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計算機による新しい生物学への招待	
-バイオインフォマティクスから見えてく
る新しいバイオの世界-	
東京農工大学	
石井一夫	
	
2017年2月10日
今日の内容	
1.  自己紹介	
2.  計算機と生物学	
3.  次世代シーケンサーとデータ分析	
4.  予測分析	
5.  大規模データ解析と個別化医療
今日の内容	
1.  自己紹介	
2.  計算機と生物学	
3.  次世代シーケンサーとデータ分析	
4.  予測分析	
5.  大規模データ解析と個別化医療
自己紹介	
•  東京農工大学特任教授	
•  1988年静岡薬科大学薬学部卒	
•  1990年静岡薬科大学大学院修士課程修了	
•  1995年徳島大学大学院医学研究科修了	
•  東大医科研、理研、フランス国立遺伝子多型研
究所、米ノースウエスタン大学	
Feinberg医学部などで、ゲノム大規模データ解
析。	
•  専門;計算機統計学、データマイニング、機械学
習、人工知能。
自己紹介	
•  臨床データとか、農作物のデータとかそういう大
量データをスパコンやクラウドのような計算機を
使って分析する仕事をしています。	
•  統計学、機械学習、人工知能なんかをコン
ピュータ使って、病気の判定や予後予測、農作
物の生育予測なんかを行います。	
•  最近、データサイエンティストという言葉もできて
きました。
計算機と生物学	
	
1 12 23 34 45 56
0.00.51.01.52.02.5
計算機をめぐる最近のワード	
•  人工知能	
•  IoT(Internet	of	Things)	
•  ビッグデータ	
•  …	
こんなワードが、	
メディアやウェブ	
で溢れています。	
h<p://nextdeveloper.hatenablog.com/entry/
2015/08/04/182952より	
	
Wikipediaより	
	
h<p://lightsound.hatenablog.com/entry/
2014/12/13/235347より
計算機をめぐる最近のワード	
•  あらゆる分野に計算機の応用が進んでいま
す。	
•  生物学ではどうでしょうか?	
•  システム生物学という言葉がしばらく前から
あります。生物学のデータベースの整備も進
んでいます。バイオインフォマティクスも定着
してきたのかもしれません。
生命現象を数学で捉える	
•  この中で、私が最も面白いと思って取り組ん
できたのが、生命現象を数学で捉えるという
ことです。	
•  ある事象を数学で捉えるには、	
– 統計学	
– 解析学	
– 数理モデリング	
などが考えられます。
生命現象を数学で捉える	
•  この中で、私が最も面白いと思って取り組ん
できたのが、生命現象を数学で捉えるという
ことです。	
•  そこから規則性を導き出し、それによって、生
命の応答性を予測することで、意思決定を支
援します。	
•  これが生物学だと、医療、農業、環境などが
対象になるわけです。
今日の内容	
1.  自己紹介	
2.  計算機と生物学	
3.  次世代シーケンサーとデータ分析	
4.  予測分析	
5.  大規模データ解析と個別化医療
次世代シーケンサー	
•  計算機と生物学の関係を推進する上で、次
世代シーケンサーがブレイクスルーになった
ことは言うまでもありません。	
h<p://www.macrogen-japan.co.jp/
next_seq_0101.php
次世代シーケンサー	
	
•  次世代シーケンサーは、大量の配列断片情
報を産生し、ゲノムDNA配列決定、ゲノムRNA
発現解析、ゲノム修飾(メチル化、蛋白結合)、
ゲノム集団(メタゲノム解析)を可能にします。	
h<p://www.macrogen-japan.co.jp/
next_seq_0101.php
次世代シーケンサー	
•  これらを結びつけるエンジン部分は、やはり、
数学です。	
– 統計学(確率論)	
– 解析学(微分積分)	
– 線形代数学(行列計算)	
– 数理モデリング(線形モデル)	
•  それとこれらの解析を実装するコーディング
です。
次世代シーケンサー	
•  これらを組み合わせた解析も実施されるようにな
りました。トランスオミクス、トータルゲノミクスな
どとも呼ばれます。	
•  オンサイト・リアルタイム解析も、Oxford	
Nonompore製品の登場で現実的になりました。	
•  そのブレイクスルーは非常に大きいと思われま
す。
次世代シーケンサー	
h<p://ngs-expert.com/tag/minion/	
がんゲノムアトラス:がんの遺伝学的基礎/米国国立がん研究所(NCI)	
h<ps://www.youtube.com/watch?v=CpcrPieUcZk	
がんゲノムアトラス:がんの分子機構を解明する/米国国立がん研究所(NCI)	
h<ps://www.youtube.com/watch?v=Ii1U-h2YHHg
今日の内容	
1.  自己紹介	
2.  計算機と生物学	
3.  次世代シーケンサーとデータ分析	
4.  予測分析	
5.  大規模データ解析と個別化医療
予測分析	
•  データ分析で最も威力を発揮し、その魅力的
なものは予測分析です。	
•  データから、規則性を見出し、その規則性に
基づいて、予測します。
予測分析	
データが	
1.  遺伝子データであり、	
2.  臨床診断であったり、	
3.  薬剤効果であったり、	
4.  病気の予後であったりする場合、	
•  診療意思決定の支援が可能になります。
ディープラーニング	
•  これをすべて集約させたものの一つがディー
プラーニングです。	
•  ディープラーニングは、猫の画像認識や、囲
碁の世界チャンピオンを破った技術として注
目されていますが、	
•  もちろん、医療や生命科学にも応用できます。
今日の内容	
1.  自己紹介	
2.  計算機と生物学	
3.  次世代シーケンサーとデータ分析	
4.  予測分析	
5.  大規模データ解析と個別化医療
大規模データ解析	
•  近年、大規模計測装置により、人体から多く
の情報が抽出されるようになりました。	
•  次世代シーケンサーなどは顕著な例です。	
•  これで、多くの情報に基づいた診断が可能に
なりました。
大規模データ解析と個別化医療	
h<p://www.kudanclinic-dic]onary.com/about/about09.html
大規模データ解析と個別化医療	
h<p://equitystory.jp/interview/chugai-pharm2_interview.html
大規模データ解析と個別化医療	
h<p://www.sysmex.co.jp/rd/vision_direc]ons/personalized-medicine.html	
がんゲノムアトラス:個別化治療との関連/米国国立がん研究所(NCI)	
h<ps://www.youtube.com/watch?v=N6livBjq8IQ	
がんゲノムアトラス: TCGAデータのパワー/米国国立がん研究所(NCI)	
h<ps://www.youtube.com/watch?v=FJ3qkHMQknc
大規模データ解析と個別化医療	
がんゲノムアトラス:がんの遺伝学的基礎/米国国立がん研究所(NCI)	
h<ps://www.youtube.com/watch?v=CpcrPieUcZk	
	
	
がんゲノムアトラス:がんの分子機構を解明する/米国国立がん研究所(NCI)	
h<ps://www.youtube.com/watch?v=Ii1U-h2YHHg	
	
がんゲノムアトラス:個別化治療との関連/米国国立がん研究所(NCI)	
h<ps://www.youtube.com/watch?v=N6livBjq8IQ	
	
がんゲノムアトラス: TCGAデータのパワー/米国国立がん研究所(NCI)	
h<ps://www.youtube.com/watch?v=FJ3qkHMQknc
参考資料	
初心者レベル	
あたらしい人工知能の教科書 	
プロダクト/サービス開発に必要な基礎知識 	
2016/12/17	
	多田 智史 (著),	石井 一夫 (監修)		
¥ 2,808	
	
翔泳社	
	
2冊プレゼント
参考資料	
中上級者レベル	
科学技術計算のためのPython―確率・統
計・機械学習 単行本 –	2016/12	Jose	
Unpingco	(著),	石井 一夫 (翻訳),	加藤 公一
(翻訳),	小川 史恵 (翻訳)	
¥ 6,480	
	
エヌティーエス	
	
1冊を5000円で提供
参考資料	
初心者レベル(新刊)	
『Rとグラフで実感する生命科学のための統計
入門』		
	
著者 :石井一夫(東京農工大学) 	
定価 :本体3,900円+税 	
発行日:2017/3/10		
発行元:羊土社 	
	
◆手を動かして覚える、モヤモヤが消える!
すぐに使えるRのサンプルコード付き
Thank	you	for	your	a<en]on.

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