2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Informatics technologies for identification and analysis of singularity cells
| Project Area | Singularity biology |
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| Project/Area Number |
18H05412
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大浪 修一 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (50348843)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | バイオイメージ・インフォマティクス / データプラットフォーム / 深層学習 / ビッグデータ / データ統合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.シンギュラリティ細胞を同定するインフォマティクス技術の開発
[1-1. オブジェクト認識依存型のシンギュラリティ細胞同定法の開発] では、前年度に引き続き、A03-02堀川班の粘菌、およびA03-4岡崎班のT細胞と抗原提示細胞の相互作用データについて開発を進めた。さらに、公募班の佐藤有紀代表のウズラ胚のAMATERAS撮影データについての細胞追跡法の検討をおこなった。[1-2. オブジェクト認識非依存型のシンギュラリティ細胞同定法の開発] では、マウス胚の発生過程における胚全体の収縮の解析を行なった。
2.シンギュラリティ生物学のためのデータプラットフォームの開発
[2-1. データ保管プラットフォームの開発] では、領域全体のデータ共有システムを運用し、領域内連携を加速した。各班からのフィードバックを受け、継続的にシステムの改良を加えた。特にAMATERASで取得したデータの領域内の共有に活用した。[2-2. データ活用プラットフォームの開発] では、データ形式の統合化とデータ利活用のための機能の充実化を行った。データ形式の統合化については、ZarrやN5などのクラウド環境に適応した次世代型のフォーマットの開発をOME等と協力して実施した。データ利活用のための機能の充実化については、OMEROやGalaxyとの連携を深め、画像データ解析のワークフロー管理を充実させる他、SSBD:repositoryおよびSSBD:databaseとの連携を強化し、当領域の成果として発表されたデータの利活用を促進した。
3. シンギュラリティ現象を解析するインフォマティクス技術の開発：
岡崎班のT細胞と抗原提示細胞の相互作用データを対象に、T細胞の活性化と関連したシンギュラリティ現象を解析する情報科学的手法を開発した
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
[1.シンギュラリティ細胞を同定するインフォマティクス技術の開発]に関しては、当初の計画通り、A03生物班が対象とする複数の細胞種に対する自動認識ソフトウェアの開発が順調に進んでおり、これらを活用したデータ計測が始まっている。また、これまでの開発経験を活用して、公募班のデータに関するソフトウェアの開発を開始している。また、大浪班が独自に行っている、線虫胚を対象にした研究も進展しており、特に深層学習を活用した細胞状態の推定に関しては大きな進展がみられている。。
[2.シンギュラリティ生物学のためのデータプラットフォームの開発]に関しても、当初の計画のとおり、領域全体で研究データを共有し利活用するデータプラットフォームが構築され、AMATERASで取得したデータを中心に領域内で広く利活用が行われている。さらに、当該プラットフォームの今後の発展に向けて、生命動態データの次世代ファイルフォーマットの開発やクラウド環境におけるイメージングデータ解析のための国際的な共同研究を進めている。
[3. シンギュラリティ現象を解析するインフォマティクス技術の開発]に関しても、当初の計画のとおり、これまでに開発したソフトウェアを活用したA03生物班との共同研究が進展している。
これらの理由から、当研究課題はおおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.シンギュラリティ細胞を同定するインフォマティクス技術の開発： [1-1. オブジェクト認識依存型のシンギュラリティ細胞同定法の開発]では、引き続き、細胞核および細胞膜の認識アルゴリズム、および認識されたオブジェクトのデータを用いた細胞の時空間ダイナミクスの解析アルゴリズムを開発する。開発したソフトウェアを公開する。[1-2. オブジェクト認識非依存型のシンギュラリティ細胞同定法の開発]では、引き続き、オブジェクト認識を経ずにライブイメージングデータから細胞特徴の時空間ダイナミクスが特異な細胞を同定するアルゴリズムを開発する。開発したソフトウェアを公開する。
2.シンギュラリティ生物学のためのデータプラットフォームの開発：[2-1. データ保管プラットフォームの開発]では引き続き、領域全体のデータ共有システムを運用し、各班からのフィードバックを受け、継続的にシステムの改良を加える。開発したプラットフォームを領域終了後も維持し発展させる仕組みを構築する。[2-2. データ活用プラットフォームの開発]では引き続き、データ形式の統合化とデータ利活用のための基盤開発を行う。クラウド環境に適応した次世代型のフォーマットの開発をOME等と協力して実施する。クラウド環境に適応した画像データ解析のワークフロー管理システムを構築するSSBD:repositoryおよびSSBD:databaseとの連携を強化し、当領域の成果として発表されたデータの利活用を促進する。これらのプラットフォームを領域終了後も維持する仕組みを構築する。
3. シンギュラリティ現象を解析するインフォマティクス技術の開発：堀川班の粘菌の自己組織化のデータ、岡崎研のT細胞と抗原提示細胞との相互作用データ、その他公募班のデータを対象に、シンギュラリティ現象を解析する情報科学的手法を開発し、シンギュラリティ現象の解明を目指す。
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[Journal Article] A global view of standards for open image data formats and repositories2021
Author(s)
Swedlow Jason R.、Kankaanpaa Pasi、Sarkans Ugis、Goscinski Wojtek、Galloway Graham、Malacrida Leonel、Sullivan Ryan P.、Hartel Steffen、Brown Claire M.、Wood Christopher、Keppler Antje、Paina Federica、Loos Ben、Zullino Sara、Longo Dario Livio、Aime Silvio、Onami Shuichi
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Journal Title
Nature Methods
Volume: 18
Pages: 1440～1446
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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