Viện Stanford và Viện Arc tạo ra virus đầu tiên được thiết kế bằng AI có khả năng lây nhiễm vi khuẩn

Tóm tắt

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford và Viện Arc đã sử dụng một mô hình AI để thiết kế các virus hoàn toàn mới có thể lây nhiễm cho vi khuẩn, mang theo hàng trăm đột biến mới và vượt qua các hàng rào phòng thủ tự nhiên của vi khuẩn.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford và tổ chức phi lợi nhuận Arc Institute đã đạt được một cột mốc quan trọng trong sinh học tính toán bằng cách tạo ra virus hoàn toàn do AI thiết kế đầu tiên có khả năng lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn.

Nhóm đã đào tạo một mô hình AI tiên tiến có tên là Evo, hoạt động dựa trên các nguyên tắc giống như các mô hình ngôn ngữ lớn (LLMs) như ChatGPT, trên một tập dữ liệu gồm hai triệu bộ gen virus, trang bị cho nó khả năng hiểu cấu trúc virus, tương tác gen và các ràng buộc chức năng.

Sử dụng mô hình này, các nhà khoa học đã giao cho Evo thiết kế những virus hoàn toàn mới từ đầu, dẫn đến 302 thiết kế độc đáo, trong đó 16 thiết kế được xác nhận là có chức năng trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, chứng minh khả năng của AI trong việc sản xuất các hệ thống sinh học khả thi mà trước đây chưa từng tồn tại.

Những virus được tạo ra bởi AI này mang tới 392 đột biến mà chưa bao giờ được quan sát trong tự nhiên, bao gồm các tổ hợp của các yếu tố di truyền mà các nhà nghiên cứu đã từng thử nghiệm và không thành công trong việc lắp ráp bằng các kỹ thuật kỹ thuật truyền thống.

Thú vị thay, khi vi khuẩn tiến hóa khả năng kháng lại virus tự nhiên, các virus được thiết kế bởi AI đã có thể vượt qua những phòng thủ này trong vòng vài ngày, trong khi các đồng loại virus truyền thống lại trở nên không hiệu quả.

Một loại virus tổng hợp đặc biệt đáng chú ý đã thành công trong việc kết hợp một thành phần protein chính từ một loại virus có liên quan xa, một thành tựu đã khiến các nhà khoa học phải đau đầu trong nhiều năm mặc dù đã có nhiều nỗ lực sử dụng các phương pháp kỹ thuật di truyền tiêu chuẩn.

Virus Được Thiết Kế Bằng AI Đánh Dấu Một Kỷ Nguyên Mới Trong Kỹ Thuật Gen

Sự phát triển của những virus được thiết kế bằng AI này báo hiệu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong nghiên cứu khoa học, nơi các công cụ tính toán có thể vượt ra ngoài việc đọc và viết bộ gen để chủ động thiết kế chúng. Như Viện Arc đã nhấn mạnh, “điều này đại diện cho một chương mới trong khả năng của chúng ta để thiết kế sinh học ở cấp độ cơ bản nhất.”

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng AI của họ cố ý không được đào tạo trên các virus lây nhiễm cho con người. Tuy nhiên, công nghệ này mang lại những rủi ro vốn có, vì nó có thể được áp dụng bởi những người khác—dù là vì sự tò mò, sự quan tâm khoa học, hay ý định ác ý—để khám phá các tác nhân gây bệnh ở người và tạo ra các mức độ virulence mới.

Hơn nữa, khả năng của AI trong việc tạo ra bộ gen hoàn chỉnh cho các sinh vật phức tạp hơn vẫn còn chưa chắc chắn, và hiện tại không có phương pháp đơn giản nào để kiểm tra những thiết kế như vậy. Khác với một số virus có thể được kích hoạt trực tiếp từ một chuỗi DNA, các sinh vật lớn hơn như vi khuẩn, động vật có vú hoặc con người cần các sửa đổi di truyền dần dần của các tế bào hiện có, một quá trình vẫn còn chậm và tốn nhiều công sức.

Mặc dù có những thách thức này, các nhà khoa học lập luận rằng việc theo đuổi hướng nghiên cứu này là quan trọng. Họ hình dung ra các phòng thí nghiệm tự động trong đó các bộ gen do AI tạo ra có thể được đề xuất, thử nghiệm thực nghiệm và tinh chỉnh thông qua phản hồi lặp đi lặp lại, có khả năng tăng tốc sự phát triển và hiểu biết về các hệ thống sinh học phức tạp.