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AI从零“写”出16种自然界不存在的病毒,全部活了!斯坦福凌晨实验室沸腾,Science论文改写生物学

AI从零“写”出16种自然界不存在的病毒,全部活了!斯坦福凌晨实验室沸腾,Science论文改写生物学

凌晨三点,培养皿上冒出了透明的斑点。

那些斑点意味着细菌正在死去,被一种从未在地球上存在过的病毒杀死。它来自AI模型:一个字母一个字母,由A、C、G、T四个碱基“写”成

斯坦福大学博士生Samuel King盯着那些蚀斑,用了一个词:extremely exciting当他把结果分享给更大的团队时,房间里自发响起了掌声

听起来像科幻预告片的场景,已经走进实验室。2026年8月6日,这项工作正式登上Science,人类历史上,第一批由生成式AI设计、在实验室里“活”过来的完整基因组由此诞生。

▲ 2025年9月,Samuel King首次公开预印本成果,宣布验证了首批功能性AI生成基因组

285个候选,16个“活”了:一场前所未有的生命设计实验

故事的主角是噬菌体,一类专门猎杀细菌的病毒。它们不感染人,只感染细菌,像精确制导导弹一样锁定宿主,钻进去,劫持细胞工厂复制自己,最后把细菌从内部胀破,释放出一群子代继续猎杀。

斯坦福与非营利研究机构Arc Institute的团队,选了一个分子生物学的“老熟人”作为设计模板:ΦX174这个名字你可能没听过,但它串联了基因组学最重要的三个“第一次”,1977年,它是人类第一个完整测序的DNA基因组;2003年,它是人类第一个化学合成并启动的基因组;现在,它成了AI第一个从零设计出可存活变体的基因组。

人类先学会“读”基因组,再学会“写”基因组,如今试图用AI“设计”基因组。

▲ Arc Institute官方博文详述了从基因到基因组的设计跨越

团队使用的工具叫Evo,可以理解为生物学领域的GPT。只不过,ChatGPT吃进去的是人类语言,吐出来的是文章;Evo吃进去的是DNA碱基序列(A/C/G/T),吐出来的是“看起来像能工作的生物代码”。Evo 1专攻原核生物和噬菌体,Evo 2则把训练数据扩展到了整个生命域,约9.3万亿个碱基,覆盖约12.8万种生物

但“看起来能工作”和“真的能工作”之间,隔着一道深渊。

团队的流水线是这样的:先在ΦX174所属的Microviridae家族约14,466条序列上微调模型,再用精心设计的提示让AI产出大量候选,提示太长,AI会死记硬背抄野生型;提示太短,AI会天马行空写出一堆垃圾。然后是残酷的计算筛选:长度对不对?必要基因是否齐全?宿主特异性是否保留?进化多样性够不够?

从海量生成序列中,约302个基因组通过筛选再经化学合成和组装,约285个成功进入湿实验测试最终,16个,活了

▲ 导师Brian Hie引用King推文确认论文正式发表于Science

AI究竟写出了多少新东西

有人可能会问:AI不过是在抄已有的病毒序列,换几个字母罢了吧?

数据给出了强有力的回答

这16个功能基因组,相对最近的自然同源序列携带了67到392个全新突变其中,与已知Microviridae的核苷酸一致性大约在93.0%到98.8%之间。最激进的一个设计,Evo-Φ2147,以仅约93%的一致性和392个突变,在某些分类学阈值下,已经接近“新物种”的门槛

代号Evo-Φ36的设计尤其特别它干了一件以前理性工程师认为“会致命”的事:把负责包装的J蛋白替换成了远缘噬菌体G4的更短版本按常理,这种跨谱系替换应该直接让病毒死掉。但AI在全基因组的上下文中,同步给出了一系列补偿性突变,就像一个天才建筑师拆掉了承重墙,却在其他地方悄悄加了新的支撑结构,整栋楼依然稳如磐石。冷冻电镜显示,这个短J蛋白在衣壳内部的取向完全不同,高分辨率结构已提交至PDB数据库。

西班牙庞培法布拉大学合成生物学教授Marc Güell评价:这是一个“非常重要的转折点”,人类开始在计算机上设计生物学。

▲ 学者Jorge Bravo Abad总结:“模型提出,计算筛选,实验室裁决”,这才是完整的闭环

对抗超级细菌:AI噬菌体的“鸡尾酒战术”

如果故事只停在“能活”,那只是一篇漂亮的学术论文。但团队把刀锋往前推了一步

他们让大肠杆菌进化出对经典ΦX174的耐药性,这些变异株改变了表面受体,让野生型噬菌体无从下口。然后,团队祭出由多个AI噬菌体组成的“鸡尾酒”

结果:AI噬菌体鸡尾酒成功突破了三株耐药菌的防线,而单独使用天然ΦX174则无能为力。实验还发现,那些最终逃逸的细菌体内,噬菌体基因组呈现出多个AI设计互相重组的镶嵌结构,多样性本身成了对抗进化的武器。

在直接竞争实验中,部分AI噬菌体展现出远超野生型的裂解能力其中Evo-Φ69的扩增效率令人瞠目,相关数据显示其可达到远高于起始比例的水平。

这对正在全球蔓延的抗生素耐药危机意味着什么,不言自明。以往寻找噬菌体要去下水道、污水处理厂“碰运气”,现在可以在计算机上按需设计、批量筛选从“大海捞针”到“精准制导”,范式正在被改写。

▲ 科普帖聚焦AI噬菌体对抗超级细菌的潜力

“潘多拉的盒子”:当AI学会设计生命

掌声之后,阴影紧随其至

Science配发的安全评论中,约翰霍普金斯大学健康安全中心的Thomas Inglesby和Moritz Hanke指出:生成式病毒基因组设计已经出现,接下来必须确保它不会造成严重伤害。他们主张,有致病潜力的新病毒方向不应被追求

这种担忧并非杞人忧天Evo系列模型的权重和代码是开源的DNA合成服务越来越便宜、门槛越来越低。人类病毒的基因组长度,和噬菌体处于同一量级把这三件事拼在一起,一个能“写”病毒的开源AI、一个能“印”DNA的商业服务、加上一间具备基本分子生物学能力的实验室,治理问题的紧迫性不言而喻

伦敦国王学院的生物安全研究者Filippa Lentzos等人指出,现有高风险生命科学研究政策,未必覆盖“在计算机上设计新病毒DNA”这一全新场景。治理需要同时看住三个环节:模型获取、合成前序列筛查、实验室管控,缺一不可。

团队自身做了哪些防线?训练数据排除了感染人类的病毒序列实验宿主是非致病实验室大肠杆菌所有生物材料不离开控制区Brian Hie对BBC坦言:这既“充满未来感”又“原始”,通向更复杂系统的负责任设计“仍有清晰道路”。

但“清晰道路”和“安全道路”之间,或许还有很远的距离。

从5386个碱基到……生命的下一章

让我们把镜头拉远一些

ΦX174的基因组只有约5400个碱基,放在生物世界里,这是最简单的“程序”之一。最小的自由生活细胞,基因组要大两个数量级从“写出一个能工作的小病毒”到“设计一个能自主存活的细胞”,中间的复杂度鸿沟堪比从计算器到超级计算机

但Brian Hie对BBC说了一句意味深长的话:朝向更简单的细胞级系统,“工作量很大,但并非不可能”。

曼彻斯特大学合成基因组学教授Patrick Cai的评价或许更精准地捕捉了这一刻的历史坐标:语言模型开始学习进化在数十亿年间写入基因组的设计原则。

▲ MIT Technology Review的标题一针见血:“AI设计的病毒已经来了,并且正在杀死细菌”

进化用了38亿年,试遍了无数种排列组合,才把一条条能“自举”的基因组打磨成型。现在,一个训练在9.3万亿碱基上的模型,用几小时的计算,走完了进化的一小步

这一小步有多小?16个能工作的噬菌体,93%–99%的序列相似度,仍然在ΦX174家族的设计空间里翻跟头。有学者尖锐地问:如果对高相似序列做简单统计采样,成功率会不会差不多?这个问题把“AI创造生命”的说法拉回了“高效探索近邻序列空间”的技术实相。

但即便如此,培养皿上那些透明的蚀斑,电子显微镜下那些从未在自然界出现过的完美球体,以及击溃耐药菌的鸡尾酒实验数据,它们是真实的,是湿实验给出的、不容辩驳的回答。

AI写的代码,在培养皿里跑起来了 这件事本身,已经足以拓宽我们对“设计”与“生命”的理解边界。

至于这扇门推开之后,通向的是药房还是潘多拉的匣子,最终由人类决定。