Scienziati della Stanford University, California, hanno creato per la prima volta al mondo i primi virus (fagi), progettati dall’intelligenza artificiale (IA), capaci di dare la caccia e uccidere microorganismi pericolosi per la salute umana: nello specifico i ceppi di Escherichia coli ( E. coli ).

Lo studio, condotto da Hie King e colleghi, è stato pubblicato sul server di preprint bioRxiv il 17 settembre, e deve essere ancora sottoposto a revisione paritaria. Ma per l’interesse che ha suscitato, Nature ha dedicato all’esperimento l’apertura del suo sito.

Gli autori comunicano che, a livello sperimentale, il loro lavoro dimostra il potenziale dell’intelligenza artificiale nella progettazione di strumenti e terapie biotecnologiche per il trattamento delle infezioni batteriche .

“Si spera – afferma Hie – che una strategia come questa possa integrare le attuali strategie di terapia fagica e, un giorno, potenziare terapie per colpire qualsiasi tipo di patogeni. Si tratta di un passo storico nella biotecnologia  – aggiunge – che apre la strada a future terapie per combattere l’antibiotico resistenza, uno dei più grandi problemi sanitari del nostro tempo”.

I fagi o batteriofagi sono virus che infettano esclusivamente i batteri e che, replicandosi al loro interno, ne provocano la morte per “lisi”,  demolendo la loro membrana cellulare, dopo che, nella sua parte più interna, si è accumulata la progenie del virus. I fagi,  composti da proteine che incapsulano Dna o Rna, sono tra gli organismi più comuni e diversi sulla Terra e si trovano ovunque ci siano batteri. Una delle maggiori fonti naturali di questi microrganismi è l’acqua di mare dove, fino al 70% dei batteri marini  può essere  infettato dai fagi.

Per arrivare ad una “terapia fagica”, il primo passo è isolare fagi con caratteristiche specifiche, in grado di neutralizzare un batterio patogeno associato ad un’infezione, come la Listeria o la Salmonella. Una  volta individuati i fagi idonei a combattere uno specifico batterio, questi vengono coltivati in alte concentrazioni e somministrati al paziente, dove si replicano direttamente sul sito dell’infezione senza danneggiare il microbiota dell’ospite e senza che siano necessarie ulteriori somministrazioni.

Per progettare fagi in grado di riconoscere ed uccidere il batterio dell’Escherechia coli, Hie e colleghi hanno disegnato il genoma di un virus utilizzando Evo 1 e Evo2, modelli di intelligenza artificiale che analizzano e generano sequenze di Dna, Rna e proteine. Ma, per arrivare all’obiettivo i ricercatori avevano bisogno di una sequenza di Dna di partenza, che guidasse  il modello di IA a generare un genoma con le caratteristiche desiderate. E’ stato scelto ΦX174 (fi x174), 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 e che, in natura, ha dimostrato di infettare il batterio E.coli.

I modelli Evo, già addestrati su oltre due milioni di genomi di fagi, sono stati ulteriormente addestrati per generare genomi virali simili a ΦX174 con la funzione specifica di infettare i ceppi di E. coli, in particolare quelli resistenti agli antibiotici. Dopo aver stampato in laboratorio 302 versioni diverse del Dna virale per rendere ΦX174 più adatto ad uccidere ceppi di E.coli resistenti agli antibiotici, queste sono state messe in altrettante provette piene di batteri.  Il giorno successivo, Hie e colleghi, hanno scoperto che in 16 provette i virus con il genoma artificiale, avevano infettato e ucciso i batteri, e che si erano replicati regolarmente.

“Questa è la prima volta che i sistemi di intelligenza artificiale sono in grado di scrivere sequenze coerenti su scala genomica. “Il passo successivo – sottolinea Hie –  è la vita generata dall’intelligenza artificiale”.

Più cauto il suo collega Samuel King che ammette che “sono necessari molti progressi sperimentali per progettare un intero organismo vivente. Anche se –conclude – il risultato ottenuto è davvero sorprendente e molto entusiasmante per noi, perché dimostra che questo metodo potrebbe rivelarsi molto utile in ambito terapeutico”.

Tuttavia, l’auspicio di molti scienziati, tra cui anche il premio Nobel Erico Topol è che “non ci sia nulla che vada storto nel maneggiare virus rendendoli più infettivi e letali”. (Rita Lena)