Нейросеть впервые полностью сгенерировала жизнеспособный бактериофаг, ранее не существовавший

Биологи и математики из США разработали систему искусственного интеллекта, способную в полностью автономном режиме генерировать ранее не существовавшие и при этом жизнеспособные бактериофаги. Созданные ей вирусы смогли уничтожить патогенный штамм кишечной палочки, стойкой к действию природных бактериофагов, пишут исследователи в статье, опубликованной в научном журнале Science.

«Нам впервые удалось получить полностью синтетический геном вируса-бактериофага при помощи геномной большой языковой модели. Используя результаты ее творчества, мы подготовили сразу несколько вариаций жизнеспособных бактериофагов, используя в качестве шаблона уже известный вирус ФХ174. Созданные ИИ аналоги этого вируса смогли уничтожить кишечную палочку, стойкую к данному бактериофагу», - говорится в исследовании.

Данная система ИИ была разработана группой американских биологов и математиков под руководством научного сотрудника Института Arc (США) Брайана Хи для решения одной из главных задач в медицине - растущей стойкости болезнетворных микробов к антибиотикам и препаратам. Многие ученые предполагают, что эту проблему можно решить при помощи так называемых бактериофагов - вирусов, атакующих конкретные штаммы бактерий.

До открытия антибиотиков ученые рассматривали вирусы-бактериофаги как одно из средств для борьбы с инфекциями, однако после Второй мировой войны эти вирусы изучались фактически только на территории СССР. В последние годы российские и зарубежные ученые уже несколько раз применяли бактериофаги для лечения пациентов, на которых не действовали антибиотики, что породило интерес к разработке технологий, позволяющих быстро получать новые бактериофаги.

Для решения этой задачи Хи и его коллеги разработали систему ИИ, построенную на базе ранее разработанной ими нейросети Evo, натренированной на базе данных, включающей в себя десятки тысяч геномов общей длиной в триллионы генетических "букв"-нуклеотидов. Этот алгоритм биологи дополнительно обучили, используя набор из геномов 14,2 тыс. вирусов из семейства Microviridae, поражающих кишечную палочку и других распространенных микробов.

Для проверки работы этой системы ИИ ученые попросили алгоритм подготовить несколько сотен вариаций ранее не существовавших бактериофагов, похожих на вирус ФХ174, но способных уничтожать стойкую к данному патогену кишечную палочку. Последующие проверки показали, что набор из шестнадцати сгенерированных вирусов активно уничтожал микробов, что открывает дорогу к ИИ-проектированию бактериофагов, способных бороться с болезнетворными микробами.

Как подчеркивают ученые, человеческая ДНК и поражающие людей вирусы не использовались при обучении созданной ими системы ИИ, что исключает возможность генерирования ей новых вирусов, опасных для здоровья людей. Тем не менее, сам факт генерации жизнеспособных вирусов нейросетью указывает на необходимость введения мер, которые помешали бы случайному или преднамеренному появлению новых опасных патогенов, созданных при помощи ИИ-алгоритмов, подытожили Хи и его коллеги.