Η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να ζωγραφίζει γατιά και να γράφει email. Τώρα, η ίδια τεχνολογία μπορεί να συνθέσει και ένα λειτουργικό γονιδίωμα.
Μια ερευνητική ομάδα στην Καλιφόρνια αναφέρει ότι χρησιμοποίησε AI για να προτείνει νέους γενετικούς κώδικες για ιούς — και κατάφερε να κάνει αρκετούς από αυτούς τους ιούς να αναπαραχθούν και να καταστρέψουν βακτήρια.
Οι επιστήμονες, που εδρεύουν στο Πανεπιστήμιο Stanford και στο μη κερδοσκοπικό Arc Institute, και τα δύο στην Πάλο Άλτο, λένε ότι τα μικρόβια με DNA γραμμένο από AI αποτελούν «την πρώτη δημιουργική σχεδίαση πλήρων γονιδιωμάτων».
Η δουλειά, όπως περιγράφεται σε ένα προδημοσιευμένο άρθρο, έχει τη δυνατότητα να δημιουργήσει νέες θεραπείες και να επιταχύνει την έρευνα σε τεχνητά σχεδιασμένα κύτταρα. Είναι επίσης ένα «εντυπωσιακό πρώτο βήμα» προς οργανισμούς που θα σχεδιάζονται από AI, λέει ο Jef Boeke, βιολόγος στο NYU Langone Health, ο οποίος είχε πρόσβαση σε προδημοσίευση του άρθρου μέσω του MIT Technology Review.
Ο Boeke αναφέρει ότι η απόδοση της AI ήταν εκπληκτικά καλή και ότι οι ιδέες της ήταν απρόσμενες. «Βρήκαν ιούς με νέα γονίδια, με κομμένα γονίδια, ακόμη και με διαφορετικές διατάξεις και σειρές γονιδίων», λέει.
Ωστόσο, αυτή δεν είναι ακόμα ζωή σχεδιασμένη από AI, διότι οι ιοί δεν είναι ζωντανοί οργανισμοί. Πρόκειται περισσότερο για «αντάρτικα» τμήματα γενετικού κώδικα με σχετικά μικρά και απλά γονιδιώματα. Στην παρούσα εργασία, οι ερευνητές στο Arc Institute επιχείρησαν να αναπτύξουν παραλλαγές ενός βακτηριοφάγου — ενός ιού που μολύνει βακτήρια — με την ονομασία phiX174, ο οποίος έχει μόνο 11 γονίδια και περίπου 5.000 γράμματα DNA.
Για να το κάνουν αυτό, χρησιμοποίησαν δύο εκδόσεις μιας AI που ονομάζεται Evo, η οποία λειτουργεί με τις ίδιες αρχές όπως τα μεγάλα γλωσσικά μοντέλα τύπου ChatGPT. Αντί να τροφοδοτηθεί με βιβλία και άρθρα για μάθηση, τα μοντέλα εκπαιδεύτηκαν στα γονιδιώματα περίπου 2 εκατομμυρίων άλλων βακτηριοφάγων.
Τι νόημα έχουν τα γονιδιώματα που προτείνει η τεχνητή νοημοσύνη
Αλλά θα είχαν νόημα τα γονιδιώματα που πρότεινε η AI; Για να το διαπιστώσουν, οι ερευνητές στην Καλιφόρνια εκτύπωσαν χημικά 302 σχέδια γονιδιωμάτων ως DNA και τα ανακάτεψαν με βακτήρια E. coli.
Αυτό οδήγησε σε μια στιγμή «AI είναι εδώ», όταν μια νύχτα οι επιστήμονες είδαν πλάκες νεκρών βακτηρίων στα τρυβλία τους. Αργότερα τράβηξαν μικροσκοπικές φωτογραφίες των μικροσκοπικών ιικών σωματιδίων, που μοιάζουν με θολές κουκκίδες.
«Ήταν εντυπωσιακό, απλά να βλέπεις αυτή τη σφαίρα που δημιούργησε η AI», λέει ο Brian Hie, επικεφαλής του εργαστηρίου στο Arc Institute όπου πραγματοποιήθηκε η έρευνα.
Συνολικά, 16 από τα 302 σχέδια λειτούργησαν — δηλαδή, ο υπολογιστικά σχεδιασμένος φάγος άρχισε να αναπαράγεται, τελικά διαπερνώντας τα βακτήρια και καταστρέφοντάς τα.
Ο J. Craig Venter, που δημιούργησε μερικούς από τους πρώτους οργανισμούς με DNA που κατασκευάστηκε σε εργαστήριο πριν από περίπου δύο δεκαετίες, λέει ότι οι μέθοδοι AI του φαίνονται «απλώς μια ταχύτερη εκδοχή πειραμάτων δοκιμής και σφάλματος».
Για παράδειγμα, όταν μια ομάδα που ηγήθηκε κατάφερε να δημιουργήσει βακτήριο με γονιδίωμα τυπωμένο σε εργαστήριο το 2008, ήταν μετά από μια μακρά διαδικασία δοκιμής και σφάλματος διαφορετικών γονιδίων. «Κάναμε την χειροκίνητη έκδοση AI — ψάχνοντας τη βιβλιογραφία, παίρνοντας ό,τι ήταν γνωστό», λέει.
Πώς μπορεί η τεχνητή νοημοσύνη να μετασχηματίσει τη βιολογία
Αλλά η ταχύτητα είναι ακριβώς ο λόγος που πολλοί στοιχηματίζουν ότι η AI θα μετασχηματίσει τη βιολογία. Οι νέες μέθοδοι ήδη απέσπασαν Βραβείο Νόμπελ το 2024 για την πρόβλεψη των δομών πρωτεϊνών. Και οι επενδυτές ποντάρουν δισεκατομμύρια ότι η AI μπορεί να ανακαλύψει νέα φάρμακα. Αυτήν την εβδομάδα, μια εταιρεία της Βοστώνης, η Lila, συγκέντρωσε 235 εκατομμύρια δολάρια για την κατασκευή αυτοματοποιημένων εργαστηρίων που λειτουργούν με τεχνητή νοημοσύνη.
Οι υπολογιστικά σχεδιασμένοι ιοί θα μπορούσαν επίσης να βρουν εμπορικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, γιατροί έχουν δοκιμάσει κάποιες φορές «θεραπεία με φάγους» για ασθενείς με σοβαρές βακτηριακές λοιμώξεις. Παρόμοιες δοκιμές βρίσκονται σε εξέλιξη για την αντιμετώπιση της μαύρης σήψης στο λάχανο, που προκαλείται επίσης από βακτήρια.
«Υπάρχει σίγουρα πολύ δυναμικό σε αυτή την τεχνολογία», λέει ο Samuel King, ο φοιτητής που ηγήθηκε του έργου στο εργαστήριο του Hie. Σημειώνει ότι οι περισσότερες γονιδιακές θεραπείες χρησιμοποιούν ιούς για τη μεταφορά γονιδίων στο σώμα των ασθενών, και η AI μπορεί να αναπτύξει πιο αποτελεσματικούς φορείς.
Οι ερευνητές του Stanford αναφέρουν ότι σκοπίμως δεν έχουν διδάξει την AI για ιούς που μπορούν να μολύνουν ανθρώπους. Ωστόσο, αυτός ο τύπος τεχνολογίας δημιουργεί τον κίνδυνο άλλοι επιστήμονες — από περιέργεια, καλές προθέσεις ή κακία — να εφαρμόσουν τις μεθόδους σε παθογόνους ανθρώπινους ιούς, εξερευνώντας νέες διαστάσεις θανατηφόρας δράσης.
«Ένας τομέας όπου προτείνω εξαιρετική προσοχή είναι κάθε έρευνα ενίσχυσης ιών, ειδικά όταν είναι τυχαία, γιατί δεν ξέρεις τι θα προκύψει», λέει ο Venter. «Αν κάποιος το έκανε με ευλογιά ή άνθρακα, θα είχα σοβαρές ανησυχίες».
Το πλήρες γονιδίωμα και η τεχνητή νοημοσύνη
Το αν η AI μπορεί να δημιουργήσει ένα πλήρες γονιδίωμα για μεγαλύτερο οργανισμό παραμένει ανοιχτό ερώτημα. Για παράδειγμα, η E. coli έχει περίπου χίλιες φορές περισσότερο DNA από τον phiX174. «Η πολυπλοκότητα θα εκτοξευόταν από εντυπωσιακή σε… πολύ μεγαλύτερη από τον αριθμό των υποατομικών σωματιδίων στο σύμπαν», λέει ο Boeke.
Επιπλέον, δεν υπάρχει ακόμα εύκολος τρόπος να δοκιμαστούν τα σχέδια AI για μεγαλύτερα γονιδιώματα. Ενώ μερικοί ιοί μπορούν να «εκκινήσουν» μόνο από μια αλυσίδα DNA, αυτό δεν ισχύει για ένα βακτήριο, έναν μαμούθ ή τον άνθρωπο. Οι επιστήμονες θα πρέπει αντ’ αυτού να τροποποιούν σταδιακά ένα υπάρχον κύτταρο με γενετική μηχανική — μια ακόμα επίπονη διαδικασία.
Παρά ταύτα, ο Jason Kelly, CEO της Ginkgo Bioworks, μιας εταιρείας μηχανικής κυττάρων στη Βοστώνη, λέει ότι ακριβώς μια τέτοια προσπάθεια είναι απαραίτητη. Πιστεύει ότι θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί σε «αυτοματοποιημένα» εργαστήρια όπου τα γονιδιώματα προτείνονται και δοκιμάζονται, και τα αποτελέσματα τροφοδοτούν την AI για περαιτέρω βελτίωση.
«Αυτό θα ήταν ένα επιστημονικό ορόσημο σε εθνική κλίμακα, καθώς τα κύτταρα είναι τα δομικά στοιχεία όλης της ζωής», λέει ο Kelly. «Οι ΗΠΑ πρέπει να εξασφαλίσουν ότι θα φτάσουν πρώτες σε αυτό».
