Американские ученые из Стэнфордского университета в Калифорнии использовали искусственный интеллект для создания вирусов, которые могут отслеживать и убивать штаммы Escherichia coli (E. coli).
«Это первый раз, когда системы искусственного интеллекта научились генерировать когерентные последовательности в масштабе генома. Следующим шагом является создание жизни с помощью искусственного интеллекта.
Модели ИИ ранее использовались для генерации последовательностей ДНК, отдельных белков и многокомпонентных комплексов. Тем не менее, проектирование полного генома является гораздо более сложной задачей, поскольку взаимодействие между генами, а также их репликация и регуляция являются чрезвычайно сложными.
Искусственный интеллект теперь способен помочь ученым манипулировать сложными биологическими системами, включая целые геномы. Для разработки вирусных геномов исследователи использовали EVO 1 и EVO 2-I-I-моды, которые анализируют и генерируют последовательности ДНК, РНК и белков. Первоначально исследователям нужна была последовательность шаблона дизайна, которая направляет модель ИИ на создание генома с желаемыми характеристиками.
Выбранный бактериофаг представлял собой вирус ДНК -вируса Phi X 174 — один линий, содержащий 5386 нуклеотидов в 11 генах, и все генетические элементы для инфекции хозяев и репликации внутри них. Модели Evo 1 и Evo 2 были предварительно подготовлены на более чем 2 миллионах геномов PHAG. Кроме того, исследователи дополнительно обучили искусственный интеллект, используя контролируемое обучение для генерации вирусных геномов, сходных с PHI X 174, с удельной функцией инфекции штаммов E. coli, которые особенно устойчивы к антибиотикам.
Исследователи проанализировали тысячи последовательностей искусственного интеллекта и сузили требование до 302 жизнеспособных бактериофага. Большинство потенциальных кандидатов имели более 40%, идентичные нуклеотидам PHI X 174, но у некоторых были совершенно разные кодирующие последовательности.
Исследователи синтезировали ДНК геномов, генерируемых моделями EVO 1 и EVO 2, и интегрировали эту ДНК в бактерии -хозяева для выращивания фагов. Затем фаги были протестированы на их способность заразить и убивать E. coli.
Согласно результатам испытаний, приблизительно 16 из 302 бактериофага продемонстрировали специфичность к E. coli и были способны заразить эти бактерии. Исследователи также обнаружили, что комбинации фагов, созданных с помощью искусственного интеллекта, способны заразить и убивать три разных штамма E. coli — что -то, что Phi x 174 не смог сделать.
Как отметил специалист по вычислительной биологии из лаборатории Colbd-Spring-Harber в Лорел Холло, Нью-Йорк, Питер Ку, сама модель EVO по-прежнему недостаточно для разработки и создания вирусов без помощи ученых. В научной статье авторы решают вопрос о биологическом расстоянии. Они говорят, что исключили вирусы, которые заражают эукариот, включая людей, из данных обучения EVO. Системы Phi x 174 и E. coli также непатогенные и имеют длительный анализ безопасного использования в молекулярных биологических исследованиях. Исследователи надеются, что их подход может быть использован для безопасного создания вирусов искусственного интеллекта, которые будут лечить различные заболевания и будут решать проблемы общественного здравоохранения, включая устойчивость к бактерии.
Результаты исследования были опубликованы на сервере Biorxiv.
