Geuren spelen een centrale rol in het leven van levende wezens, van het vinden van voedsel en partners tot het waarnemen en vermijden van gevaar. Insecten gebruiken veel verschillende soorten geuren, zoals seks-, spoor-, alarm- en aggregatieferomonen, evenals plantengeuren om hun waardplanten te lokaliseren. Omdat het aantal insecten snel afneemt, wat schadelijk is voor het functioneren van ecosystemen, is het essentieel om te weten welke moleculen interacteren met de reukreceptoren van insecten. Op deze manier verstoren nieuw ontwikkelde chemicaliën de chemische communicatiesignalen en -signalen van insecten niet.

Tot op heden is er nog veel onbekend over welke eigenschappen van geurchemicaliën interacties met de reukreceptoren van insecten veroorzaken. Onderzoekers van de MMD TechHub streven er daarom naar om de eerste grote database te creëren van insectengeuren waarvan is vastgesteld dat ze zich binden aan insectenreceptoren. Deze database zullen ze gebruiken voor een machine learning-model dat patronen in deze geuren kan identificeren.

Dit project is een samenwerking tussen evolutionair bioloog Astrid Groot, wiskundige Jo Ellis-Monaghan, datawetenschapper Patrick Forré, chemicus Saer Samanipour en postdoc Thanet Pitakbut.

Binding aan receptor

De onderzoekers beschikken momenteel over een database met ongeveer 25.000 datapunten. De data omvat verschillende soorten geuren, waaronder feromonen en communicatiechemicaliën. Voor elk geurmolecuul bevat de database zowel de chemische structuur als de receptoreiwitten waaraan het bindt. De exacte bindingslocatie op de receptoren is echter grotendeels onbekend. De wetenschappers streven ernaar de chemicaliën te koppelen aan specifieke regio's van de receptoreiwitten om bindingspatronen te identificeren.

Ontwikkeling van een uitgebreide database

Veel gegevens over geurstoffen en reukreceptoren van insecten zijn verspreid en niet-openbaar beschikbaar. Om een ​​zo compleet mogelijke database te creëren, hebben de onderzoekers een internationaal consortium van wetenschappers die onderzoek doen naar het reukvermogen van insecten en bereid zijn al hun beschikbare gegevens te delen.

Dit consortium faciliteert zo samenwerking en kennisdeling. Het consortium werkt momenteel aan een standaardprotocol voor dataverzameling, een cruciaal aspect van het project. Pitakbut: 'Uiteindelijk profiteren mensen van het delen van data. Zo kunnen we AI-technologie samen inzetten en samen verder komen.'

Testen op insecten

Hoewel het MMD-project zich momenteel richt op dataverzameling en de ontwikkeling van machine learning, is het uiteindelijke doel van dit project de ontwikkeling van een veilige pijplijn voor geurmoleculen. Zodra het machine learning-model bindingspatronen kan vinden, kan het model worden gebruikt om te voorspellen of nieuw ontworpen chemicaliën zich mogelijk binden aan insectenreceptoren.

De nauwkeurigheid van deze voorspellingen kan worden getest door middel van zogenaamde elektroantennogrammen: door een chemische stof over de neus van het insect te blazen, vindt er een verandering in het elektropotentiaal in de antenne plaats wanneer deze chemische stof zich bindt aan een of meer geurreceptoren op de antenne. Deze opnames zijn relatief eenvoudig en bieden de onderzoekers de unieke mogelijkheid om de modelvoorspellingen biologisch te testen.