Un team di ricerca statunitense guidato dal Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Università di Stanford – a stretto contatto con i dipartimenti di Bioingegneria e Informatica, il Memorial Sloan Kettering Cancer Center di New York e l'Arc Institute di Palo Alto – hanno creato con l’intelligenza artificiale dei virus mai esistiti in natura.
Questi possono essere utilizzati per infettare e uccidere batteri, aprendo scenari verso nuove terapie fagiche contro patogeni resistenti agli antibiotici.
Scopriamo i dettagli dello studio.
Il procedimento dell’IA
Al fine di progettare nuovi virus batteriofagi, i ricercatori hanno usato modelli di intelligenza artificiale sviluppati per la genomica, chiamati Evo 1 ed Evo 2: questi modelli sanno leggere e generare sequenze di DNA e RNA, ma il passo in più è stato lavorare sull’intero genoma di un virus, non solo su piccole sequenze.
Per avere un punto di partenza, hanno fornito all’IA il genoma di un batteriofago noto, ΦX174, un virus semplice, con DNA a singolo filamento e 11 geni: questo virus contiene tutto il necessario per infettare e replicarsi, ma da solo non è capace di uccidere alcuni batteri resistenti agli antibiotici.
A questo genoma di riferimento, i ricercatori hanno aggiunto dati di oltre 2 milioni di altri virus, così l’IA poteva imparare le regole generali dei fagi e creare genomi completamente nuovi e inediti.
Il risultato? L’IA ha generato circa 300 nuovi fagi. La maggior parte di essi condivideva fino al 40% del patrimonio genetico con ΦX174, ma alcuni erano completamente diversi dalla fonte originale.
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Da questi 300, i ricercatori ne hanno selezionati 16 per test reali e li hanno inseriti in un batterio modello, quello Escherichia coli: i nuovi fagi sintetici hanno ucciso tre ceppi di batteri resistenti agli antibiotici, cosa che ΦX174 non riusciva a fare.
Dunque, l’IA non ha solo copiato virus esistenti, ma ha inventato nuovi virus con proprietà biologiche completamente nuove, potenzialmente utili per combattere batteri resistenti.
Prospettive future
L’intelligenza artificiale, dunque, è in grado di progettare virus mai esistiti in natura, nello specifico batteriofagi, cioè virus che infettano e uccidono batteri.
L’idea del team di ricerca è che questa tecnologia possa in futuro permettere di sviluppare nuove terapie per combattere batteri resistenti ai farmaci – ovvero una delle maggiori minacce per la salute pubblica globale.
Va chiarito che i virus, compresi i batteriofagi, non sono forme di vita autonome: non possono replicarsi da soli, non hanno metabolismo e non crescono; hanno bisogno di cellule ospiti per assemblarsi e replicarsi. L’IA non ha quindi creato vita vera, ma un sistema biologico che si avvicina molto ad essa.
In futuro, è possibile che tecnologie simili permettano di creare organismi viventi completi, ma ciò solleva questioni etiche e rischi significativi: la creazione di virus sintetici comporta pericoli, perché se “scappasse” da un laboratorio, potrebbe essere pericoloso.
Come spiega il team di ricerca, il “cocktail” di fagi generati dall’IA ha superato rapidamente la resistenza dei batteri al virus ΦX174, mostrando il potenziale di questo approccio per progettare terapie fagiche contro batteri in rapida evoluzione.
Lo studio, che non è ancora stato sottoposto a revisione paritaria, non solo apre la strada a nuovi batteriofagi terapeutici, ma rappresenta anche un passo importante verso la progettazione generativa di sistemi biologici su scala genomica, con enormi potenzialità ma anche rischi concreti.
Fonti:
BioRXiv – Generative design of novel bacteriophages with genome language models
