En ny proof-of-concept-studie beskriver hur ett automatiserat system som drivs av artificiell intelligens kan designa, bygga, testa och lära dig komplexa biokemiska vägar för att effektivt producera lykopen, ett rött pigment som finns i tomater och som ofta används som matfärg, öppnar dörren till ett brett utbud av biosyntetiska tillämpningar, forskare rapporterar.

Resultaten av studien, som kombinerade en helautomatisk robotplattform kallad Illinois Biological Foundry for Advanced Biomanufacturing med AI för att uppnå biotillverkning, publiceras i tidskriften Naturkommunikation .

"Biofoundries är fabriker som efterliknar gjuterierna som bygger halvledare, men är designade för biologiska system istället för elektriska system, sa Huimin Zhao, en professor i kemi- och biomolekylärteknik vid University of Illinois som ledde forskningen.

Dock, eftersom biologi erbjuder många vägar till kemisk produktion, forskarna hävdar att ett system som drivs av AI och som kan välja bland tusentals experimentella iterationer krävs för verklig automatisering.

Tidigare biogjuteriarbete har producerat en mängd olika produkter som kemikalier, bränslen, och konstruerade celler och proteiner, forskarna sa, men dessa studier utfördes inte på ett helt automatiserat sätt.

"Tidigare studier inom biogjuteriutveckling fokuserade huvudsakligen på endast en av designerna, bygga, testa och lära dig element, ", sade Zhao. "En forskare krävdes fortfarande att utföra dataanalys och planera för nästa experiment. Vårt system, döpt till BioAutomata, stänger designen, bygga, testa och lära loopen och lämnar människor utanför processen."

BioAutomata genomförde två omgångar av helautomatisk konstruktion och optimering av lykopenproduktionsvägen, som inkluderar design och konstruktion av lykopenvägarna, överföring av de DNA-kodande vägarna till värdceller, tillväxt av celler, och extraktion och mätning av lykopenproduktionen.

"BioAutomata kunde minska antalet möjliga lykopenproduktionsvägar konstruerade från över 10, 000 ner till cirka 100 och skapa en optimerad mängd lykopen-överproducerande celler inom några veckor – vilket avsevärt minskar tid och kostnader, " sa Zhao.

Zhao ser för sig att helt automatiserade biogjuterier blir en framtida revolution inom smart tillverkning, inte olikt vad automation gjorde för bilindustrin.

"För hundra år sedan, människor byggde bilar för hand, " sa han. "Nu, den processen är mycket mer ekonomisk och effektiv tack vare automatisering, och vi föreställer oss samma sak för biotillverkning av kemikalier och material."