Сравнительная оценка математических моделей прогнозирования острой токсичности химических веществ

Введение. Оценке острой токсичности химических соединений при пероральном поступлении уделяется значительное внимание в связи с различной скоростью всасывания веществ у разных видов животных и разными условиями проведения эксперимента. Учитывая темпы развития химической промышленности, перед исследователями встаёт вопрос об ускорении изучения свойств веществ и заполнении пробелов в данных. Поэтому прогнозирование на количественном уровне токсических свойств веществ с помощью математических моделей на основе структуры или структурных свойств соединений — QSAR-моделирование — является одним из перспективных направлений.

Цель исследования — создание и сравнение полученных математических моделей для прогнозирования острой токсичности химических веществ различных классов.

Материалы и методы. В исследование было включено четыре класса пестицидов (хлорорганические соединения (ХОС), азолы, карбаматы, фосфорорганические соединения (ФОС)) в количестве 100 соединений с дескрипторами, рассчитанными программным обеспечением PaDEL-Descriptors ver. 2.21. В программе WEKA были построены модели регрессии, подвергнутые процедуре внутренней валидации. Для оценки качества регрессионных моделей были использованы статистические параметры: среднеквадратичная ошибка (RMSE) и коэффициент детерминации (r²).

Результаты. Для прогнозирования острой пероральной токсичности ХОС и ФОС оптимально использование модели, в которой происходит комбинирование нейронных сетей и метода опорных векторов, для карбаматов — ансамблевой модели, включающей в себя линейную регрессию и метод опорных векторов. Для веществ из группы азолов не удалось создать модели, которая бы соответствовала необходимым требованиям: r² > 0,6 для тренировочного набора и r² > 0,5 при проведении кросс-валидации.

Ограничения исследования. Исследование ограничено количеством исследуемых соединений, классами химических соединений, областью распространения полученных в ходе моделирования результатов.

Заключение. В данном исследовании ансамблевые методы моделирования продемонстрировали наилучшие результаты при прогнозировании острой пероральной токсичности для ХОС, карбаматов, ФОС.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов:
Гусева Е.А. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, статистическая обработка, написание текста; 
Николаева Н.И. — написание текста, редактирование;
Филин А.С. — редактирование;
Савостикова О.Н. — редактирование.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила: 18.03.2022 / Принята к печати: 08.06.2022 / Опубликована: 31.07.2022