查询 Monarch Initiative 知识图谱中的跨物种疾病-基因-表型关联，整合 OMIM、ORPHANET、HPO 等数据源，适用于罕见病基因发现、表型到基因映射与跨物种疾病建模。

Monarch数据库

概述

Monarch Initiative是一个整合多种生物数据库的跨物种生物医学知识平台。它提供了一个统一的接口，用于查询和探索基因、疾病、表型、基因型-表型关联、通路、解剖学、同源性和比较基因组学数据。

核心能力

1. 跨物种数据整合

Monarch整合了多个生物数据库，包括：

人类：OMIM、Orphanet、ClinVar
小鼠：MGI（Mouse Genome Informatics）
斑马鱼：ZFIN（Zebrafish Information Network）
线虫：WormBase
果蝇：FlyBase
酵母：SGD（Saccharomyces Genome Database）
其他：多个物种和数据库

2. 基因和疾病关联

查询基因与疾病之间的关联，包括：

孟德尔疾病
复杂疾病
药物靶点
基因-疾病证据级别

3. 表型分析

分析表型数据，包括：

表型相似性
基因型-表型关联
跨物种表型比较
表型本体论（HPO、MP、ZP、WBPhenotype等）

4. 比较基因组学

进行跨物种比较，包括：

同源基因
基因家族
进化保守性
物种特异性基因

5. 通路和功能注解

访问通路和功能注解，包括：

基因本体论（GO）
通路数据库（KEGG、Reactome）
蛋白质-蛋白质相互作用
基因调控网络

何时使用此技能

在以下情况下使用此技能：

查询跨物种生物医学数据
研究基因与疾病的关联
分析表型相似性和基因型-表型关联
进行比较基因组学研究
查询基因本体论注解
研究进化保守性
查询通路和功能注解
整合多种生物数据库的数据

API访问

Monarch提供REST API和GraphQL API用于程序化访问。

REST API

基本端点：

https://api.monarchinitiative.org/api

常用端点：

/bioentity/gene/{id} - 获取基因信息
/bioentity/disease/{id} - 获取疾病信息
/bioentity/phenotype/{id} - 获取表型信息
/association/between/{gene_id}/{disease_id} - 获取基因-疾病关联
/homologs/{gene_id} - 获取同源基因
/similarity/phenotype/{phenotype_id} - 获取表型相似性

GraphQL API

GraphQL端点：

https://api.monarchinitiative.org/api/graphql

使用GraphQL进行复杂查询，获取特定数据。

使用示例

查询基因信息

import requests

# 查询基因信息
gene_id = "HGNC:1100"  # BRCA1
url = f"https://api.monarchinitiative.org/api/bioentity/gene/{gene_id}"
response = requests.get(url)
gene_data = response.json()

print(f"基因名称: {gene_data['name']}")
print(f"基因符号: {gene_data['symbol']}")
print(f"描述: {gene_data['description']}")

查询基因-疾病关联

# 查询基因与疾病的关联
gene_id = "HGNC:1100"  # BRCA1
url = f"https://api.monarchinitiative.org/api/association/between/{gene_id}"
response = requests.get(url)
associations = response.json()

for assoc in associations['associations']:
    disease = assoc['object']
    print(f"疾病: {disease['name']} (ID: {disease['id']})")
    print(f"证据: {assoc['evidence']['label']}")

查询同源基因

# 查询同源基因
gene_id = "HGNC:1100"  # BRCA1
url = f"https://api.monarchinitiative.org/api/homologs/{gene_id}"
response = requests.get(url)
homologs = response.json()

for homolog in homologs['homologs']:
    print(f"物种: {homolog['taxon']['label']}")
    print(f"基因符号: {homolog['symbol']}")
    print(f"同源类型: {homolog['homology_type']}")

查询表型相似性

# 查询表型相似性
phenotype_id = "HP:0001250"  # Seizure
url = f"https://api.monarchinitiative.org/api/similarity/phenotype/{phenotype_id}"
response = requests.get(url)
similarities = response.json()

for sim in similarities['matches']:
    print(f"表型: {sim['match']['label']}")
    print(f"相似度: {sim['score']}")

数据模型

Monarch使用标准化的数据模型和本体论：

本体论

基因：NCBI Gene、HGNC
疾病：MONDO、OMIM、Orphanet、DOID
表型：HPO（人类表型本体论）、MP（哺乳动物表型本体论）
解剖学：UBERON（跨物种解剖学本体论）
通路：GO（基因本体论）、KEGG、Reactome

关联类型

基因-疾病：孟德尔、关联、治疗靶点
基因-表型：基因型-表型关联
同源性：直系同源、旁系同源
通路：通路成员、调控

最佳实践

使用标准标识符：使用HGNC、OMIM、HPO等标准标识符
理解本体论：熟悉相关本体论的结构和层次
验证数据：验证查询结果的准确性和完整性
使用API限制：遵守API速率限制和使用政策
缓存结果：缓存常用查询结果以提高性能
处理分页：处理大型结果集的分页
错误处理：实现适当的错误处理和重试逻辑

常见问题

Q: Monarch支持哪些物种？

A: Monarch支持人类、小鼠、斑马鱼、线虫、果蝇、酵母等多个物种。

Q: 如何获取基因-疾病关联？

A: 使用 /association/between/{gene_id} 端点获取基因与疾病的关联。

Q: Monarch的数据来源是什么？

A: Monarch整合了OMIM、Orphanet、MGI、ZFIN、WormBase、FlyBase等多个数据库。

Q: 如何查询表型相似性？

A: 使用 /similarity/phenotype/{phenotype_id} 端点查询表型相似性。

资源

Monarch官方网站：https://monarchinitiative.org
API文档：https://monarchinitiative.org/page/about
GraphQL文档：https://api.monarchinitiative.org/api/graphql
GitHub：https://github.com/monarch-initiative

Monarch数据库