La inteligencia artificial ha diseñado virus capaces de infectar bacterias y reproducirse, un logro inédito que demuestra que la IA puede hacer más que analizar el código genético de los seres vivos. También puede escribir nuevas versiones de ese código, señalaron los investigadores.
Los virus en cuestión son bacteriófagos o fagos, es decir, virus que infectan bacterias en lugar de personas, animales o plantas. Los investigadores utilizaron IA para diseñar cientos de nuevas versiones de un fago ampliamente estudiado y luego construyeron los virus desde cero en el laboratorio. De los 285 genomas diseñados por IA que el equipo probó, 16 produjeron fagos funcionales capaces de infectar la bacteria E. coli.
El resultado representa un paso importante para un campo a veces llamado biología generativa, en el que la IA se utiliza para diseñar nuevas moléculas biológicas y organismos. Sin embargo, es importante entender qué han demostrado los investigadores y qué no.
Los sistemas de IA utilizados en el estudio, denominados Evo 1 y Evo 2, están diseñados para trabajar con secuencias genéticas de manera similar a como los grandes modelos de lenguaje, como ChatGPT, trabajan con texto. Un modelo de lenguaje aprende patrones en palabras y oraciones, mientras que un modelo de genoma aprende patrones en secuencias de ADN.
Los investigadores entrenaron sus modelos de IA con más de 2 millones de genomas de fagos. Luego les pidieron que diseñaran nuevas versiones de un pequeño fago ampliamente estudiado llamado ΦX174. El equipo también ajustó los modelos utilizando genomas de aproximadamente 15.000 parientes cercanos de ΦX174. Por lo tanto, la IA no estaba inventando un virus de la nada, sino utilizando patrones encontrados en la biología existente para generar nuevas combinaciones dentro de un sistema que los científicos ya comprenden relativamente bien.
El equipo sintetizó químicamente las secuencias de ADN e las introdujo en E. coli para ver si podían producir fagos funcionales. La mayoría no funcionó, pero 16 de los 285 diseños sí lo hicieron. Algunos de los fagos resultantes se comportaron de manera ampliamente comparable a ΦX174, a pesar de tener secuencias de ADN sustancialmente diferentes.
Los investigadores también exploraron si los nuevos fagos podían superar la resistencia bacteriana. Expusieron los fagos generados por IA a una variante de E. coli que era resistente al fago original. Después de repetidas rondas de exposición, surgieron fagos híbridos capaces de infectar las bacterias previamente resistentes. La IA no había diseñado directamente estos fagos finales, sino que había generado una población inicial diversa, dando a la evolución más posibilidades con las que trabajar.
Este enfoque podría resultar útil en la lucha contra la resistencia a los antibióticos. Las bacterias están desarrollando cada vez más resistencia a los antibióticos, lo que hace que algunas infecciones sean difíciles o imposibles de tratar. Los fagos han sido investigados desde hace años como una alternativa porque pueden atacar y matar bacterias, adaptarse para combatir la resistencia a los fagos y dejar intactas las células humanas.
El desafío radica en encontrar el fago adecuado para la infección bacteriana correcta. La IA podría eventualmente ayudar a los investigadores a predecir qué fagos son más probables que funcionen contra bacterias particulares resistentes a medicamentos. Sin embargo, existe una brecha considerable entre diseñar un fago en una computadora y utilizarlo para tratar a un paciente.
Cualquier tratamiento potencial primero tendría que probarse contra los tipos de bacterias que causan infecciones en pacientes para asegurar que funciona y es seguro. Luego tendría que ser fabricado según los altos estándares requeridos para medicamentos. Además, el fago utilizado en este estudio es inusualmente simple. Muchos fagos que podrían ser útiles contra infecciones graves tienen genomas mucho más grandes y contienen maquinaria biológica más complicada que los científicos aún no comprenden completamente.
El estudio es mejor considerado como una demostración de lo que podría ser posible que como la llegada de la terapia con fagos diseñada por IA. Es también un recordatorio de lo útiles que han sido los fagos para la biología. Los científicos los han estudiado durante décadas para comprender los conceptos básicos de la genética y cómo funcionan las células. Ahora le están dando a los investigadores una forma de probar si la IA puede hacer más que interpretar ADN existente: ¿puede diseñar un genoma completo que realmente funcione?