Financement Zuckerberg: créer ensemble des outils pour la science

L'émergence du calcul collaboratif pour l'Atlas des cellules humaines

Kim Ankh La Cao, spécialiste des statistiques informatiques, travaille avec Angela Pisco, scientifique au CZ Biohub.

Les cellules sont les unités fondamentales de la vie, mais nous avons encore beaucoup à apprendre sur leur fonction et leur organisation de base. Il existe des milliers de types de cellules et des milliards de cellules individuelles travaillant dans des systèmes complexes afin de fournir une variété de fonctions dans notre corps, du système immunitaire au cerveau. De nouvelles technologies expérimentales pour caractériser les cellules individuelles - combinées avec les bonnes approches de calcul - peuvent nous aider à comprendre cette complexité et à commencer à l'organiser.

Human Cell Atlas (HCA) est une collaboration mondiale ambitieuse visant à créer une carte de référence ouverte de toutes les cellules du corps humain en décrivant de manière détaillée les types de cellules, le nombre de cellules et les emplacements spatiaux. Une fois terminé, il deviendra une ressource fondamentale pour les scientifiques, leur permettant de mieux comprendre le fonctionnement des cellules saines et ce qui leur arrive lorsqu'une maladie frappe. Mais l'assemblage, l'intégration, l'analyse et le partage de cette ressource nécessitent une nouvelle infrastructure de données basée sur le cloud et de nouvelles méthodes analytiques pour traiter et interpréter des ensembles de données différents et volumineux.

CZI soutient Human Cell Atlas grâce à des subventions, une infrastructure de données, le développement de logiciels open source collaboratifs et le soutien à la recherche collaborative. Dans le cadre de cet effort, CZI Science a récemment organisé une conférence de quatre jours de plus de 200 scientifiques, biologistes computationnels et ingénieurs logiciels pour lancer la création d' outils informatiques collaboratifs pour Human Cell Atlas , une série de 85 subventions permettant aux chercheurs de travailler en collaboration pour résoudre des problèmes de calcul pour HCA

Planification de la conférence pour la collaboration

Chez CZI, nous pensons que les équipes multidisciplinaires travaillant ensemble accélèrent la science, en particulier à l'intersection de la biologie, de l'informatique et du développement de logiciels. Mais comment pouvons-nous utiliser nos conférences scientifiques pour établir une collaboration? Cette réunion a été l'occasion d'essayer quelques idées.

Avant la conférence, nous avons regroupé les projets dans 12 domaines de recherche libres organisés autour des types de données, des méthodes analytiques et des écosystèmes logiciels. Nous avons nommé ces groupes comme suit: état cellulaire, type de cellule, image, multiomique, trajectoires, contrôle de la diversité, variations d'abondance, espaces potentiels, compression, échelle, ports et bioconducteur . Certains de ces groupes ont été utilisés ensemble - d'autres se sont rencontrés pour la première fois.

Nous avons demandé à chaque groupe de présenter leur travail dans son ensemble afin d'avoir 12 présentations de groupe, plutôt que 85 projets distincts, et nous avons eu des téléconférences animées pour préparer les discours avant la réunion. Cette organisation décontractée et ces téléconférences préalables aux réunions ont contribué à désamorcer la situation lorsque les gens sont arrivés. Nous avons également développé un site Web de réunion avec des liens vers des référentiels, des diapositives, des documents et d'autres projets qui ont été combinés dans un centre en ligne pendant la réunion.

Le premier jour, 12 groupes ont présenté leurs projets. Après ces 12 présentations, les groupes ont ensuite passé les deux jours et demi suivants à travailler ensemble pour mieux «diviser» le travail qu'ils pourraient faire au cours d'une année (durée du projet), en insistant sur les liens de liaison tels que les paramètres communs et le contrôle. des ensembles de données pour déterminer le succès relatif de divers algorithmes, normes de données et normes de métadonnées, ou l'intégration avec divers outils de programmation écosystémique. Pour ajouter de la structure, nous avons également introduit quatre sessions de formation parallèles qui aideront à enseigner et à informer sur une variété de sujets: des outils pour la visualisation de données Web modernes, une plate - forme pour coordonner les données de l'Atlas des cellules humaines , l'utilisation et l'amélioration de bioRxiv pour la biologie computationnelle et la programmation collaborative avec github .

Nous avons consacré beaucoup de temps à la réunion afin que les groupes puissent travailler à partir du temps alloué à la co-programmation, se terminant par une séance de remue-méninges massive, diluée avec des présentations des invités sur les principaux coûts expérimentaux et informatiques actuels associés à HCA - y compris les informations de base inspirantes de Dana Peer, HCA Computing Community Leader.


La réunion s'est terminée par des exposés des auditeurs sur ce qu'ils ont fait et comment continuer à travailler ensemble. Nous avons laissé beaucoup de temps imprévu, à la fois pour le travail et pour l'interaction sociale, afin de faciliter la discussion ouverte et l'établissement de relations. Le choix d'un lieu qui fournirait aux participants à la fois un espace de réunion et un logement a aidé à créer une communauté. Les jeux de données de référence organisés par Github peuvent durer un an, mais le bord de mer et le karaoké sur la plage sont une connexion qui peut durer tout au long d'une carrière scientifique.


Suite de la discussion avec un feu de joie sur l'océan.

Merci @cziscience pour cette rencontre incroyable. Ce fut la réunion la plus productive, collective et inspirante à laquelle j'ai assisté tout au long de ma carrière!
- Duygu @ duyguucar

Qu'avons-nous appris

Trois aspects de la réunion ont été particulièrement inspirants. Premièrement, les groupes étaient vraiment heureux de collaborer pour fournir du temps, de l'espace et des outils. Deuxièmement, les étudiants et le personnel académique, avec PI, ont dynamisé la réunion et ont probablement aidé à s'assurer que le travail était bien fait! Troisièmement, l'introduction de plusieurs biologistes informatiques et ingénieurs logiciels CZI a aidé à faciliter la collaboration lors de la réunion - notre équipe a beaucoup appris des bénéficiaires sur les problèmes sur le terrain, et a également aidé à créer des capacités et une collaboration informatiques intersectorielles.

Chacun a été impliqué dans cette nouvelle structure de réunion à sa manière: dans le meilleur des cas, les groupes ont expliqué la vision et la portée de leurs projets, supervisant ou définissant parfois littéralement des ensembles de données de contrôle ou écrivant un prototype de code. Nous avons également été impressionnés par les groupes qui ont trouvé des opportunités concrètes de collaborer avec CZI open source: Josh Moore d' OMERO travaille maintenant avec l'équipe Starfish sur des formats de données transcriptomiques basées sur l'image, et Ryan Williams et Cotton Seed du groupe de mise à l'échelle développer des approches plus évolutives pour le stockage et le calcul des matrices dans la plate-forme de coordination des données.

Nous avons également été ravis que les développeurs des trois progiciels clés pour l'analyse monocœur - Scanpy , Seurat et Scater - aient progressé dans l'amélioration de l'interopérabilité de leurs outils et formats de données. Le fait d'être dans la même pièce et d'avoir le temps et le soutien vous permet de stimuler les progrès.

@DrAnneCarpenter
Chan Zuckerberg Science fait des choses incroyables pour la science.
Mais travailler avec eux était également étonnant sur le plan culturel. Cela a conduit à des discussions scientifiques avec d'autres femmes expertes dans le domaine de l'informatique de mon âge (la première pour moi!). Cela a contribué à la création de relations avec différents domaines, projets de programme, disciplines. Bravo!
- Anne Carpenter

C'était vraiment agréable de voir une communauté d'experts en informatique HCA se réunir lors de cette réunion. Comme l'un des participants l'a dit à l'un de nous, il se sentait comme «le bois de feu de la science informatique» et nous ne pouvions pas être en désaccord. Nous sommes ravis que CZI Science ait pu contribuer à susciter de telles interactions passionnantes, et nous espérons utiliser cette réunion comme modèle alors que nous continuons à lancer de plus en plus de projets.

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Jeremy Freeman, directeur, spécialiste en biologie computationnelle

Jeremy est un scientifique travaillant à l'intersection de la biologie et de la technologie. Il veut comprendre comment fonctionnent les systèmes biologiques et utiliser cette compréhension dans l'intérêt de la santé humaine et de la conception de systèmes intelligents. Il a étudié la vision par ordinateur dans une école d'études supérieures de l'Université de New York, dirigé le laboratoire de recherche en neurosciences du Janelia Research Campus HHMI et est actuellement à la Chan Zuckerberg Initiative, dirigeant nos travaux sur les domaines où l'informatique et la biologie se croisent. Il aime l'open source et l'open science, et rassemble également des scientifiques et des ingénieurs dans de nombreux domaines.

Arne Bakker, directeur de la recherche et de la rétroaction

Arne Bakker est le leader des réunions scientifiques de l'initiative Chan Zuckerberg. Il a un doctorat en immunologie tumorale du Netherlands Cancer Institute, ainsi que ses recherches à l'Université de Californie à Berkeley. Plus récemment, Arne était doyen adjoint pour la formation professionnelle des maîtres et des scientifiques novices avec le titre de docteur ès sciences à l'Université de Stanford. Tout au long de sa carrière, Arne a activement attiré des scientifiques: il a été directeur du Discovery Festival d'Amsterdam, a co-organisé le Beyond Academia à l'Université de Californie à Berkeley et le PhD Pathways à Stanford et s'est porté volontaire pour le Bay Area Science Festival. Chez CZI, Arne combine les leçons qu'il a apprises de cette carrière aux multiples facettes pour diriger nos efforts pour rassembler les scientifiques à travers des réunions, des séminaires et d'autres réunions pour créer et soutenir des communautés scientifiques collaboratives.

Traduction: Diana Sheremyova

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