由伊利诺伊大学化学与生物分子工程系教授赵慧敏领导的一个跨学科团队，通过美国能源部的“创世计划”（Genesis Mission）获得了第一阶段资助，用于开发全球首个专门针对代谢工程设计的基底模型。
代谢工程使微生物能够生产可再生化学品、燃料和材料等高附加值产品。然而，要确定最佳的生物设计，就需要从海量的可能基因和代谢组合中进行筛选。现有的机器学习方法通常是为狭义定义的任务而开发的，且依赖于有限的数据集，因此难以广泛应用。
“由于基因、酶、代谢途径以及环境相互作用的复杂性，生物设计面临着巨大的挑战，”赵说，“我们的目标是构建人工智能基础模型，使其能够从多样化的生物数据中学习，并帮助科学家以远高于当今水平的效率来预测和设计新的生物功能。”
“创世计划”（Genesis Mission）是由美国能源部牵头的一项具有历史意义的国家计划，旨在构建全球最强大的综合科学发现平台。 该计划通过汇聚政府、产业界、学术界和慈善界的力量，借助一个融合人工智能、超级计算、量子系统和先进科学仪器的新平台，正在加速能源、科学发现和国家安全领域的突破性进展。
赵教授与来自劳伦斯伯克利国家实验室的赫克托·加西亚·马丁以及来自阿贡国家实验室的阿尔文德·拉马纳坦共同担任该项目的合作研究员。该团队将共同开发代谢工程基础模型（MEFMs），这是一种新型人工智能工具，旨在彻底改变科学家为国内制造而设计生物系统的方式。 7月22日，该团队与来自全国各地的其他研究人员一同参加了在华盛顿特区举行的“创世使命峰会”（Genesis Mission Summit）。
“该项目是人工智能驱动的科学发现时代中令人振奋的又一步，将在未来数年推动能源、生物技术以及国家竞争力领域的突破，”伊利诺伊大学负责研究与创新的高级副校长苏珊·马蒂尼斯表示。 “赵教授非凡的远见将彻底改变代谢工程领域，我们非常高兴该团队入选了‘创世使命’项目的第一批项目。”
拟开发的MEFM模型将利用多种生物数据集进行训练，包括基因组序列、代谢网络、蛋白质结构以及多组学数据。预计这些模型将学习到生物系统的可迁移表征，从而支持从代谢通路优化到菌株工程等广泛的应用。
该项目基于伊利诺伊州美国能源部（DOE）先进生物能源与生物产品创新中心资助的近十年研究成果，进一步拓展了赵教授开发的TorchCell框架。 该团队还将基于阿贡国家实验室率先开发的GenSLM平台，开发新一代基因组大型语言模型，并将先进的人工智能能力与广泛的实验基础设施相结合。
该奖项是通过“创世任务”（Genesis Mission）第一阶段项目征集公告（RFA）颁发的。第一阶段RFA奖项的目标是发掘能够推动科学能力实现变革的具有前景的途径，并为未来的投资和规模化发展奠定基础。 项目团队将设计并验证将人工智能与科学研究相结合的研究工作流程，同时严格评估这些方法能否加速科学发现、提升预测能力、优化实验过程或产生新的科学见解。
如果取得成功，MEFMs 将能显著加快推动代谢工程发展的“设计-构建-测试-学习”循环，从而实现对多种生物体中代谢途径、酶功能及微生物生产系统的预测性设计。
“我们的愿景是让代谢工程具备更强的可预测性和可扩展性，”赵表示。“这一能力有望大幅缩短国内生物制造的研发周期，并有助于为能源、材料和工业生物技术领域开辟新的解决方案。”
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、劳伦斯伯克利国家实验室和阿贡国家实验室的顶尖研究人员通力合作，汇集了人工智能、合成生物学、实验室自动化和大规模科学计算领域的专业知识，以推动下一代科学发现的发展。
原文来源：Biodiesel Magazine
英文原标题：Illinois-led team selected for DOE Genesis Mission award | Biodiesel Magazine
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