Изкуственият интелект създава живот: изкуствените вируси унищожават вредните бактерии

Американски учени от Станфордския университет в Калифорния са използвали изкуствен интелект, за да създадат вируси, които могат да проследяват и убиват щамовете на Escherichia coli ( E. coli ).

„Това е първият път, когато системите с изкуствен интелект са се научили да генерират кохерентни последователности в мащаба на генома. Следващата стъпка е да се създаде живот с помощта на изкуствен интелект. Надяваме се, че тази стратегия ще допълни съществуващите методи за фагова терапия и в бъдеще ще разшири терапевтичните възможности за заплашителните патогени“ — казва Брайън Хай, компютърен биолог от Станфорд. 

AI-моделите са били използвани преди това за генериране на ДНК последователности, отделни протеини и многокомпонентни комплекси. Проектирането на пълен геном обаче е много по-сложна задача, тъй като взаимодействията между гените, както и тяхната репликация и регулация, са изключително сложни.

Изкуственият интелект вече е способен да помага на учените да манипулират сложни биологични системи, включително и цели геноми. За да проектират вирусни геноми, изследователите са използвали Evo 1 и Evo 2 – ИИ-модели, които анализират и генерират последователности от ДНК, РНК и протеини. Първоначално изследователите са се нуждаели от шаблон за проектиране – последователност, която да насочва AI-модела към създаване на геном с желаните характеристики.

Избраният бактериофаг е бил phi X 174 – едноверижен ДНК вирус, съдържащ 5386 нуклеотида в 11 гена и всички генетични елементи за заразяване на гостоприемниците и репликация вътре в тях. Моделите Evo 1 и Evo 2 бяха предварително обучени върху над 2 милиона фагови генома. Освен това, изследователите допълнително са обучили изкуствения интелект, използвайки контролирано обучение, за да генерират вирусни геноми, подобни на phi X 174, със специфичната функция да заразяват щамовете на E. coli, които са особено устойчиви на антибиотици. 

Изследователите анализирали хиляди генерирани от изкуствен интелект последователности и стеснили търсенето до 302 жизнеспособни бактериофага. Повечето потенциални кандидати имали повече от 40% идентични с phi X 174 нуклеотида, но някои били с напълно различни кодиращи последователности. 

Изследователите синтезирали ДНК от геноми, генерирани от моделите Evo 1 и Evo 2, и интегрирали тази ДНК в бактерии гостоприемници, за да отглеждат фаги. След това фагите били тествани за способността им да заразяват и убиват E. coli. 

Според резултатите от тестовете, приблизително 16 от 302-те бактериофага са демонстрирали специфичност към E. coli и са били способни да инфектират тези бактерии. Изследователите също така са установили, че комбинациите от фаги, създадени с помощта на изкуствен интелект, са способни да инфектират и убият три различни щама на E. coli — нещо, което phi X 174 не е успял да направи. 

Както отбелязва специалистът по изчислителна биология от лабораторията Колбд-Спринг-Харбър в Лорел Холоу, Ню Йорк, Питър Ку, моделът Evo сам по себе си все още не е достатъчен за проектиране и създаване на вируси без помощта на учени. В научна статия авторите разглеждат въпроса относно биобезопасността. Те заявяват, че са изключили вирусите, които инфектират еукариотите, включително хората, от данните за обучение на моделите Evo. Проучените от тях системи от фаги phi X 174 и E. coli, също са непатогенни и имат дълга история на безопасна употреба в молекулярно-биологичните изследвания. Изследователите се надяват, че техният подход може да се използва за безопасно създаване на вируси, проектирани с изкуствен интелект, които ще лекуват различни заболявания и ще се справят с проблемите на общественото здраве, включително и бактериалната резистентност.

Резултатите от проучването са публикувани на сървъра bioRxiv.