Experimentální a aplikovaná toxikologie a ekotoxikologie
 Ekotoxikologické databáze a predikční modely
Zuzana Toušová

Proč je důležité umět dohledat či predikovat (eko)toxicitu látek?
•Můžeme tak ušetřit spoustu času a prostředků vynaložených na zbytečné testování
•
•Získáme představu o dostupnosti ekotoxikologických dat k dané látce pro jednotlivé taxony
•
•Získáme představu o toxicitě dané látky pro jednotlivé taxony
•
•Můžeme snáze plánovat budoucí experiment/projekty
•
•Můžeme získat data pro posouzení ekologického rizika jednotlivých látek nebo pro tvorbu
ekotoxikologických modelů jako např. SSD (Species Sensitivity Distribution models = Modelů
rozložení citlivoti druhů)

Kde lze dohledat existující experimentální (eko)toxikologická data?
•recenzované vědecké články
•
•dokumenty vydané regulačními orgány vlád a mezinárodních organizací (OECD)
•
•soukromý sektor - nejsou volně přístupná
•
•veřejně dostupné ekotoxikologické databáze
•
•

Ekotoxikologické databáze
•ECOTOX (US EPA) https://cfpub.epa.gov/ecotox/; http://www.epa.gov/iris/
•ECHA http://echa.europa.eu
•IUCLID 6 (ECHA) https://iuclid6.echa.europa.eu/
•PAN Pesticide Database (PAN North America); http://www.pesticideinfo.org/
•PPDB (University of Hertfordshire) http://sitem.herts.ac.uk/aeru/ppdb/en/
•EFSA  https://www.efsa.europa.eu/
•https://www.efsa.europa.eu/en/data/chemical-hazards-data
•ETOX (UBA) http://webetox.uba.de/webETOX/public/download/file.do?id=4 - links to other relevant
web pages
•https://iutox.org/tox-resources.asp - links to other relevant web pages
•http://www.echemportal.org/
•https://www.echemportal.org/echemportal/page.action?pageID=9
•https://toxnet.nlm.nih.gov/
•https://envirotoxinfo.nlm.nih.gov/
•https://www.atsdr.cdc.gov/substances/index.asp
•http://www.wfduk.org/UK_Environmental_Standards/stakeholder_reviews/stakeholder_review_1-2007/sr1-
2007-reports/
•http://evidence.environment-agency.gov.uk/ChemicalStandards/ Home.aspx
•http://www.pesticideinfo.org/
•US EPA CompTox Dashboard  https://comptox.epa.gov/dashboard/
•

ECOTOX Database (US EPA) https://cfpub.epa.gov/ecotox/
•                    Demonstrace vyhledávání
•
•Permethrin – CAS - 52645-53-1
•Insekticid ze skupiny pyrethroidů
•
•Secobarbital – CAS - 76-73-3
•Barbiturát – prášky na spaní

Co dělat když neexistují žádná dostupná experimentální data?
•In silico predikce
•existuje mnoho různých přístupů (kvalitativní klasifikace, kvantitativní regrese, read-across)
•využití v toxikologii, farmakologii – vývoj léčivých látek (Drug Discovery)
•
•QSAR modely - Quantitative structure–activity relationship
⁻biologická aktivita může být vyjádřena kvantitativně jako koncentrace látky potřebné ke vzniku
biologické odezvy
⁻fyzikálně-chemické vlastnosti a struktury jsou vyjádřeny číselně (prediktorové proměnné) – lze
mezi nimi hledat matematické vztahy, nebo kvantitativní závislosti struktury na aktivitě
⁻ pokud je matematické vyjádření kvalitně validováno, dá se poté použit předpovědi chování nových
chemických struktur
⁻
•příklad
•ECOSAR model (US EPA) - ECOlogical Structure-Activity Relationship Model
⁻jde o matematický model - klasifikuje chemické látky na základě strukturní podobnosti a podobnosti
měřené toxicity pro vodní organismy
⁻vystaven na experimentálních datech (training data set) pro cca 111 strukturních kategorií s
rozsahem od velmi malých pro velmi velké molekuly (aromatic diazoniums – neutral organics)
•
                                                JEN ORGANICKÉ LÁTKY !!!

ECOSAR v2.0 (US EPA)
•
•

Permethrin – CAS - 52645-53-1
Insekticid ze skupiny pyrethroidů
Secobarbital – CAS - 76-73-3
Barbiturát – prášky na spaní
Demonstrace predikce modelem ECOSAR v2.0 (US EPA)

ECOSAR v2.0 (US EPA)
•https://www.epa.gov/tsca-screening-tools/ecological-structure-activity-relationships-ecosar-predic
tive-model
•
-stáhnout aplikaci a instalovat (Java)
•

ECOSAR v2.0 (US EPA)
•CAS number
•unique numerical identifier assigned by the Chemical Abstracts Service (CAS) to every chemical
substance described in the open scientific literature
•CASRNs are generally serial numbers, so they do not contain any information about the structures
themselves
•    52645-53-1
•
•SMILES code (simplified molecular-input line-entry system)
•specification in the form of a line notation for describing the structure of chemical species
using short ASCII strings
•SMILES strings can be imported by most molecule editors for conversion back into two-dimensional
drawings or three-dimensional models of the molecules
•CC1(C(C1C(=O)OCC2=CC(=CC=C2)OC3=CC=CC=C3)C=C(Cl)Cl)C

DOMÁCÍ ÚKOL
•Diuron – CAS 330-54-1
•Vyhledejte toxicitu v ECOTOX databázi a namodelujte pomocí ECOSAR
•
•Akutní toxicita LC50,EC50,IC50 pro:
•Danio rerio
•Daphnia magna
•Raphidocelis subcapitata (Pseudokirchneriella subcapitata)
•
•Akutní toxicita <4d
•Pozor na čistotu látky >90%
•Pozor na extrémně odlehlé hodnoty
•Vypočítejte geometrický průměr koncentrací (Excel – funkce Geomean)
•
•Výsledky vyhledávání a predikce odevzdejte v Excelu do Odevzdávárny
•