За първи път система с изкуствен интелект създаде серия от непознати досега вируси, способни да инфектират и унищожават определени видове бактерии. Този пробив разкрива нови възможности за борба с бактериалната резистентност. Той обаче поражда и опасения относно потенциалната злоупотреба с тази технология за разработване на биологични оръжия.

От няколко години учените могат да синтезират вируси от нулата; те обикновено се използват за разработване и оценка на антивирусни лекарства и ваксини, както и за разширяване на разбирането ни за поведението на тези микроорганизми. Производството на тези вирусни геноми обаче се основаваше предимно на репликиране на вече известни патогени или варианти.

За разлика от това, ново проучване, проведено от учени от Станфордския университет и института „Арк“, успя да накара изкуствен интелект да проектира прости, функционални и невиждани досега вируси въз основа на информация, съдържаща се в генетичните секвенции на милиони животни, растения, микроби, бактерии и вируси, срещащи се в природата.

Изследователите работиха с бактериофаги — микроорганизми, характеризиращи се с относително малки геноми, които са сравнително лесни за синтезиране и манипулиране в контролирани условия. Тези вируси заразяват само бактерии, което ги прави инструмент с огромен биотехнологичен потенциал и обещаваща алтернатива на антибиотиците за борба с резистентни бактериални инфекции.

Създаването на тези напълно нови вируси се основава на Evo 1 и Evo 2, фундаментални модели на изкуствен интелект, разработени за приложения в изчислителната биология. И двата алгоритъма са обучени върху милиони геноми от всички домени на живота с цел идентифициране и изучаване на сложни еволюционни модели, включително как обикновено са организирани гените, кои секвенции са консервирани и биологичните ограничения, които позволяват на даден организъм да остане функционален.

Експерименталният дизайн използва като референция бактериофага Phi X-174, който е способен да инфектира бактерията Escherichia coli (E. coli). Целта не беше да се възпроизведе този вирус, а по-скоро той да се използва единствено като ръководство за алгоритмите за генериране на хиляди напълно нови геноми с генетична архитектура, съвместима с инфектирането на E. coli.

С други думи, вирусите, произлизащи от геномите, създадени от изкуствения интелект, запазват функционалната организация, която е от съществено значение за разпознаване на бактерията, вмъкване на нейната ДНК, репликирането ѝ, производството на нови вирусни частици и правилното им сглобяване. Въпреки това специфичните ДНК секвенции се различават значително от тези, наблюдавани при естествено срещащите се бактериофаги.

16 нови вируса, създадени с помощта на изкуствен интелект

След това учените оцениха генерираните от изкуствения интелект геноми, за да изберат тези, които е най-вероятно да бъдат функционални, като взеха предвид фактори като организация на гените, наличие на регулаторни елементи и други критерии, вдъхновени от биологията на бактериофага Phi X-174.

Тази селекция доведе до извадка от 300 генома, които бяха изкуствено синтезирани, молекула по молекула, в лабораторията. След това те бяха въведени в бактерии E. coli, за да се тества дали са способни да произвеждат функционални вируси.

От 300-те синтезирани генома само 16 дадоха началото на напълно функционални бактериофаги, включващи непубликувани досега секвенции, различни гени, нови регулаторни елементи и дори различни размери на генома. Поведението на тези вируси също варираше: докато някои заразяваха бактериите по-бързо, други показваха различни способности за репликация.

Изследването, публикувано тази седмица в списание „Science“, също така оцени способността на генерираните от изкуствен интелект бактериофаги да се борят с резистентни бактерии. Експериментът включваше излагане на смес от проектирани от изкуствен интелект фагове и смес от естествени фагове, подобни на Phi X-174, на щамове на E. coli, които вече бяха развили резистентност към този вирус.

Резултатите показаха, че създадените от изкуствения интелект вируси са в състояние бързо да преодолеят бактериалната резистентност и да установят инфекция. Според авторите това разкритие демонстрира „път към генерирани от изкуствен интелект фагови терапии срещу бързо развиващи се бактериални патогени“.

Откритието отваря нови възможности за справяне с нарастващия проблем с бактериалната резистентност. Според изследователите този подход би могъл да улесни разработването на персонализирани лечения, способни да се развиват почти със същата скорост като самите патогени.

Въпреки че това постижение представлява значителен напредък за молекулярната биомедицина, то поражда и опасения относно потенциалното злонамерено използване на тази технология за разработване на, например, нови болести, силно токсични вещества или патогени, способни да отключат нова пандемия.

Мориц Ханке, изследовател в Центъра за здравна сигурност „Джонс Хопкинс“, твърди, че в момента няма предпазни мерки, способни ефективно да предотвратят създаването на смъртоносен вирус с помощта на изкуствен интелект, споделяйки пред „Ню Йорк Таймс“, че съществува „огромно разминаване“ между скоростта, с която се развиват науката и технологиите, и регулациите.