美國斯坦福大學等的研究團隊宣佈，利用生成式AI設計出了自然界中不存在的新型病毒的全基因組，根據該「設計圖」合成DNA，成功製備出了能夠實際增殖的病毒。本次製備的並非感染人或動物的病毒，而是感染細菌的病毒——「噬菌體（phage）」。研究團隊表示，該成果有望應用於利用新型噬菌體的療法等生命科學領域，同時也強調了安全對策的重要性。相關論文已於8月6日發表在美國科學期刊《Science》上。
研究團隊首先開發出了學習過包含病毒在內多種生物DNA鹼基序列的、名為「Evo 2」的生成式AI模型。這種「基因組語言模型」通過學習大量DNA序列，並可像續寫文章一樣預測已有序列之後的鹼基。
研究團隊向Evo 2提供了真實存在的噬菌體「ΦX174」的短DNA序列作為參考資訊，讓其生成了數千種能夠感染特定大腸桿菌的新型噬菌體基因組序列。研究人員藉助電腦從中篩選出約300種可能具有噬菌體功能的候選序列，並基於Evo 2生成的設計圖實際合成了DNA，將其導入大腸桿菌後驗證其功能。
結果確認，有16種噬菌體能夠感染大腸桿菌並增殖，具備破壞細胞的能力。其中部分噬菌體表現出比原始ΦX174更高的增殖能力。該成果表明，生成式AI不僅能夠設計構成噬菌體的單個蛋白質，還能設計感染和增殖所需的完整基因組。
美國斯坦福大學工學部的布萊恩·海助教（左）與共同研究者（右）確認基因組設計AI「Evo 2」生成的蛋白質結構（圖片提供：Andrew Brodhead／美國斯坦福大學工學部）
被選為設計參考的ΦX174是由約5400個鹼基組成的單鏈DNA。雖然與擁有約30億鹼基的人類基因組相比極為微小，但它包含了11個基因，具備感染大腸桿菌並破壞細胞的能力。因此適合用來測試Evo 2能否完成病毒全基因組設計。
研究團隊已公開Evo 2供免費使用。研究人員將此次製備的16種噬菌體組合使用後，發現對已經耐受原始ΦX174的大腸桿菌依然可以起效。據稱，通過混合多種不同的噬菌體，有可能使細菌難以同時對所有噬菌體產生耐受性。
應對耐藥菌是全球性的公共衛生課題。研究團隊表示，未來有望設計靶向結核桿菌、銅綠假單胞菌、MRSA（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）等的噬菌體，並將其應用於治療細菌感染的「噬菌體療法」。銅綠假單胞菌是已知的會引發抗藥性院內感染的主要致病菌之一。
被認為容易發展為耐藥菌的結核桿菌電子顯微鏡圖像（國立健康危機管理研究機構痲瘋病研究中心的山崎利雄拍攝，該機構圖片提供）
本次成果並非僅憑AI就可以實現。從AI生成的數千個候選序列中，研究人員藉助電腦篩選出有潛力的序列，合成DNA並通過實驗驗證——這一系列工作不可或缺。不宜簡單理解為AI可以隨心所欲創造完全未知的病毒。更準確的解讀是，AI學習了自然界中進化而來的基因組規律，作為學習成果提出了新的鹼基序列組合。
斯坦福大學工學部的布萊恩·海助教表示：「我們證實，這款由16種噬菌體構成的‘混合物’，能夠迅速突破已對天然噬菌體ΦX174產生耐受性的大腸桿菌的抵抗能力。」他強調了該成果在噬菌體療法等方面的優勢。另一方面，他也承認病毒設計工具有可能被篡改和惡意利用，並指出了在AI模型中嵌入安全校驗機制等，讓開發和安全對策同步推進的重要性。
原文：JST Science Portal 編輯部
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Science
論文：Generative design of bacteriophages with genome language models
DOI：10.1126/science.aec2657
