Preuve de concept pour le marquage numérique de protéines générées par l’IA tout en préservant leur fonction biologique.
Le 30 septembre 2026, Google a lancé SynthID Bio, une technologie de tatouage numérique appliquée à la biologie synthétique. SynthID Bio intègre une signature imperceptible directement dans le code biologique, garantissant ainsi la vérifiabilité du tatouage non seulement sur un modèle numérique, mais aussi sur la protéine physique synthétisée elle-même, tout en préservant sa fonction biologique lors des tests en laboratoire.
L’IA générative aide les scientifiques à relever des défis biologiques cruciaux, de la prédiction de la structure des protéines ( AlphaFold ) à la conception de protéines entièrement nouvelles ( AlphaProteo et ProteinMPNN ), et plus récemment, au développement de nouveaux bactériophages , des virus infectant les bactéries. Cependant, ces outils soulèvent également de nouveaux défis : les nouvelles conceptions d’IA peuvent contourner le criblage traditionnel par synthèse d’ADN, tandis que des structures 3D synthétiques mal étiquetées risquent de polluer les bases de données publiques et d’induire en erreur les recherches ultérieures.
Comment fonctionne SynthID Bio
SynthID Bio est une famille de méthodes de tatouage numérique développées spécifiquement pour la biologie synthétique afin de renforcer la biosécurité et l’intégrité scientifique.
Elle adapte son approche en fonction du type de données, en guidant subtilement le choix des acides aminés pour les séquences et en ajustant les coordonnées atomiques pour les structures 3D prédites, créant ainsi un signal fiable pour la détection.
Lors des expériences, ces modifications n’ont pas compromis la fonction biologique de la protéine, ce qui est essentiel pour traiter efficacement les maladies et faire progresser la recherche scientifique.
Visualisation de la structure prédite de notre protéine de liaison VEGF-A marquée d’un filigrane, le signal du filigrane étant indiqué par une couleur pour chaque acide aminé.
L’entreprise a vérifié son approche de marquage des liants de protéines, c’est-à-dire des molécules conçues pour se fixer sélectivement à d’autres protéines, en utilisant sa méthode de conception de liants AlphaProteo ainsi qu’une version SynthID Bio-enabled de ProteinMPNN, la méthode de génération de séquences protéiques couramment utilisée.
Lors de tests en laboratoire humide sur trois protéines cibles (VEGF-A, la protéine RBD de pointe du SARS-CoV-2 et PD-L1), nos conceptions marquées ont égalé le taux de réussite, l’affinité de liaison et la diversité de séquence naturelle des versions non marquées, créant ainsi avec succès les tout premiers liants de protéines marqués et biologiquement fonctionnels.
Affinité de liaison, mesurée en KD, comparant les structures protéiques avec et sans filigrane pour trois cibles. Plus la valeur est basse, plus la liaison est forte.
Pour le repliement des protéines, SynthID Bio affine une petite partie du réseau de diffusion d’AlphaFold 3, en intégrant la possibilité d’ajouter un marquage directement dans les poids du modèle. Ainsi, les coordonnées 3D prédites portent intrinsèquement une signature détectable, quel que soit l’utilisateur du modèle. SynthID Bio préserve la précision des prédictions d’AlphaFold 3 tout en offrant une détectabilité quasi parfaite, en conservant la distribution des caractéristiques structurales clés et en résistant au bruit numérique ou aux variations mineures de coordonnées.
Sur 7PPA, nous montrons la structure prédite par AF3 (à gauche), la structure de vérité terrain (au milieu) et la structure tatouée (à droite).
Renforcer la biosécurité et l’intégrité de l’information
La biosécurité repose sur une défense multicouche, comparable à un gruyère, où de multiples mesures de sécurité indépendantes agissent de concert pour pallier les failles des autres. Des mécanismes de protection tels que les mesures d’atténuation au niveau du modèle et la vérification des clients constituent autant de couches critiques présentant des lacunes potentielles. Dans le cadre de sa vision globale de la bio-résilience , l’approche de tatouage numérique de SynthID Bio représente une couche de vérification tangible et essentielle, intégrée à la conception biologique elle-même.
« SynthID Bio est un élément essentiel pour le suivi de la provenance des modèles biologiques », a déclaré Sarah Carter, experte en politiques de biosécurité et directrice de Science Policy Consulting, qui a examiné les travaux. « En associant les modèles à leurs concepteurs, ces marques permettent à ces derniers de privilégier la sécurité et aux fournisseurs de services de synthèse de simplifier le processus de sélection pour les clients ayant utilisé ces modèles. »
Cette couche est particulièrement cruciale pour le criblage de la synthèse d’ADN, un domaine de biosécurité fondamental. La conversion de modèles protéiques numériques en molécules physiques nécessite de passer commande auprès de fournisseurs de synthèse d’ADN, qui comparent les demandes à des bases de données de menaces connues.
Par exemple, par le passé, une séquence inconnue pouvait être considérée comme provenant d’un organisme naturel encore inconnu. Mais comme l’IA peut créer des séquences entièrement nouvelles, présentant peu de similitudes avec les dangers connus, cette hypothèse n’est plus valable. Vérifier qu’une commande inconnue ne constitue pas une menace artificielle exige des analyses manuelles exhaustives, susceptibles de ralentir des recherches essentielles.
SynthID Bio peut alors fournir un signal de vérification automatisé, attestant qu’une commande provient d’un modèle fiable doté de mécanismes de sécurité intégrés.
« L’IA élargit le champ des possibles pour les scientifiques, et les entreprises de synthèse d’ADN ont un rôle crucial à jouer pour que cette innovation se développe de manière responsable », a déclaré James Diggans, vice-président en charge des politiques et de la biosécurité chez Twist Bioscience, qui a donné son avis préliminaire sur l’article. « Pour Twist, le marquage numérique représente un nouvel outil prometteur en matière de biosécurité. Il pourrait renforcer le dépistage, concentrer les ressources sur les séquences nécessitant un examen plus approfondi et rendre la biosécurité plus efficace à mesure que la biologie conçue par l’IA progresse. »
De même, SynthID Bio pourrait contribuer à préserver l’intégrité de bases de données telles que la Protein Data Bank, UniProt et GenBank. Ces bases de données, dont beaucoup sont ouvertes aux contributions du public, jouent un rôle essentiel dans les progrès scientifiques. Cependant, des entrées mal étiquetées peuvent avoir un impact négatif considérable sur les décisions en matière de biosécurité , un défi qui risque de s’amplifier avec l’intégration de données biologiques générées par l’IA. Dans le cadre du processus de soumission, SynthID Bio pourrait contribuer à garantir que les entrées synthétiques sont correctement étiquetées ou signalées pour un examen plus approfondi.
Perspectives d’avenir
Bien qu’aucune mesure de biosécurité ne constitue une solution miracle, SynthID Bio applique SynthID , l’outil de marquage numérique éprouvé, à la biologie synthétique. Il s’agit d’une première étape importante vers l’identification et le suivi fiables des séquences et structures biologiques générées par l’IA.
À l’avenir, les principaux défis consistent à renforcer la robustesse du filigrane contre toute falsification délibérée. SynthID Bio peut également être associé à des approches de métadonnées de provenance – similaires au C2PA pour les médias numériques – ou à des référentiels centraux de données biologiques générées par l’IA afin de mieux identifier et suivre les protéines générées par l’IA.
Pour accompagner le développement des technologies d’IA de pointe, nous étudions également l’application du tatouage numérique à des objets biologiques plus complexes. En collaboration avec le laboratoire Hie de l’Université de Stanford et l’Arc Institute, nous avons intégré SynthID Bio à Evo 2, un modèle génomique avancé, afin de tatouer le génome d’un bactériophage conçu avec Evo 2.
Des tests préliminaires en laboratoire sur des cultures bactériennes ont confirmé la fonctionnalité de ces bactériophages tatoués. Nous pensons que ces travaux pourraient contribuer à atténuer certains risques de biosécurité liés à la conception de génomes et nous publierons prochainement un article technique présentant plus de détails.
Pour tirer pleinement parti des avantages de ces travaux en matière de biosécurité, une collaboration communautaire et des recherches complémentaires seront nécessaires. Dans le cadre de son engagement en faveur d’une innovation responsable, Google publie un article méthodologique , met à disposition en open source le code et les données in vitro , et partage les poids avec la communauté scientifique afin de développer ces travaux. En collaborant ouvertement avec des partenaires des domaines de la biosécurité, de la synthèse génique et des politiques publiques, Google estime pouvoir garantir que la sécurité et la responsabilité accompagnent les découvertes guidées par l’IA.
