אם יצא לכם להיתקל, אי אז באוגוסט, בסיקור התקשורתי עם הכותרות הטוענות כי בינה מלאכותית יצרה נגיפים "שאינם קיימים בטבע", סביר להניח שתהיתם אם סוף העולם הגיע ובקרוב יתקפו אותנו צורות חיים לא מוכרות. בואו נבחן את הכותרות מול המחקר בפועל: מחקר פורץ דרך של חוקרים מ־Arc Institute ומאוניברסיטת סטנפורד פורסם לאחרונה בכתב העת Science. מחקר זה הוא אכן ציון דרך משמעותי בתחום הביולוגיה הסינתטית, אך הפער בין הממצאים המדעיים לבין ההדהוד הקליקבייטי בתקשורת דורש כמה הבהרות.

פרסומת

המדע שפורסם:

החוקרים השתמשו במודלי שפה גנומיים – מודלי שפה המתמחים בחומר גנטי – Evo 1 ו־Evo 2, שאומנו על כמויות עצומות של רצפי DNA. לצורך הניסוי הם התאימו את המודלים במיוחד למשפחה מסוימת של בקטריופאג'ים (נגיפים התוקפים חיידקים) והשתמשו בבקטריופאג' (פאג׳) מוכר ונחקר כתבנית לתכנון גנומים חדשים. המודלים לא רק שינו כמה אותיות ברצף קיים, אלא יצרו רצפים גנומיים שלמים. בחלקם הופיעו גנים שונים, שינויים באורך הגנום ואף שינויים בסדר ובארגון של הגנים לאורך הגנום. עם זאת, התכנון היה מונחה במידה רבה: החוקרים הגדירו מגבלות על מבנה הגנום, על טווח המאכסן (מגוון האורגניזמים והתאים העלולים להיות מושפעים) ועל מידת השוני מרצפים טבעיים מוכרים.

מתוך אלפי רצפים שנוצרו בחרו החוקרים 302 מועמדים לבדיקה. הם הצליחו לסנתז ולהרכיב 285 מהם, ורק 16 יצרו פאג'ים מתפקדים – כ־5.6% מהגנומים שנבדקו בפועל.

בהמשך יצרו החוקרים במעבדה שני זני חיידקי E. coli שפיתחו עמידות לפאג' ששימש כתבנית. בתחילת הניסוי לא הצליח אף אחד מהפאג'ים לפגוע בחיידקים העמידים. החוקרים אפשרו לקוקטיילים שונים של פאג׳ים לעבור כמה סבבי התרבות בנוכחות החיידקים. לאחר סבב או שניים הצליח קוקטייל של הפאג'ים שתוכננו באמצעות המודל להתגבר על העמידות. לעומתו, פאג' התבנית לבדו וקוקטייל שכלל את פאג' התבנית ופאג'ים טבעיים קרובים לא הצליחו לעשות זאת גם לאחר חמישה סבבים. חשוב לציין שהפאג'ים שהתגברו על העמידות עברו גם רקומבינציה ומוטציות נוספות במהלך הניסוי – כלומר, ה־AI סיפק בסיס גנטי שעליו המשיכה האבולוציה לפעול.

הפערים מול הכותרת:

מודל ה־AI לא "המציא נגיף מאפס". החוקרים השתמשו בפאג' מוכר כתבנית, אימנו את המודלים על אלפי קרובי משפחה שלו והפעילו מסננים ביולוגיים רבים כדי לבחור את הרצפים הסבירים ביותר. מצד שני, גם לא נכון לומר שהמודל רק ערך פאג' קיים: הוא אכן יצר גנומים חדשים ושלמים, שחלקם היו שונים במידה משמעותית מכל רצף טבעי מוכר. הרצפים הגנומיים של 16 הפאג'ים המתפקדים הראו דמיון של 93%–99% לרצפים של הפאג'ים הטבעיים הקרובים אליהם ביותר.

וכאן נמצאת נקודה חשובה נוספת: "לא מוכר מהטבע" אינו זהה ל"לא קיים בטבע". גם אם רצף מסוים אינו מופיע במאגרי המידע שלנו, ייתכן שפאג' דומה לו קיים במקום כלשהו בטבע.

גם שיעור ההצלחה חשוב לצורך שמירה על פרופורציות. רק כ־5.6% מהגנומים שהורכבו יצרו פאג'ים פעילים. החוקרים לא הצליחו להסביר באופן מלא מדוע דווקא אלה היו פעילים, אך מצאו שהסיכוי להצלחה עלה ככל שהרצף היה דומה יותר לפאג' טבעי מוכר. גם זהות החיידק חשובה: הפאג'ים נבדקו על כמה זני E. coli, והצליחו להדביק רק חלק מהם. לכן, 5.6% אינם שיעור הצלחה כללי התקף לפאג'ים או לחיידקים אחרים. בינה מלאכותית יוצרת היא כלי רב־עוצמה וחשוב למחקר, אבל המעבר מרצף DNA במחשב למערכת ביולוגית מתפקדת עדיין דורש סינתזת DNA, משאבים רבים, זמן וצוות מקצועי ומיומן של מעבדה רטובה (wet lab).

בנוסף, כחלק מאמצעי הבטיחות של Evo 2, החוקרים הדירו מראש ממאגר האימון רצפים של נגיפים התוקפים תאים איקריוטיים (בעלי מידור תוך־תאי), ובהם נגיפים אנושיים. הם אף בדקו את השפעת ההדרה הזו ומצאו שהמודל מתקשה לחזות ולייצר רצפים של נגיפים אנושיים. הניסוי עצמו התמקד בפאג'ים ובחיידק מעבדה שאינו מחולל מחלה בבני אדם. עם זאת, אחד היישומים העתידיים האפשריים של גישה כזו הוא פיתוח טיפולי פאג'ים נגד חיידקים פתוגניים, ובפרט חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה.

בשורה התחתונה: המעבר מתכנון של חלבונים, גנים ומערכות גנטיות מוגבלות לתכנון של גנום נגיפי שלם המסוגל ליצור פאג' מתפקד הוא קפיצת מדרגה משמעותית עבור המחקר הביולוגי בכלל והביולוגיה הסינתטית בפרט, ויכולת זו עשויה בעתיד לתרום, בין היתר, לפיתוח טיפולי פאג'ים נגד חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה. שיעור ההצלחה עדיין נמוך והתהליך דורש עבודה מעבדתית רבה, אבל המחקר מדגים לראשונה שמודלי שפה גנומיים יכולים ליצור גנומים שלמים ומתפקדים ולספק מגוון גנטי שאפשר לנצל גם להתמודדות עם עמידות של חיידקים. חשוב שהסיקור של מחקרים כאלה יציג הן את ההתקדמות והפוטנציאל והן את המגבלות והסיכונים – מבלי להקריב את האמינות המדעית ואת השיח המושכל למען עוד ערמה של לייקים ושיתופים.

עריכה: סמדר רבן

מקורות והרחבות

1. המאמר שפורסם ב־Science
2. פירסום על מודלי Evo
3. כתבה על בסיס המאמר בניו יורק טיימס