Доктор медицинских наук; директор филиала РПОХБВ ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора; профессор, заведующий кафедрой гигиены ФГБОУ ДПО РМАНПО Минздрава России, 121087, г. Москва
e-mail: director@rosreg.info
Doctor of Medical Sciences, Director of the branch of the Russian Academy of Medical Sciences of the Federal State Budgetary Educational Institution "FNTSG named after F.F. Erisman" of Rospotrebnadzor; Professor, Head of the Department of Hygiene of the Federal State Budgetary Educational Institution of the Russian Ministry of Health, Moscow, 121187
e-mail: director@rosreg.info
Кандидат химических наук, химик-эксперт филиала РПОХБВ ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 121087, г. Москва
e-mail: secretary@rosreg.info
Candidate of Chemical Sciences, chemist-expert of the branch of the Federal State Budgetary Educational Institution "FNTSG named after F.F. Erisman" Rospotrebnadzor, Moscow, 121187
e-mail: secretary@rosreg.info
Химик-эксперт филиала РПОХБВ ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 121087, г. Москва
e-mail: secretary@rosreg.info
Chemist-expert of the branch of the Russian Academy of Medical Sciences "FNTSG named after F.F. Erisman" Rospotrebnadzor, Moscow, 121187
e-mail: secretary@rosreg.info
Введение. Разработка комплексных подходов к тестированию, оценке опасности и риска воздействия химических веществ на здоровье человека и среду его обитания является одним из приоритетных направлений профилактической токсикологии. Комплексный подход для оценки опасности предполагает использование различных комбинаций методов in silico, in chemico, in vitro, ex vivo, in vivo. В Российской Федерации методы in silico зачастую воспринимаются экспертами скептически, что связано прежде всего с отсутствием их юридически закрепленного статуса, слабо развитой методической базой и недостаточной подготовкой специалистов. С целью расширения методической базы проведено изучение возможности прогнозирования стабильности химических веществ в биотических условиях с использованием программного обеспечения ОЭСР QSAR Toolbox.
Материал и методы. Работа выполнена с использованием программного обеспечения ОЭСР QSAR Toolbox версии 4.4.1., руководящих документов ОЭСР по оценке биоразложения химических веществ.
Результаты. Мировым сообществом и ОЭСР разработана и внедрена трёхуровневая система тестирования химических веществ на биоразложение, которая включает тесты на быстрое биоразложение (руководства ОЭСР 301 A, 301 B, 301 C, 301 D, 301 E, 301 F, 306, 310), тесты на определение потенциальной способности к биоразложению (руководства ОЭСР 302 A, 302 B, 302 C, 304 A) и тесты с использованием модельных систем (руководства ОЭСР 303 A, 303 B).
Для тестирования возможностей программы были выбраны 24 конечные точки, в том числе определение биоразлагаемости (%) по БПК, РОУ, выделению СО2, СН4 в тестах ОЭСР 301 А, 301 В, 301 С, 301 D, 302 C, 302 В, а также определение биоразлагаемости (%) в донных отложениях и почве, коэффициента биоконцентрации для более 100 органических химических веществ различного строения.
Расчёт параметров осуществляли по методу аналогов с последующей обязательной интерпретацией полученных данных экспертом. При прогнозировании биоразлагаемости химических веществ необходимо выполнить серию расчетов с использованием разных тестов (предпочтительны тесты ОЭСР 301 А, 301 В, 301 С, 301 D, 301 E, 302 B) и методов группировки с последующей комплексной оценкой полученных результатов с учётом не только структурного подобия веществ и аналогов, но и качества используемых экспериментальных данных. При прогнозировании биоразлагаемости по значениям БПК целесообразно использовать тест ОЭСР 301 С. Доля тестируемых веществ, биоразлагаемость которых удалось оценить по значениям БПК, составляет около 50% в тесте ОЭСР 301 С, что обусловлено прежде всего наличием значительного количества экспериментальных данных. Перспективным представляется расчет коэффициентов биоконцентрации. Примерно для 45% тестируемых веществ удалось рассчитать коэффициенты биоконцентрации с хорошей корреляцией с экспериментальными данными. Биоразложение в почве (% и период полураспада) можно прогнозировать только для очень ограниченного круга соединений (10% тестируемых веществ), что связано со сложностью подбора структурно близких аналогов с экспериментальными данными. Метод не применим для прогнозирования биоразложения солей, металлоорганических соединений, полимерных молекул и смесевых продуктов.
Заключение. В результате проведенного исследования Российским регистром потенциально опасных химических и биологических веществ разработано методическое пособие по прогнозированию стабильности химических веществ в биотических условиях с использованием программного обеспечения ОЭСР QSAR Toolbox. В документе представлены алгоритмы расчётов биоразлагаемости (%) по тестам ОЭСР 301, 302, 303; БПК, коэффициентов биоконцентрации и биоразлагаемости (%) в почве.
Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.
Участие авторов:Хамидулина Х.Х. — концепция и дизайн исследования, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи;Тарасова Е.В. — написание текста, редактирование;Ластовецкий М.Л. — сбор и обработка материала, редактирование.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
Финансирование. Исследование финансировалось за счёт государственной программы «Обеспечение химической и биологической безопасности Российской Федерации».
Поступила в редакцию: 09 января 2024 / Принята в печать: 09 января 2024 / Опубликована: 29 февраля 2024
Introduction. The development of integrated approaches to testing, assessment of the hazard and exposure risk of chemicals on human health and the environment is one of the priorities of preventive toxicology. An integrated approach involves various combinations of methods in silico, in chemico, in vitro, ex vivo, in vivo for hazard assessment. In the Russian Federation, in silico methods are often perceived with skepticism, mainly due to the lack of their legal status, weak methodological base and insufficient training of specialists. In order to expand the methodological base, the possibility of predicting the stability of chemicals in biotic conditions using the OECD QSAR Toolbox software was studied.
Material and methods. The OECD QSAR Toolbox software version 4.4.1., OECD guidelines on the assessment of biodegradation of chemicals.
Results. The world community and the OECD have developed and implemented a three-level system for chemicals biodegradation testing, which includes tests for readily biodegradation (OECD Guidelines 301 A, 301 B, 301 C, 301 D, 301 E, 301 F, 306, 310), tests to determine the potential biodegradability (OECD Guidelines 302 A, 302 B, 302 C, 304 A) and model systems tests (OECD Guidelines 303 A, 303 B).
To test the capabilities of the program, 24 endpoints were selected. They are the determination of biodegradability (%) by BOD, DOC, CO2, CH4 releases in OECD tests 301 A, 301 B, 301 C, 301 D, 302 C, 302 B, biodegradability (%) in sediments and soil, bioconcentration factors for more than 100 organic chemicals of various structures.
The parameters were calculated using the analog method, followed by mandatory interpretation of the data obtained by an expert. When predicting the biodegradability of chemicals, it is necessary to perform a series of calculations using different tests (OECD tests 301 A, 301 B, 301 C, 301 D, 301 E, 302 B are preferred) and grouping methods followed by a comprehensive assessment of the results obtained, taking into account not only the structural similarity of substances and analogues, but also the quality of the experimental data used. When predicting biodegradability by BOD values, it is advisable to use the OECD 301 C test. The proportion of tested substances whose biodegradability could be estimated by BOD values is about 50% in the OECD 301 C test, which is primarily due to the presence of a significant amount of experimental data. The calculation of bioconcentration factors seems to be promising. For about 45% of the tested substances, it was possible to calculate bioconcentration coefficients with good correlation with experimental data. Biodegradation in soil (% and half-life) can be predicted only for a very limited range of compounds (10% of the tested substances), which is due to the difficulty of selecting structurally similar analogues with experimental data. The method is not applicable for predicting the biodegradation of salts, organometallic compounds, polymer molecules and mixed products.
Conclusion. The Russian Register of Potentially Hazardous Chemical and Biological Substances has developed a methodological guide for predicting the stability of chemicals in biotic conditions using the OECD QSAR Toolbox software. The document presents algorithms for calculating biodegradability (%) according to OECD tests 301, 302, 303; BOD, bioconcentration factors and biodegradability (%) in soil.
Compliance with ethical standards. This study does not require the conclusion of a biomedical ethics committee or other documents.
Author contribution:Khamidulina Kh.Kh. — the concept and design of the study, editing, approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article;Tarasova E.V. — writing and editing the text;Lastovetskiy M.L. — collection and processing of materials, editing.
Conflict of interest. The authors declare no conflicts of interest.
Funding. The state program «Ensuring the chemical and biological safety of the Russian Federation» funded the study.
Received: January 9, 2024 / Accepted: January 9, 2024 / Published: February 29, 2024
The authors declare that there are no conflicts of interest present.