topkeywordmaptextarchiveforumindex
 

Chapter1 知のダイナミクスChapter2 知のエレメント Chapter3 知のメソドロジーChapter4 知のエンジン
● グローバルな知の行方を追う
  49
50
51

52

105
モード2
知識経済
ナショナル・イノベー
ションシステム

次世代イノベーション
モデル

教育工学
● ネットワークの海図を描く
  53
54

55

56
57
106
電子商取引支援
マルチエージェント・
システム

ユビキタスコンピュー
ティング

情報幾何学
ネットワーク生態系
セマンティック
ウェッブ
●
生命の知を探る
  58
59

60
61

62

生物情報データベース
生物情報からの
知識発見

遺伝子知識
バイオインフォマティ
クス

高性能バイオコンピューティング
●
●
超微細レベルから地球規模までの視界
  63
64
ナノテクノロジー
地球環境
シミュレーション
 


遺伝子知識の発見を加速化する
小長谷明彦
遺伝子知識システム論


コンピュータを結合して遺伝子知識を発見する

バイオコンピューティングとは、バイオインフォマティクス▲(61の項参照)の基盤となる計算技術である。バイオインフォマティクスでは、増加する遺伝子▲データや分子動力学▲▼1などの大規模シミュレーションのために高性能計算機および高性能計算技術を必要とする。現在、GenBank▼2などの塩基配列データベースは1600万エントリ、総データサイズは70ギガバイトにも達しており、毎年倍増している。このため、検索の並列化が必須となっている。また、タンパク質の立体構造予測を行うためには、1ペタフロップス(1秒間に1兆回の演算)を行う計算機をもってしても、1年間かかると試算されている。さらに、複数のサイトにあるデータベースを相互参照するための分散処理技術が求められている。このようなバイオインフォマティクスのための大規模計算、高性能計算技術として、ここでは、PCクラスタ、専用計算機、グリッドコンピューティングについて紹介する。
PCクラスタとは、市販の多数のパーソナルコンピュータを高速ネットワークで結合することにより、大規模計算を並列に実行する計算技術である。例えば、類似配列検索には、BLAST▼3が用いられるが、GenBankなどの遺伝子データベースはすでに1000万エントリを超えているため、単一プロセッサによる検索は非常に時間がかかる。そこで、遺伝子データベースをPCクラスタを構成している各コンピュータのディスクに分散させて格納し、検索を並列化して高速化する方法が採用されている。このような並列化では、ノード間の通信はほとんど発生しないため、ノード数にほぼ比例した性能向上が期待できる。
専用計算機とは、特定のアプリケーションに特化したプロセッサを構築することにより、高速化を図る計算技術である。プロセッサの仕様をプログラムできるFPGA技術▼4を用いると、動的計画法を用いた高精度ホモロジー検索などの処理をパーソナルコンピュータの100倍程度の高速化が達成できる。分子動力学シミュレーションでは、静電相互作用を計算する分子動力学エンジン(MDM)を用いることにより、パーソナルコンピュータの100倍の性能向上を達成している(*62-1)。
グリッドコンピューティングは、遠隔地にある計算機をネットワーク上で協調して計算させるための計算技術である。遺伝子データベースやホモロジー検索システム、分子シミュレーションシステムなどの解析ツールをグリッドで結合することにより、誰もがネットワーク上からバイオインフォマティクス研究に必要なデータベースやアプリケーションを利用することが可能となる。
また、グリッド上で遺伝子データベースを分散化し、並列に検索することによりホモロジー検索の処理を高速化することが期待できる。


  対応ARCHIVE
  バイオインフォマティクス▲
61
  遺伝子▲
58 / 60 / 61
  分子動力学▲
60
  ▼1
分子動力学
タンパク質を構成するすべての原子および周辺の水分子に対して、静電相互作用、ファンデールワース力のような分子間相互作用に関する運動方程式を計算し、原子の軌跡を求める方法。
  ▼2
GenBank
米国国立衛生研究所のコンピュータ部門が管理している遺伝子データベース。日本の遺伝学研究所が管理しているDDBJ、欧州分子生物学研究所が管理しているEMBLとデータを共有している。
  ▼3
BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)
類似配列を統計的手法により検索するシステム。
  ▼4
FPGA (Field Programmable Gate Array)
プロセッサの仕様をハードウエア記述言語でプログラムできるプロセッサ。
 
  ▲page top