AI & computing › AI-gestuurde wetenschappelijke ontdekkingen
Google DeepMind verstopt digitale watermerken in AI-ontworpen eiwitten
Google DeepMind heeft een methode ontwikkeld om onzichtbare watermerken te verstoppen in eiwitten die door kunstmatige intelligentie zijn ontworpen. De techniek, SynthIDBio genaamd, moet helpen misbruik van AI-gegenereerde biologische moleculen op te sporen zonder dat de eiwitten hun functie verliezen.
Steeds vaker ontwerpt kunstmatige intelligentie nieuwe eiwitten: moleculen die een specifieke taak in het lichaam of lab uitvoeren. AI kan ook voorspellen hoe zo'n eiwit er in 3D uitziet. Dat opent deuren voor nieuwe medicijnen, maar brengt ook risico's met zich mee. Kwaadwillenden zouden AI kunnen gebruiken om schadelijke biologische stoffen te ontwerpen, en het wordt lastiger om te controleren of wetenschappelijke data echt is of kunstmatig gegenereerd. Google DeepMind presenteert nu een oplossing: SynthIDBio, een systeem dat onzichtbare 'vingerafdrukken' verstopt in AI-ontworpen eiwitten. Het onderzoek is gepubliceerd in het vakblad Nature.
Twee soorten verborgen codes
De techniek werkt op twee manieren, afhankelijk van wat de AI precies produceert. Genereert het model de bouwtekening van een eiwit, dan verstopt SynthIDBio een geheime code in de volgorde van de aminozuren, de bouwstenen waaruit elk eiwitontwerp bestaat. Voorspelt de AI juist de driedimensionale vorm van een molecuul, dan wordt het watermerk verwerkt in de precieze positie van de atomen in de ruimte. In beide gevallen is het patroon voor het blote oog en voor normaal gebruik onzichtbaar, maar met een speciale detector wel terug te vinden.
Getest in het echte lab
DeepMind bleef niet bij computersimulaties. De onderzoekers maakten watermerkte eiwitten die daadwerkelijk aan drie verschillende doelmoleculen moesten binden: een deel van het spike-eiwit van het coronavirus, een menselijk eiwit dat de groei van bloedvaten regelt, en een eiwit dat betrokken is bij het afremmen van immuunreacties. De resultaten waren geruststellend: de watermerkte eiwitten bonden even goed aan hun doelwit als eiwitten zonder watermerk. De detector herkende alle watermerkte aminozuurvolgorden correct, en meer dan 99,8 procent van de watermerkte 3D-structuren werd juist geïdentificeerd.
Nog niet waterdicht
De techniek kent nog een belangrijke zwakte. Wanneer een 3D-structuur na het ontwerp nog wordt 'ontspannen', een gangbare bewerkingsstap om de vorm te verfijnen, kan het watermerk in de atoomposities verloren gaan. De onderzoekers denken dat dit op te lossen is door die bewerkingsstap vanaf het begin mee te nemen in de training van het systeem. Ondanks die beperking noemen de wetenschappers hun werk een belangrijk bewijs van concept: het is mogelijk om biologische watermerken toe te voegen zonder in te leveren op kwaliteit of functie. De broncode van de sequentie-variant van SynthIDBio is als open source beschikbaar, zodat andere onderzoekers de techniek zelf kunnen uitproberen en verbeteren.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Naarmate AI een grotere rol krijgt in het ontwerpen van eiwitten en andere biomoleculen, groeit ook de behoefte om te kunnen controleren wie wat heeft gemaakt. Technieken als SynthIDBio kunnen in de toekomst helpen om misbruik van synthetische biologie tegen te gaan en de betrouwbaarheid van wetenschappelijke data te waarborgen, al moet de methode nog robuuster worden gemaakt voordat ze op grote schaal inzetbaar is.
- Eiwitontwerp
- Het met computers bedenken van nieuwe eiwitten die de natuur zelf niet heeft gemaakt, vaak met een specifieke functie zoals het binden aan een ziekteverwekker.
- Watermerk
- Een onzichtbaar signaal dat in digitale of biologische data wordt verstopt om de herkomst of authenticiteit ervan later te kunnen aantonen.
- Aminozuur
- De kleine bouwstenen die in een bepaalde volgorde achter elkaar geregen een eiwit vormen.
- Spike-eiwit
- Het eiwit op het oppervlak van het coronavirus waarmee het virus menselijke cellen binnendringt.
- Synthetische biologie
- Het vakgebied waarin wetenschappers nieuwe biologische systemen en moleculen ontwerpen, vaak met hulp van genetische technieken of kunstmatige intelligentie.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
