AI untuk Pertama Kalinya Merancang Genom Virus Fungsional dari Nol

Bagaimana Evo 1 dan Evo 2 merancang genom baru?

Evo 2 merupakan model dasar genom yang dilatih menggunakan rangkaian DNA dari berbagai kelompok kehidupan, termasuk bakteri, arkea, tumbuhan, hewan, dan manusia. Model ini bekerja hingga tingkat satu nukleotida—unit dasar penyusun DNA .

Para peneliti kemudian menyempurnakan Evo 1 dan Evo 2 menggunakan genom bakteriofag. Tujuannya adalah menghasilkan rangkaian genom utuh dengan susunan gen yang masuk akal sekaligus kecenderungan untuk menargetkan inang tertentu .

Prosesnya dilakukan dalam skala besar:

• Model menghasilkan sekitar 700.000 kandidat genom virus .
• Penyaringan komputasional mempersempitnya menjadi 302 kandidat yang dianggap menjanjikan .
• Sebanyak 285 desain disintesis secara kimia—yakni diubah menjadi DNA fisik—lalu diuji pada E. coli .
• 16 dari 285 genom menghasilkan bakteriofag yang dapat bereplikasi, atau sekitar 5,6 persen .

Hasil ini menjadi tolok ukur awal yang dapat diukur untuk menilai “hasil produktif” dalam biologi generatif berskala genom .

Sebagian fag AI bekerja lebih cepat daripada ΦX174

Ke-16 bakteriofag yang berfungsi terbukti dapat menginfeksi dan melisis—memecah serta membunuh—sel E. coli dalam wadah uji laboratorium .

Beberapa di antaranya menunjukkan laju pertumbuhan dan kecepatan lisis yang lebih baik dibandingkan ΦX174, virus alami yang digunakan sebagai templat pembanding . Sejumlah rancangan juga memiliki lebih dari 50 perubahan asam amino dibandingkan virus alami tersebut, menunjukkan tingkat perbedaan yang jauh melampaui perubahan yang biasanya dihasilkan mutasi acak .

Temuan lain yang menarik, salah satu fag AI membawa protein pengemas DNA yang belum pernah ditemukan pada organisme mana pun yang diketahui di Bumi. Struktur tersebut menunjukkan bahwa model dapat menghasilkan solusi biologis yang sangat berbeda dari contoh-contoh di alam .

Dalam pengujian lain, koktail yang berisi 16 fag mampu menekan beberapa strain E. coli, termasuk varian yang telah mengembangkan resistansi terhadap fag tertentu . Strategi semacam ini penting karena bakteri dapat lebih sulit mengatasi serangan dari banyak fag dengan karakteristik berbeda secara bersamaan.

Peluang untuk terapi infeksi kebal antibiotik

Bakteriofag telah lama dipelajari sebagai cara untuk menargetkan bakteri. Namun, penggunaannya menghadapi tantangan: bakteri dapat berevolusi menjadi kebal terhadap fag tertentu. Kemampuan AI untuk menghasilkan fag baru secara cepat berpotensi membantu mengejar perubahan tersebut .

Koktail fag juga dapat menyerang bakteri melalui beberapa mekanisme sekaligus. Karena itu, fag yang dirancang AI berpotensi menjadi alat tambahan untuk menghadapi infeksi yang resistan terhadap banyak obat, meski hasil laboratorium ini belum sama dengan terapi yang terbukti aman dan efektif pada pasien .

Studi tersebut menunjukkan bahwa model bahasa genom dapat menghasilkan virus fungsional yang kemudian divalidasi melalui eksperimen. Dalam jangka panjang, pendekatan ini dapat mempercepat siklus perancangan dan pengujian fag yang ditujukan untuk bakteri tertentu . Brian Hie menyatakan bahwa kemampuan model untuk memasukkan keragaman evolusioner dapat membantu menjadikan terapi fag sebagai alternatif yang lebih efektif dalam kasus infeksi kebal antibiotik .

Mengapa terobosan ini memicu kekhawatiran biosekuriti?

Kemampuan untuk merancang genom virus secara generatif tidak hanya berguna bagi riset medis. Teknologi yang sama berpotensi disalahgunakan untuk menghasilkan organisme berbahaya. Dalam komentar pendamping di Science, Thomas Inglesby dan Moritz Hanke dari Johns Hopkins Center for Health Security menulis:

“Meskipun menjanjikan untuk penerapan dalam ilmu hayati, temuan ini juga menimbulkan pertanyaan mendesak tentang keselamatan dan keamanan hayati. Kemampuan untuk menyusun genom virus menggunakan AI generatif kini sudah ada; tata kelola untuk memastikan kemampuan ini digunakan dengan aman dan terlindungi belum ada.”

Salah satu lapisan pengaman yang ada adalah sistem penyaringan dari International Gene Synthesis Consortium, yang memeriksa pesanan DNA terhadap rangkaian patogen yang telah dikenal. Namun, sistem ini bersifat sukarela, bukan kewajiban hukum, dan pada dasarnya tidak dirancang untuk mendeteksi rangkaian yang tidak memiliki kecocokan dengan genom alami mana pun .

Arc Institute mengambil langkah pencegahan dengan sengaja mengecualikan patogen virus eukariotik—virus yang menginfeksi manusia atau hewan lain—dari data pelatihan Evo 2 . Meski demikian, para ahli memperingatkan bahwa genom hasil rancangan AI dapat dibuat lebih cepat daripada kemampuan sistem pengawasan saat ini untuk mengenali atau menghentikannya .

Komentar di Nature juga menyoroti sifat penggunaan ganda teknologi ini: alat yang dikembangkan untuk penemuan obat dan manfaat kesehatan dapat sekaligus menurunkan hambatan untuk menciptakan ancaman biologis baru .

Terobosan ilmiah sekaligus ujian tata kelola

Studi ini tidak menunjukkan bahwa AI telah menciptakan virus yang menginfeksi manusia. Ke-16 fag tersebut ditujukan untuk E. coli dan, berdasarkan laporan penelitian, tidak menimbulkan ancaman bagi manusia .

Namun, pencapaian utamanya tetap signifikan: AI kini telah membantu merancang genom virus lengkap yang dapat bekerja di dalam sel hidup. Tantangan berikutnya bukan hanya meningkatkan tingkat keberhasilan desain, melainkan memastikan setiap kemajuan dalam biologi generatif disertai pengujian, pembatasan akses, penyaringan DNA, dan aturan biosekuriti yang memadai.