生命科学データベース横断検索のメタ情報利用とインフラ環境強化
12222311○大波純一 、杉崎太一朗 、青木健一 、平井信一 、牧口大旭 、川本祥子 、畠中秀樹 、三橋信孝

1.国立研究開発法人科学技術振興機構バイオサイエンスデータベースセンター（NBDC）、2.三井情報株式会社、
3.大学共同利用法人情報・システム研究機構ライフサイエンス統合データベースセンター（DBCLS）

要旨

ハードウェア環境の増強

Web 上に公開されている多様な生命科学系公開データベースを、深層ウェブのエントリも含めて一律にテキスト一致検索を行うための基盤として、「生命科学データベース横断検索」を公開している。現環境はライフサイ
エンス統合データベースセンターの協力の元、医薬基盤・健康・栄養研究所、農業生物資源研究所、産業技術総合研究所・創薬分子プロファイリング研究センター、産業技術総合研究所・糖鎖創薬技術研究センターが協調してインフラ整備とデータ更新を実施する体制となっている。利用者はここから533 件のデータベース、68,549,042 件のエントリ(2015 年7 月時点)に直接アクセスすることができ、研究テーマに絞った情報の抽出や先行研究の状況調査を効果的に行うことができる。また、各エントリから抽出されたメタ情報を利用するため、キーワード以外の検索条件(生物種や更新時期)を指定できる詳細検索機能の公開を開始した。この一方で、対象のデータベースの数は3 年間で1.6 倍、エントリの数は5.5 倍に増え、検索速度等のパフォーマンス低下が指摘されていた。そこで2014 年後半から、ハード環境の刷新と検索エンジンの刷新を実施している。この大規模な検索基盤の現在と未来について報告する。

生命科学データベース横断検索とは■システム概要（NEW）メタ情報を利用した詳細検索

request2014年10月、サーバのリプレースに合わせ、ハードウェア環境の強化を実施した。
＠DBCLS旧サーバ室
旧検索サーバ(2008年～2014年)

＠ＪＳＴ東京本部共通ＩＴ基盤
新検索サーバ(2014年～)

・CPU: Intel Xeon 64bit (2.6GHz, 4core)
・メモリ: 16GB・ディスク: 89GB
・最大通信同時接続数：256件

・CPU: Intel Xeon 64bit (2.6GHz, 4core)
・メモリ: 29GB・ディスク: 292GB
・最大通信同時接続数：無制限

×45台

過去の検証（データ未公開）で、横断検索のパフォーマンスのボトルネックとなっていた、メモリと通信同時接続数を大幅に増強し、検索対象ＤＢ増加後も過去と同じパフォーマンス（毎回7秒程度）を維持することができた。

インデックス

利用者 response

インデックスハード環境の増強で、データ量や通信量の伸びに対応

インデックス

横断検索システム

インデックス

数十台のサーバに検索対象となるデータベースインデックスを分散配置し、リンク間をP2P接続全部で6865件ヒットしました。
タンパク質関連ＤＢ
では774件、エントリへのリンクはこちらです・・・

インデックス2015年より、生物種や更新時期等のメタ情報や対象のデータベースをカスタマイズして検索条件を設定可能な「詳細検索」機能を追加

インデックス
インデックス

キーワードに対し、データベースの一括検索を行い、ヒット件数と、検索結果（対象へのリンク、ヒット箇所）を返すWeb検索システム
参照関係

横断検索サービス公開（2007年）から使われている検索エンジンアプリケーション
Hyper Estraier (以後HEと呼称。http://fallabs.com/hyperestraier/)には、以下の懸念が存在した。
1.個人開発のアプリケーション課題が発生した場合、企業のような十分なサポートが得られない可能性がある

2.セキュリティリスク

AgrID: 農畜産物ゲノム情報データベース(農業生物資源研)

Sagace(医薬基盤・健康・栄養研)2007年以降アプリケーションの更新が停止しており、将来、構成モジュールの最新化や別ＯＳへの対応時にセキュリティリスクが生じる可能性がある
http://agrid.dna.affrc.go.jp/

http://sagace.nibiohn.go.jp/

搭載されている横断検索データベースの全てを検索対象としている。（NBDCと同じ）

横断検索データベースのうち、研究所が選定するものを検索対象としている。

生命科学DB横断検索（NBDC/DBCLS）

MEDALS横断検索(産総研 molprof)

搭載されている横断検索データベースの全てを検索対象としている。（NBDCと同じ）
作成インデックスはNBDCサーバ内に設置

http://biosciencedbc.jp/dbsearch/
搭載されている横断検索データベースの全てを検索対象としている。

http://jcggdb.jp/search/search.cgi?lang=jp

５３３件の生命科学系データベース
６８５４万件以上のエントリを対象に検索可能 ※2015年7月時点

４省庁の別組織にサーバを分散配置し、相互に参照しながら検索可能。

検索条件： 現在横断検索に登録されているデータの一部、51,768,997 件の文書（94.7GB）を対象とし、HEでは10件の検索結果を取得、ESでは0・10・25・50・100・250・500・1000件の検索結果を取得し、最長の検索時間5回分の平均値を計測した。
検索時間の5回平均 (単位: 秒)
DNA
Hyper estraier
Elasticsearch

性能強化の必要性

p53

20.24
0.174

a10.884
0.263

検索ヒット数が増えるとレスポンスが遅くなる

0.0001「a」 未使用メモリ量の変化
12106500
12106000

12107000

12105500

17131925313743495561677379859197103
10911512106500

2回目

1713
1925
3137434955
6167
7379
8591
97103
109115

0.01

3回目

秒秒

秒

「p53」 未使用メモリ量の変化

1000001000000

検索した
際のヒット件数
Cell Biology
Laboratory manual
インデックス秒

10秒

ＤＢエントリ数の推移
70000000
60000000

400
50000000

エントリの数は3年で5.5倍

Elasticsearchでは高速化とメモリ使用量の効率化が見込める

40000000

300

30000000

0秒

80000000

500

100

12114000
12112000
12110000
12108000
12106000
12104000
12102000

ESはHEの約1/5のメモリ使用量ＤＢ数の推移

200

17131925
3137
43
4955
6167
7379
85
91
97103
109
115

10000

12125000
12120000
12115000
12110000
12105000「ヒト」 未使用メモリ量の変化
メモリ量 ｋ[Ｂ ]100012108500
12108000
12107500
12107000
12106500
12106000
12105500「アルツハイマー」 未使用メモリ量の変化
メモリ量 ｋ[Ｂ ]motorcycle

メモリ量 ｋ[Ｂ ]0.1

1「犬」 未使用メモリ量の変化

171319253137
434955
6167
73
79
85
91
97
103
109
115

1回目

600

3.356
0.445

12116000
12114000
12112000
12110000
12108000
12106000

12107000

12107500

100

3.004
0.641

メモリ量 ｋ[Ｂ ]メモリ量 ｋ[Ｂ ]メモリ量 ｋ[Ｂ ]12107500

1210800010

ヒト

ＥＳ検索の未使用メモリ量の推移
12108500

0.001

1

犬

次に同じ検索対象に対し15秒おきに6種類のクエリで検索を行い、1秒おきに未使用メモリ量の測定を行った。

「DNA」 未使用メモリ量の変化

animalbank(nibiohn)

7.278
0.223

アルツ
ハイマー
3.509
1.164

検索時間は3.01倍から116.32倍高速化

320件のＤＢインデックスに対して「DNA」で検索した際の「検索ヒット件数」と「レスポンス速度」の関係

レスポンス
速度（秒）
0.00001

近年のビッグデータ利用のトレンドに伴い、後発の検索エンジンではMap reduce技術やパフォーマンスチューニングの洗練化などの技術が発達している

このため、新興の検索エンジンアプリケーションの中で、上記懸念をクリアするElasticsearch（以後ESと呼称。https://www.elastic.co/jp/）を選定し、テストを行った。

JCGGDB横断検索(産総研、糖鎖創薬技術研究センター)

http://medals.jp/xsearch/3.新機能や環境への対応

17131925313743495561677379859197103109115■組織間連携検索エンジンアプリケーションの最適化

1815222936435057647178859299106113120

ウェブ上の生命科学系
ＤＢの中で、“デング熱”という単語を含むエントリは？

×50台

DBの数は3年で1.6倍

20000000
100000000

パフォーマンスチューニングを実施しながら検索対象を追加しないと、パフォーマンスは落ちる一方

まとめ・今後の方針
・生命科学データベース横断検索の検索対象増大に伴い、パフォーマンス低下が懸念され、ハードの刷新を行って検索時間の現状維持に繋げた。
・検索エンジンの課題やパフォーマンス低下に対応する新アプリケーションとして新たにElasticsearchを選定し、その動作検証を行った。
今後Elasticsearchへの刷新（12月公開予定）を行い、より高速で効率的な検索環境を提供する。

トーゴーの⽇シンポジウム 2015 〜統合データベースとオープンライフサイエンス〜
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会期︓2015年10⽉5⽇(⽉)－6⽇(⽕) 於︓東京⼤学弥⽣講堂© 2015 バイオサイエンスデータベースセンター