Un equipo de investigadores logró utilizar inteligencia artificial para diseñar genomas completos de nuevos bacteriófagos y demostrar posteriormente que algunos de ellos funcionan en el laboratorio, un avance que amplía las posibilidades de la biología generativa.
Los científicos emplearon Evo 2, un modelo de inteligencia artificial especializado en secuencias genéticas, para proponer nuevos genomas tomando como punto de partida el bacteriófago ΦX174, un virus pequeño que infecta bacterias.
A partir de las propuestas generadas por el sistema, los investigadores sintetizaron y probaron cerca de 300 diseños. Finalmente, 16 demostraron capacidad para propagarse e inhibir el crecimiento de las cepas bacterianas previstas.
No son virus que infecten humanos
Aunque el experimento ha sido descrito como la creación mediante IA de virus inexistentes previamente en la naturaleza, los organismos desarrollados son bacteriófagos.
Estos virus están especializados en infectar bacterias y los ensayos se realizaron contra cepas de Escherichia coli. El Arc Institute informó que los 16 diseños funcionales mostraron especificidad hacia las bacterias para las que habían sido concebidos y no afectaron las cepas no relacionadas evaluadas.
Por tanto, el trabajo no demuestra la creación de un nuevo virus capaz de infectar seres humanos.
La investigación representa, en cambio, una prueba de concepto de que un modelo generativo puede proponer un genoma viral completo y que parte de esos diseños pueden convertirse posteriormente en sistemas biológicos funcionales.
IA pasó de diseñar proteínas a genomas completos
Los modelos de inteligencia artificial ya habían demostrado capacidad para estudiar proteínas, identificar mutaciones y generar componentes biológicos.
El nuevo paso consiste en diseñar genomas completos, donde numerosos genes y elementos reguladores deben funcionar conjuntamente para que el organismo pueda replicarse.
Stanford explicó que Evo 2 generó los nuevos genomas a partir de información genética del bacteriófago ΦX174, cuyo genoma posee menos de 6,000 pares de bases y resulta considerablemente más sencillo que el de organismos más complejos.
Los investigadores seleccionaron posteriormente las propuestas más prometedoras para someterlas a comprobación experimental.
Potencial contra bacterias resistentes
Una de las aplicaciones que más interés genera es la denominada terapia con fagos.
Los bacteriófagos pueden atacar bacterias específicas y, en determinadas circunstancias, podrían convertirse en una herramienta complementaria para combatir microorganismos resistentes a los antibióticos.
Los investigadores comprobaron que una combinación de los 16 bacteriófagos diseñados mediante IA consiguió superar la resistencia de cepas de E. coli que habían desarrollado inmunidad frente al bacteriófago natural utilizado como referencia.
La diversidad genética de los fagos podría dificultar que una bacteria desarrolle simultáneamente mecanismos de defensa contra todos ellos.
No obstante, el resultado continúa siendo experimental y no significa que estas construcciones estén listas para utilizarse como medicamentos en seres humanos.
Una nueva vía para desarrollar terapias
El interés científico por los bacteriófagos ha aumentado debido al crecimiento mundial de las infecciones resistentes a los antibióticos.
Stanford participa actualmente en iniciativas dedicadas a estudiar terapias basadas en fagos contra bacterias difíciles de tratar, incluyendo microorganismos responsables de infecciones hospitalarias resistentes.
La posibilidad de generar múltiples fagos mediante inteligencia artificial podría acelerar la búsqueda de candidatos para tratamientos personalizados o combinaciones destinadas a atacar bacterias específicas.
Los científicos también consideran que las herramientas de diseño genético podrían utilizarse en el futuro para desarrollar microorganismos con aplicaciones en medicina, producción de sustancias químicas y otras áreas de la biotecnología.
El avance también abre un debate sobre bioseguridad
La capacidad de una inteligencia artificial para diseñar genomas completos ha generado interrogantes sobre los posibles riesgos asociados con herramientas biológicas cada vez más potentes.
Los responsables de Evo 2 reconocen que modelos más avanzados necesitarán mecanismos adicionales de seguridad y alineamiento a medida que aumenten sus capacidades.
En este experimento se adoptó una limitación importante: los virus que infectan células eucariotas fueron excluidos deliberadamente de parte del entrenamiento relacionado con esta capacidad, una decisión destinada a reducir el potencial del sistema para diseñar virus relevantes para seres humanos.
Las evaluaciones realizadas por el Arc Institute determinaron además que esa exclusión deterioró considerablemente el desempeño del modelo frente a proteínas de virus patógenos para humanos.
Una prueba de concepto, no una amenaza inmediata
El estudio demuestra que la inteligencia artificial ya puede intervenir en una etapa mucho más compleja de la ingeniería biológica: pasar de analizar información genética a proponer genomas completos que posteriormente pueden demostrar funcionalidad.
Sin embargo, el experimento fue realizado con un bacteriófago relativamente pequeño y con un rango de huéspedes restringido.
El propio Arc Institute señala que avanzar hacia genomas más grandes y organismos biológicamente más complejos representa un desafío considerablemente mayor.
El resultado abre así dos caminos paralelos: la posibilidad de desarrollar herramientas más rápidas para combatir bacterias resistentes y la necesidad de fortalecer simultáneamente las normas de bioseguridad aplicables a modelos de inteligencia artificial capaces de diseñar sistemas biológicos.
La investigación marca un nuevo paso en la convergencia entre inteligencia artificial y biología sintética, pero sus resultados deben entenderse dentro de sus límites: los científicos diseñaron bacteriófagos que atacan bacterias, no nuevos patógenos humanos.
