據(jù)最新一期《科學》雜志報道，美法兩國科學家用算法預測細菌的防御“裝備”，通過機器學習技術，揭示了細菌免疫系統(tǒng)的龐大復雜性與多樣性。兩項獨立研究利用不同AI預測模型，從海量細菌基因數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了數(shù)千個潛在的新型抗噬菌體（感染細菌的病毒）防御系統(tǒng)，為未來生物技術開發(fā)提供了豐富的資源。
在第一項研究中，美國麻省理工學院團隊開發(fā)了名為“DefensePredictor”的機器學習模型。該模型通過分析蛋白質(zhì)的基因序列及其在基因組中的上下文信息，預測其是否參與免疫防御。團隊在69種大腸桿菌菌株中驗證了該模型，成功預測出數(shù)百個未知的免疫系統(tǒng)，并實驗證實了其中42個具備防御功能。進一步對上千個細菌基因組的分析，發(fā)現(xiàn)了近3000個有別于已知體系的蛋白質(zhì)簇。目前，該預測工具已開源。
另一項由法國巴黎巴斯德研究所團隊開展的研究，則構建了另一套機器學習模型，用于大規(guī)模篩查抗噬菌體防御系統(tǒng)。該研究將其模型應用于超過1.2億個細菌基因組中的蛋白質(zhì)，最終識別出多達數(shù)十萬個候選的抗噬菌體蛋白家族。
這兩項研究相互印證，表明細菌用于抵御病毒入侵的免疫機制，在自然界中存在的廣度與多樣性達到了前所未有的新高度。
細菌免疫系統(tǒng)能夠精準靶向并切割噬菌體的特定基因序列，從而保護自身。這種分子級別的精準防御機制，此前已為CRISPR基因編輯技術的誕生提供了核心靈感。新發(fā)現(xiàn)的數(shù)以千計的抗病毒系統(tǒng)，預示著其中可能蘊藏著更多具有獨特功能的分子工具，有望推動基因編輯、新型抗菌療法等下一代生物技術的突破。
這些發(fā)現(xiàn)也極大地擴展了微生物免疫學的研究版圖。隨著更多新型細菌免疫系統(tǒng)被解析與理解，人類對微生物界的認知將更為深入，并可能從中發(fā)掘出更多可用于醫(yī)學和工業(yè)領域的強大工具。
總編輯圈點
科學家通過AI預測模型系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，細菌擁有數(shù)以千計潛在的新型免疫系統(tǒng)，其規(guī)模與多樣性之大，不僅拓展了生命科學的疆界，也為理解生命進化與微生物戰(zhàn)爭提供了全新圖景。更重要的是，它開啟了一個前所未有的、蘊藏著海量“分子工具”的天然寶庫。未來，這一發(fā)現(xiàn)有望直接推動下一代生物技術的革新：譬如從中孵化出比當前CRISPR系統(tǒng)更精準、高效的新型基因編輯工具；或研發(fā)出對抗耐藥菌的精準抗菌新策略；甚至衍生出創(chuàng)新的生物傳感與診斷技術……這些都將給生物醫(yī)學與合成生物學領域帶來深遠影響。
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