Roboter erforscht selbstständig Gene von Hefepilzen

Britische Wissenschaftler haben ein Robotersystem entwickelt, das eigenständig wissenschaftlich arbeiten kann. Es stellt selbst Hypothesen auf, führt Experimente durch, analysiert die Daten und vergleicht sie mit den Erwartungen. So verbessert es Schritt für Schritt seine Annahmen. Das berichtet das Team um Ross King von der Universität von Wales in Aberystwyth in der britischen Fachzeitschrift Nature (Bd. 427, S. 247).

Die Forscher haben den Robot-Wissenschaftler erfolgreich an der Aufgabe getestet, das Erbgut des Hefepilzes Saccharomyces cerevisiae zu untersuchen. Der Roboter erkundete, wie die Gene des Pilzes die Synthese von Aminosäuren steuern. Die Maschine prüft, ob bestimmte "Knockout Mutanten" -- das sind Hefepilze, bei denen einzelne Gene ausgeschaltet wurden -- in Nährlösungen wachsen, in denen spezifische "Metabolite" zugesetzt wurden. Die Planung, Vorbereitung und Auswertung der Exerimente geschieht vollautomatisch, die Kulturen werden lediglich von Hand in die Brutschränke und wieder zurück befördert.

Die einzelnen Arbeitsschritte sind in der Genetik schon lange automatisiert. Nun entwickelte die Arbeitsgruppe um King eine lernfähige Software, die alle Prozesse steuert. Kernstücke sind in Prolog implementierte Algorithmen, die aktiv lernen können. Sie können Hypothesen erarbeiten, logische Verknüpfungen herstellen und entscheiden, mit welchen Experimenten diese am effektivsten zu prüfen sind. Das verfügbare Wissen über das Zusammenwirken zwischen Aminosäuren, Enzymen und Gen-Sequenzen im Hefepilz steckt dabei in dem Modell –- einem gerichteten Graphen –-, mit dem die Software arbeitet. Die Prolog-Software gibt nach dem Entwurf des Experimentes Tcl-Kommandos aus, die den eigentlichen Roboter steuern.

Tests zeigten, dass die Ergebnisse des Robot-Wissenschaftlers mit denen seiner menschlichen Kollegen vergleichbar sind - die Maschine kommt jedoch sehr viel schneller und mit einer bis zu zwei Dritteln preiswerteren Experimentierstrategie zum Ziel. Bisher hat der Roboter allerdings nur bereits gelöste Probleme nachvollzogen, um die Methode zu testen. Das nächste Ziel der Wissenschaftler ist es, den Robot-Kollegen komplexere Aufgaben lösen zu lassen -- zum Beispiel für die Herstellung neuer Arzneiwirkstoffe. Dadurch soll künftig einmal eine große Zahl von Molekülen billiger als bisher getestet werden können. (wst)