Viry navržené umělou inteligencí, které umí zlikvidovat rezistentní bakterie. To je výsledek výzkumu, který otevírá nové cesty k záchraně životů. Přestože ale vygenerované viry cílily výhradně na bakterie E. coli a lidský organismus ohrozit nemohou, odborníci varují. Podařilo se dokázat, že technologie pro tvorbu nepřirozených patogenů už plně existuje, avšak bezpečný rámec pro její řízení nikoliv. Informoval o tom časopis Science. 

Vědci použili program umělé inteligence k vytvoření nových virových genomů, které se liší od všech známých přírodních virů. Cílí přitom na specifické hostitele. Jde totiž o bakteriofágy, které nakazí bakterie, ale nemohou postihnout člověka.

Studie publikovaná v časopise Science uvádí, že genetické sekvence z milionů zdrojů ze všech oblastí života posloužily jako jazyková knihovna pro nástroj umělé inteligence Evo. Vědci ze Stanfordské univerzity a Arc Institute poté jejím prostřednictvím generovali tisíce kombinací genomů virů, které dokážou infikovat buňky bakterie E. coli. Z nich pak v laboratoři vytvořili a otestovali asi 300 a zjistili, že 16 jsou životaschopné viry.

Alternativa k antibiotikům

Genetická knihovna pomohla umělé inteligenci naučit se evoluční omezení přirozených genomů. Vědci ovšem zjistili, že jeden z nových virů je evolučně vzdálený. To naznačuje, že umělá inteligence vyvolala změny, které by přirozená evoluce ověřovala miliony let.

Testy také ukázaly, že směs nových virů dokáže překonat antibakteriální rezistenci u některých kmenů E. coli. To kombinace přirozeně získaných fágů nedokáže. Podle autorů se tak otevírají nové cesty k vytvoření terapií zacílených proti rychle se vyvíjejícím patogenům. Jde o významný vědecký milník v době, kdy bojujeme s rostoucí rezistencí na léky právě u bakterií, jako je E. coli.

„Rostoucí rezistence vůči antibiotikům by nás mohla do roku 2050 vést k potenciálně temnému scénáři neléčitelných infekčních onemocnění. Fágová terapie je alternativním přístupem k léčbě infekčních onemocnění způsobených bakteriemi,“ vysvětlila podle Science Media Centre profesorka Jasna Rakonjacová z Fakulty potravinářských technologií a přírodních věd Massey University.

Fágy umí AI vylepšit k překonání rezistence

Jedním z problémů tohoto přístupu ale je, že bakterie si vyvíjejí rezistenci i vůči bakteriofágům. To lze překonat různými strategiemi, včetně aplikace koktejlu více fágů, které nakonec bakterii zlikvidují. Bohužel však doposud tyto strategie nebyly příliš účinné. Což by se nyní mohlo změnit.

„Autoři článku v časopise Science použili generativní umělou inteligenci k návrhu tisíců variant specifického druhu bakteriofága a testovali, zda některé z nich účinně zabijí specifický kmen E. coli. Tucet to skutečně dokázal. Autoři navíc identifikovali E. coli, která se stala rezistentní vůči novým fágům. Pomocí generativní umělé inteligence tyto bakteriofágy vylepšili a překonali tak bakteriální rezistenci. Přístup s umělou inteligencí se tak zdá být mnohem účinnější než obvyklý ‚koktejlový‘ přístup,“ říká Rakonjacová.

Mohlo by vás zajímat

Otázky stran biologické bezpečnosti

Ruku v ruce s nadšením ale přicházejí i obavy. „Ačkoli je to slibné pro aplikace v biologických vědách, vyvolává to naléhavé otázky stran biologické bezpečnosti a ochrany,“ napsali lékaři z Centra pro zdravotní bezpečnost Univerzity Johnse Hopkinse v navazujícím článku publikovaném rovněž v časopise Science. „Schopnost sestavovat virové genomy pomocí generativní umělé inteligence nyní existuje. Bezpečné řízení ne,“ zdůraznili.

Nový výzkum se sice zaměřil na bakterii E. coli a týkal se určitého typu viru, který nemůže postihnout člověka. Není ale jasné, jak dobře by se práce dala aplikovat na jiné viry.

„Autoři sice dříve ukázali, že vyloučení datových sad může zabránit modelům umělé inteligence v generování lidských patogenů. Tato studie ale dokazuje, že umělá inteligence dokáže vytvářet životaschopné, nepřirozené viry. I když dosud neexistuje žádná práce využívající tuto metodu ke generování lidských patogenů, tato schopnost vyvolává významné etické otázky. Potvrzuje, že technologie pro generování vhodnějších virů existuje a lze ji provádět efektivněji než dříve,“ poukazuje Simon Clarke, docent buněčné mikrobiologie na Univerzitě v Readingu.

„Jak autoři zdůrazňují, vyvolává to přinejmenším vážné regulační a bezpečnostní obavy. I když je práce tohoto druhu obvykle přísně regulována, je uklidňující, že tito vědci prokázali další obezřetnost při provádění důležitých preventivních opatření. Neexistuje ovšem záruka, že jakýkoliv další vědec, který se pokusí o něco podobného, ​​bude podobně opatrný,“ dodává Clarke.

Poprvé navrhujeme biologii na počítači

Řada vědců je ale z nového směru nadšená. „Toto je důležitý milník pro syntetickou genomiku. Poprvé vidíme, jak se umělá inteligence posouvá od predikce biologických sekvencí ke generování celých funkčních genomů, které fungují v laboratoři. I když se jedná o relativně malé bakteriofágové genomy, význam sahá daleko za hranice fágů,“ myslí si profesor Patrick Cai, předseda katedry syntetické genomiky na Manchesterském institutu biotechnologie Univerzity v Manchesteru.

Na to, že generativní umělá inteligence vyniká v řešení složitých problémů, které jsou pro lidi nebo konvenční výpočetní metody obtížně řešitelné, poukazuje vedoucí výzkumné skupiny pro fágovou terapii na Waikato University Simon Jackson. „Boom generativní umělé inteligence už ovlivňuje mnoho aspektů našich životů a jednoho dne by mohl být použit k návrhu virů, které pomáhají zachraňovat životy,“ říká.

„Poprvé v historii začínáme navrhovat biologii na počítači. Doposud jsme mohli číst a přepisovat, ale nemohli jsme generovat nový syntetický obsah. Ukázalo se, že už nyní můžeme navrhovat relativně malé syntetické biologické systémy, jako jsou proteiny. Tady jdou o krok dále a navrhují celý syntetický fág obsahující více než deset proteinů a genom tisíců bází. Je to vzrušující doba,“ uzavírá Fabra Marc Güell, koordinátor výzkumné skupiny Translační syntetické biologie a profesor výzkumu ICREA na Univerzitě Pompeu.