Научные основы прогноза токсичности и опасности химических веществ с учетом механизма токсического действия. 14. 02. 01 Гигиена
| Вид материала | Автореферат |
- Отравление аварийными химически опасными веществами, 33.95kb.
- Токсикомания шаг в сторону наркомании, 29.31kb.
- Показатели безопасности изделий регламентируются с учетом функционального назначения,, 184.97kb.
- Вопрос Параметры звука, 183.33kb.
- Волощенко О. И., Медяник, 2522.04kb.
- Программа спецкурса «методы расчета физико-химических свойств веществ» для студентов, 40.47kb.
- Т е м ылекций по гигиене для студентов IV курса медицинского факультета по специальностям, 21.78kb.
- Технология переработки отходов производств, использующих высокочистый кремний 05. 17., 277.13kb.
- О государственной регистрации потенциально опасных химических и биологических веществ, 360.85kb.
- «О пользе молока», 74.05kb.
На правах рукописи
ХАРЧЕВНИКОВА НИНА ВЕНИАМИНОВНА
научные основы
ПРОГНОЗА ТОКСИЧНОСТИ И ОПАСНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С УЧЕТОМ МЕХАНИЗМА ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ.
14.02.01 – Гигиена
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Москва – 2011 г.
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина» Минздравсоцразвития Российской Федерации.
Научный консультант:
доктор медицинских наук, профессор З.И. Жолдакова
Официальные оппоненты:
- заслуженный деятель науки РФ,
доктор медицинских наук, профессор М.А.Пинигин
- доктор биологических наук, профессор Т.В.Юдина
- доктор медицинских наук Х.Х.Хамидулина
Ведущая организация:
ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский университет им. Н.И.Пирогова»
Защита состоится 23 июня 2011 г. в 1100 часов на заседании диссертационного совета Д 208.133.01 в ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина» Минздравсоцразвития России по адресу: 119992, Москва, Погодинская ул., д. 10/15, стр. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина» Минздравсоцразвития России
Автореферат разослан «__» ____ ____ 2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор биологических наук, профессор Н.Н.Беляева
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Оценка эколого-гигиенической безопасности химических веществ в эксперименте и установление безопасных уровней воздействия в различных объектах окружающей среды являются неотъемлемой частью гигиенических исследований. Так, в России разработаны и утверждены ПДК в воде для 1370 веществ. Вместе с тем, в мире в настоящее время зарегистрировано около ста тысяч химических веществ, используемых в производстве и потреблении, и ежегодно в этот список добавляется около 1000 соединений (По данным Национальной токсикологической программы США (U.S. National Toxicology Program, NTP). В токсикологическом плане изучено лишь 15% из них. Объем исследований на лабораторных животных, необходимых для полной токсикологической оценки всех веществ, таков, что задача оценить все соединения практически невыполнима. Кроме того, общественность требует соблюдения правил экспериментов на животных, сформулированных в концепции “трех R” (W.M.S. Russell, R.L. Burch, 1959). В связи с этим, очевидна необходимость развития альтернативных методов оценки токсичности и опасности веществ. Эксперименты на клеточных культурах in vitro не позволяют оценить все виды эффектов с учетом сложных процессов интоксикации in vivo при длительном воздействии веществ (Bhogal N. et al., 2005). С другой стороны, как показано в работах Г.Н.Красовского и соавт. (Г.Н.Красовский, Н.А.Егорова, 2000, 2009) результаты исследований на живых организмах более низкого филогенетического уровня нельзя экстраполировать на человека для определения безопасных уровней химических веществ.
В связи с этим весьма актуальным является совершенствование методов прогноза токсичности и опасности на основе количественных соотношений структура-активность. Такие методы широко применяются в США, Канаде, Германии (Cronin M.T.D. et al., 2003, Walker J.D., 2002) и других странах для выделения приоритетных веществ, для решения вопроса об объеме экспериментальных исследований вещества, для классификации, маркировки и регистрации. Применение методов прогноза токсичности и опасности на основе соотношений структура-активность как на стадии планирования эксперимента, так и для прогноза величин временных гигиенических нормативов и классов опасности позволяет ускорить исследования и повысить их эффективность, существенно снизить материальные и временные затраты. Особенно важным является прогноз отдаленных эффектов, и в первую очередь канцерогенного, из-за чрезвычайной опасности этих эффектов. Вместе с тем, исследование канцерогенных свойств, в частности проведение стандартного теста на канцерогенность в рамках NTP США требут проведения экспериментов на животных в течение 2-х лет и стоит около двух миллионов долларов. В прошлом веке обоснование отечественных нормативов многих веществ в объектах окружающей среды проводили без учета канцерогенного действия. В связи с этим даже качественный прогноз канцерогенной активности на уровне да/нет очень важен.
Необходимость прогноза токсичности была осознана отечественными гигиенистами уже в 60-х годах прошлого века ( В.А.Филов, Е.И.Люблина, 1965). В течение лет, прошедших со времени написания пионерских работ Н.В.Лазарева (1944), Е.И. Люблиной, В.А. Филова (1965), С.Hansch (1979), A. Pullman, B. Pullman (1955) развивались различные направления прогноза токсичности: регрессионный анализ (Новиков С.М., 1980, 1982, 1984, 1986; Егорова Н.А., 1980; Жолдакова З.И., 1978, 1985, 1987; Тепикина Л.А., 1990, Халепо А.И., 1990), методы распознавания образов (Тюрина Л.А., Зулькарнаев Т.Р., Новиков С.М., 1999), нейронные сети (Villemin D., 1994), подходы, основанные на гипотезах о механизме действия (Loew G.H., 1983, 1984, 1985, Жолдакова З.И., 1987, Халепо А.И., Уланова И.П., Дьячков П.Н., 1990) и т.д.
Прогноз параметров токсикометрии применительно к обоснованию нормативов веществ в воде впервые осуществлен Г.Н.Красовским и Н.А.Егоровой с использованием моделей Ханча и Фри-Вильсона (Красовский Г.Н., Егорова Н.А., 1980; Егорова Н.А., 1980). В работах З.И.Жолдаковой изучена возможность применения различных физико-химических параметров для прогноза острой и хронической токсичности веществ (Жолдакова З.И., 1979, 1980, 1983, 1985). В этих исследованиях, основанных на эмпирическом выборе независимых переменных для получения наиболее достоверных связей, недостаточно учитывался механизм действия веществ. Разработанный в дальнейшем З.И.Жолдаковой (Жолдакова З.И. 1987) подход с учетом патогенетической модели интоксикации, был первым шагом к построению моделей структура-активность с учетом механизма токсического действия на молекулярном уровне.
Единичные работы, которые были основаны на явном учете механизма токсического действия и процессов биотрансформации, были посвящены прогнозу острой токсичности в ряду бензолов с простыми заместителями (Халепо А.И., Уланова И.П., Дьячков П.Н., 1990) и качественному прогнозу канцерогенности в единичных структурных рядах (Loew G.H., 1983, 1984, 1985).
Проблема ускорения и повышения эффективности токсикологических исследований может быть решена только при использовании современных информационных технологий, в частности прогнозирующих, и экспертных систем (Klopman, G. et al., 1992; Ridings, J.E. et al., 1996; Enslein, K. et al. , 1994, Mekenian O., 2003), с применением различных методов интеллектуального анализа данных. Одним из таких методов является логико-комбинаторный метод ДСМ (В.К.Финн, 1991), основанный на автоматизированном поиске подструктур молекул, отвечающих за наличие эффекта или принадлежность соединения к определенному классу опасности по этому эффекту. ДСМ-метод позволяет не только сделать прогноз наличия и степени выраженности эффекта, но и объяснить его, т.е. выявить структурные фрагменты, присутствие которых в молекуле определяет эффект. Прогноз канцерогенности на основе компьютерной ДСМ-системы оказался одним из наилучших в рамках открытого проекта, организованного Национальным институтом США по изучению рака в 2000-2001 году. Однако при проведении прогноза с использованием ДСМ-системы не учитывалась возможность биоактивации, что, возможно, явилось одной из причин недостаточной полноты прогноза. Учет возможности биоактивации соединений под действием ферментных систем организма при прогнозе токсичности и опасности с использованием логико-комбинаторного метода ДСМ представлял собой нерешенную проблему. Необходимо отметить, что в России не разработаны доступные компьютерные системы по прогнозу токсичности и опасности веществ в объектах окружающей среды.
Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы являлось научное обоснование и разработка системы прогноза токсичности и опасности органических соединений в воде, в том числе специфического, канцерогенного и мутагенного действия на организм, с учетом процессов биотрансформации.
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
- Разработать метод научно обоснованного выбора физико-химических параметров для построения соотношений структура-активность в зависимости от определяющей стадии механизма токсического действия.
- Обосновать преимущества и ограничения связей структура-активность с учетом биотрансформации, по сравнению с соотношениями, основанными на свойствах исходных веществ, по надежности и применимости для количественного прогноза биологической активности веществ в различных структурных рядах.
- Обосновать комплексный метод прогноза опасности химических веществ в воде по острой, хронической токсичности, специфическим и отдаленным эффектам на основе использования логико-комбинаторного метода ДСМ и квантово-химических расчетов.
- Разработать систему прогноза токсичности и опасности химических веществ, включающую базы данных, интеллектуальную логико-комбинаторную ДСМ систему, программы, реализующие методы квантовой химии.
Научная новизна. Разработан метод выбора физико-химических параметров для построения соотношений структура-активность на основе гипотезы об определяющей стадии механизма токсического действия и установлении с помощью квантово-химических расчетов ключевой реакции биотрансформации - наиболее энергетически выгодной из возможных для данного соединения скорость-лимитирующей реакции процесса биотрансформации.
Для соединений структурных рядов производных бензола, полициклических ароматических углеводородов, их метил и галогенпроизводных, галогенсодержащих алифатических соединений и спиртов с помощью квантово-химических расчетов определены ключевые реакции биотрансформации.
Впервые установлены зависимости:
- острой, хронической токсичности, метгемоглобинобразующей мутагенной активности, в рядах соединений, ключевая реакция биотрансформации которых связана с образованием нестабильных интермедиатов (производные бензола, ароматические и алифатические амины) от параметров, характеризующих ключевую реакцию
- зависимости мутагенной активности в рядах соединений, ключевая реакция биотрансформации которых связана с образованием стабильных метаболитов (галогенированнные алифатические углеводороды и спирты), от параметров, характеризующих реакционную способность продуктов ключевой реакции биотрансформации.
- активности в ряду стабильных соединений – ПХБ, галогензамещенных азааренов от параметров, характеризующих способность соединений связываться с биомолекулами-рецепторами.
Показано, что метод выбора и расчета квантово-химических параметров, основанный на гипотезе об определяющей стадии механизма токсического действия и ключевой реакции биотрансформации, позволяет осуществлять более теоретически обоснованный и надежный прогноз по сравнению с эмпирическим выбором параметров для прогноза токсичности и опасности веществ.
Впервые обоснованы и разработаны:
- классификация канцерогенной опасности для прогноза безопасных уровней веществ в воде на основе значений LTD10 для подопытных животных и группы канцерогенности для человека по классификации МАИР, а также метод прогноза порядка величины безопасных уровней;
- комплексный метод прогноза классов опасности веществ по специфическим токсическим эффектам, основанный на совместном использовании методов квантовой химии и логико-комбинаторного анализа. С использованием этого метода сделан прогноз классов канцерогенной активности галогенсодержащих алканов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), метил и галоген замещенных ПАУ, ароматических аминов;
автоматизированная система прогноза токсичности и опасности, которая включает базу данных WATERTOX и базу данных по канцерогенности веществ, сопряженную с логико-комбинаторной ДСМ системой и программами расчетов электронных параметров методами квантовой химии. Система позволяет осуществить прогноз классов опасности неизученных химических веществ, сделать предварительную оценку токсичности для целей планирования экспериментов по обоснованию допустимых суточных доз, пороговых и максимально недействующих доз и концентраций для целей нормирования в воде; определить сравнительную токсичность веществ при выборе менее опасных технологий; выявить вещества, ПДК которых подлежат пересмотру.
Основные положения, выносимые на защиту.
1.Новый метод определения квантово-химических параметров соотношений структура-токсичность на основе гипотезы об определяющей стадии механизма токсического действия – стадии взаимодействия вещества или продуктов его биотрансформации с биомолекулами, гипотезе о ключевой реакции биотрансформации, прогнозе по результатам квантово-химических расчетов ключевой реакции биотрансформации для данного соединения, и использовании характеристик этой реакции или ее продуктов.
2.Научное обоснование возможности прогноза различных видов токсических эффектов и параметров токсикометрии на основе разработанного метода.
3.Новый метод прогноза класса опасности веществ, в том числе класса опасности по канцерогенной активности, на основе использования логико-комбинаторного ДСМ метода автоматического порождения гипотез, включающего анализ числовых параметров, в частности рассчитанных методами квантовой химии, и характеризующих ключевую реакцию биотрансформации или ее продукты.
4.Комплексная система прогноза токсичности и опасности веществ, основанная на совмещении интеллектуальной ДСМ - системы и методов квантовой химии.
Теоретическая значимость работы.
Теоретически обоснован метод определения физико-химических параметров для построения соотношений структура-токсичность с учетом возможности образования в ходе биотрансформации соединений более активных, и следовательно, более токсичных, чем исходные (соотношения структура-биотрансформация-токсичность). Метод включает выдвижение гипотезы об определяющей стадии токсического действия на основе данных литературы об экспериментально обоснованном механизме токсического эффекта; в случае, если эта стадия представляет собой взаимодействие продуктов биотрансформации соединений с биомолекулами, - определение ключевой реакции биотрансформации и ее продуктов по результатам квантово-химических расчетов; построение регрессионных зависимостей структура-биотрансформация-токсичность для прогноза параметров токсикометрии и других количественных характеристик токсического эффекта с использованием в качестве независимых переменных параметров, характеризующих эту реакцию или ее продукты.
Научно обоснована и апробирована методика включения числовых параметров, в частности, рассчитанных методами квантовой химии и характеризующих ключевую реакцию биотрансформации или ее продукты, в логические рассуждения метода ДСМ. Каждое соединение представляется гибридным объектом, состоящим из структурной части, которая описывается с помощью графов или дескрипторов специального языка, и числового параметра. Методика позволяет учитывать процессы биоактивации при прогнозе классов опасности по различным токсическим эффектам, в том числе по канцерогенному эффекту.
Практическая значимость работы. Разработанная база данных WATERTOX по эколого-гигиеническим свойствам химических веществ, загрязняющих воду водных объектов (токсичность и опасность веществ) зарегистрирована в государственном регистре «Информрегистр», номер государственной регистрации 0229601490. Методы прогноза токсичности и опасности использованы при планировании токсикологических экспериментов для обоснования ПДК в воде ряда веществ, при обосновании необходимости пересмотра ПДК более 30 соединений, при обосновании ОБУВ в атмосферном воздухе смеси смолистых веществ. Полученные результаты внедрены в виде Методических указаний «Расчетные и экспресс-экспериментальные методы оценки токсичности химических веществ в воде» ГКСЭН №01-19.10-11 от 4.08.92, Методических указаний МУ 2.1.5.720-98 «Обоснование гигиенических нормативов химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», проекта методических указаний «Расчетные методы прогноза токсичности и опасности химических веществ в воде с учетом биоактивации на пути биотрансформации», перечней нормативов ГН 2.1.5.2280-07 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», ГН 2.1.5.2307-07 «Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», утвержденных Госсанэпиднадзором; материалы работы использованы при подготовке Руководства Р 2.1.10.1920-04 по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. Результаты работы используются в учебном процессе на лекциях и семинарах кафедры факультета коммунальной гигиены Российской медицинской академии постдипломного образования.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 20-ти международных и всероссийских конгрессах, симпозиумах, конференциях и пленумах, в том числе международной конференции «Безопасность окружающей среды: медицинские, экологические и правовые аспекты» (г. Пермь, 1992), 12-ом Европейском симпозиуме по количественным соотношениям структура-активность (Копенгаген, Дания, 1998), I-ом, II-ом и III-ем съездах токсикологов России (г. Москва 1998, 2003, 2008 гг.), 4-ом Международном конгрессе «Вода: экология и технология. ЭКВАТЕК-2000», г. Москва, 2000 г.), Международном форуме "Информационные технологии и общество" (Кемер, Турция, 2003), Конференции «Информацонно-вычислительные технологии в решении фундаментальных научных проблем и прикладных задач химии, биологии, фармацевтики, медицины» (Москва, 2004), пленумах Межведомственного научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РФ (Москва, 2001, 2005, 2008, 2010 гг.), X-ом, XI-ом, XII-ом, XIII-ом, XIV-ом, XV, XVI и XVII-ом Российских национальных конгрессах «Человек и лекарство» (г. Москва, 2003 г.-2010 гг.), Четвертом международном симпозиуме «Computational Methods in Toxicology and Pharmacology Integrating Internet Resources (CMTPI-2007)» (Москва, 2007), Втором Санкт-Петербургском международном экологическом форуме (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), 11-ом международном семинаре «New trends in chemical toxicology» (Москва, 2008 г.), на заседаниях Ученого Совета ГУ НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина РАМН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 62 научные работы, из них 22 в журналах, рекомендованных ВАК, 3 главы в монографиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 5 глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложений. Текст изложен на 348 страницах машинописного текста, иллюстрирован 32 таблицами, 39 рисунками, 14 приложениями. Список литературы включает 430 источников.
Личный вклад автора. Вклад автора составляет 85% и состоит в формировании направления, постановке общей задачи, выборе методов исследования, разработке компьютерных моделей, базы данных, алгоритмов и программ, проведении компьютерных экспериментов. Теоретические исследования и большая часть компьютерных экспериментов выполнялись самостоятельно. Обобщение результатов и их интерпретация также проведены автором.
материалЫ, методы и объем исследований.
Работа выполнена в лаборатории комплексного эколого-гигиенического нормирования (c 2003 г. лаборатория эколого-гигиенического нормирования и прогнозирования токсичности веществ) в рамках плановых тем ГУ НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина РАМН: «Разработка принципов, критериев и методов единого гигиенического нормирования на основе допустимой суточной дозы и выявление особенностей биологической активности веществ при разных путях поступления» (№ г/р 01.9.10013586); «Методы обоснования и прогнозирования допустимой суточной дозы (ДСД) веществ с учетом общетоксического и отдаленных эффектов» (№ г/р 01.9.40001795); «Выявление общих закономерностей и особенностей токсичности веществ при разных путях поступления в организм» (№ г/р 01.9.70002125); «Разработка и внедрение методов комплексного нормирования химических веществ, различающихся по показателям опасности и критериям вредности» (№ г/р 01.20.0000688), «Разработка системы методов обоснования и верификации эколого-гигиенических нормативов химических веществ в окружающей среде на основе компьютерного моделирования и экспериментальных исследований.» (№ г/р 01.20.0 303903), а также в рамках гранта РФФИ № 02-01-00537а «Интеллектуальный анализ данных средствами правдоподобных рассуждений».
На первом этапе исследований собрана и проанализирована информация о механизмах токсического действия веществ на молекулярном уровне и соответствующих физико-химических моделях для различных структурных рядов. Поиск таких моделей проводился с использованием баз данных Citation index, Life science, Medline, коммерческих баз данных по метаболизму Metabolite [MDL Metabolite Database 2001.1. MDL Information Systems, Inc., 14600 Catalina Street, San Leandro, CA, USA (ссылка скрыта)], Accelrys Inc., 9685 Scranton Road, San Diego, CA 92121-3752, USA (ссылка скрыта).
В качестве источников информации для построения зависимостей структура-активность использовалась созданная нами база данных WATERTOX, содержащая токсикологическую информацию архива Секции гигиены воды и санитарной охраны водоемов Проблемной комиссии РАМН «Экология человека и гигиена окружающей среды», базы данных SARETbase, TOXNET. При изучении канцерогенной активности критериями отбора литературных данных для составления обучающих выборок являлись соответствие международным критериям экспериментальных исследований канцерогенности. Этим критериям удовлетворяет информация, приведенная в базе данных CPDB, разработанной в Калифорнийском университете и содержащей результаты длительных хронических экспериментов по выявлению канцерогенного эффекта на различных видах лабораторных животных, а также результаты тестов NCI/NTP на канцерогенную активность и качественную оценку мутагенности в тесте Эймса. Использовались также литературные данные (справочники по канцерогенности, обучающие выборки из статей, где прогноз проводили другими методами).
При прогнозе класса опасности по острой и хронической токсичности использовались классификации, приведенные в Методических указаниях по обоснованию нормативов химических веществ в воде. В качестве независимых переменных – параметров хронической токсичности использовались пороговые и максимальные недействующие дозы хронического эксперимента.
Выделение структурных рядов проводили на основе найденных в литературе результатов экспериментального и теоретического (физико-химические модели взаимодействия с биомолекулами) изучения механизма действия на молекулярном уровне, т.е. выделялся фрагмент, который в наибольшей степени определяет данный токсический эффект.
Таблица 1. Структурные ряды, для которых построены модели прогноза
| Структурный ряд | Количество веществ |
| Производные бензола | 97 |
| Ароматические амины | 82 |
| Алифатические амины | 40 |
| Спирты | 110 |
| Галогенсодержащие алифатические углеводороды | 34 |
| Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) | 85 |
| Метилированные ПАУ | 45 |
| Галогензамещенные ПАУ | 23 |
| Полихлорированные бифенилы (ПХБ) | 18 |
| Гетероциклические соединения | 24 |
| Замещенные пиридины | 15 |
Изучены соотношения структура-токсичность для следующих структурных рядов (таблица 1) и следующих видов биологических эффектов: замещенные бензолы (показатели острой и хронической токсичности, наличие мутагенности и канцерогенности), ароматические амины (мутагенная, канцерогенная и метгемоглобинобразующая активности), полициклические ароматические углеводороды и их метилзамещенные производные (канцерогенная активность, способность связываться с АН рецептором, определяющая, в частности, негенотоксический канцерогенный и иммунотоксический эффект), азаарены (способность связываться с АН рецептором), галогензамещенные алифатические углеводороды (хроническая токсичность, нефротоксичность, мутагенный и канцерогенный эффекты).
Характеристики химических реакций, моделирующих ферментативные реакции и индексы реакционной способности - параметры соотношений структура-активность - рассчитывали методами квантовой химии: метод Хюккеля, полуэмпирические методы расчета (методы MNDO, AM1 и PM3). Расчеты проводили по программе МОРАС 6.0. Для предварительного поиска наиболее устойчивой конформации молекул использовался метод молекулярной механики. При построении соотношений структура-биотрансформация-токсичность для прогноза показателей острой и специфической токсичности использовали стандартный регрессионный анализ.
Для прогноза показателей хронической токсичности и канцерогенной активности использован логико-комбинаторный ДСМ-метод автоматического порождения гипотез в базах данных с неполной информацией и оригинальный комплексный подход, основанный на совместном использовании ДСМ метода и квантово-химических расчетов.
ДСМ метод разработан в лаборатории теоретической и прикладной информатики ВИНИТИ РАН проф. В.К.Финном и сотрудниками.. Применение метода к задачам прогноза биологической активности основано на анализе сходства соединений, вызывающих определенный эффект. К неоспоримым достоинствам метода относятся отсутствие необходимости в больших обучающих выборках и интерпретируемость результатов. В отличие от статистических методов интеллектуального анализа данных логико-комбинаторный ДСМ-метод позволяет не только сделать прогноз, но и выявить причины прогноза. ДСМ-прогноз производится в два этапа:
- выявление структурных (или структурно-числовых) фрагментов-гипотез наличия или отсутствия активности;
- использование этих гипотез для прогноза активности тестовых соединений.
Для описания структуры молекул при использовании ДСМ-метода применяли разработанный в ВИНИТИ РАН специальный язык ФКСП (фрагментарный код суперпозиции подструктур), а также описание структуры соединений с помощью помеченных графов. Для включения числовых параметров, характеризующих в частности биоактивацию соединений, в систему ДСМ-рассуждений использовали специально разработанную алгебру интервалов.
Для прогноза пути и скорости биотрансформации ксенобиотиков рассчитаны энергетические параметры, характеризующие энергию активации реакций ароматического гидроксилирования субстратов различных изоформ цитохрома Р450. Рассчитаны все возможные интермедиаты и радикалы – промежуточные соединения 96 реакций биотрансформации для 24 веществ.
При изучении соотношений структура-биотрансформация-активность всего рассчитано более 900 квантово-химических параметров.
Расчеты проведены на персональном компьютере с использованием квантово-химической программы МОРАС 6.0. Расчеты при тестировании моделей биотрансформации производили на компьютере Origin200, 2х180 MHz/1 MB cache R10000, OS IRIX 6.5. Версия ДСМ-программы, включающая анализ числовых параметров, составлена М.В.Максиным, версия с описанием структуры с помощью графов составлена М.В.Самохиным (ВИНИТИ РАН). ДСМ-эксперименты проведены с участием В.Г.Блиновой и Д.А.Добрынина (ВИНИТИ РАН).