Deze Delftse start-up laat kunstmatige intelligentie los op de bouwstenen van het leven

Zijn eiwitten – een belangrijke bouwstof voor alles wat leeft – met kunstmatige intelligentie te verbeteren? In een klein kantoor en lab op de Biotech Campus in Delft werkt een internationaal team van software-ontwikkelaars en biologen dat denkt van wel.

Hier huist de start-up Cradle, een bedrijf dat in 2021 werd opgericht door Jelle Prins (ex-Uber), Eli Bixby en Stef van Grieken (beiden ex-Google), Harmen van Rossum (ex-DSM) en Elise de Reus, voormalig werknemer van het Amerikaanse biotechbedrijf Zymergen. De zestien werknemers van Cradle werken op locaties in Delft en het Zwitserse Zürich: biologen, app-ontwerpers, programmeurs en machine learning-experts.

Op de zwaarbeveiligde campus tegenover DSM-fabrieken bouwt Cradle aan een computermodel dat de taal van eiwitten moet leren spreken. Doel is om aanpassingen in eiwitten te bedenken die beter zijn dan wat mensen met behulp van laboratorium-experimenten kunnen ontwikkelen. Denk aan verbeterde antilichamen voor geneesmiddelen of een eiwit dat PET uit plastic flessen makkelijker bij een hoge temperatuur kan afbreken.

Cradle is daarmee een van de nieuwe ondernemingen die de afgelopen jaren zijn opgericht om de snelle ontwikkeling van kunstmatige intelligentie los te laten op traditionele biotechnologie. Het Amerikaanse Absci laat AI nieuwe antilichamen bedenken. Arzeda (ook een Amerikaans bedrijf) gebruikt algoritmen om nieuwe eiwitten te bedenken en het Duitse Cambrium wil AI volledige celfabrieken laten ontwerpen. Cradle richt zich op een specifiek probleem: het verbeteren van eiwitten.

Investeerders volgen de trend. Vorig jaar werd er volgens databedrijf Crunchbase wereldwijd 59 miljard dollar in start-ups geïnvesteerd met kunstmatige intelligentie als specialisme. Dat is twee keer meer dan in 2021. Ook Cradle, dat nog volop in opbouw is, haalde 5,5 miljoen dollar op.

Enkele prominente rijke particulieren – onder wie voormalig DSM-topman Feike Sijbesma en Adriaan Mol van de Amsterdamse betaaldienstverlener Mollie – en een groep durfinvesteerders legden de investeringsmiljoenen in. Met dat geld bouwt Cradle aan een stuk software waarmee biologen straks eiwitten kunnen ontwerpen en verbeteren. Het programma is nu nog in een testfase, waarbij enkele klanten en wetenschappers de software al inzetten. Cradle hoopt eind dit jaar een product te hebben dat grootschalig kan worden gebruikt.

Het is bijzonder dat bij Cradle ondernemers uit softwarebedrijven zoals Google en Uber samenwerken met wetenschappelijk geschoolde experts uit de biotechwereld. „Grote techbedrijven hebben een enorme aversie tegen het openen van dure labs”, zegt Elise de Reus in de kantine van de Biotech Campus. „Omgekeerd zijn biologen allergisch voor software-ontwikkelaars die biologie reduceren tot iets wat programmeerbaar is.” Biologen doen doorgaans experimenten in laboratoria met behulp van verouderde en slecht toegankelijke software die op universiteiten is ontwikkeld.

Gasten van Google

De Reus wandelde in 2021 door een woestijn in Californië, toen ze een appje kreeg van een vriend: ‘Gasten van Google willen met je praten over biotechnologie’. „Toen ik hun pitch las, liep ik verontwaardigd door de woestijn”, vertelt De Reus. „Wie denken ze wel dat ze zijn, dat ze vanuit de wereld van tech even problemen uit de biologie denken te kunnen oplossen? Maar daarna dacht ik: wat zou ik met een enorme zak geld kunnen doen om deze twee werelden bij elkaar te brengen?”

De ‘gasten van Google’ waren Stef van Grieken en Eli Bixby. Samen met voormalig Uber-ontwikkelaar en investeerder Jelle Prins dacht Van Grieken in 2020 na over een nieuwe onderneming. Prins: „Het moest een bedrijf worden met een positieve impact op de wereld. We wilden niet het volgende deelplatform of de volgende flitsbezorger opzetten.” Het duo kwam uit bij biotechnologie.

Een technologische doorbraak in de zomer van 2021 overtuigde De Reus van de meerwaarde van AI. Onderzoekers van DeepMind – een zusterbedrijf van Google – lanceerden toen AlphaFold, een programma dat de driedimensionale structuur van eiwitten met grote zekerheid kan voorspellen. Tot de komst van AlphaFold moesten onderzoekers soms jaren zwoegen om de structuur van een eiwit te bepalen. Promotie-onderzoeken liepen erop stuk. De Reus: „En nu kon je met een druk op de knop een structuur genereren. Dit was een BFD”, zegt ze. „A big fucking deal.”

Lees meer over Alphafold: ‘Algoritme vouwt 365.000 eiwitten in drie dimensies’

1 procent slaagt

Biotechbedrijven gebruiken bacteriën of gisten in bioreactoren om allerlei producten te maken, van suikervervangers tot wasmiddelenzymen. Eiwitontwerpers passen eiwitten op allerlei manieren aan om opbrengst en werking te verbeteren. Maar een experiment met een nieuw eiwit duurt al gauw weken, waarbij succes niet verzekerd is. Als 1 procent van de experimenten slaagt en tot een verbetering leidt, wordt dat als succes gezien. „Dus 99 procent van alle ontwerpen is verspilde tijd en verspilde materialen”, zegt De Reus. „Als wij het succespercentage vertienvoudigen, is dat al waardevol.”

Machine learning moet dat voor elkaar krijgen. Eiwitten volgen een logica die vergelijkbaar is met die van menselijke taal. De bouwstenen zijn geen woorden, maar aminozuren die een bepaalde structuur vormen. Sommige aminozuren zijn voor die structuur cruciaal, andere inwisselbaar, net als woorden in een zin. Met genoeg voorbeelden moeten de modellen van Cradle doorkrijgen hoe een eiwit stabieler of efficiënter gemaakt kan worden. De Reus: „Wij willen een buddy zijn die je open hebt in je browser, waaraan een bioloog in elke ronde van zijn experiment vraagt: dit eiwit moet aan deze voorwaarden voldoen, welke specifieke verandering moet ik aanbrengen om dit doel te behalen? En dan gaat ons programma aan het werk.”

Het grote probleem voor Cradle: de beschikbaarheid van data. Goede labgegevens voor eiwitten zijn schaars en biotechbedrijven zijn niet happig om resultaten van experimenten zomaar te delen. Daarom heeft Cradle zelf een bescheiden laboratorium ingericht om in het lab voorspellingen direct te testen en modellen te verbeteren.

Voorlopig blijft Cradle daar – met hulp van een paar testklanten – rustig doorbouwen. „Als ik denk: dit is het, pas dan gaan we groter”, zegt Prins. „Dan halen we zoveel mogelijk mensen erbij, zoveel mogelijk geld en gaan voor die grote impact. En dan wordt het alles of niks.”