近日，我校水利與環(huán)境學(xué)院張睿課題組在高關(guān)注度持久性有機(jī)污染物（POPs）溴代二噁英的毒性預(yù)測(cè)研究方面取得重要進(jìn)展。該研究基于體外熒光報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)、分子動(dòng)力學(xué)模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)算法等提出了一種可準(zhǔn)確定性預(yù)測(cè)鳥(niǎo)綱物種特異的溴代二噁英類(lèi)二噁英活性及其種間相對(duì)敏感性的廣義線(xiàn)性模型，為優(yōu)先控制類(lèi)二噁英化合物的篩查以及在氨基酸水平上揭示其它脊椎動(dòng)物對(duì)類(lèi)二噁英活性的種間敏感性差異的機(jī)制提供了一種新策略。該成果以“Using In Vitro and Machine Learning Approaches to Determine Species-Specific Dioxin-like Potency and Congener-Specific Relative Sensitivity among Birds for Brominated Dioxin Analogues”為題，在環(huán)境領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Environmental Science & Technology》上發(fā)表。該研究受到高度評(píng)價(jià)，被美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS）推薦為ACS Editors' Choice文章進(jìn)行亮點(diǎn)報(bào)道，并在A(yíng)CS網(wǎng)站作為頭條新聞?wù)故?。ACS每天從所有旗下65種同行評(píng)議期刊中選取一篇具有重大科學(xué)意義的優(yōu)秀論文置于A(yíng)CS主頁(yè)上，入選率低于1%。截至2021年11月16日，《Environmental Science & Technology》在2021年共發(fā)表了1600余篇論文，入選該項(xiàng)目的論文僅有3篇，入選率低于0.2%?！睹绹?guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志》（JACS）主編Peter J. Stang教授指出，編輯推薦的每一篇文章都應(yīng)包含“使該領(lǐng)域的研究發(fā)生范式變革的一些新觀(guān)念”（“new concepts that are paradigm-shifting in the field”）。

　　該工作通過(guò)鳥(niǎo)綱芳香烴受體熒光報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)測(cè)定了19種溴代二噁英的鳥(niǎo)綱生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)亟需的物種特異的相對(duì)毒性效力及化合物特異的鳥(niǎo)綱種間相對(duì)敏感性，并通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬和分子間作用能計(jì)算，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法經(jīng)特征篩選后構(gòu)建了黑箱預(yù)測(cè)模型，然后采用樣條近似方法獲得了解釋性更強(qiáng)的廣義線(xiàn)性模型，可實(shí)現(xiàn)毒性和敏感性高低的分類(lèi)預(yù)測(cè)，且模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率（大于87%）和普適性（受試者工作特征曲線(xiàn)下面積大于88%）都很高。這些預(yù)測(cè)模型是基于分子致毒機(jī)制構(gòu)建的，且提取了配體特異、物種特異的芳香烴受體構(gòu)象信息，并融合了機(jī)器學(xué)習(xí)算法的高預(yù)測(cè)精度和廣義線(xiàn)性模型可解釋性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。該研究為優(yōu)先控制類(lèi)二噁英化合物的篩查以及在氨基酸水平上揭示其它脊椎動(dòng)物對(duì)類(lèi)二噁英活性的種間敏感性差異的機(jī)制提供了一種新策略。另外，該建模過(guò)程涉及到芳香烴受體相關(guān)的有害結(jié)局路徑（AOP），因此該研究還提供了一個(gè)案例展示如何利用AOPs來(lái)促進(jìn)用于化學(xué)品安全性評(píng)價(jià)的預(yù)測(cè)模型的開(kāi)發(fā)。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的大力支持。

撰稿：于欣艷　　編輯：蔡高偉　　編審：賈海寧