Срочно! Ученые впервые создали вирусы с помощью генеративного ИИ

Исследователи из Стэнфордского университета и Arc Institute сообщили о прорыве в области синтетической биологии: с помощью генеративного искусственного интеллекта им удалось создать 16 функциональных вирусов с геномами, ранее не встречавшимися в природе. Результаты исследования опубликованы в журнале Science и считаются первым успешным примером применения генеративного ИИ для проектирования полноценных жизнеспособных вирусных геномов. Разработка уже вызвала широкий резонанс в научном сообществе, объединив ожидания революционных медицинских открытий и опасения по поводу биобезопасности. Пишут многие западные издания, включая NYT

Какой именно искусственный интеллект использовали

В основе проекта лежали модели Evo 1 и Evo 2 — специализированные языковые модели для работы с геномами. По принципу действия они напоминают современные большие языковые модели, однако вместо человеческого текста анализируют последовательности ДНК.

Во время обучения система изучила миллионы генетических последовательностей бактериофагов — вирусов, заражающих исключительно бактерии. Благодаря этому ИИ научился выявлять закономерности строения геномов и генерировать совершенно новые комбинации генетического кода, которые никогда ранее не наблюдались в природе.

Что удалось создать

После генерации тысяч вариантов исследователи отобрали около 300 наиболее перспективных искусственных геномов и синтезировали их в лаборатории. Испытания показали, что 16 новых вирусов оказались полностью функциональными.

Все они относятся к бактериофагам, поражающим бактерию Escherichia coli (E. coli). Некоторые из созданных вирусов продемонстрировали эффективность, сопоставимую с природными аналогами, а отдельные экземпляры даже размножались быстрее естественных бактериофагов.

Авторы исследования подчеркивают, что созданные вирусы не способны заражать человека или животных, поскольку их единственной целью являются бактерии. Для справки - общее количество бактерий в теле человека часто приводится на уровне порядка 10¹⁴ (100 триллионов) и это приблизительная цифра.

Почему это называют переломным моментом

До настоящего времени искусственный интеллект успешно применялся для проектирования отдельных белков, ферментов и небольших участков ДНК. Однако впервые ИИ смог создать полноценный вирусный геном, который оказался жизнеспособным и смог выполнять свою биологическую функцию.

По словам руководителя исследования Брайана Хи, речь идет о переходе на принципиально новый уровень сложности.

• ИИ проектирует не отдельные элементы, а полный геном;
• полученный организм способен размножаться внутри клетки-хозяина;
• созданные последовательности ранее не существовали в природе;
• результат подтвержден лабораторными экспериментами.

Именно поэтому многие специалисты называют работу одним из наиболее значимых достижений современной генеративной биологии.

Какие перспективы открывает технология

Главная практическая цель подобных исследований — развитие фаговой терапии. Она рассматривается как один из наиболее перспективных способов борьбы с бактериями, устойчивыми к антибиотикам.

В отличие от традиционных антибиотиков бактериофаги способны избирательно уничтожать конкретные виды бактерий, практически не затрагивая полезную микрофлору организма.

Если ИИ сможет быстро проектировать новые бактериофаги под конкретные штаммы бактерий, это позволит значительно ускорить разработку методов лечения инфекций, которые сегодня практически не поддаются терапии.

Кроме медицины технология может использоваться для:

• создания новых инструментов генной инженерии;
• разработки биотехнологических производств;
• исследования механизмов эволюции;
• создания новых платформ доставки генетического материала.

Почему появились опасения

Одновременно публикация вызвала серьезную дискуссию о вопросах биобезопасности. Хотя нынешняя работа касается исключительно бактериофагов, эксперты предупреждают, что аналогичные технологии теоретически могут использоваться для проектирования более сложных вирусов.

Специалисты по биозащите отмечают, что развитие генеративного ИИ происходит быстрее, чем формируются международные механизмы регулирования подобных исследований.

По мнению ряда экспертов, особое внимание следует уделить контролю за синтезом ДНК, проверке проектов искусственных геномов и развитию международных стандартов безопасности при работе с подобными технологиями.

Что говорят авторы исследования

Разработчики подчеркивают, что их модели обучались исключительно на безопасных вирусах, поражающих бактерии. Все лабораторные эксперименты проводились в контролируемых условиях, а исследование направлено исключительно на развитие медицины и биотехнологий.

Ученые считают, что преимущества технологии способны значительно превысить потенциальные риски при условии появления современных механизмов регулирования и контроля подобных исследований.

Работа исследователей демонстрирует, что искусственный интеллект постепенно становится полноценным инструментом проектирования живых биологических систем. Если раньше ИИ помогал анализировать существующие геномы, то теперь он способен создавать новые, ранее неизвестные природе последовательности ДНК. 

Это открывает широкие возможности для медицины и биотехнологий, одновременно ставя перед научным сообществом новые вопросы о необходимости международного регулирования подобных исследований и обеспечения биологической безопасности.