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Title: Estudio in silico mediante modelado QSAR e inteligencia artificial para la predicción de la actividad antimicrobiana de derivados del bencimidazol frente a Staphylococcus aureus
Authors: Lugo Romero, Jesús Antonio
Pantoja Narváez, Luis David
Keywords: BIOMEDICINA
BENCIMIDAZOL
ANTIMICROBIANO
ALGORITMOS
RESISTENCIAS
Issue Date: Apr-2026
Publisher: Universidad Internacional SEK
Citation: UISEK-T MBME P198p/2026
Abstract: Antimicrobial resistance is a global public health problem associated with an increase in infections caused by multidrug-resistant bacteria and a decrease in the effectiveness of available antibiotics. Staphylococcus aureus has been reported as one of the main pathogens in hospitals and communities, with a high prevalence of resistant strains. In Ecuador, studies show a growing resistance of S. aureus to methicillin, implying the need to explore new therapies. In this context, QSAR modeling and artificial intelligence emerge as computational approaches to study the relationship between the chemical structure and biological activity of antimicrobial compounds. The objective of this study was to analyze, in silico, the structure-activity relationship of benzimidazole ring derivatives selected as the central focus of the study due to their recurrent presence in molecules with antimicrobial activity against Staphylococcus aureus. A matrix of 100 compounds with the benzimidazole core and experimental minimum inhibitory concentration (MIC) values was developed from public databases and scientific literature. These structures were geometrically optimized, and molecular descriptors were calculated using PaDEL-Descriptor, constructing a refined matrix of 636 descriptors. QSAR models were developed using ElasticNetCV, Random Forest, and Support Vector Regression, applying cross-validation, residual analysis, applicability domain assessment, and external validation using independent compounds. The results suggest that the nonlinear models adequately reproduced descriptor-activity patterns, while the linear model identified descriptors associated with conformational flexibility, polar surface area, hydrophilicity, and molecular mass, which are related to increases in MIC values. The study shows that the integrated use of QSAR modeling and artificial intelligence allows the analysis and prediction of the antimicrobial activity of benzimidazole derivatives, providing useful structural criteria for future stages of computational research.
Description: La resistencia antimicrobiana representa un problema de salud pública a nivel mundial, asociado al incremento de infecciones causadas por bacterias multirresistentes y a la disminución de la eficacia de antibióticos disponibles. Staphylococcus aureus ha sido reportado como uno de los principales patógenos a nivel hospitalario y comunitario con alta prevalencia de cepas resistentes. En Ecuador, estudios evidencian una creciente resistencia de S. aureus a meticilina, implicando la necesidad de explorar nuevas terapéuticas. En este contexto, el modelado QSAR y la inteligencia artificial surgen como enfoques computacionales para estudiar la relación entre la estructura química y la actividad biológica de compuestos antimicrobianos. Este estudio tuvo como objetivo analizar, in silico, la relación estructura-actividad de derivados del anillo bencimidazólico seleccionado como núcleo central del estudio por su presencia recurrente en moléculas con actividad antimicrobiana frente a Staphylococcus aureus. A partir de bases de datos públicas y literatura científica se elaboró una matriz de 100 compuestos con el núcleo bencimidazol y valores experimentales de concentración mínima inhibitoria (MIC). Estas estructuras fueron optimizadas geométricamente y se calcularon descriptores moleculares mediante PaDEL-Descriptor, construyéndose una matriz depurada de 636 descriptores. Se elaboraron modelos QSAR empleando ElasticNetCV (Lineal), Random Forest y Support Vector Regression (No lineales), aplicando validación cruzada, análisis de residuos, evaluación del dominio de aplicabilidad y validación externa empleando compuestos independientes. Los resultados proponen que los modelos no lineales reprodujeron adecuadamente patrones descriptor-actividad, mientras que el modelo lineal identificó descriptores asociados a flexibilidad conformacional, superficie polar, hidrofilia y masa molecular, mismas que se relacionan con incrementos en los valores de MIC. El estudio evidencia que el uso integrado de modelado QSAR e inteligencia artificial permite analizar y predecir la actividad antimicrobiana de derivados del bencimidazol, aportando criterios estructurales útiles para futuras etapas de investigación computacional.
URI: https://repositorio.uisek.edu.ec/handle/123456789/5825
Appears in Collections:Maestría en Biomedicina

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