Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford ha logrado, por primera vez, diseñar genomas completos de virus funcionales mediante modelos de inteligencia artificial generativa. Los 16 bacteriófagos creados son capaces de infectar y matar bacterias Escherichia coli en el laboratorio, según detallan los resultados publicados en la revista Science. Se trata de un avance que los propios autores califican como un "hito muy significativo" en la intersección entre biología sintética e IA, aunque también ha despertado alertas inmediatas sobre bioseguridad.
El trabajo parte de los modelos de genoma a gran escala Evo1 y Evo2, entrenados con secuencias genéticas de virus, bacterias, plantas y humanos. Su funcionamiento es análogo al de los modelos de lenguaje como ChatGPT: en lugar de predecir la siguiente palabra, predicen la siguiente base del ADN entre las cuatro posibles (A, T, C y G). Los investigadores pidieron a los modelos que generaran genomas de bacteriófagos, virus que infectan exclusivamente bacterias. De 302 diseños sintetizados en el laboratorio, 16 resultaron efectivos destruyendo colonias de E. coli en placas de Petri.
Brian Hie, profesor asistente en Stanford y uno de los responsables del estudio, explicó a la BBC que el equipo se percató del éxito "en las primeras horas de la mañana" al observar zonas transparentes en los cultivos bacterianos. "La sala estalló en aplausos espontáneamente", recordó. El estudiante de doctorado Samuel King, que realizó los experimentos, describió el momento como "extremadamente emocionante".
Los virus diseñados no son completamente originales desde el punto de vista evolutivo: están estrechamente relacionados con bacteriófagos ya existentes. Sin embargo, presentan características distintivas que difícilmente habrían surgido por evolución natural. Esto sugiere que los modelos han aprendido patrones complejos del código genético más allá de la simple copia. En palabras del profesor Marc Güell, de la Universidad Pompeu Fabra, "por primera vez en la historia empezamos a diseñar biología en un ordenador".
Hasta ahora, la mayor parte de los trabajos de IA en biología se habían centrado en el diseño de proteínas, moléculas que ejecutan la mayor parte de las funciones celulares. Los modelos de genoma a gran escala representan un salto conceptual: en lugar de diseñar proteínas individuales, generan secuencias completas de ADN que codifican organismos funcionales. El código genético del bacteriófago utilizado tiene aproximadamente 5.400 pares de bases, una escala ínfima comparada con los 500.000 pares de bases del genoma más pequeño de una célula viva, o los 3.000 millones del genoma humano.
Las aplicaciones potenciales son amplias. El propio Hie sostiene que la biología sintética asistida por IA podría "mejorar masivamente la salud humana" mediante el desarrollo de nuevos fármacos, terapias génicas y fagos personalizados contra infecciones resistentes a antibióticos, una de las grandes crisis sanitarias del siglo XXI. El profesor Patrick Cai, de la Universidad de Manchester, considera el estudio "un hito importante" que sugiere que los modelos de lenguaje genómico "están empezando a aprender los principios de diseño codificados por la evolución".
Sin embargo, el avance ha reabierto un debate urgente sobre bioseguridad. En un comentario publicado junto al estudio en Science, los doctores Thomas Inglesby y Moritz Hanke, del Center for Health Security de Johns Hopkins, advirtieron que ya no se trata de "si el diseño generativo de genomas virales existirá", sino de "si puede usarse sin provocar daños graves". Según ambos investigadores, "no deberían perseguirse" nuevos virus con potencial de causar enfermedades.
El equipo de Stanford adoptó precauciones específicas: excluyó del conjunto de entrenamiento los virus que infectan organismos complejos, trabajó únicamente con bacteriófagos inofensivos para humanos y realizó toda la experimentación en un laboratorio de alta seguridad. Hie defiende que "incluso las salvaguardas existentes contribuyen en gran medida" a un uso responsable de la tecnología.
Los propios investigadores reconocen que el salto hacia virus que infecten vertebrados, incluidos humanos, sería técnicamente más complejo, pero no descartable. Por ello instan a la comunidad científica y a los reguladores a comenzar a prepararse. El siguiente reto declarado por Hie es "definitivamente" explorar el diseño de organismos vivos simples, un objetivo que describe como "mucho trabajo, pero no imposible". Por ahora, los 16 bacteriófagos funcionales diseñados por IA se mantienen como prueba de que la biología ya puede escribirse, al menos en parte, desde un ordenador.