序. . . . i
第
I
部
バイオインフォマティクスの基盤
第1
章統計科学
基礎統計学 記述統計 . . . . 4 母集団と確率分布 . . . . 8 統計的推測. . . 14 ベイズ統計学 . . . 16 仮説検定 . . . 18 分割表の解析 . . . 20 応用統計学 回帰分析 . . . 22 判別分析 . . . 25 階層型ニューラルネットワーク. . . 27 サポートベクトルマシン . . . 29 主成分分析. . . 31 因子分析 . . . 33 正準相関分析 . . . 34 クラスター分析 . . . 36 次元縮小，情報圧縮 . . . 39 尺度化と数量化 . . . 40 グラフィカルモデル . . . 44 構造方程式モデリング . . . 44 グラフィカルガウシアンモデル. . . 46 ベイジアンネットワーク . . . 47 時系列解析. . . 49 生存時間解析 . . . 53独立成分分析 . . . 56 ブートストラップ法 . . . 57 モデル選択. . . 59 情報幾何 . . . 63 マルコフ連鎖モンテカルロ法. . . 65 外れ値の問題 . . . 67 実験計画法. . . 70 統計ソフトウェア . . . 74 第
2
章情報科学
情報理論と符号理論 情報理論 . . . 78 符号理論 . . . 80 数理論理学 命題論理 . . . 82 述語論理 . . . 83 高次論理 . . . 84 グラフ理論・アルゴリズム 離散数学 . . . 87 グラフ理論基礎 . . . 88 グラフの分類 . . . 91 グラフ連結性 . . . 92 グラフアルゴリズム . . . 93 グラフ比較. . . 95 形式言語とオートマトン 正規言語 . . . 97 文脈自由言語 . . . 100 チョムスキー階層 . . . 101 チューリングマシン . . . 102 アルゴリズムとデータ構造 データ構造. . . 106 ソート . . . 108 貪欲算法 . . . 110 動的計画法. . . 111 分枝限定法. . . 112 探索法 . . . 113 文字列検索アルゴリズム . . . 114 近似文字列マッチング . . . 117 索引構造 . . . 118 nグラム . . . 121 数理計画法. . . 121 計算幾何学. . . 123確率的アルゴリズム . . . 124 擬似乱数 . . . 126 シミュレーティッドアニーリング . . . 128 遺伝的アルゴリズム . . . 129 免疫アルゴリズム . . . 130 タブーサーチ . . . 130 計算量理論. . . 131 近似アルゴリズム . . . 134 数値計算 浮動小数の表現（IEEE標準）. . . 136 連立一次方程式 . . . 137 非線形方程式 . . . 138 固有値 . . . 139 曲線のあてはめ . . . 141 数値積分 . . . 142 微分方程式. . . 143 フーリエ変換，ウェーブレット変換 . . . 145 有限要素法，境界要素法 . . . 146 機械学習 計算論的学習理論 . . . 150 ブースティング . . . 151 バギング . . . 152 決定木，回帰木 . . . 153 帰納論理プログラミング . . . 154 EMアルゴリズム . . . 155 隠れマルコフモデル . . . 157 確率文脈自由文法 . . . 159 木文法 . . . 160 データベース データベース管理システム . . . 161 関係データベース . . . 162 高速化手法. . . 165 演繹データベース . . . 166 オブジェクト指向データベース. . . 167 XMLデータベース . . . 167 知識工学 知識表現 . . . 169 知識ベース. . . 170 エージェント . . . 171 エキスパートシステム . . . 172 推論 . . . 172
プログラム言語 言語処理系. . . 175 プログラム言語 . . . 176 スクリプト言語 . . . 178 ページ記述言語 . . . 180 画像処理・コンピュータグラフィックス 画像処理 . . . 182 画像認識 . . . 183 レンダリング . . . 184 画像圧縮 . . . 185 自然言語処理 コーパス . . . 188 形態素解析. . . 189 構文解析と文法 . . . 190 機械翻訳 . . . 191 テキストマイニング . . . 192 インターネット ルーティング . . . 194 通信プロトコル . . . 195 セキュリティ . . . 196 テキストマークアップ言語 . . . 197 計算機ハードウェアとシステムソフトウェア CPU，メモリ . . . 199 OS . . . 201 プロセス . . . 204 並列分散OS . . . 205 グリッドコンピューティング. . . 206 DNA コンピューティング DNAコンピューティング . . . 208 第
3
章物理科学
古典力学 運動の法則. . . 211 力学的保存則 . . . 212 力学の基本原理 . . . 213 分子の力学. . . 214 連続体の力学 . . . 216 ブラウン運動 . . . 217 電磁気学 電磁場の方程式 . . . 219静電場 . . . 220 静磁場 . . . 221 熱統計物理学 統計分布 . . . 223 熱力学関数. . . 225 相転移 . . . 227 非平衡系 . . . 228 量子力学 シュレーディンガー方程式 . . . 231 分子軌道計算 . . . 232 生体分子の計測技術 分離分析法. . . 233 光分析法 . . . 233 核磁気共鳴. . . 234 X線結晶解析 . . . 236 質量分析 . . . 237 カロリメトリー . . . 238 分子間相互作用の計測 . . . 239 1分子計測・1分子操作 . . . 239 溶液 水の構造と特性 . . . 241 水分子のモデル . . . 242 生体分子の水和 . . . 243 ソフトマター 液晶 . . . 246 高分子 . . . 247 コロイド . . . 248 表面，界面. . . 249 生体分子 生体関連分子 . . . 251 タンパク質. . . 252 タンパク質の構造変化 . . . 254 RNA . . . 256 DNA . . . 257 立体化学 生体高分子の構造決定 . . . 259 分子の動的構造 . . . 260 化学反応と化学平衡 化学反応式. . . 262 反応の経路と遷移状態 . . . 262
化学平衡 . . . 264 化学反応の速度と速度式 . . . 265 反応の確率論的取り扱い . . . 266 酵素反応 酵素反応速度式 . . . 268 多基質系の酵素反応 . . . 269 酵素反応の活性化と阻害形式. . . 270 アロステリック酵素 . . . 271 第
4
章生物科学
生物分類 生物の系統分類 . . . 274 分子生物学基礎 遺伝情報 . . . 276 原核生物のゲノム . . . 277 真核生物のゲノム . . . 278 原核生物の遺伝子構造 . . . 281 真核生物の遺伝子構造 . . . 282 DNA複製 . . . 284 DNA修復 . . . 285 染色体の組換え . . . 286 原核生物の転写制御機構 . . . 288 真核生物の転写制御機構 . . . 290 mRNAの転写後調節 . . . 291 転写終結 . . . 293 mRNAスプライシング . . . 294 選択的スプライシング . . . 295 mRNAの輸送と品質管理 . . . 296 エピジェネティクス . . . 297 遺伝暗号 . . . 298 翻訳 . . . 299 タンパク質のフォールディング. . . 300 分子シャペロン . . . 302 フォールディングと疾病 . . . 303 複合体形成. . . 304 翻訳後修飾. . . 305 プロセシング . . . 306 生化学 代謝 . . . 308 エネルギー代謝 . . . 309 細胞生物学 細胞の構造と機能 . . . 311膜タンパク質 . . . 312 タンパク質の細胞内局在化 . . . 314 タンパク質の分解系 . . . 315 細胞内シグナル伝達 . . . 316 細胞間シグナル伝達 . . . 317 発生学 受精卵の分裂 . . . 320 細胞系譜 . . . 320 ボディプラン . . . 321 発生のメカニズム . . . 322 細胞接着 . . . 324 数理生物学・生物物理学 生態学の数理モデル . . . 326 進化の数理モデル . . . 328 発生の数理モデル . . . 331 脳・神経系. . . 334 筋肉と分子モーター . . . 335 第
5
章医学薬学
医学薬学序論 . . . 339 生命倫理 ゲノム医科学と倫理 . . . 340 病態生理 病態シグナル伝達 . . . 342 遺伝と疾患 遺伝病 . . . 344 トリプレットリピート病 . . . 345 免疫系 免疫 . . . 346 環境と疾患 感染症 . . . 347 エマージング感染症 . . . 348 環境ホルモン . . . 348 生活習慣病 多因子疾患. . . 349 老化 . . . 350 がん . . . 351 糖尿病 . . . 352 高血圧 . . . 353先端医療 幹細胞，再生医療 . . . 355 遺伝子治療. . . 356 テーラーメイド医療 . . . 357 情報技術 臨床インフォマティクス . . . 359 ケモインフォマティクス . . . 359 薬学 薬物動態と薬効 . . . 361 ゲノム創薬. . . 362 ファーマコゲノミクス . . . 364 ケモゲノミクス . . . 365 トキシコゲノミクス . . . 366
第
II
部
バイオインフォマティクスの展開
第6
章実験支援
序論：実験支援のバイオインフォマティクス . . . 372 ゲノム解析 オリゴヌクレオチドの設計 . . . 373 ゲノムのマッピング，コンティグ作成 . . . 373 配列のアセンブリ . . . 375 塩基配列読み取り支援 . . . 377 連鎖解析，遺伝地図作成 . . . 378 多型タイピング . . . 379 オーム実験支援 トランスクリプトーム解析 . . . 381 アレイデータの誤差処理 . . . 383 メタボローム解析 . . . 385 プロテオーム解析 . . . 386 タンパク質間相互作用の大規模解析 . . . 388 構造ゲノミクス . . . 389 立体構造決定支援 . . . 391 その他の支援 実験室情報管理システム . . . 393 画像データ解析 . . . 395第
7
章データベース
公共データベース レポジトリー . . . 399 データベースフォーマット エントリーフォーマット . . . 400 アクセッション番号 . . . 400 配列格納フォーマット . . . 401 配列データベース 塩基配列データベース . . . 403 ゲノム計画とデータベース . . . 404 タンパク質ファミリー分類 . . . 404 アノテーション . . . 406 配列モチーフ . . . 407 立体構造・立体構造分類データベース 立体構造データベース . . . 409 立体構造分類データベース . . . 410 ゲノム関連データベース ゲノムデータベース . . . 412 モデル生物データベース . . . 412 プロジェクトベースのアノテーション . . . 413 比較ゲノムデータベース . . . 414 転写関連データベース 転写調節データベース . . . 417 発現データベース . . . 417 発現情報の標準化 . . . 418 医学関連データベース 遺伝子多型データベース . . . 420 疾患データベース . . . 421 突然変異データベース . . . 421 パスウェイデータベース 代謝系データベース . . . 423 酵素反応分類 . . . 424 シグナル伝達系データベース. . . 425 2項関係データベース . . . 425 相互作用データベース . . . 426 その他のデータベース 化合物データベース . . . 428 系統データベース . . . 429文献データベースとその利用 医学生物学文献データベース. . . 431 その他の文献データベース . . . 431 文献からの知識抽出 . . . 431 専門用語の抽出 . . . 432 データベースの統合とオントロジー 統合データベース . . . 433 遺伝子機能オントロジー . . . 434 その他のオントロジー . . . 435 第
8
章配列解析
塩基配列解析 塩基配列解析序論 . . . 438 繰り返し配列発見 . . . 439 遺伝子発見. . . 440 非コードRNA遺伝子発見 . . . 443 偽遺伝子の推定 . . . 444 プロモーター解析 . . . 445 系統フットプリント法 . . . 446 原核生物のターミネーター解析. . . 447 ポリ(A)付加部位の予測. . . 448 翻訳開始点の予測 . . . 449 RNAスプライシング解析 . . . 450 DNA構造の配列依存性 . . . 452 RNA二次構造予測 . . . 453 コドン使用頻度解析 . . . 456 アミノ酸配列解析 アミノ酸配列解析序論 . . . 458 アミノ酸組成 . . . 459 低複雑性領域 . . . 460 アミノ酸特性の数値化 . . . 461 抗原決定基の予測 . . . 462 二次構造予測 . . . 463 立体構造予測 . . . 467 フォールド認識 . . . 469 ドメイン構造予測 . . . 471 相互作用の予測 . . . 472 膜タンパク質の構造予測 . . . 474 細胞内局在化の予測 . . . 476 翻訳後修飾部位の予測 . . . 477 分解シグナルの予測 . . . 478配列比較 ドットマトリックス図 . . . 479 スコア付け体系 . . . 479 PAM行列 . . . 481 BLOSUM行列 . . . 482 ギャップペナルティ . . . 482 動的計画法（配列解析における） . . . 483 ペアワイズアラインメント . . . 486 Needleman-Wunsch法 . . . 487 ベイジアンアラインメント . . . 488 統計的アラインメント作成法. . . 489 局所アラインメント . . . 490 Smith-Waterman法 . . . 490 有意性判定の統計学 . . . 491 Karlin-Altschul統計 . . . 493 ホモロジー検索 . . . 494 専用計算機，チップ . . . 495 FASTA . . . 495 フィルタリング . . . 496 BLAST . . . 497 プロファイルアラインメント. . . 499 PSI-BLAST . . . 500 ゲノム比較用高速アルゴリズム. . . 501 多重アラインメント . . . 502 ClustalW . . . 505 プロファイル対プロファイルアラインメント . . . 506 配列特徴抽出技術 アラインメントからの情報抽出. . . 508 サイトのスコアリング . . . 508 進化トレース法 . . . 510 サイト間相関 . . . 511 共通モチーフ抽出問題 . . . 512 ギブスサンプリング . . . 514 モチーフ解析 . . . 514 位置特異的スコア行列，重み行列 . . . 516 ウェイト付け . . . 517 擬似度数 . . . 517 プロファイルHMM . . . 518 配列ロゴ . . . 519 配列エディタ . . . 520 ストリングカーネル法 . . . 520 第
9
章ゲノム遺伝解析
ゲノム遺伝解析序論 . . . 523遺伝学 質的形質の遺伝 . . . 524 染色体と遺伝 . . . 526 連鎖 . . . 527 量的形質の遺伝 . . . 529 集団遺伝学 自然突然変異率 . . . 531 遺伝的多型. . . 531 Hardy-Weinbergの法則 . . . 532 遺伝子頻度の定向的変化 . . . 533 遺伝子頻度の機会的変動 . . . 534 遺伝子頻度分布 . . . 535 集団の構造と分化 . . . 536 集団遺伝学の応用的側面 . . . 537 進化学 進化論 . . . 539 生命の起源. . . 540 共生説 . . . 541 分岐進化と収斂進化 . . . 541 種の定義 . . . 542 遺伝子重複. . . 543 オーソロガス，パラロガス . . . 544 エキソンシャフリング . . . 545 タンパク質機能分化の進化機構. . . 545 多重遺伝子族の協調進化 . . . 546 ゲノムの進化 ゲノム構造の進化 . . . 548 C値/G値パラドックス . . . 549 ゲノムサイズの進化 . . . 550 繰り返し構造 . . . 550 シンテニー. . . 551 GC含量 . . . 552 アイソコア. . . 552 遺伝子の水平伝達 . . . 553 遺伝子の並び順 . . . 554 機能遺伝子の置換 . . . 554 トランスポゾンによる進化 . . . 555 ゲノム比較. . . 557 ゲノムアラインメント . . . 558 ゲノムリアレンジメント . . . 559 タンパク質間相互作用による選択圧 . . . 561 分子進化学 共進化を利用したタンパク質ネットワーク解析. . . 563
塩基置換のモデル . . . 564 同義置換と非同義置換 . . . 565 非コード領域における置換 . . . 566 欠失と挿入. . . 566 アミノ酸配列の進化的変化 . . . 567 アミノ酸置換のモデル . . . 568 分子時計仮説 . . . 569 進化速度の解析 . . . 570 分子進化速度の変動と不均質性. . . 571 系統樹の種類と作成 . . . 572 距離行列法. . . 573 最大節約法. . . 575 最尤法 . . . 576 ベイズ推定. . . 578 枝の長さの推定 . . . 580 ブートストラップ解析 . . . 581 レティキュレーション . . . 583 祖先配列の推定 . . . 584 遺伝子系図. . . 585 遺伝統計学 多型マーカー . . . 587 疾患感受性遺伝子 . . . 587 連鎖解析 . . . 588 罹患同胞対連鎖解析 . . . 589 家系分析，家系矛盾 . . . 589 継承ベクトル . . . 590 単点解析，多点解析 . . . 591 パラメトリック連鎖解析 . . . 593 ノンパラメトリック連鎖解析. . . 594 伝達不平衡テスト . . . 595 第
10
章立体構造解析
立体構造解析序論 . . . 598 立体構造表現 座標表現 . . . 599 表面解析 . . . 599 分子グラフィックス . . . 600 コンタクトマップ . . . 601 φ ψマップ . . . 602 構造の粗視化表現 . . . 603 二次構造要素の同定 . . . 603 立体構造比較 立体構造の重ね合せ . . . 605構造アラインメント . . . 605 二重動的計画法 . . . 606 DALI . . . 607 組合せ拡張法 . . . 608 二次構造要素レベルでの比較. . . 609 幾何学的ハッシング . . . 610 局所的類似性のクラスタリング. . . 612 構造の多重比較 . . . 613 立体構造の分類 ドメインの階層的な分類 . . . 614 立体構造のクラス . . . 614 フォールドとスーパーフォールド . . . 615 タンパク質間相互作用の解析 タンパク質間相互作用の分類. . . 616 タンパク質間相互作用の機構. . . 616 相互作用に関連するアミノ酸残基 . . . 618 立体構造のモデリング ホモロジーモデリング . . . 619 主鎖のモデリング . . . 619 側鎖のモデリング . . . 620 構造エネルギー計算 力場 . . . 621 経験的ポテンシャル関数 . . . 623 構造エネルギー最適化法 . . . 624 電子状態計算 . . . 626 タンパク質のシミュレーション法 分子動力学法，モンテカルロ法. . . 629 基準振動解析 . . . 631 量子分子動力学法 . . . 633 ランジュバン・ブラウン動力学法 . . . 634 陰溶媒モデル . . . 636 拡張アンサンブル法 . . . 638 熱力学的摂動法 . . . 639 タンパク質の動的構造解析 水和と構造安定化 . . . 642 折りたたみシミュレーション. . . 643 折りたたみの機構 . . . 644 折りたたみのモデル . . . 645 ab initio法 . . . 646 非天然状態の構造解析 . . . 647 膜タンパク質のダイナミクス. . . 649 ドッキングシミュレーション. . . 650
低分子/生体高分子の構造生成 . . . 650 経験的方法. . . 652 非経験的方法 . . . 654 SBDD. . . 655 弾性ネットワークモデル . . . 656 ゆらぎと実験観測量 . . . 657 第
11
章生命システム解析
序論：システム生物学 . . . 661 生命システムの階層構造と記述法 基本部品と相互作用ネットワーク . . . 662 化学反応ネットワーク . . . 663 遺伝子発現制御ネットワーク. . . 663 分子間相互作用ネットワーク. . . 665 生体内情報伝達機構 . . . 667 生態系 . . . 668 生命と地球の共進化 . . . 669 ネットワーク構造解析 グラフ構造比較 . . . 671 化合物の化学構造比較 . . . 671 糖鎖構造比較 . . . 673 パスウェイ比較 . . . 674 グラフカーネル . . . 675 発現データのクラスタリング. . . 676 オーソログ遺伝子クラスター. . . 679 生体ネットワークの計算 . . . 680 ネットワークモジュール . . . 682 スケールフリーネットワーク. . . 682 ネットワーク推定 化学反応ネットワーク推定 . . . 685 反応経路計算 . . . 685 ゲノム情報からの代謝系再構築. . . 686 発現データからの遺伝子ネットワーク推定 . . . 688 ブーリアンネットワーク . . . 689 ベイジアンネットワーク . . . 690 グラフィカルガウシアンモデリング . . . 692 Sシステム . . . 694 連立微分方程式系 . . . 695 タンパク質間相互作用ネットワーク . . . 696 実験データからのネットワーク推定 . . . 697 ゲノム比較によるネットワーク推定 . . . 698 確率モデルによるネットワーク推定 . . . 700 カーネル統計解析 . . . 701シミュレーション 生化学システム理論 . . . 704 生化学反応シミュレーション. . . 706 遺伝子回路解析 . . . 707 代謝流束解析 . . . 709 確率モデル. . . 711 細胞シミュレーション . . . 712 ロバストネス解析 . . . 713 微分方程式系のシステム解析. . . 715 代謝制御解析 . . . 716 複雑系 カオス . . . 718 フラクタル. . . 720 人工生命 . . . 721 和文索引 . . . 724 欧文索引 . . . 762 略語索引 . . . 803 〈各項文末・参照項目の章タイトルの略記〉 第 1 章 統計科学………統計 第 7 章 データベース………DB 第 2 章 情報科学………情報 第 8 章 配列解析………配列 第 3 章 物理科学………物理 第 9 章 ゲノム遺伝解析……ゲ遺 第 4 章 生物科学………生物 第 10 章 立体構造解析………立体 第 5 章 医学薬学………医薬 第 11 章 生命システム解析…生シ 第 6 章 実験支援………実験
