MASTR-MS:一种基于网络的代谢组学实验室信息管理系统（LIMS）外文翻译资料

 2022-11-25 15:13:40

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MASTR-MS:一种基于网络的代谢组学实验室信息管理系统（LIMS）

亚当·亨特[1]·萨拉瓦扬·达亚兰[2][3]·大卫·德索萨·布拉德·鲍尔·罗德尼·洛里玛·塔玛斯·萨博·阮·肖恩·奥卡拉汉 ·杰里米·哈克[4]·詹姆斯·派克·阿姆莎·纳希德·罗伯托·巴雷罗

摘要：

背景全世界越来越多的研究实验室和核心分析设施正在开发高通量代谢组分析和数据处理管线，每年能够处理数百到数千个单个样品，通常涉及多个项目，合作和样品类型。目前还没有实验室信息管理系统（LIMS）专门为能够跟踪样品的代谢组学实验室量身定制以及从实验开始到结束的相关元数据，包括数据处理和归档，以及它们也适用于大型机构核心设施或多实验室联盟以及单一实验室环境。

结果在这里，我们介绍MASTR-MS，一种可下载和可安装的LIMS解决方案，可以在单个实验室内部署，或用于跨多站点网络连接工作流程。它包含一个节点管理系统，可用于跨一个或多个协作实验室链接和管理项目; 用户管理系统，其定义用户的不同用户组和特权; 报价管理系统，客户报价被管理；一个项目管理系统元数据被存储和项目管理的所有方面（包括实验设置，样品跟踪和仪器分析）被定义，以及一个数据管理系统，允许从分析仪器到LIMS的原始数据和处理数据的自动捕获和存储。

结论MASTR-MS是专门为代谢组学设计的综合性LIMS解决方案。它捕捉样品的整个生命周期，从项目和实验设计到样品分析，数据采集和存储。它充当电子笔记本，便于在单个实验室或多节点协作环境中进行项目管理。该软件正在与代谢组学研究界的成员密切协商开发。 它可以在GNU GPL v3许可下免费获得，可以从以下位置访问：https//muccg.github.io/mastr-ms/.

收到日期：2016年8月18日/接受日期：2016年11月26日/网上发布：2016年12月27日copy;The Author（s）2016. 本文在Springerlink.com上以开放访问的形式发布

联系：马尔科姆麦康维尔malcolmm@unimelb.edu.au

马修·贝尔加德mbellgard@ccg.murdoch.edu.au

1 介绍

代谢组学方法旨在检测和定量生物系统中所有小分子的水平，并与其他“组学”方法一起用于产生全系统的生物过程理解。代谢组学方法通常涉及使用先进的质谱和NMR平台来最大化组成生物系统的化学多样性代谢物的覆盖度。在许多情况下，这些分析平台位于机构和/或国家核心设施中，为研究人员提供一系列代谢组学能力(http://www.metabolomics.net.au, htt p:// www.metabolomicscentre.ca, http://commonfund.nih.gov/ metabolomics/index, http://www.me tabohub.fr/en/, http:// ec.europa.eu/research/participants/data/ref /h2020/grants_ manual/hi/ oa_pilot / h2020-hi-oa-data-mgt_en.pdf）。这些核心设施以及具有完善的代谢组学基础设施和功能的个体研究团队面临着跟踪大量样品和相关元数据的挑战，并将这些信息与多个分析平台生成的原始数据集以及处理过程下游数据集。数据处理超出了原始数据的收集和管理范围，还涉及到定义原始数据如何生成的元数据管理。主要的融资机构，如欧洲地平线2020（http://ec.eur opa.eu/research/participants/data/ref/ h2020/grants_manual/hi/oa_ pilot/h2020-hi-oa- data-mgt_en.p df),NIH（http://grants. nih.gov/grants/policy/data_sharing/data_sharing_ guidance. htm），威康信托基金（http://www.wellcome.ac.uk/ About-us/Policy/Spotlight-issues/Data-sharing/ Guid-ance -for-researchers/ index.htm）和澳大利亚的NHMRC（http://www.nhmrc.gov.au /guidelines/public ations/r39）已经建立了数据管理计划，研究人员预计将遵循数据管理计划来捕获，存储和共享由其赠款产生的数据。科学期刊也越来越多地要求将与代谢组学实验相关的实验数据和元数据提供给科学界（http://www.nature.com/sdata/data-policies, http://www.gigasciencejournal.c om/authors/instructions/research），导致建立数据仓库，如MetaboLights（Haug et al.2012）和代谢组学工作台（http://www.metabolomicsworkbench.org/)。LIMS是旨在管理实验室整个工作流程的软件解决方案。许多LIMS已经开发或改编自其他应用，用于策划代谢组学实验和数据管理（即SetupX，芝麻）。虽然这些LIMS具有可以捕获项目元数据，实验和样本，数据存储以及数据共享的功能，但它们在其容纳能力方面表现出许多限制不同的供应商工具，并具有限制功能，以促进地理上分散的实验室之间的协作配置。在本文中，我们介绍MASTR-MS，第一个全功能的开源LIMS解决方案，专门为代谢组学实验室设计。

2 材料和方法

MASTR-MS作为Python运行（http://www.python.org）构建在Django上的Web应用程序（http: //www.djangoproject.com）框架，利用PostgreSQL（http://www.post- gresql.org）或MySQL（ht tp://www.mysql.com）关系型数据库。MASTR-MS利用Django框架的用户管理功能，用户权限和安全性。Django是一个成熟的Web框架，提供了多种安全工具和机制。例如针对跨站点脚本（XSS），跨站点请求伪造（CSRF），SQL注入和点击劫持提供特定保护。安全中间件也用于为所有流量实施SSL / HTTPS。MASTR-MS使用开源组件构建，并使用开放标准进行通信。客户端浏览器界面利用Javascript和AJAX进行流体数据显示和提交，为用户提供了非常像桌面应用程序的体验，但具有在任何操作系统上的任何Internet连接位置提供的灵活性，无需客户端下载或安装。

DataSync客户端是在仪器的采集计算机上运行的小型桌面应用程序。该软件不断与MAST R-MS服务器通信，并负责将原始数据从采集计算机传送到MASTR-MS存储库（补充图S9A）。DataSync客户端使用wxWidgets以Python编程语言编写（http://www.wxwidgets.org/）GUI库并在Windows和Linux系统上运行。数据使用rsync协议上传（https://rsync.samba.org/）以及安装包中包含所需的库和插件。

由于MASTR-MS服务器端组件是用Python 2.7编程语言编写的，因此任何具有Python 2.7可用于使用Web服务器运行Web应用程序的操作系统都可以运行该应用程序。实际上，该应用程序仅在Linux操作系统和Apache Web服务器上进行了测试。对于安装，操作系统软件包可用于CentOS 6.5的RPM格式。同样，由于DataSync Client也是用Python 2.7编写的，它可以在任何具有Python 2.7可用的操作系统上运行。但是，它通常安装在带有分析仪器的Windows平台上。为此，DataSync客户端作为Windows可执行文件（.exe）安装程序分发。DataSync客户端如果可用，应用程序也通过用户选项自行更新以升级到更新版本。

3 结果

MASTR-MS是代谢组学实验室的基于网络的LIMS解决方案。MASTR-MS的不同模块允许用户：（a）跟踪所有代谢组学样品和相关的元分析处理数据集。这从捕获客户/合作者沟通，建立新项目，实验设计和样本定义以及自动获取由仪器生成的原始数据开始，（b）开发电子笔记本，用户记录项目的所有相关信息并在MASTR-MS中进行实验，从而允许多个用户在同一个项目上工作，（c）有条不紊地管理分析仪器产生的大量数据，将其与项目，实验和样品细节联系起来;（d）通过共享项目和实验数据促进地理上分散的实验室之间的合作。MASTR -MS同样适用于大型核心设施或单/多实验室环境。 因此，大型国家设施和小型个体实验室将同样受益于使用MASTR-MS。

MASTR-MS包括五个主要模块，（1）节点管理系统（2）用户管理系统（3）报价管理系统（4）项目管理系统（5）数据管理系统。数字1显示了使用不同功能和特征的MASTR-MS的工作流程。这些功能在下面详细描述。用户在首次登录MASTR-MS时最初连接到仪表板，并且可用的功能根据用户的访问级别而定制。仪表板给出了网站上最近的活动和需要注意的项目的“概览”摘要。根据用户的访问状态/级别，仪表板显示待处理用户请求，需要注意的报价，最近创建/修改的项目以及最近创建/修改的实验。

3.1 节点管理系统

该模块允许添加多个实验室成为单个MASTR-MS网络的一部分。例如，一组地理上分散的实验室可以单独部署MASTR-MS并共享项目和实验。这种设置将由模块通过生成不同的节点来建立。另一方面，MASTR-MS可以在单个实验室环境中使用，其中该模块将包括单个节点。

图一 MASTR-MS系统工作流程概述

3.2 用户管理系统

该模块定义了MASTR-MS中使用的不同用户组。每个用户组具有不同的特权和权限来访问MASTR-MS的不同功能。另外，该模块允许系统用户的生成和管理。MASTR-MS有以下用户组：

3.2.1 系统管理员

该用户组可以访问MASTR-MS的所有功能。通常会有一个指定的系统管理员作为所有其他用户访问系统的查询点，尽管可能有多个系统管理员。系统管理员为其账户分配了一个实验室名称（与所有其他用户一样），允许指定用户（通常是托管该项目的组织/实验室的成员担任系统管理员）。系统管理员可以向系统添加新用户，将用户组分配给任何实验室的任何用户，编辑用户的详细信息并删除任何实验室的用户。

3.2.2 管理员

该用户组可以完全访问MASTR-MS中的所有项目，实验和实验数据，用户帐户和报价，而不管节点。此用户组允许选定用户查看跨不同节点的所有项目和实验，从而实现跨节点的数据无缝共享和协作。如果多个实验室只有一个MASTR-MS部署，但不想共享项目和实验，则不会为用户分配管理员角色。

3.2.3 节点代表

此用户组可完全访问其节点的报价，并且是此节点运行的报价和项目的首选联系人（详情请参阅报价管理系统）。在多节点设置中，每个节点通常至少有一个用户分配给该组。

3.2.4 项目管理员

该用户组能够为其节点创建新项目和实验。此外，这个小组可以将工作人员分配到特定的项目和实验中。

3.2.5 员工

该组的用户能够参与他们节点的项目和实验。

3.2.6 客户

系统的所有其他用户都是客户端。除了查看分配给他们的项目的进度外，这个小组没有特权。

系统的任何用户可以随时更新他们自己的用户记录并更改他们的密码。

3.3 报价管理系统

该模块专为为客户研究人员提供代谢组学服务的核心设施而设计。潜在客户可以通过报价请求系统申请运行实验样品的报价，而无需注册帐户。在指定阶段，客户需要通过填写一个简短的信息对话框来注册MASTR-MS。该模块允许收集有关请求性质的联系信息和信息。 各种格式的文件可以附加到该模块。在多节点设施中，用户可以将他们的报价指向具有相关专业知识的特定节点，或者他们可以选择“不知道”让所有节点代表发出警报。

如果客户和合作者通过系统制作的报价请求尚未处理，则会对其进行跟踪和标记，以便节点代表可以快速查看需要注意的新报价。除非选择“不知道”选项，否则报价只能由发送到的节点的成员看到。如果需要，节点代表可以将报价转发给其他节点。节点代表然后可以开始与潜在客户和他们的团队进行对话，澄清任务并提供正式的引号，如果需要的话附上PDF格式。通信过程的每个步骤在该模块中都有时间标记和跟踪。报价请求和任何结果报价最终将通过实验设计阶段的选择选项与项目和实验相关联。因此，与项目相关的所有文件，包括客户，项目报价以及项目和实验设置都保存在一起。

3.4 项目管理系统

该模块允许管理项目，实验，样品和创建分析样品运行。如上所述，不同用户组的用户可以创建项目和实验。当一个项目被创建时通过MASTR-MS管理员或项目负责人，它可以链接到用户列表中的特定客户端。这允许客户监控项目进展情况。将项目经理分配给项目允许这些用户管理项目的所有方面，试验创建和进一步访问控制（逐个实验）（补充图S4）。由于样品元数

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