ZNANSTVENICI sa Sveučilišta Stanford i Arc Instituta objavili su da su uspjeli napraviti nešto što se još donedavno činilo znanstvenom fantastikom - sintetizirali 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 laboratoriju u Petrijevim zdjelicama pronalazili domaćine, preuzimali njihove sustave za umnažanje 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 generiran AI-jem

Voditelj tima Brian Hie, računalni biolog na Stanfordu, rekao je za Nature da je to "prvi put da AI sustavi mogu pisati koherentne sekvence na razini cijelog genoma".

"Sljedeći korak je život generiran umjetnom inteligencijom", dodao je. No, suautor studije Samuel King istaknuo je da će se "prije dizajniranja cijelog živog organizma ipak morati dogoditi još puno eksperimentalnih iskoraka".

Što su virusi?

Za razumijevanje značaja ovog rezultata važno je podsjetiti što su virusi i zašto su pogodna "platna" za računalni dizajn.

Virusi se ne smatraju u potpunosti živima: oni su genomski "roboti" koji nemaju vlastitu proizvodnju energije niti stanice, nego preuzimaju biokemiju 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 strojeve koji na njima rade.

Kako su stvoreni novi virusi?

U novom istraživanju znanstvenici su krenuli od klasičnog modela, bakteriofaga phiX174 (ΦX174). To je prvi genom DNA koji je ikad sekvenciran, temeljito 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 znanstvenici dizajnirali virus bio je AI model po imenu Evo. Za razliku od općih jezičnih modela, Evo je specijalist istreniran na milijunima genoma bakteriofaga kako bi "naučio" obrasce koji čine viruse funkcionalnim.

Znanstvenici su od njega zatražili da "napiše" nove, cjelovite genome nalik genomu ΦX174, ali ne identične. Model je generirao 302 dizajna. Tim je potom kemijski sintetizirao 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 funkcioniralo. To se možda ne čini kao impresivna stopa pogodaka ako se razmišlja u nekom sportskom kontekstu, no u biotehnologiji je to golemi skok, to je šesnaest potpuno novih, računalno osmišljenih i u laboratoriju "oživljenih" virusnih genoma koji mogu zaraziti i uništavati bakterije.

Štoviše, tim je izvijestio 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, znanstveni 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 stoga 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, generira čitave genome kandidate, a laboratorij zatim eliminira loše i potvrđuje dobre. Arc Institute tumači da su u studiji 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 cjelovite genomske programe koji funkcioniraju 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 također bi mogli postati precizni "mikroalati" za liječenje — i to na dva načina.

Mogli bi djelovati kao onkolitički virusi koji izravno 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 obrane. Pametno dizajniran virus može ulaziti u takve stanice, množiti se i doslovno ih rasprskavati. Pritom može oslobađati tumorske antigene koji bi poticali imunosni sustav da dovrši posao.

Kao vektori, virusi mogu u tumor unijeti upute koje pojačavaju lokalni imunosni odgovor (npr. citokine), "samoubilačke" gene koji otrov pretvaraju u lijek baš u tumoru, ili sustave za ciljano uređivanje gena. AI bi ovdje dao dvije ključne prednosti: prvo, brzo bi predlagao varijante genoma s točno 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

No, kako to često biva s tehnologijama, i ova nova nosi potencijalne opasnosti.

Naime, u zajednici sintetskih biologa već se dugo vodi rasprava o takozvanim tehnologijama s dvojnim namjenama - koje mogu pomoći u stvaranju novih lijekova, ali istovremeno mogu omogućiti zlouporabe.

Ako AI može "pisati" funkcionalne virusne genome, netko bi ga mogao pokušati upotrijebiti za stvaranje opasnih patogena, odnosno za biološko ratovanje i bioterorizam.

Craig Venter, pionir sintetske biologije, koji je vodio tvrtku Celera Genomics koja je u veljači 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, osobito kad je ono nasumično pa ne znate što ćete dobiti… Kad bi netko ovo radio s velikim boginjama ili antraksom, bio bih ozbiljno zabrinut", rekao je Venter.