In Silico Modeling Method for Computational Aquatic Toxicology of Endocrine Disruptors: A Software-Based Approach Using QSAR Toolbox

Unser Protokoll verwendet ein hochzugängliches und offenes Softwareprogramm, um eine schnelle Berechnung kurzfristiger negativer Auswirkungen endokrine störender Chemikalien zu ermöglichen. Diese OECD QSAR Toolbox ist nützlich, um die Toxizität chemischer Stoffe vorherzusagen, und bietet eine effiziente Methode zur benutzerfreundlichen Bewertung der akuten Ökotoxizität endokriner Disruptoren. Beim Starten der QSAR Toolbox beginnt der Benutzer standardmäßig in der Eingabe-Toolbox-Phase, und die Toolbox erstellt automatisch eine Arbeitsdatei mit dem Namen Dokument 1.

Nachdem Sie auf Chemical Abstract Service Number geklickt haben, geben Sie die chemische abstrakte Servicenummer der Zielsubstanz in das verfügbare Textfeld ein, und klicken Sie auf Suchen. Über die Structure-Taste kann der Stoff auch durch den vereinfachten code des molekularen Eingabeliniensystems durchsucht werden. Um den in-silico-Test für mehrere Zielsubstanzen durchzuführen, schreiben Sie eine einfache Stoffliste in einen Texteditor, in dem jede chemische abstrakte Servicenummer in einer einzigen Zeile aufgeführt ist, und speichern Sie die Textdatei mit einem entsprechenden Namen.

Klicken Sie als Nächstes auf Daten, und bestätigen Sie, dass die unter Ökotoxikologischen Informationen aufgeführten Datenbanken überprüft werden. Klicken Sie auf Eingabe, wählen Sie Abfrage aus, und klicken Sie im Dialogfeld auf Ja, um die ausgewählten Einstellungen zu akzeptieren. Wählen Sie auf der Registerkarte Chemischer Abstrakter Dienst die Option Liste laden aus, um die als Textdatei gespeicherte Stoffliste hochzuladen.

Klicken Sie unten im Popup-Menü auf Hinzufügen und auf Ausführen. In der QSAR-Toolbox wird eine Meldung angezeigt, die die Anzahl der Stoffe angibt, die für die Suche abgerufen wurden. Um die Profilerstellung zu erstellen, klicken Sie auf die Stage-Schaltfläche Profiling Toolbox, und navigieren Sie im Bedienfeld "Bühnenoption" zu Profilerstellungsmethoden.

Klicken Sie im Fenster Profilierungsmethoden auf Alle deaktivieren, und bestätigen Sie, dass alle Profiler, die unter Vordefinierte und Profiler im Zusammenhang mit aquatischer Toxizität unter Endpunktspezifisch aufgeführt sind, überprüft werden, und klicken Sie dann auf Anwenden, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Parameter, um integrierte 2D- und 3D-QSAR-Modelle wie gewünscht auszuführen. Um Daten zu erfassen, klicken Sie auf die Stage-Schaltfläche "Data Toolbox", und klicken Sie auf der Symbolleiste "Aktionen" auf Sammeln. Wählen Sie Alle Endpunkte aus, um alle experimentellen Daten zu sammeln, oder wählen Sie Auswählen aus, um die Endpunktspezifischen experimentellen Daten zu sammeln.

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Endpunkt von Interesse, und organisieren Sie die Endpunktstruktur auf die bevorzugte Weise, indem Sie die verfügbaren Begriffe und Pfeile verwenden, bevor Sie auf "Okay" klicken. Klicken Sie dann mit der rechten Maustaste auf den endpunkt von Interesse, und wählen Sie Datenmatrix exportieren aus, um die gesammelten Daten in eine Kalkulationstabelle zu exportieren. Ein Matrixexport-Assistent wird angezeigt, wodurch weitere Endpunkte zur Exportliste hinzugefügt werden können.

Beenden Sie die Auswahl, und klicken Sie auf Exportieren, um die Datei zu speichern. Um datenlücken zu füllen, klicken Sie auf die Stage-Schaltfläche Data Gap Filling Toolbox und auf Automatisiert. Wählen Sie Ökotoxikologische Informationen und Fisch, tödliche Konzentration bei 50% bei 96 Stunden und klicken Sie auf Okay.

Das Workflow-Controller-Fenster wird angezeigt. Wenn Sie den Batch-Modus ausführen, geben Sie den Bereich der Substanzen an, über den der Workflow ausgeführt werden soll. Wenn die Vorhersage erfolgreich ausgeführt wurde, klicken Sie auf die Schaltfläche "Phase der Berichtstoolbox", klicken Sie mit der linken Maustaste auf den resultierenden Vorhersagewert, klicken Sie auf Vorhersage, und passen Sie den Berichtsinhalt und die Darstellung im Popup-Assistenten an.

Nachdem Sie auf Weiter geklickt haben, klicken Sie auf Bericht erstellen, und speichern Sie die Vorhersage- und Kategorieberichte als PDF-Dateien und die Datenmatrix als Tabellenkalkulationsdatei. In dieser quantitativen Analyse der vorhergesagten akuten Toxizitäten ausgewählter endokriner Disruptoren, als die vorhergesagten Datenpunkte im Vergleich zu den experimentellen Datenpunkten als Log-Log-Skala dargestellt wurden, wurde eine positive Korrelation zwischen beiden Parametern für alle analysierten Fische sowie für unsere repräsentativen Arten gefunden. Um eine Sicherheitsbewertung der höchsten Zuverlässigkeit zu ermöglichen, wurde eine weitere Berechnungsanalyse durchgeführt, indem die vorhergesagte Untergrenze des 95%-Konfidenzintervalls der tödlichen Konzentration bei 50% im Vergleich zu den experimentell abgeleiteten Werten nachzeichnetwurde.

Bei dieser Bewertung mit erhöhter Sicherheitsschwelle wurden 92 % der insgesamt getesteten endokrine störanfälligen Verbindungen im Vergleich zu den experimentell abgeleiteten Werten in den Schutzbereich fallen. Hier waren die mittleren Werte der vorhergesagten tödlichen Konzentration bei 50%Werten für die Östrogenrezeptorbindemittel höher als die der Nicht-Bindemittel. Im Gegensatz dazu waren für die experimentelle tödliche Konzentration bei 50%Werten drei Ebenen der nicht und schwachen Bindemittel höher als die der stärkeren Östrogenrezeptorbindemittel.

Dieses Verfahren kann nur auf chemische Substanzen mit einer eindeutigen Kennung angewendet werden, die in diesem Fall der SMILES-Code ist. In der OECD QSAR Toolbox ist ein weiterer automatisierter Workflow integriert, der ähnlich angewendet werden kann und für die Sensibilisierung der Haut dient.