Biotechnologie Kolloquium: Prof. Johann Rohwer (Universität Stellenbosch)

Vortragsgast: Prof. Johann Rohwer (Universität Stellenbosch)

Titel: LabNexus und NMRPy: Open-Source-Tools zur kinetischen Analyse von Enzymen und Enzymkaskaden

Zusammenfassung: Die Reproduzierbarkeitskrise in vielen wissenschaftlichen Bereichen, einschließlich der Enzymologie, hat die Notwendigkeit für FAIR-Daten (auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar) hervorgehoben. Hier stelle ich LabNexus und NMRPy vor, zwei Open-Source-Tools, die die Datenanalyse und -verwaltung für das Studium der Kinetik von Enzymen und Enzymkaskaden erleichtern.

LabNexus ist eine neuartige und benutzerfreundliche Plattform zur Standardisierung von Verfahren im Zusammenhang mit der Erfassung, Verarbeitung und Speicherung von Daten und Metadaten bei Enzymkinetik-Experimenten. Es verfügt über eine vollständig integrierte Webschnittstelle, die die Überprüfung von Rohdaten mit den entsprechenden Metadaten mit minimalem Benutzereingriff automatisiert. Dies beinhaltet integrierte Suchwerkzeuge zum Abgleich externer Datenbanken wie PubChem, ChEBI und UniProt sowie effiziente Datenverarbeitungsfunktionen. Die Plattform verwendet die Enzyme Markup Language (EnzymeML), um Daten und Metadaten gemäß den STRENDA-Richtlinien zu verpacken. Benutzer können verschiedene Arten von Daten einreichen, einschließlich EnzymeML-Dokumenten und Rohdaten aus der Spektrophotometrie, die beide mit minimalem Benutzereingriff in die Plattform eingelesen werden können. Benutzer können ihre eingereichten Daten zur Validierung anzeigen, um die Genauigkeit und Konsistenz ihrer experimentellen Ergebnisse sicherzustellen. Das modulare Design der Plattform erleichtert die Erweiterung der unterstützten spektrophotometrischen Modelle und Ausgabeformate. Benutzer können ihre virtuellen Dokumente (sogenannte Workspaces) in verschiedenen Formaten wie EnzymeML, YAML oder Markdown exportieren, was die Flexibilität und Nützlichkeit des Datenverwaltungssystems erhöht.

NMRPy ist eine intuitive Open-Source-Software für die Verarbeitung, Analyse und Visualisierung von Kernspinresonanzdaten (NMR), die in der Hochsprache Python geschrieben ist. Obwohl viele Open-Source- oder Freeware-Programme für die NMR-Verarbeitung existieren, sind nur wenige erweiterbar, sodass Benutzer die Anwendungen an ihre spezifischen Aufgaben anpassen können. Darüber hinaus bietet keine der vorhandenen Lösungen eine schnelle und robuste Möglichkeit zur Stapelverarbeitung von NMR-Spektren (und Arrays von Spektren) in einem klaren und leicht zu erlernenden Format. Das NMRPy-Modul wurde vor dem Hintergrund der Metabolomik und Enzymkinetik entwickelt, um die schnelle Analyse einer großen Anzahl von NMR-Zeitreihenexperimenten zu ermöglichen. Zu den Funktionen gehören unter anderem: grundlegende Verarbeitung (Nullauffüllung, Apodisation, Fourier-Transformation, Basiskorrektur, Phasierung), Dekonvolution, B-Spline-Annäherung von Zeitreihenintegralen und die Visualisierung der Daten, einschließlich einer interaktiven Benutzeroberfläche unter Verwendung von Jupyter-Notebooks.