Naučnici sa Univerziteta Stanford i Arc Instituta objavili su da su uspjeli napraviti nešto što se još donedavno činilo naučnom fantastikom – sintetizovali su viruse s nizovima DNA koje je dizajnirao AI i njima su ciljano ubijali bakterije.
Riječ je o stvarnim, a ne simuliranim virusima, funkcionalnim bakteriofagima koji napadaju bakterije. Oni su u laboratoriji u Petrijevim zdjelicama pronalazili domaćine, preuzimali njihove sisteme za umnožavanje i na kraju ih uništavali.
Tim je svoj rad, koji još čeka na recenziju, objavio na platformi bioRxiv, međutim, časopis Nature ga je već predstavio kao korak prema dobu u kojem će AI pisati čitave genome, a ne samo proteinske fragmente.
Sljedeći korak je život generisan AI-jem
Voditelj tima Brian Hie, informacioni biolog na Stanfordu, rekao je za Nature da je to “prvi put da AI sistemi mogu pisati koherentne sekvence na nivou cijelog genoma”.
“Sljedeći korak je život generisan vještačkom inteligencijom”, dodao je. Međutim, suautor studije Samuel King istaknuo je da će se “prije dizajniranja cijelog živog organizma ipak morati dogoditi još puno eksperimentalnih iskoraka”.
Šta su virusi?
Za razumijevanje značaja ovog rezultata važno je podsjetiti šta su virusi i zašto su pogodna “platna” za informacioni dizajn.
Virusi se ne smatraju u potpunosti živim: oni su genomski “roboti” koji nemaju sopstvenu proizvodnju energije ni stanice, nego preuzimaju biohemiju domaćina kako bi se umnožavali. Budući da imaju male genome i malo gena u odnosu na bakterije ili životinje, lakši su za inženjering, kako za ljude tako i za mađine koji na njima rade.
Kako su stvoreni novi virusi?
U novom istraživanju naučnici su krenuli od klasičnog modela, bakteriofaga phiX174 (ΦX174). To je prvi genom DNA koji je ikad sekvenciran, detaljno proučen i koji je malen – ima oko 5400 parova baza raspoređenih u 11 gena, što ga čini idealnim poligonom za testiranja.
Ključni alat kojim su naučnici dizajnirali virus bio je AI model po imenu Evo. Za razliku od opštih jezičnih modela, Evo je specijalist istreniran na milionima genoma bakteriofaga kako bi “naučio” obrasce koji čine viruse funkcionalnim.
Naučnici su od njega zatražili da “napiše” nove, potpune genome nalik genomu ΦX174, ali ne identične. Model je generisao 302 dizajna. Tim je zatim hemijski spojio svaki taj genom i ubacio ih u standardne laboratorijske sojeve E. coli kako bi provjerio hoće li novi virusi opstati, replicirati se i ubijati bakterije.
Šesnaest od 302 dizajna je stvarno funkcionisalo. To se možda ne čini kao impresivna stopa pogodaka ako se razmišlja u nekom sportskom kontekstu, međutim u biotehnologiji je to veliki skok, to je šesnaest potpuno novih, informatički osmišljenih i u laboratoriju “oživljenih” virusnih genoma koji mogu zaraziti i uništavati bakterije.
Takođe, tim je saopštio da su dizajnirani bakteriofagi uspjeli ubiti tri različita soja E. coli te da su, u brojnim slučajevima, nadmašili prirodni ΦX174.
U analizi za Asimov Press, naučni novinar i urednik, biotehnolog Niko McCarty napisao je da su novostvoreni virusi “u mnogim slučajevima bili infektivniji od divljeg soja ΦX174 iako su imali velike promjene u genomu koje bi čovjek teško osmislio racionalnim dizajnom”.
Borba protiv superbakterija
Zašto je ovo važno? Prije svega zbog porasta antimikrobne otpornosti. Bakterije sve više razvijaju otpornost na najsnažnije antibiotike. Bakteriofagi, virusi koji ciljaju baš one bakterije koje želimo ukloniti su zato sve zanimljiviji odgovor na takav razvoj situacije. Ako AI može brzo osmišljavati cijele bakteriofagne genome, mogli bismo, barem načelno, ubrzati put do terapija krojenih za specifične sojeve bakterija.
Brzina razvoja novih virusa
Druga korisna stvar su brzina i širina pretrage mogućih rješenja. Naime, biolozi u pravilu mijenjaju gene jedan po jedan, ili slagalicu slažu racionalnim pretpostavkama. Jezični model, naprotiv, generiše čitave genome kandidate, a laboratorija zatim eliminiše loše i potvrđuje dobre. Arc Institute tumači da su u radu zadržali minimalni ” set alata ” faga – tražili su da barem sedam proteina novog virusa odgovara ključnim proteinima prirodnog ΦX174.
Treća, konceptualna korist, jest to što je prvi put demonstrirano da AI može napisati potpune genomske programe koji funkcionišu u stvarnom svijetu, a ne samo kratke sekvence proteina ili promotora. To pomiče granicu od AI-ja kao pomagača, prema AI-ju kao autoru biološkog koda.
Važnost za ciljane terapije
Virusi koje je dizajnirao AI takođe bi mogli postati precizni “mikroalati” za liječenje — i to na dva načina.
Mogli bi djelovati kao onkolitički virusi koji direktno uništavaju tumorske stanice i kao vektori koji u tumor dostavljaju terapijski teret, odnosno lijek.
Onkolitički pristup oslanja se na činjenicu da mnoge kancerogene stanice imaju poremećene mehanizme odbrane. Pametno dizajniran virus može ulaziti u takve stanice, množiti se i direktno ih rasprskavati. Pritom može oslobađati tumorske antigene koji bi podsticali imunološki sistem da dovrši posao.
Kao vektori, virusi mogu u tumor unijeti uputstva koja pojačavaju lokalni imunološki odgovor (npr. citokine), “samoubilačke” gene koji otrov pretvaraju u lijek baš u tumoru, ili sisteme za ciljano uređivanje gena. AI bi ovdje dao dvije ključne prednosti: prvo, brzo bi predlagao varijante genoma s tačno podešenim “tropizmom” — sklonošću da napadaju samo određene stanice — i, drugo, mogao bi dizajnirati sigurnosne “prekidače” koji gase virus ako zaluta izvan ciljanog tkiva.
Moguće opasnosti
Mežutim, kako to često bude s tehnologijama, i ova nova nosi potencijalne opasnosti.
Naime, u zajednici sintetskih biologa već se dugo vodi rasprava o takozvanim tehnologijama s dvostrukim namjenama – koje mogu pomoći u stvaranju novih lijekova, ali istovremeno mogu omogućiti zloupotrebe.
Ako AI može “pisati” funkcionalne virusne genome, neko bi ga mogao pokušati upotrijebiti za stvaranje opasnih patogena, odnosno za biološko ratovanje i bioterorizam.
Craig Venter, pionir sintetske biologije, koji je vodio firmu Celera Genomics koja je u februaru 2001. u Scienceu objavila nacrt ljudskog genoma, upozorio je na oprez.
“Jedno područje u kojem pozivam na krajnji oprez je svako istraživanje pojačavanja funkcija virusa, pogotovo kad je ono nasumično pa ne znate što ćete dobiti… Kad bi neko ovo radio s velikim boginjama ili antraksom, bio bih ozbiljno zabrinut”, rekao je Venter