أكتوبر 2016، سوفت بنك اليابان (سوفتبنك) التي يقودها عدد من مشروع كبير، وكان أيضا لبدء الشركة المعروفة قليلا Zymergen استثمرت ما مجموعه 130 مليون $. بعد اكتمال هذه الجولة B للتمويل، وزير الخارجية السابق الطاقة الامريكية، كما انضم الحائز على جائزة نوبل ستيفن تشو مجلس الإدارة Zymergen.
بعبارات بسيطة، Zymergen هو التركيز على الشركات الامريكية البدء البيولوجيا التركيبية، يطور البكتيريا المعدلة وراثيا للتخمير الصناعي، والتعلم الآلي، تحليل الآلي والمعلوماتية الحيوية تجهيز. أمس نشرت "العلم" على الانترنت مقالا لأول مرة الكشف عن بعض التفاصيل التقنية لهذه الشركة الغامضة وراء هذا المشروع والطموحات.
في حين يسمى البيولوجيا التركيبية "علم الأحياء"، في الواقع، بل هو أقرب إلى مفهوم الهندسة. بالمقارنة مع التخصصات الهندسية التقليدية المكونات الميكانيكية، عناصر الدائرة، وما إلى ذلك، البيولوجيا التركيبية لعب جزء من الكائنات الأكثر تعقيدا، وأكثر متغير. وأجرى الباحثون "برمجة" الخلية من خلال تنظيم مسار الجينات المرتبطة بها، بحيث تبدو وكأنها مصنع أو الآلات مصغرة، وإنتاج منتج معين أو استكمال المهام الخاصة.
وضع البيولوجي التقليدي للعملية هي: توفير عدد محدود من الافتراضات من قبل العلماء البشري اختبار 10 مرات في الشهر في المختبر، ولكن الآن هناك هو الروبوت يمكن أن تؤدي الأسبوعية يصل إلى 1000 اختبار، وهو ما يعادل 400 مرة مكاسب الكفاءة. ومع ذلك، يمكن لهذه الروبوتات تتبع فقط اوامر، مما يعني أن إدخال الأمر الصحيح هو عنق الزجاجة الحقيقي في هذه العملية.
هذه الروبوتات تنتمي شركة Zymergen، وهو التركيز على شركة البيولوجيا الاصطناعية. في عام 2014، انتقلت الشركة إلى خردة يقع مصنع الالكترونية في منطقة خليج سان فرانسيسكو.
في الكثير من المعدات، وهناك رجل يدعى الذراع الروبوتية صدى، وأمسك أنها بلد مع مئات من ساحة مليئة مربع من البلاستيك السائل. قبل مربع من البلاستيك في علبة، وصدى مسح الباركود لها، ماذا سيحدث بعد ذلك، فمن غير مرئية للعين البشرية.
البكتيريا FIG شو يجري تسيطر عليها تحول السائل من ذراع الروبوت AI
Zymergen الشريك المؤسس للشركة، جد عميد، نائب الرئيس، علم الأحياء الجزيئي والعمليات والهندسة، وقال: "هذه العملية ليست مجرد نسخة من pipetting لاليدوي، ولكن بطريقة مختلفة تماما."
لا الروبوت باستخدام السائل ماصة التقليدية، ثم نقل إلى كل مربع، ولكن استخدام 500 مرة في النبضة الثانية من الصوت والاهتزاز وتسمح السائل لتشكيل قطرات صغيرة، وهذه قطرات من كل النقل اليدوي آلاف المرات كمية السائل. ولذلك، فإن الروبوت لا اتصال مباشرة مع السائل.
في الواقع، في جميع مراحل العملية وليس الكثير من العناصر للمستقبل، والمختبرات البيولوجية الصغير الحجم تستخدم الروبوتات والأنظمة الرمز الشريطي. حتى pipetting لتقنية المذكورة أعلاه، وهذا ما يسمى "سونيك التكنولوجيا تحول السائل" (الصوتية القطرة الطرد) في الواقع، هناك بالفعل أكثر من عقد من الزمان.
FIG شو السائل الصوتية تحت تقنيات غير التحول يمكن أن يكون على اتصال جسدي مع هذه القضية، لاستخراج السائل الصغيرة دقيقة
ومع ذلك، من المثير للاهتمام، وعندما سئل جد دين عند هذه الروبوتات تفعل الآن التجربة، وأنه لم بثقة أجاب: "أنا لا أعرف"
والواقع أن عملية تجريبية كامل باستخدام برنامج كمبيوتر ومجموعة العمليات الخاصة، إذا كنت ترغب في معرفة المعلومات المتعلقة التجربة، واذهبوا لمشاهدة شاشة الكمبيوتر على الخط، لماذا يجب أن نضع في اعتبارنا دائما ذلك؟
وقال جوشوا هوفمان، الرئيس التنفيذي لشركة Zymergen،: "إن دورة كاملة من التجربة يشارك فيها سوى عالم الإنسان، المسؤولة عن تحليل النتائج التجريبية وتدقيق الحقائق" ولكن تفسير البيانات التجريبية، وتوليد الفرضيات والتجارب التخطيط مثل هذا العمل، سوف يكون الهدف النهائي Zymergen ومن "إزالة جميع أشكال التدخل من الحدس البشري" لتحقيق العملية برمتها من التجارب العلمية الذكاء الاصطناعي.
الرئيس التنفيذي الشكل شو Zymergen يشوع هوفمان
يمثل نهج Zymergen اتجاه من شركات التكنولوجيا الحيوية : استخدام الذكاء الاصطناعي لتعزيز أو حتى استبدال دور البشر في مجال البحث العلمي، وهما لتحقيق "التكنولوجيا الحيوية AI يحركها".
من جهة نظر الماكرو، مثل خط إنتاج المصنع، الاكتشاف العلمي هو عملية تدريجية: العلماء نشرت الصحف، ثم يسترشد به لاستكمال التجارب في المختبر، ومن ثم الحصول على الاكتشاف الجديد، سوف الأوراق العلمية في نهاية المطاف شكل المقدمة. هذا هو دورة القياسية، حتى أكثر ذكاء الاصطناعي نموذجي لميزة أتمتة بدلا من العمل البشري هو اتباع هذا المسار:
مخطط شو من FIG. "التكنولوجيا الحيوية قيادة منظمة العفو الدولية"
باسم "التكنولوجيا الحيوية مدفوعة AI" هو جزء مهم من العمل يتم الوقود الحيوي Zymergen والبلاستيك والأدوية وغيرها الصناعية تقديم صياغات الميكروبية. من أجل زيادة الإنتاجية من الكائنات الحية الدقيقة، وغالبا ما سيتم إرسالها للعملاء مباشرة إلى الأنواع الرئيسية Zymergen، ومن ثم تحليلها لإصلاح الجينات من قبل كل الكائنات الحية الدقيقة حيث الروبوت، مما أدى في إصدار كفاءة الميكروبات المهندسة.
ولكن المشكلة هي أن تلك الكائنات الحية الدقيقة وأرسلت عملاء Zymergen بالفعل بقدر كبير. لذا، إذا كنت ترغب في زيادة تحسين الكفاءة على هذا الأساس، يمكن أن يكون فقط على مستوى أعمق للبحوث الجينوم، تصميم التجارب وتحليل البيانات. وبعبارة أخرى، للضغط على أكثر كفاءة من تلك النقطة الأخيرة، وأكثر أنها تتطلب تقنيات أكثر تقدما .
الشكل شو Zymergen إجراء التجارب يتحقق أساسا الأتمتة الكاملة
لذلك، بالضبط كيفية استخدام خوارزميات لتصميم التجارب؟ A الخام الكائنات الحية الدقيقة عن 5000 الجينات، فإنه يفترض أن هناك 10 طرق لتغيير الجين المعطى، ثم هناك خمسة ملايين مجموعات مختلفة. ثم، 1000 يمكن أداؤها مع سلالات التجريبية، كل سلالة لديه طفرة قد، وربما 25 السلالات تنتج ما يكفي من المواد الكيميائية الهدف. هذه السلالات يمكن استخدامها للجولة المقبلة من التجارب تربية، سلالة المتبقية في الثلاجة.
في الواقع، مجرد عمياء زيادة الكفاءة ولن يجلب تقدما كبيرا في الاكتشافات العلمية. لأنه إذا كان يتم الجمع بين جميع طفرات في الكائنات الحية الدقيقة واحد، وغالبا ما لا يمكن تحقيق تأثير "1 + 1> 2"، هي مفاضلة عرضة لل- الكائنات الحية الدقيقة ولكن بالتالي اظهار "مريضة"، قد لا تكون هذه السلالات كما سبق المهووسين دون تغيير من سلالة الأصلي.
لذلك، لاختيار المسار الصحيح، الأمر الذي يتطلب "الخريطة". هذه "الخريطة" لإظهار كل تأثير الناجم عن الطفرات، ولكن أيضا على أساس أبعاد متعددة، لأن البشر بحاجة إلى أن نتعلم لتحديد اتجاه للجهاز.
على سبيل المثال، في تركيب الأحياء، وغالبا ما يكون المسار الأيضي عشرة أو عشرات من المنتجات التعبير الجيني - بعض التحسن في الإنتاجية ضئيلة، وبعضها مهم، ولكن أيضا هناك كثير من الأحيان التفاعل بين المسارات الأيضية، والتكيف المتبادل. تريد ناجحة البكتيريا التصنيع والهندسة، وعموما بعد مئات أو آلاف من محاكمة التجريبية والخطأ، والجواب الصحيح لأسلوب الخطوة خطوة .
المذكورة في البيولوجيا الجزيئية "المسار الأيضي" (المسار الأيضي)، يشير انزيم بشكل عام على جميع أو واحد أو عدة جزيئات إشارات تشارك في التعبير الجيني. هذه المسارات الأيضية المختلفة داخل خلايا شبكة التمثيل الغذائي، بحيث البيئة البيولوجية هي فيها مستقر.
ومع ذلك، Zymergen نموذج مختلف تماما، يتم إعدادها خصيصا نظام التعلم الآلي التي تسمح تقنيات الذكاء الاصطناعي لتحليل البيانات التجريبية من مجموعة واسعة من نقطة من المسارات الأيضية الأساسية وتحديد المناسب، يمكن أن تتحقق على الطلب التعبير عن وظيفة الجين معينة، يتم كتابة تعبير عن هذه الكائنات الحية الدقيقة، والإنتاج النهائي من الكائنات الحية الدقيقة المطلوبة، وبالتالي تجنب عملية معقدة من التجربة والخطأ .
الشكل شو المتاهة - مسارات ملخص التمثيل الغذائي للخلايا
ومع ذلك، هناك سؤال محرج: عندما الروبوت اكتشفت أخيرا التغيرات الجينية التي يمكن أن تزيد الإنتاج، وكانوا يعرفون شيئا عن تحديدا وراء الآليات البيوكيميائية.
إذا لم التجربة تعميق فهمنا للمبادئ البيولوجية، ثم هل حقا يمكن أن يطلق عليه "العلمي" لماذا؟ لZymergen هارون كيمبل، الرئيس التنفيذي للتكنولوجيا، قد لا تكون هذه الفلسفة في غاية الأهمية، ولكن شرحه واضح وصريح للغاية: "أحضر لنا دخل هو النتيجة النهائية، وليس ما إذا كنا نفهم المبادئ التي تنطوي عليها."
وحتى الآن، ومختبر الروبوت Zymergen لتحسين كفاءة إنتاج المواد الكيميائية الميكروبية بأكثر من 10. هذا الرقم يبدو مثل الكثير، ولكن كما تعلمون، هناك بعض القطاعات في صناعة الكيميائية هي تعتمد اعتمادا كبيرا على التخمر الميكروبي، هي على الأرجح التحسينات التكنولوجية قليلا لانقاذ الكثير من التكاليف، وتحقيق المزيد من العائدات، حتى أكثر من مؤسسة العلوم الوطنية بالولايات المتحدة وسيكون 7000000000 $ الميزانية السنوية.
الروبوت قد تجد التغيرات الجينية المفيدة التي العلماء تجاهلها، لأن معظم الجينات البشرية يمكن أن تزيد إنتاجية المنتج المنظور لا علاقة مباشرة. دون الحق في الجمع بين بعض الجينات قد لا التعبير عنه. وقال جد عميد الكلية: "لقد رأيت هذا النمط في العديد من الكائنات الحية الدقيقة المختلفة. إذا كنت لا تستخدم آلة التعلم للعثور على الحق في الجمع بين الجينات هو أشبه بمحاولة لكسر كلمة مرور معقدة جدا، والحدس البشري والثقة يمكن بسهولة أن تطغى عليها تعقيد المشكلة. "
والشكل شو البشرية الحدس زيادة عدم اليقين في مجال البحث العلمي؟
إلى أي مدى يمكن القيام به البحث إلى آلات والباحثين في مجالات مختلفة وإجابات مختلفة. وقالت جامعة كاليفورنيا الكمبيوتر عالم إلياس Tagkopoulos: "من أجل تعظيم الفوائد من المعلومات، من أجل أقرب إلى الهدف، يجب أن ندع تحديد البيانات إجراء التجارب." هذا البحث هو أستاذ علم الوراثة في نظراته إلى الأبد في بحث لا نهاية لها، بما في ذلك توقعات كيفية تكيف البكتيريا لتغيير بيئة المستشفى، وتصميم وجبات خفيفة أكثر صحية والعديد من القضايا الأخرى.
إذا كان الجهاز يمكن أن تحل محل حقا جزءا من العمل البشري في المهام البحثية معينة، وتقبل بكل سرور كثير من يفترض العلماء. وتختلف عمال المصانع أو سائقي سيارات الأجرة، معظم العلماء يريدون لأتمتة جزءا من العمل، خاص الجزيئية وبيولوجيا الخلية، حيث pipetting لمصطنعة، الخلايا المستزرعة، وعدد من الإحصاءات المستعمرات مرهقة ومكلفة الجانب على وجه الخصوص.
وبعد تخرجه من الأخطاء الصغيرة قد تضيع بضعة أسابيع من العمل الشاق. لجعل الأمور أكثر سوءا بالنسبة لعدد من أشهر من العمل الشاق الذي التجارب تصميم طلاب الدراسات العليا الدكتور قد يذهب هباء.
الشكل شو كفاءة تشغيل معدات التشغيل الآلي للZymergen
ومع ذلك، فإن مجال الذكاء الاصطناعي للتكنولوجيا الحيوية تجلب ليس تماما مفاجأة. بعد محاولة استخدام تقنيات AI لتصميم التجارب وتفسير البيانات، وهناك بعض الأحياء أعرب عن خيبة أمله.
يتم احتساب جامعة ستانفورد الكيمياء الحيوية المهمة الرئيسية Rhiju داس هو دراسة كيفية مطوية جزيئات من أجل تصميم أدوية جديدة. وقال إن أساليب التعلم الجهاز الحالي لا تزال غير قادرة على أداء هذه المهمة. مقارنة مع العلماء البشري، AI التعبير في مشكلة تصميم RNA سيئة للغاية، ويبدو أن هذه "تصميم" مهمة تتطلب الحدس البشري.
الشكل شو Zymergen شركة معدات التشغيل الآلي
وبالإضافة إلى ذلك، فإن الذكاء الاصطناعي من المشاكل "الصندوق الأسود" في مجال التكنولوجيا الحيوية ويبدو أن أكثر وضوحا، الذي أدلى به نتائج الدراسة التي تسيطر عليها AI-سوف تفتقر توضيحي.
وفي هذا الصدد، عالم الكومبيوتر في جامعة كارنيجي ميلون، أثار أدريان Treuille نقطة مثيرة للاهتمام: نحن من "للتفسير" العصر العلمي أبعد وأبعد. الباحثون ليس فقط الاعتماد على أجهزة الكمبيوتر لإجراء البحوث، ولكن حتى في حاجة الى جهاز الكمبيوتر لشرح مبادئ فيه. علم الأحياء هو على درجة من التعقيد، والتكنولوجيا AI الحالية، ولكن أيضا في مهدها، وترك كل شيء حتى على جهاز الكمبيوتر، والبشر حقا أن تطمئن ذلك؟
