Intelligenza artificiale e nuovi virus, creati 16 batteriofagi contro E. coli

Per la prima volta un sistema di intelligenza artificiale è stato utilizzato per progettare interi genomi virali dai quali sono nati 16 batteriofagi vitali capaci di infettare batteri E. coli. L’esperimento, condotto da ricercatori della Stanford University e dell’Arc Institute di Palo Alto, in California, potrebbe aprire nuove possibilità nello sviluppo di terapie contro infezioni batteriche difficili da trattare.

I virus ottenuti in laboratorio appartengono alla categoria dei batteriofagi, microrganismi che attaccano specifici batteri e non sono in grado di infettare l’uomo. Il gruppo di ricerca ha lavorato su questo tipo di virus proprio per studiare le capacità dei modelli generativi mantenendo l’esperimento su organismi con un bersaglio limitato.

Gli scienziati hanno impiegato modelli di intelligenza artificiale addestrati a riconoscere le regolarità presenti nelle sequenze genetiche dei batteriofagi. A partire da questi dati, i sistemi hanno prodotto nuovi progetti di genoma, successivamente selezionati e trasformati in molecole di Dna da testare in laboratorio.

Il materiale genetico sintetizzato è stato introdotto nei batteri, che hanno quindi prodotto le particelle virali progettate al computer. Tra le centinaia di sequenze esaminate, 16 hanno dato origine a batteriofagi funzionanti, in grado di replicarsi e attaccare determinati ceppi di E. coli.

Il lavoro segna un passaggio ulteriore rispetto alle applicazioni dell’intelligenza artificiale già sperimentate nella progettazione di singole proteine, geni o sistemi biologici. In questo caso il modello ha dovuto generare un genoma completo, coordinando più geni e regioni regolatorie necessarie perché il virus potesse replicarsi all’interno della cellula ospite.

Brian Hie, tra i ricercatori che hanno guidato il progetto, ha spiegato che la capacità di progettare genomi completi potrebbe favorire in futuro la creazione di strumenti biologici con funzioni mirate. Una delle applicazioni studiate riguarda la terapia fagica, nella quale virus selezionati vengono utilizzati per colpire batteri responsabili di infezioni, compresi quelli che sviluppano resistenza ai trattamenti convenzionali.

Nei test sperimentali alcuni dei batteriofagi progettati dall’intelligenza artificiale sono stati inoltre utilizzati contro ceppi di E. coli resistenti al fago naturale impiegato come riferimento. Miscele composte dai nuovi virus hanno mostrato la capacità di superare la resistenza batterica, un risultato che potrebbe essere utile per studiare terapie capaci di adattarsi all’evoluzione dei microrganismi.

Accanto alle possibili applicazioni mediche, la capacità di generare genomi virali completi pone però problemi di sicurezza. La stessa tecnologia che permette di progettare batteriofagi potrebbe diventare più potente con l’evoluzione dei modelli e delle tecniche di sintesi del Dna.

Thomas Inglesby e Moritz Hanke, esperti del Center for Health Security della Johns Hopkins University, hanno richiamato l’attenzione sui rischi legati alla biosicurezza e al contenimento biologico. Il punto critico riguarda soprattutto la possibilità che strumenti simili vengano in futuro applicati a virus più complessi o utilizzati in modo improprio.

L’esperimento riguarda esclusivamente batteriofagi diretti contro specifici batteri e non dimostra che l’intelligenza artificiale possa progettare virus capaci di infettare esseri umani. Mostra però che i modelli generativi sono ormai in grado di produrre sequenze genetiche su scala genomica che, una volta sintetizzate, possono dare origine a virus funzionanti.