AI设计的噬菌体能够感染并杀死宿主细菌。图片来源：Science Photo Library

本报讯 科学家创造了第一个由人工智能（AI）设计的病毒，能够追踪并杀死大肠杆菌菌株。9月17日，相关研究成果公布于预印本服务器bioRxiv。

“这是AI系统第一次能够编写连贯的基因组规模的序列。”美国斯坦福大学的计算生物学家Brian Hie说，“下一步将是由AI生成生命。”但他的同事Samuel King指出：“要设计一个完整的生命有机体，还需要进行大量的实验。”

Hie说，他们的这项研究展示了AI在设计生物技术工具和细菌感染疗法方面的潜力。“我们希望，这类策略能够补充现有的噬菌体疗法，并在未来作为新的治疗手段，靶向令人担忧的病原体。”

AI模型已被用于生成DNA序列、单一蛋白质和多组分复合物。然而，由于基因之间以及基因复制和调控过程中复杂的相互作用，设计一个完整的基因组更具挑战性。Hie说，这些AI系统现在能帮助科学家操纵高度复杂的生物系统，例如整个基因组。“只有设计出完整的基因组，你才能获得许多重要的生物学功能。”

为了设计病毒基因组，研究人员使用了两种能够分析和生成DNA、RNA及蛋白质序列的AI模型——Evo 1和Evo 2。他们首先需要一个设计模板，即一个起始序列，用以引导AI模型生成具有所需特性的基因组。科学家选择了一种简单的单链DNA病毒ΦX174，包含了11个基因中的5386个核苷酸，以及感染宿主并在其内部复制所需的所有遗传元素。

Evo模型此前已接受了200多万个噬菌体基因组的训练，但研究人员采用一种名为监督学习的方法对模型进行了强化训练，使其能够生成类似ΦX174的病毒基因组，并具有感染大肠杆菌菌株（特别是抗生素耐药菌株）的特定功能。

研究人员评估了数千个AI生成的序列，并将筛选范围缩小到302个有活性的噬菌体。大多数候选病毒与ΦX174有40%以上的核苷酸同源性，但也有一些候选病毒的编码序列完全不同。研究人员根据AI设计的基因组合成了DNA，并将其插入宿主细菌以培养噬菌体。接着，他们通过实验测试了这些噬菌体能否感染并杀死大肠杆菌。在AI设计的302种噬菌体中，有16个表现出对大肠杆菌的宿主特异性，能够感染这种细菌。研究人员发现，AI设计的噬菌体组合可以感染并杀死3种不同的大肠杆菌菌株，这是野生型ΦX174无法做到的。

“这项研究为当下可能实现的目标提供了一个令人信服的范例，也为未来的应用奠定了基础。”美国冷泉港实验室的计算生物学家Peter Koo说。

Koo表示，在没有团队干预、指导和筛选的情况下，仅靠Evo模型还不足以设计和生成病毒。“但我认为，作为一个整体系统，在所有筛选机制都到位，并设计出全部系统和通道的情况下，它可能是一种能够实现功能性基因组的方法。”

也有人担心AI可能被用于设计危害人类的病毒。但德国海德堡大学的生物物理学家Kerstin Gopfrich表示，这个被称为“双重困境”的问题并非AI独有，而是生物学领域一直存在的挑战。

作者在论文中表示，已将影响真核生物（包括人类）的病毒排除在Evo模型的训练数据之外。他们所研究的ΦX174噬菌体和大肠杆菌宿主系统均为非致病性的，并且“在分子生物学研究中具有长期的安全使用历史”。

研究人员希望他们的方法能够被安全地用于生成AI设计的病毒，以治疗各种疾病和应对公共卫生挑战，包括日益严峻的细菌耐药性问题。（文乐乐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1101/2025.09.12.675911