Các nhà khoa học Mỹ vừa sử dụng trí tuệ nhân tạo để tạo ra một loại protein hoàn toàn mới, chưa từng xuất hiện trong tự nhiên. Đây là một bước tiến mang tính cách mạng trong lĩnh vực tổng hợp protein – những "viên gạch nền tảng" của sự sống – và có thể mở ra kỷ nguyên mới cho y học, công nghệ sinh học và vật liệu sinh học.
Hệ thống AI mang tên EvolutionaryScale Model 3 (ESM3) đã thiết kế một protein phát quang xanh gọi là esmGFP, loại protein này chỉ có 58% điểm tương đồng với phiên bản gần nhất của nó trong tự nhiên là tagRFP. Để dễ hình dung, nếu để quá trình tiến hóa tự nhiên thực hiện sự thay đổi này, nó sẽ mất đến 500 triệu năm, nhưng AI đã làm điều đó trong thời gian ngắn kỷ lục.
Thông thường, để tạo ra một loại protein mới, các nhà khoa học phải mất nhiều năm thử nghiệm, tinh chỉnh hàng triệu biến thể khác nhau để tìm ra một phiên bản hoạt động tốt. Nhưng với AI, quá trình này trở nên hiệu quả hơn rất nhiều. ESM3 được huấn luyện trên một kho dữ liệu khổng lồ gồm 3,15 tỷ chuỗi protein, 236 triệu cấu trúc protein 3D và 539 triệu ghi chú về chức năng protein. Nhờ khả năng nhận diện mẫu từ dữ liệu khổng lồ này, AI có thể dự đoán cách thức một protein sẽ hoạt động, giống như cách ChatGPT có thể viết một bài thơ sau khi được huấn luyện trên hàng triệu bài thơ khác.
Điều quan trọng nhất là esmGFP thực sự hoạt động. Nó phát quang giống như protein tagRFP trong tự nhiên, một đặc tính có giá trị lớn trong nghiên cứu sinh học và công nghệ y học. Không chỉ giúp các nhà khoa học tạo ra protein có chức năng theo yêu cầu, AI còn mở ra cánh cửa để khám phá những khả năng hoàn toàn mới từ protein – điều mà con người trước đây chỉ có thể chờ đợi tiến hóa thực hiện.
Sự ra đời của AI tổng hợp protein có thể cách mạng hóa nhiều lĩnh vực. Trong y học, nó có thể giúp phát triển thuốc, vắc-xin và liệu pháp điều trị bệnh di truyền theo cách nhanh hơn và chính xác hơn nhiều. Trong công nghệ sinh học, nó có thể dẫn đến những protein đặc biệt được thiết kế cho cảm biến sinh học, công cụ chỉnh sửa gen hoặc vật liệu sinh học tiên tiến. Trong lĩnh vực vật liệu sinh học, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra những protein có độ bền siêu cao, khả năng tự sửa chữa hoặc thay thế vật liệu nhân tạo trong y khoa và công nghiệp.
Một trong những điều thú vị nhất về AI tổng hợp protein là nó không bị giới hạn bởi các quy tắc tiến hóa tự nhiên. Nếu trong tự nhiên, mỗi lần biến đổi protein phải đảm bảo rằng hệ thống tổng thể không bị mất chức năng, thì AI có thể tìm kiếm những con đường tiến hóa mà tự nhiên chưa bao giờ thử qua. Điều này có nghĩa là con người có thể phát minh ra những loại protein chưa từng xuất hiện trong lịch sử của sự sống trên Trái Đất.
Dù các protein do AI thiết kế vẫn cần được kiểm tra thực nghiệm để xác nhận chức năng, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng tương lai không xa, chúng ta có thể tạo ra protein theo yêu cầu chỉ với một vài dòng lệnh AI. Điều này có thể thay đổi hoàn toàn cách phát triển thuốc, vật liệu sinh học, và thậm chí cả công nghệ nano sinh học. AI không chỉ đang tái định nghĩa khả năng thiết kế sinh học mà còn có thể viết lại tương lai của sự sống nhân tạo.
