NBDCサイトビジット
2015.8.10
於理研バイオリソースセンター

生命と環境のフェノーム統合データベース
進捗報告

理研バイオリソースセンター
桝屋啓志
1

発表内容
• 本ユニットの紹介• 終了時点における達成目標、通期研究開発計画• H26年度実施項目、実施状況• H27年度実施項目• その他（通期計画に照らした懸念点、想定外の進展等） など

2本ユニット（理研BRC・マウス表現型知識化研究開発ユニット）の紹介

3

理研BRC マウス表現型知識化研究開発ユニット
バイオリソース利用を高めるための情報基盤技術開発
バイオリソース情報

リソース利用の拡張を目指す
解析・研究の高度化

基本情報
カタログ
寄託在庫分譲特性情報
表現型（詳細比較含む）
データ品質管理
研究への用途!

疾患モデルの探索

新たな研究分野での利用
新たな”知識”探索のための基盤

1. データを統合するための、理論的基礎の確立
2. リソース特性情報を統合するデータベースの開発
3. 新たなリソース利用に向けた、情報の国際連携
4サイバー空間におけるバイオリソースの役割
生命科学の再現性を担保する最重要基盤
現実世界

サイバー空間バイオリソースの共通利用によりデータ間の相互運用性が可能になる現実世界と同様に、データとリソースを結びつけて利活用することが重要
Data

Data

Data

Data

Data

Data

Bioresource(data)

Data

Genomedata

Bioresource

Data

basic
bio-properties

標準的にデータを流通させる基盤が必要• 標準化された固有ID• リンク方法• オープン性• ソフトウェア横断性

RDF

5

先行研究：上位オントロジーによる生命科学知識の統合化
上位オントロジー：
概念の普遍的な分類体系•

生物学に登場する概念:

生物分野のデー
タベース

統合データベースを設計するための指標
Masuya et. al. NAR 2011 D861-870
桝屋・溝口 人工知能学会論文誌 2014 29: 311-327
J. Applied Ontology （投稿中）6本ユニットのアクティビティ
国内、国際コミュニティ
バイオリソースセンター
バイオリソース特性DBの開発、国際連携

モデル
生
物研
究

理研のデータの利便性を高める研究開発（理研情報基盤センターとの連携）

理研

バイオインフォマティクス検討委員会
情報基盤センター

オールジャパン・統合DBの作成（表現型データの分野横断的共有：本課題）

疾患研究All Japan
7

終了時点における達成目標、通期研究開発計画

8

目的
フェノタイプと関連データの情報共有と標準化を、研究分野の垣根を超えて実現する
イノベーションの推進
自由に一括
ダウンロード（RDFによるメタデータ空間）

疾患研究の新たなモデル系
薬物応答に影響する変異／多型
創薬の新たなターゲット候補

統一フォーマット
標準化・統合化・体系化

ヒト
表現型

ラット
表現型

マウス
表現型

ゼブラ
フィッシュ
表現型

メダカ
表現型

9

終了時点における達成目標
主要な
統合対象
データ

第1期（終了）

第2期

マウス系統：約5000系統
培養細胞：約3600株
微生物株：約15000株（理研バイオリソースセンター）【提供データ拡充】提供するフェノーム情報の質と量の拡大
分子表現型：
マウスCreドライバー系統 マーカー遺伝子の発現情報：約50系統 （熊本大）
ゼブラフィッシュのジーントラップ系統 マーカー遺伝
子の発現情報：約500系統 （遺伝研）
単純表現型：
マウス網羅的表現型解析データ：約100系統（理研）
ラット網羅的表現型解析データ：約1000系統（京大）
メダカ表現型：約500系統（基生研）
複合表現型:疾患オントロジー：約5000疾患（リンク）
国際的な標準病名ICD10：約12000疾患（リンク）NBDC各グループと連携、RDF技術に基づく相互利用を実現

シロイヌナズナ変異株：3700 件環境資源科学科学研究センター）

データ
収集方法

データベースより直接収集（バイオリソースセンター等）【データ収集技術】生物学者向け表現型データ入力S開発
データベースからの直接収集に加え、一般ユーザー（ゲノム編集コンソーシアム）からの直接入力システムの開発

可視化

つながり検索、お勧めリソース【データ活用技術】モデル生物表現型と疾患の関連づけと可視化疾患研究者が最適な研究モデル系を探せるシステム（SPARQLによるインターフェース開発）

10第1期データの利活用性改善• 第1期に作成したデータについて• 第1期に作成したデータに関しては、RDFとして流通させやすい形式に修正する• 第2期におけるスキーマ拡張に合わせて、一部のデータの修正を行う。
• データ公開基盤に関して• 第1期データの公開基盤だった「サイネス」に関しては、運用コスト、ネイティブRDFとして外部機関との連携のしやすさ等の面から、別の公開基盤を検討する（例：TogoDB(DBCLS)、あるいは理研の新たな公開基盤）

11通期研究開発計画
研究開発項目
１．提供するフェノーム情報の質と量の拡大
・データ整備ワークフローの確立と、オントロジーの選定
・データのRDF化と公開・分子データとの連結
２．生物学者向けの表現型データ入力システム開発
・オントロジーの収集、仕様調査、設計・プロトタイプ開発
・アプリ改変と公開
３．モデル生物表現型と疾患との関連づけと可視化
・基本設計とオントロジーの収集と検証

・Webアプリケーションの設計
・Webアプリ開発とその公開

H２６年度

H２７年度

H２８年度

H26年度実施項目、実施状況

RDFスキーマの見直し
生命の解析データを表現する汎用RDFスキーマ設計
遺伝子生物種

環境／条件データ

variant of(NCBItaxonomy)アレル
environment

in taxon

has_allele

系統・株strainコホート

indicates_whole_entity

表現型
データ

information部位

バイオリソースの管理情報（各分野のオントロジー）

形質

表現型値

（PATO)(数値、定性値）
measurement_of

RDFの基本構造

主語

述語

計測パラメーター
has_parameter

目的語
計測方法

14

H26年度実施状況：提供データ拡充
収集対象

目標数

データ
取得数

備考

マウスCreドライバー系統（熊本大・理研BRC)

50系統

130系統

RDFスキーマ作成
テストデータ作成

ゼブラフィッシュ ジーントラップ系統（遺伝研）

500系統(500系統）

データスキーマ協議中（テストデータ作成）

約50コホート（21系統）RDFスキーマ作成済
国際プロジェクト（IMPC）とのデータ連携を協議

コンソミックマウス網羅的表現型データ（遺伝研）

60コホート(30系統）RDFスキーマ作成

糖鎖グループマウス表現型

40系統

RDFスキーマ作成

ラット網羅的表現型データ（京大）

216コホート(172系統）

RDFスキーマ作成
テストデータ作成

約1000系統

RGDよりインポート

マウス網羅的表現型データ(理研BRC)
100系統

1000系統ラット表現型データ（RGD)

メダカ表現型（基生研）

500系統

15系統

RDFスキーマ作成
テストデータ作成
基生研と連携で、オントロジーを用いた表現型アノテーションを開始

BRCマウス系統（第1期課題）5,722系統

第1期からのRDFスキーマの見直し
テストデータ作成

BRC細胞株（第1期課題）3,775株

第1期からのRDFスキーマの見直し
テストデータ作成

14,752株

第1期からのRDFスキーマの見直し
黒川Gとのデータ連携準備
テストデータ作成

JCM微生物株（第1期課題）15H26年度実施状況：データ収集技術
生物学者向け表現型データ入力システム仕様確定
ゲノム編集コミュニティより、編集の結果得られた生物の表現型情報を収集するソフトウェア
生命科学としての重要性：
様々な生物種で遺伝子改変系統が爆発的に増加すると予測され、改変内容、結果として得られた表現型の情報共有し、重複努力の防止、再現性確保が課題
コンソーシアムとしての必要性：
技術および活動アピールとして、データベースが有用
システムの特徴／目標
オントロジー語彙を利用して、ばらつきの少ないデータを容易に入力できること。
RIKEN Genome Editting Organism Registry（ロゴ）

ゲノム編集生物登録フォーム １
登録者

理研BRC

理研情報基盤センタ

選択式（対応可能な生物）

データ収集WEB/APP/DB
サーバ

AboutUpdateRDFの登録暗号化（SSLによるセキュア通信）

Menu
Home

１． 生物種を選択してください

理研イントラネット

SPARQL
Endpoint（Virtuoso）

Contact
２. ゲノム編集を行った系統を選択してください
生物種に応じ選択肢表示変化

モデル生物の情報はRDF化するので、情報はURIで持つこと。 ３. ゲノム改変方法を選択してください

Loigin User Menu
(リストにない系統名）

生物登録
一括登録

ゲストユーザ

インターネット

ゲノム編集コンソーシアム
代表：広島大学・山本卓

確認

キュレーター（理研BRC）

ゲノム編集方法
オントロジーユーザ情報変更

４．改変したアレル情報を入力してください
生物種に対応した遺伝子リスト、既知アレルリスト(遺伝子がない場合、周辺の塩基配列）

Login
Ｈｅｌｌｏ, user

５．新系統名Log out（元の系統名）＋遺伝子名

Next

一時保存登録を一時中断する場合

Copyright© Riken BRC, All rights reserved.

16

H26年度実施状況：データ活用技術
モデル生物表現型と疾患の関連づけシステム仕様確定
各種生物の表現型データを、特にヒト疾患との関連に注目して可視化する
画面設計（一部：白内障の研究モデル動物を探索）
H ome

Mod el or g an i sms

内部設計：オントロジー推論結果をRDF化

Di sease-ph en ot ype Bod y par t -ph en ot ype Ab ou t

Model organism viewcataract

Search□✔ 表現型の関連で探す□✔ 遺伝子の関連で探す

Annota on

Muta on

表現型統合オントロジー●Uberpheno○PhenomeNet

DiseaseMouseRatZebra fish

①疾患名を入力
cataract (OMIM ID: 601088) と関連する表現型表示しています。
Equivalent

SubClass②モデル動物表現型を提示

4 organisms hit
生物種Prev 1 2 3 4 5 End Next△▽表現型△▽

検索条件との関連 △部位▽画像△▽リソース△▽オリジナル △
▽サイト

ラット

白内障

表現型一致

eye0155NBRP Rat

マウス

白内障

表現型一致

lens

RBRC00376

RIKEN BRC

小眼球症

部位の一致

eye

Marker for srebfs is expressed at day 5

部位の一致

eye

hapGGFF3A

zTRAP

ゼブラフィッシュ

ゼブラフィッシュ

Marker for srebfs is expressed at day 5

病因遺伝子一致（srebfs)-

Marker for unknown gene is expressed at
day1

部位の一致

eye

LinkLink
Link

SAGFF(LF)226F

zTRAPKöhler et al. (2014)

語彙間の関係グラフ

全体構成：RDFレポジトリを利用したWebアプリ
検索者
理
理
研報基盤センタ

理
理
研BRC

Link
理研メタデータベース

Prev 1 2 3 4 5 End Next

SPARQL情
理研イントラネット
Endpoint（Virtuoso）

データアップロード

SPARQL検索

DMZ
インターネット
開発・運用ベンダ
WEB/APPサーバ

開発ベンダは特定のIP等で制限されたSSHゲートウェイサーバ経由でWEB/APPサーバにアクセスする

17H27年度実施項目

進捗状況まとめ• 【データ収集技術】生物学者向け表現型データ入力システム開発– 発注準備中• 【データ活用技術】モデル生物表現型と疾患の関連づけと可視化– 開発中• 【提供データ拡充】提供するフェノーム情報の質と量の拡大•••••

データ公開基盤の選定
各データのRDF化および公開
ポータルサイト作成
国際／国内連携の拡大
アクセス数

データ公開基盤の選定
理研メタデータベース：http://metadb.riken.jp
理研情報基盤センターが開発、2015年4月より運用
メタデータの世界標準技術であるセマンティックウエ
ブやRDFの枠組みに基づいてライフ系データの公開を支援するデータベース基盤整備
••
•
••
•

スプレッドシートからの比較的容易なRDF化
表形式、リレーショナルDB的なRDF可視化
オンントロジーツリー表示
データダウンロード（RDF, スプレッドシート）
SPARQLエンドポイント
DBカタログ、Federated-query（分散型のデータ統合）
実現等で、NBDC、DBCLSと連携• 生命と環境のフェノーム統合データベース（本課題）の公開基盤として採用• 当ユニットが開発に協力• バイオリソースセンターが理研データのRDF化（活用しやすいデータ作成）を先導する役割• データ更新等、細かな要望をお願いしやすい• 第1期において、サイネスより公開されていたデータも、ネイティブなRDFに変換し、公開

H27年度実施状況：提供データ拡充
収集対象

目標数

データ取得数進捗

マウスCreドライバー系統（熊本大・理研BRC)

50系統

130系統

テストデータ作成

ゼブラフィッシュ ジーントラップ系統（遺伝研）

500系統(500系統）

データスキーマ協議中（ゲノムデータ記述方法の検討）

マウス網羅的表現型データ(理研BRC)

約1800系統

IMPCデータインポート
RDFテストデータ作成中

コンソミックマウス網羅的表現型データ（遺伝研）

60コホート(30系統）

テストデータ作成中

糖鎖グループマウス表現型

40系統

テストデータ作成中

マウスENU誘発突然変異

70系統3000変異

テストデータ作成中
NGSデータスキーマ策定中

ラット網羅的表現型データ（京大）

216コホート(172系統）

テストデータ作成

約1000系統

公開準備中（オントロジーとして）

100系統

1000系統ラット表現型データ（RGD)

公開

メダカ表現型（基生研）

500系統

約300系統RDFデータ公開
基生研と連携で、オントロジーを用いた表現型アノテーションを続行

厚労省指定難病リスト-約500語彙

テストオントロジー作成
DBCLSと連携

BRCマウス系統（第1期課題）5,722系統

RDFデータ公開
一部データ見直し中⭕️BRC細胞株（第1期課題）3,775株RDFデータ公開
一部データ見直し中⭕️

JCM微生物株（第1期課題）14,752株

MCCVによるRDFデータ公開
MicrobeDB.jp, DBCLSと連携

⭕️⭕️

21

メダカDB
http://metadb.riken.jp/metadb/db/NBRP_medaka

マウスDB
http://metadb.riken.jp/metadb/db/rikenbrc_mouseポータルサイト：J-phenome
http://jphenome.info
各データベースへのリンク

モデル動物／細胞分野での国際連携
国際マウス表現型解析コンソーシアム（マウス全遺伝子の網羅的表現型解析）
12カ国18研究機関

マウスゲノムデータベース
米国ジャクソン研究所

細胞株オントロジーコンソーシアム
3カ国8機関アジアマウス変異体リソースコンソーシアム
8カ国10研究機関

IMPCのデータをRDF化を理研でトライすることを合意済み。
全データを定期的インポートの体制確立（現在約1800系統）。
テストデータ作成中
BIO2RDFのデータに更新の問題があるため、一部データを理研でRDF化することを合意済み
テストデータ作成中。
細胞株のRDFスキーマ（バージョン1）を策定済み
RDFデータ公開済み

アジアマウスリソースの統合DB化を検討中

RDFによるリソース情報統合の有用性に関して
NBDCでの経験を含め、レポート化を提案
アジアリソースセンターネットワーク
15カ国60研究機関

国内（分野横断的）連携
NBDC統合化推進プログラム

分野横断的に共通利用できるRDFスキーマを策定
測定値（数値、単位）、バイオサンプル、文献等

厚労省指定難病の病名約500語彙をオントロジー化
国際希少疾患コンソーシアムのオントロジー（ORDO）とのリンクを付すことで相互運用性を確保する。国内の各種疾患語彙についても、国際的にも相互運用性の向上を目指す。
人的ネットワーク構築の段階。
NGSメタデータのRDFスキーマを作成中
マウス、微生物データとリンク予定

理研QBiC・発生動態研究チーム

画像RDFメタデータの策定中。生命系で用いられる画像DB「OMERO」との連携へ

微生物リソースに関して、MicrobeDB.jp・DBCLSの提案するRDFス
キーマ／オントロジーでデータを作成。本プロジェクトで作成したデータが、そのまま流通し利活用されるネットワークができつつある。
さらに、国際標準化に向け、アジア（アジアリソースセンターネット
ワーク：ANRRC）、世界（微生物世界データセンター：WDCM）を通じて、働きかけを開始。

統合化推進プログラム（TPP）連携

各プロジェクトの『守備範囲』のヒートマップ

統合に向けたRDF化支援、データの相互利用へ向けた調整と連携（毎月のSPARQLthonにて調整）
カテゴリ

Biological Entity

データの種類系統、株、家系
バイオサンプル

菅野グ

ループ
田有グ

ループ
成松グ

ループ
桝

屋グ

ループ
田

畑グ

ループ
黒川グ

ループ
CDB

LSグ

ループ

NB

DC

ウイルス・バクテリア部位

Chemical Entity

Genomic Entity

化合物（代謝物）
糖鎖
糖タンパク質ゲノムの中の位置情報
オルソログ
遺伝子・遺伝マーカー・QTL
アレル,バリアント、SNP
エピゲノム

Molecular role

マススペクトル
RNAseq
トランスクリプトーム／遺伝子発現
表現型
植物疾患、病害抵抗性
ヒト疾患
薬理活性

Environmental Factor

実験条件
環境
メタゲノム

Molecular Phenotype

Biological Phenotype

培地
実験方法
Informational Entity

論文
データベースリンク集

データを保持している／作成する

外部データの参照を行なう

桝屋Gは、すべてのデータ種について連携先があり、継続して統合化を行っていく必要がある

次年度計画• 【提供データ拡充】提供するフェノーム情報の質と量の拡大
各データのゲノム情報や、NBDC内各プロジェクトとの連結を行い、そのデータをNBDCあるいは、理研のRDFレポジトリから公開する。
• ゲノムデータ• 糖鎖データ• パスウェイデータ
• 【データ収集技術】生物学者向けの表現型データ入力システム開発
今年度開発したプロトタイプアプリケーションの改変と公開、データ収集を開始する。
• 【データ活用技術】モデル生物表現型と疾患との関連づけと可視化
今年度開発したプロトタイプアプリケーションに基づき、さらなるアプリ開発とその公開を行うその他（通期計画に照らした懸念点、想定外の進展等） など• RDF化において、共通語彙／オントロジーの利用は、データの利便性を左右する重要な要素。供与先でのデータ整備（＝アノテーション）が必要になる場合が多い。
＝＞キュレーション作業の予算措置を求める声• メダカ：
我々が勧めるスキーマ／オントロジーでのアノテーション作業を実施。
（国際的にデータ連携を進めたいというインセンティブが働いた）• ゼブラフィッシュ：より利活用されるためには、さらに細かい粒度の表現型データが必要だが、予算がなく作業できない。
一方で、コミュニティに役立つデータ統合様式を真剣に求めている。
• ゲノム編集データ入力システム：
一般生物学者個人のデータ登録に対するインセンティブをどれだけ生み出せるか• 想定外の進展：• 微生物情報の国際化• 疾患情報をキーとした連携• NGSデータとの連結データ統合と利活用、今後の課題• モデル動物：疾患研究への利用に向けて• 国内開発のモデル動物に向け、さらなる拡充• 疾患および、ヒトバリエーション解析データとのさらなる連携、統合状態の可視化• パスウェイデータとの連携• 細胞株：急速に拡大するiPS細胞ニーズへの対応、データ利活用を通した疾患研究の発展• 今後拡張される疾患特異的iPS細胞バンク（5000人15,000株）の情報利活用基盤• データ種： 核型、未分化性、分化能、分化後細胞、全ゲノムデータ、コントロールとしての健常人由来iPS• 公開データ（匿名化済み）の試料提供者が特定されないための、データ利用のレギュ
レーション• ヒトバリエーション、疾患情報、動物モデルとの連携• 植物フェノーム x 環境（シロイヌナズナ）• 情報技術面：ありふれた技術の利用拡大と、ビッグデータ利用の最先端研究• 世界標準APIであるRDFの特徴を生かし、データ可視化プログラムの共用をさらに進める。
（プログラミングの敷居をさらに低める）• 効率的なFederated queryの実装、高負荷への対応• 巨大RDFデータ（グラフデータ）を用いた大規模関連解析• 人材育成：個々のデータの確認／バルクで俯瞰の双方ができるセンスとスキル• アノテーター（データ作成）：データ生産が行われるところに必要？ あるいは集中化？
• 開発者（データ可視化）

メンバー・謝辞
理研バイオリソースセンター
吉木淳
中村幸夫
大熊盛也
小幡裕一

理研バイオリソースセンター
マウス表現型知識化研究開発
ユニット
斎藤実香子
大島和也
高山英紀
大城望
高月照江
田中信彦
桝屋啓志

理研情報基盤センター戀津魁小林紀郎
基礎生物学研究所
バイオリソース研究室
金子裕代
成瀬清
国立遺伝学研究所
哺乳動物遺伝研究室
高田豊行
国立遺伝学研究所
初期発生研究部門
川上浩一

京都大学院医学研究科
庫本高志
理研QBiC・発生動態研究チーム
遠里由佳子
京田耕司
大浪修一
DBCLS
川島秀一
片山 俊明
山本泰智
大阪大学・産業科学研究所
古崎晃司
国立遺伝学研究所
大量遺伝情報研究室
藤澤貴智
NBDC統合化推進プログラムの皆様