Onderzoekers van Stanford University hebben AI ingezet om complete genomen te ontwerpen voor bacteriofagen, virussen die bacteriën aanvallen. Van 285 chemisch vervaardigde kandidaatgenomen leverden er zestien virussen op die de groei van de bacterie E. coli konden afremmen.
De ontwerpen zijn gebaseerd op ΦX174, een goed onderzocht virus uit de Microviridae-familie. Dit virus heeft een genoom van ongeveer 5.400 basen en elf genen, waarvan de functies bekend zijn. Het kan alleen bacteriën infecteren en vormt geen gevaar voor mensen.
De onderzoekers gebruikten de genomemodellen Evo 1 en Evo 2. Zulke systemen werken op een vergelijkbare manier als taalmodellen, maar voorspellen niet het volgende woord in een tekst. Zij voorspellen de volgende bouwsteen in DNA, dat uit de basen A, T, C en G bestaat.
Veel ontwerpen bleken niet levensvatbaar
De modellen werden verder getraind met DNA van bacteriofagen en met sequenties van de familie waartoe ΦX174 behoort. Daarna genereerden zij honderden kandidaatgenomen die op het bestaande virus leken, maar daarvan genetisch konden afwijken.
De meeste geteste ontwerpen hadden geen meetbaar effect op de bacteriën. De kans op een werkend virus nam sterk toe wanneer een ontwerp genetisch vrijwel identiek was aan ΦX174. Van de ontwerpen met minimaal 98 procent overeenkomst met het oorspronkelijke genoom bleek 46 procent levensvatbaar.
Negen van de zestien werkende virussen kwamen rechtstreeks uit de AI-uitvoer. De overige zeven kregen na inbrengen in bacteriën aanvullende mutaties. De werkende virussen hielden doorgaans dezelfde verzameling genen als ΦX174 en hadden geen veranderingen in het DNA-gebied waar de kopie van het virusgenoom begint.
Toch genetische verschillen
Individuele werkende ontwerpen weken op onderdelen duidelijk af van het uitgangsvirus. Eén virus miste een viraal eiwit, maar leek dat verlies te compenseren met veranderingen elders in het genoom. Een ander ontwerp bevatte een nieuw gen. Ook kwamen langere en kortere versies van bestaande genen voor.
Bij één van de ontworpen virussen was een gen van ΦX174 vervangen door een gen uit een ver verwant virus. Dat wijst erop dat de modellen niet uitsluitend bekende genomen kopiëren, maar ook nieuwe combinaties kunnen produceren die functioneel blijven.
De onderzoekers hadden tijdens de ontwikkeling van Evo 1 en Evo 2 geen sequenties opgenomen van virussen die complexe cellen, zoals menselijke cellen, infecteren. Zij stellen dat de snelle ontwikkeling van zulke modellen aanleiding geeft om na te denken over veiligheidsmaatregelen voor systemen die in de toekomst mogelijk virussen voor gewervelden zouden kunnen ontwerpen.
