一种用于生成高质量机器可读生物通路的网络工具
2017年2月8日
PathWhiz 是一种综合性的在线通路绘图工具，用于生成生物化学和生物学通路。该工具利用公开可访问的数据库以及由预绘制通路组件构成的易于扩展的调色板。本方案描述了如何轻松构建新通路、复制并编辑现有通路，以及将先前绘制的通路传播至不同生物体的方法。
本方案的总体目标是利用 PathWhiz 和互联网，轻松创建、复制和传播适用于多种用途和应用的生物化学通路。该工具允许科研人员、教育工作者和学生创建视觉效果出色且准确的生物化学通路图，具有高度的生物学细节和复杂性。PathWhiz 是一个免费的公共图库，包含数千条通路及通路组件，几乎兼容任何操作系统，所有用户均可访问并加以扩展。
首先在任意现代网络浏览器中打开 PathWhiz 页面，点击“绘图”菜单。点击“新建通路”按钮以创建新的通路，并输入待绘制通路的名称。从下拉列表中选择通路类型。
然后在自动补全框中输入生物体的科学名称以搜索目标生物体，接着输入物种的科学名称和通用名称。从下拉列表中选择物种分类，即真核生物（Eucaryote）或原核生物（Procaryote），并输入NCBI分类数据库中的分类ID。点击“创建物种”，然后为该通路输入详细的描述。
根据需要点击“添加参考”以向通路添加外部参考。接下来，点击“创建通路”。一个带有灰色菜单栏的白色网格画布将出现。
单击“添加过程”链接，然后选择“添加反应”以添加第一个过程可视化。在自动补全框中输入感兴趣的反应物、产物或酶，以搜索现有反应。然后滚动浏览现有反应。
找到目标反应后，选择该反应，然后在自动补全框中输入相应的元素名称，以选择合适的化学计量比和元素类型。在反应左侧的所有元素添加完毕后，从下拉列表中选择通路方向，然后单击“添加右侧元素”以添加产物。
按照刚才演示的方法，为反应右侧的所有元素选择化学计量数和元素类型。然后单击“添加酶”以向反应中添加酶。在自动补全框中输入酶的名称，并选择相应的酶。
当反应的所有元素添加完毕后，点击“创建反应”按钮以保存新反应，并从下拉列表中选择反应初始呈现所需的方向。然后再次点击“创建反应”按钮。新创建的反应将显示在绘图画布上。
根据需要编辑反应时，拖动画布上的反应元素以将其重新定位至理想位置。然后单击每个元素，将其添加到当前选区中。当所有元素均被选中后，将它们拖动到画布的适当区域，再次单击这些元素以取消选中。
要访问弹出式编辑侧边栏，请双击一个化学物质，并根据需要编辑该反应的模板、生物状态、Z轴顺序以及完整的反应细节。如需编辑整个过程的信息，请双击其任意组成元素。在灰色次级菜单栏下方，点击“Edit Selected”链接，并根据需要选择“Edit Element”或“Edit Process”。
将画布上的元素重新定位到所需位置。选择感兴趣的反应边，并像刚才演示的那样对反应中的化合物和蛋白质进行编辑。当第一个反应按预期绘制完成后，单击该反应的一个产物以选中它。
然后，在“添加过程”选项卡下，选择“添加反应”。当通路绘制完成后，点击“通路”链接并选择“导出与查看”。在“图像背景颜色”选项中选择蓝色或白色作为图像背景色，并在“同时生成简化版本”选项中选择是或否。
然后点击“生成图像文件”。图像生成后，点击“在查看器中显示”，即可在浏览器中生成一个完全超链接、高分辨率的通路图像。如需复制现有通路，请点击“通路”菜单，并在搜索栏中输入目标通路的名称。
找到要复制的通路，点击“复制”。根据需要编辑通路名称并输入新的通路描述，然后点击“创建通路”以生成该通路的副本。
如需查看或下载通路，请进入“通路”菜单，找到感兴趣的通路（方法如前所述），然后点击“显示”。接着，点击“在查看器中显示”标签旁对应所需 PathWhiz ID 的按钮，并打开“下载”标签页。随后点击超链接，以下载各种文件格式的通路。
PathWhiz 可用于生成包含多种内容类型和风格的通路图，包括传统的代谢通路、用于说明副作用和药物反应的疾病与药物通路，以及蛋白质信号转导通路。这些通路图可以色彩丰富并包含详细的生物学信息，也可以转换为简单的黑白示意图。
完成之后，这些通路可在交互式通路查看器中浏览，也可下载为图像，或以多种不同的机器可读数据交换格式导出，用于进一步分析。熟练掌握后，大约15分钟即可生成一条标准的、适用于互联网的通路图。不过，更复杂的通路可能需要更长的时间才能完成。
在进行该操作时，需始终注意每个反应所选择的物种必须与通路物种保持一致，并确认反应箭头的方向正确无误。完成该操作后，还可采用其他方法（如代谢分析）来进一步探究目标代谢物的动态变化或定量问题。该技术自开发以来，为代谢组学与生物学领域的研究人员提供了便利，使其能够创建数千条适用于互联网展示的通路图，涵盖人类、酵母及大肠杆菌（E. coli）等多种生物体系的生物化学过程。
观看本视频后，您应能充分掌握如何构建新通路、复制并编辑现有通路，以及将已绘制的通路传播至不同生物体。请务必注意，锁定通路后将无法再进行编辑。此外，请留意您可以根据自身需求选择创建公共通路或私人通路。
概述
PathWhiz 是一个用于创建和编辑生物化学通路的在线工具。它允许用户利用多种预绘制的组件和数据库生成视觉上精确的通路图。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物化学
- 生物通路
- 通路可视化
背景
- PathWhiz 提供了一个免费的公共通路图库。
- 它与所有操作系统兼容。
- 该工具可供科研人员、教育工作者和学生使用。
- PathWhiz 支持构建复杂的生物化学通路。
研究目的
- 促进生化途径的构建与重复利用。
- 使用户能够在不同生物体之间传递生化途径。
- 提供友好的界面用于生化途径设计。
使用的方法
- 利用“绘图”菜单创建新的代谢通路。
- 搜索生物体并输入相关的科学数据。
- 通过交互式画布添加过程和反应。
- 以多种格式导出通路以进行进一步分析。
主要结果
- 用户可在约15分钟内创建通路。
- 通路可详尽细致，也可简化呈现。
- PathWhiz支持生成高分辨率图像。
- 可在线创建并共享数千条通路。
结论
- PathWhiz 是一种用于通路可视化的多功能工具。
- 它支持生物化学领域的教学与科研应用。
- 该工具可增强对代谢过程的理解。
常见问题
行业重要性概述
PathWhiz 能够帮助生物制药研发团队生成标准化、机器可读的通路图，以支持靶点验证和机制层面的风险评估。通过提供一个公开可访问的、基于网络的通路创建与共享平台，该工具增强了发现阶段工作流程中的跨职能协作和数据整合。该工具与 BioPAX 和 SBML 等格式的兼容性，有助于在早期研究中进行下游分析和预测性建模。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过详细可视化生化相互作用和反应网络，支持对治疗假设的验证与探究。
- 操作价值：能够快速创建和迭代通路图，以阐明靶点机制及通路的上下文关系。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：提供可跨物种复制和传播的标准化通路模板，以实现一致的检测设计。
- 操作价值：通过支持以机器可读格式导出通路，便于与分析工具整合，提升检测的准备效率。
转化与临床前研究
- 科学价值：通过使用传播特性在不同模型系统间调整通路，支持转化研究的连续性。
- 操作价值：通过版本控制、可编辑的通路元件，提升可重复性，这些元件可在团队间共享和重复使用。
流程与工作流整合
PathWhiz 通过支持以假设为驱动的通路构建，助力靶点选择和先导化合物的识别，从而融入发现研究的连续过程。
- Discovery Biology：通过可视化复杂的代谢和信号通路网络，辅助阐明生物通路并降低生物学风险。
- Screening：通过可导出的通路图支持检测方法开发，指导生物标志物筛选和化合物筛选策略。
- Analytics：生成机器可读的输出结果（例如 SBML、BioPAX），实现对通路动态的定量分析与模拟。
- Translational Research：促进跨物种通路的传递，使临床前模型与人类生物学特征保持一致。
- Enterprise Reuse：作为可重复利用的知识库，通路可在不同项目中被复制、编辑和进一步构建。
运营与企业影响
- 科学价值：通过减少靶通路背景和相互作用网络中的不确定性，提高预测的可信度。
- 操作价值：通过共享、可编辑的通路组件及版本控制，促进标准化和可重复性。
- 战略价值：通过增强对作用机制的理解并降低生物学不确定性，优化“进行/不进行”的决策。
- 项目组合影响：通过更清晰地可视化与疾病相关的通路及脱靶效应，实现基于风险调整的优先级排序。
实施注意事项
- 需要熟悉生物化学命名法及通路注释的最佳实践。
- 功能的完整实现依赖于网络浏览器访问和互联网连接。
- 需要跨团队就通路命名、注释和样式规范达成一致。
- 在不同生物体间传播通路时，需考虑物种特异性因素。
- 对于小众或新颖的生物学过程，公共通路数据库的完整性可能限制其应用。
