La inteligencia artificial es ya una de las herramientas más populares para millones de personas. En las tiendas de aplicaciones móviles, los asistentes de IA encabezan las listas de apps más descargadas. Y aunque su faceta más popular es la de buscar cosas en Internet, corregir, procesar y crear textos o generar imágenes, audios y videos, la ciencia también trabaja con distintos modelos de IA en busca de soluciones a algunos de nuestros mayores retos como seres humanos. Sin ir más lejos, unos investigadores han logrado dar los primeros pasos para crear virus diseñados por IA.
Una de las virtudes de los modelos de inteligencia artificial es que pueden procesar enormes cantidades de datos en muy poco tiempo, a diferencia de lo que nos costaría a los seres humanos. Y, con todos esos datos procesados, son capaces de encontrar patrones y aprender de ellos. En el pasado hemos hablado de grandes logros científicos en los que la inteligencia artificial ha jugado un papel importante. Detectar enfermedades mucho antes de que se manifiesten, encontrar curas imaginativas a esas mismas enfermedades y, en definitiva, conocer mejor nuestro cuerpo. Algo que la ciencia lleva haciendo desde hace siglos, pero que con la IA pueden conseguir en menos tiempo.
Y volvemos al caso que nos ocupa. Simplificando, la vida se compone de elementos microscópicos como átomos, moléculas y ADN. La disposición de las secuencias o cadenas de ADN hacen posible la existencia de un virus, una bacteria, una planta, un animal o los seres humanos. Así que, ¿qué pasaría si entrenamos un modelo de inteligencia artificial con cadenas de ADN? ¿Será capaz de diseñar vida desde un ordenador?
Virus diseñados por IA generativa
Un grupo de científicos de la Universidad de Stanford y del instituto Arc Institute, ambos en Palo Alto, California, Estados Unidos, han trabajado conjuntamente con el propósito de determinar si es posible crear virus diseñados por IA. El resultado de su trabajo está a disposición de quien quiera leerlo, y se titula, precisamente, “Diseño generativo de nuevos bacteriófagos con modelos lingüísticos genómicos”. O dicho de otra forma, utilizando modelos lingüísticos de inteligencia artificial generativa es posible diseñar códigos genéticos nuevos para crear, en esta ocasión, virus bacteriófagos.
“Los modelos lingüísticos genómicos se han convertido en una estrategia prometedora para el diseño de sistemas biológicos, pero su capacidad para generar secuencias funcionales a escala de genomas completos aún no se ha probado”. Así que estos investigadores emplearon dos modelos de IA, Evo 1 y Evo 2, para “generar secuencias del genoma completo con arquitecturas genéticas realistas y tropismo hospedador deseable”. Como muestra, utilizaron un bacteriófago, es decir, un virus capaz de infectar bacterias, llamado phiX174. Y que está compuesto por once genes y 5.000 letras de ADN. También entrenaron las dos inteligencias artificiales con las cadenas de ADN de otros dos millones de virus bacteriófagos.
El objetivo del experimento era averiguar si la IA sería capaz de aprender de toda esa información y diseñar sus propias secuencias genómicas, variantes de esos virus que todavía no existen o que no hemos descubierto. Y, al parecer, el resultado ha sido satisfactorio, aunque el artículo presentado es preliminar y, en el momento de escribir estás líneas, está pendiente de la correspondiente revisión por pares.
Una solución a las bacterias resistentes a antibióticos
Una de las razones de que los científicos responsables de esta investigación hayan elegido un virus bacteriófago como modelo es que la medicina lleva años enfrentándose a una guerra sin fin contra las bacterias resistentes a los antibióticos.
Gracias a los antibióticos hemos podido hacer frente a graves infecciones, antaño mortales, y que hoy en día se pueden evitar tomando unas pastillas. Sin embargo, las bacterias han evolucionado y, algunas de ellas, han conseguido volverse inmunes. Hasta el punto de que las bacterias evolucionan en menos tiempo que el que necesitan los científicos para encontrar antibióticos más eficientes. Así que toda solución es poca para vencer a este gran problema que tiene entre manos la medicina. Y los virus diseñados por IA podrían serlo.
En la propia naturaleza podemos encontrar virus capaces de combatir esas mismas bacterias. Pero es más fácil decirlo que hacerlo. Trabajar con esos virus en laboratorio requiere de mucho empeño. Y ahí es donde entra la inteligencia artificial. Desde modelos teóricos digitales alimentados con la información disponible, es capaz de ahorrar tiempo y esfuerzo. Y ofrecer soluciones que se pueden replicar en el laboratorio.
Del ordenador al laboratorio
Para hacernos una idea de la complejidad de la tarea de crear virus diseñados por IA. El virus que usaron como muestra contenía once genes y 5.000 letras de ADN. Pues bien. Cada gen se compone de cuatro bases nitrogenadas que representamos con cuatro letras: A de adenina, G de guanina, C de citosina y T de timina. Estas bases componen los nucleótidos, y estos, a su vez, son el ingrediente principal de los ácidos nucleicos como el ADN. En función de lo que queramos replicar, la cantidad de datos a manejar puede ser enorme. Por ejemplo, en marzo de 2000 se anunció la secuenciación del genoma de la mosca de la fruta, un insecto con 13.600 genes.
Para comprobar si los diseños propuestos por los dos modelos de IA eran efectivos, los investigadores californianos imprimieron químicamente 302 diseños genómicos como cadenas de ADN. Y los mezclaron con bacterias E. Coli para comprobar si eran virus bacteriófagos viables.
La bacteria E. Coli o Escherichia coli forma parte de la flora intestinal de muchos animales y del propio ser humano. La mayoría de sus cepas son inofensivas. Es más, algunas de ellas cumplen funciones beneficiosas para nosotros, ayudando en la digestión y en la producción de ciertas vitaminas. El problema está en las cepas patógenas, es decir, aquellas que son capaces de causar enfermedades con síntomas como infecciones, diarreas, intoxicaciones, etc.
La buena noticia es que los diseños genómicos de la IA fueron capaces de matar esas bacterias en las placas de Petri. En concreto, 16 de los 302 diseños fueron funcionales. Una cifra que puede parecer pequeña. Pero estamos hablando de un primer experimento. El primero de muchos que podría abrir las puertas al futuro diseño de organismos mediante IA capaces de curarnos en caso de enfermedad.
Los virus diseñados por IA son solo el principio
Entre los muchos hitos alcanzados por los científicos de la Universidad de Stanford y del Arc Institute, destaca que el uso de inteligencia artificial acorta mucho los plazos de tiempo necesarios para llevar a cabo estas investigaciones. La parte más compleja de sintetizar cadenas de genomas en laboratorio es tener las instrucciones, la secuencia correcta. Y esa parte la puede realizar la IA.
El premio Nobel de química de 2024 ya reconoció, precisamente, el uso de la inteligencia artificial en la investigación científica. El premio se repartió entre el científico David Baker, por “crear tipos de proteínas completamente nuevos”, y Demis Hassabis y John Jumper, de Google DeepMind, por desarrollar el modelo de IA capaz de “predecir las estructuras complejas de las proteínas”.
El problema que hay sobre la mesa es que este método puede volverse en contra. De la misma forma que se crean virus favorables al ser humano, podría aplicarse para diseñar armas biológicas o patógenos más letales o infecciosos. De ahí que los responsables del estudio sean cautos en el entrenamiento de la IA.
En cualquier caso, y a la espera de que la investigación sea revisada por otros científicos que validen los resultados presentados, la ciencia lleva años buscando soluciones para personalizar la medicina en cada paciente mediante terapias génicas. A priori, más efectivas que las actuales. El uso de virus diseñados en laboratorio, un proceso que se aceleraría y perfeccionaría con el uso de inteligencia artificial, haría posible acabar con las infecciones bacterianas más resistentes y dar más herramientas a la medicina para combatir las enfermedades más agresivas o potencialmente peligrosas.
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