Стэнфордский университет и институт Arc создали первые вирусы, спроектированные с помощью ИИ, способные инфицировать бактерии

Кратко

Исследователи Стэнфордского университета и Института Арк использовали ИИ-модель для создания совершенно новых вирусов, которые могут infect бактерии, несущие сотни новых мутаций и преодолевающие естественные защитные механизмы бактерий.

Исследователи Стэнфордского университета и некоммерческой организации Arc Institute достигли важной вехи в вычислительной биологии, создав первые полностью спроектированные ИИ вирусы, способные заражать и уничтожать бактерии.

Команда обучила продвинутую модель ИИ под названием Evo, которая работает по тем же принципам, что и большие языковые модели (LLMs), такие как ChatGPT, на наборе данных из двух миллионов вирусных геномов, оснащая её способностью понимать вирусную структуру, взаимодействия генов и функциональные ограничения.

Используя эту модель, ученые поставили перед Evo задачу разработать совершенно новые вирусы с нуля, в результате чего было создано 302 уникальных дизайна, из которых 16 были подтверждены как функциональные в лабораторных испытаниях, демонстрируя способность ИИ создавать жизнеспособные биологические системы, которые никогда не существовали ранее.

Эти вирусы, созданные с помощью ИИ, содержали до 392 мутаций, которые никогда не наблюдались в природе, включая комбинации генетических элементов, которые исследователи ранее пытались и не смогли собрать с помощью традиционных инженерных методов.

Интересно, что когда бактерии развили устойчивость к естественным вирусам, вирусы, разработанные ИИ, смогли преодолеть эти защиты в течение нескольких дней, в то время как традиционные вирусные аналоги оказались неэффективными.

Один особенно примечательный синтетический вирус успешно внедрил ключевой белковый компонент из удаленно связанного вируса, что стало достижением, которое ускользало от ученых в течение многих лет, несмотря на неоднократные попытки с использованием стандартных методов генетической инженерии.

Вирусы, разработанные с помощью ИИ, открывают новую эру в геномной инженерии

Разработка этих вирусов, созданных с помощью ИИ, знаменует собой наступление новой эры в научных исследованиях, где вычислительные инструменты могут перейти от чтения и написания геномов к их активному проектированию. Как подчеркнул Институт Арка, "это представляет собой новую главу в нашей способности проектировать биологию на её основополагающем уровне."

Исследователи подчеркивают, что их ИИ изначально не обучался на вирусах, infecting humans. Тем не менее, эта технология несет в себе врожденные риски, так как она может быть потенциально использована другими — будь то из любопытства, научного интереса или злонамеренных намерений — для исследования человеческих патогенов и создания новых уровней вирулентности.

Кроме того, способность ИИ генерировать полные геномы для более сложных организмов остается неясной, и в настоящее время нет простого метода для тестирования таких конструкций. В отличие от некоторых вирусов, которые можно активировать напрямую из цепи ДНК, более крупные организмы, такие как бактерии, млекопитающие или люди, требуют поэтапных генетических модификаций существующих клеток, процесс, который остается медленным и трудоемким.

Несмотря на эти трудности, ученые утверждают, что продолжение этого направления исследований имеет важное значение. Они представляют себе автоматизированные лаборатории, в которых могут быть предложены геномы, сгенерированные ИИ, которые затем будут экспериментально протестированы и уточнены через итеративную обратную связь, что потенциально может ускорить разработку и понимание сложных биологических систем.