Investigadores de la Universidad de Stanford usan un sistema de IA que diseña, desde cero, genomas funcionales de bacteriófagos

Haciendo uso de un modelo de IA creado por investigadores de Stanford que es capaz de escribir “genomas completos”, un equipo de científicos de esta universidad estadounidense, que tiene su sede en Stanford, California, se logró diseñar “un novedoso fago capaz de combatir bacterias. Una nueva era de antibióticos podría estar en el horizonte”, describe un comunicado publicado en el sitio web de la universidad.

En ciencia, el sufijo “fago” lo que significa “devorar”. Siendo así que el nombre bacteriófago “podría evocar imágenes de diminutas criaturas que “comen” bacterias”, señala la Universidad de Stanford y añade que no obstante esta “concepción no es 100% precisa desde el punto de vista científico, los bacteriófagos son, de todos modos, letales destructores de bacterias, y a la comunidad científica le entusiasma la idea de modificar el ADN de los fagos como vía para crear nuevos antibióticos”.

En base a lo anterior, el ingeniero químico Brian Hie y el estudiante de doctorado en bioingeniería Samuel King decidieron estudiar el bacteriófago ΦX174. Hie, quien es profesor asistente de ingeniería química y becario del cuerpo docente de la Fundación Dieter Schwarz en Stanford Data Science, creó el Evo 2, mismo que es un un modelo de IA generativa diseñado con el propósito de resolver “complejos desafíos biológicos sugiriendo nuevas secuencias de ADN. Con solo un pequeñísimo fragmento del ADN de ΦX174”, describe el comunicado que prosigue detallando que “Evo 2 se pone a trabajar escribiendo genomas inéditos de nuevos fagos que eliminan bacterias; en este caso, el microbio E. coli, que puede ser mortal cuando las infecciones se vuelven graves”.

Si bien Evo 2 fue creado esencialmente para ser usado en un “entorno informático”, por medio de un nuevo artículo científico, tanto Hie como King consiguieron llevar su uso a un laboratorio; esto lo lograron hacer “a partir de los genomas escritos por Evo 2, han sintetizado casi 300 fagos inéditos y han probado su efectividad contra la E. coli. Posteriormente, redujeron esa lista a un selecto grupo de 16 fagos excepcionalmente buenos para exterminar la bacteria” precisa la Universidad de Stanford.

“En este caso, queríamos que el modelo generara el genoma completo de principio a fin en una sola pasada de izquierda a derecha. No añadimos nada”, explica Hie quien prosigue explicando que “en las pruebas de laboratorio, algunas de las sugerencias de Evo mostraron una mayor aptitud biológica (fitness) que el ΦX174 nativo”.

Lo que motivo a que Hie y King a elegir el ΦX174 “es que su genoma completo tiene menos de 6 mil pares de bases; en comparación con los 3 mil millones de pares de bases del genoma humano, el del ΦX174 es relativamente simple”, explica el comunicado en el que se continúa describiendo que “sin embargo, su capacidad para matar bacterias lo convierte en un caso de prueba muy atractivo para evaluar el poder de diseño de Evo 2”.

Por lo que, “la necesidad de contar con más de un fago dirigido a la E. coli se debe a la resistencia bacteriana, una debilidad común de los antibióticos modernos. Con el tiempo, tras años de uso intensivo, las bacterias evolucionan y desarrollan inmunidad a los medicamentos diseñados para destruirlas, provocando que los antibióticos pierdan efectividad”, resalta la Universidad de Stanford.

En sentido Hie detalla que “si la bacteria desarrolla resistencia a un solo fago, es el fin del medicamento”, el profesor asistente de ingeniería química continúa diciendo, “pero si dispones de múltiples fagos genéticamente distintos en una mezcla, será mucho más difícil para la bacteria desarrollar resistencia a todo el cóctel”.

“De este modo, este trabajo podría dar lugar a un antibiótico resistente a las resistencias”, asevera la Universidad de Stanford.

“En el artículo presentamos una prueba de concepto en la que demostramos que este cóctel de 16 fagos supera rápidamente la resistencia en cepas de E. coli que son inmunes al ΦX174 nativo”, expresó Hie.

En opinión de King “una de las partes principales del marco de diseño consistió en descifrar qué rasgos debían tener los genomas basándonos en el ΦX174 y fagos relacionados”, y añade que “el proceso abarcó varios pasos clave: generar genomas mediante Evo 2, evaluar las opciones con base en los criterios de diseño, seleccionar los candidatos óptimos, sintetizarlos químicamente y luego probarlos en el laboratorio para ver qué genomas funcionaban mejor”.

“Dado que el costo de la síntesis de ADN sigue siendo bastante elevado”, aseveró Hie quien añade que en “el marco de trabajo de Samuel nos ayudó a centrarnos únicamente en las alternativas más viables”.

“Una de las partes más gratificantes de este proyecto es la creatividad que permite Evo 2”, indicó King, quien concluye expresando que “gracias a lo que podemos hacer con estos modelos, hoy se abren nuevas puertas en la ciencia”.

Con Información de la Universidad de Stanford.