Mesterséges intelligenciával terveztek teljesen új vírusokat – tudományos áttörés és komoly biztonsági dilemmák egyszerre

A kutatók összesen 16, korábban nem létező vírust hoztak létre. Ezek kizárólag baktériumokat fertőző bakteriofágok, vagyis nem jelentenek veszélyt az emberre.

A mesterséges intelligenciát korábban már alkalmazták új antibiotikumok tervezésére, azonban egy teljes, működőképes vírusgenom megalkotása ennek jóval összetettebb feladat. Brian Hie, a Stanford Egyetem adjunktusa a BBC-nek úgy fogalmazott: ez az első alkalom, hogy generatív mesterséges intelligenciát egy teljes genom megtervezésére használtak, amely nemcsak létrejött, hanem képes a sejtekben szaporodni és biológiai funkciókat ellátni.

A technológia működési elve hasonló a nagy nyelvi modellekéhez – például a ChatGPT-éhez –, amelyek szavak sorozatát próbálják megjósolni. Ebben az esetben azonban nem szövegeket, hanem az élet „nyelvét”, vagyis genetikai szekvenciákat kellett előre jeleznie a rendszernek.

A kutatás során alkalmazott Evo1 és Evo2 nevű modelleket vírusok, baktériumok, növények és emberek genetikai állományán tanították be, majd kifejezetten bakteriofágok tervezésére finomhangolták. Ezek olyan vírusok, amelyek csak meghatározott baktériumfajokat képesek megfertőzni.

A Stanford kutatói végül 302, mesterséges intelligencia által megtervezett vírusgenomot választottak ki laboratóriumi előállításra. Közülük 16 bizonyult működőképesnek: ezek sikeresen fertőzték meg és pusztították el az Escherichia coli (E. coli) baktériumot.

Samuel King doktorandusz szerint az áttörés hajnalban vált nyilvánvalóvá. A kutatók baktériumtenyészeteket tartalmazó Petri-csészékre helyezték az új vírusokat, majd figyelték, megjelennek-e azok az átlátszó foltok, amelyek azt jelzik, hogy a vírusok elpusztították a baktériumokat.

„Amikor elkezdtük látni ezeket a tiszta foltokat, rendkívül izgalmas pillanat volt” – idézte fel King. Brian Hie szerint amikor az eredményeket megosztották a kutatócsoport többi tagjával, a labor spontán tapsban tört ki.

Az orvostudomány új eszköze vagy kettős felhasználású technológia?

A kutatók szerint az új bakteriofágok a jövőben fontos szerepet játszhatnak az antibiotikumoknak ellenálló baktériumok elleni terápiák fejlesztésében. A fágterápia iránt világszerte egyre nagyobb az érdeklődés, mivel az antibiotikum-rezisztencia az egészségügy egyik legsúlyosabb problémájává vált.

A kutatás ugyanakkor túlmutat ezen az alkalmazáson. Az eredmények azt jelzik, hogy a mesterséges intelligencia már nem csupán a természetben létező biológiai rendszereket képes elemezni, hanem új biológiai konstrukciók tervezésére is alkalmas lehet – ez a szintetikus biológia egyik alapvető célkitűzése.

Brian Hie szerint a technológia hosszú távon jelentősen javíthatja az emberi egészséget új gyógyszerek és terápiák fejlesztésével. Más szakértők azonban arra figyelmeztetnek, hogy ugyanazok az eszközök rosszindulatú célokra is felhasználhatók lehetnek.

A Science folyóiratban megjelent tanulmányhoz kapcsolódó kommentárban Thomas Inglesby és Moritz Hanke, a Johns Hopkins Egyetem Egészségbiztonsági Központjának kutatói azt írták: az eredmények „sürgető biológiai biztonsági és biológiai védelmi kérdéseket” vetnek fel. Véleményük szerint ma már nem az a kérdés, hogy megjelenik-e a generatív mesterséges intelligencián alapuló vírusgenom-tervezés, hanem az, hogy alkalmazható-e úgy, hogy ne növelje súlyos károkozás kockázatát.

A szerzők szerint például nem lenne szabad olyan új vírusok létrehozására törekedni, amelyek betegséget okozhatnak.

A Stanford kutatócsoport hangsúlyozza, hogy a biztonság kiemelt szempont volt a munka során. A tanítóadatbázisból kizárták azokat a vírusokat, amelyek összetettebb élőlényeket – köztük embert – fertőzhetnek meg, kizárólag bakteriofágokkal dolgoztak, és minden kísérlet magas biztonsági szintű laboratóriumban zajlott. Hie szerint a jelenlegi biztonsági intézkedések már most is jelentős védelmet nyújtanak annak érdekében, hogy a technológiát kizárólag békés célokra használják.

A bitektől az élő rendszerekig

A vírusok biológiai értelemben nem tekinthetők élő szervezeteknek, ezért a kutatók szerint még jelentős technológiai ugrásra lenne szükség ahhoz, hogy mesterséges intelligencia teljes értékű élőlényeket tervezzen.

Az elkészült bakteriofágok genomja nagyjából 5400 bázispárból áll. Ezzel szemben a legegyszerűbb ismert önállóan élő sejtek genomja körülbelül 500 ezer bázispárt tartalmaz, míg az emberi genom mérete megközelíti a hárommilliárd bázispárt.

Brian Hie szerint egyszerűbb élő szervezetek megtervezése „valószínűleg rengeteg munkát igényelne, de nem lehetetlen”, és kutatócsoportja hosszabb távon szeretne ezen az irányon is továbbhaladni.

Marc Güell, a barcelonai Pompeu Fabra Egyetem szintetikus biológiai laboratóriumának professzora úgy értékelte a kutatást, hogy az „rendkívül jelentős fordulópontot” jelent, mert a történelem során először válik valósággá, hogy biológiai rendszereket számítógépen tervezzünk meg.

A szakember szerint a technológia lehetőséget ad arra, hogy új bakteriofágokat fejlesszenek fertőző betegségek ellen, enzimeket hozzanak létre genetikai rendellenességek kezelésére, vagy olyan antitesteket tervezzenek, amelyek az immunterápiában kaphatnak szerepet.

Patrick Cai, a Manchester Institute of Biotechnology szintetikus genomikai tanszékének vezetője szerint a kutatás fontos mérföldkő. Úgy véli, jelentősége messze túlmutat a bakteriofágokon: arra utal, hogy a genomokra betanított mesterséges intelligencia-modellek kezdik felismerni az evolúció által kialakított genetikai tervezési elveket, ami hosszabb távon megnyithatja az utat a mesterséges intelligencia által támogatott genomtervezés előtt.