Aunque abre nuevas posibilidades para combatir la resistencia bacteriana, también genera preocupaciones sobre el uso de esta tecnología
Por primera vez, un sistema de Inteligencia Artificial (IA) creó una serie de virus biológicos, capaces de infectar y eliminar determinados tipos de bacterias, en un avance que abre nuevas posibilidades para combatir la resistencia bacteriana, aunque también plantea inquietudes sobre el posible uso indebido de esta tecnología para diseñar “armas biológicas”.
Desde hace años, la ciencia puede sintetizar virus desde cero, que suelen emplearse para desarrollar y evaluar drogas antivirales y vacunas, además de ampliar el conocimiento sobre el comportamiento de estos microorganismos, pero pese a ello, la producción de estos genomas virales, se basó en la reproducción de patógenos o variantes ya conocidas.
En contraste, ahora un nuevo estudio que realizaron científicos de la Universidad de Stanford y del Arc Institute, logró que una IA diseñara virus simples, funcionales y nunca vistos a partir de información contenida en las secuencias genéticas de millones de animales, plantas, microbios, bacterias y virus presentes en la naturaleza, para lo que los investigadores, trabajaron con bacteriófagos, microorganismos caracterizados por poseer genomas relativamente pequeños, además de ser fáciles de sintetizar y manipular en condiciones controladas.
Estos virus, infectan solo bacterias, por lo que representan una herramienta con enorme potencial biotecnológico y una alternativa prometedora a los antibióticos para combatir infecciones bacterianas resistentes.
La creación de estos virus, se basó en Evo 1 y Evo 2, modelos fundacionales de IA desarrollados para aplicaciones de biología computacional y ambos algoritmos fueron entrenados con millones de genomas de todos los dominios de la vida, para identificar y aprender patrones evolutivos complejos, entre ellos la manera en que los genes suelen organizarse, las secuencias que permanecen conservadas y las restricciones biológicas que permiten que un organismo siga siendo funcional.
El diseño experimental, tomó como referencia al bacteriófago Phi X-174, capaz de infectar a la bacteria Escherichia coli (E. coli), para utilizarlo solo como guía y que los algoritmos, generaran miles de genomas completamente nuevos con una arquitectura genética compatible con la infección de la bacteria.
En otras palabras, los virus derivados de los genomas creados por la IA conservaban la organización funcional indispensable para reconocer a la bacteria, introducir su ADN, replicarlo, producir nuevas partículas virales y ensamblarlas correctamente, aunque las secuencias específicas de ADN, diferían de manera considerable de las observadas en los bacteriófagos presentes en la naturaleza.
Dieciséis nuevos virus creados por una IA: luego, los científicos evaluaron los genomas generados por la IA para seleccionar aquellos con mayores probabilidades de ser funcionales, según la organización de los genes, la presencia de elementos reguladores y otros criterios inspirados en la biología del bacteriófago Phi X-174.
Esta selección dio como resultado una muestra de 300 genomas, que fueron sintetizados artificialmente molécula por molécula en el laboratorio y luego, se introdujeron en bacterias E. coli con el propósito de comprobar si eran capaces de producir virus funcionales.
De los 300 genomas sintetizados, “solo 16 dieron origen a bacteriófagos completamente funcionales”, con secuencias inéditas, genes diferentes, nuevos elementos reguladores e incluso tamaños de genoma variables y el comportamiento de estos virus también mostró diferencias: mientras algunos infectaban a las bacterias con mayor rapidez, otros presentaban distintas capacidades para multiplicarse.
La investigación, publicada en la revista Science, también evaluó la capacidad de los bacteriófagos generados mediante IA para combatir bacterias resistentes en un experimento que consistió en exponer una mezcla de fagos diseñados por IA y otra integrada por fagos naturales similares a Phi X-174 frente a cepas de E. coli que ya habían desarrollado resistencia a dicho virus.
Los resultados, mostraron que los virus creados por la IA “lograron superar rápidamente la resistencia bacteriana y establecer la infección” y según los autores, este hallazgo “demuestra un camino hacia terapias con fagos generadas por inteligencia artificial contra patógenos bacterianos de rápida evolución”.
Las dos caras del hito: el descubrimiento, abre nuevas posibilidades para enfrentar el creciente problema de la resistencia bacteriana y según los investigadores, este enfoque podría facilitar el desarrollo de tratamientos personalizados capaces de evolucionar casi al mismo ritmo que los propios patógenos.
"Nuestros resultados demuestran que los modelos generativos capturan las restricciones evolutivas presentes en las secuencias de ADN con la fidelidad suficiente para producir genomas completos de bacteriófagos, distintos de los observados en la naturaleza y con características predefinidas” explican los autores.
“Nuestro enfoque amplía las posibilidades de la genómica sintética, junto con métodos como la evolución dirigida y la ingeniería racional; abre el camino para generar terapias con fagos adaptativas y resistentes contra patógenos de rápida evolución y sienta las bases para el diseño generativo de genomas más grandes y complejos", concluyen los investigadores.
Alertas: como sucede con otras acciones de la IA, aunque esto representa un avance significativo para la biomedicina molecular, también despertó preocupaciones sobre el posible uso malicioso de esta tecnología para desarrollar, por ejemplo, nuevas enfermedades, sustancias altamente tóxicas o patógenos con la capacidad de desencadenar una nueva pandemia.
Moritz Hanke, investigador del Centro Johns Hopkins para la Seguridad Sanitaria, sostiene que en la aactualidad, no existen salvaguardas capaces de impedir de manera eficaz la creación de un virus letal con ayuda de la IA.
En declaraciones retomadas por The New York Times, afirma que existe “una enorme desconexión” entre la velocidad con la que avanzan la ciencia y la tecnología y el desarrollo de marcos regulatorios eficaces. En consecuencia, advierte que “cualquier usuario podría solicitar a un sistema de IA, por ejemplo, el diseño de un genoma de influenza modificado para hacerlo más transmisible o letal”.
El debate sobre los riesgos no es nuevo, hace tres años, una investigación de Rand Corporation advertía que los sistemas de IA más avanzados de aquel momento tenían la capacidad de perfeccionar la planeación y ejecución de atentados con armas biológicas y ahora, con el acelerado desarrollo de esta tecnología, crece el temor de que dichas capacidades sean aún mayores y más sofisticadas.
Desde entonces, la organización sin fines de lucro también advertía que la velocidad con la que evolucionan los sistemas de IA suele superar la capacidad de supervisión regulatoria de los gobiernos.
Por ello, enfatizaba que “es imperativo que la comunidad internacional tome medidas para abordar los riesgos emergentes asociados con el uso indebido de la tecnología inteligente para ataques biológicos”.
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