BLASTとトクー

BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) は、バイオインフォマティクスでDNAの塩基配列あるいはタンパク質のアミノ酸配列のシーケンスアライメントを行うためのアルゴリズムをいい、またそのアルゴリズムを実装したプログラムをいう。 BLAST を使って、手元にあるシーケンスで、シーケンスデータベースもしくはライブラリに対して検索することにより、ある閾値以上のスコアで類似するシーケンス群を発見することができる。 BLAST は、バイオインフォマティクスで最も広く使われているプログラムの一つである。

BLAST は、バイオインフォマティクスにおいて、DNAの塩基配列あるいはタンパク質のアミノ酸配列のシーケンスで、ペアワイズのシーケンスアライメントを行う。 BLAST は、主にシーケンスの局所的アライメント (ローカルアライメント) を行うために使われる。 BLAST と同様にペアワイズアライメントを行うためのプログラムとしては、他に FASTA などがある。また、マルチプルアライメントを行うためのプログラムとしては、Clustal (ClustalW、ClustalX) などがある。

BLAST は、バイオインフォマティクスで最も広く使われているプログラムの一つである。 BLAST が広く使われている理由は、BLAST が処理速度を非常に重視していることにあるとみられる。 BLAST のアルゴリズムは正確さより速度を重視している。 BLAST におけるこの速度重視によって、こんにちでは膨大なデータが蓄積されているゲノムのシーケンスデータベースに対して検索を行うような場合において、BLAST アルゴリズムを実用的なものとしている。 BLAST が開発された後、BLAST より速いアルゴリズムがいくつか開発されている。 BLAST は、大まかなシーケンスマッチングを必要とする他のアルゴリズムの一部としてもよく使われている。

BLAST を使うことで、例えば、ハツカネズミの未知の遺伝子を発見したときに、ヒトがそのシーケンスと類似した遺伝子をもつかどうかを調べることができる。ハツカネズミの未知のシーケンスで BLAST を使って、ヒトゲノムのシーケンスデータベースに対して検索を行うと、BLAST は類似性の高いシーケンス群を見つけ出す。

BLASTアルゴリズムを実行する際には、2つの情報が必要である。クエリシーケンス (ターゲットシーケンスともいう) とシーケンスデータベースである。 BLASTアルゴリズムは、シーケンスデータベース中のシーケンス断片と類似するクエリシーケンス中のシーケンス断片を見つけ出す。多くの場合、クエリシーケンスは、シーケンスデータベースと比べてデータ量が非常に小さい。例えば、クエリシーケンスが千個程度のヌクレオチド (核酸塩基) であるのに対し、シーケンスデータベースは数億のヌクレオチドのデータをもっている場合がある。

BLASTアルゴリズムは、クエリシーケンスとシーケンスデータベースとの間で、高い閾値でシーケンスアライメントを行う。その際には Smith-Waterman アルゴリズムに近似したヒューリスティクなアルゴリズムが使われる。完全な Smith-Waterman アルゴリズムは、NCBI GenBank のような大規模なシーケンスデータベースに対して検索を行う場合には、処理速度が非常に遅いことが問題となる。 BLASTアルゴリズムは、Smith-Waterman アルゴリズムより少し正確さで劣るが、50倍以上の処理速度を実現する。このようにBLASTアルゴリズムは、高速でありかつ比較的正確であるという特徴がある。こうした特徴が、BLASTアルゴリズムの重要な技術的革新性であり、またおそらくバイオインフォマティクスにおいてBLASTプログラムが最もよく使われている理由となっている。

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