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
平成24年度 進捗報告会

ゲノム・メタゲノム情報を基盤とした微生物DBの統合
東京工業大学大学院生命理工学研究科
黒川 顕©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

微生物研究を取り巻く状況• 微生物は環境と密接に関与し存在する• 微生物研究はバイオ分野のみならず，他の多くの分野と連携可能• 微生物研究分野には多様なDBが多数存在
する• 環境との関連性を記述しているDBは未だ存在しない• ほとんどのDBは専門知識を持っていないバイ
オ分野以外の人は利用困難
2©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

研究開発の目標・ねらい
ゲノム情報を核として様々な微生物学上の知識を統合し、幅広い分野での微生物学の発展に資することのできる「微生物エンサイクロペディア」の構築を目標とする。

微生物学分野のオミックス研究の発展に寄与
データ駆動型研究による新しい仮説の提唱
3©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

研究開発メンバー
東京工業大学黒川 顕：微生物DBにおける研究統括
森 宙史：ゲノム・メタゲノムDB、メタデータの構築、オントロジー構築
山田拓司：メタゲノムDBの構築
山本希：オントロジーの構築
吉野弘二，竹原潤一：メタデータDBの構築、オントロジー構築
小西史一：スパコンにおける解析システムの開発および実装
国立遺伝学研究所
中村保一：微生物アノテーションリファレンスの整備と共用化
藤澤貴智：TogoAnnotation構築、モデル微生物情報の高度化
菅原秀明：微生物ゲノム基盤情報資源の共用化
神沼英里：TogoAnnotationの拡張
基礎生物学研究所
内山郁夫：比較ゲノム解析に立脚した微生物ゲノム情報の統合化
千葉啓和：MBGDの統合化
統合データベースセンター（技術アドバイザー）
岡本忍，片山俊明，川島秀一，川本祥子，山本泰智：技術協力

4©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

H24年度の当初計画• 保存菌株情報（NBRC，JCM）のRDF化• 培地情報オントロジーCMOの整備（w/ DBCLS）• GTPSのRDF化および各オミックスデータの統合• MBGDオーソログ遺伝子情報のRDF化• 放線菌以外のモデル微生物ゲノムアノテーション高度化• メタゲノムデータのRDF化およびGTPS、RefSeq等との統合• 各種オントロジーの開発• 各種アプリケーション、結果表示要素「Stanza」の標準化および開発（w/ DBCLS）

5©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

微生物における各種DBを統合化し，環境情報との連携を徹底的に記述した新たなDBの構築
H24年度の実施状況• セマンティックウェブの技術を活用• データ間をリンクするためのゲノム情報、オーソログ遺伝子情報、メタゲノム情報の整備• 全データのRDF化、各データID間のリンク構築• 各種オントロジーの開発、各データにマッピング• アノテーション高度化システムの開発• ユーザ認証システム• データテンプレート「Stanza」の開発
RDF/OWLファイルを用いてFull RDFなDB 「MicrobeDB.jp」の構築 6©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

NBRC/JCMの菌株データのRDF化

7©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

株数：約16,000株
単離元：1,627
培地情報：432種類

ゲノムデータおよびメタゲノムデータ等と統合を目標にRDF化
JCMも対象とする（約14,000株）
8©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

NBRCおよびJCMデータ項目とその内容の概観
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.

Strain_Number（株番号）
Other_Collection_Numbers（他機関での株番号）
Name（学名）
Organism_Type（生物分類）
History_of_Deposit（来歴）Date_of_Isolation（分離日）
Isolated_from（分離源）
Geographic_Origin（地理）Status（ステータス）
Optimum_Temperature_for_Growth（至適培養温度）
Maximum_Temperature_for_Growth（最高培養温度）
Minimum_Temperature_for_Growth（最低培養温度）
Medium（培地）
Application（利用法）
Literature（文献）9©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

NBRC/JCMにおける総トリプル数
NBRC株

JCM株

株番号

17,367

13,396

他機関での株番号

62,914

122,286

学名48,791

51,769

生物分類

45,77135,350

来歴

59,77358,442

分離日

0

0

分離源

57,24046,275

地理

15,3380

ステータス
至適培養温度

4,090
16,611

6,004
13,396

最高培養温度
最低培養温度

746
746

0
0

培地

18,42918,787

利用法

1,470

1,316

文献

21,60015,64610©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

菌株IDとNCBI Taxonomy IDの名寄せ

現状のNBRC/JCMの菌株データは、配列データとは独立しており、両者の「糊しろ」となるNCBI Taxonomy IDも菌株データには付加されていない
菌株データと配列データを統合するため、
NBRC/JCM菌株IDとNCBI Taxonomy ID間の名寄せが必要

名寄せ結果を含む菌株RDFで用いる様々な語彙のオントロジー、MCCV(Microbial Culture Collection Vocabulary)を設計し、これを用いて菌株RDFを作成

11©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

NBRC菌株RDFの構造:MCCV_000026
nbrcmedium:NBRC_227:MCCV_000025"他機関での菌株番号"
rdf:type“他機関での菌株URI":MCCV_00018“培養培地”<http://www.dsmz.de/c
atalogues/details/culture/DSM‐40226.html>” DSM 40226”:MCCV_000001(Culture)#:MCCV_000033” 使用用途"菌株
nbrc:NBRC_12841"Thienamycins production ; Vitamin B12 (Cyanocobalamine)
production ; Steroid conversion"<http://identifiers.org/taxonomy/67274>:MCCV_00022:MCCV_000014“至適生育温度”“配列検索により関連付けられる系統”:MCCV_000017:MCCV_000027<http://www.ncbi.nlm.nih.gov/taxonomy/
67274>”来歴”<http://purl.uniprot.org/taxonomy/67274>”基準株""false"^^xsd:boolean“28"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#integer>:MCCV_000028:MCCV_00023“生物種名の類似性で関連付けられる系統”“サンプリングした環境”“IFO 12841 <-- SAJ <-- OWU (ISP 5226) <-- Squibb & Sons
(F. Arnow, MD 2428, ETH 24234, NIHJ 501)”

dc:identifier

meo:MEO_0000007#

rdfs:label“Soil”<http://identifiers.org/taxonomy/67263>:MCCV_000012<http://www.ncbi.nlm.nih.gov/taxonomy/67263><http://purl.uniprot.org/taxonomy/67263>"生物種名（著者含）”“Streptomyces griseus subsp. griseus (Krainsky 1914) Waksman
and Henrici 1948”

複数の異なる方法による菌株IDとNCBI Taxonomy ID間の名寄せ結果を、predicateで方法ごとに区別可能
12©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

MBGDオーソログ遺伝子情報のRDF化

13©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

微生物比較ゲノムデータベースMBGD
オーソログ分類アルゴリズムDomClust

微生物ゲノム
ＤＢ
総当たり
ホモロジー
ＤＢ

オーソロググループ

オーソログテーブル©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

千葉＆内山＠基生研

対象ゲノムデータの拡大と効率的なオーソログ解析
標準生物種
セット

完全ゲノム
GTPS
RefSeqGenBank

データ
ソースの
統合

系統特異的
オーソログテーブル

その他の
完全ゲノム

系統
特異的DB
差分追加

不完全ゲノムwgs
metagenome

手続きの
精密化

標準オーソログテーブル

不完全ゲノム更新オーソログテーブル

千葉＆内山＠基生研
15©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

データソースの統合による拡張
GenBank

GTPS

RefSeq

対応テーブル（染色体レベル）
sp_id

sp_codeGenBank

RefSeqgm00001

hin

L42023.1

NC_000907.1

gm19792

gm1979CP003122.1‐

対応テーブル（遺伝子レベル）
name

from

to

GTPS

GenBankhin:HI0001

2

1021

HINF_KW20:ST73

AAC21680.1 NP_438174.1

hin:HI0002

1214

3013

HINF_KW20:ST725

AAC21681.1 NP_438175.1

hin:PL6

5707

6273

HINF_KW20:PL6‐

RefSeq‐
千葉＆内山＠基生研

16©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

系統特異的オーソログテーブルの作成
Target rank
all (default)

Rank forselectiongenus

all (extended)

representative CoreAlign is available

Num. of taxa

No

1

genomeNo1superkingdom

genus

No

2

phylum

genus

No

13

class

genus

No

18

order

speciesNo

50

familyspecies

Yes

58

genus

speciesYes

31

speciesgenomeYes

21

代表生物種を6種以上含むタクサの数
千葉＆内山＠基生研
17©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

MBGDのRDF化
mbgd:HomCluster

mbgd:homCluster“1”“ptsB”

mbgd:clusterId
mbgd:gene“7.6”

mbgd:funcMbgd“1.5”

mbgd:funcCog

mbgd:homCluster

mbgd:funcTigr“ABC …

mbgd:score

mbgd:member
mbgd:Domain“ABC …”

60.5536

mbgd:dist

mbgd:member

1
mbgd:domainNumber
mbgd:domainStart

280.826

mbgd:geneDescr1
mbgd:chrId
558436

mbgd:from1

mbgd:domainEnd

mbgd:to56
mbgd:domainOf

mbgd:dirmbgd:Gene

標準オーソログテーブルのRDF化と
SPARQLエンドポイントの立ち上げ

Object Property“11.1”

mbgd:descr

mbgd:member

Data Property“3.1.1”

mbgd:funcKegg
mbgd:Orthogroup597生物種のとき
総遺伝子数：約200万
トリプル数：約3300万

mbgd:protId

mbgd:geneOf
mbgd:Genome

55986
3

‐1
“NP_438692.1”

mbgd:uniprotId“P44324”

mbgd:orgName

千葉＆内山＠基生研

18©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本“Haem…”

モデル微生物アノテーション高度化

19©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

文献情報に基づくモデル微生物
ゲノムデータベースの現状
モデル微
生物
大腸
菌

リファレンス株

リファレンス株遺伝子の関連文献が参照可能なデータベース
EcoCycEcoliWikiE. coli MG1655
E. coli W3110
PortEco(EcoliHub)
SubtiPathways

枯草
菌

放線
菌

PEC
BsubCyc

SubtiWiki

B. subtilis 168

SubtiList

ラン藻

国内でゲノム解析された
病原性／産業有用株

BSORF

Synechocystis sp. PCC
6803

Arthrospira platensis
NIES-39
CyanoBaseCYORFStreptomyces griseus IFO
13350

Streptomyces coelicolor
A3(2)StrepDB

藤澤&神沼&中村＠遺伝研©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

TogoAnnotationの拡張整備•TogoAnnotation
ソーシャルブックマークシステムを基盤技術として構成様々なタイプのエンティ
ティを容易にアノテーションすることが可能

http://togo.annotation.jp
URL, サービス名称の変更（H23）

KazusaAnnotationから改名（H24.3）

ゲノム、遺伝子、文献単位での再利用を目的としたAPI開発（H23）
モデル微生物情報（シアノバクテリア、放線菌）のマニュアルキュレーションによる文献リファレン
ス蓄積（H23,H24）
OpenID認証と連携したユーザ／グループ認証サービス開発・運用（H24）
モデル微生物情報（大腸菌、枯草菌）の文献リファレンス蓄積のための整備（H24)
TogoAnnotationのRDF化（H24）
モデル微生物情報のRDFを介した情報統合のユースケースプロトタイプ（H24)©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

モデル微生物のマニュアルキュレーションによる
文献リファレンス蓄積：遺伝子情報
ver. 2013.01.15
モデル微生物

生物種

大腸菌

Escherichia coli K-12

枯草菌

Bacillus subtillis 168

ラン藻

放線菌

アノテーション
文献数

対象文献数

アノテーション
遺伝子数

アノテーション
ブックマーク数（H23-）

アノテーション
ブックマーク数

Synechocystis sp. PCC 6803

2524

2244

3003

74363

7543

Anabaena sp. PCC 7120

974

929

2685

28031

8196

Synechococcus elongatus PCC 7942

900

787

763

16356

2105

Synechococcus sp. PCC 7002

299

251

251

3943

236

Thermosynechococcus elongatus BP-1

329

252

2534

6659

304

Chlorobium tepidum TLS

180

143

751

5532

11

Nostoc punctiforme ATCC 29133

138

143

751

3242

870

Anabaena variabilis ATCC 29413

130

113

246

1712

121

Prochlorococcus marinus MED4

66

59

383

2119

335

Gloeobacter violaceus PCC 7421

49

46

4486

5588

4754

Prochlorococcus marinus MIT9313

41

40

235

885

166

Prochlorococcus marinus SS120

40

34

127

527

70

Arthrospira platensis NIES-39

8

7

258

785

391

Synechococcus sp. WH8102

1

2

3

7

1

Synechococcus elongatus PCC 6301

1

1

1

4

4

Trichodesmium erythraeum IMS101

1

1

1

2

2

Streptomyces coelicolor A3(2)

2143

21

266

2958

2958

Streptomyces griseus IFO 13350

169

112

299

12814

12814

TogoAnnotationへモデル微生物17043遺伝子に対して合計165,527アノテーション（H23-24: 8,869遺伝子40,881アノテー
ション）のブックマークを集積した。H24において、新規に放線菌リファレンスゲノムである Streptomyces coelicolor A3(2)のマニュアルキュレーションを開始した。
藤澤&神沼&中村＠遺伝研©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

モデル微生物アノテーションリファレンス集積加速のための整備• 固有表現抽出のための放線菌辞書開発（H24
研究加速）

固有表現抽出プログラム

辞書の整備• シアノバクテリア（H23,H24）• 放線菌（H23,H24）• 語彙、遺伝子名候補、共起情報抽出
プログラムの開発（H24）

自動アノテーション
マニュアルキュレーション• TogoAnnotation Workbench開発（H24）

TogoAnnotationへのモデル微生物
アノテーションリファレンス集積

ゲノムデータベースへのマッピング
H24までに各処理系の開発を実施した。H25に実データでの運用を開始する。
©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

ゲノムアノテーションプラットフォームの整備
Genome Database
URL Bookmarking

MicrobeBase
Annotation and Strorage
Gbrowse

公開データのRDF化を実施(H24)

SocialBookmark

Blast
IprScan

DataSets

Users and Groups
Authorization

Users and Groups
Authorization

Auth

開発中
（H24研究加速）
View and Search of
Genomic information

OpenID

Mass Invite

Community

認証システム開発・運用(H24)
Community Genome
Annotation

Bradyrhizobium sp. S23321 (H23論文公開)
シアノバクテリア (H24〜)
放線菌

藤澤&神沼&中村＠遺伝研©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

TogoAnnotationキュレーション情報とNGS多型解析情報の統合
放線菌ゲノム情報統合の事例

Sequence Read Archive + DDBJ pipeline
Example: SRA002840• reference genome• gene annotation• pumbed links

RDF統合• target strain• new variants

ゲノム情報

キュレーション情報

多型解析情報25©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

オミックスデータとゲノム情報との統合イメージ
研究コミュニティ提供の S. griseus オミックスデータ
マイクロアレイ

GbrowseChIP-seq解析

新規

プロテオーム解析 (MS)

新規

プロテオーム解析 (二次元電気泳動)•新規データの格納方法•サンプル情報などのメタデータ•遺伝子セットデータ (.gmt形式)

KazusaWiki

RNA-seq

新規

転写解析

新規

遺伝子破壊株

H24研究加速により実施

TogoAnnotation

small RNA

Gbrowse

ゲルシフトアッセイとフットプリント

新規

文献情報（遺伝子グループ）

新規

ゲノムデータベースへのマッピングを可能に
URL Bookmarking

MicrobeBase

MicrobeBase
Annotation and Strorage

GeneSets

GbrowseSocialBookmark

Blast
IprScan

遺伝子セットUsers and Groups
Authorization

Users and Groups
Authorization

メタデータ

Auth
OpenID

藤澤&神沼&中村＠遺伝研©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

メタゲノムデータのRDF化およびGTPS、RefSeq等との統合

27©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

メタゲノムメタデータの集計結果
サンプル数

メタデータのカテゴリー数

メタデータカテゴリーの例

ヒト共生細菌群集

72,236(18,224)85

Age , Sex ,Disease stage , Country ,Body Habitat , Diet 等

環境細菌群集6,356(5,827)627

pH , Temperature , Wind Speed ,Dissolved Oxygen 等（）内は実際に配列が存在したエントリ

Sample 1

Age

Body Habitat

22

Feces

Body Site

Collection Date

Country2008

Sample 2

Disease Stage

Obese
Japan

Sample 3

Scalp

Sample 4

Skin

Sample 5（2012年6月5日時点）

1yearsGut

USA
2011/8/8

Healthy

登録されているカテゴリーや値の語彙は登録者によってバラバラ
微生物の生息環境についてのオントロジーMEOを利用して、メタデータの記述を行った

28©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

配列取得可能なSRS IDの内訳
ヒト共生細菌群集 (計 18,224)
サンプルの種類SRS IDの数

human metagenome

16,185

human gut metagenome

766

human oral metagenome

504

Homo sapiens

405

human skin metagenome363

human lung metagenome

1

合計

18,22429©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

配列取得可能なSRS IDの内訳
環境細菌群集 (計 5,827)
サンプルの種類SRS IDの数

marine metagenome

1,212

mouse gut metagenome985

hydrocarbon metagenome

480

soil metagenome469

freshwater metagenome

419

gut metagenome395

organismal metagenomes

210

metagenome sequence

198

bioreactor sludge metagenome132

marine sediment metagenome

98

sediment metagenome

79

：

：

合計

5,827
30
©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

配列の前処理 (目的: メタゲノムとメタ16Sデータの区別 & 高精度配列データの抽出)
全てのSRR
Nを含む配列除去
配列長でフィルタリング
配列長のMedianを計算し、±25 % までの長さのリードを採用
Qualityでフィルタリング
Quality Average > 20
DustMasker
50%以上の塩基がマスクされたリードを除外
SILVA
SSU Ref

ランダムに1000本のリードを抽出し、BLAT
100本未満がHit
メタゲノム

100本以上がHit

Hitの50%以上が18S

Hitの50%未満が18S

18S

メタデータを確認
メタトランスクプリ
トーム

16S

31
©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

前処理によって区別された配列データの内訳

全ての配列
データ

16S,18S,
メタトランスクリ
プトーム

ファイルサイズ: 452 GB※環境細菌のみ(ヒト共生細菌のデータも現在処理中)

メタゲノム

ファイルサイズ: 8 TB

32
©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

メタ16S解析パイプライン

SRR Fastaファイルを
SRS単位で結合

UCLUST
Identity > 97%, cov > 90%

OTU代表配列

Reference 16S rRNA
gene database

UCHIME Reference mode
でキメラを検出

UCHIME De novo mode
でキメラを検出

両modeでキメラとされた
OTUをキメラと判定、
そのOTUを構成する全リードを除去

キメラ除去済みOTURDP Classifierを用いてbootstrap cutoff >= 50%
で各OTUの代表配列を系統アサインメント

Genus‐Phylumレベルの系統組成

33©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

メタゲノム解析パイプライン

SRR Fastaファイルを
SRS単位で結合

Refseq Prokaryote
Genome独自開発した超高速相同性
検索GPGPUソフト「CLAST」をTSUBAME2またはDDBJスパコン上で利用

CLAST

Top Hitのみ抽出

遺伝子ごとにHit数を集計

遺伝子の長さ補正

USCG補正KEGG Pathway

Pathwayごと、OrthologごとにHit数を集計

Strain‐PhylumレベルでHit数を集計

NCBI
Taxonomy

KEGG Genes

系統組成

遺伝子機能組成

Pathway組成

34©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

文献からの環境メタデータの抽出
SRAへの配列登録時、大部分のメタデータの記述は任意であるため、論文には記述されているが、SRAのXMLには記述されていないメタデータが大量に存在生息環境の情報と微生物の遺伝子および系統組成の情報を統合して解析し、より多くの知見を得るためには、論文に記述されているメタデータの追加が必要

まず、論文のpubmed IDとSRS IDの対応付けを行う必要がある

2つの方法でpubmed IDとSRS IDの対応付けを行った①SRAs (http://sra.dbcls.jp/cgi‐bin/publication.cgi)の利用②NCBIのftpサイトからダウンロードしたSRAのXMLファイルの利用
35©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

文献からの環境メタデータの抽出環境細菌群集のメタゲノム・メタ16S解析についての113報の論文を取得
SRAの2,286/5,827サンプル (39.2%)と紐付けられた。
取得した論文の内訳
論文数

marine metagenome
soil metagenome
freshwater metagenome
mouse gut metagenome
sediment metagenome
marine sediment metagenome
：

29
11
6
5
4
4
：

ヒト共生細菌群集のメタゲノム・メタ16S解析についての30報の論文を取得
SRAの12,365/18,224サンプル (67.9%)と紐付けられた。
36©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

各種オントロジーの開発

37©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

Metagenome/Microbes Environmental Ontology (MEO)
微生物の生息環境メタデータのオントロジー•ENVOを基礎とした構造•各種オントロジーと新規定義語を適切な部分に配置

Thing

biome
environmental feature environmental material(ENVO:00010483)(ENVO:00000428)(ENVO:00002297)
habitat(ENVO:00002036)

organism‐associated habitat(ENVO:00002032)

FMA

NCBI Taxonomy•biochar•Flostflowers:•oxic•anoxic•aquaculture：

places(MEO:#####)GAZETTEER

ENVO
ENVO以外のオントロジー
新規定義語彙

BioPortal
http://bioportal.bioontology.org/ 及びプロジェクトページ http://mdb.bio.titech.ac.jp/meo/ でMEOを公開©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

Further Extension of GBIF standards
harmonization
Standards

Darwin Core

Targets

Vertebrate
natural history
specimen

ABCDDNA(DNA Extension toAccess to BiologicalCollection Data)

Biologicalcollection

WDCM Global
Catalog

MIxS(WDCM= WFCC
World Data Center
for Microorganisms)

Micro‐
organisms

Sequences

Sequences, sequences and sequences, e.g.,‐‐‐ Each GridION node and cartridge is initially designed to deliver tens of Gb of sequence data per
24 hour period, ‐ snip ‐‐ Nanopore technology and the GridION system are well suited tominiaturisation of the sensing device. The MinION is a small., portable, single‐molecule analysis
device that is compatible with Oxford Nanopore's DNA sequencing and protein analysis techniques.‐‐‐‐‐ Oxford Nanopore intends to commercialise GridION and MinION directly to customers within2012 ‐‐‐

生物資料のゲノム情報 = その生物自体のゲノム + 共生細菌のメタゲノム

39©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

国際データ標準化グループとの連携
MIxS
material
env_package

ABCD
Gathering
event and sitecharacteristics

WFCC Global Catalog
Minimum Datasets

Darwin Core

Isolated from
Geographic
location

Location
Habitat

GMO

MEO

MIxS(MIGS・MIMS・MIMARKS): GSC ゲノム・メタゲノム
Darwin Core: GBIF生物多様性標本・観測
ABCD: GBIF 生物多様性標本・観測
WFCC Global Catalog
Minimum Datasets: WFCC 微生物保存株

40©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

DwC* ‐ MIxS** alignment workshop
27 – 29 February 2012
Oxford e‐Research Centre, 7 Keble Road, Oxford, OX1 3QG*DwC = Darwin Core**MIxS = Minimum Information of {Genome|Metagenome|Marker gene} Sequence41©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

http://standardsingenomics.org/index.php/sigen/article/view/sigs.3166513/779

42©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

Metagenome/Microbes Environmental Ontology(MEO) Ver. 0.3
MEO is an application ontology for MicrobeDB.jp, not a domain ontology (BioHackathon 2012)Thing

atmosphere(MEO:0000001)

geosphere(MEO:0000002)

hydrosphere(MEO:0000004)

・air
•oxic
•anoxic：

・soil•forest•plain
：

・sea
•lake
•water：organismassociation(MEO:0000005)

human activity
association(MEO:0000003)

・rumen•mucus•rhizosphere：・bioreactor•farm•natto：177 terms
MEO version 0.3 contains terms of GOLD complete genome metadata and SRA metagenome
metadata by manually picking up terms related to microbial environment©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

微生物が引き起こす感染症・症状についてのオントロジー PDO‐SYMP の構築
感染症：病原体（主に微生物）の侵入により引き起こされる病気
既知のゲノム・メタゲノムデータには感染症関連のデータが多数存在• 原因不明疾患の原因菌推定、微生物・ヒトor動植物
間相互作用の解明等の目的にMicrobeDB.jpを利用できるようにしたい• メタゲノムデータにも対応させたい

MicrobeDB.jpを感染症研究に活用可能にするためには…
感染症に関連する語句（原因菌、病名、症状）の意味的関連性を明確にする→オントロジーの構築
44©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

オントロジー構造（全体）
名称：Pathogenic Disease Ontology (PDO)

PDO
hasSymptomOf
症状の語句
Symptom ontology (SYMP)

病気の語句
Human disease ontology (DOID)
部位ごとに階層構築*感染症に関わる語句のみを使用

hostIshostの情報NCBI Taxonomy
taxid:511145

マッピング
Disease name
Bacterial genomic data
Metagenomic data

Bacterial nameMEO

45
©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

ゲノムアノテーション標準のためのINSDCオントロジー開発• INSDC配列エントリー（GenBank, ENA,DDBJ 形式）のRDF化を目的としたオン
トロジー開発• 国内版BH12.12においてDBCLSと連携してINSDC Feature Table Definition(version 10.2)をOWLで定義• Genomic Standards Consortium(GSC15; April 22-24, 2013. NIH, USA)にて発表予定藤澤&神沼&中村＠遺伝研
46©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

構築したオントロジー• FALDO (Feature Annotation Location Description Ontology)– ゲノム中の各featureの位置情報を記述するためのオントロ
ジー（DBCLS）• INSDC Ontology– INSDCエントリのfeatureとqualifierのターム記述のためのオント
ロジー• MCCV (Microbial Culture Collection Vocabulary)– 菌株データを記述するためのオントロジー• MEO (Metagenome/Microbe Environmental Ontology)– 細菌の生息環境を記述するためのオントロジー• PDO‐SYMP (Pathogenic Disease Ontology with Symptom)– 細菌が引き起こす感染症の情報および感染症の症状を連結したオントロジー• GMO (Growth Media Ontology)– 細菌の培地情報を記述するためのオントロジー（DBCLS）
47©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

MicrobeDB.jpにおけるDB間のID統合
およびStanzaの開発

48©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

単一DB or 複数DB由来のStanza

複数のDB由来のデータからStanzaを作るには、DB間のID対応関係を整理する必要がある
49©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

Integration of DB resources in MicrobeDB.jp
Genomes (example:Escherichia coli str. K‐12 substr. MG1655)
obo:SO_0000340
obo:SO_0000155
SRA ID(Metagenome)

RefSeqGenome ID
NC_000913.2

MBGD
Species ID
GTPS
Species ID

Chromosome
obo:SO_0000340
Plasmid
obo:SO_0000155
1 Replicon 1 ID

rdfs:seeAlso

Ecol_K12_MG1655

rdf:type

INSDC
Genome ID
U00096.2

bioproject:
projectDataType

rdfs:label
rdfs:seeAlso

NCBI RefSeq
BioProject ID
57779

bioproject:
projectDataType
Genomesequencing

rdfs:seeAlso

NCBI
Taxonomy ID
511145

rdfs:seeAlso

INSDC
BioProject ID≥1 Genome 1 ID

RefSeqGenomeCyanobaseSpecies ID

Strainname

rdf:type

NBRC
Strain ID

225

NBRC 3301
JCM
Strain ID

GMO
ID
Growth medium

rdfs:seeAlso

1 Genome 1 ID
オントロジーへのマッピング

GOLD Card ID

ID間の対応関係のRDFをTripleStoreに入れ、
SPARQLを試しながら改良中

Gc00008

http://wiki.lifesciencedb.jp/mw/index.php/BH12.12/SPARQLthon

PDO ID

MEO IDhttp://wiki.lifesciencedb.jp/mw/index.php/BH12.12/SPARQLthon2

PathogenHabitathttp://wiki.lifesciencedb.jp/mw/index.php/BH12.12/SPARQLthon350©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

Stanza:data templates for a genome DB・ reusable
・ high modularity
・ easy to integrate• TogoStanazaの仕様をDBCLSと共に策定• MicrobeDBとCyanobaseを
ユースケースとして開発• 重複開発を避ける必要あり• H24年度までに約15種類のStanzaを開発（ゲノム基盤部
分はDBCLSが開発）
51©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

Stanzaの例 (遺伝子・ゲノム)

・ Gene Annotation Stanza・ Ortholog list Stanza

・ Genome Information Stanza

52©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

Stanzaの例 (系統・菌株)

・Taxonomic Hierarchy Stanza・ Strain Metadata Stanza

・Related Strain in Other Culture Collection Stanza

53©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

Stanzaの例 (環境)・ Taxonomic Composition of theEnvironment from
the Metagenome Stanza

・Taxonomic Composition of theEnvironment fromthe Genome‐sequenced Strains
StanzaDBCLSが開発中のTogoStanzaと仕様をあわせて特に微生物特有のStanzaを中心に開発中
54©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

Stanzaの例 (環境)・ Gene Abundance of the Genome from Several Metagenomes Stanza
例1: Bacteroides thetaiotamicron VPI‐5482
ゲノム中の各領域におけるメタゲノムリードのHit数

ヒト腸内における優占種
Cow rumen
Oil contaminated soil 1
Oil contaminated sea water 1
Oil contaminated soil 2
Oil contaminated sea water 2
Oil contaminated soil 3
Oil contaminated sea water 3
Oil contaminated soil 4
Oil contaminated sea water 4
Human feces 1
Human feces 2

例2: Burkholderia multivorans ATCC 17616
芳香族分解関連遺伝子を多数持つ
Cow rumen
Oil contaminated soil 1
Oil contaminated sea water 1
Oil contaminated soil 2
Oil contaminated sea water 2
Oil contaminated soil 3
Oil contaminated sea water 3
Oil contaminated soil 4
Oil contaminated sea water 4
Human feces 1
Human feces 255©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

OpenID‐TAuthによる
MicrobeDB.jpのユーザ認証

56©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

データベース連携に向けたユーザ認証サービス開発・運用
ゲノム情報などをグループ内で共有

ユーザが選択した任意のスタンザの組み合わせを表示可能

コミュニティゲノム
アノテーションに活用

ユーザ・グループ認証
Auth
認証システム開発・運用(H24)

OpenID

メールによる
一括招待

メールアドレスもしくはOpenIDによる認証
Community

H24年度にOpenID認証と連携したグループ情報を含むユーザ認証サービスを開発し運用を開始した。この機能により、同一認証サービスを利用したMicrobeDB.jpプロジェクト運用データベース間で57
藤澤&神沼&中村＠遺伝研
データ共有等の連携が可能となった。
©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

①TAuthにログインしていない状態で、ログイン処理を行う場合
http://auth.annotation.jpにアクセス

Emailとパスワードでサインイン

TAuthのユーザ名が表示されるブラウザを閉じるまでは、MicrobeDB.jpのログイン状態は保持©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

②TAuthにログインしている状態で、ログイン処理を行う場合

ワンクリックで認証（パスワード入力不要）

59©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

ユーザごとのStanzaの表示位置のカスタマイズ

生息環境についてのDefaultページ例

生息環境について関連するゲノム・メタゲノムサンプルの情報のリスト表示に特化するようカスタマイズしたページ

ユーザがStanzaの表示位置をカスタマイズした場合、ログアウト後もそのユーザのStanza表示位置は記憶され、次のログイン後に再設定は必要無い
60©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

http://microbedb.jp/MDBdemo/

61©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

H25年度の実施計画• H23、H24年度に引続き、各DBの高度化および「MicrobeDB.jp」の開発• GTPSのTogoGenomeを用いたRDF化• TogoStanzaの仕様確定とMicrobeDB.jpで用いる各種Stanzaの開発（w/
DBCLS）• TogoAnnotationの各種オミックスデータへの対応• MBGDの高度化およびバージョンアップ問題への対応• メタゲノム解析パイプラインをTSUBAME&DDBJスパコンへの対応• 生息環境以外の様々なメタデータを記述するオントロジーの構築• オントロジーマッピング、文献情報抽出の自動化• MicrobeDB.jpにおけるユーザ管理システムの構築• 培地オントロジー「GMO」の開発（w/ DBCLS）• 各種オミックスデータの統合化• 微生物自動アノテーションプログラム「MiGAP」との連携
62©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

H24年度 主な活動状況••••

微生物統合DB全体会議（4回開催）
RDF会議（4回開催）
オントロジー会議（6回開催）
菌株会議（1回開催）

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

微生物データベースの将来に関するフォーラム (5/28@東京）
BioHackathon 2012（9/2‐7@富山）
The 14th workshop of the GSC（9/17‐21@Oxford）
トーゴーの日シンポジウム 2012（10/5@東京）
BioJapan 2012（10/10‐12@横浜）
SPARQLthon（10月,11月,12月,1月,計4回@DBCLS）
情報・システム研究機構シンポジウム 2012（11/9＠東京）
分子生物学会（12/11‐14@福岡）
BioHackathon 12.12（12/19‐21@東京）
ゲノム微生物学会（3/8‐10@長浜）予定
農芸化学会（3/24‐28@仙台）予定
63©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本

64©2013黒川 顕(東京工業大学) licensed under CC表示2.1日本