AI设计病毒

斯坦福大学的研究团队成功利用人工智能（AI）设计出了世界上第一个完整的病毒蓝图，这个病毒能有效攻击并消灭抗生素耐药的大肠杆菌（E. coli）。据《自然》杂志于2025年9月18日报道，这是AI首次生成功能完整的病毒基因组，此前AI仅用于设计DNA片段或蛋白质。这个AI设计的病毒专门针对那些对传统抗生素无效的细菌，未来可能为开发新型抗生素开辟新路径。研究人员表示，这种技术不仅能加速病毒设计的速度，还能帮助科学家处理高度复杂的生物系统，比如整个基因组的互动和调控过程。他们强调，AI生成的病毒在实验室中表现出色，能够感染并杀死三种不同的大肠杆菌菌株，包括那些野生型病毒无法处理的耐药菌株。这一突破标志着AI在生物技术领域的重大进步，但也引发了关于潜在误用的伦理担忧。斯坦福团队的这项工作发表于2025年9月17日的预印本服务器bioRxiv上，虽然尚未经过同行评审，但它展示了AI在设计生物工具和治疗细菌感染方面的巨大潜力。研究者希望，这种方法能补充现有的噬菌体疗法，并最终针对关注的病原体开发增强型治疗方案。 具体来说，病毒是一种不被视为活生物体的实体，它们更像是游荡的遗传物质片段，具有相对简单的基因组。在这个研究中，AI设计的病毒是噬菌体，即专门感染细菌的病毒，这使得它们成为对抗细菌感染的有力工具。团队选择了ΦX174作为模板，这是一种简单的单链DNA病毒，含有5386个核苷酸和11个基因，是1977年第一个被完全测序的基因组，也是2003年第一个从头合成的基因组。这种病毒原本就针对大肠杆菌，但AI版本通过优化，增强了其对耐药菌株的攻击能力。研究显示，这些AI噬菌体在实验中形成了清晰的斑块，表明它们成功杀死了细菌，这让研究者们感到惊讶和兴奋。 ◇ AI也能创造病毒 根据《自然》杂志的报道，斯坦福大学计算生物学家布赖恩·希（Brian Hie）和他的同事于2025年9月17日在预印本服务器bioRxiv上发布了这一发现。该论文尚未经过同行评审，但研究团队表示，这展示了AI在设计生物工具和治疗细菌感染方面的潜力。希解释道：“这是AI系统首次能够编写连贯的基因组规模序列，下一步将是AI生成的生命形式”。不过，他的同事塞缪尔·金（Samuel King）补充说，要设计整个活生物体，还需要大量的实验进步。 虽然AI之前已被用于设计DNA或蛋白质片段，但设计整个病毒基因组面临更大挑战，因为基因之间存在复杂互动，包括复制、调控和宿主感染过程。这些互动要求基因组必须保持整体连贯性，否则病毒就无法正常运作。团队开发了一个名为“Evo”的AI模型，包括Evo 1和Evo 2版本，这些模型类似于大型语言模型（如ChatGPT），但专门用于分析和生成DNA、RNA和蛋白质序列。Evo模型最初已训练了超过200万个噬菌体基因组的数据，这为它提供了丰富的遗传模式知识。研究人员进一步使用监督学习方法训练模型，生成类似于ΦX174的病毒基因组，并特别针对感染大肠杆菌，尤其是抗生素耐药菌株。 在设计过程中，团队引入了ΦX174特定的序列作为提示，并使用推理时间指导来调整输出，以确保生成的基因组具有有益的突变。他们评估了数千个AI生成的序列，最终筛选出302个可行的噬菌体候选。这些候选中，大多数与ΦX174共享超过40%的核苷酸序列，但有些具有完全不同的编码序列，甚至包括新基因、缩短基因或不同的基因排列。例如，一些AI设计的病毒展示了创新的基因结构，这让外部专家如纽约大学朗格健康中心的生物学家杰夫·博克（Jef Boeke）感到惊讶，他称这是“向AI设计生命形式迈出的令人印象深刻的第一步”。 随后，研究人员合成这些AI设计的基因组DNA，并将其插入宿主细菌中培养噬菌体。在实验测试中，16个AI设计的噬菌体显示出对大肠杆菌的特异性，能够感染并杀死细菌。这些病毒中，有些形成了“清晰的斑块”，表明它们成功裂解了细菌细胞。研究发现，AI设计的噬菌体组合能有效杀死三种不同大肠杆菌菌株，而野生型ΦX174无法做到。希回忆道，当看到实验室培养皿上细菌死亡的区域时，“那真是令人震惊，就像看到这个AI生成的球体”。此外，这些病毒在感染过程中表现出更高的效率，比自然噬菌体更具传染性。 冷泉港实验室的彼得·库（Peter Koo）在审阅研究后表示：“这项研究展示了当今的可能性，但人类研究者的干预和筛选仍至关重要，以正确利用这种AI”。他强调，AI虽然能生成创新序列，但最终的验证仍依赖实验室实验。 伦理担忧与未来展望 批评者对AI设计病毒提出了伦理担忧。德国海德堡大学的合成生物学家克尔斯廷·戈普弗里希（Kerstin Göpfrich）指出：“生命科学研究中所谓的‘双重用途困境’是一个持续问题，存在潜在误用的风险”。双重用途困境指的是技术、产品或知识可能同时用于民用（和平）和军事（潜在危险）目的，例如AI生成的病毒可能被用于生物武器开发。研究者警告，这种技术如果落入错误之人手中，可能加速致命病毒的创建。此外，博克指出，虽然病毒不是活的，但这一步预示着AI可能设计更复杂生物的未来，这需要严格的监管。 尽管如此，研究团队对这项研究的积极影响持乐观态度。他们表示，如果AI能生成各种病毒，这可能有助于开发更广泛的抗生素来应对多种疾病。希强调：“这不仅仅是加速进化，而是定向进化。我们不必等待自然界提供合适的噬菌体，AI可以直接设计一个”。未来，这一技术可能补充现有的噬菌体疗法，帮助针对抗生素耐药感染开发定制治疗，例如对抗超级细菌。斯坦福团队还计划将这一方法扩展到其他领域，如使用AI优化CRISPR基因编辑或设计更有效的疫苗。

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