Что такое PROTEUS
PROTEUS (PROTein Evolution Using Selection) — исследовательская система направленной эволюции, разработанная учёными Сиднейского университета и Института столетия (Centenary Institute). Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications 7 июля 2025 года. Авторы называют PROTEUS «биологическим искусственным интеллектом», однако это метафора: система не содержит нейросетей и не обрабатывает данные в цифровом смысле. Вместо этого она воспроизводит логику машинного обучения биологическими средствами — клетки перебирают миллионы вариантов молекул и «отбирают» наиболее функциональные.
Чем PROTEUS отличается от классической направленной эволюции
Направленная эволюция — лабораторный метод, имитирующий естественный отбор в ускоренном режиме. За его разработку в бактериальных системах Фрэнсис Арнольд получила Нобелевскую премию по химии 2018 года. Классический подход работает преимущественно в бактериях: учёные создают библиотеку мутантных вариантов белка, помещают их в бактериальные клетки и отбирают те варианты, которые лучше выполняют заданную функцию.
Проблема в том, что белки, предназначенные для работы в организме человека, в бактериальной клетке ведут себя иначе: другое сворачивание, другие посттрансляционные модификации, другое окружение. PROTEUS решает эту задачу, перенося весь цикл мутаций и отбора в клетки млекопитающих. По словам руководителя проекта профессора Грега Нили, это позволяет создавать молекулы, оптимизированные именно для работы в человеческих клетках.
Как устроена система
Главная техническая находка — использование химерных вирусоподобных частиц (VLP). Исследователи взяли внешнюю оболочку одного вируса и скомбинировали её с генетическим материалом другого. Такая конструкция из двух далёких вирусных семейств решает ключевую проблему: не позволяет системе «жульничать», то есть находить тривиальные решения, не отвечающие поставленной задаче.
Цикл работы выглядит так: в клетки вводятся библиотеки мутантных генов, кодирующих интересующий белок. Вирусоподобные частицы обеспечивают многократное копирование и мутагенез внутри клетки. Варианты, лучше справляющиеся с заданной функцией, получают селективное преимущество и становятся доминирующими, неудачные — исчезают. Процесс идёт параллельно во множестве клеток, что позволяет просеивать миллионы возможных последовательностей.
Демонстрации на белках и нанотелах
Команда продемонстрировала работу PROTEUS на двух типах задач. Первая — улучшение версии белка, управляющего активностью генов, чтобы он легче регулировался лекарственными препаратами. Вторая — создание нанотел (миниатюрных версий антител), способных детектировать повреждения ДНК — процесс, играющий ключевую роль в развитии рака. Авторы подчёркивают, что применимость системы не ограничивается этими примерами: PROTEUS потенциально подходит для оптимизации функций большинства белков и молекул.
Перспективы и ограничения
Авторы видят несколько направлений применения: улучшение технологий редактирования генов вроде CRISPR, тонкая настройка мРНК-препаратов для повышения их специфичности и эффективности, создание нового поколения ферментов и исследовательских инструментов. Система выложена в открытый доступ для исследовательского сообщества и уже прошла независимую валидацию в других лабораториях.
Вместе с тем следует понимать масштаб: все демонстрации выполнены в лабораторных условиях, на клеточных культурах. До практического применения в медицине предстоит пройти доклинические и клинические испытания, и утверждения о том, что система способна «разработать лекарство за недели», были бы преждевременным упрощением. PROTEUS ускоряет этап поиска и оптимизации молекул-кандидатов, но не заменяет последующие стадии разработки препарата.
Ведущий исследователь доктор Кристофер Денес отмечает: клетку можно запрограммировать на решение генетической задачи, не зная заранее ответа, и система будет непрерывно эволюционировать решения, позволяя учёным регулярно проверять, как именно она справляется с проблемой. Это не мышление в человеческом смысле, а мощный инструмент биологического перебора вариантов.
Технические детали публикации
Исследование выполнено в Центре Чарльза Перкинса Сиднейского университета при участии Института столетия. Первыми авторами статьи являются Александар Коул и Кристофер Денес, старшими авторами — Дэниел Хесселсон и Грег Нили. Авторы подали предварительную патентную заявку на технологию. Статья доступна в Nature Communications, исходные материалы PROTEUS выложены в открытый доступ.
Почему «биологический ИИ» — метафора
Называть PROTEUS «биологическим искусственным интеллектом» предложили сами авторы для привлечения внимания к аналогии: подобно тому как пользователь задаёт промпт языковой модели, исследователь задаёт клетке генетическую задачу и получает оптимизированное решение. Однако между PROTEUS и компьютерным ИИ есть фундаментальные различия. Клетка не обрабатывает данные цифрово, не обучается на датасетах и не генерирует текст. Механизм — чисто биологический: случайный мутагенез, селективное давление, экспоненциальное размножение удачных вариантов. Использование термина «ИИ» в данном контексте следует воспринимать как образное описание процесса решения задач без централизованного проектирования, а не как утверждение о наличии у клеток мышления или самосознания.
Место PROTEUS в более широком контексте
Читайте также: Какие современные методы применяют при лечении рака
Направленная эволюция в бактериях уже применяется в промышленности — например, для создания ферментов, используемых в производстве биотоплива и стиральных порошков. PROTEUS расширяет эту парадигму на клетки млекопитающих, открывая доступ к белкам и молекулам, которые требуют правильного сворачивания и модификаций, доступных только в эукариотических клетках. Если система подтвердит устойчивость в других лабораториях и для других классов молекул, она может стать стандартным инструментом в арсенале молекулярной биологии.