Modélisation de la toxicité des herbicides présents dans les sols agricoles

Abstract

Résumé L'utilisation intensive des herbicides en agriculture contribue à l'augmentation des risques de contamination des sols et peut engendrer des effets néfastes sur les écosystèmes et la santé humaine. Dans ce contexte, les approches QSAR (Quantitative Structure–Activity Relationship) constituent des outils performants permettant de prédire les propriétés toxicologiques des substances chimiques à partir de leur structure moléculaire. L'objectif de ce travail est de développer des modèles QSAR capables de prédire la toxicité aiguë des herbicides présents dans les sols agricoles. Une base de données composée de 34 herbicides a été constituée à partir de données toxicologiques disponibles dans la littérature et les bases de données spécialisées. Les descripteurs moléculaires ont été calculés à l'aide du logiciel ChemMaster puis sélectionnés après différentes étapes de prétraitement et d'analyse statistique. Quatre modèles QSAR ont été construits en utilisant la méthode de Régression Linéaire Multiple (MLR). Les performances des modèles ont été évaluées à l'aide des coefficients de détermination (R²), de validation croisée (Q²), ainsi que des indicateurs RMSE et MAE. Le modèle optimal a présenté un coefficient de détermination de 0,905 et les plus faibles erreurs de prédiction parmi les modèles étudiés. Afin d'évaluer son applicabilité, le modèle retenu a été utilisé pour prédire les valeurs de toxicité (LD50) de dix herbicides externes. Les résultats obtenus démontrent l'intérêt des approches QSAR comme outil d'aide à l'évaluation préliminaire des risques toxicologiques liés aux herbicides et soulignent leur potentiel pour réduire le recours aux expérimentations animales. ملخص يُعد الاستخدام المكثف لمبيدات الأعشاب في الزراعة من العوامل الرئيسية المسببة لتلوث التربة، مما قد يؤدي إلى آثار سلبية على البيئة وصحة الإنسان. لذلك أصبح من الضروري تطوير وسائل سريعة وفعالة لتقييم السمية دون الاعتماد الكامل على التجارب المخبرية المكلفة والمستهلكة للوقت . يهدف هذا العمل إلى نمذجة سمية مبيدات الأعشاب الموجودة في التربة الزراعية باستخدام منهجية العلاقة الكمية بين البنية والنشاط (QSAR). تم إنشاء قاعدة بيانات تضم 34 مبيد أعشاب مع قيم السمية الحادة (LD50)، كما تم حساب مجموعة من الواصفات الجزيئية باستعمال برنامج ChemMaster. بعد معالجة البيانات واختيار المتغيرات الأكثر أهمية، تم تطوير أربعة نماذج QSAR باستعمال الانحدار الخطي المتعدد (MLR). وقد تم تقييم أداء النماذج باستخدام معاملات إحصائية مختلفة مثل معامل التحديد (R²)، ومعامل التحقق المتقاطع (Q²)، ومتوسط الخطأ المطلق (MAE)، والجذر التربيعي لمتوسط مربع الخطأ (RMSE). أظهرت النتائج أن النموذج الرابع كان الأفضل من حيث الأداء، حيث حقق قيم ة R² بلغت 0.905 مع أقل قيم للأخطاء الإحصائية. كما تم تطبيق هذا النموذج على عشرة مبيدات أعشاب جديدة من أجل التنبؤ بقيم السمية الخاصة بها، مما أكد فعالية منهجية QSAR في التقييم الأولي للمخاطر السمية . تُبرز هذه الدراسة أهمية النمذجة الجزيئية وأسالي ب QSAR كأدوات فعالة لدعم تقييم المخاطر البيئية وتقليل الحاجة إلى التجارب الحيوانية، مع إمكانية تطوير نماذج أكثر دقة من خلال توسيع قاعدة البيانات واستخدام تقنيات تعلم آلي أكثر تقدما