KI-designet virus kan bekjempe antibiotikaresistens

Forskere ved Stanford University i USA har benyttet kunstig intelligens (KI) til å designe nye varianter av virus som kan angripe spesifikke bakterier. Metoden, som er beskrevet i tidsskriftet Science, involverer bruk av en KI-modell trent på millioner av virusgenomer for å generere komplette DNA-sekvenser fra bunnen av. De resulterende virusene, kjent som bakteriofager, er spesifikt utviklet for å infisere og ødelegge E. coli-bakterier i laboratoriet.

Denne nye teknologien åpner for muligheter i kampen mot antibiotikaresistens, en global helsekrise. Ved å skape bakteriofager som er genetisk forskjellige, kan forskere potensielt utvikle behandlinger som bakterier har vanskeligere for å utvikle resistens mot. Imidlertid advarer eksperter også om at den raske utviklingen innen syntetisk biologi og KI reiser betydelige biosikkerhetsspørsmål. Det er for øyeblikket mangel på reguleringer som sikrer forsvarlig bruk av teknologien.

Nye virusvarianter skapt med KI

Prosessen startet med at forskerne brukte en KI-modell kalt Evo, som i likhet med språkmodeller som ChatGPT, er trent på store datasett – i dette tilfellet over to millioner virusgenomer. Modellen ble bedt om å generere nye og funksjonelle DNA-sekvenser for bakteriofager som angriper E. coli. Forskerne tok utgangspunkt i det relativt enkle viruset ΦX174, hvis genom består av elleve gener. Etter at KI-modellen foreslo tusenvis av nye varianter, testet forskerne omtrent 300 av dem. Av disse viste 16 seg å være funksjonelle, og flere av dem var i stand til å bekjempe E. coli-stammer som allerede var resistente mot naturlige bakteriofager.

Svein Isungset Støve, seniorrådgiver i Bioteknologirådet og doktor i molekylærbiologi, forklarer at selv om syntetiske virus har blitt laget i laboratorier siden tidlig 2000-tall, representerer denne KI-drevne tilnærmingen et nytt steg. «Det nye nå er at de bruker en genom-språkmodell til å designe nye varianter av et helt genom som er funksjonelt», sier Støve. Han påpeker at forskerne ekskluderte virus som infiserer eukaryote celler (som finnes i mennesker og dyr) under trening av KI-modellen for å minimere risikoen for farlige patogener.

Produksjonen av disse syntetiske virusene innebærer først å syntetisere DNA-et basert på KI-designet. Deretter settes DNA-et inn i en bakteriecelle. «Det er bakteriecellen selv som leser virusgenomet og lager proteinene som viruset består av. På den måte dannes det nye viruset i bakteriecellen», forklarer Støve. Det ferdige viruset kan deretter infisere nye bakterieceller og fortsette syklusen.

Utfordringer og fremtidig potensial

Bakteriofager har lenge vært ansett som et lovende alternativ til antibiotika for behandling av bakterielle infeksjoner, spesielt der antibiotika har mistet sin effekt. Utfordringen med fagterapi er imidlertid at bakterier også kan utvikle resistens mot bakteriofager. Brian Hie, en av forskerne bak studien, fremhever i en pressemelding at bruk av en blanding av genetisk ulike fager kan være en løsning. «Hvis du har flere genetisk forskjellige fager i en blanding, vil det være vanskeligere for bakteriene å utvikle resistens mot hele cocktailen», sier Hie.

Fremtidig forskning kan også rette seg mot å designe fungerende celler for spesifikke formål, som produksjon av kjemikalier. Støve bemerker imidlertid at dette er en langt mer kompleks oppgave enn å designe virus, gitt cellenes større genomer og økte kompleksitet. «Det er likevel et ganske stort steg fra et virus til en celle», sier han.

Risikoaspektet ved denne teknologien er et viktig diskusjonstema. Støve mener at det isolert sett ikke er stor fare forbundet med den aktuelle studien, som kun fokuserer på bakterieinfiserende virus. Han understreker imidlertid at det er en reell bekymring dersom KI-modeller skulle bli brukt til å designe sykdomsfremkallende virus eller virus som kan infisere mennesker. «Nå finnes muligheten for å sette sammen virus-genomer ved hjelp av generativ KI, men styringen som skal sikre at teknologien brukes trygt, finnes ikke», skriver eksperter i en ledsagende kommentarartikkel i Science. De peker på at selv uten KI er det mulig å lage farlige virus, men at teknologien kan gjøre prosessen enklere og raskere. Støve avslutter med å si at advarsler fra fremtredende forskere om forbedring av virus, spesielt med ukjente utfall, bør tas på alvor.