Een nieuwe proof-of-concept-studie beschrijft hoe een geautomatiseerd systeem aangedreven door kunstmatige intelligentie kan ontwerpen, bouwen, test en leer complexe biochemische routes om efficiënt lycopeen te produceren, een rood pigment dat voorkomt in tomaten en vaak wordt gebruikt als kleurstof voor levensmiddelen, de deur openen naar een breed scala aan biosynthetische toepassingen, onderzoekers melden.

De resultaten van de studie, die een volledig geautomatiseerd robotplatform, de Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing genaamd, combineerde met AI om biomanufacturing te bereiken, worden gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Biofoundries zijn fabrieken die de gieterijen nabootsen die halfgeleiders bouwen, maar zijn ontworpen voor biologische systemen in plaats van elektrische systemen, " zei Huimin Zhao, een professor in chemische en biomoleculaire engineering aan de Universiteit van Illinois die het onderzoek leidde.

Echter, omdat biologie vele wegen naar chemische productie biedt, de onderzoekers beweren dat een systeem dat wordt aangedreven door AI en dat kan kiezen uit duizenden experimentele iteraties, vereist is voor echte automatisering.

Eerdere inspanningen op het gebied van biofoundry hebben een grote verscheidenheid aan producten opgeleverd, zoals chemicaliën, brandstoffen, en gemanipuleerde cellen en eiwitten, zeiden de onderzoekers, maar die onderzoeken zijn niet volledig geautomatiseerd uitgevoerd.

"Eerdere studies in de ontwikkeling van biofoundry waren voornamelijk gericht op slechts één van de ontwerpen, bouwen, test en leer elementen, " Zei Zhao. "Er was nog steeds een onderzoeker nodig om gegevensanalyse uit te voeren en plannen te maken voor het volgende experiment. Ons systeem, genaamd BioAutomata, sluit het ontwerp, bouwen, test en leer een lus en laat mensen buiten het proces."

BioAutomata voltooide twee rondes van volledig geautomatiseerde constructie en optimalisatie van de lycopeen-productieroute, waaronder het ontwerp en de constructie van de lycopeenroutes, overdracht van de DNA-coderende routes naar gastheercellen, groei van de cellen, en extractie en meting van de lycopeenproductie.

"BioAutomata was in staat om het aantal mogelijke lycopeen-productieroutes te verminderen, opgebouwd uit meer dan 10, 000 tot ongeveer 100 en creëert binnen enkele weken een geoptimaliseerde hoeveelheid lycopeen-overproducerende cellen - waardoor tijd en kosten aanzienlijk worden verminderd, ' zei Zhao.

Zhao ziet volledig geautomatiseerde biofoundries als een toekomstige revolutie in slimme productie, niet anders dan wat automatisering deed voor de auto-industrie.

"Honderd jaar geleden, mensen bouwden auto's met de hand, "zei hij. "Nu, dat proces is veel zuiniger en efficiënter dankzij automatisering, en we stellen ons hetzelfde voor voor de bioproductie van chemicaliën en materialen."