Robot z PAN odkrył cztery nowe reakcje chemiczne w 30 dni

Robot z Instytutu Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie przez 30 dni samodzielnie prowadził doświadczenia, analizował ich wyniki i wybierał kolejne kroki. Podjął ponad 3000 decyzji, a analiza 100 wybranych reakcji doprowadziła do odkrycia czterech nieopisanych wcześniej przemian o wysokiej enancjoselektywności.

Urządzenie opracował zespół kierowany przez dr. Jarosława M. Grandę. Wyniki opisano w czasopiśmie Nature Communications. Liczba 3000 nie oznacza jednak 3000 doświadczeń, bo obejmuje decyzje oprogramowania, np. o dalszym badaniu określonych warunków. Nie chodzi też o nowe pierwiastki czy substancje, lecz o nowe sposoby przeprowadzania przemian chemicznych.

Jak działa robot

Konstrukcja opiera się na robocie do przenoszenia cieczy poruszającym się w trzech osiach. Igła połączona z pompą strzykawkową pobiera roztwory i umieszcza je w fiolkach, których uchwyty wydrukowano w 3D. Reakcje można prowadzić w temperaturach od -40 do ok. 90 st. C, a skład mieszaniny sprawdza chromatografia. Dwa moduły analityczne badały 40–50 mieszanin dziennie, także w nocy i w weekendy.

Decyzje podejmuje algorytm głębokiego uczenia przez wzmocnienie. Zanim sterował prawdziwym urządzeniem, trenował w dwóch środowiskach wirtualnych: pierwszy agent przeszedł 20 mln interakcji, drugi 10 mln. Robot decydował, jak długo prowadzić reakcję, w jakiej temperaturze i czy dany kierunek warto kontynuować.

Znaczenie dla farmacji

Badania dotyczyły organokatalizy asymetrycznej, czyli otrzymywania cząsteczek o określonej budowie przestrzennej. Ma to znaczenie przy projektowaniu leków, ponieważ lustrzane odmiany cząsteczek mogą w organizmie działać odmiennie. Jedna z odkrytych przemian prowadzi do związku o chiralności osiowej, trzy pozostałe umożliwiają syntezę allenów. Jeden z wyników to pierwsza enancjoselektywna funkcjonalizacja fragmentu zwanego pirolopirolem.

Autorzy podkreślają, że robot nie prowadzi w pełni niezależnych badań: ludzie wyznaczyli obszar poszukiwań, przygotowali substraty, zbudowali aparaturę i opracowali sposób analizy. Produkty wymagały dodatkowej charakterystyki. System działał w grupie reakcji z chiralnymi kwasami fosforowymi i nie wiadomo, czy poradzi sobie z innymi procesami. Nie ma też podstaw, by sądzić, że odkrycia szybko przełożą się na nowe leki. Chemicy mogą jednak zlecić maszynie powtarzalne eksperymenty i część decyzji, a sami skupić się na planowaniu badań i interpretacji wyników.