生物機能制御学概論
農学部応用生物科学コース
2007年 10月3日 (水) 第1時限
生物機能制御学講座 濱田
農学部7号館209室
1
本日の講義内容
• 生物機能制御学概論とは!
• 担当教員などについて ??
• 利用する計算機システムについて
• アンケート
2
生物機能制御学概論
• キーワード
生化学反応系
代謝制御
モデリング
コンピュータ・プログラミング
• 開講日時
毎週水曜日 1時限
8:40~
3
生物機能制御学概論
• 履修条件
特になし (コンピュータ・プログラミングの
初歩から講義する)
• 成績評価
レポート課題・出席状況・期末試験
• テキスト
やさしいC第2版 高橋麻奈著 SOFTBANK
九州大学情報基盤センター
4
教育用システム 利用の手引き
担当教員など
• 教授
岡本正宏先生 7号館207室
• 准教授
花井泰三先生 7号館208室
• 助教
濱田浩幸
7号館209室
• プログラミング・ティーチング・アシスタント
大学院生
7号館209室ほか
5
生物機能制御学概論
• 講義の内容
1.C言語プログラミングの文法説明・実習
2.生体内反応系の動特性
3.数理モデルのたて方
4.代謝系のコンピュータ・シミュレーション
6
生物機能の同定・制御・応用
遺伝子・タンパク質の
測定値
ブーリアンネットワーク
ベイジアンネットワーク
クラスタリング解析
1.0
0.0
0.0表現型(疾患レベルなど)
時系列
観測データの収集
遺伝子発現量の時系列データ
タンパク質合成量の時系列データ
処方設計
生物情報学に
よる医学・工学
へのアプローチ
薬剤開発
gene4gene3
陰性
gene15
gene5
測定値 おおよその機能分類
1.0
シミュレーション
システムの安定性解析
システムの感度解析
支配因子の同定
遺伝的アルゴリズム
遺伝的プログラミング
(システム同定)
遺伝子・タンパク質の
相互作用の推定
gene2
gene1
gene11
gene5
陽性
判別器 gene7 gene9
高収率な代謝生産物生産のための
代謝制御系のシステム設計
7
遺伝子発現データ
• DNA microarray 実験
• 遺伝子発現量の経時変化データ
Expression
Time 1
1.0
Time 2
0.0
Time 3
Time
Time series graph
8
クラスタリング解析
• 次元圧縮
• 標準と標本の比較
Expression
1.0
0.0
機能グループの分類
遺伝子間相互作用因子の分類
標準体と変異体の分類
Expression
1.0
Time
階層型クラスタリング
クリスプクラスタリング
0.0
Time
9
クラスタリング法
 階層型クラスタリング: ツリー構造
time
► Each gene is a leaf on the tree
► Distances reflect similarity of expression
► Internal nodes represent functional groups
[email protected]
 クリスプクラスタリング: k-平均クラスタリング
► Number k is chosen in advance
► Each group represents
similar expression
[email protected]
10
クラスタリングの結果
 Causes of similar expression between
genes are identified as follows:
► One gene controls
the other in a pathway
► Both genes are controlled by another
► Both genes related to
same time in cell cycle
► Both genes have similar function
11
システム同定
• 数理モデルの構築
• クラスタ間の相互作用を推定
標準との比較により
機能不全のクラスタや遺伝子を同定
Expression
1.0
0.0
Time
S-System
Genetic programming
1
2
3
4
6
7
8
9
5
n
クラスタ間の相互作用を再現する
数理モデルの構築 12
システム解析
• 支配因子の同定
• ボトルネック経路の同定
1
2
3
4
6
7
8
9
処方構築
創薬
5
n
gene4
Negative
数値シミュレーション
統計解析
gene3
gene15
gene5
gene2
gene1
gene11
Positive
gene7 gene9
gene5
判別器
13
生物機能の同定・制御・応用
遺伝子・タンパク質の
測定値
ブーリアンネットワーク
ベイジアンネットワーク
クラスタリング解析
1.0
0.0
0.0表現型(疾患レベルなど)
時系列
観測データの収集
遺伝子発現量の時系列データ
タンパク質合成量の時系列データ
処方設計
生物情報学に
よる医学・工学
へのアプローチ
薬剤開発
gene4gene3
陰性
gene15
gene5
測定値 おおよその機能分類
1.0
シミュレーション
システムの安定性解析
システムの感度解析
支配因子の同定
遺伝的アルゴリズム
遺伝的プログラミング
(システム同定)
遺伝子・タンパク質の
相互作用の推定
gene2
gene1
gene11
gene5
陽性
判別器 gene7 gene9
高収率な代謝生産物生産のための
代謝制御系のシステム設計
14
この講義では・・・
大量に得られる生化学実験データを効率よく
解析するコンピュータ・ソフトウェアを開発する
技術を習得する。
C言語 (プログラムの標準言語)
アルゴリズム (効率よく解析する手法の構築)
計算機シミュレーション (システム同定・設計)
15
計算機システムについて
• 利用者システム
PC WindowsXP Professional SP2
プリンタ (ログオン時に割り当てる)
aps1-ps あるいは aps2-ps
• ホスト計算機システム
アプリケーション用サーバ(Solaris 9)
→ ah.s.kyushu-u.ac.jp
利用者情報用サーバ (メールサーバなど)
16
→ sh.s.kyushu-u.ac.jp
計算機システムについて
Log on できていますか?
• アカウント情報
→ 学生証にユーザIDを記載
• パスワード情報
→ 入学前のオリエンテーションで通知
• パスワード
→ 初期パスワードを変更してない方は、
10月末までに変更すること。
→ 忘却した方は、情報基盤センター4F
受付にて問い合わせすること。
17
計算機システムについて
• 利用可能なソフトウェア (Windows系)
〇 Office 2003
Word ・ Excel ・ PPT ・ Access
〇 Delphi 6 personal
GUI搭載Pascal basis Lang.
〇 Visual Studio .NET
Basic ・ C++ ・ J++
〇 Tera Term など Free Ware
18
計算機システムについて
• 利用可能なソフトウェア (UNIX系)
〇 C ・ C++
〇 Fortran (77 ・ 90 ・ 95)
〇 NOVA*GKS : Graphical tool
〇 S Version 4 : Statistical tool
〇 GNU
: Plot etc.
〇 Tex
: Word Proc.
19
計算機システムについて
• セキュリティー対策
■
ネットワーク経由のアクセス
学内からのアクセスは telnet, ftp 可能
学外からのアクセスは ssh のみ
■
PC保護
瞬快
Trend Micro ウィルスバスター
20
計算機システムについて
• 利用の手引き
毎年4月に発行
1年生と講義受講者に優先配布
配布場所は、情報基盤センター受付
ホームページ上での公開
→ http://www.cc.kyushu-u.ac.jp/
ec/manual/Tebiki/
21
PCへのログオン
1.Ctrl+Alt+Del キーでログオン画面を表示
2.ユーザー名に各自のユーザーIDを入力
3.パスワードに各自のパスワードを入力
4.ログオン先がECSであることを確認
5.OKボタンをクリック
6.利用者同意を確認
ログオン
できましたか?
22
PCからのログオフ
1.画面左下 スタート ボタンをクリック
2.最下部 シャットダウン ボタンをクリック
3.次の中から選んでください。
→ ****のログオフ
****:は各自のユーザーID
4.OKボタンをクリック
→ Windows から ログオフ
23
パスワードの変更
情報基盤センターのホームページに
アクセスして実行する!
→https://web-passwd.s.kyushu-u.ac.jp/
tpass/
スルーPASS を利用
ユーザ名:
各自のユーザー名
旧パスワード:
現在のパスワード
新パスワード:
新しく設定するパスワード
新パスワード確認: 新しく設定するパスワード
パスワード変更ボタンをクリックする!
24
電子メールの利用
情報基盤センターのホームページに
アクセスして利用する!
→http://secure.s.kyushu-u.ac.jp/mail/
GraceMail を利用
ユーザ ID: 各自のユーザー名
パスワード: 現在のパスワード
ログインのボタンをクリックする!
利用法は、各自で学んでください。
毎回の講義終了後、簡単なアンケートを
電子メールにて回答いただきます。
25
PCのドライブの割り当て
■ 利用者ごとのドライブ
Z ドライブ : ホスト計算機のホーム
個人ファイルを100MBまで
■ 共有ドライブ
Y ドライブ : 一週間保存 (容量制限なし)
■ 電子メール : 10MBまで
■ プリンター印刷枚数 : 250枚/半期
■ 個人データ: USBメモリを活用
26
プリンタ利用状況の確認
プリンタ利用状況の確認ページ
https://web-passwd.s.kyushu-u.ac.jp/
DVQuota/
1.ユーザ名 : 各自のユーザID
2.パスワード : パスワード
利用状況を確認できます。
半期で最大250枚の印刷が可能です!
講義中にレポートなどを提出していただきま
すので、可能な限り、乱用は控えてください。
27
ホスト計算機へのログオン
TeraTermについて
PCとホストをつなぐ、ホスト計算機のターミナル
エミュレータです。
1.TELNETと記載されたアイコンをクリック
2.TCP/IPをクリックして、Host:
ah.s.kyushu-u.ac.jp を選択し、
Service SSHを選択して、OKボタンを
クリックする。
28
ホスト計算機へのログオン
TeraTermについて
3.セキュリティー警告が表示されるので、
Add this machine ・・・チェックし、
Continue ボタンをクリックする。
4.認証画面が表示されるので、
User name : 各自のユーザIDを入力
Password : パスワードを入力
Use Plain ・・・をチェックし、 OKボタンを
クリックする。
ログオンできましたか?
29
ホスト計算機からのログアウト
TeraTermのウィンドウのコマンドプロンプトにて
logout または exit を入力してください。
% logout
必ず、これを実施します。
×
<約束> 決して、画面右上の□をクリックして
閉じないでください。
30
講義用フォルダの作成
Tera Termを起動して!
% ← プロンプト といいます
% pwd
← 階層を表示する
講義用のフォルダを作成
/home/teacher/z6hh01in/
% mkdir BioCtrl
% mkdir BioCtrl
講義用のフォルダに移動
% cd BioCtrl
% cd BioCtrl
フォルダ内のファイルの
リストを表示
% ls
% ls
・・・・・・・・・・・
講義で作成したファイルは、BioCtrlへ!
31
Muleについて
プログラムを記述する編集画面(エディタ)です。
Muleは、アプリケーションサーバーにて起動する
ため、Tera termを用います。
特徴
ファイルの読み込み、保存、終了、カーソルの移動
など、全て、「Ctrl+?」で実行します。
したがって、予め、操作に必要なキー割当を理解
しておかなければなりません ^^;
32
Muleの起動
Muleの起動 (Tera termにて!)
% ← プロンプト
% mule file_name
mule : mule を起動するコマンド
file_name : 開くファイル名 (任意)
講義でたくさんのファイルを作成します。
ファイル名は、重複しないようにつけましょう!
たとえば、 prog1.c, prog2.c など
33
Muleの終了
Mule の終了
Mule の画面にて、
Ctrl+X + Ctrl+C
を入力すると、保存するか否か?尋ねられる。
「Y」を入力すると、終了する。
終了後、編集画面は、
%
← プロンプトにもどる !
34
Muleを用いた編集
Mule を用いて以下の文書を作成しよう!
ファイル名は任意です。
=================================
2007/Oct/03
生物機能制御学概論 水曜日 1時限目
氏名: ****
学籍番号: *******
今日の講義の内容
1.計算機環境について 2.Muleについて
3.日本語入力について
Sincerely yours, 35
Muleのコマンド (1)
Muleのコマンド一覧
Ctrl+G
:コマンドの中止 (困ったときは!)
Ctrl+X +U :直前の操作の取り消し (Undo)
Ctrl+F
:1文字右へ移動 →
Ctrl+B
:1文字左へ移動 ←
Ctrl+P
:1文字上へ移動 ↑
Ctrl+N
:1文字下へ移動 ↓
Ctrl+A
:行の先頭へ
Ctrl+E
:行の末尾へ
36
Muleのコマンド (2)
Muleのコマンド一覧
Ctrl+D
:カーソル上の1文字を消去
Ctrl+K
:カーソルから行末までを消去
Ctrl+Spc :領域の開始位置の設定
Ctrl+W :領域開始位置からカーソル手前まで
切り取り
Ctrl+Y
:切り取りまたはコピーした箇所の貼付
Ctrl+X - Ctrl+S :ファイルの上書き保存
Ctrl+X - Ctrl+W :ファイルの名前をつけて保存
Ctrl+X - Ctrl+C :Muleの終了
37
Muleのコマンド (3)
Muleのコマンド一覧 (日本語入力)
Ctrl+¥ :半角と倍角(日本語)切替
Ctrl+P
:漢字変換モード 前候補
Ctrl+O
:漢字変換モード 文節を伸ばす
Ctrl+ I
:漢字変換モード 文節を縮める
Space
:漢字変換モード 次の候補
Enter
:漢字変換モード 確定
38
Muleのコマンド (4)
Muleのコマンド (日本語入力)
Ctrl+¥ :半角と倍角(日本語)切替
初めて日本語入力をするときは、
「辞書を作成しますか?」
と数度たずねられるので、
全て「y」を入力する。
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Fileの印刷について
印刷のコマンド (Tera termにて!)
% ← プロンプト といいます
% jtops ファイル名 | lp -d プリンタ名
プリンタ名は aps1-ps あるいは aps2-ps
例 % jtops test | lp -d aps1-ps
http://www.cc.kyushu-u.ac.jp/
ec/manual/Tebiki2006/ah_print.html
プリンターは、講義室後方にあります。
いずれのプリンターから出力されるかは、
上記コマンドのプリンタ名で指定されます。
40
おわりに
E-mail にて、以下のアンケートの返信をお願いします。
出席状況の確認をします。
0.学部・コース・学籍番号・氏名
1.生化学反応系、代謝制御系の具体例を
あげてください。
2.モデリングといえば、何を想像しますか?
3.これまでに利用したことがあるコンピュータ、
OSおよび言語を教えてください。
4.簡単な自己紹介をおねがいします。
Mail address :
[email protected]
なお、問い合わせはE-mailでおねがいします!
41
42
生物機能の同定・制御・応用
Expression
Expression
1.0
1.0
Clustering
0.0
n
Ge
Time
Time course data
e#
OMIM
0.0
GenBank
Bioinformatics for
medical application
PubMed
Prescription
gene4
Negative
Drug
gene15
gene5
gene2
gene1
gene11
Positive
gene7 gene9
gene5
Discriminant
gene3
Time
System
Identification
BLAST
System
Analysis
Interactions
between clusters
43
計算機システムについて
プリンタ
ホスト計算機
講義室
44
計算機システムについて
• 利用者支援
■ 情報基盤センター教育用システム受付
情報基盤センター4F 8:30~17:00
■ プログラム相談員 (黄色腕章)
第一および第二講義室 14:30~20:30
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46
47
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生物機能制御学概論01