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在EC Neurology 杂志抗击COVID-19 特刊正式出版之前

已有 1030 次阅读 2020-9-24 12:23 |个人分类:变值体系|系统分类:科研笔记| 新冠病毒, 序列分析, 元基因组学分析系统, 等熵高维特征分布

近期收到国际神经学杂志(EC Neurology, ECNE https://www.ecronicon.com/neurology.php)主编的邮件,ECNE主编通知我,从3月份以来一直在策划和准备的抗击新冠病毒特刊的全部23篇论文(超过320页)经过ECNE杂志邀请的评阅专家们辛勤审阅,在多遍反馈之后英文和内容双重优化反复修改的23篇论文,终于全部通过编辑部的严格审核正式接收。计划在今年的10月份ECNE杂志以特刊的模式正式出版。配合这个特刊即将发表,自己利用论文中的部分图示做了一个封面如下,也期待着正式发表的特刊封面能给读者留下良好的视觉观感。

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在抗击新冠病毒肺炎特刊即将正式出版之际,对从1月份以来研究团队所做的工作进行回顾具有重要意义

20201月以来由于新冠病毒在国内和全球肆掠散困,国和国内的航班和旅行计划完全停滞,原来定好寒假期间1月底去澳洲访问,2月中旬到新加坡召开SCON际专业议的行程立即被打断。需要带领2个研究生在新加坡会议做的三个告,通过国外朋友的介绍,恳请在新加坡学习的中国留学生代。由于处于云南大学的寒假期间,研究团队的研究生都分回家度假,从黑江大,吉林长春,北京,山西太原,河南周口/南洋/开封/安阳,湖北武/襄阳,西咸阳,四川山/内江,到云南昭通/昆明等,分散在全国各地。

从突入其来的疫情报警开始,到武封城,团队成员也有几个被封锁在武汉和湖北地区。我研究小员们而同地在网上组织起来,采集病毒序列数据根据最新布的数据,估病毒散的速率等,希望能用已研究多年的随机序列分析技能,利用基因序列可化技在分析新冠病毒序列方向对抗击新冠病毒有所献。尽管基因序列分析在我们的团队中已经进行十多年,但通常只有1/3学生把该方向作为主要探索方向,关注着从古细菌,烟草,拟兰芥,水稻,蠕虫,玻璃鱼,海鞘,海豚,人类基因染色体,猿猴基因,十二生肖动物基因,和非编码编码基因序列等不同项目,没有特别关注过分析病毒基因序列。而2/3的团队成员,则将研究聚焦在量子密码序列,经典密码序列,心电图序列,脑电图,肌电图,蝙蝠回声序列,三峡库区河流水位流量分析等,精密分析和处理的前沿理论和应用研究之中。

面对日益严峻的国内和国际疫情发展状况,根据我已有的研究累和预计展潜力,我果断地做出决定,要求所有13名研究生,特52020年中旬即将毕业的3生,立刻放下手中的课题,把研究聚焦到新冠病毒基因序列分析和理之上。以这个团队为基础加上老师和已经毕业的学生,整个团队一共包括17个成员在变值体系的各个层面各具特色。

为了协调这个规模不大但分散在各地,成员各具特色的精悍团队,协同行新冠病毒基因序列分析的前沿应用科学研究工作。针对国际新冠病毒肺炎疫情发展本身在新冠病毒序列的溯源,变异和进化方向国际社会各阶层大众的急切需求,分析提炼出探索新冠病毒序列分析核心部分,构造出元基因学分析系分层结构化支撑架构,以两个部分为核心,包含12各具特色而相互内蕴关的分析理功能模。初步完成体系架构设计之后不久,利用每个学生采集到的批量病毒基因数据所提供的素材,形成超80设计文档,各个特定理功能都有流程描述明,和典型的可果展示。

在中科院西双版纳热带植物研究所专注东亚蝙蝠群落的基因分析专家指导下,团队顺利地从美国NCBI基因数据库中下载到上百组不同的病毒序列和各地的新冠病毒全基因序列,到2月下旬,配合国家自然科学基金的抗COVID-19专项基金的申工作,各个成手中都累不少可果,以及相当数量的PPT告文档。

2月份,团队自发地新冠病毒研究探索工作受到云南大学科技处的关注,针对团队的短板,建议我们求助云南大学生命科学学院已经在穿山甲病毒基因溯源分析方面经验丰富的专家支持。在生科病毒专家团队的大力支持下,我们获得全球汇集新冠病毒基因序列数据库 GISAID提供的遍布100多个国家,超过6千组最新的新冠病毒基因组数据。利用这些宝贵的批量病毒基因数据资源,近一步扩展批量分析和可视化群聚等前沿分析展示特性。也从这些1-4月全球病毒扩散初期的第一手新冠病毒基因序列精细分析之中,利用新开发的组合熵,平均熵,集成熵等处理模式和已有的拓扑熵处理功能,从批量新冠病毒序列之中看到明显与新冠病毒基因序列起源,变异和进化等,特征相关的量化测量效应。

伴随着2月底进入云南大学春季学期开学,为了阻断疫情扩散,从3月份起云南大学的所有课程都在网上教授,开始了前所未有的线上教学。我承担教授的信息安全学课程,史无前例地由始至终在家里线上进行。腾讯的空中课堂为分散在全国各地的师生们提供了网络课程讲授和视频交流平台。在寒假中停止的变值体系研究系列讨论会,也趁新学期伊始利用网络平台恢复每周一次的团队交流状态。

在3月中旬,意外地接到认识多年一直关注前沿研究老朋友,云南大学物理系张一方教授的电话。为了抗击新冠病毒肺炎,他邀约到几个在抗击新冠病毒肺炎医疗救护一线,资深的中医中药专家,加上他本人研究多年的整体医学架构体系和非线性科学的成果,作为特邀编辑,从国际神经学(Neurology)杂志申请到一个特刊,专门针对新冠病毒肺炎的分析,诊断和治疗前沿探索研究。他在电话中,热情地邀请我作为这个特刊的编辑之一组织稿件。经过仔细考虑之后,我决定接受邀请,趁这个难得的机遇,把这段期间团队系列研究成果,开拓较快系统发表的路径。

虽然团队成员在经历2个多月的聚焦研究开发之后,都有系列研究成果以及PPT材料支撑。但是这支团队,除了2年级和3年级的研究生有几篇中英文论文发表写作经历之外,4名1年级的研究生完全缺乏基本的论文写作经验。为了使每个成员都能以第一作者模式参加这次特殊的抗疫一线的写作战役,制定出英文论文写作流程,选定 Springer Latex 论文模版,确立合理的写作规范,提供描述结构和内容提纲等。也要求有写作经验的团队成员,帮助学弟学妹们一同努力。由于新冠病毒的全球扩散的无形压力,积极配合杂志编辑部要求在51号之前完成初稿,我们在4月初给国际神经学杂志编辑部提交了包含19篇论文标题和作者的内容目录文档,作为抗击新冠病毒肺炎特刊的初期策划文案。

整个4月,团队的每一个成员相互合作,都在为至少完成一篇第一作者的研究论文积极努力,到了4月底汇集到的论文数目超过预期,我们这个团队一共完成21篇论文(贡献最多的第一作者提供3篇),加上张教授汇集到的2篇论文,形成具有23篇原创论文,总页数超过320页的特刊初稿。

非常高兴地看到,团队成员们在这个克服困难的创作过程中都逐步地成长起来。各个成员表现出色。而聚焦研究模式,使得初期确定的2大部分体系架构,扩展成为3大部分,精细的处理模块也从12个增加到18个。最有意义的扩展为新增加的那个部分,聚焦于量子热动力学+信息熵形成的4种基因索引模式,提供海量病毒序列等熵分布条件下形成可视化高维分布投影图示。

几天前从网页(https://www.sohu.com/na/417066354_99988845)上读到,华为创始人任正非在最近的讲话中反复提到:“上世纪五十年代中国科学院吴仲华教授的三元流动理论,对喷气式发动机等熵面计算法,奠基了今天的航空发动机产业”。

可以预计:以量子热动力学+信息熵表示形成的新型基因索引为代表的生物信息分析核心技术,将对遍布世界的海量基因序列大数据,起到吴仲华院士三元流动理论对先进航空基础研究相似的,面向元基因组学分析系统应用基础的支撑作用。

5月到9月研究进展继续推进,伴随着疫情好转各地逐步复工复课,社会次序逐渐恢复。今年毕业工作的5名研究生克服一系列困难,特别是封城滞留在武汉的研究生,以新冠病毒分析为基础,通过答辩顺利毕业。大部分团队成员陆续从全国各地返回昆明,云南大学于8月底老师正式面对学生开学授课

在这个期间,特别在7月底,分别从 GISAID 获得200多个国家和地区超过6万组新冠序列,以及从英国新冠病毒基因组研究联盟 COG-UK (the COVID-19 Genomics UK Consortium, https://www.cogconsortium.uk/ ) 获得超过2万组英国普查新冠病毒基因组数据等。该联盟为仅次于美国研究规模的研究联盟,4个与基因组学分析健康和医疗关联的政府机构,以牛津和剑桥生物科学团队为首的大批UK顶级大学和国际知名的科研团体支撑,具有先进的基因测序设备,大数据存储采样检测海量数据群集和并行分布式超级计算机阵列系统支撑,积极投入抗击新冠病毒肺炎的科学研究之中。通过分析这些从 GISAIDCOG-UK 获取的批量基因组数据,变值体系研究团队对后续的工作充满信心。

尽管在此期间陆续提交的几个基金项目申请进展都不好,可能这个团队进入病毒基因分析领域时间太短,以及针对生物基因分析软件工程师们,突发奇想而创造出的前沿探索成果太新,难以说服跨越几个领域在病毒基因分析应用领域的评审专家恪守的标准,缺乏普及的高质量成果和高引研究论文等,成为团队的明显短板。

但是无论拒绝列出的是什么理由,我们独创的元基因组学分析系统所提供的系列研究成果,能够与 GISAID 病毒基因组数据库 (https://www.gisaid.org),Nextstrain 新冠病毒发育树 (https://nextstrain.org)COG-UK 系列成果为代表的国际前沿病毒基因序列发育树和批量新冠病毒分型/分类表示研究和应用做交互比较。所发表的系列成果与世界上其它高水平新冠病毒研究团队发表的结果相比,依然独出一帜;变值体系的系列高维展示结果提供特殊的整体基因组序列分析模式和极为丰富的可视化投影功能;以最先进的生物信息分析学和分层结构化生物信息知识模型为基础,以基因索引:量子热统计动力学+信息熵,为核心的新型元基因组学分析系统,在经历了各种磨难,算法和结构面向应用优化之后,在不久的将来能够进入国际社会为全人类的大众健康服务。

无论前进的道路有多么艰难,一旦市场化应用的时机成熟,这些先进的前沿生物信息学分析工具所伴随的应用研究成果,会被工作在生命科学应用研究一线的新一代病毒基因分析专家接纳,全新的检测和观察模式将会作为他们日常分析流程处理的组成部分 ...

延续着5月份对组合熵用于批量新冠病毒基因组的研究论文, 即在本人长期学术研究生涯中第一篇预印本(http://blog.sciencenet.cn/blog-629831-1235567.html) 的路径,这批21篇原创型研究论文,先后在预印本网站 Research Square (https://www.researchsquare.com/) 上经历多遍针对英文+内容综合型的描述结构增强,反复修改提炼和精确描述优化之后,全文登出。

至此在抗击COVID-19研究探索方向上,团队累计发表的预印本数目达到22篇。由于这些预印本提交的时间不同,而且各个版本修改更新次序各异,尽管都汇集在同一个网站,但对于感兴趣的读者,如何才能恰当查询到合适的论文,还是一个问题,查询使用都不方便。

为了大家方便阅读和理解,我们将论文按内容整理成为相关群聚,整体分划为6个部分 (I-VI),每个部分包括2-10篇代表性论文,分别为

I  Architecture of Metagenomic Analysis System 元基因组学分析系统体系架构 1-2 2篇

II Genomic Index Maps on SARS-CoV-2          新冠病毒基因索引                   3-7 5篇

III Clustering Projections and Integrations     群聚投影和集成分布               8-9 2篇

IV Global Projections for COVID-19            新冠病毒肺炎的整体投影       10-19 10篇

V  Machine Learning Approaches                        机器学习处理模式             20-21 2篇

VI Whole Chinese Medicine                                    整体中医中药学               22-23 2篇


对应各个部分,列出为该专辑准备的扩展内容目录,对希望阅读论文全文的读者,在ECNE特刊正式发表之前,从各个标题之后的URL链接,方便地获取需要阅读的原创研究论文。

期待感兴趣的读者阅读顺利,团队将耐心地听取各个领域专家和读者们精辟地反馈意见和建议  ...

 

 

Special Issue for EC Neurology

 

 

Advanced Metagenomic Analysis and Whole Medical Practice in Fighting COVID-19

 

Editors: Jeffrey Zheng, Yuan Fan, Tao Hong, Yi-Fang Chang

 

Contents

 

0. Introduction to the Special Issue, Yi-Fang Chang, Jeffrey Zheng

 

I Architecture of Metagenomic Analysis System

1. A Visual Framework of Meta Genomic Analysis on Variations of Whole SARS-CoV-2 Sequences, Jeffrey Zheng, Jianzhong Liu
https://www.researchsquare.com/article/rs-65152/v2

 

2. Input-Output Types of Fifteen Modules on Discrete & Real Measurements for COVID-19,  Jeffrey Zheng, Minghan Zhu
https://www.researchsquare.com/article/rs-65158/v1

 

II Genomic Index Maps on SARS-CoV-2

3. Visualizations of SARS-CoV-2 Genomes on Genomic Index Maps, Jeffrey Zheng, Minghan Zhu, Mu Qiao, Yang Zhou
https://www.researchsquare.com/article/rs-65159/v2

4. Visualizations of Topologic Entropy on SARS-CoV-2 Genomes in Multiple Regions, Mu Qiao, Renyang Liu, Zhenhui Wang, Xinmei Li, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-65305/v1

5. Visual Variations between Pairs of SARS-CoV-2 Genomes on Integrated Density Matrix, Minghan Zhu_Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-72020/v1

6. Visualizations of Combinatorial Entropy Index on Whole SARS-CoV-2 Genomes, Yang Zhou, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-68271/v1

7. 2D Visual Analysis of SARS-CoV-2,  Ruoxue Wu, Mu Qiao, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-68275/v1

 

III Clustering Projections and Integrations

8. Visual Representations of SARS-CoV-2 Genomes in Multiple Regions on Integrated Maps, MingHan Zhu_Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-68270/v1

9. Cluster Analysis of Visual Differences on Pairs of SARS-CoV-2 Genomes, Minghan Zhu, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-72027/v1

 

IV Global Projections for COVID-19

10. Comparative Study of Pathogenic Viruses Carried Between Species, Xin Zhang, Zhaoyu Pan, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-72028/v1

11. 2D Similarity Map of Multiple Coronavirus Gene Sequences, Huaxian Zheng, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-72697/v1

12. Protein Coding of Variations on SARS-CoV-2 Genomes in  Various Regions, Tao Li, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-72699/v1

13. Mutational Analysis of SARS-Cov-2 Genomes in Key Cities of China, Qiwei Cui, Jeffrey Zheng

https://www.researchsquare.com/article/rs-72695/v1

14. Similarity Comparison of Multiple Coronavirus Sequences from 2D to 1D Linearizing Transformation, Feng Deng, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-73184/v1

15. Momentum Distribution of SARS-CoV-2 Sequences on Variant Maps, Xinmei Li and Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-74603/v1

16. Functional Group Decomposition of Multiple Coronaviruses on Variant Maps, Liuyun Du, Jeffrey.Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-74604/v1

17. 3D Visualizations of Multiple Coronaviruses on Whole Genomes, Zhongwei Zhang, Tingyan Duan and Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-76302/v1

18. Similarity Comparisons of SARS-CoV-2 Samples between Wuhan and G20, Zhenhui Wang, Mu Qiao, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-74630/v1

19. Visualizations of Multiple Probability Measures for SARS-CoV-2 Genomes, Tan YAO, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-74631/v1

 

V Machine Learning Approaches

20. Observing Variations of Differences on COVID-19 in Different Regions Extracting Type and Mutation Information, Jianzhong Liu, Jeffrey Zheng
https://www.researchsquare.com/article/rs-74632/v1

21. Analysis SARS-CoV-2 Genomes of G20 Areas on Phylogeny Tree, t-SNE based on Machine Learning, Renyang Liu, Mu Qiao, Alima, Jeffrey Zheng, Wei Zhou
https://www.researchsquare.com/article/rs-74633/v1

VI Whole Chinese Medicine

22. Nonlinear Whole Medicine, Extensive Quantum Medicine and Three Basic Origins of Disease, Yi-Fang Chang

23. A Review of Antiviral Research on Tibetan Medicine Triphala, Yanjiao Zhang, Qinyao Fan, Yuan Fan, Tao Liu

 


Australia-differ-Canada-STACKING-3D.jpg


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