(57)【要約】【課題】本発明の目的は、注釈情報を含めた照合処理を行い、データベースの中から高精度かつ高効率に一の配列情報を特定することができるデータベース検索装置および方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、第一の配列情報の入力手段と、配列情報を格納した第一のデータベースと、第一の配列情報を第一のデータベースと照合し、第一のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第二の配列情報を表示する手段と、第二の配列情報についての注釈情報の入力手段と、前記注釈情報に基づいて第二のデータベースを作成する手段と、第一の配列情報を第二のデータベースと照合し、第二のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第三の配列情報を表示する手段とを備える、データベース検索装置を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の配列情報の入力手段と、
配列情報を格納した第一のデータベースと、
第一の配列情報を第一のデータベースと照合し、第一のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第二の配列情報を表示する手段と、
第二の配列情報についての注釈情報の入力手段と、
前記注釈情報に基づいて第二のデータベースを作成する手段と、
第一の配列情報を第二のデータベースと照合し、第二のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第三の配列情報を表示する手段と
を備える、データベース検索装置。
【請求項２】
前記配列情報が、塩基配列情報である、請求項１に記載のデータベース検索方法。
【請求項３】
前記配列情報が、アミノ酸配列情報である、請求項１に記載のデータベース検索方法。
【請求項４】
前記第一の配列情報が、質量分析法により得られた配列情報である、請求項３に記載のデータベース検索方法。
【請求項５】
第一の配列情報が入力されるステップと、
前記入力された第一の配列情報を、配列情報を格納した第一のデータベースと照合し、第一のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第二の配列情報を表示するステップと、
第二の配列情報についての注釈情報が入力されるステップと、
前記注釈情報に基づいて第二のデータベースを作成するステップと、
第一の配列情報を第二のデータベースと照合し、第二のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第三の配列情報を表示するステップと
を含む、データベース検索方法。
【請求項６】
前記配列情報が、塩基配列情報である、請求項５に記載のデータベース検索方法。
【請求項７】
前記配列情報が、アミノ酸配列情報である、請求項５に記載のデータベース検索方法。
【請求項８】
前記第一の配列情報が、質量分析法により得られた配列情報である、請求項７に記載のデータベース検索方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データベース検索装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲノム情報の蓄積と昨今のタンパク質、プロテオーム解析技術の目覚しい進歩を受けて、数多くの新規配列情報が世界各国の研究機関により報告されている。報告された新規配列情報はデータベース化され、誰もが自由にアクセスすることができる。また、既知配列情報の中にも、例えば一塩基多型（SNP）等の種々の多型配列が存在し、医学分野などの関心を特に集めている。従って、配列データベースでは、新規配列情報のみならず、各配列情報の種々の多型配列情報を注釈情報として併記し、配列の公開を行っている。
【０００３】
公共機関で公開されている塩基配列およびアミノ酸配列データベースには、例えば
NCBInr (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)
Swiss-Pro (http://us.expasy.org/sprot/)
があり、定期的に最新版が公開されている。これらのデータベースを構成する各配列情報には、１残基から数十残基までにわたる置換、欠失、逆位、挿入、重複、転座などの種々の配列多型情報が、注釈情報として併記されていることが多い。
【０００４】
新たな配列情報を得た研究者は、データベース上に公開された配列情報との照合処理を検索システムを利用して行うことできる。例えば、特許文献１の類似タンパク質検索装置は、タンパク質間の類似度を算出して類似度の高いタンパク質を客観的かつ高速に検索することができる。
【特許文献１】特許第２７８３８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、既存の検索システムは、配列データベースを構成する各配列情報のうち、一の代表的配列のみを一括抽出して照合処理を行っているのが現状である。既存の検索システムは、配列データベース中に記載されていながら代表配列に含まれていない注釈情報は最初から照合処理にかけられない。このため、代表配列に含まれていない情報が研究全体にとって重要な場合には、注釈情報の抽出との関連付けに多大な労力を要する。データベースの情報量が飛躍的に増加している現在、照合処理を含めた解析フローの効率化を行う必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、注釈情報を含めた照合処理を行い、データベースの中から高精度かつ高効率に一の配列情報を特定することができるデータベース検索装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第一の配列情報の入力画面と、配列情報を格納した第一のデータベースと、第一の配列情報を第一のデータベースと照合し、第一のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第二の配列情報を表示する手段と、第二の配列情報についての注釈情報の入力画面と、前記注釈情報に基づいて第二のデータベースを作成する手段と、第一の配列情報を第二のデータベースと照合し、第二のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第三の配列情報を表示する手段とを備える、データベース検索装置を提供する。
【０００８】
また、本発明は、第一の配列情報が入力されるステップと、前記入力された第一の配列情報を、配列情報を格納した第一のデータベースと照合し、第一のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第二の配列情報を表示するステップと、第二の配列情報についての注釈情報が入力されるステップと、前記注釈情報に基づいて第二のデータベースを作成するステップと、第一の配列情報を第二のデータベースと照合し、第二のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第三の配列情報を表示するステップとを含む、データベース検索方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のデータベース検索装置および方法は、注釈情報、例えば１残基から数十残基までにわたる置換、欠失、逆位、挿入、重複、転座などの種々の配列多型情報を含めた照合処理を行うことができるので、データベースの中から高精度かつ高効率に一の配列情報を特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
先ず、図１について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の構成例を示す図である。データベース検索装置１０は、入力／出力システム１１および処理システム１２より構成される。入力／出力システム１１は、主に配列情報を入力する手段と、結果を表示する画面より構成される。一方、処理システム１２は、CPUおよびメモリ等で構成される本発明のデータベース検索装置の中核部となる。
【００１３】
入力手段１３は、第一の配列情報を入力し、入力された第一の配列情報を処理システム１２における処理対象の配列情報として確定する手段である。ここで、第一の配列情報とは、検索対象となる被検物質の配列情報である。被検物質には、例えばタンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡなどがある。タンパク質が被検物質となる場合、第一の配列情報はアミノ酸配列情報となる。一方、ＤＮＡおよびＲＮＡが被検物質となる場合、第一の配列情報は塩基配列となる。
【００１４】
被検物質がＤＮＡおよびＲＮＡである場合、第一の配列情報は、例えばジデオキシ法によって取得することができる。ジデオキシ法は、ＤＮＡポリメラーゼ活性をもつ酵素とジデオキシヌクレオチドを用いて塩基配列を解析する技術であり、塩基配列情報を取得する主要な技法である。また、ジデオキシ法の他、塩基特異的化学修飾によって核酸の塩基配列を決定するマクサム-ギルバート法をはじめ、当該技術分野において周知の任意の方法を使用することができる。
【００１５】
被検物質がタンパク質である場合、第一の配列情報は、例えばエドマン法によって取得することができる。エドマン法は、タンパク質のＮ末端のアミノ基をフェニルイソチオシアネート（PITC）で修飾した後、末端のアミノ酸を遊離させPTHアミノ酸として同定する手法である。現在、このエドマン法はペプチドシーケンサーによって自動化されており、数十残基程度のアミノ酸配列であれば十数時間もあれば解読することができる。また、質量分析法を使用した解読が有力である。質量分析法には、種々の態様があるが、例えば、タンデム質量分析法（MS/MS法）はアミノ酸配列情報を得るための強力な武器となっている。MS/MS法は、質量分析計(MS)を２台連続した装置であり、第一のMSで特定のイオン（プリカーサーイオン）を補足し、衝突室でヘリウムなどの中性原子と衝突させ、解離生成するプロダクトイオンを第二のMSで分析する方法である。その他、当該技術分野において周知の任意の方法を使用してアミノ酸配列情報を取得することができる。
【００１６】
配列情報の解析結果を直接入力手段１３に移行させる場合、解析結果を入力手段１３で取り込み可能な電子データ形式に自動的に変換する手段を、入力手段１３の上流に設けることができる。
【００１７】
第一のデータベース１４には、公開されている配列情報データベースを使用することができる。上述したように、NCBInrやSwiss-Proなどは定期的に最新版が公開されている。
【００１８】
これらの公開されているアミノ酸配列情報や塩基配列情報は、特定の個人から得られたDNAやタンパク質による実験結果に基づいていることが多く、多くの場合、各配列情報はある特定の一つの配列情報から構成されており、各配列情報の多型配列情報、例えば、１残基から数十残基までにわたる置換、欠失、逆位、挿入、重複、転座などの種々の配列多型情報は存在せず、注釈情報として併記されているに過ぎない。また、DNAが数多くの異なるパターンのスプライシングを受けることによって多種多様なRNAが生成されるが、このようなスプライシングのパターンを考慮したRNAの塩基配列情報は存在しない。さらにまた、タンパク質は、翻訳後の修飾およびポリペプチド主鎖のプロセシングを受けることによって機能の異なるタンパク質が生成されるが、このような翻訳後の修飾およびポリペプチド主鎖のプロセシングを考慮したタンパク質のアミノ酸配列情報は存在しない。
【００１９】
照合手段１５は、入力された第一の配列情報を第一のデータベースと照合する機能を有する。照合処理には、例えばダイナミックプログラミング法（Journal of Molecular Biology, 147(1981), pp195-197）などを使用することができる。ダイナミックプログラミング法は、二次元メッシュのＸ、Ｙ方向に比較対象の配列情報を配置し、最適経路を求めることによって各配列の類似度をスコア値として表示する方法である。その他、当業者に周知の任意の処理システムを使用することができる。例えば、照合処理に使用するアルゴリズムとして、Phrap (University of Washington)、TranscriptAssembler (Paracel社製)、MUMer(TIGR)、CAP3 (Paracel社製)、Gap4 (Medical Research Council, UK)等を適宜使用してもよい。
【００２０】
表示手段１６は、照合手段１５による照合処理の結果を表示する手段である。具体的には、表示手段１６は、第一のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第二の配列情報を表示する。ここで、第二の配列情報とは、照合手段１５による照合処理の結果、第一の配列情報に類似すると判断された配列情報である。第一の配列情報に対する類似度は、スコアリングによって表示される。例えば、第一の配列情報に完全に一致する配列情報が、第一のデータベースの中から見つかった場合、スコア値は１００として表示され、以下、配列情報の相違箇所が増えるごとにスコア値が低下する。研究目的または検索対象の配列情報のパターン等に基づいてスコア値の下限値を設定し、設定された下限スコア値以上のスコア値を示す配列情報を、第二の配列情報として表示する。下限スコア値は、第二の配列情報の数が、1〜50個、好ましくは1〜10個、最も好ましくは1〜5個程度になるように設定する。逆に、下限スコア値以上の配列情報が見つからない場合、下限スコア値を引き下げ、少なくとも一以上の第二の配列情報が表示されるようにする。
【００２１】
入力手段１７は、第二の配列情報についての注釈情報を入力し、入力された注釈情報を第二のデータベース１８を作成する情報源として確定する手段である。ここで、注釈情報とは、第二の配列情報の多型を構成し得る全ての情報を意味する。具体的には、注釈情報には、例えば１残基から数十残基までにわたる置換、欠失、逆位、挿入、重複、転座などの種々の配列多型情報などが含まれる。また当然ながら、一塩基多型（SNP）、制限断片長多型（RFLP）、ミニサテライト、マイクロサテライト等の情報もまた、注釈情報に含まれる。これらの注釈情報は第一のデータベースから得ることができる。なお、第二の配列情報のパターンまたはスコア値などを勘案し、必要に応じて注釈情報の取捨選択を行う。
【００２２】
第二のデータベース作成手段１８は、照合手段１５によって同定された第二の配列情報と、入力手段１７によって確定した注釈情報に基づいて、注釈情報を反映した配列情報を作成し、データベースとして貯蔵する手段である。第二のデータベース作成手段１８は、注釈情報の内容に応じて配列情報を復元することができるシステムを備える。
【００２３】
例えば、付加配列情報が与えられた場合、該付加配列を構成する配列情報と、該付加配列が挿入される箇所が入力手段１７によって与えられる。一方、第二の配列情報が照合手段１５によって与えられる。このとき、第二のデータベース作成手段１８では、第二の配列情報を構成する各配列の位置を、番号付けによってアドレス化する。そして、入力された付加配列の挿入箇所を上記アドレスと照合することにより特定し、該箇所に付加配列が挿入された後に各配列の番号の振り直しを行い、付加配列を含む配列情報を構築する。
【００２４】
照合手段１９は、第一の配列情報を第二のデータベースと照合する機能を有する。照合処理には、照合手段１５と同様、例えばダイナミックプログラミング法（Journal of Molecular Biology, 147(1981), pp195-197）などを使用することができる。その他、当業者に周知の任意の処理システムを使用することができる。例えば、照合手段１５と同様、Phrap (University of Washington)、TranscriptAssembler (Paracel社製)、MUMer(TIGR)、CAP3 (Paracel社製)、Gap4 (Medical Research Council, UK)等のアルゴリズムを適宜使用してもよい。
【００２５】
表示手段２０は、照合手段１９による照合処理の結果を表示する手段である。具体的には、表示手段２０は、第二のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第三の配列情報を表示する。ここで、第三の配列情報とは、照合手段１９による照合処理の結果、第一の配列情報に類似すると判断された配列情報である。第一の配列情報に対する類似度は、スコアリングによって表示される。例えば、第一の配列情報に完全に一致する配列情報が、第二のデータベースの中から見つかった場合、スコア値は１００として表示され、以下、配列情報の相違箇所が増えるごとにスコア値が低下する。
【００２６】
上述したように、配列情報には、各配列情報から派生する複数の多型配列情報が存在し、これらの全ての多型配列情報との照合処理を行わなければ、本来的には配列情報を特定することはできない。第一の配列情報が、注釈情報に反映される一の多型配列情報と一致する場合、第一のデータベースとの照合処理によっては、十分に高いスコア値が得られず、従って、他の偽陽性の配列情報から一の正しい配列情報を特定することができない。しかし、本発明は、これら偽陽性の配列情報も含めて第二の配列情報とし、第二の配列情報に与えられている注釈情報を反映した第二のデータベースを構築する。この第二のデータベースには、第二の配列情報の注釈情報を反映した全ての配列情報が含まれる。従って、第一の配列情報を第二のデータベースと再度照合することにより、一の配列情報を確実に特定することができる。
【００２７】
なお、図１では、入力手段１３、第一のデータベース１４、照合手段１５および表示手段１６が、データベース検索装置１０に内包された構造としたが、これらを既存の公開データベース上での検索システムに置き換えてもよい。すなわち、先ず、既存のウェブ公開のデータベース上で配列情報の検索を行う。ウェブ公開の第一のデータベースでの検索の結果、十分な同定結果が得られなかった場合、本発明のデータベース検索装置を使用することができる。ウェブ公開の第一のデータベースでの同定結果および被検配列情報の性質等を勘案し、本発明のデータベース検索装置に適宜必要な注釈情報を入力し、照合処理を行う。本発明のデータベース検索装置は、注釈情報を反映した第二のデータベースに基づき照合処理を行うため、ウェブ公開上のデータベース検索では得られなかった高精度な同定結果を得ることができる。
【００２８】
次に、図２について説明する。
【００２９】
図２は、データベースの検索手順を示すフローチャートである。以下の説明における番号（３０）〜（３８）は、図２に示す符号３０〜３８に対応する。
【００３０】
先ず、第一の配列情報を入力する（３０）。入力された第一の配列情報は、図１の入力手段１３に取り込まれ、処理システム１２内にその情報が格納される。次に、入力された第一の配列情報を、配列情報を格納した第一のデータベースと照合し、第一のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第二の配列情報を表示する（３１）。ここで、第二の配列情報が２種類以上表示された場合（３２）、注釈情報の入力ステップに進む（３５）。一方、上記照合処理の結果、第二の配列情報が１種類のみ表示された場合（３２）、その表示された第二の配列情報のスコア値が高いか低いか、すなわち、この唯一の第二の配列情報を第一の配列情報として決定できるか否かについて判断する。スコア値が高く、十分な類似性が得られた場合（３３）、この第二の配列情報を第一の配列情報として決定することができる（３４）。一方、スコア値が低く、十分な類似性が得られなかった場合（３３）、注釈情報の入力ステップに進む（３５）。このスコア値による振り分けは基準スコア値を予め設定しておくことによって自動的に振り分けることができる。
【００３１】
注釈情報を入力した後（３５）、入力された注釈情報に基づいて第二のデータベースを作成する（３６）。第二のデータベースは、注釈情報を反映した配列情報の集合である。次に、第一の配列情報を第二のデータベースと照合する（３７）。そして、第二のデータベースの中から第一の配列情報に類似する第三の配列情報を決定する（３８）。
【００３２】
本発明のデータベース検索方法では、第三の配列情報を得ることができるため、第二の配列情報の中に第一の配列情報と高い類似性を示す配列情報がなくても、第三の配列情報の中から第一の配列情報と高い類似性を示す配列情報を得ることができる。
【００３３】
次に、図３について説明する。
【００３４】
図３は、本発明のデータベース検索方法の概念図である。説明を簡素化するため、第一の配列情報４０を、10残基のアミノ酸配列情報「ＧＫＣＡＭＱＴＥＧＨ」とする（図３Ａ；いずれのアミノ酸も一文字表記で示す）。この第一の配列情報４０を、第一のデータベースと照合した結果、第二の配列情報４１「ＧＫＣＡＴＨＴＥＱＫ」および配列情報４２「ＳＴＣＡＭＱＫＧＧＨ」が得られたと仮定する（図３Ｂ）。下線部はアミノ酸配列が第一の配列情報と異なる部分である。この場合、上記２種類の第二の配列情報４１および４２のスコア値は、ともに６０である。ここでのスコア値は、配列情報の同一性を百分率で表わした値とする。つまり、６０というスコア値は、10残基のうち６残基が第一の配列情報４０と一致していることを意味する。この段階ではいずれの配列情報が第一の配列情報に対応するものか判別することができない。そこで、次に注釈情報を反映した第二のデータベースを作成する。イタリック部分のアミノ酸は、注釈情報を反映したアミノ酸である。例えば、配列情報４３「ＧＫＣＡＭＨＴＥＱＫ」は、第二の配列情報４１「ＧＫＣＡＴＨＴＥＱＫ」のうち、左から５番目のＴがＭに置換されるという注釈情報を反映させた配列情報である。第一の配列情報４０の第二のデータベースとの照合結果は、第一のデータベースとの照合結果と同様、各配列情報ごとにスコア値で表示される。図３をみると、第二のデータベースを構成するアミノ酸配列情報のうち、配列情報４４「ＧＫＣＡＭＱＴＥＧＨ」のスコア値が１００、すなわち第一の配列情報と完全に一致することが解る。この結果、配列情報４４が第一の配列情報に対応する第三の配列情報であることを決定することができる。
【００３５】
このように、本発明は、注釈情報を反映しない第一のデータベースとの照合結果では、必ずしも対応する配列情報を特定できないような場合であっても、注釈情報を反映した第二のデータベースを作成し、これと第一の配列情報を照合させることによって、第一の配列情報を高精度に特定することができる。
【００３６】
上述した本発明の実施の態様は、本発明の例示に過ぎず、何ら本発明を制限するものではない。本発明には、特許請求の範囲に含まれる全ての実施の態様が含まれる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。当該実施例は、本発明の例示に過ぎず、何ら本発明を制限するものではない。本発明には、特許請求の範囲に含まれる全ての実施の態様が含まれる。
【００３８】
（試料）
ヒト血漿を採取し、アルブミンおよびIgG抗体の除去処理を行った。次に、除去処理を施したヒト血漿中にトリプシンを添加して加水分解処理を施し、質量分析の試料サンプルとした。質量分析法としては、LC-MS/MS法（LTQ、ThermoElectron）を採用し、上記試料サンプルから必要なアミノ酸配列情報（Human_060725）を得た。Human_060725は、α鎖およびβ鎖からなるペプチドである（図４）。
【００３９】
（結果）
先ず、Swiss-Protを使用してデータベース検索を行った結果、データベース内のアミノ酸配列情報と63％の同一性を得た（図４Ａ）。図中、データベース内で同一のアミノ酸配列情報が得られた部分を太字で表わした。
【００４０】
次に、データベース内の注釈情報のうち、配列プロセシングの情報を用いてペプチド鎖のデータベースを新たに作成した。Human_060725を新たに作成したデータベースと照合した結果、α鎖において84％の高い同一性を得ることができた（図４Ｂ）。図４Ａと同様、データベース内で同一のアミノ酸配列情報が得られた部分を太字で表わした。また、新たにヒットした配列に下線を記した。α鎖の末端配列で新たに同一のアミノ酸配列情報が得られたことにより、当該配列情報をデータベース内で高精度に特定することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の構成例を示す図
【図２】データベースの検索手順を示すフローチャート
【図３】本発明のデータベース検索方法の概念図
【図４】Human_060725のアミノ酸配列情報および実験結果を示す図
【符号の説明】
【００４２】
１０．データベース検索装置、１１．入力／出力システム、１３．入力手段、１４．第一のデータベース、１５．照合手段、１６．表示手段、１７、入力手段、１８．第二のデータベース、１９．照合手段、２０．表示手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【配列表】
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