如今,有超過三分之一的藥品是基于自然界的活性物質合成的,在眾多植物、細菌和真菌中出現的次級天然物質可以消炎,可以抵御病原體,甚至可以防止癌細胞的生長。但是,利用自然界藥柜提供的財富和識別新天然物質是非常耗費時間、金錢與精力。德國耶拿大學(University of Jena)的一個研究小組已經開發出一種程序,可以更快、更容易地識別小活性物質分子,研究人員將他們的新方法稱為COSMIC(小分子鑒定的信心)。
為了找出生物樣本(如植物提取物)中包含的物質,研究人員使用質譜法對樣本進行分析。在這個過程中,分子被分解成碎片,其質量被確定。耶拿大學的Sebastian B?cker教授表示,研究所開發的CSI:FingerID分子搜索引擎能夠專門搜索與這些片段相匹配的分子結構。
目前有巨大的數據集合,其中有數十億的質譜數據,這些數據來自于對生物樣本的數百萬次分析,其中絕大多數都沒有識別出其結構。這就是COSMIC發揮作用的地方,使這些尚未識別分子中的大部分結構能夠被自動破譯。
為此,研究人員使用機器學習方法。首先,將檢查中樣品的質譜與現有的結構數據進行比較。結果會得到像谷歌搜索那樣的一個或多或少的可能命中列表。這個方法表明,人們對首先發現的命中列表的反應,實際上是在衡量其對正在尋找的結構有多大信心。為了做到這一點,COSMIC確定了一個分數,以評估建議命中的質量,并推斷它是正確的還是錯誤的。
研究已經能夠證明方法有效。他們研究了來自小鼠消化系統的質譜數據,尋找迄今未知的膽汁酸。為此,研究組構建了28000多個理論上可能的膽汁酸結構,并與小鼠微生物組的測量數據進行比較。通過COSMIC的后續分析,共發現了11種新的、以前完全未知的膽汁酸結構。此后,其中的兩個已經用專門合成的參考樣本進行了確認。
研究人員強調:研究首先表明這個新方法是可靠的。其次,COSMIC具有潛力,可以大大加快尋找新的和有趣的物質,因為篩選可以完全自動進行,不需要任何人工努力,而且時間非常短。研究人員預計,在未來幾年內,將有可能通過這種方式弄清成千上萬的新分子結構。
題為High-confidence structural annotation of metabolites absent from spectral libraries的相關研究論文發表在《自然-生物科技》上。
前瞻經濟學人APP資訊組
論文原文:
https://www.nature.com/articles/s41587-021-01045-9
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