Researchers Utilize AI to Synthesize Novel Functional Viruses

Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã triển khai thành công trí tuệ nhân tạo để tạo ra các loại virus hoàn toàn mới không tồn tại trong tự nhiên. Bằng cách tận dụng các mô hình nền tảng tiên tiến được gọi là Evo 1 và Evo 2, các nhà nghiên cứu từ Đại học Stanford và Viện Arc đã có thể tổng hợp các loại virus có mục tiêu cụ thể và loại bỏ một số vi khuẩn nhất định. Mặc dù sinh học tổng hợp trước đây đã cho phép các nhà nghiên cứu tái tạo hoặc sửa đổi các mầm bệnh hiện có để phát triển vắc xin và thuốc, nhưng nghiên cứu này thể hiện sự thay đổi bằng cách chứng minh rằng AI có thể kiến ​​tạo thành công bộ gen virus mới ngay từ đầu. Các mô hình AI này được đào tạo trên cơ sở dữ liệu khổng lồ bao gồm hàng triệu bộ gen từ khắp thế giới tự nhiên, tìm hiểu các hạn chế sinh học phức tạp và mô hình tiến hóa cần thiết để xây dựng các sinh vật chức năng sở hữu các yếu tố điều hòa và cấu trúc di truyền riêng biệt không thấy ở các thực khuẩn điển hình.

Nghiên cứu tập trung vào thể thực khuẩn, là loại virus lây nhiễm vi khuẩn một cách tự nhiên. Sử dụng vi rút Phi X-174 làm điểm tham chiếu sinh học, nhóm nghiên cứu đã hướng dẫn AI tạo ra các bộ gen có thể duy trì các yêu cầu chức năng để lây nhiễm vi khuẩn E. coli—chẳng hạn như chèn, sao chép và lắp ráp vi-rút—trong khi có sự khác biệt đáng kể so với các trình tự tự nhiên đã biết. Từ hàng nghìn thiết kế do thuật toán tạo ra, các nhà nghiên cứu đã thu hẹp lựa chọn xuống còn 300 ứng cử viên thể hiện nhiều hứa hẹn nhất về chức năng dựa trên tổ chức gen bên trong của chúng. 300 mẫu thiết kế này được tổng hợp trong môi trường phòng thí nghiệm. Sau khi thử nghiệm, 16 sản phẩm tổng hợp này được phát hiện có đầy đủ chức năng, cho thấy khả năng lây nhiễm E. coli. Những loại virus cụ thể này có những hành vi khác nhau, trong đó một số loại có khả năng sao chép nhanh hơn những loại khác, chứng tỏ rằng AI có thể tạo ra các tác nhân sinh học khả thi với các đặc điểm tùy chỉnh một cách đáng tin cậy.

Một trong những ý nghĩa hứa hẹn nhất của nghiên cứu này là sự phát triển các liệu pháp thể thực khuẩn tiên tiến để chống lại các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn kháng kháng sinh. Trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, các thể thực khuẩn do AI tạo ra đã được tiếp xúc với các chủng E. coli đã phát triển khả năng kháng lại các thể thực khuẩn tự nhiên tương tự như Phi X-174. Kết quả chỉ ra rằng virus tổng hợp có thể nhanh chóng vượt qua sự đề kháng này và gây nhiễm trùng thành công, vô hiệu hóa vi khuẩn một cách hiệu quả. Điều này gợi ý một tương lai nơi AI có thể được sử dụng để thiết kế các phương pháp điều trị y tế được cá nhân hóa phát triển cùng với mầm bệnh. Bởi vì các hệ thống AI này có thể tổng hợp các cấu trúc sinh học mới rất nhanh nên chúng đưa ra một con đường tiềm năng để chống lại cuộc khủng hoảng kháng vi khuẩn đang gia tăng trên toàn cầu, cung cấp một giải pháp thay thế cho các loại kháng sinh truyền thống có thể không còn hiệu quả chống lại các chủng đột biến.

Mặc dù tiềm năng khoa học của liệu pháp thể thực khuẩn là đáng kể, nhưng cột mốc quan trọng này đã làm gia tăng mối lo ngại về bản chất lưỡng dụng của AI tạo sinh trong công nghệ sinh học. Các chuyên gia, bao gồm Moritz Hanke từ Trung tâm An ninh Y tế Johns Hopkins, đã lưu ý đến sự mất kết nối nguy hiểm giữa sự tiến bộ nhanh chóng của sinh học tổng hợp do AI điều khiển và việc thiếu khung pháp lý mạnh mẽ để quản lý nó. Có một nỗi lo sợ rõ ràng rằng công nghệ tương tự được sử dụng để tạo ra các thực khuẩn trị liệu có thể được tái sử dụng để tạo ra các mầm bệnh có độc tính cao, gây chết người hoặc có khả năng gây đại dịch. Những lo lắng này không phải là mới; những cảnh báo trước đây từ các tổ chức như Rand Corporation đã nhấn mạnh AI tiên tiến có thể tinh chỉnh việc lập kế hoạch tấn công sinh học như thế nào. Thực tế hiện tại là hiện có rất ít biện pháp bảo vệ hiệu quả, nếu có, để ngăn chặn việc khai thác độc hại các công cụ tạo sinh mạnh mẽ này, để lại khoảng trống pháp lý mà các chính phủ đang cố gắng thu hẹp khi công nghệ mở rộng quy mô.