AI Dapat Merancang Protein Baru Dari Awal—Saatnya Berbicara tentang Keamanan Hayati

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Dua dekade lalu, rekayasa protein perancang adalah sebuah mimpi.

Sekarang, berkat AI, protein khusus menjadi sangat berharga. Protein yang dibuat sesuai pesanan seringkali memiliki bentuk atau komponen tertentu yang memberi mereka kemampuan yang baru bagi alam. Dari obat-obatan yang lebih tahan lama dan vaksin berbasis protein, hingga biofuel yang lebih ramah lingkungan dan pemakan plastik protein, bidang ini dengan cepat menjadi teknologi transformatif.

Desain protein khusus bergantung pada teknik pembelajaran mendalam. Dengan model bahasa yang besar—AI di balik ChatGPT OpenAI yang laris—yang memimpikan jutaan struktur di luar imajinasi manusia, perpustakaan protein perancang bioaktif akan berkembang pesat.

“Ini sangat memberdayakan,” Dr. Neil King di Universitas Washington baru-baru ini mengatakan Alam. “Hal-hal yang tidak mungkin dilakukan satu setengah tahun yang lalu—sekarang lakukan saja.”

Namun dengan kekuatan yang besar, datang pula tanggung jawab yang besar. Ketika protein rancangan baru semakin diminati untuk digunakan dalam bidang kedokteran dan bioteknologi, para ilmuwan kini bertanya-tanya: Apa jadinya jika teknologi ini digunakan untuk tujuan jahat?

Esai terbaru di Ilmu menyoroti perlunya biosekuriti untuk protein perancang. Mirip dengan perbincangan yang sedang berlangsung mengenai keamanan AI, para penulis mengatakan inilah saatnya untuk mempertimbangkan risiko dan kebijakan biosekuriti sehingga protein khusus tidak menjadi jahat.

Esai ini ditulis oleh dua orang ahli di bidangnya. Pertama, Dr. David Baker, direktur Institut Desain Protein di Universitas Washington, memimpin pengembangan RoseTTAFold—sebuah algoritma yang memecahkan masalah setengah dekade dalam memecahkan kode struktur protein hanya dari rangkaian asam aminonya. Yang lainnya, Dr. George Church di Harvard Medical School, adalah pionir dalam rekayasa genetika dan biologi sintetik.

Mereka berpendapat bahwa protein sintetik memerlukan kode batang yang tertanam dalam urutan genetik setiap protein baru. Jika salah satu protein perancang menjadi ancaman—misalnya, berpotensi memicu wabah berbahaya—kode batangnya akan memudahkan penelusuran ke asal usulnya.

Sistem ini pada dasarnya menyediakan “jejak audit”, keduanya menulis.

Dunia Bertabrakan

Protein perancang terkait erat dengan AI. Begitu juga dengan potensi kebijakan biosekuriti.

Lebih dari satu dekade lalu, laboratorium Baker menggunakan perangkat lunak untuk merancang dan membuat protein yang diberi nama Top7. Protein terbuat dari bahan penyusun yang disebut asam amino, yang masing-masing dikodekan di dalam DNA kita. Seperti manik-manik pada tali, asam amino kemudian diputar dan dikerutkan menjadi bentuk 3D tertentu, yang seringkali menyatu menjadi arsitektur canggih yang mendukung fungsi protein.

Top7 tidak dapat “berbicara” dengan komponen sel alami—tidak memiliki efek biologis apa pun. Namun demikian, tim Disimpulkan bahwa merancang protein baru memungkinkan untuk mengeksplorasi “wilayah luas di alam semesta protein yang belum teramati di alam.”

Masukkan AI. Berbagai strategi baru-baru ini diluncurkan untuk merancang protein baru dengan kecepatan supersonik dibandingkan dengan pekerjaan laboratorium tradisional.

Salah satunya adalah AI berbasis struktur yang mirip dengan alat penghasil gambar seperti DALL-E. Sistem AI ini dilatih tentang data yang berisik dan belajar menghilangkan kebisingan tersebut untuk menemukan struktur protein yang realistis. Disebut model difusi, mereka secara bertahap mempelajari struktur protein yang sesuai dengan biologi.

Strategi lain bergantung pada model bahasa yang besar. Seperti ChatGPT, algoritme ini dengan cepat menemukan hubungan antara “kata” protein dan menyaring hubungan ini menjadi semacam tata bahasa biologis. Untaian protein yang dihasilkan model ini kemungkinan besar akan terlipat menjadi struktur yang dapat diuraikan oleh tubuh. Satu contoh adalah ProtGPT2, yang mana bisa merekayasa protein aktif dengan bentuk yang dapat menimbulkan sifat baru.

Digital ke Fisik

Program desain protein AI ini meningkatkan kewaspadaan. Protein adalah bahan penyusun kehidupan—perubahan dapat secara dramatis mengubah cara sel merespons obat, virus, atau patogen lainnya.

Tahun lalu, pemerintah di seluruh dunia mengumumkan rencana untuk mengawasi keamanan AI. Teknologi tidak diposisikan sebagai ancaman. Sebaliknya, para pembuat undang-undang dengan hati-hati menyempurnakan kebijakan yang memastikan penelitian mengikuti undang-undang privasi dan mendukung perekonomian, kesehatan masyarakat, dan pertahanan nasional. Memimpin tuntutan tersebut, Uni Eropa menyetujui UU AI untuk membatasi teknologi pada domain tertentu.

Protein sintetik tidak secara langsung disebutkan dalam peraturan tersebut. Hal ini merupakan kabar baik bagi pembuatan protein buatan, yang dapat terhambat oleh peraturan yang terlalu ketat, tulis Baker dan Church. Namun, undang-undang AI baru sedang dalam proses, dan badan penasihat AI PBB akan membagikan pedomannya peraturan internasional di pertengahan tahun ini.

Karena sistem AI yang digunakan untuk membuat protein perancang sangat terspesialisasi, mereka mungkin masih berada di bawah pengawasan regulator—jika bidang tersebut bersatu dalam upaya global untuk mengatur dirinya sendiri.

Pada KTT Keamanan AI 2023, yang membahas desain protein berkemampuan AI, para ahli sepakat bahwa mendokumentasikan DNA yang mendasari setiap protein baru adalah kuncinya. Seperti protein alaminya, protein perancang juga dibuat dari kode genetik. Mencatat semua rangkaian DNA sintetik dalam database dapat memudahkan untuk mengenali tanda bahaya dari desain yang berpotensi membahayakan—misalnya, jika protein baru memiliki struktur yang mirip dengan protein patogen yang diketahui.

Biosekuriti tidak menghambat pembagian data. Kolaborasi sangat penting bagi ilmu pengetahuan, namun penulis mengakui pentingnya melindungi rahasia dagang. Dan seperti halnya AI, beberapa protein perancang mungkin berpotensi berguna tetapi terlalu berbahaya untuk dibagikan secara terbuka.

Salah satu cara mengatasi teka-teki ini adalah dengan secara langsung menambahkan langkah-langkah keamanan pada proses sintesis itu sendiri. Misalnya, penulis menyarankan untuk menambahkan kode batang—terbuat dari huruf DNA acak—ke setiap rangkaian genetik baru. Untuk membangun protein, mesin sintesis mencari urutan DNA-nya, dan hanya ketika menemukan kodenya barulah mesin tersebut mulai membangun protein.

Dengan kata lain, perancang asli protein dapat memilih dengan siapa sintesisnya akan dibagikan—atau apakah akan dibagikan—sambil tetap dapat menjelaskan hasilnya dalam publikasi.

Strategi barcode yang menghubungkan pembuatan protein baru dengan mesin sintesis juga akan meningkatkan keamanan dan menghalangi pelaku kejahatan, sehingga sulit untuk menciptakan kembali produk yang berpotensi berbahaya.

“Jika ancaman biologis baru muncul di mana pun di dunia, rangkaian DNA yang terkait dapat ditelusuri asal usulnya,” tulis para penulis.

Ini akan menjadi jalan yang sulit. Keamanan protein perancang akan bergantung pada dukungan global dari para ilmuwan, lembaga penelitian, dan pemerintah, tulis para penulis. Namun, ada keberhasilan sebelumnya. Kelompok global telah menetapkan pedoman keselamatan dan berbagi di bidang kontroversial lainnya, seperti penelitian sel induk, rekayasa genetika, implan otak, dan AI. Meski tidak selalu diikuti—Bayi CRISPR adalah contoh yang terkenal buruk—Sebagian besar pedoman internasional ini telah membantu memajukan penelitian mutakhir dengan cara yang aman dan adil.

Bagi Baker dan Church, diskusi terbuka mengenai biosekuriti tidak akan memperlambat upaya ini. Sebaliknya, hal ini dapat menggalang berbagai sektor dan melibatkan diskusi publik sehingga rancangan protein khusus dapat lebih berkembang.

Gambar Kredit: Universitas Washington