Met Quantitative Structure–Activity Relationship modellen (QSARs) kunnen fysisch-chemische, gevaars- en effecteigenschappen worden voorspeld op basis van de chemische structuur van een stof.
QSARs worden steeds meer gebruikt als hulpmiddel om risicobeoordelingen van stoffen te kunnen maken. Ook kennis-databases en - bibliotheken (zogenaamde expert-systems) die gebruikt worden om voorspellingen van gevaars- en effecteigenschappen te doen, worden vaak onder de term QSAR (Quantitative Structure–Activity Relationship ) geschaard. Als de voorspelling kwalitatief is spreekt men over SARs (Structure-Activity Relationships ).
Toepassing en interpretatie
Over het algemeen geldt dat toxicologische én chemische kennis nodig is om de voorspellingen van QSAR modellen op hun betrouwbaarheid te kunnen beoordelen. Vaak geeft een QSAR model wel een voorspelling, ook al is het model nooit bedoeld om voor die stoffen te worden gebruikt. Kennis van het toepassingsgebied van QSARs is dan ook een belangrijke voorwaarde voor het correcte gebruik en de juiste interpretatie van deze modellen.
Overzicht van QSARs
Beschrijvingen van belangrijke QSAR-tools die het RIVM (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu) gebruikt, zijn hieronder weergegeven.
OECD QSAR Toolbox : De toolbox is (publiek beschikbare) software voor belanghebbenden als overheden en industrie. De toolbox wordt specifiek gebruikt om ontbrekende informatie die nodig is voor de risicobeoordeling van stoffen te voorspellen. De toolbox maakt het mogelijk stoffen te groeperen in chemische en/of toxicologische categorieën.
DEREK: Dit expert system gebruikt zogenaamde chemische structuur "alerts". Dit betekent dat chemische (sub)structuren aan toxicologische eindpunten worden gekoppeld. Hierdoor wordt een voorspelling gemaakt over de mogelijke risico's van een stof. Het model geeft een waarschuwing met een bijbehorende onderbouwing. Voor het gebruik van DEREK is een licentie vereist.
METEOR: Dit model tracht te voorspellen hoe een stof gemetaboliseerd wordt na opname in het menselijk lichaam. Meestal leidt omzetting van een stof (metabolisatie) tot minder giftige stoffen (detoxificatie), die het lichaam vervolgens ook makkelijk(er) kan uitscheiden. Maar soms zijn juist de omzettingsproducten (metabolieten) toxischer dan de oorspronkelijke stof. Om een uitspraak te kunnen doen over de mogelijke toxiciteit van nieuwe stoffen is het daarom belangrijk te weten hoe stoffen worden omgezet (gemetaboliseerd) in het lichaam.
Deense QSAR Database: Deze database geeft QSAR voorspellingen voor meer dan 600.000 stoffen voor fysisch-chemische eigenschappen, (eco)toxicologie en kinetiek eindpunten. De QSAR modellen zijn ontwikkeld door de Deense overheid, waarbij gebruik is gemaakt van commerciële toxiciteits-QSAR-software zoals MultiCASE, LeadScope en ACDLabs.
ToxTree: Dit is een vrij verkrijgbare verzameling van chemische structuur "alert"modellen (zie o.a. DEREK), die inmiddels ook allemaal in de OECD (Organisation for Economic Cooperation and Development
) Toolbox geïmplementeerd zijn.
EPI Suite: Een verzameling van QSAR modellen ontwikkeld door het Amerikaanse agentschap voor de bescherming van het milieu (US EPA). Met behulp van EPI Suite zijn fysisch-chemische eigenschappen van stoffen te voorspellen zoals de wateroplosbaarheid en vluchtigheid. Deze eigenschappen zijn belangrijk voor het voorspellen van de verspreiding van een stof in het milieu. Ook worden enkele biologische eindpunten voorspeld zoals de afbraaksnelheid in het milieurisico's van een stof. Modellen als EUSES (European Union System for the Evaluation of Substances
) of TGD (Technical Guidance Document
) Excel maken gebruik van deze, of vergelijkbare QSARs.
ZZS Similarity Tool: Dit model is publiek beschikbaar en voorspelt of een stof een vergelijkbare chemische structuur heeft als een bestaande Zeer Zorgwekkende Stof. Een gelijkenis in structuur kan wijzen op vergelijkbare eigenschappen. De ZZS (Zeer Zorgwekkende Stoffen ) Similarity Tool kijkt specifiek naar CMR (Kankerverwekkende, mutagene (genetische verandering veroorzakende) en/of reproductietoxische (giftig voor de voortplanting) stoffen ), PBT/vPvB (Persistent, bioaccumulerend en toxisch of zeer persistent of zeer bioaccumulerend ) en ED (Endocrine disruptor ) eigenschappen, en geeft daarmee een duidelijke richting voor vervolgstappen.
Vele andere (soms zeer specifieke) (Q)SARs voor het voorspellen van de toxiciteit van stoffen zijn gepubliceerd in vakliteratuur. Deze zijn echter lang niet allemaal als computermodellen beschikbaar. Vele QSARs worden genoemd in de REACH (Registratie, Evaluatie en Autorisatie van Chemicaliën ) guidance documenten bij de bespreking van de toxicologische eindpunten (QSARs and grouping of chemicals (Chapter R.6) (PDF)).