Vedci použili umelú inteligenciu na napísanie koherentných vírusových genómov, pomocou ktorých syntetizovali bakteriofágy schopné zabíjať odolné kmene baktérií.
Vznikli prvé vírusy navrhnuté umelou inteligenciou, ktoré sú schopné loviť a zabíjať kmene baktérie Escherichia coli. Zdroj: iStock.com/Antiv3D
Vedci vytvorili vôbec prvé vírusy navrhnuté umelou inteligenciou, ktoré sú schopné loviť a zabíjať kmene baktérie Escherichia coli (E. coli). Baktéria sa bežne vyskytuje v črevnej mikroflóre každého človeka, kde pomáha pri trávení potravy a tvorbe vitamínov. Tvorí aj rad látok, ktoré zabraňujú šíreniu patogénov a podieľajú sa na tvorbe vitamínu K. Môže sa však stať nebezpečnou, ak sa dostane do krvi alebo do močovej trubice či močového mechúra, rovnako má patogénne kmene, ktoré môžu spôsobovať nebezpečné hnačky.
„Je to po prvý raz, čo sú systémy umelej inteligencie schopné napísať koherentné sekvencie v rozsahu genómu,“ povedal Brian Hie, počítačový biológ zo Stanfordovej univerzity v Kalifornii. „Ďalším krokom je život generovaný umelou inteligenciou,“ uviedol Hie, ale jeho kolega Samuel King dodáva, že „na to, aby sme mohli navrhnúť celý živý organizmus, musí nastať ešte veľa experimentálnych pokrokov“.
Štúdia uverejnená na biologickom portáli bioRxiv ukazuje potenciál umelej inteligencie pri navrhovaní biotechnologických nástrojov a terapií na liečbu bakteriálnych infekcií. „Dúfame, že takáto stratégia môže doplniť existujúce stratégie fágovej terapie a jedného dňa rozšíriť terapie zamerané na problematické patogény,“ doplnil Hie.
Infikovali a zabili tri kmene nebezpečnej baktérie
Modely umelej inteligencie sa už použili na generovanie sekvencií DNA, jednotlivých proteínov a viaczložkových komplexov. Navrhovanie celého genómu je však oveľa náročnejšie vzhľadom na zložité interakcie medzi génmi a procesmi replikácie a regulácie génov. Tieto systémy umelej inteligencie sú teraz schopné pomôcť vedcom manipulovať s veľmi zložitými biologickými systémami, ako sú celé genómy. „Existuje mnoho dôležitých biologických funkcií, ku ktorým sa môžete dostať len vtedy, keď ste schopní navrhnúť kompletné genómy.“
Na návrh vírusových genómov vedci použili modely umelej inteligencie, ktoré analyzujú a vytvárajú sekvencie DNA, RNA a proteínov. Najskôr vytvorili šablónu, ktorá viedla príslušný model umelej inteligencie k vytvoreniu genómu s požadovanými vlastnosťami. Vybrali si jednoduchý jednovláknový DNA vírus, ktorý obsahuje všetky látky potrebné na infikovanie hostiteľov a replikáciu v nich.
Vedci vyhodnotili tisíce sekvencií vytvorených umelou inteligenciou a zúžili ich vyhľadávanie na 302 životaschopných bakteriofágov. Syntetizovali DNA z genómov navrhnutých umelou inteligenciou a vložili ich do hostiteľských baktérií na pestovanie fágov. Tieto fágy sa potom experimentálne testovali, aby sa zistilo, či dokážu infikovať a zabiť E. coli.
Približne 16 z 302 bakteriofágov navrhnutých umelou inteligenciou vykazovalo hostiteľskú špecifickosť pre E. coli a dokázalo infikovať baktérie. Výskumníci zistili, že kombinácie fágov s dizajnom umelej inteligencie mohli infikovať a zabiť tri rôzne kmene E. coli.
Nepatogénne vírusy
Samotný model Evo ešte nestačí na navrhovanie a generovanie vírusov bez zásahov, usmerňovania a filtrovania zo strany tímu. „No myslím si, že ako celkový systém so všetkými filtrami na mieste a s celým systémom a potrubím, ktoré stanovili, to ukazuje, že by to mohol byť prístup, ktorý môže viesť k funkčným genómom,“ dodal.
Existujú etické obavy, že umelá inteligencia sa používa na navrhovanie vírusov, ktoré môžu škodiť ľuďom. Kerstin Göpfrichová, biofyzička a syntetická biologička z Heidelberskej univerzity v Nemecku, však tvrdí, že tento problém, známy ako dilema dvojakého použitia, nie je jedinečný pre umelú inteligenciu, ale v biológii je vždy problémom.
Autori sa zaoberali otázkami biologickej bezpečnosti. Uvádzajú, že z tréningových údajov modelov Evo vylúčili vírusy, ktoré postihujú živé organizmy vrátane ľudí. Vírusy, ktoré skúmali, neboli patogénne a dlhodobejšie sa využívali v molekulárno-biologickom výskume.
Výskumníci dúfajú, že ich prístup by sa mohol použiť na bezpečné generovanie vírusov navrhnutých umelou inteligenciou, ktoré liečia rôzne choroby a problémy verejného zdravia vrátane rastúceho problému bakteriálnej rezistencie.
Zdroje: Primar.Sme, Gynella, Nature
