JP2022181213A - 生物学的配列の自動アノテーションとスクリーニングのためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年6月10日に出願された米国仮特許出願番号62/348,786、および2016年8月16日に出願された米国仮特許出願番号62/375,858の利益を主張し、各々の利益は全体において、参照により明細書に組み込まれる。
個々の刊行物、特許、または特許出願が全体として、参照により組み込まれることが具体的にかつ個々に示されたのと同じ程度に、本明細書で言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
ある種の害をもたらす任意の単一の配列の能力に関する知識は、極端に知れ渡ってしまうこともある。研究者の個々のコミュニティーは、有機体が宿主細胞に侵入し、宿主細胞機構を乗っ取り、宿主免疫システムから隠れる能力、そしてさらに宿主免疫応答を増強する能力を含む病原性の広く様々な態様に注目する。典型的な有害な生物学的配列は、病原性の配列をコードするもの、例えば、有害でありかつウイルス性起原のもの、細菌性起原のもの、あるいは寄生性起原のものを含む。有害な生物学的配列は、病原性の効果があると知られている野生型配列の突然変異型を含んでもよい。有害な生物学的配列は、転写または翻訳後に有害な配列産物を産生するか、有害な配列産物への前駆体として作用する配列を含む。有害な生物学的配列は、有害なタンパク質をコードする配列を含む。
宿主+背景=結果+懸念の程度
所定の配列がバイオセキュリティーリスクをもたらすか否かを決定することができるスクリーニングシステムの構築は、時間へのある程度の投資およびすべての合成生物学者、あるいは合成生物学に関連するすべての企業でも利用でない専門知識を含み得る。危険な配列のデータベースを利用できると仮定したとしても、アライナーの基礎的なパラメーター化および結果処理(より短い領域への相同性を隠さないように、類似領域へのアライメント数(alignment counts)を選び取ること含む)は、ドメイン専門知識を含み得る。
特に、複数のソースを通じ、かつ複数の時点で生物学的配列あるいは構築物が得られる場合、個々にスクリーニングされた時に有害な配列の同定をもたらさない生物学的配列の断片および構築物を得ることが可能である。場合によっては、ソースは顧客であってもよい。例えば、指定病原体(select agent)が規制する細菌あるいはウイルスのいずれかのゲノムの実質的な部分の蓄積は、より小さな断片で得られ、次いで、有害な生物学的配列または構築物がアセンブルされ得る。これに対処するために、場合によっては、各々のリクエストが受信された後のバックグラウンドプロセスは、生物学的配列または構築物の要求元からの以前のオーダーすべてについてデータベースへ照会し、任意の有害な生物学的配列または構築物への高い相同性を持った任意のセグメントの記録を収集する。これにより、たとえそれらのセグメントが個々のオーダーの間に正式な警報あるいは所有の拒否を引き起こすのに不十分だったとしても、評価および警報が保証される。場合によっては、これらの高い相同性のセグメントは、懸念のある指定病原体(select agent )のゲノムに区間として表わされ、次いで、生物学的配列または構築物の要求元ごとおよびゲノムごとのすべての区間の結合が、生物学的配列または構築物の要求元ごとにこれらの有機体の最大の理論構成を決定するために生成される。場合によっては、一旦、生物学的配列または構築物の要求元が、所定の指定病原体(select agent )ゲノムの20%以上を設計しようとすると、上記生物学的配列または構築物の要求元を用いた人間によるレビューおよびフォローアップのために警報が意図的に発生される。場合によっては、一旦、生物学的配列または構築物の要求元が、少なくとも5%、10%、 20%、 30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、あるいはそれ以上の有害な生物学的配列または構築物を生成することができると、配列構成を認可する前に、人間によるレビューのための警報が発生される。場合によっては、一旦、生物学的配列または構築物の要求元が、5%~50%、10%~75%、20%~90%、30%~100%、10%~30%、5%~50%、あるいは15%~60%の有害な生物学的配列または構築物を生成することができると、配列構成を認可する前に、人間によるレビューのための警報が発生される。
ある実施形態では、本明細書に記載されたプラットフォーム、システム、媒体、および方法は、デジタル処理装置、あるいはその使用を含み得る。ある実施形態では、デジタル処理装置は、装置の機能を実行する1つ以上のハードウェア中央処理装置(CPU)あるいは汎用グラフィック処理装置(GPGPU)を含み得る。ある実施形態では、デジタル処理装置はさらに、実行可能な命令を実施するように構成されたオペレーティングシステムを含み得る。デジタル処理装置は、任意にコンピュータネットワークに接続されてもよい。デジタル処理装置は、ワールドワイドウェブにアクセスするように、インターネットに任意に接続されてもよい。デジタル処理装置は、クラウドコンピューティング・インフラストラクチャに任意に接続されてもよい。デジタル処理装置は、イントラネットに任意に接続されてもよい。デジタル処理装置は、データ記憶装置に任意に接続されてもよい。
本明細書に開示されるプラットフォーム、システム、媒体および方法は、任意にネットワーク化されたデジタル処理デバイスのオペレーティングシステムによって実行可能な命令を含むプログラムでコードされた1つ以上の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。コンピュータ可読記憶媒体は、デジタル処理デバイスの有形要素であっても良い。コンピュータ可読記憶媒体は、デジタル処理デバイスから任意に取り外し可能である。コンピュータ可読記憶媒体は、非限定的な例として、CD-ROM、DVD、フラッシュメモリ装置、ソリッドステートメモリ、磁気ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、クラウドコンピューティングシステムおよびサービスなどを含む。場合によっては、プログラムおよび命令は、媒体上で永久に、実質的に永久に、半永久に、または非一時的にコードされる。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるプラットフォーム、システム、媒体および方法は、少なくとも1つのコンピュータプログラム、あるいはその使用を含むこともある。コンピュータプログラムは、特定のタスクを実行するために書き込まれた、デジタル処理デバイスのCPUにおいて実行可能な一連の命令を含む。コンピュータ可読命令は、特定のタスクを実行するか特定の抽象データ型を実施する、機能、オブジェクト、アプリケーションプログラムインターフェース(API)、データ構造などのプログラムモジュールとして実行されてもよい。本明細書で提供される開示に照らして、コンピュータプログラムは、様々な言語の様々なバージョンで書き込まれても良い。
コンピュータプログラムは、ウェブアプリケーションを含んでも良い。本明細書で提供される開示に照らして、ウェブアプリケーションは1つ以上のソフトウェアフレームワークおよび1つ以上のデータベースシステムを利用しても良い。ウェブアプリケーションは、Microsoft(登録商標).NET、またはRuby on Rails(RoR)などのソフトウェアフレームワーク上で作成され得る。ウェブアプリケーションは、非限定的な例として、リレーショナルデータベース、非リレーショナルデータベース、オブジェクト指向データベース、連想型データベース、およびXMLデータベースのシステムを含む、1つ以上のデータベースシステムを利用することもある。さらなる実施形態では、適切なリレーショナルデータベースシステムは、非限定的な例として、Microsoft(登録商標)SQL Server、mySQL(商標)、およびOracle(登録商標)を含む。当業者は、ウェブアプリケーションが様々な実施形態において1つ以上の言語の1つ以上のバージョンで書かれていることを認識するであろう。ウェブアプリケーションは、1つ以上のマークアップ言語、プレゼンテーション定義言語、クライアント側スクリプト言語、サーバー側コーディング言語、データベースクエリ言語、またはこれらの組み合わせで書かれてもよい。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、ハイパーテキストマークアップ言語(HTML)、拡張可能ハイパーテキストマークアップ言語(XHTML)、または拡張可能マークアップ言語(XML)などのマークアップ言語である程度までは書かれている。ウェブアプリケーションは、カスケーディング・スタイル・シート(CSS)などのプレゼンテーション定義言語である程度まで書かれても良い。ウェブアプリケーションは、エイジャックス(Asynchronous Javascript and XML(AJAX)、Flash(登録商標)Actionscript、Javascript、またはSilverlight(登録商標)などの、クライアント側スクリプト言語である程度まで書かれても良い。ウェブアプリケーションは、アクティブサーバーページ(ASP)、ColdFusion(登録商標)、Perl、Java(商標)、JavaServer Pages(JSP)、ハイパーテキストプリプロセッサ(PHP)、Python(商標)、Ruby、Tcl、スモールトーク、WebDNA(登録商標)、またはGroovyなどのサーバー側コーディング言語である程度までは書かれても良い。ウェブアプリケーションは、構造化クエリ言語(SQL)などのデータベースクエリ言語である程度までは書かれても良い。
コンピュータプログラムは、モバイルデジタル処理デバイスに提供されるモバイルアプリケーションを含むこともある。モバイルアプリケーションは、製造時にモバイルデジタル処理デバイスに提供されても良い。モバイルアプリケーションは、本明細書に記載されるコンピュータネットワークを介してモバイルデジタル処理デバイスに提供されても良い。
コンピュータプログラムは、既存プロセスへのアドオン、例えばプラグイン、ではない独立したコンピュータプロセスとして実行されるプログラムである、スタンドアロンアプリケーションを含むことができる。スタンドアロンアプリケーションは、コンパイルされ得る。コンパイラは、プログラミング言語で書かれたソースコードをアセンブリ言語または機械コードなどのバイナリーオブジェクトコードに変換するコンピュータプログラムである。適切なコンパイルされたプログラミング言語は、非限定的な例として、C、C++、Objective-C、COBOL、Delphi、Eiffel、Java(商標)、Lisp、Python(商標)、Visual Basic、およびVB.NET、またはこれらの組み合わせを含む。コンパイルは、実行可能プログラムを作成するために少なくとも部分的に実行されることが多い。
コンピュータプログラムは、ウェブブラウザプラグインを含むことができる。コンピューティングにおいて、プラグインは、より大きなソフトウェアアプリケーションに特定の機能を加える1つ以上のソフトウエアコンポーネントであっても良い。ソフトウェアアプリケーションのメーカーは、第三者の開発者が、アプリケーションを拡張する能力を生み出し、容易に新しい特徴の追加を支援し、そしてアプリケーションのサイズを縮小することができるようにプラグインをサポートする。プラグインがサポートされている場合、プラグインはソフトウェアアプリケーションの機能のカスタマイズを可能にし得る。例えば、プラグインは、ビデオの再生、インタラクティビティーの生成、ウイルスのスキャン、および特定のファイルタイプの表示のために、ウェブブラウザで 一般的に使用される。ウェブブラウザプラグインとしては、限定されないが、Adobe(登録商標)Flash(登録商標)プレーヤー、Microsoft(登録商標)Silverlight(登録商標)、およびApple(登録商標)QuickTime(登録商標)が挙げられる。ツールバーは、1つ以上のウェブブラウザ拡張機能、アドイン、またはアドオンを含むことができる。いくつかの実施形態では、ツールバーは、1つ以上のエクスプローラバー、ツールバンド、またはデスクバンドを含む。
本明細書に記載されるシステム、媒体、ネットワークおよび方法は、ソフトウェア、サーバー、および/またはデータベースモジュールあるいはそれらの使用を含むこともある。ソフトウェアモジュールは、様々な機械、ソフトウェアおよびプログラミング言語を用いて作成されても良い。本明細書に開示されるソフトウェアモジュールは、多くの方法で実施される。ソフトウェアモジュールは、ファイル、コードのセクション、プログラミングオブジェクト、プログラミング構造、またはそれらの組み合わせを含んでも良い。ソフトウェアモジュールは、複数のファイル、コードの複数のセクション、複数のプログラミングオブジェクト、複数のプログラミング構造、またはそれらの組み合わせを含んでも良い。1つ以上のソフトウェアモジュールは、非限定的な例として、ウェブアプリケーション、モバイルアプリケーション、およびスタンドアロンアプリケーションを含んでも良い。いくつかの実施形態では、ソフトウェアモジュールは、1つのコンピュータプログラムまたはアプリケーション中にある。ソフトウェアモジュールは、1つを超えるコンピュータプログラムあるいはアプリケーション中にあっても良い。ソフトウェアモジュールは、1つの機械上でホストされても良い。ソフトウェアモジュールは、1つを超える機械上でホストされても良い。ソフトウェアモジュールは、クラウドコンピューティングプラットフォーム上でホストされても良い。ソフトウェアモジュールは、1つの場所において1つ以上の機械上でホストされても良い。ソフトウェアモジュールは、1つを超える場所において1つ以上の機械上でホストされても良い。
本明細書に開示されるプラットフォーム、システム、媒体および方法は、1つ以上のデータベース、あるいはそれらの使用を含むこともある。本明細書に提供される開示を考慮すると、多くのデータベースが生理学的データの記憶および検索に適している。様々な実施形態では、適切なデータベースは、非限定的な例として、リレーショナルデータベース、非リレーショナルデータベース、オブジェクト指向型データベース、オブジェクトデータベース、実体関連モデルデータベース、連想型データベース、およびXMLデータベースを含む。さらに非限定的な例としては、SQL、PostgreSQL、MySQL、Oracle、DB2、およびSybaseが挙げられる。いくつかの実施形態では、データベースはインターネットを利用したものである。データベースは、ウェブを利用したものであっても良い。データベースは、クラウドコンピューティングを利用したものであっても良い。データベースは、1つ以上のローカルコンピュータ記憶デバイスに基づくこともある。
本明細書に開示されるプラットフォーム、システム、媒体、および方法は、1つ以上のアルゴリズムまたはその使用を含む。本明細書で提供される本開示の観点から、多くのアルゴリズムが配列データの検索および比較に適している。様々な実施形態では、適切なアルゴリズムとしては、非限定的な例として、BLAST、DIAMOND、BLAT、BWT、PLAST、スミス-ウォーターマン、あるいは他の配列の検索とアライメントのためのアルゴリズムが挙げられる。アルゴリズムは、既存のアルゴリズムの高速化版または拡張版、あるいはこうしたアルゴリズムを使用するソフトウェアツールを含むこともある。いくつかの例では、適切な高速化あるいは拡張化アルゴリズムおよびソフトウェアツールとしては、非限定的な例として、CS-BLAST、Tera-BLAST、GPU-Blast、G-BLASTN、MPIBLAST、Paracel BLAST、CaBLAST、あるいはBLASTアルゴリズムを高速化する任意の他のさらなるアルゴリズムまたはソフトウェアツールが挙げられる。
Claims (31)
- 増強されたポリヌクレオチド合成を提供するためのコンピュータ化されたシステムであって:前記コンピュータ化されたシステムは、
a)有害な生物学的配列のリストを表わすことに適しているデータベースをホストするためのサーバー;
b)ネットワーク接続;および
c)汎用コンピュータに対する命令を含むコンピュータ可読媒体を含み;
前記コンピュータ化されたシステムは、:
i)1つ以上の設計命令を受信する方法であり、ここで、設計命令は複数の生物学的配列を含み、生物学的配列の各々はせいぜい500の塩基の長さであり、そして複数の生物学的配列は核酸またはアミノ酸配列を含む、方法;
ii)複数の生物学的配列の少なくとも2つの生物学的配列がまとめて、データベース中の有害な生物学的配列の少なくとも20%に相当するか否かを自動的に決定する方法;および、
iii)有害な生物学的配列の少なくとも20%が検出された場合に、自動的に警報を発生させる方法で動作するよう構成されるコンピュータ化されたシステム。 - 警報が発生されない場合、1つ以上の配列が合成されることを特徴とする、請求項1に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 有害な生物学的配列を取り除くために、有害な生物学的配列の少なくとも20%に相当する複数の生物学的配列の少なくとも2つの生物学的配列を変更するための命令を受信することを特徴とする、請求項1に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 複数の受信された設計命令が1つ以上の時点で受信されることを特徴とする、請求項1または3に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 複数の受信された設計命令は、様々なソースからのものであることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1つに記載のコンピュータ化されたシステム。
- 複数の受信された設計命令は、3つ以上の様々なソースからのものであることを特徴とする、請求項5に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 複数の受信された設計命令は、5つ以上の様々なソースからのものであることを特徴とする、請求項5に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 複数の受信された設計命令は、10以上の様々なソースからのものであることを特徴とする、請求項5に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 1つ以上の生物学的配列は、各々せいぜい200の塩基の長さであることを特徴とする、請求項1~8のいずれか1つに記載のコンピュータ化されたシステム。
- 1つ以上の生物学的配列は、各々せいぜい100の塩基の長さであることを特徴とする、請求項9に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 1つ以上の生物学的配列は、各々せいぜい50の塩基の長さであることを特徴とする、請求項9に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 1つ以上の生物学的配列は、各々せいぜい20の塩基の長さであることを特徴とする、請求項9に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 増強されたポリヌクレオチド合成を提供するための方法であって:前記方法は
a)1つ以上の設計命令を受信する工程であって、ここで、設計命令は複数の生物学的配列を含み、生物学的配列の各々はせいぜい500の塩基の長さであり、および複数の生物学的配列は核酸またはアミノ酸配列を含む、工程;
b)複数の生物学的配列の少なくとも2つの生物学的配列がまとめて、データベースにおける有害な生物学的配列の少なくとも20%に相当するか否かを自動的に決定する工程;および、
c)有害な生物学的配列の少なくとも20%が検出された場合に、自動的に警報を発生させる工程、を含む、方法。 - 警報が発生されない場合、1つ以上の配列が合成されることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 有害な生物学的配列を取り除くために、有害な生物学的配列の少なくとも20%に相当する複数の生物学的配列の少なくとも2つの生物学的配列を変更するための命令を受信することを特徴とする、含請求項13に記載の方法。
- 増強されたポリヌクレオチド合成を提供するためのコンピュータ化されたシステムであって:前記コンピュータ化されたシステムは、
a)配列のリストを表わすことに適しているデータベースをホストするためのサーバー;
b)ネットワーク接続;および
c)汎用コンピュータに対する命令を含むコンピュータ可読媒体を含み、
前記コンピュータ化されたシステムは、:
i)1つ以上の設計命令を受信する方法であり、ここで、設計命令は複数の生物学的配列を含み、複数の生物学的配列はベクター配列を含み、および複数の追加の挿入配列を含む、方法;
ii)ベクターおよび複数の挿入配列の少なくとも1つがまとめて、データベースにおける有害な生物学的配列の少なくとも20%に相当するか否かを自動的に決定する方法;および、
iii)有害な生物学的配列の少なくとも20%が検出された場合に、自動的に警報を発生させる方法で動作するよう構成されるコンピュータ化されたシステム。 - 警報が発生されない場合、1つ以上の生物学的配列が合成されることを特徴とする、請求項16に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 有害な生物学的配列を取り除くために、有害な生物学的配列の少なくとも20%に相当するベクターおよび複数の挿入配列少なくとも1つを変更するための命令を受信することを特徴とする、請求項16に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 複数の受信された設計命令は、1つ以上の時点において受信されることを特徴とする、請求項16~18に記載のいずれか1つのシステム。
- 複数の受信された設計命令は、様々なソースから受信されることを特徴とする、請求項16~19のいずれか1つに記載のシステム。
- 複数の受信された設計命令は、3つ以上の様々なソースからのものであることを特徴とする、請求項20に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 複数の受信された設計命令は、5つ以上の様々なソースからのものであることを特徴とする、請求項20に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 複数の受信された設計命令は、10以上の様々なソースからのものであることを特徴とする、請求項20に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 1つ以上の生物学的配列は、せいぜい200の塩基の長さであることを特徴とする、請求項16~23のいずれか1つに記載のシステム。
- 1つ以上の生物学的配列は、各々せいぜい100の塩基の長さであることを特徴とする、請求項24に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 1つ以上の生物学的配列は、各々せいぜい50の塩基の長さであることを特徴とする、請求項24に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 1つ以上の生物学的配列は、各々せいぜい20の塩基の長さであることを特徴とする、請求項24に記載のコンピュータ化されたシステム。
- 増強されたポリヌクレオチド合成を提供するための方法であって:前記方法は
a)1つ以上の設計命令を受信する工程であって、ここで、設計命令はベクター配列である複数の生物学的配列および複数の追加の挿入配列を含む、工程;
b)ベクターおよび少なくとも1つの複数の挿入配列がまとめて、データベースにおける有害な生物学的配列の少なくとも20%に相当するか否かを自動的に決定する工程;および、
c)有害な生物学的配列の少なくとも20%が検出された場合に、自動的に警報を発生させる工程、を含む、方法。 - 生物学的配列は、物理的な核酸またはタンパク質サンプルの配列決定から得られることを特徴とする、請求項28に記載の方法。
- 有害な生物学的配列を取り除くために、有害な生物学的配列の少なくとも20%に相当するベクターおよび複数の挿入配列の少なくとも1つを変更するための命令を受信することを特徴とする、請求項28に記載の方法。
- 警報が発生されない場合、1つ以上の生物学的配列が合成されることを特徴とする、請求項28~30のいずれか1つに記載の方法。
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