バイオインフォマティクス（2013年度以降用改訂版）

バイオインフォマティクス
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
© 2012 DBCLS Licensed under CC 表示 2.1 日本

本講義の内容
• 「道具」と「部品」を扱うための知識
1.バイオインフォマティクスとは
2.基本的なコンピュータリテラシー
• それらの道具を用いて「生物情報」を実際
の研究に役立てていくアプローチ
3.文献情報検索
4.塩基配列データベースとゲノムブラウザー
5.遺伝子発現情報データベース

2 © 2012 DBCLS Licensed under CC 表示 2.1 日本

1. 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

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

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


バイオインフォマティクスの範疇
イメージ解析

遺伝子発現解析

アミノ酸配列解析
塩基配列解析

パスウェイ解析

シミュレーション

さらに、臨床データ解析も

(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
–方法を考える人抽象的

–「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
生物的

Biologistの範疇
• 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
具体的

動かす人

2. 基本的なコンピュータリテラシー
• インターネット検索
–Google検索（ググる）

• ライフサイエンス分野に特化した検索
–データベースを探す
• integbioデータベースカタログ

–データベースを検索する
• 生命科学データベース横断検索
–使い方を動画で知る

http://integbio.jp/dbcatalog/


高血圧


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」


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650のコンテンツ
(アップデート含む)

統合TV(togoTV)


医学研究で多用するウェブツール
3.文献情報検索
–PubMed とそれを利用した各サービス
–日本語文献検索(ライフサイエンス新着論文レビュー他)
4.塩基配列データベースとゲノムブラウザー
–RefSeq
–SRA
–UCSC Genome Browser
5.遺伝子発現解析
–NCBI GEO(Gene Expression Omnibus)とGEO目次
–BioGPS
–RefEx

3. 文献情報検索
• 英文: PubMed
–inMeXes: 逐次PubMed/MEDLINE表現検索
–Allie: 略語検索

• 日本語: cinii
–ライフサイエンス新着論文レビュー
–ライフサイエンス領域融合レビュー
–蛋白質核酸酵素全文検索


PubMed
• http://pubmed.gov/
• 米国立医学図書館(NLM: National Library of
Medicine)が編纂する医学文献DB
–件数: (20121223 16:00現在)

–NLMの下部組織NCBI(National Center for
Biotechnology Information)のEntrezから検索可能
「PubMedで論文を検索する」
http://togotv.dbcls.jp/20120830.html

PubMed 検索例: ‘cancer’


inMeXes
• http://docman.dbcls.jp/im/
• ライフサイエンス統合DBセンター(DBCLS)
が提供する逐次PubMed/MEDLINE表現検索

「inMeXesを使い倒す」

Life
Science
Dictionary
のサイトにリンク


Allie
• http://allie.dbcls.jp/
• Allie(アリー)は生命科学分野において利用され
ている略語とその展開形を検索するサービス

「Allieを使って略語の正式名称を検索する2010」

Allie検索例: ‘SPF’


CiNii
• http://ci.nii.ac.jp/
• 国立情報学研究所(NII: National Institute of
Informatics) が提供する日本語文献検索シス
テム。「さいにー」と発音

作成中…‘CiNii’で以下のフォームから検索
http://togotv-curated.dbcls.jp/

cinii 検索例: 「がん低酸素」


ライフサイエンス新着論文レビュー
http://first.lifesciencedb.jp/
Nature, Science, Cell などのトップジャーナル
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、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
「ライフサイエンス新着論文レビュー
FirstAuthor's を使い倒す」
31

クリエイティブ・
コモンズ表示 2.1

ライフサイエンス領域融合レビュー
http://leading.lifesciencedb.jp/

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。
「ライフサイエンス領域融合レビュー
LeadingAuthor'sを使い倒す」

蛋白質核酸酵素全文検索
• http://lifesciencedb.jp/pne/
• 生化学・分子生物学の日本語総説誌
–Since 1953, しかし2010年1月休刊

• 1985年∼2008年の通常号の総説、計2,216論文
が対象
–2009,2010年分の全文検索結果については共立出版
のサイトに掲載されている抄録へのリンクのみ
「蛋白質核酸酵素全文検索を使い倒す」

4. 塩基配列データベースと
ゲノムブラウザー
• RefSeq
–GGRNA
• Sequence Read Archive(SRA)
• UCSC Genome Browser
–遺伝子名から検索
–ゲノムアノテーションをカスタマイズする
• 例: 転写因子結合サイト


RefSeqとは
• Reference Sequenceの略
• NCBIが提供する配列解析に使うための文字通り
"reference"(リファレンス)となるべき配列データベース
のこと
• その配列の多くは核酸配列データベースのDDBJや
EMBL、GenBank由来であり、それらの中からもっと
も代表としてふさわしい(参照の基準となる)ものが、
目で見て選ばれている
「遺伝子のRefSeq IDを調べる 2011」

GGRNA
• http://ggrna.dbcls.jp/
が提供する遺伝子(RefSeq)をGoogleのよう
に検索できるサイト

「GGRNAで遺伝子をGoogleのよう
に検索する」
40

GGRNA検索例


核酸配列DB

INSDC NCBI
DDBJ/EMBL/GenBank RefSeq
nr/nt Title:Nucleotide collection (nt)
Description:The nucleotide collection consists of
GenBank+EMBL+DDBJ+PDB+RefSeq sequences,
but excludes EST, STS, GSS, WGS, TSA, patent
Sequence
sequences as well as phase 0, 1, and 2 HTGS
sequences. The database is partially non-redundant. Read
Archive
TraceArchive (SRA)

SRA(Sequence Read Archive)
• いわゆる次世代シーケンサー(NGS)から得ら
れる塩基配列のアーカイブ

データ取得元: DBCLS SRA http://sra.dbcls.jp/

文献情報からNGSデータを検索

DBCLS SRA http://sra.dbcls.jp/

疾患別NGSデータ登録数
2012/12/25現在。
データ取得元:DBCLS SRA
http://sra.dbcls.jp/cgi-bin/diseasetree.cgi


Genome Browserとは？
• アノテーションが付加された遺伝子のゲノム
上の位置やその周辺を表示できるツール
–UCSC Genome Browser http://genome.ucsc.edu/
–Ensembl Genome Browser http://ensembl.org/


遺伝子名から検索


使い方いろいろ。
詳しくは統合TVで
• ゲノムアノテーションをカスタマイズする
「UCSC Genome Browserの使い方∼
表示+ENCODE編∼ 2012」

• BLATを使って塩基・アミノ酸配列断片から
検索「ウイルスの持ち出した宿主の遺伝子配列が
コードされている領域をアミノ酸配列レベル
でゲノム中から探し当てる 2012」

5. 遺伝子発現解析
• NCBI GEO(Gene Expression Omnibus)
–GEO目次
• BioGPS
• RefEx
• Human Protein Atlas


NCBI GEO
• Gene Expression Omnibus(GEO)
• NCBIによる遺伝子発現情報のアーカイブ
–現状、主にマイクロアレイ実験による発現データ
–今後、RNA-seqなど次世代シーケンサーによる
データが増えてくると見込まれる

「NCBI GEOの使い方1∼マイクロアレイデー
タの検索・取得∼ 2011」
「NCBI GEOの使い方2∼遺伝子プロファイル
の検索・処理済みデータの取得∼」

GEO目次
• http://lifesciencedb.jp/geo/
• NCBI GEO を快適に使い、データの全容を
俯瞰するための仕組み
が提供。週一回更新。

「遺伝子発現バンク(GEO)目次を使い倒す
2010」

GEO 目次


BioGPS
• http://biogps.org/
• GeneChipを用いたヒト、マウス、ラットの
さまざまな組織や細胞(株)における遺伝子発
現プロファイルのデータベース
• 英語版Wikipedia(Gene Wiki)等、様々な外部
データベースへのリンクが充実

「遺伝子発現プロファイルデータベース
BioGPSを使い倒す 2012」

BioGPS検索例: ‘pparg’


RefEx
(Reference Expression dataset)
•http://refex.dbcls.jp/
4つの異なる実験手法（EST、GeneChip、
CAGE、RNA-seq）によって得られた40種類
の正常組織における遺伝子発現データを統合
し並列に表現することで、手法間の比較とと
もに各遺伝子の発現量を直感的に比較するこ
とが可能なリファレンス(参照)データセット
作成中…‘RefEx’で以下のフォームから検索
http://togotv-curated.dbcls.jp/

RefEx


RefEx
liver specific genes


RefEx:
Specific gene


Human Protein Atlas
• http://www.proteinatlas.org/
• 14,079 genes with protein expression
profiles based on 17,298 antibodies.

ESR1

「Human Protein Atlasでタンパク質の発現状
況を調べる2011」

Human Protein Atlas 検索例:
‘ESR1’


まとめ
• バイオインフォマティクスは
–「道具」として21世紀の医学生物学に必須
–「道具」「部品」ともに勃興が著しい

• 最新の「部品」情報をインターネット検索
を駆使して把握し、「道具」の原理をある程
度理解して、使い倒しましょう!
• 復習はこのアイコンを目印に!
統合TVによる統合TV(統合TV Curated)の使い方

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