AI Thiết Kế Bộ Gen Virus Đầu Tiên Từ Con Số 0: 16 Thực Khuẩn Thể Mới Vượt Trội Hơn Tự Nhiên

Evo 1 và Evo 2 Đã Thiết Kế Bộ Gen Mới Như Thế Nào?

Evo 2 là một mô hình nền tảng về gen, được huấn luyện trên các trình tự DNA của vi khuẩn, vi khuẩn cổ, thực vật, động vật và người, hoạt động ở độ phân giải nucleotide đơn . Các nhà nghiên cứu đã tinh chỉnh (fine-tune) cả Evo 1 và Evo 2 trên bộ gen của thực khuẩn thể để tạo ra các bộ gen hoàn chỉnh với cấu trúc di truyền thực tế và khả năng nhắm mục tiêu vào vật chủ mong muốn .

Quy trình này có quy mô cực kỳ lớn. Các mô hình đã tạo ra khoảng 700.000 trình tự gen virus tiềm năng . Các bộ lọc tính toán đã thu hẹp xuống còn 302 ứng cử viên hứa hẹn . Trong số đó, 285 trình tự đã được tổng hợp hóa học (in ra dưới dạng DNA vật lý) và đưa vào tế bào E. coli .

16 trong số 285 bộ gen được tổng hợp đã tạo ra các thực khuẩn thể có chức năng và tự nhân lên — tỷ lệ thành công khoảng 5,6% . Nghiên cứu này thiết lập một chuẩn mực đầu tiên có thể đo lường được về "sản lượng tạo sinh" (productive yield) cho lĩnh vực sinh học tạo gen ở quy mô bộ gen .

Kết Quả Vượt Trội Hơn Tự Nhiên

Tất cả 16 thực khuẩn thể sống được đều có khả năng lây nhiễm và làm tan (tiêu diệt) vi khuẩn E. coli trong đĩa thí nghiệm, chứng tỏ khả năng nhân lên, lây nhiễm và phân hủy tế bào vật chủ hoàn chỉnh . Nhiều thực khuẩn thể do AI thiết kế còn vượt trội hơn so với chủng hoang dã ΦX174 — virus khuôn mẫu tự nhiên — trong các so sánh trực tiếp về tốc độ tăng trưởng và tốc độ tiêu diệt . Một số thiết kế chứa hơn 50 thay đổi axit amin so với virus tự nhiên, mức độ khác biệt vượt xa những gì đột biến ngẫu nhiên thông thường có thể tạo ra .

Đặc biệt, một trong các thực khuẩn thể mã hóa một protein đóng gói DNA không có trong bất kỳ sinh vật nào được biết đến trên Trái Đất — một cấu trúc sinh học hoàn toàn mới do AI phát minh ra .

Một hỗn hợp gồm 16 thực khuẩn thể này đã khắc phục được sự kháng thuốc trên nhiều chủng E. coli, bao gồm các biến thể kháng virus đã tiến hóa để miễn nhiễm với từng loại thực khuẩn thể riêng lẻ .

Ý Nghĩa Đối Với Điều Trị Nhiễm Khuẩn Kháng Thuốc

Khả năng tạo ra các thực khuẩn thể mới một cách nhanh chóng theo yêu cầu có thể giúp vượt qua cuộc chạy đua tiến hóa, nơi vi khuẩn phát triển khả năng kháng lại từng chủng thực khuẩn thể riêng lẻ . Bởi vì hỗn hợp thực khuẩn thể có thể tấn công vi khuẩn qua nhiều cơ chế cùng lúc, các thực khuẩn thể do AI tạo ra mang đến một vũ khí đầy hứa hẹn để chống lại các ca nhiễm trùng đa kháng thuốc .

Nghiên cứu đã chứng minh rằng các mô hình ngôn ngữ gen có thể tạo ra virus có chức năng trong thực nghiệm, mở ra cánh cửa để nhanh chóng tạo ra các thực khuẩn thể điều trị mới nhắm vào các mầm bệnh vi khuẩn cụ thể . Brian Hie lưu ý rằng khả năng kết hợp sự đa dạng tiến hóa của chương trình có thể biến liệu pháp thực khuẩn thể thành một giải pháp thay thế hiệu quả hơn so với kháng sinh truyền thống .

Mối Lo Ngại Về An Ninh Sinh Học: Một Khoảng Trống Quản Trị

Trong một bài bình luận đăng kèm trên Science, Tiến sĩ Thomas Inglesby và Tiến sĩ Moritz Hanke từ Trung tâm An ninh Y tế Johns Hopkins đã viết: "Mặc dù điều này đầy hứa hẹn cho các ứng dụng khoa học sự sống, nhưng nó cũng đặt ra những câu hỏi cấp bách về an toàn và an ninh sinh học. Khả năng tạo ra bộ gen virus bằng AI tạo sinh hiện đã tồn tại; nhưng cơ chế quản trị để đảm bảo các khả năng này được sử dụng an toàn và bảo mật thì chưa" .

Lá chắn bảo vệ chính — hệ thống sàng lọc của Liên minh Tổng hợp Gen Quốc tế (IGSC), nơi kiểm tra các đơn đặt hàng DNA dựa trên các trình tự mầm bệnh đã biết — là tự nguyện, không bắt buộc theo luật và chưa bao giờ được thiết kế để bắt được các trình tự không có điểm tương đồng trong bất kỳ cơ sở dữ liệu tự nhiên nào .

Viện Arc đã thực hiện các biện pháp phòng ngừa an toàn bằng cách cố tình loại trừ các mầm bệnh virus nhân chuẩn (virus lây nhiễm sang người hoặc động vật khác) khỏi dữ liệu huấn luyện của Evo 2 . Tuy nhiên, các chuyên gia cảnh báo rằng các phương pháp AI tương tự có thể bị các tác nhân xấu áp dụng để tạo ra trình tự cho các mầm bệnh nguy hiểm và các bộ gen do AI tạo ra có thể được tạo ra quá nhanh để các hệ thống giám sát hiện tại có thể phát hiện hoặc ngăn chặn kịp thời .

Một bài bình luận trên tạp chí Nature cũng nhấn mạnh rằng mặc dù những công cụ này được phát triển cho mục đích khám phá thuốc có lợi, nhưng chúng có thể hạ thấp rào cản để tạo ra các mối đe dọa sinh học mới .