Το SynthID Bio της Google DeepMind προσθέτει πρωτεΐνες σχεδιασμένες με τεχνητή νοημοσύνη χωρίς να τις σπάει

Το Google DeepMind παρουσίασε το SynthID Bio, μια νέα οικογένεια μεθόδων υδατοσήμανσης που ενσωματώνουν μια ανιχνεύσιμη, ανεπαίσθητη υπογραφή απευθείας σε πρωτεΐνες σχεδιασμένες με τεχνητή νοημοσύνη. Ανακοινώθηκε στις 30 Σεπτεμβρίου, το σύστημα επεκτείνει την τεχνολογία υδατογράφησης SynthID της εταιρείας - που χρησιμοποιείται ήδη για την επισήμανση κειμένου, εικόνων, ήχου και βίντεο που δημιουργείται από AI - στη συνθετική βιολογία, όπου το ρίσκο περιλαμβάνει τη βιοασφάλεια και την ακεραιότητα των δημόσιων επιστημονικών βάσεων δεδομένων.

Σε αντίθεση με το ψηφιακό υδατογράφημα, ένα βιολογικό υδατογράφημα πρέπει να επιβιώσει από μια πολύ πιο σκληρή δοκιμή: πρέπει να παραμείνει ανιχνεύσιμο όχι μόνο στην έξοδο ενός μοντέλου λογισμικού, αλλά στην ίδια τη συνθετική, φυσική πρωτεΐνη. Σύμφωνα με το DeepMind, το SynthID Bio διαγράφει αυτή τη γραμμή. Σε εργαστηριακά πειράματα, τα σχέδια πρωτεϊνών με υδατοσήμανση διατήρησαν τη βιολογική τους λειτουργία ενώ παρέμεναν επαληθεύσιμα, παράγοντας αυτό που η εταιρεία περιγράφει ως τα πρώτα υδατογραφημένα και βιολογικά λειτουργικά συνδετικά πρωτεϊνών. Η εργασία περιγράφεται λεπτομερώς σε ένα έγγραφο της Nature με τίτλο "Υδατοσήμανση συντηρητικής λειτουργίας των πρωτεϊνών που παράγονται από AI." For more context on this story, see our ongoing AI industry coverage.

Γιατί η βιολογία του υδατογραφήματος;

Το Generative AI έχει γίνει ένα γνήσιο εργαλείο βιολογικής έρευνας. Η DeepMind επισημαίνει το δικό της χαρτοφυλάκιο: το AlphaFold για την πρόβλεψη των πρωτεϊνικών δομών, το AlphaProteo και το ProteinMPNN για το σχεδιασμό εντελώς νέων πρωτεϊνών και πιο πρόσφατα, συστήματα τεχνητής νοημοσύνης που χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη νέων βακτηριοφάγων - ιών που μολύνουν βακτήρια. Τα ίδια εργαλεία, ωστόσο, δημιουργούν νέους κινδύνους.

Σύμφωνα με την ανακοίνωση, νέες αλληλουχίες σχεδιασμένες με τεχνητή νοημοσύνη μπορούν να παρακάμψουν τον παραδοσιακό έλεγχο σύνθεσης DNA, επειδή οι διαλογιστές δεν μπορούν πλέον να υποθέσουν ότι μια άγνωστη αλληλουχία ανήκει σε κάποιον άγνωστο φυσικό οργανισμό. Ξεχωριστά, οι λανθασμένες συνθετικές τρισδιάστατες δομές κινδυνεύουν να μολύνουν τις δημόσιες βάσεις δεδομένων και να παραπλανήσουν την έρευνα κατάντη. Και τα δύο προβλήματα μοιράζονται μια βασική αιτία: κανείς δεν μπορεί επί του παρόντος να αποδείξει από πού προήλθε ένα δεδομένο βιολογικό σχέδιο.

Δύο προσεγγίσεις υδατογραφήματος, ένας στόχος

Το SynthID Bio προσαρμόζει την τεχνική του στον τύπο των δεδομένων. Για τις πρωτεϊνικές αλληλουχίες, καθοδηγεί διακριτικά την επιλογή των αμινοξέων καθώς δημιουργείται η αλληλουχία, ενσωματώνοντας ένα στατιστικό σήμα που μπορούν να λάβουν τα εργαλεία ανίχνευσης. Για τις προβλεπόμενες τρισδιάστατες δομές, κάνει μικρές προσαρμογές στις ατομικές συντεταγμένες που φέρουν ανιχνεύσιμη υπογραφή.

Τα ισχυρότερα στοιχεία προέρχονται από την επικύρωση σε υγρό εργαστήριο. Δουλεύοντας με μια έκδοση SynthID Bio-enabled του ProteinMPNN παράλληλα με τη μέθοδο σχεδιασμού συνδετικού υλικού AlphaProteo της DeepMind, οι ερευνητές υδατογραφούσαν σχέδια που στοχεύουν τρεις πρωτεΐνες: VEGF-A, τον τομέα δέσμευσης υποδοχέα πρωτεΐνης ακίδας SARS-CoV-2 και PD-L1. Τα υδατογραφημένα σχέδια ταίριαξαν με τα αντίστοιχα χωρίς υδατοσήμανση ως προς το ρυθμό επιτυχίας, τη συγγένεια δέσμευσης που μετρήθηκε ως KD και τη φυσική ποικιλομορφία ακολουθιών. Με άλλα λόγια, το υδατογράφημα δεν υποβάθμισε την ικανότητα των μορίων να κάνουν τη δουλειά τους.

Για το δίπλωμα πρωτεΐνης, το DeepMind ακολούθησε μια διαφορετική διαδρομή: η ομάδα βελτίωσε το τμήμα του δικτύου διάχυσης του AlphaFold 3, έτσι ώστε η ικανότητα υδατογράφησης να ενσωματώνεται απευθείας στα βάρη του μοντέλου. Αυτό σημαίνει ότι κάθε προβλεπόμενη δομή φέρει μια ανιχνεύσιμη υπογραφή ανεξάρτητα από το ποιος τρέχει το μοντέλο, ενώ η εταιρεία αναφέρει ότι η προσέγγιση διατηρεί την ακρίβεια πρόβλεψης του AlphaFold 3, προσφέρει σχεδόν τέλεια ανιχνευσιμότητα και αντέχει σε ψηφιακό θόρυβο ή μικρές αλλαγές συντεταγμένων.

Ένα νέο επίπεδο στην άμυνα του «ελβετικού τυριού» της βιοασφάλειας

Η DeepMind πλαισιώνει το SynthID Bio ως ένα στρώμα σε ένα πολυεπίπεδο μοντέλο βιοασφάλειας — την προσέγγιση του "ελβετικού τυριού", όπου πολλαπλές ανεξάρτητες διασφαλίσεις καλύπτουν το καθένα τα τυφλά σημεία των άλλων. Ο έλεγχος σύνθεσης DNA βρίσκεται στην πρώτη γραμμή: η μετατροπή ενός ψηφιακού σχεδίου πρωτεΐνης σε φυσικό μόριο απαιτεί την παραγγελία DNA από παρόχους σύνθεσης, οι οποίοι εξετάζουν αιτήματα έναντι βάσεων δεδομένων γνωστών απειλών. Η επαλήθευση μιας άγνωστης παραγγελίας σήμερα μπορεί να απαιτεί εξαντλητική μη αυτόματη αναθεώρηση που εμποδίζει τη νόμιμη έρευνα. Ένα ενσωματωμένο υδατογράφημα δίνει στους παρόχους ένα αυτοματοποιημένο σήμα ότι μια παραγγελία προέρχεται από ένα αξιόπιστο μοντέλο με ενσωματωμένες διασφαλίσεις.

Ανεξάρτητοι εμπειρογνώμονες που επικαλέστηκε το DeepMind επανέλαβαν αυτό το πλαίσιο. «Το SynthID Bio είναι ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ για την παρακολούθηση της προέλευσης των βιολογικών σχεδίων», δήλωσε η Σάρα Κάρτερ, εμπειρογνώμονας πολιτικής βιοασφάλειας και Διευθύντρια στο Science Policy Consulting, προσθέτοντας ότι τα υδατογραφήματα επιτρέπουν στους προγραμματιστές να οδηγήσουν στην ασφάλεια και επιτρέπουν στους παρόχους σύνθεσης να βελτιστοποιήσουν τον έλεγχο. Ο Τζέιμς Ντίγκανς, Αντιπρόεδρος Πολιτικής και Βιοασφάλειας στο Twist Bioscience, ο οποίος παρείχε πρώιμα σχόλια για το έγγραφο, χαρακτήρισε το υδατογράφημα "μια πολλά υποσχόμενη νέα προσθήκη στην εργαλειοθήκη βιοασφάλειας" που θα μπορούσε να εστιάσει τον έλεγχο σε ακολουθίες που απαιτούν προσεκτικότερη εξέταση.

Το ίδιο σήμα προέλευσης θα μπορούσε να προστατεύσει ανοιχτά επιστημονικά αποθετήρια, όπως η Τράπεζα Δεδομένων Πρωτεϊνών, η UniProt και η GenBank, που δέχονται δημόσιες υποβολές. Καθώς η βιολογία που δημιουργείται από την τεχνητή νοημοσύνη συσσωρεύεται, το SynthID Bio θα μπορούσε να επισημάνει ή να επαληθεύσει συνθετικές καταχωρίσεις προτού μολύνουν το αρχείο στο οποίο βασίζονται άλλοι ερευνητές — και αποφάσεις βιοασφάλειας.

Όρια, και τι ακολουθεί

Η DeepMind είναι ειλικρινής ότι το σύστημα δεν είναι αδιάβροχο. Η ενίσχυση του υδατογραφήματος έναντι της σκόπιμης κατάργησης των αντιπάλων αναφέρεται ως μια βασική ανοιχτή πρόκληση και η εταιρεία προτείνει τη σύζευξη του SynthID Bio με πρότυπα μεταδεδομένων προέλευσης παρόμοια με το C2PA, το σύστημα διαπιστευτηρίων περιεχομένου που χρησιμοποιείται για ψηφιακά μέσα ή με κεντρικά αποθετήρια βιολογικών δεδομένων που δημιουργούνται από AI.

Το πεδίο εφαρμογής επεκτείνεται επίσης πέρα ​​από τις πρωτεΐνες. Σε συνεχή εργασία με το εργαστήριο Hie στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και το Ινστιτούτο Arc, η DeepMind ενσωμάτωσε το SynthID Bio στο Evo 2, ένα προηγμένο γονιδιωματικό μοντέλο, και το χρησιμοποίησε για να υδατογραφήσει το γονιδίωμα ενός βακτηριοφάγου σχεδιασμένου από το Evo 2. Οι πρώιμες εργαστηριακές δοκιμές σε βακτηριακές καλλιέργειες επιβεβαίωσαν ότι οι υδατογραφημένοι φάγοι παραμένουν λειτουργικοί και η εταιρεία λέει ότι πρόκειται για ένα τεχνικό χειρόγραφο.

Για ένα πεδίο όπου η τεχνητή νοημοσύνη αρχίζει να γράφει βιολογικό κώδικα που δεν υπήρξε ποτέ στη φύση, έχοντας τη δυνατότητα να απαντήσει "ποιος το έφτιαξε αυτό και με ποιο μοντέλο;" γίνεται αθόρυβα υποδομή. Το SynthID Bio είναι ένα πρώιμο, σκόπιμα προσεκτικό βήμα προς αυτή την κατεύθυνση — ένα βήμα για το οποίο οι δημιουργοί του επιμένουν ότι αποτελεί συμπλήρωμα, όχι υποκατάστατο, της υπόλοιπης στοίβας βιοασφάλειας. Για περισσότερα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσεται η έρευνα τεχνητής νοημοσύνης, ακολουθήστε τις τελευταίες εξελίξεις της τεχνητής νοημοσύνης καθώς τα εργαστήρια συνεχίζουν να προωθούν τα παραγωγικά μοντέλα βαθύτερα στις φυσικές επιστήμες.

Μείνε μπροστά από την τεχνητή νοημοσύνη

Ακολουθήστε την πλήρη ιστορία και περισσότερα στην αρχική μας σελίδα: Διαβάστε περισσότερα ειδήσεις AI →