MIT získává od ARPA-H až 52,9 milionu dolarů na návrh herbicidů pomocí generativní AI

MIT 10. listopadu 2026 oznámil, že povede projekt podpořený částkou až 52,9 milionu dolarů od ARPA-H, americké Agentury pro pokročilé výzkumné projekty v oblasti zdraví, jehož cílem je navrhovat bezpečnější herbicidy pomocí generativní AI a vyvíjet biologické systémy rozkládající zemědělské chemikálie.

Projekt s názvem Precision Learning for On-target Weed control (PLOW) spadá pod program ARPA-H Systems for Tracking and Resilience in Efficient Agricultural-input Management (STREAM). Hlavním řešitelem je Christopher Voigt, vedoucí katedry biologického inženýrství na MIT, přičemž MIT je hlavním příjemcem grantu. ARPA-H uvádí jako datum zahájení grantu 18. září 2026.

Proč je při regulaci plevelů potřeba nová chemie

Projekt se zaměřuje na rozpor v zemědělství USA. Každý rok se používá více než 1 miliarda liber herbicidů, aby se předešlo značným ztrátám na úrodě a umožnily regenerativní postupy chránící půdu. Opakované používání však některým plevelům umožnilo získat mutace způsobující odolnost. Výzvu dobře ilustruje glyfosát: hubí plevele tím, že narušuje činnost EPSP-syntázy, enzymu, který rostliny potřebují k tvorbě několika klíčových aminokyselin; v důsledku odolnosti je tento mechanismus méně účinný.

Dalším omezením při návrhu jsou obavy o zdraví. Expozice herbicidům může přispívat ke zvýšenému riziku rakoviny, metabolických a endokrinních poruch i dalších nepříznivých zdravotních následků, uvádí oznámení MIT. Zemědělští pracovníci mohou být vystaveni herbicidům při jejich častém používání, zatímco mnoho obyvatel USA se s malým množstvím těchto látek setkává prostřednictvím potravin a pitné vody. Výzkum proto vedle účinnosti při hubení plevelů zahrnuje mezi kritéria výběru kandidátních látek také škodlivost pro člověka a životní prostředí.

Dalším cílem je zajistit bezpečnost dodávek. Alternativy mají snížit závislost USA na dováženém fosforu, který je klíčovou složkou glyfosátu. Voigt uvedl, že souběh odolnosti plevelů a nejistoty v dodavatelských řetězcích prekurzorů by mohl zemi připravit o agrochemikálie, které jsou „naprosto nezbytné k dosažení vysokých výnosů a příznivých cen zemědělských produktů, jaké dnes Spojené státy mají“.

Generativní AI propojená s experimentálním screeningem

První výzkumná skupina projektu PLOW vytvoří modely navrhující buď chemické sloučeniny, nebo malé interferující RNA (siRNA), které mají narušit rostlinné enzymy, na něž cílí glyfosát a další herbicidy. Tuto práci povedou Connor Coley a Regina Barzilay z MIT a Alexander Tropsha z University of North Carolina. Modely mají optimalizovat kandidátní látky tak, aby byly levné na syntézu, měly nízké riziko vyvolání odolnosti a nízké riziko poškození zdraví lidí či životního prostředí, a zároveň byly účinné.

Tým očekává, že modely vygenerují miliardy možných kandidátních látek. Právě proto je zásadní další fáze: Angela Koehler z MIT a Jaime Cheah z Broad Institute povedou vysokokapacitní screening, který určí, které molekuly zasahují své cíle. Výsledky screeningu se poté vrátí výpočetní skupině, aby mohla modely zdokonalit. Vznikne tak opakovaný cyklus návrhu a testování, v němž se výstupy AI nepovažují za hotový herbicid.

Po zúžení souboru kandidátů bude třetí skupina hodnotit jednotlivé molekuly ve skleníkových studiích za různých zemědělských podmínek. Skupinu povedou Neal Stewart a Scott Lenaghan z University of Tennessee v Knoxville, Patrick Tranel z University of Illinois v Urbana-Champaign, Tim Willson z UNC a zakladatel a generální ředitel společnosti Robigo Andee Wallace. Očekává se, že první skleníkové testy počátečních kandidátů založených na interferenci RNA (RNAi) budou dokončeny do konce prvního roku programu.

Objevování nových látek doplněné jejich chemickým rozkladem

Projekt se zabývá také chemikáliemi, které se již používají. Výzkumníci v rámci PLOW plánují vytvořit živé mikrobiální systémy, v nichž upravené bakterie a houby přeměňují agrochemikálie a složky přípravků na biomasu dříve, než se tyto látky dostanou do potravin, půdy nebo vodních toků. Tento přístup má nabídnout škálovatelný způsob, jak omezit expozici lidí i životního prostředí.

Výzkum nových látek a jejich rozklad v rámci PLOW dohromady pokrývají dvě ze čtyř technických oblastí programového plánu STREAM: objevování herbicidů nové generace s pomocí AI a odstraňování či rozklad zemědělských chemikálií. Zbývající oblasti zahrnují přesnou a nechemickou regulaci plevelů, například laserovou ablaci a miniaturní autonomní odplevelovací stroje, a zdokonalené monitorování herbicidů a souvisejících chemikálií. Ministerstvo zdravotnictví a sociálních služeb USA zahájilo program STREAM 17. srpna 2026 s cílem chránit zemědělské pracovníky, spotřebitele a životní prostředí a současně zachovat výnosy plodin.

Projekt ukazuje, že přínos generativní AI musí obstát v náročném experimentálním ověření: rozsáhlá knihovna kandidátních látek je užitečná pouze tehdy, pokud screening a skleníkové studie určí molekuly, které fungují v zemědělských podmínkách a zároveň splňují požadavky na cenu, odolnost a bezpečnost. Výzkum rozkladu v rámci PLOW se zabývá druhou stranou problému a usiluje o omezení expozice stávajícím agrochemikáliím během vývoje nových alternativ.