世界首个AI设计噬菌体诞生，能精准杀死耐药菌，人类叩响“生成生命”大门

“这是AI系统第一次能够写出连贯的基因组级序列。”加州斯坦福大学的计算生物学家Brian Hie表示，“下一步就是AI生成生命。” 他的同事Samuel King补充说：“要设计出完整的活体生物，还需要大量实验突破。”

这项由Hie、King等人完成的研究于9月17日发表在预印本服务器bioRxiv上，尚未经过同行评审。作者指出，它展示了AI在设计生物技术工具和治疗细菌感染疗法方面的潜力。Hie说：“希望这种策略能补充现有的噬菌体疗法，有朝一日增强治疗手段，靶向令人担忧的病原体。”

AI模型已被用于生成DNA序列、单一蛋白和多组分复合物，但设计完整基因组要困难得多，因为基因之间、复制与调控过程之间存在复杂的相互作用。Hie表示，AI现已能帮助科学家操控高度复杂的生物系统——例如整个基因组。“许多重要生物功能只有在能设计完整基因组时才能被解锁。”

为了设计病毒基因组，研究团队使用了两款AI模型：Evo 1和Evo 2，它们可分析并生成DNA、RNA及蛋白质序列。首先，需要一个“设计模板”——一段起始序列，引导模型生成具有目标特性的基因组。他们选定了ΦX174，一种仅含5 386个核苷酸、11个基因的单链DNA病毒，具备感染宿主并自我复制所需的全部元件。

Evo模型已用逾200万条噬菌体基因组预训练，研究人员又通过“监督学习”进一步微调，使其生成类似ΦX174、但能特异性感染（尤其耐抗生素）大肠杆菌的病毒基因组。团队评估了数千条AI序列，最终锁定302条可行噬菌体。大多数候选者与ΦX174的核苷酸同源性超过40%，但部分编码区完全不同。研究人员合成这些AI设计的基因组，将其导入宿主菌以扩增噬菌体，再实验验证其能否感染并杀死大肠杆菌。

在302条AI噬菌体中，16条表现出对大肠杆菌的宿主特异性并成功感染。研究还发现，组合使用多条AI噬菌体可杀灭三种ΦX174野生型无法攻克的E. coli菌株。

“结果令人惊喜，也让我们兴奋，因为这表明该方法在治疗上可能极具潜力。”King说。

“这项研究提供了一个令人信服的案例，展示了当今已能做到什么，并为更具雄心的应用奠定基础。”纽约冷泉港实验室计算生物学家Peter Koo评价，“它照亮了一个有趣的应用领域。”

Koo指出，仅靠Evo模型尚不足以在无人干预、筛选的情况下生成病毒；“但作为一个整体系统，加上团队设置的全部过滤与流程，它确实展示了通往功能性基因组的一条可行路径。”

AI设计可危害人类的病毒，引发伦理担忧。德国海德堡大学生物物理学家兼合成生物学家Kerstin Göpfrich认为，这种“双重用途困境”并非AI独有，而是生物学研究的普遍问题。“我认为所有科研都面临双重用途，进步可被用于善也可被用于恶，AI并无特殊。”

作者在稿中回应了生物安全顾虑：他们已将所有感染真核生物（包括人类）的病毒排除在Evo训练数据之外；所用ΦX174噬菌体及大肠杆菌宿主均非致病菌，且“在分子生物学研究中有长期安全使用记录”。

研究团队希望，该方法未来能安全地生成用于治疗多种疾病和公共卫生问题（如日益严重的细菌耐药）的AI病毒。

“这肯定会成为一个快速发展的领域，我对此非常期待。”Göpfrich说。

文献参考：https://www.nature.com/articles/d41586-025-03055-y