スタンフォード大学とArc研究所の研究者エリック・グエンが、AIを使用してDNAを生成し、新たな生命形態を創造する革新的な研究について語る。彼のチームが開発したAIシステム「Evo」は、従来のモデルの500倍長いDNA配列を生成できる能力を持ち、世界初のAI設計によるCRISPRシステムの開発に成功した。この技術は将来的に個別化医療、遺伝子治療、さらには火星植民地化のための微生物設計など、生物学を発見から設計へと転換させる可能性を秘めている。
AIによる新たな生命形態の創造
私はいつも生物学者が生命を研究する方法について興味深く感じています。こんな言葉があります。「生物学者は一度に一つの部品を取り除いて、それが車の残りの部分にどう影響するかを見ることで車がどう動くかを学ぶ。一方、エンジニアは車を完全に分解して再構築することで車がどう動くかを学ぶ」というものです。
例えば、前世紀最大の画期的発見の一つであるヒトゲノムプロジェクトを考えてみてください。私たちは10年以上をかけて、完全なDNAセットである私たちのゲノムの30億文字すべてをマッピングしました。DNAを読み取ることができれば、同じ原理を適用して一度に一文字ずつ突っついて解剖すれば、すべての人間の病気を根絶し始めることができると考えていました。
しかし代わりに、私たちはDNAの真の機能について実際にどれほど理解していないかを実感し始めました。研究者として、私は人工知能に取り組み、エンジニアとして訓練を受けました。私は物を構築することで学び、創造することで理解します。今日、私は生物学と生命そのものの研究方法を根本的に変える可能性があるアイデアを共有したいと思います。
DNAを言語として扱うアプローチ
DNAを単に読んで解剖するだけでなく、私たちはそれを生成すべきです。そして、DNAを言語として扱うことでこれを行うことができます。AIが読み、書き、そして最終的に構築することを学ぶことができる言語として。このアイデアにより、私とスタンフォード大学とArc研究所の研究者チームは一種のムーンショットに取り組みました。AIを使って完全にゼロから全ゲノムを生成できるでしょうか？生命を一から構築できるでしょうか？
生命のコードを生成AIに入力するという考えが興奮させるものであり、おそらく不安を感じさせるものでもあることは理解しています。しかし、これが可能であれば、科学と医学における最も強力な画期的発見のいくつかを解き放つ可能性があることに気づきました。
正直に言うと、AIが実際にDNAを生成できるかどうか、私たちにはわかりませんでした。多くの点で、DNAは言語のようなものです。文法と構造があり、文章や段落のようなもので、それらが組み合わさって物語を形成します。
そして、これらの物語は進化を通じて、世代から世代へと受け継がれています。人間にとって、DNAに書かれたこれらの物語を理解するのは困難でした。その主な理由はその規模にあります。DNAは極めて長く、同時に最小の間違いに対しても敏感です。外国語で30,000冊の本の長さに相当するものを書こうとすることを想像してください。
そして、数十億のうちの1文字でも間違えると、これが健康な人と生命を脅かす病気を持つ人との違いを意味することがあります。そして、これらの課題に取り組むために、同僚のマイケル・ポリと共に、私たちは極めて長いDNA配列を生成できるAIを開発しました。以前のAIモデルの500倍長く、高レベルの詳細度でです。
EvoというAIシステムの開発
私たちは科学者とAI専門家のチームを結成し、AIの訓練に使用された最大のDNA収集を集めました。8万個の全ゲノムを、私たちがEvoと呼んだモデルに投入しました。そして私たちの目標は、DNAのためのChatGPTのようなものを作ることでした。Evoにプロンプトを与えて、欲しいDNAを記述すると、一度に一文字ずつ新しい配列を生成するというものです。
しかし、一つの重要な違いがあります。チャットボットでは、それが書いたものを読むだけで、自分にとって意味があるかどうかを判断できます。DNAでは、それほど単純ではありません。それは直感的な人間の言語ではありません。それが本当に良いものかどうかをどうやって知るのでしょうか？それは何を意味するのでしょうか？
私たちに必要だったのはテスト、書かれたものが実際に機能するかどうかを確認する方法でした。そこで、私たちはCRISPRと呼ばれる生物学でよく知られたツールから始めました。CRISPRは遺伝子治療などに使用される、DNAを編集できる分子のはさみのようなものです。私たちはEvoに独自のものを作らせ、ゼロからCRISPRの独自バージョンを生成させました。これは以前に行われたことがありませんでした。それにはタンパク質とRNAが含まれており、複雑なシステムです。
そして、私たちの生物学者はその生成されたDNAを取り、どれほど現実的に見えるか、自然界の何かに似ているか、そのタンパク質はどのように折りたたまれるかを分析しました。これらすべてが私たちにその機能の感覚を与えました。しかし最終的には、実際に実験室でそれらを構築することで、DNAを切断する能力をテストしなければなりませんでした。そして、それが私たちが行ったことです。
実験結果と成功の確認
実験室の結果を待つことは、時々神経をすり減らす体験になることがあります。正直なところ、妊娠検査の結果を待っているようなものです。興奮し、不安になり、良い結果を期待します。そして突然、この2つの小さな線が現れます。はっきりさせておきたいのは、この2つの線は良いことです。
それが私たちが求めているものです。これは、私たちのCRISPRが実験室の天然CRISPRと同じように、DNAの一本鎖を正確な場所で2つに切断したことを意味します。そして、それが機能したことがわかったのです。
ここで見ているのは、完全にAIによって設計された世界初のCRISPRシステムです。Evoは現実的に見えるだけでなく、実際に機能するDNAを生成しました。そして次に、私たちはそのムーンショットを実行し、ゼロから全ゲノムの生成を試みることにしました。
Evoは自然界のものに似た数百の合成タンパク質をゲノム内に生成することができました。しかし最終的には、いくつかの部分が欠けていました。まだ完全ではなく、ゲノムの大まかなスケッチのようなものでした。しかし、これは最初のバージョンにすぎません。そのゲノムの大まかなスケッチは時間とともにより詳細になるでしょう。実際、数年以内に、AIは完全に機能するゲノム全体を生成できるようになると予想しています。言い換えれば、AIは新しい生命を生成できるようになるでしょう。
未来の可能性：発見から設計へ
この技術が改善されるにつれて、生物学は発見から設計へとシフトするでしょう。この世界はどのようなものでしょうか？先を見てみましょう。この未来では、真に個別化された医療を作ることができます。あなたのゲノムでEvoのようなAIにプロンプトを与え、病気の原因を見つけ、薬物に対するあなたの反応を予測し、あなた自身のDNAに基づいて治療選択肢を導くことを想像してください。
しかし、永続的な治療法があるなら、なぜ薬を服用する必要があるのでしょうか？私たちは直接DNAを変更することを選択するかもしれません。そして、今日これを見始めています。最近、FDAは鎌状赤血球症という血液の痛みを伴う生涯の病気に対する最初の遺伝子治療を承認しました。そして、それは人のDNAの単一の遺伝子を変更するだけで患者を永続的に治すことで機能します。
そして現在、500以上のDNA改変治療が承認を待っています。しかし、あなたがDNAを変更することに抵抗があるとしましょう。新しいDNAを追加したらどうでしょうか？私たちのDNAはすべて23対の染色体に組織されています。いわば、私たちのゲノムという本の章です。Evoが24番目の章を生成することを学んだらどうでしょうか？オンデマンドで数百の病気と戦うために必要なすべての機械を備えた全く新しい染色体を。
DNA生成により、何が可能かの限界はどこにあるのでしょうか？私たちは皆「ジュラシック・パーク」を見ました。私たちは皆、それがサイエンスフィクションだと思いました。そして、それは…主にそうです。研究者は現在、絶滅種のゲノムを再構築しており、ある会社は早ければ2028年までにマンモスを復活させる計画を立てています。
新しい種の創造と火星植民地化
絶滅種を復活させる代わりに、新しい種を創造できるでしょうか？研究者は現在、火星植民地化のための微生物を工学的に設計しています。いつか多惑星種になることを望むなら、火星で物を成長させる方法を見つけ出し、より住みやすくし、おそらくテラフォーミングしなければならないでしょう。そして、それは可能です。地球には極端な条件の範囲に耐えることができる微生物があります。私たちはそれらを極限環境生物と呼んでいます。
これらのことの一部が恐ろしく聞こえることは理解しています。最大の懸念の一つは生物学的安全保障、生物兵器を作る可能性です。AIはより感染力のあるウイルスを生成するために使用できるでしょうか？はい。しかし、AIはこれらの脅威に対して防御し、監視することもできます。
そして、おそらくあなたは私と同じように、イノベーションを提唱することと安全性のどちらかを選ばなければならないと感じるでしょう。私は両方を受け入れることをお勧めします。なぜなら、進歩を完全に停止することは実用的ではないと思うからです。私たちは技術とともに進化し、その能力を監視し、常に自分自身に問いかける必要があります。「私たちはどのような可能な未来を可能にしているのか？」
結論：生命を理解するために創造する
人間として、私たちは常に周りの世界を理解しようと努めてきました。それは私たちの本性にあります。しかし、理解だけでは十分でないことがほとんどでした。何世紀もの間、私たちは生命を観察し解剖することで研究してきました。しかし今、私たちはもはや生命のコードを読むだけではありません。私たちは今、それを生成する力を持っています。
そしてAIにより、私たちは新しい医薬品、科学、さらには全く新しい生命の形態を解き放つ始まりにいます。私たちは小さな編集を行うのでしょうか？完全に新しい章を書くのでしょうか？それとも、いつか生命そのものを設計するのでしょうか？なぜなら、生物学を真に理解するためには、私たちはそれを創造しなければならないからです。そして生命の未来、それは私たちが構築するものなのです。ありがとうございました。
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