麻省理工学院的研究人员将领导一项最高5300万美元的研究项目，该项目由美国健康高级研究计划局（ARPA-H）通过其"农业投入高效管理追踪与韧性系统"（STREAM）计划拨款资助，旨在开发新一代除草剂，既能帮助农民，又能保护人类健康。

美国每年使用的除草剂超过10亿磅。除草剂通过防止杂草造成的严重作物损失来帮助农民，也支持了有利于保护土壤的再生农业实践，但一些杂草正逐渐对最常见的除草剂产生抗药性。

接触除草剂可能导致癌症、代谢和内分泌疾病及其他不良健康后果的风险增加。农场工人因频繁使用除草剂而面临较高暴露风险，但许多美国居民也会通过食物和饮用水少量接触这些化学物质。

麻省理工学院领导的研究团队将开发新的生成式AI工具，帮助发现更有效且充分考虑人类健康的除草剂替代品。这些替代方案还有助于减少美国对进口磷的依赖，磷是草甘膦这一主要除草剂的关键原料。

"草甘膦和阿特拉津等除草剂正面临真正的危机，因为抗药性突变正在出现，"麻省理工学院生物工程系主任克里斯托弗·沃伊特说。"如果把抗药性突变问题与除草剂前体供应链的国家安全问题结合起来看，我们可能会发现自己失去了这些对于实现美国目前所享有的高作物产量和经济价格至关重要的核心农用化学品。"

沃伊特是这个名为"精准学习靶向除草"（PLOW）项目的首席研究员。该团队预计还将包括来自麻省理工学院和哈佛大学博德研究所、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公司的研究人员。

研究人员被分为三个小组，分别处理项目的不同方面，与STREAM技术领域相对应。生成式AI小组将开发模型，预测能够干扰草甘膦和其他除草剂所靶向的同一植物酶的分子——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，植物需要这种酶来合成几种关键氨基酸。经过多年的除草剂使用，一些杂草已经开始获得基因突变，使其能够对这些除草剂产生抗药性，这降低了除草剂的效力，并对作物产量构成重大威胁。

"由于抗药性突变的出现，确实需要新型除草剂，"沃伊特说。"同时，人们也担忧除草剂可能对环境和人类产生的影响，因此找到制造除草剂的替代方法非常重要，而除草剂作为一大类分子，对农业而言至关重要。"

麻省理工学院领导的团队计划设计生成式AI模型，以预测有助于防止抗药性产生的分子。这些模型还将针对其他特性进行优化，如低合成成本、低抗药性诱导风险以及低人体危害和生态破坏风险。

开发这些AI模型的团队由麻省理工学院沃伦·K·刘易斯化学工程副教授康纳·科利、麻省理工学院工程学院AI与健康杰出教授雷吉娜·巴尔齐莱，以及北卡罗来纳大学埃舍尔曼药学院K·H·李讲席教授亚历山大·特罗普沙共同领导。

这些模型预计将生成数十亿种可能的候选分子，随后将由第二个研究团队进行测试。这个高通量筛选小组由麻省理工学院查尔斯·W和詹妮弗·C·约翰逊生物工程教授安吉拉·科赫勒，以及博德研究所治疗方法开发中心科学推广与协作筛选副主任杰米·奇亚共同领导。

"这些分子库将被筛选，既是为了找出命中靶点的分子，也是为了将所有筛选数据反馈给计算方法，以改进模型，"沃伊特说。

候选分子池缩小后，第三个团队的研究人员将开始进行温室研究，评估每种分子在不同农业条件下的表现。该团队由田纳西大学农业合成生物学中心联合主任尼尔·斯图尔特和斯科特·莱纳根、伊利诺伊大学汤姆和佩吉·安斯沃思作物科学教授帕特里克·特拉内尔、北卡罗来纳大学埃舍尔曼药学院哈罗德·科恩讲席教授蒂姆·威尔逊，以及2020届博士、Robigo公司首席执行官兼创始人安迪·华莱士共同领导。

首批初始RNAi候选分子的温室测试预计将在项目第一年结束前完成。

作为该项目的一部分，研究团队还将开发活体微生物系统，在农用化学品到达食物、土壤或水道之前将其降解。经过工程改造的细菌、真菌和小RNA将把化学物质及其配方成分转化为生物质，提供一种可扩展的策略，以减少环境和人类暴露风险。

这项研究由美国健康高级研究计划局（ARPA-H）资助，协议编号为140D042690030。文中观点和结论仅代表作者本人，不应被解读为代表美国政府的官方政策（无论明示或暗示）。