Creati i primi virus con l’intelligenza artificiale (IA): possono uccidere organismi viventi
Grazie all'intelligenza artificiale (IA) i ricercatori sono riusciti a creare diversi virus mai esistiti in natura, nello specifico batteriofagi (o fagi) in grado di infettare e uccidere batteri. Le nuove entità biologiche e sintetiche sono state ottenute sfruttando modelli di linguaggio già impiegati nella genomica; in questo caso, invece di sondare ed elaborare le sequenze di genomi esistenti, le capacità di analisi dei linguaggi sono state plasmate per riorganizzare e progettare intere sequenze genomiche funzionali, al fine di dar vita a qualcosa di completamente nuovo.
L'IA ha elaborato centinaia di entità differenti, sedici delle quali si sono dimostrate “vitali” e in grado di uccidere tre ceppi di Escherichia coli, un batterio che vive normalmente nel nostro intestino ma che può trasformarsi in un patogeno opportunista. I tre ceppi uccisi dai fagi generati dall'IA erano tutti resistenti ai farmaci. L'idea degli scienziati è poter utilizzare questa tecnologia per mettere a punto trattamenti terapeutici innovativi, considerando che l'antibioticoresistenza è considerata una delle principali minacce alla salute pubblica a livello globale, che potrebbe portare a 10 milioni di morti all'anno nei prossimi anni (quanto il cancro).
È doveroso sottolineare che i virus, compresi i batteriofagi, non sono considerati forme di vita dalla scienza. Essi, infatti, non possono replicarsi autonomamente (hanno bisogno di cellule ospiti), non hanno un metabolismo autonomo e non crescono, ma si assemblano. Ciò nonostante sono comunque entità biologiche con un genoma più o meno complesso (a RNA o DNA) con capacità di infettare piante, animali, funghi e microrganismi. Di fatto, l'IA non ha creato una nuova forma di vita, ma un qualcosa che ci va molto vicino. In futuro è molto probabile che gli scienziati, con IA opportunamente addestrate, saranno in grado di creare esseri viventi veri e propri, un traguardo rivoluzionario che tuttavia impone importanti riflessioni etiche. E già la creazione di virus non è esente da rischi per la sicurezza, considerando le possibilità di fuga.
A mettere a punto i virus sintetici è stato un team di ricerca statunitense guidato da scienziati del Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Università di Stanford, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi dei dipartimenti di Bioingegneria e Informatica. Coinvolti anche studiosi del Memorial Sloan Kettering Cancer Center di New York e dell'Arc Institute di Palo Alto. I ricercatori, coordinati dal professor Brian L. Hie, hanno ottenuto questo risultato storico sfruttando i due modelli di linguaggio per la genomica Evo 1 ed Evo 2, utilizzati per analizzare e generare sequenze di DNA ed RNA. Ma un conto sono sequenze, un altro l'intero genoma di un virus. Per questo i ricercatori hanno dato in pasto all'IA un genoma di riferimento, quello del batteriofago ΦX174, che come indicato da Nature è un “semplice virus a DNA a singolo filamento che contiene 5.386 nucleotidi in 11 geni e tutti gli elementi genetici necessari per infettare gli ospiti e replicarsi al loro interno”. In pratica, è servito come musa ispiratrice – assieme ai dati di oltre 2 milioni di altri virus – per generare sequenze genomiche completamente inedita.
L'intelligenza artificiale ha creato circa 300 nuovi fagi, dei quali la stragrande maggioranza condivideva fino al 40 percento del patrimonio genetico con ΦX174. Alcuni di essi, però, erano completamente diversi dalla fonte di ispirazione. Fra tutti quelli generati, il professor Hie e colleghi ne hanno selezionati 16, che sono stati inseriti nelle cellule di Escherichia coli per verificarne gli effetti. Ebbene, come indicato, i tre ceppi del patogeno opportunista – tutti resistenti agli antibiotici – sono stati uccisi da queste entità biologiche e sintetiche create da un computer. È interessante notare che ΦX174 non aveva questa capacità.
“Un cocktail di fagi generati supera rapidamente la resistenza a ΦX174 in tre ceppi di E. coli, dimostrando la potenziale utilità del nostro approccio per la progettazione di terapie fagiche contro patogeni batterici in rapida evoluzione”, hanno spiegato Hie e colleghi nell'abstract dello studio. “Questo lavoro fornisce un modello per la progettazione di diversi batteriofagi sintetici e, più in generale, getta le basi per la progettazione generativa di sistemi viventi utili su scala genomica”, hanno chiosato gli esperti. Ma il rischio di creare qualcosa di pericolosissimo e letale, che può sfuggire da un laboratorio, è significativo e non va affatto sottovalutato. I dettagli della ricerca “Generative design of novel bacteriophages with genome language models”, non ancora sottoposti a revisione paritaria, sono stati caricati su BiorXiv.
