El robot químico de IA que intenta encontrar el origen de la vida en la Tierra

Lee Cronin equipara lo que está tratando de hacer por la química con lo que hizo el bosón de Higgs por la física de partículas. «Estoy construyendo un gran colisionador de hadrones para el origen de la vida»

«Si le pido a un químico orgánico que me haga una nueva molécula aleatoria, no puedo hacerlo», dice Lee Cronin, profesor de química en la Universidad de Glasgow. «No es porque sean estúpidos. Porque es una petición estúpida. Me preguntarán qué tipo de molécula y qué especificación. Podría llevarles una semana o diez años. Es una pérdida de tiempo «.

Cronin se dio cuenta de que, aunque es una aplicación difícil para un ser humano, probablemente no era un proyecto tan difícil para un robot de aprendizaje automático. «¿Podríamos hacer que un robot comience a mezclar sustancias químicas al azar sin conocimiento previo y ver qué sucede?» En otras palabras, ¿chupar y ver? Pregunta Cronin. Entonces decidió construir uno.

El desarrollo del robot llevó varios años y los primeros resultados se publicaron en la revista Nature. El robot está controlado por un algoritmo de aprendizaje automático y puede ejecutar seis experimentos en paralelo. Las reacciones se evalúan en tiempo real mediante espectrómetros de masas, dispositivos de resonancia magnética nuclear y espectrómetros de infrarrojos. «Me inspiré en la forma en que los drones usan sensores baratos para volar», dice Cronin. «Así que equipé mi robot químico con estos sensores». Luego, un algoritmo clasifica las reacciones químicas.

Usando nucleófilos y electrófilos, una clase de reactivos químicos que pueden reaccionar fácilmente entre sí, uno de los químicos del equipo de Cronin entrenó primero al robot para identificar las reacciones usando algunos ejemplos. Esto fue a menudo un desafío. «Los químicos quieren darle al robot sus ideas», dice Cronin, «estaba muy convencido de que no quería. Quería ver qué sucedió cuando eliminé el sesgo, porque ahora estoy bastante seguro de que descubriremos reacciones completamente nuevas y una reactividad completamente nueva que el químico no podría imaginar «.

En el nuevo artículo, Cronin y su equipo informan que después del entrenamiento inicial, el robot realizó simulaciones, sin datos químicos, para predecir las combinaciones químicas que eran más reactivas y luego predijeron la reactividad de aproximadamente 1,000 reacciones químicas con una precisión del 86%. . «Lo que el robot nos permite hacer es hacer estos descubrimientos más reactivos a menudo más rápido», dice Cronin. «Si este robot no nos da nada más, lo que podemos hacer es reducir la carga de trabajo del químico en un 90%».

Estas predicciones fueron luego confirmadas por un químico y, para sorpresa de Cronin, llevaron al descubrimiento de cuatro nuevas reacciones. «Le pregunté a mi compañero de trabajo si estaba seguro de estos hallazgos, porque mi conocimiento de la química orgánica es bastante pobre», dice Cronin. «Una de las razones por las que realmente tengo un pequeño sesgo es porque soy un idiota. En el futuro, a Cronin le gustaría organizar una competencia similar a la partida de ajedrez de Gary Kasparov contra Deep Blue, pero en su lugar lanza su robot con el mejor químico orgánico del mundo.

El robot de Cronin es el resultado indirecto de un proyecto original muy diferente: la investigación de los orígenes de la vida. En otras palabras, cómo las primeras moléculas que pudieron ensamblarse, replicarse y evolucionar fueron creadas espontáneamente a partir de materia inorgánica. «Hice preguntas como: ¿cuál fue la primera molécula orgánica que pudo autorreplicarse, la primera proteína? Fue muy difícil responder a estas preguntas, por lo que necesitaba desarrollar un motor de búsqueda de productos químicos. “Después de obtener los primeros resultados, se dio cuenta de que el robot podría usarse para un propósito más práctico, como el descubrimiento de nuevos fármacos y productos químicos.

Cronin cree que la versión actualizada del robot es, en algunos aspectos, mejor que los algoritmos de IA desarrollados por DeepMind. “No es que DeepMind no sea bueno, es puramente algorítmico y virtual. Este es un asunto muy diferente. Nuestro robot puede encontrar físicamente algo nuevo. Tenemos un robot que despliega la observación y la creatividad humanas, porque encuentra cosas nuevas que no esperábamos ”, dice. La nueva versión del robot está equipada con sensores adicionales, como pruebas enzimáticas y detectores de luz, que ayudan a realizar descubrimientos químicos con una aplicación específica.

En el futuro, Cronin espera que su invento se convierta en un químico digital genuino: un robot que podrá no solo descubrir nueva química, optimizar moléculas y hacerlas más puras, hacerse cargo del código molecular y producir sustancias químicas a pedido. Las aplicaciones, por supuesto, son enormes, teóricamente nos permiten descubrir y producir de todo, desde medicamentos genéticamente adaptados hasta nuevos plásticos que no contaminan el medio ambiente.

Contrariamente a las expectativas, este robot especial de IA no dejará sin trabajo a los químicos orgánicos. De lo contrario. «Hay mucha gente que sobrecarga la IA como algo sensible», dice Cronin. «El hecho es que la IA es poco más que un algoritmo de regresión. La formación viene del químico. Sin químico, sin IA. «

En cambio, Cronin cree que el robot no solo ahorrará mano de obra innecesaria, sino que garantizará que los químicos orgánicos puedan dedicar más tiempo a una investigación fructífera. Por ejemplo, Cronin y su equipo han comenzado a construir una base de datos de reacciones fallidas, lo que ahorrará tiempo en el futuro, evitando que los químicos repitan experimentos que han demostrado no funcionar. «Históricamente, no hemos hecho nada en términos de química orgánica», dice. «Acabamos de empezar a limpiar la superficie». Él cuantifica esto diciendo que los científicos conocen solo alrededor de 100 millones de moléculas (con un peso molecular de menos de 500) de un posible 1.060.

«Esto significa que hemos logrado menos del 0,000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 (10-52) por ciento de estas moléculas en más de doscientos años». Cronin escribió en su carta de intención a Nature. «A pesar de que los 200.000 químicos que trabajan en el banco en todo el mundo pudieron explorar un promedio de tres condiciones de reacción por día y cada químico trabajó 24 horas al año, el número máximo de nuevas condiciones que podrían explorarse es de aprox. 200 M por año y solo una fracción de ellos produciría nuevas moléculas. De hecho, si exageramos drásticamente la suposición de que toda la población de la Tierra se convirtió en un químico orgánico y exploramos las condiciones de reacción a tiempo completo para la vida del Universo, se podrían sintetizar menos de 1.030 compuestos. «

Mientras tanto, Cronin también avanza en su investigación inicial sobre los orígenes de la vida. En su laboratorio, uno de los robots trabaja con moléculas simples, tratando de hacerlas más complejas de forma espontánea. Teóricamente, estas moléculas tendrían lo que Cronin llama «complejidad irrazonable», moléculas que «son más complicadas de lo que sería razonable que ocurrieran naturalmente sin la intervención de un sistema vivo como yo».

«No hubo creador en la vida, no hubo creacionista, era solo el mundo y su química», dice Cronin. “Así que con nuestro robot hicimos trampa en la medida en que introdujimos estos químicos sofisticados que sabíamos que reaccionarían y nos darían moléculas interesantes. Lo que estamos haciendo ahora es simplificar cada vez más estas moléculas y ver cómo podemos llegar a la complejidad. «

Chronine equipara lo que intenta hacer por la química con lo que hizo el bosón de Higgs por la física de partículas. «Estoy construyendo un gran colisionador de hadrones para el origen de la vida», dice. Y esto podría sorprender a su equipo de expertos en informática. «No les dije de inmediato que ese era el propósito del proyecto», dice Cronin. “Imagínese decirle a un post-médico que resolverá el problema del origen del problema de la vida y que construiremos un robot para fabricar moléculas orgánicas. ¡Él correría! «

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