資料３−４

2008年1月8日

ライフサイエンス統合データベースプロジェクト
共通基盤技術開発チーム進捗状況報告（CBRC）

CBRC： 浅井、野口、諏訪、金、ホートン、広川、福井、藤渕、堀本

第3回統合データベースプロジェクト
研究運営委員会資料

1

担当業務：ライフサイエンス統合データベース開発運用（共通基盤技術開発）

ワークフロー技術を用いた統合DB環境の構築
利用者が得たい情報（知識）を、パソコンなどの端末から要求すると、必要なデータ、解析手法などを、国内、海外から自動的に選び、データベースと解析ツールのワークフローを作成し、最適な計算資源を使って解析を行う統合DB環境を構築する。

2

統合データベースのイメージ
例 この薬の副作用を予測したい化合物＋
本来の標的遺伝子バイオインフォマティクス
統合環境ウェブページ

相互作用・結合DB検索
構造予測ベース解析
ターゲット遺伝子予測
細胞内ネットワーク解析

海外サイト
ソフト・DB

Integrated Environment for
Bioinformatics Knowledge Discovery
・Structure based drug design
・Target gene screening

最新のIT技術を利用し、必要なデータ、解析手法を国内、海外から自動的に選びパイプラインを構築、最適な計算資源を使って解析を実行して返す

DB検索要求データ解析要求
結果取得

DB検索要求結果取得

・Side effect prediction

国内サイトのDB

独自DB、ツールと大規模計算を組み合わせた解析要求・結果取得
データベース群

統合データベースセンター

ツール群

Mirror Site: DDBJ, PIR, PDB, SWISS-PROT, KEGG, etc.

目的外標的遺伝子リスト
分子設計指針副作用予測結果
計算資源

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統合ＤＢにおけるワークフローの開発方針• グリッドを利用
理由１：目標とする統合ＤＢを構築するために必要な技術が、ほぼグリッド環境で実現できている。（例：ＧＥＯＧｒｉｄ）−長時間JOBの対応−ソフトウェアやデータベースの利用制限（アカデミック利用のみ等）−その他
理由２：ワークフロー実現のために必要で、かつ現状のグリッド技術にない技術の開発に関しては、産総研グリッド研究センターの協力が得られる。

• ＣＢＲＣ内でプロトタイプを構築し、外部と連携
4

今年度の計画••

CBRC内の計算機環境で、固定のデータベースと解析
CBRC内の計算機環境で、固定のデータベースと解析ツールを用いたワークフローを作成し、統合DB環境のツールを用いたワークフローを作成し、統合DB環境のプロトタイプを構築する。
プロトタイプを構築する。
−グリッド環境構築−グリッド環境構築−ワークフローの議論−ワークフローの議論−ソフトウェア・データベース間のインターフェイス−ソフトウェア・データベース間のインターフェイス
共通基盤技術開発チーム内の打ち合わせで、SOAPに決める
共通基盤技術開発チーム内の打ち合わせで、SOAPに決める→ＣＢＲＣにおいて公開しているＷｅｂサービスのSOAP→ＣＢＲＣにおいて公開しているＷｅｂサービスのSOAP①ワークフロー固定①ワークフロー固定②ワークフロー可変（taveruna,②ワークフロー可変（taveruna, KNIME調査）
KNIME調査）−グリッドWebアプリケーションの開発−グリッドWebアプリケーションの開発

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システム構成

産総研外ソフトウェアおよびDB
標準的なWeb Serviceで統合

OGSAによる標準アーキテクチャ
グリッド環境の計算資源への計算依頼

産総研内計算資源
グリッド用計算サーバ、Magiクラスターなど

データグリッドによる大規模データの仮想化
OGSA-WebDB
産総研内DB

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Web アプリケーション利用者

Web サービス利用者（Web ブラウザ）（SOAP クライアント）グリッド環境構築

インターネット
グリッド・ポータル（CBRC）
Web サーバ（Apache）

J2EE コンテナ（Tomcat）

Web アプリケーション実装

Web サービス実装（JSF）（Axis）

グリッド・クライアント

ハードウェア：・グリッド用Webサーバ
・グリッド管理サーバ
・計算サーバ（発注済）
ソフトウェア：・OS(CentOS 5.0)
・Web関連・グリッド関連

インターネット

グリッド環境（CBRC/他の組織）

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ＣＢＲＣで研究開発された公開ソフトウェア（例）8その他の主な公開ソフトウェア• RNAmine http://www.scarna.org/rnamine/ （SOAP化済）〜RNA配列からの2次構造モチーフ探索サービスを提供している。複数のRNA配列（構造アノテーション不要、アラインメント不要） を入力すると、そこから2次構造モチーフを抽出する。独自のアルゴリズムによって、極めて高速なモチーフ抽出を実現 しているところが特徴。

• Murlet http://murlet.ncrna.org/ （SOAP化済）〜RNA配列用高速多重配列アラインメントサービスを提供している。複数本のRNA配列（構造アノテーション不要）を入力すると 2次構造を考慮した配列アラインメントの結果を出力する。 独自の工夫によって、従来の手法に比べて高速な処理を実現しているところが特徴。

• PHMMTS http://www.scarna.org/phmmts/ （SOAP化済）〜RNA配列用構造アラインメントサービスを提供している。構造アノテーション付RNA配列（複数本可）と、構造未知のRNA配列1本を入力として、構造未知のRNA配列に対する構造アノテーションを推定する。RNA2次構造情報を木構造と隠れマルコフモデルの組合せで表現するという新しいアイデアを実証するための proof of concept 的サービス。

• MXSCARNA http://mxscarna.ncrna.org/〜RNA配列用超高速多重配列アラインメントサービスを提供している。
複数本のRNA配列（構造アノテーション不要）を入力すると 2次構造を考慮した配列アラインメントの結果を出力する。独自のアルゴリズムによって、従来の手法に比べて極めて高速な処理を実現し、かつ精度も同程度を維持していると ころが特徴。
9

ＣＢＲＣで研究開発された公開データベース（例）10CBRC内公開サービスのSOAP化状況
計
SOAP化されたDB
SOAP化されたソフトウェア
SOAP化中のDB
SOAP化中のソフトウェア
SOAP化未対応のDB
SOAP化未対応のソフトウェア

０４０７
１０１５11

プロトタイプ１（配列解析）
アミノ酸配列×３

TMBETADISC-COMP

結果表示注）DBCLSの予算でSOAP化

12プロトタイプ結果表示イメージ
Disorder prediction

Disorder領域予測

POODLE-S
POODLE-L
POODLE-T

10203040

MANLGCWMLV
1111122233
MANLGCWMLV
1112232333
MANLGCWMLV
1112232333

LFVATWSDLG
2233344555
LFVATWSDLG
4455666777
LFVATWSDLG
4433455666

LCKKRPKPGG
6678898877
LCKKRPKPGG
7789899997
LCKKRPKPGG
8888899999

WNTGGSRYPG
7766798999
WNTGGSRYPG
7889999999
WNTGGSRYPG
9999999999

POODLE-W

SCORE: 0.9476,

PSIPREDMANLGCWMLV
9611188999
MANLGCWMLV
9611188999
MANLGCWMLV
1112232333

Disordered.

Secondary structure prediction

二次構造予測Jnet
SABLE

LFVATWSDLG
5576778761
LFVATWSDLG
5576778876
LFVATWSDLG
4433488888

LCKKRPKPGG
5567647384
LCKKRPKPGG
1888888888
LCKKRPKPGG
8888888888

WNTGGSRYPG
9878989999
WNTGGSRYPG
8888888888
WNTGGSRYPG
8888888888

膜貫通領域予測
細胞内局在予測

CBRCの公開Webサーバーの結果をこのイメージで貼り付けていく
13プロトタイプ2（ CASP7で用いたDisorder領域予測手法）〜総合評価で2位、長いDisorder領域で1位〜
アミノ酸配列PSIPREDJnetSABLE

COILS

Disorder領域判定

結果表示
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タンパク質立体構造予測ワークフロー
アミノ酸配列ホモロジーサーチ（PSI-BLAST)

ID%＜95%

ID%≧95%

Disorder領域予測、膜貫通領域予測

TMHMM
オーダー配列立体構造予測予測構造注）JST BIRD「タンパク質の構造・機能予測法の開発とヒトゲノム配列への適用」（代表：東工大 太田元規准教授）
において研究開発中

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ワークフロー技術調査

KNIME

taveruba
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今後の予定•• DBCLSとの連携
DBCLSとの連携
1）CBRC
1）CBRC のサービスがのサービスが DBCLS
DBCLS のサーバから利用可能のサーバから利用可能
2）CBRC
2）CBRC のサービスにDBCLSのサーバのサービスを組み込むのサービスにDBCLSのサーバのサービスを組み込む
3）上記以外の連携は、定期的な打ち合わせを行い議論
3）上記以外の連携は、定期的な打ち合わせを行い議論•• CBRC内のグリッド環境
CBRC内のグリッド環境
1）DBCLSとグリッド環境の連携
1）DBCLSとグリッド環境の連携
2）グリッド用計算サーバ整備
2）グリッド用計算サーバ整備•• ワークフローのサービス
ワークフローのサービス
1）他のサービスの検討・設計
1）他のサービスの検討・設計
2）ワークフローを構成するソフトウェアのモジュール化2）ワークフローを構成するソフトウェアのモジュール化（taveruna､KNIMEのイメージ）（taveruna､KNIMEのイメージ）
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開発計画
2007
グリッド環境構築

基本環境

2008

2009

2010

必要に応じて機能拡張

プロトタイプ開発
実用サービス検討・開発
DBCLSとかずさとの連携の検討・開発

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