В научном мире произошло событие, которое ранее казалось уделом научной фантастики: американские ученые сообщили о создании полностью функциональных геномов вирусов с помощью искусственного интеллекта. Группа исследователей продемонстрировала, что алгоритмы машинного обучения способны не просто анализировать биологические данные, но и конструировать новые, жизнеспособные биологические структуры. Экспериментальные проверки в лаборатории подтвердили, что созданные ИИ вирусы полностью соответствуют своему назначению — они успешно заражают и уничтожают целевые бактерии.
От языковых моделей к геномному дизайну
В основе прорыва лежит использование геномных языковых моделей Evo 1 и Evo 2. Принцип их работы аналогичен тому, как функционируют современные большие языковые модели (LLM), которые мы используем для генерации текста. Однако вместо предсказания следующего слова в предложении эти алгоритмы предсказывают последовательность нуклеотидов в цепи ДНК. Базовые модели были обучены на массивной выборке, включающей более двух миллионов геномов фагов. Для повышения точности их дополнительно дообучили на специализированном наборе из 14 466 последовательностей бактериофагов семейства Microviridae.
Успех в чашке Петри: 16 жизнеспособных штаммов
Процесс создания вирусов включал генерацию тысяч вариантов генома, из которых исследователи отбирали наиболее перспективные. Критериями отбора были наличие необходимых генов, правильная структура и способность заражать лабораторный штамм бактерии Escherichia coli C. После компьютерного отбора сотни геномов были синтезированы в виде физической ДНК. Из 285 протестированных конструкций 16 привели к появлению жизнеспособных бактериофагов. Ученые отмечают, что в лаборатории даже раздались аплодисменты, когда стало очевидно, что искусственные вирусы начали размножаться внутри бактерий и вызывать лизис — разрушение бактериальных клеток.
Создание новых видов: генетические отличия
Особенно примечательно, что некоторые из созданных вирусов значительно отличаются от известных природных аналогов. Каждый из успешных штаммов содержал от 67 до 392 новых мутаций по сравнению с ближайшим природным родственником. Один из синтезированных вирусов, получивший название Evo-Φ2147, имеет лишь 93% сходства по нуклеотидной последовательности с ближайшим известным фагом NC51. По ряду критериев он может считаться совершенно новым видом, не имеющим точных аналогов в природе.
Безопасность и перспективы применения
Важно подчеркнуть, что речь идет исключительно о бактериофагах — вирусах, поражающих бактерии, а не о вирусах человека. В качестве основы использовался хорошо изученный фаг ΦX174, который стал первым полностью секвенированным геномом еще в 1977 году. Практическая цель данной технологии заключается в разработке новых средств борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериями, что открывает новые горизонты в создании лекарств и защите здоровья человека. Тем не менее, появление инструментов, позволяющих конструировать вирусы с нуля, неизбежно вызывает вопросы о биобезопасности и этических аспектах использования таких мощных технологий.
