Ontologija gena

Ontologija gena (eng. Gene Ontology: GO) glavna je bioinformatička inicijativa za objedinjavanje zastupljenosti atributa gena i genskih proizvoda u svim vrstama.^[1] Preciznije, cilj projekta je

1. održavanje i razvoj svog kontroliranog rječnika gena i svojstava genskih proizvoda;
2. označavanje gena i genskih proizvoda, te asimilacija i širenje podatke o bilješkama;
3. pružanje alata za lahak pristup svim aspektima podataka predviđenih projektom i omogućavanje funkcionalne interpretacije eksperimentalnih podataka koristeći GO, naprimjer putem analize obogaćenja.^[2][3] GO je dio većeg napora u klasifikaciji, Otvorene biomedicinske ontologije, jedan od prvih članova kandidata za OBO livnicu.^[4]

Ontologija gena/Genska ontologija
Skraćenica	GO
Datum osnivanja	1998.
Vrsta	Biološka baza ontoloških podataka
Status	Aktivna
Glavno sjedište	Slobodni pristup
Članstvo	Globalno
Jezik	Engleski
Glavni organ	Konzorcij za ontologiju gena
Br. volontera	Neograničen
Veb-sajt	http://geneontology.org/

Dok se označavanje gena fokusira na gene i genske proizvode, ontologija gena usredotočuje se na funkciju gena i genskih proizvoda. GO također proširuje napore koristeći jezik markiranja za izradu podataka (ne samo gena i njihovih proizvoda već i kuriranih atributa) mašinski čitljivih, i to na način koji je objedinjen u svim vrstama (dok se konvencije genske nomenklature razlikuju u zavisnosti od biološkog taksona).

Pojmovi i ontologija

S praktičnog gledišta, ontologija je prikaz nečega o čemu znamo. "Ontologije" se sastoje od prikaza stvari koje se mogu otkriti ili direktno uočiti, kao i odnosa između tih stvari.

U biologiji i srodnim domenama ne postoji univerzalna standardna terminologija, a upotreba izraza može biti specifična za vrstu, područje istraživanja ili čak određenu istraživačku skupinu. To otežava komunikaciju i razmjenu podataka. Projekt genske ontologije pruža ontologiju definiranih pojmova koji predstavljaju svojstva genskog proizvoda. Ontologija pokriva tri domena:

• ćelijska komponenta, dijelove ćelije ili njenog vanćelijskog okruženja;
• molekulska funkcija, elementarne aktivnosti genskog proizvoda na molekulSKom nivou, poput vezanja ili kataliza;
• biološki proces, operacije ili skupove molekulskih događaja s definiranim početkom i krajem, koji se odnose na funkcioniranje integriranih životnih jedinica: ćelije, tkiva, organi i organizmi.

Svaki GO pojam u ontologiji ima svoj naziv, koji može biti:

• riječ ili niz riječi;
• jedinstveni alfanumerički identifikator;
• definicija sa navedenim izvorima, i
• ontologija koja ukazuje na domen kojem pripada.

Termini mogu imati i sinonime, koji se klasificiraju kao tačno ekvivalentni nazivu, širi, uži ili povezani; reference na ekvivalentne koncepte u drugim bazama podataka i komentari o značenju ili upotrebi izraza. GO ontologija je strukturirana kao usmjereni aciklični grafikon, a svaki pojam je definirao odnose sa jednim ili više drugih pojmova u istm domenu, a ponekad i na drugim domenima. GO rječnik je dizajniran da bude neutralan prema vrstama i uključuje termine koji se primjenjuju na prokariote i eukariote, pojedinačne i višećelijse organizme.

GO nije statična, a dopune, ispravke i izmjene predlažu i traže od njih članovi istraživačkih i anotacijskih zajednica, kao i oni koji su direktno uključeni u GO projekt.^[5] Naprimjer, komentator može zatražiti određeni termin koji predstavlja metabolički put ili se dio ontologije može revidirati uz pomoć stručnjaka iz zajednice (npr.^[6]). Predložene izmjene pregledaju urednici ontologije i primjenjuju se prema potrebi.

Datoteke GO ontologije i napomena su besplatno dostupne na web stranici GO^[7] in a number of formats, or can be accessed online using the GO browser AmiGO. Projekt Ontologija gena također nudi mapiranje svojih pojmova za preuzimanje u druge sisteme klasifikacije.

Primjeri termina

id: GO:0000016

ime: laktazna aktivnost

ontologija: molekulska_funkcija

def: "Kataliza reakcije: laktoza + H2O=D-glukoza + D-galaktoza". [EC:3.2.1.108]

sinonim: "lactase-phlorizin hydrolase activity" BROAD [EC:3.2.1.108]

sinonim: "aktivnost laktoza-galaktohidrolazew" EXACT [EC:3.2.1.108]

xref: EC:3.2.1.108

xref: MetaCyc:LACTASE-RXN

xref: Reaktom:20536

is_a: GO:0004553 ! hidrolazma aktivnost, hidroliziranje spojeva O-glikozila

Podatak o izvoru:^[8]

Označavanje

Označavanje genoma obuhvata praksu pribavljanja podataka o genskom proizvodu, a GO oznake za to koriste termine iz GO. Bilješke kustosa GO integrirane su i distribuirane na web stranici GO, gdje se mogu direktno preuzeti ili pregledati na mreži pomoću AmiGO.^[9] Pored identifikatora genskog proizvoda i relevantnog izraza GO, GO oznake imaju najmanje sljedeće podatke:

• Referenca korištena za izradu napomena (npr. članak u časopisu);
• Šifra dokaza koja označava tip dokaza na kojima se zasniva napomena;
• Datum i kreator napomene

Dodatne informacije, ovisno o rerminu GO i korištenim dokazima, kao i posebne informacije, poput uvjeta pod kojima se funkcija poštuje, također se mogu uključiti u napomenu GO.

Kodiranje dokaza dolazi iz kontroliranog rječnika kodova Ontologije koda dokaza, koji pokriva i ručne i automatizirane metode označavanje.^[10] Naperimjer, Traceable Author Statement (TAS) znači da je kustos (kurator) pročitao objavljeni naučni rad i da metapodaci za tu napomenu navode taj rad; Izvučeno iz sličnosti sekvence (ISS) znači da je ljudski kustos pregledao rezultate pretraživanja sličnosti sekvenci i potvrdio da je biološki značajan. Oznake iz automatiziranih procesa (naprimjer, preslikavanje bilješki kreiranih korištenjem drugog rječnika označavanje) dobivaju kod Izvučeno iz elektronske bilješke (IEA). U 2010. godini preko 98% svih GO oznaka izvedeno je računarski, ne od strane kustosa, ali od 2. jula 2019. računarski je izvedeno samo oko 30% svih GO oznaka.^[11][12]

Budući da ove oznake ne provjerava čovjek, GO konzorcij smatra da su marginalno manje pouzdane i da su obično na višem nivou, manje detaljni pojmovi. Cjeloviti skupovi podataka o označavanjima mogu se preuzeti s web stranice GO. Da bi podržao razvoj anotacija, GO konzorcij pruža radionice i mentore novim grupama kustosa i programera.

Mnogi algoritmi mašinskog učenja dizajnirani su i implementirani za predviđanje napomena o genetičkoj ontologiji.^[13][14]

Primjeri označavanja

Genski proizvod : Aktin, srčani mišić alfa 1, UniProtKB:P68032

GO termin: heart contraction ; GO:0060047 (biološki proces)

Kod dokaza: Inferencija mutantnog fenotipa (IMP)

Referenca: PubMed

Označio: UniProtKB, 6. jun, 2008

Podatak o izvoru:^[15]

Alati

Dostupan je veliki broj alata,^[16] kako na mreži, tako i za preuzimanja koja koriste podatke koje pruža projekt GO. Velika većina njih dolazi od trećih strana; konzorcij GO razvija i podržava dva alata, AmiGO i OBO-Edit.

AmiGO^[9][17] je internetska aplikacija koja omogućava korisnicima da pretražuju, pregledavaju i vizualiziraju ontologije i podatke o oznakama genskog proizvoda. Također ima alat BLAST-a,^[18] tools allowing analysis of larger data sets,^[19][20] and an interface to query the GO database directly.^[21]

AmiGO može se koristiti na mreži na web stranici GO za pristup podacima koje pruža GO konzorcij ili se može preuzeti i instalirati za lokalnu upotrebu, u bilo kojoj bazi podataka koja koristi shemu baze podataka GO (npr.^[22]). Besplatni softver otvorenog koda dostupan je kao dio distribucije go-dev softvera.^[23]

OBO-Edit^[24] je uređivač ontologije otvorenog koda, neovisan o platformi, koji je razvio i održava Konzorcij za genetičku ontologiju. Implementiran je u [[Java (programski jezik] | Java]] i koristi pristup orijentiran na grafove za prikaz i uređivanje ontologija. OBO-Edit uključuje sveobuhvatni interfejs (sučelje) za pretraživanje i filtriranje, s opcijom prikazivanja podskupina pojmova, kako bi ih vizualno razlikovali; korisnički interfejs se takođe može prilagoditi prema korisničkim željama. OBO-Edit također ima rezoner koji može zaključiti veze koje nisu izričito navedene, na osnovu postojećih odnosa i njihovih svojstava. Iako je razvijen za biomedicinske ontologije, OBO-Edit može se koristiti za pregled, pretraživanje i uređivanje bilo koje ontologije. Slobodno je dostupan za preuzimanje.^[23]

Konzorcij

Konzorcij za gensku ontologiju je skup bioloških baza podataka i istraživačkih grupa koje su aktivno uključene u projekt genske ontologije.^[12] To uključuje niz baza podataka o model organizama i baze podataka o više vrsta, grupe za razvoj softvera i namjensku redakciju.

Historija

Ontologija gena je prvobitno konstruirana 1998., u organizaciji Konzorcija istraživača koji su proučavali genome tri modelnih organizma: Drosophila melanogaster (voćna mušica), Mus musculus (miš) i Saccharomyces cerevisiae (pivski ili pekarski kvasac).^[25] Mnoge druge baze podataka o model-organizmima pridružile su se Konzorciju ontologoje gena, doprinoseći ne samo anotacijskim podacima, već i razvoju ontologija i alata za pregled i primjenu podataka. Mnoge velike baze podataka o biljkama, životinjama i mikroorganizmima daju svoj doprinos ovom projektu.^[7] As of July 2019, the GO contains 44,945 terms; there are 6,408,283 annotations to 4,467 different biological organisms.^[7] Postoji značajna literatura o razvoju i upotrebi GO-a, a ona je postala standardni alat u bioinformatičkom arsenalu. Njihovi ciljevi imaju tri aspekta: izgradnja ontologije gena, dodjeljivanje ontologije genima/genskim proizvodima i razvoj softvera i baza podataka za prva dva objekta.

Počinje se pojavljivati i nekoliko analiza genske ontologije, koristeći formalna svojstva razreda (metasvojstva), koja su nezavisna od domena. Naprimjer, vidi ontološka analiza bioloških ontologija.^[26]

Također pogledajte

• BLAST
• Blast2GO^[27]
• Uporedna toksikogenomska baza podataka
• DAVID bioinformatika
• Interferom
• Nacionalni centar za biomedicinsku ontologiju

Reference

1. The Gene Ontology Consortium (januar 2008). "The Gene Ontology project in 2008". Nucleic Acids Research. 36 (Database issue): D440–4. doi:10.1093/nar/gkm883. PMC 2238979. PMID 17984083.
2. Dessimoz, Christophe; Škunca, Nives, ured. (2017). The Gene Ontology Handbook. Methods in Molecular Biology. 1446. doi:10.1007/978-1-4939-3743-1. ISBN 9781493937431. ISSN 1064-3745. S2CID 3708801.
3. Gaudet, Pascale; Škunca, Nives; Hu, James C.; Dessimoz, Christophe (2017). "Primer on the Gene Ontology". The Gene Ontology Handbook. Methods in Molecular Biology. 1446. str. 25–37. doi:10.1007/978-1-4939-3743-1_3. ISBN 978-1-4939-3741-7. ISSN 1064-3745. PMC 6377150. PMID 27812933.
4. Smith B, Ashburner M, Rosse C, Bard J, Bug W, Ceusters W, Goldberg LJ, Eilbeck K, Ireland A, Mungall CJ, Leontis N, Rocca-Serra P, Ruttenberg A, Sansone SA, Scheuermann RH, Shah N, Whetzel PL, Lewis S (novembar 2007). "The OBO Foundry: coordinated evolution of ontologies to support biomedical data integration". Nature Biotechnology. 25 (11): 1251–5. doi:10.1038/nbt1346. PMC 2814061. PMID 17989687.
5. Lovering, Ruth C. (2017). "How Does the Scientific Community Contribute to Gene Ontology?". u Dessimoz, C; Skunca, N (ured.). The Gene Ontology Handbook. Methods in Molecular Biology (jezik: engleski). 1446. Springer (New York). str. 85–93. doi:10.1007/978-1-4939-3743-1_7. ISBN 978-1-4939-3741-7. ISSN 1064-3745. PMID 27812937.
6. Diehl AD, Lee JA, Scheuermann RH, Judith Blake (april 2007). "Ontology development for biological systems: immunology". Bioinformatics. 23 (7): 913–5. doi:10.1093/bioinformatics/btm029. PMID 17267433. Greška u vankuverskom stilu: name u nazivu 4 (pomoć)
7. "The Gene Ontology Resource". Gene Ontology Consortium.
8. Sjcarbon,Gene Ontology Consortium Wiki (10. 7. 2013). "AmiGO_2_Manual:term_Page" (html).
9. AmiGO--the current official web-based set of tools for searching and browsing the Gene Ontology database
10. "Evidence Code Ontology". Evidence Code Ontology.
11. du Plessis L, Skunca N, Dessimoz C (novembar 2011). "The what, where, how and why of gene ontology--a primer for bioinformaticians". Briefings in Bioinformatics. 12 (6): 723–35. doi:10.1093/bib/bbr002. PMC 3220872. PMID 21330331.
12. "The GO Consortium". Arhivirano s originala, 2. 7. 2014. Pristupljeno 16. 3. 2009.
13. Pinoli P, Chicco D, Masseroli M (juni 2013). "Computational algorithms to predict Gene Ontology annotation". BMC Bioinformatics. 16 (6): S4. doi:10.1186/1471-2105-16-S6-S4. PMC 4416163. PMID 25916950.
14. Cozzetto, Domenico; Jones, David T. (2017). "Computational Methods for Annotation Transfers from Sequence". u Dessimoz, C; Skunca, N (ured.). The Gene Ontology Handbook. Methods in Molecular Biology (jezik: engleski). 1446. Springer (New York). str. 55–67. doi:10.1007/978-1-4939-3743-1_5. ISBN 978-1-4939-3741-7. ISSN 1064-3745. PMID 27812935.
15. The GO Consortium (16. 3. 2009). "AmiGO: P68032 Associations".
16. Mosquera JL, Sánchez-Pla A (juli 2008). "SerbGO: searching for the best GO tool". Nucleic Acids Research. 36 (Web Server issue): W368–71. doi:10.1093/nar/gkn256. PMC 2447766. PMID 18480123.
17. Carbon S, Ireland A, Mungall CJ, Shu S, Marshall B, Lewis S (januar 2009). AmiGO Hub; Web Presence Working Group. "AmiGO: online access to ontology and annotation data". Bioinformatics. 25 (2): 288–9. doi:10.1093/bioinformatics/btn615. PMC 2639003. PMID 19033274.
18. "AmiGO BLAST tool". Arhivirano s originala, 20. 8. 2011. Pristupljeno 13. 3. 2009.
19. AmiGO Term Enrichment tool Arhivirano 7. 4. 2008. na Wayback Machine; finds significant shared GO terms in an annotation set
20. AmiGO Slimmer Arhivirano 29. 9. 2011. na Wayback Machine; maps granular annotations up to high-level terms
21. GOOSE Arhivirano 1. 3. 2009. na Wayback Machine, GO Online SQL Environment; allows direct SQL querying of the GO database
22. The Plant Ontology Consortium (16. 3. 2009). "Plant Ontology Consortium". Pristupljeno 16. 3. 2009.
23. "Gene Ontology downloads at SourceForge". Pristupljeno 16. 3. 2009.
24. Day-Richter J, Harris MA, Haendel M, Lewis S (august 2007). "OBO-Edit--an ontology editor for biologists". Bioinformatics. 23 (16): 2198–200. doi:10.1093/bioinformatics/btm112. PMID 17545183.
25. Ashburner M, Ball CA, Judith Blake, Botstein DB, Butler H, Cherry JM, Davis AP, Dolinski K, Dwight SS, Eppig JT, Harris MA, Hill DP, Issel-Tarver L, Kasarskis A, Lewis S, Matese JC, Richardson JE, Ringwald M, Rubin GM, Sherlock G (maj 2000). "Gene ontology: tool for the unification of biology. The Gene Ontology Consortium". Nature Genetics. 25 (1): 25–9. doi:10.1038/75556. PMC 3037419. PMID 10802651. Greška u vankuverskom stilu: name u nazivu 3 (pomoć)
26. Deb, B. (2012). "An ontological analysis of some biological ontologies". Frontiers in Genetics. 3: 269. doi:10.3389/fgene.2012.00269. PMC 3509948. PMID 23226158.
27. Götz S, García-Gómez JM, Terol J, Williams TD, Nagaraj SH, Nueda MJ, Robles M, Talón M, Dopazo J, Conesa A (juni 2008). "High-throughput functional annotation and data mining with the Blast2GO suite". Nucleic Acids Research. 36 (10): 3420–35. doi:10.1093/nar/gkn176. PMC 2425479. PMID 18445632.

Vanjski linkovi

• AmiGO - the current official web-based set of tools for searching and browsing the Gene Ontology database
• Gene Ontology Consortium - official site
• PlantRegMap - GO annotation for 165 plant species and GO enrichment Analysis Arhivirano 13. 5. 2020. na Wayback Machine
• SimCT — web-based tool to display relationships between biological objects annotated to an ontology, in the form of a clustering tree.
• SerbGO — a GO tool to compare the capabilities of different programs to show their common features and their differences and to find which tools, if any, have some specific user-required capabilities for GO analysis.
• Domain-centric Gene Ontology Arhivirano 2. 1. 2015. na Wayback Machine — database of domain-centric ontologies on functions, phenotypes, diseases and more.