Dwóch studentów z wydziałów nauk ścisłych i matematyki bada nowe sposoby wprowadzania hodowanych owoców morza na rynek. Pomysł Kevina Shena (BSc ’24) i Rikarda Saqe na zastosowanie modelowania komputerowego w celu zrozumienia, w jaki sposób komórki ryb rosną i przekształcają się, przyniósł im ponad 700 000 dolarów w formie grantów z Good Food Institute (GFI) i Mitacs New Harvest na zwiększenie skali ich wysiłków badawczych.
Shen jest studentem studiów magisterskich (biologia) i niedawnym absolwentem programu informatyki, podczas gdy Saqe kończy studia licencjackie na Wydziale Matematyki z nadzieją na kontynuowanie nauki na studiach magisterskich. Podczas studiów licencjackich w Waterloo, obaj studenci odbyli staże kooperacyjne, w ramach których wykorzystywali techniki uczenia maszynowego AI do analizy dużych zbiorów danych. Ich wspólne umiejętności i pasje skłoniły ich do zajęcia się bioinformatyką, dziedziną, w której mogliby zająć się złożonymi problemami dobrostanu zwierząt i bezpieczeństwa żywnościowego. Shen i Saqe uważają, że zastosowania AI dopiero zaczynają być eksplorowane i chętnie wezmą udział w tych działaniach.
„Zmiany klimatyczne i bezpieczeństwo żywnościowe to dwa największe wyzwania, z którymi mierzymy się jako społeczeństwo” – mówi Shen. „Alternatywne białka i rolnictwo komórkowe wykorzystują znacznie mniej ziemi i wody, zapewniając zrównoważoną alternatywę dla tradycyjnych produktów mięsnych”.
Ich badania są wspierane grantami i nadzorem dr Briana Dixona, profesora na Wydziale Biologii Uniwersytetu Waterloo i kierownika Kanadyjskiej Katedry Badawczej ds. Ryb i Immunologii Środowiskowej, dr Briana Ingallsa, profesora na Wydziale Matematyki Stosowanej, dr Nguyen Vo (doktorat z 2015 r.), profesora na Uniwersytecie Wilfrid Laurier. Celem studentów jest stworzenie naukowych podstaw, które mogłyby przyczynić się do produkcji żywności hodowlanej na dużą skalę, w szczególności ryb. Cele badawcze zostały opracowane w ramach zespołu projektowego Waterloo Alt Protein Project, będącego częścią globalnej sieci ponad 60 organizacji studenckich wspieranych przez GFI.
Wszystko zaczyna się od wykorzystania AI do analizy generowanych przez nie zestawów danych. Korzystając z AI, mają nadzieję ułatwić lepsze zrozumienie przewidywania i ulepszania zachowania komórek, tworzyć szczegółowe profile genomiczne i proteomiczne kilku gatunków ryb, wykorzystywać technologie multiomiczne, w tym sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek. Techniki te zapewnią wgląd w skład komórkowy tkanek, ujawniając komórki i pokazując, w jaki sposób te różnice wpływają na funkcje biologiczne i rozwój.
Zebrane dane zostaną wykorzystane do opracowania modeli obliczeniowych, które zwiększą zrozumienie regulacji genów, wzrostu i rozwoju komórek. Modele te mają na celu ukierunkowanie licznych problemów w obrębie hodowanych owoców morza, takich jak formułowanie zoptymalizowanych, wolnych od zwierząt mediów surowicy, niezawodne indukowanie unieśmiertelnienia komórek oraz poprawa proliferacji i różnicowania komórek na dużą skalę.
„Hodowlane owoce morza mają potencjał, aby zmniejszyć obciążenie środowiska rybołówstwem komercyjnym, jednocześnie zmniejszając zależność od żywych zwierząt jako pożywienia” — mówi Saqe. „Mogą również zapewnić bezpieczniejsze opcje żywnościowe poprzez wyeliminowanie szkodliwych elementów, takich jak rtęć i mikroplastik”.
Wszystkie dane i modele będą publicznie udostępniane na platformie „atlasu mięsnego uprawnego”, aby wesprzeć innych badaczy w tej dziedzinie. Te zbiorowe badania mają na celu opracowanie ryb hodowanych w laboratorium, które ściśle naśladują filet zwierzęcy do dystrybucji komercyjnej, bez negatywnych reperkusji rybołówstwa i akwakultury.
Ich dotychczasowa praca to kompleksowy przegląd uczenia maszynowego w hodowli mięsa, opracowany we współpracy z New Harvest i Alberta Machine Intelligence Institute, dostępny jako preprint.
Sara Fullerton
