Un modelo QSAR basado en el aprendizaje automático para predecir la toxicidad de los pesticidas comerciales para...

Área de la Ciencia:

• Química del medio ambiente Química del medio ambiente
• Toxicología Toxicología.
• Química computacional es la química computacional.

Sus antecedentes:

• Los pesticidas comerciales son vitales para la agricultura, pero representan un riesgo para los organismos del suelo no objetivo, como las lombrices de tierra.
• La evaluación de la toxicidad de los plaguicidas en condiciones realistas del suelo es crucial para la protección del medio ambiente.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un marco de aprendizaje automático basado en la relación cuantitativa estructura-actividad (ML-QSAR) para predecir la toxicidad de los pesticidas comerciales para las lombrices de tierra.
• Para integrar la estructura molecular, los parámetros físicoquímicos del suelo y los tipos de formulación para una predicción precisa de la toxicidad.

Principales métodos:

• Utilizó un conjunto de datos combinado de 947 datos de toxicidad de plaguicidas privados y públicos.
• Desarrolló 30 modelos de clasificación binaria utilizando diez algoritmos de aprendizaje automático, dos conjuntos de descriptores y una huella molecular.
• Empleado árbol de decisión de aumento de gradiente con descriptores RDKit (GBDT-RDKit) como el modelo óptimo, validado utilizando métricas como precisión, precisión, recuerdo y AUROC.
• Definido el dominio de aplicabilidad del modelo utilizando la similitud de Tanimoto.

Principales resultados:

• El modelo óptimo GBDT-RDKit logró un alto rendimiento de predicción (precisión = 0.83, AUROC = 0.88).
• El análisis de SHapley Additive Explanations (SHAP) reveló la influencia significativa de la estructura química, los parámetros del suelo y los tipos de formulación en la toxicidad.
• Desarrolló clasificadores de tres clases para priorizar los pesticidas altamente tóxicos.

Conclusiones:

• El marco ML-QSAR desarrollado proporciona un método rápido y rentable para evaluar la toxicidad de los plaguicidas para las lombrices de tierra en el suelo.
• Este enfoque puede ayudar en la evaluación del riesgo ambiental de los plaguicidas comerciales, apoyando prácticas agrícolas sostenibles.