Google DeepMind đã giới thiệu SynthID Bio, một nhóm phương pháp tạo hình mờ mới nhúng trực tiếp chữ ký có thể phát hiện, không thể nhận ra vào các protein do AI thiết kế. Được công bố vào ngày 30 tháng 9, hệ thống này mở rộng công nghệ tạo hình mờ SynthID của công ty — đã được sử dụng để gắn nhãn văn bản, hình ảnh, âm thanh và video do AI tạo ra — vào sinh học tổng hợp, trong đó các vấn đề bao gồm an toàn sinh học và tính toàn vẹn của cơ sở dữ liệu khoa học công cộng.

Không giống như hình mờ kỹ thuật số, hình mờ sinh học phải vượt qua thử nghiệm khắc nghiệt hơn nhiều: nó phải duy trì được khả năng phát hiện không chỉ trong đầu ra của mô hình phần mềm mà còn trong chính protein vật lý tổng hợp. Theo DeepMind, SynthID Bio xóa thanh đó. Trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, các thiết kế protein có hình mờ vẫn giữ được chức năng sinh học của chúng trong khi vẫn có thể kiểm chứng được, tạo ra thứ mà công ty mô tả là chất kết dính protein có hình mờ và chức năng sinh học đầu tiên. Công trình được trình bày chi tiết trong một bài báo trên tạp chí Nature có tiêu đề “Hình mờ bảo tồn chức năng của các protein do AI tạo ra”. For more context on this story, see our ongoing more AI stories.

Tại sao lại có hình mờ sinh học?

AI sáng tạo đã trở thành một công cụ nghiên cứu sinh học đích thực. DeepMind chỉ ra danh mục đầu tư của riêng mình: AlphaFold để dự đoán cấu trúc protein, AlphaProteo và ProteinMPNN để thiết kế các protein hoàn toàn mới và gần đây hơn là các hệ thống AI được sử dụng để phát triển các thể thực khuẩn mới - các loại virus lây nhiễm vi khuẩn. Tuy nhiên, những công cụ tương tự lại tạo ra những rủi ro mới.

Theo thông báo, các trình tự mới do AI thiết kế có thể vượt qua quá trình sàng lọc tổng hợp DNA truyền thống, bởi vì những người sàng lọc không còn có thể cho rằng một trình tự lạ thuộc về một số sinh vật tự nhiên chưa được khám phá. Riêng biệt, các cấu trúc 3D tổng hợp bị dán nhãn sai có nguy cơ gây ô nhiễm cơ sở dữ liệu công cộng và gây hiểu lầm cho nghiên cứu tiếp theo. Cả hai vấn đề đều có chung một nguyên nhân sâu xa: hiện tại không ai có thể chứng minh được một thiết kế sinh học nhất định đến từ đâu.

Hai cách tiếp cận hình mờ, một mục tiêu

SynthID Bio điều chỉnh kỹ thuật của mình cho phù hợp với loại dữ liệu. Đối với các chuỗi protein, nó hướng dẫn một cách tinh tế việc lựa chọn axit amin khi trình tự được tạo ra, nhúng tín hiệu thống kê mà các công cụ phát hiện có thể thu được. Đối với các cấu trúc 3D được dự đoán, nó thực hiện những điều chỉnh nhỏ đối với tọa độ nguyên tử mang dấu hiệu có thể phát hiện được.

Bằng chứng mạnh mẽ nhất đến từ việc xác nhận trong phòng thí nghiệm ướt. Làm việc với phiên bản ProteinMPNN hỗ trợ sinh học SynthID cùng với phương pháp thiết kế chất kết dính AlphaProteo của DeepMind, các nhà nghiên cứu đã tạo hình mờ cho các thiết kế nhắm mục tiêu ba protein: VEGF-A, miền liên kết với thụ thể protein tăng đột biến SARS-CoV-2 và PD-L1. Các thiết kế có hình mờ phù hợp với các thiết kế không có hình chìm mờ về tỷ lệ trúng đích, ái lực liên kết được đo bằng KD và tính đa dạng của trình tự tự nhiên. Nói cách khác, hình mờ không làm suy giảm khả năng thực hiện công việc của các phân tử.

Để gấp protein, DeepMind đã thực hiện một lộ trình khác: nhóm đã tinh chỉnh một phần mạng lưới khuếch tán của AlphaFold 3 để khả năng tạo hình chìm mờ được tích hợp trực tiếp vào trọng lượng của mô hình. Điều đó có nghĩa là mọi cấu trúc dự đoán đều mang một chữ ký có thể phát hiện được bất kể ai chạy mô hình, trong khi công ty báo cáo phương pháp này duy trì độ chính xác dự đoán của AlphaFold 3, cung cấp khả năng phát hiện gần như hoàn hảo và chống lại nhiễu kỹ thuật số hoặc những thay đổi tọa độ nhỏ.

Lớp bảo vệ mới cho 'phô mai Thụy Sĩ' của an toàn sinh học

DeepMind đóng khung SynthID Bio thành một lớp trong mô hình an toàn sinh học nhiều lớp — phương pháp tiếp cận "pho mát Thụy Sĩ", trong đó nhiều biện pháp bảo vệ độc lập che phủ các điểm mù của nhau. Sàng lọc tổng hợp DNA nằm ở tuyến đầu: biến thiết kế protein kỹ thuật số thành phân tử vật lý đòi hỏi phải đặt hàng DNA từ các nhà cung cấp tổng hợp, những người sàng lọc các yêu cầu dựa trên cơ sở dữ liệu về các mối đe dọa đã biết. Việc xác minh một đơn đặt hàng lạ ngày nay có thể yêu cầu xem xét thủ công toàn diện và cản trở việc nghiên cứu hợp pháp. Hình mờ được nhúng cung cấp cho nhà cung cấp tín hiệu tự động rằng đơn hàng bắt nguồn từ một mô hình đáng tin cậy có các biện pháp bảo vệ tích hợp.

Các chuyên gia độc lập được DeepMind trích dẫn đã lặp lại quan điểm đó. Sarah Carter, chuyên gia chính sách an toàn sinh học và Hiệu trưởng của Science Policy Consulting, cho biết: “SynthID Bio là một phần quan trọng của câu đố để theo dõi nguồn gốc của các thiết kế sinh học”. Đồng thời cho biết thêm rằng hình mờ cho phép các nhà phát triển đảm bảo an toàn và cho phép các nhà cung cấp tổng hợp hợp lý hóa việc sàng lọc. James Diggans, Phó Chủ tịch Chính sách và An toàn sinh học tại Twist Bioscience, người đã đưa ra phản hồi ban đầu cho bài báo, đã gọi kỹ thuật đánh dấu bằng hình mờ là “một sự bổ sung mới đầy hứa hẹn cho hộp công cụ an toàn sinh học” có thể tập trung xem xét kỹ lưỡng các trình tự cần được xem xét kỹ hơn.

Tín hiệu xuất xứ tương tự có thể bảo vệ các kho khoa học mở như Ngân hàng Dữ liệu Protein, UniProt và GenBank, những nơi chấp nhận các đệ trình công khai. Khi sinh học do AI tạo ra tích lũy, SynthID Bio có thể gắn cờ hoặc xác minh các mục tổng hợp trước khi chúng làm ô nhiễm hồ sơ mà các nhà nghiên cứu khác — và các quyết định về an toàn sinh học — dựa vào.

Giới hạn và điều gì xảy ra tiếp theo

DeepMind thẳng thắn rằng hệ thống này không có khả năng chống giả mạo. Làm cho hình mờ trở nên mạnh mẽ trước việc loại bỏ đối thủ có chủ ý được coi là một thách thức mở quan trọng và công ty đề xuất kết hợp SynthID Bio với các tiêu chuẩn siêu dữ liệu xuất xứ tương tự như C2PA, sơ đồ xác thực nội dung được sử dụng cho phương tiện kỹ thuật số hoặc với kho lưu trữ trung tâm của dữ liệu sinh học do AI tạo ra.

Phạm vi cũng đang mở rộng ra ngoài protein. Trong quá trình hợp tác với phòng thí nghiệm Hie tại Đại học Stanford và Viện Arc, DeepMind đã tích hợp SynthID Bio vào Evo 2, một mô hình gen tiên tiến và sử dụng mô hình này để đánh dấu bộ gen của thực khuẩn thể do Evo 2 thiết kế. Thử nghiệm ban đầu trong phòng thí nghiệm trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn đã xác nhận các phage có hình mờ vẫn hoạt động và công ty cho biết một bản thảo kỹ thuật sắp được xuất bản.

Đối với một lĩnh vực mà AI đang bắt đầu viết mã sinh học chưa từng tồn tại trong tự nhiên, có thể trả lời "ai đã tạo ra thứ này và với mô hình nào?" đang lặng lẽ trở thành cơ sở hạ tầng. SynthID Bio là một bước đi sớm, thận trọng có chủ ý theo hướng đó - một bước mà những người tạo ra nó nhấn mạnh là sự bổ sung chứ không phải là sự thay thế cho phần còn lại của hệ thống an toàn sinh học. Để biết thêm về cách nghiên cứu AI đang phát triển, hãy theo dõi những phát triển AI mới nhất khi các phòng thí nghiệm tiếp tục đẩy các mô hình sáng tạo đi sâu hơn vào khoa học tự nhiên.

Đi trước AI

Theo dõi toàn bộ câu chuyện và hơn thế nữa trên trang chủ của chúng tôi: Đọc thêm tin tức về AI →