Ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε τεχνητή νοημοσύνη για να δημιουργήσει συνεκτικά ιογενή γονιδιώματα. Στη συνέχεια, τα γονιδιώματα χρησιμοποίησε για να συνθέσει βακτηριοφάγους ικανούς να σκοτώσουν ανθεκτικά στελέχη βακτηρίων.
«Αυτή είναι η πρώτη φορά που συστήματα τεχνητής νοημοσύνης μπορούν να γράψουν συνεκτικές αλληλουχίες σε επίπεδο γονιδιώματος. Το επόμενο βήμα είναι η ζωή που δημιουργείται από AI», είπε ο Μπράιαν Χιε υπολογιστικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στην Καλιφόρνια, μέλος της ερευνητικής ομάδας που δημοσίευσε τη μελέτη της στο αρχείο επιστημονικών προδημοσιεύσεων bioRxiv και παρουσιάζει η ιστοσελίδα της επιθεώρησης «Nature».
Η ερευνητική ομάδα αναφέρει ότι η εργασία της δείχνει τις δυνατότητες της τεχνητής νοημοσύνης στο σχεδιασμό βιοτεχνολογικών εργαλείων και θεραπειών για τη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων. «Ελπίζουμε ότι μια στρατηγική σαν αυτή μπορεί να συμπληρώσει τις υπάρχουσες στρατηγικές φαγοθεραπείας και κάποια μέρα να ενισχύσει τις θεραπείες για στοχευμένη αντιμετώπιση επικίνδυνων παθογόνων», είπε ο Χιε.
Η βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης
Μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία αλληλουχιών DNA μεμονωμένων πρωτεϊνών και πολυ-σύνθετων μοριακών συστημάτων. Ωστόσο, ο σχεδιασμός ολόκληρου γονιδιώματος είναι πολύ πιο απαιτητικός λόγω των πολύπλοκων αλληλεπιδράσεων μεταξύ των γονιδίων και των διαδικασιών αναπαραγωγής και ρύθμισης των γονιδίων.
Αυτά τα συστήματα AI πλέον μπορούν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να χειριστούν εξαιρετικά σύνθετα βιολογικά συστήματα, όπως ολόκληρα γονιδιώματα σύμφωνα με τους ερευνητές.
«Υπάρχουν πολλές σημαντικές βιολογικές λειτουργίες που μπορείς να προσπελάσεις μόνο αν μπορείς να σχεδιάσεις πλήρη γονιδιώματα», ανέφερε ο Χιε.
Για να σχεδιάσουν τα ιογενή γονιδιώματα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τα μοντέλα AI Evo 1 και Evo 2, τα οποία αναλύουν και δημιουργούν αλληλουχίες DNA, RNA και πρωτεϊνών. Αρχικά, χρειάστηκαν ένα πρότυπο σχεδίασης, δηλαδή μια αρχική αλληλουχία που καθοδηγεί το μοντέλο AI να δημιουργήσει γονιδίωμα με επιθυμητά χαρακτηριστικά.
Επέλεξαν τον ιό ΦΧ174, έναν απλό ιό με μονόκλωνο DNA που περιέχει 5,386 νουκλεοτίδια σε 11 γονίδια και όλα τα γενετικά στοιχεία που απαιτούνται για να μολύνει τους ξενιστές και να αναπαράγεται μέσα σε αυτούς.
Τα μοντέλα Evo είχαν ήδη εκπαιδευτεί σε πάνω από 2 εκατομμύρια γονιδιώματα φάγων (ειδική κατηγορία ιών που προσβάλλουν βακτήρια) αλλά οι ερευνητές τα εκπαίδευσαν περαιτέρω χρησιμοποιώντας μέθοδο εποπτευόμενης μάθησης για να δημιουργούν γονιδιώματα ιών τύπου ΦΧ174 με τη συγκεκριμένη λειτουργία να μολύνουν στελέχη E. coli, ιδιαίτερα εκείνα ανθεκτικά σε αντιβιοτικά.
Οι ερευνητές αξιολόγησαν χιλιάδες αλληλουχίες που παρήχθησαν από την τεχνητή νοημοσύνη και περιορίστηκαν σε 302 βιώσιμους βακτηριοφάγους. Οι περισσότεροι υποψήφιοι είχαν πάνω από 40% ταυτότητα νουκλεοτιδίων με τον ΦΧ174 ενώ κάποιοι είχαν εντελώς διαφορετικές αλληλουχίες κωδικοποίησης. Στη συνέχεια συνθέσαν DNA από τα AI σχεδιασμένα γονιδιώματα και τα εισήγαγαν σε βακτήρια-ξενιστές για να αναπτυχθούν οι φάγοι.