【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境科学与生物，具体涉及一种利用分子对接技术和分子动力学模拟预测全氟烷基物质(pfas)对微藻细胞毒性影响的方法。
技术介绍
1、pfas是一类广泛使用的化学品，因其独特的热稳定性和表面活性而被应用于多个工业领域，如纺织品防水处理、不粘锅涂层等。然而，由于pfas具有高稳定性，不易降解，在环境中长期积累，并可通过食物链传递给人类，对生态环境及人体健康构成潜在威胁。pfas的广泛使用导致其在全球范围内普遍存在，它们能够在水体、土壤以及生物体内累积。特别是对于水生生态系统而言，pfas的污染已成为一个重要的环境问题。微藻作为水生生态系统的基础成员，对环境中的污染物非常敏感，因此研究pfas对微藻的影响至关重要。
2、传统的生态毒性测试通常依赖于实验室条件下的生物实验，这种方法虽然可靠，但耗时长、成本高且需要大量的生物样本。此外，对于新出现的化学物质，传统的毒性测试往往滞后，无法及时评估潜在风险。为了克服传统方法的局限性，近年来发展起来的计算生物学技术，如分子对接和分子动力学模拟，为快速准确地预测化合物的生物活性提供了新的途径。这些技术能够帮助科学家理解化合物与生物大分子之间的相互作用机制，从而预测其可能产生的生物效应。
3、本专利技术旨在开发一种基于分子对接和分子动力学模拟的方法，以高效、低成本的方式预测pfas对微藻的毒性效应。该方法不仅可以加快评估过程，还能减少对实验动物的需求，具有显著的经济效益和社会意义。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中
2、(1)收集pfass对微藻的毒性数据集，得到半数抑制浓度(ic50)毒性指标；
3、(2)收集已知化合物的结构信息及微藻关键蛋白、核酸受体结构信息；
4、(3)采用gaussian 09软件基于b3lyp/6-31+g(d,p)基组进行密度泛函理论(dft)计算，优化pfas的几何形状，最小能量构象并确定结构参数；
5、(4)使用autodock工具筛选pfass与受体的结合位点，选取结合能最小的作为对接结果。每个pfas根据结合能值(kcal/mol)进行评分，其中结合能数值越低表明与d1结合的亲和力越高。
6、(5)在分子对接确定复合体对接位置的基础上，采用gromacs进行分子动力学模拟。
7、(6)使用mm/pb(gb)sa计算pfass与受体的结合自由能，以评判pfass与受体结合亲力的大小。
8、(7)利用线性回归模型，分析pfass的毒性指标和结合自由能相关性并建模。
9、进一步，所述步骤(2)收集已知化合物的结构信息，pfass的化学结构从pubchem网站(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)收集，以确保描述符计算基础的准确性。蛋白及核酸的结构信息从uniprot网站(https://www.uniprot.org/)收集。
10、进一步，所述步骤(4)使用autodock工具筛选pfass与受体的结合位点，分子对接过程中，遗传算法运行次数设置为500，运行3次，选取结合能最小的作为对接结果，在对接计算中，d1结构被设置为刚性结构，而被测化学品的结构被设置为柔性结构。
11、进一步，所述步骤(4)使用autodock工具筛选pfass与受体的结合位点，其结果评估是将配体的结晶位姿与通过autodock对接到受体的位姿进行比较，计算均方根偏差(rmsd)值用来评估分子对接结果与实验观测值的差异程度，一般来讲rmsd在以内认为是一个很好的对接结果。
12、进一步，所述步骤(5)采用gromacs进行分子动力学模拟，采用charmm36力场来描述大分子体系，还加入水和钠离子/氯离子进行离子平衡(水模型选择tip3p)，通过采用最陡梯度法，对每个系统进行初始能量最小化；模拟温度由v-rescale(改进的berendsen)方法控制，温度设置为300k，在整个模拟过程中压力保持恒定；
13、采用多时间步长算法，其中仿真时间步长选择为2fs，最后进行200ns的md模拟，并每10ps将快照保存到md轨迹中以供进一步分析，计算均方根偏差(rmsd)。
14、本专利技术具有如下优点：
15、1.该方法基于生物分子对接和分子动力学模拟的方法，通过结合位点及结合强度对毒性进行预测，具有很好的解释性。
16、2.该方法相较于传统实验观测生物毒性的方法，采用计算模拟的方法，具有低成本、效率高的优点。
17、3.本专利技术可以减少对活体生物的直接实验需求，本专利技术遵循了“3r”原则(替代、减少、精炼)。
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1.一种基于分子对接和分子动力学模拟实现PFAS对微藻毒性的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(2)收集已知化合物的结构信息，PFASs的化学结构从PubChem网站(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)收集，以确保描述符计算基础的准确性，蛋白及核酸的结构信息从Uniprot网站(https://www.uniprot.org/)收集。
3.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(4)使用Autodock工具筛选PFASs与受体的结合位点，分子对接过程中，遗传算法运行次数设置为500，运行3次，选取结合能最小的作为对接结果，在对接计算中，D1结构被设置为刚性结构，而被测化学品的结构被设置为柔性结构。
4.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(4)使用Autodock工具筛选PFASs与受体的结合位点，其结果评估是将配体的结晶位姿与通过Autodock对接到受体的位姿进行比较，计算均方根偏差值用来评估分子对接结果与实验观测值的差异程
5.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(5)采用Gromacs进行分子动力学模拟，采用CHARMM36力场来描述大分子体系，还加入水和钠离子/氯离子进行离子平衡(水模型选择TIP3P)，通过采用最陡梯度法，对每个系统进行初始能量最小化；
...【技术特征摘要】
1.一种基于分子对接和分子动力学模拟实现pfas对微藻毒性的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(2)收集已知化合物的结构信息，pfass的化学结构从pubchem网站(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)收集，以确保描述符计算基础的准确性，蛋白及核酸的结构信息从uniprot网站(https://www.uniprot.org/)收集。
3.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(4)使用autodock工具筛选pfass与受体的结合位点，分子对接过程中，遗传算法运行次数设置为500，运行3次，选取结合能最小的作为对接结果，...
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