Name: in silico modeling method for computational aquatic toxicology of endocrine disruptors: a software-based approach using qsar toolbox
Uploaded: 2019-08-28T14:00:00
Duration: 5 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Silico Modeling Method for Computational Aquatic Toxicology of Endocrine Disruptors: A Software-Based Approach Using QSAR Toolbox at JoVE.com

Esta investigación fue apoyada por la subvención del Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología (NST) por el gobierno de Corea del Sur (MSIP) (No. CAP-17-01-KIST Europe) y el Proyecto 11911.

1. Equipo
<ol><li>Software: utilice OECD QSAR Toolbox 4.0 o posterior (descarga gratuita desde <https://qsartoolbox.org/download/?) y software de análisis de datos.</li>
	<li>Ordenador: para la caja de herramientas QSAR de la OCDE, utilice: (i) tipo de sistema: 64 bits, Windows 7 o posterior; (ii) procesador: I5 a 2,4 GHz, o un procesador más rápido o CPU AMD equivalente; (iii) memoria instalada (RAM): 6 GB; (iv) unidad de disco duro (HDD): 20 GB de espacio libre en el disco duro (Notas de la versión de QSAR Toolbox 4.3 de la OCDE: <https://qsartoolbox.org/file/2019/02/Toolbox-4.3-Release-Notes-1.pdf>).</li>
</ol>2. Procedimiento
<ol><li>Caja de herramientas QSAR de la OCDE NOTA: QSAR Toolbox funciona en seis módulos de flujo consecutivos a partir de Input y seguidos de Profiling, Data, Category Definition, Data Gap Filling, luego Report, ubicado según la interfaz del programa.<ol>
<li>Explore las seis etapas antes mencionadas a través de seis iconos de la barra de herramientas haciendo clic con el botón izquierdo. En primer lugar, examine las etapas de Entrada, Llenado de brecha de datos e Informe que son necesarias para realizar el flujo de trabajo automatizado "Punto final ecotoxicológico" y documentar sus resultados.</li>
		<li>Eche un breve vistazo a las etapas opcionales Generación de perfiles y datos. La etapa de elaboración de perfiles proporciona una visión inicial del potencial de toxicidad (eco) de la sustancia objetivo y las características del destino ambiental. La etapa de datos opcional permite buscar datos experimentales disponibles relacionados con la sustancia de destino.</li>
	</ol></li>
	<li>Entrada<ol>
<li>Al iniciar QSAR Toolbox, el usuario comienza en la etapa de cuadro de herramientas de entrada de forma predeterminada. QSAR Toolbox crea automáticamente un archivo de trabajo denominado "Document 1", que se muestra en el panel de opciones del escenario a la izquierda de la interfaz del programa. Cambie el nombre del archivo, si lo desea, haciendo clic con el botón derecho en el archivo de trabajo.</li>
		<li>Haga clic en el botón CAS en la barra de herramientas de acciones, escriba el número de servicio abstracto químico (CAS) de la sustancia de destino en el campo de texto disponible y haga clic en Buscar. A continuación, la herramienta buscará la sustancia de destino por número CAS.</li>
		<li>Si es necesario, elija otras opciones de búsqueda que estén disponibles en la barra de herramientas de acciones, como la búsqueda por nombre de sustancia o el código simplificado del sistema de entrada de líneas de entrada molecular (SMILES). SMILES se puede introducir como formas 2D no estereoquímicas o estereoquímicas 3D que contienen. Haga clic en Nombre o Estructura, respectivamente. Utilice la herramienta Estructura para dibujar la sustancia de destino.</li>
		<li>La herramienta de búsqueda muestra los resultados de la búsqueda a través de registros de base de datos en una ventana emergente. Elija el registro que informa de una relación CAS-SMILES "alta" (campoRelación CS) si se recuperan varios registros para la sustancia de destino marcando la casilla a la izquierda del registro. Haga clic en Aceptar. NOTA: Proceder desde este punto sólo es posible si el registro recuperado contiene un código SMILES, ya que el código SMILES (formulario de contención no estereoquímico 2D) es la base para el cálculo.</li>
		<li>Modo por lotes: para realizar el ensayo in silico para múltiples sustancias de destino, escriba una lista de sustancias simple en un editor de texto en el que cada número CAS aparezca en una sola fila (Figurasuplementaria S3). Guarde el archivo de texto con un nombre y una extensión .txt adecuados en el equipo.</li>
		<li>Modo por lotes: haga clic en Datos. A continuación, vaya a Bases de datos en el panel de opciones de etapa a la izquierda de la interfaz del programa. Asegúrese de que las bases de datos que aparecen en Información ecotoxicológica estén marcadas.
</li>
		<li>Modo por lotes: haga clic en Entrada. Seleccione Consulta en la barra de herramientas de acciones. Acepte la configuración establecida en el paso 2.2.6 haciendo clic en Sí en la ventana de diálogo.</li>
		<li>Modo por lotes: elija la pestaña CAS. Cargue la lista de sustancias guardada como archivo de texto a través de la lista de carga desde el equipo. </li>
		<li>Modo por lotes: hay dos botones Agregar disponibles; haga clic en el botón Agregar en la parte inferior del menú emergente y, a continuación, haga clic en Ejecutar. QSAR Toolbox mostrará un mensaje sobre el número de sustancias que se han recuperado para la búsqueda. NOTA: Es posible que la herramienta de búsqueda no encuentre algunas sustancias de la lista cargada o que haya varias entradas disponibles para un número CAS. No es posible eliminar sustancias del conjunto de sustancias recuperado.</li>
	</ol></li>
	<li>Perfiles NOTA: La siguiente sección es opcional. Si esto no es necesario, vaya a la sección 2.5.<ol>
<li>Haga clic en el botón de la etapa de la caja de herramientas Generación de perfiles. Vaya a Métodos de generación de perfiles en el panel de opciones de etapa a la izquierda de la interfaz del programa.</li>
		<li>Haga clic en Anular selección de todo. Compruebe todos los generadores de perfiles enumerados en Predefinido y los relacionados con la toxicidad acuática enumerados en Punto final específico, como "Clasificación de toxicidad acuática aguda por Verhaar (Modificado)".</li>
		<li>Finalice la selección. A continuación, haga clic en el botón Aplicar en la barra de herramientas Acciones. NOTA: QSAR Toolbox proporciona recomendaciones sobre un conjunto de generadores de perfiles. Estos se resaltan en verde (adecuado) y naranja (plausible) al elegir Opciones > Color por: > Punto final seleccionado en la matriz de datos en la esquina superior izquierda de Métodos de generación de perfiles. Haga clic con el botón izquierdo en el campo de matriz de datos situado junto al punto final de interés. Los puntos finales disponibles se enumeran en el árbol de puntos finales junto al panel de opciones de etapa. El tipo de sustancia del generador de perfiles indicará si la sustancia objetivo es un "químico discreto". La información se muestra en el árbol de punto final expandido "Perfil", "Predefinido" y "Tipo de sustancia". Solo si la sustancia de destino es un producto químico discreto, el flujo de trabajo automatizado puede ejecutarse correctamente. "Clasificación de toxicidad acuática aguda por Verhaar (modificada)" proporciona una primera estimación del mecanismo de toxicidad acuática aguda de la sustancia objetivo19,20. La información se muestra en el árbol de punto final expandido "Perfil", "Punto final específico" y "Clasificación de toxicidad acuática aguda por Verhaar (modificado)". Hay cinco clases disponibles: (clase 1) productos químicos inertes (toxicidad basal); (clase 2) productos químicos menos inertes; (clase 3) productos químicos reactivos; (clase 4) productos químicos de acción específica; y (clase 5) para productos químicos que no son posibles de clasificar.</li>
		<li>Haga clic con el botón derecho en Parámetro en el árbol de punto final para ejecutar los modelos QSAR 2D y 3D integrados disponibles en QSAR Toolbox, si lo desea. Haga clic en Calcular/extraer todos los parámetros de todos los productos químicos en el menú emergente.</li>
		<li>Los modelos QSAR 2D y 3D compilados en Parameter proporcionan valores numéricos. Utilice "Métodos de generación de perfiles" para obtener información cualitativa (consulte el paso 2.3.1).</li>
	</ol></li>
	<li>Datos NOTA: Esta sección es opcional. Si no es necesario, vaya a la sección 2.5.<ol>
<li>Haga clic en el botón de la etapa de la caja de herramientas Datos. A continuación, haga clic en Recopilar en la barra de herramientas Acciones.</li>
		<li>Seleccione Todos los puntos de conexión para recopilar todos los datos experimentales y, a continuación, elija recopilar datos experimentales específicos del punto de conexión. Como ejemplo, si la toxicidad acuática es el foco del usuario, haga clic en Elegir > Información ecotoxicológica > Toxicidad acuática > Aceptar. NOTA: La elección de recopilar datos experimentales para todos los puntos de conexión puede dar lugar a un tiempo de procesamiento prolongado. El usuario puede adaptar la jerarquía del árbol de punto final al propósito específico. Esto cambia la forma en que se muestran los datos.</li>
		<li>Si lo desea, haga clic con el botón derecho en el punto final de interés en el área del árbol del punto final. Elija Establecer jerarquía de árbol en el menú emergente. Organice el árbol de punto final de la manera preferida utilizando los términos y flechas disponibles y haga clic en Aceptar.
</li>
		<li>Si lo desea, exporte los datos recopilados como un archivo de Excel. Haga clic con el botón derecho en el punto final de interés y elija Exportar matriz de datos en el menú emergente.</li>
		<li>Se abre un asistente de "Exportación de matriz" que permite agregar otros puntos de conexión a la lista de exportación. Finalice la selección, haga clic en Exportar y guarde el archivo en el equipo. NOTA: No es posible exportar datos de todas las bases de datos. Por ejemplo, los datos recuperados de la base de datos "ECHA CHEM" no se pueden guardar.</li>
	</ol></li>
	<li>Relleno de vacío de datos<ol>
<li>Haga clic en el botón de la etapa de la caja de herramientas Relleno de espacio de datos. A continuación, haga clic en Automatizado en la barra de herramientas Acciones.</li>
		<li>Seleccione Punto final ecotoxicológico > Pescado, LC50 (concentración letal, 50%) a las 96 h para Pimephales promelas (mortalidad). Haga clic en Aceptar. Aparecerá un "Controlador de flujo de trabajo" y el procesamiento tardará hasta varios minutos, especialmente en modo por lotes. NOTA: QSAR Toolbox aplica automáticamente un conjunto definido de generadores de perfiles al buscar sustancias adecuadas con datos experimentales disponibles para la predicción. Los datos experimentales [por ejemplo, las concentraciones de efecto 96 h LC50 (P. promelas) o 96 h EC50 (P. promelas, mortality)] se utilizan para generar la predicción de la sustancia objetivo por aproximación lineal o más cercana método vecino. Tenga en cuenta que los métodos de aproximación lineal y vecino más cercano se conocen como análisis de tendencia (etiquetado como "T") y lectura cruzada (etiquetado como "R"), respectivamente.</li>
		<li>El usuario recibirá un mensaje si la predicción se realiza correctamente. Haga clic en Aceptar y cierre el controlador de flujo de trabajo que indica "Flujo de trabajo terminado" haciendo clic en x en la esquina superior derecha.</li>
		<li>Modo por lotes: al iniciar el flujo de trabajo automatizado, se pedirá al usuario que especifique el rango de sustancias sobre las que ejecutar el flujo de trabajo. Acepte la gama completa de sustancias seleccionadas de forma predeterminada en la ventana de diálogo haciendo clic en Aceptar.
</li>
		<li>Modo por lotes: el usuario no recibirá un mensaje que indique si una predicción se ejecutó correctamente o sin éxito. Cierre el controlador de flujo de trabajo que indica "Flujo de trabajo terminado" al final del procesamiento por lotes haciendo clic en x en la esquina superior derecha.</li>
	</ol></li>
	<li>Informe<ol>
<li>Si una predicción se ejecutó correctamente, haga clic en el botón De la etapa de la caja de herramientas Informe. NOTA: No se pueden generar informes en modo por lotes.</li>
		<li>Desplácese hacia abajo y busque el valor de predicción en el campo de matriz ubicado en una fila resaltada en amarillo junto al punto final "96-h." El valor predicho se etiqueta con "T" o "R." Active este campo de matriz de datos específico haciendo clic con el botón izquierdo en él.</li>
		<li>Haga clic en Predicción en la barra de herramientas Acciones. Personalice el contenido y la apariencia del informe en el asistente emergente. Hay tres tipos de informes disponibles: i) predicción, (ii) categoría y (iii) matriz de datos.</li>
		<li>El asistente permite al usuario rellenar el nombre del autor y los datos de contacto. Escribir un breve resumen, proporcionar una explicación detallada de la interpretación mecanicista, o proporcionar justificación para la adecuación de la predicción.</li>
		<li>Incluya información adicional relacionada con la predicción ejecutada, si lo desea. El alcance de la información adicional depende del usuario.</li>
		<li>Vaya a través del asistente haciendo clic en Siguiente. Por último, haga clic en Crear informe y guarde los informes de predicción y categoría como archivos PDF y la matriz de datos como una hoja de cálculo de Excel en el equipo.</li>
		<li>Encuentre detalles adicionales sobre las funcionalidades de QSAR Toolbox y los flujos de trabajo automatizados en el manual de la aplicación para la versión de QSAR Toolbox v.4 de la OCDE (ayuda F1 en el teclado). Los detalles sobre los algoritmos y los fundamentos detrás del flujo de trabajo automatizado son descritos por Dimitrov et al.8 y Yordanova et al.9.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Aplicación
<ol><li>Si utiliza la concentración de efecto pronosticada (es decir, 96-h LC50 de P. promelas)en la evaluación del riesgo ambiental, utilice el límite inferior del intervalo de confianza del 95%. Busque los datos de la primera página del informe de predicción guardado (PDF) en "Resumen de predicción", "Valor previsto: <media> (de <lower_limit> a <upper_limit>)." NOTA: Las notas que se indican aquí se basan en los resultados de la comparación entre los datos previstos y los datos experimentales de un conjunto de sustancias objetivo que se indican en este estudio. La selección del extremo inferior del rango de confianza del 95% aumentará la probabilidad de que la concentración de efecto pronosticada no subestime la toxicidad real de la sustancia (véanse los resultados representativos). Por lo tanto, la concentración efectiva prevista del límite inferior del intervalo de confianza del 95 % presentará una base más segura para la evaluación del riesgo.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Najarian, K., Najarian, S., Gharibzadeh, S., Eichelberger, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Systems Biology and Bioinformatics: A Computational Approach. , (2009).</li><li>Fujita, T., Iwasa, J., Hansch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+substituent+constant,+&#960;,+derived+from+partition+coefficient.">A new substituent constant, &#960;, derived from partition coefficient.</a> Journal of the American Chemical Society. 86, 5175-5180 (1964).</li><li>Roy, K., Kar, S., Das, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Understanding the Basics of QSAR for Applications in Pharmaceutical Sciences and Risk Assessment. , (2015).</li><li>Raies, A. B., Bajic, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+silico+toxicology:+computational+methods+for+the+prediction+of+chemical+toxicity.">In silico toxicology: computational methods for the prediction of chemical toxicity.</a> WIREs Computational Molecular Science. 6, 147-172 (2016).</li><li>Hayes, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Welcome+to+the+revolution:+integrative+biology+and+assessing+the+impact+of+endocrine+disruptors+on+environmental+and+public+health.">Welcome to the revolution: integrative biology and assessing the impact of endocrine disruptors on environmental and public health.</a> Integrative Compuational Biology. 45, 321-329 (2005).</li><li>Schug, T. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Minireview:+endocrine+disruptors:+past+lessons+and+future+directions.">Minireview: endocrine disruptors: past lessons and future directions.</a> Molecular Endocrinology. 30, 833-847 (2016).</li><li>Devillers, J., Marchand-Geneste, N., Carpy, A., Porcher, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SAR+and+QSAR+modeling+of+endocrine+disruptors.">SAR and QSAR modeling of endocrine disruptors.</a> SAR QSAR Environmental Research. 17, 393-412 (2006).</li><li>Dimitrov, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=QSAR+Toolbox+-+workflow+and+major+functionalities.">QSAR Toolbox - workflow and major functionalities.</a> SAR QSAR Environmental Research. 27, 203-219 (2016).</li><li>Yordanova, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+and+standardized+workflows+in+the+OECD+QSAR+Toolbox.">Automated and standardized workflows in the OECD QSAR Toolbox.</a> Computational Toxicology. 10, 89-104 (2019).</li><li>Mombelli, E., Devillers, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+OECD+(Q)SAR+Application+Toolbox+and+Toxtree+for+predicting+and+profiling+the+carcinogenic+potential+of+chemicals.">Evaluation of the OECD (Q)SAR Application Toolbox and Toxtree for predicting and profiling the carcinogenic potential of chemicals.</a> SAR QSAR Environmental Research. 21, 731-752 (2010).</li><li>Devillers, J., Mombelli, E., Samsera, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+alerts+for+estimating+the+carcinogenicity+of+pesticides+and+biocides.">Structural alerts for estimating the carcinogenicity of pesticides and biocides.</a> SAR QSAR Environmental Research. 22, 89-106 (2011).</li><li>Li, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identifying+unknown+by-products+in+drinking+water+using+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography-quadrupole+mass+spectrometry+and+in+silico+toxicity+assessment.">Identifying unknown by-products in drinking water using comprehensive two-dimensional gas chromatography-quadrupole mass spectrometry and in silico toxicity assessment.</a> Chemosphere. 163, 535-543 (2016).</li><li>Devillers, J., Mombelli, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+OECD+QSAR+Application+Toolbox+and+Toxtree+for+estimating+the+mutagenicity+of+chemicals.+Part+1.+Aromatic+amines.">Evaluation of the OECD QSAR Application Toolbox and Toxtree for estimating the mutagenicity of chemicals. Part 1. Aromatic amines.</a> SAR QSAR Environmental Research. 21, 753-769 (2010).</li><li>Devillers, J., Mombelli, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+OECD+QSAR+Application+Toolbox+and+Toxtree+for+estimating+the+mutagenicity+of+chemicals.+Part+2.+&#945;-&#946;+unsaturated+aliphatic+aldehydes.">Evaluation of the OECD QSAR Application Toolbox and Toxtree for estimating the mutagenicity of chemicals. Part 2. &#945;-&#946; unsaturated aliphatic aldehydes.</a> SAR QSAR Environmental Research. 21, 771-783 (2010).</li><li>Kulkarni, S. A., Barton-Maclaren, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+(Q)SAR+models+for+predicting+Ames+mutagenicity+of+aryl+azo+and+benzidine+based+compounds.">Performance of (Q)SAR models for predicting Ames mutagenicity of aryl azo and benzidine based compounds.</a> Journal of Environmental Science and Health Part C Environmental Carcinogenesis &amp; Ecotoxicology Reviews. 32, 46-82 (2014).</li><li>Craig, E. A., Wang, N. C., Zhao, Q. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+quantitative+structure-activity+relationship+modeling+to+quantitatively+predict+the+developmental+toxicity+of+halogenated+azole+compounds.">Using quantitative structure-activity relationship modeling to quantitatively predict the developmental toxicity of halogenated azole compounds.</a> Journal of Applied Toxicology. 34, 787-794 (2014).</li><li>Tebby, C., Mombelli, E., Pandard, P., P&#233;ry, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+an+ecotoxicity+database+with+the+OECD+(Q)SAR+Toolbox+and+DRAGON+descriptors+in+order+to+prioritise+testing+on+algae,+daphnids,+and+fish.">Exploring an ecotoxicity database with the OECD (Q)SAR Toolbox and DRAGON descriptors in order to prioritise testing on algae, daphnids, and fish.</a> Science of the Total Environment. 409, 3334-3343 (2011).</li><li>Mombelli, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+OECD+(Q)SAR+Application+Toolbox+for+the+profiling+of+estrogen+receptor+binding+affinities.">Evaluation of the OECD (Q)SAR Application Toolbox for the profiling of estrogen receptor binding affinities.</a> SAR QSAR Environmental Research. 23, 37-57 (2012).</li><li>Verhaar, H. J. M., van Leeuwen, C. J., Hermens, J. L. 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K., Weltje, L., Wheeler, J. 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W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acute+toxicity+of+pharmaceutical+and+personal+care+products+on+freshwater+crustacean+(Thamnocephalus+platyurus)+and+fish+(Oryzias+latipes).">Acute toxicity of pharmaceutical and personal care products on freshwater crustacean (Thamnocephalus platyurus) and fish (Oryzias latipes).</a> Journal of Toxicological Sciences. 34, 227-232 (2009).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

La versatilidad de la caja de herramientas QSAR de la OCDE como software analítico para la ecotoxicología se muestra aquí con un interés específico en los efectos adversos de los productos químicos disruptores endocrinos en los vertebrados acuáticos. Además, se demostró un protocolo simple y estándar para predecir la toxicidad aguda (96-h LC50) de 74 EDs representativos (Tabla1) para las especies de peces. Esto se logró aplicando módulos de creación de categorías, llenado de brechas de datos y generación de perfiles de ER integrados en el cuadro de herramientas QSAR (Figura1, Figura 2).
La correlación lineal entre el registro10LC50 y el registro10KOW con una pendiente negativa (como se muestra en la figura suplementaria S1)ha sido conocida durante mucho tiempo como una relación cuantitativa estándar en los análisis QSAR25,donde mayor toxicidad se muestra cuanto más hidrófobo es un producto químico dado. Como se puede ver en un simple cálculo, la relación matemática general que incluye la Ecuación S1 y la Ecuación S2 (InformaciónSuplementaria)es una expresión convertida de la siguiente función de potencia26:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60054/60054equ01.jpg">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60054/60054equ02.jpg">
A partir de la gráfica de(Ecuación 2), caracterizar un rango intermedio de KOW26 puede ser posible ajustando los parámetros a y b, donde una cierta variación en hidrofobicidad (o hidrofilicidad) no cambia significativamente la punto final de toxicidad aguda.
Los análisis comparativos entre las predicciones computacionales y las observaciones experimentales sobre la LC50, como se muestra en la Figura 3 y la Figura 4,se han notificado típicamente en estudios de QSAR para diversos tóxicos acuáticos, incluyendo tensioactivos técnicos no iónicos27, fungicidas triazoles28y metabolitos plaguicidas21. Este tipo de validación retrospectiva proporciona información sobre hasta qué punto una determinada herramienta QSAR puede llegar en términos de rendimiento comparativo a los resultados experimentales. En este estudio de toxicidad aguda en peces, se demostró que QSAR Toolbox proporciona predicciones protectoras para más del 90% de los ED probados en todos los peces y en una sola especie, Pimephales promelas.
Se requiere una mayor identificación de los tres productos químicos atípicos en la Figura 3 y la Figura 4, que mostraron una LC50 pronosticada más alta en promedio y como mínimo, respectivamente. En primer lugar, el 3',5,7-trihydroxy-4',6-dimethoxyisoflavone es un tipo de flavonoide (más específicamente, una isoflavona), que se considera generalmente seguro y se utiliza en productos farmacéuticos herbarios; sin embargo, todavía tiene preocupaciones relacionadas con el estrógeno29 y puede causar toxicidad aguda probablemente a través de desacoplamiento de fosforilación oxidativa30. A continuación, el 1,4-benzenediol, llamado hidroquinona, es un compuesto fenólico que puede desencadenar una respuesta inmune no específica y citotóxica en los peces31. Finalmente, el 4-hexylphenol se ha sabido para exhibir suficiente actividad estrogénica positiva para ser clasificado como un ED32. Se ha estudiado bien que la razón principal de la toxicidad aguda de la hidroquinona es el ciclo de reducción-oxidación (redox). La hidroquinona se oxida a benzoquinona y se reduce de nuevo a semiquinona o hidroquinona repetidamente, con cofactores que agotan y generando especies reactivas de oxígeno33. Los otros dos productos químicos pueden requerir investigaciones más profundas para revelar sus mecanismos de acción en ecotoxicidad aguda utilizando enfoques de acoplamiento molecular como el utilizado por Panche et al.34, que no pueden ser cubiertos por la caja de herramientas QSAR.
Los ED interfieren con el sistema endocrino principalmente a través de interacciones fisicoquímicas con receptores de esteroides como los receptores de estrógeno y andrógenos, que son de considerable interés en los estudios de modelado QSAR35. Teniendo en cuenta esto, QSAR Toolbox es robusto en términos de clasificación fácil y rápida de afinidades de unión er para un conjunto de productos químicos basados únicamente en los descriptores 2D de las estructuras moleculares. Cuando este sistema de generador es de perfiles de ER se aplicó a nuestra lista de EDs, no se encontró una correlación clara entre la afinidad de unión de ER y la hidrofobicidad (FiguraSuplementaria S2). Este resultado puede explicarse por el hecho de que la formación de un complejo esteroide-receptor no es una consecuencia directa de una contribución de unión hidrófoba, sino que debe ir acompañada de un cambio de conformación en la estructura del receptor del sitio activo36. La unión del receptor también puede deberse a la unión al hidrógeno y al apilamiento de la s.
Además, la posición de cada grupo químico en la molécula puede afectar a la unión del receptor, incluso si la hidrofobicidad y el número de receptores-bonos de hidrógeno siguen siendo los mismos. En segundo lugar, el generador de perfiles de ER produjo tendencias contrarias entre los niveles medios de LC50 previstos y experimentales con una creciente afinidad de unión de ER (Figura5). Esto puede deberse a que la letalidad de los padres en una prueba de toxicidad aguda no se debe a la unión a Urgencias, sino más bien a la narcosis en la mayoría de los casos, o al ciclo de redox en el caso de la hidroquinona. Por ejemplo, se requiere un análisis más extenso, incluida la toxicidad crónica, para que un conjunto más grande de EDs defina las limitaciones predictivas de la versión actual de QSAR Toolbox.
Esta investigación preliminar también puede tener implicaciones para la salud pública porque los esteroides (andrógenos, estrógenos, progestinas, y corticoides) y sus receptores exhiben estructuras macromoleculares similares o incluso idénticas a través de vertebrados5. Estos tipos de sistemas de señalización endocrino análogos pueden funcionarutilizando un mecanismo común en eventos clave de los DATOS Electrónicos 5. Sin embargo, se requieren metodologías adicionales y complementarias para iluminar este vasto y complejo aspecto [por ejemplo, mediante la realización de modelos computacionales de absorción, distribución, metabolismo y excreción (ADME) y/o resultados adversos vía (AOP)]38. Además, debido a que la mayoría de las preocupaciones científicas y públicas planteadas sobre los efectos adversos de los DEE están relacionadas con sus toxicidades crónicas, mejorar las bases de datos y algoritmos en la caja de herramientas QSAR y producir ecotoxicología fiable a largo plazo las predicciones de los DE Son necesarias.
Este artículo demuestra la aplicación de QSAR Toolbox para comparar los valores ecotoxicológicos de LC50 para peces con los valores de registro10Kow de EDs. A lo largo del protocolo, resulta en relaciones débiles entre los dos parámetros, ya que ha sido revelado por estudios anteriores (por ejemplo, Kim et al.39) que el registro10Kow no es un buen predictor directo de LC50acuático. A pesar de esta limitación, este protocolo proporciona una revisión general o "viñeta" para describir cómo utilizar el panel para un propósito determinado, ya que es una aplicación válida para utilizar qSAR Toolbox para investigar correlaciones entre LC50 (o enlace ER afinidad) y el registro de10Kow, o como una herramienta para la detección rápida de ecotoxicidad aguda. No obstante, cabe señalar que (1) iluminar el vínculo entre la unión del receptor de estrógeno y la toxicidad crónica, en lugar de la toxicidad aguda (letalidad), es más relevante para que se puedan encontrar correlaciones más claras, y (2) el receptor de andrógenos, con la de estrógeno, también juega un papel crítico en la toxicidad reproductiva. Por lo tanto, es necesario que la versión futura del cuadro de herramientas QSAR mejore las funciones de predicción a la luz de esos dos puntos.

Los nuevos desarrollos en informática y tecnología computacional han empoderado a las ciencias biológicas con metodologías cuantitativas que ofrecen alta precisión y fiabilidad1. En particular, los algoritmos utilizados en la taxonomía molecular y la clasificaciónde propiedades han dado lugar a modelos cuantitativos de relación estructura-actividad (QSAR) 2. Estos modelos correlacionan automáticamente las estructuras químicas y las actividades biológicas de una base de datos química determinada e implementan rápidamente en el cribado de silico de una amplia gama de sustratos químicos de acuerdo con sus acciones medicinales o toxicológicas3. Las herramientas QSAR pueden producir perfiles predictivos de toxicidad en función de los vectores de características de los descriptores moleculares (es decir, parámetros fisicoquímicos) de productos químicos de interés para crear numéricamente puntos finales categóricos4. Normalmente, cada punto final cuantitativo se muestra como una gráfica de dispersión 2D frente a los cambios en los valores del descriptor. A continuación, se genera un modelo QSAR mediante análisis de regresión lineal (múltiples). Una vez que un conjunto de datos se ha explotado completamente para construir un modelo QSAR (denominado conjunto de entrenamiento), el modelo se valida estadísticamente prediciendo los puntos finales de un grupo de productos químicos no incluidos en el conjunto de entrenamiento (denominado conjunto de pruebas). El modelo se puede utilizar para predecir las actividades biológicas de los compuestos no probados3.
Entre muchos productos químicos nocivos, los disruptores endocrinos (ED) se han destacado como un grupo de tóxicos quepueden interferir en numerosos metabolismos relacionados con las hormonas en mamíferos, anfibios y peces 5,6. Se sabe que los ED inducen una variedad de efectos adversos, como cánceres y malformaciones, bloqueando o alterando las vías hormonales normales o activando señales anormales de síntesis/degradación hormonal. Como consecuencia, estos productos químicos que imitan las hormonas pueden perturbar los sistemas endocrinos, de tal forma que el desarrollo biológico y la reproducción de las poblaciones de animales de vida silvestre se vean obstaculizados. En particular, los efectos ecotoxicológicos de las EPI han sido ampliamente investigados en vertebrados acuáticos, que tienen estructuras receptoras hormonales casi idénticas a las de los mamíferos, incluidos los seres humanos. Debido a que todas las acciones hormonales ocurren a dosis bajas in vivo, predecir las posibles toxicidades de los candidatos a ED que utilizan pruebas rápidas de detección de sislico es fundamental para la salud pública y ambiental.
Los modelos QSAR basados en la toxicología de los EDse se han llevado a cabo utilizando descriptores 2D y 3D (conocidos como QSAR 2D y3D, respectivamente), que revelan las afinidades de unión de ligandos ED de estrógeno, andrógenos y receptores de progesterona 7. A pesar de las ventajas de alta precisión de 3D QSAR, en el que se consideran las interacciones conformacionales y electrostáticas, 2D QSAR conserva su propia robustez en algoritmos matemáticos directos, cálculos rápidos y cargas computacionales extremadamente bajas. Además, los modelos 2D-QSAR son flexibles para su uso en una amplia gama de aplicaciones, al tiempo que logran un rendimiento de predicción relativamente preciso.
La Caja de Herramientas QSAR de la OCDE es actualmente una de lasherramientas de software informático más utilizadas, proporcionando modelos QSAR 8,9de libre disposición y preconstruidos. Su generador de perfiles utiliza bases de datos descriptores 2D. Desde el lanzamiento de la primera versión en 2008, el software se ha aplicado en los campos de las industrias químicas y biológicas, la salud pública y la seguridad ambiental para el análisis total o parcial de los riesgos potenciales de los compuestos naturales y sintéticos, con intereses especiales en la carcinogénesis10,11,12, mutagenicidad13,14,15, y toxicidad para el desarrollo16. También se ha demostrado la aplicación a la toxicología acuática, centrándose en la bioacumulación y la biotransformación17.
La caja de herramientas QSAR ha demostrado ser útil para predecir la toxicidad a corto plazo de una amplia gama de productos químicos17,así como las afinidades de unión del receptor de estrógeno (ER) de los ED1. Sin embargo, las ecotoxicidades agudas de los ED en los vertebrados acuáticos no se han analizado utilizando QSAR Toolbox. En este estudio, se presenta un protocolo típico y fácil para realizar modelos QSAR sobre los efectos adversos agudos de los DE con un enfoque en las especies de peces. El estudio muestra que QSAR Toolbox es un software altamente accesible para calcular y predecir la letalidad/mortalidad de los vertebrados acuáticos para algunos EDs representativos. La figura 1 muestra el esquema general para el funcionamiento general del cuadro de herramientas QSAR. El flujo de trabajo que se muestra en la Figura 2 proporciona instrucciones sencillas sobre cómo operar el ensayo in silico para predecir la ecotoxicidad aguda de sustancias diana como los productos químicos disruptores endocrinos.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Adobe Acrobat Reader DC</td>
			<td>Adobe Systems Software Ireland Limited</td>
			<td>NA</td>
			<td>Required to view prediction and category report</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td>System: Microsoft Corporation</td>
			<td>NA</td>
			<td>Recommended system properties: (i) system type: 64 bit, Microsoft Windows 7 or newer, (ii) processor: I5 at 2.4 GHz or faster processor or equivalent AMD CPU, (iii) Installed memory (RAM): 6 GB of RAM, (iv) Hard Disk Drive (HDD): 20 GB free hard drive space</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsoft Editor</td>
			<td>Microsoft Corporation</td>
			<td>NA</td>
			<td>Required to upload a substance list of CAS numbers (batch mode) to the OECD QSAR Toolbox as .txt file (text file)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsoft Excel 2016</td>
			<td>Microsoft Corporation</td>
			<td>NA</td>
			<td>Required to export data from OECD QSAR Toolbox as .cvs, .xls or .xlsx files</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OECD QSAR Toolbox version 4.0 or newer</td>
			<td>Organisation for Economic 
			Co-operation and Development</td>
			<td>NA</td>
			<td>Required to run OECD QSAR Toolbox Automated Workflows; free download: 
			https://qsartoolbox.org/download/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OriginPro 9</td>
			<td>OriginLab Corporation</td>
			<td>NA</td>
			<td>Optional program for data analysis; similar tools possible</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in silico modeling method for computational aquatic toxicology of endocrine disruptors: a software-based approach using qsar toolbox

Los análisis computacionales de los procesos toxicológicos permiten el cribado de alto rendimiento de sustancias químicas y la predicción de sus variables en sistemas biológicos. En particular, los modelos cuantitativos de relación estructura-actividad (QSAR) se han aplicado cada vez más para evaluar los efectos ambientales de una plétora de materiales tóxicos. En los últimos años, algunos tipos más destacados de tóxicos son disruptores endocrinos (ED, que son productos químicos que pueden interferir con cualquier metabolismo relacionado con las hormonas). Debido a que los ED pueden afectar significativamente el desarrollo y la reproducción de los animales, es necesario predecir rápidamente los efectos adversos de los DE mediante técnicas de silicona. Este estudio presenta un método in silico para generar datos de predicción sobre los efectos de los ED representativos en vertebrados acuáticos, particularmente especies de peces. El protocolo describe un ejemplo que utiliza el flujo de trabajo automatizado del software QSAR Toolbox desarrollado por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) para permitir predicciones agudas de ecotoxicidad de los ED. Como resultado, se determinan los siguientes factores: (1) cálculo de las correlaciones numéricas entre la concentración del 50% de la letalidad (LC50) y el coeficiente de partición octanol-agua (Kow), (2) rendimientos de salida en los que la LC50 los valores determinados en los experimentos se comparan con los generados por los cálculos, y (3) la dependencia de la afinidad de unión del receptor de estrógeno en la relación entre Kow y LC50.

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

El modelado cuantitativo de la relación estructura-actividad (QSAR) es un método representativo asistido por la bioinformática en el cribado toxicológico. Este protocolo demuestra cómo evaluar computacionalmente los riesgos de los disruptores endocrinos (ED) en entornos acuáticos. Utilizando la Caja de Herramientas QSAR de la OCDE, el protocolo implementa un ensayo in silico para analizar la toxicidad de los DE En los peces.

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

Computational analyses of toxicological processes enables high-throughput screening of chemical substances and prediction of their endpoints in biological ...

Nuestro protocolo utiliza un programa de software abierto y altamente accesible para permitir el cálculo rápido de los efectos adversos a corto plazo de los productos químicos que alteran el sistema endocrino. Esta caja de herramientas QSAR de la OCDE es útil para predecir la toxicidad de las sustancias químicas y proporciona un método eficaz para evaluar la ecotoxicidad aguda de los disruptores endocrinos de una manera fácil de usar. Al iniciar el cuadro de herramientas QSAR, el usuario comienza en la fase de cuadro de herramientas de entrada de forma predeterminada y el cuadro de herramientas crea automáticamente un archivo de trabajo denominado Documento 1.Después de hacer clic en Número de servicio abstracto químico, introduzca el número de servicio abstracto químico de la sustancia de destino en el campo de texto disponible y haga clic en Buscar. A través del botón Estructura, la sustancia también se puede buscar mediante el código simplificado del sistema de entrada de línea de entrada molecular. Para realizar el ensayo in-silico para varias sustancias de destino, escriba una lista de sustancias simple en un editor de texto en el que cada número de servicio abstracto químico aparezca en una sola fila y guarde el archivo de texto con un nombre adecuado.A continuación, haga clic en Datos y confirme que se comprueban las bases de datos enumeradas en Información ecotoxicológica. Haga clic en Entrada, seleccione Consulta y haga clic en Sí en la ventana de diálogo para aceptar la configuración seleccionada. En la pestaña Servicio abstracto químico, seleccione Cargar lista para cargar la lista de sustancias guardada como un archivo de texto.Haga clic en Agregar en la parte inferior del menú emergente y haga clic en Ejecutar. El cuadro de herramientas QSAR mostrará un mensaje que indica el número de sustancias que se han recuperado para la búsqueda. Para la generación de perfiles, haga clic en el botón de etapa Cuadro de herramientas de generación de perfiles y vaya a Métodos de generación de perfiles en el panel de opciones de etapa.Haga clic en Deseleccionar todo en la ventana Métodos de generación de perfiles y confirme que todos los generadores de perfiles enumerados en Predefinido y los generadores de perfiles relacionados con la toxicidad acuática en Específico de punto final están marcados y, a continuación, haga clic en Aplicar, haga clic con el botón derecho en Parámetros para ejecutar los modelos QSAR 2D y 3D integrados como desee. Para la recopilación de datos, haga clic en el botón etapa de Data Toolbox y haga clic en Recopilar en la barra de herramientas de acciones. Seleccione Todos los puntos de conexión para recopilar todos los datos experimentales o seleccione Elegir para recopilar los datos experimentales específicos del punto de conexión.Haga clic con el botón derecho en el punto final de interés y organice el árbol de punto final de la manera preferida utilizando los términos y flechas disponibles antes de hacer clic en Aceptar. A continuación, haga clic con el botón derecho en el punto de conexión de interés y seleccione Exportar matriz de datos para exportar los datos recopilados a una hoja de cálculo. Aparecerá un asistente de exportación de matriz, lo que permite la adición de otros puntos de conexión a la lista de exportación.Finalice la selección y haga clic en Exportar para guardar el archivo. Para rellenar los espacios de datos, haga clic en el botón de etapa De la caja de herramientas de llenado de brechas de datos y haga clic en Automatizado. Seleccione Información Ecotoxicológica y Pescado, concentración letal al 50% a las 96 horas y haga clic en Aceptar.Aparecerá la ventana del controlador de flujo de trabajo. Si ejecuta el modo Lote, especifique el intervalo de sustancias sobre el que se ejecutará el flujo de trabajo. Si la predicción se ejecutó correctamente, haga clic en el botón de etapa Cuadro de herramientas de informes, haga clic izquierdo en el valor de predicción resultante, haga clic en Predicción y personalice el contenido y la apariencia del informe en el asistente emergente.Después de hacer clic en Siguiente, haga clic en Crear informe y guarde los informes de predicción y categoría como archivos PDF y la matriz de datos como un archivo de hoja de cálculo. En este análisis cuantitativo de las toxicidades agudas previstas de los disruptores endocrinos seleccionados, cuando se trazaron los puntos de datos previstos frente a los puntos de datos experimentales como escala de registro, se encontró una correlación positiva entre ambos parámetros para todos los peces analizados, así como para nuestras especies representativas. Para permitir una evaluación de la seguridad de la mayor fiabilidad, se realizó un análisis computacional adicional trazando el límite inferior previsto del intervalo de confianza del 95% de la concentración letal en 50% frente a los valores derivados experimentalmente.En esta evaluación con un umbral de seguridad elevado, se demostró que el 92% del total de compuestos disruptores endocrinos probados entra en el rango de protección en comparación con los valores derivados experimentalmente. Aquí los niveles medios de la concentración letal pronosticada en 50%valores para los aglutinantes del receptor de estrógeno fueron más altos que los de los no-binders. Por el contrario, para la concentración letal experimental en valores del 50%, tres niveles de los aglutinantes no y débiles fueron más altos que los de los aglutinantes de receptores de estrógeno más fuertes.Este procedimiento sólo se puede aplicar a sustancias químicas con un identificador único, que en este caso es el código SMILES. Hay otro flujo de trabajo automatizado integrado en la caja de herramientas QSAR de la OCDE que se puede aplicar de forma similar y es para la sensibilización de la piel.

Research

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