В Силико Моделирование Метод для вычислительной водной токсикологии эндокринных разрушители: Программно-ориентированный подход с использованием SAR Toolbox
28 августа 2019 г.
Моделирование взаимоотношения между структурой и активностью (ЗСАР) является репрезентативным методом, с помощью биоинформатики при токсикологическом скрининге. Этот протокол демонстрирует, как вычислительно оценивать риски эндокринных разрушители (ED) в водных средах. Используя инструментарий ОЭСР в САР, протокол реализует анализ силико для анализа токсичности EDs в рыбе.
Наш протокол использует высокодоступную и открытую программу, которая позволяет быстро вычислять краткосрочные побочные эффекты эндокринных разрушающих химических веществ. Этот набор инструментов ОЭСР по ОЭСР полезен для прогнозирования токсичности химических веществ и обеспечивает эффективный метод оценки острой экотоксичности эндокринных разрушителей удобным для пользователя образом. При запуске инструментария «SSAR» пользователь начинает работу на этапе input Toolbox по умолчанию, и Toolbox автоматически создает рабочий файл под названием Document 1.
После нажатия номера химической абстрактной службы введите химический абстрактный номер службы целевого вещества в доступном текстовом поле и нажмите Поиск. С помощью кнопки «Структура» вещество также можно искать с помощью упрощенного молекулярного кода входной линии. Для выполнения анализа в силико для нескольких целевых веществ напишите простой список веществ в текстовом редакторе, в котором каждый химический абстрактный номер службы указан в одном ряду, и сохраните текстовый файл с соответствующим именем.
Далее щелкните Данные и подтвердите, что базы данных, перечисленные в Экотоксикологической информации, проверяются. Нажмите Вход, выберите запрос и нажмите Да в окне диалога, чтобы принять выбранные настройки. В соответствии с вкладкой Химическая абстрактная служба выберите список нагрузок для загрузки списка веществ, сохраненного в качестве текстового файла.
Нажмите Добавить в нижней части всплывающего меню и нажмите Выполнить. В наборе инструментов ЗСАР будет отображаться сообщение с указанием количества веществ, которые были извлечены для поиска. Для профилирования нажмите кнопку «Профильный инструментарий» и перейдите на кнопку «Методы профилирования» в панели опций этапа.
Нажмите Кнопку «Все в окне методов профилирования» и подтвердите, что все профилеры, перечисленные в предопределимых и профилаторах, связанных с водной токсичностью в соответствии с конкретными конечными точками, проверяются, а затем нажмите Apply, right click Parameters для запуска интегрированных 2D и 3D моделей SSAR по желанию. Для сбора данных нажмите кнопку «Инструментбокс данных» и нажмите «Соберите панель инструментов действий». Выберите все конечные точки, чтобы собрать все экспериментальные данные или выбрать Выбрать для сбора конечной точки конкретных экспериментальных данных.
Право нажмите на конечную точку интереса и организовать дерево конечной точки в предпочтительной манере, используя доступные термины и стрелки, прежде чем нажать Хорошо. Затем нажмите на конечную точку интереса и выберите Матрицу экспортных данных для экспорта собранных данных в электронную таблицу. Появится мастер экспорта матрицы, позволяющий добавление других конечных точек в список экспорта.
Закончите выбор и нажмите Экспорт, чтобы сохранить файл. Для заполнения пробелов в данных нажмите кнопку «Заполнение пробелов в данных» и нажмите кнопку «Автоматичный». Выберите Экотоксикологическую информацию и рыбу, смертельную концентрацию на 50% в 96 часов и нажмите Хорошо.
Появится окно контроллера рабочего процесса. При запуске режима Batch укажите диапазон веществ, над которыми выполняется рабочий процесс. Если предсказание было успешно выполнено, нажмите кнопку «Отчетный инструментарий», нажмите кнопку «Далее» на полученное значение прогноза, нажмите «Прогноз» и наполните содержимое отчета и его внешний вид во всплывающем мастере.
После нажатия Далее нажмите «Создайте отчет» и сохраните отчеты о прогнозах и категориях в качестве PDF-файлов и матрицы данных в качестве файла электронной таблицы. В этом количественном анализе прогнозируемых острых токсичностей отдельных эндокринных разрушителей, когда были построены прогнозируемые точки данных по сравнению с экспериментальными точками данных в виде шкалы журнала, была обнаружена положительная корреляция между обоими параметрами для всех проанализированных рыб, а также для наших репрезентативных видов. Для обеспечения оценки безопасности наивысшей надежности был проведен дальнейший вычислительный анализ путем построения прогнозируемого нижнего предела интервала уверенности в 95% смертельной концентрации на уровне 50% по сравнению с экспериментально полученными значениями.
В ходе этой оценки с повышенным порогом безопасности было показано, что 92% всех проверенных эндокринных разрушающих соединений попадают в защитный диапазон по сравнению с экспериментально полученными значениями. Здесь средние уровни прогнозируемой смертельной концентрации на 50%значения для связующих рецепторов эстрогена были выше, чем у не-связующих. В отличие от экспериментальной смертельной концентрации на 50%значения, три уровня не-и слабых связующих были выше, чем у сильных рецепторов эстрогена связующих.
Эта процедура может быть применена только к химическим веществам с уникальным идентификатором, который в данном случае является кодом SMILES. Есть еще один автоматизированный рабочий процесс, интегрированный в инструментарий ОЭСР, который может быть применен аналогичным образом и для сенсибилизации кожи.
Обзор
В данном протоколе описывается вычислительный подход к оценке рисков эндокринных дизрупторов (ЭД) в водной среде с использованием OECD QSAR Toolbox. Он представляет собой удобный метод прогнозирования токсичности химических веществ и оценки их острой экотоксичности.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Токсикология
- Биоинформатика
- Экотоксикология
Введение
- Эндокринные ди disruptors представляют значительный риск для гидробионтов.
- Моделирование количественных соотношений «структура — активность» (QSAR) помогает в проведении токсикологического скрининга.
- OECD QSAR Toolbox является доступным инструментом для прогнозирования токсичности.
- В данном протоколе представлен метод in silico для оценки эндокринных ди disruptors.
Цель исследования
- Для компьютерной оценки токсичности эндокринных дизрупторов для рыб.
- Для предоставления систематического метода экотоксикологической оценки.
- Для повышения надежности оценки безопасности химических веществ.
Используемые методы
- Использование OECD QSAR Toolbox для прогнозирования токсичности.
- Ввод номеров Chemical Abstracts Service для целевых веществ.
- Сбор и анализ данных с помощью различных методов профилирования.
- Экспорт собранных данных для дальнейшего анализа и отчетности.
Основные результаты
- Была обнаружена положительная корреляция между прогнозируемыми и экспериментальными данными о токсичности.
- 92% протестированных эндокринных дизрупторов попали в защитный диапазон на основе прогнозов.
- Прогнозируемые летальные концентрации различались между связывающими и не связывающими эстрогеновые рецепторы веществами.
- Данный протокол позволяет проводить комплексный анализ и отчетность по данным.
Заключение
- OECD QSAR Toolbox эффективен для оценки токсичности эндокринных дизрупторов.
- Данный метод повышает достоверность экотоксикологических оценок.
- Дальнейший вычислительный анализ может улучшить оценку безопасности химических веществ.
Часто задаваемые вопросы
Промышленная значимость
Вычислительная токсикология позволяет проводить высокопроизводительный скрининг эндокринных дизрупторов для прогнозирования острой экотоксичности у водных позвоночных, что способствует оценке рисков на ранних этапах анализа химической безопасности. OECD QSAR Toolbox предоставляет доступный автоматизированный рабочий процесс для генерации прогностических данных, которые служат основой для принятия решений о целесообразности дальнейшей разработки при идентификации ведущих соединений и доклинической приоритизации. Такой подход повышает достоверность прогнозов за счет корреляции результатов in silico с экспериментальными значениями LC50, снижая зависимость от ресурсозатратных испытаний на животных.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: Позволяет исследовать механизмы эндокринных нарушений путем прогнозирования значений LC50 и сродства к связыванию с эстрогеновыми рецепторами.
- Практическая ценность: Обеспечивает возможность быстрого скрининга химических библиотек с использованием стандартизированных идентификаторов, таких как номера CAS или коды SMILES.
- Прогностическая ценность: Позволяет выявлять количественные зависимости «структура — активность» между log Kow и LC50 для приоритетного выбора соединений с более низким экологическим риском.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет получать воспроизводимые количественные прогнозы острой токсичности для видов рыб с использованием стандартизированных экотоксикологических конечных точек.
- Практическая ценность: автоматизирует сбор данных и экспорт экспериментальных и прогнозируемых значений для последующего анализа в форматах электронных таблиц или PDF.
- Готовность анализа: обеспечивает пакетную обработку списков веществ для оценки множества эндокринных дисрупторов с использованием согласованных методов профилирования.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: дает понимание механизмов того, как связывание с рецептором эстрогена влияет на прогнозы токсичности для классов соединений-связующих и несвязующих агентов.
- Трансляционная преемственность: связывает идентификацию опасностей in silico с доклинической экотоксикологической оценкой посредством валидированных корреляций между прогнозом и экспериментом.
- Смягчение рисков: позволяет выявлять соединения, попадающие в защитные диапазоны (92% в данном исследовании), для продвижения более безопасных кандидатов в процессе разработки.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный метод интегрируется в рабочие процессы на ранних этапах поиска путем обеспечения вычислительного профилирования опасностей, которое предшествует тестированию in vitro и in vivo, что позволяет осуществлять сортировку химических кандидатов на основе данных о прогнозируемой водной токсичности.
- Открытия в биологии: Поддерживает проверку гипотез о потенциале нарушения эндокринной системы путем моделирования взаимосвязей между LC50 и Kow у видов рыб.
- Скрининг: Обеспечивает получение готовых к анализу количественных результатов посредством автоматизированного сбора данных из экотоксикологических баз данных в рамках QSAR Toolbox.
- Аналитика: Позволяет сравнивать прогнозируемые и экспериментальные значения LC50 с использованием логарифмических графиков и анализа доверительных интервалов для оценки надежности прогноза.
- Трансляционные исследования: Связывает расчетные прогнозы связывания с рецепторами эстрогена с наблюдаемыми показателями летальности, что способствует оценке риска на основе биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: Устанавливает стандартизированный масштабируемый протокол, применимый к различным сериям химических соединений для обеспечения единообразного экотоксикологического профилирования.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозирования при идентификации опасности эндокринных ди disruptors посредством количественной корреляции расчетных и экспериментальных данных о токсичности.
- Операционная ценность: Обеспечивает воспроизводимость и стандартизацию за счет автоматизированных рабочих процессов в OECD QSAR Toolbox, снижая вариативность, связанную с ручным вводом данных.
- Стратегическая ценность: Повышает эффективность использования капитала, позволяя на ранних этапах исключать высокорисковые соединения, что минимизирует потери на поздних стадиях разработки из-за экологической токсичности.
- Влияние на портфель: Облегчает принятие решений о продвижении препаратов с учетом рисков путем выявления соединений с прогнозируемыми значениями LC50 в пределах защитных порогов безопасности.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с интерфейсом OECD QSAR Toolbox и понимание принципов выбора экотоксикологических конечных точек.
- Необходим доступ к валидированным экотоксикологическим базам данных и правильная настройка методов профилирования водной токсичности.
- Требуется стандартизация форматов ввода веществ (CAS или SMILES) для обеспечения точной идентификации химических соединений и пакетной обработки.
- Предполагает межфункциональное согласование между химиками-вычислителями, токсикологами и группами по экологической безопасности в вопросах интерпретации доверительных интервалов прогнозирования.
- Ограничено веществами с уникальными идентификаторами; применимость ограничена доступностью данных по конкретным конечным точкам, таким как LC50 для рыб через 96 часов.
Часто задаваемые вопросы о биофармацевтике
Chapters in this video
0:04
Title
0:36
QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationship) Input
1:51
Profiling
2:21
Data
3:04
Data Gap Filling
3:31
Report and Application
3:57
Results: Representative Predicted vs. Experimental Aquatic Toxicology of Endocrine Disruptors
5:09
Conclusion
