バイオインフォマティクス（2013年度以降用改訂版）

© 2012 DBCLS Licensed under CC 表示 2.1 日本

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

http://creativecommons.org/licenses/by/2.1/jp/



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

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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

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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

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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

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バイオインフォマティクスの範疇

シミュレーション

イメージ解析

パスウェイ解析

遺伝子発現解析

アミノ酸配列解析塩基配列解析

さらに、臨床データ解析も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–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

•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

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数学的抽象的

生物的具体的Biologistの範疇


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 9



© 2012 DBCLS Licensed under CC 表示 2.1 日本10

http://integbio.jp/dbcatalog/

http://pubmed.gov

http://pubmed.gov


http://integbio.jp/dbcatalog/

http://pubmed.gov

http://pubmed.gov


高血圧

統合DBとは？


•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」

•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

ライフサイエンスデータのロジスティクス（流通業）

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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、

•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)

で検索

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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

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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

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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

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「PubMedで論文を検索する」http://togotv.dbcls.jp/20120830.html



http://pubmed.gov

http://pubmed.gov

http://togotv.dbcls.jp/20120830.html



PubMed 検索例: ‘cancer’

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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

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「inMeXesを使い倒す」http://togotv.dbcls.jp/20091216.html

http://docman.dbcls.jp/im/

http://docman.dbcls.jp/im/




LifeScience 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

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「Allieを使って略語の正式名称を検索する2010」http://togotv.dbcls.jp/20100831.html



http://allie.dbcls.jp

http://allie.dbcls.jp




Allie検索例: ‘SPF’

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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

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



http://ci.nii.ac.jp

http://ci.nii.ac.jp




cinii 検索例: 「がん低酸素」

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ライフサイエンス新着論文レビュー

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

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「ライフサイエンス新着論文レビュー FirstAuthor's を使い倒す」http://togotv.dbcls.jp/20110301.html

http://first.lifesciencedb.jp/





http://ci.nii.ac.jp

http://ci.nii.ac.jp


クリエイティブ・コモンズ表示 2.1

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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。

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http://leading.lifesciencedb.jp/

「ライフサイエンス領域融合レビューLeadingAuthor'sを使い倒す」http://togotv.dbcls.jp/20121113.html

http://ci.nii.ac.jp

http://ci.nii.ac.jp

http://togotv.dbcls.jp/20121113.html#p01







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

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「蛋白質核酸酵素全文検索を使い倒す」http://togotv.dbcls.jp/20080911.html



http://lifesciencedb.jp/pne/

http://lifesciencedb.jp/pne/

http://d.hatena.ne.jp/keyword/%C0%B8%B2%BD%B3%D8

http://d.hatena.ne.jp/keyword/%C0%B8%B2%BD%B3%D8

http://d.hatena.ne.jp/keyword/%CA%AC%BB%D2%C0%B8%CA%AA%B3%D8

http://d.hatena.ne.jp/keyword/%CA%AC%BB%D2%C0%B8%CA%AA%B3%D8




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

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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

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「遺伝子のRefSeq IDを調べる 2011」http://togotv.dbcls.jp/20110218.html



http://www.ddbj.nig.ac.jp/index-j.html

http://www.ddbj.nig.ac.jp/index-j.html

http://www.ebi.ac.uk/embl/

http://www.ebi.ac.uk/embl/

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/




GGRNA

• http://ggrna.dbcls.jp/•ライフサイエンス統合DBセンター(DBCLS)が提供する遺伝子(RefSeq)をGoogleのように検索できるサイト

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「GGRNAで遺伝子をGoogleのように検索する」http://togotv.dbcls.jp/20120124.html

http://ggrna.dbcls.jp

http://ggrna.dbcls.jp




GGRNA検索例

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核酸配列DB

INSDCDDBJ/EMBL/GenBank

NCBIRefSeq

TraceArchive

Sequence Read

Archive (SRA)

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 sequences as well as phase 0, 1, and 2 HTGS sequences. The database is partially non-redundant.

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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

43データ取得元: DBCLS SRA http://sra.dbcls.jp/



http://sra.dbcls.jp/cgi-bin/diseasetree.cgi



文献情報からNGSデータを検索

44DBCLS 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 SRAhttp://sra.dbcls.jp/cgi-bin/diseasetree.cgi

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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/

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http://genome.ucsc.edu

http://genome.ucsc.edu

http://ensembl.org

http://ensembl.org


遺伝子名から検索

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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

• BLATを使って塩基・アミノ酸配列断片から検索

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「UCSC Genome Browserの使い方～表示+ENCODE編～ 2012」http://togotv.dbcls.jp/20120528.html

「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」http://togotv.dbcls.jp/20121030.html






5. 遺伝子発現解析• NCBI GEO(Gene Expression Omnibus)

–GEO目次• BioGPS• RefEx• Human Protein Atlas

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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

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「NCBI GEOの使い方1～マイクロアレイデータの検索・取得～ 2011」http://togotv.dbcls.jp/20110711.html「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～」http://togotv.dbcls.jp/20111020.html















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

•ライフサイエンス統合DBセンター(DBCLS)が提供。週一回更新。

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「遺伝子発現バンク(GEO)目次を使い倒す 2010」http://togotv.dbcls.jp/20100326.html

http://lifesciencedb.jp/geo/

http://lifesciencedb.jp/geo/




GEO 目次

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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

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「遺伝子発現プロファイルデータベースBioGPSを使い倒す 2012」http://togotv.dbcls.jp/20120911.html



http://biogps.org

http://biogps.org








BioGPS検索例: ‘pparg’

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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

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



http://biogps.org

http://biogps.org




RefEx

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RefEx liver specific genes

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RefEx:Specific gene

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Human Protein Atlas

• http://www.proteinatlas.org/• 14,079 genes with protein expression

profiles based on 17,298 antibodies.

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「Human Protein Atlasでタンパク質の発現状況を調べる2011」http://togotv.dbcls.jp/20110113.html

ESR1

http://www.proteinatlas.org

http://www.proteinatlas.org




Human Protein Atlas 検索例:‘ESR1’

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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!

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統合TVによる統合TV(統合TV Curated)の使い方http://togotv.dbcls.jp/20110406.html





バイオインフォマティクス（2013年度以降用改訂版）

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