Un nuovo studio proof-of-concept descrive come un sistema automatizzato guidato dall'intelligenza artificiale può progettare, costruire, testare e apprendere percorsi biochimici complessi per produrre in modo efficiente licopene, un pigmento rosso che si trova nei pomodori e comunemente usato come colorante alimentare, aprendo la porta a una vasta gamma di applicazioni biosintetiche, rapporto dei ricercatori.

I risultati dello studio, che ha combinato una piattaforma robotica completamente automatizzata chiamata Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing con l'IA per ottenere la bioproduzione, sono pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Le biofonderie sono fabbriche che imitano le fonderie che costruiscono semiconduttori, ma sono progettati per sistemi biologici anziché per sistemi elettrici, " disse Huimin Zhao, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare dell'Università dell'Illinois che ha guidato la ricerca.

Però, perché la biologia offre molte vie alla produzione chimica, i ricercatori affermano che per una vera automazione è necessario un sistema guidato dall'intelligenza artificiale e in grado di scegliere tra migliaia di iterazioni sperimentali.

I precedenti sforzi della biofonderia hanno prodotto un'ampia varietà di prodotti come prodotti chimici, combustibili, e cellule e proteine ​​ingegnerizzate, i ricercatori hanno detto, ma quegli studi non sono stati eseguiti in modo completamente automatizzato.

"Gli studi precedenti nello sviluppo della biofonderia si sono concentrati principalmente su uno solo dei progetti, costruire, testare e apprendere elementi, " Zhao ha detto. "Un ricercatore era ancora tenuto a eseguire l'analisi dei dati ea pianificare il prossimo esperimento. Il nostro sistema, soprannominato BioAutomi, chiude il disegno, costruire, prova e impara loop e lascia gli umani fuori dal processo."

BioAutomata ha completato due cicli di costruzione e ottimizzazione completamente automatizzati del percorso di produzione del licopene, che comprende la progettazione e la realizzazione delle vie del licopene, trasferimento delle vie di codifica del DNA nelle cellule ospiti, crescita delle cellule, ed estrazione e misurazione della produzione di licopene.

"BioAutomata è stata in grado di ridurre il numero di possibili percorsi di produzione del licopene costruiti da oltre 10, 000 fino a circa 100 e creare una quantità ottimizzata di cellule che producono un eccesso di licopene in poche settimane, riducendo notevolmente tempi e costi, " Ha detto Zhao.

Zhao immagina che le biofonderie completamente automatizzate rappresentino una rivoluzione futura nella produzione intelligente, non diversamente da quanto ha fatto l'automazione per l'industria automobilistica.

"Cento anni fa, le persone costruivano automobili a mano, " disse. "Ora, quel processo è molto più economico ed efficiente grazie all'automazione, e immaginiamo lo stesso per la bioproduzione di prodotti chimici e materiali".