בינה מלאכותית יצרה 16 נגיפים חדשים שמדביקים חיידקים

יצירה מאפס

מערכת בינה מלאכותית יצרה לראשונה נגיפים פונקציונליים שלא היו קיימים קודם בטבע. מדובר בבקטריופאג'ים, נגיפים שמדביקים רק חיידקים, והיכולת לתכנן אותם מאפס פותחת אפשרויות חדשות למאבק בעמידות חיידקים לאנטיביוטיקה. במקביל, המחקר מעלה חששות לגבי שימוש לרעה בטכנולוגיה לפיתוח נשק ביולוגי.

עד עתה, מדענים ידעו לסנתז נגיפים מאפס בעיקר על בסיס שכפול של פתוגנים מוכרים או וריאציות שלהם, לצורך פיתוח תרופות וחיסונים. לעומת זאת, המחקר החדש, שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת סטנפורד וממכון Arc, הצליח לגרום למודל שפה לתכנן נגיפים פשוטים ופונקציונליים לחלוטין על בסיס מידע גנטי של מיליוני בעלי חיים, צמחים ומיקרואורגניזמים.

מודלים ושיטת עבודה

המחקר התבסס על Evo 1 ו-Evo 2, מודלי יסוד שפותחו ליישומי ביולוגיה חישובית. שני המודלים אומנו על מיליוני גנומים מכל תחומי החיים, במטרה לזהות דפוסי אבולוציה מורכבים, כולל אופן ארגון הגנים והמגבלות הביולוגיות שמאפשרות לאורגניזם להישאר פונקציונלי. החוקרים עבדו עם בקטריופאג'ים בשל גנום הקטן יחסית שלהם, שקל יותר לסנתז ולתפעל בתנאי מעבדה.

הנגיף ששימש כנקודת ייחוס לניסוי הוא הבקטריופאג' Phi X-174, שמדביק את החיידק אי-קולי (E. coli). המטרה לא הייתה לשכפל את הנגיף הזה, אלא להשתמש בו כמדריך בלבד, כדי שהאלגוריתמים ייצרו אלפי גנומים חדשים לגמרי עם ארכיטקטורה גנטית שתואמת הדבקה של חיידק האי-קולי. הנגיפים שנגזרו מהגנומים שיצרה המערכת שמרו על הארגון הפונקציונלי ההכרחי לזיהוי החיידק, החדרת ה-DNA, שכפולו והרכבת חלקיקים נגיפיים חדשים, אך רצפי ה-DNA עצמם היו שונים באופן ניכר מאלו של בקטריופאג'ים טבעיים.

מהמסך למעבדה

החוקרים סיננו את הגנומים שיצר המודל ובחרו 300 רצפים שנראו הסיכוי הגבוה ביותר שיהיו פונקציונליים. הם סנתזו את הגנומים האלה מולקולה אחר מולקולה במעבדה, והכניסו אותם לחיידקי אי-קולי כדי לבדוק אם הם מצליחים לייצר נגיפים עובדים. מתוך 300 הגנומים שסונתזו, רק 16 הולידו בקטריופאג'ים פעילים לחלוטין, בעלי רצפים שלא פורסמו קודם, גנים שונים, אלמנטים רגולטוריים חדשים ואפילו גודל גנום שונה.

המחקר, שפורסם השבוע בכתב העת Science, גם בחן את יכולת הנגיפים שתוכננו על ידי המודל להתמודד עם חיידקים עמידים. בניסוי נחשפו זני אי-קולי שכבר פיתחו עמידות לנגיף המקורי לתערובת של פאג'ים שתוכננו על ידי המערכת ולתערובת של פאג'ים טבעיים דומים ל-Phi X-174. התוצאות הראו שהנגיפים שנוצרו באמצעות המודל הצליחו להתגבר במהירות על העמידות החיידקית ולבסס הדבקה. התנהגות הנגיפים השתנתה בין הדגימות: חלקם הדביקו את החיידקים מהר יותר, ואחרים הפגינו יכולות שכפול שונות.