ИИ создал убийцу E. coli для борьбы с устойчивыми бактериями

Антибиотикорезистентность становится одной из ключевых угроз глобальному здравоохранению: ВОЗ называет её в числе главных вызовов XXI века. Бактерии эволюционируют быстрее, чем появляются новые препараты, а разработка традиционных антибиотиков занимает годы и обходится миллиардами долларов. Учёные из Стэнфордского университета сделали важный шаг в поиске альтернативы — они применили генеративный искусственный интеллект для создания совершенно новых вирусов, способных уничтожать устойчивые бактерии. Ранее pronedra.ru рассказывала о росте устойчивости бактерий к антибиотикам.

Исследование опубликовано в журнале Science. В его основе — работа с бактериофагами: вирусами, которые заражают и убивают бактерии, не воздействуя на клетки человека. Фаготерапия рассматривается как одна из наиболее перспективных альтернатив антибиотикам, однако до сих пор учёным приходилось искать подходящие фаги в природе — медленный и непредсказуемый процесс.

Как работает Evo 2

Исследовательская группа под руководством доцента кафедры химической инженерии Брайана Хи использовала модель Evo 2 — генеративный ИИ, обученный на данных миллионов геномов и способный предлагать новые последовательности ДНК с нуля. В качестве отправной точки исследователи взяли бактериофаг ΦX174 (произносится «фай-экс-174») — крошечный вирус с геномом всего около 5400 нуклеотидов, значительно проще человеческого.

Получив минимальный фрагмент ΦX174, Evo 2 самостоятельно написал тысячи вариантов новых геномов для потенциальных фагов-убийц кишечной палочки E. coli. Аспирант Сэмюэл Кинг разработал вычислительную систему отбора, позволившую из тысяч вариантов выбрать наиболее перспективные. Затем около 300 фагов были химически синтезированы и проверены в лаборатории.

Итог превзошёл ожидания: 16 из синтезированных фагов оказались жизнеспособными и эффективно уничтожали E. coli. Некоторые из них действовали быстрее, чем исходный природный ΦX174.

Коктейль против резистентности

Главное преимущество нового подхода — возможность одновременно создавать генетически разнообразные фаги:

• — бактерии могут выработать устойчивость к одному фагу, но не к нескольким генетически различным одновременно;
• — коктейль из 16 ИИ-созданных фагов быстро преодолевал устойчивость штаммов E. coli, невосприимчивых к природному ΦX174;
• — аналогичный коктейль из природных фагов с той же задачей не справился;
• — похожий принцип можно применить для создания фагов против туберкулёза, MRSA и синегнойной палочки — одного из главных возбудителей внутрибольничных инфекций.

«Если бактерии приобретают устойчивость к одному фагу — это конец лекарства, — объясняет Хи. — Но если у вас есть несколько генетически различных фагов в смеси, бактериям куда сложнее выработать устойчивость сразу ко всем».

Открытый доступ и вопросы безопасности

Evo 2 доступен бесплатно и с открытым исходным кодом — любой исследователь может загрузить модель и использовать её для разработки новых геномов. Это решение уже вызвало дискуссию о возможных рисках двойного применения.

Хи признаёт существование биобезопасностных соображений, однако настаивает: открытый доступ ускоряет полезные исследования. Природные патогены, по его мнению, представляют большую опасность, чем потенциальные ИИ-разработки, — поскольку их значительно проще получить и воспроизвести, а встроить защитные механизмы в естественную эволюцию невозможно. ИИ-инструменты, напротив, позволяют изначально предусматривать такие ограничения.

Параллельно Хи работает над созданием фагов против других опасных бактерий и изучает возможность создания геномов микроорганизмов, способных производить полезные химические вещества, лекарства и топливо.