海洋生物样本保藏信息的核心元数据标准化研究

李启沅 王博 吴静静

摘 要：本文首先论述了海洋生物样本及其信息重要的科学意义，并对国内外海洋生物产业发展趋势进行阐述，通过对比目前国内外海洋生物样本保藏数据标准化情况，提出了海洋生物样本的信息化管理，明确保藏核心元数据是整个信息化管理的重要基础，并在此基础上初步搭建了标准框架。

关键词：海洋，生物样本，保藏，信息，核心元数据，标准化

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2022.20.008

生命大健康产业是全球发展速度最快的产业之一，是各国推动经济增长和优化经济结构的重要力量。近年来，海洋生物资源已经成为世界各国竞相开拓的新的健康产业资源，尤其在海洋药物与生物制品方面，英国、美国、西班牙等国家将其提至战略发展层面，持续加大在海洋生物医药领域的研发投资力度。海洋健康产业已经成为大健康产业发展的新趋势[1]。海洋生物产业的发展与海洋生物技术的发展息息相关。海洋特殊的生态环境造就了海洋生物特殊化学结构和生物活性。以海洋生物为原料或从中提取有效成分，利用现代生物技术生产海洋生物化学药品、保健品和基因工程药物等产业发展迅速。而海洋生物样本则是所有活动的前提，也是基础研究的源头和关键环节，具有重大的科学、社会与经济价值。海洋生物样本研究数据不但含有时间信息，并且含有海洋深度、定位等信息。相对于陆地生物样本，要准确合理地长期保存海洋物种数据相对比较复杂。随着数据采集手段的不断进步，数据存储趋于海量化。大量数据资源没有统一的格式，缺少对原始数据有效记录和说明，使用者很难正确理解并利用数据。因此，对海洋生物样本元数据标准进行深入研究显得尤为重要，以期为使用方提供可以识别的、有价值的数据，实现互通互联。

1 海洋生物产业发展趋势

根据2022年10月Markets and Markets发布的《海洋生物技术- 全球市场趋势与分析》显示，2020年全球海洋生物技术市场大约为57亿美元，预计到2027年将增至92亿美元[2]。医药、食品、农业和化妆品行业对海洋生物原料的需求促进了市场的增长。美国对海洋生物技术日益重视，对专门从事海洋生物技术的海洋研究中心进行巨额投资，根据统计，在2021年美国海洋生物技术市场已经达到了11亿美元。

自1978年全国科学大会提出“向海洋问药”后，我国海洋药物开发研究不断得到国家重视。近年来，海洋生物医药产业的发展已经上升至国家战略高度。《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出“积极拓展海洋经济发展空间”的战略部署；《“十四五”海洋经济发展规划》以深化供给侧结构性改革为主线，以改革创新为根本动力，加快构建我国海洋生物医疗产业快速发展。随着国家政策的支持和研发力度的不断加大，海洋生物医药产业市场规模逐渐增大，产业增加值从2016年的336亿元增长至2021年的492亿元[3]。这为我国海洋生物技术行业的发展带来了政策上的保证。辽阔的海域面积和丰富的海洋生物资源也是我国发展海洋生物技术产业的巨大优势。根据Reportlinker 发布的关于全球海洋生物技术产业的报告显示，美国、加拿大、日本、中国和欧洲将推动该领域5.2%的年复合增长率。中国是这一领域中增长最快的国家之一。在澳大利亚、印度和韩国等国家的引领下，亚太地区的市场预计到2026年将达到2.026亿美元[4]。

2 国内外标准化现状

2.1 国外海洋生物样本保藏信息标准化概述

海洋生物为近年来迅速发展的新兴产业，海洋样本保藏数据相关的标准或技术操作规范还是在各个相关的产业组织或研究组织中自行制定并使用。然而，不同组织对于生物样本保藏的信息侧重点有所不同，导致系统中的数据结构、格式方式均存在差异，对数据共享造成了阻礙。元数据是按照一定标准，对信息资源进行规范化描述，是特征元素的集合。规范化的描述可以准确且完备地说明信息资源的各项特征。

在海洋领域关于元数据标准研究主要有：国际海洋资料和信息交换IODE的MEDI（海洋环境数据目录），欧洲的EDIOS（欧洲海洋观测系统数据目录）以及ODAS（海洋数据获取系统）等[5]。但在生物样本保藏领域，国际标准化组织并未在信息数据方面开展相关的标准化活动[6]。目前，国际标准化组织仅集中在海洋技术领域，如在海洋和海域观测、开发和保护用设备、系统、基础设施和技术的试验方法、操作、设计、建造和后勤方面设立标准化组织，设立的技术委员会分会为ISO/TC 8/SC 13 Marinetechnology（海洋技术）。 但无论是在与生物技术相关的技术委员会（如 ISO/TC 276、ISO/TC 215和ISO/TC 212），还是海洋领域的技术委员会，均没有海洋生物技术领域相关的标准。

2.2 我国海洋生物样本保藏信息标准化过程及现状

海洋生物相关的标准主要是集中在海洋生物调查、生物质量和术语类的方面；行业和地方标准主要是集中在海洋生物样本的技术检测方法方面，对于样本保藏信息数据方向目前尚未有相关标准。

而我国海洋生物技术领域研究随着“十四五”期间国家的政策支持和研发力度不断加大，产业发展正处于加速期。而与我国海洋生物技术的加速发展相比，海洋生物样本保藏信息标准化的发展明显呈现滞后状态，主要表现在对于各个样本采集、储存，研发机构之间在数据表达和结构方面存在差异性，缺乏统一性。

我国与国际存在相同的问题，即更多在海洋勘测、海洋渔业、海洋生态等领域进行标准化规范。海洋生物样本保藏信息在国家标准层面还处于空白，未建立成体系的标准规范。

3 海洋生物样本保藏信息标准化的建设构想

3.1 设计路线

海洋生物技术是海洋大数据产生和应用的重要领域之一，加强大数据建设是海洋生物技术发展的必然要求。生物样本是发现疾病成因和表征疾病发展不可缺少的资源，是开发新药、诊断和治疗方法的重要依据，是预测和治疗人类疾病以及作物改良和创新的基本平台。海洋生物更是因为其生物多样性和庞大的物种数量而被为海洋生物产品的来源，样本的保藏显得尤为重要。海洋生物样本保藏包括样本采集、处理、保存、检索和分发，样本保藏信息技术路线如图1所示。

3.2 标准项目建设构想

（1）标准框架构建

海洋生物样本保藏核心元数据主要由数据标识信息、数据内容信息、数据质量信息和元数据信息等4个元数据子集组成，图2为海洋生物样本保藏核心元数据标准结构框架。

（2）数据标识信息

数据标识信息描述了数据集的基本信息，包含唯一标识数据的信息，是元数据的重要组成部分，其中包括数据集引用、摘要、关键字或词、数据分类等元素。通过对格式、样本浏览图、限制、关键字、项目信息等标识信息作出明确定义，可以让不同领域的用户对数据有一致性的理解。

（3）数据内容信息

数据内容信息是关于数据要素的说明，提供数据集内容特征的描述信息。数据集包含海洋样本采集要素的类型以及相应的要素名称、数量级单位等相关内容特征信息。对其所派生的子类分别定义两个描述子类：数据要素说明和数据覆盖层说明[5]。数据要素说明用于数值型数据以及图层数据的内容描述；内容信息的“资源域”属性是必备的元数据元素，用以描述数据集所在的资源范围。

（4）数据质量信息

数据质量信息包括数据覆盖范围、数据质控方法、数据质控标识等，其拥有统一的检查规则管理、检查规则的审批流程定义，是对数据集质量的总体评价。数据覆盖范围是对数据集的时间范围和空间范围的描述，需要明确数据集的时间序列和采样频率等；考虑到海洋生物样本的地理空间分布性，空间范围用于描述采样数据的地理位置、采样深度等。规范化数据质控方法是为了甄别异常数据所采用的数据质量控制方法。数据质控标识主要提供有关资料的质量信息（包括反映数据的质量水平、质量控制方法、可疑或者错误的类型和是否订正的信息等），同时在对数据进行质量控制过程中应详细标识数据的质量情况，并最终给出简单明了的质量标识。

（5）元数据信息

元数据通常被定义为关于描述数据的数据或数据的数据，对数据及信息资源的描述性信息。目的是在不同人或系统之间共享有关信息资源，实现对信息资源互操和管理。元数据信息主要用于描述元数据使用的语种、字符集、图像等关于元数据的重要信息。通过对元数据信息的规范，有助于数据的整合、汇总和分析，实现信息的管理、利用和共享。

4 结 语

标准作为支撑产业发展的技术力量，对推进海洋生物技术高质量发展具有重大意义。本文综合国内外对海洋生物样本保藏数据的现状，提出了建立海洋生物样本保藏信息核心元数据标准化构想。海洋生物样本保藏信息核心元数据标准是实现互操和互换的支撑，可以促进跨领域的共享和应用。

参考文献

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Resea rch a nd ma rkets. Ma r ine Biotech nolog y - Globa lMarket Trajectory & Analytics[EB/OL].[2023-01-11]. https：//w w w.resea rcha ndma rkets.com /repor ts/4911755/ma r inebiotechnology-global-market-trajectory.

火石创造.海洋生物医药产业发展要素与趋势分析[ E B /OL].（2022-06-30）[2023-01-11]. https：//www.hsmap.com/detail/1/956.

GlobeNewswire. Global Marine Biotechnology Market to reach$5 billion by 2026[EB/OL].（2022-03-11）[2023-01-11]. https：//www.globenewswire.com/news-release/2022/03/11/2401843/0/en/Global-Marine-Biotechnology-Market-to-Reach-5-Billionby-2026.html.

宋坤，周雪.元数据技术在海洋观测数据集成中的应用研究[J].海洋开发与管理，2014，31（6）：14-17.

陈喆民，王晓锋.海洋核心元数据标准初探[J].现代计算机（专业版），2007（6）：120-122.

作者简介

李启沅，高级工程师，主要从事生物技术标准化研究。

王博，副研究員，主要从事生物技术研究。

吴静静，通信作者，主要从事生物技术标准化研究。

（责任编辑：张佩玉）