Los científicos han creado un sistema de "inteligencia artificial biológica"

Científicos australianos han desarrollado con éxito un sistema de investigación que utiliza inteligencia artificial biológica para diseñar y desarrollar moléculas con funciones nuevas o mejoradas directamente en células de mamíferos. Los investigadores afirman que el sistema representa una herramienta nueva y poderosa que podría ayudar a los científicos a desarrollar fármacos de investigación o terapias génicas más específicos y eficaces.

El sistema, denominado PROTEUS (Evolución de PROTeínas Mediante Selección), utiliza un método llamado «evolución dirigida», una técnica de laboratorio que imita la fuerza natural de la evolución. Pero en lugar de tardar años o décadas, acelera los ciclos de evolución y selección natural, creando moléculas con nuevas funciones en tan solo unas semanas.

Esto podría tener un impacto directo en la búsqueda de nuevos fármacos más eficaces. Por ejemplo, el sistema podría utilizarse para mejorar las tecnologías de edición genética, como CRISPR, y aumentar su eficacia.

“Esto significa que PROTEUS puede usarse para generar nuevas moléculas optimizadas para funcionar en nuestros cuerpos, y podemos crear nuevos medicamentos que serían difíciles o imposibles de crear utilizando la tecnología actual”, dice el coautor del estudio, el profesor Greg Neely, jefe del Laboratorio de Genómica Funcional Dr. John y Anne Chong en la Universidad de Sídney.

"La novedad de nuestro trabajo es que la evolución dirigida funciona principalmente en células bacterianas, mientras que PROTEUS puede desarrollar moléculas en células de mamíferos".

El sistema PROTEUS puede resolver problemas con una solución incierta, de forma similar a cómo un usuario introduce consultas en una plataforma de inteligencia artificial. Por ejemplo, el problema podría ser cómo desactivar eficazmente el gen de una enfermedad en el cuerpo de una persona.

PROTEUS utiliza entonces la evolución dirigida para explorar millones de posibles secuencias que aún no existen en la naturaleza y encuentra moléculas con propiedades altamente adaptadas al problema. Esto significa que PROTEUS puede encontrar soluciones que a un investigador humano le llevaría años encontrar, si es que logra encontrarlas.

Los científicos informaron que, con la ayuda de PROTEUS, desarrollaron versiones mejoradas de proteínas que son más fáciles de regular con fármacos, así como nanocuerpos (miniversiones de anticuerpos) capaces de detectar el daño al ADN, un proceso importante que contribuye al desarrollo del cáncer. Sin embargo, como enfatizaron los autores, las aplicaciones de PROTEUS no se limitan a esto: puede utilizarse para mejorar la función de la mayoría de las proteínas y moléculas.

Los resultados se publican en Nature Communications. La investigación se llevó a cabo en el Centro Charles Perkins de la Universidad de Sídney, en colaboración con investigadores del Instituto Centenario.

El descubrimiento del aprendizaje automático molecular

El desarrollo original del método de evolución dirigida, implementado por primera vez en bacterias, recibió el Premio Nobel de Química en 2018.

La invención de la evolución dirigida cambió el curso de la bioquímica. Ahora, con PROTEUS, podemos programar una célula de mamífero para resolver un problema genético para el que no tenemos una solución inmediata. Si dejamos que el sistema funcione continuamente, podemos monitorear periódicamente cómo resuelve el problema, afirmó el Dr. Christopher Denes, investigador principal del Centro Charles Perkins y la Facultad de Ciencias de la Vida y del Medio Ambiente.

El principal desafío que Denes y su equipo enfrentaron fue cómo hacer que una célula de mamífero fuera resistente a múltiples ciclos de evolución y mutaciones y al mismo tiempo mantuviera su estabilidad y evitara que el sistema hiciera “trampas” al encontrar soluciones triviales que no cumplían con la tarea en cuestión.

Los científicos encontraron una solución al usar partículas quiméricas similares a virus, un diseño compuesto por la capa exterior de un virus y los genes de otro. Este diseño impidió que el sistema hiciera trampas.

El diseño combinó elementos de dos familias de virus muy diferentes, creando lo mejor de ambos mundos. El sistema resultante permitió a las células procesar diversas soluciones posibles en paralelo, donde las soluciones mejoradas predominaban y las incorrectas desaparecían.

PROTEUS es estable, robusto y ha sido validado en laboratorios independientes. Animamos a otros grupos de investigación a utilizar este método. Con PROTEUS, esperamos impulsar el desarrollo de una nueva generación de enzimas, herramientas moleculares y terapias, afirmó el Dr. Denes.

Hemos abierto este sistema a la comunidad investigadora y estamos deseando ver cómo se utiliza. Nuestro objetivo es mejorar las tecnologías de edición genética y perfeccionar los fármacos de ARNm para lograr efectos más potentes y específicos, añadió el profesor Neely.