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ASICS: an automatic method for identification andquantification of metabolites in complex 1D 1HNMR spectra

Authors :
Patrick Tardivel
Cécile Canlet
Gaëlle Lefort
Laurent Debrauwer
Marie Tremblay Franco
Didier Concordet
Rémi Servien
ToxAlim (ToxAlim)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Analyse de Xénobiotiques, Identification, Métabolisme (E20 Metatoul-AXIOM)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-MetaToul-MetaboHUB
Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRA)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Innovations Thérapeutiques et Résistances (InTheRes)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-MetaToul-MetaboHUB
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Source :
Conférence de Spectrométrie de Masse, Métabolomique et Fluxomique & Electrophorèse et Analyse Protéomique (SMMAP 2017), Conférence de Spectrométrie de Masse, Métabolomique et Fluxomique & Electrophorèse et Analyse Protéomique (SMMAP 2017), Oct 2017, Marne la vallée, France, HAL
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

National audience; One of the major challenges in NMR/mass spectrometry analysis of metabolic profiles relies onthe identification and quantification of metabolites in complex biological mixtures. These features aremandatory to make metabolomics asserting a general approach to test a priori formulated hypotheseson the basis of exhaustive metabolome characterization rather than an exploratory tool dealing with un-known metabolic features. In this communication we propose a method, named ASICS, based on astrong statistical theory that handles automatically the metabolites identification and quantification inproton NMR spectra. A statistical linear model is built to explain a complex spectrum using a librarycontaining pure metabolite spectra. This model can handle local or global chemical shift variations dueto experimental conditions using a warping function. A statistical lasso-type estimator identifies andquantifies the metabolites in the complex spectrum. This estimator shows good statistical properties andhandles peak overlapping issues. The performances of the method were investigated on known mixtures(such as synthetic urine) and on plasma datasets from duck and human (plasma NIST SRM1950) using alibrary of 175 pure metabolites. Results show noteworthy performances, outperforming current existingmethods (namely MetaboHunter, BATMAN, Bayesil or Chenomx) for the identification and the quan-tification of metabolites. Furthermore, ASICS could easily be used routinely according to its reasonablecomputational time (no more than 3 minutes for the whole analysis of a complex spectrum). In conclu-sion, ASICS is a completely automated procedure for metabolites identification and quantification in 1HNMR spectra of biological mixtures. It will enable empowering NMR-based metabolomics by quicklyand accurately helping experts to obtain metabolic profiles. ASICS is already available as a R function orwithin the more user-friendly Galaxy/W4M interface developed by the MetaboHUB infrastructure andIFB (French Institute of Bioinformatics).

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
Conférence de Spectrométrie de Masse, Métabolomique et Fluxomique & Electrophorèse et Analyse Protéomique (SMMAP 2017), Conférence de Spectrométrie de Masse, Métabolomique et Fluxomique & Electrophorèse et Analyse Protéomique (SMMAP 2017), Oct 2017, Marne la vallée, France, HAL
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..f71dda192b08960bd23fbacd4ae31fa2