בינה מלאכותית תתכנן לנו בקטריופאגים.

בתחילת אוגוסט 2026, בכתב העת Science, התפרסם מחקר משותף של עשרות חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד ומכון Arc, בהובלת סמואל קינג (King) ובראיין הי (Hie). הם תכננו בעזרת בינה מלאכותית כ-300 נגיפי חיידקים (בקטריופאגים) מלאכותיים. 16 מתוכם היו פעילים וקטלו בהצלחה חיידקי Escherichia coli. 

החוקרים נתנו לבינה המלאכותית את הרצף הגנטי והמידע הווירולוגי שיש על הבקטריופאג הקטן והקומפקטי  PhiX174 - הידוע כתוקף חיידקי E. coli, שאינם עמידים כלפיו.

PhiX174 הוא בקטריופאג בעל גנום DNA מעגלי חד-גדילי (ssDNA+) קטן במיוחד, באורך 5,386 נוקלאוטידים המקודדים ל-11 גנים (חלקם חופפים). הגנום ארוז בקפסיד איקוזהדרי שקוטרו כ-25 ננומטר, המורכב מ-60 עותקים של חלבון המעטפת (F) ו-60 עותקים של חלבון הזיזים (G) הנמצאים בקודקודי המבנה. בנוסף נמצאים בתוך הקפסיד 12 עותקים של החלבון H (החלבון המחדיר/המזריק DNA).  

מוקדים צלולים במרבד של חיידקי E. coli - כל אחד מהם כתוצאה מהדבקה בבקטריופאג (במקרה זה בקטריופאג "למדא"
צילום: דרור בר-ניר

חלבון G של הנגיף נצמד ל-LPS (ליפופוליסכריד) של החיידקים. בעקבות הקישור משתנה המבנה של חלבוני H והם יוצרים תעלה החודרת את הממברנה החיידקית ודרכה מוחדר ה-DNA הנגיפי החד-גדילי. אנזימי החיידק יוצרים גדיל משלים ל-DNA החד-גדילי הנגיפי,  וזה בתורו משמש גם כתבנית ליצירת גנומים חדשים של הנגיף  במנגנון המכונה מעגל מסתובב (Rolling Circle), וגם מתועתק ממנו ה-RNA המקודדים את חלבוני הנגיף וחלבוני פיגום (עזר) המסייעים בבניית הקפסידים החדשים. הגנומים נארזים בקפסידים החדשים וחלבון נגיפי המכונה E מונע סינתזה חדשה של דופן התא החיידקית וכתוצאה מכך מתפוצצים החיידקים ומתאפשרת יציאת הנגיפים הצאצאים מהתא. והמחזור יתחיל מחדש. 

לפני שמודל הבינה המלאכותית התבקש לתכנן נגיפים חדשים, המדענים הזינו לתוכו שני סוגי מידע: 

כחלק מ"אילוף" מוקדם, המודל פשוט "קרא" מאגרי ענק שהכילו מיליארדי רצפי DNA מוכרים מכלל עולם החי והנגיפים (שאינם כאלה...). כך "למד" המודל את ה"חוקים" וה"שפה" הגנטיים: אילו אותיות מתחברות נכון, כיצד נוצרים חלבונים יציבים, ואיך נראית מערכת גנטית פעילה. 

לקראת המשימה הספציפית, החוקרים הזינו למודל את הגנום והמבנה של הנגיף PhiX174 כנקודת ייחוס, יחד עם הגדרות ברורות: הנגיפים המלאכותיים חייבים להיות בגודל גנום דומה, ולכלול את כל 11 הגנים החיוניים של הנגיף, וגם לאפשר מנגנון חפיפת הגנים שבו אותה מחרוזת DNA מקודדת למספר חלבונים שונים. 

החוקרים גם דרשו שהחלבונים הנגיפיים יהיו שונים ברצפי החומצות האמיניות מחלבוני PhiX174, אבל שישמרו על המבנה המרחבי הדרוש לתפקודם. 

המודל "פלט" עשרות אלפי רצפים פוטנציאליים. החוקרים השתמשו באלגוריתמי סינון שקבעו את מדד ההתכנות שלו - עד כמה הרצף הסינתטי שנכתב "נשמע נגיפי" ומשתלב בהיגיון הגנטי שנלמד מאלפי גנומים של נגיפים.  האלגוריתם גם וידא שהגנום כולל את כל 11 הגנים החיוניים ושמנגנון חפיפת הגנים נשמר בצורה תקינה. זוהו גם אלמנטים חשובים של בקרת ביטוי של גנים, והאם גנום המתוכנן נראה "שלם" וחסר שגיאות קריטיות.  

302 הרצפים המובילים (כל אחד בנפרד) סונתזו באופן מלאכותי במעבדה. רצפים אלה הוחדרו בתהליך של אלקטרופורציה ("מכות חשמל", היוצרות חורים בממברנה) לחיידקי E. coli שהיו חסינים מפני הדבקה ל-PhiX174. 

מתוך 302 הרצפים נמצאו 16 (כ-5%) שהיו נגיפים פעילים שקטלו את החיידקים ששכפלו אותם, גרמו להם לליזיס (פיצוץ), יצאו מהם והדביקו את שהחיידקים השכנים - ויצרו מוקדים שקופים על מרבדי החיידקים.  - זה נחשב להישג מרשים מאוד בתחום הביולוגיה הסינתטית. 16 הנגיפים הפעילים הראו כושר שרידות (Fitness) מגוון:  חלקם היו חלשים מהזן הטבעי, אך שלושה מהם היו יעילים יותר מ-PhiX174. 

המחקר פותח את האפשרות הפוטנציאלית לטפל עם נגיפים (Phage Therapy) מלאכותיים כנגד חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה: במקום לחפש בטבע בקטריופאגים נדירים, ניתן יהיה לתכנן נגיפים מלאכותיים המותאמים אישית לחיסול אותם חיידקים פתוגניים.

ומה עוד?  ימים יגידו. 

לקריאה נוספת

המאמר המקורי  - ב-Science - מאוגוסט 2026

בקטריופאגים - לקטול חיידקים זו ההתמחות שלהם - בבלוג זה - מינואר 2008