Deep reinforcement learning for the control of microbial co-cultures in bioreactors
Notice bibliographique
Résumé
Data for the figures in the paper: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/457366v2 (in press PLoS Comp Biol.) Abstract: Multi-species microbial communities are widespread in natural ecosystems. When employed for biomanufacturing, engineered synthetic communities have shown increased productivity in comparison with monocultures and allow for the reduction of metabolic load by compartmentalising bioprocesses between multiple sub-populations. Despite these benefits, co-cultures are rarely used in practice because control over the constituent species of an assembled community has proven challenging. Here we demonstrate, in silico, the efficacy of an approach from artificial intelligence – reinforcement learning – for the control of co-cultures within continuous bioreactors. We confirm that feedback via reinforcement learning can be used to maintain populations at target levels, and that model-free performance with bang-bang control can outperform a traditional proportional integral controller with continuous control, when faced with infrequent sampling. Further, we demonstrate that a satisfactory control policy can be learned in one twenty-four hour experiment by running five bioreactors in parallel. Finally, we show that reinforcement learning can directly optimise the output of a co-culture bioprocess. Overall, reinforcement learning is a promising technique for the control of microbial communities.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,003 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,004 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,009 | 0,008 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».