引用: 郭華仁 2025  用AI來輔助基因編輯其產品更應管理。觀點種子網20250208。
http://seed.agron.ntu.edu.tw/publication/article20250208.html

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AI來輔助基因編輯其產品更應管理


科技進展日新月異,基因編輯CRISPR-Case 9技術用來做出基改作物,在美國獲得上市許可還不到十年,現在更加入了生成式人工智慧(Generative artificial intelligence),不啻如虎添翼。不過,對人類的福祉有何影響呢?柏林「未來農業基金會(Foundation on Future Farming)」的網站Save Our Seeds最近發表論文提出警訊。

以下編譯自其論文: (簡版) Genetic Engineering and Generative AI: An Explosive Mix.  https://www.arc2020.eu/genetic-engineering-and-generative-ai-an-explosive-mix/
(全版) When Chatbots Breed New Plant Varieties: Generative Artificial Intelligence and New Genetic Engineering Techniques.
http://upd-sos.zs-intern.de/fileadmin/files/SOS/ai/SOS_When_chatbots_breed_new_plant_varieties.pdf

AI技術透過接觸大量現有資料集來「學習」,在各領域展現其驚人的應用可能,這當然包括各類生物的「語言」。

基因組學、轉錄組學和蛋白質組學的技術進展,為AI模型提供了大量訓練數據。例如:PlantMWpIDB數據庫(涵蓋342種植物的1,382萬個蛋白質序列)、PlantExp平台(85種植物共57.2兆鹼基的轉錄組數據)、PMhub (188,837種植物代謝物的化學特性)等。

因此跨國公司對那些生物「語言」有興趣了,這包括蛋白質模型(如Google的AlphaFold,可分析蛋白質結構)、DNA模型(如AgroNT,專門訓練植物基因組數據,有助於推出新品種)、RNA模型(目前主要應用於人體研究,但用於植物RNA分析也是指日可待),以及結合以上數據的多模態模型。

此等發展,農藥/基改公司當然馬上會採用,所以拜耳、先正達、BASF等跨國集團紛紛與專業AI企業合作,將AI納入基因工程部門,來提升開發新品種的效能。

科迪華農業科技(Corteva)使用Google的語言模型BigBird分析14種作物的基因組數據,以預測基因調控機制。

先正達(Syngenta)利用AI模型AgroNT來開發新型基因編輯性狀。

巴斯夫(BASF)與科迪華分別與具有AI專利技術的Tropic Biosciences合作,利用AI進行基因沉默計算技術(GEIGS-BioCompute)來提升作物抗病能力。

其他小公司也不落人後,例如美國生技公司Inari 利用AI預測啟動子突變對植物特性的影響,正開發矮化玉米品種,並已在比利時進行田間試驗。美國公司TreeCo透過AI工具分析21個基因對木材組成的影響,期能降低楊樹的木質素含量,加速造紙流程。

AI技術使得CRISPR基因編輯更高效,包括:
(1.) 優化靶點選擇:AI分析基因組數據,確定最佳編輯目標,以提升CRISPR的精準度;
(2.) 控制基因表達:傳統基因編輯主要用於關閉特定基因,而新技術可通過AI優化啟動子、增強子和上游可轉譯區(uORF)來調控基因表達,從而影響複雜的數量性狀(如作物產量);
(3.) 蛋白質再設計:例如透過AI優化蛋白質結構,開發高效碳固定酶Rubisco,提高植物的光合作用效率。

不過有得就有失,利用AI來進行基因編輯也帶來潛在風險,包括:
(1.) 黑箱效應:AI無法解釋其決策過程,增加基因編輯的不確定性;
(2.) 幻覺現象:AI可能生成錯誤或無法驗證的基因序列;
(3.) 數據偏差:AI訓練依賴於現有數據,若數據含有錯誤,則可能導致基因改造結果不可靠。

此外,AI的普及可能降低基因編輯的技術門檻,使非專業人士也可以進行基因改造。這會衝擊到基因編輯產品的管理。

目前美、日等若干國家對改變一個基因的基編產品(SDN1)視為非基因改造,因此不需審核,上市也不用標示;歐盟執委會稱之為NGT1,也擬放寬其管理。他們的理由是這些基編產品其基因組的改變很小,也可以由傳統育種做出來。然而包括法國食安主管機關ANSES在內,不少論文已否定這些講法(註1)。

現在AI加入基編,造成更大的可能風險,因此,放寬基編基改產品的管理是很不可取的。AI與基因工程的結合可能加劇監管漏洞,使不安全的植物產品流入市場。例如,研究人員可利用AI設計出產生高毒性化合物的作物,若不嚴加管理,這些作物可能無需經過安全測試即可上市。

為確保AI驅動基因改造產品的安全,以下的措施至關重要:
1. 維持嚴格監管:應要求所有AI設計的基因改造作物接受全面風險評估。
2. 強化可追溯性與可逆性:監測基因改造生物的影響,確保發現問題時能及時撤回。
3. 建立國際管控機制:防止高風險生物技術濫用,並對潛在生物安全威脅進行預防。
4. 推動獨立研究:應提供資金支持AI基因工程的風險研究,確保長期生態與健康安全。
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註1: https://www.facebook.com/warren.kuo.5/posts/pfbid02qENvvg9jrJbjUS9hVppYCxMfY
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