Genetisch gemodificeerde bacteriën spelen boter en kaas met wetenschappers

Bacteriën spelen de tag, en dat lijkt enigszins onwaarschijnlijk. Wetenschappers hebben dit echter mogelijk gemaakt door bacteriën te modificeren Escherichia coli. Het is dus “afgestemd” om zich te gedragen als elektronische componenten en zich te gedragen als een neuraal netwerk, een vorm vankunstmatige intelligentie kunnen leren.

“ We stellen een evolutionaire strategie voor om genetische circuits te ontwerpen die in staat zijn tot zelflerend vermogen voor besluitvorming in complexe omgevingen. ’, vatten de onderzoekers in één zin samen in hun eerder gepubliceerde onderzoeksrapport over bioRxiv. Op dit moment is het ‘beslissen’ om de juiste beslissing te nemen in een spel van nullen en kruisen: welk veld? Niet vreemd, want deze test wordt vaak gebruikt om kunstmatige intelligentiesystemen te testen.

Het begon allemaal in 2019, met het werk van een ander onderzoeksteam. Een stam van een bepaalde bacterie, Escherichia Coli, is genetisch gemodificeerd om 12 verschillende chemicaliën waar te nemen en dienovereenkomstig te reageren door de activiteit van bepaalde genen te veranderen. Dit ras kreeg de bijnaam “de pop”.

Het onderzoeksteam nam dit werk op zich en bracht andere wijzigingen aan. Ze versmolten vele kopieën van twee cirkelvormige stukjes DNA, ‘plasmiden’ genaamd. Elk van deze plasmiden “codeert” een ander fluorescerend eiwit. De een rood en de ander groen. Het aandeel van deze twee plasmiden in bacteriën, en dus hun uiteindelijke kleur, is niet vooraf bepaald: ze worden ook beïnvloed door 12 verschillende chemicaliën, maar ook door bepaalde antibiotica. Als een dergelijke aanpassing niet wordt toegepast, blijft de verhouding constant. In zekere zin vormt de samenstelling van het DNA een soort “geheugen” dat is bevroren tot de volgende wijziging.

Omgekeerd, wanneer nieuwe “gegevens” worden geïntroduceerd, door middel van chemicaliën of antibiotica, ontwikkelt de verhouding (en dus de kleur) zich, maar met betrekking tot de vorige samenstelling. Dit betekent dat een deel van het geheugen behouden blijft, en dus enige vorm van leren mogelijk is. Dit gedrag is vergelijkbaar met dat van een elektronische component die een “memristor” wordt genoemd. Dus wetenschappers noemden deze nieuwe biologische “ingrediënten” memregulons.

Biologische memristors

De memristor is in feite een element dat lijkt op een transistor, die niet alleen gegevens kan verwerken, maar deze ook in het interne geheugen kan opslaan. Het is een component die specifiek wordt gebruikt om zogenaamde “neurale netwerken” te creëren. In veel gevallen bestaat de zogenaamde “kunstmatige intelligentie” tegenwoordig uit een systeem dat wordt “gevoed” met een grote hoeveelheid gegevens om logische verbanden te “leren” en te extraheren voor een bepaald doel. Gezichten en teksten herkennen…of boter-kaas-en-eieren spelen…deze leermethoden zijn geïnspireerd op het werk van biologische neuronen. Tegenwoordig staan ​​ze dichter bij statistische methoden. We hebben het dus over een “kunstmatig neuraal netwerk”. De verzonden gegevens worden verspreid in een kunstmatig “netwerk” van neuronen, meestal virtueel. Het zijn eigenlijk punten in het netwerk die door computercode met elkaar zijn ‘verbonden’. Dit netwerk ontvangt dus de binnenkomende informatie en trainingsgegevens en verzendt de uitgaande informatie.

Vanaf het moment dat de bacteriën de binnenkomende gegevens (chemisch of antibioticumproduct) kunnen gebruiken om een ​​”resultaat” (modificatie van DNA en dus kleur) over te brengen en de eerdere gegevens in het geheugen te bewaren, kan men de gemaakte vergelijking begrijpen. Op dezelfde manier wilden wetenschappers een “neuraal netwerk” creëren met deze bacteriën.

Dit resulteerde in een systeem dat zich kon aanpassen door te leren van zijn gedrag uit het verleden, en zichzelf herprogrammeren – kortom, zoals leren met kunstmatige intelligentie. In het voorbeeld van krabluizen, is dit hoe de wetenschappers handelden: een beetje zoals het ’trainen’ van bacteriën, ze pasten leren toe door ‘versterking’, dat wil zeggen een systeem van beloning en straf afhankelijk van of de actie voldoende strategisch was of niet.

Deze bacteriën werden gekweekt in compartimenten die identiek waren aan een krabnet. Elke keer dat een mens speelt, worden de bacteriën ‘verteld’ door een chemisch product in de cabine toe te voegen, waarbij elk product overeenkomt met een locatie. Als de bacteriën in het begin hun volgende zet willekeurig “speelden”, leerden ze uiteindelijk door de methode van versterking, door te “straffen”, door antibiotica toe te voegen wanneer het spel slecht was. Het is echter niet zo eenvoudig: het spel duurde enkele dagen om te spelen.

De demonstratie betreft krabben, wat vrij ongevaarlijk is. Volgens wetenschappers zijn de mogelijkheden van hun onderzoek echter zeer breed. ” Veranderende genetische circuits kunnen levende cellen beslissingsvermogen geven ‘, zeggen ze. Ze kunnen zichzelf ‘herprogrammeren’ in complexere besluitvormingscontexten.

bron bioRxiv