Kunstig intelligens til at drive fremtidens kemiske fabrikker

En ny proof-of-concept undersøgelse beskriver, hvordan et automatiseret system drevet af kunstig intelligens kan designe, bygge, test og lær komplekse biokemiske veje til effektivt at producere lycopen, et rødt pigment fundet i tomater og almindeligvis brugt som madfarve, åbner døren til en bred vifte af biosyntetiske applikationer, rapporterer forskere.

Resultaterne af undersøgelsen, som kombinerede en fuldautomatisk robotplatform kaldet Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing med AI for at opnå bioproduktion, offentliggøres i tidsskriftet Naturkommunikation .

"Biostøberier er fabrikker, der efterligner de støberier, der bygger halvledere, men er designet til biologiske systemer i stedet for elektriske systemer, " sagde Huimin Zhao, en professor i kemi og biomolekylær ingeniør fra Illinois, der ledede forskningen.

Imidlertid, fordi biologi tilbyder mange veje til kemisk produktion, forskerne hævder, at et system drevet af AI og i stand til at vælge mellem tusinder af eksperimentelle iterationer er påkrævet for ægte automatisering.

Tidligere biofoundry -indsats har produceret en lang række produkter, såsom kemikalier, brændstoffer, og konstruerede celler og proteiner, sagde forskerne, men disse undersøgelser blev ikke udført på en fuldautomatisk måde.

"Tidligere undersøgelser i udvikling af biostøberi fokuserede hovedsageligt på kun et af designerne, bygge, teste og lære elementer, "Zhao sagde." En forsker var stadig forpligtet til at udføre dataanalyse og planlægge det næste forsøg. Vores system, døbt BioAutomata, lukker designet, bygge, test og lær sløjfe og efterlader mennesker ude af processen. "

BioAutomata gennemførte to runder af fuldautomatisk konstruktion og optimering af lycopen-produktionsvejen, som omfatter design og konstruktion af lycopenbanerne, overførsel af de DNA-kodende veje til værtsceller, vækst af celler, og ekstraktion og måling af lycopenproduktionen.

"BioAutomata var i stand til at reducere antallet af mulige lycopenproduktionsveje konstrueret fra over 10, 000 ned til omkring 100 og opret en optimeret mængde lycopen-overproducerende celler inden for uger-hvilket reducerer tid og omkostninger betydeligt, "Sagde Zhao.

Zhao forestiller sig, at fuldt automatiserede biostøberier bliver en fremtidig revolution inden for smart fremstilling, ikke ulig hvad automatisering gjorde for bilindustrien.

"For hundrede år siden, folk byggede biler i hånden, " sagde han. "Nu, denne proces er meget mere økonomisk og effektiv takket være automatisering, og vi forestiller os det samme for biofremstilling af kemikalier og materialer. "