Научниците од Универзитетот Стенфорд и Arc Institute објавија дека успеале да направат нешто што досега изгледаше како научна фантастика — да синтетизираат вируси со ДНК низи дизајнирани од AI и со нив целено да убиваат бактерии.
Станува збор за вистински, а не симулирани вируси функционални бактериофаги кои напаѓаат бактерии. Во лабораториски услови, во Петри чинии, тие успеале да најдат домаќини, да ги преземат нивните системи за репликација и на крајот да ги уништат.
Тимот што го изработи истражувањето, кое сѐ уште чека рецензија, објави резултатите на платформата bioRxiv, но престижниот списание Nature веќе го претстави како чекор кон ера во која AI ќе пишува цели геноми, а не само протеински фрагменти.
Следниот чекор: живи организми создадени од AI
Водителот на тимот, Брајан Хи, компјутерски биолог од Стенфорд, изјавил за Nature дека ова е „првпат AI системите да можат да создаваат кохерентни секвенци на цел геном“.
„Следниот чекор е живот генериран со вештачка интелигенција“, додал тој. Но, соавторот Самјуел Кинг истакнал дека „ќе треба многу експериментални пробиви пред да се дизајнира цел жив организам“.
Што се вируси?
За да ја разбереме важноста на овој резултат, важно е да потсетиме што се вирусите и зошто се погодна „површина“ за компјутерско дизајнирање.
Вирусите не се сметаат целосно за живи: тие се геномски „роботи“ кои немаат сопствена енергетска продукција или клетки, туку ја користат биохемијата на домаќинот за да се множат. Заради тоа што имаат мали геноми и мал број гени во споредба со бактерии или животни, тие се полесни за инженерство — и од страна на луѓе, и од страна на машини.
Како беа создадени новите вируси?
Во новото истражување, научниците стартувале од класичниот модел — бактериофагот ΦX174. Тоа е првиот ДНК геном кој некогаш бил секвенциониран, детално проучен и е релативно мал — околу 5400 базни парови распределени во 11 гени, што го прави идеален за тестирање.
Клучниот алат што го користеле е AI модел по име Evo. За разлика од општи јазични модели, Evo е специјалист обучен на милиони геноми на бактериофаги за да „научи“ шаблони кои го прават вирусот функционален.
Научниците побарале од него да „напише“ нови, целосни геноми слични на ΦX174, но не идентични. Моделот генерирал 302 дизајни. Тимот потоа хемиски синтетизирал секој од нив и ги вметнал во стандардни лабораториски соеви на E. coli за да проверат дали новите вируси ќе преживеат, ќе се реплицираат и ќе ги убијат бактериите.
Од 302 дизајни, 16 навистина функционирале. Иако тоа не звучи импресивно во спортски контекст, во биотехнологијата е значаен успех — 16 сосема нови, компјутерски осмислени и лабораториски „оживеани“ вирусни геноми кои можат да заразуваат и уништуваат бактерии.
Дозволено е и дека овие дизајнирани бактериофаги успеале да убиваат три различни соја на E. coli, и во многу случаи ги надминале природниот сој ΦX174.
Во анализа за Asimov Press, научниот новинар и уредник, биотехнологот Нико МекКарти, напишал дека новите вируси биле „во многу случаи позаразни од дивиот сој ΦX174, иако претрпеле значајни промени во геномот кои човечкиот разум тешко би ги смислил“.
Борба против супербактерии
Зошто е ова важно? Пред сѐ поради растот на антимикробната отпорност. Бактериите се сѐ повеќе отпорни на најсилните антибиотици. Бактериофагите — вируси кои таргетираат специфични бактерии — стануваат се попривлечни како решение. Ако AI може брзо да дизајнира бактериофаген геном, тоа може значително да го забрза развојот на терапиите кои таргетираат специфични соеви бактерии.
Брзина на развој на нови вируси
Друга клучна предност е брзината и обемот на пребарување на можни дизајни. Биолозите обично менуваат гени еден по еден или работат со рационални претпоставки, но јазичниот модел генерира цели кандидатни геноми, а лабораторијата потоа ги елиминира оние што не успехуваат и потврдува успешните. Во студијата, задржале минимален „алатен сет“ на фагот — барале да најмалку седум протеини на новиот вирус да одговараат на клучните протеини на природниот ΦX174.
Концептуална корист е што првпат е демонстрирано дека AI може да пишува целосни геномски програми кои функционираат во реалниот свет, а не само кратки протеински секвенци или промоторски делови. Тоа ја поместува границата од AI како асистент, кон AI како автор на биолошки код.
Значење за таргетирани терапии
Вирусите дизајнирани од AI може да станат прецизни „микроалати“ за третман — на два начина: Онколитички вируси кои директно уништуваат туморски клетки и како вектори кои доставуваат терапевтски материјал до туморот — лекови, гени, цитокини и сл.
Онколитичкиот пристап се базира на идејата дека многу канцерогени клетки имаат нарушени механизми на одбрана. Паметно дизајниран вирус може да влезе во тие клетки, да се размножува и да ги уништи однатре, и во процесот да ослободи туморни антигени кои активираат имунолошки одговор за дополнително уништување.
Како вектор, вирусот може да внесе инструкции во туморот за да засили локалниот имунолошки одговор (на пример со цитокини), да внесе „самоубиствени“ гени кои ја трансформираат токсичноста во лек во рамките на туморот и користи системи за целно уредување гени
AI овде нуди две клучни предности: брзо предложување геномски варијанти со прецизен „тропизам“ — способност да таргетираат одредени клетки и можност за дизајн на безбедносни „прекидачи“ кои го исклучуваат вирусот ако залута надвор од таргетираниот ткиво
Можни ризици
Како често се случува со нови технологии, оваа нова достигнување носи и потенцијални опасности.
Во заедницата на синтетички биолози долго се разговара за технологии со двојна намена — кои може да помогнат во создавање нови лекови, но истовремено можат да се злоупотребат.
Ако AI може да „пише“ функционални вирусни геноми, некој би можел тоа да искористи за создавање опасни патогени — за биолошко оружје или биотероризам.
Крејг Вентер, пионер во синтетичка биологија и водач на компанијата Celera Genomics, која во февруари 2001 ја објави верзијата на човечкиот геном, предупреди на претпазливост:
„Една област каде што повикувам на екстремен опрез е секое истражување што ја зајакнува функцијата на вирусот, особено кога е тоа насумично, па не знаете што ќе добиете… Ако некој користи ова со големи вируси како вариола (големи сипаници) или антракс, би бил сериозно загрижен.“
