El primer genoma viral diseñado con IA abre nuevas rutas contra la resistencia bacteriana

Los primeros genomas virales diseñados con ayuda de un sistema de inteligencia artificial (IA) ya son una realidad. Científicos de la Universidad de Stanford lograron, por primera vez, generar uno con la capacidad de detectar y eliminar cepas de Escherichia coli (E. coli). Este avance abre la posibilidad de explorar nuevas estrategias para enfrentar la creciente crisis de resistencia a los antibióticos.

Hasta ahora, los modelos de IA se habían empleado para producir secuencias de ADN, algunas proteínas y complejos multicomponentes. Sin embargo, esta es la primera ocasión en que se diseña un genoma completo de manera artificial.

Brian Hie, coautor del estudio y biólogo computacional de la Universidad de Stanford, destaca: “Es la primera vez que los sistemas de IA pueden escribir secuencias coherentes a escala genómica. El siguiente paso es la vida generada por IA”.

Para el experimento, los investigadores utilizaron los modelos Evo 1 y Evo 2, capaces de analizar y generar secuencias de ADN, ARN y proteínas. Como plantilla de diseño eligieron el virus Phi-X174, que sirvió de punto de partida para la IA. Este fago simple de ADN monocatenario contiene más de 5,380 nucleótidos distribuidos en 11 genes, características que le permiten infectar a sus huéspedes y replicarse en ellos.

Previo a la generación de los nuevos genomas, Evo 1 y Evo 2 fueron entrenados con más de dos millones de secuencias de bacteriófagos (virus que infectan bacterias). La capacitación, basada en aprendizaje supervisado, permitió ajustar los sistemas para crear genomas similares al Phi-X174, pero capaces de atacar específicamente cepas de E. coli, en particular aquellas resistentes a antibióticos.

La IA produjo miles de posibles secuencias de bacteriófagos, de las cuales se seleccionaron 302 genomas viables. En su mayoría compartían más del 40 % de identidad de nucleótidos con el Phi-X174, aunque algunos mostraban secuencias codificantes inéditas, lo que sugiere que el sistema fue capaz de idear no solo variaciones, sino también un genoma completamente nuevo.

El ADN de estos genomas diseñados fue sintetizado e insertado en bacterias para cultivar los nuevos fagos, que posteriormente se probaron en E. coli para comprobar su capacidad de infección y eliminación.

Alrededor de 16 de los 302 bacteriófagos generados mostraron habilidad para hospedarse en la bacteria, infectarla y eliminar tres cepas distintas de E. coli, un logro que la versión original del Phi-X174 no había conseguido.

“Fue un resultado sorprendente y realmente emocionante para nosotros, porque demuestra que este método podría ser potencialmente muy útil para la terapéutica”, afirma Samuel King, investigador de Stanford y coautor del trabajo.

Los autores aclaran que los modelos de IA, por ahora, no pueden crear virus de forma completamente autónoma. La generación del genoma habría sido imposible sin la intervención, guía y filtrado del equipo científico. Aún así, confían en que su enfoque pueda aplicarse en el futuro para diseñar virus con potencial de tratar diversos problemas de salud pública, entre ellos la resistencia bacteriana.

El estudio, disponible en el servidor bioRxiv, aún no ha sido revisado por pares. Pese a ello, sus autores sostienen que su trabajo demuestra el enorme potencial de la IA para desarrollar nuevas biotecnologías y terapias contra agentes patógenos resistentes. “Esperamos que una estrategia como esta pueda complementar las existentes en fagoterapia y, algún día, ampliar las terapias dirigidas a patógenos de preocupación mundial. Existen muchas funciones biológicas a las que solo se puede acceder si se logra diseñar genomas completos”, concluye Hie.