Американские ученые впервые в истории успешно использовали ИИ-модель для проектирования полных геномов жизнеспособных бактериофагов. Результаты работы опубликованы в научном журнале Science.
Исследователи применили геномные языковые модели Evo 1 и Evo 2, чтобы создать искусственные вирусы с заданными свойствами. Эксперимент подтвердил: генеративный ИИ способен проектировать сложные биологические объекты, которые работают в реальных условиях.
Главные мысли за 1 минуту
- Геномные языковые модели Evo 1 и Evo 2 сгенерировали полные геномы бактериофагов, специфичных к Escherichia coli C.
- Природный фаг ΦX174 использовался как шаблон, на основе которого ИИ создал тысячи вариантов геномов.
- Ученые химически синтезировали почти 300 геномов и проверили их в лаборатории, получив 16 жизнеспособных фагов.
- Искусственные фаги отличаются от природных уникальными мутациями, дивергентными генами и другой длиной генома.
- Смесь спроектированных ИИ фагов уничтожила штаммы кишечной палочки, устойчивые к природному ΦX174.
Как языковая модель Evo 2 конструирует геномы
Авторы статьи пояснили, что использовали модели Evo 1 и Evo 2 для генерации полных геномов бактериофагов с реалистичной генетической архитектурой. Ключевым требованием была специфичность к бактериальному хозяину — Escherichia coli C.
«В этой работе мы использовали геномные языковые модели Evo 1 и Evo 2 для генерации полных геномов бактериофагов с реалистичной генетической архитектурой и специфичностью к бактериальному хозяину, Escherichia coli C».
За основу исследователи взяли природный фаг ΦX174 — один из самых изученных вирусов, поражающих кишечную палочку. С его структурой ИИ создал методику генерации и оценки тысяч вариантов геномов, которые затем были отобраны для дальнейшей проверки.
От синтеза до живых вирусов: 16 из 300
После генерации ученые перешли к практическому этапу. Они химически синтезировали почти 300 отобранных геномов и проверили их способность заражать бактерии в лабораторных условиях. Итог превзошел ожидания: 16 созданных ИИ фагов оказались полностью жизнеспособными.
«Мы химически синтезировали почти 300 из них и испытали в лабораторных условиях, что позволило получить 16 жизнеспособных бактериофагов».
Сгенерированные фаги не были копиями природного шаблона. У них обнаружились уникальные мутации, дивергентные гены и регуляторные элементы, а длина генома заметно различалась. Это говорит о том, что ИИ не просто повторял известные последовательности, а создавал новые биологические решения.
Практический результат: победа над устойчивыми штаммами
Финальные испытания показали, что искусственные фаги работают там, где природный вирус оказывается бессилен. В лабораторных условиях смесь спроектированных ИИ фагов уничтожила штаммы кишечной палочки, устойчивые к природному фагу ΦX174.
Открытие открывает путь к созданию фаговых коктейлей для борьбы с бактериальными инфекциями, включая те, что не поддаются антибиотикам. Ученые намерены развивать технологию, адаптируя ИИ-модели под другие виды бактериальных хозяев и более сложные геномы.
