平成 25 年度 研究開発実施報告書
ライフサイエンスデータベース統合推進事業「ライフサイエンスデータベース統合推進事業「統合化推進プログラム」化推進プログラム」（研究代表者：研究代表者：大浪 修一 理化学研究所生命システム研究センター・テム研究センター・チームリーダー）チームリーダー）

研究開発
研究開発課題
開発課題「課題「生命動態システム科学のデータベースの統合化」
ースの統合化」©2014 大浪 修一(理化学研究所) licensed under CC 表示 2.1 日本

1§１．研究実施体制
１．研究実施体制（１）研究代表者グループ① 研究代表者：大浪 修一 （理化学研究所生命システム研究センター、チームリーダー）② 研究項目・生命動態システム科学研究におけるデータベース統合化のスキームの構築
・理研 QBiC 内のデータの統合
・理研 QBIC 外のデータの統合
・生命動態システム科学を推進する情報インフラの整備§２．研究実施内容【研究の目的】
生命動態システム科学は「生命を動的システムとして理解し操作する生命科学」であり、新たな生命科学の潮流として２１世紀の科学全体への大きな影響が期待されている。当分野の研究では、さまざまな生命現象を対象に、時空間情報の数値化を実現した新しい様式の計測データが大量に生産されている。本課題ではデータの大規模な集積に向けて、この分野の全てのデータベースの開発と並行してデータベースが統合化される体制を構築する。
【概要】
本課題では、我が国の生命動態システム科学の全てのデータベースを統合するスキームを構築し、そのスキームの下で、我が国のこの分野の全てのデータベースを統合する。具体的には、我が国の当分野の中核的な研究者との連携の下でデータベース統合に向けての体制、仕組み、スケジュール、統合対象データ等を決定し、それらの下で、大浪研究室のデータベース、理化学研究所生命システム研究センター（理研 QBiC）のデータベース、我が国および全世界のデータベースの順に、当分野のデータベースを統合する。
【進捗状況】
平成 25 年度は当初計画通り、(1) 理研 QBiC のデータの統合を重点的に行った。また、昨年に引き続いて(2)データベース統合のための技術開発を行い、更に、(3)理研 QBiC 外のデータの統合に着手した。具体的には(1)については、当分野の代表的な研究機関である理研 QBiC の全研究室（21 研究室）から生産されるデータを調査した。論文発表などのデータベースへの登録の準備が整った３研究室５種類のデータについて、各データを統合データフォーマット
BDML（Biological Dynamics Markup Language）形式に変換し統合データベース SSBD(SystemsScience of Biological Dynamics)に登録し、公開した。(2)については、(1)で調査した理研 QBiC の全研究室から生産される時空間定量データのほぼ全て（12/14 データタイプ）を記述できる統合データフォーマット BDML を開発した。そして、時空間定量データを BDML形式で、動画像データを OMERO システム（生命科学の顕微鏡画像の表示、管理、解析について世界のデファクトスタンダードになりつつあるソフトウェア）で格納し、RESTful APIでクライアントアプリケーションの開発が可能、という特徴をもつ統合データベース SSBD
2を公開した。また、SSBD 登録データのウェブブラウザ上でのインタラクティブな可視化ツールや BDML に対応した表現型解析ツール（phenochar）を開発し公開した。(3)については、国内外の当分野の代表的な３種のデータ（ゼブラフィッシュ、ショウジョウバエ D.

melanogaster、線虫 C. elegans の細胞核動態データ）について、各データを BDML 形式に変換し、SSBD より公開した。
【研究成果】
1) 生命動態の時空間定量データを記述する言語 BDML（投稿準備中）
生 命 動 態 の 定 量 デ ー タ を 統 一 的 に 記 述 す る た め の 言 語 BDML を 開 発 し 公 開 し た（ssbd.qbic.riken.jp/doc/BDML0.15-Manual.pdf）。BDML は XML を基盤としているため、既存の XML 用のライブラリや API の活用により、新規ツールを効率的に開発できる。また、新しいタイプのデータにも、XML の高い拡張性を利用した柔軟な対応が可能である。最新のversion 0.15 では、分子、細胞から個体レベルの動態を表現でき、大腸菌 E. coli の一分子動態、線虫胚発生の核分裂動態および一細胞解像度の遺伝子発現動態、ショウジョウバエやゼブラフィッシュの胚発生動態、線虫の個体行動など、さまざまな種類の定量データを記述できる。
2) 生命動態システム科学の統合データベース SSBD（投稿準備中）
生命動態システム科学の統合データベース SSBD を公開した（ssbd.qbic.riken.jp）。SSBD は、BDML と OMERO システムを利用して、生命動態の時空間定量データと、その計測に使用した動画像を統一的に管理・公開する。現時点で、線虫の胚発生を撮影した 3.3 万の Z-スタック画像と、それら画像から抽出した細胞核動態の 186 定量データをはじめ、ショウジョウバエとゼブラフィッシュの胚発生動態の計測データ、大腸菌の一分子動態と線虫の前核移動のシミュレーションデータを公開している。
3) 細胞核セグメンテーション方法の比較 1)
蛍光標識した細胞核を自動検出するために多くの方法が提案されているが、それらは複雑なアルゴリズムが多く再利用性が低い。そこで、再利用生が高い比較的シンプルな方法を対象に、線虫胚を用いてそれらの性能を評価した。その結果、シンプルな方法でも適切なパラメータを選択すれば、350 細胞期付近までは誤認識率を 2％程度に抑えられることが分かった。更に、このシンプルな方法はゼブラフィッシュやショウジョウバエの胚に対しても有効なことを示した。
【今後の見通し】平成２５年度に開発した時空間定量データを記述する統合データフォーマット BDML と、それらデータとその計測に用いた動画像を統一的に管理・公開する統合データベース SSBD により、生命動態システム科学のほぼ全ての時空間定量データの統合が可能になった。また、平成２５年度に理研 QBiC のデータを統合データベース SSBD から公開したことにより、多様な生命動態の時空間定量データの解析が可能になった。今後は、必要に応じて統合データフォーマット BDML や統合データベース SSBD の改良を行いながら、我が国および全世界の生命動態システム科学の全てのデータの統合データベースへの統合を行う。また、各データのために開発された解析ソフトウ3ェアを統合データフォーマットに対応するように修正し、データ解析技術の共有化と技術開発の効率化を実現する。更には、生物種や時空間スケール、取得手法の異なる時空間定量データを活用した全く新しい知識発見の手法を開発する。加えて、当分野の研究を促進する新しい情報インフラを設計・実装し、当分野の発展に寄与する。

§３．成果発表等（３－１） 原著論文発原著論文発表① 発行済論文数（国内（和文） 0 件、国際（欧文） 1 件）：② 未発行論文数（“accepted”、“in press”等）（国内（和文） 0 件、国際 （欧文）0 件）③ 論文詳細情報（記入例）＊1. Yusuke Azuma and Shuichi Onami, “Evaluation of the effectiveness of simple
nuclei-segmentation method on Caenorhabditis elegans embryogenesis images”, BMC
Bioinformatics, vol. 14, 295, 2013 (DOI:10.1186/1471-2105-14-295)
蛍光標識した細胞核を自動検出するために多くの複雑な手法が提案されているが、再利用生の高い比較的シンプルな手法でも生命動態の計測を目的とする場合には十分に実用的な性能を出せることを示した。
（３―２）データベースおよびウェブツール等の構築と公開① 公開中のデータベース・ウェブツール等
別紙１（３－３） データベース・ウェブツール等の活用事例
特に無し（３－４） その他の著作物（総説、書籍など）●詳細情報
1. 大浪修一, “バイオイメージ・インフォマティクスが可能にする細胞, 発生の数理モデル化”, 映
像情報メディア学会誌, vol. 67, 760-764, 2013
2. 遠里由佳子, 京田耕司, ホーケネス, 大浪修一 “生命動態システム科学のデータベースの統合化”, 日本バイオインフォマティクス学会ニュースレター, vol. 27, 5-6, 2013
3. 大浪修一, “バイオイメージ・インフォマティクスが切り開く新しい生命科学の可能性”, 生命のビッグデータ利用の最前線（植田充美監修、株式会社シーエムシー出版、東京）, pp. 218-234, 2014（３－５） 国際学会および国内学会発表
招待講演（国内 ７件、国際 ２件）〈国内〉
1. 大浪修一、胚発生のバイオイメージ・インフォマティクスとシステム生物学、日本顕微鏡学会第69 回学術講演会、大阪、2013 年 5 月 20-22 日
4

2. 大浪修一、生命動態情報とバイオイメージの統合データベース、日本バイオイメージング学会
第 22 回学術集会、東京、2013 年 9 月 15-16 日
3. 大浪修一、生命動態研究をデータベースで駆動する、トーゴーの日シンポジウム 2013、東京、2013 年 10 月 4-5 日
4. 大浪修一、バイオイメージ・インフォマティクスの人材育成の現状と展望、第 36 回日本分子生物学会年会、神戸、2013 年 12 月 4-6 日
5. 東裕介、大浪修一、線虫 C. elegans 胚の細胞名自動アノテーションと細胞形状のデジタル化、
第 36 回日本分子生物学会年会、神戸、2013 年 12 月 4-6 日
6. 大浪修一、発生の予測可能な理解を目指して、大規模動態計測データからの発生モデリングとボトムアップ型発生モデリング、理化学研究所細胞システムコロキウム、和光, 2014 年 2 月 14 日
7. 大浪修一、バイオイメージ・インフォマティクスの展望、第 8 回 NIBB バイオイメージングフォーラ
ム、岡崎、2014 年 3 月 4 日〈国際〉
１．Shuichi Onami, Quantitative information of developmental dynamics, The 61stNIBB Conference: Cellular Community in Mammalian Embryogenesis, Okazaki, Jul
10-12, 2013
＊2. Shuichi Onami, Quantitative cell division dynamics information provides newopportunities for developmental biology, Joint Weizmann-MBI Mechanobiology
Conference: Dynamic Architecture of Cells and Tissues, Singapore, Oct 21-24, 2013
① 口頭講演（国内 １件、国際 １件）〈国内〉１．小川輝、江崎剛史、人羅久子、水野初、升島勉、大浪修一、老化・長寿化の高時空間分解能メ
タボローム解析、第 8 回メタボロームシンポジウム、福岡、2013 年 10 月 3-4 日〈国際〉
１．Jun Takayama and Shuichi Onami, Sperm-derived TRP-3 channel specifies the onset of thefertilization Ca2+ wave in the oocyte of C. elegans. 19th International C. elegans Meeting, Los
Angeles, USA, Jun 26-30, 2013
② ポスター発表（国内 １０件、国際 ７件）〈国内〉
１．ホーケネス、京田耕司、遠里由佳子、大浪修一、BDML: 生命動態システム科学の定量データを記述する言語、トーゴーの日シンポジウム 2013、東京、2013 年 10 月 4-5 日
2. 遠里由佳子、京田耕司、ホーケネス、大浪修一、生命動態システム科学の統合データベースの開発、トーゴーの日シンポジウム 2013、東京、2013 年 10 月 4-5 日
3. 京田耕司、岡田初美、杉本伴子、辺見健一、矢代志穂子、大浪修一、WDDD: 線虫 C. elegans
初期胚の定量細胞分裂ダイナミクスデータベース、トーゴーの日シンポジウム 2013、東京、2013 年
510 月 4-5 日
4. Masashi Fujita and Shuichi Onami, RhoGAP proteins RGA-3/4 mediate spatial
negative feedback of the actomyosin in C. elegans embryos, 第 51 回日本生物物理学会年会, 京都, 2013 年 10 月 28-30 日
5. 人羅久子、江崎剛史、小川輝、水野初、高山順、升島勉、大浪修一、1 細胞質量分析による線虫の受精前後における細胞内メタボローム変化の解析、第 36 回日本分子生物学会年会、神戸、2013 年 12 月 4-6 日
6. 遠里由佳子、京田耕司、ホーケネス、大浪修一、SSBD: 生命動態システム科学の統合データベースの開発、第 36 回日本分子生物学会年会、神戸、2013 年 12 月 4-6 日
7. 高山順、大浪修一、線虫 C. elegans の精子 TRP-3 チャネルは受精卵のカルシウム波を開始させる、第 36 回日本分子生物学会年会、神戸、2013 年 12 月 4-6 日
8. 京田耕司、岡田初美、杉本伴子、辺見健一、矢代志穂子、大浪修一、WDDD: 線虫 C. elegans
初期胚の定量細胞分裂ダイナミクスデータベース、第 36 回日本分子生物学会年会、神戸、2013
年 12 月 4-6 日
9. 小川輝、江崎剛史、人羅久子、水野初、升島勉、大浪修一、線虫モデルを用いた加齢と長寿命化の時空間分解能メタボローム解析、第 36 回日本分子生物学会年会、神戸、2013 年 12 月 4-6日
10. Masahi Fujita and Shuichi Onami, Analysis of colocalization between RhoGAP
protein RGA-3/4 and actomyosin in C. elegans embryos, 第 36 回日本分子生物学会年会,
神戸, 2013 年 12 月 4-6 日〈国際〉
１．Yukako Tohsato, Koji Kyoda, Kenneth Ho and Shuichi Onami, Systems Science ofBiological Dynamics Database, 8th Annual OME User’s Meeting, Paris, France, June24-25, 2013
2. Koji Kyoda, Hatsumi Okada, Tomoko Sugimoto, Ken Henmi, Shihoko Yashiro andShuichi Onami, WDDD: worm developmental dynamics database, 19th International C.

elegans Meeting, Los Angeles, USA, Jun 26-30, 2013
3. Yusuke Azuma and Shuichi Onami, Feasibility of application of image analysis
methods for C. elegans embryo to mammalian embryos, The 61st NIBB Conference:
Cellular Community in Mammalian Embryogenesis, Okazaki, Jul 10-12, 2013.
4. Yukako Tohsato, Kenneth Ho, Koji Kyoda and Shuichi Onami, SSBD: an integrated
database for systems science of biological dynamics. The 24th International Conference
on Genome Informatics (GIW2013), Singapore, Dec 16-18, 2013
5. Akitaka Shionoya, Kunihiko Ikuta, Shuichi Onami, Masahiro Ito and Yukako Tohsato,
Large-scale kinetic modeling for the central metabolism in Escherichia coli grown on
glucose or glycerol, The 24th International Conference on Genome Informatics(GIW2013), Singapore, Dec 16-18, 2013
6. Ikuko Nishikawa, Tomoki Ishino, Yukako Tohsato, Shuichi Onami, Satoshi Fukuchi
6and Ken Nishikawa, Predicting human protein phosphorylation sites in intrinsicallydisordered region by support vector machine, The 24th International Conference on
Genome Informatics (GIW2013), Singapore, Dec 16-18, 2013
7. Yukako Tohsato, Kenneth Ho, Koji Kyoda, Shuichi Onami, SSBD: an integrated
database for systems science of biological dynamics, Keystone Symposia: Big Data inBiology, San Francisco, CA, USA, Mar 23-25, 2014（３－６） 知財出願
知財出願無し
（３－７） 受賞・報道
受賞・報道等
・報道等
無し（３－８） その他（技術移転など）無し§４．研究開発
研究開発期間中
開発期間中に期間中に主催した活動（主催した活動（主催したワークショップ等活動（主催したワークショップ等）主催したワークショップ等）
年月日
H24 年 1 月 7 日

名称
第１回生命動態システム科学のデータベース統合化 プロジェク
トグループ・ミー
ティング（非公開）

場所
理化学研究所発
生・再生科学総合研究センター

参加人数
16 人

概要
我が国の生命動態システ
ム科学の中核的な研究者で構成されるプロジェクトグ
ループのメンバーに、当プロジェクトの進捗状況を説明し助言をいただくためのミーティング

以上7