Что произошло
В Стэнфорде с помощью генеративной модели Evo 2 создали почти 300 бактериофагов, а затем отобрали из них 16, которые активно убивают кишечную палочку. Работа строилась вокруг фага ΦX174 (произносится «фай-экс-один-семь-четыре»), который стал основой для генерации новых ДНК-последовательностей. Авторы проекта — Брайан Хи, доцент химической инженерии и создатель модели, и аспирант Сэмюэл Кинг, отвечавший за эксперименты.
Как модель создаёт геномы
Модель Evo 2 умеет достраивать ДНК, начиная с короткого фрагмента. Учёные попросили её сгенерировать полный геном ΦX174 за один проход — слева направо. Так появились тысячи вариантов, из которых потом выбрали последовательности для синтеза и тестирования. Геном фага небольшой — меньше 6000 пар оснований, тогда как у человека примерно три миллиарда. Это удобный полигон для проверки, способна ли модель создать целый жизнеспособный вирус, а не просто предложить локальные правки в существующей ДНК. Некоторые из сгенерированных фагов в лабораторных условиях показали даже более высокую приспособленность, чем исходный ΦX174.
Отбор кандидатов
Чтобы не синтезировать каждый вариант, Сэмюэл Кинг разработал вычислительную схему, которая заранее просеивает геномы. Сначала модель Evo 2 генерирует большое число кандидатов, затем они оцениваются по характеристикам, взятым у ΦX174 и родственных фагов, и только лучшие отправляются на химический синтез. Финальный этап — проверка в лаборатории. По словам Хи, такой конвейер позволил сэкономить средства, сфокусировавшись на самых перспективных вариантах.
Почему нужен коктейль из фагов
Бактерии со временем привыкают к одному вирусу и перестают на него реагировать. Поэтому исследователи сразу отобрали несколько разных фагов — так называемый коктейль. Тесты подтвердили, что смесь из 16 вирусов быстро подавляет рост кишечной палочки, в том числе штаммов, устойчивых к исходному ΦX174.
Что дальше
Разработчики планируют адаптировать подход для борьбы с другими опасными бактериями, например с метициллинрезистентным золотистым стафилококком (MRSA) и синегнойной палочкой, которая часто вызывает внутрибольничные инфекции. Evo 2 доступен как открытое программное обеспечение. Хи признаёт, что модель могут использовать во вред, но напоминает: получить природные патогены всё равно проще, чем синтезировать новые. Кроме того, ИИ-системы способны помочь быстро реагировать на естественные пандемии и создавать средства защиты от биологических угроз.
В следующих версиях модель намерены обучить работать с более длинными и сложными последовательностями ДНК. Среди целей — и малые геномы бактерий, которые могли бы стать основой для микроорганизмов, производящих химикаты, лекарства или топливо. Главные открытые вопросы — как увеличить генетическую новизну и усилить контроль над результатом генерации.
