- El objetivo del estudio fue contribuir con la disminución de la resistencia a los antibióticos que se ha venido generando en los últimos años
Un equipo científico de la Universidad de Pennsylvania en Estados Unidos, liderado por el español César de la Fuente, logró descubrir moléculas (ácidos nucleicos, proteínas y otros compuestos) que se encontraban en organismos extintos como humanos prehistóricos, mamut lanudo y el milodón, que funcionan como antibióticos naturales.
Los genomas fueron hallados a través de un sistema de aprendizaje con inteligencia artificial (IA) llamado APEX, que pudo “resucitar” con éxito los compuestos antibióticos encontrados en las moléculas de las criaturas extintas hace miles de años.
Este modelo de IA es la culminación de varios años de trabajo, basado en décadas de investigación previa sobre métodos de secuenciación de material genético antiguo.
El trabajo, publicado el 11 de junio en la revista Nature Biomedical Engineering, detalló que el objetivo del estudio fue contribuir con la disminución de la resistencia a los antibióticos que se ha venido generando en los últimos años.
“La resistencia a los antimicrobianos es una de las mayores amenazas de nuestro tiempo y se necesitan urgentemente nuevos tratamientos. Informamos del descubrimiento impulsado por la IA de decenas de miles de potenciales antibióticos en organismos extintos», señaló el autor del trabajo.
¿En qué consistió el estudio?
El nombre científico del procedimiento para encontrar las sustancias antibióticas en organismos extintos es desextinción molecular y tiene como objetivo resucitar moléculas que ayuden a resolver la resistencia a los antibióticos, así como contribuir con otros problemas biológicos y médicos actuales.
El laboratorio del científico De la Fuente diseñó un nuevo modelo de IA que permitió descubrir, con ayuda de la base de datos de los animales y humanos prehistóricos, cientos de miles de antibióticos preclínicos en apenas unas horas.
«La biología de la resurrección es un campo emergente que pretende devolver a la vida cadenas de moléculas y organismos más complejos con el objetivo último de beneficiar a la humanidad», indicó el autor del trabajo.
El equipo de la Universidad de Pensilvania mostró que el modelo de aprendizaje profundo con IA se puede utilizar para extraer los proteomas (grupo de proteínas en un organismo) de todas las cadenas de ADN almacenadas en base de datos provenientes de animales y humanos extintos.
Con la secuencia de estos proteomas, los científicos pueden desarrollar nuevos tratamientos antibióticos que resuelvan el problema de la resistencia.
La IA logró el descubrimiento
Antes del avance de la IA, el equipo científico ya había explorado los proteomas de los neandertales y denisovanos (homínidos extintos que habitaron Asia hace miles de años).
«Identificamos moléculas antibióticas en humanos modernos y antiguos. Esto nos llevó a plantear la hipótesis de que moléculas similares podrían conservarse a lo largo de la evolución», explicó De la Fuente.
No obstante, el trabajo no había avanzado hasta ahora que con ayuda de la IA pudieron pasar de la extracción de pocos proteomas en meses a cientos de ellos en minutos.
«Nuestro nuevo modelo de inteligencia artificial está diseñado para analizar todos los organismos extintos conocidos por la ciencia, lo que llamamos el extinctoma«, detalló el investigador.
Para lograr el desarrollo del modelo de IA, los científicos entrenaron conjuntos de sistemas de aprendizaje profundo para la predicción de la actividad antimicrobiana y lo utilizaron para extraer 10.311.899 posibles antibióticos naturales presentes en los organismos extintos.
Los modelos de IA además predijeron 37.176 secuencias genéticas con actividad antimicrobiana, de las que 11.035 no se encuentran en organismos actuales.
Pruebas con ratones en laboratorio
Luego de obtener la secuencia de ADN de las moléculas, el equipo logró sintetizar 69 posibles antibióticos para confirmar su efectividad contra patógenos bacterianos.
La mayoría de estos mataron a las bacterias al atacar a su membrana citoplasmática, que es la membrana que rodea a todas las células. Los antibióticos actuales, al contrario, atacan solo la membrana externa, que solo se encuentra en la superficie. Esto significa que su eficacia es más fuerte en contra de los microbios e infecciones.
Las moléculas que descubrieron fueron bautizadas con los nombres de los organismos que las contenían: neandertalina, mamutina, milodonina, megalocerina y elefasina.
Estos compuestos mostraron actividad antiinfecciosa en ratones con abscesos cutáneos o infecciones del muslo.
«Muchos de estos compuestos resultaron eficaces tanto in vitro como en dos modelos preclínicos de ratón, con una actividad comparable a la del antibiótico polimixina B», apuntó el investigador.
La desextinción molecular que logró el equipo con ayuda de la IA podría acelerar el descubrimiento de moléculas terapéuticas antibióticas.
«Las moléculas descubiertas por APEX son ahora candidatas a antibióticos preclínicos. Nuestro trabajo con IA ha acelerado drásticamente el descubrimiento. Con este modelo se pueden hacer años de trabajo en horas», concluyó De La Fuente.
