用户故事

疾病控制和预防中心自动化脊髓灰质炎病毒测序和跟踪

挑战

金宝app通过跟踪脊髓灰质炎病毒的传播和演变,支持全球根除脊髓灰质炎行动

解决方案

使用MathWorks工具进行遗传测序,生成系统发育树,并生成用于帮助指导免疫计划的报告和地图

结果

  • 手动工作流动自动化和加速
  • 聚类分析时间缩短了数月
  • 独立测序工具开发

MATLAB,BIOINFORMATICS TOOLBOX和MATLAB编译器支持CDC在单个环境中简化许多手动步骤。现在可以在几小时内完成三天的过程,允许实验室专注于对脊髓灰质炎免疫计划如此重要的研究。

脊髓灰质炎病毒颗粒。

本文的存在并不声称、推断或暗示CDC或美国政府的认可,即支持本MathWorks软件工具胜过任何其他类似软件、MathWorks组织或任何其他MathWorks产品。金宝app

在世界上大多数世界消除,脊髓灰质病毒在包括阿富汗,印度,尼日利亚和巴基斯坦在内的几个国家仍然活跃。疾病控制和预防中心(CDC)支持通过为脊髓灰质新型国家和伴侣机构提供流行病学和技术专业知识来支持世界卫生组金宝app织(世卫组织)的脊髓灰质炎倡议。

CDC的脊髓灰质炎分子流行病学实验室(PMEL)对脊髓灰质炎病毒样本进行测序,以确定其遗传特征,并监测病毒的变化和传播。该实验室编写了全面的报告,使研究人员能够了解病毒在复制过程中如何演变,并帮助卫生机构开展更有效的免疫运动。

MATLAB®相关工具箱加速了CDC的病毒跟踪和报告过程。MathWorks工具使CDC能够自动化用于管理和分析遗传测序数据的劳动密集型工作流程的许多步骤。因此,CDC人员在常规表征和报告任务中花费更少的时间以及更多的应用研究时间。

挑战

CDC实验室处理来自西非的实验室的患者数据和序列遗传样品。脊髓灰质炎结果是在谁的详细每月报告中编制的。报告中包含的是一个系统发育树(树枝状图),显示过去三年在该地区循环的病毒以及它们如何彼此相关。

在过去,在地理上制作了本报告并绘制了Poliovirus爆发是跨越多个平台和技术的劳动密集型进程,包括微软®访问数据库和UNIX®基于程序和脚本。

组装3,000个序列的所有数据,然后标记,颜色编码,并将病毒分离成遗传谱系的簇,长达三天。这个过程非常复杂,具有陡峭的学习曲线,用于交叉训练他人来完成任务。

CDC需要使用其他实验室人员可以使用的工具自动化这个工作流,并以易于分发和理解的格式生成报告。

解决方案

MATLAB、生物信息学的工具箱此外,其他工具箱为CDC提供了一个平台,用于构建简化Poliovirus跟踪和报告过程的工具。

为了将患者数据与个别菌株联系起来,研究人员使用了数据库工具箱读取患者信息,包括每个基因样本的日期和位置,进入MATLAB,其中它们将其链接到使用生物信息盒导入的Fasta格式的文件中排序信息。

为了分析遗传数据并识别基因相似的病毒簇,CDC的研究人员使用生物信息学工具箱、统计学和机器学习工具箱对遗传序列进行比对,并生成连接邻居的系统发育树.该团队与MathWorks顾问合作,开发了一种基于MATLAB的聚类分析工具,可以根据血清型和基因型对病毒进行分类,然后将它们分离成相关病毒的聚类。

该团队使用Mapping Toolbox在区域地图上用彩色标记点绘制这些簇.群集分发地图使卫生机构能够查看Poliovirus在脊髓灰质病毒处于活动状态的位置,并检测病毒运动中的模式。

为了简化整个工作流程,CDC PMEL使用MATLAB Compiler构建了独立的程序.这些程序有一个界面,可以方便地选择数据库和文件,用患者信息注释树突状图,并生成月度报告。更广泛的注释系统发生树的文档使用MATLAB报告生成器生成

在一个相关的项目中,CDC的研究人员正在研究脊髓灰质炎病毒是如何变异和进化的。例如,他们使用MATLAB和生物信息学工具箱来模拟脊髓灰质炎病毒基因组在100年期间的突变。这项研究的结果将帮助卫生组织了解免疫计划如何影响病毒进化。

美国疾病控制与预防中心PMEL正在帮助巴基斯坦、印度和南非的各种专门国际脊髓灰质炎研究实验室采用美国疾病控制与预防中心开发的基于MATLAB的测序和分析工具。

结果

  • 手动工作流动自动化和加速.制作每月的小儿麻痹症报告过去需要三天时间。使用CDC用MATLAB、生物信息学工具箱和MATLAB编译器构建的工具,任何受过最低程度培训的技术人员都可以在大约一个小时内生成报告。

  • 聚类分析时间缩短了数月.在过去的CDC研究人员用手指定了集群,在大海报上写作并从电子表格中纳入遗传差异数据。这是一个巨大的努力超过三个月。使用基于MATLAB的群集分析工具,所有数据都在一个地方。该过程记录了良好的,CDC研究人员可以在一周的重点努力中完成它。

  • 独立测序工具开发.CDC脊髓灰质炎小组使用MATLAB Compiler部署的测序工具将显著改善区域内结果的及时性和交流。没有安装MATLAB的研究实验室的病毒学家可以使用这些工具来绘制自己的地图,标记它们的系统发育树,并确定病毒出现的位置。