Linking electron ionization mass spectra of organic chemicals to toxicity endpoints through machine learning and experimentation

梨形四膜虫 毒性 数量结构-活动关系 生物系统 化学 集合(抽象数据类型) 试验装置 人工智能 生化工程 计算机科学 环境化学 计算化学 机器学习 工程类 生物化学 生物 有机化学 四膜虫 程序设计语言
作者
Song Hu,Guo‐Hong Liu,Jin Zhang,Jiachen Yan,Hongyu Zhou,Xiliang Yan
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:431: 128558-128558 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.128558
摘要

Quantitative structure-activity relationship (QSAR) modeling has been widely used to predict the potential harm of chemicals, in which the prediction heavily relies on the accurate annotation of chemical structures. However, it is difficult to determine the accurate structure of an unknown compound in many cases, such as in complex water environments. Here, we solved the above problem by linking electron ionization mass spectra (EI-MS) of organic chemicals to toxicity endpoints through various machine learning methods. The proposed method was verified by predicting 50% growth inhibition of Tetrahymena pyriformis (T. pyriformis) and liver toxicity. The optimal model performance obtained an R2 > 0.7 or balanced accuracy > 0.72 for both the training set and test set. External experimentation further verified the application potential of our proposed method in the toxicity prediction of unknown chemicals. Feature importance analysis allowed us to identify critical spectral features that were responsible for chemical-induced toxicity. Our approach has the potential for toxicity prediction in such fields that it is difficult to determine accurate chemical structures.

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