2019-4-12 01:42 |
В этой статье мы расскажем, как искусственный интеллект улучшает качество пищи и создает новые организмы из цифрового кода
Научно-исследовательская команда из Швейцарской высшей технической школы Цюриха сделала еще один смелый шаг к созданию очередного синтетического живого организма.
По словам ученых, им удалось сконструировать первый компьютерный геном живого микроорганизма, который получил название Caulobacter ethensis-2.0. Он был создан путем очистки и упрощения естественного генетического кода бактерии Caulobacter crescentus и на данный момент представляет собой одну большую молекулу ДНК, которая в будущем может стать основой для нового типа синтетической жизни. При проектировании нового цифрового генома использовались элементы самообучающегося искусственного интеллекта и технология геномного редактирования CRISPR.
За последние годы генные инженеры и синтетические биологи уже довольно неплохо научились обращаться с перспективными технологиями редактирования генома. Однако в реализации метода существует значительная проблема. Даже при довольно хорошем знании технологии и механизмов ее работы результат, который получится в ходе редактирования, далеко не всегда предсказуем. В первую очередь это связано с особенностями самого малопрогнозируемого процесса. И именно его исход научился предсказывать искусственный интеллект, еще сильнее улучшив результативность метода генетической модификации.
Фактически швейцарская группа продолжила работу генетика Крейга Вентера, который около десяти лет назад создал первую цифровую копию генома Mycoplasma mycoides, об исследованиях которого мы в свое время писали на страницах «Пульса» в статье о синтетической биологии. Вентер осуществил имплантацию искусственно созданного им генома в бактерию, которая доказала свою жизнеспособность и даже показала способность к весьма резвому размножению.
Теперь же благодаря появившимся новым технологиям искусственного интеллекта эффективность методов, созданных Вентером, возросла многократно.
В своем исследовании швейцарские ученые шагнули намного дальше и сделали геном микроорганизма еще более жизнеспособным и развитым.
Бактерия Caulobacter crescentus после модификации
Бактерия Caulobacter crescentus, ставшая главным объектом исследования, содержит в себе более 4000 генов. Как и у большинства биологических организмов, в том числе и людей, огромная часть этих генов является неактивной. Было установлено, что необходимыми для жизни оказались только 680 из них. Этого минимального «генома», как считают ученые, более чем достаточно для поддержания ее жизнеспособности.
«Благодаря нашему алгоритму мы дали геному совершенно новую последовательность букв ДНК, и она больше не похожа на исходную», – говорит Бит Кристен, руководитель научной группы.
Чтобы удостовериться в работоспособности привнесенных изменений, ученые разработали бактерии, которые имели как естественный геном, так и фрагменты искусственного. Некоторые естественные гены были отключены и, к счастью исследователей, 580 из 680 искусственных генов начали выполнять их работу.
Используя полученные в этом исследовании новые данные, ученые смогут теперь создать полностью функциональную версию генома 3.0. А конечной целью является создание синтетических микроорганизмов, предназначенных для более конкретных целей - например, для производства инсулина, новых медикаментов и материалов с заданными свойствами.
Невероятный результат, если учесть, что изначально технология «молекулярных ножниц» для геномного редактирования использовалась для простого изъятия и изменения участков ДНК в живых клетках, но в ходе своего развития сама пришла к созданию живых клеток и новых организмов! Вот какой он -искусственный интеллект.
ОТ БАКТЕРИИ К РЕПТИЛИИ: ЭВОЛЮЦИЯ МЕТОДА
Надо сказать, что новости о технологии редактирования генома появляются практически каждый день.
В начале апреля стало известно, что революционный метод был применен для редактирования генов рептилий. Была создана первая в мире генетически модифицированная ящерица-альбинос. Для этого понадобилось внести изменения всего лишь в одну клетку. Правда, стоит заметить, что изменены были 13 000 генов.
Самыми первыми генетически модифицированными рептилиями стали ящерицы вида коричневый анолис (Anolis sagrei), которые после биоинженерных манипуляций приобрели розовато-блеклый цвет, став альбиносами.
Но в реализации метода на рептилиях возникли небольшие проблемы – затруднения были связаны с особенностями строения их организмов.
Как правило, внедрение генетической конструкции производится практически сразу же после оплодотворения изменяемой яйцеклетки, после чего изменения охватывают все другие клетки. К сожалению, в случае с рептилиями стандартный подход был невозможен.
Самки большинства рептилий, в том числе и ящериц, хранят сперматозоиды в своих яйцеводах длительное время, из-за чего момент оплодотворения подкараулить практически невозможно. Есть и другая проблема — оплодотворенная яйцеклетка покрывается белковой оболочкой и не имеет внутреннего воздушного пространства, поэтому при введении инъекции сильно повышается риск повреждения эмбриона.
Эти ограничения были преодолены исследователями довольно просто. Инъекция с модифицированными генами была внедрена в еще не оплодотворенные клетки самок.
Таким образом, новый метод открывает возможности для модифицирования генов и других рептилий с целью придания им биологических свойств, в том числе и не наблюдаемых в живой природе. Например, можно было бы создать биологически совместимые с человеком стволовые клетки рептилий, обладающие феноменальными свойствами к регенерации. А это, в свою очередь, позволило бы пересаживать их человеку и регенерировать отсутствующие у него части организма. Случись это, медицина вышла бы на качественно иной уровень.
НЕ ЛЮБИТЕ БАЗИЛИК? ВЫ ПРОСТО НЕ УМЕЕТЕ ЕГО... ПРОГРАММИРОВАТЬ
Искуственный интеллект, помогающий создавать человеку синтетическую жизнь и новые виды существ, лавинообразно вторгается во все мыслимые области нашей жизнедеятельности. Сельское хозяйство и кулинария не являются исключением.
Главный ингредиент соуса песто - базилик, а точнее, его вкус, также успешно был улучшен с помощью искусственного интеллекта на основе машинного обучения.
Биоинженеры, которые вырастили оптимизированный базилик, использовали машинное обучение для определения условий выращивания, которые позволили бы значительно увеличить концентрацию летучих соединений, отвечающих за его запах и вкус. Исследование было опубликовано в журнале PLOS One.
Растение выращивали на гидропонных фермах в специально преобразованных транспортных контейнерах в Мидлтоне, штат Массачусетс. Температура, свет, влажность и другие факторы окружающей среды внутри контейнеров контролировались также ИИ.
Исследователи проверили вкус растений путем поиска определенных соединений с помощью масс-спектрометрии и метода газовой хроматографии и использовали полученные данные в алгоритмах машинного обучения, разработанных Массачусетским технологическим институтом и стартапом Cognizant.
Теперь ученые планируют исследовать, как технология может улучшить способность растений бороться с болезнями, а также и то, как различная флора реагирует на последствия изменения климата.
«Мы действительно заинтересованы в создании сетевых инструментов, которые могут учитывать опыт растения, его фенотип, набор стрессов в окружающей среде и его генетику, и оцифровке этого всего, чтобы можно было понять взаимодействие растения и окружающей среды» (Калеб Харпер, руководитель группы Open Ag при Media Lab MIT).
Идея использования машинного обучения для оптимизации урожайности и изменения вкусовых качеств растений быстро набирает обороты в сельском хозяйстве.
Глава исследовательского проекта заявил, что в будущем его научная группа будет рассматривать генетическую структуру других видов растений и попытается повсеместно распространить технологию. Ключевая цель –разработать технологию с открытым исходным кодом на стыке сбора данных, искусственного интеллекта и машинного обучения и применить ее к прикладным сельскохозяйственным исследованиям.
От робких попыток анализа больших данных до изменения генетического кода и создания новых видов — таков путь искусственного интеллекта, который в руках человека становится новым фактором нашей эволюции. И хотя стремительное развитие технологии дает нам немыслимые возможности улучшить наш мир, оно вместе с тем накладывает на нас и особые обязательства, новую ответственность, связанную с возможными рисками и потенциальными опасностями. Каковы шансы, что дальнейшее развитие Искусственного Интеллекта не приведет к его самостоятельности, к появлению у него своего «вкуса к жизни» и целей, отличных от наших? Сможем ли мы тогда удержаться на этой тонкой грани и сохранить за собой контроль над собственными открытиями?
Дмитрий Бурлуцкий
источник »
|
