Ученые оценили риски новой ИИ-системы для создания бактериофагов из США

Американские биологи и математики разработали систему искусственного интеллекта, способную в автономном режиме генерировать ранее не существовавшие и жизнеспособные бактериофаги. Созданные системой вирусы смогли уничтожить патогенный штамм кишечной палочки, стойкой к действию природных бактериофагов, говорится в статье журнала Science.

Бактериофаги — природные вирусы, которые избирательно поражают только бактериальные клетки, не затрагивая ткани человека. В современной медицине они рассматриваются как высокоточная альтернатива антибиотикам, прежде всего в лечении инфекций, устойчивых к стандартным препаратам. В отличие от химиотерапевтических средств, бактериофаги самоуничтожаются после уничтожения целевых бактерий.

Ученый в области эволюционной биологии и вирусологии, профессор Городского университета Гонконга Павел Лидский в беседе с РБК заявил, что работа американских исследователей представляет собой еще один важный этап на пути к синтетической биологии и созданию новых живых систем. «Однако важно не преувеличивать ее значение: авторы пока не создали новый организм «с нуля» и не получили принципиально новый вид бактериофага», — отметил он.

По словам эксперта, современная биология уже научилась «достаточно хорошо» анализировать природные системы. В качестве примера он приводит предсказание трехмерной структуры белка по его аминокислотной последовательности, однако создание целого генома «гораздо сложнее».

«Белки в клетке не работают изолированно: они взаимодействуют друг с другом, с ДНК и с другими компонентами системы. Поэтому недостаточно правильно спроектировать отдельные гены — необходимо, чтобы весь геном функционировал как согласованная система. Здесь искусственный интеллект может дать особенно важный результат. Он способен анализировать огромное количество межмолекулярных взаимодействий разных типов, которые трудно охватить при «вручную», — добавил он.

Особый интерес, по мнению Лидского, такая технология должна вызывать у фаговой терапии. На сегодняшний день биологи используют природные библиотеки фагов. Данный процесс трудоемок и не гарантирует, что будет найден фаг с нужным сочетанием свойств. ИИ же позволит расширить пространство поиска и предложить комбинации генетических элементов.

«На фоне роста устойчивости бактерий к антибиотикам, это направление становится все более востребованным», — подчеркнул ученый.

Несмотря на пользу от новой технологии, Лидский заявил о существовании риска, связанного с возможным нарушением промышленных микробных структур, переносом геномов между бактериями, изменениям микробных экосистем и эволюцией самих созданных фагов, но «эти риски невысоки, а потенциальный вред носит локальный характер».

Главный научный сотрудник института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта, член-корреспондент РАН Петр Чумаков отметил, что ИИ анализирует все закономерности структуры генома бактериофага и предлагает несколько или даже множество вариантов, которые в дальнейшем синтезируют и добавляют к бактериям. Благодаря этому и получается практически новый штамм, способный уничтожать бактерии.

Он отметил, что в целом, получать подобные штаммы можно и без применения ИИ «довольно быстро». По его словам, бактериофаги быстро мутируют и приспосабливаются к бактерии. «То есть они даже если вначале ее не могут заражать, то в течение какого-то времени, если их инкубируют совместно с бактериофагами, со смесью бактериофагов, то какой-то бактериофаг получается заражает бактерию, и поэтому это такой общий подход для того, чтобы искать такие вот активные штаммы против бактерий, которые устойчивы к антибиотикам», — сказал он.

Говоря о возможных опасностях, по его мнению, их не существует.

«Нет, ну понимаете, есть же опасность создания каких-то вирусов, которые поражают человека. Это не бактериофаги, а именно вот такие вирусы, которые вызывают болезни. Но, как показала история COVID-19, без всякого искусственного интеллекта можно это создать. Была бы задача. Поэтому сейчас в наше время, когда технологии так развиты, создать патогенный штамм, в общем, не представляет большой проблемы», — сказал Чумаков.

Кандидат биологических наук, специалист в области молекулярной вирусологии и микробиологии, старший научный сотрудник лаборатории вирусов микроорганизмов ФИЦ «Биотехнологии» Евгений Куликов назвал статью Science «интересной». По его мнению, новая система ИИ может быть «серьезным прорывом».

«Польза системы в том, что практически впервые получается что-то новое, минимальный биологический объект, методами компьютерной инженерии, и оно жизнеспособное. Не факт, что полученные так фаги будут жизнеспособны при дальнейших пассажах, пересевах. Но инфекция есть, и это уже многое», — сказал он.

Отвечая на вопрос РБК о возможных опасностях, Куликов заявил, что «польза и вред в этой технологии всегда идут рука об руку». По его мнению, как и с любой генной инженерией, подобные технологии могут быть применены во вред, в том числе позволяя создавать биологическое оружие.

Вирусолог, профессор МГУ, доктор биологических наук Алексей Аграновский также рассказал, что новая система позволяет создавать новые способы борьбы с бактериальными инфекциями. Однако остается проблема с «доставкой». «Простой пример — если человек болен бактериальной пневмонией, как доставить препарат в легкие? Антибиотик можно выпить или вколоть, с бактериофагом так не получится», — сказал он.

Говоря об опасностях, Аграновский заявил, что это зависит от того, «в чьи руки данный попадет данный метод и для чего будет использован».

«Конечно, в сарае новый вирус с помощью ИИ не сваришь, но тем не менее. Это вопрос морального выбора людей, которые занимаются конкретной разработкой и понимают ее последствия. Данный метод позволяет сделать новый бактериофаг или вирус растений или высших животных гораздо быстрее, чем было возможно раньше», — сказал он.

В начале августа в Нью-Йорке впервые нашли вирус Бурбон, от которого нет вакцины или специального лечения. «Вирус Бурбон, передаваемый через обыкновенного клеща-звездочку, может вскоре начать осложнять диагностику, если его распространение увеличится этим летом и в последующие годы», — заявили в медицинском центре Стоуни-Брук. Первый пациент с вирусом Бурбон был зафиксирован в 2014 году в округе Бурбон, штат Канзас. Впоследствии этот пациент скончался. Кроме того, с момента первого выявления вирус был связан как минимум с двумя смертельными случаями. Однако исследователи полагают, что, вероятно, другие случаи заражения не были диагностированы.