Устойчивость бактерий к антибиотикам становится всё более серьёзной проблемой: привычные лекарства перестают действовать, и учёные давно ищут альтернативу. Одно из перспективных направлений — бактериофаги, вирусы, которые атакуют только бактерии. Но у природы есть свои пределы: микробы эволюционируют и учатся противостоять даже фагам. Недавно исследователи сделали решительный шаг вперёд — они впервые применили искусственный интеллект для создания полностью новых фагов, способных справляться с устойчивыми штаммами.
Бактерии и вирусы постоянно меняются, приобретая новые генетические свойства — этот процесс биологи изучают давно, чтобы найти способы переломить ситуацию в медицине. Однако даже самые простые вирусные геномы чрезвычайно сложны для целенаправленного редактирования: одна неудачная правка может сделать синтетическую конструкцию нежизнеспособной. Учёные уже добились успехов в изменении отдельных генов, но проектирование целого генома оставалось практически недоступным.
Группа специалистов из Стэнфордского университета и Arc Institute решила эту проблему с помощью языковой модели Evo2, обученной на миллионах геномов. За основу взяли фаг ΦX174 — его геном составляет менее 6000 пар оснований (для сравнения: в человеческом геноме их почти 3 миллиарда). Но даже такой «малыш» остаётся сложным для расшифровки и перепроектирования.
Модель сгенерировала тысячи вариантов геномов, из которых отобрали 300 наиболее перспективных кандидатов. После проверки способности поражать устойчивый штамм кишечной палочки (E. coli) список сузился до 16 фагов. И все они оказались эффективнее природного ΦX174 в борьбе с устойчивыми бактериями.
По словам ученых, если бактерии становятся устойчивыми к одному фагу, препарат перестаёт действовать. Но если использовать смесь генетически разных фагов, микробам будет сложнее выработать защиту сразу против всего коктейля. Именно такой коктейль из 16 фагов и показал свою силу: он быстро преодолевает устойчивость, которую E. coli выработала к природному фагу.
Evo2 доступна исследователям бесплатно с открытым исходным кодом, что позволяет изучать её возможности для создания новых геномов. Это открывает большие перспективы для терапевтических разработок, но одновременно вызывает вопросы биобезопасности.
Пока неизвестно, можно ли применить аналогичный подход к другим вирусам, включая патогены, опасные для человека и животных. Теоретически такие инструменты могут быть использованы для создания новых геномов возбудителей, способных обходить существующие системы защиты. Модифицированные версии подобных инструментов теоретически могут быть использованы во вред. Однако исследователи подчёркивают, что существующие патогены пока представляют более серьёзную угрозу, чем потенциально созданные с помощью ИИ конструкции, — ведь их легче добыть и воспроизвести.
Создание бактериофагов с нуля - это важный шаг в борьбе с устойчивостью к антибиотикам, но путь до реальных лекарств ещё долог. Главное, что технология есть, она работает и доступна для изучения. А значит, у науки появляется новый мощный инструмент — и новые задачи по обеспечению его безопасности.
