Naukowcy z Uniwersytetu w Jenie opracowali metodę opartą na sztucznej inteligencji, która pozwala dokładniej przewidywać czasy retencji. Dzięki temu można lepiej planować analizy, również w przypadku nowych systemów i nieznanych substancji. Narzędzie to jest dostępne do pobrania w Internecie.
Lepsze przewidywanie czasów retencji: pomocny ma być nowy model oparty na sztucznej inteligencji. Link do programu grupy badawczej z Jeny znajduje się na końcu tego artykułu. (Zdjęcie ilustracyjne)
(Zdjęcie: khaw – stock.adobe.com)
Niezależnie od tego, czy chodzi o poszukiwanie substancji czynnych, analitykę środowiskową czy metabolomikę: we wszystkich tych złożonych matrycach biologicznych chodzi o wykrywanie zawartych w nich cząsteczek. Naukowcy z Uniwersytetu im. Friedricha Schillera w Jenie we współpracy z partnerami z Centrum Helmholtza w Monachium oraz Politechniki w Monachium opracowali metodę opartą na sztucznej inteligencji do chromatografii cieczowej, która pozwala na bardziej wiarygodne przewidywanie czasów retencji małych cząsteczek.
Szczególnie w przypadku próbek biologicznych, takich jak krew, materiał komórkowy czy hodowle bakteryjne, złożoność próbki często stanowi przeszkodę w przeprowadzeniu rzetelnej analizy. Podczas gdy DNA i białka można obecnie stosunkowo dobrze analizować za pomocą sprawdzonych metod, różnorodność małych cząsteczek — tzw. metabolitów — jest szczególnie duża. Należą do nich produkty przemiany materii, substancje naturalne, toksyny, produkty rozkładu oraz wiele substancji leczniczych.
„Trudność polega na tym, że czasy retencji w dużym stopniu zależą od warunków eksperymentalnych: od zastosowanej kolumny, rozpuszczalnika, gradientu, wartości pH, temperatury, a nawet od pozornie niewielkich zmian technicznych”, mówi bioinformatyk prof. dr Sebastian Böcker, który kierował badaniem. „Jeśli na przykład wymieni się w urządzeniu wąż lub nowy wąż jest nieco dłuższy od starego, zmierzone czasy mogą ulec znacznym zmianom”.
Precyzyjne prognozy również dla nowych systemów LC
Dotychczasowe modele często wymagały szkolenia lub kalibracji przy użyciu danych pochodzących właśnie z tego systemu pomiarowego, na podstawie którego miały później generować prognozy. W praktyce oznacza to, że naukowcy musieliby najpierw dokonać pomiarów wielu substancji wzorcowych, zanim mogliby sensownie wykorzystać model. Jest to pracochłonne, kosztowne i w wielu zastosowaniach po prostu niemożliwe.
Nowe podejście opracowane przez zespół Böckera nie ogranicza się do jednego układu, lecz pozwala formułować prognozy nawet w odniesieniu do nowych układów i nieznanych cząsteczek. Metoda ta skupia się na najczęściej stosowanym rodzaju chromatografii cieczowej, czyli trybie „odwróconej fazy”, i przebiega w dwóch etapach:
W pierwszym etapie model uczenia maszynowego oblicza dla danej cząsteczki „wskaźnik kolejności retencji”. Wskaźnik ten nie określa bezpośrednio czasu, lecz pozycję cząsteczki w przewidywanej kolejności retencji.
W drugim etapie wskaźnik ten przekłada się na konkretne czasy retencji przy pomocy mniej znanych punktów odniesienia.
W opracowaniu tej metody znaczący udział miał Fleming Kretschmer, który pracował nad nią w ramach swojej pracy doktorskiej i jest współpierwszym autorem artykułu. „Kluczowym wynikiem naszych badań jest to, że nasza metoda przewyższa inne podejścia, które – w przeciwieństwie do naszej – wymagają najpierw czasochłonnego szkolenia na systemie docelowym” – podkreśla Kretschmer. „Nasze podejście umożliwia zatem precyzyjne prognozy od razu po uruchomieniu, nawet w przypadku nowych systemów”.
Narzędzie do prognozowania czasu retencji dostępne online
Podejście to może okazać się pomocne wszędzie tam, gdzie konieczne jest zidentyfikowanie nieznanych małych cząsteczek. Na przykład w badaniach nad substancjami naturalnymi naukowcy poszukują substancji pochodzących z bakterii, grzybów lub roślin, które mogłyby znaleźć zastosowanie jako nowe antybiotyki, leki przeciwnowotworowe lub substancje czynne w leczeniu innych chorób. Również w analityce środowiskowej, chemii żywności czy badaniach farmaceutycznych nieustannie pojawia się to samo pytanie: co zawiera złożona próbka — i czy zmierzony czas retencji odpowiada przypuszczalnej strukturze chemicznej?
Nowe narzędzie o nazwie „2-step” jest dostępna jako aplikacja internetowa oraz jako pakiet oprogramowania. Według naukowców metoda ta może w przyszłości zostać zintegrowana z wieloma programami analitycznymi, dzięki czemu będzie mogła być automatycznie wykorzystywana przez laboratoria stosujące chromatografię cieczową i spektrometrię masową.
Stan na dzień: 20.11.2020 r.
Jest dla nas sprawą oczywistą, że w sposób odpowiedzialny obchodzimy się z danymi osobowymi użytkowników. Jeśli gromadzimy dane osobowe, przetwarzamy je zgodnie z obowiązującymi przepisami o ochronie danych. Szczegółowe informacje można znaleźć tutaj: Polityka prywatności.
Zgoda na wykorzystanie danych do celów reklamowych
Wyrażam zgodę na wykorzystywanie przez spółkę Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, Max-Planck-Str. 7-9, 97082 Würzburg, Niemcy, oraz przez wszystkie spółki z nią powiązane w rozumieniu §§ 15 i nast. niemieckiej ustawy o spółkach akcyjnych AktG (dalej: Vogel Communications Group) mojego adresu e-mail do przesyłania mi newsletterów redakcyjnych. Lista spółek stowarzyszonych znajduje się tutaj.
Treść newslettera obejmuje produkty i usługi wszystkich wyżej wymienionych spółek, w tym na przykład czasopisma branżowe i książki specjalistyczne, wydarzenia i targi branżowe, a także produkty i usługi związane z wydarzeniami, oferty i usługi mediów drukowanych i wirtualnych, takie jak inne newslettery informacyjne, konkursy, kampanie leadowe, badania rynku online i offline, specjalistyczne portale internetowe i oferty e-learningowe. Jeśli pobrany został również mój osobisty numer telefonu, może być on wykorzystany do składania ofert dotyczących wymienionych wyżej produktów i usług wyżej wymienionych spółek oraz do badań rynkowych.
Moja zgoda obejmuje również przetwarzanie mojego adresu e-mail i numeru telefonu w celu porównania danych w celach marketingowych z wybranymi partnerami reklamowymi, takimi jak np. LinkedIn, Google i Meta. W tym celu Vogel Communications Group może przekazać wskazane dane w postaci zahashowanej partnerom reklamowym, a partnerzy ci mogą następnie wykorzystywać je w celu ustalenia, czy posiadam również konto w odpowiednich serwisach tych partnerów reklamowych. Grupa Vogel Communications wykorzystuje tę funkcję do celów retargetingu (upselling, cross-selling i budowanie lojalności klientów), tworzenia tzw. grup odbiorców podobnych (Lookalike Audiences) w celu pozyskiwania nowych klientów oraz jako podstawę do wykluczania odbiorców z bieżących kampanii reklamowych. Więcej informacji można znaleźć w sekcji „Porównanie danych w celach marketingowych” w polityce prywatności.
Jeśli otworzę na stronach internetowych chronione treści umieszczone na portalach Grupy Vogel Communications, w tym jej spółek stowarzyszonych w rozumieniu §§ 15 i nast. niemieckiej ustawy o spółkach akcyjnych AktG, muszę zarejestrować się, podając dodatkowe dane, aby uzyskać dostęp do tych treści. W zamian za bezpłatny dostęp do treści redakcyjnych, moje dane mogą być wykorzystywane zgodnie z niniejszą zgodą do tutaj określonych celów. Nie dotyczy to porównywania danych w celach marketingowych.
Prawo do wycofania zgody
Jestem świadomy(a), że w przyszłości mogę wycofać zgodę w dowolnym momencie. Wycofanie przeze mnie zgody nie ma wpływu na zgodność z prawem przetwarzania, którego dokonano na podstawie mojej zgody do momentu jej wycofania. Aby wycofać zgodę, mogę skorzystać z formularza kontaktowego dostępnego pod adresem https://contact.vogel.de/pl. Jeśli nie chcę już otrzymywać subskrybowanych przeze mnie newsletterów, mogę zrezygnować z subskrypcji naciskając w link znajdujący się na końcu newslettera. Więcej informacji na temat mojego prawa do wycofania zgody, a także konsekwencji wycofania zgody znajduje się tutaj: Polityka prywatności, sekcja Newslettery redakcyjne.