BioTransformer 3.0-用于准确预测代谢物的数据库

新陈代谢通常分为两大类：（i）初级代谢和（ii）次级代谢。初级代谢是指与核酸、脂质、氨基酸和类固醇等必需代谢物的产生（合成代谢）和分解（分解代谢）相关的代谢过程。次生代谢是指与非必需的、外源性、外来或外源性化学物质的产生和分解相关的代谢过程。对于人类来说，次级代谢主要局限于与化学物质的分解代谢或分解或修饰（即生物转化）相关的过程，而不是它们的生物合成。这种异生生物转化过程通常涉及异生素的激活、解毒和最终消除。异生素是药物、化妆品和个人护理产品、服装染料、杀虫剂和除草剂、植物源性食品化合物、食品添加剂、表面活性剂、溶剂和其他合成或生物异物等化合物，可以转化为基本细胞过程所需的能量或初级代谢物。

在过去的 20 年里，出现了两个“组学”科学领域，专注于全面表征初级和次级代谢的产物：代谢组学和暴露组学。代谢组学使用质谱 （MS） 和核磁共振 （NMR） 波谱等高通量技术来全面表征代谢组（即内源分子），而暴露组学则使用许多相同的方法来表征暴露组（即外源或环境分子）。虽然代谢组学和暴露组学在某种程度上是分开出现的，但它们在过去 5-10 年中逐渐趋同。这是因为经常采用相同的分析方法，并且通常最终会识别出相同的分子。事实上，随着我们对人体代谢组和人体暴露组的了解越来越多，它们化学成分的显著差异似乎往往在于测量的浓度。

大多数计算机代谢预测工具对某些类别的反应或某些代谢或生物转化过程非常具体。有些仅限于预测次级代谢的产物，而另一些则专注于预测初级代谢的转化产物。例如，SMARTCyp、isoCYP和ADMET Predictor是仅预测人类细胞色素 P450（所谓的 I 期）代谢的计算机代谢预测因子的例子。其他计算机代谢预测因子，如 Meteor Nexus和 SyGMa，涵盖 I 期和 II 期（如硫酸化和葡萄糖醛酸化）生物转化。一些计算机代谢程序旨在预测环境微生物降解的产物，例如 enviPath、EAWAG-BBD/PPS 或 UM-BBD 和 UM-PPS 系统。还有一些人专注于预测初级代谢。例如，生化网络集成计算浏览器 （BNICE） 算法使用基于酶委员会 （EC） 分类系统的反应规则来预测查询分子中的混杂酶代谢产物。然而，有如此多的专用、单一用途的计算机代谢预测系统这一事实意味着用户必须学习如何下载、安装和运行不同的程序，然后提取和合并结果，以生成对代谢组学或暴露组学的有用预测。

BioTransformer 3.0（https://biotransformer.ca）数据库为代谢组学和暴露组学界提供一种快速、准确的在线工具，以预测人类次级代谢产生的代谢副产物的结构和酶来源。并提供（i）改进了对初级和次级代谢预测的支持;（ii）完全重写且更加用户友好的界面; 

BioTransformer 3.0 使用起来非常简单。用户提交单个分子结构作为输入（使用SMILES或SDF文件），Web服务器输出预测的代谢物或转化产物的交互式可查看/可排序表，以及反应方程式，反应类型和预测负责这些反应的酶或生物过程。BioTransformer 3.0 将接受大多数类型的小分子结构作为输入，但分子必须是有机的，分子量应为 <1500 Da，并且不得是混合物。除了生成易于导航的输出数据表外，还提供各种可下载文件（JSON、CSV 和 SDF 格式），其中包含更多或更详细的代谢物预测信息。BioTransformer 的计算通常只需不到一分钟，但对于具有更多迭代和/或更大分子的更复杂的生物转化预测，这些计算可能需要长达 30 分钟的时间。图中提供了 BioTransformer 的 Metabolism Prediction 页面和 BioTransformer 的 Biotransformation Viewer 页面。

要使用 BioTransformer 进行代谢预测，用户必须首先从代谢预测页面顶部的下拉菜单中选择特定的代谢转化。BioTransformer 支持八种类型的代谢转化预测，包括 I 期反应（细胞色素 P450）、混杂酶 （EC） 反应、II 期反应、人类肠道微生物反应、环境微生物转化以及上述的不同组合，称为 AllHuman、SuperBio 和 MultiBio。更具体地说，“I 期 （CYP450） 转化”选项可预测细胞色素 P450 代谢。在人类中，CYP450 代谢通常由九种主要的 CYP450 酶完成。这些酶通过进行各种氧化或羟基化反应以增加底物的水溶性，在药物或异源性代谢中起着非常重要的作用。“基于EC的转化”选项预测了规律和混杂的酶促代谢，这主要对应于初级代谢。预测的代谢物是使用与EC编号指定的不同酶相关的反应规则生成的。“II期转化”选项可预测主要的结合反应，包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、甘氨酸化、N-乙酰化和谷胱甘肽转移等。这些反应在异生素或次生代谢、消除和解毒中也起着重要作用。“人体肠道微生物转化”选项使用已知的反应类型和人类肠道微生物中发现的细菌酶来预测肠道微生物酶引起的代谢。肠道微生物对初级和次级代谢物进行广泛的不寻常的分解代谢反应。“环境微生物转化”选项预测有机小分子的环境微生物降解产生的代谢物，旨在预测留在土壤或水中或暴露在光照下的异生素和次生代谢物的分解产物。

BioTransformer 3.0还提供三种“组合”转化选项：AllHuman、SuperBio 和 MultiBio。“AllHuman”选项预测人体组织（I期、II期和基于EC的）以及肠道微生物群中发生的生物转化。它旨在模拟一般的人类新陈代谢，而没有特定的转化事件序列。“SuperBio”选项还可以预测人体组织和肠道微生物群中发生的生物转化。具体来说，它通过四次迭代运行AllHuman代谢预测，或者直到没有产生新的代谢物。如果用户希望通过四次以上的迭代来运行 SuperBio 代谢，他们可以下载并运行 BioTransformer 3.0 的可执行版本，该版本可在下载页面上找到。最后，“MultiBio”选项允许用户通过选择 CYP450、II 期、基于 EC、肠道微生物和环境反应的任意组合或序列来创建定制的生物转化序列（最多四种类型），每个反应最多三次迭代。单击红色的“帮助”超链接可查看这些选项的详细说明。根据选择的“代谢转化”选项，将出现其他文本框或下拉列表，用户必须填写这些文本框或下拉列表。

选择代谢转化后，用户必须使用“选择输入类型”（Select an Input Type）来指示如何（即哪种格式）输入他们的输入分子。用户可以选择在文本框中键入或粘贴单个 SMILES 字符串，也可以选择上传仅包含一个结构的单个 SDF 文件。选择 SDF 选项（上传 SDF 文件）将创建一个新的 Web 表单，用户必须在其中使用标准文件浏览在其计算机上选择本地 SDF 文件。如前所述，BioTransformer将接受大多数类型的小分子结构作为输入，但分子必须是有机的，它必须只含有碳、氢、氮、氧、磷、硫（CHNOPS）和卤素原子，并且它的分子量应为<1500 Da。 小多核苷酸、多糖、聚合多酚和酚类糖苷。上传 SMILES 字符串或 SDF 文件后，用户必须选择要计算的反应迭代次数。这是一个下拉选项，允许用户从一个（默认）到三个（最大）反应迭代中进行选择。反应迭代是指所选计算机反应的次数。如果选择两次迭代，则第一次反应的反应产物将被反馈到所选的反应方案中，供BioTransformer预测进一步的转化。