Группа исследователей из США достигла прорыва в области синтетической биологии, впервые применив алгоритмы искусственного интеллекта для проектирования полноразмерных геномов функциональных бактериофагов.
Результаты этой работы были опубликованы в научном журнале Science. В основе метода лежат так называемые геномные языковые модели Evo 1 и Evo 2, которые учёные использовали для генерации вирусных генетических последовательностей с реалистичной структурой и способностью поражать конкретного бактериального хозяина — кишечную палочку Escherichia coli C.
За отправную точку специалисты взяли природный бактериофаг ΦX174, который служил своего рода шаблоном. На его основе они разработали технику массовой генерации и последующей оценки тысяч вариантов геномов, предложенных нейросетью. Из этого массива данных исследователи отобрали почти 300 последовательностей для химического синтеза в лабораторных условиях. В итоге проверка показала, что 16 из них оказались полностью жизнеспособными вирусами, способными к размножению и заражению бактерий.
Полученные фаги не являются точными копиями существующих в природе аналогов. Анализ их генетического материала выявил уникальные мутации, не встречавшиеся ранее, а также дивергентные гены и нестандартные регуляторные элементы. Кроме того, длина генома у искусственно созданных вирусов варьировалась, что отличает их от строго определённой структуры природного ΦX174. Эти особенности, по-видимому, и обеспечили им необычные свойства.
Ключевым подтверждением эффективности разработанного подхода стал лабораторный эксперимент по борьбе с бактериальной инфекцией. Смесь сгенерированных нейросетью фагов была применена к культуре кишечной палочки, которая демонстрировала устойчивость к исходному природному фагу ΦX174. В ходе испытаний искусственные вирусы успешно ликвидировали эти резистентные штаммы, что открывает новые перспективы для использования ИИ в создании антибактериальных препаратов.
Ранее ИИ и суперкомпьютеры нашли способ победить бактерии, убивающие миллионы.