ИИ создаёт бактериофаги против устойчивых бактерий

Учёные из Stanford и Arc Institute показали, что геномная модель может спроектировать полноценный вирус-бактериофаг. Из 285 проверенных вариантов 16 оказались жизнеспособными и смогли заражать бактерии E. coli.


Работа, опубликованная в Science, стала первым экспериментальным подтверждением того, что генеративная модель способна проектировать не отдельный белок или ген, а целый работающий вирусный геном. Команда Самуэля Кинга и Брайана Хи использовала модели Evo 1 и Evo 2, которые читают ДНК как последовательность и могут предлагать новые варианты генетического кода.

В качестве основы исследователи выбрали бактериофаг ΦX174 — один из самых простых и хорошо изученных вирусов, заражающих кишечную палочку. Его геном состоит всего из 5386 нуклеотидов и 11 генов. Модели дополнительно обучили на почти 14,5 тысячи родственных фагов Microviridae, после чего сгенерировали тысячи кандидатов. В лаборатории удалось собрать и проверить 285 вариантов. Жизнеспособными оказались 16.

Некоторые из них не просто повторяли природные решения. У отдельных фагов было от 67 до 392 мутаций по сравнению с ближайшими известными родственниками, а один из вариантов использовал белок упаковки ДНК, характерный для эволюционно далёкого фага. Часть созданных вирусов по скорости лизиса и конкурентоспособности не уступала исходному ΦX174.

Самая интересная часть эксперимента касается устойчивости бактерий. Исследователи получили штаммы E. coli, которые приобрели устойчивость к самому ΦX174. Смеси спроектированных ИИ фагов смогли преодолеть эту защиту за несколько циклов отбора. Именно этот результат и связывает работу с будущей фаговой терапией — методом, в котором вирусы используют для уничтожения бактерий.

Но здесь важно не перепутать два разных вида устойчивости. В опытах использовали непатогенные лабораторные штаммы E. coli, устойчивые к конкретному бактериофагу, а не клинические «супербактерии», невосприимчивые к антибиотикам. Поэтому говорить, что ИИ уже создал средство против лекарственно-устойчивых инфекций, пока нельзя. Исследование показывает технологическую возможность быстро получать разнообразные фаги, которые потенциально можно будет настраивать под опасные бактериальные штаммы.

Проблема, ради которой это направление развивается, вполне реальна. По данным ВОЗ, в 2023 году примерно каждая шестая лабораторно подтверждённая бактериальная инфекция в мире была устойчива к антибиотикам. Брайан Хи называет нынешний результат доказательством принципа: если подход масштабируется, геномы фагов можно будет проектировать быстрее и точнее под конкретные бактерии.

Одновременно работа вызвала спор о биобезопасности. Том Эллис, профессор синтетической геномной инженерии Imperial College London, отмечает, что исследователи начали с минимального и относительно простого вирусного генома — это важное ограничение результата. Специалисты Johns Hopkins Том Инглсби и Мори Ханке считают, что возможность генерировать полноценные вирусные геномы уже требует правил, которые будут развиваться так же быстро, как сами модели.


Для медицины главный результат пока не новый «антибиотик из ИИ», а новый способ поиска биологических решений. Машина не лечит инфекцию сама — она резко расширяет пространство вариантов, которые затем приходится собирать, проверять и отбраковывать в лаборатории.

Фото: редакция ИЗНАНКИ.