Ensembl Database

何时使用

适用：

• 按基因符号或 Ensembl 稳定 ID 取官方基因/转录本注释（稳定 ID、biotype、基因组坐标）。
• 在标识符命名空间间转换：HGNC 符号 ↔ Ensembl ID ↔ RefSeq ↔ UniProt。
• 取基因或转录本的基因组 / cDNA / CDS / 蛋白序列。
• 用 VEP 预测一批 SNP（HGVS 或 rsID）的功能后果与影响等级。
• 查询某基因组区间的调控特征（启动子、增强子、CTCF）。
• 跨物种比较基因组：同源（ortholog/paralog）、基因树。

不该用（负边界）：

• 大规模本地离线注释 → 用 pyensembl，避免高频打 REST。
• 通路/代谢注释 → 用 kegg-database 或 reactome-database。
• NCBI RefSeq/GenBank 主导的检索 → 用 Biopython 的 Entrez。

步骤

1. 装依赖：pip install requests（联网即可，无需 API Key）。
2. 选端点：单条用 GET /lookup/...，多条务必用 POST 批量端点。
3. 区间查询固定 assembly（coord_system_version=GRCh38；GRCh37 用 grch37.rest.ensembl.org）。
4. 控速 ≤ ~15 req/s；循环里加 time.sleep(0.1)，优先批量。
5. 落地为 DataFrame/CSV，必要时用 joblib.Memory 缓存。

指令

通用封装与基址：

import requests, json
BASE = "https://rest.ensembl.org"
HEADERS = {"Content-Type": "application/json"}

def ensembl_get(endpoint, params=None):
    r = requests.get(f"{BASE}{endpoint}", headers=HEADERS, params=params)
    r.raise_for_status()
    return r.json()

按符号查基因（expand=1 展开转录本）：

gene = ensembl_get("/lookup/symbol/homo_sapiens/TP53", params={"expand": 1})
print(gene["id"], f'{gene["seq_region_name"]}:{gene["start"]}-{gene["end"]}',
      gene["biotype"], len(gene.get("Transcript", [])))

按稳定 ID 查（基因/转录本/蛋白通用）：GET /lookup/id/ENSG00000141510。

批量符号查询（POST，最多约 1000 条）：

r = requests.post(f"{BASE}/lookup/symbol/homo_sapiens",
                  headers=HEADERS,
                  data=json.dumps({"symbols": ["BRCA1","BRCA2","TP53","EGFR","MYC"]}))

取序列（蛋白需 Content-Type: text/plain）：

r = requests.get(f"{BASE}/sequence/id/ENST00000269305",
                 headers={"Content-Type": "text/plain"},
                 params={"type": "protein"})  # type: genomic|cDNA|CDS|protein
seq = r.text

区间基因组序列：GET /sequence/region/human/17:43044295..43125364?coord_system_version=GRCh38。

交叉引用（ID 映射）：GET /xrefs/id/ENSG00000141510，按 dbname 分组取 HGNC、RefSeq_gene_name、Uniprot_gn、MIM_gene。

VEP 变异注释（HGVS 批量，POST）：

r = requests.post(f"{BASE}/vep/human/hgvs", headers=HEADERS,
                  data=json.dumps({"hgvs_notations": ["17:g.43094692C>T","13:g.32929387C>T"]}))
for v in r.json():
    for tc in v.get("transcript_consequences", []):
        if tc.get("canonical") == 1:  # 取规范转录本，最具生物学意义
            print(v["input"], tc.get("gene_symbol"), tc.get("impact"),
                  tc.get("consequence_terms"))

按 rsID 注释：GET /vep/human/id/rs699。

调控特征：GET /overlap/region/human/17:43044000-43126000?feature=regulatory（feature 也可为 gene/transcript/variation）。

跨物种同源：GET /homology/symbol/human/TP53?target_species=mus_musculus&type=orthologues。

示例

符号 → Ensembl ID 映射表：

import pandas as pd
symbols = ["EGFR","KRAS","BRAF","PIK3CA","PTEN","AKT1","MYC","RB1"]
r = requests.post(f"{BASE}/lookup/symbol/homo_sapiens", headers=HEADERS,
                  data=json.dumps({"symbols": symbols}))
data = r.json()
df = pd.DataFrame([{"symbol": s,
                    "ensembl_id": d["id"] if d else None,
                    "chrom": d["seq_region_name"] if d else None}
                   for s, d in data.items()])
df.to_csv("symbol_to_ensembl.csv", index=False)

变异注释流水线（输出规范转录本后果到 CSV）：

def vep_batch(hgvs):
    r = requests.post(f"{BASE}/vep/human/hgvs", headers=HEADERS,
                      data=json.dumps({"hgvs_notations": hgvs}))
    r.raise_for_status(); return r.json()

records = []
for ann in vep_batch(["17:g.43094692C>T","17:g.43063873A>G","13:g.32929387C>T"]):
    for tc in ann.get("transcript_consequences", []):
        if tc.get("canonical") == 1:
            records.append({"variant": ann["input"], "gene": tc.get("gene_symbol"),
                            "consequence": ",".join(tc.get("consequence_terms", [])),
                            "impact": tc.get("impact"), "biotype": tc.get("biotype")})
pd.DataFrame(records).to_csv("vep_results.csv", index=False)

区间基因重叠（如 GWAS 位点）：GET /overlap/region/human/17:43044295-43125364?feature=gene&biotype=protein_coding。

注意事项

关键概念：

• 稳定 ID 带可选版本后缀（ENSG00000141510.17）；前缀区分 ENSG/ENST/ENSP/ENSE，跨版本尽量保留。
• 人类装配：当前 GRCh38，旧版 GRCh37 走 grch37.rest.ensembl.org；区间查询务必指明 assembly。

最佳实践：

• 多条一律走批量 POST，循环单查极易触发限速。
• 仅需坐标/biotype 时用 expand=0，载荷更小更快。
• 开发期用 joblib.Memory("cache/") 缓存查询结果。

常见报错排查：

• 429 Too Many Requests：超 ~15 req/s → 加 time.sleep(0.1)、改批量。
• VEP 400 Bad Request：HGVS 格式错 → 校验 chr:g.posREF>ALT（如 17:g.43094692C>T）。
• Gene not found：符号不在库或物种名错 → 符号查询用 homo_sapiens 而非 human。
• 区间返回错基因：assembly 不匹配 → 固定 coord_system_version=GRCh38 或换 GRCh37 域名。
• 旧 ID 无法解析：已退役 → GET /archive/id/{id} 取当前映射。
• 503 Service Unavailable：维护中 → 稍后重试，查 status.ensembl.org。

互见

• pyensembl：本地离线大规模基因组注释（替代高频 REST）。
• kegg-database / reactome-database：通路与代谢/富集注释。
• gget：封装 Ensembl 及 20+ 数据库的 CLI/Python 速查。
• Biopython Entrez：NCBI RefSeq/GenBank 替代检索。

参考：Ensembl REST API（rest.ensembl.org）、稳定 ID 指南、VEP 文档。

采编自 jaechang-hits/SciAgent-Skills（CC-BY-4.0）。