Wordt duurzame biotechnologie werkelijkheid? Samen op zoek naar betere biokatalysatoren
Alles gemaakt van bioproducten: plastic, medicijnen en brandstof. Het lijkt een utopie uit een verre toekomst. Maar voor hoelang nog? Een groep onderzoekers heeft het idee om dit ontwikkelingsproces flink te versnellen. Door machine learning te combineren met labautomatisering, komt deze bio-toekomst sneller dichterbij.
Enzymen vormen de kern van bioproductie
Producten van natuurlijke bronnen kunnen net zo goedkoop zijn als items gemaakt van fossiele brandstoffen. Maar er is nog een lange weg te gaan. De ontwikkeling van kosteneffectieve bioprocessen vereist nieuwe, stabiele en verbeterde enzymen. Dit zijn stoffen die productie enorm versnellen. Bacteriën zijn de bron van enzymen voor bioproducten, waarbij onderzoekers het DNA steeds ietsje veranderen om de functie van de enzymen te optimaliseren.
AI versnelt de ontwikkeling van enzymen
Helaas is het aanpassen en testen van enzymen een arbeidsintensief proces, wanneer onderzoekers traditionele methoden gebruiken. Het vereist het introduceren van de juiste DNA-veranderingen van de bacteriën, en vervolgens screenen welk exact effect dit precies heeft op de eigenschappen van een enzym. Computermodellen, met name machine learning, kunnen met hun voorspellende gave de mogelijkheden voor enzymbewerking uitbreiden.
De aanpak combineren de onderzoekers met het automatiseren van bepaalde labhandelingen. Dit helpt om efficiënt naar de verbeterde enzymen te screenen. De gecombineerde aanpak zorgt ervoor dat we zo sneller en betrouwbaarder dan ooit enzymen kunnen ontwikkelen.
‘One researcher cannot be an expert in biochemistry, genetic engineering, and machine learning at the same time.’
‘Alleen samenwerking maakt het mogelijk om te slagen’
Het artikel van de onderzoekers is recentelijk gepubliceerd in Nature Communications. Onderzoeker Lennart Schada von Borzyskowski, een medeauteur van de studie, vertelt: 'We hebben dit artikel samen geschreven, met een team specialisten uit verschillende onderzoeksgebieden. We denken dat enzymtechniek ook in de toekomst teamwork zal zijn. Een onderzoeker kan niet tegelijkertijd een expert zijn in biochemie, genetische manipulatie en machine learning. Het verbeteren van enzymen voor duurzame biotechnologie is een uitdagende taak, en alleen samenwerking maakt het mogelijk om te slagen.'
Het internationale team bestaat uit onderzoekers van de Charité in Berlijn (Duitsland), de Technische Universiteit van Denemarken, Universiteit Leiden en het Onderzoekscentrum Jülich (Duitsland).
Lees het volledige artikel in Nature Communications.