金福康GMOS多组学一体化分析平台 推动多组学数据融合与科研转化

以五层架构为核心,构建测序 - 质谱数据协同处理的技术体系

金福康 GMOS 平台采用五层架构设计,构建了覆盖样本管理、数据接入、解析处理、组学整合到结果输出的全链条技术体系。样本管理层通过唯一条码实现测序与质谱数据的同步采样溯源,确保数据关联性与可追溯性;数据接入层兼容主流测序仪下机数据及 Thermo.raw、SCIEX.wiff、Bruker.d等多种质谱鉴定格式,通过统一转换为mzML格式实现数据标准化;解析处理层集成BWA序列比对、GATK变异检测等流程化分析模块,结合容器化部署保障分析流程的可复现性;组学整合层建立跨组学标准映射体系,支持10种组学近百个计算工具的协同运行;结果输出层则以交互式可视化界面呈现分析结果,支持通路网络自定义绘制,满足多样化数据展示需求。

在数据协同处理方面,平台构建了测序 - 质谱数据一体化分析体系。数据处理支持十种组学类型,整合 GATK、STAR 比对、Cell_Ranger 单细胞分析等核心工具链;质谱数据处理兼容 DDA、DIA、PRM 等多种实验模式,提供定制化预处理流程。同时,平台建立了统一的 ID 映射体系,实现 Ensembl/NCBI 标准基因 ID、UniProtKB 数据库蛋白 ID 与 HMDB/KEGG 化合物代谢物 ID 的精准关联,为跨组学数据整合奠定基础。

覆盖多组学分析需求,兼具高通量性能与多元化工具支撑

平台以高性能计算服务器集群为支撑,形成了覆盖多组学类型的完整分析能力。其中,基因组分析支持 fastq、vcf 格式数据输入,可完成突变检测、拷贝数变异分析及功能网络构建;转录组、蛋白组、单细胞、表观组等均具备针对性的核心分析内容,且所有组学分析结果均支持功能网络可视化呈现。

性能方面,平台具备高通量并行处理能力,可支持 1000 人同时在线分析;流程标准化程度高,不仅能满足大部分文献发表所需的图表输出要求,还可根据研究需求进行定制化调整。功能服务器工具集进一步丰富了平台的分析能力:统计分析模块涵盖数据预处理、差异计算、关联分析等关键步骤,提供 UV 归一化、DBB impute 缺失值填充、LIMMA 差异分析、WGCNA 共表达网络等多样化算法;可视化工具支持 100 余种展示模式,包括热图、火山图等基础图表,GO/KEGG 富集气泡图、circos 圈图等高级分析图表,以及 PCA/TSNE/UMAP_3D 降维、单细胞空间定位图等高级可视化效果;AI 工具集则集成 190 余种算法,覆盖随机森林、SVM 等分类模型,K-means、DBSCAN 等聚类算法,以及 AutoEncoder、CNN、Transformer 等深度学习模型,为数据深度挖掘提供技术支撑。

创新多维度整合机制,凸显数据整合与科研转化的应用价值

金福康 GMOS 平台创新性地构建了多维度组学整合机制,通过样本级与分子级双重关联策略打破数据孤岛。样本级整合依托唯一码实现测序 - 质谱数据的纵向追踪,分子级整合则基于统一 ID 映射体系完成基因 – 转录 - 蛋白 - 代谢物的联动分析。同时,平台整合 STRING 数据库构建蛋白互作网络(PPI),助力识别核心调控节点,有效突破单一组学研究的局限,显著提升生物学解释力。

平台的应用价值集中体现在三个维度:一是通过跨组学联合分析实现数据整合,破解传统单一组学研究的数据孤岛问题;二是采用鼠标化操作替代复杂编程,以可视化结果直观呈现分析结论,降低多组学分析的技术门槛,支持无生物信息学背景的研究人员独立完成数据分析;三是缩短从数据获取到结论产出的周期,为临床研究与基础研究的协同推进提供技术保障,助力科研成果转化应用。

覆盖多领域研究场景,以实践案例验证平台技术可靠性

金福康 GMOS 平台的应用场景广泛覆盖医学、农业和公共卫生三大领域,凭借其多组学分析能力,为不同研究方向提供专业化解决方案。

在医学领域,平台可支撑疾病机制研究、精准医疗、药物靶点发现及临床诊断支持等多个方向。通过多组学联合分析,能够深入解析癌症、神经退行性疾病等复杂疾病的发病机制,识别关键致病通路和分子标志物;基于个体基因组特征提供个性化诊疗方案,助力靶向药物筛选和疗效预测;利用多组学分析技术及AI垂直大模型加速新型药物靶点发现,推动创新药物研发;开发基于多组学特征的疾病早期诊断模型,提升诊断准确率并实现早期干预。

农业领域应用中,平台可用于作物改良研究、病虫害防治、智能种植管理及种质资源保护。通过基因组学分析识别作物优良性状相关基因,加速育种进程;借助转录组学和代谢组学技术解析病虫害发生机制,开发精准防控策略;结合环境组学数据与物联网技术构建作物生长模型,优化种植管理决策;构建农作物种质资源基因组数据库,为生物多样性保护和未来育种提供基因资源支撑。

公共卫生领域,平台能够支持大规模人群组学数据分析,助力流行病学调查与疫情监测预警。在流行病学研究中,通过整合基因组学与环境数据,可追踪疾病传播路径、识别高危人群及确定风险因素;在疫情防控中,建立实时监测系统,通过多源数据融合分析实现疫情早期预警和快速响应,为公共卫生决策提供科学依据。

多项实践案例验证了平台的应用价值与技术可靠性:吉林大学附属二院刘老师团队借助平台,仅用 1 天时间便完成从平台学习到结果出图的全流程分析,通过免疫共沉淀法成功解析 H7N9 感染宿主细胞的机制,明确了剪切体信号通路变化及信号通路间的分子调节网络;北京大学医学部黄教授、中国科学院高院士团队在 Nature Communications 发表的 COVID-19 相关研究中,利用平台的质谱 DIA 定量蛋白质组学分析工具,对比分析感染病例与对照样本,首次提出 COVID-19 发病机制的 “两阶段” 模式,为理解患者临床症状提供了重要分子基础;在结直肠癌相关研究中,研究团队通过平台整合化学信息学、生物信息学和网络生物学策略,解析天佛参口服液的活性成分及 276 个结直肠癌治疗候选靶点,证实其在体外和体内对结直肠癌细胞生长的抑制作用,为相关治疗提供了科学依据。

金福康 GMOS 多组学一体化分析平台通过架构创新、功能整合与技术优化,构建了高效、便捷、精准的多组学数据分析体系,不仅打破了数据孤岛与技术壁垒,更推动了科研与临床、基础与应用的深度融合。在医学、农业、公共卫生等多领域的广泛应用中,平台持续为复杂疾病研究、作物改良、疫情防控等提供技术支撑,为科研成果转化与产业升级注入新动能,助力相关领域实现高质量发展。