós fomos surpreendidos encontrar uma assinatura UV em oito leucemia aneuploid. Nós então quis saber, é esta observação real ou é apenas uma incidental encontrando isso esta presente a esse grupo de pacientes do grupo da oncologia das crianças que nós provamos?

Porque nós temos somente oito pacientes sair do estudo de aproximadamente 300 casos, nós precisaremos de replicate o estudo em uma coorte independente. Contudo, o Dr. Scott Newman, chumbo do grupo para a análise da bioinformática no St. Jude que está conduzindo o aspecto científico da nuvem do St. Jude, explorado se nós podemos usar os dados já na nuvem do St. Jude para replicate a assinatura UV nós encontrou da coorte da RODA DENTEADA.

Nós somos satisfeitos muito para ver que a assinatura UV replicated. Além disso, a réplica foi feita em uma coorte analisada em uma plataforma arranjando em seqüência que fosse diferente daquela usada no estudo do NCO, mais adicional confirmando que o teste padrão não é um produto manufacturado de arranjar em seqüência.

Daqui, nós replicated agora os resultados em duas coortes independentes, usando duas plataformas arranjando em seqüência diferentes, assim que nós estamos muito seguros sobre os resultados. Um estudo gosta daquele, tipicamente, se você tentou transferir os dados, tomaria pelo menos um meio ano, mínimo; considerando que computar na nuvem do St. Jude toma uma fracção dessa hora de terminar.

Que tecnologia você se usou para realizar sua pesquisa?

Há uns aspectos diferentes à tecnologia. Nós temos nosso próprio conjunto local do informática de alto rendimento, mas uma plataforma da nuvem permite que nós cataloguem mesmo em recursos de computação maiores para controlar a computação intensiva.

Enquanto o St. Jude começa usar os resultados da genómica clínica para a terapia, nós precisamos de terminar a análise de dados em uma quantidade de tempo fixa. Conseqüentemente, nós precisamos de superar o gargalo computacional que nos retem em fases específicas do processo de dados, e uma das maneiras que esta pode ser feita é com a tecnologia da nuvem.

Nós igualmente estamos começando trazer séries de dados de perfilamento epigenéticas na nuvem do St. Jude. Nós pensamos que este será muito útil em interpretar as variações reguladoras em regiões da não-codificação. Estas são as áreas do genoma humano que foram caracterizadas raramente, presentemente.

Uma outra área é arquitetura do genoma 3D, olhando como regiões diferentes no genoma interactivo. Isto ajudou-nos realmente a ganhar uma introspecção nas variações reguladoras que impactam redes transcricionais no cancro.

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Como a tecnologia está mudando a maneira que a pesquisa está realizada em St. Jude e através do mundo?

Ao longo da última década, a tecnologia tornou-se muito mais acessível. Tomada, por exemplo, arranjar em seqüência do genoma. No passado, somente os centros grandes do genoma podiam realizar arranjar em seqüência análises.

Agora, usando a nuvem do St. Jude, os laboratórios pequenos podem alcançar conjunto de dados e a potência informática enormes. Se enviam um espécime a um laboratório de referência, podem verificar a qualidade dos dados e fazer perguntas sobre a validez dos resultados. Eu penso, em uma maneira, a tecnologia democratizei estes ensaios genoma-largos em uma maneira similar a como Apple e Microsoft fazem computadores acessíveis ao público geral.

Nós estamos facilitando a capacidade de cientistas do banco para alcançar dados complexos em uma maneira que permita que apliquem o conhecimento do domínio e sua introspecção científica aos dados que são já lá fora. Isto permite que nós conectem os pontos entre os cientistas computacionais e os cientistas do banco, que são considerados actualmente ser duas entidades separadas.

Nós esperamos que, com a acessibilidade aumentada destas plataformas dos ensaios e da computação, a biologia computacional se tornará integrada e cientistas do banco pode contribuir à análise de dados, mesmo que não possam completamente compreender a tecnologia informática atrás dela.

Que o futuro guardara para sua equipa de investigação?

O estudo do bandeja-cancro centrou-se sobre o diagnóstico do cancro, e teve-se uma recaída cancros e como a evolução do total, do diagnóstico a ter uma recaída, não foi explicada ainda inteiramente.

O que nós gostaríamos de fazer agora é foco mais em como os tumores evoluem no tratamento da droga. Esperançosamente, nós podemos usar estes dados para desenvolver curas novas para os pacientes de alto risco que têm uma recaída, porque este é o gargalo de tratar pacientes que sofre de cancro pediatras.

A segunda área que nós estamos trabalhando sobre está estudando a saúde geral de sobreviventes a longo prazo do cancro pediatra. Esta é parte de uma iniciativa chamada a VIDA do St. Jude, que é conduzida pelo Dr. Les Robison em St. Jude.

O programa da VIDA do St. Jude segue longitudinalmente pacientes de St. Jude durante todo suas vidas para compreender melhor mais tarde os riscos para efeitos secundários na vida. O objetivo não é apenas curar pacientes com cancro pediatra, mas assegurar-se de igualmente que tenham uma vida saudável e produtiva.

Nós queremos compreender os efeitos a longo prazo de terapias do cancro, e se é possível usar dados da genómica para identificar pacientes no risco elevado para efeitos secundários tóxicos da tarde-fase. Nós esperamos que os resultados podem informar a pesquisa futura, assim que nós podemos desenvolver as terapias menos tóxicas que melhorarão a qualidade de vida para cabritos no futuro.

Finalmente, em nosso estudo, nós olhamos somente a região da codificação do genoma, que iguala a ao redor 3 por cento do genoma total. Agora nós precisamos de olhar os 97 por cento do ADN da não-codificação e de identificar variações.

Isto é mais desafiante do que olhando mutações da codificação, porque você precisa de compreender a paisagem epigenética do cancro pediatra para poder ter uma boa interpretação da variação da não-codificação que você está olhando.

Onde podem os leitores encontrar mais informação?

Sobre o Dr. Jinghui Zhang

Jinghui Zhang, PhD, é um biólogo computacional cujo o trabalho se centre sobre a análise integrative de dados em grande escala, multi-dimensionais da genómica para compreender a iniciação e a progressão das doenças.

Em sua carreira adiantada, o Dr. Zhang participou na revelação do algoritmo local básico amplamente utilizado da ferramenta da busca (BLAST) do alinhamento e conduziu a análise genética da variação do genoma humano primeiramente montado.

O laboratório do Dr. Zhang desenvolveu ferramentas computacionais inovativas para analisar e visualizar variações genéticas e mutações somáticas e conduziu o estudo pediatra o maior do bandeja-cancro em colaboração com o instituto nacional para o cancro.

O grupo de investigação do Dr. Zhang é principal responsável para analisar o inteiro-genoma que arranja em seqüência os dados gerados do projecto pediatra do genoma do cancro da universidade de Hospital-Washington da pesquisa das crianças do St. Jude (PCGP).

Kate Anderton

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Kate Anderton

Kate Anderton is a Biomedical Sciences graduate (B.Sc.) from Lancaster University. She manages the editorial content on News-Medical and carries out interviews with world-renowned medical and life sciences researchers. She also interviews innovative industry leaders who are helping to bring the next generation of medical technologies to market.

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