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電腦模擬預測工具


預測毒理學是21世紀新興發展的毒理學研究方法之一。目前許多化學物質沒有詳盡的毒理資料,預測毒理學可應用於初步篩選及危害排序,以便規畫後續的毒理試驗,也可應用於了解化學物質的毒性機轉等研究。環毒中心引進國際間普遍使用的工具及資料庫,並與高雄醫學大學團隊已發展兩套預測毒理的工具,今建立此平台與產、官、學界分享及溝通,期望能促進毒理學的發展及毒理學應用於台灣相關議題的管理。

CTD比較毒理基因體學資料庫
(Comparative Toxicogenomics Database, CTD)

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CTD是一個公開的資料庫,可整合實驗資訊、相關的毒理基因體學數據、基因本體論(GeneOntology, GO)及相關途徑的分析 (KEGG Pathway)推論化學毒物的毒性機轉及疾病之關係。

Reference:
Davis AP, Grondin CJ, Johnson RJ, Sciaky D, King BL, McMorran R, Wiegers J, Wiegers TC, Mattingly CJ. The Comparative Toxicogenomics Database: update 2017. Nucleic Acids Res. 2016 Sep 19;[Epub ahead of print] PMID:27651457

OECD QSAR Toolbox經濟合作暨發展組織(OECD)定量構效關係(QSAR)工具箱
(OECD QSAR Toolbox)

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QSAR Toolbox為經濟合作暨發展組織(Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)所發展的計算毒理預測工具,可透過化學物質資料庫將化學品按結構分類,及利用定量構效關系(QSAR)、交叉參照(Read-across)模型,預測危害物質評估與化學品分類所需要的毒理及生態毒理數據,填補資料缺口,以減少不必要的動物實驗。歐盟REACH註冊者更可以透過QSAR Toolbox進行動物測試之替代方法。

QSAR toolbox主要功能包括:

  • 根據化學物質結構及物化特性資料庫進行物質分類。
  • 透過資料庫交叉參照預測及填補毒理數據缺口。
  • 應用化學物質資料庫建立QSAR 模型,預測毒性。
  • 應用化學物質代謝物結構的預測。
Endocrine Disruption Screening Program內分泌干擾素檢測
(Endocrine Disruption Screening Program, EDSP)

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EDSP21(Endocrine Disruption Screening Program in the 21st Century)是美國環保署的計畫,以電腦模擬和高通量體外檢測,加速對內分泌干擾物的篩檢。此資料庫提供了化學物質物化特性、法規列表、生物活性結果、高通量暴露結果,以及EDSP分析的詳細說明,可幫助評估化學物質與內分泌相關的活性。

Chemistry Dashboard化學結構資料庫
(Chemistry Dashboard)

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此資料庫由美國環保署建置,有超過700,000種化學品的化學數據,包括化學結構,實驗和預測的物理化學和毒性數據。資料庫中的數據和模型有助於識別最需要進一步測試的化學物質,並減少動物在化學測試中的使用。使用者可以藉由名稱、CASRN來搜尋化學物質,也可以依照消費產品類別來搜尋在特定產品類別中存在的化學物質,以及搜尋與高通量篩選數據相關聯的試驗或基因。

ToxCast高通量生物活性測試資料庫
(ToxCast)

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ToxCast (Toxicity Forecaster)計畫由美國環保署於2007年開始啟動,透過計算毒理研究計畫 (Computational Toxicology Research Program, CompTox)整合電腦模擬技術研發以毒性通路為基礎的高通量測式系統,指在快速有效的描述化學物暴露對於人體的影響及作用機制,預測化學物質的潛在毒性,篩選需要優先進行毒理學測試的化學物質,對數千種的化學物質進行毒性分級及潛在風險評估。

至目前為止,ToxCast已進行超過300種的毒性通路(Toxicity pathway)分析,及針對超過1,800種以上的化學品進行毒性測試,內容涵蓋工業化學原料、日用消費品、食品添加物及可替代化學物質的綠色化學品等多種來源。目前所有的資料包括化學品的毒性測試數據、活性、毒性終點及劑量反應曲線都匯整在ToxCast資料庫(ToxCast Dashboard)。

ChemDIS化合物相關疾病分析系統
(Chemical-disease inference system, ChemDIS)

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ChemDIS為一化學品-疾病關係的整合性分析平台,主要用於評估化學品對人體的潛在健康風險,透過串聯化學品-蛋白質體與蛋白質體-疾病間交互作用建立交互作用網路,並以超幾何分布來推導化學品-蛋白質-疾病三者間的關連性,不僅提供化學品潛在影響之基因/蛋白功能、生物途徑及疾病,還能幫助產生實驗假說供後續實驗驗證。此平台整合多個國際知名資料庫,包括化學品資料庫PubChem、蛋白質-化學品交互作用資料庫STITCH、基因功能資料庫Gene Ontology(GO)、探討生物路徑的資料庫KEGG和Reactome、標準化疾病資料庫DO及容易解讀的疾病資料庫DOLite。在第2.1版中ChemDIS已經能夠分析40多萬個化學品,並提供化學品混合物交互作用分析與客製化分析等功能。

皮膚致敏性資料庫
(SkinSensDB)

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皮膚致敏性(Skin Sensitization)是化學物質安全評估的重要毒理性指標之一,以往是藉動物試驗(in vivo)結果進行預測。OECD提出危害結局路徑(Adverse Outcome Pathway, AOP)的方法學概念,係整合其中不同關鍵事件(Key Events)之替代試驗結果進行評估,包含化學試驗(in chemico)、體外試驗(in vitro)與減量動物試驗。SkinSensDB資料庫特別針對皮膚過敏AOP中各關鍵事件,篩選與彙整目前已發表的相關試驗數據。此外,SkinSensDB也具有瀏覽功能,可根據目標化合物搜尋結構相似化合物之試驗數據,提供皮膚致敏性之模擬預測。

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