Onderzoekers van het Oregon State University College of Engineering hebben de kracht van kunstmatige intelligentie aangewend om bijen te beschermen tegen pesticiden.

Cory Simon, assistent-professor chemische technologie, en Xiaoli Fern, universitair hoofddocent computerwetenschappen, leidden het project, waarbij een machine learning-model werd getraind om te voorspellen of een voorgesteld nieuw herbicide, fungicide of insecticide giftig zou zijn voor honingbijen op basis van de moleculaire structuur van de verbinding.

De bevindingen, te zien op de omslag van The Journal of Chemical Physics in een speciale uitgave, 'Chemisch ontwerp door kunstmatige intelligentie', zijn belangrijk omdat veel fruit-, noten-, groente- en zaadgewassen afhankelijk zijn van bijenbestuiving.

Zonder bijen om het stuifmeel dat nodig is voor reproductie over te brengen, zouden bijna 100 commerciële gewassen in de Verenigde Staten verdwijnen. De wereldwijde economische impact van bijen wordt jaarlijks geschat op meer dan $ 100 miljard.

"Pesticiden worden veel gebruikt in de landbouw, die de gewasopbrengst verhogen en voedselzekerheid bieden, maar pesticiden kunnen schade toebrengen aan off-target soorten zoals bijen," zei Simon. "En aangezien insecten, onkruid, enz. uiteindelijk resistentie ontwikkelen, moeten er voortdurend nieuwe pesticiden worden ontwikkeld, die geen schade toebrengen aan bijen."

Afgestudeerde studenten Ping Yang en Adrian Henle gebruikten gegevens over de toxiciteit van honingbijen uit experimenten met blootstelling aan pesticiden, waarbij bijna 400 verschillende pesticidemoleculen betrokken waren, om een ​​algoritme te trainen om te voorspellen of een nieuw pesticidemolecuul giftig zou zijn voor honingbijen.

"Het model vertegenwoordigt pesticidemoleculen door de reeks willekeurige wandelingen op hun moleculaire grafieken," zei Yang.

Een willekeurige wandeling is een wiskundig concept dat elk kronkelend pad beschrijft, zoals de gecompliceerde chemische structuur van een pesticide, waarbij elke stap langs het pad bij toeval wordt bepaald, als door het opgooien van munten.

Stel je voor, legt Yang uit, dat je een doelloze wandeling maakt langs de chemische structuur van een pesticide, je een weg baant van atoom naar atoom via de bindingen die de verbinding bij elkaar houden. Je reist in willekeurige richtingen maar houdt je route bij, de opeenvolging van atomen en bindingen die je bezoekt. Dan ga je op een ander molecuul uit en vergelijk je de reeks wendingen met wat je eerder hebt gedaan.

"Het algoritme verklaart twee moleculen vergelijkbaar als ze veel wandelingen delen met dezelfde reeks atomen en bindingen," zei Yang. "Ons model dient als een surrogaat voor een bijentoxiciteitsexperiment en kan worden gebruikt om voorgestelde pesticidemoleculen snel te screenen op hun toxiciteit." + Verder verkennen

Zijn pesticiden die worden gebruikt in stedelijke en voorstedelijke gebieden schadelijk voor honingbijen?