Esta habilidade deve ser usada ao trabalhar com LaminDB, um framework de dados de código aberto para biologia que torna dados consultáveis, rastreáveis, reproduzíveis e FAIR. Use ao gerenciar datasets biológicos (scRNA-seq, espacial, citometria de fluxo, etc.), rastrear workflows computacionais, curar e validar dados com ontologias biológicas, construir data lakehouses, ou garantir linhagem de dados e reprodutibilidade em pesquisa biológica. Aborda gerenciamento de dados, anotação, ontologias...
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name: lamindb
description: Esta habilidade deve ser usada ao trabalhar com LaminDB, um framework de dados de código aberto para biologia que torna dados consultáveis, rastreáveis, reproduzíveis e FAIR. Use ao gerenciar datasets biológicos (scRNA-seq, espacial, citometria de fluxo, etc.), rastrear workflows computacionais, curar e validar dados com ontologias biológicas, construir data lakehouses, ou garantir linhagem de dados e reprodutibilidade em pesquisa biológica. Aborda gerenciamento de dados, anotação, ontologias (genes, tipos de célula, doenças, tecidos), validação de esquema, integrações com orquestradores de workflow (Nextflow, Snakemake) e plataformas MLOps (W&B, MLflow), e estratégias de deployment.
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# LaminDB
## Visão Geral
LaminDB é um framework de dados de código aberto para biologia projetado para tornar dados consultáveis, rastreáveis, reproduzíveis e FAIR (Encontráveis, Acessíveis, Interoperáveis, Reutilizáveis). Fornece uma plataforma unificada que combina arquitetura lakehouse, rastreamento de linhagem, feature stores, ontologias biológicas, capacidades LIMS (Laboratory Information Management System) e ELN (Electronic Lab Notebook) através de uma única API Python.
**Proposta de Valor Principal:**
- **Consultabilidade**: Pesquisar e filtrar datasets por metadados, features e termos de ontologia
- **Rastreabilidade**: Rastreamento automático de linhagem de dados brutos até análise e resultados
- **Reprodutibilidade**: Controle de versão para dados, código e ambiente
- **Conformidade FAIR**: Anotações padronizadas usando ontologias biológicas
## Quando Usar Esta Habilidade
Use esta habilidade quando:
- **Gerenciar datasets biológicos**: scRNA-seq, bulk RNA-seq, transcriptômica espacial, citometria de fluxo, dados multimodais, dados de prontuário eletrônico
- **Rastrear workflows computacionais**: Notebooks, scripts, execução de pipeline (Nextflow, Snakemake, Redun)
- **Curar e validar dados**: Validação de esquema, padronização, anotação baseada em ontologia
- **Trabalhar com ontologias biológicas**: Genes, proteínas, tipos de célula, tecidos, doenças, pathways (via Bionty)
- **Construir data lakehouses**: Interface de consulta unificada em múltiplos datasets
- **Garantir reprodutibilidade**: Versionamento automático, rastreamento de linhagem, captura de ambiente
- **Integrar pipelines ML**: Conectar com Weights & Biases, MLflow, HuggingFace, scVI-tools
- **Fazer deploy de infraestrutura de dados**: Configurar sistemas de gerenciamento de dados locais ou baseados em nuvem
- **Colaborar em datasets**: Compartilhar dados curados e anotados com metadados padronizados
## Capacidades Principais
LaminDB oferece seis áreas de capacidade interconectadas, cada uma documentada em detalhes na pasta references.
### 1. Conceitos Centrais e Linhagem de Dados
**Entidades principais:**
- **Artifacts**: Datasets versionados (DataFrame, AnnData, Parquet, Zarr, etc.)
- **Records**: Entidades experimentais (amostras, perturbações, instrumentos)
- **Runs & Transforms**: Rastreamento de linhagem computacional (qual código produziu quais dados)
- **Features**: Campos de metadados tipados para anotação e consulta
**Workflows principais:**
- Criar e versionar artifacts de arquivos ou objetos Python
- Rastrear execução de notebook/script com `ln.track()` e `ln.finish()`
- Anotar artifacts com features tipadas
- Visualizar gráficos de linhagem de dados com `artifact.view_lineage()`
- Consultar por proveniência (encontrar todos os outputs de código/inputs específicos)
**Referência:** `references/core-concepts.md` - Leia para informações detalhadas sobre artifacts, records, runs, transforms, features, versionamento e rastreamento de linhagem.
### 2. Gerenciamento de Dados e Consultas
**Capacidades de consulta:**
- Exploração e lookup de registry com auto-complete
- Recuperação de registro único com `get()`, `one()`, `one_or_none()`
- Filtragem com operadores de comparação (`__gt`, `__lte`, `__contains`, `__startswith`)
- Consultas baseadas em features (consultar por metadados anotados)
- Traversal entre registries com sintaxe de duplo underscore
- Busca de texto completo em registries
- Consultas lógicas avançadas com objetos Q (AND, OR, NOT)
- Streaming de datasets grandes sem carregar em memória
**Workflows principais:**
- Navegar artifacts com filtros e ordenação
- Consultar por features, data de criação, criador, tamanho, etc.
- Fazer streaming de arquivos grandes em chunks ou com slicing de array
- Organizar dados com chaves hierárquicas
- Agrupar artifacts em collections
**Referência:** `references/data-management.md` - Leia para padrões de consulta abrangentes, exemplos de filtragem, estratégias de streaming e melhores práticas de organização de dados.
### 3. Anotação e Validação
**Processo de curação:**
1. **Validação**: Confirmar que datasets correspondem aos esquemas desejados
2. **Padronização**: Corrigir typos, mapear sinônimos para termos canônicos
3. **Anotação**: Vincular datasets a entidades de metadados para consultabilidade
**Tipos de esquema:**
- **Esquemas flexíveis**: Validar apenas colunas conhecidas, permitir metadados adicionais
- **Esquemas minimamente necessários**: Especificar colunas essenciais, permitir extras
- **Esquemas rígidos**: Controle completo sobre estrutura e valores
**Tipos de dados suportados:**
- DataFrames (Parquet, CSV)
- AnnData (genômica de célula única)
- MuData (multimodal)
- SpatialData (transcriptômica espacial)
- TileDB-SOMA (arrays escaláveis)
**Workflows principais:**
- Definir features e esquemas para validação de dados
- Usar `DataFrameCurator` ou `AnnDataCurator` para validação
- Padronizar valores com `.cat.standardize()`
- Mapear para ontologias com `.cat.add_ontology()`
- Salvar artifacts curados com vinculação de esquema
- Consultar datasets validados por features
**Referência:** `references/annotation-validation.md` - Leia para workflows de curação detalhados, padrões de design de esquema, tratamento de erros de validação e melhores práticas.
### 4. Ontologias Biológicas
**Ontologias disponíveis (via Bionty):**
- Genes (Ensembl), Proteínas (UniProt)
- Tipos de célula (CL), Linhagens celulares (CLO)
- Tecidos (Uberon), Doenças (Mondo, DOID)
- Fenótipos (HPO), Pathways (GO)
- Fatores experimentais (EFO), Estágios de desenvolvimento
- Organismos (NCBItaxon), Drogas (DrugBank)
**Workflows principais:**
- Importar ontologias públicas com `bt.CellType.import_source()`
- Pesquisar ontologias com correspondência de palavra-chave ou exata
- Padronizar termos usando mapeamento de sinônimos
- Explorar relacionamentos hierárquicos (pais, filhos, ancestrais)
- Validar dados contra termos de ontologia
- Anotar datasets com registros de ontologia
- Criar termos e hierarquias customizadas
- Tratar contextos multiorganismo (humano, camundongo, etc.)
**Referência:** `references/ontologies.md` - Leia para operações abrangentes de ontologia, estratégias de padronização, navegação de hierarquia e workflows de anotação.
### 5. Integrações
**Orquestradores de workflow:**
- Nextflow: Rastrear processos e outputs de pipeline
- Snakemake: Integrar em regras de Snakemake
- Redun: Combinar com rastreamento de tarefas de Redun
**Plataformas MLOps:**
- Weights & Biases: Vincular experimentos com artifacts de dados
- MLflow: Rastrear modelos e experimentos
- HuggingFace: Rastrear fine-tuning de modelos
- scVI-tools: Workflows de análise de célula única
**Sistemas de armazenamento:**
- Sistema de arquivos local, AWS S3, Google Cloud Storage
- Compatível com S3 (MinIO, Cloudflare R2)
- Endpoints HTTP/HTTPS (somente leitura)
- Datasets HuggingFace
**Array stores:**
- TileDB-SOMA (com suporte cellxgene)
- DuckDB para consultas SQL em arquivos Parquet
**Visualização:**
- Vitessce para visualização interativa espacial/célula única
**Controle de versão:**
- Integração Git para rastreamento de código-fonte
**Referência:** `references/integrations.md` - Leia para padrões de integração, exemplos de código e troubleshooting para sistemas de terceiros.
### 6. Configuração e Deployment
**Instalação:**
- Básico: `uv pip install lamindb`
- Com extras: `uv pip install 'lamindb[gcp,zarr,fcs]'`
- Módulos: bionty, wetlab, clinical
**Tipos de instância:**
- SQLite local (desenvolvimento)
- Cloud storage + SQLite (pequenas equipes)
- Cloud storage + PostgreSQL (produção)
**Opções de armazenamento:**
- Sistema de arquivos local
- AWS S3 com regiões e permissões configuráveis
- Google Cloud Storage
- Endpoints compatíveis com S3 (MinIO, Cloudflare R2)
**Configuração:**
- Gerenciamento de cache para arquivos em nuvem
- Configurações de sistema multiusuário
- Sincronização de repositório Git
- Variáveis de ambiente
**Padrões de deployment:**
- Migração dev local → produção em nuvem
- Deployments multi-região
- Armazenamento compartilhado com instâncias pessoais
**Referência:** `references/setup-deployment.md` - Leia para instalação detalhada, configuração, setup de armazenamento, gerenciamento de banco de dados, melhores práticas de segurança e troubleshooting.
## Workflows de Casos de Uso Comuns
### Caso de Uso 1: Análise de RNA-seq de Célula Única com Validação de Ontologia
```python
import lamindb as ln
import bionty as bt
import anndata as ad
# Iniciar rastreamento
ln.track(params={"analysis": "scRNA-seq QC and annotation"})
# Importar ontologia de tipo de célula
bt.CellType.import_source()
# Carregar dados
adata = ad.read_h5ad("raw_counts.h5ad")
# Validar e padronizar tipos de célula
adata.obs["cell_type"] = bt.CellType.standardize(adata.obs["cell_type"])
# Curar com esquema
curator = ln.curators.AnnDataCurator(adata, schema)
curator.validate()
artifact = curator.save_artifact(key="scrna/validated.h5ad")
# Vincular anotações de ontologia
cell_types = bt.CellType.from_values(adata.obs.cell_type)
artifact.feature_sets.add_ontology(cell_types)
ln.finish()
```
### Caso de Uso 2: Construindo um Data Lakehouse Consultável
```python
import lamindb as ln
# Registrar múltiplos experimentos
for i, file in enumerate(data_files):
artifact = ln.Artifact.from_anndata(
ad.read_h5ad(file),
key=f"scrna/batch_{i}.h5ad",
description=f"scRNA-seq batch {i}"
).save()
# Anotar com features
artifact.features.add_values({
"batch": i,
"tissue": tissues[i],
"condition": conditions[i]
})
# Consultar em todos os experimentos
immune_datasets = ln.Artifact.filter(
key__startswith="scrna/",
tissue="PBMC",
condition="treated"
).to_dataframe()
# Carregar datasets específicos
for artifact in immune_datasets:
adata = artifact.load()
# Analisar
```
### Caso de Uso 3: Pipeline ML com Integração W&B
```python
import lamindb as ln
import wandb
# Inicializar ambos os sistemas
wandb.init(project="drug-response", name="exp-42")
ln.track(params={"model": "random_forest", "n_estimators": 100})
# Carregar dados de treinamento do LaminDB
train_artifact = ln.Artifact.get(key="datasets/train.parquet")
train_data = train_artifact.load()
# Treinar modelo
model = train_model(train_data)
# Fazer log em W&B
wandb.log({"accuracy": 0.95})
# Salvar modelo no LaminDB com vinculação a W&B
import joblib
joblib.dump(model, "model.pkl")
model_artifact = ln.Artifact("model.pkl", key="models/exp-42.pkl").save()
model_artifact.features.add_values({"wandb_run_id": wandb.run.id})
ln.finish()
wandb.finish()
```
### Caso de Uso 4: Integração com Pipeline Nextflow
```python
# Em script de processo Nextflow
import lamindb as ln
ln.track()
# Carregar artifact de entrada
input_artifact = ln.Artifact.get(key="raw/batch_${batch_id}.fastq.gz")
input_path = input_artifact.cache()
# Processar (alinhamento, quantificação, etc.)
# ... lógica de processo Nextflow ...
# Salvar output
output_artifact = ln.Artifact(
"counts.csv",
key="processed/batch_${batch_id}_counts.csv"
).save()
ln.finish()
```
## Checklist de Começando
Para começar a usar LaminDB efetivamente:
1. **Instalação & Configuração** (`references/setup-deployment.md`)
- Instalar LaminDB e extras necessários
- Autenticar com `lamin login`
- Inicializar instância com `lamin init --storage ...`
2. **Aprender Conceitos Centrais** (`references/core-concepts.md`)
- Entender Artifacts, Records, Runs, Transforms
- Praticar criação e recuperação de artifacts
- Implementar `ln.track()` e `ln.finish()` em workflows
3. **Dominar Consultas** (`references/data-management.md`)
- Praticar filtragem e pesquisa de registries
- Aprender consultas baseadas em features
- Experimentar streaming de arquivos grandes
4. **Configurar Validação** (`references/annotation-validation.md`)
- Definir features relevantes ao domínio de pesquisa
- Criar esquemas para tipos de dados
- Praticar workflows de curação
5. **Integrar Ontologias** (`references/ontologies.md`)
- Importar ontologias biológicas relevantes (genes, tipos de célula, etc.)
- Validar anotações existentes
- Padronizar metadados com termos de ontologia
6. **Conectar Ferramentas** (`references/integrations.md`)
- Integrar com orquestradores de workflow existentes
- Vincular plataformas ML para rastreamento de experimentos
- Configurar armazenamento em nuvem e compute
## Princípios Principais
Siga esses princípios ao trabalhar com LaminDB:
1. **Rastreie tudo**: Use `ln.track()` no início de toda análise para captura automática de linhagem
2. **Valide cedo**: Defina esquemas e valide dados antes de análise extensa
3. **Use ontologias**: Aproveite ontologias biológicas públicas para anotações padronizadas
4. **Organize com chaves**: Estruture chaves de artifact hierarquicamente (ex: `project/experiment/batch/file.h5ad`)
5. **Consulte metadados primeiro**: Filtre e pesquise antes de carregar arquivos grandes
6. **Versione, não duplique**: Use versionamento integrado em vez de criar novas chaves para modificações
7. **Anote com features**: Defina features tipadas para metadados consultáveis
8. **Documente completamente**: Adicione descrições a artifacts, esquemas e transforms
9. **Aproveite a linhagem**: Use `view_lineage()` para entender proveniência de dados
10. **Comece localmente, escale para nuvem**: Desenvolva localmente com SQLite, faça deploy em nuvem com PostgreSQL
## Arquivos de Referência
Esta habilidade inclui documentação de referência abrangente organizada por capacidade:
- **`references/core-concepts.md`** - Artifacts, records, runs, transforms, features, versionamento, linhagem
- **`references/data-management.md`** - Consultas, filtragem, pesquisa, streaming, organização de dados
- **`references/annotation-validation.md`** - Design de esquema, workflows de curação, estratégias de validação
- **`references/ontologies.md`** - Gerenciamento de ontologia biológica, padronização, hierarquias
- **`references/integrations.md`** - Orquestradores de workflow, plataformas MLOps, sistemas de armazenamento, ferramentas
- **`references/setup-deployment.md`** - Instalação, configuração, deployment, troubleshooting
Leia o(s) arquivo(s) de referência relevante(s) baseado na capacidade específica de LaminDB necessária para a tarefa em mãos.
## Recursos Adicionais
- **Documentação Oficial**: https://docs.lamin.ai
- **Referência de API**: https://docs.lamin.ai/api
- **Repositório GitHub**: https://github.com/laminlabs/lamindb
- **Tutorial**: https://docs.lamin.ai/tutorial
- **FAQ**: https://docs.lamin.ai/faq