メタボローム・データベースの開発
金谷 重彦・西岡孝明
奈良先端科学技術大学院大学（NAIST)
情報科学研究科・情報生命科学専攻
・計算システムズ生物学講座
櫻井 望(財)かずさDNA研究所・産業基盤開発研究部
有田 正規(独)理化学研究所
植物科学研究センター
平成25年1月21日©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

1

メタボローム・データベースの意義
日本は二次代謝物研究で世界をリード

7000

薬用植物の報告数

Indonesia
China

ゲノム
トランスクリプトーム
プロテオームメタボローム

生理活性

メタボローム研究の課題検出できるが、同定率が低い。
(1)代謝物MSデータを集約・共有するDB
日本は微生物・植物・海洋生物の資源大国
２次代謝物は生理活性の宝庫(2)メタボロームと生理活性のリンク(3)２次代謝DBとゲノム情報のリンク

India
the US日本

メタボローム・・・

・・・・・・・・・・・・

Nature (2007)
Curr Comput Aid Drug Des (2011)

ゲノムトランスクリプトーム
プロテオーム・・・

薬用植物配合ヒト・・・

機能性有用生物・・・

薬/食用知識VietnamThailand
Malaysia
Philippines

0Hungary0

Schippmann et al.,(2006)を改変

自生植物数40,000©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

2メタボローム・データベース構想
質量スペクトルから生理活性情報の統合化をめざす。
メタボロミクス研究者、一般ユーザ
デポジット・閲覧・アノテーション・キュレーション

日本メタボローム・データベース
パブリック・リポジトリ[3]メタボローム統合DB[1] 質量スペクトルDB (MS DB)・学会MSDB
MassBank, LipidBank・研究グループMSDB
PRIMe[1-1] 化合物MS
DB

・個別研究における代謝物の同定
文献情報
・大規模メタボロームMSDBMassBase, MS2T, KomicMarket[1-2] メタボローム
MS DB[3-1] ウィキＤＢによるメタボロー
ムデータの統合管理[2] 代謝物情報DB
KNApSAcK DB[2-1] 代謝物｛生物種, 生理活性｝関係DB・質量スペクトルのアノテーション
MassBankフラグメンテーション・ライブラリ[2-2] MS-化合物構造の関係知識DB・文献情報[3-2] メタボローム・アノテーショ
ン・システム[3-3] ゲノム情報とのリンク

基礎研究：持続可能社会に向けた生物資源の有効利用、生物種、分野、目的に応じた基礎研究
産業応用：新規有用代謝物質の探索、ゲノム育種による有用/新規代謝物質の生産 など©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

3

西岡(NAIST)[1-1]化合物MS DB
平成24年度 MassBank 開発内容

1. 質量スペクトルDBの拡充
・ 安定した、応答の良いサービスを提供するSubversion を利用したデータバックアップとミラーサーバの開発と設置
・ 国際学会、国際組織との連携
日 本ヨーロッパ

Data Server
Data Server

Data server

2. サービス停止Data server
massbank.jp

1. 応答が遅い
Internet

検索1. ヨーロッパのユーザには応答が遅い
2. どれかのデータサーバが停止すると検索結果に影響する©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

4Users4[1-1]化合物MS DB
平成24年度 MassBank 開発内容
1. SVN を利用してミラーサイトをドイツに設置
Data Server

西岡(NAIST)

Data Server

Asia

EuropeData Server

massbank.jp

Internetmassbank.eu
Data Server

Data Server
European backups
Asian backups

Replicated databases©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

5

[1-1]化合物MS DB
平成24年度 MassBank 開発内容
2. バックアップ・データベースの設置

西岡(NAIST)

Data Server

Data Server

Asia

EuropeData Servermassbank.jp

Internet

massbank.eu
Data Server

Data Server

European backups
Asian backups
Replicated databases©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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西岡(NAIST)[1-1]化合物MS DB
MassBank の現状
Data Server

25 の研究グループ(17 Japan, 4 EU, 2 USA, 1 Switzerland and China groups) が 10個のデータサーバから 31,153 データを公開している（2012年8月現在). 2012年10月のアクセスは 9,980 (unique IPs) であった。 API を介してのアクセスが増加している。
©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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西岡(NAIST)[1-1]化合物MS DB
MassBank に高精度なデータが増えている (2012.11集計)

レコード数 hybrid tandem MS化合物種精度
173 FAB-EBEB-MS data Carotenoids
3,251 ESI-QTOF-MS2 data Metabolites ( < 40 ppm）
4,504 ESI-ITFT-MS2 data
General chemicals (< 5 ppm）
253 ESI-ITTOF-MS2 data Saponins
45 ESI-TOFTOF-MS2 data Metabolites

データの公開を希望する研究者は多い(2012.12.31集計)

30 % データ公開、サーバの構築法
21 % In‐House MassBank の構築法
16 % レコード作成法

問合せはアジア地域以外が3/4 を占める。

©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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[1-1]化合物MS DB
MassBank 開発内容: サードパーティ によるツール開発

西岡(NAIST)

1.質量分析計からピークデータ、メタデータを自動的に インポートして、MassBank レコードを作成するツールの開発が進められた。
2.開発の背景：MassBank record 作成がデータ公開の bottle-neck になっている。手作業でのデータ作成は嫌われている。
Mass++（2009～）:田中最先端研究所（島津）が開発。開発は継続中。
RMassBank（2012）:スイス連邦水質研究所（ EAWAG ）で開発
R package を利用したほぼ自動的にレコードを作成するツール
NORMAN MassBank Training workshop （2012年11月、開催地 Amsterdam）で利用講習会が開催された。（EU 19地域から39名参加）

MassBank.jp: 年間アクセス数
104,761

各1年間の訪問者（ユニークな IP アドレス）数©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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[1-1]化合物MS DB
国際学会や組織との連携、普及

西岡(NAIST)

第19回国際質量分析会議ワークショップ（IMSC2012: 2012年9月、京都）
Mass++ and MassBank: PCによるデータ処理とDBの構築ツール
NORMAN MassBank Training Workshop（2012年11月27日、アムステルダム
NORMAN network (EU加盟19ヶ国、公立環境研究機関の連合。) により開催
RMassBankを用いたデータ作成講習会。（EU 19地域から39名参加）。
NORMAN network はMassBank のEU ミラーサイトを立ち上げ、MassBankと連携（2012年11月）。

http://www.norman‐network.net/index_php.php?module=public/workshops/workshopss&menu2=public/workshops/workshops©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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西岡(NAIST)[1-1]化合物MS DB
平成25年度計画 MassBank 研究開発計画• 化合物 MS DB の開発：
• MassBank のデータと解析ツールの分割– スリムな MassBank• 分散型 DB、 public repository に特化• 低コスト管理と持続性ある MS DB として世界標準の地位を確固としたものにする。
– 高精度な MS データに対応したアルゴリズム開発、化学注釈をつけた参照データを提供する機能に特化したMassBank に分割©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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櫻井(かずさ)[1-2]メタボロームMS DB
平成23年度メタボロームデータの整理と公開

共通データフォーマットの作成・公開→ KNApSAcK, Bio-MassBank, MassBase, KomicMarketをスムーズに連携
データの拡充→ MassBase： 5058データ、Bio-MassBank: 1300スペクトルを公開
データ処理スキーム、ソフトウェアの改良、アノテーション用語の整理→ データ生産の効率化①メタデータ階層構造の検討②記載項目・書式の検討③フォーマットに従ったサンプルデータの提供④フォーマットの公開

http://webs2.kazusa.or.jp/togodb©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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櫻井(かずさ)[1-2]メタボロームMS DB
平成24年度 メタボロームデータの整理と公開

メタデータ（実験条件等）の専用データベース開発(Metabolonote)→ データ公開を加速、データ連携を促進
データの拡充→ MassBase: 13,784データ公開。3年間の目標36,000件を達成予定
Bio-MassBank: 1942スペクトルを公開
データ処理の効率化 高速な組成式推定技術 (MF Searcher)
Sakurai et al. Bioinformatics in press①フォーマットに従ったメタデータの蓄積②フォーマットに従った
MSデータの蓄積③組成式推定の高速化
従来法の100～2000倍

連携
MFSearcher

Metabolonote
http://webs2.kazusa.or.jp/metabolonote/

http://webs2.kazusa.or.jp/mfsearcher/©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

13櫻井(かずさ)[1-2]メタボロームMS DB
平成24年度 メタデータ専用データベース Metabolonoteをセマンティ
ックMediaWikiで開発
複雑な実験条件に関するメタデータの一元管理
管理コストを下げ、データの公開と利用を促進

http://webs2.kazusa.or.jp/metabolonote/

・TOGOメタボロームフォーマットに対応
・階層的なメタデータ構造を管理
・セマンティックMediaWikiでRDF化
・APIによるデータ取得
・公開・非公開の簡単な切り替え
・移植可能なシステム

Write once, use from anywhere!
14
http://webs2.kazusa.or.jp/metabolonote/©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

櫻井(かずさ)[1-2]メタボロームMS DB(25年度計画)メタボロームデータの整理と公開

データの拡充→ Bio-MassBank、KomicMarketを中心にデータの拡充
Metabolonote（セマンティックMediaWikiベース）のRDF活用→ KNApSAcK, Bio-MassBank, MassBase, KomicMarketと連携、統合化
データ処理の効率化→ フォーマットに従ったデータ生産の促進・普及[3‐1] メタボロームデータの統合管理
Metabolonote
メタデータ管理

データマイニングツール群

ゲノム
疾病臨床

化合物アノテーション

KomicMarket

raw
MassBase
生データリポジトリ

アノテーション・
定量値DB

構造推定ツール
ReSpect MS2T

Bio-MassBank
生体スペクトルライブラリ

実験データ

アノテーション
ツール・データ群

メタボロームデータ

遺伝子発現

KNApSAcK
化合物、機能情報©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

プロテオーム他のオミクス情報など15メタボローム・データベース構想
質量スペクトルから生理活性情報の統合化をめざす。
メタボロミクス研究者、一般ユーザ
デポジット・閲覧・アノテーション・キュレーション

日本メタボローム・データベース
パブリック・リポジトリ[3]メタボローム統合DB[1] 質量スペクトルDB (MS DB)・学会MSDB
MassBank, LipidBank・研究グループMSDB
PRIMe[1-1] 化合物MS
DB

・個別研究における代謝物の同定
文献情報
・大規模メタボロームMSDBMassBase, MS2T, KomicMarket[1-2] メタボローム
MS DB[3-1] ウィキＤＢによるメタボロー
ムデータの統合管理[2] 代謝物情報DB

・文献情報
KNApSAcK DB・質量スペクトルのアノテーション
MassBankフラグメンテーション・ライブラリ[2-1] 代謝物｛生物種, 生理活性｝関係DB[3-2] メタボローム・アノテーショ
ン・システム[2-2] MS-化合物構造の関係知識DB[3-3] ゲノム情報とのリンク

基礎研究：持続可能社会に向けた生物資源の有効利用、生物種、分野、目的に応じた基礎研究
産業応用：新規有用代謝物質の探索、ゲノム育種による有用/新規代謝物質の生産 など©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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金谷(NAIST)[2-1]代謝物質-生物活性の関係データベース
平成24年度 代謝物、食材と活性の関係情報のDBの開発とデータ充実

Food &Health

Crude
DrugBiology

生理活性メタボローム

トランスクリプトーム
プロテ オーム

ヒトメタボローム

生物トランスクリプトーム
プロテオーム

薬用植物配合薬・食利用DB

データベース名

収録数

Lunch Box
DietNavi
FoodProcessor
DietDish709

WorldMap
KAMPO
JAMU
Tea Pot
Natural Activity
Metabolite Activity

Metabolomics
KNApSAcK Core
MotorCycle

716
309
3708
48256
336
5310
731
30825
9450
1064182421

Afendi et al., Cur. Pharmacogenomics Personalized Med., 10, 111-124, (2012)©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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追加資料

[2-1]代謝物質-生物活性の関係データベース
平成24年度 代謝物、食材と活性の関係情報のDBの開発とデータ充実
2012.10.5
2013.1.13

静岡県立大学
食品栄養科学部

2012.10.12

ブース展示：日本分子生物学会 2012.12

日本植物生理学会 2013.3予定©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

[2-1]代謝物質-生物活性の関係データベース
平成25年度計画 生物活性情報の充実、オミクス情報とのリンク
二次代謝物、タンパク質相互作用、生物活性の関係DBの設計とデータ蓄積

Food &HealthCrude
DrugBiology

生理活性メタボローム

トランスクリプトーム
プロテ オームヒト

メタボローム生物トランスクリプトーム
プロテオーム

薬用植物

配合

薬・食利用DB

データベース名

収録数

Lunch Box
DietNavi
FoodProcessor
DietDish709

WorldMap
KAMPO
JAMU
Tea Pot
Natural Activity
Metabolite Activity

Metabolomics
KNApSAcK Core
MotorCycle

金谷(NAIST)

716
309
3708
48256
336
5310
731
30825
9450

1064182421[3-3]
ゲノム情報とのリンク

池田ら、生物工学会誌90,777-781(2012)©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

19[2-2] MSデータと化学構造の関係知識DB(平成24年度) 化学構造推定ツールの開発、文献から収集(平成25年度計画)
MSデータと化学構造の関係知識 DB
高精度なMSデータの化学注釈や関係知識獲得の自動化
化学構造式推定ツールの拡充
クエリ ESI-MS2 で観察されたピークの m/z

西岡、金谷(NAIST)

ピークと部分化学構造式との関係の ID

クエリの未知代謝物に含まれる部分化学構造の候補推定された代謝物候補
MassBank-KNApSAcK等
統合検索©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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メタボローム・データベース構想
質量スペクトルから生理活性情報の統合化をめざす。
メタボロミクス研究者、一般ユーザ
デポジット・閲覧・アノテーション・キュレーション

日本メタボローム・データベース
パブリック・リポジトリ[3]メタボローム統合DB[1] 質量スペクトルDB (MS DB)・学会MSDB
MassBank, LipidBank・研究グループMSDB
PRIMe[1-1] 化合物MS
DB

・個別研究における代謝物の同定
文献情報
・大規模メタボロームMSDBMassBase, MS2T, KomicMarket[1-2] メタボローム
MS DB[3-1] ウィキＤＢによるメタボロー
ムデータの統合管理[2] 代謝物情報DB

・文献情報
KNApSAcK DB
・質量スペクトルのアノテーション
MassBankフラグメンテーション・ライブラリ[2-1] 代謝物｛生物種, 生理活性｝関係DB[3-2] メタボローム・アノテーショ
ン・システム[2-2] MS-化合物構造の関係知識DB[3-3] ゲノム情報とのリンク

基礎研究：持続可能社会に向けた生物資源の有効利用、生物種、分野、目的に応じた基礎研究
産業応用：新規有用代謝物質の探索、ゲノム育種による有用/新規代謝物質の生産 など©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本21

[3-1]メタボロームデータの統合管理(25年度計画)メタボロームデータの整理と公開
データの拡充→ Bio-MassBank、KomicMarketを中心に拡充
Metabolonote（セマンティックMediaWikiベース）のRDF活用→ KNApSAcK, Bio-MassBank, MassBase, KomicMarketと連携、統合化
データ処理の効率化→ フォーマットに従ったデータ生産の促進・普及[3‐1] メタボロームデータの統合管理
Metabolonote
メタデータ管理

データマイニングツール群

ゲノム
疾病
臨床

化合物アノテーション

KomicMarket

raw
MassBase
生データリポジトリ

アノテーション・
定量値DB

構造推定ツール
ReSpect MS2T

Bio-MassBank
生体スペクトルライブラリ

実験データ

アノテーション
ツール・データ群

メタボロームデータ

遺伝子発現

KNApSAcK
化合物、機能情報

プロテオーム©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本他のオミクス情報など

22

有田(理研)[3-2]メタボロームアノーテーション・システムの開発成果1.
(平成24年度)MassBanklightの開発
Java Web Start による検索ソフトウェア開発– MassBankの機能を Java Application で実現（部分構造検索を除く）– ローカルでもブラウザからでも起動可能– データとソフトウェアを明確に分離– MassBankコードを利用しGPL General License– ローカルのファイルも利用可能©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

23

[3-2]メタボロームアノーテーション・システムの開発成果2.
(平成24年度)MassBanklightの開発

有田(理研)

特徴的機能：容易な検索切り替え
文字列検索
質量値検索
スペクトル検索

MassBankを踏襲した表示

スペクトルを複数選択可能©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

24

有田(理研)[3-2]メタボロームアノーテーション・システムの開発(平成24年度) JavaScriptによるデータ表示
Appletは、Web Startは逐一起動が必要。これを回避するためにJavaScriptを使用– マススペクトルの描画。拡大、クリック可能– クロマトグラムの描画。
指定箇所でスペクトルを表示
可能（ピンク丸）©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

25

有田(理研)[3-2]メタボロームアノーテーション・システムの開発(平成25年度計画)MSアノーテーションの効率化を目指したデータ分散フレームワークの構築(a)メインサーバで定期的にスペクトルを収集し、自動コンパイルで「統合スペクトル」の作成を実現する。
(b)ローカルサーバはWikiおよび簡易クライアントで実現する。
(c)スペクトル実データはローカルにのみ存在するデータ分散を実現する。

©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

26

研究開発項目：平成24年度当初計画は全て達成された。

Ｈ23

Ｈ24

Ｈ25

1.質量スペクトルDB（化合物MSDBとメタボロームMSDB）の拡充
公開
1.1化合物MS DBの開発
・プロトタイプシステムの開発
・データのDBへの蓄積ならびに公開
公開 MassBank
1.2メタボロームMS DBの開発
・DBプロトタイプシステムの開発
・データのDBへの蓄積ならびに公開
2.代謝物質情報DBの構築
2.1 代謝物質と生物活性の関係データベース
・データベース構築
・データ蓄積ならびに公開

公開 BioMassBank
公開

2.2 MS データと化学構造の関係知識DBと化学構造式推定ツールの開発・実装
・システム開発
・データの充実ならびに公開
3.メタボローム統合DB・wikiを中心としたデータ統合技術開発
・wikiを中心とした統合データの公開©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

公開 Metabolite
Activity
公開 MassBank
公開

MassBank Wiki27

メタボローム・データベース構想
質量スペクトルから生理活性情報の統合化をめざす。
メタボロミクス研究者、一般ユーザ
デポジット・閲覧・アノテーション・キュレーション

日本メタボローム・データベース
パブリック・リポジトリ[3]メタボローム統合DB[1] 質量スペクトルDB (MS DB)・学会MSDB
MassBank, LipidBank・研究グループMSDBPRIMe[1-1] 化合物MS
DB

・個別研究における代謝物の同定
文献情報
・大規模メタボロームMSDBMassBase, MS2T, KomicMarket[1-2] メタボローム
MS DB[3-1] ウィキＤＢによるメタボロー
ムデータの統合管理[2] 代謝物情報DB
KNApSAcK DB[2-1] 代謝物｛生物種, 生理活性｝関係DB・質量スペクトルのアノテーション
MassBankフラグメンテーション・ライブラリ[2-2] MS-化合物構造の関係知識DB・文献情報[3-2] メタボローム・アノテーション・システム[3-3] ゲノム情報とのリンク

基礎研究：持続可能社会に向けた生物資源の有効利用、生物種、分野、目的に応じた基礎研究
産業応用：新規有用代謝物質の探索、ゲノム育種による有用/新規代謝物質の生産 など©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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メタボローム・データベースの開発
金谷 重彦・西岡孝明
奈良先端科学技術大学院大学（NAIST)情報科学研究科・情報生命科学専攻
・計算システムズ生物学講座
櫻井 望(財)かずさDNA研究所・産業基盤開発研究部
有田 正規(独)理化学研究所
植物科学研究センター
平成25年1月21日©2013金谷 重彦(奈良先端科学技術大学院大学) licensed under CC表示2.1日本

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