Una IA diseña un virus y su próximo paso es rediseñar la vida

Los modelos de IA ya se han utilizado para generar secuencias de ADN, proteínas individuales y complejos multicomponentes. Hasta han ganado un Nobel por sus capacidades. Sin embargo, diseñar un genoma completo es mucho más difícil debido a las complejas interacciones entre los genes y los procesos de replicación y regulación genética.

Lo que sí podían hacer hasta ahora era ayudar a los científicos a manipular sistemas biológicos altamente complejos, pero “existen muchas funciones biológicas importantes a las que solo se puede acceder si se logra diseñar genomas completos – explica Brian Hie, biólogo computacional de la Universidad de Stanford, California y líder de un estudio publicado en bioArxiv -. Esta 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”.

Básicamente, el equipo de Hie afirma haber creado un virus con ADN diseñado por IA que pueden atacar y eliminar bacterias específicas. Y no se trata de posibilidades simuladas: son reales y ya están eliminando gérmenes en el laboratorio.

Los resultados son un testimonio convincente de la utilidad de los modelos de lenguaje a gran escala en aplicaciones de bioingeniería, afirma el estudio. Sin embargo, el coautor Samuel King advirtió que “se necesitan muchos avances experimentales para diseñar un organismo vivo completo”.

La realidad es que los virus no se consideran seres vivos, más bien son como robots genómicos que secuestran nuestra biología para replicarse, ya que no generan su propia energía ni pueden reproducirse por sí solos. No están hechos de células y se rigen por un conjunto implacable de instrucciones programadas para multiplicarse a toda costa. Dado que sus genomas son bastante simples, son más fáciles de manipular y menos ambiciosos para que un humano o una máquina los recree.

En el estudio, el equipo de Hie utilizó un modelo de IA llamado Evo para diseñar los genomas de los virus. A diferencia de un modelo de lenguaje extenso de propósito general, Evo está entrenado específicamente con millones de genomas de bacteriófagos.

Un bacteriófago es un virus que infecta bacterias. Como punto de partida, los investigadores eligieron un fago llamado phiX174 (o ΦX174), que infecta cepas de la amplia familia de bacterias conocida como E. coli. Como el primer genoma basado en ADN secuenciado, phiX174 es un virus ampliamente estudiado y bien comprendido, y solo tiene alrededor de 5400 pares de bases y 11 genes.

Tras probar el modelo de IA, el equipo creó 302 diseños de virus y la mejor manera de probarlos, era imprimirlos, o ensamblarlos químicamente y aplicarlos a cepas reales de E. coli.

Los análisis mostraron que algunos llevaron a cabo su tarea. Una vez insertados en los gérmenes que esperaban, 16 de los virus diseñados con IA infectaron con éxito a sus huéspedes insertando su ADN, secuestrando a las bacterias para que comenzaran a generar copias de sí mismas y luego penetrando el cuerpo celular, eliminándolas.

Dieciséis de 302 no es la mejor puntuación, pero aun así es un logro notable. En general, los resultados mostraron que las creaciones, concebidas por robots, podían eliminar tres cepas diferentes de E. coli, superando al phiX174 natural.

“En muchos casos - escribió Niko McCarty, exbioingeniero de Caltech e Imperial College London, para Asimov Press -, eran más infecciosos que el phiX174 de tipo salvaje, a pesar de presentar importantes alteraciones genómicas que un humano difícilmente podría diseñar racionalmente”.

Si bien los resultados son prometedores, también plantean enormes preocupaciones éticas. Si un modelo de IA puede generar fagos funcionales, también podría ser potencialmente utilizado para crear armas biológicas, advirtieron los expertos, o incluso crear involuntariamente un virus fuera de control.

“Un área en la que recomiendo extremar la precaución es en cualquier investigación de mejora viral, especialmente cuando es aleatoria, por lo que no se sabe qué se está obteniendo – añade Craig Venter, uno de los responsables de descifrar por primera vez el genoma humano y por la creación de organismos con ADN sintético -. Si alguien hiciera esto con la viruela o el ántrax, me preocuparía mucho”.

Pero hasta ahora, los modelos de IA solo han demostrado que pueden generar algunas secuencias de ADN como las de las proteínas. Y algunos de estos nuevos genomas escritos por IA son “tan distintos de cualquier genoma de bacteriófago conocido que técnicamente se clasificarían como de su propia especie”, según McCarty.

En síntesis, esta es la primera vez que la tecnología produce genomas completos que realmente funcionan en el mundo real. Y eso es bastante significativo, para bien o para mal.

“Fue un resultado bastante sorprendente y realmente emocionante para nosotros, porque demuestra que este método podría ser potencialmente muy útil para la terapia”, concluye King.