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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/39400
Tipo: Dissertação
Título: AmIActive (AIA) : uma ferramenta web preditiva de larga escala baseada em QSAR para identificação de alvos e polifarmacologia
Autor(es): Melo, Luis Felipe de Morais
Orientador: Scotti, Marcus Tullius
Membro da Banca: Muratov, Eugene
Membro da Banca: Mendonça Junior, Francisco Jaime Bezerra
Resumo: O planejamento de fármacos auxiliado por computador (computer-aided drug design, CADD) tornou-se um pilar da descoberta moderna de medicamentos, com abordagens como métodos baseados em ligantes (por exemplo, modelagem QSAR- Quantitative Structure Activity Relationships, análise de farmacóforos) e métodos baseados em estrutura (por exemplo, docking molecular, dinâmica molecular) impulsionando a inovação. As estratégias baseadas em ligantes permanecem essenciais, especialmente diante da crescente disponibilidade de dados de atividade biológica em larga escala. Em razão disto, ao longo dos anos, diversas plataformas preditivas baseadas em QSAR disponíveis na internet, moldaram a área, tais como PASS, PLATO, SwissTargetPrediction, dentre outros. Embora este ecossistema tenha crescido continuamente desde sua concepção, devido à natureza dinâmica das metodologias computacionais associadas e da grande diversidade de possíveis abordagens, sempre houve espaço para criação de novas ferramentas e a otimização das ferramentas existentes. Deste modo, este estudo teve como objetivo criar a primeira ferramenta brasileira deste tipo. Nesse contexto, apresentamos o AmIActive (AIA), uma ferramenta web preditiva em larga escala baseada em QSAR, projetada para facilitar estudos de target fishing e a avaliação polifarmacologica para alvos moleculares e não moleculares. No capítulo 1, apresenta-se uma revisão das metodologias e conceitos teóricos fundamentais para a compreensão técnica e conceitual de um sistema QSAR deste tipo. O capítulo 2 demonstra o desenvolvimento do sistema AIA propriamente dito. O sistema AIA integra 3.239 modelos QSAR estatisticamente validados, cobrindo 2.277 alvos distintos, incluindo proteínas individuais, complexos proteicos, famílias de proteínas, linhagens celulares, organismos e tecidos. Os dados foram extraídos do ChEMBL30 e submetidos a rigorosos processos de limpeza e padronização, com exclusão de conjuntos inadequados e conversão das atividades para escalas logarítmicas negativas (pIC50, pAC50). Os limiares de classificação entre compostos ativos e inativos foram definidos por um algoritmo de busca binária visando ao balanceamento das classes. Os descritores moleculares ECFP4 (1024 bits) foram utilizados como variáveis de entrada, e os modelos foram construídos com o algoritmo Random Forest, com otimização bayesiana de hiperparâmetros e validação cruzada aninhada. Apenas modelos com valor p < 0,05 e MCC ≥ 0,5 foram retidos, apresentando desempenho médio robusto (acurácia ≈ 0,82; F1- score ≈ 0,82; MCC ≈ 0,65). Os domínios de aplicabilidade foram definidos por distância euclidiana normalizada, em conformidade com as diretrizes da OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development) para QSAR. O sistema está disponível gratuitamente em https://amiactive.ccen.ufpb.br/, com interface gráfica baseada no MarvinJS, permitindo a entrada de estruturas ou SMILES e a exportação dos resultados em formato CSV, incluindo probabilidades preditas, limiares de decisão, confiabilidade do domínio de aplicabilidade e métricas de validação dos modelos.
Abstract: Computer-aided drug design (CADD) has become a cornerstone of modern drug discovery, with approaches such as ligand-based methods (e.g., QSAR-Quantitative Structure Activity Relationships modeling and pharmacophore analysis) and structure- based methods (e.g., molecular docking and molecular dynamics) driving innovation. Ligand-based strategies remain essential, particularly in light of the growing availability of large-scale biological activity data. As a result, over the years, several QSAR-based predictive platforms available on the internet have shaped the field, including PASS, PLATO, and SwissTargetPrediction, among others. Although this ecosystem has continuously expanded since its inception, the dynamic nature of computational methodologies and the wide diversity of possible approaches have consistently left room for the development of new tools and the optimization of existing ones. Accordingly, the aim of this study was to develop the first Brazilian tool of this type. In this context, we present AmIActive (AIA), a large-scale QSAR-based predictive web tool designed to facilitate target fishing studies and polypharmacology assessment for both molecular and non-molecular targets. Chapter 1 presents a review of the fundamental methodologies and theoretical concepts required for the technical and conceptual understanding of a QSAR system of this type, while Chapter 2 describes the development of the AIA system itself. The AIA system integrates 3,239 statistically validated QSAR models covering 2,277 distinct targets, including single proteins, protein complexes, protein families, cell lines, organisms, and tissues. Pharmacological data were extracted from ChEMBL30 and subjected to rigorous cleaning and standardization procedures, with the exclusion of unsuitable datasets and conversion of activity values to negative logarithmic scales (pIC50, pAC50). Classification thresholds separating active and inactive compounds were defined using a binary search algorithm to achieve balanced classes. ECFP4 molecular fingerprints (1024 bits) were used as input features, and models were built using the Random Forest algorithm, with Bayesian hyperparameter optimization and nested cross-validation. Only models with p-values < 0.05 and MCC ≥ 0.5 were retained, yielding robust average performance (accuracy ≈ 0.82, F1-score ≈ 0.82, MCC ≈ 0.65). Applicability domains were defined using a normalized Euclidean distance metric, in accordance with OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development) QSAR guidelines. The system is freely available at https://amiactive.ccen.ufpb.br/ through an intuitive graphical interface based on ChemAxon’s MarvinJS, allowing users to draw chemical structures or input SMILES strings and export prediction results in CSV format, including predicted activity probabilities, classification thresholds, applicability domain reliability, and complete model validation metrics.
Palavras-chave: Triagem reversa
Triagem de alvo
Aprendizado de máquina
Quimioinformática
Triagem virtual baseada em ligante
Target screening
Reverse Screening
Machine learning
Chemoinformatics
Ligand-based virtual screening
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::FARMACOLOGIA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Farmacologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Produtos Naturais e Sintéticos Bioativos
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/39400
Data do documento: 20-Fev-2026
Aparece nas coleções:Centro de Ciências da Saúde (CCS) - Programa de Pós-Graduação em Produtos Naturais e Sintéticos Bioativos

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