KSP: “AILEEN” Artificial Intelligence guided Multi-Microbial Cultivation process

I industriell bioteknologi er en digital og automatisert revolusjon kjent som Bioprosess Industri 4.0. Denne transformative bølgen har bygget seg opp over tre tiår, drevet av store fremskritt innen bioteknologi. Genetiske modifikasjoner har gitt bakterier muligheten til å fungere som miniatyr fabrikker, som konverterer bioressurser til ettertraktede produkter som fargepigmenter, parfymer og kraftige antimikrobielle midler. De fleste bakterier Imidlertid foretrekker glukose over andre sukkerarter, noe som begrenser vår evne til å utnytte nye bioressurser som sukkerrik tang. Tidligere forsøk på å utvide bakteriers substratpreferanser gjennom omfattende genetiske endringer har mislyktes på grunn av genetisk ustabilitet. For å låse opp denne teknologiens potensial, står vi overfor tre nøkkelutfordringer: Utvikle en mikrobiell bioprosess som omgår metabolske begrensninger, slik at cellene kan utføre komplekse oppgaver med minimale genetiske endringer. Skape et sofistikert biosensor-tilbakekoblingssystem innenfor samdyrkninger for å overvåke og kontrollere deres intrikate dynamikk. Utforme effektive metoder for samdyrkningkontroll. Møt "AILEEN," vårt tverrfaglige teams banebrytende skapelse. AILEEN er en AI-drevet lærealgoritme som administrerer bakteriestammer i samdyrkninger. Cellefabrikkene vil effektivt konsumere de fleste sukkerarter innen komplekse substrater. Som et supplement til AILEEN er det et toppmoderne biosensorsystem som raskt gir tilbakemelding om samdyrkningskomposisjon og forhold. AILEEN lærer kontinuerlig av samspillet med samdyrkningen og optimaliserer balanse og forhold over tid. De praktiske implikasjonene er dype. Vi vil demonstrere hvordan AILEEN, sammen med samdyrkningsteknologi, kan fullt ut utnytte det uutnyttede potensialet til tang og produsere produkter med høy verdi. Denne monumentale transformasjonen lover å omforme industriell bioteknologi og fremme innovasjon innenfor aktiverende teknologier.

Without doubt, the future of industrial biotechnology will incorporate digitalization, automation to improve bioprocess industry 4.0. Over the last 3 decades, biotechnology have made immense progress and genetic modifications have turned bacteria into micro production units that can convert feedstocks into products desired by modern society, e.g. colors, perfumes, antimicrobials. But most microbes prefer glucose over other sugars, which prevents bioprocesses to deploy new bioresources, e.g. seaweed, that contain sugar mix. Attempts to introduce large numbers of modifications in bacteria to extend their substrate spectra have so far failed due to genetic instability. To enable this technology we need to i) develop a microbial bioprocess that can bypass this metabolic burden so the cells can perform complex operations with minimal genetic modifications ii) develop biosensor feedback system in co-cultures and iii) develop control of the co-culture despite its complex dynamics. Our interdisciplinary team will establish the knowledge and approach to create "AILEEN", a novel A.I. reinforcement learning algorithm that supervises a palette of strains in co-cultures, each cell can stably and rapidly consume one type of sugar in complex substrates. A novel biosensor system will provide rapid feedback about the consortia composition and co-culture conditions back to AILEEN, which learns by interaction with the co-culture how to improve its balance and conditions. We will demonstrate how this radically new technology can fully utilize abundant, yet unexploited brown seaweed and produce high valuable products. AILEEN, with her accompanied co-culture technology holds the potential to transform industrial bioprocess forever, moving from traditional monocultures to effective co-cultures, enabling to valorize a range of alternative bioresources. This radical bioprocess transformation will be realised across the enabling technologies industrial Biotechnology.