നിർമ്മിതബുദ്ധി (AI) രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ജീനോമുകൾ ‘ജീവൻ’ വെച്ചു..!!

‘ജീവന്‍’ സൃഷ്ടിക്കുവാന്‍ മനുഷ്യന് സാധിക്കുകയില്ല എന്ന വിശ്വാസം ഇനി പഴംകഥ!. നിർമ്മിതബുദ്ധി (AI) രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ജീനോമുകൾ ജീവൻ വെച്ചു… ആദ്യമായി, നിർമ്മിതബുദ്ധി ഉപയോഗിച്ച് പൂർണ്ണമായും പ്രവർത്തനക്ഷമമായ, പുതിയ വൈറസുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുകയാണ് ശാസ്ത്രലോകം.

ലക്ഷക്കണക്കിന് വർഷങ്ങളുടെ പരിണാമം രൂപപ്പെടുത്തിയ ഒരു ലോകത്താണ് നമ്മൾ ജീവിക്കുന്നത്. ഓരോ ജീവിക്കും അതിന്റേതായ ജനിതകഘടനയുണ്ട്, തലമുറകളിലൂടെ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്ന അതിസങ്കീർണ്ണമായ ഒരു കോഡ്. ഈ കോഡ് വായിക്കാനും തിരുത്താനും മനുഷ്യൻ പഠിച്ചു. എന്നാൽ, പൂജ്യത്തിൽ നിന്ന് പുതിയൊരു ജീവന്റെ കോഡ് എഴുതാനോ, അതല്ലെങ്കിൽ നിലവിലുള്ള ഒന്നിനെ മാതൃകയാക്കി തികച്ചും നൂതനമായ പ്രവർത്തനങ്ങളുള്ള ഒരു ജീവിയെ സൃഷ്ടിക്കാനോ നമുക്ക് കഴിഞിട്ടില്ല.

അതായിരുന്നു ശാസ്ത്രലോകം നേരിട്ട ഏറ്റവും വലിയ വെല്ലുവിളികളിലൊന്ന്. ഇപ്പോൾ, ആ വെല്ലുവിളിക്ക് ഒരുത്തരവുമായി ഒരു കൂട്ടം ഗവേഷകർ എത്തിയിരിക്കുന്നു. അവരുടെ കയ്യിലെ ഉപകരണം ഒരു സൂക്ഷ്മദർശിനിയോ ടെസ്റ്റ് ട്യൂബോ അല്ല, മറിച്ച് നിർമ്മിതബുദ്ധിയുടെ അപാരമായ കരുത്താണ്.

നമ്മുടെ ലോകം സൂക്ഷ്മജീവികളാൽ സമ്പന്നമാണ്. അതിലൊരു പ്രധാന വില്ലനാണ് ബാക്ടീരിയ. രോഗങ്ങൾ പരത്തുന്ന, ആന്റിബയോട്ടിക്കുകളെപ്പോലും അതിജീവിക്കാൻ ശേഷിനേടുന്ന ബാക്ടീരിയകൾ മനുഷ്യരാശിക്ക് വലിയ ഭീഷണിയാണ്. എന്നാൽ പ്രകൃതിയിൽ ഈ ബാക്ടീരിയകൾക്ക് ഒരു ശത്രുവുണ്ട്: ബാക്ടീരിയോഫേജുകൾ (bacteriophages) അഥവാ ഫേജുകൾ. ബാക്ടീരിയകളെ മാത്രം തിരഞ്ഞുപിടിച്ച് ആക്രമിച്ച് നശിപ്പിക്കുന്ന വൈറസുകളാണിവ. ആന്റിബയോട്ടിക് പ്രതിരോധം ഒരു മഹാമാരിയായി വളരുമ്പോൾ, ഫേജുകളെ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ചികിത്സ അഥവാ ഫേജ് തെറാപ്പി പുതിയ പ്രതീക്ഷകൾ നൽകുന്നുണ്ട്.

പക്ഷെ ഒരു പ്രശ്നമുണ്ട്. ബാക്ടീരിയകൾ അതിവേഗം പരിണമിച്ച് ഫേജുകളെ പ്രതിരോധിക്കാൻ പഠിക്കും. അപ്പോൾ നമുക്ക് പുതിയ ഫേജുകളെ വേണ്ടിവരും. എവിടെനിന്ന് കണ്ടെത്തും ഈ പുതിയ പോരാളികളെ?

ഇവിടെയാണ് സ്റ്റാൻഫോർഡ് സർവകലാശാലയിലെയും ആർക്ക് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ടിലെയും ഗവേഷകർ നിർമ്മിതബുദ്ധിയുടെ സഹായം തേടിയത്. ജീവന്റെ ഭാഷയായ DNA കോഡുകൾ പഠിച്ച്, പുതിയ ജീനോമുകൾ എഴുതാൻ കഴിവുള്ള ഭാഷാ മോഡലുകളാണ് (Language Models) അവരുടെ തുറുപ്പുചീട്ട്.

ലക്ഷക്കണക്കിന് ജീവികളുടെ ജനിതകഘടന വായിച്ചുപഠിച്ച Evo 1, Evo 2 എന്നീ നിർമ്മിതബുദ്ധി മോഡലുകൾക്ക് ജീവൻ എങ്ങനെയാണ് എഴുതപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് എന്നതിനെക്കുറിച്ച് ആഴത്തിലുള്ള ധാരണയുണ്ട്. ഒരു കവി പുതിയൊരു കവിതയെഴുതുന്നതുപോലെ, ഈ AI മോഡലുകൾക്ക് പുതിയ ജനിതക ശ്രേണികൾ എഴുതാൻ കഴിയുമോ? അതായിരുന്നു ഗവേഷകർ പരീക്ഷിച്ചത്.

പരീക്ഷണത്തിനായി അവർ ഒരു മാതൃകയെ തിരഞ്ഞെടുത്തു: ΦX174 (Phi X 174) എന്ന ഫേജ്. മോളിക്യുലാർ ബയോളജിയിലെ ഒരു സൂപ്പർസ്റ്റാറാണിത്. ആദ്യമായി പൂർണ്ണ ജീനോം സീക്വൻസ് ചെയ്യപ്പെട്ട DNA ജീവി എന്ന ഖ്യാതി ΦX174-നാണ്. താരതമ്യേന ലളിതമായ ഘടനയും സുരക്ഷിതമായി പരീക്ഷണം നടത്താം എന്നതും ഇതിനെ മികച്ച മാതൃകയാക്കി.

ഗവേഷണത്തിന്റെ ഓരോ ഘട്ടവും ആസൂത്രിതമായിരുന്നു:

പരിശീലനം: ആദ്യം, Evo 1, Evo 2 മോഡലുകളെ ΦX174 ഉൾപ്പെടുന്ന മൈക്രോവിരിഡേ (Microviridae) എന്ന ഫേജ് കുടുംബത്തിലെ പതിനായിരക്കണക്കിന് ജീനോമുകൾ നൽകി പരിശീലിപ്പിച്ചു. ഈ പ്രത്യേക ഫേജ് കുടുംബത്തെക്കുറിച്ച് AI-ക്ക് ഒരു സ്പെഷ്യലിസ്റ്റ് പരിജ്ഞാനം നൽകുകയായിരുന്നു ലക്ഷ്യം.

സൃഷ്ടി: പിന്നീട്, ΦX174-ന്റെ ജീനോമിന്റെ തുടക്കത്തിലെ ഏതാനും ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകൾ ഒരു സൂചനയായി (prompt) നൽകി, പുതിയ ജീനോമുകൾ എഴുതാൻ AI-യോട് ആവശ്യപ്പെട്ടു. AI അതിന്റെ ഭാവന ഉപയോഗിച്ച്, പഠിച്ച ജനിതക നിയമങ്ങൾ പാലിച്ച്, ആയിരക്കണക്കിന് പുതിയ ജീനോം സാധ്യതകൾ മുന്നോട്ടുവെച്ചു.

അരിച്ചെടുക്കൽ: AI സൃഷ്ടിച്ച എല്ലാ ജീനോമുകളും പ്രവർത്തനക്ഷമമാകണമെന്നില്ല. ഗവേഷകർ കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ ഫിൽട്ടറുകളുടെ ഒരു നിര തന്നെ സ്ഥാപിച്ചു. ജീനോമിന്റെ നീളം, GC അനുപാതം, ഘടന എന്നിവയെല്ലാം ശരിയാണോ എന്ന് പരിശോധിച്ചു. ഏറ്റവും പ്രധാനമായി, ലക്ഷ്യമായ E. coli C എന്ന ബാക്ടീരിയയെ തിരിച്ചറിയാനും ആക്രമിക്കാനും സഹായിക്കുന്ന സ്പൈക്ക് പ്രോട്ടീൻ ശരിയായ രീതിയിലാണോ എന്ന് ഉറപ്പുവരുത്തി. അതോടൊപ്പം, നിലവിലുള്ള ഫേജുകളുമായി സാമ്യം കുറഞ്ഞ, പരിണാമപരമായി പുതുമയുള്ള ജീനോമുകളെ പ്രത്യേകം തിരഞ്ഞെടുത്തു. ഈ കഠിനമായ തിരഞ്ഞെടുപ്പിനൊടുവിൽ, മുന്നൂറോളം ജീനോമുകൾ യഥാർത്ഥ പരീക്ഷണത്തിനായി തിരഞ്ഞെടുക്കപ്പെട്ടു.

അതുവരെ കമ്പ്യൂട്ടർ സ്ക്രീനിലെ കോഡുകൾ മാത്രമായിരുന്ന ആ ജീനോമുകൾക്ക് ജീവൻ നൽകാനുള്ള സമയമായി. തിരഞ്ഞെടുത്ത 300 ജീനോമുകളുടെയും DNA ശകലങ്ങൾ ഗവേഷകർ സിന്തസൈസ് ചെയ്തെടുത്തു. പിന്നീട്, ഈ ശകലങ്ങളെ ജീവനുള്ള E. coli ബാക്ടീരിയയിലേക്ക് കടത്തിവിട്ടു. ഇതൊരു നിർണ്ണായക നിമിഷമായിരുന്നു. AI എഴുതിയ കോഡ് ഒരു യഥാർത്ഥ ജീവിയായി മാറുമോ? ആ കോഡ് പ്രവർത്തിച്ച്, ഒരു വൈറസിനെ നിർമ്മിച്ച്, ആതിഥേയ ബാക്ടീരിയയെ നശിപ്പിക്കുമോ?

അവർ ആകാംഷയോടെ കാത്തിരുന്നു. ഫലം അവിശ്വസനീയമായിരുന്നു. 300 ഡിസൈനുകളിൽ 16 എണ്ണം വിജയകരമായി പ്രവർത്തനക്ഷമമായി. ആ ബാക്ടീരിയ കൾച്ചറുകളുടെ വളർച്ച നിലച്ചു.

നിർമ്മിതബുദ്ധി രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ജീനോമുകൾ ജീവൻ വെച്ചിരുന്നു. അവ സ്വയം പെരുകി, ബാക്ടീരിയകളെ ഭേദിച്ച് പുറത്തുവന്നു. Evo-Φ എന്ന് പേരിട്ട ഈ പുതിയ വൈറസുകൾ, നിർമ്മിതബുദ്ധി ഗർഭം ധരിച്ച് പ്രസവിച്ച ആദ്യത്തെ പ്രവർത്തനക്ഷമമായ ജീനോമുകളായി ചരിത്രത്തിൽ ഇടംപിടിച്ചു.

ഈ പുതിയ ഫേജുകൾ വെറും പകർപ്പുകളായിരുന്നില്ല. അവയ്ക്ക് അതിശയകരമായ പല പ്രത്യേകതകളുമുണ്ടായിരുന്നു.

അതിജീവനശേഷി കൂടിയവർ: ഈ 16 ഫേജുകളെയും അവയുടെ പൂർവ്വികനായ ΦX174-നെയും ഒരുമിച്ച് ഒരേ ബാക്ടീരിയ കൾച്ചറിൽ വളർത്തി ഒരു മത്സരം സംഘടിപ്പിച്ചു. AI സൃഷ്ടിച്ച പല ഫേജുകളും ΦX174-നെക്കാൾ മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവെച്ചു. അതിൽ Evo-Φ69 എന്ന ഫേജ് മറ്റെല്ലാറ്റിനെയും ബഹുദൂരം പിന്നിലാക്കി അതിവേഗം പെരുകി. AI-ക്ക് പ്രകൃതിയെക്കാൾ മികച്ച രീതിയിൽ ജീവികളെ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്നതിന്റെ സൂചനയായിരുന്നു അത്.

കൂടുതൽ അപകടകാരികൾ: Evo-Φ2483 എന്ന മറ്റൊരു ഫേജ്, ΦX174-നെക്കാൾ വളരെ വേഗത്തിൽ ബാക്ടീരിയകളെ നശിപ്പിച്ചു. അതിന്റെ ആക്രമണത്തിന്റെ തോതും തീവ്രതയും വളരെ കൂടുതലായിരുന്നു.

ഘടനയിലെ പുതുമ: Evo-Φ36 എന്ന ഫേജിന്റെ ഘടന ഗവേഷകരെ അത്ഭുതപ്പെടുത്തി. അതിന്റെ DNA പാക്ക് ചെയ്യാൻ സഹായിക്കുന്ന ഒരു പ്രോട്ടീൻ, പരിണാമപരമായി വളരെ ദൂരെയുള്ള മറ്റൊരു ഫേജിൽ നിന്നുള്ളതായിരുന്നു. ഇത്തരമൊരു മാറ്റം വിജയകരമാകില്ല എന്നായിരുന്നു മുൻകാല പഠനങ്ങൾ തെളിയിച്ചിരുന്നത്. എന്നാൽ AI, ജീനോമിലെ മറ്റു ഭാഗങ്ങളിൽ ചെറിയ മാറ്റങ്ങൾ വരുത്തി ഈ ഘടനാപരമായ പ്രശ്നം പരിഹരിച്ചിരുന്നു. മനുഷ്യന് ചിന്തിക്കാൻ കഴിയാത്ത എഞ്ചിനീയറിംഗ് പരിഹാരങ്ങൾ കണ്ടെത്താൻ AI-ക്ക് കഴിയുമെന്ന് ഇത് തെളിയിച്ചു.

ഫേജ് തെറാപ്പിയുടെ ഏറ്റവും വലിയ വെല്ലുവിളി ബാക്ടീരിയകൾ ആർജ്ജിക്കുന്ന പ്രതിരോധശേഷിയാണ്. ഗവേഷകർ ΦX174-നെ പ്രതിരോധിക്കാൻ കഴിവുള്ള മൂന്ന് തരം E. coli കൾച്ചറുകളെ വികസിപ്പിച്ചു. പിന്നീട്, ഈ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള ബാക്ടീരിയകളെ അവർ രണ്ട് തരം ഫേജുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ആക്രമിച്ചു: ഒന്ന്, ΦX174 മാത്രം; രണ്ട്, AI നിർമ്മിതമായ 16 ഫേജുകളുടെ ഒരു മിശ്രിതം അഥവാ കോക്ടെയ്ൽ.

ΦX174-ന് പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള ബാക്ടീരിയകളെ ഒന്നും ചെയ്യാൻ കഴിഞ്ഞില്ല. എന്നാൽ AI ഫേജുകളുടെ കോക്ടെയ്ൽ ആ പ്രതിരോധത്തെ അതിവേഗം തകർത്തു. അഞ്ച് റൗണ്ട് ആക്രമണങ്ങൾക്കുള്ളിൽ മൂന്ന് തരം പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള ബാക്ടീരിയകളെയും AI ഫേജുകൾ കീഴടക്കി. ആ കോക്ടെയ്ലിലെ വൈവിധ്യമാർന്ന ഫേജുകൾ പരസ്പരം ജനിതക ഭാഗങ്ങൾ കൈമാറ്റം ചെയ്തും (recombination) പുതിയ മ്യൂട്ടേഷനുകൾ നേടിയുമാണ് ഈ വിജയം കൈവരിച്ചത്. അതിവേഗം മാറുന്ന രോഗാണുക്കൾക്കെതിരെ പോരാടാൻ, ഇത്തരത്തിൽ വൈവിധ്യമാർന്ന ഫേജ് മിശ്രിതങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ AI-ക്ക് കഴിയുമെന്ന് ഈ പരീക്ഷണം തെളിയിച്ചു.

ഒരു കമ്പ്യൂട്ടർ പ്രോഗ്രാം പുതിയതും പ്രവർത്തനക്ഷമവുമായ ഒരു ജീവിയുടെ പൂർണ്ണമായ ജനിതക കോഡ് എഴുതുന്നത് ശാസ്ത്രത്തിന്റെ ചരിത്രത്തിലെ ഒരു പുതിയ അധ്യായമാണ്. ഇത് ഫേജ് തെറാപ്പിയിൽ മാത്രമല്ല, ബയോടെക്നോളജി, സിന്തറ്റിക് ബയോളജി തുടങ്ങിയ നിരവധി മേഖലകളിൽ വിപ്ലവകരമായ മാറ്റങ്ങൾക്ക് വഴിവെക്കും. ജീവന്റെ രഹസ്യങ്ങൾ പഠിക്കാനും രോഗങ്ങളെ ചെറുക്കാനും പ്രകൃതിയെ സംരക്ഷിക്കാനും നിർമ്മിതബുദ്ധി നമുക്ക് നൽകുന്ന അനന്തമായ സാധ്യതകളിലേക്കുള്ള ഒരു വാതിൽ മാത്രമാണിത്.

Dr. വി. സുരേഷ് കുട്ടി, ഗവ. വിക്ടോറിയ കോളേജ് , പാലക്കാട്.