ИИ впервые спроектировал полные геномы бактериофагов

Учёные из Стэнфордского университета впервые применили искусственный интеллект для проектирования и синтеза полных геномов бактериофагов, сообщается в статье в журнале Science. Из тысяч сгенерированных вариантов исследователи выбрали 302 последовательности для синтеза; 16 из них размножились в культурах Escherichia coli и оказались активны против этой бактерии.

Команда использовала генеративные модели Evo1 и Evo2, обученные на наборах генетических последовательностей вирусов, бактерий, растений и людей. Модели предсказывают последовательности ДНК по принципу, схожему с большими языковыми моделями для текста, но адаптированы под биологические данные. Исследователи сосредоточились на бактериофагах — вирусах, поражающих только определённые виды бактерий.

Из тысяч вариантов для лабораторных испытаний отобрали 302 наиболее перспективных, синтезировали их и протестировали на культурах E. coli. Шестнадцать синтезированных фагов размножились в чашках Петри; в ряде случаев они преодолели естественные механизмы защиты бактерий.

Аспирант Сэмюэл Кинг рассказал, что признаки размножения заметили рано утром: на чашках Петри появились прозрачные зоны, характерные для разрушения бактериальных колоний. Доцент Стэнфорда Брайан Хай сообщил, что при демонстрации результатов группе «комната взорвалась аплодисментами».

В сопроводительном комментарии к статье представители Центра здоровья безопасности отметили «неотложные вопросы биобезопасности» и привели пример: «Вы могли бы сказать: „Эй, геномная языковая модель, сделай мне геном гриппа, модифицированный так, чтобы он был более заразным или более летальным“». Авторы работы и участвующие учреждения заявили, что из обучающей базы были исключены вирусы, поражающие сложные организмы, а эксперименты проводились в защищённых лабораторных условиях; также введены ограничения на доступ к исходным данным и процедурам.

Часть специалистов указали на возможность применения сгенерированных фагов как платформы для разработки альтернативных терапий против инфекций, устойчивых к антибиотикам. По оценке Тома Эллиса из Имперского колледжа Лондона, у созданных фагов «буквально самые маленькие и простые геномы», и создание патогенов, опасных для человека, потребовало бы значительно большей сложности и иных методов. Марк Гуэлл из Университета Помпеу Фабра охарактеризовал работу как «очень значительный поворотный момент».

Авторы исследования приводят числовые сравнения: типичный геном фага составляет около 5,4 тысячи пар оснований, минимальный геном клетки оценивают примерно в 500 тысяч пар оснований, человеческий геном — около трёх миллиардов пар. По их оценке, существующий разрыв делает непосредственное создание полноценной клетки с помощью нынешних моделей маловероятным без новых технологических достижений.

Авторы подчёркивают необходимость пересмотра правил биобезопасности и усиления контроля доступа к инструментам проектирования геномов.