Искусственный интеллект впервые синтезировал жизнеспособные вирусы, не существующие в природе

Исследователи из калифорнийского Arc Institute впервые применили искусственный интеллект для конструирования искусственных бактериофагов — вирусов, избирательно поражающих бактериальные клетки, — не имеющих аналогов в дикой природе. Итоги научной работы обнародованы на страницах журнала Science.

Для разработки искусственных геномов специалисты задействовали специализированную языковую модель Evo, обученную на колоссальных массивах ДНК-последовательностей из всех доменов живых организмов. Алгоритм, функционирующий по аналогии с текстовыми нейросетями, успешно уловил эволюционные закономерности природных геномов, что позволило ему синтезировать совершенно новые вариации. В качестве базового макета был взят абсолютно безопасный для человека фаг Phi X-174, специализирующийся на кишечной палочке (Escherichia coli).

Как сообщает издание The New York Times, нейросеть Evo спроектировала порядка 700 000 потенциальных ДНК-структур. Учёные отобрали из этого массива около 300 образцов, воплотили их в лабораторных условиях и внедрили в бактериальные клетки, которые впоследствии сформировали полноценные вирусные частицы. Жизнеспособность продемонстрировали 16 фагов. Полученные организмы кардинально отличались от природных аналогов: они обладали уникальными мутациями, редкими генетическими последовательностями и вариативной длиной. В частности, один из вирусов задействовал в строении своей белковой оболочки (капсида) ДНК-упаковывающий белок, заимствованный у эволюционно удаленного вирусного семейства.

Испытания подтвердили, что синтезированные вирусы обладают разной степенью инфекционной активности и способны поражать два штамма E. coli, включая те, что приобрели резистентность к исходному фагу Phi X-174. Коктейль из новосозданных фагов успешно справился с устойчивыми микроорганизмами, в то время как природные аналоги оказались бессильны. Это наглядно доказывает перспективность подхода для разработки принципиально новых средств борьбы с супербактериями.

Тем не менее, подобный прорыв вызывает серьезные тревоги у специалистов по биобезопасности. Профессор Том Инглсби и доктор Мориц Ханке из Центра здоровья при Университете Джонса Хопкинса в аналитической публикации для Science подчеркнули, что технологическая возможность проектирования вирусных геномов с помощью генеративного ИИ опередила создание эффективных рычагов контроля. «Инструменты для конструирования вирусных геномов уже существуют, тогда как адекватная система их регулирования пока отсутствует», — отметили эксперты.

На прошлой неделе Национальные институты здравоохранения США (NIH) утвердили регламент, налагающий запрет на эксперименты, увеличивающие патогенность биологических агентов. При этом ограничения не распространяются на сугубо вычислительные изыскания: документ допускает компьютерное моделирование и проектирование новых биологических структур, если они не затрагивают охраняемые опасные патогены (например, возбудитель натуральной оспы). Таким образом, сфера ИИ-генерации геномов по-прежнему находится вне зоны прямого надзора.

Достижение исследователей из Arc Institute стало важной вехой, доказавшей способность нейросетей создавать полноценные геномы с заданными характеристиками. Это открывает горизонты для создания адаптивных противомикробных препаратов нового поколения, способных противостоять мутирующим бактериям, но одновременно ставит перед научным сообществом задачу выработки жестких стандартов безопасности.

Источник: iXBT