Γιατί η Google απελευθερώνει 64 εκατομμύρια κουνούπια

Σύνοψη

• Η Google επενδύει 32 εκατομμύρια δολάρια στο Debug Project, αναμένοντας την έγκριση της Υπηρεσίας Προστασίας Περιβάλλοντος (EPA) για την απελευθέρωση 64 εκατομμυρίων κουνουπιών στην Καλιφόρνια και τη Φλόριντα.
• Απελευθερώνονται αποκλειστικά αρσενικά κουνούπια (που δεν τσιμπούν), τα οποία φέρουν το βακτήριο Wolbachia. Η σύζευξή τους με τα άγρια θηλυκά αποτρέπει την εκκόλαψη των αυγών, μειώνοντας δραστικά τον πληθυσμό του είδους Aedes aegypti.
• Η Google χρησιμοποιεί αλγορίθμους μηχανικής μάθησης και συστήματα υπολογιστικής όρασης για τον ακριβή διαχωρισμό των φύλων στο εργαστήριο, συνδυαστικά με “έξυπνες” παγίδες IoT στο πεδίο.
• Η αρχική δοκιμή πεδίου της εταιρείας το 2018 στο Φρέσνο της Καλιφόρνια είχε ως αποτέλεσμα την εντυπωσιακή πτώση του πληθυσμού των θηλυκών κουνουπιών κατά 95%.

Η διασταύρωση της προηγμένης πληροφορικής με τη βιολογία του πεδίου αποτελεί τον πυρήνα της σύγχρονης στρατηγικής δημόσιας υγείας. Η Google, μέσω της μακροχρόνιας πρωτοβουλίας της που ονομάζεται Debug Project, αναδιαμορφώνει πλήρως τις μεθόδους ελέγχου των φορέων μολυσματικών ασθενειών. Η εταιρεία έχει καταθέσει αίτημα στην Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος των ΗΠΑ (EPA) για ένα εκτεταμένο πρόγραμμα προϋπολογισμού 32 εκατομμυρίων δολαρίων με σκοπό την απελευθέρωση 64 εκατομμυρίων στείρων αρσενικών κουνουπιών στις περιοχές της Καλιφόρνια και της Φλόριντα για την καταπολέμηση της εξάπλωσης νόσων όπως ο Δάγκειος πυρετός, ο ιός Ζίκα και ο Κίτρινος πυρετός.

Η συμβατική προσέγγιση ελέγχου των εντόμων, η οποία βασίζεται στους αεροψεκασμούς και τη χρήση χημικών εντομοκτόνων, παρουσιάζει πλέον σοβαρά όρια αποτελεσματικότητας. Τα έντομα-στόχοι, και ειδικότερα το είδος Aedes aegypti, αναπτύσσουν ραγδαία ανθεκτικότητα στις κοινές δραστικές ουσίες, ενώ οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την ευρεία χρήση χημικών είναι ανυπολόγιστες. Η προσέγγιση της Google δεν επιχειρεί απλώς να αντικαταστήσει τα χημικά, αλλά να εισάγει την ακρίβεια των δεδομένων (data precision) στη βιολογία.

Μέσω έξυπνων αισθητήρων (IoT) και λογισμικού ιχνηλάτησης, η Google ελέγχει τη μείωση του πληθυσμού των θηλυκών κουνουπιών που μεταδίδουν ασθένειες.

Η μέθοδος που έχει επιλέξει η εταιρεία βασίζεται στο Wolbachia, ένα φυσικό βακτήριο που υπάρχει ήδη στο 60% περίπου των ειδών εντόμων παγκοσμίως, αλλά όχι από τη φύση του στο Aedes aegypti. Όταν τα αρσενικά κουνούπια που εκτρέφονται στο εργαστήριο μολύνονται με το συγκεκριμένο βακτήριο και στη συνέχεια απελευθερώνονται στο περιβάλλον, αναζητούν άγρια θηλυκά για σύζευξη. Λόγω ενός βιολογικού φαινομένου που ονομάζεται κυτταροπλασματική ασυμβατότητα, το σπέρμα του μολυσμένου αρσενικού δεν επιτρέπει στα ωάρια του άγριου θηλυκού να αναπτυχθούν και τα αυγά δεν εκκολάπτονται ποτέ. Καθώς η διαδικασία επαναλαμβάνεται, ο τοπικός πληθυσμός συρρικνώνεται δραστικά μέσα σε λίγες γενιές. Είναι κρίσιμο να τονιστεί ότι η Google απελευθερώνει αυστηρά και μόνο αρσενικά κουνούπια, τα οποία από τη βιολογία τους στερούνται του απαραίτητου ανατομικού μηχανισμού για να τρυπήσουν το ανθρώπινο δέρμα, επομένως δεν τσιμπούν και δεν μεταδίδουν ασθένειες.

Μηχανική μάθηση και υπολογιστική όραση στο Εργαστήριο

Η μεγαλύτερη πρόκληση σε αυτή τη μέθοδο υπήρξε ιστορικά ο ακριβής διαχωρισμός των φύλων. Εάν απελευθερωθούν κατά λάθος θηλυκά κουνούπια, ο κίνδυνος μετάδοσης ασθενειών αυξάνεται αντί να μειωθεί. Η Google έλυσε αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας προηγμένους αλγορίθμους μηχανικής μάθησης και κάμερες υψηλής ταχύτητας που αναλύουν χιλιάδες προνύμφες (pupae) ανά λεπτό. Επειδή οι θηλυκές προνύμφες είναι απειροελάχιστα μεγαλύτερες από τις αρσενικές, το σύστημα υπολογιστικής όρασης (computer vision) εντοπίζει και διαχωρίζει τα φύλα με ακρίβεια που αγγίζει το 100%, ταχύτητα που η ανθρώπινη παρατήρηση είναι αδύνατον να επιτύχει. Το αποτέλεσμα είναι η δημιουργία αυτοματοποιημένων, ρομποτικών εγκαταστάσεων εκτροφής που μπορούν να παράγουν εκατομμύρια ασφαλή αρσενικά έντομα σε εβδομαδιαία βάση.

Η καινοτομία δεν σταματά στην παραγωγή. Η Google έχει αναπτύξει ένα ολόκληρο οικοσύστημα από “έξυπνες” παγίδες εξοπλισμένες με αισθητήρες υπερύθρων και μικρόφωνα. Οι παγίδες αυτές τοποθετούνται στρατηγικά στις περιοχές ενδιαφέροντος και μετρούν σε πραγματικό χρόνο την πυκνότητα των κουνουπιών. Αξιοποιώντας ηχητικές υπογραφές (acoustic signatures), ο μικροεπεξεργαστής της παγίδας αναγνωρίζει τη συχνότητα χτυπήματος των φτερών, ξεχωρίζοντας όχι μόνο το είδος του εντόμου αλλά και το φύλο του. Αυτά τα τηλεμετρικά δεδομένα αποστέλλονται απευθείας στο cloud, επιτρέποντας στους επιστήμονες να βλέπουν θερμικούς χάρτες των πληθυσμών και να προσαρμόζουν τον αλγόριθμο διανομής μέσω των ειδικά εξοπλισμένων βαν απελευθέρωσης. Τα αποτελέσματα μιλούν από μόνα τους: στις δοκιμές του Fresno το 2018, σε συνεργασία με το CDC, η προσέγγιση σημείωσε μείωση της τάξης του 95% στον πληθυσμό των θηλυκών κουνουπιών.

Θα μπορούσε να εφαρμοστεί στην Ελλάδα;

Στην ελληνική πραγματικότητα, το ζήτημα της καταπολέμησης των κουνουπιών είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με τη δημόσια υγεία και την οικονομία. Η Ελλάδα δεν αντιμετωπίζει προς το παρόν ενδημικό Δάγκειο πυρετό, αλλά το είδος Aedes albopictus (το γνωστό κουνούπι “τίγρης”) έχει εγκατασταθεί μόνιμα στις περισσότερες αστικές και περιαστικές περιοχές της χώρας. Παράλληλα, τα είδη Culex αποτελούν τον κύριο φορέα του ιού του Δυτικού Νείλου, ο οποίος προκαλεί δεκάδες κρούσματα κάθε καλοκαίρι, ιδιαίτερα στην Κεντρική Μακεδονία, τη Θεσσαλία και την Αττική.

Κάθε χρόνο, οι ελληνικές Περιφέρειες και οι Δήμοι πραγματοποιούν μεγάλες δαπάνες για συμβάσεις επίγειων και εναέριων ψεκασμών (κυρίως προνυμφοκτονίες). Η έλευση ενός συστήματος όπως το Debug Project θα βοηθούσε στη μετάβαση από τον τυφλό χημικό ψεκασμό σε στοχευμένες, αυτοματοποιημένες απελευθερώσεις στείρων εντόμων, με ταυτόχρονη ιχνηλάτηση των δεδομένων μέσω IoT σε πραγματικό χρόνο, ενώ θα διασφάλιζε μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα και προστασία του ελληνικού οικοσυστήματος (π.χ τις μέλισσες που συχνά πλήττονται από τα συμβατικά εντομοκτόνα).