[保護傘]實驗室生成式AI 寫出活體病毒
來自權威性科學雜誌Nature的報導
https://www.nature.com/articles/d41586-025-03055-y
全球首例AI設計病毒問世,為AI生成生命邁出一步
科學家利用人工智慧編寫出連貫的病毒基因組,並用它們合成了能夠殺死具抗藥性細菌株的
噬菌體。
科學家們創造出了有史以來第一個由人工智慧(AI)設計的病毒,這些病毒能夠追蹤並殺死
大腸桿菌(E. coli)的菌株。
「這是AI系統首次能夠編寫出連貫的全基因組規模序列,」加州史丹佛大學的計算生物學家
Brian Hie 表示。「下一步就是AI生成的生命,」Hie 說,不過他的同事 Samuel King 補
充道:「要設計一個完整的生物體,還需要許多實驗上的進展。」
這項由 Hie、King 及其同事進行的研究於9月17日發表在預印本伺服器 bioRxiv 上1 ,尚
未經過同儕審查,但作者們表示,這項研究展現了AI在設計生物技術工具與療法以治療細菌
感染方面的潛力。「希望這樣的策略能補充現有的噬菌體療法,並在未來某一天能增強針對
受關注病原體的治療方法,」Hie 說。
來自電腦的基因組
AI模型已被用於生成DNA序列、單一蛋白質及多組分複合物2 。但由於基因之間以及基因複
製和調控過程之間存在複雜的交互作用,設計一個完整的基因組要困難得多。Hie 表示,這
些AI系統現在能夠幫助科學家操控高度複雜的生物系統,例如整個基因組。「有許多重要的
生物功能,只有當你能夠設計完整的基因組時才能觸及。」
為了設計病毒基因組,研究人員使用了 Evo 1 和 Evo 2 這兩個AI模型,它們能分析並生成
DNA、RNA 和蛋白質序列。首先,他們需要一個設計模板,這是一個起始序列,用來引導AI
模型生成具有所需特性的基因組。他們選擇了 ΦX174,這是一種簡單的單股DNA病毒,含有
11個基因共5,386個核苷酸,並具備感染宿主並在其體內複製所需的所有遺傳元件。
Evo 模型先前已用超過兩百萬個噬菌體基因組進行訓練,但研究人員進一步使用一種名為「
監督式學習」的方法來訓練這些模型,以生成具有感染大腸桿菌菌株(特別是具抗藥性的菌
株)特定功能的類ΦX174病毒基因組。
研究人員評估了數千個AI生成的序列,並將搜尋範圍縮小到302個可行的噬菌體。
大多數候選噬菌體與 ΦX174 有超過40%的核苷酸同一性,但有些則具有完全不同的編碼序
列。研究人員從AI設計的基因組中合成了DNA,並將其插入宿主細菌中以培養噬菌體。接著
,他們對這些噬菌體進行了實驗測試,以觀察它們是否能感染並殺死大腸桿菌。
在302個AI設計的噬菌體中,約有16個對大腸桿菌表現出宿主專一性,並能感染該細菌。研
究人員發現,AI設計的噬菌體組合能夠感染並殺死三種不同的大腸桿菌菌株,這是野生型的
ΦX174 所無法做到的。
King 說:「這是一個相當令人驚訝的結果,對我們來說非常振奮,因為它顯示這種方法可
能對治療學非常有幫助。」
生物安全疑慮
「這項研究提供了一個令人信服的案例,展示了當今技術的可能性,並為未來更具雄心的應
用奠定了基礎,」位於紐約州Laurel Hollow的冷泉港實驗室計算生物學家 Peter Koo 說。
他補充說:「它為一個有趣的應用領域提供了焦點。」
Koo 表示,單靠 Evo 模型本身,若沒有團隊的介入、指導和篩選,尚不足以設計和生成病
毒。「但我認為,作為一個整體系統,在所有篩選機制到位,以及他們所規劃的整個系統和
流程下,它顯示這可能是一種能產生功能性基因組的方法,」他補充說。
對於利用AI設計可能傷害人類的病毒,存在著倫理上的擔憂。但德國海德堡大學的生物物理
學家暨合成生物學家 Kerstin Göpfrich 表示,這個被稱為「雙重用途兩難」的問題並非A
I所獨有,而是在生物學中一直存在的擔憂。「我認為在一般的研究中,你總是會面臨雙重
用途的兩難。這並非AI特有的問題,你永遠可以將進步用於善途或惡途,」她說。
作者在手稿中回應了生物安全的疑慮。他們表示,已將影響真核生物(包括人類)的病毒從
Evo 模型的訓練數據中排除。研究人員寫道,他們研究的 ΦX174 噬菌體和大腸桿菌宿主
系統也是非病原性的,並且在分子生物學研究中有著「悠久的安全使用歷史」。
研究人員希望他們的方法能被用來安全地生成AI設計的病毒,以治療各種疾病並解決公共衛
生問題,包括日益嚴重的細菌抗藥性問題。
Göpfrich 說:「我認為這絕對會是一個不斷發展的領域,我對此感到非常興奮。」
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《惡靈古堡》的保護傘公司成立於1968年,創辦人為奧斯華·E·史賓瑟(Ozwell E Spence
r)博士、詹姆士·馬卡斯(James Marcus)博士,並邀請艾德華·阿修弗德(Edward Ashf
ord)加入。最初保護傘只是一間普通的藥廠,但是馬卡斯和阿修弗德卻對生化病毒的研究
非常感興趣。
生化病毒研究
在1968年阿修弗德死後,史賓瑟同意在美國一個小鎮拉昆市建立一所地下研究所,負責研究
製造生化病毒的可能性。其後研究所成功製造出T病毒。史賓瑟也開始長達30年控制保護傘
。保護傘開始深入研究各種生化病毒。馬卡斯死後(《惡靈古堡0》裡有一小片段指出是亞
伯·威斯卡和威廉·柏金派一隊三人部隊把馬卡斯殺掉,威斯卡和威廉並從馬卡斯手上搶走
T病毒),兩人亦開始接手馬卡斯的研究。威斯卡亦潛入S.T.A.R.S為保護傘做臥底。
生化病毒洩漏
1998年5月時,阿克雷山區的保護傘研究所發生大規模的病毒外洩意外。同時,在保護傘的
廢棄物專用處理場中,也發生廢棄物堆積量超過處理量上限,使某些未經處理的廢棄物外洩
。1998年9月,T病毒經由老鼠傳播流出,拉昆市媒體開始報導「吃人病」。此時拉昆市的飲
用水也遭病毒污染,導致T病毒散布到整個拉昆市。
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