Zuckerberg-Finanzierung: Gemeinsam Werkzeuge für die Wissenschaft bauen

Die Entstehung von Collaborative Computing für den menschlichen Zellatlas

Kim Ankh La Cao, Spezialist für Computerstatistik, arbeitet mit der CZ Biohub-Wissenschaftlerin Angela Pisco zusammen.

Zellen sind die grundlegenden Einheiten des Lebens, aber wir müssen noch viel über ihre grundlegende Funktion und Organisation lernen. Es gibt Tausende von Zelltypen und Billionen einzelner Zellen, die in komplexen Systemen arbeiten, um eine Vielzahl von Funktionen in unserem Körper bereitzustellen, vom Immunsystem bis zum Gehirn. Neue experimentelle Technologien zur Charakterisierung einzelner Zellen - kombiniert mit den richtigen Berechnungsansätzen - können uns helfen, diese Komplexität zu verstehen und zu organisieren.

Human Cell Atlas (HCA) ist eine ehrgeizige globale Zusammenarbeit zur Erstellung einer offenen Referenzkarte aller Zellen im menschlichen Körper durch umfassende Beschreibung von Zelltypen, Zellzahlen und räumlichen Standorten. Nach seiner Fertigstellung wird es zu einer grundlegenden Ressource für Wissenschaftler, die es ihnen ermöglicht, besser zu verstehen, wie gesunde Zellen funktionieren und was mit ihnen passiert, wenn eine Krankheit auftritt. Das Zusammenstellen, Integrieren, Analysieren und Freigeben dieser Ressource erfordert jedoch eine neue Cloud-basierte Dateninfrastruktur und neue Analysemethoden für die Verarbeitung und Interpretation großer und komplexer unterschiedlicher Datenmengen.

CZI unterstützt Human Cell Atlas durch Zuschüsse, eine Dateninfrastruktur, kollaborative Open Source-Softwareentwicklung und Unterstützung für kollaborative Forschung. Im Rahmen dieser Bemühungen veranstaltete CZI Science kürzlich eine viertägige Konferenz mit mehr als 200 Wissenschaftlern, Computerbiologen und Softwareingenieuren, um die Entwicklung kollaborativer Computerwerkzeuge für den menschlichen Zellatlas zu starten. Dabei handelt es sich um eine Reihe von 85 Stipendien, mit denen Forscher zusammenarbeiten können, um Computerprobleme zu lösen HCA

Konferenzplanung für die Zusammenarbeit

Wir bei CZI glauben, dass multidisziplinäre Teams, die zusammenarbeiten, die Wissenschaft beschleunigen, insbesondere an der Schnittstelle von Biologie, Computer und Softwareentwicklung. Aber wie können wir unsere wissenschaftlichen Konferenzen nutzen, um die Zusammenarbeit aufzubauen? Dieses Treffen bot die Gelegenheit, einige Ideen auszuprobieren.

Vor der Konferenz haben wir Projekte in 12 freien Forschungsbereichen zusammengefasst, die sich mit Datentypen, Analysemethoden und Software-Ökosystemen befassen. Wir haben diese Gruppen so genannt: Zellzustand, Zelltyp, Bilder, Multiomik, Trajektorien, Diversitätskontrolle, Häufigkeitsschwankungen, potenzielle Räume, Komprimierung, Skalierung, Ports und Bioconductor . Einige dieser Gruppen wurden tatsächlich zusammen verwendet - andere trafen sich zum ersten Mal.

Wir haben jede Gruppe gebeten, ihre Arbeit als Ganzes zu präsentieren, damit wir 12 Gruppenpräsentationen statt 85 separate Projekte hatten, und wir hatten lebhafte Telefonkonferenzen, um uns auf Reden vor dem Treffen vorzubereiten. Diese entspannte Organisation und die Telefonkonferenzen vor dem Treffen haben dazu beigetragen, die Situation bei der Ankunft der Menschen zu entschärfen. Wir haben auch eine Meeting-Website mit Links zu Repositories, Folien, Dokumenten und anderen Projekten entwickelt, die während des Meetings zu einem Online-Center zusammengefasst wurden.

Am ersten Tag präsentierten 12 Gruppen ihre Projekte. Nach diesen 12 Präsentationen arbeiteten die Gruppen die nächsten zweieinhalb Tage zusammen, um die Arbeit, die sie über einen Zeitraum von einem Jahr (Projektdauer) leisten konnten, besser aufzuteilen, wobei der Schwerpunkt auf der Verknüpfung von Themen wie gemeinsamen Metriken und Kontrolle lag Datensätze zur Bestimmung des relativen Erfolgs verschiedener Algorithmen, Datenstandards und Metadatenstandards oder zur Integration in verschiedene Ökosystemprogrammierungswerkzeuge. Um eine gewisse Struktur hinzuzufügen, haben wir außerdem vier parallele Schulungen eingeführt, in denen verschiedene Themen vermittelt und informiert werden: Tools für die moderne Visualisierung von Webdaten, eine Plattform zur Koordination von Daten des menschlichen Zellatlas , Verwendung und Verbesserung von bioRxiv für die Computerbiologie und die kollaborative Programmierung mit Github .

Wir haben viel Zeit für das Treffen eingeplant, damit die Gruppen ab der für die Co-Programmierung vorgesehenen Zeit arbeiten können. Dies endet mit einer massiven Brainstorming-Sitzung, die mit Präsentationen der eingeladenen Personen über die aktuellen großen experimentellen und rechnerischen Kosten im Zusammenhang mit HCA - einschließlich der inspirierenden Hintergrundinformationen von Dana Peer - verwässert wird. HCA Computing Community Leader.


Das Treffen endete mit Präsentationen von Zuhörern darüber, was sie getan haben und wie sie weiter zusammenarbeiten können. Wir haben viel ungeplante Zeit gelassen, sowohl für die Arbeit als auch für die soziale Interaktion, um offene Diskussionen zu ermöglichen und Beziehungen aufzubauen. Die Wahl eines Veranstaltungsortes, der den Teilnehmern sowohl Tagungsräume als auch Unterkünfte bietet, trug zur Schaffung einer Gemeinschaft bei. Githubs kuratierte Referenzdatensätze können ein Jahr dauern, aber Meer und Karaoke am Strand sind eine Verbindung, die während einer wissenschaftlichen Karriere Bestand haben kann.


Fortsetzung der Diskussion mit einem Lagerfeuer auf dem Ozean.

Vielen Dank an @cziscience für ein tolles Treffen. Es war das produktivste, kollektivste und inspirierendste Treffen, an dem ich während meiner gesamten Karriere teilgenommen habe!
- Duygu @ duyguucar

Was haben wir gelernt?

Drei Aspekte des Treffens waren besonders inspirierend. Erstens waren die Gruppen wirklich glücklich, bei der Bereitstellung von Zeit, Raum und Werkzeugen zusammenzuarbeiten. Zweitens haben Studenten und akademische Mitarbeiter zusammen mit PI das Treffen mit Energie versorgt und wahrscheinlich dazu beigetragen, dass die Arbeit tatsächlich erledigt wurde! Drittens hat die Einführung mehrerer CZI-Computerbiologen und Software-Ingenieure die Zusammenarbeit auf dem Treffen erleichtert. Unser Team hat von den Stipendiaten viel über die Probleme vor Ort gelernt und auch dazu beigetragen, branchenübergreifende Computerfunktionen und Zusammenarbeit zu schaffen.

Jeder war auf seine Weise an dieser neuen Besprechungsstruktur beteiligt: ​​Im besten Fall erklärten die Gruppen die Vision und den Umfang ihrer Projekte, wobei sie manchmal buchstäblich Kontrolldatensätze überwachten oder definierten oder einen Code-Prototyp aufschrieben. Wir waren auch beeindruckt von den Gruppen, die konkrete Möglichkeiten für die Zusammenarbeit mit Open Source CZI gefunden haben: Josh Moore von OMERO arbeitet jetzt mit dem Starfish- Team an bildbasierten transkriptomischen Datenformaten und Ryan Williams und Cotton Seed von der Skalierungsgruppe Entwicklung skalierbarerer Ansätze zum Speichern und Berechnen von Matrizen in der Datenkoordinierungsplattform.

Wir waren auch erfreut darüber, dass die Entwickler der drei wichtigsten Softwarepakete für die Single-Core-Analyse - Scanpy , Seurat und Scater - Fortschritte bei der Verbesserung der Interoperabilität ihrer Tools und Datenformate erzielt haben. Wenn Sie sich nur im selben Raum befinden und Zeit und Unterstützung haben, können Sie den Fortschritt stimulieren.

@ DrAnneCarpenter
Chan Zuckerberg Science macht erstaunliche Dinge für die Wissenschaft.
Aber mit ihnen zu arbeiten war auch kulturell erstaunlich. Dies führte zu wissenschaftlichen Diskussionen mit anderen Expertinnen auf dem Gebiet der Berechnung meines Alters (die erste für mich!). Dies trug zur Schaffung von Beziehungen zu verschiedenen Bereichen, Programmprojekten und Disziplinen bei. Bravo!
- Anne Carpenter

Es war wirklich schön zu sehen, wie sich eine Community von HCA-Computerexperten zu diesem Treffen versammelte. Wie einer der Teilnehmer einem von uns sagte, fühlte er sich wie "Holzbrennstoff der Computerwissenschaft", und wir konnten nicht widersprechen. Wir freuen uns, dass CZI Science dazu beigetragen hat, solche aufregenden Interaktionen hervorzubringen, und wir hoffen, dieses Treffen als Modell zu verwenden, wenn wir weiterhin immer mehr Projekte starten.

Um mehr über das Arbeiten in der Wissenschaft zu erfahren, besuchen Sie unsere Website oder folgen Sie uns auf Twitter . Um mehr über unser Technologieteam zu erfahren, abonnieren Sie den CZI-Technologieblog . Abonnieren Sie unseren Newsletter, um über Finanzierungsmöglichkeiten auf dem Laufenden zu bleiben. Und Sie können uns jederzeit unter science@chanzuckerberg.com kontaktieren.

Jeremy Freeman, Direktor, Spezialist für Computational Biology

Jeremy ist ein Wissenschaftler, der an der Schnittstelle von Biologie und Technologie arbeitet. Er möchte verstehen, wie biologische Systeme funktionieren, und dieses Verständnis im Interesse der menschlichen Gesundheit und des Entwurfs intelligenter Systeme nutzen. Er studierte Computer Vision an einer Graduiertenschule der New York University, leitete das neurowissenschaftliche Forschungslabor am Janelia Research Campus HHMI und ist derzeit Mitglied der Chan Zuckerberg Initiative, die unsere Arbeit in Bereichen leitet, in denen sich Computer und Biologie überschneiden. Er liebt Open Source und Open Science und bringt Wissenschaftler und Ingenieure aus verschiedenen Bereichen zusammen.

Arne Bakker, Research & Feedback Manager

Arne Bakker ist der Leiter der wissenschaftlichen Treffen der Chan Zuckerberg Initiative. Er hat am niederländischen Krebsinstitut in Tumorimmunologie promoviert und an der University of California in Berkeley geforscht. Zuletzt war Arne stellvertretender Dekan für die Ausbildung von Meistern und unerfahrenen Wissenschaftlern mit dem Titel eines Doktors der Wissenschaften an der Stanford University. Während seiner Karriere zog Arne aktiv Wissenschaftler an: Er war Direktor des Discovery Festivals in Amsterdam, organisierte die Beyond Academia an der University of California in Berkeley und die PhD Pathways in Stanford mit und meldete sich freiwillig für das Bay Area Science Festival. Am CZI kombiniert Arne die Lehren, die er aus dieser facettenreichen Karriere gezogen hat, um unsere Bemühungen zu leiten, Wissenschaftler durch Treffen, Seminare und andere Treffen zusammenzubringen, um kollaborative wissenschaftliche Gemeinschaften zu schaffen und zu unterstützen.

Übersetzung: Diana Sheremyova

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