Штучний інтелект здатний малювати зображення котів та писати електронні листи. Тепер ця ж технологія може складати робочий геном.
Дослідницька команда з Каліфорнії заявила, що використала ШІ для створення нових генетичних кодів вірусів — і кільком із них вдалося відтворюватися та знищувати бактерії.
Науковці зі Стенфордського університету та некомерційного інституту Arc Institute у Пало-Альто повідомили, що мікроорганізми з ДНК, створеною ШІ, є «першим генеративним проєктуванням повних геномів».
Робота, описана у препринті, має потенціал для створення нових методів лікування та прискорення досліджень у сфері штучно сконструйованих клітин. Це також «вражаючий перший крок» у напрямі життя, спроєктованого ШІ, зазначив біолог Джеф Боке з NYU Langone Health.
Боке відзначив, що результати ШІ були несподівано добрими, а ідеї — оригінальними: «Було виявлено віруси з новими генами, укороченими генами, а також із новими порядками та комбінаціями генів».
Втім, це ще не створення життя за допомогою ШІ. Адже віруси не є живими організмами. Вони радше нагадують фрагменти генетичного коду з відносно простими та малими геномами.
У своїй роботі дослідники з Arc Institute зосередилися на створенні варіантів бактеріофага phiX174 — вірусу, що заражає бактерії. Його геном містить лише 11 генів і приблизно 5 000 «літер» ДНК.
Для цього було використано дві версії ШІ під назвою Evo, що працює за принципом великих мовних моделей, подібних до ChatGPT. Проте замість підручників і блогів для навчання моделі було використано геноми близько 2 мільйонів інших бактеріофагів.
Постало питання: чи мають сенс геноми, запропоновані ШІ? Щоб з’ясувати це, каліфорнійські вчені хімічно надрукували 302 геномні конструкції у вигляді ДНК-ланцюгів і додали їх до бактерій E. coli.
Ключовий момент настав тоді, коли вчені побачили на своїх чашках Петрі бляшки мертвих бактерій. Згодом вони зробили мікроскопічні знімки вірусних частинок, які виглядали як розмиті крапки.
«Це було вражаюче — на власні очі побачити сферу, створену ШІ», — сказав Браян Хі, керівник лабораторії в Arc Institute, де було проведено роботу.
Загалом 16 із 302 згенерованих варіантів виявилися дієвими — створені комп’ютером фаги почали відтворюватися, руйнуючи бактерії та знищуючи їх.
Джей Крейґ Вентер, який майже 20 років тому створив перші організми з лабораторно синтезованою ДНК, заявив, що методи ШІ нагадують йому «просто швидшу версію експериментів методом спроб і помилок».
Наприклад, коли його команда у 2008 році створила бактерію з лабораторно надрукованим геномом, це стало результатом довгого процесу випробувань різних генів. «Ми робили ручну версію ШІ — переглядали літературу, брали все відоме», — зазначив він.
Швидкість — саме те, чому багато хто робить ставку на ШІ в біології. Нові методи вже принесли Нобелівську премію 2024 року за передбачення форм білків. Інвестори вкладають мільярди в очікуванні, що ШІ знайде нові ліки. Цього тижня компанія Lila з Бостона залучила 235 мільйонів доларів для створення автоматизованих лабораторій, керованих штучним інтелектом.
Віруси, спроєктовані комп’ютером, можуть мати і комерційне застосування. Наприклад, інколи лікарі випробовують «фагову терапію» для лікування пацієнтів із тяжкими бактеріальними інфекціями. Подібні досліди тривають і з лікування чорної гнилі капусти, спричиненої бактеріями.
«Ця технологія має безперечно великий потенціал», — сказав Самуель Кінг, студент, який очолив проєкт у лабораторії Хі. Він підкреслив, що більшість методів генної терапії використовують віруси для доставки генів у тіла пацієнтів, а ШІ може створити більш ефективні варіанти.
Стенфордські дослідники наголосили, що навмисне не навчали свій ШІ вірусам, здатним заражати людей. Однак існує ризик, що інші науковці — з цікавості, добрих намірів чи зловмисно — можуть використати методи для створення людських патогенів, відкриваючи нові виміри летальності.
«Тут я закликаю до особливої обережності — у будь-яких дослідженнях із підсилення вірусів, особливо випадкових, коли неможливо передбачити результат», — зазначив Вентер. — «Якби хтось зробив це з віспою чи сибіркою, я мав би серйозні побоювання».
Залишається відкритим питання, чи здатен ШІ створити справжній геном більшого організму. Наприклад, E. coli має приблизно у тисячу разів більше коду ДНК, ніж phiX174. «Складність зросла б від приголомшливої до такої, що перевищує кількість субатомних частинок у Всесвіті», — сказав Боке.
Також досі не існує простого способу перевірити геноми, створені ШІ, для великих організмів. Деякі віруси можуть «запускатися» лише з ланцюга ДНК, проте це неможливо у випадку бактерії, мамонта чи людини. Для цього науковцям довелося б поступово змінювати вже існуючу клітину за допомогою генної інженерії — а це все ще складний і трудомісткий процес.
Попри це, Джейсон Келлі, генеральний директор компанії Ginkgo Bioworks у Бостоні, що займається клітинною інженерією, вважає, що саме такий підхід є необхідним. Він переконаний, що це можна буде реалізувати в «автоматизованих» лабораторіях, де геноми створюватимуться, тестуватимуться, а результати повертатимуться до ШІ для подальшого вдосконалення.
За матеріалами: MIT Technology Review
