大規模塩基配列データのためのDDBJ Search 検索システムの開発ÒÒDDBJ Search system for high-throughput sequencing data search
Database Center for Life Science, Japan

Tazro Ohta, Takeru Nakazato, Hidemasa BonoSequence Read Archive (SRA) は、NCBI, EBI, DDBJ による International Nucleotide Sequence Data Collaboration が主体となって運用する NGS データの公共データベースである。DBCLS ではこれまで DBCLS SRA Search として SRA の検索エンジンを開発、提供してきた。しかし従来は SRA のメタデータの一部として扱われていた、研究プロジェクトやサンプル情報が BioProject, BioSampleとして別のデータベースに切り出され、NGS 以外の異なる実験手法から得られたデータを横断的に検索、取得する基盤が整いつつある。我々はこの新たなデータ公開の枠組みに対応するため、DBCLS SRAの発展として DDBJ Search を開発した。DDBJ Search は開発者/データサイエンティスト向けの API と、実験生物学者向けの GUI の双方を備え、日常的に公共データを検索・取得し、研究に活かす研究者をサポートするようデザインされている。

対象となるデータセットと検索インデックスの構築

Fig. 2: DDBJ Search のトップページ。Taxonomy, Project Datatype のランキングが可視化されている。

High-throughput sequencing (HTSeq), いわゆる次世代シーケンサを用いて得られた塩基配列データを公共データベースに登録する場合、ユーザーは研究プロジェクト、シーケンスしたサンプル、シーケンス実験のそれぞれについてメタデータを記述し、配列データと共に登録する必要がある。これらのメタデータは配列データと共に FTP サーバを通して NCBI, EBI, DDBJ いずれかに登録されたデータが全てアクセス可能である。DDBJ Search ではこれらのメタデータを取得、全文検索インデックスを作成し、これを用いて検索を行う API サーバを開発、運用

Fig. 1: DDBJ Search の概要。従来の検索している。さらに、このAPIサーバを用いて検索を行うためのウェブイ系と異なり、システムのコンポーネントンターフェース (GUI) も公開している。ユーザは GUI, CUI いずれの手を機能単位ごとに分割することで、ユー
ザの技術レベルに応じて適切なアクセス段でもデータ検索を行うことができる。

方法を提供している。

API Server と Graphical User Interface

CommandHTTP
Method URI format

Count number ofentries
GET
Get an entry byID
Get entries bymultiple IDs
List uniquevaluesGETPOST/<object type>/<object type>/<id>/<object type>

Example/api/bioproject/api/biosample/SAMD00062996/api/biosample

Fig. 3: BioProjectのキーワード検索結果ページ。エントリの詳細に次いで、関連エントリの情報が表示される。

Responsedata type
Number ofentries(integer)
Full metadata
objectA list of fullmetadata
objectKeyword search(specific field)
GET/api/sra/experiment/
A list of values/<object type>/<key name> instrument_modelwith counts/api/biosample?
/<object type>?
taxid=9606&title=breast%20canc A list of<key>=<value>
identifiers
erKeyword search(all fields)
GET/<object type>?
term=<value>

Range search

GET

GET

/api/biosample?
term=hot%20spring/api/bioproject?
/<object type>?<datesubmission_date=2017-01-01TOfield>=<date1>TO<date2> 2017-12-31

Linked Data 化されたメタデータとの統合

SRA登録されたデータがキーワード検索にヒットするかどうかは、データ登録者によって記述されたメタデータに依存している。自然言語による自由記述が多く、また単純に数が多いため、 SRA のメタデータはそのまま Linked Data に変換することが難しい。そのため、DDBJ Search では全文検索インデックスの構築とそれを元にした検索系の開発を優先している。しかし、SRA に登録された配列データは、他のデータベース、たとえば Assembly や dbSNP などのエントリの元データとして参照されることがある。このような他データベースエントリとの関係性は、現在 BioProject, BioSample を中心に整理が進んでいる (Fig. 4)。このようにグラフ構造で表現されるエントリ間のリンク情報の Linked Data 化を現在進めている。これによって、他のデータベースエントリが容易に元となるデータを参照できるようになる。

A list ofidentifiersFig. 4: BioSample, BioProject に紐付けられるA list ofidentifiers

これらのデータを用いた他DB (ChIP-Atlas,DB エントリの関係。Linked Data 化することでTogoVar など) との統合が容易に実現できる。

Table 1: API サーバへのアクセス方法。一般的なAPIの設計に準拠しており、返り値はJSON形式となっている。

SRAに蓄積されたデータの数が増加するに従って、ユーザが実行するキーワード検索にヒットするエントリ数も増えている。そのため、検索にヒットしたエントリを個別に人力で確認することが難しいケースも増えている。また、特定の生物種のデータを全て再解析する、などの需要も増えている。そのようなユースケースに対応するため、数千、数万件のヒットを機械的に処理できるよう、全文検索用 API Endpoint を公開している。従来は大量のデータに関する情報を取得したい場合には、HTMLページを機械的に取得し parse するなどの作業を行うスクリプトを書いて実行する必要があったが、APIサー
バを用いることで、どのようなプログラミング言語でも簡単にメタデータを取得することができるようになった。

これまでと同様のウェブブラウザを用いた検索には、新規に開発された検索インターフェース (Fig. 2,3) を利用する。検索の方法や機能は、なるべく従来 DDBJ が提供していたものと大きく変わらないようにデザインされているが、DBCLS SRADDBJ Search URL: http://sra.dbcls.jp

として開発されてきた文献検索や taxonomy 検索も追って追加される予定である。

Licensed under CC-BY 4.0 ©2018 Tazro Ohta (DBCLS)