Нейросеть впервые создала жизнеспособные синтетические вирусы

Ученые сделали значительный шаг в синтетической биологии, впервые использовав большие языковые модели для создания геномов жизнеспособных вирусов. Работа, опубликованная в журнале Science, демонстрирует, как искусственный интеллект может проектировать целые геномы, а не отдельные белки, как это было ранее.

Биологи давно умеют читать и синтезировать ДНК, но проектирование целых геномов оставалось сложной задачей. Геном представляет собой не просто набор генов, а сложную трехмерную молекулярную систему, и до сих пор ученые могли лишь вносить ограниченные точечные изменения. Теперь же исследователи из США решили проверить, сможет ли нейросеть написать генетический код целого организма.

В качестве основы для эксперимента был выбран бактериофаг ΦX174 — простой вирус, поражающий кишечную палочку и ставший первым биологическим объектом с полностью расшифрованным геномом еще в 1977 году. Ученые использовали языковые модели Evo 1 и Evo 2, предварительно обученные на данных двух миллионов геномов природных бактериофагов.

Как проходил эксперимент

Перед нейросетями были поставлены жесткие параметры: новый вирус должен был иметь определенную длину, сохранять базовую архитектуру ΦX174 и уметь связываться с рецепторами кишечной палочки. Модели сгенерировали тысячи вариантов, из которых исследователи отобрали 302 самых перспективных. Затем эти ДНК-последовательности были синтезированы химическим путем и внедрены в бактериальные клетки.

Результаты превзошли ожидания: 16 из сгенерированных вирусов оказались полностью жизнеспособными и успешно размножались внутри бактерий, уничтожая их. Учитывая, что изменение даже одного гена часто делает вирус нежизнеспособным, создание 16 полностью рабочих организмов стало настоящим прорывом.

Перспективы для медицины

Детальный анализ показал, что искусственные фаги отличаются от природного вируса сотнями мутаций и обладают уникальными свойствами. Некоторые из них оказались даже более агрессивными, чем исходный: быстрее размножались и эффективнее уничтожали колонии бактерий.

Чтобы проверить практическую значимость, ученые вырастили три штамма кишечной палочки с иммунитетом к природному вирусу. Обычный бактериофаг не смог преодолеть защиту, но коктейль из сгенерированных нейросетью вирусов справился с задачей. Искусственные фаги начали обмениваться генами и уже через несколько циклов взломали бактериальную оборону.

Этот эксперимент доказывает, что нейросети способны усваивать сложные правила эволюции и создавать рабочие геномы. В будущем такой подход позволит оперативно разрабатывать вирусные коктейли для пациентов с инфекциями, устойчивыми к антибиотикам, что особенно актуально в условиях роста числа суперинфекций.