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SemiBin2

Agrupamiento Metagenómico

SemiBin2 es un método de aprendizaje profundo auto-supervisado para binning metagenómico. Utiliza aprendizaje contrastivo con aumento de datos para entrenar modelos específicos de muestra sin requerir genomas de referencia, permitiendo binning preciso incluso para entornos novedosos. [1]

Cómo Obtener el Archivo de Modelo de Salida

A continuación se muestra un breve flujo de trabajo que ejecutó el equipo para obtener los ejemplos de modelo de salida que presentamos en la página de herramientas.

Entrada

Contigs ensamblados (FASTA) + archivo(s) de alineamiento BAM ordenado

Salida

Bins FASTA (.fa.gz) + resumen TSV con métricas por bin: nombre de archivo, bp total, conteo de contigs, N50, L50

conda install -c bioconda semibin

Imagen Docker: quay.io/biocontainers/semibin:2.2.1--pyhdfd78af_0

Muestra 1 microbioma intestinal (3 muestras de PRJNA795985, 1M pares de lecturas cada una) co-ensambladas con Asamblea y bineadas con SemiBin2 v2.2.1 en modo auto-supervisado, produciendo 38 bins.

  1. 1

    Descargar 3 muestras de PRJNA795985

    for SRR in SRR17531757 SRR17531762 SRR17531772; do fastq-dump --split-files --gzip -X 1000000 --outdir reads/ $SRR; done

    Misma co-asamblea que VAMB — reutiliza las mismas lecturas. Descargar 1M pares de lecturas por muestra (~70 MB comprimido cada una).

  2. 2

    Co-ensamblar todas las muestras con MEGAHIT

    megahit -1 reads/SRR17531757_1.fastq.gz,reads/SRR17531762_1.fastq.gz,reads/SRR17531772_1.fastq.gz -2 reads/SRR17531757_2.fastq.gz,reads/SRR17531762_2.fastq.gz,reads/SRR17531772_2.fastq.gz -o assembly --min-contig-len 1500 -t 8 --presets meta-sensitive

    Produce 14,934 contigs (≥1,500 bp). Si ya se hizo para VAMB, reutilizar la misma asamblea.

  3. 3

    Mapear cada muestra a contigs

    for SRR in SRR17531757 SRR17531762 SRR17531772; do minimap2 -ax sr -t 8 assembly/final.contigs.fa reads/${SRR}_1.fastq.gz reads/${SRR}_2.fastq.gz | samtools sort -@ 4 -o bams/${SRR}.sorted.bam && samtools index bams/${SRR}.sorted.bam; done
  4. 4

    Ejecutar binning auto-supervisado de SemiBin2

    SemiBin2 single_easy_bin -i assembly/final.contigs.fa -b bams/SRR17531757.sorted.bam bams/SRR17531762.sorted.bam bams/SRR17531772.sorted.bam -o semibin2_out --self-supervised -m 1500 -t 8

    Utiliza single_easy_bin con múltiples BAMs para coabundancia. El modo auto-supervisado entrena un modelo específico de muestra (~38 min en CPU). Produce 38 bins después de reagrupamiento basado en HMM.

Cargar recluster_bins_info.tsv a IntMeta

Materiales Utilizados

Archivos de Salida de Ejemplo

Descarga los archivos de salida utilizados en las demostraciones de la página de herramientas. Puedes cargarlos directamente a IntMeta para explorar las visualizaciones.

Único y Comparación

Análisis de Grupo

Referencia de Gráficos

Descripciones detalladas de todas las 22 visualizaciones generadas por SemiBin2 en IntMeta.

quality-tier-distribution

quality-tier-distribution

Gráfico circular de bins clasificados en niveles de calidad heurísticos basados en métricas de asamblea: Alto (≥500 Kbp genoma + N50 ≥10 Kbp), Medio (≥200 Kbp + N50 ≥5 Kbp), Bajo (resto). Nota: estos son heurísticos de métrica de asamblea, no niveles de calidad MIMAG — no se evalúa completitud/contaminación.

genome-size-distribution

genome-size-distribution

Gráfico de barras de total_bp (tamaño de genoma) por bin, clasificado por tamaño. Las líneas de referencia punteadas a 500 Kbp (umbral de alta calidad) y 200 Kbp (tamaño mínimo recomendado) ayudan a separar visualmente niveles de calidad.

n50-assembly-quality

n50-assembly-quality

Gráfico de barras de la métrica de contiguidad N50 por bin — la mitad de los bp totales del bin están en contigs de esta longitud o más. Un N50 más alto significa menos contigs más largos y menos fragmentación. Coloreado por nivel de calidad.

n50-vs-genome-size

n50-vs-genome-size

Gráfico de dispersión donde X = total_bp (tamaño de genoma) y Y = N50, coloreado por nivel de calidad. Los bins en la esquina superior derecha tienen genomas grandes y alta contiguidad — los mejores candidatos para análisis posteriores como anotación de genes.

contigs-per-bin

contigs-per-bin

Gráfico de barras de num_contigs por bin, coloreado por nivel de calidad. Menos contigs generalmente indica una asamblea menos fragmentada y de mayor calidad. Los bins con conteos de contigs muy altos pueden necesitar refinamiento adicional.

l50-vs-contigs

l50-vs-contigs

Gráfico de dispersión de L50 (el número mínimo de contigs requeridos para cubrir el 50% del genoma del bin) versus conteo total de num_contigs. Un L50 más bajo relativo a los contigs totales significa que la asamblea es dominada por pocos contigs largos — mejor contiguidad.

assembly-metrics-heatmap

assembly-metrics-heatmap

Mapa de calor de métricas de asamblea normalizadas por min-max (total_bp, num_contigs, N50, L50, longitud promedio de contig) a través de los principales bins. Cada métrica se escala 0–1 dentro de su columna; celdas más oscuras = valores relativos más altos. Descripción general de calidad rápida.

cumulative-genome-recovery

cumulative-genome-recovery

Gráfico de área acumulativa de pasos con bins clasificados por nivel de calidad (descendente). El eje y muestra el total acumulativo del tamaño de genoma en bp. Un aumento inicial pronunciado indica que la mayoría de la secuencia ensamblada proviene de bins de alta calidad.

comp-quality-tiers

comp-quality-tiers

Gráfico de barras agrupadas comparando la distribución de niveles de calidad heurísticos (Alto / Medio / Bajo basado en umbrales de tamaño de genoma y N50) a través de muestras. Muestra qué muestra produjo más bins SemiBin2 de alta calidad.

comp-genome-size

comp-genome-size

Gráfico de caja o gráfico de barras agrupadas comparando la distribución de tamaño de genoma (total_bp) de bins SemiBin2 a través de muestras. Útil para detectar diferencias sistemáticas en recuperación de MAG entre muestras.

comp-n50-distribution

comp-n50-distribution

Gráfico de caja o gráfico de barras comparando la métrica de contiguidad N50 a través de muestras. Los valores de N50 más altos indican asambleas menos fragmentadas — las muestras con bins N50 consistentemente altos sugieren mayor profundidad de secuenciación o composición comunitaria más simple.

comp-quality-pct

Gráfico de barras apiladas al 100% mostrando la proporción de bins de calidad Alto / Medio / Bajo por muestra. Normaliza por conteos de bins diferentes, permitiendo comparación directa de calidad de binning. Estándar en evaluaciones de desafíos CAMI.

comp-total-recovery

comp-total-recovery

Gráfico de barras apiladas de pares de bases totales recuperados por muestra, divididos por nivel de calidad. Mide el volumen de datos real binned, complementando el conteo de bins. Utilizado en evaluaciones de SemiBin2 y CAMI.

comp-cdf

comp-cdf

Función de distribución acumulativa empírica (CDF) de tamaños de bin superpuestos por muestra. Revela forma de distribución completa más allá de resúmenes de gráfico de caja. Estándar en evaluación CAMI.

comp-contigs

comp-contigs

Gráfico de caja de conteo de contigs por bin a través de muestras. Los conteos de contigs más altos indican asambleas más fragmentadas, potencialmente de profundidad de secuenciación más baja o composición comunitaria compleja.

comp-l50

comp-l50

Gráfico de caja de L50 (número mínimo de contigs cubriendo el 50% de la longitud total del bin) a través de muestras. Complementario a N50 — un L50 más bajo significa menos contigs más grandes.

binning-group-quality-tiers

binning-group-quality-tiers

Gráfico de barras agrupadas de conteos de nivel de calidad heurísticos (Alto / Medio / Bajo) por grupo experimental, con prueba de Chi-cuadrado. Los niveles se basan en métricas de asamblea: Alto (≥500 Kbp genoma + N50 ≥10 Kbp), Medio (≥200 Kbp + N50 ≥5 Kbp), Bajo (resto). Nota: estos son heurísticos de métrica de asamblea, no clasificaciones MIMAG — la salida de SemiBin2 no incluye completitud o contaminación.

binning-group-metric-boxplots

binning-group-metric-boxplots

Gráficos de caja comparando una métrica seleccionada (bp total, N50, L50, o longitud promedio de contig) a través de grupos. Todos los valores de bin individuales se agrupan por grupo. La prueba de Kruskal-Wallis (≥3 grupos) o prueba de Mann-Whitney U (2 grupos) evalúa significancia; las comparaciones pareadas utilizan corrección FDR de Benjamini-Hochberg.

binning-group-recovery-rate

binning-group-recovery-rate

Gráfico de barras agrupadas de conteo de bin promedio por muestra en cada nivel de calidad (Alto, Medio, Bajo, Total) a través de grupos, con barras de error mostrando ±1 DE. Prueba si los grupos experimentales difieren en cuántos bins SemiBin2 recuperan en cada nivel de calidad.

binning-group-pca

binning-group-pca

Ordenación PCA de perfiles de calidad por muestra (bp total promedio, N50, L50, longitud promedio de contig, %HQ, %MQ). Las características se estandarizan por puntuación z antes de descomposición. PERMANOVA en la matriz de distancia euclidiana prueba si los centroides de grupo difieren significativamente. Se dibujan elipses de confianza del 95% para grupos con ≥3 muestras.

binning-group-cdf

binning-group-cdf

Funciones de distribución acumulativa empírica (CDFs) superpuestas de una métrica seleccionada a través de grupos. La prueba de Kolmogorov-Smirnov de dos muestras cuantifica la distancia vertical máxima entre curvas — las estadísticas D significativas indican que las distribuciones de métrica de los grupos difieren en ubicación, dispersión o forma.

binning-group-total-recovery

binning-group-total-recovery

Gráfico de barras apiladas de pares de bases totales medios recuperados por grupo, divididos por nivel de calidad. Las barras de error muestran ±1 DE. Mide el volumen de datos real binned por grupo, complementando gráficos de conteo de bins y tasa de recuperación.

Referencias

[1]Pan, S., Zhao, X.-M. & Coelho, L.P. SemiBin2: self-supervised contrastive learning leads to better MAGs for short- and long-read sequencing. Bioinformatics 39(Suppl 1), i21–i29 (2023).DOI
[2]Anderson, M.J. A new method for non-parametric multivariate analysis of variance. Austral Ecology 26, 32–46 (2001).DOI