GPU - 添加到 NVIDIA Clara Parabricks v3.6 的加速工具，用于癌癥和生殖系分析

NVIDIA Clara Parabricks v3 . 6 的發布為其強大的基因組分析工具套件帶來了新的變體調用、注釋、篩選和質量控制應用。現在，在基因組分析的每個階段都有超過 33 個加速工具， NVIDIA Clara Parabricks 提供 GPU 加速的生物信息管道，可以擴展到任何工作負載。

由于基因組和外顯子的測序速度比以往任何時候都快，必須對越來越多的原始儀器數據進行映射、對齊和解釋，以破譯變異及其對疾病的意義。生物信息管道需要跟上基因組分析工具的步伐。基于 CPU 的分析管道通常需要數周或數月的時間收集結果，而基于 GPU 的管道可以在 22 分鐘內分析 30 倍全人類基因組，在 4 分鐘內分析全人類外顯子。

這些快速的周轉時間對于跟上下一代測序（ NGS ）基因組儀器的輸出是必要的。這對于大規模人口、癌癥中心、 ph ARM 藥物開發和基因組研究項目來說是必不可少的，因為這些項目需要出版物的快速結果。

NVIDIA Clara Parabricks v3 . 6 包含：

新 GPU – 加速變體調用者
一個易于使用的基于投票的 VCF 合并工具（ VBVM ）
數據庫注釋工具（ VCFANNO ）
通過等位基因頻率快速過濾 VCF 的新工具（ FrequencyFilter ）
用于體細胞和種系管道的 VCF 質量控制工具（ VCFQC 和 VCFQCbyBAM ）。

圖 1 ：與 GPU – 加速 GPU Clara Clara 相比，基于開源 Parabricks 的體細胞變體調用工具的分析運行時。相對于社區版本， NVIDIA Clara Parabricks 使 LoFreq 加速 6 倍， SomaticSniper 加速 16 倍， Mutect2 加速 42 倍。這些基準測試是在 4x V100s 上設置的 SEQC-II 基準測試的 50 倍 WGS 匹配腫瘤正常數據上運行的。

加速 LoFreq 和其他軀體來電者

隨著 LoFreq 與 Strelka2 、 Mutect2 和 SomaticSniper 一起加入， Clara Parabricks 現在包括 4 個癌癥工作流程的軀體細胞呼叫者。 LoFreq 是一個快速而敏感的變量調用程序，用于從 NGS 數據推斷 SNV 和 INDEL 。它可以自動適應覆蓋率和測序質量的變化，并可應用于體細胞、病毒/準種、宏基因組和細菌數據集。

Clara Parabricks 中的 Lofreq 體細胞調用程序比其本地實例快 10 倍，非常適合調用低頻突變。使用基本調用質量和 NGS 數據中固有的其他錯誤源， Lofreq 提高了調用低于 10% 等位基因頻率閾值的體細胞突變的準確性。

在 v3 . 6 中，經過加速的 LoFreq 僅支持 SNV 調用，而 Indel 調用將在后續版本中提供。
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圖 2 ：開源 DeepVariant （藍色）和 GPU – 加速 NVIDIA Clara Parabricks （綠色）的運行時。 30 倍 Illumina 短讀數據的運行時位于左側； PacBio 35X 長讀取數據的運行時位于右側。 NVIDIA Clara Parabricks “ DeepVariant 比開源版本快 10-15 倍（藍色的“ DeepVariant ”條與綠色的“ DeepVariant ”條相比）。

使用新的加速工具從數月到數小時

NVIDIA Clara Parabricks v3 . 6 還包括一個 bam2fastq 工具，添加了 smoove 變體調用程序，支持從頭突變，以及用于 VCF 處理的新工具（例如注釋、篩選和合并）。對 30 倍人類基因組的標準 WGS 分析在DGX A100上完成，耗時 22 分鐘，比同一服務器上基于 CPU 的工作流快 80 多倍。通過這種加速，耗時數月的項目現在可以在數小時內完成。

Bam2Fastq 是 GATK Sam2fastq 的加速版本。它將 BAM 或 CRAM 文件轉換為 FASTQ 。這對于需要將樣本重新對齊到新引用，但刪除原始 FASTQ 以節省存儲空間的場景非常有用。現在，它們可以從 BAM 中重新生成，并比以前更快地與新引用對齊

在比較后代與其父母的序列數據時，檢測生殖系基因組中發生的從頭變異（ DNV ）（也稱為三重分析）對于疾病相關變異的研究以及建立世代突變率的基線至關重要。

Parabricks Clara Clara v3 . 6 中包含了一個基于 GPU 的調用 DNV 的工作流，該工作流利用了谷歌的 DeepVariant ，它已經在 trio 分析和其他譜系測序項目中進行了測試。
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對于結構變體調用， NVIDIA Clara Parabricks 已經包括 Manta ，現在添加了 smoove 。 Smoove 簡化并加快了短讀結構變體的調用和基因分型。它還通過去除指示低電平噪聲的對準信號來提高特異性，并且常常導致虛假呼叫。
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*圖 3 : GPU – NVIDIA Clara Parabricks v3 . 6 中的加速基因組學分析工具。*

NVIDIA Clara Parabricks v3 . 6 還關注了變異調用后基因組管道的步驟。 BamBasedVCFQC 是一個 NVIDIA 生成的工具，通過使用原始 BAM 的 SamTools mPileUp 結果來幫助 QC VCF 輸出。 Vcfanno 允許用戶使用第三方數據源（如 dbSNP ）注釋 VCF 輸出，向 VCF 添加等位基因頻率。

FrequencyFiltering 允許根據包含等位基因頻率和讀取計數信息的數字字段過濾 VCF 中的變量。最后，基于投票的體細胞呼叫者合并（ vbvm ）用于合并兩個或多個 VCF 文件，然后基于簡單的基于投票的機制過濾變體，其中變體可以基于已識別特定變體的體細胞呼叫者的數量進行過濾。