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Institute for Advanced Biosciences, Keio UniversityGraduate School of Media and GovernanceExpertise: Bioinformatics, Systems Biology

Kazuharu Arakawa

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Tsuruoka

Institute for Advanced Biosciences

YAMAGATA

Shonan-FujisawaKANAGAWA

Dr.Takuro ItoDr.Takuro ItoDr.Takuro ItoDr. Takuro Ito

Experimental BiologyLarge Metabolomics Facility

Metabolome usingCE-TOFMSLC-TOFMS

Computational BiologyLarge Computational Facility

BioinformaticsCell Simulation

Data analysis

2013.9.5~10.5・100 human genomes・30 days・< $1,000 / genome・QV > 60・coverage > 98%

System: $50,000・1,000bp reads・3.5 hours・$200 / 50 genes・QV > 50

Ion Proton II・~200bp reads・< 1 day ・$1,000 / run・x20 human genome

「次世代」の終焉

パーソナルゲノム時代の到来

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進歩のタイムラグ

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段差トラブルの原因

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進歩のタイムラグ

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段差トラブルの原因

教育の余地

加速する米国の遺伝子検査事情• 新生児が毎年約410万人（日本約105万人）

• 260万人が毎年何らかの出生前診断を受ける

• 約20万人が侵襲型羊水検査など（日本は1万人程度）

• 乳がんなどの遺伝子検査は今後数十億ドル規模のマーケットに

• 23andMeの顧客数は400,000人 (9/30現在）

Direct-to-Consumer Testing

ゲノム解析ワークショップ

14

ゲノム解析ワークショップ

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Mission of Personal Genome Project

• long term cohort of 100,000 volunteers (genotype and phenotype)

• Study the relationship between the genotype and phenotype

• Develop technology to enable personal genome sequencing

• An important part of the project will be the exploration of the resulting risks to the participants, such as possible discrimination by insurers and employers if the genome shows a predisposition for certain diseases.

Practical Analysis of Your Personal GenomeBring Your Genes to Cal

Genomics and Personalized Medicine

2010~

Honored seminars

広がりはじめるパーソナルゲノム教育

5000 freshman, saliva sample for 3 genes

31 medical/graduate student 23andMe and Navigenics

2012~

Whole genome sequencing

2013~23andMe

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日本の医療費の見通しは暗い

日本は世界一のDtoC遺伝子検査マーケットである

23andMeは世界58カ国でサービス　※ただし日本以外

日本は世界一のDtoC遺伝子検査マーケットである

23andMeは世界58カ国でサービス　※ただし日本以外

ゲノム解析ワークショップ

パーソナルゲノム教育に向けて• 2007年11月　23andMe　サービス開始 $999

• 2007年12月　冨田教授に彼のゲノムを使った授業開催の承諾（口頭）を得る• 2011年５月　BGIでの全ゲノム解読交渉開始• 2012年10月　冨田ゲノム解析開始• 2012年２月　冨田ゲノム解析完了・塾内調整終了• 2012年４月　ゲノム解析ワークショップ開始

ゲノム解析ワークショップ• 学部1年生（1学期目）を対象とした創造実践科目

• 約５０～７０名履修

• 前半の講義を通じ、SNP解析の基礎を実習形式で学ぶ

• グループワークで興味のある事象を解析する

• パーソナルゲノムの教材として「冨田勝」のゲノムを用いる

• 最終プレゼンで本人が登場

• 「環境情報学の創造」でダイジェスト講義（約500名受講）

http://gc.sfc.keio.ac.jp/cgi/flv/flv_play_gc.cgi?2012_25027+09+1

•冨田ゲノムを教材として利用

•計算科学・工学・医学博士

•元環境情報学部 学部長

•メディア露出が多い

• サイエンスアイ

• アサヒ スーパードライ

ゲノム解析ワークショップ

•冨田ゲノムを教材として利用

•計算科学・工学・医学博士

•元環境情報学部 学部長

•メディア露出が多い

• サイエンスアイ

• アサヒ スーパードライ

ゲノム解析ワークショップ

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12.

中間発表 最終発表

講義：イントロダクション

講義・実習 講義・実習 講義・実習 講義・実習

講義・実習

グループワーク

パーソナルゲノムからわかること

DNA配列の検索と比較 遺伝子の探し方 遺伝子のネットワーク

新規SNPの探索

5~6人のグループを決定 グループの名前興味のあるテーマを発表

ディスカッションボードで詳細を議論（テーマ→生理的作用）

ディスカッションボードで詳細を議論（生理的作用→遺伝子）

・「パーソナルゲノム」とは・DNA / ゲノム解析の実際・予防医療とパーソナル創薬・倫理的・社会的問題点

・変異の種類（SNP/IN-DEL/SV/CNV）・SNPの基本（sense/haplotype/GWAS)・実習：SNPedia→dbSNP→BLAST　例：アルコール代謝・ワーファリン

・遺伝子とSNPs・実習：EGFR（イレッサ薬効）・SNPsのある部位を調べる　実習：Pfam、MAFFT（進化的保存）

・ある表現型の原因遺伝子を検索・情報・資料検索法・実習：PharmGKB, OMIM, Jabion ライフサイエンス統合データベース

・多因子型表現型（＆後天性）・遺伝子のネットワーク・パスウェイ・実習：KEGG, coxpresdb, BioGPS　例：二型糖尿病

・dbSNPにない新規SNPの解析・ゲノムネットワーク（PPI/PDI）　文献共起（Jabion）共発現・missenseのSNP/ドメインのSNP

ここで以下を発表してもらう・何をどこまで明らかにしたいか・そのテーマについてこれまでにわかっていること・そのテーマをどのように遺伝子で解析していくか

最終発表とは別に、個人評価のためのレポートを提出してもらう・これまでの解析の担当部分のまとめ・「パーソナルゲノム」の倫理的課題など。

講義の概要

1. 興味のあるテーマを自分たちで考える2. そのテーマを要素に分解する3. 各要素を生理的作用に繋げる4. 生理的作用を遺伝子に繋げる5. 遺伝子のSNPを解析する6. 総合的にリスクを評価する

例：冨田さんの職業診断　　職業（学者、アスリート，営業職）　　要素（頭の良さ、体力、コミュニケーション能力）　　生理的作用（記憶力、筋力、大脳発生）　　遺伝子（SORCS1, ACTN3, MET)

グループワークの概要

• genotype - phenotypeの関係の難しさを体験を通して伝える

• 最初にSNPレポートから入らない

• 必ず「表現型」から入り、最後にSNPに到達する

• 市民としてのリテラシー

•占いに終わらせない

授業デザインとねらい

これまでに学生達が取り組んだテーマ

・職業適正診断・オリンピックに出るならどの競技？・冨田さんのルーツを探る・冨田さんの身体的特徴・冨田さんの生活習慣病・冨田さんの４大成人病・希少疾患と治療薬の可能性・アレルギーチェック

当日の様子のビデオ

Adapter/Quality Filter

Mapping with BWA

Merge/Sort/Duplication

Samtools

SOAPsnp

ReadDepth

BreakDancer

IN-DEL

SNP

CNV

SNV

4,036,647

608,966

1,279

2,131

2966 novel exonic SNPs

Whole genome resequencing

Illumina HiSeq2000

90bp paired, 4 lanes (each 180 million reads) Total: 130 billion bp (x40)DNA extraction

puri!cation

Saliva collectionOragene

2,058,300 intronic1,916,893 intronic

18,682 exonic

BLAST Server

同定したSNPを元に、母方、父方それぞれのゲノム配列を再構築。これをもとに、BLASTサーバを立ち上げた。サーバはパスワードやIPで厳重に管理する。１年生向け授業なのでプログラミングは困難。ウェブでできることを中心に。

ゲノム解析ワークショップ

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SNPedia

dbSNP

BLAST

PharmGKBOMIM NCBI Entrez

yes

no no

病気・特徴遺伝子SNP

KEGG coxpresdb jabion

病気・特徴遺伝子

関連遺伝子

冨田さん独自のSNPs

missense?

ドメインPfam

進化的保存MAFFT

立体構造garnier

yes

yes

日本初！個人ゲノムをSRAに公開！• SUBMISSION: DRA000583

• 2012年７月末公開

• CCD/CCR形式によるMedical Recordも合わせて公開！

ゲノム解析ワークショップ

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ゲノム解析ワークショップ

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�������gaou@sfc.keio.ac.jp

鶴岡市Tsuruoka City

山形県