Musimy zlikwidować przepaść między inżynierami sztucznej inteligencji a biologami, mając ten sam cel, jakim jest wywarcie pozytywnego wpływu na społeczeństwo, pisze Stef van Grieken.
Generatywna sztuczna inteligencja jest wykorzystywana do ulepszania procesów w wielu branżach — od automatyzacji pracy biurowej po tworzenie lepszych materiałów marketingowych — ale to nauka i inżynieria mogą mieć jeszcze większy wpływ.
W połączeniu z biologią generatywną sztuczną inteligencję można również zastosować do ograniczenia, a nawet wycięcia, procesów przemysłowych produkcji materiałów i radykalnego zmniejszenia kosztów środowiskowych konsumpcji przez ludzi.
Biologia syntetyczna, której wartość w 2022 r. wycenia się na 10,4 miliarda euro, ma potencjał do tworzenia produktów przekraczających naszą wyobraźnię – w rzeczywistości McKinsey Global Institute przewidział, że 60% wszystkiego, co konsumują ludzie, można wyprodukować przy użyciu biologii.
Już teraz widzimy, że wiele firm produkujących szereg produktów w kluczowych branżach – materiałach, chemikaliach, żywności, rolnictwie i farmaceutyce – wykorzystuje biologię syntetyczną.
Rozwiązywanie problemów z żywnością i chemikaliami
Dla tych, którym nie do końca zależy na roślinnych alternatywach żywności, produkty spożywcze wyhodowane w laboratorium mogą wydawać się przyszłością.
Weźmy na przykład firmę taką jak Perfect Day, która produkuje mleko pochodzenia biologicznego przy użyciu precyzyjnej fermentacji — która polega na wytwarzaniu identycznych pod względem molekularnym białek mlecznych, takich jak kazeina czy serwatka, poprzez kodowanie sekwencji DNA białek mleka w mikroorganizmach, takich jak drożdże lub grzyby, które następnie poddawane są fermentacji z substancjami odżywczymi i cukrem w zbiorniki (podobnie jak produkuje się piwo), produkujące białka identyczne z tradycyjnymi, pochodzącymi z nabiału.
Białka mleczne Perfect Days wytwarzają do 97% mniej emisji dwutlenku węgla i 99% mniej niebieskiej wody w porównaniu z tradycyjną produkcją mleka.
Według firmy, gdyby tylko 5% mleka spożywanego w Europie było wolne od zwierząt, zaoszczędziłoby to równowartość 660 000 podróży dookoła świata na benzynie — rządy powinny podjąć bardziej znaczące kroki, aby zarówno inwestować w produkcję biopochodnych mleka i zachęcać konsumentów do zmiany mleka.
Biochemikalia to jeden z przykładów, który ostatnio trafił na pierwsze strony gazet, a rząd USA postawił sobie za cel produkcję co najmniej 30% swoich chemikaliów w procesach bioprodukcji w ciągu najbliższych 20 lat.
Ponieważ globalne emisje przemysłu chemicznego będą stanowić około 2% całkowitych emisji CO2 w 2021 r., biochemikalia mogą radykalnie zmniejszyć naszą zależność od paliw kopalnych.
Jedną z firm, która odniosła znaczący sukces w tej dziedzinie, jest Solugen, która miesza syrop kukurydziany z genetycznie modyfikowanymi enzymami, aby stworzyć substytuty zwykłych substancji chemicznych zwykle wytwarzanych przy użyciu fosforanów i oleju.
Jednak wiele firm działających w tej dziedzinie miało trudności ze znalezieniem trakcji komercyjnej.
Będziemy musieli dokonać znacznych inwestycji, zarówno w przestrzeni publicznej, jak i prywatnej, aby przyspieszyć produkcję biochemikaliów.
Rozwiązywanie materiałów
Do produkcji i recyklingu materiałów wykorzystuje się także biologię syntetyczną. Weźmy beton — jest niezbędny do budowy naszych domów i biur, ale jego ślad węglowy jest kolosalny, a produkcja cementu odpowiada za 8% całkowitej światowej emisji CO2.
Biolodzy opracowali obecnie nowe formy betonu niskoemisyjnego, w tym taki, który pochłania CO2 za pomocą enzymu znajdującego się we krwi – gdy w betonie tworzą się małe pęknięcia, enzym wchodzi w interakcję z CO2, naśladując właściwości betonu i wypełniając pęknięcie.
Podobnie biologia syntetyczna może zmienić cykl życia materiałów, takich jak tworzywa sztuczne i polimery powszechnie stosowane w butelkach z wodą i odzieży.
Po pierwsze, naukowcy opracowali enzymy rozkładające tworzywa PET powszechnie występujące w butelkach po napojach, pomagając zmniejszyć wpływ naszych odpadów na środowisko.
Podobnie możemy wytwarzać nowe formy tworzyw sztucznych przy użyciu enzymów, co oznacza, że możemy być mniej uzależnieni od produktów petrochemicznych.
Jednak wiele z istniejących rozwiązań w zakresie betonu niskoemisyjnego to drogie technologie, którym daleko do komercjalizacji, lub tańsze alternatywy, które zapewniają ograniczoną redukcję emisji.
Wiele innowacyjnych technologii, które obecnie istnieją w przestrzeni kosmicznej, jedynie w niewielkim stopniu wykracza poza weryfikację koncepcji. Opracowanie i skalowanie technologii do szerokiego zastosowania będzie wymagało znacznych inwestycji.
Przyspieszenie badań i rozwoju
W swej istocie biologia syntetyczna próbuje zmienić sekwencję zakodowaną w DNA białka, aby zmusić je do czegoś innego.
Tradycyjny charakter badań opiera się na próbach i błędach, co oznacza, że tworzenie skutecznych produktów było w przeszłości niezwykle kosztowne i czasochłonne. Nierzadko zdarza się, że 95% zaprojektowanych białek testowanych w laboratorium nie spełnia wymagań projektowych.
W tym miejscu pojawia się generatywna sztuczna inteligencja: duże modele językowe można szkolić na sekwencjach DNA i wynikach eksperymentów na znanych białkach, co oznacza, że możemy przewidzieć najbardziej odpowiednie sekwencje DNA dla białka wykazującego pożądane cechy.
Pozwala to naukowcom znacznie zwiększyć prawdopodobieństwo osiągnięcia celów projektowych podczas projektowania białka.
Wykorzystując najnowsze badania biologiczne i analizę sekwencji białek, generatywna sztuczna inteligencja może dać naukowcom możliwość „inżynierii wstecznej” białka w celu osiągnięcia pożądanej wydajności przy mniejszej liczbie bardziej udanych eksperymentów niż jest to możliwe w przypadku poprzednich metod.
Firmy zajmujące się biologią syntetyczną działające w przestrzeni kosmicznej już eksperymentują z generatywnymi modelami sztucznej inteligencji, aby ulepszyć swoje platformy. Na przykład LanzaTech eksperymentuje z generatywną sztuczną inteligencją, aby zaprojektować sekwencje DNA dla enzymów wytwarzających drobnoustroje do produkcji odzieży, tworzyw sztucznych, paliwa do silników odrzutowych, a nawet perfum; oraz Zero Coffee korzysta z platformy optymalizacji smaku opartej na sztucznej inteligencji do opracowywania „kawy bez ziaren”.
Oprogramowanie ma także potencjał do zapewnienia generatywnych modeli sztucznej inteligencji, które firmy zajmujące się biologią syntetyczną będą mogły wdrożyć we własnych procesach.
Platforma Cradle, która jest szkolona na danych generowanych w mokrym laboratorium, a także na danych publicznie dostępnych i danych klientów, umożliwia użytkownikom projektowanie pożądanych funkcji i właściwości białek, umożliwiając tworzenie i skalowanie produktów na bazie białek znacznie szybciej i drożej -efektywnie.
Przyszłość to biologia
Tak więc, chociaż wykorzystanie generatywnej sztucznej inteligencji w biotechnologii jest już ogromnym rynkiem – którego wartość w 2022 r. wyniesie prawie 50 mln euro – nadal jest niczym w porównaniu z całym rynkiem biologii syntetycznej. Musimy zlikwidować przepaść między inżynierami AI a biologami, mając ten sam cel, jakim jest wywarcie pozytywnego wpływu na społeczeństwo.
Chociaż generatywna sztuczna inteligencja w biologii jest bardzo obiecująca w zakresie tworzenia zrównoważonych rozwiązań, rozwiązanie kryzysu klimatycznego wymaga wieloaspektowego podejścia, które obejmuje zmiany polityki, innowacje technologiczne i inwestycje.
Aby generatywna sztuczna inteligencja mogła wywrzeć znaczący wpływ na kryzys klimatyczny, musi istnieć wzajemna współpraca między różnymi rządami, inwestorami, Big Tech i powstającymi start-upami.
