世界首个由人工智能（AI）设计并生成的病毒——噬菌体正式诞生。这项由美国Arc研究所/斯坦福大学研究团队完成的突破性成果于2025年9月17日发布在预印本平台bioRxiv上，首次证明AI能够编写连贯且具有生物功能的完整病毒基因组。在302个AI设计的候选噬菌体中，有16个成功验证可自我复制并特异性感染大肠杆菌，其组合能杀灭三种野生型噬菌体无法对付的耐药菌株，为解决全球日益严峻的细菌耐药性问题带来新希望。
长期以来，AI模型已成功用于生成DNA序列、单个蛋白质及多组分复合物，但设计完整基因组面临巨大挑战——基因间复杂的相互作用及调控机制使得这一任务难度倍增。研究团队利用名为Evo 1和Evo 2的基因组语言模型，首次实现了基因组规模序列的连贯编写，这标志着AI朝着“生成生命”方向迈出关键一步。[1][2]
论文通讯作者、Arc研究所/斯坦福大学的Brian Hie表示：“这是AI系统首次能够编写连贯的基因组规模序列，下一步将是AI生成生命。”[2] 研究聚焦于噬菌体ΦX174——一种仅含5386个核苷酸、11个基因的单链DNA病毒，其作为设计模板兼具结构简单性与功能完整性，完美适合作为AI基因组设计的起点。[3]
研究团队首先让Evo 1和Evo 2模型在超过200万个噬菌体基因组数据集上进行基础训练，使模型掌握DNA、RNA和蛋白质序列的深层规律。随后，通过监督学习方法对模型进行针对性优化，使其能够生成特定功能的ΦX174样病毒基因组，核心目标是感染并杀死耐药性大肠杆菌菌株。[1][2]
在设计过程中，研究团队评估了数千个由AI生成的序列，通过严格筛选最终选出302个具有生物活性的候选噬菌体。这些候选噬菌体中，大多数与ΦX174的核苷酸同源性超过40%，但部分拥有完全不同的编码序列，展现出AI设计的创新潜力。[1][2] 研究人员将这些AI设计基因组合成DNA后，插入宿主细菌中进行培养，最终成功获得AI设计的噬菌体。[1]
实验测试结果远超研究团队预期：在302个AI设计的噬菌体中，有16个不仅能够自我复制，还表现出对大肠杆菌的特异性感染能力。更令人振奋的是，这些AI设计噬菌体的组合能够感染并杀死三种不同的大肠杆菌菌株，而野生型的ΦX174噬菌体却无法做到这一点。[1][2][3]
研究团队表示，
这项技术为噬菌体疗法开辟了全新途径，有望将治疗耐药菌感染从“反复试验”过程转变为系统性方法。“利用AI，我们不再寄希望于自然界已经进化出的针对特定抗性机制的噬菌体，而是能够直接生成多样化的噬菌体，从而大大降低细菌全面产生抗性的可能性。”研究团队指出，AI设计的噬菌体疗法有望显著增强针对耐药菌感染的治疗手段。[1]
然而，多位专家呼吁谨慎推进此类技术。冷泉港实验室的计算生物学家Peter Koo强调，当前技术仍需大量人为干预和筛选：“单凭Evo模型还不足以设计和生成病毒，必须把所有筛选环节都落实到位。”[2] 该研究尚未经过同行评审，也突显了科学验证的必要性。[1]
随着这一技术的发展，研究人员正在探索其在治疗其他细菌感染方面的潜力，同时积极讨论生物安全框架，确保AI生成的生物体在可控范围内应用，防止潜在的生态风险。[1][2]