Naukowcy ze Stanford University w USA opracowali funkcjonalnego bakteriofaga od podstaw, wykorzystując system sztucznej inteligencji nazwany EVO. Bakteriofagi to wirusy, które zakażają bakterie i mogą je niszczyć.
Nowo zaprojektowane wirusy były zdolne do infekowania bakterii, które wcześniej uodporniły się na fagi naturalnie występujące w przyrodzie.
Badacze wskazują, że postęp w sekwencjonowaniu oraz syntezie DNA coraz bardziej ułatwia odczytywanie i zapisywanie kompletnych genomów. Stworzenie od zera genomu, który będzie działał w rzeczywistych warunkach, wciąż jest jednak bardzo trudnym zadaniem. Geny, sekwencje regulatorowe i inne elementy materiału genetycznego tworzą bowiem złożony system wzajemnych zależności.
System AI przeanalizował miliony genomów
Wykorzystany przez zespół system EVO został wytrenowany na 2,7 mln genomów bakterii i fagów. Może przewidywać skutki mutacji oraz projektować nowe sekwencje DNA, RNA i białek. Dotyczy to także układów CRISPR-Cas oraz bardzo długich fragmentów genomów.
Jako punkt odniesienia naukowcy wybrali dobrze poznanego bakteriofaga Fi-X174. Z pomocą AI zaprojektowali komputerowo setki potencjalnych genomów. Następnie sprawdzili je eksperymentalnie i zidentyfikowali 16 działających fagów.
Jak podają autorzy badania, sekwencje genetyczne i budowa nowych wirusów wyraźnie się od siebie różniły. Część z nich funkcjonowała podobnie do swoich naturalnych odpowiedników.
Przełamanie oporności bakterii E. coli
Szczególnie istotne było to, że niektóre kombinacje nowych fagów przełamały oporność dwóch szczepów bakterii E. coli. Szczepy te były niewrażliwe na fagi podobne do Fi-X174.
Bakteriofagi od lat są przedmiotem badań jako potencjalne narzędzie w walce ze szkodliwymi bakteriami, zwłaszcza tymi odpornymi na antybiotyki. Wyniki prac zespołu ze Stanford mogą w przyszłości otworzyć drogę do projektowania trwalszych i skuteczniejszych terapii fagowych.
Eksperci ostrzegają przed zagrożeniami
Autorzy badania zwracają jednocześnie uwagę, że możliwość projektowania kompletnych genomów wirusów wiąże się z nowymi zagrożeniami.
„Zespoły, które w przyszłości będą pracować nad projektowaniem całych genomów, powinny konsultować się ze specjalistami ds. bezpieczeństwa biologicznego i ochrony na wszystkich etapach projektu” – podkreślają naukowcy.
Ich zdaniem obecne zasady bezpieczeństwa biologicznego można dostosować do rozwoju genomiki generatywnej. Dodatkową warstwą ochrony mogą być zabezpieczenia wdrażane bezpośrednio na poziomie modeli sztucznej inteligencji.
W komentarzu do publikacji Thomas Inglesby i Moritz Hanke z Johns Hopkins Center for Health Security zaznaczyli, że kluczowe jest stworzenie skutecznego nadzoru nad tą technologią.
„Pytanie nie brzmi już, czy generatywne projektowanie genomów wirusów powstanie. Brzmi ono, czy społeczeństwo zdoła stworzyć nadzór, który pozwoli wykorzystać korzyści tej technologii, a jednocześnie zapobiegnie jej użyciu do wyrządzenia poważnych szkód” – napisali.
