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Tipo: Tese
Título: ESPECTROSCOPIA ÓPTICA E APRENDIZAGEM DE MÁQUINA COMO FERRAMENTA NA PREDIÇÃO DA CONCEPÇÃO E DIAGNÓSTICO DE GESTAÇÃO DE FÊMEAS BOVINAS
Autor(es): Willian Vaniel Alves dos Reis
Primeiro orientador: Gustavo Guerino Macedo
Resumo: A combinação de espectroscopia óptica e algoritmos de aprendizado de máquina tem atraído atenção devido ao seu potencial no diagnóstico preciso de diversas doenças por meio da análise de espectros de amostras biológicas. Este estudo teve como objetivo desenvolver uma metodologia rápida, precisa e econômica para detectar a probabilidade de prenhez durante a estação pré-reprodutiva e determinar o status gestacional 30 dias após a inseminação utilizando soro sanguíneo de fêmeas bovinas. Utilizou-se 80 fêmeas Nelore, entre novilhas e primíparas, com idade entre 14 a 36 meses de idade. Coletou-se amostras de sangue em três momentos: no início do protocolo (D-10), no momento da inseminação artificial (D0) e no dia do diagnóstico de gestação (D30). Após centrifugação a 600 g por 10 minutos, o soro foi aspirado e dividido em alíquotas em microtubos duplicados (1000 μL cada), e então armazenado a -80 ºC até processamento adicional. Foi empregada na análise de soro, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), resolução de 4 cm-1 e faixa de 1800 a 900 cm-1, utilizando equipamento Perkin-Elmer Spectrum 100 com acessório ATR. As proeminentes bandas vibracionais duplas de amida I em torno de 1570 cm-1 foram identificadas. A Análise de Componentes Principais (PCA) avaliou tendências de agrupamento, enquanto o teste discriminativo Support Vector Machine (SVM) classificou as amostras. O gráfico de pontuação derivado dos dois primeiros componentes principais explicou 69,9% da variação dos dados e exibiu claramente formações de agrupamento distinto para o grupo de gestantes. Testes discriminativos adequados alcançaram precisões de predição de prenhez com 93,8% de acurácia no D0 e 62,5% de acurácia no D30, distinguindo com sucesso entre animais gestantes ou não. O metaboloma sérico apresentou diferenças discerníveis entre animais com alta e baixa fertilidade e aqueles que emprenharam ou não, possibilitando o desenvolvimento de estratégias de manejo distintas para diferentes épocas reprodutivas. Em resumo, a metodologia demonstrou uma abordagem rápida e custo-efetiva, permitindo a previsão da fertilidade durante os protocolos de inseminação artificial em tempo fixo (IATF) e servindo como uma ferramenta não invasiva para o diagnóstico de gestação aos 30 dias. Isto permite a estratificação de animais com diferentes níveis de fertilidade para diferentes objetivos antes da estação reprodutivas. Embora a aprendizagem tenha demonstrado maior acurácia para avaliar as amostras no D0 do que no D30, considerando um algoritmo de aprendizado de máquina, a execução de mais amostras ao longo do tempo melhora a precisão neste diagnóstico, potencialmente substituindo métodos invasivos, como a ultrassonografia retal, no futuro.
Abstract: The combination of optical spectroscopy and machine learning algorithms has attracted attention due to its potential for accurate diagnosis of various diseases through the analysis of spectra from biological samples. This study aimed to develop a rapid, accurate, and cost-effective methodology for detecting the probability of pregnancy during the pre-reproductive season and determining gestational status 30 days after insemination using blood serum from female bovines. Eighty Nellore females, including heifers and primiparous cows, aged between 14 and 36 months, were used. Blood samples were collected at three time points: at the beginning of the protocol (D-10), at the time of artificial insemination (D0), and on the day of pregnancy diagnosis (D30). After centrifugation at 600 g for 10 minutes, the serum was aspirated, divided into duplicate microtube aliquots (1000 μL each), and stored at -80 ºC until further processing. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) was employed in serum analysis, with a resolution of 4 cm-1 and a range of 1800 to 900 cm-1, using a Perkin-Elmer Spectrum 100 instrument with an ATR accessory. The prominent double vibrational bands of amide I around 1570 cm-1 were identified. Principal Component Analysis (PCA) assessed clustering trends, while the Support Vector Machine (SVM) discriminative test classified the samples. The score plot derived from the first two principal components explained 69.9% of the data variation and clearly exhibited distinct clustering formations for the pregnant group. Discriminative tests achieved pregnancy prediction accuracies with 93.8% accuracy at D0 and 62.5% accuracy at D30, successfully distinguishing between pregnant and non-pregnant animals. The serum metabolome showed discernible differences between animals with high and low fertility and those that conceived or not, enabling the development of distinct management strategies for different reproductive seasons. In summary, the methodology demonstrated a rapid and cost-effective approach, allowing fertility prediction during fixed-timed artificial insemination (FTAI) protocols and serving as a non-invasive tool for pregnancy diagnosis at 30 days. This enables the stratification of animals with different fertility levels for different reproductive goals before the breeding season. Although machine learning showed higher accuracy in evaluating samples at D0 than at D30, considering a machine learning algorithm, running more samples over time improves accuracy in this diagnosis, potentially replacing invasive methods such as rectal ultrasonography in the future.
Palavras-chave: .
País: Brasil
Editor: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Sigla da Instituição: UFMS
Tipo de acesso: Acesso Restrito
URI: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/8456
Data do documento: 2024
Aparece nas coleções:Programa de Pós-graduação em Ciências Veterinárias

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