DNA の検索エンジン (“A DNA search engine”)

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2025-10-08 スイス連邦工科大学チューリッヒ校 (ETH)(チューリッヒ工科大学)

チューリッヒ工科大学の研究チームは、大量のゲノムデータを非常に高速かつ効率的に検索可能な「DNA検索エンジン」を開発した。このツール「MetaGraph」は、世界中の公開DNA・RNA・タンパク質配列データベースに蓄積されたペタバイト級(100万ギガバイト×100以上)の配列データを、従来のように全データをダウンロードせずとも、入力した配列と一致する部分を数秒〜数分で検索できる仕組みを実現する。これにより、研究者は病原体や耐性遺伝子の検出、希少疾患の遺伝子識別、抗生物質耐性研究などを従来より遥かに迅速に進められる。MetaGraph は、複雑な数学的グラフ構造を用いてデータを約300倍に圧縮し、検索可能なインデックスを作成することで高速性とコスト効率を両立している。オープンソースとして公開され、今後の遺伝学・医学・環境・進化研究など幅広い分野での活用が期待される。論文はNature 誌に掲載された。

<関連情報>

ペタベース規模の配列リポジトリにおける効率的かつ正確な検索 Efficient and accurate search in petabase-scale sequence repositories

Mikhail Karasikov,Harun Mustafa,Daniel Danciu,Oleksandr Kulkov,Marc Zimmermann,Christopher Barber,Gunnar Rätsch & André Kahles
Nature  Published:08 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-025-09603-w

DNA の検索エンジン (“A DNA search engine”)

Abstract

The amount of biological sequencing data available in public repositories is growing rapidly, forming a critical resource for biomedicine. However, making these data efficiently and accurately full-text searchable remains challenging. Here we build on efficient data structures and algorithms for representing large sequence sets1,2,3,4,5,6. We present MetaGraph, a methodological framework that enables us to scalably index large sets of DNA, RNA or protein sequences using annotated de Bruijn graphs. Integrating data from seven public sources7,8,9,10,11,12,13, we make 18.8 million unique DNA and RNA sequence sets and 210 billion amino acid residues across all clades of life—including viruses, bacteria, fungi, plants, animals and humans—full-text searchable. We demonstrate the feasibility of a cost-effective full-text search in large sequence repositories (67 petabase pairs (Pbp) of raw sequence) at an on-demand cost of around US$100 for small queries up to 1 megabase pairs (Mbp) and down to US$0.74 per queried Mbp for large queries. We show that the highly compressed representation of all public biological sequences could fit on a few consumer hard drives (total cost of around US$2,500), making it cost-effective to use and readily transportable for further analysis. We explore several practical use cases to mine existing archives for interesting associations, demonstrating the use of our indexes for integrative analyses, and illustrating that such capabilities are poised to catalyse advancements in biomedical research.

生物工学一般
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