お客様導入事例カタログ

東京大学 定量生命科学研究所が、NGS データから高次ゲノム機能情報を得る“データ駆動型解析”の開発を推進
高性能・高信頼の HPE サーバープラットフォームを採用し「エピゲノム・シングルセル大規模統合解析システム」を構築

業界
大学・研究機関
目的
生命現象の原理の解明、数理解析による理論構築、新世代の疾病治療法開発に寄与する『エピゲノム・シングルセル大規模統合解析システム』の構築。
アプローチ
シングルセル解析・多細胞解析を含む多様なデータセットの高速な解析処理を実現するとともに、解析プロセスを改善しプロジェクトのスピード化を図る。

IT の効果• 大容量メモリ搭載4ソケットサーバー「HPEProLiant DL580」、GPU 搭 載 サ ー バ ー「HPE ProLiant DL380」を組み合わせ、幅広い要求に応える高性能の解析基盤を実現• 高密度システム「HPE Apollo 4510」により500TB 規模のファイルサーバー環境を構築するとともに容量拡張を容易にビジネスの効果• プロジェクトに参加する研究者全員に使いやすいバイオインフォマティクス基盤を実現• 行列演算、マッピング、機械学習などリソース文部科学省による科学研究費助成事業「細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御」の一環として、『エピゲノム・シングルセル大規模統合解析システム』が現在構築中である。本システムの設計・構築を主導したのは、
東京大学 定量生命科学研究所で大規模生命情報解析研究分野を担当する要求の異なる多様な解析処理に対応可能に中戸隆一郎氏。エピゲノム領域における「データ駆動型解析」の第一人者• 解析プログラムの Docker イメージ化によりプである。最新の HPE サーバープラットフォームが本システムに採用され、ロジェクトチーム内での共有・標準化を容易に• シングルセル解析のパイプライン化により解2022年まで続く大規模プロジェクトの中核を支えている。

析プロセス全体のリードタイムを短縮

チャレンジの実証分野で『エピゲノム・シングルセル大規模統合解析システムの構築』の代表研究者を務め「エピゲノム・シングルセルている。

大規模統合解析システム」の構築
東京大学 定量生命科学研究所で大規模生命情 「細胞ダイバースでは、生物学、数学、工学、情報報解析研究分野を担当する中戸隆一郎氏は、エ科学、ゲノム生物学など様々な研究者が協力してピゲノム領域における「データ駆動型解析（Data-

います。生命現象の原理の解明、数理解析によるdriven analysis）」の第一人者である。中戸氏

理論構築、新世代の疾病治療法開発への寄与とは、文部科学省による科学研究費助成事業「細いう目標に対し、その達成を支援するために、す胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御（細べての研究者の解析要求に応えるバイオインフォ胞ダイバース）」に参画し、数理細胞社会モデルマティクス基盤の構築を目指しました。多数の

Case study

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Page 2“ 前提知識に依存しない『データ駆動型解析』は、いわばゲノム研究におけるビッグデータマイニングです ”
̶ 東京大学

定量生命科学研究所

大規模生命情報解析研究分野

講師

中戸 隆一郎 氏

サンプルを扱うエピゲノム解析のためのパイプラ

細胞ダイバースの「エピゲノム・シングルセル大イン構築など、研究者が使いやすい環境の整備に規模統合解析システム（以下、解析システム）」は、も力を入れています」と中戸氏は話す。

こうしたバックグラウンドを持つ中戸氏の意思を強く反映したシステムデザインとなった。

2003年にヒトゲノムが解読されて以降、ゲノム変異やエピゲノムの異常が、がんや代謝疾患、免疫ソリューション疾患など様々な病気に深く関係することがわかっ東京大学
定量生命科学研究所
大規模生命情報解析研究分野
講師 中戸 隆一郎 氏てきた。エピゲノム（ゲノム修飾情報）
は遺伝子の解析システムを支える働きをコントロールする情報の集合体であり、そHPE サーバープラットフォームのメカニズムの解明に大きな期待が寄せられて 「細胞ダイバースの解析システムでは、従来からいる。の多細胞解析に加え、ゲノム情報を単一細胞レベルで解析するシングルセル解析に最適な環境を中戸氏が主宰する研究室のアプローチは、次世代整えました。細胞サンプルの品質評価、クラスタシーケンサー（NGS）から得られる大規模なデーリング、クラスタ内での高発現遺伝子の同定などタを統合的に解析する「データ駆動型解析」、複を高速かつ効率的に実行でき、細胞間の相互作数の NGS データを比較検証して解析精度を高め用をモデル化・可視化するための新しい手法の開る「マルチ NGS オミクス解析」に代表されるユ発も同時に進めることができます」（中戸氏）

ニークなものだ。
解析システムを構成するサーバーには、インテル ®の異常を研究するエピゲノム解析に軸足を置きなXeon® プロセッサー（最大4CPU/96コア）と最大12TB メモリを搭載可能な「 HPE ProLiant
DL580」、NVIDIA Tesla を2 基搭載可能な 2ソケットサーバー「HPE ProLiant DL380」を採用。
さらに、500TB 規模のファイルサーバー環境が高密度型システム「HPE Apollo 4510」によってがら、個々の遺伝子レベルではなく全ゲノム横断用意され、細胞ダイバースの多様な要求に応える的な解析に取り組んでいます」（中戸氏）

高性能で扱いやすい解析基盤を実現している。

「前提知識に依存しない『データ駆動型解析』は、いわばゲノム研究におけるビッグデータマイニングです。従来の仮説検証型解析では得られなかった、まったく新しいエポックメイキングな知見の獲得を目指しています。私たちは、ゲノム修飾情報

中戸氏とその研究室は、情報学を専門としながら 「本システムは、多細胞解析やシングルセル解析、生命科学系研究室との共同研究を通じて様々なより大きな計算リソースが求められる立体構造解

知見を蓄積してきたという。

析、ゲノムアセンブリまで大きな威力を発揮します。メニーコア / 大容量メモリを活かし、高負荷「ドライ（情報学）とウェット（生命科学）双方のテーのマッピング処理や多重処理の要求に耐えられるマや課題を理解していることが、私たちの強みとよう設計を考慮しました」（中戸氏）

言えるでしょう。たとえば、データ解析の結果の信頼性はデータの品質に強く依存します。品質の良

最新のゲノム解析プログラムの多くはマルチコアくないデータから信頼性の高い結果を得るため「1/ マルチ CPU による並列処理に対応しており、の品質評価手法、ノイズを多く含むデータの精度筐体内により多くのコア数とメモリを搭載できるを高める正規化手法、機械学習を用いたデータの4ソケットサーバーが有利」と中戸氏は判断した。

再構築手法などは、実際の解析現場のニーズから生まれたものです」（中戸氏）「また、GPU サーバーを導入して行列演算処理の高速化を図りました。機械学習ベースの『欠損値Case study業界

東京大学

大学・研究機関

Page 3ゲノム変異エピゲノム・シングルセル
大規模統合解析システム

エピゲノム

全ゲノムレイヤ
統合解析

遺伝子発現

立体構造

シングルセル

メインサーバー：HPE ProLiant DL580（4CPU/96コア）

GPUサーバー：HPE ProLiant DL380（NVIDIA Tesla ×2）
ファイルサーバー：HPE Apollo 4510
（500TB）

補完（Data Imputation）』という新しいアプローの共有資産として、誰もが簡単な手順で、常に最チにチャレンジできたことも大きな成果です。こ新の状態で利用できるようにしました。コンテナ

れにより、1細胞あたりのデータ量の上限が制約化することで、他の研究機関のシステムやクラウされるシングルセル解析で、より良好なクラスタド上で同じ解析プログラムを利用することも容易化・細胞サブグループの同定が可能になりました」 になります」（中戸氏）と中戸氏は話す。
中戸氏は、自身の開発した解析プログラムやスク中戸氏が取り組む「データ駆動型解析」が可能にリプトを積極的に公開し、誰でも自由に使えるよ

なった背景には、次世代シーケンサーが生成するうにする取り組みを進めてきた。これが、横のつデータの大規模化がある。しかも、解析システムながりが希薄だった国内外のゲノム情報学の研に取り込んだデータは、解析処理の過程で3〜4究者を結びつけるきっかけにもなったという。

倍かそれ以上に膨らむという。
「細胞ダイバース向けにシングルセル解析パイプ
ChIP-seq 解析のためのパイプラインとして中戸氏を中心に開発された DROMPA は、ピーク抽出、品質評価、可視化、複数サンプルの比較解析などに利用可能だ。多サンプルを同時に解析でき、ChIP-seq 解析の様々なステップをオールインワンで提供する。

「だからこそ大容量のファイルサーバーが不可欠ラインを、自身の研究室のためにはゲノム階層ごなのです。実際に、本解析システムを稼働させてとの解析 パイプ ラインを 構築してい ますが、から半年で200TB を消費しました。HPE Apollo

Docker イメージを利用すれば環境のセットアップ

4510は4U のコンパクトな筐体で500TB のファは非常に容易になります。結果として、解析プロイルサーバー環境を実現し、おかげでラックにはセス全体のリードタイム短縮に大きく寄与する十分な空きスペースがあります。ファイルサーことができました」（中戸氏）

バーの増設で困ることはありません」と中戸氏

高性能・高信頼の HPE サーバーは笑顔を見せる。

析システムの構築・運用、細胞間の相互作用をモプラットフォームを採用し「エピゲノム・シングルセル大規模統合解析システム」
を構築

中戸氏の細胞ダイバースにおける担当範囲は、解解析プログラムのコンテナ化とデル化する手法の開発、その手法を用いたデータ解析パイプラインの整備解析まで幅広い。

複数の研究者が共同利用する解析システムでは、研究者が本来の業務に注力できるよう、プログラ 「遺伝子発現のデータと立体構造データを統合的ム開発やセットアップの工数を軽減することが大に解析するようなアルゴリズム開発にも、継続的事なポイントになる。全員が共通バージョンの解に取り組んでいます。全ゲノム横断的な解析を実析プログラム・パイプラインを使用できるようにす現するプログラム開発が大きな目標です。また、ることも重要だ。

他の研究者と連携し、顕微鏡画像データとゲノムデータの統合、シングルセルデータを用いた数理「解析プログラムのコンテナ化を進め、Docker イモデリングといった新しいチャレンジも始まっていメージとして整備しています。これを研究チームます」（中戸氏）

Case study

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東京大学

大学・研究機関“ 実際に HPE のサーバープラットフォームを利用して、品質と信頼性の高さを実感しています。
必要なのは処理性能だけではありません。信頼性の高い解析結果を得るための重要な要件に、“解析システムの信頼性の高さ”があることは間違いないのです ”
̶ 東京大学

定量生命科学研究所

大規模生命情報解析研究分野

導入製品 / サービス講師

中戸 隆一郎 氏

ベネフィット

HPE は「メモリ主導型コンピューティング」を提信頼性の高い成果を支えるいく考えを示している。その実現は、大規模デー唱し、ゲノム解析分野のイノベーションに貢献してソリューション
エピゲノム・シングルセル大規模統合解析シス
テムの構築

高信頼の解析システム

タの探索を行う「データ駆動型解析」に大きな威導入ハードウェア

中戸氏が携わってきたプロジェクトのひとつに「国力を発揮するはずだ。中戸氏は次のように話して• HPE ProLiant DL580 サーバー
• HPE ProLiant DL380 サーバー
• HPE Apollo 4510 System」がある。 締めくくった。
際ヒトエピゲノムコンソーシアム（IHEC）

2010年に立ち上がった IHEC プロジェクトでは、世界各国の研究者が協力してヒトエピゲノム情報 「まったく新しいエポックメイキングな知見の獲得を解析し、再利用可能な高精度のヒトエピゲノムに、テクノロジーのイノベーションが追い風になるデータベースを構築することを目指してきた。

ことは間違いありません。エピゲノム解析とその先の全ゲノム横断的な解析を前進させるために、ソリューションパートナー「私は日本チームの一員として血管内皮のエピゲ革新的なテクノロジーをどこにどのように適用すノム状態の解析を担当し、遺伝子の活性化に重べきか正しく見極めていく考えです。HPE サー

要な役割を果たすエピゲノム状態であるエンハン

バープラットフォームには、高い性能とロバストネサーとプロモーターを網羅的に調査しました。 ス（頑健性）
で私たちのチャレンジを支えてくれるデータ駆動型解析、マルチ NGS オミクス解析、個ことを期待しています」

人差を除去する手法などをフルに活用して研究に取り組みました。7年に及ぶ IHEC プロジェクトを通じて、大規模解析に最適化した解析システムやツール開発のノウハウを蓄積することができた

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hpe.com/jp/serversと思っています」

HPE サーバープラットフォームを採用した細胞ダイバースの解析システムには、IHEC プロジェクトでの経験が活かされているという。
本カタログを共有するその他のカタログを探す「実際に HPE のサーバープラットフォームを利用して、品質と信頼性の高さを実感しています。解析対象となるデータ量の増大とともに解析リソー

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スへの要求が高度化していますが、必要なのは処理性能だけではありません。信頼性の高い解析結果を得るための重要な要件に、“解析システム

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