În acest articol
Inteligența artificială poate accelera identificarea feromonilor folosiți în biocontrol, după ce cercetători de la INRAE, Université Côte d’Azur și Nanjing Agricultural University au identificat feromonul sexual și receptorii olfactivi asociați la Spodoptera picta. Metoda pornește de la receptorii cu care insecta detectează mirosurile, nu de la izolarea clasică a substanțelor emise de femelă, iar cercetătorii consideră că abordarea poate fi extinsă la alți dăunători agricoli ale căror feromoni nu sunt încă cunoscuți.
Rezultatele, publicate în revista BMC Biology, oferă o dovadă de concept pentru o metodă care combină analiza genetică, modelarea tridimensională cu inteligență artificială, simularea interacțiunilor dintre molecule și validarea experimentală. Miza agricolă este importantă: identificarea unui feromon este o etapă necesară pentru dezvoltarea unor sisteme de monitorizare, capturare sau perturbare a împerecherii fără utilizarea directă a unui insecticid convențional.
Cercetătorii au început cu receptorul, nu cu feromonul
Metodele clasice de identificare a feromonilor sexuali presupun, în general, existența insectelor vii, stabilirea momentului în care femelele produc substanțele, izolarea compușilor volatili și testarea succesivă a atractivității acestora.
Echipa internațională a inversat traseul.
Pornind de la genele insectei și de la comparații cu specii apropiate, cercetătorii au selectat doi receptori olfactivi candidați. Structura lor tridimensională a fost apoi estimată cu ajutorul inteligenței artificiale.
Următoarea etapă a constat în testarea virtuală a mai multor molecule volatile, prin modelarea modului în care acestea s-ar putea lega de receptorii identificați.
Analiza a indicat un posibil feromon și receptorii corespunzători.
Predicția AI a fost confirmată prin experimente
Rezultatul calculat nu a rămas la nivel de simulare. Echipa a trecut succesiv prin mai multe etape de verificare.
Testele au confirmat că receptorii selectați puteau detecta moleculele indicate de model. Analizele fizico-chimice și electrofiziologice au demonstrat apoi că femela produce într-adevăr feromonul, iar masculii sunt capabili să îl detecteze.
În etapa finală, testele comportamentale au confirmat efectul atractant asupra masculilor.
Compusul principal identificat este (Z,E)-9,11-tetradecadienil acetat.
Pentru cercetători, valoarea rezultatului nu este limitată la această specie, ci la faptul că traseul receptor–moleculă poate fi utilizat pentru identificarea unor feromoni necunoscuți la alte insecte.
De ce contează feromonii pentru protecția culturilor
Feromonii sexuali sunt deja utilizați în protecția plantelor prin două mecanisme importante.
Primul este monitorizarea. O capcană dotată cu feromonul unei anumite specii poate atrage masculii și poate indica apariția sau evoluția populației de dăunători.
Al doilea este perturbarea împerecherii. Prin eliberarea unei cantități mari de feromon într-o cultură, masculilor le devine mai dificil să localizeze femelele, ceea ce poate reduce reproducerea populației.
Astfel de soluții fac parte dintr-o categorie mai largă de instrumente de protecție biologică și integrată. AGRONET.ro a prezentat extinderea soluțiilor de biocontrol, inclusiv interesul industriei pentru metode care pot fi combinate cu celelalte instrumente de protecție a culturilor și pot răspunde cerințelor tot mai stricte privind reziduurile.
Noua metodă ar putea interveni înaintea acestei etape comerciale, reducând timpul necesar pentru descoperirea moleculei potrivite unui anumit dăunător.
Avantaj pentru speciile greu de crescut în laborator
Potrivit INRAE, metoda poate deveni deosebit de interesantă pentru insectele greu de colectat sau întreținut în colonii de laborator.
Aici intră și unele specii invazive sau supuse măsurilor de carantină, pentru care metodele clasice de studiere a feromonilor pot fi dificile.
Dacă receptorii olfactivi pot fi identificați din informația genetică, iar structura lor poate fi modelată suficient de bine, cercetătorii pot restrânge mult lista moleculelor care trebuie ulterior testate în laborator.
Inteligența artificială nu înlocuiește astfel validarea biologică. Ea reduce numărul de variante care trebuie testate și orientează experimentele către moleculele cu cea mai mare probabilitate de interacțiune cu receptorii insectei.
Receptorii ar putea fi folosiți și pentru „nasuri artificiale”
Cercetarea deschide și o a doua direcție. Receptorii olfactivi ai insectelor au o sensibilitate și o specificitate ridicate pentru moleculele pe care le detectează.
INRAE indică posibilitatea ca, în viitor, asemenea receptori să fie integrați în dispozitive de tip „nas artificial”, care să detecteze prezența unei insecte prin semnalele chimice caracteristice.
Agricultura utilizează deja tot mai multe sisteme automate pentru supravegherea dăunătorilor. AGRONET.ro a prezentat MagicTrap 2, o capcană care fotografiază insectele din culturile de rapiță, analizează imaginile cu inteligență artificială și transmite rezultatele fermierului.
Integrarea unor receptori biologici în senzori ar adăuga o altă cale de detectare: nu după imaginea insectei capturate, ci după moleculele specifice pe care aceasta le produce.
Următoarea miză este aplicarea metodei la dăunători agricoli
Spodoptera picta este prezentă în Asia și Oceania și nu este considerată o problemă fitosanitară în Franța metropolitană. Larvele atacă în special crinii, iar specia poate produce probleme în grădini, parcuri și grădini botanice, unde utilizarea produselor fitosanitare poate fi limitată.
Importanța agricolă a cercetării vine însă din posibilitatea de a transfera metoda către alte specii.
Pentru dăunătorii actuali, emergenți sau invazivi ale căror feromoni nu sunt cunoscuți, identificarea mai rapidă a acestor semnale chimice ar putea scurta drumul dintre cercetarea fundamentală și dezvoltarea unor noi capcane sau sisteme de perturbare a împerecherii.
