Non-target analysis of maternal and cord blood samples: Advancing computational tools and discovering novel chemicals

母体和脐带血样本的非目标分析:改进计算工具并发现新型化学物质

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Non-targeted analysis (NTA) provides a comprehensive approach to analyze environmental and biological samples for nearly all chemicals present. Despite the recent advancements in NTA, the number of confirmed chemicals with analytical standards remains fairly small compared to the number of detected features. There is, thus, a need to further develop computational tools to derive more chemical structures and leverage the full potential of HRMS. Enhancing our ability to derive more chemical structures will enable the discovery of new industrial chemicals that humans are exposed to, especially in critical windows of development, such as pregnancy. It will also enable the discovery of endogenously produced metabolites that may be related to biological outcomes of importance, such as preterm birth. The objective of my proposal is to develop novel computational methods to significantly advance our ability to analyze and interpret non-targeted analysis data from high-resolution mass spectrometry (HRMS) and apply them to study prenatal exposures to industrial chemicals and endogenous metabolites in a large cohort of pregnant women from Northern California. My proposal builds on my expertise in analytical and environmental chemistry and my current postdoctoral experience in computational chemistry and applications in human exposure. I seek additional training to develop and apply innovative computational methods to better characterize the human exposome and in particular the exposome of preterm birth. The contribution of my proposal will be two-fold: (1) developing novel computational structure-prediction algorithms for HRMS datasets based on MS data and physicochemical properties (equilibrium partition ratios between organic solvents and water, e.g., octanol/water, chlorobenzene/water, diethyl ether/water etc.) (Aim 1) and apply them to derive potential structures for chemical features detected in a HRMS dataset from 340 maternal and 340 matched cord blood samples to complement the limited number of chemicals identified through MS/MS and analytical standards (Aim 2); and (2) study the interplay between the exposome and the metabolome in preterm birth using molecular interaction networks to visualize and compare how molecular interactions between industrial chemicals and endogenous metabolites differ between preterm and full-term birth (Aim 3). The K99 training will expand my prior research experience through coursework, research apprenticeship, and mentored reading, with specific training in: (1) advanced analytical skills including -omics data analysis, machine learning, and biostatistics; (2) epidemiology, risk assessment, human exposure to chemical stressors; and (3) human pregnancy and development. The skills acquired during this award are critical to my long-term goal to advance computational methods to better analyze and interpret non-targeted analysis data to support efforts to better characterize the human exposome. This work will produce new scientific knowledge to greatly advance the understanding of the influence of environmental exposures in the development of adverse health outcomes and in particular, preterm birth.
项目摘要/摘要 非目标分析(NTA)提供了一种全面的方法来分析环境和生物学 几乎所有化学物质的样品。尽管NTA最近取得了进步,但已确认的数量 与检测到的特征数量相比,具有分析标准的化学品仍然相当小。那里 因此,需要进一步开发计算工具来得出更多的化学结构并充分利用 HRMS的潜力。增强我们得出更多化学结构的能力将使新的发现 人类接触的工业化学物质,尤其是在关键的发展窗口中,例如 怀孕。它还将使可能与可能有关的内生产生的代谢产物发现 重要性的生物学结果,例如早产。我的提议的目的是开发小说 计算方法可显着提高我们分析和解释非目标分析数据的能力 从高分辨率质谱(HRMS),并将其应用于研究产前暴露于工业 来自北加州的大量孕妇中的化学物质和内源代谢物。我的 提案基于我在分析和环境化学方面的专业知识以及目前的博士后的专业知识 在人类暴露中具有计算化学和应用的经验。我寻求额外的培训 开发和应用创新的计算方法,以更好地表征人类的展示体和 特别是早产的揭示。我的提议的贡献将有两个方面:(1)发展小说 基于MS数据和理化的HRMS数据集的计算结构预测算法 特性(有机溶剂与水之间的平衡分区比率,例如辛醇/水, 氯苯/水,二乙基醚/水等)(目标1),并将其应用于潜在的结构 在HRMS数据集中检测到的化学特征,从340个母体和340个匹配的脐带血样本到 补充通过MS/MS和分析标准鉴定的化学品数量有限(AIM 2);和 (2)研究使用分子相互作用在早产中的杂物体与代谢组之间的相互作用 网络可视化和比较工业化学品与内源性之间的分子相互作用 早产和完整分娩的代谢物不同(AIM 3)。 K99培训将扩大我以前的研究 通过课程工作,研究学徒和指导阅读的经验,并在以下特定的培训中进行:(1) 高级分析技能,包括 - 组数据分析,机器学习和生物统计学; (2)流行病学, 风险评估,人类接触化学压力源; (3)人类的怀孕和发育。这 在此奖项中获得的技能对于我的长期目标至关重要,以提高计算方法以改善 分析和解释非目标分析数据,以支持努力以更好地表征人类的释放组。 这项工作将产生新的科学知识,以极大地促进对影响的影响 环境暴露在不良健康结果的发展中,尤其是早产。

项目成果

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