semantic formalization of laboratory protocols
Post on 13-Aug-2015
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Formalización de Protocolos de Laboratorio Usando
Tecnologías Semánticas
Olga Ximena Giraldo Pasmín
Supervisor:
Oscar Corcho, PhD
Co-supervisor:
Alexander García, PhD
Tabla de Contenido
• Conceptos básicos, problema, estado del arte y preguntas de investigación.
• Nuestra propuesta
• Resultados
• Conclusiones
• Trabajo futuro
Método Científico
“un método o procedimiento que ha caracterizado a la ciencia natural desde el siglo XVII, que consiste en la observación
sistemática, medición, experimentación, formulación, análisis y modificación de las hipótesis”
Oxford English Dictionary - entrada para scientific.
Factores que Influyen en la Reproducibilidad
http://migratingpoetics.wordpress.com/2013/02/
Precisión
x
Problemas en Protocolos de Laboratorio
• Incubate the centrifuge tubes in a water bath.
•Incubate the samples for 5 min with gentle shaking.
• Rinse DNA briefly in 1-2 ml of wash.
•Incubate at -20C overnight.
Protocol
Objetivo
Los protocolos deberían ser descritos de forma precisa y con suficiente detalle.
• Para que puedan ser replicados por humanos y/o por maquinas.
Enfoques Existentes
MIBBI mantiene checklists que promueven cómo reportar un experimento.
OBI modela el diseño de una investigación. Incluyendo protocolos, instrumentación, materiales y datos generados.
EXPO formaliza conocimiento acerca de la organización, ejecución y análisis de experimentos científicos.
EXPO
EXACTEXACT proporciona un modelo para la descripción de
acciones experimentales.
Pregunta General de Investigación
¿Cómo estandarizar la representación de protocolos experimentales por medio del
uso de tecnologías semánticas?
Preguntas Específicas
1. ¿Cuál es la mínima cantidad de información, ontológicamente valida, necesaria para reportar un protocolo experimental?
2. ¿Cuál es la estructura ontológica que facilitaría la representación formal de un protocolo experimental como documento y como elemento ejecutable?
SMART Protocols
SeMAntic RepresenTation for Protocols (SMART Protocols).
Estructura ontológica que nos ayuda a representar protocolos de laboratorio en biotecnología de plantas.
Análisis de Protocolos de Laboratorio
Repositorio No. de Protocolos
Biotechniques 8
CSH protocols 11
Current protocols 25
GMR 5
Jove 21
Protocol exchange 12
Plant methods 10
Plos One 3
Springer protocols 5
Total 100
Mínima Información Validada por Expertos de Dominio
04080
Sample Metadata
Domain expertsrepositories
Purpose Provenance of the protocol
Applications of the protocol
Comparison with other protocols
Limitations0
20406080
100
Introduction Section Metadata
Domain expertsrepositories
Name Manufacturer catalog number0
20406080
100
Laboratory Consumables or Supplies Metadata
Domain expertsrepositories
Alternative steps Critical steps Pause point Timing Hints Troubleshooting0
20406080
100
Protocol Metadata
Domain expertsrepositories
Software name Software version0
20406080
100
Software Metadata
Domain expertsrepositories
Procesos Típicos en Biotecnología de Plantas http://spie.org/Images/Graphics/Newsroom/Imported-2011/003464/003464_10_fig1.jpg
Extracción de ADN PCR Electroforesis
Especificación de Ontologías
• Dominio que cubre las ontologías. Biotecnología de plantas. • ¿Para qué se emplearán las ontologías?.
SMART Protocols-Document : provee un conjunto de metadatos para reportar un protocolo experimental.
SMART Protocols-Workflow: está diseñada para representar la ejecución de dichos protocolos.
• Granularidad de las ontologías.
Análisis de protocolos Se diseñaron casos de uso se plantearon preguntas de competencia.
Preguntas de Competencia
1. ¿Quién es el autor (autores) de un protocolo particular?
2. ¿De dónde fue adaptado el protocolo “x”?
3. ¿Cuáles son las limitaciones que presenta el protocolo “y”?
4. ¿Cuál es el propósito de un protocolo particular?
5. ¿Cuál es la muestra usada en un protocolo “x”?
6. ¿Qué reactivos, equipos y demás insumos son usados en un protocolo “y”?
7. ¿Cuál es el fabricante, número de identificación y nombre de un kit?
8. ¿Cuáles son los pasos básicos de una extracción, amplificación y separación de ácidos nucleícos?
Términos Reusados
Recurso No. de términos Recurso No. de términosOBI 15 P-Plan 3NCIthesaurus 9 NPO 3CHEBI 7 EXACT 2IAO 7 SO 2MGEDOntology 3 MeSH 1
• Clases reutilizadas
• Propiedades reutilizadas
Propiedad Origen Reusada en
isManufacturedBy OBI SMART Protocols-Document
hasInputVar P-Plan SMART Protocols-Workflow
hasOutputVar P-Plan SMART Protocols-Workflow
isStepOfPlan P-Plan SMART Protocols-Workflow
Términos Nuevos y Enfoque de las Ontologías
Ontología No. de clases No. de propiedadesSMART Protocols-Document 60 7SMART Protocols-Workflow 44 1Total 104 8
• Términos nuevos
• Enfoque “population”
¿Qué Soporta las Ontologías SMART Protocols?
Disponible en: http://smartprotocols.org/drupal/
sp= smart protocols, iao= information artifact ontology, ro= relation ontology
SMART Protocols-Workflow
Disponible en: http://smartprotocols.org/drupal/
sp= smart protocols, p-plan= p-plan ontology
Lenguaje y Editor Usado para el Diseño de Ontologías
• OWL permite representar los términos y las relaciones entre ellos de manera que sean fácilmente procesables por aplicaciones informáticas.
• OWL es un lenguaje compatible con los actuales estándares utilizados en la Web.
• Es un sistema de código abierto,
• permanece en constante mantenimiento y evolución, y
• su interfaz de usuario es simple y fácil de usar.
Evaluación de las Ontologías
• El objetivo: Qué define la ontología y la precisión de las definiciones.
• Metodología (Gomez-Perez, et al, 1995)• Consistencia
Editor protege Ontology Pitfall Scanner (OOPS!)
• Completitudse seleccionó el sub-lenguaje OWL-DL, el cual permite máxima
expresividad sin perder la completitud computacional
• Concisión no almacena conocimiento innecesario ni definiciones redundantes.
Conclusiones
1. Se identificó un conjunto de metadatos que facilitan la captura de información necesaria y suficiente para reportar un experimento.
2. La validación de datos se hizo con la participación de expertos de dominio. La interacción con expertos de dominio permitió conocer su preocupación acerca de la pobre información que presentan algunos protocolos en biología de plantas.
3. Se identificaron los pasos básicos de procedimientos experimentales comúnmente usados en biotecnología de plantas.
4. Se propuso una estructura ontológica, SMART Protocols, compuesta por dos módulos: SMART Protocols-Document y SMART Protocols-Workflow.
5. Para el desarrollo de éstas ontologías, se hizo especial énfasis en el aspecto metodológico. Esta investigación retoma elementos de NeOn Methodology. Además, se siguen las buenas prácticas sugeridas por el proyecto OBO.
6. Este trabajo se centró en plantear una alternativa que ayude al investigador a recorrer el camino que conduzca a la reproducibilidad de un experimento.
Trabajo Futuro
1. Continuar con el análisis semántico.
Instrucción Término ambiguo Desambiguación“Grow the plants under short day conditions” short day conditions 8 horas de luz“Store the plants overnight at 4°C” overnight 8 -10 horas“Store the samples at room temperature” Room temperature 20 – 25°C
2. Identificar colocaciones léxicas en instrucciones o actividades encontradas en protocolos de laboratorio.
• “Store the samples at room temperature”• “Grow the plants under short day conditions”
3. Enriquecimiento de ontologías existentes. • P-plan, EXACT, MUO (Measurement Unit Ontology).
4. Crear o reutilizar un sistema basado en reglas. Que facilite la recuperación automática de pasos básicos de instrucciones experimentales y de información requerida para reportar un protocolo de laboratorio.
5. Validar la información recuperada. Esta actividad permitirá determinar la fiabilidad del sistema de recuperación de información.
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