CAREER: Open-Access, Real-Time High-Throughput Metabolomics for High-Field and Benchtop NMR for Biological Inquiry

职业:用于生物研究的高场和台式 NMR 的开放获取、实时高通量代谢组学

基本信息

  • 批准号:
    2237314
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 73.06万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-05-01 至 2028-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Metabolomics is an indispensable approach in systems biology that uses analytical techniques to measure metabolites in cells, tissues, and biofluids and provides direct information of the biological phenotype. Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) is a powerful tool for metabolomics due to its excellent analytical reproducibility and ability to detect numerous metabolites in a single measurement. NMR metabolomics is conventionally performed on a high-field (HF) spectrometer, but the recent development of benchtop spectrometers has led to a resurgence of interest in low-field (LF) NMR due to its accessibility, low cost and small footprint compared to HF. NMR metabolomics at both HF and benchtop LF, however, require time-consuming, user-dependent processing and expertise for metabolite identification and quantification. Due to these limitations, both HF and LF NMR are underexplored for metabolomics research in the biological community. This project will fill these critical gaps by developing, validating, and disseminating real-time, high-throughput NMR metabolomic techniques for both HF and benchtop LF NMR for advancing biological infrastructure and research. This interdisciplinary project will prepare the next generation of women and minorities to pursue bioengineering and bioinformatics career—currently an under-represented discipline. The project will also integrate research with educational objectives to target the broader community from K–12 to graduate students and the general public: (a) coursework to strengthen biosignal processing & analysis skills in undergraduate and graduate curricula; (b) internships, targeted to talented women, minority, and low-income college students; (c) hands-on STEM projects to motivate high-schoolers through collaboration with school teachers; (d) disseminate bioengineering research to support K–12 learning through the Society of Women Engineers, West TN STEM Hub, and Girls Experiencing Engineering programs; and (e) educational exhibits at local museums to enable public outreach and exposure to NMR applications. This early hands-on exposure will benefit students of all ages to understand fundamental concepts and realize NMR applications in a broad range of fields—including molecular biology, biomedical engineering and chemical engineering—and ultimately motivate them to pursue a STEM career. The project will develop, validate, and disseminate open-access metabolomic techniques that will automatically quantify the metabolites in complex biological spectra obtained from high-field (HF) and benchtop low-field (LF) NMR via the following objectives: 1) investigate high-throughput metabolomic methods for HF NMR using deep learning, 2) reconstruct high-resolution and high-throughput spectra from benchtop LF NMR using autoencoder, 3) investigate these techniques for inquiring biological questions, and 4) disseminate metabolomic libraries and techniques for biological research and education via an open-access software. This research will provide a breakthrough in the field of NMR metabolomics by eliminating a major processing barrier for both HF and benchtop NMR, thus making NMR an accessible and effective analytical tool to the biological community. The results of this project will be available at the institutional website: https://www.memphis.edu/mrisl/projects/index.phpThis award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
代谢组学是系统生物学中不可或缺的方法,它使用分析技术来测量细胞、组织和生物流体中的代谢物,并提供生物表型的直接信息。核磁共振光谱(NMR)是代谢组学的有力工具,因为它具有出色的分析重现性和在一次测量中检测多种代谢物的能力。NMR代谢组学通常在高场(HF)光谱仪上进行,但台式光谱仪的最新发展使人们对低场(LF)NMR的兴趣重新抬头,因为与HF相比,低场NMR具有可访问性、低成本和占地面积小。然而,HF和台式LF的NMR代谢组学需要耗时的、依赖于用户的处理和代谢物鉴定和定量的专业知识。由于这些局限性,HF和LF NMR在生物界的代谢组学研究中的探索不足。该项目将通过开发,验证和传播用于HF和台式LF NMR的实时,高通量NMR代谢组学技术来填补这些关键空白,以推进生物基础设施和研究。这个跨学科的项目将准备下一代的妇女和少数民族追求生物工程和生物信息学的职业生涯,目前代表性不足的学科。该项目还将把研究与教育目标结合起来,以从幼儿园到12年级的更广泛社区为目标,以研究生和公众为目标:(a)&在本科生和研究生课程中加强生物信号处理分析技能的课程;(B)针对有才华的妇女、少数民族和低收入大学生的实习机会;(c)通过与学校教师合作,开展STEM实践项目,以激励高中生;(d)传播生物工程研究,以支持K-12学习通过女工程师协会,西田纳西州干枢纽,和女孩体验工程方案;以及(e)在当地博物馆举办教育展览,使公众能够接触核磁共振的应用。这种早期的动手接触将有利于所有年龄段的学生理解基本概念,并在广泛的领域实现NMR应用-包括分子生物学,生物医学工程和化学工程-并最终激励他们追求STEM职业生涯。该项目将开发,验证和传播开放获取的代谢组学技术,该技术将通过以下目标自动量化从高场(HF)和台式低场(LF)NMR获得的复杂生物光谱中的代谢物:1)使用深度学习研究HF NMR的高通量代谢组学方法,2)使用自动编码器从台式LF NMR重建高分辨率和高通量光谱,3)研究这些技术用于询问生物学问题,4)通过开放获取软件传播代谢组学文库和技术用于生物学研究和教育。这项研究将通过消除HF和台式NMR的主要处理障碍,从而使NMR成为生物界可访问的有效分析工具,从而在NMR代谢组学领域取得突破。该项目的结果将在机构网站上公布:https://www.memphis.edu/mrisl/projects/index.phpThis奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Rapid and automated lipid profiling by nuclear magnetic resonance spectroscopy using neural networks
  • DOI:
    10.1002/nbm.5010
  • 发表时间:
    2023-08-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Johnson,Hayden;Puppa,Melissa;Tipirneni-Sajja,Aaryani
  • 通讯作者:
    Tipirneni-Sajja,Aaryani
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Aaryani Sajja其他文献

Aaryani Sajja的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

精子发生中mRNA下游开放阅读框(downstream Open Reading Frame,dORF)的功能研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于升阶谱方法和Open CASCADE的高阶网格自动生成技术研究
  • 批准号:
    11972004
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    62.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于Linked Open Data的Web服务语义互操作关键技术
  • 批准号:
    61373035
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    77.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
变分与拓扑方法和Schrodinger方程中的Open 问题
  • 批准号:
    10871109
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Open Access Block Award 2024 - Durham University
2024 年开放访问区块奖 - 杜伦大学
  • 批准号:
    EP/Z531480/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Open Access Block Award 2024 - Goldsmiths College
2024 年开放获取区块奖 - 金史密斯学院
  • 批准号:
    EP/Z531509/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Open Access Block Award 2024 - John Innes Centre
2024 年开放访问区块奖 - 约翰·英尼斯中心
  • 批准号:
    EP/Z53156X/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Open Access Block Award 2024 - London School of Economics & Pol Sci
2024 年开放获取区块奖 - 伦敦政治经济学院
  • 批准号:
    EP/Z531625/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Open Access Block Award 2024 - Oxford Brookes University
2024 年开放获取区块奖 - 牛津布鲁克斯大学
  • 批准号:
    EP/Z531728/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Open Access Block Award 2024 - The Francis Crick Institute
2024 年开放获取区块奖 - 弗朗西斯·克里克研究所
  • 批准号:
    EP/Z531844/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Open Access Block Award 2024 - The Natural History Museum
2024 年开放访问区块奖 - 自然历史博物馆
  • 批准号:
    EP/Z531856/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Open Access Block Award 2024 - University of Brighton
2024 年开放获取区块奖 - 布莱顿大学
  • 批准号:
    EP/Z531935/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Open Access Block Award 2024 - University of Bristol
2024 年开放获取区块奖 - 布里斯托大学
  • 批准号:
    EP/Z531947/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Open Access Block Award 2024 - University of Bradford
2024 年开放获取区块奖 - 布拉德福德大学
  • 批准号:
    EP/Z531923/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 73.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了