AI ontwerpt virussen die bacteriën doden: doorbraak nu bevestigd in Science

Een team van Stanford University en het Arc Institute in Californië heeft voor het eerst laten zien dat kunstmatige intelligentie zelfstandig het volledige erfelijk materiaal van een virus kan ontwerpen. Het AI-model, genaamd Evo, kreeg de opdracht om varianten te bedenken van phiX174, een simpele bacteriofaag die bestaat uit slechts 11 genen en ongeveer 5.000 DNA-letters. Een bacteriofaag is een virus dat specifiek bacteriën infecteert en doodt.

Evo stelde in totaal 700.000 mogelijke genoomontwerpen voor. Daaruit koos het onderzoeksteam de meest kansrijke kandidaten. Van 285 ontwerpen lieten de wetenschappers de DNA-code chemisch namaken, waarna ze die in E. coli-bacteriën inbrachten. Bij zestien ontwerpen bleek het virus daadwerkelijk te kunnen repliceren: het nam de bacterie over en vernietigde die, precies zoals een natuurlijk virus dat doet. Sommige van de kunstmatige virussen bleken zelfs sneller te repliceren dan hun natuurlijke voorbeeld.

Twee trainingsronden voor kunstmatig leven

Evo werkt in de basis als een taalmodel, vergelijkbaar met de technologie achter chatbots, maar dan getraind op DNA in plaats van tekst. Het model leerde eerst van ongeveer negen biljoen nucleotiden — de bouwstenen van DNA — afkomstig van miljoenen dieren, planten, microben en virussen. Daarna volgde een gerichte tweede trainingsronde met de elf genen van phiX174 en zo'n 15.000 nauw verwante virussen. Die combinatie van brede kennis en specialisatie stelde Evo in staat om ontwerpen te bedenken met genrangschikkingen die onderzoekers zelf niet hadden bedacht.

Wetenschappers die niet bij het onderzoek betrokken waren, noemen het werk een belangrijke mijlpaal binnen de synthetische biologie. Toch nuanceren zij ook: de AI heeft niets fundamenteel nieuws uitgevonden. De ontworpen virussen lijken sterk op bestaande soorten en gebruiken dezelfde biologische mechanismen. Of de aanpak ook werkt voor complexere virussen, is nog onbekend. Lukt dat wel, dan kan de techniek nuttig zijn voor bijvoorbeeld faagtherapie, waarbij virussen worden ingezet tegen resistente bacteriële infecties, of voor gentherapie, waarbij virussen dienen als transportmiddel voor genetisch materiaal.

Regels lopen achter op de techniek

Het onderzoek legt ook een gat in de regelgeving bloot. De Amerikaanse gezondheidsinstantie NIH verbood eind juli experimenten die ziekteverwekkers gevaarlijker maken, maar puur computerwerk — het ontwerpen van virus-DNA op een computer — valt daar niet onder, tenzij het om een reeds bekende gevaarlijke ziekteverwekker gaat. Bij een volledig nieuw, door AI bedacht virus is die indeling lastig te maken. Het onderzoeksteam nam zelf voorzorgsmaatregelen: Evo kreeg tijdens de training geen data over virussen die mensen, dieren, planten of schimmels infecteren, zodat het model dergelijke genomen niet kan genereren. Experts noemen dat prijzenswaardig, vooral omdat geen enkele officiële richtlijn dit voorschreef.