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Fraunhofer-Gesellschaft
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  4. A machine learning method for the identification and characterization of novel COVID-19 drug targets
 
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May 3, 2023
Journal Article
Title

A machine learning method for the identification and characterization of novel COVID-19 drug targets

Abstract
In addition to vaccines, the World Health Organization sees novel medications as an urgent matter to fight the ongoing COVID-19 pandemic. One possible strategy is to identify target proteins, for which a perturbation by an existing compound is likely to benefit COVID-19 patients. In order to contribute to this effort, we present GuiltyTargets-COVID-19 (https://guiltytargets-covid.eu/), a machine learning supported web tool to identify novel candidate drug targets. Using six bulk and three single cell RNA-Seq datasets, together with a lung tissue specific protein-protein interaction network, we demonstrate that GuiltyTargets-COVID-19 is capable of (i) prioritizing meaningful target candidates and assessing their druggability, (ii) unraveling their linkage to known disease mechanisms, (iii) mapping ligands from the ChEMBL database to the identified targets, and (iv) pointing out potential side effects in the case that the mapped ligands correspond to approved drugs. Our example analyses identified 4 potential drug targets from the datasets: AKT3 from both the bulk and single cell RNA-Seq data as well as AKT2, MLKL, and MAPK11 in the single cell experiments. Altogether, we believe that our web tool will facilitate future target identification and drug development for COVID-19, notably in a cell type and tissue specific manner.
Author(s)
Schultz, Bruce  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Delong, Lauren Nicole
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Masny, Aliaksandr
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Lentzen, Manuel
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Raschka, Tamara  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Dijk, David van
Yale University
Zaliani, Andrea  
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Hansen, Anne Funck
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. ZV  
Rüping, Stefan  
Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS  
Kugler, Sabine  
Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS  
Burmeister, Jan  
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD  
Kohlhammer, Jörn  orcid-logo
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD  
Sarau, George  
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS  
Christiansen, Silke  
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS  
Kannt, Aimo
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Foldenauer, Ann Christina
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Claussen, Carsten  
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Resch, Eduard
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Frank, Kevin
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Gribbon, Philip  
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Kuzikov, Maria  
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Keminer, Oliver  
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Laue, Hendrik
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
Hahn, Horst  
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
Hirsch, Jochen
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
Wischnewski, Marco
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
Günther, Matthias  
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
Archipovas, Saulius  
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
Tom Kodamullil, Alpha
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Gemünd, Andre
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Fluck, Juliane
ZB MED Information Centre for Life Sciences
Steinborn, Carina
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Ebeling, Christian  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Domingo Fernández, Daniel  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Hermanowski, Helena
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Fröhlich, Holger  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Klein, Jürgen
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Schultz, Bruce  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Jacobs, Marc  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Hofmann-Apitius, Martin  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Knieps, Meike
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Krapp, Michael  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Wendland, Philipp Johannes
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Wegner, Philipp
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Golriz Khatami, Sepehr  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Springstubbe, Stephan  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Linden, Thomas  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Lentzen, Manuel
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Fröhlich, Holger  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Journal
Scientific Reports  
Open Access
DOI
10.1038/s41598-023-34287-5
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Full text
Language
English
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS  
Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP  
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD  
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI  
Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS  
Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS  
Keyword(s)
  • Drug safety

  • Machine learning

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