يمكن للذكاء الاصطناعي في علم الأحياء أن يجد الإجابات الأكثر إبداعًا لمشاكلنا المناخية

يتم استخدام الذكاء الاصطناعي التوليدي لتحسين العمليات في العديد من الصناعات – بدءًا من أتمتة العمل المكتبي وحتى إنشاء مواد تسويقية أفضل – ولكن يمكن أن يكون له تأثير أكبر في العلوم والهندسة.

عند استخدامه مع علم الأحياء، يمكن أيضًا تطبيق الذكاء الاصطناعي التوليدي لتقليل العمليات الصناعية لإنتاج المواد، وتقليل التكلفة البيئية للاستهلاك البشري بشكل كبير.

إن البيولوجيا الاصطناعية، التي تقدر قيمة سوقها بـ 10.4 مليار يورو في عام 2022، لديها القدرة على خلق منتجات تفوق مخيلتنا ــ في الواقع، توقع معهد ماكينزي العالمي أن 60% من كل ما يستهلكه البشر يمكن إنتاجه باستخدام البيولوجيا.

بالفعل، نحن نشهد عددًا من الشركات تنتج مجموعة من المنتجات في الصناعات الحيوية – المواد والكيماويات والأغذية والزراعة والأدوية – باستخدام البيولوجيا التركيبية.

حل المواد الغذائية والمواد الكيميائية

بالنسبة لأولئك الذين لا يعتمدون على البدائل الغذائية النباتية، قد تبدو المنتجات الغذائية المزروعة في المختبر وكأنها المستقبل.

لنأخذ على سبيل المثال شركة مثل Perfect Day، التي تنتج حليبًا حيويًا باستخدام التخمير الدقيق – والذي يتضمن إنتاج بروتينات ألبان متطابقة جزيئيًا مثل الكازين أو مصل اللبن عن طريق تشفير تسلسل الحمض النووي لبروتين الحليب في الكائنات الحية الدقيقة مثل الخميرة أو الفطريات، والتي يتم بعد ذلك تخميرها مع العناصر الغذائية والسكر في الحليب. خزانات (على غرار طريقة إنتاج البيرة)، تنتج بروتينات مماثلة للبروتينات التقليدية القادمة من منتجات الألبان.

ينتج بروتين الحليب من Perfect Days ما يصل إلى 97% من انبعاثات الكربون أقل و99% من المياه الزرقاء أقل من إنتاج الحليب التقليدي.

وفقًا للشركة، إذا كان 5٪ فقط من الحليب المستهلك في أوروبا خاليًا من الحيوانات، فسيوفر ذلك ما يعادل 660 ألف جولة حول العالم بالبنزين – ويجب على الحكومات أن تتخذ خطوات أكثر أهمية للاستثمار في إنتاج المنتجات الحيوية. الحليب، وتشجيع المستهلكين على التحول.

وتُعَد المواد الكيميائية الحيوية أحد الأمثلة التي تصدرت عناوين الأخبار مؤخراً، حيث حددت حكومة الولايات المتحدة هدفاً يتمثل في إنتاج ما لا يقل عن 30% من موادها الكيميائية من خلال عمليات التصنيع الحيوي على مدى السنوات العشرين المقبلة.

وبما أن الانبعاثات العالمية للصناعة الكيميائية تمثل حوالي 2% من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في عام 2021، فإن المواد الكيميائية الحيوية لديها القدرة على تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري بشكل كبير.

إحدى الشركات التي حققت نجاحًا كبيرًا في هذا المجال هي شركة Solugen، التي تمزج شراب الذرة مع الإنزيمات المعدلة وراثيًا، لإنشاء بدائل للمواد الكيميائية الشائعة التي يتم تصنيعها عادةً باستخدام الفوسفات والزيت.

ومع ذلك، فقد كافحت العديد من الشركات في هذا المجال للعثور على قوة جذب تجارية.

وسوف نحتاج إلى رؤية استثمارات كبيرة، في المجالين العام والخاص، لتسريع إنتاج المواد الكيميائية الحيوية.

حل المواد

وهناك أيضًا استخدام البيولوجيا التركيبية لإنتاج المواد وإعادة تدويرها. لنأخذ الخرسانة على سبيل المثال، فهي ضرورية لبناء منازلنا ومكاتبنا، ولكنها تترك بصمة كربونية هائلة، حيث يمثل تصنيع الأسمنت 8٪ من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم.

لقد طور علماء الأحياء الآن أشكالا جديدة من الخرسانة منخفضة الكربون، بما في ذلك الشكل الذي يمتص ثاني أكسيد الكربون باستخدام إنزيم موجود في الدم – عندما تتشكل شقوق صغيرة في الخرسانة، يتفاعل الإنزيم مع ثاني أكسيد الكربون، ويحاكي خصائص الخرسانة ويملأ الشقوق.

وبالمثل، فإن البيولوجيا التخليقية لديها القدرة على تحويل دورة حياة مواد مثل البلاستيك والبوليمرات المستخدمة عادة في زجاجات المياه والملابس.

أولاً، طور العلماء إنزيمات يمكنها تحطيم البلاستيك PET الموجود بشكل شائع في زجاجات المشروبات، مما يساعد على تقليل التأثير البيئي لنفاياتنا.

وبالمثل، يمكننا إنتاج أشكال جديدة من البلاستيك باستخدام الإنزيمات، مما يعني أننا يمكن أن نكون أقل اعتمادًا على البتروكيماويات.

إعلان

ومع ذلك، فإن العديد من الحلول الخرسانية منخفضة الكربون الحالية هي تقنيات باهظة الثمن وبعيدة عن التسويق التجاري، أو بدائل أقل تكلفة تحقق تخفيضات محدودة في الانبعاثات.

إن الكثير من التكنولوجيا المبتكرة الموجودة حاليًا في الفضاء لا يمكن إثباتها إلا قليلاً. وسوف يتطلب الأمر استثمارات كبيرة لتطوير التكنولوجيا وتوسيع نطاقها لتطبيقها على نطاق واسع.

تسريع البحث والتطوير

تحاول البيولوجيا التخليقية في جوهرها تغيير التسلسل المشفر في الحمض النووي للبروتين لجعله يفعل شيئًا آخر.

تعتمد الطبيعة التقليدية للبحث على التجربة والخطأ مما يعني أن إنشاء منتجات فعالة كان تاريخيًا مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً. ليس من غير المألوف أن 95% من البروتينات المصممة التي تم اختبارها في المختبر تفشل في الوصول إلى مواصفات التصميم الخاصة بها.

وهنا يأتي دور الذكاء الاصطناعي التوليدي: يمكن تدريب النماذج اللغوية الكبيرة على تسلسل الحمض النووي والنتائج التجريبية على البروتينات المعروفة، مما يعني أنه يمكننا التنبؤ بتسلسل الحمض النووي الأكثر ملاءمة للبروتين الذي يُظهر الخصائص المرغوبة.

إعلان

وهذا يسمح للعلماء بزيادة احتمالية الوصول إلى أهداف التصميم بشكل كبير عند هندسة البروتين.

من خلال الاستفادة من أحدث الأبحاث البيولوجية وتحليل تسلسل البروتين، يمكن للذكاء الاصطناعي التوليدي أن يمنح العلماء القدرة على “الهندسة العكسية” للبروتين لتحقيق المخرجات المطلوبة بتجارب أقل وأكثر نجاحًا مما هو ممكن باستخدام الطرق السابقة.

تقوم شركات البيولوجيا الاصطناعية العاملة في هذا المجال بالفعل بتجربة نماذج الذكاء الاصطناعي التوليدية لتحسين منصاتها. على سبيل المثال، تقوم LanzaTech بتجربة الذكاء الاصطناعي التوليدي لتصميم تسلسلات الحمض النووي للإنزيمات المنتجة للميكروبات للملابس والبلاستيك ووقود الطائرات وحتى العطور؛ وتستخدم شركة Zero Coffee منصة لتحسين المذاق مدعومة بالذكاء الاصطناعي لتطوير “القهوة الخالية من الحبوب”.

هناك أيضًا إمكانية أن توفر البرامج نماذج ذكاء اصطناعي توليدية لشركات البيولوجيا التركيبية لتطبيقها في عملياتها الخاصة.

منصة Cradle، التي تم تدريبها على البيانات التي تم إنشاؤها في المختبر، بالإضافة إلى البيانات المتاحة للجمهور وبيانات العملاء، تمكن المستخدمين من هندسة وظيفة البروتين وخصائصه المطلوبة، مما يجعل من الممكن إنشاء وتوسيع نطاق المنتجات القائمة على البروتين بشكل أسرع بكثير وبتكلفة أكبر. -على نحو فعال.

إعلان

المستقبل هو علم الأحياء

لذلك، في حين أن استخدام الذكاء الاصطناعي التوليدي في مجال التكنولوجيا الحيوية يمثل بالفعل سوقًا ضخمًا – تقدر قيمته بنحو 50 مليون يورو في عام 2022 – إلا أنه لا يزال لا شيء مقارنة بسوق البيولوجيا الاصطناعية ككل. نحن بحاجة إلى سد الفجوة بين مهندسي الذكاء الاصطناعي وعلماء الأحياء لتحقيق نفس الهدف المتمثل في إحداث تأثير إيجابي على المجتمع.

وفي حين يحمل الذكاء الاصطناعي التوليدي في علم الأحياء وعدا كبيرا بإنتاج حلول مستدامة، فإن معالجة أزمة المناخ تتطلب نهجا متعدد الأوجه يتضمن تغييرات في السياسات، والابتكارات التكنولوجية، والاستثمار.

ولابد أن يكون هناك تعاون متبادل بين مختلف الحكومات، والمستثمرين، وشركات التكنولوجيا الكبرى، والشركات الناشئة، حتى يكون للذكاء الاصطناعي التوليدي تأثير ملموس على أزمة المناخ.

ستيف فان جريكن هو المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة Cradle.

في يورونيوز، نعتقد أن جميع وجهات النظر مهمة. اتصل بنا على [email protected] لإرسال العروض التقديمية والمشاركة في المحادثة.

إعلان