BioDiscoveryAgent: An AI Agent for Designing Genetic Perturbation Experiments
Notice bibliographique
Résumé
Agents based on large language models have shown great potential in accelerating scientific discovery by leveraging their rich background knowledge and reasoning capabilities. In this paper, we introduce BioDiscoveryAgent, an agent that designs new experiments, reasons about their outcomes, and efficiently navigates the hypothesis space to reach desired solutions. We demonstrate our agent on the problem of designing genetic perturbation experiments, where the aim is to find a small subset out of many possible genes that, when perturbed, result in a specific phenotype (e.g., cell growth). Utilizing its biological knowledge, BioDiscoveryAgent can uniquely design new experiments without the need to train a machine learning model or explicitly design an acquisition function as in Bayesian optimization. Moreover, BioDiscoveryAgent, using Claude 3.5 Sonnet, achieves an average of 21% improvement in predicting relevant genetic perturbations across six datasets, and a 46% improvement in the harder task of non-essential gene perturbation, compared to existing Bayesian optimization baselines specifically trained for this task. Our evaluation includes one dataset that is unpublished, ensuring it is not part of the language model's training data. Additionally, BioDiscoveryAgent predicts gene combinations to perturb more than twice as accurately as a random baseline, a task so far not explored in the context of closed-loop experiment design. The agent also has access to tools for searching the biomedical literature, executing code to analyze biological datasets, and prompting another agent to critically evaluate its predictions. Overall, BioDiscoveryAgent is interpretable at every stage, representing an accessible new paradigm in the computational design of biological experiments with the potential to augment scientists' efficacy.
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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 | 0,003 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,008 | 0,002 |
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 ».