एआई स्क्रैच से पूरी तरह से नए प्रोटीन डिजाइन कर सकता है - अब जैव सुरक्षा पर बात करने का समय है

प्लेटो द्वारा पुनर्प्रकाशित

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दो दशक पहले, इंजीनियरिंग डिज़ाइनर प्रोटीन एक सपना था।

अब, एआई के लिए धन्यवाद, कस्टम प्रोटीन एक दर्जन से भी अधिक हैं। मेड-टू-ऑर्डर प्रोटीन अक्सर विशिष्ट आकार या घटक होते हैं जो उन्हें प्रकृति के लिए नई क्षमताएं प्रदान करते हैं। लंबे समय तक चलने वाली दवाओं और प्रोटीन-आधारित टीकों से लेकर हरित जैव ईंधन तक प्लास्टिक खाना प्रोटीन, क्षेत्र तेजी से एक परिवर्तनकारी प्रौद्योगिकी बनता जा रहा है।

कस्टम प्रोटीन डिज़ाइन गहन शिक्षण तकनीकों पर निर्भर करता है। बड़े भाषा मॉडल के साथ - ओपनएआई के ब्लॉकबस्टर चैटजीपीटी के पीछे एआई - मानव कल्पना से परे लाखों संरचनाओं का सपना देख रहा है, बायोएक्टिव डिजाइनर प्रोटीन की लाइब्रेरी तेजी से विस्तार करने के लिए तैयार है।

हाल ही में वाशिंगटन विश्वविद्यालय में डॉ. नील किंग ने कहा, "यह बेहद सशक्त करने वाला है।" बोला था प्रकृति. "जो चीज़ें डेढ़ साल पहले असंभव थीं—अब आप उन्हें करें।"

फिर भी महान शक्ति के साथ बड़ी जिम्मेदारी भी आती है। जैसे-जैसे नए डिज़ाइन किए गए प्रोटीन दवा और बायोइंजीनियरिंग में उपयोग के लिए तेजी से बढ़ रहे हैं, वैज्ञानिक अब सोच रहे हैं: यदि इन प्रौद्योगिकियों का उपयोग नापाक उद्देश्यों के लिए किया जाता है तो क्या होगा?

में एक हालिया निबंध विज्ञान डिज़ाइनर प्रोटीन के लिए जैवसुरक्षा की आवश्यकता पर प्रकाश डालता है। एआई सुरक्षा के बारे में चल रही बातचीत के समान, लेखकों का कहना है कि अब जैव सुरक्षा जोखिमों और नीतियों पर विचार करने का समय आ गया है ताकि कस्टम प्रोटीन खराब न हो जाएं।

निबंध क्षेत्र के दो विशेषज्ञों द्वारा लिखा गया है। एक, डॉ. डेविड बेकर, के निदेशक प्रोटीन डिजाइन के लिए संस्थान वाशिंगटन विश्वविद्यालय में, RoseTTAFold के विकास का नेतृत्व किया - एक एल्गोरिथ्म जिसने अकेले अपने अमीनो एसिड अनुक्रमों से प्रोटीन संरचना को डिकोड करने की आधे दशक की समस्या को सुलझा लिया। दूसरे, हार्वर्ड मेडिकल स्कूल के डॉ. जॉर्ज चर्च, आनुवंशिक इंजीनियरिंग और सिंथेटिक जीव विज्ञान में अग्रणी हैं।

उनका सुझाव है कि सिंथेटिक प्रोटीन को प्रत्येक नए प्रोटीन के आनुवंशिक अनुक्रम में बारकोड की आवश्यकता होती है। यदि डिज़ाइनर प्रोटीन में से कोई भी खतरा बन जाता है - मान लीजिए, संभावित रूप से एक खतरनाक प्रकोप को ट्रिगर कर रहा है - तो इसका बारकोड इसके मूल का पता लगाना आसान बना देगा।

सिस्टम मूल रूप से "एक ऑडिट ट्रेल" प्रदान करता है लिखना.

दुनिया का टकराना

डिज़ाइनर प्रोटीन एआई से अटूट रूप से जुड़े हुए हैं। संभावित जैव सुरक्षा नीतियां भी ऐसी ही हैं।

एक दशक से भी अधिक समय पहले, बेकर की प्रयोगशाला ने टॉप7 नामक प्रोटीन को डिजाइन और बनाने के लिए सॉफ्टवेयर का उपयोग किया था। प्रोटीन अमीनो एसिड नामक बिल्डिंग ब्लॉक्स से बने होते हैं, जिनमें से प्रत्येक हमारे डीएनए के अंदर एन्कोड किया गया है। एक डोरी पर मोतियों की तरह, अमीनो एसिड को फिर विशिष्ट 3डी आकृतियों में घुमाया और झुर्रीदार बनाया जाता है, जो अक्सर परिष्कृत आर्किटेक्चर में बदल जाते हैं जो प्रोटीन के कार्य का समर्थन करते हैं।

Top7 प्राकृतिक कोशिका घटकों से "बात" नहीं कर सका—इसका कोई जैविक प्रभाव नहीं था। लेकिन फिर भी, टीम निष्कर्ष निकाला नए प्रोटीन को डिज़ाइन करने से "प्रोटीन ब्रह्मांड के उन बड़े क्षेत्रों का पता लगाना संभव हो जाता है जो अभी तक प्रकृति में नहीं देखे गए हैं।"

एआई दर्ज करें. पारंपरिक प्रयोगशाला कार्य की तुलना में सुपरसोनिक गति से नए प्रोटीन डिजाइन करने के लिए हाल ही में कई रणनीतियाँ अपनाई गईं।

एक संरचना-आधारित AI है जो DALL-E जैसे छवि-जनरेटिंग टूल के समान है। इन एआई सिस्टम को शोर डेटा पर प्रशिक्षित किया जाता है और यथार्थवादी प्रोटीन संरचनाओं को खोजने के लिए शोर को दूर करना सीखा जाता है। प्रसार मॉडल कहलाते हैं, वे धीरे-धीरे प्रोटीन संरचनाएं सीखते हैं जो जीव विज्ञान के अनुकूल हैं।

एक अन्य रणनीति बड़े भाषा मॉडल पर निर्भर करती है। चैटजीपीटी की तरह, एल्गोरिदम तेजी से प्रोटीन "शब्दों" के बीच संबंध ढूंढते हैं और इन कनेक्शनों को एक प्रकार के जैविक व्याकरण में बदल देते हैं। ये मॉडल जो प्रोटीन स्ट्रैंड उत्पन्न करते हैं, वे उन संरचनाओं में बदल जाते हैं जिन्हें शरीर समझ सकता है। एक उदाहरण ProtGPT2 है, जो इंजीनियर कर सकते हैं आकार वाले सक्रिय प्रोटीन जो नए गुणों को जन्म दे सकते हैं।

डिजिटल से फिजिकल

ये एआई प्रोटीन-डिज़ाइन कार्यक्रम खतरे की घंटी बजा रहे हैं। प्रोटीन जीवन के निर्माण खंड हैं - परिवर्तन नाटकीय रूप से बदल सकते हैं कि कोशिकाएं दवाओं, वायरस या अन्य रोगजनकों पर कैसे प्रतिक्रिया करती हैं।

पिछले साल, दुनिया भर की सरकारों ने एआई सुरक्षा की निगरानी के लिए योजनाओं की घोषणा की। प्रौद्योगिकी को ख़तरे के रूप में नहीं रखा गया था। इसके बजाय, विधायकों ने सावधानीपूर्वक ऐसी नीतियां बनाईं जो सुनिश्चित करती हैं कि अनुसंधान गोपनीयता कानूनों का पालन करता है और अर्थव्यवस्था, सार्वजनिक स्वास्थ्य और राष्ट्रीय रक्षा को बढ़ावा देता है। इस आरोप का नेतृत्व करते हुए, यूरोपीय संघ इस पर सहमत हुआ एआई एक्ट प्रौद्योगिकी को कुछ क्षेत्रों तक सीमित करना।

विनियमों में सिंथेटिक प्रोटीन को सीधे तौर पर शामिल नहीं किया गया था। बेकर और चर्च ने लिखा है कि डिजाइनर प्रोटीन बनाने के लिए यह बहुत अच्छी खबर है, जिसे अत्यधिक प्रतिबंधात्मक विनियमन द्वारा सीमित किया जा सकता है। हालाँकि, नए एआई कानून पर काम चल रहा है, एआई पर संयुक्त राष्ट्र की सलाहकार संस्था दिशानिर्देश साझा करने के लिए तैयार है अंतर्राष्ट्रीय विनियमन इस वर्ष के मध्य में.

चूँकि डिज़ाइनर प्रोटीन बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली AI प्रणालियाँ अत्यधिक विशिष्ट हैं, वे अभी भी नियामक रडार के तहत उड़ सकती हैं - यदि क्षेत्र स्व-विनियमन के वैश्विक प्रयास में एकजुट हो जाता है।

पर 2023 एआई सुरक्षा शिखर सम्मेलन, जिसमें एआई-सक्षम प्रोटीन डिजाइन पर चर्चा की गई, विशेषज्ञों ने सहमति व्यक्त की कि प्रत्येक नए प्रोटीन के अंतर्निहित डीएनए का दस्तावेजीकरण करना महत्वपूर्ण है। अपने प्राकृतिक समकक्षों की तरह, डिज़ाइनर प्रोटीन भी आनुवंशिक कोड से निर्मित होते हैं। डेटाबेस में सभी सिंथेटिक डीएनए अनुक्रमों को लॉग करने से संभावित हानिकारक डिज़ाइनों के लिए लाल झंडे को पहचानना आसान हो सकता है - उदाहरण के लिए, यदि एक नए प्रोटीन में ज्ञात रोगजनक के समान संरचनाएं हैं।

जैव सुरक्षा डेटा साझाकरण को ख़त्म नहीं करती है। विज्ञान के लिए सहयोग महत्वपूर्ण है, लेकिन लेखक स्वीकार करते हैं कि व्यापार रहस्यों की रक्षा करना अभी भी आवश्यक है। और एआई की तरह, कुछ डिज़ाइनर प्रोटीन संभावित रूप से उपयोगी हो सकते हैं लेकिन खुले तौर पर साझा करने के लिए बहुत खतरनाक हो सकते हैं।

इस पहेली को सुलझाने का एक तरीका सीधे तौर पर संश्लेषण की प्रक्रिया में सुरक्षा उपाय जोड़ना है। उदाहरण के लिए, लेखक प्रत्येक नए आनुवंशिक अनुक्रम में यादृच्छिक डीएनए अक्षरों से बना एक बारकोड जोड़ने का सुझाव देते हैं। प्रोटीन बनाने के लिए, एक संश्लेषण मशीन अपने डीएनए अनुक्रम की खोज करती है, और जब उसे कोड मिल जाता है तभी वह प्रोटीन बनाना शुरू कर देगी।

दूसरे शब्दों में, प्रोटीन के मूल डिजाइनर चुन सकते हैं कि संश्लेषण को किसके साथ साझा करना है - या इसे बिल्कुल साझा करना है या नहीं - जबकि अभी भी प्रकाशनों में अपने परिणामों का वर्णन करने में सक्षम हैं।

एक बारकोड रणनीति जो नए प्रोटीन बनाने को एक संश्लेषण मशीन से जोड़ती है, सुरक्षा भी बढ़ाएगी और बुरे तत्वों को रोकेगी, जिससे संभावित खतरनाक उत्पादों को फिर से बनाना मुश्किल हो जाएगा।

लेखकों ने लिखा, "अगर दुनिया में कहीं भी कोई नया जैविक खतरा उभरता है, तो संबंधित डीएनए अनुक्रमों से उनकी उत्पत्ति का पता लगाया जा सकता है।"

यह एक कठिन रास्ता होगा. लेखक लिखते हैं कि डिज़ाइनर प्रोटीन सुरक्षा वैज्ञानिकों, अनुसंधान संस्थानों और सरकारों के वैश्विक समर्थन पर निर्भर करेगी। हालाँकि, पिछली सफलताएँ मिली हैं। वैश्विक समूहों ने स्टेम सेल अनुसंधान, जेनेटिक इंजीनियरिंग, मस्तिष्क प्रत्यारोपण और एआई जैसे अन्य विवादास्पद क्षेत्रों में सुरक्षा और साझाकरण दिशानिर्देश स्थापित किए हैं। हालाँकि हमेशा इसका पालन नहीं किया गया-CRISPR शिशु एक कुख्यात उदाहरण हैं-अधिकांश भाग के लिए इन अंतर्राष्ट्रीय दिशानिर्देशों ने अत्याधुनिक अनुसंधान को सुरक्षित और न्यायसंगत तरीके से आगे बढ़ाने में मदद की है।

बेकर और चर्च के लिए, जैव सुरक्षा के बारे में खुली चर्चा से क्षेत्र धीमा नहीं होगा। बल्कि, यह विभिन्न क्षेत्रों को एकजुट कर सकता है और सार्वजनिक चर्चा में शामिल कर सकता है ताकि कस्टम प्रोटीन डिज़ाइन आगे बढ़ सके।

छवि क्रेडिट: वाशिंगटन विश्वविद्यालय