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免疫系统在肿瘤分型和治疗中发挥着重要的作用。TCR 和 BCR 都属于适应性免疫受体 Adaptive immune receptor repertoires (AIRR)。AIRR 组成信息结合 MHC,年龄,性别等,在基于受体库的预测和分析免疫状态(健康,疾病,感染等)方面有特殊作用,可应用于疾病诊断。基于序列的抗原和表位结合预测对 AIR-based 的治疗靶标发现和工程化改造具有重要意义。

机器学习(ML)用于 AIRR 的分析面临一些特殊问题:(1)每个个体在任意时间含有大约 - 数目的 AIR;(2)基于受体库的 ML 中,每种免疫状态都非常罕见,每 100 万个淋巴细胞才能分泌一种抗体与特定抗原结合;(3)基于序列的 ML,高度多样性短序列(CDR3)使得统计分析变得复杂。

根据目前已有的定制化的基因组学和蛋白组学分析框架来看,单一的通用分析框架并不能解决问题,AIRR 分析也缺少这样的适应其特点的标准分析框架。

immuneML 简介

immuneML 是一个开源合作的 AIRR 分析平台,文章于 2021 年发表在《Nature Machine Intelligence》。该平台可用于分析受体库水平(免疫状态)或序列水平(抗原结合)的实验数据和模拟数据,包括从数据预处理到模型训练和验证的全过程。它提供命令行工具以及 Galaxy 网页交互界面,同时可以部署在云平台或本地服务器。immuneML 兼容其他 AIRR 分析软件和序列注释格式,从而能够整合第三方分析工具和 AIRR 结果的下游分析。比如用于序列处理和注释的 MiXCR,Immcantation 和 immunarch 框架。VDJdb 等 TCR 数据库可直接下载到 immuneML Galaxy。另外 immuneML 也整合了基于注意力机制的 AIRR 深度学习工具 DeepRC,针对 TCR 的聚类方法 TCRdist,同时也兼容 GLIPH2。

(Ref: Pavlović et al, Nature Machine Intelligence, 2021)

  • immuneML 可以离线或在线读取分析实验生成的单链和配对数据,以及生成模拟数据用于 ML 基准测试。数据格式为 AIRR-C
    标准,MIXCR,10x Genomics,ImmunoSEQ 和 VDJdb 格式。
  • immuneML 支持多个 ML 框架,并输出多种可视化图表。支持 scikit-learn 和 PyTorch,并提供针对 AIRR
    数据优化过的 ML 方法,比如实现了其他文献中的算法。
  • 提升了 ML 分析模型的易用性,可重复性,互通性,可扩展性和透明度。 易用性,文档丰富,适合各水平的使用者。Galaxy
    平台无需代码即可使用。同时在 github,pip,docker 提供下载,可通过过命令行或 python 包使用。
  • 可重复性,Galaxy 平台可分享不同用户的分析记录。通过代码使用时,全部配置指定在 yaml 文件中(Galaxy 分析也可下载
    yaml 文件),方便分享。
  • 互通性,支持导入多种数据源,导出特定格式便于第三方工具进行下游分析。
  • 可扩展性,通过模块化设计,可以方便地增加新 ML 方法,编码方式,报告结果,预处理方式等。
  • 透明度,(1) 可在 yaml 中定义分析规范并可导出参数;(2) 友好的 Galaxy 界面可以让免疫专家专注于免疫受体相关分析;(3)
    每个分析步骤都能提供数据用于进一步核查。

Pavlović, M., Scheffer, L., Motwani, K. et al. The immuneML ecosystem for machine learning analysis of adaptive immune receptor repertoires. Nat Mach Intell 3, 936–944 (2021). https://doi.org/10.1038/s42256-021-00413-z
https://docs.immuneml.uio.no/latest/index.html

免疫系统在肿瘤分型和治疗中发挥着重要的作用。TCR 和 BCR 都属于适应性免疫受体 Adaptive immune receptor repertoires (AIRR)。AIRR 组成信息结合 MHC,年龄,性别等,在基于受体库的预测和分析免疫状态(健康,疾病,感染等)方面有特殊作用,可应用于疾病诊断。基于序列的抗原和表位结合预测对 AIR-based 的治疗靶标发现和工程化改造具有重要意义。
GIANA:基于几何等距的TCR匹配算法 GIANA用于快速比对10 7 TCR高变 CDR 3 序列 。 GIANA应用数学框架执行氨基酸 序列 的等距编码。 ipynb文件中描述了此编码过程。 GIANA是由开发和维护的。 请将有关GIANA的问题直接发送给Bo Li: 。 GIANA是用Python3编写的,具有以下依赖关系: 安装完这些依赖​​项后,请下载最新版本的GIANA源代码(当前为v4),query.py和关联的TRBV等位基因数据(Imgt_Human_TRBV.fasta)。 输入python GIANA.py -h以显示所有命令行选项: -h, --help 显示此帮助消息并退出 -d DIRECTORY, --directory=DIRECTORY 输入库音序文件目录。 请确保目录中的所有文件均为输入文件。 -f FILE, --file=FIL
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免疫 ML immunoML是用于基于机器学习的自适应 免疫 受体 和库( AIR R)的 分析 和分类的 平台 。 它支持对实验性B细胞和T细胞 受体 数据以及用于基准测试的合成数据进行 分析 。 在 immuneML 中,用户可以定义灵活的工作流,以支持不同的机器学习库(例如scikit-learn或PyTorch),对不同方法进行基准测试,大量数据特征报告,ML算法及其预测以及结果可视化。 此外,用户可以通过定义自己的数据表示,ML模型,报告和可视化来扩展 平台 。 有用的链接: 主要网站: : 文档: : Galaxy Web界面: : 可以直接安装 immuneML immuneML 使用Python 3.7或3.8,我们建议使用这些Python版本之一在虚拟环境中安装 immuneML 。 有关更多详细说明(虚拟环境,故障排除,Docker,开发人员安装),请参阅。 使用pip安装
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