Amino acid type prediction problem in biological nuclear magnetic resonance

Bc. David Porteš

Master's thesis

Anotácia:

NMR spektroskopie je metoda používaná k určení struktury proteinů. Použití této metody je bohužel velmi pracné a časově náročné, protože je třeba přiřadit co nejvíce peaku v NMR spektru k jejich atomům v molekule proteinu. Tento proces, zvaný "Chemical shift assignment", nebo též "přiřazování chemických posuvů", je stále prováděn ručně nebo pomocí semi-supervised metod. Existují sice softwarové balíky, které tento proces automatizují, ale obvykle změření několika pomocných spekter. Software 4D-Graphs si klade za cíl automatizovat proces přiřazování chemických posuvů, přičemž jako vstupní údaj vyžaduje pouze jedno NMR spektrum (HCNH NOESY). V této práci představujeme algoritmus pro přiřazování typů aminokyselin programu 4D-Graphs, který přispívá k řešení první fáze procesu přiřazování chemických posuvů pomocí metod strojového učení.

Abstract:

NMR spectroscopy is a method used to determine the three-dimensional structures of proteins. Unfortunately, using this method is very laborious and time-consuming, because it involves tracing all peaks in an NMR spectrum to their atoms in the protein. This process, called chemical shift assignment, is still mostly the domain of human experts, who conduct it manually or with the use of semi-supervised methods. While there do exist software packages automating this process, they typically require the recording of multiple additional spectra. The software 4D-Graphs aims to automate the chemical shift assignment process, requiring only a single NMR spectrum (HCNH NOESY) as input. In this thesis, we present the amino acid type assignment algorithm of 4D-Graphs, which contributes to solving the first stage of the chemical shift assignment process, using machine learning methods.

Keywords

Machine learning, NMR spectroscopy, Nuclear Magnetic Resonance, Chemical shift assignment, Protein structure determination, HCNH NOESY, HCNH TOCSY

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 5. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 21. 6. 2022
• Vedúci: doc. RNDr. Tomáš Brázdil, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Aleš Křenek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / odbor:
Informatics / Computer Graphics