Biologie, známá také jako věda o živé přírodě, je jedním ze základních oborů vědění. Zabývá se životně důležitými procesy živých organismů. Historie výzkumu a vývoje v této oblasti je poměrně stará. S rozvojem výpočetní techniky muži vytvořili v této oblasti skutečný pokrok. Od dobývání smrtelných nemocí až po řešení záhady živého organismu je počítač skvělým společníkem biologů. Existuje mnoho dostupných biologických nástrojů s otevřeným zdrojovým kódem. Linux je velmi přizpůsobitelný operační systém s otevřeným zdrojovým kódem, který je preferován mnoha výzkumníky. Takže pokud jste biolog nebo amatérský nadšenec do biologie a hledáte nějaký linuxový biologický software, možná budete chtít vyzkoušet tyto biologické nástroje pro Linux PC, abyste ze svého studia nebo výzkumu vytěžili maximum.
Nejlepší biologické nástroje pro Linux
Někteří lidé mají běžnou mylnou představu, že Linux nemá velkou knihovnu softwaru. Budete ale překvapeni, že v kategorii softwaru pro vzdělávání a výzkum je Linux stále nepřekonatelný. Je to proto, že většina vědců a výzkumníků je s hnutím open-source softwaru.
Získáváte tak rozsáhlou sbírku biologických nástrojů pro Linux. Jsou zdarma a ne méně než jakýkoli placený software. Zde jsem vytvořil kurátorský seznam 15 nástrojů různých typů, abyste nemuseli mít žádné potíže s jejich hledáním. Pokud si projdete tento celý článek, doufám, že najdete ten nejlepší software pro systém Linux, který bude vyhovovat vašim potřebám.
1. EMBOSSa
Vysvětlení názvu softwaru je European Molecular Biology Open Software Suite. Jedná se o open-source biologický nástroj pro Linux vytvořený pro zájemce z oblasti biologie. EMBOSS je výkonný nástroj pro sekvenční analýzu. Je to do jisté míry kompletní balík nástrojů, jejichž vlastnosti a možnosti tohoto nástroje nelze vysvětlit.
Klíčové vlastnosti EMBOSS
- Umí rychle procházet a získávat sekvenční data z webu.
- EMBOSS se používá pro zarovnání sekvencí, identifikaci proteinového motivu, analýzu vzorů nukleotidové sekvence atd.
- Má vestavěnou knihovnu pro vydávání nových nástrojů s otevřeným zdrojovým kódem.
- Je v něm integrován pokročilý prezentační nástroj pro rychlou publikaci získaných dat.
- Umí pracovat s řetězci, porovnávat vzory, zpracovávat seznamy a indexovat databáze pomocí dalších programovacích knihoven.
- Funkce integrace je užitečná pro synchronizaci s dalšími oblíbenými nástroji.
2. NAMD
NAMD je simulační program vyvinutý speciálně pro simulaci obrovských biomolekulárních systémů. Tento biologický nástroj pro Linux je tak výkonný, že dokáže paralelně zpracovávat miliony atomů najednou. Charm++ je jazyk založený na C++, který se používá k psaní tohoto programu. NAMD používá běhové prostředí s názvem Converse pro běh na paralelních clusterových systémech, což pomáhá zpracovávat obrovské množství biologických dat najednou.
Klíčové funkce NAMD
- Simulace molekulární struktury se připravuje pomocí Visual Molecular Dynamics.
- Podporuje různé typy vstupních souborů, včetně X-PLOR, CHARMM, AMBER atd.
- NAMD používá pro numerickou analýzu vícečasovou integraci.
- Uživatelé si mohou vybrat ze široké škály možností simulace dynamiky.
- Podporuje GPU akcelerované zpracování.
- Tento nástroj podporuje zastřešující vzorkování založené na replikách prostřednictvím modulu kolektivních proměnných.
3. GROMACS
GROMACS není jen dalším nástrojem biologické simulace; spíše se jedná o kompletní softwarový balík s integrovanými nástroji pro vytváření a analýzu. Tento všestranný biologický nástroj pro Linux může provádět analýzu a simulaci pro tisíce až miliony biologických částic. Byl primárně vyvinut pro analýzu biologických chemikálií, jako jsou proteiny a lipidy. Nyní se však používá také v nebiologických výzkumných oblastech.
Klíčové funkce GROMACS
- Tento nástroj je dvakrát až třikrát rychlejší než jeho konkurenti.
- Softwarový kód je vysoce optimalizován pro rychlejší zpracování dat.
- Gromacs je velmi uživatelsky přívětivý. Pro snazší pochopení jsou chybové kódy napsány jako prostý text.
- Rozsáhlá uživatelská příručka pro tento nástroj je k dispozici zdarma ve formátu e-papíru.
- Může ukládat data trajektorie kompaktní metodou.
- Má některé integrované nástroje pro analýzu trajektorie. Uživatelé pro tento účel nemusí psát žádné kódy.
- Je vybaven plně automatickým tvůrcem topologie pro proteiny, což je velmi užitečné.
4. VMD
VMD je pokročilý program pro biomolekulární vizualizaci vyvinutý pro Linux. Program pro molekulární vizualizaci je především program pro zobrazování molekulárních dat pomocí 3D grafiky. VMD umí číst a analyzovat soubory PDB nebo Protein Data Bank a vykreslovat je strukturovaným grafickým způsobem. Může dokonce simulovat molekuly pro různé podmínky a případy. Proto se stal velmi užitečným programem pro hluboké výzkumníky biologie.
Klíčové funkce VMD
- Může využívat externí výkon GPU počítače.
- Vývojář neuplatnil žádná omezení počtu molekul ani jiných parametrů. RAM je váš limit!
- Uživatelé mohou pomocí vestavěného nástroje snadno generovat soubory PDF ze standardního 3D výstupu.
- VMD může využívat stereo zobrazovací systém, pokud jej máte.
- Rozsáhlá knihovna vestavěných čteček souborů podporuje až 60 různých formátů souborů.
- Výzkumníci mohou psát své rutinní příkazy pomocí jazyka Tcl.
5. simuPOP
SimuPOP není dalším běžným biologickým nástrojem pro Linux. Spíše se jedná o dopředné prostředí pro simulaci populační genetiky. Dokáže analyzovat a simulovat jakékoli problémy související s populací. Proto vědci v oblasti biologie používají tento nástroj pro simulaci šíření komplexních chorob. simuPOP používá Python jako základní skriptovací jazyk.
Klíčové vlastnosti simuPOP
- Má možnost připojit informační pole k jednotlivcům populace.
- Má limity počtu pro počet homologních sad chromozomů nebo jiných parametrů.
- Má více než 70 vestavěných operátorů pro analýzu populace.
- Pokročilé skriptovací rozhraní dává uživatelům možnost přizpůsobit si tento program.
- simuPOP má komplexní dokumentační systém pro začátečníky.
6. SVALy
MUSCLE je zkratka pro původní název softwaru MUSCLE MU ltiple S sekvence C srovnání od L og- E očekávání. Je to velmi populární biologický nástroj pro Linux, který se používá pro vytváření vícenásobných zarovnání aminokyselinových nebo nukleotidových sekvencí. Kromě toho, jeho lepší přesnost a vyšší rychlost ho drží před ostatními konkurenty, jako je ClustalW2 nebo T-Coffee. Je považován za jeden z nejrychlejších programů v této kategorii.
Klíčové vlastnosti MUSCLE
- Podporuje tři různé funkce hodnocení proteinového profilu.
- MUSCLE poskytuje funkce optimalizace úhlopříčky a ukotvení.
- Oblíbený textový formát FASTA se v tomto nástroji používá jako vstupní i výstupní soubory.
- Vyznačuje se další výhodou, která umožňuje generovat výstupní soubory v různých populárních formátech, jako je LUSTALW, MSF, HTML atd.
7. SeaView
SeaView je normální software pro zarovnání více sekvencí. Jeho specialitou je ale to, že má velmi dobré a snadno použitelné grafické uživatelské rozhraní. Tento balíček se používá jako backend pro různé další populární nástroje jako Clustal Omega, Gblocks a PhyML. Fast Light Toolkit, běžně známý jako FLTK, pohání uživatelské rozhraní tohoto programu.
Klíčové funkce SeaView
- Podporuje většinu formátů souborů pro sekvenování DNA a proteinů, včetně NEXUS, MSF, CLUSTAL, FASTA, PHYLIP atd.
- Uživatelé mohou importovat externí soubory formátu FASTA pro algoritmy zarovnání.
- Umí kreslit fylogenní stromy a generovat je v různých běžných formátech, jako je PDF, SVG, EPS atd., pro tisk nebo publikování.
- SeaView má vestavěný stahovací program pro stahování genetických sekvencí z internetu.
8. STROM-HÁDANKA
TREE-PUZZLE je nový název pro software PUZZLE. Je to velmi populární biologický nástroj pro Linux. Jedná se původně o algoritmus prohledávání stromů pomocí konzoly, který se používá pro analýzu velkých souborů dat. Tento softwarový balíček TREE-PUZZLE dokáže rekonstruovat stromy pomocí algoritmů popsaných Strimmerem a von Haeselerem.
Klíčové vlastnosti TREE-PUZZLE
- Používá kvarteto záhadných algoritmů.
- Tento nástroj dokáže automaticky přiřadit odhady podpory pro každou interní pobočku.
- TREE-PUZZLE dokáže vytvářet stromy zadáním uživatelem zadaných sad stromů.
- Má některé nástroje k provádění statistických testů na souborech dat.
- Umí odhadnout parametry a párové vzdálenosti.
9. TreeView X
Je to open-source biologický nástroj pro konstrukci fylogenních stromů. Software pro stavbu stromů je v oblasti biologie velmi důležitý. To je důvod, proč je považován za dobrý nástroj linuxové biologie. Dokáže číst stromové soubory s různými formáty souborů.
Klíčové funkce TreeView X
- Má bohaté grafické rozhraní založené na knihovně wxWidgets C++.
- Umí exportovat stromy v různých formátech souborů založených na obrázcích.
- TreeView X má vestavěnou pokročilou možnost tisku, která pomáhá při formátování tiskových čísel papíru podle potřeb uživatele.
- Funkce drag and drop zvyšuje produktivitu při používání tohoto nástroje.
10. UGENE
Jedná se o open-source biologický software pro Linux. UGENE se používá pro analýzu různých biologických dat. V dnešní době se většinou používá pro sekvenování genomu. Analyzovaná data lze ukládat na úložiště počítače nebo dokonce do sdílené laboratorní databáze. Grafické uživatelské rozhraní tohoto nástroje pomáhá uživatelům s ovládáním bez předchozích znalostí kódování. Kromě GUI má také starší rozhraní příkazového řádku, se kterým lze pracovat.
Klíčové funkce UGENE
- Uživatelé mohou snadno vytvářet a komentovat proteinové sekvence.
- Může využívat více jader hostitelského CPU a může využívat samostatnou grafickou kartu.
- Má vestavěnou integraci s oblíbenými bioinformatickými servery, jako je PDB, NCBI atd.
- UGENE má integrovaný nástroj Primer3 pro návrh primeru PCR.
- Je vybaven pokročilým prohlížečem chromatogramů.
- Tento nástroj dokáže vyhledávat složité signály pomocí ExpertDiscovery.
11. Primer3
Primer3 je jedním z nejpopulárnějších biologických programů pro Linux. Je to bezplatný a open-source biologický nástroj pro Linux pod licencí GNU. Tento nástroj se používá pro výběr primeru ze sekvence DNA. Tento nástroj má také alternativní webové uživatelské rozhraní s názvem Primer3 Plus pro ty, kteří jej nechtějí instalovat lokálně.
Klíčové vlastnosti Primer3
- Uživatelé mohou importovat/nahrát sekvenční soubory téměř v jakémkoli oblíbeném formátu souboru.
- Sekvence lze vložit jako prostý text.
- Má mnoho funkcí přizpůsobení v kategorii obecných a pokročilých nastavení.
- Uživatelé mohou v tomto nástroji zadat kvalitu sekvence.
- V tomto nástroji je vyhrazená karta pro trestné váhy.
12. Integrovaný prohlížeč Genome Browser
Jak název napovídá, jedná se o prohlížeč genomu pro váš desktop. Je to bezplatný a otevřený nástroj pro biologii. Tento biologický software pro Linux dokáže vyhledávat genomové sekvence z internetu. Samozřejmě můžete tato konkrétní bioinformatická data vyhledávat prostřednictvím svého běžného prohlížeče. Ale věřte mi, že tento specializovaný prohlížeč váš pracovní postup mnohem zrychlí. Tento nástroj je postaven na Genoviz SDK, knihovně Java.
Klíčové funkce integrovaného prohlížeče Genome
- Tento nástroj dokáže číst data z mnoha formátů souborů, včetně BAM, BED, Affymetrix CHP, FASTA, GTF, PSL atd.
- Uživatelé mohou exportovat výstup do libovolného tiskového formátu, jako je SVG, PNG nebo dokonce snadno použitelné PDF.
- Funkce dynamického přibližování a posouvání v reálném čase.
- Podporuje webové služby ve stylu REST pro funkce anotací.
13. LAMPY
LAMMPS je jedním z nejpopulárnějších biologických nástrojů s otevřeným zdrojovým kódem. Zkratka znamená „L arge-scale A tomic/M olekulární M silně P aralel S simulátor.” Je to univerzální software pro molekulární dynamiku. V dnešní době je však velmi využíván v oblasti biologického výzkumu. Je vyvinut a udržován Sandia National Laboratories. Tento linuxový biologický software používá Message Passing Interface nebo protokol MPI pro paralelní komunikaci mezi výzkumníky.
Klíčové vlastnosti LAMPY
- Pro sledování blízkých částic používá efektivní datovou strukturu s názvem Verlet List.
- Může využít plný potenciál paralelního výpočetního systému rozdělením simulační domény na menší subdomény a jejich distribucí pro každý procesor.
- Tento nástroj je vysoce přenosný, protože je vytvořen v C++.
- Vestavěná podpora pro vykreslovací systém CUDA a OpenCL GPU.
- Uživatelé mohou snadno rozšířit nové vlastnosti a funkce.
14. Mothur
Mothur je mezi vědci dobře známý linuxový biologický software. Tento softwarový projekt iniciovali Dr. Patrick Schloss et al. Tento software dosud citovalo mnoho publikací o biologickém výzkumu. Tento open-source nástroj je velmi účinný bioinformatický procesor dat. Většinou se používá pro analýzu DNA nekultivovaných mikrobů.
Klíčové vlastnosti Mothur
- Umí zpracovat data generovaná několika metodami sekvenování DNA.
- Tento nástroj podporuje téměř všechny oblíbené metody, včetně 454 pyrosekvenování, Illumina HiSeq a MiSeq, Sanger, PacBio a IonTorrent.
- Žádné jiné nástroje nepřekonají Mothur v analýze sekvencí genu 16S rRNA.
- Pravidelně je udržována skupinou známých vědců biologie.
15. PathVisio
PathVisio je bezplatný a open-source biologický nástroj pro Linux. Používá se pro kreslení, úpravy a analýzu biologických cest. Má mnoho užitečných funkcí zabudovaných v balíčku. Uživatelé mohou také instalovat další funkce prostřednictvím zásuvných modulů. Tento nástroj je založen na Javě, a proto jej lze snadno nainstalovat na jakoukoli platformu, včetně Linuxu.
Klíčové funkce PathVisio
- Pokročilé nástroje pro kreslení a poznámky pro cesty.
- Dokonce může analyzovat různé typy biologických cest.
- PathVisio má integrovanou integraci s WikiPathways pro snadnější publikování.
- Do tohoto nástroje lze snadno integrovat open-source nástroj Cytoscape.
- Lze jej integrovat s jinými programovacími jazyky prostřednictvím PathVisioRPC.
Poslední myšlenky
Jak vidíte, existuje mnoho nástrojů pro různé účely potřebné v oblasti biologie. Biologie je rozsáhlé pole vědění a výzkumu. Je tedy zřejmé, že nebudete muset používat všechny výše uvedené nástroje. Pokud vyzkoušíte tento seznam kurátorského seznamu linuxového biologického softwaru, zjistíte, který bude nejlépe vyhovovat vašim dílům. A pokud máte nějaký oblíbený software v této kategorii, můžete o tom dát vědět ostatním komentářem níže.