Machine learning-assisted data filtering and QSAR models for prediction of chemical acute toxicity on rat and mouse

数量结构-活动关系 化学毒性 急性毒性 机器学习 毒性 计算机科学 人工智能 计算生物学 生物 化学 有机化学
作者
Tao Bo,Yaohui Lin,Jinglong Han,Zhineng Hao,Jingfu Liu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:452: 131344-131344 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131344
摘要

Machine learning (ML) methods provide a new opportunity to build quantitative structure-activity relationship (QSAR) models for predicting chemicals’ toxicity based on large toxicity data sets, but they are limited in insufficient model robustness due to poor data set quality for chemicals with certain structures. To address this issue and improve model robustness, we built a large data set on rat oral acute toxicity for thousands of chemicals, then used ML to filter chemicals favorable for regression models (CFRM). In comparison to chemicals not favorable for regression models (CNRM), CFRM accounted for 67% of chemicals in the original data set, and had a higher structural similarity and a smaller toxicity distribution in 2–4 log10 (mg/kg). The performance of established regression models for CFRM was greatly improved, with root-mean-square deviations (RMSE) in the range of 0.45–0.48 log10 (mg/kg). Classification models were built for CNRM using all chemicals in the original data set, and the area under receiver operating characteristic (AUROC) reached 0.75–0.76. The proposed strategy was successfully applied to a mouse oral acute data set, yielding RMSE and AUROC in the range of 0.36–0.38 log10 (mg/kg) and 0.79, respectively.

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