Учёные используют ИИ для создания новых жизнеспособных вирусов, не встречающихся в природе

Учёные Arc Institute создали 700 000 вариантов бактериофагов, синтезировали 300 и получили 16 штаммов, способных инфицировать даже устойчивые к антибиотикам бактерии

Исследователи из Arc Institute (некоммерственная научная организация в Пало-Альто, Калифорния) впервые применили искусственный интеллект для создания жизнеспособных бактериофагов — вирусов, которые воздействуют на бактерии, — не встречающихся в природе. Результаты их работы были опубликованы в журнале Science.

Для генерации новых геномов авторы обучили геномную языковую модель Evo на миллионах ДНК-последовательностей из всех доменов жизни. Модель, основанная на тех же принципах, что и крупные языковые модели для текста, выявила эволюционные ограничения, которым подчиняются природные геномы, и смогла создавать их новые версии. В качестве шаблона использовался безвредный для человека бактериофаг Phi X-174, который атакует кишечную палочку (Escherichia coli).

Согласно информации издания The New York Times, Evo сгенерировала 700 000 потенциальных геномов. Исследователи отобрали около 300 из них, синтезировали в лаборатории и внедрили в бактерии, которые затем произвели зрелые вирусные частицы. В итоге 16 фагов оказались жизнеспособными. Их геномы значительно отличались от природных: содержали новые мутации, необычные гены и регуляторные элементы, а длина варьировалась. Один из фагов использовал в структуре капсида (белковой оболочки) белок упаковки ДНК, относящийся к эволюционно далекому вирусу.

Исследования показали, что созданные фаги обладают различной инфекционной активностью и способны инфицировать два штамма E. coli, включая те, которые выработали устойчивость к природному фагу Phi X-174. Смесь нескольких сгенерированных фагов быстро справилась с резистентными бактериями, в то время как смесь природных фагов — нет. Это демонстрирует потенциал метода для разработки фаговой терапии против бактерий, устойчивых к антибиотикам.

Тем не менее, технология вызывает беспокойство среди экспертов по биобезопасности. Профессор Том Инглсби (Tom Inglesby) и доктор Мориц Ханке (Moritz Hanke) из Центра безопасности здоровья при Университете Джонса Хопкинса в сопроводительной статье в Science предостерегли, что возможность синтезировать вирусные геномы при помощи генеративного ИИ появилась раньше, чем были установлены системы контроля этой деятельности. «Способность создавать вирусные геномы с помощью генеративного ИИ теперь существует. Управления, которое могло бы безопасно направлять ее, — нет», — отметили они.

На прошлой неделе Национальные институты здравоохранения США (NIH) ввели новые правила, запрещающие эксперименты, повышающие опасность биологических агентов. При этом ограничения не касаются исключительно вычислительных исследований: документ позволяет компьютерное моделирование и разработку новых форм биологических агентов, если они не связаны с объектами, вызывающими опасения (то есть с уже существующими опасными патогенами, такими как вирус оспы). Таким образом, разработка ИИ-генераторов геномов остаётся вне прямого регулирования.

Работа Arc Institute — первая, которая демонстрирует, что генеративные модели способны проектировать целые геномы с заданными характеристиками. Это открывает путь к созданию адаптивных фаговых препаратов для борьбы с быстро эволюционирующими бактериями, но одновременно требует новых механизмов контроля за использованием подобных технологий.