Stanford: AI zaprojektowała bakteriofaga od zera. Wirus atakuje oporne bakterie

Naukowcy ze Stanford University (USA) poinformowali o stworzeniu – zupełnie od zera – działającego bakteriofaga, czyli wirusa atakującego bakterie. Część zaprojektowanych przez sztuczną inteligencję wirusów potrafiła infekować bakterie, które uodporniły się na fagi występujące naturalnie w przyrodzie. Wyniki badań i komentarz ekspertów opisał Bankier.pl za PAP.

Wirus zaprojektowany od podstaw

Bakteriofagi od lat budzą nadzieję jako potencjalna alternatywa dla antybiotyków, zwłaszcza w obliczu narastającej oporności bakterii. Amerykański zespół poszedł jednak krok dalej niż modyfikowanie istniejących wirusów – zaprojektował cały genom od nowa.

Jak tłumaczą badacze, postęp w sekwencjonowaniu i syntezie DNA sprawia, że odczytywanie i zapisywanie całych genomów staje się coraz bardziej wykonalne. Mimo to zaprojektowanie od podstaw funkcjonalnego genomu pozostaje niezwykle trudnym wyzwaniem. Geny, sekwencje regulatorowe i inne elementy oddziałują ze sobą w wyjątkowo złożony sposób.

Model wyjściowy stanowił dobrze poznany bakteriofag Fi-X174. Naukowcy wygenerowali komputerowo setki potencjalnych wariantów genomu, a następnie zidentyfikowali eksperymentalnie 16 działających wirusów. Ich sekwencje genetyczne i budowa znacznie się od siebie różniły.

System EVO przeszedł trening na 2,7 mln genomów

Kluczową rolę w projekcie odegrał autorski system sztucznej inteligencji o nazwie EVO. Model został wytrenowany na 2,7 mln genomów bakterii i bakteriofagów. Potrafi przewidywać skutki mutacji oraz projektować nowe sekwencje DNA, RNA i białek – w tym układy CRISPR-Cas i bardzo długie fragmenty genomów.

Dzięki systemowi zespół mógł przetestować setki wariantów komputerowo, zanim którykolwiek z nich powstał fizycznie. Część zaprojektowanych fagów działała podobnie do swoich naturalnych krewnych, co – zdaniem naukowców – potwierdza praktyczną użyteczność tej metody w pracach nad terapiami fagowymi.

Eksperyment z opornymi szczepami E. coli

Najważniejszy wynik dotyczy zjawiska oporności. Niektóre kombinacje nowych fagów przełamywały oporność dwóch szczepów E. coli, które były odporne na fagi podobne do Fi-X174. To krok w stronę trwalszych terapii fagowych, które nie traciłyby skuteczności tak szybko, jak naturalne wirusy.

W praktyce projektowanie genomów wspierane przez AI może w przyszłości pozwolić na tworzenie fagów dopasowanych do konkretnych, groźnych szczepów bakterii. Na razie jednak wyniki dotyczą warunków laboratoryjnych, a nie gotowych terapii dla pacjentów.

Eksperci ostrzegają przed nowymi zagrożeniami

Autorzy badania zwracają uwagę na ryzyko związane z nowymi możliwościami. Zespoły, które w przyszłości będą pracować nad projektowaniem całych genomów, powinny – jak podkreślają – konsultować się ze specjalistami ds. bezpieczeństwa biologicznego na wszystkich etapach projektu. Ich zdaniem istniejące ramy bezpieczeństwa można dostosować do genomiki generatywnej, a dodatkową warstwę ochrony mogą stanowić zabezpieczenia na poziomie samych modeli AI.

Jeszcze mocniej wypowiedzieli się Thomas Inglesby i Moritz Hanke z Johns Hopkins Center for Health Security w komentarzu do publikacji. „Pytanie nie brzmi już, czy generatywne projektowanie genomów wirusów powstanie. Brzmi ono, czy społeczeństwo zdoła stworzyć nadzór, który pozwoli wykorzystać korzyści tej technologii, a jednocześnie zapobiegnie jej użyciu do wyrządzenia poważnych szkód” – cytuje ich PAP.

Co pozostaje niejasne

To wczesny etap badań, a testy przeprowadzono w laboratorium, a nie u pacjentów. Nie wiadomo, czy sztucznie zaprojektowane fagi sprawdzą się w organizmach żywych ani jak długo bakterie pozostaną na nie wrażliwe. Nie są też znane szczegóły oceny bezpieczeństwa takiego projektowania przez instytucje nadzorcze. Kolejne badania powinny pokazać, czy metoda jest wystarczająco powtarzalna poza warunkami eksperymentu.

Co to oznacza dla branży biotechnologicznej

Projekt pokazuje, że rośnie znaczenie interdyscyplinarnych zespołów łączących biologów, informatyków i specjalistów od bezpieczeństwa biologicznego. Granica między badaniami akademickimi a komercyjnym wdrożeniem genomiki generatywnej będzie się zacierać. W praktyce może to oznaczać większy popyt na osoby, które łączą wiedzę o DNA z umiejętnością pracy z modelami AI – w laboratoriach, firmach biofarmaceutycznych i instytucjach zajmujących się biobezpieczeństwem.

Źródło: https://www.bankier.pl/wiadomosc/Naukowcy-stworzyli-wirusa-za-pomoca-AI-Potrafi-atakowac-oporne-bakterie-9179549.html?utm_source=RSS&utm_medium=RSS&utm_campaign=Wiadomosci (informacje PAP, Marek Matacz)