ИИ впервые спроектировал целые жизнеспособные вирусы

В Science вышла работа Stanford и Arc Institute, которую, кажется, стоит воспринимать как важную веху в синтетической биологии. До сих пор ИИ довольно убедительно проектировал отдельные белки, гены и небольшие генетические системы. Исследователи впервые показали, что языковая модель способна предложить полный геном вируса, который после химического синтеза превращается в реально работающий вирус.

Авторы выбрали очень хорошо изученный и безопасный бактериофаг ΦX174 — крошечный вирус с геномом около 5,4 тыс. нуклеотидов и 11 генами, заражающий E. coli. Именно поэтому газетные заголовки «ИИ создал новые вирусы» технически верны, но немного драматизируют результат: это пока «рисунок по шаблону», а не создание произвольной формы жизни с чистого листа.

Дальше начинается самая интересная часть. Из ДЕВЯТИ ТРИЛЛИОНОВ нуклеотидов, исследователи отобрали 302 кандидата, смогли физически синтезировать 285 геномов и получили 16 жизнеспособных вирусов. Синтезированная ДНК была помещена в бактерии, после чего возникали полноценные вирусные частицы, способные размножаться и заражать новые клетки.

Причем модель не просто слегка перетасовала исходный ΦX174. У работающих вариантов было от 93,2 до 98,8% сходства с ближайшими известными природными геномами, десятки аминокислотных замен, изменения регуляторных областей и даже другая длина генома. Для некоторых вариантов степень отличия уже пересекает используемый в классификации вирусов-фагов порог, при котором их можно рассматривать как новый вид.

В это работе был еще один важный эксперимент. Авторы создали две линии E. coli, устойчивые к ΦX174. Обычный ΦX174 и коктейль из 16 природных родственных фагов не смогли преодолеть устойчивость даже после пяти пассажей. А коктейль сгенерированных фагов справился с одной устойчивой линией уже после первого пассажа, со второй — после второго и затем сохранял способность подавлять бактерии.

Модель фактически создала искусственное генетическое разнообразие, которое оказалось полезным материалом для дальнейшей эволюции. Для фаготерапии это потенциально очень сильная идея: вместо многолетнего поиска подходящих вирусов в природе можно генерировать библиотеки фагов, заранее оптимизированных под конкретную бактерию и способные эволюционно обходить ее сопротивление. Авторы прямо рассматривают это как путь к более адаптивным противомикробным стратегиям.

Быстрый научный прогресс выводит на передний план проблему биобезопасности. Если масштабировать предложенный подход с бактериофага на более сложные вирусы, что помешает когда-нибудь сформулировать промпт вроде «сделай этот вирус более трансмиссивным»?

В данной работе авторы специально выбрали непатогенную систему и указывают на защиту через ограничение обучающих данных: для Evo 2 ранее было показано, что исключение соответствующих данных мешает модели проектировать эукариотические вирусы, включая патогенные вирусы человека. Сами исследователи отдельно пишут, что дизайн новых цельных геномов требует новых правил биобезопасности и участия специалистов по биобезопасности на протяжении всего жизненного цикла проекта.

Главная надежда человечества на то, что синтетическая биология не превратится в угрозу в том, что ученые способные создать синтетическую форму жизни, имеют высокие интеллектуальные и моральные качества. Им просто незачем нас губить.