Bachelor's Thesis

Expert system for classifying pathogenic and benign variants depending on different variant calling tools in patients with cardiogenetic disease

Final Thesis 9.31 MB Appendix 14.22 MB

Author of thesis: Hana Ludvíková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. et Ing. Jana Schwarzerová, MSc

Reviewer: prof. Ing. Valentýna Provazník, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on the classification of genetic variants according to ACMG/AMP recommendations. Genetic variant interpretation represents an important part of molecular genetic diagnostics and plays a key role in assessing the clinical significance of identified variants. Due to the growing amount of sequencing data, there is an increasing need for efficient and standardized approaches to variant classification. The thesis is focused on the design and implementation of a software tool for automated evaluation of selected ACMG criteria and subsequent classification of genetic variants. The implementation includes processing of annotated variants and integration of external databases for automated evaluation of ACMG criteria. The software was evaluated using data from a Slovak cardiomyopathy cohort published by Nagyova et al. and datasets obtained from the University Hospital Ostrava. The impact of different variant calling tools on the resulting variant classification was also assessed. The obtained classifications were subsequently compared with the InterVar tool and the ClinVar database. The achieved results are summarized and discussed.

Keywords:

genetic variants, ACMG, variant classification, clinical bioinformatics, genetic variant interpretation, ClinVar, InterVar

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka prezentovala výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Ing. Šabatová položila otázku zda databáze slouží pro uživatele bez znalostí bioinformatiky. Jak vypadá Excel soubor propojený s databází a jaký je důvod převedení dat do tohoto prostředí. Kolik je celkem zavedených pravidel v AMP systému. Ing. Smíšek položil otázku na data, která uvidí lékaři při práci s Excel tabulkou. Studentka obhájila bakalářskou práci a odpověděla na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (BPC-BTB)

Composition of Committee

doc. Ing. Martin Rožánek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jana Kolářová, Ph.D. (místopředseda)
MUDr. Zuzana Nováková, Ph.D. (člen)
Ing. Kateřina Šabatová (člen)
Ing. Radovan Smíšek, Ph.D. (člen)
Ing. Vratislav Harabiš, Ph.D. (člen)

Předložená bakalářská práce Hany Ludvíkové se zabývá návrhem a implementací expertního systému pro klasifikaci patogenních a benigních genetických variant u pacientů s kardiogenetickými onemocněními. Jedná se o velmi aktuální a odborně významné téma, neboť interpretace genetických variant představuje jeden z nejdůležitějších kroků moderní molekulárně genetické diagnostiky a současně oblast, ve které existuje značný prostor pro automatizaci a standardizaci rozhodovacích procesů.
V teoretické části studentka zpracovala rozsáhlý přehled problematiky genetických variant, principů jejich klasifikace, relevantních databází, kardiogenetických onemocnění, bioinformatických metod i expertních systémů. Oceňuji šíři záběru a množství nastudovaných zdrojů. Nicméně, text je místy značně informačně hutný a pro čtenáře méně přehledný, přičemž větší důraz na provázání jednotlivých témat s vlastní implementací by celkové srozumitelnosti práce prospěl. Praktická část představuje hlavní přínos práce. Studentka aplikovala několik variant calling nástrojů na reálná sekvenační data, analyzovala jejich výstupy a porovnala rozdíly v detekovaných variantách. Pozitivně hodnotím využití reálných klinických dat, díky kterým práce získává jasný aplikační rozměr. Zvláště oceňuji rozsah odvedené práce při zpracování dat, integraci informací z více zdrojů a implementaci vlastního softwarového řešení. Studentka během řešení aktivně konzultovala jednotlivé kroky s technickými pracovníky a molekulárními genetiky z klinické praxe, což významně přispělo k praktické využitelnosti a odborné relevanci výsledného nástroje.
Nejvýznamnějším výsledkem práce je návrh a realizace expertního systému umožňujícího automatizované vyhodnocování vybraných ACMG kriterií. Studentka vytvořila funkční nástroj schopný pracovat s anotovanými variantami, využívat informace z externích databází a generovat přehledné výstupy obsahující výslednou klasifikaci včetně zdůvodnění použitých kritérií. Výsledný systém představuje hodnotný základ pro další rozvoj a má potenciál usnadnit a zpřehlednit rutinní hodnocení genetických variant v prostředí molekulárně genetické diagnostiky.
Po formální stránce je práce zpracována na velmi dobré úrovni. Text je logicky členěn, výsledky jsou vhodně doplněny tabulkami a obrázky a celková úroveň zpracování odpovídá požadavkům kladeným na bakalářskou práci. Za drobný formální nedostatek považuji také malé písmo v některých obrázcích a jejich popiscích, které snižuje čitelnost prezentovaných výsledků. Přes uvedené připomínky je z práce patrné značné množství odvedené práce, samostatnost studentky i její schopnost řešit komplexní odborný problém. Zadání práce považuji za splněné a práci doporučuji k obhajobě. Hodnotím ji známkou A – výborně, 91 bodů. Points proposed by supervisor: 91

Grade proposed by supervisor: A

Předložená bakalářská práce Hany Ludvíkové se zabývá návrhem a implementací expertního systému pro klasifikaci patogenních a benigních genetických variant u pacientů s kardiogenetickým onemocněním. Téma práce považuji za velmi aktuální a odborně relevantní, protože interpretace genetických variant představuje jeden z klíčových kroků molekulárně genetické diagnostiky.
Studentka v teoretické části práce zpracovala poměrně široký přehled problematiky genetických variant, jejich klasifikace, využívaných databází, kardiogenetických onemocnění, expertních systémů a bioinformatického zpracování sekvenačních dat. Oceňuji, že práce nezůstává pouze u obecného popisu genetických variant, ale zasazuje jejich interpretaci do kontextu klinické bioinformatiky.
V praktické části studentka aplikovala tři různé variant calling nástroje na reálná panelová data, porovnala jejich výstupy z hlediska počtu a typu detekovaných variant a zaměřila se na shody a rozdíly mezi nástroji. Pozitivně hodnotím využití dat slovenské kohorty pacientů s kardiomyopatiemi a dat z Fakultní nemocnice Ostrava, protože práce tím získává reálný aplikační kontext.
Za velmi přínosnou považuji vlastní implementaci systému pro klasifikaci genetických variant. Studentka navrhla řešení umožňující automatizované vyhodnocení vybraných ACMG kritérií, zpracování anotovaných variant, využití externích databází a vytvoření výsledného výstupu s klasifikací, aplikovanými kritérii a komentáři vysvětlujícími důvody klasifikace. 
K práci mám nicméně i několik výhrad. Některé části teoretické rešerše jsou poměrně široké a místy by jim prospělo stručnější zpracování s větším důrazem na témata přímo navazující na praktickou implementaci. V praktické části by bylo vhodné detailněji diskutovat limity automatického přiřazování kritérií, která nelze spolehlivě hodnotit bez klinických, segregačních nebo funkčních dat.
Po formální stránce je práce zpracována přehledně. Text je logicky členěn, obsahuje řadu obrázků, tabulek a výstupů dokumentujících jednotlivé kroky analýzy. Místy se v textu objevují drobné stylistické nebo formulační nepřesnosti.
Celkově se jedná o kvalitní a nadstandardně prakticky orientovanou bakalářskou práci na pomezí klinické bioinformatiky, molekulární genetiky a softwarové implementace. Zadání práce považuji za splněné a celkově hodnotím práci stupněm A (94 bodů). Points proposed by reviewer: 94

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová