科学家利用人工智能创造了 16 种新病毒

人工智能系统首次创造了一系列以前未知的病毒，能够感染和消灭某些类型的细菌。这一突破为对抗细菌耐药性开辟了新的可能性。然而，这也引发了人们对该技术可能被滥用来设计生物武器的担忧。几年来，科学家们已经能够从头开始合成病毒。这些通常用于开发和评估抗病毒药物和疫苗，以及扩大我们对这些微生物行为的了解。然而，这些病毒基因组的产生主要依赖于复制先前已知的病原体或变体。相比之下，斯坦福大学和 Arc 研究所的科学家进行的一项新研究成功地让人工智能根据自然界中发现的数百万种动物、植物、微生物、细菌和病毒的基因序列中包含的信息，成功地让人工智能设计出简单、功能性和以前未见过的病毒。研究人员使用噬菌体——一种基因组相对较小的微生物，在受控条件下相对容易合成和操作。这些病毒只感染细菌，使其成为具有巨大生物技术潜力的工具，并且是对抗耐药细菌感染的抗生素的有前途的替代品。这些全新病毒的创建基于 Evo 1 和 Evo 2，这是为计算生物学应用开发的基础人工智能模型。这两种算法都对来自生命各个领域的数百万个基因组进行了训练，目的是识别和学习复杂的进化模式，包括基因通常如何组织、哪些序列是保守的，以及允许有机体保持功能的生物限制。实验设计使用能够感染大肠杆菌 (E. coli) 的噬菌体 Phi X-174 作为参考。我们的目标不是复制这种病毒，而是仅将其用作算法的指导，以生成数千个全新的基因组，其遗传结构与感染大肠杆菌兼容。换句话说，源自人工智能创建的基因组的病毒保留了识别细菌、插入DNA、复制它、产生新的病毒颗粒并正确组装它们所必需的功能组织。然而，特定的 DNA 序列与在天然噬菌体中观察到的序列有很大不同。使用 AI 创建的 16 种新病毒 然后，科学家们评估了 AI 生成的基因组，以选择那些最有可能发挥功能的病毒，同时考虑到基因组织、调控元件的存在以及受 Phi X-174 噬菌体生物学启发的其他标准等因素。这次选择产生了 300 个基因组样本，这些样本是在实验室中逐个分子人工合成的。然后将它们引入大肠杆菌中，测试它们是否能够产生功能性病毒。在 300 个合成的基因组中，只有 16 个产生了功能齐全的噬菌体，其特点是以前未发表的序列、不同的基因、新的调控元件，甚至不同的基因组大小。这些病毒的行为也各不相同：虽然有些病毒感染细菌的速度更快，但另一些病毒则表现出不同的复制能力。这项研究发表在本周的《科学》杂志上，还评估了人工智能生成的噬菌体对抗耐药细菌的能力。该实验涉及将人工智能设计的噬菌体混合物和类似于 Phi X-174 的天然噬菌体混合物暴露于已经对该病毒产生抗药性的大肠杆菌菌株中。结果表明，人工智能生成的病毒能够快速克服细菌耐药性并建立感染。作者表示，这一发现展示了“一条针对快速进化的细菌病原体的人工智能噬菌体疗法的道路”。里程碑的两个方面 这一发现为解决日益严重的细菌耐药性问题开辟了新的可能性。研究人员表示，这种方法可以促进个性化治疗的发展，其进化速度几乎与病原体本身相同。尽管这一里程碑代表了分子生物医学的重大进步，但它也引起了人们对该技术潜在的恶意使用的担忧，例如开发新疾病、剧毒物质或能够引发新大流行的病原体。