Umetna inteligenca vse bolj prodira na področje biologije. Zdaj je naredila še en pomemben korak: raziskovalci so s pomočjo umetne inteligence zasnovali 16 novih virusov, ki lahko okužijo bakterije. Rezultati raziskave, objavljeni v reviji Science, predstavljajo pomemben dosežek na področju biotehnologije.
Kot poroča IEEE Spectrum, so raziskovalci z Univerze Stanford s pomočjo umetne inteligence ustvarili genska navodila za viruse, ki jih prej v naravi ni bilo. Še pomembnejše je, da ti virusi niso ostali le računalniški načrti. Raziskovalci so jih izdelali v laboratoriju in ugotovili, da dejansko delujejo. Gre za bakteriofage – viruse, ki napadajo bakterije, ne pa človeških celic.
Virusi, ki napadajo bakterije
Raziskovalci so nove viruse zasnovali tako, da napadajo bakterijo E. coli. Ko so več novih bakteriofagov združili v eno mešanico, so lahko napadli tudi bakterije, ki so že razvile odpornost proti naravnemu virusu, na katerem je temeljila nova zasnova. To je eden najbolj zanimivih rezultatov raziskave. Bakteriofagi so namreč že dolgo zanimivi kot možno orodje za zdravljenje bakterijskih okužb.
Zdravljenje z bakteriofagi raziskujejo že več kot stoletje, vendar ima tak pristop tudi pomanjkljivosti. Posamezni bakteriofag običajno napada le določene vrste oziroma seve bakterij, poleg tega pa se lahko bakterije pred njimi s časom zaščitijo in postanejo odporne. Umetna inteligenca bi lahko pomagala pri obeh težavah.
Namesto da bi zdravniki iskali primeren naravni bakteriofag, bi lahko v prihodnosti raziskovalci s pomočjo umetne inteligence zasnovali takšnega, ki bi bil prilagojen določeni bakteriji. To bi bilo še posebej pomembno pri okužbah, pri katerih antibiotiki ne delujejo več. Brian Hie, biolog z Univerze Stanford in vodja raziskave, pravi, da so ga drugi raziskovalci že začeli spraševati, ali bi lahko njihov sistem uporabili tudi za ustvarjanje bakteriofagov, ki bi napadali bakterije, povzročiteljice bolezni pri ljudeh.
Od računalniškega modela do delujočega virusa
Izraz »virus, zasnovan z umetno inteligenco«, se sliši preprosto, vendar je bil postopek precej bolj zapleten. Raziskovalci so uporabili model Evo 2, ki so ga naučili prepoznavati vzorce v več kot dveh milijonih genomov bakteriofagov. Genom si lahko poenostavljeno predstavljamo kot genski načrt organizma oziroma virusa. V njem so zapisana navodila, ki določajo, kako naj se organizem oziroma virus zgradi in deluje. Raziskovalci so model dodatno prilagodili za izdelavo različic dobro proučenega bakteriofaga ΦX174.
Umetna inteligenca je pripravila več sto možnih genskih načrtov. Raziskovalci so jih nato preverili in poskušali iz njih izdelati prave viruse. Rezultat pokaže, kako zahtevna je ta naloga. Od 302 predlaganih genomov jih 17 sploh ni bilo mogoče izdelati. Od preostalih 285 jih velika večina ni delovala. Na koncu je raziskovalcem uspelo ustvariti samo 16 delujočih bakteriofagov. To je pomembno, saj kaže, da umetna inteligenca še zdaleč ne omogoča preprostega ukaza v slogu: »Ustvari mi delujoči virus.« Med računalniškim načrtom in dejanskim delujočim virusom je še vedno velik korak.
Umetna inteligenca še ni čarobna palica
»Za zdaj je to zahtevalo veliko dela,« je za IEEE Spectrum povedal Hie. Po njegovih besedah bi bila za takšen projekt potrebna skupina zelo izkušenih strokovnjakov z različnih področij. Poleg tega je izdelava umetno ustvarjene DNK draga. Če bi raziskovalci vse potrebne storitve plačali po običajnih tržnih cenah, bi projekt po Hiejevi oceni stal od 90.000 do 180.000 evrov.
Vsak virus je tudi nekoliko drugačen. Raziskovalci morajo zato za vsak nov virus ugotoviti, kako ga lahko izdelajo in kako bodo preverili, ali deluje. To zahteva tudi veliko specializiranega znanja. Raziskovalci poleg tega še ne razumejo dovolj dobro, kako posamezne spremembe v genih vplivajo na lastnosti virusa.
Kako novi so virusi, ki jih je zasnovala umetna inteligenca?
Čeprav so raziskovalci ustvarili nove viruse, ti niso bili popolnoma drugačni od virusov, ki že obstajajo v naravi. Neodvisna analiza podatkov je pokazala, da so bili delujoči bakteriofagi v povprečju v približno 97 odstotkih podobni virusu ΦX174, na katerem je temeljila njihova zasnova. Umetna inteligenca torej ni ustvarila popolnoma novega virusa iz nič. Namesto tega je vzela že znane dele genskega zapisa in jih sestavila v nove kombinacije.
Toda prav to je eden najbolj zanimivih delov raziskave. Čeprav so bili genski zapisi precej podobni, so se nekateri novi virusi razlikovali po tem, kako so bile zgrajene njihove beljakovine, kako hitro so se razmnoževali in kako so okuževali bakterije. Pri enem od virusov je umetna inteligenca uporabila beljakovino iz precej drugačnega bakteriofaga in jo vključila v genski načrt virusa ΦX174. Podoben poskus so znanstveniki že prej izvedli z običajnimi metodami genskega inženiringa, vendar takrat virus ni deloval.
To kaže na eno od pomembnih prednosti umetne inteligence: lahko išče nove kombinacije, na katere raziskovalci sami morda ne bi pomislili. Prav to bi lahko bilo v prihodnosti zelo pomembno za razvoj novih zdravil in zdravljenje okužb.
Velik potencial in velik varnostni problem
Tehnologija ima seveda tudi drugo plat. Če lahko umetna inteligenca pomaga ustvariti delujoče viruse, se pojavi pomembno vprašanje: kaj bi se zgodilo, če bi podobne metode uporabili za nevarnejše viruse? Zato raziskavo spremljajo tudi strokovnjaki za biološko varnost. Teoretično bi lahko podobni sistemi nekoč olajšali tudi razvoj virusov, ki povzročajo bolezni. Tehnologija, ki je koristna za medicino, bi se lahko znašla tudi v napačnih rokah. Strokovnjaki opozarjajo, da bo treba ob takšnih sistemih razvijati tudi varnostne mehanizme in nadzor.
Strokovnjaka za biološko varnost iz Centra za zdravstveno varnost Johnsa Hopkinsa sta v komentarju, objavljenem skupaj z raziskavo, opozorila, da vprašanje danes ni več, ali bo umetna inteligenca nekoč sposobna načrtovati virusne genome. To postaja mogoče že zdaj. Ključno vprašanje je zato drugačno: ali bo družba znala vzpostaviti dovolj dober nadzor, da bomo lahko izkoristili prednosti te tehnologije, hkrati pa preprečili njeno nevarno uporabo?
Pomembno pa je poudariti, da nova raziskava še ne pomeni, da lahko kdor koli s pomočjo umetne inteligence preprosto ustvari nevaren virus, ki bi povzročal bolezni pri ljudeh. Sedanji postopek je še vedno drag, zapleten in zahteva veliko specializiranega znanja ter laboratorijske opreme. Raziskovalci prav tako še ne razumejo dovolj dobro, kako genske spremembe vplivajo na lastnosti virusov in predvsem na njihovo sposobnost povzročanja bolezni. Prav zato je raziskava hkrati obetaven korak za medicino in opozorilo, da bo moral razvoj umetne inteligence na področju biologije spremljati tudi razvoj ustreznih varnostnih pravil.
