Show HN: I made an open-source Rust program for memory-efficient genomics
3 months ago
- #Rust
- #bioinformatics
- #genomics
- Rosalind是一个基于Rust的基因组比对引擎，支持流式变异检测和定制生物信息学分析。
- 专为低内存环境设计（<100MB内存），适用于医院工作站、诊所笔记本、野外设备及教学场景。
- 实现O(��t)工作内存、确定性重放和即插即用的新流程扩展能力。
- 核心解决问题：传统工具需>50GB内存，导致许多场景无法使用。
- 解决方案：将工作负载拆分为��t区块，复用滚动边界并评估高度压缩树。
- 特性包括O(��t)工作内存、端到端确定性、全历史等价性及流式SAM/BAM/VCF输出。
- 应用场景：笔记本临床基因组学、边缘设备疫情监控、群体规模研究、教育及定制分析。
- 技术细节：空间约束、确定性重放、可组合设计、防护机制、分区不变性和全历史等价性。
- 性能：工作集��(α+β)·��t+γ，全基因组运行仅需30–80MB内存。
- 与传统工具对比：Rosalind内存<100MB、具备确定性、分区不变性且支持流式处理。
- 功能：FM-index比对、流式变异检测、标准合规输出及Python生态插件。
- 实现技术：滚动边界、区块分解、高度压缩树、流式账本和工作区池化。
- 执行流程：测序读取→区块比对→滚动边界更新→树合并→流式输出。
- 目录结构：src/framework/、src/genomics/、src/plugin/、src/python_bindings/、examples/、scripts/、tests/。
- 安装要求：Rust 1.72+、Python 3.9+及原生压缩头文件。
- 使用方式：命令行接口、Rust API、Python绑定和插件系统。
- 示例数据：包含小型FASTA/FASTQ片段和比对输入文件。
- 嵌入式集成：通过Rust API实现读取比对和变异检测。
- CLI用法：比对FASTQ读取、输出SAM/BAM/VCF及调用变异。
- Python绑定：通过maturin安装，使用PyGenomicEngine进行探索性分析。
- 测试验证：检查O(��t)内存约束、运行基准测试并确保确定性。
- 功能扩展：添加Rust插件、CLI扩展、Python编排及样本数据集。
- 故障排除：常见问题解决方案。
- 贡献指南：提交PR的规范要求。
- 许可证：Apache-2.0与MIT双重许可。