2022年11月30日
第45回日本分子生物学会年会
フォーラム「生命科学のデータベース活用法」

マイクロバイオームの国際的なデータハブの構築

国立遺伝学研究所
情報研究系
森 宙史
Licensed under a Creative Commons 表示4.0国際ライセンス©2022森宙史（国立遺伝学研究所）

微生物研究の現状• 微生物、特に原核生物は地球上の様々な場所に存在し環境と深く関係• 微生物研究はバイオ分野に留まらず、他の多様な分野と連携可能• 特に、微生物群集（マイクロバイオーム）の研究が急速な勢いで進展している
4,500,000
4,000,000
3,500,000
3,000,000
2,500,000
2,000,000
1,500,000
1,000,000
500,000
0

INSDC DDBJ/ENA/NCBIで公開された
マイクロバイオームサンプルの数

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022

integrates lots of data related to microbes.
Especially, we integrates the microbial data that can be linked to genomes. since 2011https://microbedb.jp/
中身は基本的にRDFデータ

微生物エンサイクロペディアを目指した

Gene

Taxon

Ortholog: MBGD

Environment
Taxonomy:
NCBI Taxonomy

Genome: RefSeq
Culture Collection:
NBRC/JCM
Togo picture gallery by DBCLS islicensed under a Creative Commons
Attribution 2.1 Japan license (c)Metadata:
INSDC DRA

Metagenome:
INSDC DRA
3

Red color indicates our collaborators.

soil由来マイクロバイオームサンプルの絞り込み検索4代表的なマイクロバイオームDB間の比較
Admin

Database
URL

Sequencedata

Separate
ampliconandshotgun?

TaxaFunction

NCBI
Taxonomy +SRA

NCBI,USAhttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/T
axonomy/Brows
er/wwwtax.cgi?
mode=Undef&id=408169○×△×>4,150,000

GOLD

JGI, USAhttps://gold.jgi.doe.gov/

××××

155,000

IMG/M

JGI, USAhttps://img.jgi.doe.gov/cgibin/m/main.cgi

○×

○

○

29,961

MG-RAST

ChicagoU. USA

https://www.mg-rast.org/

○

○

○

○

80,144

MGnifyEBI, EU

https://www.ebi.ac.uk/metageno
mics/

×

○

○

○

422,983

MicrobeDB.jp
v.3

NIG,Japan

https://microbedb.jp/

×○○○1,533,607(66,604)

Number ofsamples
in Sept.
2022

5

Metagenome Assembled Genome(MAG)6

Metagenome analysis strategy
Assembly approach

Assembly + Binning approach

Metagenomic reads

Metagenomic reads

Assemble

Assemble

Contig sets

Contig sets

Gene finding
Gene sets

Metagenome
Assembled
Genome (MAG)Binning

Gene finding

Sequence
similarity search

Gene sets

Gene Function abundance
Taxonomic abundanceSequence
similarity searchComparative
metagenomics

e.g.,
MetaBAT2,
MetaWRAP

Comparativegenomics

メタゲノムの全体像を議論するのではなく、優占系統のゲノム配列を抽出して各ゲノムが持つ機能について議論する

培養を経ずにメタゲノム配列データから機能や進化的な類縁関係が推定された系統が多数存在
In Sept. 2022

TaxonomicrankPhylumClass
Order
FamilyGenus
Species

Cultured and validly Genome-based putative taxa
described taxa
including uncultured taxa
42
166
147
477
276
1,571
656
4,070
3,865
16,686
22,60165,703

List of prokaryotic names with standing in nomenclature(https://lpsn.dsmz.de/text/numbers)
Genome Taxonomy Database (https://gtdb.ecogenomic.org/stats)8

本研究開発の構想・目標
MicrobeDB.jpをマイクロバイオームに特化した統合DBに作り変える・爆発的なデータの増加に対応しいち早くデータを収録
・マイクロバイオームデータに特化した検索機能やUI・様々な解析ワークフローに対応したデータ解析機能の実装

爆発的な勢いで増加するマイクロバイオームデータをいち早く収録し、検索・解析可能な統合DBとして、MicrobeDB.jpをマイクロバイオーム研究の国際的なデータハブへ発展させる。

MAG

Microbiome Datahub

Microbiome Datahub

MicrobeDB.jpの重要なデータや機能は引き継ぎつつ、https://mdatahub.org で新DBを構築して今年度末公開予定

10

研究開発実施体制
国立遺伝学研究所
森宙史 ：プロジェクト全体の研究統括
中村保一：DDBJ & 他の統合DBとの連携
藤澤貴智：効率的な逐次DB更新・運用システムの”再”構築
東光一、谷澤靖洋：MAGデータの統合・キラーアプリケーションの開発
来年度雇用予定研究員：マイクロバイオームデータに関する開発
基礎生物学研究所
内山郁夫 ：オーソログデータのマイクロバイオームデータとの統合
千葉啓和：オーソログ情報のRDF化と解析手法の効率化（DBCLS）
西出浩世：オーソログデータの開発補助
東京工業大学
山田拓司 ：ヒトマイクロバイオームデータのキラーデータセットの開発
中川善一：ヒトマイクロバイオームデータのメタデータ整備
東京大学
松井求 ：微生物PhenotypeデータのRDF化とキラーアプリケーション開発
鈴木誉保、西村祐貴、雇用予定研究員：微生物Phenotypeデータの構築
11

Microbiome Datahubの主な研究開発項目
1. ゲノム・メタゲノム(MAG)の統合化
2. メタゲノムとリソース（菌株）との連結
3. データ爆発への対応
4. 効率的な逐次DB更新・運用システムの"再"構築
5. キラーデータセット・アプリケーションの開発
6. マルチオミックス連携
ゲノムとMAGの統合化、MAGのクオリティチェック、メタゲノムと菌株の連結等、MAGを中心にマイクロバイオームデータを整理したDBとしてMicrobiome Datahubの開発を進めております12Microbiome Datahub

Genome search

HelpKeyword
SearchEnvironment
soil
marinefreshwater
hot spring
sediment
airgutoral
skinreproductive system
human activity related

2500
2000
32322505001005000
200
10050520

2202 Hits
ProjectID

Environment

Hosttaxon

BioSa
mples

Data size
(GB)

Name

PRJNA826698

gut

Homosapiens

120

800

Reference
human gut
microbiome
project

PRJNA826700

gut

Musmuscul
us2055

Wild mousegut
microbiome
project

3…

Host taxon
Host disease
Host location

12105

Project単位での検索のイメージ...

Microbiome Datahub

Project search

HelpKeyword
SearchGenome taxon
Genome category
Isolate complete
Isolate draft
MAG high quality
MAG low quality

2400 Hits
6000
12000
30000
92000

MAG source
INSDC
MGnifyOther DBs
Original

10000030000
2500002000

GenomeID

Environment

Hosttaxon

Project ID

Genomecategory

Project Name

PRJNA826698#bin1gut

Homosapiens

PRJNA
82669
8MAG
highquality

Reference
human gut
microbiome
project

PRJNA826700#b
in100

gut

Mus
muscul
us

PRJNA
82670
0MAG
lowquality

Wild mousegut
microbiome
project

MAG completeness40
Environment
soil
marine

100
3500
4000

123…

1432

MAG単位での検索のイメージ

...

まとめ
MicrobeDB.jpをマイクロバイオームに特化した統合DBに作り変える

爆発的な勢いで増加するマイクロバイオームデータをいち早く収録し、検索・解析可能な統合DBとして、MicrobeDB.jpをマイクロバイオーム研究の国際的なデータハブへ発展させる。

MAG

Microbiome Datahub

https://microbedb.jp à https://mdatahub.org