Poprvé v historii mají vědci k dispozici komplexní soubor dat, který pomáhá odhalovat neznámé látky. Díky odborníkům z ÚOCHB
- Foto: ÚOCHB/Tomáš Belloň: Dr. Tomáš Pluskal, vedoucí skupiny Biochemie rostlinných specializovaných metabolitů v ÚOCHB
- Video: IOCB Prague: Poprvé v historii mají vědci k dispozici komplexní soubor dat, který pomáhá odhalovat neznámé látky
Vědci z laboratoře Dr. Tomáše Pluskala pomáhají kolegům z celého světa poznávat dosud neznámé látky. Vytvořili rozsáhlou knihovnu MSⁿLib, která obsahuje několik milionů záznamů o tom, jak se malé molekuly „rozpadají“ při měření metodou hmotnostní spektrometrie. Zatím se podobné databáze rozrůstaly jen velmi pomalu, díky novému unikátnímu postupu z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR lze ale údaje o neznámých molekulách získat v řádu minut. To je potenciál pro rychlejší hledání nových léčiv, lepší monitorování chemických látek v životním prostředí nebo pro další rozvoj umělé inteligence v oblasti biomedicíny. Článek o knihovně zveřejnil prestižní vědecký časopis Nature Methods.
ÚOCHB/Tomáš Belloň: Poprvé v historii mají vědci k dispozici komplexní soubor dat, který pomáhá odhalovat neznámé látky. Díky odborníkům z ÚOCHB: Dr. Robin Schmid, bývalý postdoktorand ve skupině Dr. Pluskala, nyní pracuje pro firmu mzio GmbH.
Hmotnostní spektrometrie odhaluje složení chemických látek a je klíčovým nástrojem v medicíně, farmacii nebo při výzkumu životního prostředí. Přístroj dokáže rozdělit neznámou látku na menší části a z těchto fragmentů odvodit, jak vypadala původní molekula. Spektra fragmentů, která si můžeme představit jako otisk prstu jedinečný pro každou látku, se porovnávají s už známými spektry uloženými v knihovnách. Dosavadní databáze ale pokrývaly jen omezený počet známých látek, což pátrání značně ztěžovalo.
Tomáš Pluskal a jeho tým rozvoj spektrálních knihoven posunuli významně kupředu. V době, kdy zpracovali svou studii pro Nature Methods, dali dohromady katalog třiceti tisíc malých molekul. K nim naměřili dva miliony velmi kvalitních spekter a nespokojili se přitom jen s hrubým obrázkem. Vícestupňovou fragmentací (MSⁿ), tedy opakovaným rozbíjením molekul, získali detailnější obraz o jejich vnitřní stavbě. Takto komplexní soubor dat má vědecký svět k dispozici poprvé. Tomáš Pluskal vysvětluje: „Během dvaceti let, kdy se pohybuji v oboru, se knihovny spekter příliš nerozrůstaly. Tuhle praxi jsme dokázali změnit až my a vytvořili jsme dosud největší databázi, která v současnosti existuje. Navíc jsme ji zpřístupnili světové vědecké komunitě k volnému využití.“
ÚOCHB: Poprvé v historii mají vědci k dispozici komplexní soubor dat, který pomáhá odhalovat neznámé látky. Díky odborníkům z ÚOCHB: Pro měření dat do spektrální knihovny se používá pipetovací robot, který připraví směsi deseti látek do destiček, a hmotnostní spektrometr potom analyzuje každou směs cca 90 vteřin. Během této doby spektrometr nasbírá všechna potřebná spektra a analýza se může posunout k další směsi látek. Tímto efektivním postupem je možné nasbírat spektra ke cca 3000 látkám za den.
Vědci také podstatně urychlili samotnou analýzu látek. Dokážou měřit vždy deset látek najednou a celý proces zabere pouhou minutu a půl. Protože je Pluskalův tým ve světové vědecké komunitě mimořádně známý a aktivní, získal od různých firem a institucí darem tisíce různých látek.
„Od sepsání článku v Nature Methods jsme se posunuli zase o kus dál. Dosud jsme zpracovali na 70 tisíc látek a dalších 150 tisíc jich čeká na analýzu. Data dál nahráváme na internet a do konce roku bychom se chtěli dostat na 200 tisíc naměřených látek. To je zhruba desetkrát víc, než bylo k dispozici za posledních 20 let,“ říká první autorka článku, Dr. Corinna Brungs, která nyní působí jako vedoucí servisní skupiny na Vídeňské univerzitě.
Tomáš Pluskal s kolegy využívají obrovské množství nových dat také k tomu, aby vylepšili algoritmy AI, které samostatně rozeznávají neznámé chemické látky od metabolitů v lidském těle až po látky v rostlinách či mikroorganismech.
ÚOCHB: Poprvé v historii mají vědci k dispozici komplexní soubor dat, který pomáhá odhalovat neznámé látky. Díky odborníkům z ÚOCHB: Dr. Corinna Brungs, bývalá postdoktorandka ve skupině Dr. Pluskala, nyní působí jako vedoucí core facility pro metabolomiku na Vídeňské univerzitě.
Vědci „nakrmí“ chytrý model strojového učení daty z knihovny chemických látek a díky větší datové základně dokáže jejich model na základě dodaného spektra přesněji popsat, jak by mohla vypadat molekula, která použité spektrum obsahuje.
Knihovna spekter vznikla pomocí open-source softwaru mzmine, za jehož rozvojem stojí rovněž tým kolem Tomáše Pluskala a který umožnil automatizované zpracování obrovského množství měření. Díky tomu vznikl zdroj, který je nejen rozsáhlý, ale i snadno použitelný pro další vědecké projekty po celém světě.
