"Р 1323565.1.027-2019. Рекомендации по стандартизации. Руководство по группировке схожих химических веществ в токсикологически значимые категории для устранения пробелов в информации о токсичности при помощи программного обеспечения ОЭСР QSAR Toolbox"
(утв. и введены в действие Приказом Росстандарта от 28.11.2019 N 1278-ст)

1 РАЗРАБОТАНЫ Ассоциацией "Некоммерческое партнерство Координационно-информационный центр государств - участников СНГ по сближению регуляторных практик" (Ассоциация "НП КИЦ СНГ")

2 ВНЕСЕНЫ Техническим комитетом по стандартизации ТК 339 "Безопасность сырья, материалов и веществ"

3 УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 ноября 2019 г. N 1278-ст

4 ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ

В настоящее время отмечается, что анализ и выявление опасных свойств новых химических веществ широко востребованы в различных отраслях промышленности. Лабораторные исследования (испытания) новых химических веществ достаточно дороги, и, принимая во внимание интенсификацию химической промышленности и прогнозы специалистов о синтезе свыше 300 миллионов новых химических веществ только в течение последующих 30 лет, проблема поиска доступных и быстрых методов по выявлению свойств неизученных химических веществ как никогда актуальна.

Для устранения пробелов в информации об опасных свойствах новых химических веществ, в частности о токсичности, целесообразно использование альтернативного лабораторным испытаниям аналогового подхода Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR). С помощью данного подхода возможно построение моделей, позволяющих по структурам химических соединений предсказывать их свойства.

Организацией экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) разработана программа QSAR Toolbox, которая базируется на поиске количественных соотношений структура - свойство посредством методов математической статистики, позволяющих по описанию структур химических веществ предсказывать их свойства (в том числе по воздействию на организм). При этом программа QSAR Toolbox способна прогнозировать свойства как на качественном уровне (например, будет ли химическое вещество обладать тем или иным видом воздействия на организм), так и на количественном уровне (прогнозирование численных значений свойств).

Настоящее руководство знакомит пользователя с возможностями программного обеспечения ОЭСР QSAR Toolbox, которое может быть использовано для устранения пробелов в информации о токсичности химических веществ и решения вопроса о целесообразности проведения исследований in vitro и/или in vivo, что в свою очередь, например, может быть использовано при формировании отчета о химической безопасности для новых химических веществ в рамках процедуры нотификации новых химических веществ согласно техническому регламенту [1].

Настоящие рекомендации по стандартизации разработаны на основании англоязычного руководства ОЭСР по использованию функциональных возможностей программы QSAR Toolbox <*>.

--------------------------------

<*> QSAR Toolbox Application manual /template/go.php?url=https://www.oecd.org/chemicalsafety/risk-assessment/TB4_Application_manual_F1.compressed.pdf.

Данное руководство направлено на работу с программой ОЭСР QSAR Toolbox, позволяющей группировать химические вещества в токсикологически значимые категории для устранения пробелов в информации о токсичности. Основная цель программы - предоставить возможность использовать методологию QSAR для группировки химических веществ по категориям и заполнения пробелов в информационных данных, используя анализ тенденций, метод аналогий и возможности программы QSAR Toolbox, базирующиеся на поиске количественных соотношений структура - свойство. Справочная информация о концепции химических категорий представлена в руководстве по группировке химических веществ.

Данное руководство помогает пошагово изучить основные функции панели инструментов программы QSAR Toolbox с помощью примеров. В дополнение ОЭСР рекомендует просматривать дополнительные материалы по изучению функций QSAR Toolbox <**>.

--------------------------------

<**> Пользователю рекомендуется просматривать дополнительные материалы по изучению функций QSAR Toolbox, такие как: /template/go.php?url=https://qsartoolbox.org/, /template/go.php?url=https://www.oecd.org/chemicalsafety/testing/oecdquantitativestructure-activityrelationshipsprojectqsars.htm, /template/go.php?url=https://toolbox.oasis-lmc.org/

В настоящих рекомендациях применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 аналоги: Химические соединения одного структурного типа, отличающиеся по составу на определенное число структурных единиц.

2.2 каноническая SMILES (Canonical SMILES): Версия спецификации, включающая правила канонизации, позволяющие записать формулу молекулы любого вещества однозначным образом.

Примечание - Эти правила касаются выбора первого атома в записи, направления обхода циклов, выбора направления основной цепи при разветвлениях. Поскольку в разных пакетах молекулярного моделирования используются различные алгоритмы канонизации SMILES, вследствие чего могут получаться разные записи одной и той же молекулы, понятие "каноническая SMILES" не является абсолютным. Данная версия стандарта обычно применяется для индексирования и проверки уникальности молекул в базах данных.

2.3 изомерическая SMILES (Isomeric SMILES): Версия спецификации, позволяющая включать в запись данные об изотопном составе, конфигурации асимметрических атомов углерода и двойных связей.

Примечание - Особенность этой версии по сравнению с официальной номенклатурой ИЮПАК в том, что изомерическая SMILES позволяет хранить информацию о молекулах, для которых известны конфигурации лишь некоторых хиральных центров или двойных связей.

2.4

2.5 dice: Четыре фактора, определяющие оценку вероятности успеха проекта, основанного на объективных измерениях:

D - Продолжительность (Duration),

I - Ответственность (Integrity),

C - Приверженность (Commitment),

E - Усилие (Effort).

Примечание - Каждому фактору присваивается число от 1 (благоприятный) до 4 (маловероятный).

Программа QSAR Toolbox имеет несколько функций, позволяющих выполнять такие операции, как:

- идентифицировать аналоги для химического вещества, получать экспериментальные результаты, доступные для этих аналогов, и восполнять недостаток в данных, используя метод аналогий или анализ тенденций;

- классифицировать широкий спектр химических веществ, используя соответствующий инструмент или воспроизводя необходимую операцию;

- заполнять пробелы в данных для любого химического вещества, используя хранилище моделей QSAR;

- оценивать корректность потенциального аналога для метода аналогий;

- оценивать пригодность (точность) модели QSAR при заполнении пробелов в данных для конкретного химического вещества;

- строить модели QSAR.

Данное руководство распространяется на первую операцию, то есть выбор возможных аналогов для химического вещества: извлечение экспериментальных результатов, доступных для этих аналогов, и восполнение недостатка в данных, используя метод аналогий или анализ тенденций.

Рассмотренный в руководстве пример направлен на восполнение информационных пробелов по вопросу сенсибилизации кожи к воздействию 4-нитробензоилхлорида (CAS N 122-04-3).

При запуске программы QSAR Toolbox открывается панель инструментов. Для начала работы необходимо нажать кнопку "Ввод данных" ("Input") (рисунок 1).

Модуль "Ввод данных" предназначен для выбора необходимого химического вещества, с которым предстоит дальнейшая работа при помощи функциональных возможностей инструментария программы. Идентификация химического вещества может быть проведена по названию, номеру CAS, путем зарисовки структурной формулы, путем использования SMILES (спецификация упрощенного представления молекул в строке ввода) или путем выбора необходимого химического соединения из списка, базы данных, реестра или файла.

После отображения выбранного вещества в матрице данных необходимо перейти к следующему модулю "Профилирование", нажав на кнопку "Профилирование" ("Profiling") на верхней панели инструментов (рисунок 4).

Модуль "Профилирование" позволяет получить информацию путем осуществления выборки из массива данных по определенному критерию на основе идентификации вещества или его структуры. Панель инструментов программы в настоящее время содержит большой список "Профилей", которые идентифицируют принадлежность к ранее определенным категориям (например, категории, определенные US-EPA <*> для оценки новых химических веществ, или категории, оцененные в рамках программы ОЭСР по химическим веществам с высоким объемом производства), а также механизмам или принципам действий. Сводную информацию можно получить, выбрав название профиля 1, затем щелкнуть по нему правой кнопкой мыши и нажать кнопку "About" ("Узнать больше") 2 (рисунок 5).

--------------------------------

<*> Управление по охране окружающей среды США.

Для большинства профилей можно найти подробную справочную информацию, выбрав один из профилей, 1, и нажав кнопку "View" ("Просмотр") 2 (рисунок 6).

Не все профили являются релевантными (подходящими) для решения всей совокупности конечных задач (для расчета всех параметров, например токсичности, химического вещества). Некоторые профили, например общие механистические, такие как профиль "Связывание белков" ("Protein binding"), основанные на механизмах химических реакций, подходят для решения многих конечных задач (расчета кожной сенсибилизации, острой токсичности, токсичности в водной среде), некоторые профили подходят для решения лишь очень узконаправленных задач.

В разделе 7 представлены список профилей и их применимость для разных регуляторных целей.

Чтобы перейти к следующему модулю "Данные", необходимо нажать на кнопку "Данные" ("Data") на верхней панели инструментов (рисунок 9).

Модуль "Данные" предназначен для извлечения экспериментальных результатов из имеющихся баз данных. Версия 4.1 программы QSAR Toolbox содержит несколько постоянных баз данных (таблица 1).

--------------------------------

<*> No Observed Effect Level (УНВОЭ): уровень, не вызывающий видимых отрицательных эффектов; доза, не вызывающая отрицательной реакции; недействующая доза, т.е. без видимого эффекта; доза без видимого отрицательного эффекта.

<**> Lowest Observed Effect Level: наименьший наблюдаемый уровень воздействия; наименьшая доза, оказывающая действие.

Базы данных классифицируются по четырем основным направлениям:

- физико-химические свойства;

- состояние и перенос вещества в окружающей среде;

- экотоксикологическая информация;

- опасность для здоровья человека.

В настоящий момент по направлению исследования "физико-химические свойства" возможно рассчитать следующие параметры вещества:

- точка кипения;

- константа диссоциации (pKa);

- взрывоопасные свойства;

- точка плавления/замерзания;

- коэффициент разделения;

- давление пара;

- растворимость в воде.

По направлению "Состояние и перенос вещества в окружающей среде" возможно рассчитать следующие параметры вещества:

- биоаккумуляция: водная;

- биодеградация;

- фоторазложение;

- стабильность в воде;

- транспортировка и распределение между компонентами природной среды.

По направлению "Экотоксикологическая информация" возможно рассчитать следующие параметры вещества:

- водная токсичность;

- наземная экотоксикология.

По направлению "Опасность для здоровья человека" возможно рассчитать следующие параметры вещества:

- острая токсичность;

- канцерогенность;

- токсичность для развития/тератогенность;

- генетическая токсичность;

- раздражение/коррозия;

- фотоиндуцированная токсичность;

- токсичность повторной дозы;

- аллергены;

- токсичность для размножения.

Наглядное представление размещения всех баз данных, реализованных в программе, представлено на рисунке 10.

Справочную информацию можно получить для каждой базы данных, выбрав название базы данных 1 и нажав кнопку "About" ("Узнать больше") 2 (рисунок 11).

Для того, чтобы выбрать, из каких баз данных следует извлекать данные, необходимо установить флажок рядом с названием базы данных.

Затем полученные данные отображаются в матрице данных для рассматриваемого химического вещества. При поиске аналогов для химической структуры, как описано в разделе 7, результаты в выбранных базах данных автоматически извлекаются и отображаются в матрице данных.

Для перехода к следующему модулю необходимо нажать на кнопку "Определение категории" ("Category Definition") на верхней панели инструментов (рисунок 15).

Модуль "Определение категории" позволяет группировать химические вещества по различным химическим категориям в соответствии с различными показателями сходства, например:

- определенные механизмы действия, по которым вещество вступает в химические взаимодействия;

- сходство по реакционной способности;

- сходство в строении или структуре химического соединения.

Именно так в ряду обширного перечня химические вещества могут быть сгруппированы в соответствии со степенью их показателя на токсичность в водных растворах. Или, рассматривая химическое соединение, для которого известен специфический механизм связывания белка, можно найти аналоги, которые могут связываться по такому же механизму и для которых имеются экспериментальные данные. Сводная информация об используемых методах группировки <*> приведена в таблице 2.

--------------------------------

<*> Наиболее подходящий способ для поиска аналогов для рассматриваемого химического соединения определяется по результатам модуля "Профилирование" (раздел 5).

--------------------------------

<*> Adverse Outcome Pathways: Путь негативного воздействия.

<**> Direct Peptide Reactivity Assay: Анализ реакционной способности, который оценивает способность химических веществ реагировать с белками.

--------------------------------

<*> Существует несколько способов измерения и оценки биоаккумуляции и биоконцентрации. К ним относятся: коэффициенты распределения октанол-вода (KOW), коэффициенты биоконцентрации (BCF), факторы биоаккумуляции (BAF) и коэффициент накопления биоты-осадка (BSAF). Каждый из них может быть рассчитан с использованием эмпирических данных или измерений либо математических моделей.

--------------------------------

<*> The Organic Functional Groups: Система органических функциональных групп.

Работая в модуле "Определение категории", необходимо знать:

- Если для рассматриваемого химического вещества известны конкретные механизмы возможных химических взаимодействий, которые имеют отношение к исследованию и изучению конкретных свойств, то рекомендуется проводить поиск химических веществ, которые имеют одинаковые механизмы химических взаимодействий. Результаты поиска могут быть затем уточнены путем устранения тех химических соединений, которые имеют наиболее разную структуру;

- Если для рассматриваемого химического вещества не изучены какие-либо конкретные механизмы химических взаимодействий, которые имеют отношение к изучению конкретных интересующих свойств, тогда рекомендуется проводить поиск химических веществ, структурно сходных с рассматриваемым химическим веществом. Результаты поиска могут быть затем уточнены путем исключения тех химических веществ, которые имеют отличительные механизмы химических взаимодействий.

Следует иметь в виду, что поиск аналогов осуществляется среди химических веществ, которые перечислены в выбранных базах данных "Databases" или перечне "Inventories" (поля отмечены красным на рисунке 16). Например, если выбраны только базы данных по сенсибилизации кожи "Skin sensitisation ECETOC" и "Skin sensitisation", аналоговый поиск будет проводиться только среди тех химических веществ, для которых имеются экспериментальные данные о сенсибилизации кожи в указанных базах данных.

Аналогичным образом может быть принято решение о расширении поиска, исходя из перечня химических веществ. Например, выбрав базы данных "Carcinogenicity & mutagenicity ISSCAN" и "Genotoxicity OASIS" для исследования аспектов канцерогенности и генотоксичности, а также перечень "DSL Canada", программа будет выполнять поиск аналогов как в этих базах данных, так и в указанном перечне.

При выборе базы данных и/или перечня для последующего поиска аналогов следует знать:

- Если целью является только поиск аналогов, для которых имеются экспериментальные данные по конкретным запросам и направлениям исследований, то следует выбрать только те базы данных, которые содержат результаты по этим запросам. Делать выбор в перечне не следует;

- Если целью является и поиск аналогов, для которых экспериментальных результатов нет, но которые предположительно полностью согласуются со свойствами рассматриваемого химического вещества, то рекомендуется выбрать соответствующий перечень.

Каждый перечень содержит от 5000 до 100000 веществ. Включение одного из них в запрос приведет к увеличению времени поиска.

Для перехода к следующему модулю необходимо нажать на кнопку "Сбор недостающих данных" ("Data Gap Filling") на верхней панели инструментов (рисунок 21).

Целью модуля "Сбор недостающих данных" является предоставление доступа к трем различным инструментам для сбора:

- метод аналогий;

- анализ тенденций;

- модели QSAR.

Метод аналогий и анализ тенденций используют имеющиеся результаты в матрице данных для сбора недостающей информации. Модели QSAR обеспечивают доступ к библиотеке внешних моделей QSAR, которые были интегрированы в программу. В зависимости от ситуации наиболее релевантный механизм для сбора недостающих данных выбирают, принимая во внимание следующее:

- метод аналогий представляет соответствующий метод сбора недостающих данных для "качественных" направлений исследований, таких как кожная сенсибилизация или мутагенность, для которых возможно ограниченное число вариаций результата (например, положительный результат, отрицательный или сомнительный). Кроме того, рекомендуется использовать метод аналогий для "количественных" направлений исследований (в частности, для рыб 96ч-ЛД50), если идентифицировано небольшое количество аналогов с имеющимися экспериментальными результатами;

- анализ тенденций является подходящим для сбора недостающих данных для "количественных" направлений исследований (в частности, для рыб 96ч-ЛД50), если идентифицировано большое количество аналогов с имеющимися экспериментальными результатами;

- модели QSAR могут использоваться для сбора недостающих данных, если для рассматриваемого химического вещества не найдено подходящих аналогов.

Для перехода к следующему модулю необходимо нажать на кнопку "Отчет" ("Report") на верхней панели инструментов (рисунок 28).

С помощью модуля "Отчет" можно создавать отчеты по любому вычислению, выполняемому с помощью программы QSAR Toolbox. Панель инструментов содержит заранее установленные шаблоны отчетов, а также редактор шаблонов, с помощью которого возможно определять свои собственные задаваемые шаблоны.

Программное обеспечение QSAR Toolbox является основным инструментом для нетестовых данных в ECHA и OECD, которые координируют работы по созданию и обновлению данной программы. Система находится в свободном доступе, и скачать ее для последующей работы возможно посредством электронной ссылки: /template/go.php?url=https://qsartoolbox.org/.

Список вспомогательной литературы, содержащей основные методики программного обеспечения QSAR и примеры расчетов различных параметров химического вещества на английском языке, доступен по электронной ссылке: /template/go.php?url=https://oasis-lmc.org/products/software/toolbox/toolbox-support.aspx.