MIT nhận khoản tài trợ lên đến 52,9 triệu USD từ ARPA-H để thiết kế thuốc diệt cỏ bằng AI tạo sinh

Ngày 10 tháng 11 năm 2026, MIT thông báo rằng trường sẽ dẫn dắt một dự án được tài trợ tối đa 52,9 triệu USD từ ARPA-H, Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến về Y tế của Hoa Kỳ, nhằm thiết kế các loại thuốc diệt cỏ an toàn hơn bằng AI tạo sinh và phát triển các hệ thống sinh học có khả năng phân hủy hóa chất nông nghiệp.

Dự án có tên Precision Learning for On-target Weed control (PLOW), thuộc chương trình Systems for Tracking and Resilience in Efficient Agricultural-input Management (STREAM) của ARPA-H. Christopher Voigt, trưởng Khoa Kỹ thuật Sinh học của MIT, là điều tra viên chính; MIT giữ vai trò đơn vị nhận tài trợ chính. ARPA-H ghi ngày 18 tháng 9 năm 2026 là ngày bắt đầu khoản tài trợ.

Vì sao cần có hóa chất mới để kiểm soát cỏ dại

Dự án hướng đến giải quyết một mâu thuẫn trong nông nghiệp Hoa Kỳ. Mỗi năm, hơn 1 tỷ pound thuốc diệt cỏ được sử dụng để ngăn ngừa thất thoát mùa màng đáng kể và hỗ trợ các phương thức canh tác tái sinh nhằm bảo vệ đất, nhưng việc sử dụng lặp đi lặp lại đã khiến một số loài cỏ dại hình thành đột biến kháng thuốc. Glyphosate cho thấy rõ thách thức này: chất này diệt cỏ bằng cách cản trở EPSP synthase, một enzyme mà thực vật cần để sản xuất một số axit amin thiết yếu; tình trạng kháng thuốc khiến cơ chế đó kém hiệu quả hơn.

Các mối lo ngại về sức khỏe đặt ra thêm một yêu cầu trong thiết kế. Theo thông báo của MIT, việc tiếp xúc với thuốc diệt cỏ có thể góp phần làm tăng nguy cơ ung thư, rối loạn chuyển hóa và nội tiết, cùng các hậu quả bất lợi khác. Người lao động nông trại có thể tiếp xúc với thuốc do sử dụng thường xuyên, trong khi nhiều cư dân Hoa Kỳ tiếp xúc với một lượng nhỏ qua thực phẩm và nước uống. Vì vậy, bên cạnh khả năng diệt cỏ, nghiên cứu còn đưa tác hại đối với con người và hệ sinh thái vào các tiêu chí lựa chọn ứng viên.

An ninh nguồn cung là một mục tiêu khác. Các phương án thay thế nhằm giảm sự phụ thuộc của Hoa Kỳ vào phốt pho nhập khẩu, một thành phần thiết yếu của glyphosate. Voigt cho biết sự kết hợp giữa tình trạng kháng thuốc và chuỗi cung ứng nguyên liệu đầu vào thiếu ổn định có thể khiến đất nước không còn các hóa chất nông nghiệp “tuyệt đối thiết yếu để đạt được năng suất cây trồng cao và mức giá hợp lý như Hoa Kỳ hiện có”.

Kết hợp AI tạo sinh với sàng lọc thực nghiệm

Nhóm nghiên cứu đầu tiên của PLOW sẽ xây dựng các mô hình đề xuất hợp chất hóa học hoặc phân tử RNA can thiệp nhỏ (siRNA) nhằm phá vỡ các enzyme thực vật bị glyphosate và những thuốc diệt cỏ khác nhắm đến. Connor Coley và Regina Barzilay của MIT cùng Alexander Tropsha của University of North Carolina phụ trách công việc này. Các mô hình được thiết kế để tối ưu hóa ứng viên theo các tiêu chí: chi phí tổng hợp thấp, nguy cơ gây kháng thuốc thấp, nguy cơ gây hại cho con người hoặc tổn hại hệ sinh thái thấp, đồng thời vẫn đạt hiệu quả.

Nhóm nghiên cứu dự kiến các mô hình sẽ tạo ra hàng tỷ ứng viên khả dĩ. Quy mô đó khiến giai đoạn tiếp theo trở nên then chốt: Angela Koehler của MIT và Jaime Cheah của Broad Institute sẽ phụ trách sàng lọc thông lượng cao để xác định những phân tử gắn với mục tiêu của chúng. Dữ liệu sàng lọc sau đó sẽ được chuyển lại cho nhóm tính toán để cải thiện các mô hình, tạo thành một chu trình thiết kế và thử nghiệm lặp lại thay vì xem đầu ra của AI là một loại thuốc diệt cỏ hoàn chỉnh.

Sau khi thu hẹp các nhóm ứng viên, nhóm thứ ba sẽ đánh giá từng phân tử trong những điều kiện nông nghiệp khác nhau qua các nghiên cứu trong nhà kính. Nhóm này do Neal Stewart và Scott Lenaghan thuộc University of Tennessee at Knoxville, Patrick Tranel thuộc University of Illinois at Urbana-Champaign, Tim Willson thuộc UNC, cùng nhà sáng lập kiêm CEO của Robigo, Andee Wallace, phụ trách. Các thử nghiệm trong nhà kính đầu tiên với những ứng viên ban đầu dựa trên cơ chế can thiệp RNA (RNAi) dự kiến sẽ hoàn tất vào cuối năm đầu tiên của chương trình.

Kết hợp nghiên cứu tìm kiếm với phân hủy hóa chất

Dự án cũng giải quyết vấn đề các hóa chất đang được sử dụng. Các nhà nghiên cứu của PLOW dự định tạo ra những hệ thống vi sinh vật sống, trong đó vi khuẩn và nấm được biến đổi sẽ chuyển hóa hóa chất nông nghiệp cùng các thành phần trong chế phẩm thành sinh khối trước khi những chất này xâm nhập vào thực phẩm, đất hoặc đường thủy. Phương pháp này nhằm cung cấp một cách thức có thể mở rộng quy mô để giảm mức độ phơi nhiễm của môi trường và con người.

Xét tổng thể, các nghiên cứu tìm kiếm và phân hủy của PLOW phù hợp với hai trong bốn lĩnh vực kỹ thuật trong kế hoạch chương trình STREAM: tìm kiếm thuốc diệt cỏ thế hệ mới có AI hỗ trợ và loại bỏ hoặc phân hủy hóa chất nông nghiệp. Hai lĩnh vực còn lại tập trung vào kiểm soát cỏ dại chính xác và không dùng hóa chất, trong đó có xử lý bằng laser và máy làm cỏ tự hành cỡ nhỏ, cũng như cải thiện việc giám sát thuốc diệt cỏ và các hóa chất liên quan. Bộ Y tế và Dịch vụ Nhân sinh Hoa Kỳ khởi động STREAM vào ngày 17 tháng 8 năm 2026, với mục tiêu bảo vệ người lao động nông trại, người tiêu dùng và môi trường, đồng thời duy trì năng suất cây trồng.

Khoản tài trợ gắn giá trị của AI tạo sinh với một phép thử thực nghiệm đầy thách thức: thư viện ứng viên quy mô lớn chỉ hữu ích nếu các nghiên cứu sàng lọc và trong nhà kính tìm ra những phân tử hoạt động hiệu quả trong điều kiện nông nghiệp, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về chi phí, tình trạng kháng thuốc và an toàn. Nghiên cứu phân hủy của PLOW giải quyết mặt còn lại của vấn đề, hướng đến giảm mức độ phơi nhiễm với các hóa chất nông nghiệp hiện có trong khi phát triển những phương án thay thế mới.