Bracken

정의

Bracken(Bayesian Reestimation of Abundance with KrakEN)은 메타게놈(Metagenomics) 데이터에서 미생물 종(Species)이나 속(Genus) 수준의 상대적 풍부도(Abundance)를 고정밀로 재추정해 주는 생물정보학 통계 도구입니다.

주로 매우 빠른 서열 분류기인 Kraken2 의 분석 결과를 바탕으로, 더 정확한 미생물 군집 비율을 계산하는 데 사용됩니다.

개발 배경 및 목적

Kraken 알고리즘은 DNA 서열을 데이터베이스와 비교해 가장 잘 맞는 분류군에 매우 빠르게 할당하지만, 여러 종이 유사한 서열을 공유할 경우 종(Species) 단위가 아닌 상위 계통(예: 속, 과)으로 서열을 뭉뚱그려 분류하는 한계가 있습니다.

Bracken은 이러한 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다. Kraken이 1차적으로 분류한 결과를 가져와 상위 계통으로 할당된 서열들을 베이지안(Bayesian) 통계 기법을 사용해 다시 하위 종 단위로 정확하게 재분배하여 실제 군집 비율을 추정합니다.

핵심 작동 원리

Bracken은 데이터베이스 내의 유전체들이 서로 얼마나 동일한 서열을 공유하고 있는지에 대한 사전 확률 정보를 활용합니다.

서열이 종(Species)보다 높은 상위 노드에 할당된 경우 해당 서열들을 하위 종 노드들로 확률적으로 분배하며, 반대로 균주(Strain) 수준으로 할당된 서열들은 상위인 종 노드로 끌어올려 통합합니다.

이를 통해 샘플 내에 유전적으로 매우 유사한 여러 종이 섞여 있더라도 각 종의 정확한 서열 수와 비율을 계산해 낼 수 있습니다.

주요 특징

• 여러 유사 종이 존재하는 복잡한 메타게놈 샘플에서도 종 및 속 수준의 풍부도를 정확하게 추정합니다.
• 연구자의 목적에 따라 종, 속, 문 등 원하는 분류학적 수준을 지정하여 결과를 도출하는 유연성을 제공합니다.
• 분류 속도가 압도적으로 빠른 Kraken 파이프라인에 이어서 실행되므로 전체 대용량 데이터의 분석을 신속하게 처리할 수 있습니다.