Stanford-KI entwirft 16 neuartige Viren von Grund auf und löst Biosecurity-Alarm aus
Forscher der Stanford University und des Arc Institute nutzten die generativen KI-Modelle Evo1 und Evo2, um 16 vollständige, funktionsfähige Bakteriophagen-Genome zu entwerfen, die in der Natur nicht vorkommen, wie eine am Donnerstag in Science veröffentlichte Studie zeigt.
KI entwirft neuartige Viren von Grund auf
Forscher der Stanford University und des Arc Institute haben die generativen KI-Modelle Evo1 und Evo2 genutzt, um vollständige, funktionsfähige Virusgenome zu entwerfen, die es in der Natur nicht gibt, wie eine am Donnerstag in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie zeigt. Die 16 resultierenden Viren sind Bakteriophagen, die nur Bakterien infizieren und keine Gefahr für den Menschen darstellen. Es ist das erste Mal, dass KI verwendet wurde, um ein gesamtes replizierendes Genom zu entwerfen.
Der Ansatz spiegelt wider, wie große Sprachmodelle wie ChatGPT Textmuster lernen, aber anstelle von Wörtern lernten die Evo-Modelle die „Grammatik" der DNA aus Millionen von genetischen Sequenzen. Die Modelle wurden mit genetischen Daten von etwa zwei Millionen Bakteriophagen trainiert, wobei Viren, die Menschen, Tiere oder Pflanzen infizieren, bewusst aus den Trainingsdaten ausgeschlossen wurden. Angeregt mit einem Fragment eines natürlichen Virus schrieb die KI vollständige genetische Baupläne für neue Viren.
- KI-generierte Kandidaten
- 700000
- Für Synthese ausgewählt
- 302
- Lebensfähige Bakteriophagen
- 16
Von 700.000 Kandidaten zu 16 funktionsfähigen Viren
Das Team verwendete ΦX174, einen winzigen und gut untersuchten Bakteriophagen, als Vorlage. Die KI generierte rund 700.000 Kandidatengenome, die die Forscher auf 302 der vielversprechendsten Entwürfe für die Laborsynthese eingrenzten. Jeder wurde gebaut und in E. coli-Bakterien gegeben, die den genetischen Code lasen und die neuen Phagen produzierten. Nur 16 erwiesen sich als lebensfähig – eine niedrige Trefferquote, aber die Überlebenden waren echt und funktionsfähig.
Samuel King, ein Doktorand im Labor, beschrieb den Moment, als das Team erkannte, dass die Phagen funktionierten.
Wir begannen, einige klarere Stellen zu sehen, und das war äußerst aufregend.
Brian Hie, Professor an der Stanford University und leitender Forscher, sagte der BBC, die Arbeit stelle wissenschaftliches Neuland dar.
Dies ist der nächste Schritt in der Komplexität, den generative KI entwerfen kann. Dies ist das erste Mal, dass generative KI verwendet wurde, um ein vollständiges Genom zu entwerfen, etwas, das sich replizieren und andere Funktionen in Zellen ausüben kann … Das war Neuland für uns.
Einer der 16 KI-entworfenen Phagen enthielt Merkmale, die sehr weit von bekannten natürlichen Gegenstücken entfernt waren, was darauf hindeutet, dass die KI Lösungen entwarf, die die natürliche Evolution über Millionen von Jahren nicht hervorbringen würde. Ein Cocktail der neuen Phagen überwand E. coli-Stämme, die gegenüber natürlichen Phagen resistent geworden waren, was auf mögliche neue Therapien gegen antibiotikaresistente Bakterien hinweist.
Biosecurity-Bedenken und die Governance-Lücke
Die Forscher bauten Schutzmaßnahmen ein: Sie schlossen menscheninfizierende Viren aus den Trainingsdaten aus, arbeiteten nur mit harmlosen Phagen und führten alle Experimente in einem sicheren Labor durch. Aber die Methode ist nun öffentlich. Tom Inglesby und Moritz Hanke vom Johns Hopkins Center for Health Security warnten in einem begleitenden Artikel in Science, dass die Governance nicht mit der Technologie Schritt gehalten habe.
Die Fähigkeit, Virusgenome mit generativer KI zu erstellen, existiert jetzt; die Governance, sie sicher zu steuern, existiert nicht.
Nicht alle Experten teilen die Besorgnis. Tom Ellis vom Imperial College London nannte ΦX174 „buchstäblich das kleinste und am einfachsten herzustellende Genom" und sagte dem Guardian, die Bedrohung sei „sehr übertrieben" im Vergleich zur bloßen Veränderung bestehender Krankheitserreger. Marc Van Ranst, Virologe an der KU Leuven, verglich den Fortschritt mit dem Erlernen der Grammatik nach dem Wortschatz.
Wenn man auch die Grammatik lernt, kann man einen Roman schreiben. In diesem Fall lehrt uns KI die Grammatik des genetischen Materials.
Van Ranst warnte, dass die Technologie leicht zugänglich ist, und forderte eine Regulierung für die Biosecurity. Jordi García Ojalvo von der Universitat Pompeu Fabra in Barcelona bezeichnete die Ergebnisse im Science Media Centre als „bedeutenden Durchbruch". Die Forscher sagten, der nächste Schritt sei das Testen des Systems mit anderen Virentypen.
