Впервые в истории искусственный интеллект (ИИ) самостоятельно сгенерировал полноценный геном — и не просто теоретически, а с реальным биологическим эффектом. Учёные из Стэнфордского университета (Stanford University) и Института Arc, Пало-Альто, Калифорния (Arc Institute in Palo Alto, Calif.) разработали две ИИ-модели, Evo 1 и Evo 2, которые создали 16 вирусов, способных эффективно уничтожать бактерии Escherichia coli (E. coli) в лабораторных условиях.
Геном от ИИ: не просто гены, а целый организм
До сих пор ИИ применяли для создания отдельных генов или белков, но создание целого генома — это качественно новый уровень сложности. Геном — это не просто набор ДНК, а слаженная система, где множество генов и белков должны работать синхронно.
«Это первый случай, когда ИИ успешно сгенерировал полноценный геном», — говорит Брайан Хай (Brian Hie), вычислительный биолог из Стэнфорда.
Как это работает: обучение на миллиардах пар ДНК
Модели Evo 1 и Evo 2 были обучены на миллиардах пар нуклеотидов — «букв» генетического алфавита (A, C, G, T) — из геномов бактериофагов. Это похоже на то, как языковые модели, вроде ChatGPT, обучаются на текстах из интернета и книг.
В качестве ориентира использовался бактериофаг ΦX174 — первый в истории вирус, чей геном был полностью расшифрован в 1977 году. Он безопасен для человека и хорошо изучен, что позволило оценить новизну мутаций, предложенных ИИ.
Результаты: вирусы, которые превосходят оригинал
Из примерно 300 сгенерированных геномов 16 оказались жизнеспособными и смогли заразить E. coli. Некоторые из них уничтожали бактерии быстрее, чем сам ΦX174. Более того, коктейли из ИИ-созданных вирусов смогли преодолеть устойчивость бактерий к инфекции — то, с чем оригинальный фаг не справлялся.
«ИИ может помочь быстро создавать фаги, подходящие для конкретного штамма бактерий», — отмечает микробиолог Кимберли Дэвис (Kimberly Davis) из Школы общественного здравоохранения Джонса Хопкинса (Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health).
Потенциал: фаговая терапия и биотехнологии
Фаговая терапия — это перспективный метод лечения инфекций, устойчивых к антибиотикам. ИИ может ускорить подбор эффективных фагов, особенно в экстренных случаях. Кроме того, такие технологии могут применяться для создания микробов, разлагающих пластик или производящих лекарства.
«ИИ-созданные фаги должны быть тщательно протестированы, чтобы исключить вред другим микробам», — подчёркивает Дэвис.
Взгляд в будущее: от вирусов к сложным организмам
Хотя вирусы — это простейшие формы жизни (или вовсе не считаются живыми), успех в создании их геномов открывает путь к проектированию более сложных организмов. Геном человека, например, в полмиллиона раз больше, чем у ΦX174, и ИИ может помочь разобраться в его структуре и разработать новые методы лечения.
«ИИ может не только создавать организмы, но и помогать в расшифровке сложных геномов и разработке терапии для тяжёлых заболеваний», — говорит Хай.
Источник: Science News.