江苏
美国科学家6日发布一项新研究结果，宣布利用人工智能（AI）设计出在自然界不存在的新病毒，引发科学界和媒体广泛关注。有专家称这项研究有助于开发新的医学治疗手段，但也有人警告这将带来紧迫的生物安全问题。AI如何设计病毒？这项技术有什么意义？是否会危害人类？
AI如何设计病毒
美国斯坦福大学领衔的研究团队6日在美国《科学》杂志上发表研究论文说，他们利用AI设计出了全新、具有完整功能并能够在实验室中复制的噬菌体。
研究团队介绍，他们使用基因组语言模型设计病毒。一般的AI大语言模型通过海量文本语料训练，基因组语言模型则是通过大量天然基因组的脱氧核糖核酸（DNA）序列进行训练，学会识别自然界中长期演化形成的DNA结构模式，并据此生成新的基因组。
在这项研究中，研究团队利用Evo 1和Evo 2两种基因组语言模型，以天然噬菌体Phi X-174为模板，生成了一批候选基因组，其中约300个被人工合成并在实验室进行测试，最终得到16株具有活性的噬菌体。这些噬菌体的基因组具有不同的DNA序列、结构以及适应性。
噬菌体是侵袭细菌的病毒。研究团队表示，之所以选择噬菌体作为研究对象，是因为其基因组较小、易于通过实验验证，同时广泛应用于分子生物学、微生物工程和医疗等领域。
这是噬菌体附着于细胞表面的黑白微观示意图。（图片来源于网络）
研究有何意义
研究团队表示，这次使用AI设计出的噬菌体不同于任何已知的天然噬菌体，具有新的突变、差异化的基因和调控元件以及不同长度的基因组。实验表明，由这些新型噬菌体组成的混合制剂，能够快速抑制一种已经对天然噬菌体具有耐药性的大肠杆菌。
研究团队由此认为，AI模型能够设计出与自然界中完全不同的噬菌体基因组，并具备预先设定的特征。有媒体和科学界人士认为，这项研究表明AI已经具备设计自然界所不存在的新型生物系统的能力，可能有助于开发新的药物和治疗方法。
新西兰梅西大学教授亚斯娜·拉科尼亚茨指出，这项研究表明AI是一种强大工具，可用于创造新型噬菌体变体用于抗菌疗法。自然界中存在许多具有潜在价值的噬菌体，可能由于地理距离或进化历史相隔太远，无法通过自然重组和自然进化组合到一起，从而限制了其治疗潜力，而AI有助于解决这一问题。
西班牙庞培法布拉大学合成生物学实验室教授马克·格尔认为，这项技术让人们看到利用生物技术解决人类所面临重大挑战的更多可能性，例如开发用于治疗疾病的噬菌体、用于治疗遗传疾病的酶，以及可用于免疫疗法的抗体。
尽管研究团队认为这项研究结果“为生成更大、更复杂的基因组奠定了基础”，牛津大学研究员奥利弗·克鲁克认为，研究团队使用AI模型生成的病毒总体上与天然病毒十分相似，仍遵循基本生物学规律。科学家需要开展更多实验，以了解模型如果使用其他种类病毒的数据进行训练，是否能达到同样的成功率。
会否威胁人类
这项研究引发了AI是否会被用于设计和制造危险病原体的担忧。
按研究团队的说法，为了降低风险，他们特意将能够感染人类以及其他动植物的病毒的数据排除在AI训练之外，因此训练出来的模型无法生成能够威胁人类的病毒基因组。这项研究生成的16种噬菌体不会对人类构成威胁。
《纽约时报》报道，研究人员之所以选择天然噬菌体Phi X-174为设计模板，一方面是因为科学家已经研究这种病毒近一个世纪，对它极为了解；另一方面，Phi X-174噬菌体只会感染大肠杆菌，因此可以认为与之类似的病毒相对安全。
但研究团队也承认，研究“在生物安全、生物遏制和生物安保层面引发了值得考虑的重要问题”，呼吁其他开展全基因组设计的研究者“在整个项目周期咨询生物安全与生物安保领域的专业人士”。
在一篇发表于《科学》杂志的同期评论文章中，美国约翰斯·霍普金斯健康保障中心公共卫生专家托马斯·英格尔斯比和生物安全专家莫里茨·汉克指出，如今问题已经不再是“AI生成病毒基因组是否能够实现”，而是如何确保相关应用“不会造成严重危害”。他们呼吁，不研发任何具有潜在致病能力的病毒并通过立法加强监管。
来源：新华社微信公众号
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