基盤技術開発プログラム「データベース統合に関わる基盤技術開発」

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
小原雄治©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

基盤技術開発プログラム実施体制
長洲毅志
PO共同研究グループ

研究代表者
ライフサイエンス統合データ
ベースセンター
小原雄治
研究開発題目：生命科学分野におけるデータベース統合化のための基盤技術開発

産総研・
生命情報工学研究センター
浅井潔
研究開発題目：解析プラットフォームによる統合利用環境の整備

共同研究グループ
京大・化学研究所
五斗進
研究開発題目：データ統合と新規分野
データ活用のための基盤技術開発©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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基盤技術開発プログラム平成24年度研究参加者【DBCLS】
小原雄治
大久保公策
岡本忍
川本祥子
金進東
坊農秀雅
箕輪真理
山口敦子
小野浩雅
片山俊明
川島秀一

河野信
内藤雄樹
仲里猛留
山本泰智
飯田啓介
KOCBEK S.
呉紅艶
大田達郎
藤枝香
王悦
鐘ヶ江弘美
RA27名

研究協力者
中村春木
金城玲
小笠原理
岩崎渉
山崎千里

【CBRC】
浅井潔
福井一彦
田代俊行
【京大】
五斗進
時松敏明
小寺正明
中川善一
守屋勇樹

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基盤技術開発プログラム背景
1. 生命科学分野の技術革新が進む– NGSデータ, オミックスデータ, パーソナルゲノム等データの爆発的増加– 測定機器, 解析機械の技術革新
2. 一方でデータベースは散在し, どこに何があるのかわかりづらい, 新規発見のスピードが上がらない, 創薬につながらない, 大量データの解析が困難, 人材不足等の問題点
データ, 文献, 知識を統合化し,使いやすく提供することで,研究, 医療,産業,研究の発展・深化を支援しイノベーションをもたらすことが急務©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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統合データベースプロジェクトの課題• 大型プロジェクトの成果の統合• 多様なデータを統合する基盤技術の開発• データ駆動型科学への展開• 解析ワークフローや統合検索など利用環境の整備• 大規模データ・新規データの利用技術開発• データ共有・データ公開の制度設計・場の提供• 人材育成©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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統合化の全体像とステップ
データバンク事業

プロジェクトDB

個別DB

ツール

①データベースのカタログ化、ポータルサイト、ダウンロードサイト②データベースやツールの使い方、使い分けの情報③データベースやツールの統一的、シームレスな検索、利用④知識発見支援のためのデータベース統合化、解析ワークフロー⑤目的、用途ごとのデータベース統合化、解析ワークフロー

イノベーション、新たな知識発見、データベース生物学©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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基盤技術プログラム方針(その1)• ひとつの巨大DBを作るのでは無くフェデレーション型の統合を目指す• セマンティックウェブ技術を基盤に統合化を進める• DBの連携により個別のDBからは得られない高度な情報や知見が獲得可能となるようなシステムを目指す（高度検索の実現）• データの性質や特徴などを記述するメタデータの標準化や整理, 可視化技術の開発により, DBを利用しやすい環境を構築する©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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基盤技術プログラム方針(その2)• 解析ツール群を統合し使用しやすい環境を構築する（DBだけで無く, DBを使う道具も整備）• NGS, メタゲノム, 画像などBigDataにも対応する (NGSデータを中心に公共DBの利用技術を開発)• NLP, Textmining技術 を生命科学分野に応用し, DB構築に貢献し, アノテーション, キュレーションの高度化を図る• 開発だけでなく, 講習会, 日本語コンテンツ作成, 人材育成を通じて, 普及につとめる• BioHackathon等での開発を通じ（国際的な）標準化をリードする©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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フェデレーション型データ統合による生命科学分野のオープンデータの実現
各研究機関

データ記述・交換の標準的枠組み

利用者

アカデミックNCBI

リンクトオープンデータの実現
Linked Open Data
UniProt

利用サイト

データ提供（RDF）
利用

DDBJ

データ公開支援
PDBj

NBDC
DBCLS
サードパーティ

研究解析
情報公開
メディア
官公庁
商用
：
：
NBDC
DBCLS

利用
産業・医療

有用DB

反応
有用DB

公開して欲しいデータのニーズ©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

教育・市民

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RDFを利用したDB統合・RDBとの比較©2011 山口敦子、片山俊明（ライフサイエンス統合データベースセンター）licensed under CC表示2.1日本

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UniProtエントリO95819の情報をRDFで表現

11©2011 山口敦子、片山俊明（ライフサイエンス統合データベースセンター）licensed under CC表示2.1日本

基盤技術開発プログラム研究課題
1. データベースのRDF による統合化(D, 京）
2. 解析プラットフォームによる統合利用環境の整備 (C, D)
3. インターネットを活用した高度検索技術の開発 (D)4. RDF化に資するオントロジー, 辞書,コーパス整備, 標準化技術
開発 (D, 京)
5. 大規模データの利用技術開発 (D, 京)

6. 情報統合化・知識発見のためのキュレーション支援 (D)
7. 統合データベースに関わるコンテンツの作成 , 整備 (D)分担 D:DBCLS, 京:京大, C:CBRC©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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昨年度(H23)の進捗概要• データベースのRDFによる統合を進めるための各種調査を実施し,標準工程や指針を明らかにした– 有用DBの優先度付調査やRDF蓄積DB調査,オントロジ• 特定分野のデータベースのRDF化を実施,必要なオントロジーの作成,RDF化したDBを利用した情報提示法の検討を実施した• 大規模ゲノムデータの再利用促進技術開発を目指した検索サービスの開発を進め, 文献情報やQC情報による指標を導入した• NLPや協働キュレーション技術により研究者のアノテーション,
キュレーション,文献利用環境の向上を図った• BioHackathon等を通じ,NBDC,統合化推進プログラムと連携し,オントロジ構築やRDF化を実施した©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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昨年度の課題と今年度の取り組み• RDFを蓄積するトリプルストアの調査並びに整備が難航した(トリプルストア自身が発展途上）→トリプルストアやSPARQLについての運用実績を蓄積した• DBのRDF化やオントロジー構築にかかるコスト（手作業, 時間,
領域固有の問題）をどう解決するか→自動化のためのツール, サポートツール開発. オントロジー構築や
キュレーションへの応用により問題点からの開発へのフィードバックを実施した• 開発規模の決定が難しい ( DBはどこまでRDF化するのか生物
種はどこまで増やすのか,対象分野は? )→微生物やゲノム, プロテオーム, 発現にターゲットを絞って開発• 必要な計算機の確保が単独では難しい→遺伝研スパコン, NBDC計算資源の利用で一定の解決©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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課題別H24年度開発内容一覧(1) データベースのRDFによる統合化
 有用 DB のRDF 化作業、TogoDB の RDF 化機能開発
 自然文からのSPARQL生成システム開発
 トリプルストアの調査ならびに整備の継続
 DBメタデータの蓄積及び利用
 LinkDBシステムの統合利用環境への応用 （京大)(2) 解析プラットフォームによる統合利用環境の整備• ワークフロー環境整備 (CBRC, DBCLS)• ツールのRDF入出力機能追加開発 (CBRC, DBCLS)• 解析プラットフォームへの機能追加・整備 (CBRC)• ワークフロー環境での結果レポート表示機能開発 (CBRC)(3) インターネットを活用した高度検索技術の開発• 有用分野でのプロトタイピング,検索結果の情報提示法と可視化開発• NBDC運用の既開発サービスの機能向上• NBDC統合化推進プログラムとの連携©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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課題別H24年度開発項目一覧(4) RDF化に資するオントロジー辞書コーパスの整備標準化• 言語資源リポジトリ開発• 自然言語処理, テキストマイニング技術の整備• 反応オントロジーの整備（京大)• 解析ツールのオントロジー作成 (CBRC)(5) 大規模ゲノム配列データの利用技術開発• メタ情報による大規模ゲノム配列データの整理・再利用促進技術開発• 遺伝子発現のリファレンスデータセットの整備• 医療用画像データの利用技術開発• メタゲノム・メタメタボローム等新規分野データ活用技術の開発 (京大)(6) 情報統合化・知識発見のためのキュレーション支援• キュレーション支援システム開発• 協働キュレーション作業運用技術の整備(7) 統合データベースに関わるコンテンツの作成,整備• チュートリアル動画の作成• 学会オンラインジャーナル立上げ• 生物並びに臓器3Dデータの作成©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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RDFによる統合化
進捗報告
課題(1)(2)(3)(4)(6)©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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RDF によるデータベース統合 メリットと課題
メリット
自然文, キーワード,
実験データなど

一つの検索技術で様々な DB を縦横無尽に利用できる(複雑な検索)課題1

検索インターフェイス
適切な可視化を用いた結果表示RDFクエリ言語

RDFクエリ結果

課題2
RDF データ
ワークフロー作
成＆実行

RDF

課題3
解析プラットフォーム

メリット

RDF

RDF 化した外部のデータベースも等価に利用できる(Web of Data)

文献DB
タンパク質DB

ゲノムDB©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本…
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課題1:検索インターフェイスの課題
自然文, キーワード
実験データなど

検索インターフェイス
適切な可視化を用いた結果表示

課題

一つの検索技術で様々なDBを縦横無尽に利用できる
RDFクエリ言語

RDFクエリ結果

1. 適切な検索条件・可視化は分野や目的によって異なる
2. 一般のユーザが RDF クエリ言語 (SPARQL) を書くことは難しい
3. 検索対象となる RDF DB の応答時間や安定性が不十分
IDの対応表取得の例:©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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検索インターフェイスの課題への対策
1. 適切な検索条件・可視化は分野や目的によって異なる
TogoGenome: ゲノムを軸にデータを統合して，データの可視化に必要なテンプレートを揃えたシステム

TogoTable: 一般ユーザによく使われる表形式を入力として，ユーザが欲しいデータを関連する DB から付け加えて表形式で表示するシステム
2. 一般のユーザがRDFクエリ言語 (SPARQL) を書くことは難しい
LODQA: 自然言語(英語等)を SPARQL に自動変換するシステム
3. 検索対象となる RDF DB の応答時間や安定性が不十分

トリプルストア性能調査: 既存の RDF DB システムの性能調査
YummyData: ネットを介したSPARQLによる問合せに対応している外部DBについて, その品質を評価する試み©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

20ゲノム統合環境: TogoGenome
ゲノムを軸とした RDF 統合環境特長
ゲノムに関連する様々な側面を組み合わせた検索側面の例:• 環境 – 地理情報, 培地情報, 寄生/ホスト, ...
• 生物種 – タキソノミー, 進化系統情報, ゲノムサイズ, ...
• 遺伝子 – Gene Ontology,オーソログ,相互作用,モチーフ,アイソフォーム,位置情報,..
• 機能 – 疾病, 毒性, 光合成, 代謝パスウェイ, ...
• 文献 – 研究履歴, 参照元文献, 図表, ...
また，これらの側面を組み合わせたときの，統計情報が容易に得られる

結果表示に再利用性の高い可視化テンプレートを利用開発中(検討中のものを含む)の典型的テンプレート:
表，グラフ(棒グラフ，円グラフ，折れ線グラフなど)，
木構造(ツリーマップなど)，地図情報，
生物学特有の表示テンプレート(ゲノムブラウザ，遺伝子構造，モチーフなど)©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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テーブル型統合環境: TogoTable( 表形式 RDF 統合環境プロトタイプ )特長: ユーザが持つ表データへ外部の DB からデータを簡単に追加可能
 今年度は対応可能なDBを充実させた
PubMed ID
14702039, 15489334

3.

カラムが追加される

15489334, 21269460…

1.

DB: UniProt
情報: PubMed ID を選択

2. SPARQL 生成

RDF データ
列を選択し，欲しい情報を指定すると，
RDF 化された関連する DB からその情報を検索して表に付け加える

タンパク質DB
ゲノムDB

文献DB

…

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LODQA
Linked Open Data Question Answering

自然言語をSPARQLに変換するシステム
生物学研究者には SPARQL で自分のやりたいことの記述が困難

自然言語を SPARQL へ自動変換するシステム LODQA を開発• 期待される効果
SPARQL を書けないユーザでも，自然言語を用いてRDF 化された DB 群の検索が可能に©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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LODQA

質問文

質問文の構造解析

自動生成
生成されたSPARQL©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

24トリプルストア性能調査
トリプルストア: RDF データを格納し, SPARQL での検索が可能な DB

 SQL と異なり，SPARQL 検索は検索対象がグラフのため，グラフ比較が高速にできる必要がある- データ格納時に SPARQL に適したインデックス作成が必要だが，ストアによってインデックス作成方法は様々である- 生物学データのような巨大なデータに対する性能調査の例は現時点ではない

 DDBJ, UniProt など，生物学 RDF データを利用して性能調査- 対象ストア: Virtuoso, 4store, OWLIM-SE, Mulgara, Bigdata- ロード時間およびクエリ応答時間等に関する性能調査を行った．

結論:巨大データに対しては OWLIM-SE, Virtuoso が優れている©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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課題2: RDFデータの課題
1. 検索したいデータがRDFになっていない
2. RDF化をサードパーティで行おうとすると，元データのフォーマットがバラバラかつ
セマンティックスが書かれていない

RDF データ

3. オントロジーの統合・整備が不足

RDF 化した外部のデータベースを等価に利用できる

文献DB
タンパク質DB

ゲノムDB©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本…

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RDFデータの課題への対策
1. 検索したいデータが RDF になっていない

DB の RDF 化: 検索に必要なデータ, 既存サービスの RDF 化
TogoDB: 表形式データの RDF 化支援ツール
PubAnnotation: 文献アノテーションの RDF 化支援ツール
2. RDF化をサードパーティで行おうとすると，元データのフォーマットがバラバラかつセマンティックスが書かれていない
OpenBio*: 各種フォーマットに対するRDF化支援ツール
3. オントロジーの統合・整備が不足
OntoFinder/OntoFactory: オントロジー構築支援ツール
MEO, MCCV, GMO: 微生物・メタゲノム用オントロジーの開発
FALDO: ゲノム配列アノテーションの位置情報を記述するためのオントロジー©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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DB の RDF 化
1. 検索・解析に必要な DB のRDF 化・ゲノム情報の RDF 化
RefSeq 等のDBをRDF化
TogoGenome からの利用のため,・Life Science Dictionary の RDF 化
横断検索・Allie などのサービスからの利用のため

2. 既存データの再利用性・流通性を高めるためのRDF化
・DB アーカイブのRDF化
DB アーカイブ内の60件のDBをRDF化
アーカイブ内のデータと外部のデータを組み合わせて利用可能に©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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TogoDB の RDF 化機能開発
TogoDB: 表形式のデータをインポートするだけで，ウェブデータベースの公開・管理が簡単にできるシステム

 TogoDB 内のデータを効率的に RDF 化するための機能を開発 今年度: オントロジー管理
インターフェイスを開発，イ
ンポートされたデータをオン
トロジーに沿って半自動的に RDF に変換可能©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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PubAnnotation
文献アノテーション標準化ストレージ
文献アノテーションの例
タンパク質

タンパク質

Runx3 and T-box proteins cooperate to establish the transcriptional
program of effector CTLs.
細胞

文献アノテーションの問題点- アノテーションされた文献が蓄積してきているが- フォーマットがバラバラ，テキスト, 文字コードも違う- 異なるグループが作ったアノテーションの比較・交換・統合ができない

文献アノテーション標準フォーマット PubAnnotation Annotation Formatを提唱 (RDF に変換可能)
そのフォーマット上で文献アノテーションを蓄積するストレージ＆システム
PubAnnotation を開発
30©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

文献アノテーションの例

Example fromBioNLP Shared Task 2011©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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文献アノテーションの統合
beforeafter

テキストの違い... epitope detection of CD3ε ...
... epitope detection of CD3epsilon ...
... epitope detection of CD3-epsilon ...

フォーマットの違い
XML

CVS

RDF

アノテーションを公開します。
各自ダウンロードして使って下さい。

PubAnnotationでテキスト及びフォー
マットの違いを自動変換します。

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OpenBio*
元データのフォーマットがバラバラかつセマンティックスが書かれていない
各種フォーマットに対する RDF 化支援ツール(RDF コンバータ)開発

RDF コンバータの例:

RefSeqGFF3
GTF(Cufflinks)
Bio-table(表データ)…

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OntoFinder/OntoFactory
既存のオントロジーを利用したオントロジー開発支援ツール
今年度:ユーザインターフェイスを改良
自分用オントロジー

キーワード群入力

エクスポートオントロジー検索結果
自動ソート

ターム選択

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微生物・メタゲノム用
オントロジー開発
微生物やメタゲノムの採取箇所，生育箇所，菌株，培地など様々な側面から検索するためのオントロジーが存在しなかった

統制語彙集として三つのオントロジーを構築中
MEO : 環境オントロジー (BioPortal で公開済)
MCCV : 菌株オントロジー(構築中，公開予定)
GMO : 培地オントロジー(構築中，公開予定)

今後の展開
微生物ゲノム・メタゲノムグループのもつデータに適用予定©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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FALDO
Feature Annotation Location Description Ontology
ゲノム配列アノテーションの位置情報を記述するためのオントロジー
背景:
生命科学の多くのアノテーション情報は配列上の位置情報に帰属できるが，分野やDBごとに記述方法は統一されていなかった
目的:
塩基配列，アミノ酸配列，糖鎖などの領域にアノテーションをつける際に利用する位置情報の記述方法を標準化
2012年11月 http://biohackathon.org/resource/faldo にて公開
2013年より UniProt, TogoGenome で利用開始予定©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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NBDC/DBCLS BioHackathon 2012
外部の組織と国際協力のもと取り組むべき課題
検索対象となる外部 DB の応答時間や安定性が不十分

YummyData: ネットを介したSPARQLによる問合せに対応している
外部DBについて, その品質を評価する試み
RDF化をサードパーティで行おうとすると，元データのフォー
マットがバラバラかつセマンティックスが書かれていない
OpenBio*: 各フォーマットに対するRDF化コンバータの作成

オントロジーの統合・整備が不足
FALDO:ゲノム配列アノテーションの位置情報を記述するためのオント
ロジー©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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NBDC/DBCLS BioHackathon 2012
第一回
2008
ウェブ
サービス
標準化

第二回
2009
ワークフロー
ウェブサービス
相互運用性

第三回
2010
セマンティック
ウェブによる
知識統合

第四回
2011
Linked Data とその周辺技術開発

第五回
2012
LinkedOpenData
における
ライフサイエンス応用

参加者
海外 24名
参加プロジェクト SADI, UniProt, BioPAX, W3C HCLSIG, NCBO, OepnBio*,
BioGateway, EnvO, Glycoinfo, PhenomeBrowser, OntoFrame, TextMining,…

国内 54名
参加プロジェクト OpenBio*, 東北メディカル・メガバンク,
KEGG, H-inv, G-language, Glycoinfo, TextMining, …

©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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課題3: 解析プラットフォーム
解析プラットフォームとして，- 創薬向けを中心に使われているKNIME---CBRC担当- ゲノム解析を中心に使われている Galaxy-DBCLS担当
を選択

ワークフロー
作成＆実行
RDF

KNIME

解析プラットフォーム

GalaxyRDF入出力機能を開発

RDF

課題: 解析プラットフォームとツール群 / DB の入出力がバラバラ
SADI(RDF 入出力のフレームワーク)に
解析プラットフォーム・ツール群を対応させる©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

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大規模ゲノム配列データの利用技術開発
進捗報告
課題(5)

40
©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

公共DBを使う上での問題点
1. 流行りのNGSデータが使えない
2. 遺伝子を簡単に検索したい
3. 発現データは似たようなものが多数登録されていて、どれを使ったらいいのかわからない41©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

1. NGSデータが使えない

42© ライフサイエンス統合データベースセンター/大学共同利用機関法人©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター
licensed under CC表示2.1日本情報･システム研究機構

大規模データ利用技術開発: 公共次世代シーケンスDBのための研究開発
公共NGSデータの一般的な利用ワークフロー

検索

ダウンロード

NCBI, EBI, DDBJの検索を利用
ダウンロードと圧縮データの展開

クオリティチェック リード補正などの検討

以下、個別に異なる処理
データ処理

リードマッピング，
アセンブルなど

解析

変異解析、比較解析など

国内でのユースケース•論文で発表された結果の追試•他チームのデータを自身の解析環境において再解析•自身のシーケンスデータと組み合わせて利用•SNP情報のフィルタリング，比較解析など•自身の開発する解析ツールのテストに利用
データ利用時における共通の問題点•検索におけるコスト•データ量が多く数百件のヒットがあることも•欲しいデータは登録されているのか？
• データベースの全体像が分からない•ダウンロードにおけるコスト•データサイズが大きく長い時間を要する•質の低いシーケンスデータが混在している•より質の高いデータを利用したい
43©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

大規模データ利用技術開発: 公共次世代シーケンスDBのための研究開発
DBCLS SRA: メタデータの整理と統計による公共NGSデータのインデックス http://sra.dbcls.jp/
文献情報とのリンク
実験種

シーケンサ

生物種

整理されたメタデータを元に公共NGSデータを検索する• 絞り込み検索の提供により、検索が容易に• 統計情報により、データベースの俯瞰が可能に• どのようなデータがどの程度登録されているのか• 関連する文献情報を追加し、情報を補完• よりメタデータの充実したデータを選ぶことができる
44©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

大規模データ利用技術開発: 公共次世代シーケンスDBのための研究開発
DBCLS SRA: 個別にデータの特徴を計算しメタデータを補完する
個別データのシーケンスクオリティ

http://sra.dbcls.jp/

個別に計算したプロファイルを利用した統計の例:
シーケンサ別リード長のばらつき

個別にシーケンスクオリティを確認する

計算結果を利用した統計でDB全体を俯瞰する•より質の高いデータを選ぶことが可能•失敗したシーケンスのデータを避ける•全体のデータの分布の情報で検索を補助•有用なデータを選抜、ダウンロードコストも下がる•どんなデータがあってどんなデータがないのか•研究動向などの二次的な情報もユーザに提供©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

45大規模データ利用技術開発: 公共次世代シーケンスDBのための研究開発
DBCLS SRAによる利用ワークフローの改善

各ユースケースに共通する問題点を解決• 検索のコストダウン• 絞り込み検索によって検索を容易に
統計情報を元にした
検索• 論文の情報を加えることで情報を補完
絞り込み検索• 統計情報により「そもそも必要なデータは登録され「必要な」「使える」ているか」把握することができる
ダウンロード
データのみをDL • 事前にシーケンスクオリティをチェック• DL後のチェックのコストを省く
DL前にシーケンス• 「必要なデータだけ」を選ぶことでダウンロードのコ
クオリティチェック
クオリティを確認
ストも下げることができる
DBCLS SRAを通じて公共データを研究に利用した例

データ処理

解析

• 公共のEpigenome dataを利用して比較解析• Waki et al. PLoS Genet, 2011
• カイコのRNA-seqを利用して遺伝子発現解析• Ogata et al. PLoS One, 201246
©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

大規模データ利用技術開発: 公共次世代シーケンスDBのための研究開発
Sequence Read Archive(SRA)における他機関との連携• Bioproject, Biosampleなど新たなデータ整理の枠組み• SRAの共同運営を行うNCBI, EBI, DDBJによるプロジェクト• ID関係が従来から変更される• ユーザにとってはより複雑に• 進行中の開発について情報交換のためDDBJと連携• Sequence Read Archiveに関連する開発について• EBI SRAチームと技術情報交換ミーティング (2012.09)• DDBJ スパコンの利用• 利用可能な全てのデータのクオリティチェック計算• 約30万のシーケンスファイルをダウンロード
47©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

2. 遺伝子を簡単に検索したい48© ライフサイエンス統合データベースセンター/大学共同利用機関法人©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター
licensed under CC表示2.1日本情報･システム研究機構

GooGle ライクな RNA 検索エンジン
http://GGRNA.dbcls.jp/■ あらゆるキーワードや塩基配列・
アミノ酸配列からすばやく簡単に遺伝子を検索するウェブサーバ
■ RefSeqのmRNA＋ncRNAを
高速に全文検索する■ PCRのプライマー、マイクロアレイのプローブ、siRNAの標的配列を即座に確認■ REST API提供により外部のシステムと連携可能©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

49

3. 発現データは似たようなものが多数登録されていてどれを使ったらいいのかわからない©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

50

遺伝子発現リファレンスデータセット『RefEx』
http://refex.dbcls.jp/• 臓器ごとの発現比較を4つの実験手法とボディパーツ3Dで- 正常組織・臓器における遺伝子発現のリファレンス- 再利用可能で有用なパブリックデータの活用例• 発現データを素早く比較し、詳細に調べられる- インクリメンタルサーチ- 「組織特異的遺伝子」検索機能の実装- BodyParts3Dによる発現状況の可視化• 今後の開発方針- Illumina RNA-seq データの追加- 正常組織 vs ガン組織
- 細胞・細胞株データ（FANTOM5）版
51©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

遺伝子発現リファレンスデータセット『RefEx』©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

52

統合データベースに関わるコンテンツの作成,整備
進捗報告

課題(７)

©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

53

DBやツールの使い方がわからない
日本語のリソースが不足している©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

54

統合TV (togoTV)• 動画によるDBやツールのチュートリアル‐各DBやツール名、
で検索• 統合データベース講演会AJACSの動画も• YouTubeからも• Videocastでも• 約650のコンテンツ• (アップデート含む)©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター
licensed
under
CC表示2.1日本© 2012
DBCLS
Licensed
under CC 表示 2.1 日本

55

ライフサイエンス新着論文レビュー
http://first.lifesciencedb.jp/
Nature, Science, Cell などのトップジャーナルに掲載された日本人を著者とする生命科学分野の論文について論文の著者
自身の執筆による専門分野の異なる生命科学研究者にむけた日本語によるレビューを,自由に閲覧・利用できるようウェブ上にていち早く無料で公開するサイト「ライフサイエンス新着論文レビュー FirstAuthor's を使い倒す」

http://togotv.dbcls.jp/20110301.html©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

56

2012年、新着論文レビューは…
• 162本を公開（計画書「月平均12本年間で150本程度の継続的な公開を維持」）• 論文の出版（オンライン出版の場合も含めて）からレビューの公開までの平均所要日数 24.43日（目標1か月以内）• 月間ユニークユーザー数は2万以上• 公式ツイッターフォロワー数は3000以上

57©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

学会と共同で日本語レビューのオンラインジャーナルの立ち上げ
日本分子生物学会 日本蛋白質科学会
日本細胞生物学会 日本植物生理学会

4つの学会の協力のもと、9月に「ライフサイエンス 領域融合レビュー」
公開スタート©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

58

「ライフサイエンス 領域融合レビュー」とは• 生命科学分野の学問分野・領域を広く総合的にとりあげる日
本語による総説（レビュー）を，だれでも自由に閲覧・利用できるよう，Webにて無料かつ継続的に公開するもの• 学会からは編集委員を推薦，10名の編集委員により編集委
員会を構成し，執筆者・執筆テーマおよび査読者の選定など，学術面を担当• DBCLSは，編集・制作・公開など，実務面・制作面を担当• 2012年は4か月で8本のレビューを公開．2013年度は30本程度を公開予定「ライフサイエンス領域融合レビュLeadingAuthor'sを使い倒す」
http://togotv.dbcls.jp/20121113.html©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

59

©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

60

©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

61

日本語テキストマイニ
ング©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

62

利用技術のフィードバック• 利用技術を開発するだけでなく、普及・フィードバックが得られるよう努めました• 全国各所での講習会、講演活動- 統合DB講習会AJACS- IPAユーザー会、生命科学夏の学校、同志社大（京田辺）、明治薬科大（東京）、CERI（埼玉）、岡山大（倉敷）、分子生物学会年会（福岡）• 共同研究- 酸化ストレス、低酸素関連研究©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

63

TogoGenome:
ゲノムを軸とした RDF 統合環境©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

64ゲノムデータベースをRDF化する背景と意義• 生命科学の情報基盤→リファレンスゲノム情報の整備– 多種多様な知識をゲノム配列上に統合して整理可能• オミクス実験の高速化技術革新→データ統合が低コスト– DBセンターや研究機関においてゲノム情報の増加に対応するコスト削減の要求– 研究者が自分のデータやアノテーションをゲノム基本情報と併せて閲覧したいという要求• 幅広いユーザ像が設定できる→データの網羅性, 均質性, 再利用性
– 生物学者：プログラミングしない– 生物学者：簡単なプログラミングをする– 情報生物学者：網羅的で均質なデータを利用する– データベース管理者：データベースの管理運営をする– アノテーター：知識をデータベースに付加する©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

65ゲノムデータベースを構成するための技術階層
1) ウェブレイヤー

TogoGenome

UI
可視化パー
ツの
組合せ

検
索

2) 可視化レイヤー

TogoStanza3) API レイヤー

絞り込み、全文、配列検索インターフェース

HTML
AJA
X

生物環境ビュー・ゲノムビュー・遺伝子ビューなどのパーツの組み合わせ

HTML + JSONREST APIURIによる要素アクセス、パーツ用データ生
成（JSON）

検索結果の統合
4) 検索レイヤー

SPARQL

生物学意味単位ごとの複合クエリ、
分散クエリ(SPARQL 1.1)

SPARQL result
5) データレイヤー
Genome RDF

RDF DBs

RefSeq, GFF, GVF等に互換性のある
データモデルとオントロジー©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

66ontogrator©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

67ゲノムデータベースを構成するための技術階層
1) ウェブレイヤー

TogoGenome

UI
可視化パー
ツの
組合せ

検
索

2) 可視化レイヤー

TogoStanza3) API レイヤー

絞り込み、全文、配列検索インターフェース

HTML
AJA
X

生物環境ビュー・ゲノムビュー・遺伝子ビューなどのパーツの組み合わせ

HTML + JSONREST APIPURLによる要素アクセス、パーツ用データ
生成（JSON）

検索結果の統合
4) 検索レイヤー

SPARQL

生物学意味単位ごとの複合クエリ、
分散クエリ(SPARQL 1.1)

SPARQL result
5) データレイヤー
Genome RDF

RDF DBs

RefSeq, GFF, GVF等に互換性のある
データモデルとオントロジー©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

68

HTML

2) 可視化レイヤー ← 生物環境ビュー・ゲノムビュー・遺伝子ビューなどのパーツの組み合わせ

典型的なゲノムデータベースを構成するパーツ（Stanza）の調査および整理

典型的なゲノムDBの構造•General summary of organisms•General summary•Genomic context•Transcript attributes•Protein attributes•Protein-protein interactions•Visual annotation format•Table annotation format•Homologs (in NR)•Homologs (in selected orgs)•Gene annotation (GO etc.)•References•External links•Mutants•Revision history©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

69

HTML

2) 可視化レイヤー ← 生物環境ビュー・ゲノムビュー・遺伝
子ビューなどのパーツの組み合わせ

既存のゲノムデータベースを参考にしながらパーツ（Stanza）をデザインする
2. Summary of genes
TogoStanza

UniProtKB©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

70

HTML

2) 可視化レイヤー ← 生物環境ビュー・ゲノムビュー・遺伝子ビューなどのパーツの組み合わせ

パーツ（Stanza）を容易に再利用できるゲノムデータベースの提供

RDF genome database prototype(http://rdfgenome.dbcls.jp/)<!-- nucleotide_attributes --><div id="dbcls_nucleotide_attributes" title="syn:slr0473" class="dbcls_genome"></div><script type="text/javascript" src="http://rdfgenome.dbcls.jp/javascripts/dbcls_nucleotide_attributes.js"></script>©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

71ゲノムデータベースを構成するための技術階層
1) ウェブレイヤー

TogoGenome

UI
可視化パー
ツの
組合せ

検
索

2) 可視化レイヤー

TogoStanza3) API レイヤー

絞り込み、全文、配列検索インターフェース

HTML
AJA
X

生物環境ビュー・ゲノムビュー・遺伝子ビューなどのパーツの組み合わせ

HTML + JSONREST APIPURLによる要素アクセス、パーツ用データ
生成（JSON）

検索結果の統合
4) 検索レイヤー

SPARQL

生物学意味単位ごとの複合クエリ、
分散クエリ(SPARQL 1.1)

SPARQL result
5) データレイヤー
Genome RDF

RDF DBs

RefSeq, GFF, GVF等に互換性のある
データモデルとオントロジー©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

72

REST API

3) API レイヤー ← URI による要素アクセス、パーツ用データ生
成（JSON）

アクセスしたいデータセットが直感的に分かるURIの設計

http://togogenome.dbcls.jp/<スタンザ名>/<ID>.<フォーマット>©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

73ゲノムデータベースを構成するための技術階層
1) ウェブレイヤー

TogoGenome

UI
可視化パー
ツの
組合せ

検
索

2) 可視化レイヤー

TogoStanza3) API レイヤー

絞り込み、全文、配列検索インターフェース

HTML
AJA
X

生物環境ビュー・ゲノムビュー・遺伝子ビューなどのパーツの組み合わせ

HTML + JSONREST APIPURLによる要素アクセス、パーツ用データ
生成（JSON）

検索結果の統合
4) 検索レイヤー

SPARQL

生物学意味単位ごとの複合クエリ、
分散クエリ(SPARQL 1.1)

SPARQL result
5) データレイヤー
Genome RDF

RDF DBs

RefSeq, GFF, GVF等に互換性のある
データモデルとオントロジー©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

74

SPARQL

4) レイヤー ← パーツごとの複合クエリ、分散クエリ (SPARQL
1.1)

各パーツをつくるために必要なデータを分散したRDFデータベースから取得するための問い合わせ文を設計する

4. Transcript
attributes

SPARQLPREFIX obo: <http://purl.obolibrary.org/obo/>
PREFIX faldo: <http://biohackathon.org/resource/faldo#>
PREFIX insdc: <http://rdf.insdc.org/>
SELECT DISTINCT ?description ?genename ?aaseq ?location ?begin ?end ?up
WHERE {?s insdc:feature_locus_tag "slr1311" .
?s insdc:feature_product ?description .
?s insdc:feature_translation ?aaseq .
?s insdc:feature_gene ?genename .
?s rdfs:seeAlso ?x .
?x rdf:type insdc:Protein .
?x rdfs:seeAlso ?up .
?s faldo:location ?l .
?l insdc:location_string ?location .
?l faldo:begin ?b .
?b faldo:position ?begin .
?l faldo:end ?e .
?e faldo:position ?end .
?s obo:so_part_of+ ?seq .
?seq rdf:type ?seqtype .
?seq rdfs:seeAlso ?tax .
?tax rdfs:label "taxon:1148" .
?tax rdf:type insdc:Taxonomy .
FILTER (?seqtype IN (obo:SO_0000988, obo:SO_0000155))
}

RDF
DB1

RDF
DB2

生物学的な意味単位
再利用可能

RDF
DB3

©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

75

実際のデータのながれと可視化
2) 可視化レイ
ヤー HTML

可視化パー
ツの
組合せ

AJA
HTML + JSON
TogoStanza
X3) API レイヤー
REST API{実際のデータのながれと可視化"genename": "psbA2","description": "photosystem II D1 protein","nucseq":
検索結果の "tcaagatcttccattatgtattcacgaaatttctcaaagga...",
統合"location": "7229..8311","location_start": 7229,"location_end": 8311,:
4) 検索レイヤー}
SPARQL©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

76ゲノムデータベースを構成するための技術階層
1) ウェブレイヤー

UI

TogoGenome

絞り込み、全文、配列検索インターフェース
可視化パーツの組合せ

検索2) 可視化レイヤー

TogoStanza
AJAX3) API レイヤー

生物環境ビュー・ゲノムビュー・遺伝子ビューなどのパーツの組み合わせ

HTMLHTML + JSONREST APIPURLによる要素アクセス、パーツ用データ
生成（JSON）

検索結果の統合4) 検索レイヤー

SPARQL

生物学意味単位ごとの複合クエリ、
分散クエリ(SPARQL 1.1)

SPARQL result

5) データレイヤー
Genome RDF

RDF DBs

RefSeq, GFF, GVF等に互換性のある
データモデルとオントロジー©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

RDF DBs

5) データレイヤー ← GFF3/DAS, RefSeq 等に互換性のあるモ
デルとオントロジー

ゲノムの配列情報と多種多様なアノテーションデータを 個別のオントロジー、データ変換プログラムを開発し RDF 形式にして統合する
ゲノム配列

NCBI: BioProject/RefSeq -- 既存のリファレ
ンス配列
DDBJ: Annotation pipeline/GTPS -- 新規ゲ
ノム配列
実験・メタデータ
INSDC,
NCBI: SRA, GEO
DBCLS: RefEx,
Kusarinoko
GOLD, GSC: 環境メタデータ
Bulk data: 文献, 画像 ...

オントロジー

NCBO: BioPortal, OBO (GO,SO ...)DBCLS: MEO, GMO, MCCV ...
アノテーション
UniProt:
Protein functions andlinks
Formats: GFF3, GTF, GVF, DAS,
BED ...
Tools: Cufflinks, BLAST,InterProt ...

©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

78

RDF DBs

5) データレイヤー ← GFF3/DAS, RefSeq 等に互換性のあるモ
デルとオントロジー

ゲノムRDFデータモデルの構造→URI によるゲノム情報要素の識別とオントロジーの利用

rdfs:label, taxonomy, statistics,
references etc.
NCBI BioProject ID, Taxonomy ID

db:organism_id

db:sequence_id
SO:chromosome, contig etc.

db:gene_id
SO:genedb:tss_id, db:tes_id
SO:TSS, TES

db:transcript_id
SO:transcript

db:protein_id
UP:Proteindb:ncRNA_id

db:exon_id
SO:exondb:generic_id
SO:region

UniProtのRDFモデルを利用したタンパク質機能
アノテーション

SO:rRNA, tRNA etc.
ncRN
A
tRNA

rRNA

©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

79

RDF DBs

5) データレイヤー ← GFF3/DAS, RefSeq 等に互換性のあるモ
デルとオントロジー

ゲノムRDFデータモデル開発成果→ Biohackathon 2012, 国内開発会議 BH12.12

1. 全ての要素に URI (URL or URN) で ID (UUID) を付与
2. 配列アノテーションには Sequence オントロジー (SO)を使用

3. FeatureとQualifierには INSDC オントロジーを開発
4. 外部データベースのURIにidentifiers.orgを使用
5. 座標アノテーションには FALDO オントロジーを使用©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

80

RDF DBs

5) データレイヤー ← GFF3/DAS, RefSeq 等に互換性のあるモ
デルとオントロジー

リファレンスゲノムデータ（RefSeq）の RDF 化

リファレンスゲノムデータ
1.
２. 配列アノテーションにはSequence オントロジー (SO)を使用

RDFデータ
全ての要素に URI (URL or URN) で ID
(UUID) を付与

LOCUS
NC_000911
3573470 bp DNA circular BCT 21-DEC-2012DEFINITION Synechocystis sp.
PCC 6803 chromosome, complete genome.ACCESSION NC_000911VERSION NC_000911.1
GI:16329170DBLINK
Project: 57659
BioProject: PRJNA57659KEYWORDS .SOURCE
Synechocystis sp. PCC 6803 ORGANISM Synechocystis sp. PCC 6803
Bacteria; Cyanobacteria;
Chroococcales; Synechocystis.
FEATURES
6803"

Location/Qualifiers source/mol_type="genomic DNA"

1..3573470/organism="Synechocystis sp. PCC/strain="PCC 6803"/db_xref="taxon:1148"

3. FeatureとQualifierには
INSDC オントロジーを開発

gene7229..8311/gene="psbA2"/locus_tag="slr1311"/db_xref="GeneID:951890" CDS
7229..8311/gene="psbA2"/locus_tag="slr1311"/codon_start=1/transl_table=11/product="photosystem II D1 protein"/protein_id="NP_439906.1"/db_xref="GI:16329178"/db_xref="GeneID:951890"

4. 外部データベースのURIにidentifiers.orgを仕様©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

81

RDF DBs

5) データレイヤー ← GFF3/DAS, RefSeq 等に互換性のあるモ
デルとオントロジー
新規オントロジーを開発してRDFデータをつなげる

菌株情報
mccv:Strain

Temparatu
物理化学パラメータ情報
regmo:MedipHum
gmo:Constit
培地情報
uent

生育環境情報生育場所

meo:Habitat

SRS entry GOLD entry
メタゲノム
メタ情報 ゲノムメタ情報

mccv:Culture

NCBI
Taxonomy
系統情報

ゲノム情報

PubChemTogoGenome

ChEBI

UniProt

SNOMED

RefSeq

NCIt

アミノ酸配列情報
塩基配列情報微生物・メタゲノム統合化推進グループとの協同開発

化合物情報©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

82ゲノムデータベースのRDF化によるデータ統合•RDF化•オントロジー

1)
データベー•BioHackatho
スのRDFによnる統合化•BH.11.11,
12.12•SPARQLthon3) インターネットを活用した高度検索技術の開発
•標準
化
•可視
化

作製

6) 情報統合化・知識発見のためのキュレーション支援•オントロジーへのマッ
ピング•文献キュレーション•NLPによる作業支援©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

83

TogoGenomeの現状と方向性のまとめ

•
•
•
•

•
•
•

GTPS と UniProt の RDF データを利用したプロトタイプ゚
開発
国際会議 BioHackathon で座標情報のオントロジー FALDO を策定
微生物ゲノムDB 用にゲノムの RefSeq エントリ RDF 変換を完了(42GB, 4億トリプル)
スパコンを活用したトリプルストアでのスケーラブルな運用と更新体
制 (DDBJ 連携)
他のデータソースやツール出力の RDF 化とインポート(BioHackathon, Open Bio* 国際連携)
SPARQL 開発、API 開発、スタンザ開発 (DBCLS, DDBJ, 東工大, ベンダー連携)
ユースケースに応じたこれまでにない柔軟な UI とファセットブラウザの提供 (国内各研究機関連携)©2013 ライフサイエンス統合データベースセンター licensed under CC表示2.1日本

84

ライフサイエンスデータベース統合推進事業
基盤技術開発プログラム進捗状況報告
産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター （ＣＢＲＣ）
研究開発題目：解析プラットフォームによる統合利用環境の整備
目標：
本グループでは、ライフサイエンス分野においてDBに蓄積された多種多様なデータと解析ツールを連携させ必用な情報を効率よく入手でき活用することを目的とし、高度なインター
ネット技術を用いた解析プラットフォームの基盤技術開発（ノード化）、利用環境の整備（
RDF化）及び解析結果の統合化されたレポート表示機能（可視化）を行う。

福井一彦、田代俊行、浅井潔
2013年1月22日©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

85

H24年度計画
基盤技術開発① ワークフロー統合
利用環境の構築・整備
分散している既存解析ツールの統合化

ＣＢＲＣ独自解析ツールのノード化② プラットフォームとＤＢ
連携
ＲＤＦ化
解析プラットフォームとＤＢに格納されたデータ連携による高度な知的基盤
Semantic Web Serviceと の相互運用性

効率性・柔軟性を考慮したプラットフォーム

セマンティックWEB
RDF/OWL/SPARQL

・解析ツールのＲＤＦ化

統合ＤＢ

コンテンツ作成

連携

利用者のためのマニュアル作成③ 解析・検索結果の可視化
解析結果及び解析ツール群の可視化

レポーティング作成機能
レポーティングの自動化©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

86

H24年度 進捗状況
① ワークフロー統合・利用環境の構築・整備- 本研究グループが独自に開発したツールや有用な既存ツールをKNIMEのプラットフォー
ム上で動作するように新規にノード化しワー
クフローとして公開。
Local PC

SOAP/REST

入力処理

解析サービス

出力処理・可視化©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

87

① ワークフロー統合・利用環境の構築・整備• 新規１７個のＫＮＩＭＥノードを公開‐RNA解析の拡張‐Molecular Simulation 解析の拡張• 公開サイトのアップデート• 利用者マニュアルの英語版作成
http://togo.cbrc.jp/active.html#1©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

88

② プラットフォームとＤＢ連携- DBCLSが進める主要・有用DBのRDF化と連携し、高度な解析ツール群を広く利用可能とするために、各ツールにRDF入出力機能の追加。
SADI (Semantic Automated Discovery and Integration)
フレームワークの利用

Input
RDF

http://sadiframework.org/

RNA
Sequence
2D structure

Input OWL classService

OutputRDF
3D RNA
structure

Output OWL class©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

89

② プラットフォームとＤＢ連携• SADIサービスの公開• 利用者マニュアルの日本語・英語版公開

同期通信(Sync service)

非同期通信(Async service)

解析ツール名入力RDFを定義したOWLクラス

BLAST

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#BlastInput

CentroidFold

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#CentroidFoldInput

ClustalW

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#IClustalWInput

Raccess

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#RaccessInput

RactIP

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#RactIPInput

IPknothttp://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#IPknotInput

PSIPRED

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#PsiPredInput

MAFFT

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#MafftInput

WoLF-PSORT

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#WolfPsortInput

LAST

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#LastInput

RASSIE

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#RassieInput

MODELLING

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#ModellingInput

POODLE-L

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#PoodleLInput

POODLE-S

http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#PoodleSInput©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

90

② プラットフォームとＤＢ連携
SADI Services% curl --data-binary @input-RDF http://semantic.cbrc.jp/sadi-services/ToolName -o output-RDF<rdf:RDF
xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:cbrc="http://togo.cbrc.jp/ontologies/cbrcswo.owl#"><cbrc:WolfPsortInput rdf:about="http://togo.cbrc.jp/ontologies/wolfpsort.rdf#1"><cbrc:requiresKingdomInformationOf>animal</cbrc:requiresKingdomInformationOf><cbrc:requiresQueryProteinSequence>
MANLGCWMLVLFVATWSDLGLCKKRPKPGGWNTGGSRYPGQGSP…………
</cbrc:requiresQueryProteinSequence></cbrc:WolfPsortInput></rdf:RDF>©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

91

② プラットフォームとＤＢ連携• DBレポジトリー構築• SPARQL検索との連携
SADI用Ontology.rdfService Input
RDF/OWL.rdf.rdf
CBRC DBレポジトリー Service Output
RDF/OWL・fncRNA・Sevens・UniProt
・KEGG from Bio2RDF
・PDBj

DBのレポジトリー （CBRC,DBCLS,Bio2RDF)

開発中

SADI Services©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

92

③ 解析・検索結果の可視化解析ツールのオントロジー作成©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

93

H25年度実施計画
1)ワークフローの整備
H24年度に引き続き、有用な既存ツールや本研究グループが独自に開発したツールをKNIMEのプラットフォーム上で動作するようにノード化する。また
これまで公開したワークフローや開発ノードの整備を行う。

2) ワークフロー環境での結果レポート表示機能開発
これまで開発したKNIMEのプラットフォーム上で動作する各種解析結果を、
自動でレポート作成可能とする機能開発を行う。

3) 解析プラットフォームへのRDF入出力機能追加
セマンティツク技術に対応した解析プラットフォーム(KNIMEやＧＡＬＡＸＹ）とするため、SADIフレームワークを利用し、RDF化されたデータレポジトリー（
エンドポイント）と連携して動作する機能開発を行う。

4) 解析ツールのオントロジー作成
KNIMEやSADIサービスとして開発した解析ツールや既存の解析ツール・ソ
フトウェアに関するオントロジーの整備を行う。
©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

94

H24年度成果発表

togo.cbrc.jp

口頭発表：• K. Fukui, T. Tashiro, Y. Yabuki, K. Asai;"Development of Bioinformatics Workflows
using Platform and Semantic Technologies",ISCB-Asia/SCCG 2012, Shenzhen,
China, Dec. 17-19 2012.
• 福井 一彦、浅井 潔;“解析ツール・データベースの統合化と秘密検索“、日本製薬工業協会、トリイ日本橋ビル、11月21日 2012.
• 福井 一彦、田代 俊行、矢葺 幸光、浅井 潔;“プラットフォームを用いた解析ツー
ルの統合・連携“、生命医薬情報学連合大会、JSBi/CBI、10月15日 2012.
ポスター発表：• 福井 一彦、田代 俊行、矢葺 幸光、浅井 潔;“解析プラットフォームによる統合利用環境の構築“,トーゴーの日シンポジウム2012 ～ライフサイエンスデータベース
統合の医学への応用を探る～ 10月5日 2012.
• K. Fukui, T. Tashiro, Y. Yabuki, K. Asai;"A Composition of Bioinformatics Workflows
using Platform and Semantic Technologies",Bio-IT World Conference & Expo 2012,
Boston, April 24-26, 2012.
デモ：• K. Fukui, T. Tashiro, Y. Yabuki, K. Asai;"Development of a workflow system using
integrated information platform technology",BiWo2012, CBRC, Oct.31-Nov.2, 2012.
©2013 産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター licensed under CC表示2.1日本

95

データベース統合に関わる基盤技術開発
データ統合と新規分野データ活用のための基盤技術開発（京大グループ）（１） データベースの RDF による統合化→ DBGET/LinkDBシステムの統合利用環境への応用（２） RDF 化に資するオントロジー、辞書、コーパス整備、標準化技術開発→ 反応オントロジーの整備（３） 大規模データの利用技術開発→ メタゲノム・メタメタボローム等新規分野データ活用技術の開発©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

96

(1) DBGET/LinkDB システムの統合利用環境への応用（データベースの RDF による統合化）
本プロジェクトで予定している内容• LinkDBのRDF化• 化合物データベースの等価リンクから始めて他のデータベースに拡張する• RDF化したLinkDBの等価リンク情報を横断検索に応用する• ヒットしたエントリのうち同じ化合物・遺伝子の情報をまとめるなど• 共通で使われているIDなどを利用した等価リンクの自動更新化を検討• ゲノムネット計算サービスのAPI化• ホモロジー検索、モチーフ検索との統合
赤字：実施または着手済み©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

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(1) DBGET/LinkDB システムの統合利用環境への応用（データベースの RDF による統合化）
今年度に実施した内容

等価リンクの更新• 化合物データベースの InChI 構造（と CAS）を用いた等価リンク作成• KEGG COMPOUND/DRUG と PDB-CCD, KNApSAcK, ChEMBL• 反応データベースのリンク• KEGG REACTION と SABIO-RK• KEGG REACTION と UM-BBD reaction（手動）• KEGG RCLASS と UM-BBD btrule（手動）
間接的なリンクの定義と更新• 遺伝子データから反応や化合物へデータベースのメタ情報の整備• DB の分類と URI のリスト作成、リンクされている DB 間の関係

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(1) DBGET/LinkDB システムの統合利用環境への応用（データベースの RDF による統合化）
今後実施予定の内容
ゲノムネット計算サービスのAPI化• LinkDB の REST 検索• 化合物構造検索の API：curl などで利用できるようにする• ホモロジー検索、モチーフ検索との統合

RDF化したLinkDBの等価リンク情報を横断検索に応用する• ヒットしたエントリのうち同じ化合物・遺伝子の情報をまとめるなど継続的なデータの更新©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

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(2) 反応オントロジーの整備（RDF 化に資するオントロジー整備、標準化技術開発）
今年度に実施した内容

反応クラスの分類
1. 官能基の変化に基づいた手動分類
2. KEGG Atom Type の分類によるグループ化
RCLASS, RPAIR の RDF 化
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(2) 反応オントロジーの整備（RDF 化に資するオントロジー整備、標準化技術開発）
今後実施予定の内容
反応クラスの分類• 官能基などの用語の整備• 分類間の比較• 遺伝子（KEGG Orthology）との対応付け• 反応経路計算ツールへの応用
RCLASS, RPAIR の継続的なデータ更新©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

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(3) メタゲノム・メタメタボローム等新規分野データ活用技術の開発 (大規模データの利用技術開発）

機能アノテーションなどによるパスウェイ再構築

ゲノム、プロテオーム、メタゲノム
メタボローム、メタメタボローム

パスウェイ・機能分類
新規パスウェイ予測• メタゲノムデータ、メタメタボロームデータ利用技術開発• データベース化支援技術：機能アノテーション、パスウェイ再構築• メタゲノムとメタメタボロームデータの統合化に関わる要素技術開発• 反応データによるゲノムとメタボロームの関連付け技術• 新規パスウェイ予測のための技術©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

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(3) メタゲノム・メタメタボローム等新規分野データ活用技術の開発 (大規模データの利用技術開発）
メタゲノムデータ利用技術開発• データベース化支援技術：• KAAS によるアミノ酸配列レベルでの機能アノテーションとパスウェ
イ再構築• Short read 入力時の KAAS アノ
テーションの評価• GenBank env division• 検討中＆今年度• HMP データの追加• MODULE を用いたKAASアノテー
ションの拡張©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

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(2) メタゲノム・メタメタボローム等新規分野データ活用技術の開発
メタゲノムとメタメタボロームデータの統合化に関わる要素技術開発• 反応データによるゲノムとメタボロームの関連付け技術• 新規パスウェイ予測のための技術
類似反応検索ツールの開発
http://www.genome.jp/tools/pathsearch/©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

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(2) メタゲノム・メタメタボローム等新規分野データ活用技術の開発
メタゲノムとメタメタボロームデータの統合化に関わる要素技術開発

類似反応検索ツールの開発
http://www.genome.jp/tools/pathsearch/©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

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(2) メタゲノム・メタメタボローム等新規分野データ活用技術の開発
今年度に実施したその他の内容

遺伝子機能予測システム GENIES (GEne Network Inference Engine based on
Supervised analysis) 整備：Kotera, M., et al. NAR Web issue 2012
オーソログクラスタ KEGG OC 整備：Nakaya, A., et al. NAR DB issue 2013
今後実施予定の内容
新規メタゲノム、メタメタボロームデータへの対応：得られた化合物間の関連を解析するツール
機能アノテーションなどによるパスウェイ再構築
ゲノム、プロテオーム、メタゲノム
メタボローム、メタメタボローム

KAAS
パスウェイ・機能分類

新規パスウェイ予測

PathPred, PathSearch, GENIES©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

108データ統合と新規分野データ活用のための基盤技術開発（京大グループ）（１） データベースの RDF による統合化→ DBGET/LinkDBシステムの統合利用環境への応用（２） RDF 化に資するオントロジー、辞書、コーパス整備、標準化技術開発→ 反応オントロジーの整備（３） 大規模データの利用技術開発→ メタゲノム・メタメタボローム等新規分野データ活用技術の開発
メンバー
代表：五斗進特定助教：時松敏明、小寺正明
特定研究員：守屋勇樹、中川善一

協力メンバー
川島秀一、山口敦子（DBCLS）
大久保宏一、上原英也、小澤健太郎（SGI）
山本留美子（KEGG）
高見英人（JAMSTEC）©2013 五斗 進 （京都大学） licensed under CC表示2.1日本

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