Araştırmacılar, teknolojinin en ileri noktalarından biri olan yapay zeka (YZ) ile tasarlanan proteinlerin, biyolojik tehditleri tespit etmek için kullanılan güvenlik sistemlerinde yeni bir açık oluşturabileceğini ortaya koydu. Bu durum, gelecekteki potansiyel biyolojik tehlikeler açısından önemli bir uyarı niteliği taşıyor.
Günümüzde, biyolojik tehditler arasında virüs ve bakteriler gibi patojenlerin yanı sıra, örneğin 2003 yılında Beyaz Saray'a gönderilen risin gibi protein bazlı toksinler de yer alıyor. Bu tehditlerin temeli, DNA'nın RNA'ya ve ardından da proteinlere dönüşümü sürecine dayanıyor. Yıllardır, bu süreci başlatmak için gerekli olan DNA dizilerini çevrimiçi olarak çeşitli şirketlerden sipariş etmek mümkün.
Bu potansiyel tehlikeyi öngören hükümetler ve endüstri, her DNA siparişinde bir güvenlik taraması mekanizması oluşturdu. Bu sistem, sipariş edilen DNA dizilerinin toksin veya tehlikeli bir virüs kodlama potansiyeli olup olmadığını tarıyor. Tespit edilen olumsuz durumlar, incelenmek üzere insan kontrolüne yönlendiriliyor.
Geliştirilen bu tarama yazılımları ve tehdit listeleri, bilimsel araştırmalarla paralel olarak sürekli güncelleniyor. Başlangıçta DNA dizilerinin benzerliğine dayanan taramalar, zamanla aynı proteini kodlayabilen farklı DNA varyantlarını da tanıyacak şekilde geliştirildi.
Ancak, yeni araştırmalar bu güvenliğin de aşılabileceğini gösteriyor. Çünkü sadece farklı DNA dizileri aynı proteini kodlamakla kalmıyor; farklı proteinler de aynı işlevi görebiliyor. Örneğin, bir toksinin oluşması için proteinin doğru üç boyutlu yapıyı kazanması ve belirli amino asitlerin bir araya gelmesi gerekiyor. Bu kritik amino asitlerin dışındaki kısımlar ise esnek olabiliyor ve farklı amino asitlerle de aynı işlevi yerine getirebiliyor.
Geçmişte, bir protein dizisindeki hangi amino asit değişikliklerinin işlevselliği bozmadan tolere edilebileceğini anlamak, zaman alıcı ve maliyetli deneyler gerektiriyordu. Ancak şimdi, YZ destekli protein tasarım araçları sayesinde, uzak akraba dizilerin bile aynı şekle bürünebileceği ve aynı reaksiyonları katalize edebileceği öngörülebiliyor. Bu teknoloji, hala hata payı barındırsa da, oldukça etkileyici başarılar elde etmiş durumda.
Araştırmacılar bu gelişmeden yola çıkarak, YZ'nin mevcut bir toksini temel alarak, ancak mevcut tarama programları tarafından tespit edilemeyecek kadar farklı bir yapıda, aynı işlevi gören yeni proteinler tasarlayabileceği hipotezini test ettiler.
Sıfır Gün Açığı Benzeri Bir Durum
İlk testlerde, araştırmacılar YZ araçlarını kullanarak risin toksininin varyantlarını tasarladılar ve bu varyantları mevcut DNA sipariş tarama yazılımlarına karşı test ettiler. Sonuçlar, tehlikeli protein varyantlarının mevcut tarama yazılımlarından geçme riski olduğunu gösterdi. Bu durum, siber güvenlikteki 'sıfır gün' açığına benzetildi.
Bu potansiyel açığın ciddiyetini fark eden araştırmacılar, duruma siber güvenlik süreçlerinden ilham alarak yaklaştılar ve ilgili ulusal ve uluslararası makamlara bilgi verdiler. Detaylar, daha kapsamlı bir çalışma yapılana ve olası çözümler geliştirilip uygulanana kadar gizli tutuldu.
Bu çalışmanın ayrıntıları, geniş bir toksik protein yelpazesine uygulanan daha büyük bir analizle birlikte yayımlandı. 72 farklı toksinden yola çıkılarak, üç açık kaynaklı YZ paketi kullanılarak yaklaşık 75.000 potansiyel protein varyantı üretildi.
Üretilen bu varyantların birçoğunun işlevsiz olacağı öngörülüyor. İşlevsel olanları belirlemenin tek yolu proteinleri biyolojik olarak test etmek olsa da, 75.000 tasarımı bu şekilde test etmek pratik değil. Bu nedenle araştırmacılar, her bir tasarımın fiziksel yapısını ve amino asit dizilimini analiz eden yazılımsal araçlar kullandılar. Bu analizler, proteinlerin benzerliğini tahmin etse de, işlevsellikleri hakkında kesin bilgi vermiyor.
Ardından, 75.000 tasarımın DNA dizilimleri, potansiyel tehditleri tarayan yazılımlara aktarıldı. Bu testlerde, kullanılan dört farklı tarama programının bu varyant tasarımları tehdit olarak işaretleme yeteneklerinde büyük farklılıklar olduğu görüldü. Üç yazılım, bu bulgular doğrultusunda güncellenerek tehditleri tespit etme yeteneklerini önemli ölçüde artırdı.
Genel bir eğilim olarak, tasarlanan varyant proteinin orijinal toksine yapısal olarak ne kadar benzediği, tarama programlarının onu tehdit olarak işaretleme olasılığını artırdı. Yapısal olarak benzer olmayan varyantlar ise genellikle tehdit olarak algılanmadı.
Bu Bulgular Ne Anlama Geliyor?
Bu analizlerin, tahmin edilen yapılara dayandığını unutmamak önemlidir. Yapısal olarak benzer olmadığı düşünülen proteinlerin aktif toksin olma ihtimali düşük olsa da, tamamen işlevsiz oldukları anlamına gelmez. Bu grupta işlevsel proteinlerin nadir olacağı düşünülse de, sayıca az bile olsa bir avuç bulunma ihtimali göz ardı edilemez.
Güncellenmiş yazılımlarda bile, yapısal olarak 'çok benzer' olan varyantların yüzde 1 ila 3'ünün taramadan kaçabildiği görüldü. Bu oran, bir grup tarafından toksin sipariş etme girişiminde bulunulduğunda, dikkat çekmek için yeterli olacaktır. Çünkü etkili bir sonuç almak için bile onlarca sipariş vermek gerekecektir.
Dikkat çeken bir diğer bulgu ise, taramadan kaçan tasarımların çoğunlukla sınırlı sayıda toksin proteininin varyantları olmasıdır. Bu durum, tarama yazılımlarının genel bir sorunu olmaktan çok, belirli proteinlere odaklanmış küçük çaplı sorunlara işaret ediyor. Hatta bazı tarama yazılımlarının, kendisi doğrudan toksik olmayan ancak toksinin işlevi için gerekli olan bir 'yardımcı' proteini bile tehlikeli olarak işaretlemediği, dolayısıyla onun varyantlarını da göremediği belirtildi.
Tek başına bu çalışma, mevcut durumda büyük bir tehdit oluşturmasa da, tarama yazılımları geliştirenlerin gelecekteki tehditler hakkında düşünmelerini sağlaması açısından faydalıdır. Zira, YZ destekli protein tasarımı henüz başlangıç aşamasındadır ve önemli gelişmelerin yaşanması bekleniyor. Ayrıca, gelecekte YZ'nin mevcut tehditlerle benzerliği olmayan, tamamen yeni işlevlere sahip proteinler tasarlayabileceği ve bu proteinleri tespit etmenin imkansız hale gelebileceği bir noktaya gelme olasılığı da mevcut.
Özellikle protein bazlı toksinlerin tasarlanmasının karmaşık yapısı nedeniyle, YZ'nin şu anda bu düzeyde sofistike tasarımlar yapamayacağı düşünülse de, gelecekte bu yeteneğe ulaşabileceği ihtimali göz ardı edilmemelidir.
