Бактеріофаги — це віруси, які заражають бактерії. У цій роботі йшлося про фаги, націлені на Escherichia coli — кишкову паличку. Вони не були призначені для зараження людей чи інших тварин .
Evo 2 — фундаментальна геномна модель, навчена на послідовностях ДНК бактерій, архей, рослин, тварин і людини. Вона аналізує біологічні послідовності на рівні окремих нуклеотидів — «літер» генетичного коду .
Дослідники додатково налаштували Evo 1 та Evo 2 на геномах бактеріофагів. Моделі мали створювати не окремі гени, а цілісні геноми з реалістичною генетичною будовою та здатністю уражати потрібного господаря . За основу взяли добре вивчений природний фаг ΦX174, який заражає E. coli.
Процес складався з кількох етапів:
Автори називають цей результат першим вимірюваним показником «продуктивного виходу» для генеративного проєктування геномів .
Усі 16 життєздатних фагів інфікували та лізували — тобто знищували — E. coli у лабораторних чашках . Це підтвердило, що ШІ створив не просто схожі на віруси послідовності, а геноми, які працюють у клітинах.
Кілька розроблених фагів у прямих порівняннях перевершили природний ΦX174 за швидкістю розмноження та руйнування бактеріальних клітин . Деякі з них містили понад 50 змін амінокислот порівняно з природним вірусом — значно більше, ніж зазвичай можна було б очікувати від випадкових мутацій .
Один із фагів використовував білок пакування ДНК, якого не виявили в жодному відомому організмі. Це вказує на те, що модель створила біологічну структуру з високою еволюційною новизною .
Ще важливіший результат дала суміш усіх 16 фагів. Вона стримувала ріст кількох штамів E. coli, зокрема варіантів, які набули стійкості до окремих фагів .
Бактеріофаги давно розглядають як можливе доповнення або альтернативу антибіотикам: вони атакують бактерії, але не діють на клітини людини так само, як антибактеріальні препарати. Проблема полягає в тому, що бактерії також можуть швидко виробляти стійкість до окремих фагів.
Швидке створення нових фагів за допомогою ШІ може допомогти випередити цю еволюційну гонку . Комбінації різних фагів — фагові коктейлі — здатні атакувати бактерію кількома способами одночасно, що ускладнює формування стійкості .
Результат Stanford та Arc Institute не є готовою терапією для пацієнтів. Експерименти проводилися в лабораторії на штамах E. coli, тому ще потрібно перевірити безпеку, стабільність і ефективність таких фагів у складніших біологічних умовах. Однак робота демонструє принципово новий цикл «спроєктувати — виготовити — перевірити»: геномна модель може запропонувати багато варіантів, після чого дослідники швидко тестують їх експериментально .
За словами Браяна Хі, здатність моделей використовувати еволюційну різноманітність може зробити фагову терапію ефективнішою альтернативою традиційним антибіотикам у випадках стійких бактеріальних інфекцій .
Разом із потенційною користю дослідження привернуло увагу до ризиків подвійного призначення. У супровідному коментарі в Science Томас Інґлсбі та Моріц Ханке з Центру охорони здоров’я і безпеки імені Джонса Гопкінса заявили, що можливість складати вірусні геноми за допомогою генеративного ШІ вже існує, тоді як система управління, яка гарантувала б безпечне використання цієї можливості, ще не сформована .
Одна з головних наявних запобіжних систем — перевірка замовлень на синтез ДНК, яку координує International Gene Synthesis Consortium. Вона добровільна, а не передбачена законом як обов’язкова, і передусім шукає збіги з відомими послідовностями патогенів. Тому система може не розпізнати штучний геном, якого раніше не існувало в природі .
Arc Institute вжив заходів обережності: з навчальних даних Evo 2 навмисно вилучили еукаріотичні вірусні патогени — віруси, що заражають людей або інших тварин . Проте експерти попереджають, що подібні методи потенційно можуть бути використані зловмисниками для створення небезпечних послідовностей, а швидкість генерації штучних геномів може випереджати можливості сучасних систем нагляду .
Коментатори Nature також наголосили на парадоксі: інструменти створюють для пошуку ліків і розвитку біотехнологій, але водночас вони можуть знизити бар’єр для розроблення нових біологічних загроз .
Отже, головний висновок цієї роботи подвійний. ШІ вже здатен проєктувати цілі функціональні геноми, що відкриває перспективи для боротьби з антибіотикорезистентними бактеріями. Але разом із цим наукова спільнота та регулятори мають терміново оновити правила синтезу ДНК, перевірки біологічних моделей і контролю технологій, які можуть створювати нові форми життя.