Des chercheurs de Stanford créent le premier virus au monde conçu par l’IA
L’intelligence artificielle progresse rapidement dans le domaine de la biologie computationnelle. Récemment, des chercheurs de Stanford et de l’Arc Institute ont créé le premier génome entièrement généré par IA au monde. Dans ce qui peut être qualifié de percée, ce nouveau virus créé par IA peut infecter et tuer des bactéries.
Les scientifiques ont déjà utilisé l’IA pour concevoir des protéines individuelles et même de petits systèmes multi-gènes. Cependant, créer un génome entier est bien plus complexe. En termes simples, un génome doit comporter de nombreux gènes interagissant les uns avec les autres, ainsi que des interrupteurs régulateurs qui permettent à un organisme de croître, de se reproduire et de survivre. Pour les scientifiques, jusqu’à présent, faire fonctionner tout cela ensemble représentait un énorme défi.
«La conception d’un génome nécessite d’orchestrer de multiples gènes interagissants et éléments régulateurs tout en maintenant un équilibre qui permet la réplication, la spécificité de l’hôte et la fitness évolutive. Cette augmentation de complexité introduit de nouvelles contraintes et modes d’échec qui n’apparaissent pas lors de la conception d’une seule protéine ou d’un système à deux composants», a déclaré l’équipe dans un article sur arcinstitute.org.
Comment ont-ils procédé ?
Pour ce cas d’essai, les chercheurs ont sélectionné un minuscule virus nommé bactériophage ΦX174 (prononcé phi-X-174). Ce virus infecte les bactéries E. coli et possède un génome petit mais complexe – 5 386 lettres d’ADN et 11 gènes, dont la plupart se chevauchent. Ce virus a également été le premier génome à être entièrement séquencé en 1977 et le premier à être synthétisé de toutes pièces en 2003. Aujourd’hui, il est le premier à être conçu par IA.
Pour entraîner l’IA, les scientifiques ont utilisé un modèle de langage génomique nommé Evo, affiné sur des milliers de génomes de la famille du virus afin qu’il puisse «parler» le dialecte de ΦX174. À l’aide de prompts, l’IA a généré des milliers de génomes candidats.
L’équipe a effectué une série de contrôles de qualité et de tests en laboratoire. Ils ont développé un logiciel personnalisé pour s’assurer que chaque conception incluait tous les gènes clés et les protéines essentielles nécessaires pour infecter E. coli. Par la suite, l’équipe a synthétisé des centaines de ces génomes IA en laboratoire et les a testés en les insérant dans des bactéries pour voir s’ils pouvaient se reproduire. À la suite de cela, 16 nouveaux virus fonctionnels ont émergé, chacun portant des dizaines à des centaines de mutations jamais vues dans la nature.
Un design remarquable a même emprunté une protéine d’emballage d’ADN à un parent éloigné, quelque chose que les ingénieurs humains avaient essayé et échoué à faire auparavant. La microscopie cryo-électronique a confirmé que cette nouvelle protéine s’intégrait et fonctionnait à l’intérieur de la coquille du virus.
Les scientifiques ont entraîné Evo sur 2 millions de virus et lui ont ensuite demandé de concevoir de nouveaux virus. Sur 302 tentatives, 16 se sont avérées fonctionnelles lors des tests en laboratoire. Les virus IA contenaient 392 mutations jamais vues dans la nature, y compris des combinaisons que les scientifiques avaient précédemment essayé et échoué à créer. Lorsque les bactéries ont développé une résistance aux virus naturels, les versions conçues par IA ont franchi les défenses en quelques jours, là où les virus traditionnels ont échoué.
C’est une réalisation significative car elle marque une nouvelle phase en biotechnologie. De la lecture de l’ADN (séquençage) à son écriture (synthèse) et maintenant à sa conception, c’est une nouvelle étape. À une époque où l’IA redéfinit des domaines comme l’éducation, la productivité et divers aspects de la créativité, un développement comme celui-ci montre à quel point nous avons progressé. La plus grande leçon à retenir est le potentiel illimité de l’IA pour accélérer les découvertes et les percées scientifiques.
