Communitygithub.com

tiledbvcf

Armazenamento e recuperação eficientes de dados de variantes genômicas usando TileDB. Ingestão escalável de VCF/BCF, adição incremental de amostras, armazenamento compactado, consultas paralelas e capacidades de exportação para genômica populacional.

O que é tiledbvcf?

A habilidade TileDB-VCF fornece uma interface de alto desempenho para armazenamento e consulta eficiente de dados de variantes genômicas no formato VCF/BCF, sendo construída sobre a tecnologia de arrays esparsos do TileDB. Ela permite a ingestão escalável de arquivos VCF/BCF, a adição incremental de novas amostras sem a necessidade de operações de mesclagem caras, e a realização de consultas paralelas eficientes em dados armazenados localmente ou na nuvem (S3, Azure, GCS). Esta skill é ideal para prototipagem de análises genômicas, construção de bancos de dados de variantes para estudos de coorte e pipelines que exigem consultas rápidas em regiões genômicas específicas em muitas amostras. Além disso, oferece suporte a exportação de dados para formatos como VCF e TSV, e pode ser usada tanto em projetos educacionais quanto em ambientes de produção, com capacidades de configuração avançada para otimização de memória e compressão.

Funciona com~Claude Code~Codex CLI~Cursor
npx skills add https://github.com/K-Dense-AI/scientific-agent-skills/tree/main/skills/tiledbvcf

Perguntar na sua IA favorita

Abre um novo chat com esta habilidade de agente já pré-carregada.

Documentação

TileDB-VCF

Visão Geral

O TileDB-VCF é uma biblioteca C++ de alto desempenho com interfaces Python e CLI para armazenamento e recuperação eficientes de dados de chamadas de variantes genômicas. Construído sobre a tecnologia de arrays esparsos do TileDB, ele permite a ingestão escalável de arquivos VCF/BCF, adição incremental de amostras sem operações de mesclagem caras e consultas paralelas eficientes de dados de variantes armazenados localmente ou na nuvem.

Quando Usar Esta Habilidade

Esta habilidade deve ser usada quando:

  • Aprendendo conceitos e fluxos de trabalho do TileDB-VCF
  • Prototipando análises e pipelines genômicos
  • Trabalhando com conjuntos de dados de pequeno a médio porte (< 1000 amostras)
  • Precisando adicionar novas amostras incrementalmente a conjuntos de dados existentes
  • Exigindo consultas eficientes de regiões genômicas específicas em muitas amostras
  • Trabalhando com dados de variantes armazenados em nuvem (S3, Azure, GCS)
  • Precisando exportar subconjuntos de grandes conjuntos de dados VCF
  • Construindo bancos de dados de variantes para estudos de coorte
  • Projetos educacionais e desenvolvimento de métodos
  • O desempenho é crítico para operações com dados de variantes

Início Rápido

Instalação

Método Preferido: Conda/Mamba

# Insira as duas linhas a seguir se estiver em um Mac M1
CONDA_SUBDIR=osx-64
conda config --env --set subdir osx-64

# Crie o ambiente conda
conda create -n tiledb-vcf "python<3.10"
conda activate tiledb-vcf

# Mamba é uma alternativa mais rápida e confiável ao conda
conda install -c conda-forge mamba

# Instale TileDB-Py e TileDB-VCF, alinhados com outras bibliotecas úteis
mamba install -y -c conda-forge -c bioconda -c tiledb tiledb-py tiledbvcf-py pandas pyarrow numpy

Alternativa: Imagens Docker

docker pull tiledb/tiledbvcf-py     # Interface Python
docker pull tiledb/tiledbvcf-cli    # Interface de linha de comando

Exemplos Básicos

Criar e popular um conjunto de dados:

import tiledbvcf

# Crie um novo conjunto de dados
ds = tiledbvcf.Dataset(uri="my_dataset", mode="w",
                      cfg=tiledbvcf.ReadConfig(memory_budget=1024))

# Ingerir arquivos VCF (devem ser de amostra única com índices)
# Requisitos:
# - VCFs devem ser de amostra única (não multi-amostra)
# - Devem ter índices: .csi (bcftools) ou .tbi (tabix)
ds.ingest_samples(["sample1.vcf.gz", "sample2.vcf.gz"])

Consultar dados de variantes:

# Abrir conjunto de dados existente para leitura
ds = tiledbvcf.Dataset(uri="my_dataset", mode="r")

# Consultar regiões e amostras específicas
df = ds.read(
    attrs=["sample_name", "pos_start", "pos_end", "alleles", "fmt_GT"],
    regions=["chr1:1000000-2000000", "chr2:500000-1500000"],
    samples=["sample1", "sample2", "sample3"]
)
print(df.head())

Exportar para VCF:

import os

# Exportar duas amostras VCF
ds.export(
    regions=["chr21:8220186-8405573"],
    samples=["HG00101", "HG00097"],
    output_format="v",
    output_dir=os.path.expanduser("~"),
)

Capacidades Principais

1. Criação e Ingestão de Conjuntos de Dados

Crie conjuntos de dados TileDB-VCF e ingira incrementalmente dados de variantes de vários arquivos VCF/BCF. Isso é apropriado para construir bancos de dados de genômica populacional e estudos de coorte.

Requisitos:

  • Apenas VCFs de amostra única: VCFs multi-amostra não são suportados
  • Arquivos de índice necessários: Arquivos VCF/BCF devem ter índices (.csi ou .tbi)

Operações comuns:

  • Criar novos conjuntos de dados com esquemas de array otimizados
  • Ingerir arquivos VCF/BCF únicos ou múltiplos em paralelo
  • Adicionar novas amostras incrementalmente sem reprocessar dados existentes
  • Configurar uso de memória e configurações de compressão
  • Lidar com vários formatos VCF e campos INFO/FORMAT
  • Retomar processos de ingestão interrompidos
  • Validar a integridade dos dados durante a ingestão

2. Consulta e Filtragem Eficientes

Consulte dados de variantes com alto desempenho em regiões genômicas, amostras e atributos de variantes. Isso é apropriado para estudos de associação, descoberta de variantes e análise populacional.

Operações comuns:

  • Consultar regiões genômicas específicas (únicas ou múltiplas)
  • Filtrar por nomes de amostras ou grupos de amostras
  • Extrair atributos específicos de variantes (posição, alelos, genótipos, qualidade)
  • Acessar campos INFO e FORMAT de forma eficiente
  • Combinar filtragem espacial e baseada em atributos
  • Transmitir grandes resultados de consulta
  • Realizar agregações entre amostras ou regiões

3. Exportação e Interoperabilidade de Dados

Exporte dados em vários formatos para análise downstream ou integração com outras ferramentas genômicas. Isso é apropriado para compartilhar conjuntos de dados, criar subconjuntos de análise ou alimentar outros pipelines.

Operações comuns:

  • Exportar para formatos padrão VCF/BCF
  • Gerar arquivos TSV com campos selecionados
  • Criar subconjuntos específicos de amostras/regiões
  • Manter proveniência e metadados dos dados
  • Exportação sem perdas preservando todas as anotações
  • Formatos de saída compactados
  • Exportações em streaming para grandes conjuntos de dados

4. Fluxos de Trabalho em Genômica Populacional

O TileDB-VCF se destaca em análises de genômica populacional em larga escala que exigem acesso eficiente a dados de variantes em muitas amostras e regiões genômicas.

Fluxos de trabalho comuns:

  • Preparação de dados para estudos de associação genômica ampla (GWAS)
  • Testes de carga de variantes raras
  • Análise de estratificação populacional
  • Cálculos de frequência alélica entre populações
  • Controle de qualidade em grandes coortes
  • Anotação e filtragem de variantes
  • Análise comparativa entre populações

Conceitos Chave

Esquema do Array e Modelo de Dados

Modelo de Dados do TileDB-VCF:

  • Variantes armazenadas como arrays esparsos com coordenadas genômicas como dimensões
  • Amostras armazenadas como atributos, permitindo consultas eficientes específicas por amostra
  • Campos INFO e FORMAT preservados com tipos de dados originais
  • Compressão e fragmentação automáticas para armazenamento otimizado

Configuração do Esquema:

# Esquema personalizado com extensões de tile específicas
config = tiledbvcf.ReadConfig(
    memory_budget=2048,  # MB
    region_partition=(0, 3095677412),  # Genoma completo
    sample_partition=(0, 10000)  # Até 10k amostras
)

Sistemas de Coordenadas e Regiões

Crítico: O TileDB-VCF usa coordenadas genômicas baseadas em 1 seguindo o padrão VCF:

  • As posições são baseadas em 1 (a primeira base é a posição 1)
  • Os intervalos são inclusivos em ambas as extremidades
  • A região "chr1:1000-2000" inclui as posições 1000-2000 (1001 bases no total)

Formatos de especificação de região:

# Região única
regions = ["chr1:1000000-2000000"]

# Múltiplas regiões
regions = ["chr1:1000000-2000000", "chr2:500000-1500000"]

# Cromossomo inteiro
regions = ["chr1"]

# Estilo BED (baseado em 0, semi-aberto convertido internamente)
regions = ["chr1:999999-2000000"]  # Equivalente a chr1:1000000-2000000 baseado em 1

Gerenciamento de Memória

Considerações de desempenho:

  1. Defina um orçamento de memória apropriado com base na memória do sistema disponível
  2. Use consultas em streaming para conjuntos de resultados muito grandes
  3. Particione grandes ingestões para evitar esgotamento de memória
  4. Configure o cache de tiles para acesso repetido a regiões
  5. Use ingestão paralela para vários arquivos
  6. Otimize consultas de região combinando regiões próximas

Integração com Armazenamento em Nuvem

O TileDB-VCF funciona perfeitamente com armazenamento em nuvem:

# Conjunto de dados S3
ds = tiledbvcf.Dataset(uri="s3://bucket/dataset", mode="r")

# Azure Blob Storage
ds = tiledbvcf.Dataset(uri="azure://container/dataset", mode="r")

# Google Cloud Storage
ds = tiledbvcf.Dataset(uri="gcs://bucket/dataset", mode="r")

Armadilhas Comuns

  1. Esgotamento de memória durante a ingestão: Use orçamento de memória apropriado e processamento em lote para arquivos VCF grandes
  2. Consultas de região ineficientes: Combine regiões próximas em vez de muitas consultas separadas
  3. Nomes de amostras ausentes: Certifique-se de que os nomes das amostras nos cabeçalhos VCF correspondam às especificações de consulta
  4. Confusão no sistema de coordenadas: Lembre-se de que o TileDB-VCF usa coordenadas baseadas em 1 como o padrão VCF
  5. Conjuntos de resultados grandes: Use streaming ou paginação para consultas que retornam milhões de variantes
  6. Permissões de nuvem: Garanta a autenticação adequada para acesso ao armazenamento em nuvem
  7. Acesso concorrente: Vários escritores no mesmo conjunto de dados podem causar corrupção—use bloqueio apropriado

Uso da CLI

O TileDB-VCF fornece uma interface de linha de comando com os seguintes subcomandos:

Subcomandos Disponíveis:

  • create - Cria um conjunto de dados TileDB-VCF vazio
  • store - Ingere amostras em um conjunto de dados TileDB-VCF
  • export - Exporta dados de um conjunto de dados TileDB-VCF
  • list - Lista todos os nomes de amostras presentes em um conjunto de dados TileDB-VCF
  • stat - Imprime estatísticas de alto nível sobre um conjunto de dados TileDB-VCF
  • utils - Utilitários para trabalhar com um conjunto de dados TileDB-VCF
  • version - Imprime as informações da versão e sai
# Criar conjunto de dados vazio
tiledbvcf create --uri my_dataset

# Ingerir amostras (requer VCFs de amostra única com índices)
tiledbvcf store --uri my_dataset --samples sample1.vcf.gz,sample2.vcf.gz

# Exportar dados
tiledbvcf export --uri my_dataset \
  --regions "chr1:1000000-2000000" \
  --sample-names "sample1,sample2"

# Listar todas as amostras
tiledbvcf list --uri my_dataset

# Mostrar estatísticas do conjunto de dados
tiledbvcf stat --uri my_dataset

Recursos Avançados

Análise de Frequência Alélica

# Calcular frequências alélicas
af_df = tiledbvcf.read_allele_frequency(
    uri="my_dataset",
    regions=["chr1:1000000-2000000"],
    samples=["sample1", "sample2", "sample3"]
)

Controle de Qualidade de Amostras

# Realizar QC de amostras
qc_results = tiledbvcf.sample_qc(
    uri="my_dataset",
    samples=["sample1", "sample2"]
)

Configurações Personalizadas

# Configuração avançada
config = tiledbvcf.ReadConfig(
    memory_budget=4096,
    tiledb_config={
        "sm.tile_cache_size": "1000000000",
        "vfs.s3.region": "us-east-1"
    }
)

Recursos

Obtendo Ajuda

Recursos Open Source do TileDB-VCF

Documentação Open Source:

Recursos do TileDB-Cloud

Para Genômica em Larga Escala/Produção:

Primeiros Passos:

Escalando para o TileDB-Cloud

Quando suas cargas de trabalho genômicas superam o processamento em nó único, o TileDB-Cloud fornece capacidades de nível empresarial para pipelines de genômica de produção.

Nota: Esta seção cobre as capacidades do TileDB-Cloud com base na documentação disponível. Para detalhes completos da API e funcionalidades atuais, consulte a documentação oficial do TileDB-Cloud e a referência da API.

Configurando o TileDB-Cloud

1. Criar Conta e Obter Token de API

# Cadastre-se em https://cloud.tiledb.com
# Gere o token de API nas configurações da sua conta

2. Instalar o Cliente Python do TileDB-Cloud

# Instalação base
uv pip install tiledb-cloud

# Com funcionalidade específica para genômica
uv pip install tiledb-cloud[life-sciences]

3. Configurar Autenticação

# Defina a variável de ambiente com seu token de API
export TILEDB_REST_TOKEN="your_api_token"
import tiledb.cloud

# A autenticação é automática via TILEDB_REST_TOKEN
# Nenhum login explícito necessário no código

Migrando do Open Source para o TileDB-Cloud

Ingestão em Larga Escala

# TileDB-Cloud: Ingestão distribuída de VCF
import tiledb.cloud.vcf

# Use o módulo de ingestão de VCF especializado
# Nota: A API exata requer documentação do TileDB-Cloud
# Isso representa a estrutura de funcionalidades disponíveis
tiledb.cloud.vcf.ingestion.ingest_vcf_dataset(
    source="s3://my-bucket/vcf-files/",
    output="tiledb://my-namespace/large-dataset",
    namespace="my-namespace",
    acn="my-s3-credentials",
    ingest_resources={"cpu": "16", "memory": "64Gi"}
)

Processamento Distribuído de Consultas

# TileDB-Cloud: Consulta de VCF em armazenamento distribuído
import tiledb.cloud.vcf
import tiledbvcf

# Defina o URI do conjunto de dados
dataset_uri = "tiledb://TileDB-Inc/gvcf-1kg-dragen-v376"

# Obtenha todas as amostras do conjunto de dados
ds = tiledbvcf.Dataset(dataset_uri, tiledb_config=cfg)
samples = ds.samples()

# Defina atributos e intervalos para consultar
attrs = ["sample_name", "fmt_GT", "fmt_AD", "fmt_DP"]
regions = ["chr13:32396898-32397044", "chr13:32398162-32400268"]

# Realize a leitura, que é executada de forma distribuída
df = tiledb.cloud.vcf.read(
    dataset_uri=dataset_uri,
    regions=regions,
    samples=samples,
    attrs=attrs,
    namespace="my-namespace",  # especifica qual conta será cobrada
)
df.to_pandas()

Recursos Empresariais

Compartilhamento e Colaboração de Dados

# O TileDB-Cloud fornece capacidades empresariais de compartilhamento de dados
# através de permissões baseadas em namespace e gerenciamento de grupos

# Acesse conjuntos de dados compartilhados via URIs do TileDB-Cloud
dataset_uri = "tiledb://shared-namespace/population-study"

# Colabore através de notebooks e recursos computacionais compartilhados
# (A API específica requer documentação do TileDB-Cloud)

Otimização de Custos

  • Computação Serverless: Pague apenas pelo tempo de computação real
  • Auto-scaling: Escale automaticamente para cima/baixo com base na carga de trabalho
  • Instâncias Spot: Use computação otimizada de custos para trabalhos em lote
  • Tiering de Dados: Gerenciamento automático de armazenamento hot/cold

Segurança e Conformidade

  • Criptografia de Ponta a Ponta: Dados criptografados em trânsito e em repouso
  • Controles de Acesso: Permissões granulares e logs de auditoria
  • Conformidade HIPAA/SOC2: Padrões de segurança empresarial
  • Suporte a VPC: Implante em ambientes de nuvem privada

Lista de Verificação para Migração

✅ Migre para o TileDB-Cloud se você tiver:

  • Conjuntos de dados > 1000 amostras
  • Necessidade de processar > 100GB de dados VCF
  • Exigir computação distribuída
  • Múltiplos membros da equipe precisando de acesso
  • Necessidade de segurança/conformidade empresarial
  • Desejo de computação serverless otimizada de custos
  • Exigir disponibilidade de produção 24/7

Primeiros Passos com o TileDB-Cloud

  1. Comece Gratuito: O TileDB-Cloud oferece nível gratuito para avaliação
  2. Suporte à Migração: A equipe TileDB fornece assistência à migração
  3. Treinamento: Acesso a tutoriais específicos de genômica

Individual skills in this repo

This repo contains 20 individual skills — each has its own dedicated page.

adaptyv

How to use the Adaptyv Bio Foundry API and Python SDK for protein experiment design, submission, and results retrieval. Use this skill whenever the user mentions Adaptyv, Foundry API, protein binding assays, protein screening experiments, BLI/SPR assays, thermostability assays, or wants to submit protein sequences for experimental characterization. Also trigger when code imports `adaptyv`, `adaptyv_sdk`, or `FoundryClient`, or references `foundry-api-public.adaptyvbio.com`.

aeon

This skill should be used for time series machine learning tasks including classification, regression, clustering, forecasting, anomaly detection, segmentation, and similarity search. Use when working with temporal data, sequential patterns, or time-indexed observations requiring specialized algorithms beyond standard ML approaches. Particularly suited for univariate and multivariate time series analysis with scikit-learn compatible APIs.

alphagenome

Look up precomputed AlphaGenome Atlas effects for any GRCh38 single-nucleotide variant (AVI score with Phred and 18 SHAP feature attributions, plus raw and quantile scores for RNA-seq, DNase, ATAC, ChIP-TF, ChIP-histone, CAGE, PRO-cap, splicing, polyadenylation and contact-map tracks), score variants or scan windows on demand with the AlphaGenome model for human and mouse (variant scoring, in silico mutagenesis, REF-versus-ALT track prediction), and build Atlas website deep links. Use when the user mentions AlphaGenome, AlphaGenome Atlas, AVI or AlphaGenome Variant Impact, DeepMind variant effect prediction, or wants to prioritise or mechanistically interpret non-coding, regulatory, splicing, enhancer, promoter, or chromatin-accessibility effects of SNVs from a VCF, credible set, or region. Research use only; not a clinical tool.

analytical-method-validation

Plan, execute, and document validation, verification, and transfer of analytical procedures under the governing framework - ICH Q2(R2) and Q14, USP <1220>/<1225>/<1226>, ICH M10 bioanalytical, CLSI EP, or ISO/IEC 17025. Use for HPLC, LC-MS/MS, GC, CE, ICP-MS, dissolution, qNMR, qPCR, NIR, and ligand binding or cell-based assays whenever the question is whether a procedure is fit for its intended purpose. Triggers include

anndata

Data structure for annotated matrices in single-cell analysis. Use when working with .h5ad files or integrating with the scverse ecosystem. This is the data format skill—for analysis workflows use scanpy; for probabilistic models use scvi-tools; for population-scale queries use cellxgene-census.

arbor

Autonomously improve a real artifact (code, training recipe, agent harness, data pipeline, prompt) against an objective and an evaluator, using Hypothesis Tree Refinement (HTR) from the Arbor paper. Use this whenever someone wants to iteratively optimize something over many experiments without overfitting — e.g.

arboreto

Infer gene regulatory networks (GRNs) from gene expression data using scalable algorithms (GRNBoost2, GENIE3). Use when analyzing transcriptomics data (bulk RNA-seq, single-cell RNA-seq) to identify transcription factor-target gene relationships and regulatory interactions. Supports distributed computation for large-scale datasets.

astropy

Core Python library for astronomy and astrophysics workflows that need Astropy APIs, including units/quantities, coordinates, FITS I/O, tables, time systems, WCS, and cosmology. Use when implementing or debugging astronomical data analysis code with Astropy.

autoskill

Observe the user

benchling-integration

Benchling Python SDK and REST API integration for registry entities, inventory, ELN entries, workflows, Benchling Apps, and Data Warehouse queries. Use when automating lab data with benchling-sdk or the v2 API.

bgpt-paper-search

Search scientific papers and retrieve structured experimental data extracted from full-text studies via the BGPT MCP server. Returns 25+ fields per paper including methods, results, sample sizes, quality scores, and conclusions. Use for literature reviews, evidence synthesis, and finding experimental details not available in abstracts alone.

bids

>

biopython

Comprehensive molecular biology toolkit. Use for sequence manipulation, file parsing (FASTA/GenBank/PDB), phylogenetics, and programmatic NCBI/PubMed access (Bio.Entrez). Best for batch processing, custom bioinformatics pipelines, BLAST automation. For quick lookups use gget; for multi-service integration use bioservices.

bioservices

Unified Python interface to 40+ bioinformatics services. Use when querying multiple databases (UniProt, KEGG, ChEMBL, Reactome) in a single workflow with consistent API. Best for cross-database analysis, ID mapping across services. For quick single-database lookups use gget; for sequence/file manipulation use biopython.

bulk-rnaseq

End-to-end bulk RNA-seq orchestrator — takes raw FASTQ reads through QC and trimming (FastQC, fastp/Trim Galore), alignment and quantification (STAR, Salmon, featureCounts), assembles a gene-level counts matrix, then hands off to differential expression (pydeseq2), pathway/GSEA enrichment (pathway-enrichment), and publication figures (scientific-visualization). Use whenever the user has bulk RNA-seq reads or quant output and wants a complete, reproducible differential-expression workflow — e.g.

cellxgene-census

Query the CZ CELLxGENE Census programmatically for versioned public single-cell and spatial transcriptomics data. Use when you need population-scale cell metadata, gene expression slices, Census summary counts, source H5AD URIs/downloads, embeddings, spatial Census data, or reference atlas comparisons across organisms, tissues, diseases, assays, and cell types. For analyzing your own local single-cell data use scanpy, anndata, or scvi-tools.

cirq

Google quantum computing framework. Use when targeting Google Quantum AI hardware, designing noise-aware circuits, or running quantum characterization experiments. Best for Google hardware, noise modeling, and low-level circuit design. For IBM hardware use qiskit; for quantum ML with autodiff use pennylane; for physics simulations use qutip.

citation-management

Comprehensive citation management for academic research. Search OpenAlex, PubMed, and Google Scholar for papers, extract accurate metadata, validate citations, and generate properly formatted BibTeX entries. This skill should be used when you need to find papers, verify citation information, convert DOIs to BibTeX, or ensure reference accuracy in scientific writing.

clinical-decision-support

Prepare and validate research-only clinical decision-support evaluation, evidence-profile, cohort, survival, biomarker/model, privacy, and governance artifacts. Use for aggregate or synthetic research documentation and traceability—not patient care or live clinical operation.

clinical-reports

Create safety-bounded draft structures and run local deterministic checks for clinical case, diagnostic, trial, safety, and aggregate research reports. Use only with synthetic, de-identified, or aggregate inputs and verified source-fact manifests; every output requires qualified review.

Habilidades Relacionadas