Una IA crea por primera vez virus funcionales nunca antes vistos
Por primera vez, un sistema de inteligencia artificial (IA) creó una serie de virus inéditos capaces de infectar y eliminar determinados tipos de bacterias. El avance abre nuevas posibilidades para combatir la resistencia bacteriana. Sin embargo, también plantea inquietudes sobre el posible uso indebido de esta tecnología para diseñar armas biológicas.
Desde hace varios años, la ciencia es capaz de sintetizar virus desde cero, los cuales suelen emplearse para desarrollar y evaluar fármacos antivirales y vacunas, además de ampliar el conocimiento sobre el comportamiento de estos microorganismos. No obstante, la producción de estos genomas virales se ha basado principalmente en la reproducción de patógenos o variantes previamente conocidas.
En contraste, un nuevo estudio realizado por científicos de la Universidad de Stanford y del Arc Institute logró que una IA diseñara virus simples, funcionales y nunca antes vistos a partir de información contenida en las secuencias genéticas de millones de animales, plantas, microbios, bacterias y virus presentes en la naturaleza.
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.
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 exclusivamente 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 completamente nuevos se basó en Evo 1 y Evo 2, modelos fundacionales de IA desarrollados para aplicaciones de biología computacional. Ambos algoritmos fueron entrenados con millones de genomas pertenecientes a todos los dominios de la vida, con el objetivo de 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). El objetivo no era reproducir este virus, sino utilizarlo únicamente como guía para que los algoritmos generaran miles de genomas completamente nuevos con una arquitectura genética compatible con la infección de E. coli.
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. Sin embargo, las secuencias específicas de ADN diferían considerablemente de las observadas en los bacteriófagos presentes en la naturaleza.
16 nuevos virus creados por una IA
Posteriormente, los científicos evaluaron los genomas generados por la IA para seleccionar aquellos con mayores probabilidades de ser funcionales, tomando en cuenta aspectos como 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. Posteriormente, 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. 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 hoy en en la revista Science, también evaluó la capacidad de los bacteriófagos generados mediante IA para combatir bacterias resistentes. El experimento 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. 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. De acuerdo con 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. 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 autores.
Aunque este hito representa un avance significativo para la biomedicina molecular, también ha despertado 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 actualmente 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 en torno a estos riesgos no es nuevo. Hace tres años, una investigación realizada por Rand Corporation ya 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. 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".