Why is Artificial Intelligence Crucial for Biotechnology? – Eugenia Kuzmenko -Readwrite Aug 18, 2022

ترجمة أ.شذى عابدين كيمياء حيوية – مستشفى رفيق الحريري – لبنان

تكمن التكنولوجيا الحيوية في وسط علم الأحياء، من خلال التقنيات الحديثة، حيث تُستخدم العمليات البيولوجية والكائنات والخلايا والجزيئات والأنظمة لإنشاء منتجات جديدة لصالح البشرية. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي على أبحاث وتطوير معملي من خلال المعلوماتية الحيوية لاستكشاف واستخراج الكتلة الحيوية، من خلال الهندسة الكيميائية الحيوية لتطوير منتجات عالية القيمة. تعمل التكنولوجيا الحيوية في مجالات مختلفة كالزراعية، والطبية، والحيوانية، والصناعية، وغيرها. يمكن أن تكون التكنولوجيا الحيوية البيضاء، المتعلقة بإنشاء منتجات تتطلب عمليات كيميائية من الكتلة الحيوية، أحد الحلول لأزمة الطاقة من خلال إنتاج الوقود الحيوي، الذي يمكن استخدامه للمركبات أو التدفئة. 

تحتفظ كل منظمة تعمل في مجال التكنولوجيا الحيوية بمجموعات ضخمة من البيانات المخزنة في قواعد البيانات. يجب تصنيف هذه البيانات وتحليلها لتكون صالحة وقابلة للتطبيق. كما يجب دعم عمليات مثل تصنيع الأدوية والتحليل الكيميائي ودراسات الإنزيمات والعمليات البيولوجية الأخرى بأدوات صلبة محوسبة للحصول على أداء ودقة عاليين، بالإضافة إلى المساعدة في تقليل الأخطاء اليدوية. يُعد الذكاء الاصطناعي أحد أكثر التقنيات المفيدة التي تساعد في إدارة العمليات البيولوجية، وإنتاج الأدوية، وسلسلة التوريد، والتعامل مع البيانات داخل التكنولوجيا الحيوية. يتفاعل الذكاء الاصطناعي مع البيانات الواردة من خلال المؤلفات العلمية وتجارب البيانات السريرية. ويدير مجموعة بيانات التجارب السريرية غير القابلة للقياس، ويتيح الفحص الافتراضي، وتحليل الحجم الكبير من البيانات. ونتيجة لذلك، فإنه يقلل من تكاليف التجارب السريرية، ويؤدي إلى اكتشافات ورؤى لأي مجال تعمل فيه التكنولوجيا الحيوية.

إن البيانات الأكثر قابلية للتنبؤ تُسهّل بناء عمليات العمل، وتعزز سرعة الأداء، ودقة الإجراءات، وتجعل صنع القرار أكثر كفاءة. 79ا% يدّعون أن تقنية الذكاء الاصطناعي تؤثر على سير العمل وتصبح حاسمة للإنتاجية. أصبحت كل هذه النتائج حلولًا أكثر فعالية من حيث التكلفة. نمت الإيرادات المقدرة المكتسبة بمساعدة الذكاء الاصطناعي بمقدار 1.2 تريليون دولار في السنوات الثلاث الماضية.

مزايا استخدام الذكاء الاصطناعي في التكنولوجيا الحيوية.

ينطبق الذكاء الاصطناعي في مجالات مختلفة، ولكن الأهم هو استخدامه في الرعاية الطبية. على الرغم من أن قدرة هذه التكنولوجيا، مثل تصنيف البيانات وإجراء التحليلات التنبؤية، مفيدة لأي مجال علمي. 

إدارة وتحليل البيانات

تتوسع البيانات العلمية باستمرار، ويجب ترتيبها بطريقة هادفة. هذه العملية معقدة، وتستغرق وقتًا طويلاً. يجب على العلماء القيام بمهام متكررة وثقيلة، وبدقة عالية. تُعد البيانات التي يعملون عليها جزءًا كبيرًا من عملية البحث، مما يؤدي إلى ارتفاع التكلفة وفقدان الطاقة في حالة الفشل. علاوة على ذلك، لا تؤدي أنواع كثيرة من البحث إلى حلول عملية، حيث تفشل في ترجمتها إلى لغة بشرية. تساعد برامج الذكاء الاصطناعي في تشغيل آلي لصيانة البيانات وتحليلها. تساعد المنصات مفتوحة المصدر المدعومة بالذكاء الاصطناعي في تقليل المهام المتكررة واليدوية والمستهلكة للوقت الذي يتعين على عُمّال المختبرات القيام بها، مما يمكنهم من التركيز على العمليات المدفوعة بالابتكار. يتم فحص التعديل الجيني والتركيبات الكيميائية والفحوصات الدوائية وغيرها من المهام المعلوماتية الحرجة بدقة، للحصول على نتائج أقصر وأكثر موثوقية. إن الصيانة الفعّالة للبيانات أمر بالغ الأهمية لكل قطاع علمي. ومع ذلك، فإن الميزة الأكثر أهمية للذكاء الاصطناعي هي قدرته على تنظيم البيانات في أشكال، وتحقيق نتائج يمكن التنبؤ بها.

الوصول إلى البيانات حول الاكتشافات للعلماء في جميع أنحاء العالم

تساعد أدوات الذكاء الاصطناعي في فك تشفير البيانات للكشف عن آليات أمراض معينة في مناطق مختلفة وتساعد في جعل النماذج التحليلية دقيقة لجغرافيتها. قبل استخدام الذكاء الاصطناعي، تم إجراء تجارب تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة لتحديد بنية البروتينات. والآن، يتوفر حوالي 180.000 بنية بروتينية صنعها البرنامج من خلال بنك بيانات البروتين مجانًا ليستخدمها العلماء. يساعد التعلم الآلي في جعل تشخيص الخطوط أكثر دقة، باستخدام النتائج الفعلية لتحسين الاختبارات التشخيصية. وكلما تم إجراء المزيد من الاختبارات، يتم الحصول على نتائج أكثر دقة.

يُعد الذكاء الاصطناعي أداة رائعة لتحسين السجلات الصحية الإلكترونية باستخدام الأدوية المسندة بالأدلة وأنظمة دعم القرار السريري

يستخدم الذكاء الاصطناعي أيضًا بشكل متكرر في التلاعب الجيني، والأشعة، والطب الشخصي، وإدارة الأدوية، وغيرها من المجالات. على سبيل المثال، وفقًا للدراسة الحالية، حسّن الذكاء الاصطناعي من دقة وكفاءة فحص سرطان الثدي مقارنة بأخصائي أشعة الثدي القياسي. بالإضافة إلى بحث آخر يدّعي أن سرطان الرئة يمكن اكتشافه بشكل أسرع عن طريق الشبكات العصبية مقارنة بأخصائيي الأشعة المدربين. تطبيق آخر للذكاء الاصطناعي هو اكتشاف الأمراض بشكل أكثر دقة من خلال الأشعة السينية والتصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي من خلال برنامج يحركه الذكاء الاصطناعي.

يقلل من وقت البحث

انتشرت الأمراض الجديدة بسرعة عبر البلدان بسبب العولمة. لقد شهدناها مع كوفيد -19؛ نتيجة لذلك، يتعين على التكنولوجيا الحيوية تسريع إنتاج الأدوية واللقاحات اللازمة لمواجهة مثل هذه الأمراض. يحافظ الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي على عملية اكتشاف المركبات المناسبة، والمساعدة في تركيبها في المختبرات، والمساعدة في تحليل البيانات من أجل الفعالية، وتزويدها بالسوق. يقلل استخدام الذكاء الاصطناعي في التكنولوجيا الحيوية من الوقت في أداء العمليات من 5-10 سنوات إلى 2-3 سنوات.

زيادة إنتاج الحصاد

تُعد التكنولوجيا الحيوية أمرًا بالغ الأهمية في الهندسة الوراثية للنباتات لتوليد محاصيل أكثر ثراءً. يتزايد دور التقنيات القائمة على الذكاء الاصطناعي في دراسة خصائص المحاصيل ومقارنة الصفات وتوقع مخرجات واقعية. تستخدم التكنولوجيا الحيوية الزراعية أيضًا الروبوتات، وهي فرع من فروع الذكاء الاصطناعي، للتصنيع والتجميع والمهام الأخرى. من خلال الجمع بين هذه البيانات مثل تنبؤات الطقس، وخصائص الزراعة، وإمكانية الوصول إلى البذور، والسماد العضوي، والمواد الكيميائية، يساعد الذكاء الاصطناعي في التخطيط للأنماط المستقبلية في تداول المواد. 

الذكاء الاصطناعي في التكنولوجيا الحيوية الصناعية

يُستخدم إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي على نطاق واسع في إنتاج المركبات والوقود والألياف والمواد الكيميائية. يحلل الذكاء الاصطناعي البيانات التي جمعها إنترنت الأشياء لتحويلها إلى بيانات قيّمة، لتحسين عملية الإنتاج وجودة المنتج من خلال التنبؤ بالنتائج. تأتي عمليات المحاكاة الحاسوبية والذكاء الاصطناعي بالتصميم الجزيئي المتوقع. يتم إنتاج سلالات من خلال الروبوتات والتعلم الآلي لاختبار دقة تطوير الجزيء المطلوب. 

الذكاء الاصطناعي في التكنولوجيا الحيوية الصناعية

يُستخدم إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي على نطاق واسع في إنتاج المركبات والوقود والألياف والمواد الكيميائية. يحلل الذكاء الاصطناعي البيانات التي جمعها إنترنت الأشياء لتحويلها إلى بيانات قيّمة، لتحسين عملية الإنتاج وجودة المنتج من خلال التنبؤ بالنتائج. تأتي عمليات المحاكاة الحاسوبية والذكاء الاصطناعي بالتصميم الجزيئي المتوقع. يتم إنتاج سلالات من خلال الروبوتات والتعلم الآلي لاختبار دقة تطوير الجزيء المطلوب. 

على الرغم من أن هذه مجرد بداية لاستخدام الذكاء الاصطناعي في التكنولوجيا الحيوية، إلا أنه يمكن بالفعل تقديم العديد من التحسينات في مجالات مختلفة. علاوة على ذلك، فإن التطوير المتزايد للبرنامج الذي تم تمكينه بواسطة الذكاء الاصطناعي في التكنولوجيا الحيوية، يوضح إمكانية استخدامه في العديد من العمليات والتكتيكات للحصول على ميزة تنافسية. إن الذكاء الاصطناعي لا يمكن أن يقود الابتكارات فحسب، بل يُعد أيضًا أداة قيّمة لتقليل التكاليف من خلال إجراء اختبارات أكثر دقة، والتنبؤ بالنتائج دون الأداء الفعلي للتجارب في المختبر. بالإضافة إلى العثور على الضروريات المستقبلية للبشرية في الرعاية الصحية والزراعة، وتوقع الخسائر المحتملة، ووضع توقعات للشركات حيث يجب أن تستهدف مواردها من أجل إنتاج وإمداد أكثر فعالية.