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作者:刘中扬

摘要: 中药大品种联盟

一个中药分子作用机制的生物信息学在线分析工具BATMAN-TCM

重要小贴士

“首期蛋白质组学培训班”将于2017年12月8-10日在北京召开,本次培训班将邀请一线从事蛋白质组学及其在中医药领域应用的专家人员,深入讲解蛋白质组学分析方法的特点及选择、数据分析的流程及技巧、SCI论文撰写等法。为了加强中医药研究领域中蛋白质组学技术的应用,凡参会第一期培训的的用户均免费获赠中医传承辅助平台一套了解培训详细信息及报名直接点击文章最下方阅读原文。

 中药,具有上千年临床实践的历史,正在世界范围内获得越来越多的关注和认可。同时,中药为基础的新药研发,特别是对于复杂疾病的治疗也是非常有希望的。然而,由于中药成分的多样性以及它们与机体之间相互作用的复杂性,导致揭示它们的分子机制一直十分困难,可以说中药分子机制的揭示已经成为中药现代化和国际化道路上的一个重大瓶颈问题,亟需解决。

面对此挑战,国家蛋白质科学中心贺福初院士、李栋研究员团队联合北京中医药大学王伟教授团队成功开发首个中药分子作用机制的网络药理学在线分析工具BATMAN-TCM (a Bioinformatics Analysis Tool of Molecular mechanism of Traditional Chinese Medicine)

BATMAN-TCM的主要功能包括:

1)中药成分的靶标预测(图1):利用高准确性的靶标预测方法对中药组成化合物进行靶标预测;

2)中药潜在靶标的功能分析,包括生物学通路、GO功能富集分析和疾病富集分析(图2);

3)成分-靶标-通路/疾病关联网络的可视化(图3)和富集通路的可视化(图4);

4)多个中药复方/草药/成分作用机制的比较分析。

BATMAN-TCM支持四种输入类

1)中药复方名称;

2)草药名称;

3)化学成分列表;

4)多个复方/草药/成分列表(用于比较分析)。

用户可能的需求有以下三种:

A)对于大部分常见的中药复方和草药,BATMAN-TCM后台数据库会直接提供其化学成分列表,方便用户进行后续分析;

B)而对于那些新颖的复方,用户可通过输入类型2)给出其组成草药列表进行后续分析;

C)对于我们后台数据库没有的草药,或者用户想自定义待分析的草药成分的时候(比如用户只想分析有效成分而非全部成分,或者只想分析入血成分等),可使用输入类型3)给出自定义成分列表进行分析。

图 1  中药成分靶标预测

图 2  靶标功能分析:通路富集分析、GO功能富集分析、疾病富集分析

图 3  成分-靶标-通路/疾病关联网络可视化

图 4  富集通路可视化(靶标在图中高亮表示)

BATMAN-TCM将促进对中药多成分、多靶标、多通路的联合治疗机制的理解,为后续的实验验证提供线索。

BATMAN-TCM可通过http://bionet.ncpsb.org/batman-tcm/进行免费使用!

BATMAN-TCM上线至今,已经为国内外同行提供几千次的数据分析服务。BATMAN-TCM已成功应用于四君子汤(Cancer Gene Therapy2017 24361-366)、苦荞麦(PeerJ 5:e4042)、益心舒(Scientific Reports, 2017,7:13867)、芪参益气滴丸(Scientific Reports, 20166:21146)、芪参颗粒(Evid Based Complement Alternat Med2012)、丹七片(BMC Complement Altern Med,2014)等等中药的分子机制研究中。

BATMAN-TCM相关工作已发表在Scientific Reports杂志(20166:21146)上,该工作第一作者是刘中扬博士、郭非非博士和王勇副教授。在2015年,同一团队在Bioinformatics期刊发表了药物的治疗、药理和化学属性的预测体系SPACESPACE能够为发现中药的(新颖)适应症提供线索,该网站可以通过http://lidong.ncpsb.org/space/index.php?r=site/index进行免费使用!

延伸阅读:

国家蛋白质科学中心李栋团队长期从事蛋白质组数据特别是大规模蛋白质相互作用网络的分析和知识发现工作,开发了系列算法和工具。

2008年,该团队成功发展了蛋白质相互作用网络可靠性评估算法和相应分析工具PRINCESSMol Cell Proteomics, 2008, 7: 1043-1052)。2009年,发展了基于结构域预测蛋白质组尺度内相互作用蛋白间的信号流走向的算法(Mol Cell Proteomics, 2009, 8: 2063-70)2013年,发展了蛋白质组尺度的自相互作用蛋白预测算法 (Mol Cell Proteomics, 2013,12:1689-700)2017年,开发了泛素连接酶-底物相互作用预测算法并提供首个覆盖人类所有蛋白的泛素连接酶-底物相互作用浏览器UbiBrowserNature Communications 2017, 8: 347)。

20132015连续三年,开发了三个版本的蛋白质组学数据分析和可视化工具CAPERJ Proteome Res1.0版:2013, 12179-186;  2.0版:2014, 13:99-106 3.0版:2015, 14: 3720-8)。目前,CAPER浏览器访问次数达到15.6万,提供了8517次数据分析服务,被国际Galaxy组织收录并作为亮点进行推荐,连续四年被邀请在国际人类蛋白质组组织(HUPO)会议上进行报告,成为该组织推荐的蛋白质组数据浏览器。CAPER被视作当前蛋白质组领域生物信息资源的最终出口(J Proteome Res. 2015;14:3415)

以上建立的蛋白质组数据分析体系得到了学术界的广泛应用,包括应用于人类肝脏蛋白质相互作用网络的生物信息学,发现网络的一系列组织特异性(Molecular Systems Biology 20117536,并列第一作者);在骨质疏松以及转录因子图谱研究中发挥了重要作用Nature Medicine [1993, 排名7] PNAS  [110: 6771,排名5]

以上工具可通过实验室主页http://lidong.ncpsb.org/进行免费使用!

版权声明:本文为中药大品种联盟(BBTCML)原创发布。编辑:远志。转载请标注作者及出处。


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