Naučnici pomoću vještačke inteligencije stvorili viruse koji ne postoje u prirodi

Međunarodni tim naučnika napravio je nešto što do sada nije viđeno — koristeći generativnu vještačku inteligenciju, dizajnirali su potpuno nove viruse koji ne postoje u prirodi. Rad je objavljen 6. avgusta u naučnom časopisu Science, dok je prethodna verzija bila dostupna na serveru bioRxiv još prošle godine.

Novostvoreni organizmi pripadaju grupi bakteriofaga, virusa čija je jedina meta — bakterije. Ta specifičnost ih čini izuzetno zanimljivim kandidatima za liječenje infekcija koje više ne reaguju na standardne antibiotike. Svjetska zdravstvena organizacija navodi da je otpornost bakterija na lijekove tokom 2021. godine bila povezana s procijenjenih više od 4,7 miliona smrtnih slučajeva na globalnom nivou.

Princip rada AI modela

Istraživači su se oslonili na AI alate pod nazivom Evo 1 i Evo 2. Ovi modeli prošli su obuku na bilionima nukleotida — temeljnih jedinica DNK i RNK — prikupljenih iz genetskog materijala najrazličitijih organizama. Princip njihovog rada podsjeća na jezičke modele poput ChatGPT-a, s tom razlikom da umjesto teksta predviđaju i stvaraju obrasce u genetskim sekvencama.

Kao polaznu tačku, tim je odabrao Phi X-174, bakteriofag koji naučnici dobro poznaju. Ovaj virus napada isključivo bakteriju Escherichia coli, a njegov genom broji samo oko 5.400 parova baza — što je zanemarivo malo u poređenju s ljudskim genomom od približno tri milijarde parova baza.

Proces selekcije

AI je na osnovu zadatih parametara generisao otprilike 700.000 potencijalnih varijanti faga nalik Phi X-174. Od tog broja, naučnici su u laboratoriji sintetisali 285 kandidata. Konačni rezultat: 16 sintetičkih bakteriofaga koji su u Petrijevim zdjelicama dokazano zaustavili rast E. coli.

Koautor studije Brian Hie, računarski biolog sa Stanforda, istakao je da su pojedini umjetno stvoreni virusi u laboratorijskim uslovima pokazali čak i bolju sposobnost razmnožavanja i prenošenja genetskog materijala od prirodnog Phi X-174.

Najznačajniji nalaz odnosio se na kombinaciju svih 16 sintetičkih faga — ovaj koktel uspio je neutralisati dva soja E. coli otporna na antibiotike, što ni prirodni Phi X-174 ni mješavina prirodnih faga nisu mogli postići.

Hie je pojasnio zašto je pristup s više faga istovremeno ključan: kada bakterija razvije otpornost na samo jedan virus, tretman postaje neefikasan, ali mješavina genetski raznolikih faga znatno otežava bakterijama da se odbrane od čitavog spektra napada.

Reakcije naučne zajednice

Isaac Bogoch, specijalista za zarazne bolesti sa Univerziteta u Torontu, koji nije bio dio istraživačkog tima, ukazao je na dva lica ovog dostignuća. S jedne strane, AI-dizajnirani bakteriofagi otvaraju nove mogućnosti u borbi protiv rezistentnih infekcija. S druge, ta ista tehnologija mogla bi postati biosigurnosni rizik ako se zloupotrijebi za kreiranje opasnih patogena.

„Snažne zaštitne mjere, provjere i nadzor moraju rasti uporedo s tehnologijom", naglasio je Bogoch.

Autori studije svjesni su ovih dilema i u radu opisuju konkretne korake koje su preduzeli. Iz podataka za obuku modela Evo namjerno su izostavljeni genomi koji bi omogućili dizajniranje virusa sposobnih da inficiraju ljude, životinje, biljke ili gljive. Osim toga, eksperimenti su sprovedeni uz mjere predostrožnosti koje nadilaze standardne protokole za rad s bakteriofagima, a koje bi mogle poslužiti kao osnova za širi okvir biosigurnosti.

Ostaje i pitanje primjenjivosti ove tehnike na složenije organizme. Ben Blount, inženjer sintetičkih genoma sa Imperial College London, podsjetio je da je genom Phi X-174 doslovno najmanji i najjednostavniji za dizajniranje, te da bi genom poput onog koronavirusa, koji je šest puta duži, bio i do stotinu puta teži za AI modeliranje.