KEGG の概要

1. ゲノムから生命システムへ

KEGG はゲノムや分子レベルの情報から細胞、個体、生物界といった生命システムがもつ高次の機能や有用性を理解するためのリソースです。生命システムのコンピュータモデルとして、遺伝子やタンパク質（ゲノム情報）と化合物など（ケミカル情報）の分子部品の情報を、分子間の配線図である相互作用・反応ネットワーク（システム情報）で統合した形で表現されています。さらに疾患・医薬品情報（ヘルス情報）もゆらいだ分子ネットワークとして統合されています。 KEGG 開発の基本概念と背景については金久ラボラトリーズのウェブサイトをご覧ください。KEGG はゲノムと高次生命システムをつなぐ知識のレファレンスであり、とくに KEGGマッピングの手法でシークエンシングやその他のハイスループット実験技術がもたらす大量データを統合処理・解釈することに広く利用されています。

2. KEGG データベース

KEGG モデルは以下の 16のデータベースを統合したリソースとして実装されています。これらはシステム情報、ゲノム情報、ケミカル情報、ヘルス情報に大別され、さらに各ウェブページでは 5つのカラーコードで区別されています。


これらのデータベースには生命システムのコンピュータ表現として様々なデータオブジェクトが含まれています。各データベースのエントリは KEGG オブジェクトと呼ばれ、データベースごとに定められたプリフィックスと5桁の数字からなる KEGG オブジェクト識別子がエントリ名となっています (KEGG Objects 参照)。

3. KEGG 分子ネットワーク

KEGG で最もユニークなデータベースは高次生命システム機能に関する知識を分子間相互作用・反応・関係ネットワークとして表現したシステム情報の部分です。ここでは文献等から集約した知識を以下の表現でコンピュータ化しています。

• パスウェイマップ - KEGG PATHWAY (Pathway maps 参照)
• BRITE 階層・テーブル - KEGG BRITE (Brite hierarchies 参照)
• メンバーシップ (論理式) - KGG MODULE
• メンバーシップ (単純リスト) - KEGG DISEASE

これらのデータベースは高次生命システム機能解読のためのレファレンス知識ベースで、KEGG マッピングと呼ぶ手続き (KEGG mapping 参照) により、ゲノム解読やハイスループット実験データの解釈を可能にします。

このようなマッピングの概念は 1995年に KEGG プロジェクトが開始されたときに初めて導入され実用化されました。当初は EC 番号を用いてゲノムから代謝パスウェイ再構築を行っていましたが、その後代謝系以外の様々なパスウェイに対応するために、また EC 番号の不備を補うために、ortholog ID と呼ぶ識別子が導入されました。現在はこれをさらに見直し拡張した KO (KEGG Orthology) システムを用いてゲノムアノテーションと KEGG 分子ネットワークへのマッピングが行われています。


別の見方をすると、KO は分子ネットワーク上でのオーソログとして定義され、個々の遺伝子情報を一般化したものです。KEGG にはこれ以外にも同様の一般化が、特殊な分子ネットワークについて行われています。

4. ネットワークバリアント

これまで KEGG データベースでは、遺伝子やゲノムについて生物種間での保存性と多様性に着目した開発を行ってきました。とくに KEGG パスウェイマップ、BRITE 機能階層、KEGG モジュールを、機能オーソログ (KO) をノードとしたネットワークとして開発することにより、KEGG パスウェイマッピングその他の手続きがどんな生物種にも適用できるようにしました。

しかしながらこのような一般的なアプローチでは、より詳細な生物種内の多様性、とくに疾患に関連したヒトゲノムと遺伝子の多様性を適切に表現することができません。そこで新たに開発を始めたのが KEGG NETWORK データベースです。疾患や医薬品に関する知識を、遺伝子バリアントだけでなくウイルスその他の要素も含めたネットワークバリアントとして蓄積しています。

参考文献

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Last updated: September 1, 2023