MIT 团队获 ARPA-H 最高 5300 万美元资助，用生成式 AI 研发新一代除草剂替代品

麻省理工学院的研究人员将牵头一项最高达5300万美元的研究工作，该工作由美国卫生高级研究计划局（ARPA-H）授予，属于其STREAM（高效农业投入品管理中的追踪与韧性系统）项目的一部分，旨在开发下一代除草剂，以帮助农民并保护人类健康。 

美国每年使用超过10亿磅除草剂。除草剂通过防止杂草造成重大作物损失来帮助农民，并且它们支持保护土壤的再生农业实践，但一些杂草正在对最常见的除草剂产生抗性。 

接触除草剂可能增加患癌症、代谢和内分泌紊乱以及其他不良健康结果的风险。农场工人可能因频繁使用除草剂而接触，但许多美国居民也通过食物和饮用水接触到少量这些化学物质。 

麻省理工学院领导的研究团队将开发新的生成式人工智能工具，以帮助他们发现更有效且考虑到人类健康而开发的除草剂替代品。此类替代品还可能有助于减少美国对进口磷的依赖，磷是主要除草剂草甘膦的关键成分。

“像草甘膦和莠去津这样的除草剂，由于正在出现的抗性突变，确实存在一场危机，”麻省理工学院生物工程系主任Christopher Voigt说。 “如果你将抗性突变与除草剂前体供应链的国家安全问题结合起来，我们可能会发现自己缺少这些核心农用化学品，而这些化学品对于美国目前实现高作物产量和经济价格绝对必不可少。”

Voigt是该项目的首席研究员，该项目名为“精准学习用于靶向杂草控制”（PLOW）。该团队预计还将包括来自麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所、北卡罗来纳大学教堂山分校、田纳西大学诺克斯维尔分校、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校以及Robigo的研究人员。

研究人员分为三个团队，将处理项目的不同方面，与STREAM技术领域保持一致。生成式人工智能小组将开发模型，能够预测破坏草甘膦和其他除草剂所靶向的相同植物酶的分子——无论是化合物还是小干扰RNA（siRNA）。

草甘膦通过干扰一种名为EPSP合酶的酶来杀死杂草，植物需要这种酶来产生几种关键氨基酸。经过多年的除草剂使用，一些杂草已开始获得基因突变，使它们对这些除草剂产生抗性，这降低了除草剂的有效性并对作物产量构成重大威胁。

“由于不断出现的抗性突变，确实需要新的除草剂，”Voigt说。“人们还担心除草剂可能对环境和人类产生影响，因此重要的是找到制造除草剂的替代方法，除草剂作为一类分子对农业确实至关重要。”

这支由麻省理工学院（MIT）领导的研究团队计划设计生成式人工智能模型，这些模型将能够预测有助于防止抗性产生的分子。这些模型还将针对其他特性进行优化，例如低合成成本、低诱导抗性风险，以及低伤害人类或造成生态破坏的风险。 

开发这些人工智能模型的团队由以下人员领导：MIT 化学工程 Warren K. Lewis 副教授 Connor Coley；MIT 工程学院人工智能与健康杰出教授 Regina Barzilay；以及北卡罗来纳大学 Eshelman 药学院 K.H. Lee 杰出教授 Alexander Tropsha。

这些模型预计将生成数十亿个可能的候选分子，随后将由第二个研究团队进行测试。这个高通量筛选团队将由以下人员领导：MIT 生物工程 Charles W. and Jennifer C. Johnson 教授 Angela Koehler，以及 Broad Institute 治疗开发中心科学外联与协作筛选副主任 Jaime Cheah。

“这些文库将被筛选，一方面用于识别那些命中靶标的分子，另一方面也将把所有筛选数据反馈给计算方法，以便改进它，”Voigt 说。

一旦候选分子池被缩小，第三个团队的研究人员将开始温室研究，以评估每种分子在不同农业条件下的表现。该团队将由以下人员领导：UTK 农业合成生物学中心联合主任 Neal Stewart 和 Scott Lenaghan；伊利诺伊大学作物科学 Tom and Peggy Ainsworth 教授 Patrick Tranel；北卡罗来纳大学 Eshelman 药学院 Harold Kohn 杰出教授 Tim Willson；以及 Robigo 首席执行官兼创始人、20 届博士 Andee Wallace。 

对初始 RNAi 候选分子的首批温室测试预计将在项目第一年年底前完成。

作为该项目的一部分，研究团队还将开发活性微生物系统，在农用化学品进入食品、土壤或水道之前将其降解。工程化细菌、真菌和 srRNA 将把化学品和制剂成分转化为生物质，提供一种可扩展的策略，以减少环境和人类暴露。

这项研究由美国卫生高级研究计划局（ARPA-H）资助，协议编号为 140D042690030。本文中的观点和结论仅代表作者本人，不应被解释为代表美国政府的官方政策，无论是明示还是暗示。