AI tạo thành công 16 virus đầu tiên trên thế giới, đột phá mới thay thế thuốc kháng sinh đã bắt đầu?

Theo trang tin Nature, các nhà khoa học đã đạt được một cột mốc chưa từng có trong lĩnh vực thuật toán sinh học khi tạo ra những virus đầu tiên trên thế giới được thiết kế bởi trí tuệ nhân tạo (AI).

Đáng chú ý, các virus này có khả năng săn lùng và tiêu diệt những chủng vi khuẩn như vi khuẩn sống tự nhiên trong đường tiêu hoá của người và động vật Escherichia coli (E. coli), mở ra triển vọng mới cho điều trị các bệnh nhiễm khuẩn kháng thuốc.

Công trình này đang được xem là một minh chứng quan trọng cho tiềm năng của AI trong thiết kế các công cụ công nghệ sinh học và liệu pháp điều trị thế hệ mới.

Từ trình tự gene đến tham vọng tạo ra sự sống bằng AI

Ông Brian Hie, nhà sinh học tính toán tại Đại học Stanford (California, Mỹ), cho biết: “Đây là lần đầu tiên các hệ thống AI có thể viết ra những trình tự ở quy mô bộ gene một cách hoàn chỉnh và nhất quán”.

Theo ông, “bước tiếp theo là sự sống được tạo ra bởi AI”. Tuy nhiên, Samuel King, đồng nghiệp của Hie, thận trọng hơn khi nhấn mạnh rằng “vẫn cần rất nhiều tiến bộ thực nghiệm trước khi có thể thiết kế toàn bộ một sinh vật sống”.

Ông Hie cho biết nhóm nghiên cứu kỳ vọng phương pháp mới có thể bổ sung cho các chiến lược điều trị bằng thể thực khuẩn hiện nay.

Ông nói: “Hy vọng rằng chiến lược này có thể bổ sung cho các phương pháp điều trị bằng thể thực khuẩn hiện nay và một ngày nào đó tăng cường khả năng điều trị nhằm nhắm tới các mầm bệnh đáng lo ngại”.

Trước đây, AI đã được ứng dụng để tạo ra các trình tự DNA, protein đơn lẻ hoặc các phức hợp sinh học đa thành phần. Tuy nhiên, thiết kế toàn bộ một bộ gene là nhiệm vụ khó khăn hơn rất nhiều bởi sự tương tác phức tạp giữa các gene cũng như các cơ chế sao chép và điều hòa gene.

Theo ông Hie, chỉ khi có khả năng thiết kế bộ gene hoàn chỉnh, giới khoa học mới có thể tiếp cận được nhiều chức năng sinh học quan trọng.

Ông cho biết: “Có rất nhiều chức năng sinh học quan trọng mà bạn chỉ có thể tiếp cận nếu có khả năng thiết kế toàn bộ bộ gene”.

Để thực hiện điều này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng hai mô hình AI là Evo1 và Evo2 chuyên phân tích và tạo ra các trình tự DNA, RNA và protein.

Các mô hình Evo vốn đã được huấn luyện trên hơn 2 triệu bộ gene thể thực khuẩn. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tiếp tục sử dụng phương pháp học có giám sát (supervised learning) để tinh chỉnh mô hình, hướng tới việc tạo ra những virus có khả năng lây nhiễm các chủng E. coli, đặc biệt là các chủng đã kháng kháng sinh.

Sau khi đánh giá hàng nghìn trình tự do AI tạo ra, các nhà khoa học đã sàng lọc được 302 ứng viên thể thực khuẩn tiềm năng.

Tiếp đó, nhóm nghiên cứu tổng hợp DNA từ những bộ gene do AI thiết kế, đưa chúng vào vi khuẩn vật chủ để nuôi cấy thể thực khuẩn và kiểm tra khả năng lây nhiễm thực tế.

Kết quả thử nghiệm cho thấy 16 trong số 302 thể thực khuẩn do AI thiết kế thể hiện tính đặc hiệu với E.coli và có khả năng lây nhiễm loại vi khuẩn này.

Đáng chú ý hơn, khi kết hợp các thể thực khuẩn do AI tạo ra, nhóm nghiên cứu nhận thấy chúng có thể lây nhiễm và tiêu diệt ba chủng E. coli khác nhau.

Ông Samuel King cho biết: “Đó là một kết quả khá bất ngờ và thực sự khiến chúng tôi rất phấn khích, bởi nó cho thấy phương pháp này có thể mang lại giá trị rất lớn cho lĩnh vực điều trị”.

Trong bối cảnh tình trạng kháng kháng sinh ngày càng gia tăng trên toàn cầu, khả năng thiết kế các virus chuyên biệt để tiêu diệt vi khuẩn được xem là hướng tiếp cận đầy hứa hẹn.

Peter Koo, nhà sinh học tính toán tại Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor ở Laurel Hollow, New York (Mỹ), nhận định:

“Công trình này mang lại một ví dụ thuyết phục về những gì có thể thực hiện được ở thời điểm hiện tại, đồng thời đặt nền móng cho các ứng dụng tham vọng hơn trong tương lai”.

Ông cũng cho rằng nghiên cứu đã làm nổi bật một lĩnh vực ứng dụng đặc biệt thú vị.

Dù vậy, ông Koo nhấn mạnh rằng bản thân mô hình Evo hiện vẫn chưa đủ khả năng tự thiết kế virus mà không cần sự hỗ trợ của con người.

Ông nói: “Nhưng tôi cho rằng nếu xét như một hệ thống tổng thể, với tất cả các bộ lọc cùng quy trình mà họ xây dựng, nghiên cứu này cho thấy đây có thể là một hướng tiếp cận dẫn tới việc tạo ra các bộ gene có chức năng thực sự”.

Bài toán an toàn sinh học và nỗi lo về AI lưỡng dụng

Song song với triển vọng khoa học, nghiên cứu cũng làm dấy lên các tranh luận về nguy cơ AI bị sử dụng để tạo ra những virus gây hại cho con người.

Theo Kerstin Göpfrich, nhà vật lý sinh học và nhà sinh học tổng hợp tại Đại học Heidelberg (Đức), đây thực chất là vấn đề “lưỡng dụng”, tức những công nghệ hoặc nghiên cứu có thể được sử dụng cho cả mục đích tích cực lẫn tiêu cực, vốn đã tồn tại từ lâu trong nghiên cứu sinh học.

Bà cho biết: “Tôi nghĩ trong nghiên cứu nói chung luôn tồn tại vấn đề lưỡng dụng. Không có gì đặc thù đối với AI cả, và bất kỳ tiến bộ nào cũng có thể được sử dụng theo hướng tích cực hoặc tiêu cực”.

Nhóm nghiên cứu cho biết họ đã chủ động giải quyết các quan ngại về an toàn sinh học ngay từ đầu. Theo đó, dữ liệu huấn luyện của các mô hình Evo đã loại bỏ những loại virus có khả năng ảnh hưởng tới sinh vật nhân thực, bao gồm cả con người.

Các nhà nghiên cứu kỳ vọng phương pháp này có thể được ứng dụng an toàn để tạo ra các virus do AI thiết kế nhằm điều trị nhiều loại bệnh cũng như giải quyết các vấn đề y tế công cộng trong tương lai, đặc biệt là tình trạng kháng kháng sinh đang ngày càng nghiêm trọng.

Bà Kerstin Göpfrich nói “Tôi tin rằng đây chắc chắn sẽ trở thành một lĩnh vực phát triển mạnh trong tương lai và tôi thực sự rất hào hứng với điều đó”.

Từ việc tạo ra những trình tự gene hoàn chỉnh đầu tiên bằng AI cho tới tham vọng thiết kế toàn bộ sinh vật sống, nghiên cứu mới cho thấy ranh giới giữa công nghệ tính toán và sinh học tổng hợp đang ngày càng mờ đi.

Dù còn nhiều thách thức về mặt kỹ thuật và an toàn, cánh cửa dẫn tới kỷ nguyên “sự sống do AI tạo ra”dường như đã bắt đầu hé mở.

*Theo Nature

Mai Mai