【特集】分子生物学のための研究用PCとソフトウェア

2019年12月に未報告の新型コロナウイルスが発見されてからゲノム配列の解読、そして公共のデータベースへ登録されるまで僅か1、2か月。データ公開直後より異例のスピードでワクチンの開発が進みました。まだ十分な供給や体制が整っていないながらも約1年という短期間でワクチンの接種がはじまり、2021年2月9日時点で、世界のワクチン接種者が1億人を超えました。

本来であれば数年を要するといわれるワクチン開発がこのパンデミックの状況下においてこれほどまでのスピードで進んだ背景に全ゲノム情報の応用があります。そしてそれらを支える基盤は次世代シーケンス技術(NGS)です。

今回は弊社のPC制作サービス「テグシス」にも問い合わせの多い次世代シーケンス解析用PCならびに、さまざまな分子生物学の研究のための各種ソフトウェアをご紹介致します。

 

1.次世代シーケンス解析のためのPCについて

次世代シーケンサーは膨大な情報をもつ塩基配列を読み解くための技術で、複数のDNA配列を同時並行的に一気に決定できる点が特徴です。膨大なデータをより高速かつ効率的に解析ができることで、解析時間の短縮とコスト削減にもつながっています。またこれらの技術は、個の医療(個別化医療)、遺伝性疾患、細菌叢(さいきんそう)、微生物などさまざまな研究に役立てられています。

1-1.PCの仕様のご相談


お問い合わせ頂くバイオインフォマティクス向け(次世代シーケンサー用)のPCは、一般的にメモリが重要視される場合が多く、データ量によってはストレージ容量の確保も必要となりますが、ご利用の環境や実際の計算内容、その他のご要望によっても選定するスペックは異なります。どういった構成を選んだらよいかわからない場合には、ご利用予定のソフトウェア情報や、実施する予定の処理内容、計算規模などをお知らせください。またもし既存PCからのリプレイスを検討されている場合で、解析の処理時間を短くしたい、もっと大きな計算を実施したいといったご要望・お困りごとがございましたら、テグシスまでお気軽にご相談ください。

1-2.既存のツール・ソフトウェアについて

ソフトウェア要件を事前に確認することでPCのパフォーマンスの向上に役立てられるため、ご利用になられているツールやソフトウェアの名称やバージョンをお知らせください。とくにソフトウェアのバージョンによってシステムの推奨要件が異なる場合がございます。

お問い合わせ実績のあるツールやソフトウェアの一部をご紹介いたします。

2.分子生物学の研究のための各種ソフトウェア

前述で述べた次世代シーケンサー技術の発展により、検体から菌を分離培養する方法から検体そのもののDNAを解析し応用するようになりました。標準的な技術が確立されたゲノムやトランスクリプトームの解析はデータベース化され世界中の研究者が使えるようになっています。

分子生物学の研究に優れたソフトウェアの多くがこのようなデータベースを活用でき、また複数のデータベースを使うこともあるため互換性のあるファイル形式を多く用意しています。

 

2-1.配列決定・アセンブリ・プライマー設計・配列アラインメント


■Clone Manager

酵素の読み取り管理、同一個体のシーケンス(塩基配列)処理、クローニングのシミュレーション、グラフィックマップの描画、 プライマーの設計と分析、グローバルおよびローカルシーケンスアライメント、類似性検索、実験室規模のシーケンスアセンブリプロジェクトのための包括的なツールがセットになった、データ管理・分析用ソフトウェア。

塩基配列データベース:
BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)検索データベースを構築可能
(EMBL/Genbank など)

対応ファイル形式:
GenBank, EMBL, (FASTA形式でクリップボードへのコピー可能)

システム要件:
Windows:7, 8, 10 (32bit/ 64bit 対応)

 


■CodonCode Aligner

シーケンスアセンブリ、コンティグの編集、変異検出などを実施するためのプログラムです。Phred-Phrapとの互換性があり、シーケンスクオリティスコアに完全に対応しています。

塩基配列データベース:
EMBL(European Molecular Biology Laboratory)
Genbank

対応ファイル形式:
SCF, ABI chromatogram, FASTA, FASTQ, GenBank, EMBL,NBRF/PIR, PHD, Plain, SFF, SAM

システム要件:
Windows:XP, Vista, Windows 7, or newer (64bit 対応)
Mac OS X: Requires Mac OS X version 10.7.4 or newer

 


■Geneious

バイオインフォマティクスや分子生物学の解析ツール(DNA、RNA、タンパク質の配列アラインメントと組立、解析)が統合されたシンプルなインターフェイスを備えています。

塩基配列データベース:
NCBI (National Center for Biotechnology Information)  … Gene, Genome, Nucleotide, PopSet, Protein, PubMed, SNP, Structure, Taxonomy

対応ファイル形式:
BED, GenBank, Embl/UniProtをはじめとした多くのファイル形式対応 (import export sequence data)

システム要件:
Windows:7, 8, 10
Mac OS X: Requires Mac OS X version 10.8 or newer
Linux: CentOS 6/RHEL6/Ubuntu Desktop LTS

 


■SnapGene

分子クローニング手順の設計とシミュレーション、およびそれらの手順の視覚化や、作業履歴の自動作成などの機能を有し、クローン作成の簡素化に役立ちます。また作成したDNA構築物を見やすく分かりやすい電子形式のドキュメントへ変換できます。

塩基配列データベース:
VectorNTI Advance または VectorNTI Express  ※詳細はこちら

対応ファイル形式:
ApE, Embl(ENA), GenBank/DDBJ, Vector NTIをはじめとした多くのファイル形式対応 (Convert File Formats)

システム要件:
Windows:Windows 7, or newer
Mac OS X: Requires Mac OS X version 10.10 or newer
Linux:Ubuntu, Fedra,  Ubuntu,  Red Hat Enterprise 

 

2-2.質量分析


■PREMIER Biosoft

PREMIER Biosoft 社の専門性の高いツールは、質量分析、ゲノム学(genomics)、mRNA(メッセンジャーRNA)、タンパク質、代謝物質など研究対象用のツールがあります。ここでは代謝物質データ分析用の包括的なソフトウェアスイートSimMetを取り上げます。

データベース:
Humans、E.coli、NIST MS / MSデータベース

対応ファイル形式:
.txt, .xls, .mzData, .mzXML, Thermo Scientific(* .raw), SCIEX(* .wiff), Bruker Corporation(.baf, .yep, .fid)

システム要件:
Windows:7, 8, 10 and Vista

 


■Protein Metrics

日常的に行われるタンパク質やペプチド分析の増進、複雑なワークフローの合理化/自動化など、タンパク質特性解析用のソフトウェアツール群です。どのようなベンダーのプラットフォームにも対応しています。

塩基配列データベース:
NCBI (National Center for Biotechnology Information) , Byonic(Focused Protein Databases)

対応ファイル形式:
MGF, mzML, mzXML, or Thermo RAW,  FASTA

システム要件:
Windows:7, 8, 10
Mac OS X: Requires Mac OS X version 10.8 or newer
Linux: CentOS 6/RHEL6/Ubuntu Desktop LTS

 

2-3.代謝経路のモデリングと可視化(※参考)

生物学における研究分野の学問は「研究対象+omics」と呼称され、生体を構成している多種多様な分子を網羅的に調べることをオミックス解析(オミクス、オーミクス)といいます。

Omixは、マルチオミクスの主にトランスクリプトミクス、メタボロミクス、フラクソミクス分野において、ネットワーク図の直接的なコンテキストでのマルチオミックス・データのインタラクティブなマッピングに用いられます。またCytoscapeは生物学研究用として設計されたオープンソースソフトウェアプラットフォームで、分子相互作用ネットワークと生物学的なパスウェイを視覚化できます。


■Omix
の特徴 (※参考)

塩基配列データベース:
KEGG, BioCyc 等

対応ファイル形式:
SBML、SBGM-ML、FluxML, Excel, HDF5 等

システム要件:
Windows:7, 8, 10
Mac OS X: Requires Mac OS X version 10.14 or newer
Linux: Ubuntu 20.04, Fedora 32, openSUSE 15.1, CentOS 8.1 and Manjaro 20. On other Linux distributions and versions you run Omix on your own risk

 

ネットワーク生物学のためのリソース情報 (※参考)
NRNB and Cytoscape
(Introduction to the National Resource for Network Biology)

What is NRNB

 

2-4.試薬


■Creative PEGWorks

Creative PEGWorks社 の高純度で高品質な、低多分散性、高反応性のポリエチレングリコール(PEG)試薬を取り扱っております

機能、構造、反応性によるPEG製品の一覧は、こちら(メーカーページ)よりご確認いただけます

 

今回ご紹介しました分子生物学関連の製品は弊社で取り扱っているほんの一部です。

 

まとめ

バイオインフォマティクスはSDGsにおける複数の目標・ターゲットと関わりのある分野であり、SDGsと連携するSociety5.0の推進においても活用が期待されています。特にセンシング技術によるデータ収集、蓄積、解析から統合まで、情報の可視化と活用は私たちの生活にさまざまな変化をもたらすと思います。弊社では今後も継続して研究開発に役立つ世界中の製品を取り扱ってまいります。

「このメーカーの販売しているこのソフトウェアが欲しい」「解析速度が上がらず困っている」といったご要望やご相談など、お気軽にお問い合わせください。