Stanford’s Evo 2 AI Crafts 300 Synthetic Phages, 16 Kill E. coli in Lab

اسٹینفورڈ کے محققین نے تقریباً 300 نئے بیکٹیریوفیجز (bacteriophages) ڈیزائن کرنے اور تیار کرنے کے لیے Evo 2 جنریٹیو-AI ماڈل کا استعمال کیا۔ لیبارٹری کے تجربات نے تصدیق کی کہ ان میں سے 16 وائرس مؤثر طریقے سے E. coli کو ختم کرتے ہیں۔ یہ کام ظاہر کرتا ہے کہ ڈی نووو (de novo) حیاتیاتی ڈیزائن کوڈ کی ایک لائن سے ایک زندہ اینٹی مائیکروبیل ایجنٹ تک پہنچ سکتا ہے۔

ڈیجیٹل تسلسل سے ایک حقیقی وائرس تک

اسسٹنٹ پروفیسر برائن ہائی نے، ڈیٹر شواز فاؤنڈیشن اسٹینفورڈ ڈیٹا سائنس انسٹی ٹیوٹ کے تعاون سے، Evo 2 کو اچھی طرح سے مطالعہ شدہ فیج ΦX174 کا جینوم فراہم کیا۔ Evo 2 ڈی این اے کو ایک زبان کے طور پر دیکھتا ہے، اور ایسے تسلسل کی پیش گوئی کرتا ہے جو فنکشنل پروٹینز میں تبدیل ہو سکیں اور ایک قابل عمل وائرس میں ڈھل سکیں۔ ماڈل نے سینکڑوں مختلف ڈی این اے اسٹرنگز تیار کیں؛ کیمیائی سنتھیسز نے انہیں تقریباً 300 فیج ذرات کی ایک لائبریری میں تبدیل کر دیا۔

کمپیوٹر سے تیار کردہ اسٹرنگ کو ایک جسمانی وائرس میں تبدیل کرنے کے لیے صرف پرنٹر جیسے مرحلے سے زیادہ کی ضرورت تھی۔ ٹیم نے کسٹم ڈی این اے اولیگو نیوکلیوٹائڈز (oligonucleotides) کا آرڈر دیا، مکمل جینومز کو اسمبل کیا، اور ہر کنسٹرکٹ کو ایک بیکٹیریل ہوسٹ میں متعارف کرایا جو فیج کو "بوٹ اپ" (boot up) کر سکے۔ یہ ورک فلو—ڈیزائن، سنتھیسز، اسمبلی، اور ریسکیو—قدرتی فیج آئسولیٹس کے لیے طویل عرصے سے معیاری رہا ہے لیکن مکمل طور پر AI کے ذریعے تیار کردہ جینومز پر شاذ و نادر ہی لاگو کیا گیا ہے۔

اینٹی بیکٹیریل سرگرمی کے لیے اسکریننگ

اصل امتحان یہ تھا کہ آیا کوئی بھی AI ڈیزائن کردہ فیجز بیکٹیریل ہدف کو انفیکٹ اور تباہ کر سکتے ہیں۔ محققین نے 300 امیدواروں کو E. coli کے ایک لیبارٹری اسٹرین کے ساتھ چیلنج کیا، جو پیشاب کی نالی کے انفیکشن کا ایک عام سبب ہے اور اینٹی بائیوٹک مزاحمت کے مطالعہ کے لیے ایک ماڈل ہے۔ پلیک اسیز (plaque assays) اور گروتھ-انہیبیٹیشن پیمائش کے بعد، 16 فیجز بیکٹیریل کلچر کے تیز رفتار لیسس (lysis) اور اعلیٰ برسٹ سائز (انفیکٹڈ سیل سے خارج ہونے والے نئے فیج ذرات کی تعداد) کے لیے نمایاں رہے۔

وہ 16 کامیاب نتائج نہ صرف اسکرین میں زندہ رہے، بلکہ انہوں نے مارنے کی کارکردگی میں بہت سے قدرتی ΦX174 رشتہ داروں سے بہتر کارکردگی دکھائی۔ ڈیٹا سے پتہ چلتا ہے کہ Evo 2 معلوم وائرل افعال کو دوبارہ پیدا کر سکتا ہے اور اس سیکوئنس اسپیس کو بھی تلاش کر سکتا ہے جسے حیاتیات نے کبھی نمونہ کے طور پر استعمال نہیں کیا، اور ایسے حل تک پہنچ سکتا ہے جو قابل عمل اور طاقتور دونوں ہوں۔

اینٹی مائیکروبیل تحقیق کے لیے یہ کیوں اہم ہے

فیج تھراپی—ایسے وائرس کا استعمال جو بیکٹیریا کا شکار ہوتے ہیں—اینٹی بائیوٹک مزاحم انفیکشنز کے عالمی اضافے کے ممکنہ جواب کے طور پر دوبارہ سامنے آئی ہے۔ روایتی دریافت سیوریج، مٹی، یا جانوروں کے مائیکروبائیوم میں فیجز کی تلاش پر انحصار کرتی ہے، ایک ایسا عمل جس میں مہینوں لگ سکتے ہیں اور نتائج غیر یقینی ہوتے ہیں۔ Evo 2 ایک کمپیوٹر پر مبنی متبادل پیش کرتا ہے: سائنسدان ایک بیکٹیریل ہدف متعین کرتے ہیں، ماڈل کو امیدوار جینومز تیار کرنے دیتے ہیں، اور پھر لیب میں ایک مخصوص سیٹ کا تجربہ کرتے ہیں۔

اگر یہ پائپ لائن وسعت اختیار کرتی ہے، تو یہ سالوں کے ماحولیاتی سیمپلنگ کو ہفتوں کے ان سلیکو (in-silico) ڈیزائن اور ہائی تھرو پٹ سنتھیسز میں تبدیل کر سکتی ہے۔ ضرورت کے مطابق فیج جینومز کو تیار کرنا اضافی خصوصیات، جیسے کہ وسیع ہوسٹ رینج یا بیکٹیریل اینٹی فیج دفاع کے خلاف مزاحمت، کے لیے بھی دروازہ کھولتا ہے۔

خطرات اور کھلے سوالات

یہ پیش رفت ابھی ابتدائی مرحلے میں ہے۔ تمام تجربات پیٹری ڈشز تک محدود رہے ہیں؛ کوئی جانوروں کے ماڈلز یا کلینیکل ٹرائلز نہیں کیے گئے۔ حفاظتی خدشات برقرار ہیں—مریضوں یا ماحول میں مصنوعی وائرس متعارف کروانے کے غیر متوقع ماحولیاتی اثرات ہو سکتے ہیں۔ جینیاتی طور پر انجینئرڈ فیجز کے لیے ریگولیٹری فریم ورک ابھی بھی ارتقاء پذیر ہیں، اور لیبارٹری کی تاثیر سے منظور شدہ تھراپی تک کا راستہ طویل ہو سکتا ہے۔

مزید برآں، اگرچہ Evo 2 ΦX174 جیسے نسبتاً سادہ اور اچھی طرح سے کیریکٹرائزڈ فیج کے ساتھ کامیاب رہا، لیکن یہ دیکھنا ابھی باقی ہے کہ آیا ماڈل بڑے، زیادہ پیچیدہ وائرل جینومز کو سنبھال سکتا ہے یا ایسے فیجز ڈیزائن کر سکتا ہے جنہیں ان ویوو (in vivo) میں بیکٹیریل مدافعتی نظاموں سے گزرنا پڑے۔ موجودہ کامیابی کسی بھی وائرس کو شروع سے تیار کرنے کی عالمگیر صلاحیت کے بجائے ΦX174 کے کثیر ڈیٹا پر ماڈل کی تربیت کی عکاسی کر سکتی ہے۔

آگے کیا ہوگا

اسٹینفورڈ کی ٹیم 16 اہم فیجز کا کلینیکلی متعلقہ E. coli اسٹرینز کے خلاف تجربہ کرے گی، بشمول وہ جو متعدد اینٹی بائیوٹکس کے خلاف مزاحمت رکھتے ہیں۔ متوازی کام اس بات کا جائزہ لے گا کہ آیا Evo 2 کو دیگر پرابلمیٹک بیکٹیریا، جیسے کہ Klebsiella یا Pseudomonas کے لیے فیجز ڈیزائن کرنے کے لیے تیار کیا جا سکتا ہے۔ سنتھیسز کو بڑھانا—کچھ سو امیدواروں سے ہزاروں تک—بھی ایک ترجیح ہوگی، کیونکہ بڑی لائبریریاں مزید طاقتور یا وسیع پیمانے پر کام کرنے والے وائرسوں کو ظاہر کر سکتی ہیں۔

فیج تھراپی سے ہٹ کر، اس طریقہ کار کو دیگر بائیو انجینئرنگ اہداف کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے: صنعتی کیمسٹری کے لیے اینزائمز ڈیزائن کرنا، مصنوعی میٹابولک راستے بنانا، یا یہاں تک کہ نئے ویکسین ویکٹرز کی تعمیر کرنا۔ Evo 2 کی فنکشنل ڈی این اے تسلسل تیار کرنے کی صلاحیت ایک ایسے مستقبل کی طرف اشارہ کرتی ہے جہاں "کوڈ" زندہ نظاموں کے لیے ایک عالمگیر ڈیزائن زبان بن جائے گا۔

خلاصہ

اسٹینفورڈ کے Evo 2 ماڈل نے ایک کمپیوٹیشنل پیش گوئی کو ایک زندہ اینٹی مائیکروبیل ٹول میں تبدیل کر دیا ہے، جو یہ ظاہر کرتا ہے کہ AI پر مبنی de novo بیالوجی ایسے فعال وائرسز تیار کر سکتی ہے جو ایک بڑے پیتھیجن کو ختم کرنے کی صلاحیت رکھتے ہوں۔ یہ 'پروف آف کانسیپٹ' ڈیجیٹل ڈیزائن اور حقیقی دنیا کے علاج (therapeutics) کے درمیان فرق کو کم کرتا ہے، لیکن مصنوعی فیجز (synthetic phages) کے اینٹی مائیکروبیل ہتھیاروں کا معمول کا حصہ بننے سے پہلے حفاظتی، ریگولیٹری اور اسکیل ایبلٹی کے چیلنجز کو حل کرنا ضروری ہے۔