초록

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NCBI 의 GenBank 데이터베이스는 전세계에서 수집된 염기 서열 데이터들의 집합이며, 그 중 특허로 등록되어 있는 데이터들을 GenBank 특허 데이터라 부른다. 본 논문에서는 한국생명공학연구원의 유전체 사업단에서 개발해 오고 있는 웹기반 GenBank 특허 데이터 검색 시스템의 설계와 구현에 대해서 설명한다. 본 시스템은 일반 속성(attribute)을 저장하고 검색하기 위해 DBMS 를 사용하고, DNA 시퀸스 검색을 위해 BLAST를 사용한 약결합 아키텍쳐(loosely-coupled architecture)를 채택하고 있다. 즉, 일반 속성으로 저장될 수 있는 데이터들은 데이터베이스의 테이블들의 컬럼 값으로 저장하고 SQL 언어를 통해 검색할 수 있도록 하였으며, DNA 시퀸스 검색을 위해서는 BLAST 에서 제공하는 인덱스를 구축하고 BLAST 명령어를 사용하여 검색할 수 있도록 하였다. 또한, 검색 결과들이 기존의 외부 특허 시스템과 연동하도록 하기 위해, 결과 분석 모듈을 구현하여 검색 결과들이 다른 웹 사이트의 데이터를 가리키도록 하였다. 마지막으로, 이러한 DNA 검색 시스템을 구현할 때에 고려해 되야 되는 이슈들을 설명한다.

NCBI 의 GenBank 데이터베이스는 전세계에서 수집된 염기 서열 데이터들의 집합이며, 그 중 특허로 등록되어 있는 데이터들을 GenBank 특허 데이터라 부른다. 본 논문에서는 한국생명공학연구원의 유전체 사업단에서 개발해 오고 있는 웹기반 GenBank 특허 데이터 검색 시스템의 설계와 구현에 대해서 설명한다. 본 시스템은 일반 속성(attribute)을 저장하고 검색하기 위해 DBMS 를 사용하고, DNA 시퀸스 검색을 위해 BLAST를 사용한 약결합 아키텍쳐(loosely-coupled architecture)를 채택하고 있다. 즉, 일반 속성으로 저장될 수 있는 데이터들은 데이터베이스의 테이블들의 컬럼 값으로 저장하고 SQL 언어를 통해 검색할 수 있도록 하였으며, DNA 시퀸스 검색을 위해서는 BLAST 에서 제공하는 인덱스를 구축하고 BLAST 명령어를 사용하여 검색할 수 있도록 하였다. 또한, 검색 결과들이 기존의 외부 특허 시스템과 연동하도록 하기 위해, 결과 분석 모듈을 구현하여 검색 결과들이 다른 웹 사이트의 데이터를 가리키도록 하였다. 마지막으로, 이러한 DNA 검색 시스템을 구현할 때에 고려해 되야 되는 이슈들을 설명한다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 논문에서는 한국생명공학연구원에서 개발해 오고 있는 웹 기반 GenBank 특허데이터 검색시스템의 설계와 구현에 대해서 소개하였다. 본 시스템은 1) 데이터 변환 모듈, 2) 일반 속성검색 모듈, 3)DNA 시퀀스 검색 모듈, 4) 결과 페이지 분석모듈, 5) 웹페이지들로 구성되며, 일반 속성 질의나염기 서열 유사성 질의를 모두 빠르게 지원한다.
• 본 논문에서는 한국생명공학연구원의 유전체 사업단에서 개발해 오고 있는 웹 기반 GenBank 특허 데이터 검색 시스템 0OYO₁]의 설계와 구현에 대해서 설명한다. 본 시스템은 일반 속성 (attribute)을 저장하고 검색하기 위해 DBMS를 사용하고, 염기 서열 검색을 위해 BLAST를 사용한다.

가설 설정

• 본 시스템은 1) 데이터 변환 모듈, 2) 일반 속성검색 모듈, 3)DNA 시퀀스 검색 모듈, 4) 결과 페이지 분석모듈, 5) 웹페이지들로 구성되며, 일반 속성 질의나염기 서열 유사성 질의를 모두 빠르게 지원한다. 향후 연구로는 1) 향상된 검색기숭의 제공, 2) 웹상에서 특허 데이터를 등록 및 변경, 3) 새로운 DNA 검색엔진과 결합 등이 있다.

제안 방법

• 이 기능을 위해 GenBank 데이터 변환 모듈'을 구현하였다. 두 번째 기능은 웹을 통한 특허 자료 검색 기눔이다, 이 기능을 위해 "GenBank 검색 모듈'올 구현하였다. 이 모듈에서는 웹 서버로부터 받은 질의를 분석하여 데이터베이스의 질의인 경우에는 PostgreSQ니POSTGRES]로 변환하여 결과를 얻어내고, DNA 시퀀스 질의인 경우에는 BLAST 买로그램을 사용하여 유사한 시퀀스 둘의 집합을 얻어낸다.
• BLAST 검색은 프로그래밍 인터페이스가 제공되지 않기 때문에 system 명령어를 사용하여 구현하였다. 이때 사용자의 입력이 파일로 저장해야만 BLAST 검색이 되므로, 사용자 질의가 들어올 때마다 별도의 시퀀스를 저장하는 파일을 생성하고, 생성된 파일에 대해 BLAST를 수행하였다.
• 그리고, 변환된 벌크 로딩 데이터들은 PostgreSQL 의 발 크 로딩 명령어(copy 명령어)를 사용하여 빠旦게 데이터베이스에 로딩되도록 한다. 그리고, BLAST의 인덱싱 명령어를 사용하여 염기 서열 데이터에 대해 인덱싱을 수행한다.
• 웹 서버와는 CGI를 통해 통신하도록 하였으며, 구현한 언어로는 Perl[CT98] 올 사용하였다. 그리고, CGI.pm [GGB00] Perl 모듈을 활용하여 간결하게 구현될 수 있도록 하였다.
• 본 모듈에서는 GenBank 파일을 파싱(parsing)하여 다음의 두 가지 데이터로 변환한다.
• 본 모듈은 BLAST 프로그램의 결과를 화면에 보기 좋게 변환하고 유용한 링크 정보를 주가하는 기능을 수행한다. 이를 위해 BLAST 검색 결과를 파싱하고, 검색 결과로 나온 염기 서열에 대해 이와 관련된 특허 사이트에 대한 링크를 추가 하였다.
• 본 모듈은 웹 페이지로부터 사용자 입력을 받아 이를 분석 하여 PostgreSQL DBMS와 BLAST 검색엔진을 검색하는 기능을 제공한다. 웹 서버와는 CGI를 통해 통신하도록 하였으며, 구현한 언어로는 Perl[CT98] 올 사용하였다.
• 본 시스템에서는 웹 페이지에서 사용자가 세부 기숭을 선택하게 하고, 검색 모듈에서 사응자가 선택한 옵션에 기반하여 BLAST 프로그램을 선택적으로 수행하도록 하였다. BLAST에서 제공하지 않는 Top-n 질의 등의 기능은 BLAST 검색 결과를 이용하여 상위 레벨에서 구현할 수 있다.
• 첫 번째 기능은 GenBank 특허 데이터 파일로부터 데이터베이스에 로딩될 수 있는 형태의 데이터로 변환하고, 이를 DBMS의 데이터베이스와 BLAST의 인덱스에 저장하는 기눙이다. 이 기능을 위해 GenBank 데이터 변환 모듈'을 구현하였다. 두 번째 기능은 웹을 통한 특허 자료 검색 기눔이다, 이 기능을 위해 "GenBank 검색 모듈'올 구현하였다.
• BLAST 검색은 프로그래밍 인터페이스가 제공되지 않기 때문에 system 명령어를 사용하여 구현하였다. 이때 사용자의 입력이 파일로 저장해야만 BLAST 검색이 되므로, 사용자 질의가 들어올 때마다 별도의 시퀀스를 저장하는 파일을 생성하고, 생성된 파일에 대해 BLAST를 수행하였다. 이때 주의할 점은 생성해야 하는 파일의 이름이 매번 달라야 된다는 것이다.
• 본 모듈은 BLAST 프로그램의 결과를 화면에 보기 좋게 변환하고 유용한 링크 정보를 주가하는 기능을 수행한다. 이를 위해 BLAST 검색 결과를 파싱하고, 검색 결과로 나온 염기 서열에 대해 이와 관련된 특허 사이트에 대한 링크를 추가 하였다.
• 본 시스템은 일반 속성 (attribute)을 저장하고 검색하기 위해 DBMS를 사용하고, 염기 서열 검색을 위해 BLAST를 사용한다. 이를 위해, 일반 속성으로 저장될 수 있는 데이터둘은 데이터베이스의 테 이블들의 컬럼 값으로 저장츠卜고, SQL 언어를 통해 검색할 수 있도록 하였다, 그리고, 염기 서열 유사성 검색 올 위해서는 BLAST에서 제공하는 인덱스를 구축하고 BLAST 명령어를 사용하여 검색할 수 있도록 하였다.
• 현재 구현에서는 두 가지 기숭을 동시에 이용하는 것은 허용하고 있지 않으나, 좀 더 정밀한 검색 올 위해 제공되어야 될 기능으로 고려하여 구현을 예정 중이다. 이를 위해서는 먼저 염기 서열에 대한 유사성 검색의 결과(Locus 번호 포함)를 PostgreSQL 데이타베이스의 테이블에 저장하고, 알반 속성 검색의 결과와 조인하는 기능을 구현하면 된다.

대상 데이터

• 본 모듈은 웹 페이지로부터 사용자 입력을 받아 이를 분석 하여 PostgreSQL DBMS와 BLAST 검색엔진을 검색하는 기능을 제공한다. 웹 서버와는 CGI를 통해 통신하도록 하였으며, 구현한 언어로는 Perl[CT98] 올 사용하였다. 그리고, CGI.
• 이때 주의할 점은 생성해야 하는 파일의 이름이 매번 달라야 된다는 것이다. 이룔 위해 POSIX에서 제공하여 임시 파일 생성 루 틴을 사용하였다.

데이터처리

• 그러나, 키워드 검색, 염기 서열 등의 검색을 지원하지 않아 이러한 기능들을 원하는 환경에서는 사용자가 추가적으로 구현해야 되는 부담이 있다. 본 시스템에서는 키 워드 검색 올 위헤서는 SQL[ENOOJ 질의 구성 시에 연산자를 사용하였고, 염기 서열 검색을 위해서는 BLAST 프로그램 올 사용하였다.

이론/모형

• ]의 설계와 구현에 대해서 설명한다. 본 시스템은 일반 속성 (attribute)을 저장하고 검색하기 위해 DBMS를 사용하고, 염기 서열 검색을 위해 BLAST를 사용한다. 이를 위해, 일반 속성으로 저장될 수 있는 데이터둘은 데이터베이스의 테 이블들의 컬럼 값으로 저장츠卜고, SQL 언어를 통해 검색할 수 있도록 하였다, 그리고, 염기 서열 유사성 검색 올 위해서는 BLAST에서 제공하는 인덱스를 구축하고 BLAST 명령어를 사용하여 검색할 수 있도록 하였다.

성능/효과

• 본 논문에서는 한국생명공학연구원에서 개발해 오고 있는 웹 기반 GenBank 특허데이터 검색시스템의 설계와 구현에 대해서 소개하였다. 본 시스템은 1) 데이터 변환 모듈, 2) 일반 속성검색 모듈, 3)DNA 시퀀스 검색 모듈, 4) 결과 페이지 분석모듈, 5) 웹페이지들로 구성되며, 일반 속성 질의나염기 서열 유사성 질의를 모두 빠르게 지원한다. 향후 연구로는 1) 향상된 검색기숭의 제공, 2) 웹상에서 특허 데이터를 등록 및 변경, 3) 새로운 DNA 검색엔진과 결합 등이 있다.

후속연구

• BLAST에서 제공하지 않는 Top-n 질의 등의 기능은 BLAST 검색 결과를 이용하여 상위 레벨에서 구현할 수 있다. 이러한 기능들은 본 저자들이 개발한 개선된 BLAST 검색엔 진0OYD2]에 이미 구현되어 있으며 이러한 기숭들을 본 시스 템에 포팅하는 일과 어떠한 향상된 검색 기능이 필요한지 논 향후 연구로 남겨놓는다.

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이 논문을 인용한 문헌

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