Η Google DeepMind παρουσίασε το SynthIDBio, ένα κρυφό στατιστικό αποτύπωμα που μπορεί να ενσωματώνεται σε πρωτεΐνες οι οποίες σχεδιάζονται από τεχνητή νοημοσύνη. Η ιδέα είναι να αποκτούν οι ερευνητές και οι πάροχοι συνθετικού DNA ένα σήμα προέλευσης, χωρίς να υποβαθμίζεται η βιολογική λειτουργία της πρωτεΐνης.
Ένα αποτύπωμα σε δύο επίπεδα
Το SynthIDBio αποτελείται από δύο συμπληρωματικές μεθόδους. Η πρώτη, SynthIDBio-sequence, τροποποιεί διακριτικά το μοτίβο των αμινοξέων μιας σχεδιασμένης πρωτεΐνης. Η δεύτερη, SynthIDBio-structure, εκπαιδεύει ένα μοντέλο που βασίζεται στο AlphaFold 3 ώστε να αφήνει το σήμα στη χωρική διάταξη των ατόμων.
Οι αλλαγές είναι σχεδιασμένες να μοιάζουν με τη φυσική μεταβλητότητα των υπολογιστικών προβλέψεων. Η ανίχνευση γίνεται με ειδικό, μυστικό κλειδί και δεν απαιτεί να αποκαλύπτεται σε όλους ο τρόπος με τον οποίο παράχθηκε το μόριο. Το αποτέλεσμα δεν λέει ποιο μοντέλο χρησιμοποιήθηκε ούτε τι κάνει η πρωτεΐνη· δείχνει μόνο ότι η ακολουθία ή η δομή φέρει το συγκεκριμένο υδατόσημο.
Η λειτουργία δεν χάθηκε στο εργαστήριο
Η ερευνητική ομάδα δοκίμασε το σύστημα σε σχεδιασμένους δεσμευτές πρωτεϊνών που στοχεύουν, μεταξύ άλλων, την περιοχή πρόσδεσης του SARS-CoV-2, τον αγγειακό αυξητικό παράγοντα VEGF-A και την πρωτεΐνη PD-L1. Στα in vitro πειράματα, οι υδατοσημασμένες ακολουθίες παρουσίασαν συγγένεια πρόσδεσης συγκρίσιμη με εκείνη των αντίστοιχων μη υδατοσημασμένων πρωτεϊνών.
Για το δομικό σκέλος, οι ερευνητές αναφέρουν σχεδόν τέλεια ανιχνευσιμότητα, με αμελητέα επίδραση στη συνολική ακρίβεια της δομής και μικρή επίδραση στη γεωμετρία των δεσμών. Τα αποτελέσματα είναι σημαντικά επειδή ένα υδατόσημο που αλλάζει τη λειτουργία του μορίου θα ήταν πρακτικά άχρηστο.
Χρήσιμο σήμα για τη βιοασφάλεια
Η προέλευση μιας πρωτεΐνης μπορεί να ενδιαφέρει τις εταιρείες που συνθέτουν DNA και τους οργανισμούς που συντηρούν βάσεις δεδομένων όπως οι Protein Data Bank, UniProt και GenBank. Ένα αξιόπιστο σήμα θα μπορούσε να βοηθήσει στην αξιολόγηση παραγγελιών ή στην ερμηνεία μιας καταχώρισης, ειδικά καθώς τα εργαλεία σχεδιασμού πρωτεϊνών γίνονται πιο διαδεδομένα.
Το SynthIDBio, όμως, δεν είναι αυτόνομος μηχανισμός ασφάλειας. Το ίδιο το Nature σημειώνει ότι κάποιος μπορεί σε αρκετές περιπτώσεις να περάσει μια υδατοσημασμένη πρωτεΐνη από άλλο εργαλείο σχεδιασμού και να πάρει νέα ακολουθία που διατηρεί τη δομή και τη λειτουργία, αλλά κρύβει την αρχική προέλευση. Η νέα ακολουθία θα πρέπει και πάλι να αξιολογηθεί για να γίνει κατανοητό τι κάνει, όμως το αποτύπωμα δεν θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως αδιάβλητη απόδειξη.
Απόδειξη αρχής, όχι έτοιμο πρότυπο
Η μελέτη δείχνει ότι η υδατοσήμανση βιολογικών σχεδίων μπορεί να διατηρεί τη χρησιμότητα των πρωτεϊνών, αλλά η πρακτική εφαρμογή της απαιτεί περισσότερα από έναν καλό ανιχνευτή. Θα χρειαστούν κοινά πρότυπα, συνεργασία ανάμεσα σε εταιρείες σχεδιασμού και παρόχους συνθετικού DNA, καθώς και σαφείς κανόνες για το ποιος έχει πρόσβαση στα κλειδιά ανίχνευσης.
Για την ώρα, το SynthIDBio είναι ένα τεχνικό proof of concept. Η αξία του βρίσκεται στο ότι μετατρέπει την προέλευση ενός τεχνητά σχεδιασμένου μορίου σε ελέγξιμη πληροφορία, χωρίς να υπόσχεται ότι μπορεί μόνο του να αποτρέψει κάθε κακή χρήση.