含氯苯酚类化合物结构表征与毒性预测

将有机化合物中的不同非氢原子及非氢原子之间的关系参数化得到新的结构描述符,运用该描述符对部分含氯苯酚类化合物分子结构进行了参数化表征。采用偏最小二乘回归(PLS)方法构建了化合物结构与毒性(-lg IC50)之间的关系模型,模型的建模相关系数(R2)为0.948,"留一法"交互检验的相关系数(Q2)为0.922,标准偏差(SD)为0.184。结果表明结构描述符能较好地表征化合物分子结构特征,所建模型稳定性好、预测能力强,对于酚类化合物QSAR研究具有一定的参考价值。     

含氯苯酚类化合物结构表征与毒性预测

将有机化合物中的不同非氢原子及非氢原子之间的关系参数化得到新的结构描述符,运用该描述符对部分含氯苯酚类化合物分子结构进行了参数化表征。采用偏最小二乘回归(PLS)方法构建了化合物结构与毒性(-lgIC₅₀)之间的关系模型,模型的建模相关系数(R²)为0.948,“留一法”交互检验的相关系数(Q²)为0.922,标准偏差(SD)为0.184。结果表明结构描述符能较好地表征化合物分子结构特征,所建模型稳定性好、预测能力强,对于酚类化合物QSAR研究具有一定的参考价值。     

基于形态修正的描述符构建可电离化合物对大型溞急性毒性的QSAR模型

在环境水体中,可电离有机化合物(IOCs)可解离为分子和离子形态。研究表明,IOCs离子形态的环境行为、毒性效应等都与其分子形态存在较大差异,因而在研究IOCs环境行为、毒性效应时不应忽略离子化的影响。在构建IOCs相关预测模型时如何表征离子化的影响是当前研究的重要内容之一。探讨了采用基于形态修正的描述符构建IOCs水生毒性预测模型的可行性。具体而言,采用逐步多元线性回归(MLR)方法,构建了可预测63种取代酚、取代苯甲酸和取代苯胺等IOCs对大型溞急性毒性的定量结构-活性关系(QSAR)模型。与仅采用分子形态描述符的模型相比,使用基于形态修正描述符的模型决定系数(R2)、去一法交叉验证系数(Q2LOO)、外部验证系数(Q2EXT)等参数从0.622～0.705提高到了0.840～0.875,表明基于形态修正描述符的模型具有更好的拟合优度、稳健性和预测能力。因此,在将来的研究中,可采用基于形态修正的描述符构建IOCs水生毒性效应预测模型。     

苯并噻唑类污染物对青海弧菌Q67毒性效应

以青海弧菌Q67为指示生物,结合96微孔板高通量检测技术,测定了10种环境中常见苯并噻唑类污染物对发光菌的毒性效应。结果表明,10种苯并噻唑化合物均对发光菌具有毒性效应,其EC50在1.17×10-6~5.43×10-3mol·L-1之间。对其进行毒性效应排序,发现巯基取代氨基2羟苯基羧酸乙酯溴氟甲基氯甲硫基苯并噻唑。利用结构化学描述符和偏最小二乘法,构建了苯并噻唑类化合物对Q67发光菌毒性的定量构效关系模型(QSAR),结果发现,氢键供体数量(ND)和极性溶剂可及分子表面积(PSASA)对其毒性具有重要意义。本研究为苯并噻唑类污染物毒性效应评价及其环境风险评价提供了参考。     

大数据挖掘和机器学习在毒理学中的应用

随着高通量筛选技术的快速发展,化学品的毒性相关信息与日俱增。现今快速发展的数据挖掘技术和机器学习等计算机方法为化学品的毒性预测和风险防控提供了新途径。有害结局路径(adverse outcome pathway, AOP)将化合物的结构、分子启动事件和生物的有害结局建立关联,为污染物的毒性测试、预测和评估提供了新的模式,最终实现风险评估并应用于管理决策。定量结构-活性关系(QSAR)建模、分子模拟以及多组学技术在AOP的各个方面发挥了重要作用。基于此,本综述主要介绍数据挖掘与机器学习在毒理学中的应用方法,涉及QSAR建模、分子模拟及组学等方面,并结合实例分析系统阐述了当前研究的重点与方向,以更好地适应当前大数据时代的研究背景。     

基于范数指数的农药对虹鳟急性毒性的的定量构效关系模型

由于农药的过度使用,水生生态环境正在受到威胁。虹鳟（Oncorhynchus mykiss）的水生毒性在农用化学品环境风险评价中起着重要作用。本文提出了两个范数指数公式,并由此导出几个范数描述符,建立了定量结构-活性关系（QSAR）模型用于预测各种农药对虹鳟的急性毒性（LC50）。结果表明,目前的QSAR模型的R2为0.8053。同时,内部验证（QLOO2=0.7606）、外部验证（Rtraining2=0.8011,Rtesting2=0.8108）、Y-随机化试验和适用域分析进一步证明了该QSAR模型的稳定性、可靠性和广泛的应用领域。因此,这些范数描述符可能适用于描述农药结构以预测水生生物急性毒性。     

基于机器学习算法的化学品肝毒性筛查模型

外源性化学品暴露是肝脏疾病的重要病因,有必要筛查肝毒性化学品并进行管理。定量构效关系(QSAR)模型,通过关联化学品的分子结构和毒性效应,可用于肝毒性化学品的有效筛查。本研究旨在构建性能优异的肝毒性化学品的QSAR筛查模型。以往基于机器学习算法的化学品肝毒性筛查模型数据来源单一,覆盖的化学空间有限。本研究搜集整理了4 014种化学品肝毒性的定性数据,使用多种机器学习算法,建立了肝毒性化学品的筛查模型。以PubChem指纹作为模型输入,应用随机森林算法所建模型的效果最优。十折交叉验证的准确率(R_A)、敏感性(R_SE)、特异性(R_SP)和受试者工作特征曲线下的面积(A_ROC)分别为0.714, 0.596, 0.799和0.764;外部验证的R_A,R_SE,R_SP和A_ROC分别为0.733, 0.620, 0.812和0.804。基于分子相似性原理,表征了模型应用域。分子中是否具有氮原子以及氮原子的数量,是决定化学品是...     

有机化学品生物富集因子定量结构-活性关系模型

依据经济合作与发展组织(OECD)关于定量结构-活性关系(QSAR)模型构建和使用导则,将780个有机化合物,以4:1的比例随机划分为训练集(624个化合物)和验证集(156个化合物),通过多元线性回归(MLR)方法构建了一个包含12个描述符的有机化合物鱼类生物富集因子(BCF)的QSAR模型。QSAR模型的调整决定系数R2ad j=0.809,去一法交叉验证系数Q2LOO=0.803,外部验证系数Q2EXT=0.732,表明模型具有较好的拟合优度、稳健性和预测能力。采用欧几里德距离方法表征模型应用域,通过威廉姆斯图分析模型离群点,并对模型进行机理解释。所构建的模型,可以用于预测应用域内有机化学品的生物富集因子。     

化学品正辛醇空气分配系数定量预测模型研究

正辛醇-空气分配系数是描述化学品在空气和环境有机相之间分配的一个关键参数,对化学品分配、迁移、转化规律和生态效应评价具有重要意义。采用量子化学方法对309个化合物进行结构优化,采用遗传算法筛选最优结构描述符,运用多元线性回归和神经网络算法构建化学品正辛醇-空气分配系数预测模型。模型方程表明影响化学品正辛醇-空气分配系数的3个参数为分子中非氢原子个数(Nsk)、3D-MoRSE描述符(Mor12u)、氮原子和氧原子数目(n HDon)。拟合结果显示,多元线性回归模型决定系数R2和标准误差分别为0.911和0.880,神经网络模型决定系数R2和均方根误差分别为0.839和0.830。基于杠杆(leverage)法评价模型的应用域,结果表明模型具有较强的稳健性、预测性和拟合能力。通过定量结构-活性关系(QSAR)预测技术可弥补正辛醇-空气分配系数测试数据的缺失,减少测试费用和评估数据的不确定性。     

水生生物急性毒性QSAR模型研究进展

化学品污染对人类健康和生态环境造成潜在风险。但是,危害性信息缺失是进行化学品风险评价的主要挑战。经济合作与发展组织(OECD)和美国环保署都提倡用非动物实验替代方法来弥补数据缺失。定量结构-活性关系(QSAR)被认为是一种有应用前景的替代技术。水生生物急性毒性是化学品风险评估和优先污染物筛选中最常用的参数之一。但是,目前可获得的实验毒性数据非常有限。本文总结了近年来发展的急性毒性预测模型,包括:(1)基于同类化合物建模;(2)基于数理统计建模;(3)基于化合物毒性作用模式建模。从模型预测能力、应用域、机理解释等角度对这3类模型进行了比较。其中,基于作用模式构建的模型一般具有较好的预测性能,并有助于机理解释,将是今后水生生物急性毒性预测的发展方向。     

多环芳烃光解活性的量子化学研究

应用量子化学从头算HF／6-311 G(d)和B3LYP／6-311 G(d)方法计算了16种PAHs的多种量子化学参数,选取六种参数为分子结构的描述符,采用最小二乘法对16种PAHs的光解半衰期进行逐步多元线性回归分析,得到两个PAHs光解半衰期的QSAR模型,模型具有较高的相关系数,可有效地用于预测PAHs的光解半衰期,结果表明,HF方法所得模型优于B3LYP方法所得的模型,所得模型与基于半经验PM3算法的QSAR模型相比较,HF从头算方法所建立的QSAR模型比半经验PM3算法的结果要好,在所考查的诸多参数中,分子最高占有轨道特征值EHOMO对PAHs光解半衰期起着决定作用,最后,运用所得模型预测了3种PAHs的光解半衰期。     

卤代苯对江水细菌的慢性毒性

毒性数据是对化学品进行环境风险评价的基础,慢性毒性数据更能真实的反映毒物对水生生物生长、繁殖及生理功能产生的影响。本文采用细菌生长抑制实验,测定了17种卤代苯对长江水中混合细菌的慢性毒性,得到-lgNOEC值,毒性范围在4.27(氯苯)~5.22(1,2,4-三氯苯)之间。选用量化参数对毒性数据进行定量结构活性关系(QSAR)研究,结果表明,卤代苯对江水细菌的慢性毒性主要与化合物分子的空间大小有关,量化参数范德华面积(SVdW)及分子生成热(Hf)能够很好的描述卤代苯对江水细菌的慢性毒性。     

部分苯衍生物对黄瓜种子发芽率的抑制毒性及QSAR研究

采用半静态培养法测定了29种苯衍生物对黄瓜种子发芽率的48h抑制毒性,并进行了定量结构-活性相关研究．结果表明：苯衍生物对黄瓜种子发芽率的抑制毒性不仅与化合物的疏水性(lgKOW)有关,而且与其分子最低未占轨道能量(ELUMO)有关．     

基于土壤模式生物的纳米材料毒理研究进展

随着纳米科技与工业的高速发展,大量的纳米材料被广泛应用并最终汇聚到土壤环境中,对土壤生态和人体健康造成潜在影响。由于土壤生物具有多样性,选择具有代表性、敏感性并便于获取的土壤模式生物作为实验受体进行纳米材料的生物安全评估及环境毒理效应研究尤为重要。较为系统地回顾和总结了几种典型土壤模式生物的特点,为纳米材料毒理研究中受试生物的选择提供参考,在此基础上整理了大量基于典型土壤模式生物的纳米材料毒性研究资料,归纳了不同层次的研究方法,分析探索了纳米材料毒性机理,并展望了未来的研究重点。     

金属和非金属纳米材料对四膜虫生物毒性研究

纳米材料是"21世纪最有前途的材料",以其优良的性能广泛应用于许多领域,随之以多种形式释放到环境中。目前,关于纳米材料的安全性还没有明确的论断。本文介绍了四膜虫在纳米材料生物效应研究中的优势,重点论述了金属纳米材料、非金属纳米材料对四膜虫的生物效应以及毒性机制的研究状况,并对今后纳米材料生物毒性效应研究提供了建设性的方法及意见。