人工智能首次设计出杀菌病毒
据德国《明镜》周刊网站9月24日报道,虽然Phi X 174病毒的直径不足万分之一毫米,却在科学界扮演着举足轻重的角色。
1935年,人们在法国巴黎下水道系统的样本中发现了这种噬菌体。对于一种能够感染并摧毁肠道中的大肠杆菌的病毒来说,这是个好地方。自那时起,研究人员就致力于研究这种病毒,甚至因此赢得了诺贝尔奖。1977年,一个团队首次成功完成了脱氧核糖核酸(DNA)全测序:测定的正是Phi X 174的DNA序列。
现在美国斯坦福大学等机构的研究人员利用人工智能,设计并制造了基于Phi X 174的病毒。它很可能是全球首批由人工智能设计的“计算机病毒”。该团队特意通过人工智能赋予这些病毒新的能力,使其能够感染和灭杀对传统Phi X 174噬菌体具有抗性的大肠杆菌。他们的研究报告目前仅作为预印本发表,因此仍需经过同行评审。
生物信息学家、该研究项目主管布赖恩·希认为,这种方法在医学领域展现出明确的应用潜力。人工智能杀菌病毒或许可以用来对抗严重的感染。
但显然,他的设想远不止于此。希向英国《自然》周刊表示:“下一步是利用人工智能生成生命体。”不过,要实现这个目标似乎还有很长的路要走,毕竟即便是细菌都比病毒复杂得多。病毒不是生物,因为它们没有自身的新陈代谢,也无法独立繁殖。
所有生物都有一种蓝图,即DNA。在DNA的各个片段,也就是基因中,编码了相应的生物特性信息。研究人员如今能够解码这种蓝图,甚至能在一定程度上发现哪个基因具有哪些作用。例如,ApoE基因的某种特定变体可能会增加人类患上阿尔茨海默病的概率。
因此,当DNA链特定位置出现某种特定的构建模块(即核苷酸)序列时,它就具有特定意义。这种蓝图的作用机制有点类似于语言。在此基础上,科学家们开发了协助研究DNA的人工智能模型。其概念与GPT-5(当前支撑ChatGPT的最新人工智能模型)及其他大型语言模型相同:人工智能需要推测,在特定情况下哪些字母和音节(或就本例而言,哪些核苷酸)序列最有可能出现,并为此预先使用海量数据集进行训练。
Evo 1和Evo 2就是这样的DNA模型,两者均由希参与开发。他的团队又进一步利用噬菌体相关数据对这些模型进行了训练,引导它们设计出能够感染大肠杆菌的类似Phi X 174病毒。然后,他们从人工智能生成的数千条建议中选出了302个看起来有前景的方案,并人工合成了这些病毒。
结果是在测试中,302个设计中有16个确实感染了大肠杆菌。其中一些病毒的混合物甚至能够感染并杀死3种对Phi X 174本身具有抗性的大肠杆菌菌株。此外,一些人工智能病毒适应性更强,具有更高的生长率。
德累斯顿生物技术中心的生物化学家安娜·珀奇表示:“尽管这并非首个有针对性合成新DNA序列的研究,却是首次系统性针对整个基因组进行操作,尽管只针对小型病毒基因组。”
珀奇认为:“这项研究蕴含着解决当今时代一些重大课题的巨大潜力。”例如,或许可以有针对性地制造病毒来攻击致病细菌,尤其是在越来越多的细菌产生抗生素耐药性的情况下。
未来,制造“有益”细菌也可能成为现实,例如用于降解塑料的细菌。珀奇说:“目前尚未使用这些模型设计出如此规模的基因组。但这实际上只是时间问题。”
同时,这位科学家也提出顾虑,从感染细菌的病毒到感染人类的病毒,这一步跨越并不遥远。据斯坦福大学研究人员称,为避免这个问题,他们在训练模型时仅使用了那些不会对人类造成伤害的病毒数据。珀奇解释说:“在这项研究中,针对目标病毒类型对模型进行了微调。”但是,“同理,针对任何其他病毒,模型也可以被微调,这当然存在风险”。(编译/焦宇)