La carrera por desentrañar los secretos del genoma humano ha dado un salto cuántico con la colaboración entre gigantes tecnológicos como Nvidia y Microsoft, la empresa de inteligencia artificial Basecamp Research, y el laboratorio del científico español César de la Fuente en la Universidad de Pensilvania. Este consorcio ha desarrollado una innovadora herramienta basada en inteligencia artificial (IA) capaz de aprender de modelos evolutivos genéticos a gran escala, abriendo la puerta a terapias programables que podrían curar o prevenir enfermedades hasta ahora consideradas incurables.
La precisión en la biología es fundamental. Un simple cambio en una letra del código genético puede tener consecuencias devastadoras, como la anemia falciforme o una predisposición al cáncer. Entender estas alteraciones y su evolución es crucial para el desarrollo de tratamientos efectivos, y es precisamente en este punto donde la IA se presenta como una herramienta revolucionaria.
La edición genética, liderada por la técnica CRISPR/Cas (reconocida con el Premio Nobel en 2020), ha prometido revolucionar la medicina. Sin embargo, CRISPR tiene limitaciones. Es una técnica precisa para ediciones pequeñas, pero a menudo las enfermedades complejas requieren modificaciones más amplias, como la inserción de genes completos en lugares específicos del genoma. El nuevo sistema, denominado EDEN (Environmentally-derived evolutionary network), supera estas limitaciones al utilizar la IA para analizar y aprender de la vasta biblioteca genética de la vida.
“Los modelos evolutivos genéticos a gran escala de IA intentan capturar la lógica profunda de la vida aprendiendo directamente de la evolución, que es, en esencia, un proceso de optimización a escala planetaria”, explica el biotecnólogo español César de la Fuente. “A partir de la base de datos natural de ADN y proteínas de muchísimas especies y ecosistemas, se conocen qué patrones son estables, qué combinaciones son viables y qué estructuras tienden a producir ciertas funciones”.
La IA no se utiliza simplemente para clasificar o predecir, sino como un sistema generativo capaz de proponer nuevas soluciones terapéuticas, como moléculas, enzimas o constructos genéticos, teniendo en cuenta las restricciones biológicas. Este enfoque ha demostrado ser prometedor en el diseño de nuevas moléculas contra infecciones resistentes a los antibióticos, con una eficacia del 97% en pruebas de laboratorio.
Los resultados de la investigación van más allá de las infecciones. Basecamp Research ha empleado el modelo EDEN para generar linfocitos CAR-T (células inmunitarias) con una eficacia del 90% contra células tumorales en ensayos in vitro, lo que sugiere un potencial significativo en el tratamiento del cáncer.
“Creemos que estamos al inicio de una expansión importante de lo que es posible para los pacientes con cáncer y enfermedades genéticas”, afirma John Finn, director científico de Basecamp Research. “Al usar IA para diseñar terapias, esperamos desarrollar soluciones para miles de enfermedades incurables y transformar millones de vidas”.
EDEN ha logrado insertar ADN en el lugar preciso del genoma humano con un 73% de las enzimas probadas, un logro significativo que supera las capacidades de las técnicas de edición genética tradicionales. El sistema procesa ADN evolutivo de más de un millón de especies, recolectadas durante cinco años en 150 ubicaciones de 28 países, y ha sido entrenado y acelerado por Nvidia para alcanzar una escala comparable a la de GPT-4, de OpenAI.
La nueva técnica de inserción programable se diferencia de CRISPR al tratar el genoma como un sistema donde no solo se editan caracteres, sino donde se pueden instalar módulos de manera más dirigida. “Es un paso desde la edición puntual hacia la integración controlada, siempre con el requisito de evaluar con rigor seguridad, especificidad y entrega”, explica De la Fuente.
Otros investigadores en el campo, como Tomoji Mashimo de Nature Biotechnology, reconocen el potencial de la edición genómica para corregir anomalías genéticas hereditarias. Mashimo ha aplicado una variante de CRISPR (Cas3) para evitar los depósitos amiloides de proteínas causantes de amiloidosis por transtiretina (ATTR), y espera que esta tecnología pueda conducir a aplicaciones clínicas para otras enfermedades hereditarias.
Además de las terapias, la tecnología genómica también está revolucionando el diagnóstico de enfermedades. El sistema Sherlock, basado en CRISPR, permite la detección rápida y precisa de secuencias de ácidos nucleicos derivadas de patógenos, como el hongo Candida auris, que puede ser resistente a los antimicrobianos.
“Los métodos diagnósticos actuales para detectar C. auris son demasiado costosos, lentos y dependen de equipos complejos y personal entrenado para provocar un cambio real”, explica Justin Rolando, autor principal de la investigación publicada en Nature Biomedical Engineering.
La combinación de la inteligencia artificial, la edición genética y el análisis de datos genómicos a gran escala está abriendo un nuevo capítulo en la medicina, con la promesa de tratamientos personalizados y efectivos para una amplia gama de enfermedades. Si bien aún quedan desafíos por superar, como garantizar la seguridad y la especificidad de las terapias, el futuro de la medicina parece cada vez más brillante gracias a estos avances tecnológicos. La capacidad de modificar y reprogramar células con fines terapéuticos podría transformar la vida de millones de personas en todo el mundo, marcando el inicio de una era de curación genética sin precedentes.
