Forskare utvecklar nya virusvarianter med AI

Forskare vid Stanford university i USA har skapat nya varianter av virus med hjälp av artificiell intelligens. De använde en AI-modell för att skapa hela dna-receptet från grunden. Resultaten presenteras i en ny artikel i tidskriften Science. Virusen kan inte infektera människor. Det rör sig om så kallade bakteriofager, virus som angriper bakterier.

De konstgjorda virusen kunde döda E. coli-bakterier i laboratoriet. En del forskare tror att sådana syntetiska bakteriofager skulle kunna användas i kampen mot antibiotikaresistens. Men forskare varnar också för att tekniken inte är riskfri.

”Nu finns möjligheten att sätta samman virusgenom med hjälp av generativ AI, men det saknas styrning som kan säkerställa att tekniken används på ett säkert sätt”, skriver två experter i en kommentar i Science.

Svein Isungset Støve, seniorrådgivare vid norska Bioteknologirådet och doktor i molekylärbiologi, känner till den nya studien. Han berättar att det inte är första gången forskare har skapat syntetiska virus i laboratoriet. Det gjordes redan i början av 2000-talet.

Då syntetiserade man kända genomsekvenser och skapade virus utifrån dem. AI-modeller har också använts för att designa enskilda proteiner. Men ingen har tidigare skapat nya virus på det sätt som nu visas.

– Det nya är att forskarna använder en språkmodell för att designa nya varianter av ett helt genom som faktiskt fungerar, säger Svein Isungset Støve.

Forskarna har använt en språkmodell som kallas Evo. I stället för text har modellen tränats på två miljoner virusgenom. Utifrån dem kan modellen generera virus-dna, ungefär på samma sätt som Chat GPT genererar begriplig text. De nya genomen måste innehålla både gener och så kallat icke-kodande dna – de delar av arvsmassan som inte kodar för proteiner men som kan ha andra funktioner.

När modellen tränades uteslöt forskarna alla virus som kan infektera eukaryota celler, berättar Svein Isungset Støve. Det är celler med cellkärna, som finns hos bland annat växter, människor och djur. Syftet var att undvika att modellen skapar virus som kan vara farliga för oss.

Forskarna utgick från viruset ΦX174, som angriper E. coli-bakterier, och bad AI-modellen skapa nya varianter. Denna bakteriofag har ett litet och enkelt genom med elva gener. Som jämförelse har människan omkring 20 000 gener.

AI-modellen tog fram flera tusen förslag och forskarna testade omkring 300 av kandidaterna. Av dem fungerade 16 och kunde infektera E. coli-bakterier. En blandning av virusen kunde dessutom döda E. coli som utvecklat resistens mot naturliga bakteriofager.

Hur går man då från en dna-sekvens i en dator till ett fysiskt virus?

Det är mycket enklare att skapa ett virus än en cell, säger Svein Isungset Støve. Först syntetiseras dna:t, det vill säga att dna-sekvensen sätts samman. Sedan förs den in i en bakteriecell.

– Det är bakteriecellen själv som läser virusgenomet och tillverkar de proteiner som viruset består av. På så sätt bildas det nya viruset inne i bakteriecellen. Om man har designat ett bra och fungerande virus kommer det att infektera nya bakterieceller, och sedan fortsätter processen, säger han.

Bakteriofager kan användas för att behandla bakterieinfektioner. Sådana virus kan till exempel vara ett alternativ för att döda antibiotikaresistenta bakterier. Men bakterier kan också utveckla resistens mot bakteriofager. Det är här den nya tekniken kan komma till nytta.

”Om bakterierna utvecklar resistens mot en ensam fag är det game over för behandlingen. Men om man har flera genetiskt olika fager i en blandning blir det svårare för bakterierna att utveckla resistens mot hela cocktailen”, säger Brian Hie, en av forskarna bakom studien, i ett pressmeddelande.

Nyttan skulle kanske kunna bli ännu större om det gick att designa fungerande celler som exempelvis kan producera kemikalier. Det är något Brian Hie vill undersöka vidare.

Men celler är mycket mer komplicerade att skapa, förklarar Svein Isungset Støve.

– Genomen är enormt mycket större och innehåller många fler gener. Forskarna har valt ett virus med ett av de enklaste genomen som ett sätt att visa att AI-modellen fungerar i princip. Vi vet inte riktigt hur tekniken kommer att utvecklas. Förmodligen blir den bättre och bättre. Men det är ändå ett ganska stort steg från ett virus till en cell, säger han.

Är det riskabelt att bedriva den här typen av forskning, med tanke på risken att nya virus skapas som kan komma ut i miljön eller orsaka sjukdom?

– I den här studien har forskarna bara arbetat med virus som infekterar bakterier, och de har varit mycket medvetna om vad de gör. Jag tycker inte att just det här forskningsprojektet i sig innebär någon större fara, säger Svein Isungset Støve. Forskarna skriver själva att tekniken också väcker frågor om biosäkerhet och att det är viktigt att diskutera om dagens regler och säkerhetsåtgärder är tillräckliga.

– Men om människor med andra avsikter skulle skapa en genommodell som tränats på sjukdomsframkallande virus eller virus som skulle kunna infektera människor, då börjar det bli lite skrämmande, säger Svein Isungset Støve.

Å andra sidan går det redan i dag att utveckla farliga virus utan AI.

– Men en sådan modell skulle kunna göra det enklare och snabbare. Personer som Craig Venter, en av pionjärerna inom syntetisk virologi, har kraftigt varnat för forskning som går ut på att förbättra virus och jag tycker att det är något vi måste ta på allvar. Särskilt om man gör slumpmässiga förändringar i virus utan att veta vad resultatet blir, säger Svein Isungset Støve.

Elise Kjørstad är journalist vid forskning.no som den här artikeln har översatts ifrån. Läs originaltexten här.