Investigadores de la Universidad de Pensilvania (EEUU) han usado inteligencia artificial para identificar compuestos previamente desconocidos en las Arqueas, algunos de los microorganismos más antiguos de la Tierra. El descubrimiento abre la puerta al desarrollo de un nuevo tipo de antibióticos que nos ayude en la lucha contra una de las amenazas sanitarias más urgentes de hoy, las superbacterias y su resistencia a los antibióticos actuales.

«Los esfuerzos anteriores para encontrar nuevos antibióticos han buscado principalmente en hongos, bacterias y animales», explica el investigador español César de la Fuente, profesor de Bioingeniería e Ingeniería Química y Biomolecular en la Universidad de Pensilvania, y autor principal del artículo publicado recientemente en la revista Nature Microbiology.

El laboratorio de De la Fuente ha utilizado previamente modelos de IA para identificar candidatos a antibióticos de una manera poco ortodoxa, estudiando desde el ADN de organismos extintos hasta las sustancias químicas del veneno animal. Ahora, De la Fuente y su equipo ha usado estas herramientas en proteínas de cientos de microbios antiguos. «Hay todo un dominio de vida esperando a ser explorado», dice De la Fuente.

Las Arqueas, distintas tanto de las bacterias como de los eucariotas (que incluyen plantas, animales y hongos), ocupan su propia rama en el árbol de la vida. Aunque se parecen a las bacterias bajo el microscopio, las Arqueas difieren fundamentalmente en su genética, membranas celulares y bioquímica. Estas diferencias les permiten sobrevivir en algunos de los entornos más extremos de la Tierra, desde fumarolas submarinas de agua caliente hasta manantiales a altas temperaturas como los del Parque Nacional de Yellowstone.

«Nos sentimos atraídos por las Arqueas porque han tenido que desarrollar defensas bioquímicas en entornos inusuales», explica Marcelo Torres, investigador asociado en el laboratorio de De la Fuente y coautor principal del artículo. «Pensamos que si han sobrevivido durante miles de millones de años bajo esas condiciones, tal vez han desarrollado formas únicas de combatir a los competidores microbianos, y tal vez podríamos aprender de eso».

La caza de antibióticos con IA

Para descubrir compuestos antibióticos potenciales ocultos en las Arqueas, el equipo aprovechó una versión actualizada de APEX, una herramienta de IA que el laboratorio de De la Fuente desarrolló originalmente para identificar candidatos a antibióticos en las reliquias biológicas, incluyendo en las proteínas de animales extintos como el mamut lanudo.

APEX ha analizado miles de péptidos —cadenas cortas de aminoácidos— con propiedades antimicrobianas conocidas y puede predecir la probabilidad de que una secuencia dada de aminoácidos tenga efectos similares. Al reentrenar APEX 1.1 con miles de péptidos adicionales e información sobre bacterias que causan enfermedades en humanos, los investigadores prepararon la herramienta para predecir qué péptidos en las Arqueas podrían inhibir el crecimiento bacteriano.

«Intentar encontrar nuevos antibióticos en una molécula cada vez es como buscar agujas en un pajar», dice Fangping Wan, investigador postdoctoral en el laboratorio de De la Fuente y otro coautor principal del artículo. «La IA acelera el proceso identificando dónde es probable que estén las agujas».

Resultados prometedores

El análisis de 233 especies de Arqueas produjo más de 12,000 candidatos a antibióticos. Los investigadores bautizaron estas moléculas como arqueacinas, que el análisis químico reveló que difieren de los péptidos antimicrobianos (AMPs) conocidos, en particular en su distribución de carga eléctrica.

Los antibióticos funcionan de varias maneras. Algunos perforan agujeros en las membranas bacterianas, mientras que otros bloquean la capacidad de los organismos para producir proteínas. Los investigadores encontraron que, a diferencia de la mayoría de los AMPs conocidos, que atacan las defensas externas de una bacteria, las arqueacinas parecen desconectarlas desde adentro, alterando las señales eléctricas que mantienen viva la célula.

En pruebas contra una gama de bacterias resistentes a medicamentos que causan enfermedades, el 93% de las 80 arqueacinas testadas demostraron actividad antimicrobiana contra al menos una bacteria. Los investigadores luego seleccionaron tres arqueacinas para probar en modelos animales. Cuatro días después de una sola dosis, todas las arqueacinas detuvieron la propagación de una bacteria resistente a medicamentos que a menudo se adquiere en hospitales. Uno de los tres compuestos demostró actividad comparable a la polimixina B, un antibiótico comúnmente usado como última línea de defensa contra infecciones resistentes a medicamentos.

«Esta investigación muestra que hay potencialmente muchos antibióticos esperando a ser descubiertos en las Arqueas», dice De la Fuente. «Con más y más bacterias desarrollando resistencia a los antibióticos existentes, es crítico encontrar nuevos antibióticos en lugares no convencionales para reemplazarlos».

El futuro de la lucha antimicrobiana

Los modelos basados en IA prometen ayudarnos a descubrir nuevos medicamentos totalmente personalizados que puedan combatir la actual ineficacia de los antibióticos. La capacidad de estos modelos para analizar enormes conjuntos de datos clínicos y experimentales puede permitir un diagnóstico preciso de enfermedades, pronóstico de tratamiento y la predicción o desarrollo de nuevos compuestos antimicrobianos.

Sin embargo, a pesar de los avances de los nuevos algoritmos, los investigadores tienen que superar los problemas actuales en la accesibilidad de datos, que limita su capacidad para funcionar efectivamente en diversas poblaciones de pacientes y escenarios clínicos. Aun así, el equipo de De La Fuente planea seguir mejorando APEX para mejorar la precisión de la herramienta. También esperan comprender mejor la eficacia y seguridad a largo plazo de las arqueacinas, con el objetivo de algún día llevarlas a ensayos clínicos humanos.

«Esto es solo el comienzo», dice De la Fuente. «Las Arqueas son una de las formas de vida más antiguas, y claramente tienen mucho que enseñarnos sobre cómo superar en astucia a los patógenos que enfrentamos hoy».

Fuente: msn.com