[논문 리뷰] LabPipe: an extensible informatics platform to streamline management of metabolomics data and metadata

Bo Zhao, Luke Bryant외 17명|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 24.

Metabolomics and Mass Spectrometry Studies참고 문헌 6인용 수 5

한 줄 요약

LabPipe는 메타볼로믹스 데이터 및 메타데이터 관리를 자동화되고 안내되는 데이터 수집과 보안 웹 API 전송을 통해 간소화하는 오픈소스 클라이언트-서버 인포매틱스 플랫폼입니다. 지역 데이터 캡처와 중앙 집중식 스토리지 통합을 통해 다기관, 다기기 연구를 가능하게 하며, 역할 기반 액세스와 확장 가능한 플러그인을 통해 수동 오류를 줄이고 데이터 추적성을 향상시킵니다. 이는 EMBER 호흡대사체학 프로젝트에서 실증되었습니다.

ABSTRACT

Summary: Data management in clinical metabolomics studies is often inadequate. To improve this situation we created LabPipe to provide a guided, customisable approach to study-specific sample collection. It is driven through a local client which manages the process and pushes local data to a remote server through an access controlled web API. The platform is able to support data management for different sampling approaches across multiple sites / studies and is now an essential study management component for supporting clinical metabolomics locally at the EPSRC/MRC funded East Midlands Breathomics Pathology Node. Availability and Implementation: LabPipe is freely available to download under a non-commercial open-source license (NPOSL 3.0) along with documentation and installation instructions at http://labpipe.org. Contact: [e-mail]

연구 동기 및 목표

• 다기관 임상 메타볼로믹스 연구에서 통합적이고 확장 가능한 데이터 관리의 부족을 해결하기 위해.
• 수기 데이터 처리(예: 종이 기록, USB 전송 등)로 인한 오류와 데이터 손실을 해결하기 위해.
• 다양한 샘플링 프로토콜과 기기들을 지원할 수 있는 사용자 정의 가능하고 보안적이며 확장 가능한 시스템을 개발하기 위해.
• 샘플 콜렉션 시점에서 실시간으로 반추적 가능한 데이터 및 메타데이터 연결을 가능하게 하기 위해.
• 비전문가를 위한 직관적이고 사용자 友好的 인터페이스를 제공함으로써 기술적 및 임상 팀 간 협업을 촉진하기 위해.

제안 방법

• LPserver를 경량의 역할 기반 인증 웹 API로 구현한 모듈러 클라이언트/서버 아키텍처를 구현하기 위해.
• 스터디별로 유연한 메타데이터 구성과 동적 스키마 변경을 지원하기 위해 NoSQL 데이터베이스 백엔드를 사용하기 위해.
• Electron 프레임워크를 통해 크로스플랫폼 로컬 설치가 가능한 LPclient를 배포하여 현지 데이터 캡처 및 파일 링킹을 가능하게 하기 위해.
• 입력된 메타데이터를 바탕으로 파일 ID를 자동 생성하거나 새로운/수정된 파일을 감지함으로써 데이터 기원을 보장하기 위해.
• 사용자 정의 가능한 클라이언트 폼을 통해 온라인(실시간) 및 오프라인(지연된) 데이터 수집 워크플로우를 모두 지원하기 위해.
• 일시적인 네트워크 접근성 문제에 대비한 패러다임을 통합하여, 연결 복구 시 데이터를 큐잉하고 동기화함으로써 데이터 내구성을 확보하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다기관 임상 메타볼로믹스 연구에서 수기 오류와 데이터 손실을 줄이기 위해 데이터 관리는 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 사용자 정의 가능하고 확장 가능한 플랫폼이 다양한 기기와 프로토콜 간의 데이터 수집 및 메타데이터 연결을 얼마나 효과적으로 단순화할 수 있는가?
• RQ3 자동화된 데이터 전송 기능을 갖춘 로컬 설치 클라이언트가 수기 파일 업로드에 대한 의존도를 줄이고 데이터 추적성을 향상시키는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 역할 기반 액세스 제어 시스템이 분산된 연구 팀 간의 메타볼로믹스 데이터 보안에 얼마나 효과적인가?
• RQ5 통합적이고 안내식 데이터 수집 도구가 비기술적 임상 직원의 워크플로우 효율성과 사용성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• LabPipe는 EMBER 호흡대사체학 연구에서 수기 데이터 처리를 성공적으로 대체하여 종이 기록과 USB 전송을 완전히 제거했습니다.
• 샘플 콜렉션 시점에 메타데이터 연결을 자동화함으로써 데이터 입력 오류를 줄이고 데이터 품질을 향상시켰습니다.
• 로컬 LPclient 설치를 통해 사용자가 웹 포털을 통해 수동으로 데이터를 업로드할 필요 없이 중앙 LPserver로 원활한 파일 전송을 구현했습니다.
• 접속성이 일시적으로 끊어져도 내장된 패러다임을 통해 데이터를 큐잉하고 연결 복구 시 동기화함으로써 시스템의 내구성을 입증했습니다.
• 확장 가능한 플러그인 아키텍처 덕분에 핵심 기능에 영향을 주지 않고도 샘플 콜렉션 후 자동 이메일 알림과 같은 점진적 개선이 가능했습니다.
• LabPipe는 이제 레이스터 대학의 생물의학 연구센터에서 정착된 구성 요소로, 일곱 개의 활성 연구를 지원하며 다학제적 메타볼로믹스 연구를 가능하게 하고 있습니다.