| Trascrizione |
| Ciao a tutti, mi chiamo Anderson Mayfield e sono un assistente scientifico presso il Cooperative Institute Marine and Atmospheric Studies dell'Università di Miami. |
| In realtà lavoro di fronte al laboratorio marino dell'Università di Miami, l'Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory della NOAA, nell'ambito del loro programma sui coralli. |
| Oggi vi parlerò di alcune delle ricerche su cui ho lavorato per quasi tutta la mia carriera, volte a sviluppare strumenti per prevedere il destino dei coralli della barriera corallina. |
| Quindi questo è in realtà un aggiornamento, o una continuazione, di ciò di cui ho parlato l'anno scorso, il mio discorso al Discovery Summit, ma so che molti di voi forse non l'hanno sentito o anche se l'avete sentito |
| potresti non ricordare tutto, va benissimo. Ti darò le basi per la ricerca che sto conducendo. |
| Parlando di alcuni problemi che affliggono le barriere coralline, vorrei fare un breve riepilogo della situazione attuale l'anno scorso. |
| In modo davvero entusiasmante, probabilmente non più di due mesi dopo il discorso al Discovery Summit dell'anno scorso, ho fatto una sorta di grande svolta nella mia modellazione predittiva dei coralli |
| progressi e questo è stato in gran parte dovuto ad alcune delle nuove funzionalità e a JMP Pro, quindi oggi condividerò questi dati appena usciti dalla stampa. |
| E questo ci porta a chiederci: possiamo prevedere il destino delle singole colonie di corallo? |
| Quindi prevedere il destino di una barriera corallina, quindi dell'intero insieme di coralli, è in realtà più facile perché le barriere coralline sono fondamentalmente in cattive condizioni in tutto il mondo. |
| a causa dell'aumento della temperatura dell'acqua marina. Quindi i coralli hanno alghe dinoflagellate che vivono all'interno delle loro cellule, fotosintetizzano come una pianta e si traslocano |
| l'energia che producono per il loro ospite corallo. Il problema è che quando l'acqua diventa troppo calda, ciò compromette la loro capacità di fotosintesi. |
| I coralli li digeriscono o li espellono, ma il risultato finale è che gli stessi coralli muoiono di fame. |
| E questo è un problema che riguarda l'intero pianeta, quindi quando si prevede il destino di una barriera corallina, sappiamo già che si tratta di ecosistemi in declino. |
| Ma a livello individuale si nota l'eterogeneità: ci sono specie di corallo che resistono meglio di altre, ci sono genotipi all'interno delle specie che resistono meglio di altre, che sono resistenti allo sbiancamento mentre altre sono suscettibili. |
| Quindi, una cosa a cui mi sono interessato per tutta la mia carriera è cosa spinge questa resilienza ed è qualcosa che possiamo effettivamente prevedere? |
| Quindi lo paragono a essere una specie di attuario dei coralli. Puoi inviarmi una biopsia del tuo corallo preferito e io posso fare delle analisi e dire: "Ehi, |
| sai che questo corallo ha sei mesi di vita, questo starà bene per decenni, questo è più o meno quello che ho cercato di fare. |
| Perché il modo in cui attualmente valutiamo la salute dei coralli è retroattivo. Andiamo sul posto, effettuiamo i nostri sopralluoghi e quantifichiamo sostanzialmente la quantità di corallo morto. |
| Quindi questi sono dati importanti che devono essere raccolti, ma non hai fatto alcun favore a questi coralli con questo tipo di approccio. Questo sarebbe analogo |
| a un medico che dice al suo paziente che ha appena avuto un infarto, ehi, hai la pressione molto alta, sai che a quel paziente sarebbe piaciuto saperlo |
| settimane, mesi, anni prima, così avrebbero potuto fare qualcosa di proattivo: medicine, cambiamenti nello stile di vita, una dieta migliore e l'esercizio fisico. Quindi |
| Sai, penso che sia inaccettabile valutare la salute degli esseri umani in modo retroattivo, quindi perché non possiamo adottare questo tipo di approccio più proattivo anche per i coralli? |
| Quindi ci sono strumenti predittivi là fuori, e alcuni di essi sono in realtà sviluppati dalla NOAA, in realtà la maggior parte di essi sono sviluppati dalla NOAA, il mio datore di lavoro, che sta cercando di fare |
| proiezioni o previsioni sulla salute dei coralli. |
| Utilizzano esclusivamente la temperatura perché esiste un legame ben noto e studiato tra le alte temperature e lo sbiancamento dei coralli, quindi ha senso concentrarsi sulla temperatura come fattore predittivo. |
| Quindi questo è un esame, in realtà delle Nazioni Unite, di un rapporto uscito quest'anno, ma molti degli autori lavorano alla NOAA. Questo è un esame |
| l'anno di inizio di quello che chiamano sbiancamento annuale grave. Quindi questo è l'anno in cui lo sbiancamento inizia a verificarsi ogni singola estate. Quindi |
| I coralli possono riprendersi dallo sbiancamento, possono acquisire nuovi simbionti, possono mangiare, |
| possono resistere alla tempesta, fino a un certo punto, ma quando lo sbiancamento inizia a verificarsi ogni anno, perdono la capacità |
| per riprendersi, ecco perché l'anno annuale di sbiancamento severo è in un certo senso ciò che sto invocando al punto di non ritorno. Quindi è piuttosto triste perché puoi vedere |
| alcuni di questi anni sono in rosso, 2015, 2020, ovviamente sono già passati, e questa è una mappa della Florida meridionale, quindi è qui che si trovano i nostri siti sul campo. |
| Ma sappiamo che questo non è vero al 100%. Sì, ci sono barriere coralline all'interno di questi pixel che si stanno già sbiancando ogni anno, ma ce ne sono molte altre che non lo sono. |
| Quindi uno dei miei obiettivi è quello di migliorare la risoluzione spaziale e temporale di questi modelli incentrati sulla temperatura, perché questi modelli incentrati sulla temperatura |
| Non considerano cosa c'è lì, non considerano nemmeno se ci sono coralli o meno. Osservano solo l'andamento della temperatura. |
| Quindi non tengono conto se ci sono o meno specie resilienti, se ci sono genotipi resilienti, ma poi dobbiamo andare oltre, francamente non sono affatto fondati sulla verità. |
| Dobbiamo andare là fuori e fare le nostre indagini ecologiche, stiamo esaminando l'abbondanza dei coralli, |
| biomassa, biodiversità, quali tipi di nemici dei coralli ci sono là fuori, certi tipi di macroalghe e coralavori, ma anche questo credo non sia abbastanza, perché si può avere una barriera corallina che |
| è completamente ricoperto di coralli come questo, che vedete in questa immagine. |
| Un ecologista potrebbe anche dire: "Ehi, questo sembra davvero sano, c'è un'abbondanza di coralli, l'acqua sembra piuttosto limpida, non ci sono molte alghe", sai, anche per l'occhio esperto, potresti... |
| Immagino che questa sia una barriera corallina sana, ma se so personalmente, come fisiologo dei coralli, che questa è una barriera corallina a bassa resilienza, perché queste specie sono erbacce, sono quelle che non trattengono molta energia. |
| nelle vasche quando il livello dell'acqua del mare sale, quindi questa è una discrepanza intrinseca tra abbondanza di coralli e salute. |
| Ma se ci pensate, non è poi così sorprendente. Non gestiamo la salute umana in questo modo. Non vado in giro per il centro di Miami, dove vivo, e dico: "Ehi, questo quartiere ha un milione di persone". |
| è due volte più sano di questo quartiere qui con mezzo milione di persone, insomma, per un economista potrebbe essere più sano. |
| Ma se si considera effettivamente la salute dei residenti, potrebbe non esserci alcuna correlazione. Si potrebbe dire: ehi, questa città più grande ha |
| Conosci un'assistenza sanitaria migliore di quella di una piccola città. Quindi in certe situazioni potrebbe esserci un collegamento tra la densità di popolazione |
| e la salute umana, ma si possono trovare altrettanti posti in cui non è così, sapete. |
| Le aree con maggiore densità di popolazione tendono ad avere più criminalità, ad esempio, quindi mi lascia un po' perplesso che questo sia ancora il modo in cui gestiamo la situazione. |
| o cercare di fare congetture sulla salute degli organismi marini è semplicemente contare ciò che c'è là fuori. Penso |
| sai che non faresti una cosa del genere con le persone, e penso che possiamo fare di meglio. |
| Quindi quello che voglio davvero fare non è limitarmi a guardare la temperatura. La temperatura sarà fondamentale per capire e chiedere aiuto, ma non isolatamente. |
| Allo stesso modo, anche i fattori ecologici, l'abbondanza di organismi e la biodiversità saranno valutati in modo critico. Di per sé, non sono sufficienti a fornire informazioni sulla persistenza e sulla longevità. |
| Quello che voglio fare è considerare questi fattori, ma anche la salute fisiologica e reale degli organismi in questi ecosistemi, quindi |
| è un modello molto complesso e contorto e non ho ancora capito come verrà presentato o come funzionerà |
| Al momento, ma ho qualche idea. Oggi voglio concentrarmi su ciò che ho cerchiato qui, ovvero cercare semplicemente di utilizzare i dati fisiologici per creare un modello predittivo in grado di prevedere se un corallo resisterà allo sbiancamento o ne sarà suscettibile. |
| E per questo tipo di analisi predittive mi oriento verso la biologia molecolare, perché dovresti vedere cambiamenti subcellulari nel comportamento |
| che riflettono una sorta di fisiologia aberrante prima che si noti qualcosa di sbagliato a occhio nudo. Quindi, tornando a quell'attacco di cuore |
| analogia, documenterai livelli elevati di colesterolo o pressione alta in un individuo settimane, mesi, forse anche anni prima che sia probabile che lo abbiano |
| arresto cardiaco ed è per questo che quando vai dal medico ti prelevano il sangue. Abbiamo questi biomarcatori ben sviluppati come la glicemia e il colesterolo. |
| per fare congetture sulla tua salute futura. Non saranno in grado di dirti, sai, il giorno in cui tirerai le cuoia, ma queste sono |
| biomarcatori e analiti che hanno un elevato potere predittivo in termini di prospetto sanitario futuro. Quindi |
| il colesterolo non è un biomarcatore particolarmente buono per i coralli, ma altre cose potrebbero esserlo, e quindi alla NOAA prendiamo questo multi- |
| lo chiamiamo approccio multi-omico, in cui esaminiamo tutte le diverse molecole sintetizzate dai nostri organismi di interesse, i coralli nel mio caso, per vedere se possiamo capire quali potrebbero |
| essere il riflesso di uno stato di stress o di resilienza. In realtà ho iniziato nel mondo dell'espressione genica, quindi con gli RNA messaggeri. |
| Ma di recente sono passato alla ricerca proteomica semplicemente perché sono le proteine a svolgere effettivamente il lavoro nelle cellule. Quindi |
| Spesso non si nota una forte correlazione tra l'espressione dell'mRNA e i livelli proteici. |
| Gli mRNA potrebbero ancora essere ottimi biomarcatori diagnostici per la salute, ma non saranno molto utili per la comprensione del meccanismo. Come fisiologo, vorrei avere |
| la botte piena e la moglie ubriaca, quindi voglio sapere cosa succede nelle mie cellule coralline, come rispondono alle alte temperature, quali proteine sono coinvolte nell'acclimatazione termica. |
| Sono questi i tipi di domande a cui può rispondere quella che chiamiamo proteomica, ovvero l'assemblaggio di tutte le proteine presenti in un campione. |
| Quindi si ottengono i dati meccanicistici, ma è anche possibile utilizzare queste proteine come biomarcatori informativi sulla salute, quindi questa è una specie di diapositiva in cui cerco di condensare 20 anni di ricerca in un'unica diapositiva, giusto per mettere tutti al corrente. |
| Determinare la serie ottimale di analiti. Ho appena parlato delle proteine. Penso che le proteine siano tutto e che non saranno mai più un elemento utile da misurare in un corallo? |
| Ed è per questo che ho messo il segno di spunta qui: assolutamente no. E più avanti nella presentazione vedrete che in realtà ci sono problemi con l'uso delle proteine per trarre conclusioni sulla salute. Probabilmente c'è qualcosa di meglio in circolazione, quindi è ancora un lavoro in corso. |
| Sfortunatamente i coralli non sono organismi modello, quindi per tutte queste cose che volevo misurare ho dovuto dedicare anni allo sviluppo della metodologia da solo. In particolare, con il laboratorio molecolare. |
| Se si desidera utilizzare qualsiasi tipo di analita, che sia un gene, una proteina, un lipide, come biomarcatore, è necessario tenere conto delle fonti naturali di variazione. |
| E queste sono cose come il ciclo della luce. Quindi, perché i coralli hanno dinoflagellati fotosintetici all'interno delle loro cellule |
| mostrano enormi oscillazioni nella fisiologia attraverso il ciclo luce-buio, attraverso il ciclo delle maree, durante le stagioni, questi sono un po' il male necessario, non sexy, ma un po' |
| progetti che devi realizzare per arrivare a modellare la salute dei coralli. Una volta che hai capito come si comportano i coralli nella loro vita quotidiana, allora puoi |
| questi studi sulle sfide ambientali in cui si espongono i coralli a fattori di stress |
| o in laboratorio oppure si osservano i regimi di stress attraverso gradienti ambientali sul campo. |
| Ed è proprio questo ciò che il settore dei coralli nel suo complesso ha fatto meglio: ci sono migliaia di articoli sulla fisiologia ambientale dei coralli e più avanti nella conferenza parlerò un po' di uno di questi esempi. |
| Ma dove siamo bloccati e dove al momento non si vede alcun lavoro è questa idea che ho avuto di usare i dati sulla salute dei coralli per generare modelli predittivi della suscettibilità allo stress dei coralli, ed è quello in cui sto cercando di fare progressi. |
| E credo che ciò sia dovuto al fatto che la maggior parte dei fisiologi e dei biologi molecolari hanno molta più familiarità con il lato descrittivo delle cose, con ciò che accade nell'organismo mentre sta morendo. |
| Non voglio sminuire questo tipo di ricerca: è ciò che ha caratterizzato la mia carriera fino ad oggi. |
| È più facile pubblicare questo tipo di articoli. Metti in alto la temperatura dell'acquario della barriera corallina e osserva i livelli di proteine. Ho pubblicato 10 articoli sull'argomento, e devi fare questo tipo di lavoro per arrivare a... |
| questo approccio predittivo. Quindi, detto questo, voglio in un certo senso apportare questo cambiamento per me personalmente, passando dall'essere una specie di |
| un impresario di pompe funebri che di fatto scrive necrologi sui coralli, in sostanza questi documenti generano dati utili ma non fanno alcun bene ai coralli. |
| E prendiamo i dati che abbiamo ottenuto da quei progetti intrinsecamente descrittivi e li utilizziamo in una capacità predittiva, cercando di capire |
| Quali coralli saranno i vincitori del cambiamento climatico e quali saranno i perdenti. Quindi, passando dall'essere un impresario di pompe funebri a questo, sapete, il veterinario o l'attuario di cui parlavo prima. |
| E non voglio darvi l'impressione che io sia, sapete, una persona fantastica. |
| modellatore. Questa è una cosa che ho imparato da solo e ho imparato al volo, ma attribuisco gran parte del successo a questo e al fatto di aver fatto questa transizione senza soluzione di continuità dal fare cose più descrittive a cose predittive |
| questo è guidato da JMP perché la mia familiarità con la piattaforma Fit Model, ad esempio, mi ha reso le cose davvero più facili |
| per fare in modo che questa descrizione passi da una previsione all'altra, ad esempio, quello che avrei fatto nella mia intera carriera fino a circa un anno o due fa è l'esempio sulla sinistra. |
| Vedete, queste proteine coralline nella casella y. Questi sono i numeri di accesso esoterici, non c'è bisogno di prestare attenzione a cosa significano, sanno solo che sono proteine. |
| Costruisci effetti modello che mostrano le cose a cui sarei interessato, come la temperatura, il genotipo del corallo, quando sono stati campionati, cose di quella natura, e puoi pubblicare un bel documento |
| Osservando questo tipo di set di dati, quello che sto facendo è sostanzialmente capovolgere tutto: prendo tutte quelle proteine e le sposto nel modello costruttivo. |
| casella, insieme ai dati sperimentali e/o ambientali ma cosa ci sarà nella y |
| Sarà quella che qui chiamo la suscettibilità allo sbiancamento dei coralli. Più avanti le darò un altro nome, ma l'idea è la stessa. È la probabilità che un corallo sbianchi. |
| Penso quindi che JMP sia stato davvero determinante nell'aiutarmi a compiere questa transizione da argomenti puramente descrittivi a un approccio più pratico e predittivo alla biologia. |
| Quindi vorrei ricapitolare un po' le cose descrittive e presentare alcuni degli strumenti presenti in JMP Pro. |
| pacchetto in particolare di cui sono un grande fan. Quindi giocherò con un piccolo set di dati che abbiamo da questo corallo qui - orbicella faveolata - è uno dei |
| uno dei coralli più resistenti delle Florida Keys, quindi gli effetti del cambiamento climatico sono così negativi che non possiamo permetterci il lusso di lavorare con tutti i coralli, quindi dobbiamo lavorare con quelli che sono già intrinsecamente un po' più resistenti. |
| Abbiamo quindi preso dei coralli da diverse barriere coralline, li abbiamo esposti a diverse temperature, per diversi periodi di tempo e ne abbiamo analizzato le concentrazioni proteiche, perché abbiamo bisogno di avere un'idea di cosa potrebbero essere i biomarcatori, che potrebbero essere utili nella costruzione di modelli. |
| In che modo la temperatura influenza il proteoma di questo corallo, tutti i tipi di cose descrittive che potresti |
| voglio affrontare, quindi questo è molto simile a quello che avrei mostrato prima. Questa è la mia scatola modello, faccio un sacco di cose univariate in cui cerco di trovare, sai, quali proteine sono |
| Sono maggiormente influenzati dalla temperatura, dal sito della barriera corallina e da fattori di questo tipo. Mi occupo molto di analisi multivariata: analisi delle componenti principali, scaling multidimensionale. |
| Cercando relazioni tra campioni, esaminando gli effetti del trattamento multivariato e ne parleremo tra un secondo. Quindi l'anno scorso, quello che ho mostrato e da allora ho pubblicato questo articolo, ehm, questo è un grafico di scala multidimensionale realizzato |
| Nella piattaforma multivariata JMP Pro 16, in realtà sarebbero stati 15, ma tutto quello che voglio mostrarti qui è non perderti troppo nei dettagli. E mi scuso se sei daltonico. |
| Ma i verdi, che sono i tre campioni in basso a destra, sono coralli di controllo, quindi sono alla temperatura di controllo. I tre in alto sono |
| a 32 gradi, che è praticamente una condanna a morte per la maggior parte dei coralli. E si può vedere che dopo diverse settimane di esposizione, i loro proteomi, ovvero i loro profili proteici, iniziano a diventare più stabili, e questo è importante. |
| Prima di elaborare qualsiasi tipo di modello predittivo, è necessario sapere che la temperatura influisce sul proteoma. |
| Quei dati analizzavano i dati di presenza/assenza, quindi se una proteina fosse presente o meno, e si trattava di circa sette o 800 proteine. |
| Da allora la metodologia è migliorata, quindi questo è un aspetto positivo del lavoro in biologia molecolare: i metodi migliorano sempre. |
| Quindi ho preso gli stessi campioni, ma invece di misurare sette o 800 proteine come presenza o assenza, ho preso un sottoinsieme di 86. |
| Ma i dati ora sono completamente quantitativi. Quindi so che sono quasi dieci volte più grandi |
| meno proteine, ma c'è molta più risoluzione rispetto alla concentrazione, quindi il set di dati con cui giocherò ora contiene solo 86 proteine. Quindi |
| questa è una distribuzione tipica di come appaiono queste proteine, non sono mai distribuite normalmente, sono sempre distorte, quindi questo mi limita in termini di utilizzo di approcci esclusivamente parametrici, ma non è un problema |
| con JMP. |
| Passiamo ora a una tabella JMP. |
| Quindi questa è la prima cosa che voglio mostrarti. Fondamentalmente hai le due caratteristiche di questa tabella su cui voglio davvero che ti concentri: |
| La sua natura ampia. Quindi la proteomica è costosa. 200 dollari a campione, il mio budget è limitato, in questo particolare esperimento avevo solo 20 campioni. |
| Ma ho 86 proteine. Ciò significa che non è possibile eseguire la tipica ANOVA multivariata per cercare gli effetti del trattamento, ma ciò non significa |
| che non posso fare alcun tipo di analisi multivariata utile. Un approccio intelligente che mi è stato suggerito dagli sviluppatori di JMP è quello di usare il mio tradizionale scaling multidimensionale. Ecco quindi le mie 86 proteine che poi logaritmizzano come trasformate. Le metterò qui. |
| E so, per averlo già fatto in passato, che quattro dimensioni mi daranno una soluzione piuttosto buona. |
| Ecco il grafico di scala multidimensionale, questi sono i vari destini del mio campione, quindi controlli sani, sbiancamento attivo, ne parleremo più avanti. |
| Ma quello che voglio fare qui è guardare in basso verso lo stress, vedo che sta diventando un po' alto, di solito è meglio stare sotto il punto uno. |
| Potrei ridurre ulteriormente lo stress aumentando il numero di dimensioni, ma penso che quattro dimensioni andranno bene, quindi quello che farò |
| In realtà salverò queste coordinate. Potrei salvare anche la matrice di similarità perché sono davvero più interessato alla similarità tra questi campioni, quindi prenderò queste |
| e ora saranno i miei (???), quindi ora mi trovo in una situazione in cui ho meno y rispetto ai campioni, quindi posso eseguire un'ANOVA multivariata tradizionale. |
| E il mio modello di effetto, voglio che sia fatto così. Laboratorio CHD, cosa significa? È la designazione della salute del corallo, quindi serve a stabilire se il corallo era resiliente o stressato. |
| Quindi, ops. |
| Quindi questo è BLR, che significa resistente allo sbiancamento, userò questo termine in tutta la presentazione. BLS, suscettibile allo sbiancamento, e questo è un grafico di queste quattro dimensioni per questi due raggruppamenti di campioni, quindi eseguirò un'ANOVA multivariata. |
| E vedo un effetto marginale sullo stato di salute, e questo è un altro aspetto che vorresti sapere. |
| Se questi coralli resistenti allo sbiancamento hanno un proteoma significativamente diverso da quello dei coralli sensibili allo sbiancamento, allora non è molto significativo, è un po' al limite, ma |
| Con un set di dati ambientali come questo, sarei felice di riportarlo in una pubblicazione. Un'altra cosa che puoi fare, e che probabilmente è l'approccio migliore, è prendere quelle stesse quattro coordinate. |
| La MANOVA diventerà complicata con piccoli set di dati, piccoli e ampi set di dati come questo, in cui si hanno un sacco di parametri ambientali diversi, quindi userò la piattaforma Partial Least Squares di cui sono un grande fan. |
| Prenderò i miei dati sperimentali, come la provenienza del corallo, la temperatura a cui è stato esposto, il genotipo e creerò una superficie di risposta. |
| E poi cosa c'è in esecuzione. |
| In realtà ridurrò il numero di KFold a quattro solo perché il set di dati è molto piccolo. |
| E questo non è esattamente il risultato che volevo, credo di aver incluso qualcosa di un po' diverso, ma va bene così, quindi ho salvato lo script che in realtà volevo mostrarvi. |
| È qui e in realtà non mi preoccupo nemmeno troppo del numero di fattori. |
| Come puoi vedere, ne ho scelti tre. |
| In realtà, tutto quello che voglio mostrarvi è questo, sembra molto caotico e disordinato, ma è noto come grafico del caricamento della correlazione e penso che sia davvero uno strumento poco celebrato e sottoutilizzato nell'intero pacchetto JMP Pro. |
| Semplicemente perché da quanto si può ricavare da questa cifra, che mostra dove si collocano i miei campioni l'uno rispetto all'altro, posso aggiungere i miei fattori ambientali, il genotipo, la temperatura del sito e il tempo. |
| In questo caso, sto usando le coordinate quindi le y saranno più difficili da interpretare, ma avrei potuto farlo anche con i dati grezzi, e poi avresti potuto davvero iniziare a guardare come |
| i tuoi analiti, le tue variabili ambientali e i tuoi campioni sono tutti in qualche modo interconnessi e penso che questo sia uno strumento esplorativo davvero potente che potrebbe risultare meno familiare ad alcuni di voi. |
| Quindi questo è uno dei miei strumenti descrittivi multivariati preferiti, che mi piace usare nel pacchetto JMP Pro. Quindi, mentre erano tutti dati sperimentali, mentre conducevamo quegli esperimenti |
| Questi coralli sono i miei pazienti. Sono sessili. So esattamente dove trovarli, sulla barriera corallina. |
| Posso campionarli in stagioni diverse. Sto eseguendo piccole biopsie, quindi non comprometterò troppo la loro salute. |
| Quindi ho questi campioni di corallo attraverso lo spazio e il tempo e so quando sbiancano, |
| dove si sbiancano, quali si sono sbiancati e quali no. Quindi ora posso tornare indietro nel tempo attraverso l'archivio e fare una previsione retrospettiva osservando i coralli |
| che non si sono ancora sbiancati e sto cercando di vedere se riesco a fare delle previsioni su quali lo hanno fatto e quali no. |
| Quindi, per darvi qualche informazione in più sui siti che si trovano qui nelle Keys della Florida settentrionale, abbiamo due siti costieri, The Rocks e Cheeca Rocks, e due siti al largo, Little Conch e Crocker Reef. |
| Ed è importante sapere che le barriere coralline costiere tendono a essere molto più robuste: non si vedono ancora grandi coralli sani ovunque, ma in alcuni posti. |
| Al largo abbiamo a che fare con questa piccola stampa, quindi abbiamo un buon gradiente di resilienza in loco. |
| Questo sarà importante per la costruzione di modelli: non vorrai costruire o testare i tuoi modelli utilizzando esclusivamente coralli forti o esclusivamente quelli deboli, vorrai avere un mix di entrambi. |
| Questo è solo un grafico veloce che ho creato con Graph Builder, e analizza i punteggi dei colori, quindi dovresti ottenere un cinque. Cinque significa sostanzialmente che sei completamente sano. |
| Zero significa che sei completamente bianco e stai per morire. In realtà, tre o quattro giorni stanno diventando piuttosto stressanti. Come puoi vedere qui ad agosto. |
| siamo nel bel mezzo di un evento di sbiancamento, abbiamo riscontrato un notevole sbiancamento in questi quattro siti, anche i siti costieri più resistenti si stavano sbiancando in una certa misura. |
| Ma poi, a ottobre si sono ripresi e poi a dicembre si sono ripresi, ma si vede questo tipo di comportamento anomalo e penso che sia causato da una malattia. |
| Quindi questo ci riporta al mio gergo sulla designazione della salute dei coralli di cui parlavo prima. |
| In pratica, sai, voglio che questo sia in definitiva o che alla fine diventi una variabile continua, magari da uno a 10. |
| Ma al momento stiamo cercando di prevedere una delle tre categorie principali. O sei resistente o resiliente allo sbiancamento, o sei suscettibile allo sbiancamento, o sei intermedio. Quindi, la resistenza allo sbiancamento sarà rappresentata da questa linea verde in alto, mentre il punteggio del colore non cambierà molto. |
| nel corso dell'evento di sbiancamento. Questo è un altro grafico di Graph Builder, che mostra la temperatura nella metà inferiore. |
| Quindi un corallo intermedio tenderà a sbiancarsi un po', ma poi si riprenderà. |
| Il soggetto suscettibile allo sbiancamento o sbiancherà notevolmente e guarirà, oppure, in alcuni casi, potrebbe non guarire del tutto. Quindi questi sono essenzialmente i tre fenotipi che saranno gli y e il mio modello. |
| E questo è complicato per progettazione, non preoccuparti, questo mostra fondamentalmente i diversi modi in cui potresti alla fine passare attraverso il processo di costruzione del modello. Quindi a sinistra |
| vedrai quali dati utilizzerai per addestrare e convalidare il modello. |
| Il modello in sé, cosa si intende utilizzare per testare il modello e cosa si intende prevedere in ultima analisi. Quindi, se si utilizzano solo dati di laboratorio sui coralli, |
| per creare un modello predittivo in cui lo si testa con più dati di laboratorio mondiali, |
| Questo vi darà la possibilità di prevedere la salute dei coralli in laboratorio, ma non è proprio questo che cerchiamo. Voglio dire, va bene per la pubblicazione, ma vogliamo sapere, vogliamo essere in grado di prevedere cosa succede sul campo. |
| Ma poi ti imbatti in questo problema di come, cosa ne penso dell'utilizzo dei dati di laboratorio per creare un modello predittivo |
| che sta tentando di prevedere cosa sta succedendo sul campo, sai che sarà sempre una questione precaria usare questi dati di laboratorio per fare previsioni su questo meno |
| campo vincolato coinvolto. Ma ci proveremo comunque. Quindi, di nuovo, stiamo usando questa designazione di salute della colonia come y. |
| I predittori, come ho detto prima, alla fine includeranno più delle sole proteine, ma per semplicità oggi useremo le proteine. E questo è |
| Utilizzando JMP Pro 16.1 ho il componente aggiuntivo XG Boost che mi piace molto e che consiglio vivamente. Questa è più una nota per me, ma vorrei menzionare una cosa importante, e riguarda |
| Uno dei grandi svantaggi della proteomica è la sua natura stocastica. Quindi, ricordate, ho sequenziato 86 proteine nei miei campioni di laboratorio. Quindi, queste sono quelle che vorrei usare e il mio modello predittivo. |
| Quando sono andato là fuori e ho misurato i proteomi e i miei campioni sul campo, non ho ottenuto quelle 86 proteine, ho ottenuto un insieme di proteine completamente diverso. |
| Quindi, ho dovuto cercare di capire quali proteine fossero state effettivamente trovate e tutti i miei campioni si sono ridotti drasticamente. |
| Il numero di proteine che potevo usare è passato da 86 a 31, fino a cinque proteine, e questo mi preoccupava perché non ero sicuro che cinque proteine sarebbero state sufficienti a darmi un qualche tipo di potere predittivo, ma vediamo. |
| Quindi quel set di dati è qui, quindi |
| in pratica ho preso un sottoinsieme di 31 proteine che sono state trovate in tutti i miei campioni di campo, ma quello che voglio fare oggi è concentrarmi solo su quelle proteine dei coralli che ho campionato a luglio |
| 2019. Voglio solo conoscere questi campioni di corallo perché questo è prima dell'evento di sbiancamento. Voglio sapere se c'è qualcosa che posso rilevare in questi coralli prima che sbianchino. |
| Quindi, questo ha ridotto il mio numero da 31 a 5, quindi proverò a creare un modello predittivo con queste cinque proteine. E userò la mia nuova funzionalità preferita di JMP Pro, nota come screening del modello, perché mi permetterà di testare |
| diversi modelli in parallelo. Quindi inserirò qui la mia designazione di salute dei coralli per il laboratorio. Metterò qui le mie cinque proteine. |
| Darò una possibilità a tutte queste diverse opzioni, sai cosa? In realtà non ho installato XG Boost su questo computer, ma va bene, penso che possiamo, |
| Sarò comunque in grado di trovare un modello decente. Userò una convalida incrociata Kfold di cinque. Vorrei avere alcune di queste opzioni qui. |
| E vediamo cosa otteniamo. |
| Ci vorrà un po' di tempo per eseguirlo perché controllerà 20 modelli diversi in parallelo, utilizzando tutte queste diverse combinazioni fattoriali e qui abbiamo alcuni dati diagnostici, ma voglio passare subito ai set di convalida. |
| Quindi, in sostanza, sono classificati qui, quindi abbiamo un modello potenziato neuralmente che sembra funzionare bene. Poiché mi preoccupo dell'accuratezza, tendo a orientarmi verso il tasso di classificazione errata. |
| Abbiamo un modello di regressione generalizzata, diamo un'occhiata e lo selezionerò. Sembra piuttosto buono. |
| Lo farò io. |
| Qui vedi tutte le diagnosi, vorrei prendermi un po' di tempo |
| per guardare il Profiler |
| perché questo mi dirà |
| quali proteine contribuiscono maggiormente. |
| Quindi quello che avevo detto prima, mi scuso, ora devo resettarlo. |
| Di solito ho la tendenza a desiderare che uno dei miei trattamenti sia massimizzato, che si tratti di un colore sensibile o resistente allo sbiancamento. Allora quello che posso fare è dire: "Ehi, mostrami cosa serve per essere un corallo resistente allo sbiancamento", così da ridurre al minimo la sensibilità allo sbiancamento. |
| E |
| Beh, quello che mi mostra è solo un'opzione. Penso, sai cosa? È già stato impostato così, quindi va bene. |
| COSÌ |
| mi sta mostrando in questo caso |
| come la proporzione dei campioni varia rispetto alla suscettibilità allo sbiancamento quando ho modificato i livelli di queste proteine, e questo potrebbe essere utile per le cose |
| come l'ingegneria genetica, se vuoi provare a trovare le proteine che saranno |
| maggiormente coinvolti nella resilienza dei coralli. Vorrete sperimentare con il Profiler, ma oggi sono più interessato alle previsioni in sé, quindi pubblicherò qui la formula di previsione. |
| Noterai |
| una delle proteine è caduta, quindi una di esse non è stata ritenuta utile nella costruzione del modello vero e proprio. |
| E questa è una cosa che ho fatto solo negli ultimi due o tre giorni, che ci crediate o no. Quindi ho i miei coralli di luglio in questa tabella dati e voglio confrontarli. |
| Voglio vedere le previsioni che fa da quella tabella di dati, quindi andiamo a vedere cosa ha ipotizzato in base a quel modello di regressione generalizzata. E ora lo farò velocemente e ti dirò, dato che si tratta solo di 12 campioni, se l'ipotesi era giusta o sbagliata, quindi questo è |
| Giusto. Mi dispiace, la r non funziona su questo computer, che ci crediate o no, è giusto. |
| Giusto. |
| Giusto. |
| Sì, c'è sicuramente un modo più semplice per farlo, ma perché questo è sbagliato. |
| Giusto, quindi ora funziona di nuovo, giusto? |
| Giusto. |
| Giusto e giusto. |
| Quindi in questo sottoinsieme di 12 campioni utilizziamo questo modello di regressione generalizzata delle proteine. |
| Ha ottenuto la probabilità di sbiancamento corretta in 11 dei 12 campioni, il che è davvero fantastico, voglio dire che ho eseguito la simulazione in vari modi più e più volte, questo è in realtà |
| meglio di quello che ho solitamente fatto, quindi è il 92-93%, il che è davvero entusiasmante, soprattutto perché è solo per le proteine. Quindi |
| diciamo che ne abbiamo già parlato, quindi sì, la mia media derivante da questo tipo di simulazione è di circa l'80-90% di accuratezza. |
| Il che per me è incredibilmente emozionante. Per un medico sarebbe davvero terribile. Se solo avessi ragione. |
| sai, in termini di prospettiva di un arresto cardiaco e dell'80% dei tuoi pazienti, sarebbe un enorme fallimento, ma penso |
| dato che questa è una novità per i coralli, sono a posto, con una precisione dell'80-90%. E questo è ciò che non ho menzionato |
| Quel sottoinsieme di cinque proteine, poi ridotto a quattro, che osservava solo il corallo ospite. Ho rimosso le proteine simbionti, perché ho ricevuto questi dati solo poche settimane fa. |
| Quando aggiungo queste proteine simbionti, penso che la precisione non potrà che aumentare e ricordatelo. |
| Stavo usando dati di laboratorio per fare previsioni sul comportamento dei coralli di campo. Quindi non ci si aspetterebbe che fossero precisi al 100%. Quello che avrei dovuto fare e quello che farò, probabilmente entro poche ore dalla fine di questo intervento, |
| Ho tutti i dati di campo. Ho tutti i dati di laboratorio. Posso procedere e utilizzare entrambi i set di dati per l'addestramento e la convalida. |
| Creare un modello in cui prevedo il comportamento dei coralli di campo. E sono fiducioso che la precisione con questo approccio non potrà che aumentare. Si potrebbe sostenere: |
| Perché mai dovresti voler usare i dati di laboratorio sui coralli quando hai a disposizione questo set di dati sul campo? E sai, penso che potrebbe essere un'osservazione molto valida. |
| Dal punto di vista biologico, la vera natura di queste proteine è per me incredibilmente interessante e ho scoperto di cosa si tratta proprio ieri sera. |
| Il tempo stringe, quindi non entrerò nei dettagli, ma basti dire che sarà incredibilmente interessante anche il fatto che saremo in grado di estrarne informazioni. Una di queste è l'evoluzione e la cattura delle prede, che penso possa essere davvero fantastica per... |
| cercando di sviluppare un meccanismo. |
| Si tratta di set di dati davvero piccoli, decine di campioni. Quindi penso di aver realizzato il miglior test di stress sui coralli del mondo? |
| No, questo è, questo è un lavoro in corso e ci sono altre questioni metodologiche che devono essere risolte, ma in realtà quello che voglio fare in definitiva è sviluppare questo tipo di stress |
| test così possiamo andare là fuori e fare quello che chiamo triage della barriera corallina. Potrei prendere i miei piccoli campioni |
| eseguire le mie analisi proteomiche o altre analisi molecolari, inserire i dati in JMP, |
| sputa fuori queste ipotesi di resilienza e io dico al direttore: "Ehi, questa barriera corallina qui sembra essere in ottime condizioni e lasciala stare per ora, sai, tienila d'occhio". |
| In questo caso, tutti i coralli sono stati considerati a rischio di sbiancamento dal mio modello. Se c'è qualcosa che potresti fare per mitigare il problema o dare una possibilità a quei coralli, ripulisci la qualità dell'acqua, frena... |
| La pesca eccessiva è uno degli aspetti su cui, secondo me, bisognerebbe concentrare i propri sforzi. Quindi, in realtà, è proprio questo che voglio fare con questo tipo di set di dati. Quindi, ovviamente, i set di dati devono crescere. |
| Voglio confrontarli con i modelli basati sulla temperatura che sono in circolazione, anche se la scala è intrinsecamente diversa. |
| E vorrei davvero poter avere questo tipo di visualizzazione o semplicemente una mappa in cui dico semplicemente: ecco i punti negativi, ecco i punti positivi. |
| Farò tutto il lavoro sporco, voglio essere in grado di distillare tutto questo in qualcosa che un manager o un profano possa facilmente digerire e penso che una volta che i problemi saranno stati risolti e una volta che avremo un po' di set di dati più grandi, |
| incorporare più specie di coralli, estendere l'areale geografico, potremmo davvero partire e correre verso l'utilizzo di questo approccio di modellazione predittiva della salute dei coralli |
| Come strumento decisionale, quindi, non solo per il monitoraggio, ma anche per la ricerca di genotipi resilienti che potrebbero essere utili per l'allevamento dei coralli a scopo di ripristino. |
| Si potrebbe anche usare questo approccio per monitorare il successo dei progetti di mitigazione e cose di questa natura, quindi penso che ci sia molto potenziale per questo tipo di |
| approccio di modellazione predittiva della salute dei coralli per una gestione marina più proattiva, e spero |
| Si tratta di un aspetto che possiamo continuare a sviluppare presso la NOAA e l'Università di Miami nei prossimi anni, soprattutto perché questi ecosistemi sono sempre più in pericolo. |
| Quindi, con questo, sarei felice di rispondere a qualsiasi domanda. Vorrei ancora una volta precisare che non sono un modellista di formazione, quindi sono assolutamente benvenuto |
| Qualche suggerimento? Non prendete tutto questo come un dogma, sapete, se ci sono delle interpretazioni errate dei dati o qualcosa del genere, non mi ferirete e apprezzerò sicuramente qualsiasi domanda o feedback. |
| Con questo concludo il mio intervento e sarò felice di sentirti. Grazie. |
