Using Machine Learning to Predict Adverse Effects of Metallic Nanomaterials to Various Aquatic Organisms

生态毒性 水生毒理学 水生生态系统 环境科学 随机森林 生态毒理学 预测建模 机器学习 生化工程 计算机科学 生态学 人工智能 生物系统 毒性 生物 化学 工程类 有机化学
作者
Yunchi Zhou,Ying Wang,Willie J.G.M. Peijnenburg,Martina G. Vijver,Surendra Balraadjsing,Wenhong Fan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (46): 17786-17795 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c07039
摘要

The wide production and use of metallic nanomaterials (MNMs) leads to increased emissions into the aquatic environments and induces high potential risks. Experimentally evaluating the (eco)toxicity of MNMs is time-consuming and expensive due to the multiple environmental factors, the complexity of material properties, and the species diversity. Machine learning (ML) models provide an option to deal with heterogeneous data sets and complex relationships. The present study established an in silico model based on a machine learning properties-environmental conditions-multi species-toxicity prediction model (ML-PEMST) that can be applied to predict the toxicity of different MNMs toward multiple aquatic species. Feature importance and interaction analysis based on the random forest method indicated that exposure duration, illumination, primary size, and hydrodynamic diameter were the main factors affecting the ecotoxicity of MNMs to a variety of aquatic organisms. Illumination was demonstrated to have the most interaction with the other features. Moreover, incorporating additional detailed information on the ecological traits of the test species will allow us to further optimize and improve the predictive performance of the model. This study provides a new approach for ecotoxicity predictions for organisms in the aquatic environment and will help us to further explore exposure pathways and the risk assessment of MNMs.
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