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GGGenome & CRISPRdirect アップデート：
塩基配列検索およびゲノム編集のためのウェブツール

○内藤雄樹

トーゴーの日シンポジウム 2021

ライフサイエンス統合データベースセンター (DBCLS)【要 旨】
高速塩基配列検索ソフトウェア GGGenome (https://GGGenome.dbcls.jp/)
および CRISPR–Cas9 によるゲノム編集のためのガイド RNA 設計ソフトウェア
CRISPRdirect (https://crispr.dbcls.jp/) のアップデートを紹介する。
GGGenome (ゲゲゲノム) は、ゲノムや転写産物などの塩基配列を高速に検索することができるツールである。十数塩基程度の短い配列の検索にも対応しており、ミスマッチや挿入・欠失を含む配列でも検索漏れがないため、核酸医薬品や CRISPR–Cas9 のガイド RNA の特異性を確認するためにも役立つ。
CRISPRdirect は、GGGenome による配列検索を利用することにより、特異性の高いガイド RNA を簡便に設計できるツールである。従来の SpCas9 に加えて、PAM の異なる Cas9 のバリアントにも対応している。GGGenome および
CRISPRdirect は、多数の実験動植物や作物などのゲノムに対応しており、他のデータベースやソフトウェアとも容易に連携できるよう API を提供している。
全ての機能は商用・非商用を問わず無償で自由に利用できる。

Licensed under CC-BY 4.0©2021 内藤雄樹 (DBCLS)

● 塩基配列を高速に検索
350種の生物種に対応

塩基配列をさがす● ミスマッチや挿入欠失を含む短い配列の検索に強い

https://GGGenome.dbcls.jp/● CRISPRガイドRNA設計

CRISPR direct

PAMに隣接する20塩基の選択● オフターゲット検索
CRISPRガイドRNA設計
https://crispr.dbcls.jp/

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powered byゲゲ

ゲ

GGGenome による塩基配列検索
https://GGGenome.dbcls.jp/

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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome による塩基配列検索

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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome による塩基配列検索

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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome による塩基配列検索

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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome による塩基配列検索

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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome による塩基配列検索

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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome のしくみ
● 分割統治法30 mer / 5ミスマッチ以内

分割すると、どれかは必ず10 mer / 1ミスマッチ以内● 接尾辞配列 (suffix array) ＋ FM-index● インデックスをSSDに置くことにより高速化

漏れのない検索を高速に実行
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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome を他のツールから呼び出す● アドレス ＝ 検索クエリ になっている● 結果をさまざまな形式で出力できる
検索例：

http[s]://GGGenome.dbcls.jp/hg38/2/ATAGGACCATA[.txt]

暗号化通信に対応①ヒトゲノムhg38に対し③この配列を検索②最大ミスマッチ・挿入欠失 ＝ 2 でLicensed under CC-BY 4.0©2021 内藤雄樹 (DBCLS)④結果はテキスト(txt) 形式で。

ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome を他のツールから呼び出す‘txt’

TTCA-ACAG “query”|||| || | “align”
TTCACACGG “sbjct”====D==X= “edit”

7 “match”
1 “mis”
1 “del”
0 “ins”

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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome を他のツールから呼び出す‘bed’

GGGenome
hit track

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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome を他のツールから呼び出す‘json’

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curl コマンド：webから情報を取得

ターミナルから塩基配列検索

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wc コマンド：
行数をカウント

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grep コマンド：
キーワード抽出ゲ

ゲ

ゲ

表計算ソフトから GGGenome 検索= ImportData(D2)

数式が入っている

PCRプライマー配列
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ゲ

ゲ

ゲ

表計算ソフトから GGGenome 検索

配列を検索、座標を表示、PCR産物の長さを計算

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2017 内藤雄樹 (DBCLS)©2021

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ゲ

ゲ

ゲ

GGGenome まとめ● ゲノムを高速に検索可能

https://GGGenome.dbcls.jp/

ゲノム、転写産物 (RefSeq, GENCODE)、pre-mRNA (理研D3G)● 短い塩基配列の検索に強い
ミスマッチや挿入欠失が多くても見落としのない検索● 他のツールから呼び出すことができる（REST API）
Googleスプレッドシートの ImportData() 関数
Excel 2013以降の WEBSERVICE() 関数
R、Ruby、Galaxy、ゲノムブラウザ・・・● ウェブ版は無償で自由に利用可能
商用利用であっても無償。
利用記録は当センターにおいて機密扱い。

● Docker版をレトリバ社から販売開始 →Licensed under CC-BY 4.0©2021 内藤雄樹 (DBCLS)

● 塩基配列を高速に検索
350種の生物種に対応

塩基配列をさがす● ミスマッチや挿入欠失を含む短い配列の検索に強い

https://GGGenome.dbcls.jp/● CRISPRガイドRNA設計

CRISPR direct

PAMに隣接する20塩基の選択● オフターゲット検索
CRISPRガイドRNA設計
https://crispr.dbcls.jp/

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powered by

CRISPR ‒Cas9 のガイド RNA 設計

PAMに隣接する配列の選択
ガイドRNA
設計支援ツール

CRISPR direct

オフターゲット配列検索
GAAGGCAGTCCAGTGAAATG|||| |||| |||| |||||GAAGCCAGTACAGAGAAATG

高速で正確な塩基配列検索ツール
wordが完全一致せず
BLASTで検索できない

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https://crispr.dbcls.jp/

Accession番号

または塩基配列 を入力

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数文字ほど入力すると生物種を検索 できる

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Licensed under CC-BY 4.0©2021 内藤雄樹 (DBCLS)CRISPRdirect によるガイド RNA 設計

標的サイトの位置と塩基配列

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配列に関する情報
制限酵素サイト もLicensed under CC-BY 4.0©2021 内藤雄樹 (DBCLS)CRISPRdirect によるガイド RNA 設計

ゲノムに何箇所あるか？
20mer

PAM

NNNNNNNNNNNNNNNNNNNN NGG

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緑：おすすめオフターゲット
サイトが少ない

オフターゲット
サイトが多いLicensed under CC-BY 4.0©2021 内藤雄樹 (DBCLS)CRISPRdirect によるガイド RNA 設計

オフターゲット
サイトのリスト

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Licensed under CC-BY 4.0©2021 内藤雄樹 (DBCLS)CRISPRdirect によるガイド RNA 設計

Licensed under CC-BY 4.0©2021 内藤雄樹 (DBCLS)CRISPRdirect まとめ
https://crispr.dbcls.jp/● PAMに隣接し、特異性の高い20塩基を選択
ゲノムのほかの領域とは塩基配列が一致せず、標的とする部位とだけ完全一致する配列を選択。特にPAM近傍のseed(12塩基または8塩基) の特異性を重視。

● 大量設計にも対応
ヘルプページにてスクリプトを公開● 多くの生物種に対応
350種の生物種に対応 (GGGenomeと同じ)● 無償で自由に利用可能
商用利用であっても無償。
利用記録は当センターにおいて機密扱い。
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生物種の追加についてゲノムが公開されていれば対応します。
ゲノム配列の所在、生物種に関する情報をご連絡ください（項目はヘルプページの一覧を参照）

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