Ученые считают, что подобная технология в будущем может помочь создавать фаги против бактерий, устойчивых к антибиотикам.
Исследователи из Института Arc с помощью искусственного интеллекта создали полные геномы вирусов, которых раньше не существовало в природе. Эксперимент, опубликованный 6 августа в журнале Science, показал, что некоторые из них способны превращаться в работающие вирусы и уничтожать бактерии E. coli.
Речь идет о бактериофагах — вирусах, которые поражают бактерии и не способны заражать людей, животных или растения. Ученые считают, что подобная технология в будущем может помочь создавать фаги против бактерий, устойчивых к антибиотикам.
ИИ написал геномы с нуля
Для работы использовали две модели Evo 1 и Evo 2, обученные не на текстах, как обычные чат-боты, а на генетических последовательностях. Исследователи намеренно исключили из обучения последовательности вирусов, способных заражать сложные организмы, чтобы снизить потенциальные риски.
Моделям дали короткие фрагменты природного бактериофага ΦX174 и предложили продолжить их. В результате ИИ сгенерировал около 700 тыс. вариантов полных геномов.
Из них ученые отобрали 302 последовательности для синтеза. Получить удалось 285, после чего их проверили на бактериях. В 16 случаях были обнаружены жизнеспособные фаги — около 5,6% от числа успешно созданных вариантов.
При этом девять из 16 фагов соответствовали исходным последовательностям, предложенным ИИ. Остальные семь приобрели дополнительные мутации уже после попадания в бактерии.
Некоторые искусственные фаги разрушали бактерии быстрее природного аналога. Кроме того, смесь созданных ИИ вирусов смогла справиться с устойчивыми штаммами E. coli, против которых сопоставимый набор природных фагов оказался менее эффективным.
Фото: Chat GPT Исследователи из Института Arc с помощью искусственного интеллекта создали полные геномы вирусов, которых раньше не существовало в природе
Почему это важно для медицины
Фаготерапия уже используется в некоторых странах для борьбы с бактериальными инфекциями, когда антибиотики перестают работать. Но у метода есть серьезное ограничение: бактериофаги очень избирательны и обычно поражают только определенные штаммы бактерий.
Поэтому врачу сначала приходится искать подходящий вирус в существующих коллекциях. Такой поиск может занимать много времени, а нужного фага в доступной библиотеке может просто не оказаться.
Теоретически ИИ позволит перейти от поиска готового вируса к его проектированию под конкретную бактерию. Это особенно интересно на фоне распространения устойчивости к антибиотикам.
Однако до применения такой технологии в медицине еще далеко. Созданные фаги пока проверяли только в лаборатории на E. coli. Исследований на животных и клинических испытаний не проводилось.
У технологии есть проблема с безопасностью
Одновременно эксперимент показал слабое место существующих систем контроля синтетической ДНК. Сегодня последовательности, которые заказывают для создания вирусов и других биологических объектов, часто проверяют на сходство с уже известными опасными геномами.
Но искусственный геном, которого никогда не существовало в природе, может не быть похож на известный патоген и поэтому потенциально способен пройти такую проверку.
На эту проблему обратили внимание Томас Инглсби и Мориц Ханке из Центра безопасности здравоохранения имени Джонса Хопкинса. Они считают, что поставщики синтетической ДНК должны проверять не только сами последовательности, но и заказчиков, а системы контроля необходимо научить распознавать потенциально опасные геномы, не имеющие природных аналогов.
Не все специалисты считают угрозу столь серьезной. Том Эллис, профессор инженерии синтетического генома Имперского колледжа Лондона, отметил, что создать или изменить уже существующий патоген значительно проще, чем спроектировать новый вирус с нуля.
Он также подчеркнул, что исследование проводилось с одним из самых маленьких и простых вирусных геномов. Для сравнения, геном ΦX174 содержит 5386 оснований, тогда как у SARS-CoV-2 их около 30 тыс.
От лаборатории до лечения еще далеко
Авторы работы подчеркивают, что в эксперименте использовались безопасные для человека бактериофаги, а последовательности вирусов, способных заражать сложные организмы, исключили из обучения моделей.
«Это захватывающе. Это означает, что в будущем аналогичная технология сможет найти применение в самых разных областях», — отметил первый автор исследования Джакомо Сассо.
При этом сами результаты пока показывают прежде всего техническую возможность. ИИ уже способен предложить полный геном, которого не было в природе, а исследователи — синтезировать его и получить работающий бактериофаг.
До использования таких вирусов для лечения людей потребуются дополнительные исследования безопасности, испытания на животных, клинические испытания и разработка соответствующих правил производства и контроля.