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通过追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倡议

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
  • 聚类分析时间缩短数月
  • 开发的独立排序工具

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使用三天的过程,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。

脊髓灰质炎渣。

本故事的存在并不声称、推断或暗示CDC或美国政府的认可,即本MathWorks软件工具对任何其他类似软件、MathWorks组织或任何其他MathWorks产品的支持。金宝app

在整个世界上消除,脊髓灰质病毒仍然活跃在包括阿富汗,印度,尼日利亚和巴基斯坦的若干国家。疾病控制和预防中心(CDC)通过向脊髓灰质新型国家和合作伙伴机构提供流行病学和技术专业知识,支持世界卫生组金宝app织(世卫组织)的脊髓灰质炎根除倡议。

疾病预防控制中心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排序,以确定它们的基因特征,并监测病毒的变化和传播。该实验室制作了全面的报告,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活动。

MATLAB软件®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本。脊髓灰质炎结果是在谁的详细的月度报告中编制的。报告中包含的是系统发育树(树枝图),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,在地理上制作了该报告并绘制了Poliovirus爆发是跨越劳动密集型的过程,跨越多个平台和技术,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,占三天。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需要使用实验室其他人可以使用的工具来自动化这个工作流程,并以易于分发和理解的格式生成报告。

解决方案

生物信息工具箱此外,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。

为了将病人数据与个别菌株联系起来,研究人员使用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,在那里它们将其链接到使用BioInformatics工具箱导入的Fasta格式的文件中排序信息。

为了分析基因数据和识别基因相似的病毒群,疾病控制中心的研究人员利用生物信息学工具箱和统计学及机器学习工具箱,排列基因序列并生成邻接系统发育树. 与MathWorks顾问合作,该团队开发了一个基于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,然后将它们分成相关病毒的聚类。

研究小组使用Mapping工具箱将这些簇绘制为区域地图上的彩色编码点.群集分布地图使卫生机构能够看到Poliovirus在脊髓灰质炎的位置,并检测病毒运动中的模式。

为了简化整个工作流程,cdcpmel使用MATLAB编译器构建了独立的程序. 这些程序具有一个界面,可以方便地选择数据库和文件,用患者信息注释树状图,并生成月度报告。使用MATLAB报告生成器生成更广泛的注释系统发育树文档.

在一个相关的项目中,疾病预防控制中心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和生物信息工具箱来模拟100年期间脊髓灰质炎病毒基因组的突变。这项研究的结果将有助于卫生组织了解免疫规划如何影响病毒进化。

疾病预防控制中心的PMEL正在帮助巴基斯坦、印度和南非的各种专门的国际脊髓灰质炎研究实验室采用疾病预防控制中心开发的基于MATLAB的测序和分析工具。

结果

  • 手动工作流动自动化和加速. 制作小儿麻痹症月报过去需要三天时间。使用CDC用MATLAB、生物信息学工具箱和MATLAB编译器构建的工具,任何技术人员只要经过最少的培训,就可以在大约一小时内生成报告。

  • 聚类分析时间缩短数月.在过去的CDC研究人员用手指定了群集,在大海报上写作并将遗传差异数据从电子表格中纳入。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,CDC研究人员可以在一周的一周内完成。

  • 开发的独立排序工具. CDC脊髓灰质炎小组使用MATLAB编译器部署的测序工具将大大提高一个地区内结果的及时性和沟通能力。在没有安装MATLAB的研究实验室中,病毒学家可以使用这些工具进行自己的绘图,标记他们的系统发育树,并精确定位病毒出现的位置。