史丹福團隊利用AI從頭設計全新可複製病毒 有望對抗抗藥性細菌,但專家警示生物安全風險

美國史丹福大學研究團隊發表重大突破,透過生成式人工智能設計出多種全新、具備自我複製能力的病毒,是人類首次運用AI成功建構完整可運作的病毒基因組。今次研發的品種屬噬菌體,只會感染細菌,不會威脅人類;成果有望推動噬菌體療法,解決全球抗生素耐藥危機,不過學者同時發出緊急警告,相關技術存在被濫用製造致病病原體的隱憂。

研究人員採用Evo1、Evo2兩套基因組語言模型,運作原理類似ChatGPT等大型語言模型,差別在於AI學習的並非文字,而是病毒、細菌、植物與人類的遺傳密碼,學習掌握生命的「基因語言」。團隊調校模型專門設計噬菌體——一類只針對特定細菌、不會感染人類的病毒。

團隊揀選302個AI生成的設計,在實驗室合成基因組進行測試,當中有16款新型噬菌體成功存活,並能夠殺死大腸桿菌。研究人員在培養皿觀察到噬菌體清除細菌形成清晰空白區域,實驗成功令團隊十分振奮。

帶領研究的史丹福大學助理教授Brian Hie解釋,過往AI多用於研發抗生素,相對簡單;今次是生成式AI首次設計出完整基因組、可在細胞內複製並執行生物功能的病毒,踏入全新科研領域。業界形容這項成果是合成生物學重要轉捩點,標誌人類正式可以透過電腦主動設計生命結構。

噬菌體療法被視為對抗超級細菌的重要方向。隨愈多細菌演化出抗生素耐藥性,傳統藥物陸續失效,人工設計的噬菌體日後可望用作治療難治細菌感染。長遠技術亦有潛力研發新型藥物、治療遺傳病的酵素與免疫治療抗體。

不過成果刊登於《科學》期刊,隨刊發表的評論文章提出重大警號。約翰霍普金斯大學健康安全中心專家指出,這項突破帶來迫切的生物安全與生物防護議題;重點已經不再是「AI能否設計病毒基因組」,而是如何確保技術不會被利用造成嚴重傷害,呼籲各界不應嘗試設計可感染人類的致病病毒。

研究團隊實施多重安全措施:訓練資料庫剔除可感染複雜生物的病毒序列,選擇只攻擊細菌的噬菌體作研究,所有實驗在具備保安規格的實驗室進行。Brian Hie認為現有的防護框架有助引導技術向善。

科學家補充,病毒並不屬於完整生命;這次製造的噬菌體基因組約5400個鹼基對,最簡單活細胞基因組大約50萬個鹼基對,人類基因組則高達30億個。以AI設計簡單活體生物仍有極大技術門檻,但並非完全不可能。

多名國際合成生物學權威評價,這項研究不單單局限於噬菌體,證明基因組大模型正在學習演化背後的設計法則,正式開啟「AI協助書寫基因組」的新時代。與此同時,各國監管機構需要加快訂立規範,平衡醫學應用潛力與防範技術遭惡意利用的風險。