人工智能用于实验室创造新型病毒

康涅狄格州：科学家首次利用人工智能创造新型病毒，这一进展为医学进步带来希望，同时也引发了对技术可能被用于发明危险病原体的担忧。从头合成病毒并不是新鲜事。研究人员早已学会如何制造病毒基因组，它们被用于研究抗病毒药物和疫苗，以及了解病毒的运作机制。然而，周四发表在《科学》杂志上的一项新研究远远超出了复制病毒基因的范畴。加州帕洛阿尔托的Arc研究所的科学家们教会人工智能识别自然界中DNA结构的模式，然后利用这些数据编写全新病毒的配方。研究人员按照这些配方创造了DNA分子，并将其插入细菌中。经过改造的细菌随后产生了自然界中从未见过的病毒。这些病毒能够感染其他细菌，证明它们是可行的。

「这是一个重要的里程碑，」曼彻斯特大学的合成生物学家帕特里克·蔡（Patrick Cai）说，他并未参与这项研究。由人工智能构思的病毒对人类不构成威胁，因为它们都与一种名为Phi X-174的自然病毒相似，该病毒仅感染细菌。但这项新研究加剧了人们对人工智能可能催生新一代生物武器的担忧，从致命毒素到无法阻挡的流行病。约翰·霍普金斯健康安全中心的莫里茨·汉克（Moritz Hanke）博士表示，政府和科学组织在制定阻止致命病毒创建的防护措施方面进展缓慢，即使科学已经迅速发展。

研究的作者依赖于一个名为Evo的人工智能模型，它类似于由OpenAI开发的ChatGPT。ChatGPT通过将可能连续出现的单词串联起来来回答问题。这是因为它经过多年的训练，使用了从互联网、书籍和其他来源收集的大量文本。DNA在某些方面与书籍惊人地相似：一串分子构建块，称为核苷酸，排列得像一行文字中的字母。基因由数百个从四个字母组成的字母表：A、C、G和T中提取的核苷酸组成。序列编码构建蛋白质和其他分子的指令。DNA有其自身的语法规则，如果一个序列违反了这些规则，结果就是生物学上的胡言乱语。

研究人员想知道Evo是否可以自行掌握这些规则。他们没有用文本训练它，而是用从数百万种动物、植物、微生物和病毒中提取的基因序列进行训练。总的来说，Evo扫描了大约9万亿个核苷酸。Evo最终识别出生命树中常见的模式，并利用它们生成新基因的蓝图，这些基因能够执行特定任务。这些结果使团队想知道Evo是否不仅能掌握单个基因，还能掌握整个基因组。由于人工智能最初只能处理小型基因组，科学家们决定尝试制造病毒。虽然人类基因组包含超过30亿个核苷酸，但许多病毒的基因组只有几千个核苷酸长。

「这似乎是显而易见的下一步，」斯坦福大学的研究生塞缪尔·金（Samuel King）说，他是这项新研究的作者之一。他和他的同事们给Evo进行了另一轮训练，这次是针对Phi X-174的11个基因及其大约15,000个近亲。他们部分选择这样做是因为科学家们非常了解Phi X-174，研究它已有近一个世纪之久。而且因为它是一种仅感染大肠杆菌的噬菌体，他们知道与之相似的病毒是安全的。一旦Evo熟悉了Phi X-174及其亲属的基因组，研究人员就促使模型编写自己的新版本。Evo生成了70万个潜在版本；科学家们只追求那些看起来最有成功几率的版本。

他们最终从Evo建议的序列中制作了285个DNA分子。当这些基因组准备好测试时，金和他的同事们将它们插入细菌中，并将其铺在培养皿上。在许多培养皿中，微生物和平生长；Evo的基因组失败了。但在一个培养皿中，研究人员注意到在细菌的云状膜中出现了清晰的点，这是病毒繁殖的标志。科学家插入细菌的DNA产生了含有病毒基因的蛋白质壳。病毒从细胞中爆发出来，留下了死去宿主的破裂外壳。

随着金和他的同事们测试更多的基因组，他们看到了更清晰的点。总的来说，他们发现Evo的16个基因组产生了可行的新病毒。它们被证明与天然病毒一样具有弹性。事实上，有些繁殖速度比Phi X-174更快。