„Savavairėje laboratorijų sistemoje pusmetį buvo naudojami fermentai, skirti dirbti aukštesnėje temperatūroje.
Savavairė laboratorija, susidedanti iš robotų įrangos, kuriai vadovauja paprastas dirbtinio intelekto (AI) modelis, sėkmingai perkūrė fermentus be jokios žmonių įtakos, išskyrus retkarčiais atliekamus techninės įrangos pataisymus.
„Tai pažangiausias darbas“, – sako Héctoras García Martínas, fizikas ir sintetinis biologas iš Lawrence'o Berkeley nacionalinės laboratorijos Berklyje, Kalifornijoje. "Jie visiškai automatizuoja visą baltymų inžinerijos procesą."
Savavairės laboratorijos sujungia robotų įrangą su mašininio mokymosi modeliais, galinčiais nukreipti eksperimentus ir interpretuoti rezultatus, kad būtų sukurtos naujos procedūros. Pasak mokslininkų, tikimasi, kad autonominės laboratorijos paskatins mokslinį procesą ir pateiks sprendimus, kurių žmonės galėjo patys nesugalvoti.
Monotoniškas darbas
Baltymų inžinerija yra ideali užduotis savavairėms laboratorijoms, sako Philipas Romero, Viskonsino-Madisono universiteto baltymų inžinierius, vadovavęs tyrimui, paskelbtam sausio 11 d. Nature Chemical Engineering. Įprasti metodai dažniausiai remiasi tam tikronis savybėmis, tarkime, fermento aktyvumo, tyrimo sukūrimu ir daugybės mutavusių baltymo versijų atranka. „Tiek daug baltymų inžinerijos srities yra monotoniška“, - sako jis.
Sistemą, kurią sukūrė Romero komanda, varo gana paprastas mašininio mokymosi modelis, kuris susieja baltymo seką su jo funkcija ir siūlo sekos pakeitimus, kad pagerintų funkciją. Jis pristato baltymų sekas laboratorinei įrangai, kuri gamina baltymus, išmatuoja jų aktyvumą, o rezultatus grąžina modeliui, kad būtų galima atlikti naują eksperimentų etapą. „Mes paruošėme ir pamiršome“, – sako Romero.
Tyrimo metu tyrėjai pavedė savo savavairei laboratorijai padaryti metabolinius fermentus, vadinamus glikozidų hidrolazėmis, atsparesnius aukštai temperatūrai. Po 20 eksperimentinių ciklų kiekvienoje iš 4 kampanijų buvo sukurtos naujos fermentų versijos, kurios galėjo veikti bent 12 ˚C aukštesnėje temperatūroje, nei baltymai, su kuriais pradėjo ši autonominė laboratorija.
Tyrėjai pirmiausia bandė paleisti savo robotinę įrangą, tačiau mašinos vis lūždavo. Taigi, jie kreipėsi į debesų laboratoriją Kalifornijoje – esamą įrenginį su robotine įranga, kuri gali būti nukreipta nuotoliniu būdu, naudojant kompiuterio kodą – ir paruošė savo AI modelį, kad ten būtų siunčiamos instrukcijos. Visas eksperimentas truko apie 6 mėnesius, įskaitant 2,5 mėnesio pertrauką dėl pristatymo vėlavimo, o kiekvienas 20 raundų kainavo apie 5200 JAV dolerių, skaičiuoja tyrėjai. Tą patį darbą atlikdamas, žmogus gali praleisti iki metų.
Žinių generavimas
Savavairėms biologijos laboratorijoms tobulinti gali prireikti naujos kartos aparatinės įrangos, nes esama automatizuota laboratorijų įranga paprastai gaminama, atsižvelgiant į žmogų - prižiūrėtoją, sako García Martín. Esminis iššūkis yra sukurti savavaires laboratorijas, galinčias generuoti žinias, kurias galėtų interpretuoti mašinos ir žmonės.
Padaryti baltymus karščiui stabilesnius yra gana paprasta, sako Huiminas Zhao, Ilinojaus Urbana-Champaign universiteto sintetinis biologas. Neaišku, kaip lengvai savavairę laboratoriją galima pritaikyti fermentams keisti kitais būdais.
Romero sako, kad jo komanda stengiasi pritaikyti savo savavairę laboratoriją kitiems baltymų inžinerijos iššūkiams. Grupė taip pat nori įtraukti sudėtingesnius giluminio mokymosi įrankius, kurie paskatino baltymų dizaino pažangą.
Tačiau mokslininkai nesistengia sumažinti mokslinės darbo jėgos. „Mes nepadarome žmones nereikalingais“, – internetiniame seminare, pristatančiame darbą, sakė tyrimo bendraautorius Jacobas Rappas, Viskonsino ir Madisono universiteto baltymų inžinierius. "Mes keičiame nuobodžias dalis, kad galėtumėte sutelkti dėmesį į įdomias mūsų inžinerinio darbo dalis." [1]
1. Nature 625, 436 (2024) By Ewen Callaway
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą