Previsão de agentes de guerra química com base em meta colinérgica do tipo array

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 16709 (2022) Citar este artigo

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Os insights moleculares sobre a segurança química são muito importantes para o desenvolvimento sustentável, bem como para a avaliação de riscos. Este estudo considera como gerenciar futuros agentes nocivos, especialmente agentes de guerra química (CWAs) potencialmente colinérgicos. Para tanto, as estruturas de agentes colinérgicos conhecidos foram codificadas por descritores moleculares. E então cada interação droga-alvo (DTI) foi aprendida a partir das estruturas codificadas e suas atividades colinérgicas para construir modelos de classificação DTI para cinco alvos colinérgicos com validação estatística confiável (conjunto-AUC: até 0,790, MCC: até 0,991, precisão: até a 0,995). Os classificadores coletados foram transformados em meta-preditores do tipo array 2D ou 3D para multitarefa: (1) predição colinérgica e (2) detecção de CWA. A capacidade de detecção dos classificadores de matriz foi verificada sob o conjunto de dados desbalanceado entre CWAs e nenhum CWAs (área sob a curva de recuperação de precisão: até 0,997, MCC: até 0,638, F1-score de nenhum CWAs: até 0,991, F1- pontuação de CWAs: até 0,585).

Agentes de guerra química (CWAs) e produtos químicos perigosos ameaçam a segurança química1,2. Antes da convenção de armas químicas, os CWAs foram intencionalmente inventados e sintetizados para operações militares. Hoje em dia, existem preocupações sobre invenções não intencionais de CWA, juntamente com seus acidentes inesperados por meio de (1) química sintética relacionada a CWAs conhecidos (por exemplo, derivados de organofosforados)2,3 ou (2) produtos químicos para drogas terapêuticas (por exemplo, código BZ atribuído pela OTAN) e drogas ilícitas4. Terrores em série como Sarin no Japão em 1994, VX na Malásia em 2017 e Novichok (agente não declarado) na Síria em 2018 tornam as preocupações sobre armas químicas medos viáveis5. Além disso, alguns produtos químicos nocivos (como mostrado na Fig. 1) não foram registrados na lista CWA de organizações para a proibição de armas químicas (OPAQ), mas resultaram em baixas devastadoras, e as tragédias ainda estão acontecendo: (1) etoxietil guanidínio (PGH)/Polihexametileno guanidina (PHMG), ingredientes dos esterilizadores Reckitt Benckiser, que resultaram em mortes desinfetantes de bebês e mulheres grávidas na Coreia do Sul6,7, e (2) TCDD, uma impureza residual do Agente Laranja (herbicida e desfolhante químico ) durante a Guerra do Vietnã, que promoveu herança transgeracional epigenética de doenças8,9.

As ameaças químicas incluem agentes de guerra química (CWAs) com códigos da OTAN atribuídos, estimulantes CWA, novas substâncias psicoativas (NPSs) e perigos químicos, como PHMG (esterilizador) e TCDD.

Para a segurança química, os seres humanos construíram regulamentos ou sistemas para controlar o risco resultante de produtos químicos nocivos10,11,12. Com tais sistemas, a detecção de agentes perigosos ou suas tecnologias de desintoxicação têm sido continuamente desenvolvidas13,14,15,16. Apesar da história, a taxa futura de agentes nocivos é mais rápida do que a taxa para fazer um regulamento ou uma tecnologia de detecção. Por exemplo, de 2014 a 201717,18,19. Nesses períodos, nenhum sistema de segurança poderia controlar adequada e oportunamente as NPS: sua identificação e detecção, avaliação de sua toxicidade e estabelecimento de uma regulamentação20. Naturalmente, perigos químicos ou substâncias tóxicas indefinidas em um sistema não podem ser evitados, reconhecidos ou controlados21. Assim, produtos químicos nocivos e perigosos 'ainda não existentes, mas futuros (produtos químicos NE)' devem ser predefinidos com antecedência para a avaliação de risco. No entanto, a previsão de 'não-existir' é vaga e indefinida. Felizmente, quando uma máquina aprende as estruturas e propriedades de substâncias químicas nocivas conhecidas e analisa suas relações, a relação aprendida pode teoricamente sugerir um padrão de substâncias químicas NE22. Em outras palavras, uma parte do espaço perigoso e tóxico pode ser definida usando características moleculares (variáveis) de produtos químicos conhecidos (Fig. 2). Como 'espaço químico' significa que abrange todas as moléculas pequenas possíveis23, um espaço perigoso e tóxico significa que abrange todos os possíveis produtos químicos perigosos e tóxicos e foi nomeado. Mais desejavelmente, se a definição for idealmente alcançada, ela pode ser usada para regulação preventiva. Com esta consideração, tentamos definir uma parte do espaço perigoso e tóxico usando meta-preditores colinérgicos. Neste estudo, o espaço dos agentes pan-colinérgicos é definido a priori por suas estruturas moleculares e, em seguida, o padrão colinérgico dos agentes nervosos como CWAs no espaço é aprendido por uma rede neural convolucional (CNN). O primeiro é a geração de metapreditores colinérgicos e o último é a detecção de CWA com base nos metapreditores.