کشف آنزیم جدید توسط ارتش کلود؛ انقلاب واقعی در زیست‌شناسی یا یک ادعای پر سر و صدا؟

هفته گذشته مدل هوش مصنوعی کلود از شرکت آنتروپیک (Anthropic) با کشف یک سیستم آنزیمی کاملاً ناشناخته که پای علم تا به حال به آن نرسیده بود، حسابی سروصدا به پا کرد. چنین اتفاقاتی هر روز نمی‌افتد و آنتروپیک هم به شدت به این هنرنمایی هوش مصنوعی خود افتخار می‌کند. اما سوال اصلی اینجاست: آیا این کشف آنتروپیک فقط یک هایپ تبلیغاتی بزرگ است یا واقعاً با یک انقلاب تازه در پژوهش‌های زیست‌شناسی طرف هستیم؟

سیستمی که از آن صحبت می‌کنیم، نوعی آنزیم شبیه به قیچی ژنتیکی کریسپر (CRISPR) است؛ آنزیمی که کلود موقع شخم زدن و بررسی حدود ۲۰۰ هزار نمونه ترانس‌کریپتاز معکوس پیدایش کرد. انجام دادن همین حجم از پژوهش برای دانشمندان انسانی ماه‌ها زمان می‌برد، به همین خاطر همه دارند سرعت سرسام‌آور کلود و اینکه توانسته به نتیجه‌ای واقعاً ارزشمند برسد را تحسین می‌کنند.

آنتروپیک می‌گوید نقش انسان‌ها در این پروژه فقط به نوشتن پرامپت‌ها و انجام کارهای آزمایشگاهی محدود بوده و در عمل، ۹۵۰ ایجنت هوش مصنوعی دیتابیس‌های عمومی را زیر و رو کردند تا این پدیده خاص را پیدا کنند. پیدا کردن این آنزیم برای هوش مصنوعی کلاً حدود ۲۱ ساعت طول کشید و بعد از آن هم دانشمندان تایید کردند که با یک آنزیم کاملاً نوظهور طرفیم؛ یعنی چیزی که علم پزشکی قبلاً مشابه‌اش را ثبت نکرده بود. 

فنگ ژانگ (Feng Zhang)، استاد دانشگاه MIT و موسسه برود، در بیانیه‌ای گفت: «این یک نمونه هیجان‌انگیز از نحوه مشارکت ایجنت‌های هوش مصنوعی در کشفیات زیست‌شناسی است. شناسایی آرایه‌های تکرارشونده RNA متصل به ترانس‌کریپتازهای معکوس واقعاً جذاب است و ارزش بررسی‌های بسیار عمیق‌تر را دارد.»

فناوری کریسپر (CRISPR) اصلاً چیست؟

اینجا با اصطلاحات علمی و سنگین زیادی روبه‌رو هستیم، پس بیایید کمی ترمز را بکشیم و ببینیم ماجرا از چه قرار است. کریسپر (CRISPR) در واقع یک سیستم دفاعی درون باکتری‌هاست که برای مبارزه با عفونت‌های ویروسی به کار می‌رود. بله درست خواندید، باکتری‌ها هم مثل ما ممکن است مریض شوند! 

روند کار این‌طوری است که وقتی یک باکتری از حمله یک ویروس جان سالم به در می‌برد، یک تکه کوچک از DNA آن ویروس را درون ژنوم خودش کپی می‌کند؛ این کتابخانه از قطعات ویروسی نسل به نسل ذخیره می‌شود. بعدها هر وقت ویروسی به باکتری حمله کند، باکتری یک RNA مجهز به همان قطعه ویروسی را فرا می‌خواند. این RNA مثل نقشه راه عمل می‌کند و یک پروتئین برش‌دهنده را مستقیم به سمت DNA ویروس می‌برد تا آن را از نقاط مشخص قیچی کند و مانع تکثیرش شود؛ به این ترتیب عفونت نابود می‌شود. کریسپر یعنی کل این فرآیند از اول تا آخر. 

پژوهشگران در سال ۱۹۸۷ کریسپر را کشف کردند و کم‌کم فهمیدند می‌توانند از همین سیستم برای ژن‌درمانی استفاده کنند؛ یعنی با روشی شبیه به کریسپر، بخش‌های آسیب‌دیده یا جهش‌یافته DNA را از موجودات زنده جدا کرده و ژن سالم را جایگزین کنند. نزدیک به ۴۰ سال زمان برد، اما در نهایت اولین داروی مبتنی بر کریسپر در سال ۲۰۲۳ در بریتانیا و در سال ۲۰۲۴ توسط سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) تایید شد. 

ترانس‌کریپتاز معکوس چیست؟

اصطلاح دیگری که باید بشناسید، ترانس‌کریپتاز معکوس (Reverse Transcriptase) است. این ماده در واقع نوعی آنزیم در بعضی موجودات زنده است که از RNA به عنوان الگو برای ساخت DNA استفاده می‌کند. این مسیر دقیقاً برعکس جریان عادی حیات است (که در آن همیشه DNA الگوی ساخت RNA می‌شود)، به همین خاطر نام و دسته‌بندی خاص خودش را دارد. 

این ویژگی شناسه اصلی بسیاری از ویروس‌ها از جمله ویروس HIV است. پی بردن دانشمندان به این نکته که HIV برای تکثیر از همین آنزیم ترانس‌کریپتاز معکوس استفاده می‌کند، کمک کرد اولین داروهای مهارکننده آن ساخته شوند؛ دانشی که امروزه باعث شده بیماری ایدز دیگر یک حکم قطعی مرگ به حساب نیاید. 

البته برعکس کریسپر، آنزیم‌های ترانس‌کریپتاز معکوس به جز ویروس‌ها در انواع ارگانیسم‌های دیگر هم پیدا می‌شوند. 

دقیقاً کلود چه چیزی پیدا کرده است؟

یکی از ویژگی‌های مهم کریسپر داشتن قطعات تکرارشونده DNA است؛ یعنی همان نشانه کلیدی که به دانشمندان کمک کرد این سیستم را کشف کنند. در طول دهه‌های گذشته، دانشمندان کریسپر را فقط درون باکتری‌ها و آرکیاها (موجودات تک‌سلولی جدا از باکتری‌ها و سایر میکروب‌ها) دیده بودند. 

اهمیت ماجرا اینجاست که ارتش بات‌های کلود دقیقاً به ساختاری مشابه دست پیدا کرده‌اند. 

یکی از نمایندگان شرکت Profluent (آزمایشگاه هوش مصنوعی که اولین ابزار ویرایش ژن ساخته‌شده توسط هوش مصنوعی با نام OpenCRISPR-1 را توسعه داده) در این باره گفت: «چیزی که کلود کشف کرد، نوع دیگری از پروتئین به نام ترانس‌کریپتاز معکوس است که کنار رشته‌ای طولانی از DNA تکرارشونده نشسته؛ ساختاری که شباهت فوق‌العاده زیادی به چیدمان کریسپر دارد. البته خود این ترانس‌کریپتاز معکوس قبلاً دیده شده بود، اما آرایه کناری آن و پروتئین همراه‌اش چیزی است که آنتروپیک برای اولین بار به اشتراک گذاشته است.»

این آنزیم در یک باکتریوفاژ پیدا شده؛ ویروسی که به طور اختصاصی به باکتری‌ها حمله می‌کند. ویروس‌هایی که چنین ژنوم‌های بزرگ DNA دارند معمولاً به عنوان فاژهای غول‌پیکر (Jumbo Phages) شناخته می‌شوند. آنتروپیک نام این سیستم تازه را «ترانس‌کریپتازهای معکوس متصل به آرایه» یا به اختصار ART گذاشته است. 

این کشف چقدر اهمیت دارد؟

حالا می‌رسیم به بحث اصلی. کریسپر یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای علمی تاریخ معاصر است و توانایی بازنویسی DNA، درهای بسیار زیادی را در علم پزشکی باز کرده است. بنابراین کشف سیستمی شبیه به کریسپر توسط آنتروپیک قطعاً لایق توجه و بحث است.

اما اینجا دو مانع بزرگ داریم: اول اینکه دانشمندان حدود ۲۰ سال زمان صرف کردند تا اصلاً بفهمند کریسپر چطور کار می‌کند و نزدیک به دو دهه دیگر هم طول کشید تا اولین داروی آن ساخته شود. این یعنی شاید سال‌ها زمان ببرد تا بفهمیم آیا این کشف کلود به درد دنیای واقعی می‌خورد یا نه. 

بانی برگر (Bonnie Berger)، مدیر گروه محاسبات و زیست‌شناسی در آزمایشگاه هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر دانشگاه MIT (CSAIL)، در گفت‌وگویی پیرامون این موضوع توضیح داد: «دانشمندان کم‌وبیش به طور مداوم الگوهای توالی جالب پیدا می‌کنند. گره اصلی ماجرا اینجاست که بعد از کشف، باید عملکرد و هدف این سیستم‌ها را از طریق تحلیل‌های عمیق‌تر، دانش تخصصی زیست‌شناسی و آزمایش‌های هدفمند آزمایشگاهی اثبات کرد.»

جالب اینجاست که خود آنتروپیک هم هیچ توهمی در این مورد ندارد.

آنتروپیک در بیانیه‌ای اعلام کرد: «تلاش‌های ما برای درک کاربرد اصلی سیستم‌های ART همچنان ادامه دارد. با این حال فکر کردیم به اشتراک گذاشتن زودهنگام این نتایج هم برای نمایش قدرت و توانایی‌های کلود و هم برای اینکه جامعه علمی از پژوهش‌های در حال انجام ما باخبر شود، کار درستی است.»

مشکل دوم اما جنجالی‌تر است: گروه دیگری از دانشمندان ادعا می‌کنند که این آنزیم را قبلاً کشف کرده بودند! ماریو رودریگز مستره (Mario Rodríguez Mestre)، زیست‌شناس محاسباتی در دانشگاه کپنهاگ، اعلام کرد که تیم او همین آنزیم را در سال ۲۰۲۲ کشف کرده بود. 

مستره در این باره گفت: «این دقیقاً همان سیستمی است که ما سال‌ها رویش کار می‌کردیم.» او به یک پتنت ثبت‌شده اشاره می‌کند که شامل همین پژوهش است و نام خودش هم به عنوان یکی از مخترعان در آن ثبت شده است. 

آنتروپیک اعلام کرده که از وجود چنین پژوهش و پتنتی کاملاً بی‌خبر بوده است.

بالاخره این یک برد برای هوش مصنوعی است یا نه؟

تنها چیزی که کل جامعه علمی بر سرش توافق دارند این است که سرعت کشف این آنزیم توسط هوش مصنوعی واقعاً شگفت‌انگیز است. آنتروپیک می‌گوید پیدا کردن این سوزن در انبار کاه اطلاعات زیستی برای انسان‌ها هفته‌ها یا حتی ماه‌ها زمان می‌برد؛ ارزیابی که تمامی کارشناسان و متخصصان زیست‌شناسی هم آن را تایید می‌کنند. 

برگر می‌گوید: «ما هنوز حتی سطح سیستم‌های بیولوژیکی موجود در گونه‌هایی غیر از چند موجود زنده مدل را هم به سختی خراش داده‌ایم؛ بنابراین بسیاری از دانشمندان برجسته ممکن است تمام طول دوران حرفه‌ای خود را صرف بررسی الگوهای جالب کنند، بدون اینکه هیچ‌وقت به این الگو برسند.»

بر کسی پوشیده نیست که هوش مصنوعی طی سال‌های اخیر دسته‌گل‌های زیادی هم به آب داده است؛ در وکالت فاجعه است، به عنوان یک دوست صمیمی از آن هم بدتر عمل می‌کند و تولیداتش در شبکه‌های اجتماعی هم معمولاً به محتوای بی‌ارزش تعبیر می‌شود. 

اما در این ماجرا قضیه کاملاً فرق دارد. اینکه آنتروپیک توانسته با استفاده از کلود، سیستم ART را ظرف ۲۱ ساعت شناسایی کند، به مراتب سریع‌تر از هر پژوهشگر انسانی است؛ مگر اینکه انسان‌ها شانس فوق‌العاده خارق‌العاده‌ای می‌آوردند! اگر آنتروپیک و رقبایش بتوانند این موفقیت را پشت سر هم تکرار کنند، هوش مصنوعی می‌تواند مهارت جدیدی به لیست بسیار کوتاه کارهایی که واقعاً در آن‌ها بی‌نقص است اضافه کند. با این حال برگر هشدار می‌دهد که تحقیقات سرسری و اتکای خام به هوش مصنوعی می‌تواند باعث «حجم انبوهی از یافته‌های مشاهده‌ای کم‌ارزش شود که جلوی تحقیقات مهم و هدفمند برای درمان بیماری‌ها را بگیرد.»

از طرفی، مستره و تیمش اصلاً به این ماجرا خوش‌بین نیستند. آن‌ها می‌گویند هنوز مطمئن نیستند که آیا کلود این آنزیم‌های ناشناخته را به صورت مستقل پیدا کرده، یا اینکه این بات بر روی گنجینه‌ای از مقالات منتشرنشده این دانشمندان آموزش دیده؛ مقالاتی که دانشمندان طی این سال‌ها برای کمک گرفتن در تحقیقاتشان مدام درون چت کلود آپلود می‌کردند! مسلماً چنین داده‌هایی می‌توانسته مثل یک ردیاب مستقیم کلود را به سمت همان آنزیم هدایت کند.

مستره می‌گوید: «البته تصادف هم ممکن است رخ دهد.» با این حال، او و تیمش پروژه‌های مشترک خود با کلود را متوقف کرده و به سراغ مدل‌های دیگر رفته‌اند. البته گزینه‌های جایگزین هم کم است، چون پیشتر شرکت OpenAI هم در حل مسئله هزاره ناویر-استوکس با اتهام مشابهی روبه‌رو شده بود و نتوانست اثبات کند که مدلش با داده‌های ریاضی‌دانان اصلی آن آموزش ندیده است.

در نتیجه، آنتروپیک برای اینکه بتواند جایزه نوبل زیست‌شناسی را به خانه ببرد، همه بیماری‌های روی زمین را درمان کند یا حتی یک پیروزی بی‌حاشیه و تمیز برای کلود ثبت کند، باید هنوز کمی بیشتر صبر کند.