Enumerating the chemical exposome using in-silico transformation analysis : an example using insecticides

あなたの体は、活気あふれる一つの都市だと想像してみてください。「エクスポゾーム（曝露ホローム）」とは、その都市の玄関に届けられるあらゆる化学物質のパッケージの全目録です。それは、あなたが食べる食べ物から、あなたが吸い込む空気まで含まれます。しかし、ここにひねりがあります。これらの化学的なパッケージが細胞内に到着すると、それらはただそこに置かれるわけではありません。都市の労働者（酵素）によって、荷解きされ、再梱包され、時には全く別の新しい製品へと完全に作り替えられるのです。これらの新しい創造物のなかには、無害なものもあれば、トラブルメーカーになるものもあるかもしれません。

この論文は、それらの新しい創造物がラボで見つかる前に、一体どのような姿をしているのかを正確に予測するための「デジタル水晶玉」を構築することについてのものです。

研究者たちは、いくつかの巧妙なツールを用いて、次のようにこれを行いました。

• レシピ本： まず、彼らはPubChemと呼ばれる巨大なデータベースを舞台に、大規模なスカベンジャーハント（宝探し）を行いました。彼らは、ある物質が別の物質へと変化する、8万件以上の実在する化学的な「レシピ（反応）」を見つけ出しました。彼らはこれらのレシピを、コンピュータが従うことができる一連のデジタル指示、すなわち「テンプレート」へと変換しました。
• デジタル工場： 彼らは、3つの特定のコンピュータプログラム（RXNMmapper、Rxn-INSIGHT、RDChiral）を用いたワークフローを構築しました。これは仮想的な工場ラインのようなものです。あなたは化学構造（例えば殺虫剤）を投入します。すると、工場はこれら8万件のレシピを使用して、その化学物質が体内に入った後に存在しうる、ありとあらゆる形態のバージョンを自動的に量産します。
• テスト走行： この工場が機能するかどうかを確認するために、彼らは181種類の異なる殺虫剤を用いてテストを行いました。結果はどうだったでしょうか？ 機械は、これらの殺虫剤が姿を変えた後に生まれうる、2万近いユニークで新しい化学構造を吐き出したのです。

なぜこれが有用なのですか？
研究者たちは、単に膨大なリストを作るだけでは終わりませんでした。彼らはプロセスに「選別帽（ソーティング・ハット）」を加えました。図書室の司書が本を整理するように、彼らは以下の要素に基づいて、これら2万個の新しい化学物質をランク付けするためのフィルターを使用しました。

• どれほど安定しているか（簡単に分解してしまうか？）。
• どの動物や種に影響を与える可能性があるか。
• どの酵素（体の労働者）が関与しているか。
• 体内でどのように振る舞うか（吸収、毒性など）。

大きな発見：
結果を検証したとき、彼らは、これら多くの「作り替えられた」化学物質が、すでに巨大な化学データベース（PubChem）に記録されているものの、誰もそれらが元の殺虫剤から来たという点まで結びつけて示していなかったことを発見しました。

要約すると、この論文は、既知の化学ルールを用いて、環境中の化学物質が変容した隠れた姿をマッピングする新しい手法を提示しています。それは、化学物質が体内に侵入した後に着る可能性のある、あらゆる「変装」の地図を持っているようなものです。既知の化学知識のみを用いて、「エクスポゾーム」というパズルの欠けているピースを埋める手助けとなるのです。