マイクロブスオンライン

MicrobesOnlineは、微生物種をゲノム、トランスクリプトーム、機能レベルで比較するための複数の比較ゲノムツールをホストする、公開され無料でアクセスできるウェブサイトです。^{[1] [2] MicrobesOnline は、カリフォルニア州バークレーの}ローレンス・バークレー国立研究所に拠点を置く微生物ストレスおよび生存のための仮想研究所によって開発されました。このサイトは 2005 年に開始され、2011 年まで定期的に更新されました。

MicrobesOnline の主な目的は、複数のソースからの豊富なデータを統合した使いやすいリソースを提供することです。この統合プラットフォームは、比較ゲノミクス、代謝経路分析、ゲノム構成、機能ゲノミクス、およびタンパク質ドメインとファミリーデータの研究を促進します。また、遺伝子、種、配列、オーソロググループ、遺伝子オントロジー(GO) 用語、または経路キーワードなどを使用してデータベースを検索または参照するためのツールも提供します。もう 1 つの主な機能は、ユーザーが関心のある遺伝子を記録できる Gene Cart です。データベースのハイライトの 1 つは、全体的なナビゲーションのアクセシビリティとツール間の相互接続です。

ゲノム配列決定のためのハイスループット法の開発により、分析と解釈のための高度なバイオインフォマティクスツールを必要とする膨大なデータがもたらされました。 ^[3]現在、ゲノム配列データを研究し、さまざまな観点から情報を抽出するためのツールが数多く存在します。 しかし、ツール間で命名法や標準化されたプロトコルが統一されていないため、結果を直接比較することは非常に困難です。^[4]さらに、ユーザーはさまざまなWebサイトやソフトウェアを絶えず切り替えて、個々の要件に合わせてデータの形式を調整する必要があります。 MicrobesOnlineは、原核生物種と基底真核生物に焦点を当て、分析結果を簡単に比較できるように、さまざまなツールの機能を統一されたプラットフォームに統合することを目的として開発されました。

MicrobesOnline は、幅広い微生物種のゲノム、遺伝子発現、適応度データをホストしています。ゲノムデータは、1752 種の細菌、94 種の古細菌、119 種の真核生物、合計 3707 種のゲノムで利用可能であり、そのうち 2842 種は完全であるとマークされています。遺伝子発現データは 113 種のもの、適応度データは 4 種の生物について利用可能です。^[5]

MicrobesOnline は、遺伝情報、機能ゲノミクス、比較ゲノミクス、代謝経路研究という 4 つの主要分野に応用するために、細菌ゲノムに関連する情報を検索、分析、統合するための多様なツールを提供しています。^[6] MicrobesOnline のホームページは、その機能にアクセスするためのポータルで、6 つの主要セクションで構成されています。トップ ナビゲーション要素、ゲノム セレクター、E.coli K-12 に基づくチュートリアルの例、ゲノム リンク アプリケーション for Metabolic Maps (GLAMM) へのリンク、Web サイトのハイライト、および「MicrobesOnline について」リストです。MicrobesOnline の作者は、進行中のプロジェクトとして、データ分析ツールとより多くのデータ タイプのサポートが拡張されると主張しています。^[7]

MicrobesOnline に保存されている微生物遺伝子の情報には、配列（遺伝子、転写産物、タンパク質）、ゲノム遺伝子座、遺伝子注釈、および配列の統計情報が含まれます。この情報は、MicrobesOnline のホームページに表示されている 3 つの機能、つまり上部のナビゲーション セクションにある配列検索と詳細検索、およびゲノム セレクターからアクセスできます。配列検索ツールでは、MicrobesOnline はタンパク質配列の検索にBLAT、FastHMM、FastBLAST ^[8]を統合し、ヌクレオチド配列の検索に MEGABLAST を使用しています。^{[9]また、配列を検索するための代替方法として}BLASTへのリンクも提供しています。一方、詳細検索ツールでは、遺伝子名、説明、オルソログ グループ (COG) のクラスター ID、GO 用語、KEGG酵素委員会 (EC) 番号などをキーワードとして、カテゴリ、カスタム クエリ、ワイルドカード検索、フィールド固有の検索で遺伝情報を検索できます。

ゲノムセレクターの「選択されたゲノム」ボックスには、左側のお気に入りゲノムリストから追加されたゲノム、またはキーワードで検索されたゲノムがリストされます。ゲノムセレクターの右側では、ゲノムを選択した後に 4 つのアクションを適用できます。「遺伝子の検索」インターフェースは、選択したゲノム内の遺伝子名を検索し、遺伝子リストビューに結果を表示します。「情報」ボタンは、サマリービューに選択したゲノムの簡単な概要をリストします。「GO」ボタンは、さまざまな GO 項目の遺伝子の数を表にする VertiGo と呼ばれる GO ブラウザーを開きます。最後に、「パスウェイ」ボタンは、MicrobesOnline データベース内のすべての生物の完全なパスウェイを示すパスウェイブラウザーを起動します。

さらに、概要ビューに表示されるゲノム名をクリックすると、選択したゲノムに関する豊富な情報を表示する単一ゲノムデータビューが表示されます。遺伝子リストビューでは、「GODHST B...」というリンクをクリックすると、オペロンとレギュロン、ドメインとファミリー、配列、注釈などの詳細情報が表示される遺伝子座情報ツールが表示されます。

ユーザーの作業を保存する重要な機能は、遺伝子カートです。遺伝子情報を表示する MicrobesOnline の多くの Web ページには、すべてのユーザーが利用できるセッション遺伝子カートに興味のある遺伝子を追加するためのリンクが含まれています。これは一時的な遺伝子カートであるため、ユーザーが Web ブラウザーを閉じると情報が失われます。セッション遺伝子カート内の遺伝子は、ログイン後に登録ユーザーのみが利用できる永続的な遺伝子カートに保存できます。

MicrobesOnline を設定する目的の 1 つは、微生物ゲノムの機能情報を保存することです。このような情報には、遺伝子オントロジーとマイクロアレイベースの遺伝子発現プロファイルが含まれ、それぞれ GO ブラウザーと Expression Data Viewer という 2 つのインターフェースからアクセスできます。GO ブラウザーは、遺伝子オントロジーの用語で整理された遺伝子へのリンクを提供し、Expression Data Viewer は、発現プロファイルと実験条件の情報の両方へのアクセスを提供します。

GO ブラウザ (別名 VertiGo) は、MicrobesOnline が GO 階層を検索および視覚化するために使用します。GO 階層は、細胞成分、分子機能、生物学的プロセスなどの遺伝子産物の特性を表す統一された言語システムです。MicrobesOnline ホームページのゲノム セレクターは、選択したゲノムの GO 階層を直接参照する方法を提供するほか、選択した GO 用語の下にある遺伝子のリストも提供し、これをセッション遺伝子カートに追加してさらに分析することができます。

発現データ ビューアーは、マイクロアレイベースの遺伝子発現実験および発現プロファイルを検索および検査するためのインターフェイスです。これは、選択された実験条件下で選択されたゲノムの特定の実験を検索するための実験ブラウザー、各マイクロアレイ実験の詳細を提供する発現実験ビューアー、選択された遺伝子および同じオペロン内の遺伝子の発現レベルのヒート マップを表示する遺伝子発現ビューアー、および最後に、遺伝子発現プロファイルを検索するためのプロファイル検索ツールという複数のコンポーネントで構成されています。発現データ ビューアーには、ナビゲータ バーの「機能データの参照」、ホームページの「遺伝子発現データ」、および発現データが利用可能な単一ゲノム データ ビューの「遺伝子発現」リストの 3 つの方法でアクセスできます。単一ゲノム データ ビューでは、相互作用複合体の検査と発現データ (例: Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655) のダウンロードを可能にするタンパク質間相互作用ブラウザーも表示できます。さらに、ユーザーは、単一ゲノムデータビューで MultiExperiment Viewer (MeV) を起動して、発現データを分析および視覚化することができます。

MicrobesOnline は、比較ゲノム研究のための遺伝子相同性と系統発生の情報を保存しており、2 つのインターフェースからアクセスできます。1 つ目はツリー ブラウザーで、選択した遺伝子とその遺伝子近傍の種のツリーまたは遺伝子ツリーを描画します。2 つ目はオーソロジー ブラウザーで、ゲノム ブラウザーの拡張機能であり、選択した遺伝子を、選択した他のゲノムのオーソログと整列した遺伝子近傍のコンテキスト内で表示します。^[10]両方のブラウザーには、セッション遺伝子カートに遺伝子を保存して、さらに分析するためのオプションがあります。

ツリー ブラウザにアクセスするには、ホームページの遺伝子検索ツールで VIMSS ID (例: VIMSS15779) を使用して遺伝子を検索します。[ツリーでゲノムを参照] オプションから遺伝子コンテキスト ビューにアクセスすると、遺伝子ツリーと遺伝子コンテキスト ダイアグラムが表示されます。さらに、[種のツリーを表示] オプションを選択すると種のツリー ビューが開き、遺伝子ツリーの横に種のツリーが表示されます。さらに、ツリー ブラウザを使用すると、類似性に基づいて遺伝子とゲノムの両方を選択できます。さらに、ゲノム間の水平遺伝子伝達も示されます。

オーソロジー ブラウザでは、「表示する生物を選択」ボックスから複数のゲノムを選択して、クエリ ゲノムと比較したゲノムのオーソログを表示します。

遺伝子座情報は「遺伝子を表示」オプションから表示でき、この遺伝子をセッション遺伝子カートに追加したり、遺伝子発現データ（ヒートマップを含む）をダウンロードしたりできます。また、ツリーでゲノムを参照するときに遺伝子コンテキスト ビューが表示されます。

パスウェイブラウザを使用すると、ユーザーは京都遺伝子ゲノム百科事典（KEGG）^[11]のパスウェイマップをナビゲートして、最大2つの選択したゲノムの酵素の存在または不在の予測を表示できます。特定のパスウェイのマップと2種類の微生物の比較をパスウェイブラウザに表示できます。酵素コミッション番号（例：3.1.3.25）は、選択した酵素の情報を表示する遺伝子リストビューへのリンクを提供し、ユーザーはセッション遺伝子カートに遺伝子を追加できます。

GLAMMは、統一されたウェブインターフェースで代謝経路を検索し視覚化するためのもう1つのツールです。これは、ユーザーが新しいトランスジェニック経路を特定または構築するのに役立ちます。^[12]

MicrobesOnlineは、遺伝子カートを介してアクセスされるバイオインフォマティクスワークベンチと呼ばれるインターフェースに、配列、遺伝子発現プロファイル、タンパク質間相互作用を分析するための多数のツールを統合しました。現在サポートされている分析には、多重配列アライメント、系統樹の構築、モチーフ検索とスキャン、遺伝子発現プロファイルとタンパク質間相互作用の要約が含まれます。計算リソースを節約するために、ユーザーは最大4時間まで2つの同時ジョブを実行でき、すべての結果はセッションが終了するまで一時的に保存されます。^[13]結果は、リソースアクセス制御ツールを介して他のユーザーまたはグループと共有できます。

MicrobesOnlineは、その機能のさまざまな側面を管理する一連のデータベースのデータを統合して構築されています。包括的なリストは次のとおりです。^[14]

• 配列情報：非冗長なタンパク質、遺伝子、転写産物の配列と注釈はRefSeq ^[15]とUniprot ^[16]から抽出されます。
• 種と配列の分類学上の分類：NCBI分類法^[17]は種と配列を系統群に分類し、系統樹を構築するために使用されます。
• 配列から注釈のないタンパク質を同定する：CRITICA ^[18]はタンパク質をコードするDNA配列の領域を見つけるために使用されます。比較ゲノミクスと比較および注釈に依存しない方法の両方が使用されます。

• 配列からの非注釈遺伝子の同定：MicrobesOnlineはGlimmer ^[19]を利用して細菌、古細菌、ウイルスの配列から遺伝子を自動的に検出します。
• タンパク質の分類：PIRSF、 ^[20] Pfam、^[21] SMART ^[22]およびSUPERFAMILY ^[23]リポジトリによって決定された保存ドメイン、ファミリー、スーパーファミリーによるタンパク質の分類が含まれています。
• 遺伝子相同情報：種を超えた遺伝子の相同グループは、相同性の検出にタンパク質配列の比較を利用するCOGデータベース^[24]の情報に基づいています。
• 遺伝子とタンパク質の機能情報:提供される機能情報の範囲は、遺伝子を機能カテゴリーに注釈付けする遺伝子オントロジーのGOA ^{[25] 、遺伝子の代謝、分子、シグナル伝達経路のKEGG [26]}、タンパク質ファミリーとその進化の関係における分子および機能経路に関する情報のPANTHER ^{[27] [28]}によって提供されています。TIGRFAMs ^[29]とGene3D ^[30]は、タンパク質の構造情報と注釈付けのために参照されています。
• 遺伝子発現データ：NCBI GEO ^[31]とMany Microbe Microarrays Database ^{[32]はどちらもMicrobesOnlineの遺伝子発現データをサポートしています。Many Microbe Microarrays Databaseによってコンパイルされたデータセットには、シングルチャネル}Affymetrixマイクロアレイによって生成されたデータのみが受け入れられ、その後正規化されるため、直接比較できるという利点もあります。
• CRISPRの検出：CRISPR ^[33]は侵入配列に対する免疫に関与するDNA遺伝子座であり、短い直接反復がスペーサー配列によって分離されている。^{[34] CRT [35]}およびPILER-CL ^[36]アルゴリズムによって生成されたデータベースはCRISPRの検出に使用されている。
• tRNAの検出：tRNAscan-SE ^[37]データベースはtRNA配列を識別するための参照として使用されます。

• ユーザーによるデータの提出: ユーザーは、ゲノムと発現ファイルの両方を MicrobesOnline にアップロードし、提供されている解析ツールで解析することができます。データを非公開にしておくか (未発表データの場合)、一般に公開するかを選択できます。^[38]マイクロアレイデータには、生物、プラットフォーム、処理とコントロール、実験条件、使用された時点と正規化手法、および log 比または log レベル形式の発現データが明確に識別されている必要があります。ドラフトゲノム配列は受け入れられますが、特定のガイドラインに準拠している必要があります: (1) アセンブルされたゲノムには 100 未満のスキャフォールドが必要です。 (2) FASTAファイル形式を使用し、コンティグごとに一意のラベルを付ける必要があります。 (3) できれば遺伝子予測が存在する必要があります (この場合、受け入れられる形式にはGenBank、EMBL、タブ区切り、およびFASTAが含まれます)。 (4) ゲノムの名前と NCBI タクソノミー ID を提供する必要があります。

MicrobesOnlineは2007年から2011年まで3～9か月ごとに更新され、新しい機能や新しい種のデータが追加されました。しかし、2011年3月以降は新しいリリースノートは発表されていません。^[39]

MicrobesOnlineは、データベース全体で遺伝子の標準識別子が維持されているため、IMGやRegTransBaseなどの他の同様の統合微生物データプラットフォームと互換性があります。 ^[40]

原核生物解析ツールの統一プラットフォームを作成するための他の取り組みもありましたが、そのほとんどは1セットの解析タイプに焦点を当てています。これらの重点的なデータベースの例には、代謝データ解析（Microme ^[41] ）、比較ゲノミクス（MBGD ^[42]およびOMA Browser ^[43]）、レギュロンおよび転写因子（RegPrecise ^[44]）、比較機能ゲノミクス（Pathline ^[45]）に重点を置いたものなど、数多くあります。ただし、MicrobesOnlineの機能とほぼ重複する包括的なプラットフォームを作成するための注目すべき取り組みが他のチームによって行われてきました。MicroScope ^[46]およびIntegrated Microbial Genomes System ^{[47] [48] （IMG）}は、人気があり最近更新されたデータベースの例です（2014年9月現在）。 ^{[アップデート]}

metaMicrobesOnline ^{[49]はMicrobesOnlineと同じ開発者によってコンパイルされ、}メタゲノムの系統解析に焦点を当てることでMicrobesOnlineの機能を拡張したものです。MicrobesOnlineと同様のウェブインターフェースを備えており、ユーザーはホームページの「切り替え」リンクを介してサイト間を切り替えることができます。

• 統合微生物ゲノムシステム(IMG)
• ブラスト
• BLAT（バイオインフォマティクス）
• FASTA形式
• 遺伝子オントロジー
• 隠れマルコフモデル (HMM)
• 相同性（生物学）
• ケッグ
• 多重配列アライメント

• MicrobesOnline ホームページ
• IMG ホームページ参照: Nucleic Acids Research、2006、Vol. 34、データベース発行 D344-D348
• 遺伝子オントロジーコンソーシアム (GOC): 遺伝子オントロジーの開発と遺伝子機能の注釈の作成に関する国際協力。
• オープン生物学および生物医学オントロジー: 遺伝子オントロジーのデータベースとツールを統合するコミュニティベースのプラットフォーム。
• 京都遺伝子ゲノム百科事典 (KEGG): 遺伝子、ゲノム、生物学的経路、化学物質、薬物、疾患に関する大規模なデータベース コレクション。
• NCBI COG: 完全なゲノムにコード化されたタンパク質の系統発生研究のリソース。
• GLAMM: 代謝マップのゲノムリンクアプリケーション。代謝経路と実験のインタラクティブなビューアです。
• GLAMM チュートリアル: GLAMM の使用に関する包括的なガイド。
• MEGABLAST 検索: NCBI による MEGABLAST アルゴリズムの紹介。
• MeV: MultiExperiment Viewer: マイクロアレイ データを分析するための多目的ツール。
• Microme: 細菌の代謝を研究するためのデータベース、ツール、ブラウザを統合したプラットフォーム。
• MBGD: 比較分析のための微生物ゲノムデータベース
• 微生物ストレスおよび生存のための仮想研究所 (VIMSS): 微生物が環境ストレスにどのように反応し、生き残るかを研究する統合プログラムの支援者。