事後評価報告書

バイオインフォマティクス推進事業
平成16年度終了研究開発課題　事後評価報告書

バイオインフォマティクス推進センター　統括
勝木元也

1．研究開発の概要

本プログラムは、情報科学と生物科学との融合したアプローチにより多様な生物情報から生物現象の原理や法則を発見し体系化することを目指す研究開発課題を募集し、採択された課題の研究開発を推進することを目的としている。得られた成果は広く利用できるよう公開し、これらの成果がバイオインフォマティクスの発展および新しい情報生物学創造のインセンティブとして機能し、これを基盤として新たな生物科学が樹立されるよう支援を行っている。

平成13年度は以下の2つの分野について研究開発課題の募集を行った。

1）情報生物科学に関する創造的な研究開発
実際の生物研究から発生した情報源（データベース、実験、文献）に由来するデータを解析し、生物科学的発見にむすびつく知識発見、知識表現にかかわる方法論および技術の研究開発。

2）情報科学と生物科学との融合型アプローチによる研究開発
新規に開発された実験手法による新しいタイプのデータの発生、既存のデータ種の増大、多様化を対象とした、データの採取から蓄積、解析に至る一連の情報処理技術の開発。生物科学者と情報科学者とが協力し合い、データ生産と協調しつつ、情報的観点から実験デザインし、結果をフィードバックすることにより、目標とする事象に対してダイナミックなアプローチを行う研究開発。

募集の結果、応募件数が101件、面接選考が22件、採択数が7件となった。今回この7件の課題が当初予定の3年間の研究開発期間を終了したことにともない事後評価を行ったのでここに報告する。

2．研究開発成果

＜酵母のインフォマティクスについて＞
伊藤隆司博士のチームは、インタラクトーム解析を広義に捉えてその更なる発展を促す為に、様々な実験手法や計測技術の開発を情報科学技術と連携のもとに進め、それぞれユニークな基盤技術の開発が達成された。とりわけ遺伝子断片の絶対定量法に解析支援的なバイオインフォマティクス技術を組み合わせて構築したアダプタ付き付加競合PCR法（GATC-PCR）システムは、遺伝子発現、転写因子－DNA相互作用をはじめ様々な応用が可能なものであり、これまでに例のない種類のデータの創出を可能にした。

森下真一博士のチームは、酵母の遺伝子破壊株画像解析ソフトウェアを開発し、4780の非必須遺伝子破壊株中で約2,000株が野生株に比べ形態が異常に変異している事実をつきとめた。また新規の細胞周期チェックポイントを発見した。

＜形態形成のインフォマティクスについて＞
伊藤啓博士のチームは、ショウジョウバエ脳全体の回路図を作成してコンピューター上での動作再現を行うことを究極の目標とし、視覚、嗅覚、聴覚の3つの感覚経路について、感覚細胞から順にステップを追って神経回路の網羅的同定を行った。この過程で現実の神経回路を定量的にコンピューター内にデータベース化するために、細胞体の位置情報を抽出するアルゴリズムおよび細胞体の個数を計測するアルゴリズムを開発し特許出願を行った。

大浪修一博士のチームは、時間的空間的に動的な多細胞生物の発生機構を解明するために、遺伝子機能を阻害したC. elegans初期胚を用いて細胞分裂パターンの実験的解析および計算科学的解析を並行して行った結果、機能破壊により細胞分裂のタイミングあるいは胚内の細胞の空間配置のいずれかのみに顕著な異常を生じる遺伝子を10種類以上検出することに成功した。この過程で大規模な遺伝子発現量データより遺伝子制御ネットワークを導出するアルゴリズムの開発に成功し特許出願を行った。

＜塩基配列・アミノ酸配列のインフォマティクスについて＞
岸野洋久博士のチームは、一般に利用されているゲノムデータベースを用いて独自のモデルを構築し、ゲノムに映し出された生物多様化と適応のプロセスを検出するとともに、ゲノム上の重要遺伝子をマッピングする手法を構築することを目的とした。主な成果として広く多細胞生物における分子進化の速度の変化と分岐年代を推定するプログラムを開発し公開した。

肥後順一博士のチームは、水分子存在下での蛋白質フォールディング計算に着目し、ペプチドの立体構造解析のための並列型専用計算機システムと並列化アルゴリズムの開発を行った。その主な成果として30残基長ペプチドのフォールディングシミュレーションが可能となり、また蛋白質とリガンドのドッキングシミュレーションにより分子同士が離れた状態でも会合を促す長距離力が働くことを示した。

矢田哲士博士のチームは、ヒトゲノム配列中に潜むタンパク質をコードする遺伝子を網羅的に探索することを目標とし、3つの異なった手法に基づいた遺伝子発見プログラムを開発、改良を進めた。また、これらプログラムを効果的にゲノムに適用するためのプロトコールも合わせて開発し、ゲノム全体に適用することで信頼度の高い遺伝子候補の抽出に成功した。

3．各課題の事後評価結果

○情報科学と生物科学との融合型アプローチによる研究開発

（1）ショウジョウバエ脳神経回路の徹底解析にもとづく感覚情報処理モデルの構築（PDF形式　100KB）: 代表研究者　：伊藤　啓　　東京大学分子細胞生物学研究所　助教授
（2）インタラクトーム解析からの生物知識獲得（PDF形式　17KB）: 代表研究者　：伊藤　隆司　東京大学大学院新領域創成科学研究科　教授
（3）線虫C.elegans発生過程のシステム解析（PDF形式　55KB）: 代表研究者　：大浪　修一　慶應義塾大学理工学部　助教授
（4）遺伝子破壊株イメージ・マイニング（PDF形式　34KB）: 代表研究者　：森下　真一　東京大学大学院新領域創成科学研究科　教授

○情報生物科学に関する創造的な研究開発

（1）ゲノム進化とマッピングの階層モデルと解析アルゴリズムの開発（PDF形式　44KB）: 代表研究者　：岸野　洋久　東京大学大学院農学生命科学研究科　教授
（2）高速計算機システムによる蛋白質フォールディングの研究（PDF形式　28KB）: 代表研究者　：肥後　順一　東京薬科大学生命科学部　教授
（3）ヒト遺伝子の転写・発現の多様性解明を目指した基盤データベースの開発（PDF形式　28KB）: 代表研究者　：矢田　哲士　京都大学大学院情報学研究科　助教授

（参考）

1）公開されている成果プログラムおよびデータベース等

（代表研究者：伊藤隆司）: ・Enhanced Annotator for Saccharomyces Transcriptome (EAST)
出芽酵母トランスクリプトームデータの解釈を支援するシステム
公開URL　http://itolab.cb.k.u-tokyo.ac.jp/BIRD/GATC-PCR/
（代表研究者：大浪修一）: ・DBRF-MEGN method
遺伝子機能の欠失株の遺伝子発現量データから符号付有向グラフで表現される遺伝子機能制御ネットワークを導出するアルゴリズムを実装したソフトウェア
公開URL　 http://www.so.bio.keio.ac.jp/dbrf-megn/
・Cell Division Pattern Data
RNAiにより遺伝子の機能を阻害したC. elegans初期胚の24細胞期までの細胞分裂パターンの測定データの閲覧
公開URL　http://www.so.bio.keio.ac.jp/pattern/
（代表研究者：森下真一）: ・Saccharomyces Cerevisiae Morphological Database(SCMD)
出芽酵母をモデル生物として、非必須遺伝子の破壊が形態におよぼす影響を定量的に計測した情報を公開したデータベースサーバー
公開URL　http://yeast.gi.k.u-tokyo.ac.jp/
（代表研究者：岸野洋久　共同研究者：Dr. Jeffery Thorne（ノースカロライナ州立大学））: ・Multidivtime
マルコフ連鎖モンテカルロ法に基づき、分子進化の速度と分岐年代を推定するプログラム
公開URL　http://statgen.ncsu.edu/thorne/multidivtime.html
（代表研究者：岸野洋久　共同研究者：和田康彦（佐賀大学））: ・マウスゲノム重複領域データベース
Mouse Genome DatabaseとGenbankをもとにマウスゲノム上の27箇所の重複領域を推定し、それらの領域に存在する129個の遺伝子についてデータベース化
公開URL　http://genome.ag.saga-u.ac.jp/genome/duplicate/index.html
（代表研究者：矢田哲士）: ・HAL(Human genome Annotation Library)
ヒトゲノムに潜む未知のタンパク質遺伝子の情報を提供するデータベース
公開URL　http://hal.genome.ist.i.kyoto-u.ac.jp/
（代表研究者：矢田哲士　共同研究者：後藤修（京都大学））: ・Aln
2つのタンパク質アミノ酸配列、核酸塩基配列の間の大域的、半大域的、または局所的な最良アラインメントを求めるソフトウェア
公開URL　http://www.genome.ist.i.kyoto-u.ac.jp/~aln_user/ALN/top.html
（代表研究者：矢田哲士　共同研究者：十時泰（理化学研究所））: ・DIGIT
複数の遺伝子発見プログラムの解析結果を組み合わせて遺伝子を発見するソフトウェア
公開URL　http://digit.gsc.riken.go.jp
・PHINAL
ゲノム比較による遺伝子発見プログラム
公開URL　http://phinal.gsc.riken.go.jp

2）外部発表件数*

	国内	国外	計
論文**	4	105	109
招待・口頭講演	79	45	124
ポスター発表	115	37	152
合計	198	187	385

＊：件数は、各代表研究者が研究開発終了報告書に記したデータを採用した。
＊＊：論文は原著論文のみで印刷中のものは含むが、投稿中のものは含まない。

3）特許出願

3-1) 国内: 3件
(1) 発明者：大浪修一、濱橋秀互「核領域認識における結合核領域の切断方法」（特開2004-350508）
(2) 発明者：伊藤啓、島田尚「画像からの対象物検出方法」（特願2003-409873）
(3) 発明者：大浪修一、京田耕司「遺伝子ネットワークの推定方法および推定プログラム」（特願2004-153739）

3-2) 外国: 1件
(1) 発明者：伊藤啓、島田尚「画像からの対象物検出方法及び対象物検出装置」（PCT/JP2004/18024）