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杀虫活性小分子的类农药性和生物毒性分析及网络资源构建

贾辰阳  
【摘要】:杀虫剂等农药分子在现代农业生产中发挥着至关重要的作用,但随着其抗性、安全性等问题的不断出现,以及农药登记标准的不断提高,使得新型杀虫剂的研发难度越来越大。在杀虫剂创制的早期阶段除了考虑分子的活性外,提前设计和筛选出具有良好生物利用度、对非靶标生物安全的候选化合物,对降低杀虫剂分子研发过程中的风险、提高其研发成功率、缩短开发周期具有重要意义。“杀虫活性小分子的类农药性”这一概念对于提前筛选出有理想吸收、分配、代谢、排泄和毒性(absorption,distribution,metabolism,excretion,toxicity,简称ADMET)的类农药分子具有重要的指导作用。然而,目前还没有一个全面分析和预测杀虫活性小分子的类农药性的公共网络资源。我们通过搜集已商品化的杀虫剂,计算和分析了其理化性质及分布特点,构建出了打分函数来定量评价杀虫活性小分子的类农药性,并且利用现代网络技术建立了杀虫活性小分子的类农药性分析工具InsectiPAD(http://chemyang.ccnu.edu.cn/ccb/database/InsectiPAD/)。InsectiPAD 涵盖了495种已批准上市的杀虫剂分子,22,200多条相关的物理化学性质。更重要的是,它包含了对这些杀虫剂的2,900多条类农药性的定性分析和1.500多条类农药性的定量打分结果,并可以为任何有杀虫活性的化合物提供全面的类农药性分析。与此同时,我们对InsectiPAD中的定量评价模型区分已知杀虫剂(阳性样本)和其他化合物(阴性样本)的准确性进行了评估,其准确率约为75%。另外,虽然目前已有一些网络公共资源支持化合物的毒性研究,但因其数据的分散、不可直接使用建模,用户使用不友好等原因,极其有必要建立一个综合的化合物对不同物种毒性的数据库作为已有资源的补充。因此,我们从已有的各大数据库中充分搜集了化合物的结构等基本信息、理化性质、环境行为、其对不同物种的毒性信息,并对这些数据进行了统一的处理和分类,根据U.S.EPA标准对部分化合物进行了毒性等级划分,以便于人工智能应用于不同物种的毒性预测研究。在此基础上,我们设计并搭建了化合物的生物毒性组学数据库Toxicomic(http://chemya ng.ccnu.edu.cn/ccb/database/Toxic omic/)。Toxicomic 包含了 115,362个独特的化学结构和5,327个不同物种的448,755条毒性测试结果,涵盖哺乳动物、鱼类、鸟类、昆虫、无脊椎动物、藻类、真菌、植物等15个物种大类,为用户提供了多样且友好的浏览及搜索方式、清晰的数据统计及毒性分类结果展示、丰富的可供下载的高质量数据。总之,全面分析和预测杀虫活性小分子的类农药性工具InsectiPAD,将帮助用户对有杀虫活性的化合物进行合理的设计和结构优化,筛选出有良好生物利用度的候选分子,使其在活体和田间试验中也有较好的效应。包含丰富的化合物结构信息及这些分子对不同物种毒性的数据库Toxicomic,将为用户筛选和研究环境友好型化学品、设计低毒的农药分子结构提供有用的指导,为用户系统探究化合物的生物毒性提供便利条件。


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