Aiplab Solutions sortiert Drosophila melanogaster mithilfe künstlicher Intelligenz

Frauke Posselt, dresden|exists

Normalerweise geht es geschäftig zu im Start-up-Cube Nr. 6. Dann entstehen am 3D-Drucker neue Bauteile und am Prototypen wird die Software getestet. Normalerweise, denn bedingt durch die Corona- Pandemie sind auch die Arbeitsräume für Gründer nicht zugänglich. Markus Badstübner, Tim Schmittman und Sebastian Riechert lassen sich davon nicht aufhalten, denn Anfang nächsten Jahres wollen sie mit ihrem Gerät für die Life Science-Forschung durchstarten.

Badstübner und Schmittman arbeiten nun in einer spontan gegründeten Wohngemeinschaft an digitalen 3DModellen, die den Prototypen simulieren. »Ansonsten nutzen wir die Zeit für Marktrecherchen und die Bewerbung für das Gründerstipendium. Das geht auch gut von zu Hause«, sagt Riechert, der das Team von Aiplab Solutions komplett macht. Das EXIST-Gründerstipendium ist das nächste große Ziel der drei Studenten, die kurz vor ihrem Abschluss stehen. Mit Hilfe der Förderung des Bundeswirtschaftsministeriums wollen sie ihre Entwicklung zur Marktreife bringen. »Zephyrus«, benannt nach einem griechischen Windgott, soll Fliegen künftig auf Basis künstlicher Intelligenz (KI) automatisch sortieren.

Drosophila melanogaster, gemeinhin bekannt als Fruchtfliege, ist einer der meistgenutzten Modellorganismen im Bereich der Genetik, Entwicklungsbiologie und Medizin. Über 6600 Forschungsgruppen weltweit nutzen Fruchtfliegen in Experimenten, beispielsweise für die Auswahl von Wirkstoffkandidaten für neue Medikamente. Dafür müssen die Fliegen nach optisch erkennbaren Merkmalen, wie Geschlecht oder Augenfarbe, sortiert werden, um mögliche Einflussvariablen zu kontrollieren. Bisher wird dies per Hand von Forschern, Studenten oder Aushilfskräften unter dem Mikroskop erledigt.

Zephyrus soll diesen aufwändigen Prozess künftig automatisieren. Über eine grafische Benutzeroberfläche können die Wissenschaftler einfach auswählen, nach welchem Kriterium die Fliegen sortiert werden sollen. »Die Fliegen werden über Luftströme im Gerät transportiert. Eine Saugvorrichtung vereinzelt die Fliegen, ohne sie betäuben zu müssen. Anschließend werden sie mittels Makrofotografie und KI-Algorithmen nach dem ausgewählten Kriterium sortiert und in das entsprechende Ausgabegefäß geleitet «, erklärt Riechert die Funktionsweise.

Durch die Automatisierung können bei Experimenten und großen Screenings der Zeitaufwand, die manuelle Arbeit und damit die Forschungskosten reduziert werden. »Außerdem werden menschliche Fehler aus dem Prozess entfernt und ein größerer Stichprobenumfang möglich. Dadurch wird wiederum die statistische Aussagekraft der Versuche erhöht«, so Riechert weiter.

Die Studenten, die sich über das Studium und private Kontakte kennen, hatten schon länger darüber nachgedacht, wie sie ihre Expertise zusammenbringen können. Schmittmann, der Informatiker, hat bereits als Entwickler gejobbt. Badstübner, der im Masterstudiengang Biologie mit dem Schwerpunkt Molekularbiologie und Genetik studiert, in seiner Freizeit immer gern an Hardware gebastelt. Riechert hat sich wiederum in seinem Studium der Wirtschaftsinformatik viel mit der Anwendung von Machine-Learning-Verfahren befasst. Zur Fruchtfliege sind sie dann eher zufällig gekommen, als Markus Badstübner von Kommilitonen erzählte, die stundenlang unter dem Mikroskop Fruchtfliegen sortierten. Die Idee für Zephyrus war geboren.

Kurz darauf hat sich das Team für das LifeTechLab von dresden|exists beworben und wurden mit ihrer Idee auch ausgewählt. In dem zwölfwöchigen Programm haben die drei gemeinsam mit anderen Gründerteams ein erstes Geschäftskonzept erarbeitet, sich wertvolles Wissen und Know-how angeeignet und sich dadurch auch von der Wirtschaftlichkeit ihrer Idee überzeugt. Nun arbeiten sie an ihrem Prototypen, der die Machbarkeit der KI-basierten Sortierung belegen soll. Eine Forschungsgruppe als ersten Test-Kunden konnten sie dafür bereits gewinnen.

Dieser Artikel ist im Dresdner Universitätsjournal 9/2020 vom 12. Mai 2020 erschienen. Die komplette Ausgabe ist hier im pdf-Format kostenlos downloadbar. Das UJ kann als gedruckte Zeitung oder als pdf-Datei bei bestellt werden. Mehr Informationen unter universitaetsjournal.de.