Diplomová práce
Získaná ocenění: Cena děkana FI za vynikající závěrečnou práci

Machine learning techniques of de-novo molecular formula reconstruction from its mass spectrum

Bc. Adam Hájek
Anotace

Hmotnostní spektrometrie je metoda analytické chemie, která analyzuje molekuly pomocí jejich fragmentace a následného změření hmotnosti vzniklých fragmentů. Tato diplomová práce se zabývá úkolem rekonstrukce molekulární struktury z GC-EI-MS spekter a to metodou de novo. Tato metoda se zaměřuje na případy, kdy analyzovaná molekula dosud nebyla pomocí spektometru změřena a není tudíž součástí žádné referenční …více

Abstract

Mass spectrometry is an analytical chemistry technique that analyzes molecules by fragmenting them and measuring the weights of these fragments. This diploma thesis addresses the task of molecular structure elucidation from GC-EI-MS spectra de novo, meaning we do not have a reference spectrum of this molecule from a different experiment. The task aims to reverse the process of molecular fragmentation …více

Zadání práce
Mass spectormetry is an experimental technique widely used to determine chemical composition of an almost arbitrary sample, e.g. detecting metabolites in blood or urea, toxical compounds in soil, water, or plants etc. Processing these experimental data is computationally expensive in general, and there are many specialized software packages for particular purposes.

All conventional data analysis methods extract mass spectra (just few up to dozens of mass-intensity pairs) corresponding to individual compounds; the spectra are used as queries in spectral databases. Despite the databases are large (hundreds of thousands records) and steadily growing, their coverage of billions of existing natural or anthropogenic compounds is still poor. Therefore, these methods cannot detect compounds not present in the databases intrinsically.

In 2020-23, several mutually independent methods, which overcome these restrictions, were published. All are based on large-scale machine learning models, usually inspired by the natural language processing field. These models "translate" from a mass spectrum to the corresponding molecular formula directly.

The theoretical part of the thesis will summarize and compare those methods briefly. Further, a similar model usable for data coming from the prevailing experiments in the collaborating Recetox centre -- mass spectrometry by electronic ionization, coupled with gas chromatography (GC-EI-MS), where the published methods are not directly applicable. Besides the model development itself, the student will also propose methodologies for data preparation and model evaluation. The chosen evaluation techniques should be similar to those used in the recommended literature so that we are able to compare the performance of our model with the published ones.

Práce zkontrolována:
22. 5. 2024 10:59, Mgr. Aleš Křenek, Ph.D., učo 3086
Jazyk práce
angličtina angličtina
Termín obhajoby
19. 6. 2024
Práce byla úspěšně obhájena

Vedoucí

Mgr. Aleš Křenek, Ph.D., učo 3086
NCBR PřF MU

Oponent

doc. Mgr. Bc. Vít Nováček, PhD, učo 4049
KSUZD FI MU

  • Přidání souboru

    Soubor nebo složku lze nahrát pomocí tlačítka Přidat.
  • Další operace se soubory

    Podrobnosti lze zjistit označením příslušného řádku.
  • Pohled pro experty

    Pro častou práci je možné zvolit režim Více možností.
  • Vyhledávání souborů

    Vyhledávaný výraz můžete zadat přímo do adresního řádku.
  • Rychlý přístup k souborům

    Pomocí funkce Nedávné je možné se rychle vrátit k právě prohlíženým souborům. Oblíbené soubory je také možné označit Hvězdičkou.