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Machine Learning and Mass Spectrometry for Structural Elucidation of Novel Toxic Chemicals

Description du projet

L’apprentissage automatique pour la découverte de nouvelles structures chimiques toxiques

Les études d’exposition constituent un aspect crucial de la recherche chimique. Près d’un demi-million de substances chimiques ont été considérées comme pertinentes pour de telles études, dont un nombre important de leurs produits de transformation coexistent dans l’environnement. Malgré ce large éventail, seules quelques-unes de ces structures chimiques peuvent toutefois être générées in silico, évaluées analytiquement et validées. Les bases de données actuelles et les modèles d’apprentissage automatique reposent sur ces structures chimiques existantes. Le projet LearningStructurE, financé par le CER, entend révolutionner ce paysage en associant l’apprentissage automatique à de nouvelles technologies afin d’identifier de nouvelles structures chimiques toxiques. Cette initiative vise à rationaliser le processus de découverte de nouvelles structures chimiques, le rendant plus accessible, plus fréquent et plus efficace.

Objectif

Nearly half a million known chemicals have been deemed relevant for exposure studies and an even larger number of their transformation products are likely to co-occur in the environment. This mind-blowing number of possible chemical structures makes it impossible to in-silico generate all these structures, let alone synthesise and analytically confirm them, thereby limiting the discovery of novel chemicals. Today, the structural elucidation of chemicals detected with high resolution mass spectrometry relies on databases and machine learning models trained on the known chemical space. Both are fundamentally ill-suited for discovering novel chemical structures. As a result, only a few percent of the toxic activity of the environmental samples is explained by the currently known and monitored chemicals. It is crucial to access the novel chemical space to improve our understanding of the origin, fate, and impact of these chemicals.

The aim of LearningStructurE is to turn the discovery of novel chemical structures from serendipity to routine. As a steppingstone in this pursuit, I will combine the fundamental understanding of chromatography and high resolution mass spectrometry with machine learning to pinpoint novel toxic chemical structures based on their empirical analytical information. To significantly advance the predictive power of machine learning models for empirical analytical information, I will take advantage of the candidate structures as a sample specific training set for machine learning models. The improved predictive power will feed into in-silico structure generation, allowing to elucidate the structure directly from the empirical analytical information.

LearningStructurE will pave the way for exploration of the unknown chemical space detected from environmental samples, and thereby improve our understanding of the emissions, chemical processes transforming the emitted chemicals, and close the gap in measured and explained toxicity.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

STOCKHOLMS UNIVERSITET
Contribution nette de l'UE
€ 1 867 187,00
Adresse
UNIVERSITETSVAGEN 10
10691 Stockholm
Suède
Région
Östra Sverige Stockholm Stockholms län
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 867 187,00

Bénéficiaires (1)