ライフサイエンスデータベース統合推進事業（統合化推進プログラム）
研究開発実施報告書 様式

研 究 開 発 実 施 報 告□概要
研究開発課題名

物質循環を考慮したメタボロミクス情報基盤

開発対象データベー
スの名称（URL）

MetaboBank(https://mb.ddbj.nig.ac.jp)

研究代表者氏名

有田 正規

所属・役職

情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所 教授 (2021 年 3 月時点)

□目次
§1. 研究実施体制 ....................................................... 2§2. 研究開発対象とするデータベース・ツール等 .............. 3③

口頭講演 .................................................. 9（1）データベース一覧 ................................................ 3④

ポスター発表 ............................................. 9（2）ツール等一覧 ...................................................... 3§3. 実施内容 ............................................................. 4（1）本年度の研究開発計画と達成目標 ......................... 4（2）進捗状況 ............................................................ 5§4. 成果発表等 .......................................................... 8（1）原著論文発表...................................................... 8（4）知的財産権の出願 （国内の出願件数のみ公開） .... 10①出願件数 ................................................ 10②一覧 ...................................................... 10（5）受賞・報道等 ..................................................... 10①受賞 ...................................................... 10①論文数概要............................................... 8②メディア報道 ............................................ 10②論文詳細情報 ........................................... 8③

その他の成果発表 ................................... 10（2） その他の著作物（総説、書籍など） ......................... 9（3） 国際学会および国内学会発表 ............................. 9①

概要 ........................................................ 9②

招待講演 .................................................. 9§5. 研究開発期間中に主催した活動（ワークショップ等） ... 10
1. 進捗ミーティング ................................................. 10
2. 主催したワークショップ、シンポジウム、アウトリーチ活動
等 ......................................................................... 11©2020 有田 正規(情報・システム研究機構) licensed under CC表示4.0国際§1. 研究実施体制
グループ名

研究代表者または主たる共同研究者
氏名

遺伝研

有田 正規

理研

福島 敦史

かずさ

平川 英樹

奈良先

金谷 重彦

所属機関・役職名

情報システム研究機構
国立遺伝学研究所・教授
理化学研究所環境資源科学研究センター・研究員
かずさDNA研究所・ゲノム情報解析施設・施設長
奈良先端大学院大学
情報科学領域・教授

研究題目

メタボローム・リポジトリの開設と運用

植物データアノテーション高度化

食品データアノテーション高度化

生理活性オントロジーの構築§2. 研究開発対象とするデータベース・ツール等（1）データベース一覧【主なデータベース】
No.

URL

別称・略称
メタボバンク

http://mb.ddbj.nig.ac.jp

1

名称
KNApSAcK

別称・略称
ナップザックkanaya.naist.jp/KNApSAcK/

2

食レポ

3

RIKEN Plant Metabolomics MetaDatabase(RIKEN PMM)

食 品 メ タ ボロ ー
ムレポジトリ理 研 植 物 メタ ボ
ロ ミ ク ス メタ データベース

1

名称
MetaboBank【その他のデータベース】
No.

URL
http://metabolites.in/foods/
http://metabobank.riken.jp/

45（2）ツール等一覧
No.

1
2
3名称
MS-DIAL
MS-FINDER
PowerGetBatch

別称・略称

URL
http://prime.psc.riken.jp/Metabolomics_Software/
http://www.kazusa.or.jp/komics/software/PowerGetBatch§3. 実施内容（1）本年度の研究開発計画と達成目標[遺伝研グループ]
リポジトリデータの MetabolomeXchange 登録と国際連携収集したスタディのメタデータを国際インデクスである MetabolomeXchange に登録した。しかしその動作が遅く便利とは言い難いため、「食品メタボロームリポジトリ」（食レポ）や「理研植物メタボロームメタデータベース」（PMM）といった自前の検索・公開サービスを充実させている。欧州の MetaboLights
リポジトリとは連携を続けているが令和２年度に予定した合同ワークショップ等は新型コロナウイルスのために中止となった。令和３年度以降に、合同ワークショップを企画する予定である。
リポジトリの支援体制構築
MetaboBank は遺伝研のデータベース事業として正式承認され、恒久的なデータのアーカイビングを実現した。事務局を担うスタッフは現在本予算で雇用しているが、DDBJ キュレータのメンバーとしても活動している。ただし現在公開する MetaboBank サーバ・システムは大幅な改訂が必要となるため、関連企業や関連研究組織に対する有償化サービスはまだ計画できていない。
[かずさおよび理研グループ]
植物二次代謝物や食品のスペクトルライブラリを構築
MetaboBank に収録されたデータの再解析を通して、生理活性のある化合物同定に役立てることができた。かずさと理研を中心に 2019 年度に構築した「理研 PMM」は検索インターフェースを充実させた。理研 PMM は植物に特化しているため、別途「食品メタボロームリポジトリ」を準備し、様々な検索機能を充実させた。両システムから、MetaboBank の生データを利用した解析の重要性を国内外に発信している。
[奈良グループ]
メタ代謝マップを用いた植物共生系の解析
KNApSAcK データベースを充実させ、生物活性の情報を整理してオントロジーとした。また代謝物全体を俯瞰するため、植物に限らない生物種から代謝物情報を収集しており、これらの代謝物が複数種の共生によって合成・利用される事例を蓄積している。

（2）進捗状況[遺伝研グループ]
MetaboBank リポジトリおよび入力エディタの開発
DDBJ サービスの一環として 2020 年 10 月にMetaboBank の公開を開始した（Fig.1）。
初期データには理研およびかずさグループで整理してきた情報を収載し、塩基配列とは重ならないアクセッション番号を付与する規則を整備した。
開発状況は EBI/NCBI にも適時連絡した。
デー
タの登録は DDBJ 統合アカウントシステムを通して実施する形態をとる。同アカウントシステム
はゲノム等、他のデータ投稿も可能なデザイン

Figure 1で、現在も改訂が継続中である。
現行の MetaboBank システムでは論文投稿時のMetaboBank のトップページ

http://mb.ddbj.nig.ac.jp

レビュー用公開 URL 設定や、一般公開への切り替え操作をユーザ自身が設定する形になっている。一般
公開を選択した場合に DDBJ の担当キュレータが内容を確認して必要項目が正しく入力されていることを確認するが、いつまでも作成中で残る情報の扱いや、データ撤回要求に対する規則等が未整備である。今後は遺伝研のキュレータが流れ作業で情報処理できる必要があり、改善点が多々残されている。
現在のデータ登録は「MetaboBank エディタ」と呼ぶ Microsoft Excel のマクロを用いる形式である。
ユーザにとって大変親切な設計になってはいるが、複雑なシステムをどうメンテナンスするかという問題も抱えるため、残りの研究実施期間で入力形式の再検討も実施する。
国際的な汎用メタボローム・リポジトリ MetaboLights と MetabolomicsWorkbench との違いは、国際メタボロミクス学会の標準イニシアティブ（MSI)が推奨するガイドラインを満たすほどメタデータが詳しい点である。
Metabolonote からのデータ移行
上記 MetaboBank のメタデータとして、これまで Metabolonote に記載されていた事項の移行は完了した。ただし適切な食品オントロジーがないために、食品関連のみ MetaboBank への移行が完全には進んでいない。食品部分は 2021 年度に移行を完了する予定である。

[かずさおよび理研グループ]「理研メタボロームメタデータベース」のアップデート
MetaboBank の初期データ（生データおよび解析済みデータ）
は、「理研 PMM」の公開内容をフォーマット変換して作成している（Fig. 2）。今後は MetaboBankが恒久的なリポジトリとなるため、理研 PMM の位置づけは逆転
し、MetaboBank データのうち理研やかずさで取得したものを使Figure 2 理研メタボロームメタデータベース（理研 PMM)

いやすく検索できるシステムとなる。
2021 年 5 月時点では 63 件の理研データセットおよび 88 件のかずさ DNA 研データセット（ただし植物種のみ）を公開している。かずさグループは、データの再解析用に Java で開発されたソフトウェア
PowerGetBatch を使うコマンドラインを工夫し，サーバにおける大量処理パイプラインを構成した。これを用いて大量データを再解析している。
食品メタボローム・リポジトリの構築
MetaboBank より 2021 年度公開予定のデータから 222 食品について利用可能にしたシステムが「食レポ」である。HMDB や LipidMaps など各種データベースへの検索機能を充実させ、精密質量やスペクトルで食品データを検索すると、そのヒット結果が KNApSAcK を含むデータベースに存在するか一目でわかるようになった。またピークエリアから代謝物量を評価する機能も充実させ、様々な利用法について多く発表した。
MS-DIAL の開発
Version 4.0 を発表し、代表的なスペクトルをもとに脂肪酸の長さを変更した理論スペクトル・ライブラリを 117 脂質クラスについて作成した。脂質クラスの分類や名称は脂質の国際コンソーシアムと連携して標準化し、それらの存在分布をマウス臓器および培養細胞について検証して，国際共著論文として発表した。

[奈良グループ]
代謝物情報の蓄積と活性オントロジーの整理
KNApSAcK Core DB の開発を継続し 2021 年 4 月
8 日現在、56929 代謝物、24249 種の生物に対する
135,156 組の生物種-代謝物の関係 KNApSAcK Core
DB に格納した。2020 年度には植物科における代表植物を１件ずつ選び、少なくとも 100 代謝物を蓄積する作業を実施した。これらの代謝物情報をもとに、オントロジーを作成し、活性情報の集積を、KNApSAcK Metabolite Activity DB として進めた。
2020 年時点、活性種として 10852 件の代謝物と活性の関係を整理し，140 の包括的活性種情報に分類した。メタボローム研究では、通常 50 程度の代謝物に関わる遺伝子発現、代謝経路解析がなされることが多い。植物に限ってみると、KNApSAcK Core
DB に登録された植物種について、植物におけるすべての分類目に分布するに至っており、植物メタボローム研究における中核 DB としての役割を担っている。本 DB を公開したときの学術論文(Plant
Cell Physiol., 53: e1, 2012)は、5%最多引用論文として評価されており、たゆまないデータ蓄積(a) 被子植物が高く評価されている。植物メタボローム以外に
つ い て も 、 ヒ ト (347 種 ) 、 海 洋 生 物 と し て は
Alcyonacea 属(124 種)など 4 種、カビ類ではAspergillus(583 種), Penicillium 属(569 種)など 6 種、細菌類では Storeptomyces 属(1903 種)を含む 7 属について 80 以上の代謝物が蓄積されている。 植物についてみると、198 の被子植物属については、80 以上の代謝物数が蓄積されるに至っている。これらの植物属は 36 種の分類目に帰属される(図 1)。さらに、植物界全体では 230 種の植物属について代謝物の充実を図るに至っている。

(b)

植物界

図１．KNApSAcK Core DB における 100 程度格納されている植物属レベルの帰属数,( )は 100 程度が格納されている植物属の数を示す。

§4. 成果発表等（1）原著論文発表① 論文数概要
種別

国内外

件数

国内（和文）

0件

国際（欧文）

10 件

未発行論文

国内（和文）

0件(accepted, in press 等)

国際（欧文）

0件

発行済論文② 論文詳細情報(直接的な成果論文のほかに開発対象データベースを利用した間接的な成果論文を含む場合があります)

1.

Hiroshi Tsugawa, Kazutaka Ikeda, Mikiko Takahashi, Aya Satoh, Yoshifumi Mori, Haruki Uchino, Nobuyuki Okahashi, Yutaka Yamada, Ipputa Tada, Paolo Bonini, Yasuhiro Higashi, Yozo Okazaki, Zhiwei Zhou, Zheng-Jiang Zhu, Jeremy Koelmel, Tomas Cajka, Oliver Fiehn, Kazuki Saito, Masanori Arita, Makoto Arita, “A lipidome atlas in MS-DIAL 4.”, Nature biotechnology, vol. 38, No. 10, pp.1159-1163, 2020 (DOI: 10.1038/s41587-020-0531-2; PMID：32541957).
2. Ipputa Tada, Romanas Chaleckis, Hiroshi Tsugawa, Isabel Meister, Pei Zhang, Nikolaos Lazarinis, Barbro Dahlen, Craig E Wheelock, Masanori Arita. “Correlation-Based Deconvolution (CorrDec) To Generate High-Quality MS2 Spectra from Data-Independent Acquisition in Multisa
mple Studies.”, Analytical chemistry, vol. 92, No. 16, pp 11310-11317, 2020 (DOI: 10.1021/a
cs.analchem.0c01980; PMID：32648737)
3. Katsuya Ohbuchi, Nozomu Sakurai, Hiroyuki Kitagawa, Masaru Sato, Hideyuki Suzuki, Hirotaka Kushida, Akinori Nishi, Masahiro Yamamoto, Kazuhiro Hanazaki, Masanori Arita. “Differential annotation of converted metabolites (DAC-Met): Exploration of Maoto (Ma-huang-tang)-derived metabolites in plasma using high-resolution mass spectrometry”, Metabolomics, vol. 16, No. 5, pp 63-na, 2020 (DOI: 10.1007/s11306-020-01681-3).
4. Ili Nadhirah Jamil, Juwairiah Remali, Kamalrul Azlan Azizan, Nor Azlan Nor Muhammad, Masanori Arita, Hoe-Han Goh, Wan Mohd Aizat, “Systematic Multi-Omics Integration (MOI) App
roach in Plant Systems Biology.”, Frontiers in plant science, vol. 11, No. na, pp 944-944, 20
20 (DOI: 10.3389/fpls.2020.00944; PMID：32754171)
5. Kusano M, Fukushima A, Tabuchi-Kobayashi M, Funayama K, Kojima S, Maruyama K, Yamam
oto YY, Nishizawa T, Kobayashi M, Wakazaki M, Sato M, Toyooka K, Osanai-Kondo K, Utsumi Y, Seki M, Fukai C, Saito K, Yamaya T, “Cytosolic GLUTAMINE SYNTHETASE1;1 ModulatesMetabolism and Chloroplast Development in Roots”, Plant Physiology, vol. 182, No. 4, pp 1894-1909, 2020 (DOI: 10.1104/pp.19.01118)
6. Hiraga Y, Ara T, Nagashima Y, Shimada N, Sakurai N, Suzuki H, Kera K, “Metabolome analys
is using multiple data mining approaches suggests luteolin biosynthesis in Physcomitrella patens”, Plant Biotechnology, vol. 37, No. 3, pp 377-381, 2020 (DOI: 10.5511/plantbiotechnol
ogy.20.0525b)
7. Utsumi Y, Tanaka M, Utsumi C, Takahashi S, Matsui A, Fukushima A, Kobayashi M, Sasaki R,Oikawa A, Kusano M, Saito K, Kojima M, Sakakibara H, Sojikul P, Narangajavana J, Seki M,“Integrative omics approaches revealed a crosstalk among phytohormones during tuberous r
oot development in cassava”, Plant Molecular Biology, vol. na, No. na, pp 0-0, 2020 (DOI: 1
0.1007/s11103-020-01033-8)
8. Hossain SF, Huang M, Ono N, Morita A, Kanaya S, Altaf-Ul-Amin M, “Development of a biomarker database toward performing disease classification and finding disease interrelations”,
Database (Oxford) , vol. na, No. na, pp 0-0, 2020 (DOI: 10.1093/database/baab011)
9. Higa Y, Kim YS, Altaf-Ul-Amin M, Huang M, Ono N, Kanaya S, “Divergence of metabolites inthree phylogenetically close Monascus species (M. pilosus, M. ruber, and M. purpureus) bas
ed on secondary metabolite biosynthetic gene clusters”, BMC Genomics, vol. 21, No. 1, pp 679, 2020 (DOI: 10.1186/s12864-020-06864-9)
10. Desmet S, Saeys Y, Verstaen K, Dauwe R, Kim H, Niculaes C, Fukushima A, Goeminne G, Vanholme R, Ralph J, Boerjan W, Morreel K., “Maize specialized metabolome networks reveal

organ-preferential mixed glycosides”, Computational and Structural Biotechnolgy, vol. 19, No.
na, pp 1127-1144, 2020 (DOI: 10.1016/j.csbj.2021.01.004)（2） その他の著作物（総説、書籍など）該当なし。
（3） 国際学会および国内学会発表
① 概要
種別

招待講演
口頭発表
ポスター発表

国内外件数

国内

5件

国際2件

国内

0件

国際0件

国内

1件

国際0件

② 招待講演〈国内〉
1. 金谷重彦 「コロナの時代の食品データサイエンス、データベースの体系化、深層学習」日本バイオイン
フォマティクス学会年会、9/2, 2020、オンライン
2. 櫻井望 「有望な未知成分をトップダウンに探索するための古くて新しいデータ基盤」名古屋大学×島津製作所 最新質量分析 Webinar Bioinformatics が拓く、質量分析の夜明け ‐ 質量分析と Bioinformatics の融合からみえる世界‐ 2021 年 2 月 17 日
3. 櫻井望 「未活用な植物特化代謝成分を トップダウンに探索するための データ基盤の構築」 日本植物生理学会年会 シンポジウム 2021 年 3 月 15 日
4. 櫻井望 「有用な化合物を トップダウンに探索するための メタボロームデータ基盤の構築」 日本分析化学会 表示・起源分析技術研究懇談会 第 24 回講演会 2021 年 3 月 17 日
5. 櫻井望 「食品成分の網羅解析（高付加価値化ツール）」 2020 年度グローカル化のための SDGs 勉
強会 2021 年 3 月 26 日
〈国際〉
1. Masanori Arita “Computational Aspects in Metabolomics and Lipidomics” Virtual Podium inMetabolomics and Lipidomics in Asia Pacific region (online) 2020 年 11 月 13 日
2. Masanori Arita “Computational aspects in metabolomics” Online Lecture at INBIOSIS, Malaysia,
Mar 26, 2021
③ 口頭講演〈国内〉
1. 有田正規 「メタボバンク」 分子生物学会年会フォーラム（NBDC 企画） 2020 年 12 月 2 日④ ポスター発表〈国内〉
1. 長崎英樹、植物・食品メタボローム解析メタデータの RDF 化および測定生データの再解析に向けて、トーゴーの日シンポジウム 2020、オンライン開催、2020 年 10 月 5 日〈国際〉該当なし。

（4）知的財産権の出願① 出願件数
種別

特許出願件数

国内0件

国外0件
0件

その他の知的財産出願② 一覧
国内出願該当なし。
海外出願該当なし。
その他の知的財産権該当なし。

（5）受賞・報道等① 受賞
1. 理研 CSRS 奨励賞、高橋みき子，山田豊、2020 年 6 月 10 日
2. 理研梅峰賞，津川裕司，2020 年 3 月 12 日 https://www.riken.jp/pr/news/2020/20200319_1/in
dex.html
3. 国立遺伝学研究所森島奨励賞, 多田一風太, 2020 年 9 月 29 日
4. 総合研究大学院大学研究科長賞, 多田一風太, 2020 年 9 月 29 日
② メディア報道該当なし。
③ その他の成果発表該当なし。

§5. 研究開発期間中に主催した活動（ワークショップ等）
1. 進捗ミーティング
年月日

名称

場所

参加人数

目的・概要

2020 年4 月 21 日

チーム内ミーティング
（非公開）

オンライン
開催

9人

2020 年5 月 21 日
2020 年6 月 25 日2020 年8 月 24 日
2020 年
11 月 19 日
2021 年1 月 15 日
2021 年

チーム内ミーティング
（非公開）

オンライン
開催

9人

メタボロームリポジトリ MetaboBank の研究開発進捗報
告のためのミーティング
同上

チーム内ミーティング（非公開）
チーム内ミーティング（非公開）
チーム内ミーティング
（非公開）

オンライン
開催
オンライン開催
オンライン開催

10 人

同上

10 人

同上

9人

同上

チーム内ミーティング
（非公開）

オンライン
開催

11 人

同上

チーム内ミーティング
（非公開）

オンライン
開催

11 人

同上

年月日

名称

場所

参加人数

目的・概要

2月2日
2. 主催したワークショップ、シンポジウム、アウトリーチ活動等
年月日

2020 年
9月2日
2020 年
10 月
22-29 日

名称

場所

参加人数

目的・概要

日本バイオインフォマティク
ス学会年会（IIBMP2020)チュートリアル日本インドネシア
バイオインフォマティクス・バ
イオリソースワークショップ

オンライン

各セッショ
ン 200 名

オンライン

30 名

DDBJ 主催の利用チュートリ
アル（３セッション）においてメタボロミクスも紹介
DDBJ 主催の利用チュートリ
アル（英語。2 時間ずつ 5日）においてメタボロミクスも紹介

以上別紙１ 既公開のデータベース・ウェブツール等
No.

正式名称

KNApSAcK

別称・略称

ナップザック

1Metabolonote

メタボロノート

2RIKEN
3 MetaDatabase
MS-DIAL

MS-FINDER
5PowerGet

RIKEN Plant

MetaboBank
8910

RIKEN PMM

公開日

http://metadb.riken.jp/
実測データからのスペクトル抽出、アノテーション用ソフトウェア

http://prime.psc.riken.
jp/Metabolomics_Software/

実測データからのスペクトル抽出、アノテーショ
ン用ソフトウェア

http://prime.psc.riken.
jp/Metabolomics_Software/

実測データからのスペクトル抽出、アノテーショ
ン用ソフトウェア

6

URL

メタボロミクス実験の詳細な実験手法に関する情 http://metabolonote.k
報 （メタデータ）のみを専門的に取り扱うデータ azusa.or.jp/
ベースです。セマンティックMediaWikiを利用したシステムにより、ユーザー登録（無料）をすることでだれでも気軽に各自のメタデータを記録・編集することができます。
メタデータを実際のデータ （生データファイルや、ピークアノテーション情報、ピークのスペクトル情報など）と切り離して管理することにより、１）実験後すぐに、さらには実験前であっても、メタデータを記載することができるため、実験設定の詳細を忘れてしまう前に記録に留めておくことができます。また、２）一度記録したメタデータは、論文や実際のデータを管理するその他のデータベースから共通して参照できるというメリットがあります。
Metabolonoteのコアシステムは公開されているため、ユーザー独自のMetabolonoteをLIMSや公開サイトとして構築できるほか、フォーマットを独自に定義することで、メタボロミクス以外のデータ管理についても使用することが可能です。

理研メタデータベース

47 MetabolomeMetaDatabase概要

二次代謝産物データベースKNApSAcKをコアシス kanaya.naist.jp/KNApS
テムとした統合型データベースです。遺伝子アノAcK/
テーションではArabidopsis、Bacillus、Humanが公開されています。タンパク質の金属イオン結合部位のデータベースMetalMine、インドネシア生薬データベースJAMUや漢方薬のデータベース
KAMPOも含んでいます。更に、世界119カ国から7356の植物種データが格納されています。これらのデータは出版されている科学論文から集めているものです。

http://www.kazusa.or.j
p/komics/software/Po
werGet

理研とかずさが蓄積したメタボローム情報のメタデータを整理したRDFサーバ

http://metabobank.rik
en.jp/

メタボローム・データを恒久的に保管す
る公共リポジトリ

http://mb.ddbj.nig.ac.j 2021/10/1
p/

状態

分類

維持・発展データ
ベース等

維持・発展データ
ベース等

維持・発展データ
ベース等

維持・発展 ツール等

維持・発展 ツール等

維持・発展 ツール等

維持・発展データ
ベース等

新規データ
ベース等

関連論文