В мире синтетической биологии произошел прорыв, который сравнивают с появлением ChatGPT в текстовых технологиях. Ученые из Института Арк в Калифорнии продемонстрировали, как искусственный интеллект может генерировать полные геномы живых организмов, не копируя, а создавая их с нуля. Это событие, пока что «на бумаге», открывает новые горизонты в создании синтетических форм жизни, но и ставит перед исследователями множество вопросов.
От копирования к творчеству: новая эра геномного дизайна
Ранее синтез геномов, как, например, в 2008 году, когда был химически создан 580-тысячебуквенный геном бактерии Mycoplasma genitalium и позднее «загружен» в клетки, основывался на копировании или редактировании уже существующих природных последовательностей. «Этот процесс можно сравнить с переписыванием главы книги или удалением из нее всех запятых», — образно выражается геномный инженер Патрик Цай из Манчестерского университета.
Однако новый подход Института Арк, использующий языковую модель Evo2, обученную на триллионах «букв» ДНК, позволяет генерировать последовательности, которых никогда не существовало в природе. Evo2 была вдохновлена геномами M. genitalium, митохондриями человека и хромосомами дрожжей для создания новых, уникальных геномных последовательностей. «Это “момент ChatGPT” для синтетической геномики, — считает Цай. — Так можно начать писать то, чего не было в природе».
От проекта к функционирующему организму: вызовы и препятствия
Несмотря на впечатляющие достижения, путь от спроектированного ИИ генома до полноценно функционирующего организма остается долгим и тернистым. Компьютерный анализ показал, что лишь около 70% генов в созданном по мотивам M. genitalium геноме выглядят реалистично.
«Нельзя спроектировать жизнь всего на 70%, — замечает синтетический биолог Нико Клаассенс из Вагенингенского университета. — На компьютере можно написать все, что угодно, но работать это не будет». Даже один отсутствующий или неверно смоделированный ключевой ген может сделать клетку нефункциональной.
Кроме того, недавние исследования показали, что ИИ-геномы имеют иную организацию генов, чем природные, что может влиять на их функциональность.
Экспериментальное «бутылочное горлышко» и будущее автономных лабораторий
Серьезным препятствием остается и экспериментальная проверка. Чтобы подтвердить работоспособность спроектированного генома, его необходимо физически синтезировать, собрать в правильном порядке и поместить в живую клетку. «Эксперименты быстро становятся узким местом, — признает руководитель проекта Брайан Хи. — На таком масштабе мы упираемся в стоимость синтеза и сборки ДНК».
Одним из возможных решений этой проблемы ученые видят создание автономных лабораторий, где ИИ и роботы смогут итеративно проектировать, тестировать и улучшать фрагменты геномов. Это позволит значительно ускорить процесс и преодолеть текущие ограничения.
Сможет ли искусственный интеллект когда-нибудь создать полностью функциональный клеточный геном, способный к самовоспроизведению и эволюции, — вопрос пока открытый. Но цель, которая еще недавно казалась дерзкой фантазией, сегодня выглядит вполне осязаемой, открывая новые перспективы для медицины, биотехнологий и фундаментального понимания жизни.