第57回日本人類遺伝学会大会 教育講演「バイオインフォマティクス:データベース統合化によるアプローチ」
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第57回日本人類遺伝学会大会 教育講演「バイオインフォマティクス:データベース統合化によるアプローチ」

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DNAマイクロアレイや新型シーケンサーに代表される大規模解析は、かつては大型プロジェクトに限定されていたが、コストダウンやコモディティの整...

DNAマイクロアレイや新型シーケンサーに代表される大規模解析は、かつては大型プロジェクトに限定されていたが、コストダウンやコモディティの整備がすすみ、一般のウェット系研究室でも実行可能となっている。また我が国ではまだ不十分であるが、今後、解析情報の共有と公開原則の意識が浸透すれば、インターネット上に公開データの蓄積がすすみ、それを活用することにより、解析コストをかけずに大規模データを研究に資することができるようになると考えられる。しかしこうした実験のデータ量は膨大であり、そのデータハンドリングは実験生物学者には困難であることが現状の問題である。

また、論文発表によって公開されたデータがデータベース(以下、DBと略す)として登録されているとはいうものの、どういったものが今利用可能でどう使ったらいいのかよくわからない状態となっている。この状況下で、文部科学省による「統合データベースプロジェクト」が平成18年度から5年間の年限プロジェクトとして立ち上げられ、その中核機関であったライフサイエンス統合データベースセンター(DBCLS:Database Center for Life Science)が中心になって医学生物学研究を支えるDBインフラを整備してきた。平成23年度には科学技術振興機構(JST)にバイオサイエンスデータベースセンター(NBDC)が設置され、現在ではDDBJ(DNA Data Bank of Japan)とも協調してDB統合化が進められている。 中でも、統合DBに関わるコンテンツの作成・整備としてすすめているトップジャーナルに掲載された日本人を著者とする生命科学分野のろんぶんについて著者自身の執筆による日本語のレビューを提供している新着論文レビューや、生命科学分野の有用DBやウェブツールの活用方法を動画で紹介する統合TVはアクセス数も多く、日々利用されている。

本講演では、生命科学分野のDBに対して現状を把握しそれらを自らの研究に活かしていくために、まずこれまでDBCLSが開発し現在はNBDCで維持管理されているDBカタログ、 DB横断検索、DBアーカイブについて紹介する。次に、現在DBCLSで開発がすすめられている大規模データの利用技術から、さまざまな研究のリファレンスとなる遺伝子発現データセットを紹介し、組織特異的な遺伝子発現パターンや塩基配列断片から検索する利用例を示す。最後に、現実的に使う頻度の高い遺伝子発現DB(NCBI GEO)と新型シーケンサーのデータアーカイブ(SRAやDRA)を実験条件などのメタデータから整理し、データを再利用するところからスタートするdata initiatedな研究に関してその実例を紹介する予定である。

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第57回日本人類遺伝学会大会 教育講演「バイオインフォマティクス:データベース統合化によるアプローチ」 第57回日本人類遺伝学会大会 教育講演「バイオインフォマティクス:データベース統合化によるアプローチ」 Presentation Transcript

  • バイオインフォマティクスデータベース統合化によるアプローチ大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構(ROIS) ライフサイエンス統合データベースセンター(DBCLS) 坊農 秀雅 Online supplemental material: http://bit.ly/togodb © ライフサイエンス統合データベースセンター/大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構
  • 日本人類遺伝学会第57回大会 利益相反状態の開示 筆頭演者氏名:坊農秀雅所属:情報・システム研究機構開示すべき利益相反状態はありません。 © ライフサイエンス統合データベースセンター/大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構
  • バイオインフォマティクスとは• 生命現象を「情報」の立場で解明していこうと する研究• バイオテクノロジーと生命の情報処理を意味す るインフォマティクスを連携させた技術• コンピュータを実験デバイスとして使って、生 物学的に有意な結論を引き出そうとする学問‒ 坊農秀雅「バイオインフォマティクス入門」 羊土社 2002 3
  • バイオインフォマティクスの歴史• ツール ‒配列解析:ドットマトリックス        (ハープロット)→ 動的計画法 •RNA二次構造予測 ‒配列類似(相同)性検索 •FASTA, BLAST, BLAT etc.• データベース(DB) ‒最初のDB: タンパク質 (アミノ酸)配列 ‒塩基配列DB:1980年代初頭 4
  • 日米での標準的なバイオインフォ マティクスのテキスト 5
  • Now, situation has changed...• Lincoln D Stein ‘Bioinformatics: alive and kicking’ GenomeBiology 9:114 (2008)• In 2003, he predicted bioinformatics as a discipline separate from mainstream biology would be gone in ten years.• In 2008, he realized bioinformatics has become too central to biology to be left to specialist bioinformaticians. Biologists are all bioinformaticians now. 6
  • (かつての)バイオインフォマ ティクス研究者の職種別分類• アルゴリズム屋 数学的 抽象的 –方法を考える人 –「NP完全」がキーワード• 実装屋 –プログラムやツールを書く人Biologistの範疇 生物的 具体的• 解析屋 –プログラムを使って実際に生データを相手に手を 動かす人 7
  • 低酸素(hypoxia) 8
  • 代謝経路を制御するシグナル伝達経路 mammal orthologs homologs C.elegansFrom Nat. Med. 11, 1047-1048 (2005) 比較ゲノム 9
  • 研究を進めれば進めるほど…• 公共データベース(DB)の不備が研究、ひいては科学の進展を妨げている–リファレンスとする遺伝子やパスウェイ• それを先に整備してからじゃないと効率良く生きている間に解けない それを先にやってしまおう! 10
  • ライフサイエンス統合データベースセンター(DBCLS)へ 11
  • Nature 464, 670-671 (2010)より 12
  • DBCLS: Database Center for Life Science• ライフサイエンス統合データベースセンター ‒ ライフサイエンス分野のデータベース統合化の拠点 ‒ Since 2007 ‒ @東京大学本郷キャンパス内 •が、東大の機関ではありません 13
  • バイオサイエンスデータベース センター(NBDC)•National Bioscience Database Center ‒Since 2011•独立行政法人 科学技術振興機構(JST)の傘下 http://biosciencedbc.jp/nbdc.cgi?lng=ja&gg=org_membersより引用 14
  • NBDC web site 15
  • ライフサイエンスデータの統合DBとは? ロジスティクス(流通業)•NBDC/DBCLS/DDBJ を中心に 日本中のさまざまな大学・研究機関が協力• 安心してすぐに利用できるデータを提供 ‒ 「ぐるなび」、「食べログ」、「クックパッド」• 公共DBとして外に出す際にデータを綺麗に ‒「分別回収→リサイクル」DBを試薬に例える。昔はほぼ一択だったのがたくさん出てきてどれがいいのか全くわからない状態どころか、何が出回っているのかさえ実態がつかめないという
  • 今日紹介する内容• 統合TV ‒DNA DB overview •GGRNA (RefSeq search)• カタログ&コンテンツ ‒GEO overview ‒IntegbioDBカタログ •RefEx ‒新着論文レビュー ‒SRAs ‒領域融合レビュー • アーカイブ• 検索 ‒DDBJ, DOR, DRA ‒生命科学DB横断検索 ‒生命科学DBアーカイブ ‒Allie:略語検索エンジン ‒inMeXes -> LSD Online version http://bit.ly/togodb
  • 企業の皆さんも登録なしで free! sound from http://famicom-music.net/famicompiano/f-contents/l&e-1.html 18
  • 統合TV (togoTV)•動画によるDBやツールのチュートリアル‒ 各DBやツール名、 で検索•統合データベース講演会AJACSの動画も•YouTubeからも•Videocastでも•約630のコンテンツ(アップデート含む) 19
  • 統合TV(togoTV)統合データベース講習会AJACSみちのく2「R+Bioconductorを使ったNGS解析」  by 二階堂愛さん 20
  • 今日紹介する内容• 統合TV ‒DNA DB overview •GGRNA (RefSeq search)• カタログ&コンテンツ ‒GEO overview ‒IntegbioDBカタログ •RefEx ‒新着論文レビュー ‒SRAs ‒領域融合レビュー • アーカイブ• 検索 ‒DDBJ, DOR, DRA ‒生命科学DB横断検索 ‒生命科学DBアーカイブ ‒Allie:略語検索エンジン ‒inMeXes -> LSD Online version http://bit.ly/togodb
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  • First author sとは?Nature, Science, Cell などに代表されるトップジャーナルに掲載された日本人を著者とする生命科学分野の論文について論文の著者自身の執筆による専門分野の異なる生命科学研究者にむけた日本語によるレビューを、誰でも自由に閲覧・利用できるようウェブ上にていち早く無料で公開するサイト。DBCLS謹製。 25
  • クリエイティブ・コモンズ 表示 2.1 日本 26
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  • ライフサイエンス領域融合レビュー生命科学において注目される分野・学問領域における最新の研究成果について、第一線の研究者の執筆による日本語のレビューを、だれでも自由に閲覧・利用できるよう、無料で公開します。 New! 28
  • 今日紹介する内容• 統合TV ‒DNA DB overview •GGRNA (RefSeq search)• カタログ&コンテンツ ‒GEO overview ‒IntegbioDBカタログ •RefEx ‒新着論文レビュー ‒SRAs ‒領域融合レビュー • アーカイブ• 検索 ‒DDBJ, DOR, DRA ‒生命科学DB横断検索 ‒生命科学DBアーカイブ ‒Allie:略語検索エンジン ‒inMeXes -> LSD Online version http://bit.ly/togodb
  • 高血圧 30
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  • LifeScienceDictionaryのサイトにリンク 36
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  • DNA DB overview 38
  • GGRNA 39
  • GGRNA検索例 40
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  • GEO overview(目次)• http://lifesciencedb.jp/geo/ 42
  • RefEx 43
  • RefExliver specific genes 44
  • RefEx:Specific gene(HIF1A) 45
  • 46
  • 今日紹介する内容• 統合TV ‒DNA DB overview •GGRNA (RefSeq search)• カタログ&コンテンツ ‒GEO overview ‒IntegbioDBカタログ •RefEx ‒新着論文レビュー ‒SRAs ‒領域融合レビュー • アーカイブ• 検索 ‒DDBJ, DOR, DRA ‒生命科学DB横断検索 ‒生命科学DBアーカイブ ‒Allie:略語検索エンジン ‒inMeXes -> LSD Online version http://bit.ly/togodb
  • SRAs(Survey of Read Archives) DBCLS SRA http://g86.dbcls.jp/togopic © 2011 DBCLS Licensed under CC 表示 2.1 日本 http://sra.dbcls.jp/ 48
  • SRAの統計値© 2011 DBCLS Licensed under CC 表示 2.1 日本 49
  • SRAの統計値2© 2011 DBCLS Licensed under CC 表示 2.1 日本 50
  • Search NGS data by disease 51
  • Search NGS data by publication 52
  • PUBLISHED OR NOT 公開されたデータを元にした論文はあるのか 「論文を公開してから 19% データを公開する」 とは限らない paper published not publishedNUMBER OF SUBMITTED STUDY 53
  • AVAILABLE? 登録されたデータを実際に使えるのかNUMBER OF SEQUENCE RUN NUMBER OF SUBMITTED STUDY 1% 34%66% OPEN CONTROLLED ACCESS 99%1.「全てのデータは誰でも自由に使える」とは限らない2.制限のかかったものはSTUDYに反してRUNが非常に多い 54
  • 鎖鋸 kusarinoko: Search SRA Entries with PubMed Article© 2011 DBCLS Licensed under CC 表示 2.1 日本 55
  • 今日紹介する内容• 統合TV ‒DNA DB overview •GGRNA (RefSeq search)• カタログ&コンテンツ ‒GEO overview ‒IntegbioDBカタログ •RefEx ‒新着論文レビュー ‒SRAs ‒領域融合レビュー • アーカイブ• 検索 ‒DDBJ, DOR, DRA ‒生命科学DB横断検索 ‒生命科学DBアーカイブ ‒Allie:略語検索エンジン ‒inMeXes -> LSD Online version http://bit.ly/togodb
  • DDBJ 57
  • DOR 58
  • 59
  • 今日紹介する内容• 統合TV ‒DNA DB overview •GGRNA (RefSeq search)• カタログ&コンテンツ ‒GEO overview ‒IntegbioDBカタログ •RefEx ‒新着論文レビュー ‒SRAs ‒領域融合レビュー • アーカイブ• 検索 ‒DDBJ, DOR, DRA ‒生命科学DB横断検索 ‒生命科学DBアーカイブ ‒Allie:略語検索エンジン ‒inMeXes -> LSD Online version http://bit.ly/togodb
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  • 統合DB=ライフサイエンスデータの 「上水処理場」+「下水処理場」•NBDC/DBCLS/DDBJ を中心に 日本中のさまざまな大学・研究機関が協力•安心してすぐに利用できるデータを提供‒ 「ミネラルウォーターを買わなくても飲用できるように」•公共DBとして外に出す際にデータを綺麗に ‒「油を流しに捨てないで!」 ライフサイエンスの 「ライフライン」 http://rise-eco.jp/recycle.html
  • LSQA 65
  • ★http://bit.ly/togodb bono@dbcls.jp / bonohu からスカイツリー方向を臨む 66