Labor bez lidí

V KIWI Biolab, jednom z předních světových laboratoří pro vývoj bioprocesů, je nasazen systém 48 bioreaktorů integrovaný do laboratorního robota, který umožňuje paralelní kultivaci a automatické sledování biologických procesů za kontrolovaných podmínek.

Zní to trochu jako vědecká fantastika: Laboratoř, která je schopná plánovat, provádět a vyhodnocovat svá experimenty do značné míry samostatně. Ve kterém spolupracují roboty řízené počítači a umělou inteligencí (AI) s nejmodernějšími analytickými přístroji. A ve kterém už se nikdo nemusí bít do večera, aby krmil buňky a udržoval pokusy v chodu. Přesně to se ale stalo realitou v biolaboratoři KIWI Biolab na TU Berlin. Vývojáři plně automatizované high-tech laboratoře budou své know-how v budoucnu také využívat v novém výzkumném centru „Der Simulierte Mensch“ (Si-M) od TU Berlin a Charité – Universitätsmedizin Berlin.

„Vždy mě zajímalo, jak co nejrychleji uvést nové biologické procesy z laboratoře do praxe,“ říká prof. Dr. Peter Neubauer, který na TU Berlin vede obor Bioverfahrenstechnik. Spoluzakladatel a vedoucí KIWI Biolabu je vyškolený mikrobiolog. Takže se nejprve ptal především na otázky týkající se bakterií, kvasinek a hub: Jak nejlépe udržovat takové organismy v bioreaktorech? A to tak, aby se nejen množily a dobře se jim dařilo, ale také aby produkovaly cenné látky, například speciální proteiny pro farmaceutický průmysl.

Najít na to odpověď je velmi složité. Malí výrobci totiž často velmi citlivě reagují na své prostředí. V laboratoři na mililitrském měřítku se mohou chovat naprosto správně. To však nemusí znamenat, že se budou chovat stejně i v bioreaktoru s několika sty kubickými metry obsahu. Před průmyslovým využitím je proto třeba zjistit, za jakých podmínek které organismy zvládnou nejlépe splnit požadovanou úlohu.

Automatizovaná práce v laboratoři

Stopy toho mohou poskytnout modelové výpočty. Jak rychle organismus roste? Kolik substrátu při tom spotřebuje? Tyto a další parametry shrnuje Peter Neubauer se svým týmem do matematických vzorců. V počítači pak lze porovnat, jak různé varianty procesu probíhají a které z nich přinášejí nejlepší výsledky.

„Takové matematické modely však můžeme také propojit s roboty a analytickými přístroji,“ vysvětluje Peter Neubauer. Tímto způsobem lze práci v laboratoři digitalizovat a automatizovat. Jeden typ robotů například v určitých časech odsává několik mililitrů tekutiny z bioreaktoru. Jeden z jeho mobilních kolegů následně přenese vzorek k měřicímu přístroji, který analyzuje jeho vlastnosti. Aby to fungovalo, musí technické pomocníky jejich práce koordinovat tak, aby každý ve správný okamžik dělal to správné. „K tomu potřebujeme rozsáhlé počítačové programy,“ říká Peter Neubauer.

Extrémně zajímavé pro farmaceutický průmysl

Ale námaha se vyplatí. KIWI Biolab se již řadí mezi přední světová pracoviště pro vývoj bioprocesů. Díky využití matematických modelů a umělé inteligence je možné tam provádět i složité experimenty plně automaticky. AI například rozhodne, kdy je vhodné odebrat vzorek, a pak nastaví potřebné kroky. Zajišťuje, že organismy v bioreaktoru mají vše, co potřebují, automaticky udržuje teplotu, pH a další vlivy v optimálním rozmezí. Tím řídí proces tak, aby dosáhl co nejvyšší výtěžnosti nebo určité kvality požadovaného produktu. Dokáže dokonce rozpoznat, kdy experiment neprobíhá dobře, a tak jej může ukončit, zopakovat nebo upravit.

„To všechno je například pro farmaceutický průmysl extrémně zajímavé,“ říká Peter Neubauer. Vyplatí se jít s novým produktem z laboratoře do praxe? Který z několika možných kandidátů je nejvíce nadějný? A jak bude vypadat optimální výrobní proces? Takové otázky lze v KIWI Biolabu řešit mnohem rychleji a efektivněji než v běžném laboratoři.

Data-marketplace pro biotechnologický sektor

Není divu, že Peter Neubauer a jeho tým spolupracují na mnoha projektech s výrobci léků. „Vývoj nového léku stojí v průměru 2,5 miliardy dolarů a trvá deset až patnáct let,“ říká vědec. Každý zbytečný experiment nebo každý ušetřený den tak pomáhá pacientům i firmám.

Od průmyslu přišla také nová výzva pro skupinu na TU. „Dosud jsme se hlavně zabývali procesy, ve kterých hrají roli mikroorganismy,“ vysvětluje Peter Neubauer. „Existuje ale také velký zájem o podobné postupy pro buněčné kultury.“ Přesně tím se bude jeho pracovní skupina v budoucnu zabývat v rámci výzkumného centra Si-M, ve kterém spolupracují TU Berlin a Charité – Universitätsmedizin Berlin.

Dalším hlavním tématem bude vývoj datového marketplace pro biotechnologický sektor: Jaké informace je třeba při experimentu zaznamenat, aby bylo možné jej reprodukovat? Jak data prezentovat a nabídnout ostatním, aby je mohli pochopit a využít? I v těchto otázkách má tým za léta nasbírané velké zkušenosti.

„Z mého pohledu nejsme já a můj tým jádro skupiny v Si-M,“ říká vědec. „Proto se do nového výzkumného centra postupně přesune jen malá část našich lidí. Naše kompetence jsou ale zajímavé pro mnoho skupin, které tam budou pracovat.“ Protože roboti a AI pravděpodobně budou hrát v budoucnu stále důležitější roli i v dalších laboratořích. A aby technické pomocníky správně plnily své úkoly, je před Peterem Neubauerem a jeho týmem ještě hodně práce.

Výzkumné centrum Der Simulierte Mensch (Si-M)

V úterý 22. dubna 2026 se po čtyřech letech od položení základního kamene otevřou dveře pětipodlažní budovy výzkumného centra „Der Simulierte Mensch“. Na kampusu v Berlíně-Wedding budou od té doby lékaři, přírodovědci a inženýři z různých disciplín TU Berlin a Charité úzce spolupracovat na vývoji nových terapeutických a diagnostických přístupů k nemocem. Bioanalytika, technologie organoidů a metody měření buněk jsou propojené s genetikou jednotlivých buněk, bioinformatikou, automatizací a lékařskou technologií, často vázané na další obory a excelentní klustery. Umělé mini-orgány z lidských buněk, které se vejdou na čip, mají nahradit pokusy na zvířatech; slepením vzájemně interagujících proteinů mají být odhaleny dosud neznámé procesy v buňkách.

Architektonicky je již v budově Si-M navržena integrativní pracovní atmosféra a plánovaný dialog s veřejností: v prosvětleném centrálním atriu s kavárnou a kulatým přednáškovým sálem se majestátně vine otevřené schodiště do výšky. Vedou do prostorných laboratoří plných moderní technologie, jako jsou hmotnostní spektrometrie, bioprinting, laserové skenovací mikroskopy a další.

Další informace:

Obor Medicínská biotechnologie bude s výzkumem organoidů v budoucnu zastoupen také v novém berlínském výzkumném centru „Der Simulierte Mensch“. Čtěte zde, o čem je výzkum prof. Dr. Sina Bartfelda.