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

研究代表者氏名
所属・役職

有田 正規

情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所 教授 (2019 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 ........... 3（1）データベース一覧 ............................................... 3（2）ツール等一覧 ...................................................... 3§3. 実施内容..................................................................... 4①

概要 ............................................................. 6④

ポスター発表................................................. 7②③

招待講演 ...................................................... 6
口頭講演 ...................................................... 7（4）知的財産権の出願 ............................................... 7（1）本年度の研究開発計画と達成目標 ...................... 4（5）受賞・報道等 ...................................................... 7（2）進捗状況 ............................................................. 4§5. 研究開発期間中に主催した活動（ワークショップ等）§4. 成果発表等 ................................................................. 5（1）原著論文発表 ...................................................... 5①②

論文数概要 .................................................. 5

論文詳細情報 ............................................... 5（2）

その他の著作物（総説、書籍など） ............... 6（3）国際学会および国内学会発表 .......................... 6......................................................................................... 8
1. 進捗ミーティング .................................................... 8

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 ....................................................................... 8§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

奈良

金谷 重彦

かずさ

平川 英樹

理研

福島 敦史

所属機関・役職名

国立遺伝学研究所・教授
奈良先端科学技術大学
院大学・情報科学領域・教授
かずさDNA研究所・ゲノム情報解析施設・施設長
理化学研究所環境資源科学研究センター・研究員

研究題目

MetaboBankリポジトリ構築

メタ代謝マップ構築

食品データアノテーション高度化

植物データアノテーション高度化§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.

1

名称
MetaboBank

別称・略称
メタボバンク

名称KNApSAcK

別称・略称
ナップザックRIKEN MetaDatabase

理研メタデータベース【その他のデータベース】
No.

1
2
3

Metabolonote

メタボロノート

URL
http://mb.nig.ac.jp
URLkanaya.naist.jp/KNApSAcK/

http://metabolonote.kazusa.or.jp/
http://metadb.riken.jp/（2）ツール等一覧
No.

1
2

名称
MS-DIAL
MS-FINDER
Poweret Batch

別称・略称

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

http://www.kazusa.or.jp/komics/software/Poweret Batch§3. 実施内容（1）本年度の研究開発計画と達成目標
MassBank wiki の開始（遺伝研）
・ Metabolonote サーバを MassBank ファミリーの一部と位置づけ、搭載されるメタデータを Metabolo
note と MassBank の間で共通化。
・ Wiki スペクトルサーバにおいて自動取得できる情報は自動化し、InChIKey や SPLASH の登録をユーザが自分で実施しない形式にする。日本質量分析学会の MassBank と連携する。

MetaboBank 公共リポジトリの設計 （遺伝研）
・ 遺伝研スパコン内にストレージを用意し、MetaboBank リポジトリのプロトタイプを構築する。年度末にリポジトリを稼働させ、RDF 化した Metabolonote とリンクする。

食品メタボローム情報のリポジトリ登録 （かずさ）
・ 食品メタボローム情報（メタデータ）をリポジトリに登録する。
・ 食品メタボローム情報にアノテーションを施し、標品が入手できない化合物についてスペクトルのライブラリ化。
代謝物構造と生理活性の相関解析 （奈良先）
・ 二次代謝物の生物活性オントロジーの構築
・ メタ代謝マップの作成

C/MS 測定データのメタデータ化とリポジトリ登録 （理研）
・ Metabolonote 対応のメタデータ作成・拡張・ 理研メタデータベース登録・公開
・ 遺伝研公共リポジトリへのデータ公開（2）進捗状況
MassBank wiki （遺伝研）
MassBank wiki サーバに、化合物の構造情報のフォーマット変換をおこなう機能を付加し、SMILE
S 形式、InChI、InChIKey の相互変換は可能になった。また SPLASH キーも自動作成できる。また脂質代謝物の名称を国際標準に基づいて整理した。これらの機能はスペクトル一次リポジトリとしての
MassBank wiki のために作成した。2019 年はじめに MassBank サーバを日本質量分析学会が再稼働することが決定した。そのため一次リポジトリは MassBank.jp が担うことになり（実際は itHub
MassBank がスペクトルの一次リソースになる）、MassBank wiki 登録用のスペクトルは MassBank
フォーマットにて itHub に登録した。Wiki サーバは今後、二次リポジトリとして整備し、2019 年中に公開を開始予定である。

・登録したスペクトル一覧- RIKEN IMS 1140 スペクトル（リン脂質）- RIKEN NPDEPO 1956 スペクトル（ポリケチド等二次代謝物）- MSSJ 80 スペクトル（様々な物質群）- RIKEN PLASMA10000 スペクトル (生体由来 1583、標品由来 8600)

MetaboBank 公共リポジトリの設計 （遺伝研）
MetaboBank を日米欧の INSDC 三極連携の枠組みに組み入れるため、メタボローム事業を DDBJ事業の枠組みとして承認してもらう手続きを進めた。所内の委員会および外部評価委員会の承認を取得した。また EBI の MetaboLights 開発担当者(Claire O’Donovan)と連絡を取り、構築方針について密に連携している。当初はメタデータのモデルとして Metabolonote サーバを想定していたが、INSDC が管理する BioProject および BioSample とのリンクを重要視し、メタボローム登録用メタデー
タの中から、BioProject および BioSample 側で登録するメタデータの洗い出しを進めた。

・C/MS 測定データのメタデータ化とリポジトリ登録 （理研）
ほぼ毎月、かずさ DNA 研および遺伝研の実務者とメタデータ RDF 作成会議を実施し、C/MS 測定データのメタデータ化をおこなった。ウェブ国際標準規格に沿った RDF 形式のメタデータ整備と共に、測定データは理研メタデータベースの枠組みを用いて、理研植物メタボロミクスメタデータベース（PMM http://metabobank.riken.jp/）として、公開しながら開発中である。本年度期間中に 24
件の C/MS データセット（理研 CSRS の DropMet データ含）を公開した（2019 年 5 月末時点調べ）。これら理研データ公開への取り組みは、遺伝研で構築されるメタボロームデータ公共リポジトリ（MetaboBank）との統合を経て、初期データとしての役割を担う。並行して、アップデートされた MSDIAL による登録済 C/MS データの再解析によって、生体サンプルより抽出したマススペクトルデータの整理や代謝物プロファイルについて過去データとの比較を進めている（上記 24 件中 16 件が再解析済）。

・

食品メタボローム情報のリポジトリ登録 （かずさ）
食品メタボロームデータの情報（メタデータ）を Metabolonote に登録し、それを含めて Metabolonot
e のデータ一式を新規作成する MetaboBank メタデータ形式（RDF）に変換した。情報は理研側で作成した RIKEN PMM に登録予定である。また MassBase に登録された生データおよびそれらのメタデータを精査して、できる限り PMM 形式に変換した。

・

代謝物構造と生理活性の相関解析 （奈良先）
文献情報から、二次代謝物質と生物活性情報を、10758 対収集した。また、生物種間を生物が生成する有機気化物質(BVOC)から関連付けるためのアルゴリズム BiClusO を開発した[1]。この BiClusO は二つの属性、例えば、生物種と BVOC の関係性を考慮して、生物種と BVOC に密の関連するクラスターを推定する方法であり、バイクラスタリング法という。この方法により、二次代謝物質と生物活性情報の関連を考慮した適切なグループを構築づける基盤ができあがった。
また、生合成経路が既知のアルカロイド化合物を調査したところ 566 種類にとどまった。構造既知のアルカロイド化合物の生合成開始物質を推定する目的で、深層学習の一つである分子グラフ・コンボリューション・ニューラル・ネットワーク(MCNN) を活用した。その結果、認識率において 97%という高い分類性能を得ることができた [2]。二次代謝物質における生合成開始物質の予測は、代謝マップ上に代謝を射影する上で非常に重要な情報であり、代謝情報未知の化合物についての代謝マップ上の情報を提供できる。

§4. 成果発表等（1）原著論文発表① 論文数概要
種別

発行済論文

国内外

国内（和文）
国際（欧文）

未発行論文

国内（和文）(accepted, in press 等)

国際（欧文）

件数

0件

6件

0件

0件

② 論文詳細情報
1. Burla B, Arita M, Arita M, Bendt AK, Cazenave-assiot A, Dennis EA, Ekroos K, Han X, Iked
a K, Liebisch , Lin MK, Loh TP, Meikle PJ, Oreš ič M, Quehenberger O, Shevchenko A, TortaF, Wakelam MJO, Wheelock CE, Wenk MR, “MS-based lipidomics of human blood plasma: acommunity-initiated position paper to develop accepted guidelines”, J Lipid Res., 59(10), 2001-2017, 2018 (DOI: 10.1194/jlr.S087163)

2. Fukushima A, Hikosaka S, Kobayashi M, Nishizawa T, Saito K, oto E, Kusano M, “A Systems
Analysis With "Simplified Source-Sink Model" Reveals Metabolic Reprogramming in a Pair of Source-to-Sink Organs During Early Fruit Development in Tomato by LED Light Treatments”, 9, 1439, 2018 (DOI: 10.3389/fpls.2018.01439)
3. Kitazaki K, Fukushima A, Nakabayashi R, Okazaki Y, Kobayashi M, Mori T, Nishizawa T, Reyes-Chin-Wo S, Michelmore RW, Saito K, Shoji K, Kusano M, “Metabolic Reprogramming in Leaf
Lettuce rown Under Different Light Quality and Intensity Conditions Using Narrow -Band L
EDs”, Sci. Rep., 8(1), 7914, 2018, (DOI: 10.1038/s41598-018-25686-0)
4. K. Liu, A. H. Morita, S. Kanaya and Md. Altaf-Ul-Amin, “Metabolite-content-guided predictionof medicinal/edible properties in plants for bioprospecting”, CRCAM-130, CRCAM-130, 130, 2018 (DOI: 10.29011/CRCAM-130/100030)
5. Eguchi R, Karim MB, Hu P, Sato T, Ono N, Kanaya S, Altaf-Ul-Amin M, “An integrative netwo
rk-based approach to identify novel disease genes and pathways: a case study in the contex
t of inflammatory bowel disease.”, BMC Bioinformatics, 19(1), 264, 2018 (DOI: 10.1186/s128
59-018-2251-x)
6. Ohnishi M, Anegawa A, Sugiyama Y, Harada K, Oikawa A, Nakayama Y, Matsuda F, Nakamura
Y, Sasaki R, Shichijo C, Hatcher P, Fukaki H, Kanaya S, Aoki K, Yamazaki M, Fukusaki E,
Saito K, Mimura T, “Molecular Components of Arabidopsis Intact Vacuoles Clarified with Met
abolomic and Proteomic Analyses.”, Plant Cell Physiol., 59(7), 1353-1362, 2018 (DOI: 10.109
3/pcp/pcy069)（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

国内
国際
国内
国際
国内
国際

件数

13 件

3件

2件

0件

2件

1件

② 招待講演〈国内〉
1. 福島敦史、「質量分析を用いた植物メタボロミクスデータの情報解析と共有」、質量分析インフォマテ
ィクス研究会・第 4 回ワークショップ、東京、2019 年 3 月 19 日（火）2. 金谷 重彦、二次代謝物の生合成経路の悉皆的解析を目指したデータサイエンス」第 64 回日本放線菌学会学術講演会、2019.3.14(東京）3. 金谷 重彦、データサイエンス全般から化学の話題まで、Future Trend in Polymer Science 201
8（2019.3.2 東京）
4. 櫻井 望、キー化合物を探索するためのメタボロームデータベース、理研シンポジウム「植物の代謝制御と化学生物学の新展開」、2018 年 12 月 20 日
5. 櫻井 望、食品に含まれる有用成分の研究、第 27 回異物異臭勉強会、2018 年 11 月 30 日
6. 櫻井 望、有用成分の探索による産業開拓へ向けたメタボローム解析の応用、EF 産学共創パート
ナーシップ第３回研究会、2018 年 11 月 21 日
7. 有田 正規 「生薬情報のデータベース」薬用資源の持続的利用促進に関する研究会, 11/21, 草津（滋賀）,2018

8. 櫻井 望、多変量解析演習（主成分分析・PLS-DA・PLS 回帰）、メタボロミクスソフトウェア講習会、20
18 年 11 月 12 日
9. 櫻井 望、ノンターゲットメタボロミクスの向上に向けて、第 10 回 LC/MS ワークショップ、2018 年 11月2日
10. 櫻井 望、抱合体、フラボノイドの網羅的解析手法の紹介とその応用、CBI 学会 2018 年大会 ㈱ツムラ スポンサードセッション、2018 年 10 月 11 日
11. 櫻井 望、食品に含まれる有用成分の研究、新食品会 第 2 回例会、2018 年 9 月 19 日
12. 櫻井 望、ケミカルセンサー開発によるメタボロームの高度利用、植物の栄養研究会 第４回研究交
流会、2018 年 9 月 7 日
13. 櫻井 望、掴もう！ メタボロームデータをもっと活用するためのコツ、第 51 回植物バイオシンポジ
ウム、2018 年 7 月 18 日
〈国際〉

1. Arita M "Open genome analysis in the post-genomic era" International Workshop on Data Science, Mishima, November 15, 2018

2. Sakurai N “Databases for metabolomics-assisted life science”2018 KSBS-BG21-GSP Joint Symposiums, July 13, 2018

3. Arita M "Computational Metabolomics" 6th Annual Korea Metabolomics Society (plenary),Seoul, Korea, April 6, 2018

③ 口頭講演〈国内〉
1. Atsushi Fukushima and Kozo Nishida, “MSEAp: Development of a metabolite set enrichment analysis toolkit for plant metabolomics community”、第 36 回日本植物細胞分子生物学会（金沢）大会、金沢、2018 年 9 月 6 日（金）～8 日（日）2. 有田 正規 「生命科学データ共有のあり方」Japan Open Science Summit, 6/19, 東京, 2018

〈国際〉
該当なし

④ ポスター発表〈国内〉
1. 福島敦史ほか、「植物メタボロームデータの再解析・アノテーション高度化に向けた情報基盤整備」、
トーゴーの日シンポジウム 2018、東京、2018 年 10 月 5 日（金）2. 福島敦史ほか、「植物メタボロームデータの再解析・アノテーション高度化に向けた情報基盤整備」、
第 12 回メタボロームシンポジウム、鶴岡、2018 年 10 月 17 日（水）～19 日（金）〈国際〉
1. 発表者、タイトル、学会名、場所、月日
2. Atsushi Fukushima, et al. "RIKEN Plant Metabolome MetaDatabase: An integrated plant
metabolome data repository based on the semantic web", SWAT4HCLS 2018, Antwerp, December 4-5, 2018

（4）知的財産権の出願該当なし（5）受賞・報道等該当なし§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

2018 年
5月1日
2018 年7 月 20 日
2018 年7 月 27 日
2018 年
9 月 26 日
2018 年
9 月 28 日
2018 年
10 月 12 日
2018 年 11月7日2018 年 12月 18 日2019 年 2月 19 日

チーム内ミーティング（非公開）

NAIST 金谷研究室
東京連絡事務所会議室 3
遺伝研有田研究室
東京連絡事務所会議室 3
かずさ DNA 研
究所
東京連絡事務所会議室 3
東京連絡事務所会議室 3
東京連絡事務所会議室 3
東京連絡事務所会議室 1

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）
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）
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）

参加人数

目的・概要

15 人

メタボロームリポジトリの会議

6人

同上

3人

研究進捗報告のためのミーテ
ィング同上

7人

同上7人

同上

8人

同上

8人

同上

8人
7人

同上

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

名称

場所

参加人数

目的・概要

2018 年
11 月 12 日

メタボロミクスソフトウェア
講習会

理研横浜交流棟ホール

100 人

質量分析インフォマティクス研究会、DD
BJ との共同開催。開発するソフトウェア
MS-DIAL 等のハンズオン利用講習会(企画運営除く)

以上別紙１ 既公開のデータベース・ウェブツール等
No.

1

正式名称

MetaboBank
KNApSAcK

2

Metabolonote

3

RIKEN
4 MetaDatabase
567

MS-DIAL

MS-FINDER
PowerGet

別称・略称

メタボバンクURL

概要

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

ナップザック 二次代謝産物データベースKNApSAcKをコア kanaya.naist.jp/Kシステムとした統合型データベースです。遺 NApSAcK/
伝子アノテーションでは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メタボロノー メタボロミクス実験の詳細な実験手法に関す http://metabolo
る情報 （メタデータ）のみを専門的に取り note.kazusa.or.jp
ト扱うデータベースです。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
http://metadb.riken.
理研メタデー することが可能です
タベース

jp/

実測データからのスペクトル抽出、アノテー http://prime.psc.riken.jp/Metabolomics_S
ション用ソフトウェア
oftware/
実測データからのスペクトル抽出、アノテー http://prime.psc.riken.jp/Metabolomics_S
ション用ソフトウェア
oftware/
実測データからのスペクトル抽出、アノテー http://www.kazusa.
or.jp/komics/softwa
ション用ソフトウェア
re/PowerGet

公開日

状態

分類

新規データ
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

関連論文