Understanding the role of the microbiome in human health and how it can be modulated is becoming increasingly relevant for preventive medicine and for the medical management of chronic diseases. The development of high-throughput sequencing technologies has boosted microbiome research through the study of microbial genomes and allowing a more precise quantification of microbiome abundances and function. Microbiome data analysis is challenging because it involves high-dimensional structured multivariate sparse data and because of its compositional nature. In this review we outline some of the procedures that are most commonly used for microbiome analysis and that are implemented in R packages. We place particular emphasis on the compositional structure of microbiome data. We describe the principles of compositional data analysis and distinguish between standard methods and those that fit into compositional data analysis.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.22
no.2
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pp.181-199
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2015
In a short history, RNA-seq data have established a revolutionary tool to directly decode various scenarios occurring on whole genome-wide expression profiles in regards with differential expression at gene, transcript, isoform, and exon specific quantification, genetic and genomic mutations, and etc. RNA-seq technique has been rapidly replacing arrays with seq-based platform experimental settings by revealing a couple of advantages such as identification of alternative splicing and allelic specific expression. The remarkable characteristics of high-throughput large-scale expression profile in RNA-seq are lied on expression levels of read counts, structure of correlated samples and genes, larger number of genes compared to sample size, different sampling rates, inevitable systematic RNA-seq biases, and etc. In this study, we will comprehensively review how robust Bayesian and non-parametric methods have a better performance than classical statistical approaches by explicitly incorporating such intrinsic RNA-seq specific features with flexible and more appropriate assumptions and distributions in practice.
Han, Kyeongmin;Lee, Jaejoon;Shanmugam, Gnanendra;Lee, Sun Keun;Jeon, Junhyun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.7
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pp.1117-1123
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2019
Control of pine wilt disease, which is caused by pine wilt nematode Bursaphelenchus xylophilus, is heavily dependent on the use of chemicals such as abamectin. Although such chemicals are highly effective, demands for alternatives that are derived preferentially from natural sources, are increasing out of environmental concerns. One of the challenges to discovery of alternative control agents is lack of fast and efficient screening method that can be used in a high-throughput manner. Here we described the development of colorimetric assay for the rapid and accurate screening of candidate nematicidal compounds/biologics targeting B. xylophilus. Contrary to the conventional method, which relies on laborious visual inspection and counting of nematode population under microscope, our method utilizes a redox dye that changes its color in response to metabolic activity of nematode population in a given sample. In this work, we optimized parameters of our colorimetric assay including number of nematodes and amount of redox dye, and tested applicability of our assay for screening of chemicals and biologics. We demonstrated that our colorimetric assay can be applied to rapid and accurate quantification of nematode viability/mortality in a nematode population treated with candidate chemicals/biologics. Application of our method would facilitate high-throughput endeavors aiming at finding environment-friendly control agents for deadly disease of pine trees.
Next generation sequencing (NGS), a high-throughput DNA sequencing technology, is widely used for molecular biological studies. In NGS, RNA-sequencing (RNA-Seq), which is a short-read massively parallel sequencing, is a major quantitative transcriptome tool for different transcriptome studies. To utilize the RNA-Seq data, various quantification and analysis methods have been developed to solve specific research goals, including identification of differentially expressed genes and detection of novel transcripts. Because of the accumulation of RNA-Seq data in the public databases, there is a demand for integrative analysis. However, the available RNA-Seq data are stored in different formats such as read count, transcripts per million, and fragments per kilobase million. This hinders the integrative analysis of the RNA-Seq data. To solve this problem, we have developed a web-based application using Shiny, COEX-seq (Convert a Variety of Measurements of Gene Expression in RNA-Seq) that easily converts data in a variety of measurement formats of gene expression used in most bioinformatic tools for RNA-Seq. It provides a workflow that includes loading data set, selecting measurement formats of gene expression, and identifying gene names. COEX-seq is freely available for academic purposes and can be run on Windows, Mac OS, and Linux operating systems. Source code, sample data sets, and supplementary documentation are available as well.
Kim, Min-Jeong;Kwon, Chang Hyuk;Kim, Dong-In;Im, Hee Su;Park, Sungil;Kim, Ji Ho;Bae, Jin-Sik;Lee, Myunghee;Lee, Min Seob
Journal of Genetic Medicine
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v.12
no.2
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pp.79-84
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2015
Purpose: We developed and validated a fetal trisomy detection method for use as a noninvasive prenatal test (NIPT) including a Clinical Laboratory Improvement Amendments (CLIA)-certified bioinformatics pipeline on a cloud-based computing system using both Illumina and Life Technology sequencing platforms for 221 Korean clinical samples. We determined the necessary proportions of the fetal fraction in the cell-free DNA (cfDNA) sample for NIPT of trisomies 13, 18, and 21 through a limit of quantification (LOQ) test. Materials and Methods: Next-generation sequencing libraries from 221 clinical samples and three positive controls were generated using Illumina and Life Technology chemistries. Sequencing results were uploaded to a cloud and mapped on the human reference genome (GRCh37/hg19) using bioinformatics tools. Based on Z-scores calculated by normalization of the mapped read counts, final aneuploidy reports were automatically generated for fetal aneuploidy determination. Results: We identified in total 29 aneuploid samples, and additional analytical methods performed to confirm the results showed that one of these was a false-positive. The LOQ test showed that the proportion of fetal fraction in the cfDNA sample would affect the interpretation of the aneuploidy results. Conclusion: Noninvasive chromosome examination (NICE), a CLIA-certified NIPT with a cloud-based bioinformatics platform, showed unambiguous success in fetus aneuploidy detection.
The high-throughput identification and accurate quantification of proteins are essential strategies for exploring cellular functions and processes in quantitative proteomics. Stable isotope tagging is a key technique in quantitative proteomic research, accompanied by automated tandem mass spectrometry. For the differential proteome analysis of mouse neuronal cell lines, we used a multiplexed isobaric tagging method, in which a four-plex set of amine-reactive isobaric tags are available for peptide derivatization. Using the four-plex set of isobaric tag for relative and absolute quantitation (iTRAQ) reagents, we analyzed the differential proteome in several stroke time pathways (0, 4, and 8 h) after the mouse neuronal cells have been stressed using a glutamate oxidant. In order to obtain a list of the differentially expressed proteins, we selected those proteins which had apparently changed significantly during the stress test. With 95% of the peptides showing only a small variation in quantity before and after the test, we obtained a list of eight up-regulated and four down-regulated proteins for the stroke time pathways. To validate the iTRAQ approach, we studied the use of oxidant stresses for mouse neuronal cell samples that have shown differential proteome in several stroke time pathways (0, 4, and 8 h). Results suggest that histone H1 might be the key protein in the oxidative injury caused by glutamate-induced cytotoxicity in HT22 cells.
This paper describes first development and validation of pentafluorophenylprophyl ligand-based liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (PFPLC-MS/MS) method to determine metformin, a highly polar compound, in human plasma. Metformin and Phenformin (internal standard) were extracted from human plasma 50 ${\mu}L$ with a single-step protein precipitation. The chromatographic separation was performed using a linear gradient elution of mobile phase involving 5.0 mM ammonium formate solution with 0.1% formic acid (A) and acetonitrile (B) over 3.0 min of run time on a Phenomenex Luna PFP column. The detection was performed using a triple-quadrupole tandem mass spectrometer (Waters Quattro micro) with electrospray ionization in the mode of positive ionization and multiple-reaction monitoring (MRM). The developed method was validated with 5.0 ng/mL of lower limit of quantification (LLOQ). The calibration curve was linear over 5-3000 ng/mL of the concentration range ($R^2$ > 0.99). The specificity, selectivity, carry-over effect, precision, accuracy and stability of the method met the acceptance criteria. The method developed in this study had had rapidness, simplicity and ruggedness. The reliable method was successfully applied to high throughput analysis of real samples for a practical purpose of a pharmacokinetic study.
Precise counting of cell number stands in important position within clinical and research laboratories. Conventional methods such as hemocytometer, migration/invasion assay, or automated cell counters have limited in analytical time, cost, and accuracy., which needs an alternative way with time-efficient in-situ approach to broaden the application avenue. Here, we present simple coding-based cell counting method using image analysis tool, freely available image software (ImageJ). Firstly, we encapsulated RFP-expressing bacteria in a droplet using microfluidic device and automatically performed fluorescence image-based analysis for the quantification of cell numbers. Also, time-lapse images were captured for tracking the change of cell numbers in a droplet containing different concentrations of antibiotics. This study confirms that our approach is approximately 15 times faster and provides more accurate number of cells in a droplet than the external analysis program method. We envision that it can be used to the development of high-throughput image-based cell counting analysis.
Listyarini, Kasita;Sumantri, Cece;Rahayu, Sri;Uddin, Muhammad Jasim;Gunawan, Asep
Animal Bioscience
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v.35
no.10
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pp.1489-1498
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2022
Objective: The objective of this study was to identify polymorphism in olfactomedin like 3 (OLFML3) gene, and association analysis with meat quality, carcass characteristics, retail meat cut, and fatty acid composition in sheep, and expression quantification of OLFML3 gene in phenotypically divergent sheep. Methods: A total of 328 rams at the age of 10 to 12 months with an average body weight of 26.13 kg were used. A novel polymorphism was identified using high-throughput sequencing in sheep and genotyping of OLFML3 polymorphism was performed using polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP). Among 328 rams, 100 rams representing various sheep genotypes were used for association study and proc general linear model was used to analyse association between genotypes and phenotypic traits. Quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) was used for the expression analysis of OLFML3 mRNA in phenotypically divergent sheep population. Results: The findings revealed a novel polymorphism in the OLFML3 gene (g.90317673 C>T). The OLFML3 gene revealed three genotypes: CC, CT, and TT. The single nucleotide polymorphism (SNP) was found to be significantly (p<0.05) associated with meat quality traits such as tenderness and cooking loss; carcass characteristics such as carcass length; retail meat cut such as pelvic fat in leg, intramuscular fat in loin and tenderloin, muscle in flank and shank; fatty acids composition such as tridecanoic acid (C13:0), palmitoleic acid (C16:1), heptadecanoic acid (C17:0), ginkgolic acid (C17:1), linolenic acid (C18:3n3), arachidic acid (C20:0), eicosenoic acid (C20:1), arachidonic acid (C20:4n6), heneicosylic acid (C21:0), and nervonic acid (C24:1). The TT genotype was associated with higher level of meat quality, carcass characteristics, retail meat cut, and some fatty acids composition. However, the mRNA expression analysis was not different among genotypes. Conclusion: The OLFML3 gene could be a potential putative candidate for selecting higher quality sheep meat, carcass characteristics, retail meat cuts, and fatty acid composition in sheep.
Myung Ji Kim; Su Hee Cho; Yongbo Seo; Sang-Dae Kim; Hae-Chul Park; Bum-Joon Kim
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.67
no.5
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pp.510-520
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2024
Objective : Parkinson's disease (PD) is one of the most prevalent neurodegenerative diseases, characterized by the loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta. The treatment of PD aims to alleviate motor symptoms by replacing the reduced endogenous dopamine. Currently, there are no disease-modifying agents for the treatment of PD. Zebrafish (Danio rerio) have emerged as an effective tool for new drug discovery and screening in the age of translational research. The neurotoxin 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) is known to cause a similar loss of dopaminergic neurons in the human midbrain, with corresponding Parkinsonian symptoms. L-type calcium channels (LTCCs) have been implicated in the generation of mitochondrial oxidative stress, which underlies the pathogenesis of PD. Therefore, we investigated the neuro-restorative effect of LTCC inhibition in an MPTP-induced zebrafish PD model and suggested a possible drug candidate that might modify the progression of PD. Methods : All experiments were conducted using a line of transgenic zebrafish, Tg(dat:EGFP), in which green fluorescent protein (GFP) is expressed in dopaminergic neurons. The experimental groups were exposed to 500 μmol MPTP from 1 to 3 days post fertilization (dpf). The drug candidates : levodopa 1 mmol, nifedipine 10 μmol, nimodipine 3.5 μmol, diethylstilbestrol 0.3 μmol, luteolin 100 μmol, and calcitriol 0.25 μmol were exposed from 3 to 5 dpf. Locomotor activity was assessed by automated tracking and dopaminergic neurons were visualized in vivo by confocal microscopy. Results : Levodopa, nimodipine, diethylstilbestrol, and calcitriol had significant positive effects on the restoration of motor behavior, which was damaged by MPTP. Nimodipine and calcitriol have significant positive effects on the restoration of dopaminergic neurons, which were reduced by MPTP. Through locomotor analysis and dopaminergic neuron quantification, we identified the neuro-restorative effects of nimodipine and calcitriol in zebrafish MPTP-induced PD model. Conclusion : The present study identified the neuro-restorative effects of nimodipine and calcitriol in an MPTP-induced zebrafish model of PD. They restored dopaminergic neurons which were damaged due to the effects of MPTP and normalized the locomotor activity. LTCCs have potential pathological roles in neurodevelopmental and neurodegenerative disorders. Zebrafish are highly amenable to high-throughput drug screening and might, therefore, be a useful tool to work towards the identification of disease-modifying treatment for PD. Further studies including zebrafish genetic models to elucidate the mechanism of action of the disease-modifying candidate by investigating Ca2+ influx and mitochondrial function in dopaminergic neurons, are needed to reveal the pathogenesis of PD and develop disease-modifying treatments for PD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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