Endokrin Bozucuların Hesaplamalı SuToksikolojisi için Silico Modelleme Yöntemi: QSAR Toolbox Kullanarak Yazılım Tabanlı Bir Yaklaşım
28 Ağustos 2019
Kantitatif yapı-aktivite ilişkisi (QSAR) modellemesi toksikolojik taramada biyoinformatik destekli bir yöntemdir. Bu protokol, sucul ortamlarda endokrin bozucuların (ED' lerin) risklerinin nasıl hesaplanabildiğini göstermektedir. OECD QSAR Toolbox'ı kullanan protokol, balıktaki ED'lerin toksisitesini analiz etmek için silico bir test uygular.
Protokolümüz, endokrin bozucu kimyasalların kısa vadeli yan etkilerinin hızlı bir şekilde hesaplanmasını sağlamak için son derece erişilebilir ve açık bir yazılım programı kullansın. Bu OECD QSAR Toolbox kimyasal maddelerin toksisitesini tahmin etmek için yararlıdır ve endokrin bozucuların akut ekotoksisitesini kullanıcı dostu bir şekilde değerlendirmek için etkili bir yöntem sağlar. QSAR Araç Kutusu'nu çalıştıran kullanıcı varsayılan olarak Giriş Araç Kutusu aşamasında başlar ve Araç Kutusu otomatik olarak Belge 1 adlı bir çalışma dosyası oluşturur.
Kimyasal Soyut Hizmet Numarasını tıklattıktan sonra, kullanılabilir metin alanına hedef maddenin kimyasal soyut hizmet numarasını girin ve Ara'yı tıklatın. Yapı düğmesi ile, madde basitleştirilmiş moleküler giriş hattı giriş sistemi kodu ile de aranabilir. Birden çok hedef madde için in-silico test gerçekleştirmek için, her kimyasal soyut hizmet numarası tek bir satırda listelenen bir metin editörü basit bir madde listesi yazın ve uygun bir adla metin dosyası kaydedin.
Ardından, Veriler'i tıklatın ve Ekotoksikolojik Bilgiler altında listelenen veritabanlarının denetlenir olduğunu onaylayın. Seçili ayarları kabul etmek için Giriş'i tıklatın, Sorgula'yı seçin ve iletişim penceresinde Evet'i tıklatın. Kimyasal Soyut Hizmet sekmesinin altında, metin dosyası olarak kaydedilen madde listesini yüklemek için Yük Listesi'ni seçin.
Açılan menünün altındaki Ekle'yi tıklatın ve Yürüt'ü tıklatın. QSAR Araç Kutusu, arama için alınan maddelerin sayısını belirten bir ileti görüntüler. Profil oluşturma için Profil Oluşturma Araç Kutusu sahne düğmesine tıklayın ve sahne seçeneği panelinde Profil Oluşturma Yöntemleri'ne gidin.
Profil Oluşturma Yöntemleri penceresinde Tümünü Seç'i tıklatın ve Endpoint Specific altında sutoksisitesi ile ilgili Önceden Tanımlanmış ve profilcilerin tümünün kontrol edildiğini onaylayın, ardından Uygula'yı tıklatın, tümleşik 2D ve 3D QSAR modellerini istediğiniz gibi çalıştırmak için Parametreleri sağ tıklatın. Veri toplama için Veri Araç Kutusu aşaması düğmesini tıklatın ve eylemler araç çubuğunda Topla'yı tıklatın. Tüm deneysel verileri toplamak için Tüm Uç Noktaları'nı seçin veya bitiş noktasına özgü deneysel verileri toplamak için Seç'i seçin'i seçin.
İlginin bitiş noktasını sağ tıklatın ve Tamam'ı tıklatmadan önce kullanılabilir terimleri ve okları kullanarak bitiş noktası ağacını tercih edilen şekilde düzenleyin. Ardından ilginin bitiş noktasını sağ tıklatın ve toplanan verileri elektronik tabloya aktarmak için Veri Matrisi'ni dışa aktar'ı seçin. Dışa aktarma listesine diğer uç noktaların eklenmesini sağlayan bir matris dışa aktarma sihirbazı görüntülenir.
Seçimi bitirin ve dosyayı kaydetmek için Dışa Aktar'ı tıklatın. Veri boşluğu doldurma için Veri Boşluğu Doldurma Araç Kutusu aşaması düğmesini tıklatın ve Otomatik'i tıklatın. 96 saat içinde %50 oranında ölümcül konsantrasyon olan Ekotoksikolojik Bilgi ve Balık'ı seçin ve Tamam'ı tıklatın.
İş akışı denetleyici penceresi görüntülenir. Toplu Iş modunu çalıştırıyorsanız, iş akışını yürütmek için üzerinde bulunan maddelerin aralığını belirtin. Tahmin başarıyla yürütüldüyse, Araç Kutusu Nu Bildir düğmesini tıklatın, elde edilen tahmin değerini sol tıklatın, Tahmin'i tıklatın ve açılır penceredeki rapor içeriğini ve görünümünü özelleştirin.
İleri'yi tıklattıktan sonra Rapor Oluştur'u tıklatın ve tahmin ve kategori raporlarını PDF dosyaları ve veri matrisini elektronik tablo dosyası olarak kaydedin. Seçilen endokrin bozucuların öngörülen akut toksisitelerinin bu nicel analizinde, öngörülen veri noktaları nın bir günlük kütüğü ölçeği olarak deneysel veri noktalarına karşı çizildiğinde, analiz edilen tüm balıklar ve temsili türlerimiz için her iki parametre arasında pozitif bir korelasyon bulunmuştur. En yüksek güvenilirliğin güvenlik değerlendirmesini sağlamak için, öldürücü konsantrasyonun %95 güven aralığının öngörülen alt limitinin öngörülen alt sınırının deneysel olarak elde edilen değerlere karşı %50'si çizilerek daha fazla hesaplamaanalizi yapılmıştır.
Yüksek güvenlik eşiği olan bu değerlendirmede, deneysel olarak elde edilen değerlere kıyasla toplam test edilen endokrin bozan bileşiklerin %92'sinin koruyucu menzile düştüğü gösterilmiştir. Burada östrojen reseptör bağlayıcıları için% 50 değerleri tahmin öldürücü konsantrasyon ortalama düzeyleri olmayan bağlayıcılar daha yüksekti. Buna karşılık, 50% değerleri deneysel öldürücü konsantrasyon için, olmayan ve zayıf bağlayıcılar üç düzeyde güçlü östrojen reseptör bağlayıcıları daha yüksekti.
Bu yordam yalnızca benzersiz bir tanımlayıcısı olan kimyasal maddelere uygulanabilir ve bu durumda SMILES kodudur. OECD QSAR Araç Kutusu'nda entegre edilmiş ve benzer şekilde uygulanabilen ve cilt hassasiyeti için bir otomatik iş akışı daha vardır.
Genel Bakış
Bu protokol, OECD QSAR Toolbox kullanarak sucul ortamlardaki endokrin bozucuların (ED'ler) risklerini değerlendirmek için hesaplamalı bir yaklaşımı özetlemektedir. Kimyasal maddelerin toksisitesini öngörmek ve akut ekotoksisitelerini değerlendirmek için kullanıcı dostu bir yöntem sunar.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Toksikoloji
- Biyoinformatik
- Ekotoksikoloji
Arka Plan
- Endokrin bozucular sucul yaşam için önemli riskler oluşturur.
- Kantitatif yapı-aktivite ilişkisi (QSAR) modellemesi, toksikolojik taramaya yardımcı olur.
- OECD QSAR Toolbox, toksisite öngörüleri için erişilebilir bir araçtır.
- Bu protokol, endokrin bozucuları değerlendirmek için in silico bir deneyi göstermektedir.
Çalışmanın Amacı
- Endokrin bozucuların balıklardaki toksisitesini hesaplamalı olarak değerlendirmek.
- Ekotoksikolojik değerlendirmeler için sistematik bir yöntem sunmak.
- Kimyasal maddelerin güvenlik değerlendirmelerinin güvenilirliğini artırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Toksisite tahminleri için OECD QSAR Toolbox'ın kullanımı.
- Hedef maddeler için kimyasal soyut servis (CAS) numaralarının girilmesi.
- Çeşitli profilleme yöntemleri aracılığıyla veri toplama ve analiz.
- Toplanan verilerin daha fazla analiz ve raporlama için dışa aktarılması.
Ana Sonuçlar
- Tahmin edilen ve deneysel toksisite verileri arasında pozitif bir korelasyon saptanmıştır.
- Test edilen endokrin bozucuların %92'si, tahminlere dayalı koruyucu bir aralıkta yer almıştır.
- Tahmin edilen letal konsantrasyonlar, östrojen reseptör bağlayıcıları ile bağlayıcı olmayanlar arasında farklılık göstermiştir.
- Protokol, kapsamlı veri analizi ve raporlamaya olanak tanımaktadır.
Sonuçlar
- OECD QSAR Toolbox, endokrin bozucuların toksisitesini değerlendirmek için etkilidir.
- Bu yöntem, ekotoksikolojik değerlendirmelerin güvenilirliğini artırır.
- İleri hesaplamalı analizler, kimyasal maddeler için güvenlik değerlendirmelerini geliştirebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Endüstriyel Uygunluğu
Hesaplamalı toksikoloji, kimyasal güvenlik değerlendirmesinde erken evre risk değerlendirmesini destekleyerek, sucul omurgalılarda akut ekotoksisiteyi öngörmek için endokrin bozucuların yüksek kapasiteli taramasına olanak tanır. OECD QSAR Toolbox, ön madde belirleme ve preklinik önceliklendirme süreçlerindeki karar aşamalarına temel teşkil eden öngörücü verilerin üretilmesi için erişilebilir ve otomatik bir iş akışı sunar. Bu yaklaşım, in silico çıktıları deneysel LC50 değerleri ile ilişkilendirerek öngörü güvenini artırır ve kaynak yoğun hayvan deneylerine olan bağımlılığı azaltır.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: LC50 değerlerini ve östrojen reseptörü bağlanma afinitesi ilişkilerini öngörerek endokrin bozucu mekanizmaların sorgulanmasını sağlar.
- Operasyonel Değer: CAS numaraları veya SMILES kodları gibi standart tanımlayıcılar kullanılarak kimyasal kütüphanelerin hızlı bir şekilde taranmasını destekler.
- Öngörücü Değer: Çevresel riski daha düşük olan bileşiklere öncelik vermek için log Kow ve LC50 arasında nicel yapı-aktivite ilişkileri oluşturur.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Standartlaştırılmış ekotoksikolojik uç noktalar altında, balık türleri için tekrarlanabilir kantitatif akut toksisite tahminleri üretir.
- Operasyonel Değer: Deneysel ve tahmin edilen değerlerin veri toplamasını ve elektronik tablo veya PDF formatlarında alt analizler için dışa aktarılmasını otomatikleştirir.
- Deney Hazırlığı: Tutarlı profilleme yöntemleriyle birden fazla endokrin bozucu maddeyi değerlendirmek için madde listelerinin toplu olarak işlenmesine olanak tanır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Östrojen reseptörü bağlanmasının, bağlayıcı ve bağlayıcı olmayan bileşik sınıflarında toksisite tahminlerini nasıl etkilediğine dair mekanistik içgörü sağlar.
- Translasyonel Süreklilik: Doğrulanmış tahmin-deney korelasyonları aracılığıyla, in silico tehlike tanımlaması ile preklinik ekotoksikolojik değerlendirme arasında köprü kurar.
- Risk Azaltma: Geliştirme süreçlerinde daha güvenli adayların ilerletilmesi için koruyucu aralıklar içinde kalan bileşikleri (bu çalışmada %92) tanımlar.
İş Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Bu yöntem, in vitro ve in vivo testler öncesinde hesaplamalı tehlike profillemesi sağlayarak erken keşif iş akışlarına entegre olur ve öngörülen sucul toksisiteye dayalı olarak kimyasal adayların veri odaklı ön elemesine olanak tanır.
- Keşif Biyolojisi: Balık türlerindeki LC50 ve Kow ilişkilerini modelleyerek endokrin bozucu potansiyel üzerine hipotez testlerini destekler.
- Tarama: QSAR Toolbox içerisindeki ekotoksikolojik veri tabanlarından otomatik veri toplama yoluyla analize hazır kantitatif çıktılar sağlar.
- Analiz: Tahmin güvenilirliğini değerlendirmek için log-log grafiklerini ve güven aralığı analizini kullanarak tahmin edilen LC50 değerleri ile deneysel değerlerin karşılaştırılmasına olanak tanır.
- Translasyonel Araştırma: Hesaplamalı östrojen reseptörü bağlanma tahminlerini gözlemlenen letal sonuçlarla ilişkilendirerek biyobelirteç odaklı risk değerlendirmesini destekler.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Tutarlı ekotoksikolojik profilleme için kimyasal seriler genelinde uygulanabilir, standardize edilmiş ve ölçeklenebilir bir protokol oluşturur.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Hesaplamalı ve deneysel toksisite verilerinin nicel korelasyonu aracılığıyla, endokrin bozucuların tehlike tanımlamasında öngörü güvenini artırır.
- Operasyonel Değer: OECD QSAR Toolbox içindeki otomatik iş akışları vasıtasıyla tekrarlanabilirliği ve standardizasyonu sağlayarak manuel değişkenliği azaltır.
- Stratejik Değer: Yüksek riskli bileşiklerin erken aşamada öncelik listesinden çıkarılmasını sağlayarak, çevresel toksisite nedeniyle geç aşamalarda yaşanan kayıpları minimize eder ve sermaye verimliliğini iyileştirir.
- Portföy Etkisi: Tahmini LC50 değerleri koruyucu güvenlik eşikleri dahilinde olan bileşiklerin belirlenmesiyle, riske göre ayarlanmış ilerleme kararlarını kolaylaştırır.
Uygulama Hususları
- OECD QSAR Toolbox arayüzünü kullanma konusunda yetkinlik ve ekotoksikolojik uç nokta seçimi hakkında bilgi gerektirir.
- Doğrulanmış ekotoksikolojik veri tabanlarına erişime ve sucul toksisite için profil oluşturma yöntemlerinin uygun şekilde yapılandırılmasına bağlıdır.
- Doğru kimyasal tanımlama ve toplu işlem sağlamak için madde giriş formatlarının (CAS veya SMILES) standartlaştırılmasını gerektirir.
- Tahmin güven aralıklarının yorumlanması konusunda hesaplamalı kimyagerler, toksikologlar ve çevre güvenliği ekipleri arasında fonksiyonlar arası uyum gerektirir.
- Yalnızca benzersiz tanımlayıcılara sahip maddelerle sınırlıdır; uygulanabilirlik, 96 saatlik balık LC50 gibi belirli uç noktalar için veri mevcudiyeti ile kısıtlanmıştır.
Biyofarma SSS
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
