NGS現場の会第4回研究会 モーニング教育セッション 配布用資料 「Windows/Mac環境で始めるNGSデータ解析入門」
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2015年7月1〜3日に開催されたNGS現場の会第4回研究会の、モーニング教育セッション（3日目）で行われた発表。 Linux・コマンドラインが使えなくても、NGSデータ解析ができる環境を自分で構築することを目標としたセッション。手元にあるWindows/Mac端末上でGalaxy ( https://usegalaxy.org/ )が使えるように設定する方法、およびUGENE ( http://ugene.unipro.ru/ )というWindows/Macにインストールできる汎用NGSデータ解析ツール（無料）を紹介する。
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NGS現場の会第4回研究会 モーニング教育セッション 配布用資料 「Windows/Mac環境で始めるNGSデータ解析入門」
- 1. Windows/Mac環境で始める NGSデータ解析入門 無料のツールで解析環境を作ろう！ 2015/07/03 株式会社ジナリスオミックス バイオIT事業部 竹田 綾 NGS現場の会第４回研究会 モーニング教育セッション
- 2. NGSの「データ解析」とは ライブラリー 作製 シーケンシ ング データ解析 ＜２次解析＞ ・アセンブリー ・マッピング ＜高次解析＞ ・遺伝子アノテーション ・SNP解析 ・発現量解析 ・コピー数 ・菌叢推定 などなど ＜1.5次？解析＞ ・生データQC
- 3. NGSの「データ解析」とは ライブラリー 作製 シーケンシ ング データ解析 ＜２次解析＞ ・アセンブリー ・マッピング ＜高次解析＞ ・遺伝子アノテーション ・SNP解析 ・発現量解析 ・コピー数 ・菌叢推定 などなど ＜1.5次？解析＞ ・生データQC
- 7. Virtual Machine (VM)とは 仮想機械（かそうきかい、仮想マシン、バーチャルマシン、 英語: virtual machine、VM）とは、コンピュータの動作を エミュレートするソフトウェアやフレームワークである。ま た、エミュレートされた仮想のコンピュータそのものも仮 想機械という。仮想機械によって、1つのコンピュータ上 で複数のコンピュータやOSを動作させたり、別のアーキ テクチャ用のソフトウェアを動作させることができる。 hDps://ja.wikipedia.org/wiki/仮想機械
- 9. 汎用解析環境 NGS解析 核酸配列 解析 タンパク 配列解析 マイクロ アレイ ワーク フロー 実験 支援 配布形態 Bio Linux ◯ ◯ ◯ ー ー △ VM / ISO file for install media Galaxy ◯ ◯ ◯ ー ◯ △ ソースコード / Cloud instance GenePaDern △ ー ー ◯ ー ー パッケージ (Mac, Linuxのみ） Chipster ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ー VM (サーバ） Java（クライアント） UGENE ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ パッケージソフト（Win / Mac / Linux）
- 11. ワークフロー 解析コマンドどうしを繋げて、やりたい解析を実現 一度作ったものを保存しておけば、同じ解析を異なるサンプルのデータに適用できる 他の人が作ったワークフローをそのまま再現することも可能
- 12. Virtual Box・BioLinux をインストールしてみました hDps://www.virtualbox.org/ hDp://environmentalomics.org/bio-‐linux/ OS： Windows7 Professional 64bit プロセッサ： Intel Core i3-‐3240 CPU@3.40GHz 実装メモリ(RAM)： 8.00GB
- 13. BioLinuxを起動するまでの作業 • Virtual Boxをダウンロードしインストール（7分） • BioLinuxのダウンロード（3.3GB＝約25分） • BioLinuxのインストール（約20分）～その後の設定もろもろ （5分） 「（Rで）塩基配列解析」でお 馴染みの東京大学大学院農学生命 科学研究科 門田幸二さんらの、日 本乳酸菌学会誌連載の資料を、ガッ ツリ参考にさせていただきました！ hDp://www.iu.a.u-‐tokyo.ac.jp/~kadota/book/JSLAB2_VirtualBox_win.pdf hDp://www.iu.a.u-‐tokyo.ac.jp/~kadota/book/JSLAB2_BioLinux8_iso_win.pdf
- 17. Galaxyがすぐ使えます
- 18. Galaxyチュートリアルはたくさんあります！ • 本家 – hDps://usegalaxy.org/ • GalaxyによるNGS解析（DBCLS大田さん） – hDps://github.com/inutano/training/tree/master/ajacs-‐advanced-‐01 – hDps://www.youtube.com/watch?v=CHCJVN-‐d9qo • DBCLSのGalaxy（統合TVリンク多数） – hDp://galaxy.dbcls.jp/ • Galaxy Workshop Tokyo 2015（Community Galaxyパッケージ) – hDp://wiki.pitagora-‐galaxy.org/wiki/index.php/ Galaxy_Workshop_Tokyo_2015 などなど、他にも目的別チュートリアルも多数
- 19. Galaxyチュートリアルはたくさんあります！ • 本家 – hDps://usegalaxy.org/ • GalaxyによるNGS解析（DBCLS大田さん） – hDps://github.com/inutano/training/tree/master/ajacs-‐advanced-‐01 – hDps://www.youtube.com/watch?v=CHCJVN-‐d9qo • DBCLSのGalaxy（統合TVリンク多数） – hDp://galaxy.dbcls.jp/ • Galaxy Workshop Tokyo 2015（Community Galaxyパッケージ) – hDp://wiki.pitagora-‐galaxy.org/wiki/index.php/ Galaxy_Workshop_Tokyo_2015 などなど、他にも目的別チュートリアルも多数 使い方は自習しましょう！
- 21. Virtual Machineとして入手可能な 各種アプリケーション別解析パイプライン 解析パイプライン 生物種 解析内容 UI MyPro hDp://sb.nhri.org.tw/MyPro/index.html 微生物 バクテリア全ゲノムシーケンスデータの De novo アセンブ リーからアノテーション解析 CUI CloVR-‐Microbe hDp://clovr.org/methods/clovr-‐microbe/ 微生物 バクテリア全ゲノムシーケンスデータの De novo アセンブ リーからアノテーション解析 GUI CUI CloVR-‐16S hDp://clovr.org 微生物 （メタ16S） メタ16Sアンプリコンシーケンスデータの菌叢解析 GUI CUI TREVA hDp://bioinforma]cs.petermac.org/treva/ ヒト、マウス エクソーム、ターゲットシーケンスデータのマッピング解析、 SNV, Indel, CNV解析（生殖細胞、体細胞変異） CUI MAP-‐Rseq hDp://bioinforma]cstools.mayo.edu/ research/maprseq/ ヒト RNA-‐seqデータのマッピング解析、SNV解析、発現量解析、 融合遺伝子解析 CUI CAP-‐miRSeq hDp://bioinforma]cstools.mayo.edu/ research/cap-‐mirseq/ ヒト、マウス miRNA-‐seqデータのマッピング解析、既知microRNA、新規 microRNAアノテーション解析、SNV解析、発現量解析、発 現変動遺伝子解析 CUI HiChIP hDp://bioinforma]cstools.mayo.edu/ research/hichipseq-‐pipeline/ ヒト、マウス ChIP-‐seqデータのマッピング解析、ピーク検出、モチーフ 検出、GO解析 CUI SV-‐AUTOPILOT hDps://bioimg.org/sv-‐autopilot 任意 ゲノムシーケンスデータのマッピング解析、構造変異解析 CUI
- 22. CloVR-‐16S
- 23. HiChIP
- 24. Virtual Machineとして入手可能な 各種アプリケーション別解析パイプライン • 目的に応じて、必要な工程が決められていて、インプット／ア ウトプットがわかりやすい • 説明資料が豊富なことが多い（必要なコマンドの解説など） • 既存のパイプライン以外のことをしようとすると、設定がむず かしい • 含まれる個別のツールのライセンス形態が統一されていな い アカデミックフリー（企業には有償）のものもあるので、 特に企業の利用はライセンス要確認!
- 25. 汎用解析環境 NGS解析 核酸配列 解析 タンパク 配列解析 マイクロ アレイ ワーク フロー 実験 支援 配布形態 Bio Linux ◯ ◯ ◯ ー ー △ VM / ISO file for install media Galaxy ◯ ◯ ◯ ー ◯ △ ソースコード / Cloud instance GenePaDern △ ー ー ◯ ー ー パッケージ (Mac, Linuxのみ） Chipster ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ー VM (サーバ） Java（クライアント） UGENE ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ パッケージソフト（Win / Mac / Linux）
- 28. UGENE： “It works perfectly on Windows , MacOS, and Linux” • Windows 64bit full installer packageダウンロード（5分） • ダブルクリックでインストール（約3分）
- 36. 1.7GHz Intel Core i7 8 GB RAM
- 37. 1.7GHz Intel Core i7 8 GB RAM
- 44. 計算時間の例（論文から） • Variant calling →15min – Reference: hg19 ch11 (UCSC) – BAM: ch11 alignment of NA20887 (1000 genome project) • Tuxedo pipeline(RNA-‐seq) →8.5hr – RNA-‐seq sample from Human cell line 2.9 GHz Intel processor 4コア 16 GB RAM Golosova et al, (2014) PeerJ, DOI 10.7717/peerj.644
- 46. 感想とまとめ • UGENEのインストール（WindowsもMacも）はとても簡単だった – 手元にあった端末で、手軽にNGSデータを扱える ようになった！ – コマンドラインやLinux、サーバーなどの知識は必 要なし • ワークフローと、そこに出てくる個々のツールについての知識は必要 – 自分が必要としている解析については、ツールの 特徴やオプション・アルゴリズムなどを（少なくとも 生物学的な観点で）理解する必要がある
- 47. 参考資料
- 48. Win/Mac用NGS解析ソフト(有償) De novo RNA-‐ seq Variant Small RNA ChIP-‐ seq Methyl-‐ seq Meta-‐ genome Win Mac CLC Genomic Workbench (Qiagen) ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ GenomeJack (三菱スペー ス) ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ Strand NGS (Agilent Technologies) ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ Partek Genomics Suite (Partek) ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ ◯ 詳しくは、それぞれのメーカー・販売代理店へ 機能リストは当社調べのため、過不足等の可能性がありますので、あくまでも参考程度としてください。
- 49. By 清水さん （岩手医科大） @atsushi_ngs
- 52. 配列データとメタデータの一元管理 • 配列データ – 異なるシーケンサーによる配列データ – 多様なアプリケーション： DNA-‐seq, RNA-‐seq, … • メタデータ – 実験情報 – 解析パラメータ – サンプル情報 – 臨床情報
- 53. GGMを使ってできること 1. NGSデータおよび関連情報の登録・管理 2. データ解析・マイニング (a) 変異解析 (b) 発現解析 (c) 多サンプル比較 (d) 変異解析、発現解析の統合解析 NGS DNA-seq, RNA-seq, ChIP-seq etc… NGS $ (BAM,$VCF,$BED,$etc.) $ NGS etc. Management Mode Study Mode
- 54. アルコール感受性遺伝子検査 エタノール アセトアルデヒド 酢酸 ADH2 ALDH2 His47Arg: 低活性 Glu487Lys: 低活性 0/16 5/16
- 57. 任意に登録したメタデータ「お酒に強い／弱い」の項目で二群比較を行う （Genotypeで、Group AまたはGroup Bに特徴的なVariantを探す） ３１０万箇所 → ４７箇所 に絞り込むことができた （約４秒）
- 60. そもそもそんなに多サンプルのデータをお持ちでない方へ ゲノム解析クラウドサービス HDD USB GiNeS 3 ! ! 20GB & (1)$ $ (2)$ (3)$ $ (4)$ $(5)$ $ （ギネス）
- 61. HDD USB GiNeS 3 ! ! ! ! Free 0 0 20GB Basic 10,000 20,000 20GB Basic.+.M1op4on 20,000 40,000 40GB 50,000 M 50,000 20GB & 1,000 (2)$ (4)$ $(5)$ $ 月々1万円から！！ そもそもそんなに多サンプルのデータをお持ちでない方へ ゲノム解析クラウドサービス （ギネス）