Искусственный интеллект впервые создал вирусы, не существующие в природе. Они смогли уничтожить кишечную палочку

Ученые обучили искусственный интеллект на библиотеках ДНК, а затем попросили ИИ создать рецепты для вирусных геномов. Шестнадцать синтетических фагов — небольших вирусов, которые заражают бактерии, оказались жизнеспособными, что привело к появлению новых вирусов.

Новое исследование было опубликовано в четверг в журнале Science, оно выходит далеко за рамки простого копирования вирусных генов.

Ученые из Arc Institute, исследовательской организации в Пало-Альто, штат Калифорния, научили искусственный интеллект распознавать закономерности структуры ДНК в природе, а затем использовать эти данные при создании рецептов совершенно новых вирусов.

Исследователи, следуя этим рецептам, создали молекулы ДНК, которые затем ввели в бактерии. Модифицированные бактерии затем произвели вирусы, никогда ранее не встречавшиеся в природе. Вирусы смогли заразить другие бактерии, продемонстрировав свою жизнеспособность.

В ходе испытаний в своей защищенной лаборатории исследователи обнаружили, что новые фаги оказались более эффективными в уничтожении распространенного микроба E. coli (научное и международное название кишечной палочки), чем природный фаг ΦX174.

Вирусы, созданные искусственным интеллектом, не представляют угрозы для человека, поскольку все они похожи на встречающийся в природе вирус Phi X-174, способный заражать только бактерии.

Однако исследование усиливает опасения, что ИИ может способствовать созданию нового поколения биологического оружия, от смертельных ядов до неудержимых пандемий.

Авторы исследования использовали модель искусственного интеллекта под названием Evo, которая в некотором смысле похожа на ChatGPT, разработанную компанией OpenAI. ChatGPT отвечает на вопросы, соединяя слова, что стало возможно благодаря многолетнему обучению на огромных массивах текста, собранных из интернета, книг и других источников.

ДНК в некотором смысле похожа на книгу, представляя собой цепочку молекулярных строительных блоков, известных как нуклеотиды, расположенных подобно буквам в строке текста. Ген состоит из сотен нуклеотидов, взятых из четырехбуквенного алфавита: А, С, Г и Т. Эта последовательность кодирует инструкции для построения белков и других молекул.

Исследователи задались вопросом, сможет ли Evo усвоить структуру ДНК и обучили его на генетических последовательностях, полученных от миллионов животных, растений, микробов и вирусов. В общей сложности Evo просканировал около девяти триллионов нуклеотидов. Evo распознал закономерности, общие для всего древа жизни, и использовал их для создания чертежей новых генов, кодирующих белки, способные выполнять определенные задачи. Эти результаты заставили команду задуматься, сможет ли Evo освоить не только отдельные гены, но и весь геном.

Поскольку искусственный интеллект поначалу мог бы обрабатывать только небольшие геномы, ученые решили попробовать создать вирусы. В то время как человеческий геном содержит более трех миллиардов нуклеотидов, геномы многих вирусов состоят всего из нескольких тысяч нуклеотидов.

Исследователи провели еще один раунд обучения Evo, на этот раз на 11 генах Phi X-174 и примерно 15 000 генов его ближайших родственников.

Они сделали этот выбор отчасти потому, что ученые досконально знают Phi X-174, изучая его почти столетие. А поскольку это бактериофаг, поражающий только кишечную палочку, они знали, что вирусы, подобные ему, будут безопасны.

После того как Evo ознакомился с геномами Phi X-174 и его родственников, исследователи запустили модель для создания собственных новых версий. Evo сгенерировал 700 000 потенциальных версий; ученые отбирали только те, которые, по их мнению, имели наилучшие шансы на успех.

В итоге им удалось создать молекулы ДНК из 285 предложенных Evo последовательностей. Когда эти геномы были готовы к тестированию, ученые ввели их в бактерии, которые затем распределили по чашкам Петри.

Во многих образцах микробы мирно размножались — геномы Evo оказались несостоятельными. Но в одном из образцов исследователи заметили четкие точки, появляющиеся на мутной пленке бактерий, — характерный признак размножения вирусов.

ДНК, которую ученые внедрили в бактерии, образовала белковые оболочки, содержащие вирусные гены. Вирусы вырвались из клеток, оставив после себя разорванные оболочки погибших хозяев.

По мере того как исследователи тестировали всё больше геномов, они видели всё больше четких закономерностей. В итоге они обнаружили, что 16 геномов Evo содержат жизнеспособные новые вирусы.

Они оказались такими же устойчивыми, как и природные. Более того, некоторые из них размножались быстрее, чем Phi X-174.

При этом вирусы Evo не являются принципиально новыми творениями. Они, как правило, очень похожи на природные виды, опираясь на те же самые биологические механизмы.

Ученым придется провести дополнительные эксперименты, чтобы выяснить, будет ли Evo демонстрировать такую ​​же эффективность при обучении на других группах вирусов. Если это окажется так, то ученые смогут обнаружить некоторые вирусы, созданные с помощью ИИ, которые могут стать полезными инструментами для медицины и биотехнологий. Например, для лечения людей с генетическими заболеваниями врачи загружают гены в вирусы, которые доставляют их в клетки.

Однако наряду с этой надеждой первоначальный успех Evo вызвал опасения, что ИИ может быть использован для создания смертельно опасных патогенов. Потенциальные опасности уже были в поле зрения исследователей, когда они обучали модель Evo. Они не предоставляли модели данные о вирусах, поражающих человека, и исключили из нее аналогичные вирусы, поражающие других животных, растения и грибы.

В результате Evo не может генерировать геномы вирусов, которые могли бы представлять угрозу для человека.