科学网-代谢组数据上传攻略：手把手教你从零搞定Metabolomics Workbench！-陈明杰的博文

代谢组数据上传攻略：手把手教你从零搞定Metabolomics Workbench！

2025-6-9 13:02

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导读：还在为代谢组数据存储和共享发愁？本文为你带来最全上传指南——从注册账号、填写元数据，到数据上传、审核反馈，一步步教你获得专属DOI号，让数据可追溯、可引用！

一、代谢组简介

代谢组（Metabolome）是指生物体内所有小分子代谢物的集合，包括中间代谢产物（如氨基酸、有机酸）、激素、信号分子等，分子量通常小于1500 Da。作为系统生物学的重要组成，代谢组反映了生物体在特定生理或病理状态下的生化活动终点，是基因、蛋白及环境因素共同作用的直接体现。

代谢组学（Metabolomics）通过质谱（MS）、核磁共振（NMR）等技术分析代谢物动态变化，广泛应用于疾病标志物发现（如癌症、糖尿病）、药物研发、营养学及环境毒理学研究。其优势在于高灵敏度和动态性，能揭示传统组学难以捕捉的生理细节，为精准医学和生物机制解析提供关键依据。

二、Metabolomics Workbench简介

Metabolomics Workbench（MW）是由美国国立卫生研究院（NIH）资助的公共数据库和数据分析平台，旨在存储、共享和分析代谢组学数据。它提供标准化数据格式、工具和资源，支持代谢组学研究。收录了代谢组相关的实验数据（如质谱、核磁共振数据）及元数据，覆盖人类、动物、植物等多个物种，适用于跨物种研究。

三、数据上传步骤

这里以LC-MS非靶向代谢组学RAW格式的原始数据为例，详细介绍如何上传数据。

1）注册

打开官网https://www.metabolomicsworkbench.org/

图1. Metabolomics workbench主页

点击右上角的Register（若注册过请跳过这一步）

图2. 注册信息

按照实际信息填写，然后点击Submit按钮提交注册。注册成功后会收到邮件信息。

图3. 注册成功邮件确认

2）登录

注册成功后，点击主页右上角的Log in，输入用户名和密码，提交进入系统。

图4.登录界面

图5. 登录后页面

3）新数据上传

点击页面左上角的“Data Repository”（数据仓库）下拉菜单中的“Upload / Manage Studies”,可以进入到数据提交或者查看已提交list页面。

图6.上传和管理页面

点击“New Submission”按钮，进入新提交页面

图7. 新提交页面

在该页面上填写相关信息，主要包括：

1. 原始数据文件压缩包名字，也就是将你要上传的原始文件打包成zip压缩包，填写下压缩包的名字即可。例如MyData.zip

2. Protocol/method文件名：将Collection、Treatment、SamplePrep相关的protocol信息存到protocol.txt文件中，将Chromatography、MS相关的method信息存到method.txt文件中，在相应步骤上传对应文件。也就是这里填写个文件的名字（后边步骤不传这个文件似乎也能审核通过，但是建议填写并上传）。

3. 待提交文件类型：例如非靶向MS，靶向MS等，请根据实际情况填写

4. 二进制数据格式：也就是原始数据文件的后缀，例如RAW

5. 数据公开日期：可以选择不公开，或者填写公开的日期

点击提交按钮，会分配一个DataTrack ID，例如这里是5996。然后点击“New online study submission”按钮进入详细内容填写页面。

图8. 获得DataTrack ID

如果你的数据不是用Metabolon分析的，那么选择“Start a new online study submission”按钮。

图9.开始新的在线研究提交

点击“Start a new online study submission”按钮后，正式进入填写页面，需要填写约10个tab的信息，包括Project、Study、Subject、Study Design、Collection、Treatment、SamplePrep、MS/NMR、Data和Finalize。其中红色区域内容为必填项，白色区域的为选填项。请应填尽填，能详细填写的就不要简写，否则可能会审核不通过。可以参考别人上传的项目的相关内容填写。

注：所有内容请均使用英文填写（这里写中文是为了帮助理解）。

3.1 Project

这部分填写的是项目/课题（Project）相关的信息，主要包括项目的Title、Summary、研究所、姓名、地址、邮箱、电话等。填写完后，点击Add project metadata会保存本步骤所填写的内容，然后进入到下一个Study页面。

图10. Project元数据页面

3.2 Study

这部分填写的是研究（Study）相关的信息，主要包括物种、Title、Summary、研究所/大学、姓名、地址、邮箱、电话等信息。填写完后，点击“Add study metadata”会保存本步骤所填写的内容，然后进入到下一个Subject页面。

图11. Study元数据页面

3.3 Subject

这部分填写的是研究对象（Subject）相关的信息，主要包括物种（根据上一步骤选择的物种自动识别）、年龄、身高、体重、性别等研究对象（即取材对象）的相关信息。填写完后，点击“Add subject metadata”会保存本步骤所填写的内容，然后进入到下一个Study design页面。

图12. Subject元数据页面

3.4 Study design

这部分填写的是研究设计（Study design）相关的信息，也就是样品名，表型，因子，原始数据等信息。可以在excel中填写，填好后，复制粘贴到输入框，然后点击“View/check study design”按钮，会让你为每一列分配一个名字，例如Subject ID，Sample ID（例如NC1,NC2等），Sample source（例如细胞系，组织等），factor（例如敲除，加药等），Raw file name（例如NC1.raw，NC2.raw等）。填写完后，点击“Return to start”按钮，会保存本步骤所填写的内容，然后进入到最初页面，点击“Continue or edit ……”按钮，选择Collection 标签。

注：如果既有POS，又有NEG的，可以POS写一列，NEG写一列。

图13. Study design数据页面

3.5 Collection

这部分填写的是样品收集（Collection）相关的信息，包括：Summary、样品来源、收集方法、收集部位等信息。填写完后，点击“Add collection metadata”按钮会保存本步骤所填写的内容，然后进入到Treatment页面。

注意：这里请仔细填写，审核比较严格。

图14. Collection元数据页面

3.6 Treatment

这部分填写的是样品处理（Treatment）相关的信息，包括：Summary、处理类型、处理的化合物、剂量等信息。填写完后，点击“Add treatment metadata”会保存本步骤所填写的内容，然后进入到Sampleprep页面。

注意：这里请仔细填写，审核比较严格。

图15. Treament元数据

3.7 Sample prep

这部分填写的是样品制备（Sample prep）相关的信息，包括：Summary、处理方法，处理存储条件、提取方法等信息，并将样品制备protocol文件上传上去。填写完后，点击“Add sampleprep metadata”会保存本步骤所填写的内容，然后进入到Chrom.页面。

图16.Sampleprep元数据页面

3.8 Chromatography

这部分填写的是色谱方法（Chromatography method）相关的信息，包括：色谱类型、仪器名、流动相A（Solvent A）、流动相B（Solvent B）、流动相梯度（Flow Gradient）、流速（Flow Rate）、柱温（Column Temperature）等信息。填写完后，点击“Add Chromatography metadata”会保存本步骤所填写的内容，然后进入到MS页面。

注：这些信息一般可以从报告中获得，若没有，请联系数据产出商。

图17. Chromatography元数据页面

以下是一些常见的参数说明：

色谱类型（Chromatography Type）：

1. 反相色谱（Reversed Phase, RP）

· 固定相极性：非极性（Non-polar）

· 流动相极性：极性（Polar）

· 典型应用：大多数有机化合物（Most organic compounds）

2. 正相色谱（Normal Phase, NP）

· 固定相极性：极性（Polar）

· 流动相极性：非极性（Non-polar）

· 典型应用：异构体、极性化合物（Isomers, polar compounds）

3. 离子交换色谱（Ion Exchange, IEX）

· 固定相极性：带电基团（Charged groups）

· 流动相极性：缓冲盐（Buffer salts）

· 典型应用：蛋白质、核酸（Proteins, nucleic acids）

4. 体积排阻色谱（Size Exclusion, SEC）

· 固定相极性：多孔材料（Porous material）

· 流动相极性：依需求（Depends on application）

· 典型应用：高分子量物质如蛋白质（High-MW compounds, e.g., proteins）

5. 亲水相互作用色谱（HILIC）

· 固定相极性：极性（Polar）

· 流动相极性：高有机相+少量水（High organic + low water）

· 典型应用：强极性化合物如糖类、代谢物（Highly polar compounds, e.g., sugars, metabolites）

6. 手性色谱（Chiral Chromatography）

· 固定相极性：手性选择剂（Chiral selector）

· 流动相极性：正相或反相条件（NP or RP conditions）

· 典型应用：对映体分离（Enantiomer separation）

Column Name（色谱柱名称）

· 定义：色谱柱是分离样品的核心部件，其名称通常包含以下信息：

o 固定相类型（如C18、C8、HILIC等）

o 柱规格（内径×长度，如2.1×50 mm）

o 粒径（如1.7 µm、5 µm）

o 品牌/型号（如Waters ACQUITY UPLC BEH C18）

· 作用：不同色谱柱对化合物的保留能力和分离效果不同，需根据分析物性质选择。

Solvent A（流动相A）

· 定义：LC-MS中通常使用两种流动相：

o Solvent A：通常是水相（含0.1%甲酸或缓冲盐，如5 mM乙酸铵）。

o Solvent B：通常是有机相（如乙腈或甲醇）。

· 作用：通过调节A/B比例实现化合物在色谱柱上的梯度洗脱（见下文）。

· LC-MS中的特殊要求：需使用质谱级溶剂（高纯度，低背景干扰）。

Flow Gradient（流动相梯度）

· 定义：随时间改变流动相A和B的比例的程序。例如：

0 min: 95% A → 5% A

0-10 min: 线性降至5% A

10-12 min: 保持5% A

12.1 min: 回到95% A（柱平衡）

· 作用：优化不同极性化合物的分离效果和峰形。

· 关键参数：梯度时间、斜率、初始和最终比例。

Flow Rate（流速）

· 定义：流动相通过色谱柱的速率（单位：mL/min或µL/min）。

· 常见值：

o 常规HPLC：1.0 mL/min

o UPLC：0.2–0.6 mL/min

o 微升流速（Nano-LC）：100–300 nL/min（用于蛋白质组学）

· 影响：流速影响分离效率、柱压和分析时间。高流速可能降低分离度，但缩短运行时间。

Column Temperature（柱温）

· 定义：色谱柱的温度（单位：°C），通常由柱温箱控制。

· 常用范围：30–60°C（部分方法可达80°C）。

· 作用：

o 升高温度可降低流动相粘度，减少柱压。

o 影响化合物的保留时间和选择性（尤其对离子化化合物）。

· 注意事项：需避免超过色谱柱的最高耐受温度（如硅胶柱通常≤60°C）。

3.9 MS/NMR

这部分填写MS/NMR相关的信息，包括：仪器名、仪器类型、MS类型、离子模式（ion mode）、MS信号获取、数据处理、软件等信息。填写完后，点击“Add MS metadata”会保存本步骤所填写的内容，然后进入到Data页面。

注：若既有POS又有NEG，请选择2，然后会出现左右两个MS相关信息供填写。这些信息一般可以从报告中获得，若没有，请联系数据产出商。

图18.阳（positive）离子模式

图19. 阳离子（positive）和阴离子（negative）模式

常见MS类型：

1. 软电离技术（Soft Ionization）

· ESI（电喷雾电离）

o 适用：极性化合物、蛋白质、多肽、代谢物（LC-MS常用）。

o 特点：生成多电荷离子（如[M+nH]ⁿ⁺），适合大分子。

· MALDI（基质辅助激光解吸电离，Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization）

o 适用：蛋白质、多糖、高分子聚合物（常与TOF联用）。

o 特点：样品与基质共结晶，激光激发产生单电荷离子（如[M+H]⁺）。

· APCI（大气压化学电离，Atmospheric Pressure Chemical Ionization）

o 适用：中等极性、小分子（如药物、脂类）。

o 特点：通过电晕放电离子化，比ESI更耐盐和缓冲液。

· APPI（大气压光致电离，Atmospheric Pressure Photoionization）

o 适用：非极性化合物（如多环芳烃、固醇类）。

o 特点：紫外灯激发，适合ESI/APCI难以电离的分子。

2. 硬电离技术（Hard Ionization）

适用于小分子、结构分析（产生碎片离子）：

· EI（电子轰击电离，Electron Impact Ionization）

o 适用：挥发性小分子（GC-MS常用）。

o 特点：高能电子轰击，产生丰富碎片，有标准谱库（如NIST）。

· CI（化学电离，Chemical Ionization）

o 适用：热不稳定小分子（补充EI）。

o 特点：反应气（如甲烷）缓冲，生成[M+H]⁺或[M-H]⁻，碎片较少。

3.10 Data

这部分填写的Data相关的信息。也就是提交每个样品中每个代谢物信号的定量表格。包括两种模式：1）带代谢物名字的表格；2）不带代谢物名字的表格，例如m/z表格等。可以参考示例，将自己的数据调整成示例的样式。例如这里我们上传的是m/z表格，需要将第一列处理成m/z_RT格式，例如645.5327_24.91，其中645.5327是m/z（质荷比，离子的质量（m）与其所带电荷数（z）的比值，用于表征离子的特征），24.91是retention time（保留时间，样品组分通过色谱柱所需的时间）。Units of measurement包括：peak area, peak intensity, AUC等。填写好unit等信息后，点击“选择文件”按钮，选择处理好的txt格式的m/z表格文件，然后点击“Upload tab-delimited datafile”会保存本步骤的所填写的信息，并上传m/z表格文件。