Un système de laboratoire automatisé utilise un équipement robotique dirigé par l'IA pour réorganiser les enzymes

SAMPLE consiste en un agent intelligent qui apprend les relations séquence-fonction et conçoit des protéines pour tester des hypothèses. L'agent envoie les protéines conçues à un environnement de laboratoire qui effectue un assemblage de gènes, une expression protéique et une caractérisation biochimique entièrement automatisés, et renvoie les données résultantes à l'agent, qui affine sa compréhension du système et répète le processus. Crédit :*Génie chimique de la nature* (2024). DOI :10.1038/s44286-023-00002-4

Un trio de biochimistes de l'Université du Wisconsin-Madison a développé un système qui automatise le processus de réingénierie des enzymes à l'aide d'un équipement robotique et d'un modèle d'IA. Dans leur article publié dans la revue Nature Chemical Engineering, Jacob Rapp, Bennett Bremer et Philip Romero décrivent leur système.

La réingénierie des enzymes est un processus dans lequel les chimistes soumettent une enzyme test à des expériences, dans l'espoir de créer une enzyme similaire avec les propriétés souhaitées, par exemple, capable de résister à une exposition à des températures supérieures à la normale. Le processus actuel implique un dépistage long et monotone, et les chimistes apprécieraient un moyen d'automatiser le processus. Dans ce nouvel effort, c'est exactement ce que l'équipe de recherche a fait.

Les chercheurs ont utilisé une installation hébergeant des robots qui mènent des expériences de chimie. Ils ont ajouté un modèle d’IA capable à la fois de surveiller les expériences et d’utiliser leurs résultats comme point de départ pour de nouvelles expériences. L’idée était de permettre au système d’apprendre au fur et à mesure de son fonctionnement. Malheureusement, l'équipe a constaté que l'équipement robotique conventionnel n'était pas à la hauteur de la tâche :elle a fini par confier cette partie de son système à une entreprise basée sur le cloud, spécialisée dans le travail de chimie à distance.

Après avoir configuré leur système et l'avoir peaufiné pour améliorer les résultats, les chercheurs l'ont testé en identifiant un groupe d'enzymes, puis en invitant le système à trouver de nouvelles versions qui pourraient continuer à fonctionner normalement lorsqu'elles sont exposées à des températures plus élevées. Ils ont donné au système 20 cycles pour produire les enzymes nouvellement conçues et le système en a produit quatre, chacune capable de fonctionner dans des environnements 12°C plus élevés que la normale.

L'équipe de recherche conclut que leur approche est viable, même si elle note que pour qu'elle soit vraiment utile, une nouvelle génération de matériel robotique devra être développée pour tirer pleinement parti de ses possibilités.

Plus d'informations : Jacob T. Rapp et al, Laboratoires autonomes pour naviguer de manière autonome dans le paysage de la condition physique des protéines, Nature Chemical Engineering (2024). DOI :10.1038/s44286-023-00002-4