Researchers Utilize AI to Synthesize Novel Functional Viruses

นับเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการปรับใช้ปัญญาประดิษฐ์เพื่อสร้างไวรัสชนิดใหม่ที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ด้วยการใช้ประโยชน์จากแบบจำลองพื้นฐานขั้นสูงที่เรียกว่า Evo 1 และ Evo 2 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและ Arc Institute สามารถสังเคราะห์ไวรัสที่กำหนดเป้าหมายและกำจัดแบคทีเรียบางชนิดโดยเฉพาะได้ แม้ว่าก่อนหน้านี้ชีววิทยาสังเคราะห์จะอนุญาตให้นักวิจัยสร้างหรือดัดแปลงเชื้อโรคที่มีอยู่เพื่อการพัฒนาวัคซีนและยาได้ แต่การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงโดยแสดงให้เห็นว่า AI สามารถสร้างจีโนมของไวรัสใหม่ ๆ ได้สำเร็จตั้งแต่เริ่มต้น แบบจำลอง AI เหล่านี้ได้รับการฝึกอบรมเกี่ยวกับชุดข้อมูลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยจีโนมหลายล้านรายการจากทั่วโลก โดยเรียนรู้ข้อจำกัดทางชีวภาพที่ซับซ้อนและรูปแบบวิวัฒนาการที่จำเป็นในการสร้างสิ่งมีชีวิตที่ใช้งานได้ซึ่งมีองค์ประกอบด้านกฎระเบียบและโครงสร้างทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันซึ่งไม่พบในแบคทีริโอฟาจทั่วไป

การวิจัยมุ่งเน้นไปที่แบคทีเรียซึ่งเป็นไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรียตามธรรมชาติ ทีมงานได้สั่งให้ AI สร้างจีโนมที่สามารถรักษาข้อกำหนดการทำงานสำหรับการติดเชื้อ E. coli เช่น การแทรก DNA การจำลองแบบ และการประกอบของไวรัส โดยใช้ไวรัส Phi X-174 เป็นจุดอ้างอิงทางชีวภาพ ในขณะที่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากลำดับธรรมชาติที่ทราบ จากการออกแบบหลายพันรายการที่สร้างโดยอัลกอริธึม นักวิจัยได้จำกัดการคัดเลือกให้เหลือเพียง 300 ราย ซึ่งแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มสูงสุดสำหรับฟังก์ชันการทำงานโดยพิจารณาจากการจัดลำดับยีนภายในของพวกเขา การออกแบบทั้ง 300 ชิ้นนี้ได้รับการสังเคราะห์ขึ้นในสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการ จากการทดสอบ พบว่าสิ่งประดิษฐ์สังเคราะห์ 16 รายการทำงานได้อย่างสมบูรณ์ โดยแสดงความสามารถในการแพร่เชื้อ E. coli ไวรัสเฉพาะเหล่านี้แสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกัน โดยบางตัวทำซ้ำได้เร็วกว่าตัวอื่น ซึ่งพิสูจน์ได้ว่า AI สามารถสร้างสารทางชีวภาพที่มีลักษณะเฉพาะได้อย่างน่าเชื่อถือ

ความหมายที่มีแนวโน้มมากที่สุดประการหนึ่งของการศึกษานี้คือการพัฒนาวิธีการรักษาด้วยฟาจขั้นสูงเพื่อต่อสู้กับการติดเชื้อแบคทีเรียที่ดื้อยาปฏิชีวนะ ในการทดลองในห้องปฏิบัติการ แบคทีริโอฟาจที่สร้างโดย AI ได้สัมผัสกับสายพันธุ์ E. coli ที่พัฒนาความต้านทานต่อฟาจตามธรรมชาติที่คล้ายกับ Phi X-174 แล้ว ผลการวิจัยพบว่าไวรัสสังเคราะห์สามารถเอาชนะความต้านทานนี้ได้อย่างรวดเร็วและสร้างการติดเชื้อได้สำเร็จ และทำให้แบคทีเรียเป็นกลางได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึงอนาคตที่ AI สามารถใช้ในการออกแบบการรักษาพยาบาลส่วนบุคคลที่พัฒนาไปพร้อมกับเชื้อโรค เนื่องจากระบบ AI เหล่านี้สามารถสังเคราะห์สถาปัตยกรรมทางชีวภาพใหม่ๆ ได้อย่างรวดเร็ว จึงเสนอแนวทางที่เป็นไปได้ในการรับมือกับวิกฤตการดื้อต่อแบคทีเรียทั่วโลกที่เพิ่มขึ้น โดยเป็นทางเลือกแทนยาปฏิชีวนะแบบดั้งเดิมที่อาจใช้ไม่ได้ผลกับสายพันธุ์กลายพันธุ์อีกต่อไป

แม้ว่าศักยภาพทางวิทยาศาสตร์ของการบำบัดด้วยฟาจจะมีความสำคัญ แต่เหตุการณ์สำคัญได้เพิ่มความกังวลเกี่ยวกับลักษณะการใช้งานแบบคู่ของ generative AI ในเทคโนโลยีชีวภาพ ผู้เชี่ยวชาญ รวมถึง Moritz Hanke จากศูนย์ความมั่นคงด้านสุขภาพ Johns Hopkins ได้สังเกตเห็นความเชื่อมโยงที่เป็นอันตรายระหว่างความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของชีววิทยาสังเคราะห์ที่ขับเคลื่อนด้วย AI และการขาดกรอบการกำกับดูแลที่แข็งแกร่งในการควบคุมมัน มีความกลัวอย่างเห็นได้ชัดว่าเทคโนโลยีเดียวกับที่ใช้สร้างแบคทีเรียในการรักษาสามารถถูกนำมาใช้ใหม่เพื่อออกแบบเชื้อโรคที่มีพิษสูง เป็นอันตรายถึงชีวิต หรือสามารถแพร่ระบาดได้ ความกังวลเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ คำเตือนก่อนหน้านี้จากองค์กรต่างๆ เช่น Rand Corporation ได้เน้นย้ำว่า AI ขั้นสูงสามารถปรับแต่งการวางแผนการโจมตีทางชีวภาพได้อย่างไร ความเป็นจริงในปัจจุบันก็คือ มีมาตรการป้องกันที่มีประสิทธิภาพเพียงไม่กี่รายการ (ถ้ามี) ที่มีอยู่ในปัจจุบันเพื่อป้องกันการแสวงหาผลประโยชน์ที่เป็นอันตรายจากเครื่องมือกำเนิดอันทรงพลังเหล่านี้ ทำให้เกิดช่องว่างด้านกฎระเบียบที่รัฐบาลกำลังดิ้นรนเพื่อปิดเมื่อเทคโนโลยีขยายตัว