Chemische und biologische Meldesysteme: Was sie sind und ob Sie eins brauchen?

featured image for CDD post "Chemische und biologische Registrierungssysteme: Was sie sind und ob Sie eins brauchen"
"1" Listensymbol für CDD Vault ELN Blogbeiträge

Was sind Registrierungssysteme?

Chemische und biologische Registrierungssysteme können nützliche IT-Werkzeuge im Arsenal von Laboren sein, die ihre Arbeitsabläufe rationalisieren wollen. Wie der Name schon sagt, dienen Registrierungssysteme dazu, die verschiedenen chemischen oder biologischen Einheiten, die für Experimente verwendet werden, sowie neue, die im Labor als geistiges Eigentum geschaffen werden, zu verfolgen. Eine Kernfunktion von Registrierungssystemen ist die Fähigkeit, eindeutige Identifikatoren zu erzeugen (oder zu spiegeln), die jede Entität und Chargenkombination eindeutig identifizieren. Neben anderen Funktionen unterstützen diese Systeme die Fähigkeit, Informationen über komplexe chemische und biologische Moleküle zu erfassen, einschließlich Details über ihre Struktur, verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften und Assay-Testdaten.

"2" Listensymbol für CDD Vault ELN-Blogbeiträge

Vorteile von Registrierungssystemen

  1. Auffindbarkeit - Der vielleicht wichtigste Grund für die Registrierung von Entitäten ist auch der offensichtlichste: die Auffindbarkeit. In der Lage zu sein, jederzeit das zu finden, was für einen bestimmten Test benötigt wird, spart Zeit und führt zu weniger Frustration bei den Forschern. Labore können zu jeder Zeit hunderte oder tausende von Molekülen und/oder biologischen Substanzen auf Lager haben. Dazu gehören Reagenzien ebenso wie Entitäten, die für Tests als Kernstück des Portfolios an geistigem Eigentum einer Organisation hergestellt wurden. 
  2. Einzigartigkeit - Eine verwandte und ebenso wichtige Überlegung für Labore, die mit chemischen Verbindungen oder biologischen Stoffen arbeiten, ist die Möglichkeit, wichtige Details über eine Entität (Chargen, Salze usw.) zu verfolgen, die mit der Einzigartigkeit zusammenhängen und eine Ursache für Mehrdeutigkeit oder Duplikationsfehler sind. Registrierungssysteme können anzeigen, wenn Forscher unwissentlich Einträge duplizieren oder verschiedene Formen der gleichen Entität untersuchen. Diese Systeme können auch zwischen Entitäten unterscheiden, die ähnliche Strukturen, Unterstrukturen oder Sequenzen aufweisen.
  3. Nachverfolgung - Ein weiterer Grund, Ihre Entitäten mit einem Registrierungssystem zu registrieren, ist deren Fähigkeit, chemische und biologische Entitäten für die zukünftige Nachverfolgung zu speichern. Forscher können Abfragen für Entitäten durchführen und vollständige Details über die Strukturen einschließlich Informationen über Stereochemie oder ähnliche Sequenzen sehen.
  4. Compliance - Schließlich müssen Labore verschiedene staatliche und bundesstaatliche Vorschriften einhalten, und ein gutes Registrierungssystem kann dazu beitragen, dass es bei Laborinspektionen oder Audits keine Überraschungen gibt. Da die Informationen an einem einzigen, zentralen Ort vorhanden sind, können Berichte schnell erstellt werden - unter Berücksichtigung aller vorhandenen Einheiten.
"3" Listensymbol für CDD Vault ELN-Blogbeiträge

Wie vergleichen sich chemische und biologische Registrierungssysteme?

Grob gesagt fallen Entitäten, die registriert werden können, in zwei Kategorien: 1. chemische Moleküle und 2. biologische Entitäten. Einige Registrierungssysteme sind auf die Handhabung einer Kategorie spezialisiert, während andere so konzipiert sind, dass sie beide abdecken.

Chemikalienregistrierung: umfasst Tools zur Eingabe einzelner Verbindungen und Gruppen von Verbindungen, zur Suche nach Verbindungen anhand ihrer Struktur und zur Zuweisung eindeutiger Identifikatoren für jede Verbindung, die im Labor eingeht. Diese Systeme beinhalten Funktionen zum Erstellen und Anzeigen von Beziehungen zwischen einzelnen Verbindungen und Familien von Verbindungen sowie zur Verknüpfung von Verbindungen mit zugehörigen Screening-Daten im Labor. Darüber hinaus sind chemische Systeme ein Fortschritt gegenüber einigen chemischen Datenbanken, die einfach nur das Molekül speichern, ohne einige der feinkörnigeren Details über die Stereochemie oder zugehörige Screening-Daten. 

Biologische Registrierung: bietet Funktionen, mit denen Benutzer biologische Entitäten wie Proteine, Enzyme, Antikörper, DNA, RNA, Zelllinien, Plasmide, Proteine, siRNAs und Protein-Wirkstoff-Konjugate definieren, registrieren, abfragen und Berichte darüber erstellen können. Es enthält auch Werkzeuge für die Verwaltung von Beziehungen zwischen biologischen Entitäten, das Sammeln von Details zu einzelnen Entitäten, wie z. B. Proteinexpressionsinformationen, und das Erzeugen chemischer Darstellungen von Entitäten, wo dies möglich ist.

"4" Listensymbol für CDD Vault ELN Blogbeiträge

Merkmale von Registrierungssystemen

Zu den allgemeinen Vorteilen von Registrierungssystemen gehören die folgenden

  • Effiziente und automatische Verwaltung und Verfolgung einzelner chemischer und biologischer Einheiten sowie von Mischungen von Verbindungen
  • Schnelle und einfache Abfragen zum Auffinden von Entitäten von Interesse
  • Zuweisung eindeutiger Bezeichner zu Biomolekülen und Verbindungen
  • Reduzierung des Zeitaufwands für die Suche nach Verbindungen sowie des Zeit- und Ressourcenaufwands für das Testen unbekannter Formen der gleichen Verbindung
  • Informationen über verschiedene Einheiten, die in Laborexperimenten verwendet werden, können von einem einzigen System aus zugänglich gemacht werden
  • Kombinierte Funktionalität zum Zeichnen und Benennen von Strukturen, Hinzufügen und Visualisieren von Anmerkungen und Bearbeiten von Strukturen in einem einzigen System
  • Die meisten Anbieter können ihre Registrierungssysteme nahtlos in die bestehende Laborinfrastruktur und -software integrieren
  • Fähigkeit, Audit-Trails und Berichte zu erstellen

 

Zu den spezifischen Vorteilen von chemischen Registrierungssystemen gehören: 

  • Möglichkeit, einzelne Verbindungen oder Chargen von Verbindungen unter Verwendung von Strukturdaten-Dateien oder SMILES-Strings zu registrieren
  • Markiert doppelte Einträge als Fehler
  • Fähigkeit zur Erfassung von Informationen über vorhergesagte chemische Eigenschaften basierend auf der Verbindungsstruktur
  • Registrieren von Beziehungen zwischen verwandten Verbindungen und Salzen oder Isotopen der gleichen Verbindung
  • Suche nach Verbindungen nach Struktur, Unterstrukturen und alternativen Strukturen
  • Registrierung und Lagerung von Mehrkomponentenverbindungen

 

Zu den spezifischen Vorteilen der biologischen Registrierungssysteme gehören: 

  • Fähigkeit, einzelne biologische Einheiten oder Chargen von Einheiten zu registrieren
  • Sammeln von Details zu verschiedenen biologischen Proben
  • Werkzeuge zur Erstellung und gemeinsamen Nutzung komplexer Biomoleküle
  • Werkzeuge zur Durchführung von Sequenzähnlichkeitssuchen
  • Werkzeuge zum Erstellen von Beziehungen zwischen verschiedenen molekularen Einheiten, um die Abstammung festzustellen und die Genealogie zu verfolgen
  • Funktionalität zur Berechnung von biologischen Eigenschaften
"5" Listensymbol für CDD Vault ELN Blogbeiträge

Kommerzielle Registrierungssysteme

Es gibt eine breite Palette kommerzieller Lösungen auf dem Markt, die Funktionen für die Registrierung von Unternehmen bieten. Wie bei vielen kommerziellen Lösungen können die Anbieter zusätzliche, maßgeschneiderte Funktionen und Merkmale in ihre Systeme integrieren. In den meisten Fällen können diese Systeme leicht in die bestehende Laborinfrastruktur integriert werden, einschließlich Inventarisierungssoftware wie elektronische Labornotizbücher und Laborinformationsmanagementsysteme, und einige bieten sogar APIs an, die bestimmte Datenmanagement-Workflows automatisieren können, wodurch eine noch größere Zeitersparnis erreicht wird.

Zu den auf dem Markt verfügbaren Lösungen gehören:

Wissenschaftler, der ein Mikroskop benutzt
"6" Listensymbol für CDD Vault ELN Blogbeiträge

Warum sind Registrierungssysteme besser als Tabellenkalkulationen?

Tabellenkalkulationen haben ihren Nutzen. Und sie mögen wie eine praktikable Option für die Nachverfolgung der Einheiten Ihres Labors erscheinen. Aber sie sind begrenzt, und wenn die Liste der Verbindungen und/oder biologischen Stoffe wächst, werden Tabellenkalkulationen weniger effektiv. Außerdem wurden Tabellenkalkulationen nicht mit Blick auf Chemiker oder Biologen erstellt. Sie sind nicht in der Lage, chemische Strukturen oder Sequenzen richtig zu zeichnen und darzustellen. 

Es bedeutet auch, dass Forscher möglicherweise separate Lösungen verwenden müssen, um ihre Forschungseinheiten zu handhaben. Zum Beispiel könnten sie eine Tabellenkalkulation für die Namen der chemischen Verbindungen verwenden und dann ein separates Zeichenwerkzeug, um die Strukturen zu erstellen. Das ist eine praktikable Lösung, erhöht aber das Fehlerrisiko und verschwendet wertvolle Zeit. Außerdem werden diese Strukturen in Excel als statische Bilder gespeichert, die wenig bis keine Interaktivität bieten. Schließlich ist es zwar möglich, Excel-Funktionen zu programmieren, die verschiedene chemierelevante Berechnungen durchführen, aber dies erfordert Arbeit und ein Maß an Fachwissen, das die Kapazitäten der meisten Labore übersteigen dürfte.

"7"-Listensymbol für CDD Vault ELN-Blogbeiträge

Vergleich von chemischen und biologischen Registrierungssystemen mit LIMS & ELNs

LIMS und ELNs sind Systeme zur Probenregistrierung und -verfolgung. In Anbetracht des Zwecks, für den sie entwickelt wurden, bieten sie einige ähnliche Vorteile und Funktionen wie chemische und biologische Registrierungssysteme, wenn auch hauptsächlich auf Probenebene.

Die Bandbreite an Funktionen, die LIMS und ELNs bieten, kann eindeutige Identifikatoren für Proben, Chain-of-Custody, benutzerdefinierte Berichtsfunktionen, Rollenzuweisung, Aufgabenverwaltung, elektronische Signaturen, Liefermanagement, Gerätewartung, Kundenfakturierung und -abrechnung und vieles mehr umfassen. Diese Systeme bieten auch ähnliche Vorteile, darunter: 

  • Einfache und automatisierte Verwaltung, die das Rätselraten aus der Probenverwaltung und -verwaltung nimmt und den Papierkram reduziert oder eliminiert. 
  • Zeit- und Kosteneinsparungen durch effizientere, automatisierte Laborprozesse und Arbeitsabläufe können zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen in allen Bereichen führen. 
  • Informationen, die über ein einziges System zugänglich sind. 
  • LIMS- und ELN-Lösungen, die in die bestehende Laborinfrastruktur integriert sind, einschließlich Sequenziergeräten, Spektrometern und PCR-Maschinen. 

Der Unterschied liegt in ihrer Spezifität. Wie zu Beginn dieses Artikels erwähnt, "ist eine Kernfunktion von Registrierungssystemen die Fähigkeit, eindeutige Identifikatoren zu erzeugen (oder zu spiegeln), die jede Entität und Chargenkombination eindeutig identifizieren." Registrierungssysteme sind so aufgebaut, dass sie nicht nur die Entitäten selbst, sondern auch deren Strukturen, Sequenzen und die Generierung eindeutiger Registrierungsnummern verwalten und diese Entitäten mit allen zugehörigen Screening-Daten verknüpfen können. LIMS und ELNS, sofern sie nicht in ein Registrierungssystem integriert sind, verfügen in der Regel nicht über diese Art von Funktionalität.

"8" Listensymbol für CDD Vault ELN Blogbeiträge

Wie entscheidet man sich für ein Registrierungssystem?

Die Entscheidung, in ein Registrierungssystem zu investieren, muss von jedem Labor individuell getroffen werden. Wenn Ihr Labor mit großen Mengen verschiedener Verbindungen und/oder biologischer Moleküle oder mit Mischungen von Verbindungen arbeitet, dann ist ein sofort einsatzbereites System (idealerweise mit Web-Zugriff) oft eine lohnende Investition in Ihr Forschungsinformatik-Portfolio. An dieser Stelle sei angemerkt, dass einige Labore über das Fachwissen verfügen, um eigene Systeme zu entwickeln oder eine vorhandene Open-Source-Option zu nutzen. Diese Optionen sind jedoch mit einigen Nachteilen verbunden, wie z. B. der alleinigen Verantwortung für die Programmierung des Systems, die Wartung (oft der größte Teil der Kosten im Laufe der Zeit), die Sicherstellung der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, Software-Updates und Patches sowie die Implementierung angemessener Sicherheit.

Für Labore, die den Kauf eines Systems in Erwägung ziehen, sind hier einige Dinge zu bedenken: 

  1. Haben Sie das Budget, um ein System zu kaufen und die damit verbundenen Kosten zu decken - Installation, Lizenzen, Mitarbeiterschulung, Kosten für die Datenspeicherung und die laufende Wartung? Einige kommerzielle Software-Installationen können einen beträchtlichen Teil des Budgets eines Labors in Anspruch nehmen, daher ist es wichtig, die Kosten zu berechnen, um ein solides Nutzen-Kosten-Verhältnis (ROI) sicherzustellen.
  2. Kann das Registrierungssystem in die bestehende Laborinfrastruktur integriert werden? Heutzutage können die meisten Anbieter eine Integration anbieten, aber es ist trotzdem ratsam, zu prüfen, ob das System, das Sie kaufen, mit der vorhandenen Infrastruktur von Drittanbietern funktioniert oder herauszufinden, was nötig ist, um dies zu ermöglichen (entweder manuell, halbautomatisch oder automatisiert).
  3. Welche kundenspezifischen Funktionen, Erweiterungen oder Upgrades bietet der Anbieter? Da Registrierungssysteme die gleiche Basisfunktionalität bieten, können maßgeschneiderte Funktionen den Unterschied ausmachen. 
  4. Gibt es Möglichkeiten, direkt mit Anbietern in Kontakt zu treten? Es kann hilfreich sein, das Softwaresystem zu testen, um die richtige Mischung aus Design und Funktionalität für Ihr Labor zu finden. Ist die Evaluierung kostenlos oder kostenpflichtig?
  5. Wie lange wird die Implementierung dauern? Die Implementierung jeder Software braucht Zeit, und das gilt auch für Registrierungssysteme. Wenn Sie von einer alten Infrastruktur aufrüsten, ist es wichtig, Erwartungen festzulegen und einen Plan zu haben, um eine minimale Unterbrechung der Laborprozesse zu gewährleisten. Ist die Einrichtung schnell und einfach oder umständlich?
"9" Listensymbol für CDD Vault ELN Blogbeiträge

Fazit

Die Möglichkeit, schnell Erkenntnisse aus Daten zu gewinnen und die Produktivität zu verbessern, ist sowohl wichtig als auch mit den richtigen Technologielösungen realisierbar. Branchenübergreifend bieten chemische und biologische Registrierungssysteme einen erheblichen Mehrwert für Labore, die mit einer großen Anzahl chemischer und biologischer Einheiten und den dazugehörigen Daten arbeiten. Als Teil einer größeren Suite von Forschungsinformatik-Tools verbessern diese Lösungen die betriebliche Effizienz, reduzieren das Risiko menschlicher Fehler, sparen Zeit und sichern die Integrität und das Erbe Ihrer Arbeit.

Referenzen

  1. Was ist die Registrierung von Chemikalien? https://info.collaborativedrug.com/chemicalregistration
  2. Chemische Datenbank https://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_database#List_of_Chemical_Registration_Systems
  3. CDD Vault Aktivitäts- & Registrierungsmodul https://www.collaborativedrug.com/benefits/activity-registration/
  4. Biovia Biologische Registrierung Datenblatt https://www.3dsbiovia.com/products/datasheets/biological-registration.pdf
  5. Chemische Registrierungssysteme http://openbabel.org/docs/current/Cheminf101/registration.html
  6. Die Vorteile eines guten Chemikalieninventarsystems https://www.bioraft.com/resources/the-advantages-of-a-good-chemical-inventory-system
  7. Compound-Registrierung http://www.corelims.com/v4Docs/Chemistry_Specific/Single_Compound_Registration/Chemistry_v4.htm
  8. Martin, E., Monge, A., Duret, J. A., Gualandi, F., Peitsch, M. C., & Pospisil, P. (2012). Building an R&D chemical registration system. Journal of cheminformatics, 4(1), 11. https://doi.org/10.1186/1758-2946-4-11

Dieser Blog wird von Mitgliedern der CDD Vault Community verfasst. CDD Vault ist eine gehostete Drug Discovery Informatics Plattform, die sowohl private als auch externe biologische und chemische Daten sicher verwaltet. Sie bietet Kernfunktionen wie chemische Registrierung, Struktur-Aktivitäts-Beziehung, chemisches Inventar und elektronische Labornotizbuch-Funktionen.

Logo der kollaborativen Medikamentenentwicklung (CDD) Vault