Команда Google DeepMind объявила о разработке SynthIDBio — первой в мире системы, которая внедряет цифровой водяной знак прямо в аминокислотную последовательность белка, спроектированного искусственным интеллектом. По описанию разработчиков, такие метки не мешают функциям молекулы и остаются легко распознаваемыми при проверке, что, по их словам, может закрыть заметную брешь в биобезопасности, обсуждаемую экспертами почти год. Программно SynthIDBio пока тестируют на белках, спроектированных с помощью инструментов вроде ProteinMPNN, с акцентом на сохранение функциональности.

Угрозу подчеркивают не только возможности ИИ-конструкторов белков: помимо желательных свойств, например ферментов для переработки пластика, такие инструменты способны создавать токсичные белки или изменять вирусные белки. Существующие процедуры скрининга заказов на синтез ДНК опираются на базы известных угроз, однако для белков без природных аналогов они иногда оказываются бесполезными: система не умеет отличать потенциальное лекарство от биологического оружия.

Основа SynthIDBio — эволюция ранее существовавшей технологии SynthID, которая добавляла цифровую подпись в изображения и тексты. Адаптация к белкам оказалась трудной: белок состоит из 20 типов аминокислот, и даже единичная замена может разрушить его трёхмерную укладку и функцию. К тому же крупный белок имеет примерно 500 аминокислот, что меньше по количеству элементов, чем обычное изображение, поэтому спрятать сигнал здесь сложнее.

Механизм встроен в работу ProteinMPNN: на каждом шаге алгоритм предлагает варианты аминокислот, чтобы новая цепь сворачивалась в заданную форму. SynthIDBio учитывает криптографический ключ и прошлые выборы и на каждом этапе предлагает следующий вариант аминокислот. ProteinMPNN принимает предложение лишь в том случае, если выбранная аминокислота вписывается в структуру и не препятствует функции белка. По сути задача состоит в том, чтобы на всей длине цепи расставить «водяные» аминокислоты так, чтобы они оставались незаметными без нарушения работы молекулы.

Оценка водяного знака строится не как простой «да/нет», а как статистика: насколько часто в последовательности встречаются предписанные ключом аминокислоты. Испытания проведены на белках, которые связываются с несколькими природными мишенями, и версии с пометкой показали сопоставимую эффективность с неизменёнными аналогами. Среди ограничений — слишком короткие белки дают слабый сигнал, а внедрение меток может размыть сигнал при сочетании с природными образцами, например флуоресцентными белками. Также пока что система работает только с ProteinMPNN и подобными программами, которые перебирают аминокислоту за аминокислотой.

На практике SynthIDBio может оказаться полезной для фирм, занимающихся заказной синтезой ДНК: по полученной последовательности незнакомого белка они смогут проверить её с помощью доверенных ключей, выданных академическими учреждениями и крупными биотех-компаниями. Совпадение с ключом снимает подозрения; отсутствие метки на искусственно созданной ИИ-последовательности становится поводом для более тщательной проверки. Это не панацея от всех биог threat, но, по словам разработчиков, первый рабочий инструмент, позволяющий отделять явно безопасные заказы от потенциально опасных и концентрировать внимание на подозрительных случаях.