Nuevos antibióticos con IA

Uno de los graves problemas en la actualidad es la resistencia a los antibióticos. Según la OMS en 2050 hasta 10 millones de personas morirían al año por esta razón. El investigador español César de la Fuente, líder del Machine Biology Group en su laboratorio en la Universidad de Pensilvania en EUA con la ayuda de la inteligencia artificial (IA) ha hallado antibióticos en animales extintos, como el mamut lanudo.

 

El biotecnólogo César de la Fuente, cree que la solución al problema pasa por traer de vuelta a la vida moléculas a las que los microorganismos no sepan enfrentarse, las que pertenecen a organismos extintos. Esta técnica, llamada desextinción molecular, con la ayuda del aprendizaje profundo (deep learning) ya ha producido candidatos a antibióticos preclínicos 'resucitando' moléculas de neandertales (neandertalina-1) y denisovanos, dos especies humanas desaparecidas hace decenas de miles de años.

El hallazgo represento un hito científico, ya que nadie lo había hecho con anterioridad. “Han logrado resucitar algunas moléculas que se extinguieron a lo largo de la evolución”, explica el investigador que los primeros resultados son muy prometedores.

 

Las han hallado en distintas especies. “Hemos encontrado antibióticos en el mamut lanudo, un perezoso gigante (cuyo apellido es darwiniano: fue descubierto por Darwin en una de sus expediciones a la Patagonia) o en un pingüino extinguido”, “Se trata de moléculas que vienen de criaturas del pasado y que jamás se habían explorado anteriormente como fuente de antibióticos”.

César de la Fuente, Investigador en la Universidad de Pensilvania ha declarado: “Hemos traído de nuevo a la vida moléculas que se extinguieron". Para hacerlo han desarrollado un algoritmo “muy potente” (APEX) con el que han explorado el extintoma, que recoge todos los organismos extintos disponibles para la ciencia. “Gracias al desarrollo hace años de métodos de secuenciación para ADN arcaico, se han secuenciado genomas, proteomas y metagenomas que están disponibles digitalmente en una bass de datos”.

 

La investigación fue publicada en la revista Nature Biomedical Engineering, y se analizaron más de diez millones de moléculas entre las que detectaron cerca de 11.000 que no se encuentran expresadas en el mundo biológico de hoy en día. “Son moléculas que se extinguieron a lo largo de la evolución y ahora usando métodos químicos, hemos podido sintetizarlas en el laboratorio. O sea, las hemos traído de vuelta a la vida”.

 

De esas 11.000 moléculas, sintetizaron 69 y las testaron contra bacterias. “Queríamos ver si el algoritmo de IA estaba en lo correcto, es decir, si efectivamente muchas de ellas se iban a mostrar activas contra bacterias”. La mayoría lo hicieron en placas de Petri (in vitro) en laboratorio y las más prometedoras las probaron posteriormente en vivo en dos modelos de ratón de relevancia preclínica.

 

En particular fueron tres las que arrojaron los resultados más esperanzadores: la mamutina, molécula que proviene del mamut lanudo; la elefantina, que procede del elefante antiguo y que se extinguió antes que el mamut; y la milodona, que deriva del perezoso gigante darwiniano. Las tres moléculas, bautizadas con esos peculiares nombres por los mismos investigadores, son ya candidatos antibióticos preclínicos.

Los genomas expresan proteínas con propiedades antimicrobianas naturales, producidas y seleccionadas a través de la evolución. La des-extinción molecular plantea la hipótesis de que estas moléculas podrían ser candidatas principales para nuevos fármacos seguros. En el nuevo artículo, el equipo utiliza el aprendizaje profundo para extraer los proteomas -grupo de proteínas elaboradas por un organismo- de todos los organismos extintos disponibles para el descubrimiento de péptidos antibióticos.

 “Fue muy sorprendente y emocionante: las mejores fueron capaces de disminuir las infecciones en ratones a niveles muy similares a un antibiótico como la polimixina B, que se usa en los hospitales en la actualidad”. Los péptidos de distintos animales extintos se mostraron eficaces en el tratamiento de infecciones en ratones.

 

¿Cuál es el siguiente paso? -“Lo que querríamos hacer es llevar alguna de estas moléculas que hemos sintetizado a la práctica clínica”. De ahí que estén considerando crear una compañía. -“Hemos recibido interés por parte de inversores, pero estamos todavía considerándolo. Con la publicación del estudio, veremos qué tipo de interés hay”.

 

Relata De La Fuente, que está “muy orgulloso” del artículo –“Creo que es el trabajo más bonito que hemos publicado hasta la fecha”, sostiene- y admite que les ha conllevado un trabajo monumental. En especial, de los dos primeros autores, Fangping Wan y Marcelo D. T. Torres. “El primero se centró en el trabajo computacional y el segundo en el experimental”, concluye el investigador. 

 

El trabajo que realizan estos investigadores con la IA ha acelerado enormemente el descubrimiento de antibióticos. El tiempo medio de desarrollo con métodos tradicionales puede prolongarse hasta seis años para lograr candidatos preclínicos. Con la IA, es posible descubrir cientos de miles de candidatos en apenas unas horas.

En la fotografía Marcelo D. T. Torres y Fangping Wan, los dos primeros autores del artículo, junto a Cesar De la Fuente .

Los investigadores han desarrollado una inteligencia artificial APEX (siglas en inglés de Desextinción de Péptidos Antibióticos), que utiliza una arquitectura de aprendizaje multitarea para predecir la actividad antimicrobiana de los péptidos. El algoritmo extrajo más de diez millones de péptidos y predijo 37.176 secuencias con actividad antimicrobiana, 11.035 de las cuales no se encontraron en organismos existentes.

 

Finalmente, el equipo sintetizó 69 péptidos y confirmó experimentalmente su actividad contra patógenos bacterianos. La mayoría de los péptidos mataron las bacterias al despolarizar su membrana citoplasmática, al contrario de los péptidos antimicrobianos conocidos, que tienden a atacar la membrana externa.

 

Incluidos los llamados mammuthusin-2 del mamut lanudo, elephasin-2 del elefante de colmillos rectos, hidrodamin-1 de la antigua vaca marina, mylodonin-2 del perezoso gigante y megalocerin-1 del alce gigante extinto, mostraron actividad antiinfecciosa en ratones con abscesos cutáneos o infecciones en los muslos.

 

“La resistencia a los antimicrobianos es una de las mayores amenazas de nuestro tiempo y se necesitan urgentemente nuevos antibióticos”, advierte en su cuenta de X De la Fuente, quien hace tan solo unos días publicó en la revista 'Cell', junto a científicos de la Universidad Tecnológica de Queensland (Australia), una investigación que identificó, con ayuda de la IA, casi un millón de fuentes potenciales de antibióticos en la naturaleza.

 

A su juicio, la extinción molecular ayudada por el aprendizaje profundo puede acelerar el descubrimiento de moléculas terapéuticas y ofrecer un marco completamente nuevo para el descubrimiento de fármacos.

 

Maracaibo, martes 18 de junio del año 2024