Identifizierung unbekannter Substanzen: Fragmentierungsbäume und Molekulare Fingerabdrücke

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Böcker
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324792648

Die schnelle Identifizierung von kleinen Molekülen aus geringen Substanzmengen ist in vielen Bereichen der Biologie und Medizin von Interesse, z. B. in der Metabolomik, der Naturstoffforschung, der Entdeckung von Biomarkern, der Umweltforschung und der Diagnostik. Massenspektrometrie (MS) ist heute eine Schlüsseltechnologie für die Identifizierung kleiner Moleküle. In den letzten Jahren ist die Menge und Komplexität der MS-Daten rasant gewachsen. Die computergestützte Analyse solcher Daten ist vermutlich eine der größten technologischen Hürden in der Metabolomics und der Erforschung kleiner Moleküle.Vor etwa einem Jahrzehnt schlug meine Gruppe Fragmentierungsbäume als Modell für die Fragmentierungsreaktionen bei der Messung vor und entwickelte SIRIUS, um solche Fragmentierungsbäume zu berechnen. Vor etwa fünf Jahren entwickelten wir CSI:FingerID für die Suche in Molekülstrukturdatenbanken unter Verwendung von Tandem-MS-Daten, wobei wir Fragmentierungsbäume zur Steigerung der Suchleistung integrierten. Im Rahmen der letzten Förderperiode haben wir CANOPUS für die umfassende Zuordnung von Verbindungsklassen ohne Strukturaufklärung und ZODIAC für die Zuordnung von Molekülformeln in vollständigen Datensätzen entwickelt. Wir haben die Version 4 von SIRIUS veröffentlicht, die von Nature Methods als "method to watch" bezeichnet wurde, und die Leistungsfähigkeit unserer Methoden in biologischen Fallstudien demonstriert.In der zweiten Förderperiode werden wir vier verschiedene biologische Fallstudien durchführen, um die Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit unserer Methoden zu demonstrieren; wir werden unsere Integration der LC-MS/MS-Verarbeitung in SIRIUS fortsetzen; wir werden Epimetheus für die Validierung der CSI:FingerID-Suchergebnisse entwickeln; wir werden eingehende Evaluierungen von SIRIUS und CSI:FingerID durchführen; wir werden unsere Arbeiten zur Trennung von chimärischen Spektren aus der letzten Förderperiode abschließen; wir werden ZODIAC schneller und besser machen; und schließlich werden wir eine Methode zur netzwerkbasierten Korrektur von molekularen Fingerabdrücken entwickeln, um die Leistung von CSI:FingerID weiter zu steigern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen