Científicos diseñan con IA miles de virus capaces de atacar bacterias: ¿cómo funciona?

La inteligencia artificial ha comenzado a pasar de analizar información biológica a proponer nuevas secuencias de ADN. Una de las demostraciones más recientes fue realizada por investigadores de la Universidad de Stanford y el Arc Institute, quienes emplearon modelos de IA conocidos como Evo para diseñar genomas de bacteriófagos, virus especializados en infectar bacterias.

Dentro de las investigaciones utilizaron la IA para generar cientos de miles de posibles genomas de bacteriófagos y lograron convertir 16 de ellos en virus funcionales capaces de infectar y destruir bacterias E. coli.

El equipo utilizó modelos de lenguaje genómico para aprender patrones presentes en grandes conjuntos de secuencias de ADN. Posteriormente, los modelos generaron alrededor de 700,000 posibles genomas virales. Después de aplicar filtros computacionales, los investigadores seleccionaron 285 diseños para comprobar experimentalmente si podían convertirse en virus funcionales.

Los científicos se concentraron en virus relacionados con ΦX174, un bacteriófago pequeño y ampliamente estudiado que infecta a Escherichia coli. El objetivo era comprobar si la IA podía producir secuencias suficientemente coherentes como para generar virus capaces de reproducirse y atacar a su bacteria huésped.

De los 285 genomas que llegaron a la etapa experimental, 16 produjeron bacteriófagos funcionales. Estos virus fueron posteriormente verificados y estudiados para determinar su capacidad de reproducción, su actividad contra las bacterias y su rango de huéspedes.

¿Qué son los bacteriófagos?

Los bacteriófagos, también llamados fagos, son virus que infectan bacterias. Su ciclo de infección depende de entrar en una célula bacteriana, utilizar su maquinaria para producir nuevas partículas virales y, en el caso de los fagos líticos estudiados, terminar destruyendo la bacteria.

Su principal característica es precisamente su especificidad de huésped. El trabajo realizado con los virus generados por IA mostró que los 16 fagos funcionales podían infectar determinadas cepas de E. coli, mientras que no mostraron crecimiento en otras bacterias evaluadas.

¿Por qué utilizaron E. coli?

Escherichia coli fue elegida porque el bacteriófago ΦX174 es uno de los virus más estudiados de la biología y tiene un genoma pequeño, de apenas unos miles de nucleótidos y 11 genes. Esa simplicidad permitió utilizarlo como modelo para probar hasta dónde podía llegar la generación de genomas mediante IA.

Además, los investigadores utilizaron una cepa de E. coli no patógena, conocida como E. coli C, para realizar los experimentos. El diseño también buscó mantener la especificidad del virus hacia esa bacteria.

¿Qué resultados obtuvieron y sus limitaciones?

Los 16 bacteriófagos funcionales presentaron diferencias importantes respecto a los virus naturales utilizados como referencia. Según el Arc Institute, algunos tenían entre 67 y 392 mutaciones respecto de sus genomas naturales más cercanos, y 13 contenían mutaciones que no se habían encontrado en secuencias naturales conocidas.

Los investigadores también comprobaron que los virus podían mantener una marcada especificidad hacia E. coli. En las pruebas realizadas, los 16 fagos funcionales mostraron actividad contra E. coli C y una cepa relacionada, pero no mostraron crecimiento en otras seis cepas analizadas.

Sin embargo, uno de los principales límites es que el experimento se realizó con un bacteriófago muy pequeño y bien estudiado y con E. coli. Los propios investigadores señalan que queda por determinar si la estrategia puede ampliarse a fagos mucho más grandes y complejos o a bacterias clínicamente relevantes.