بينت دراسة جديدة كيف يتمكن نظام آلي يعتمد على الذكاء الاصطناعي من تصميم طرائق كيميائية حيوية معقدة وتنفيذها واختبارها وتعلمها بهدف إنتاج اللايكوبين بكفاءة؛ وهي صبغة حمراء موجودة في الطماطم، وتستخدم عادةً كملون للطعام. وفتحت الدراسة الباب لمجموعة واسعة من التطبيقات البيولوجية.

ونشرت نتائج الدراسة، التي جمعت بين الذكاء الاصطناعي ومنصة آلية مؤتمتة تمامًا تدعى «مِسبَك إيلنوي البيولوجي للتصنيع المتقدم» للوصول إلى التصنيع البيولوجي، في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز البريطانية.

وقال هويمين تشاو، قائد البحث وأستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية في جامعة إلينوي الأمريكية، إن «المسابك البيولوجية مصانع تحاكي المسابك التي تصنع أشباه الموصلات، إلا أنها مصممة للأنظمة البيولوجية بدلًا من الأنظمة الكهربائية.»

ولأن في البيولوجيا طرائق عديدة لإنتاج المواد الكيميائية؛ يرى الباحثون أن النظام الذي يتحكم به الذكاء الاصطناعي والقادر على الاختيار من بين آلاف التكرارات التجريبية، هو النظام المطلوب للوصول إلى الأتمتة الحقيقية.

وقال الباحثون إن الجهود السابقة المبذولة للمسابك البيولوجية أثمرت عن مجموعة واسعة من المنتجات الكيميائية والوقود والخلايا والبروتينات، إلا أن تلك الدراسات لم تنجز بطريقة آلية تمامًا.

وقال هويمين تشاو «ركزت الدراسات السابقة في تطوير المسابك البيولوجية بشكل أساسي على عنصر واحد فقط من عناصر التصميم والبناء والاختبار والتعلم، وعلى الباحث التدخّل حينها لإجراء تحليل البيانات والتخطيط للتجربة المقبلة. إلا أن نظامنا الجديد الذي يدعى بيوأوتوماتا ينهي التصميم والبناء والاختبار وحلقة التعلم تاركًا البشر خارج العملية.»

وأكمل نظام بيوأوتوماتا جولتين من البناء الآلي الكامل وتحسين مسار إنتاج اللايكوبين، وتشمل الجولتان بناء مسارات اللايكوبين، وتحويل مسارات تشفير الحمض النووي إلى داخل الخلايا المضيفة، ونمو الخلايا، واستخراج وقياس إنتاج اللايكوبين.

وأضاف تشاو «تمكن نظام بيوأوتوماتا من تقليل عدد احتمالات مسارات إنتاج اللايكوبين المنتَجة من أكثر من 10 آلاف إلى نحو 100 مسار، فضلًا عن إنتاج كمية محسّنة من الخلايا تزيد من إنتاج اللايكوبين في غضون أسابيع، ما يقلل الوقت والتكلفة.»

ويرى تشاو أن المسابك البيولوجية المؤتمتة ستكون ثورة مستقبلية في التصنيع الذكي، لا تقل شأنًا عما أحدثته الأتمتة في مجال صناعة السيارات. وأضاف: «صنع الناس السيارات يدويًا قبل 100 عام، في حين أصبحت عملية التصنيع أكثر كفاءة وفعاليةً بفضل الأتمتة، ونتخيل الأمر ذاته بالنسبة للتصنيع البيولوجي للمواد الكيميائية والمواد الأخرى.»