L’intelligenza artificiale sta evolvendo rapidamente, passando da compiti come disegnare immagini o scrivere testi a sfide molto più complesse, come la creazione di codici genetici funzionanti. Un team di scienziati in California ha sfruttato questa tecnologia per un’impresa rivoluzionaria: progettare genomi virali completamente nuovi.
Il design della vita: l’intelligenza artificiale crea genomi virali
I ricercatori della Stanford University e dell’Arc Institute a Palo Alto hanno utilizzato l’intelligenza artificiale per generare nuove sequenze genetiche per i virus. Il risultato è stato sbalorditivo: non solo sono riusciti a far replicare questi virus creati dall’IA, ma hanno anche dimostrato che sono capaci di uccidere i batteri, una funzione fondamentale per i batteriofagi, i virus che infettano i batteri.
Gli scienziati descrivono questo risultato come il “primo progetto generativo di genomi completi”. Secondo Jef Boeke, un biologo della NYU Langone Health, si tratta di un “primo passo impressionante” verso la creazione di forme di vita interamente progettate dall’intelligenza artificiale. Boeke è rimasto sorpreso dall’efficacia dell’IA e dalla sua capacità di proporre soluzioni inaspettate, come virus con nuovi geni, geni troncati o persino con ordini genetici differenti.
È importante precisare che, nonostante la loro complessità, i virus non sono considerati organismi viventi. Sono più simili a frammenti di codice genetico che necessitano di una cellula ospite per replicarsi. Questo lavoro, pur non avendo creato una vera e propria forma di vita artificiale, rappresenta un passo cruciale nella ricerca. Questa innovazione ha il potenziale per aprire nuove strade nella creazione di trattamenti medici e nell’accelerare la ricerca sulle cellule geneticamente modificate.
Dall’addestramento all’azione: la nascita di virus sintetici
La genomica sta compiendo un salto di qualità grazie all’intelligenza artificiale. I ricercatori dell’Arc Institute hanno utilizzato un’intelligenza artificiale, chiamata Evo, per generare varianti di un virus che infetta i batteri, il batteriofago phiX174. Questo virus è stato scelto per le sue dimensioni ridotte e la sua semplicità, con soli 11 geni e circa 5.000 “lettere” di DNA.
L’intelligenza artificiale non è stata addestrata su testi, come accade per modelli come ChatGPT, ma su un vasto archivio di circa due milioni di genomi di altri virus batteriofagi. Una volta addestrata, l’IA ha prodotto 302 genomi virali “progettati” da un computer. Per verificare la loro funzionalità, i ricercatori hanno stampato chimicamente questi genomi e li hanno mescolati con batteri di Escherichia coli.
In un momento definito di “intelligenza artificiale”, gli scienziati hanno osservato con stupore la comparsa di placche di batteri morti nelle loro piastre di Petri. Sottoposte a un’analisi al microscopio, le placche si sono rivelate essere minuscole particelle virali. Ben 16 dei 302 genomi progettati dall’IA sono risultati funzionanti, replicandosi e infettando i batteri.
Secondo J. Craig Venter, un pioniere nella creazione di organismi con DNA sintetico, l’uso dell’IA non è che una versione più rapida del tradizionale metodo di “tentativi ed errori”. Se in passato si setacciava la letteratura scientifica per trovare soluzioni, oggi l’IA compie lo stesso lavoro a una velocità e con una precisione incomparabili.
L’uso di virus creati al computer potrebbe avere importanti applicazioni commerciali, come la terapia fagica, già utilizzata in via sperimentale per combattere gravi infezioni batteriche. Samuel King, lo studente che ha guidato il progetto, sottolinea che l’IA potrebbe anche sviluppare virus più efficaci per la terapia genica, una tecnica che utilizza i virus per introdurre geni specifici nei pazienti.
Nonostante le immense potenzialità, questa tecnologia solleva anche importanti interrogativi etici. Sebbene i ricercatori di Stanford non abbiano addestrato la loro IA su virus che infettano gli esseri umani, il rischio che scienziati non etici possano applicare questi metodi ai patogeni umani è reale. L’esplorazione di nuove dimensioni di letalità con l’IA rappresenta un rischio che la comunità scientifica deve affrontare con la massima cautela e responsabilità.
La complessità dei genomi più grandi
L’impiego dell’intelligenza artificiale per la creazione di genomi, pur offrendo prospettive rivoluzionarie, richiede un’estrema cautela. J. Craig Venter esprime una profonda preoccupazione, specialmente per la ricerca sul “potenziamento virale”, un campo in cui i risultati possono essere imprevedibili. Se una tale tecnologia venisse applicata a patogeni come il vaiolo o l’antrace, le conseguenze potrebbero essere gravissime.
Un altro interrogativo cruciale riguarda la capacità dell’intelligenza artificiale di generare genomi per organismi più complessi. Un batterio come l’Escherichia coli ha un codice DNA circa mille volte più lungo di quello del virus utilizzato nell’esperimento, il phiX174. Come sottolinea Jef Boeke, la complessità passerebbe da “sbalorditiva” a un livello insondabile, paragonabile a un numero superiore a quello delle particelle subatomiche nell’Universo.
Attualmente, non esistono metodi semplici per testare genomi di grandi dimensioni. Mentre alcuni virus possono “avviarsi” da un semplice filamento di DNA, gli scienziati non possono fare lo stesso per un batterio, un mammut o un essere umano. Sarebbe necessario un processo graduale e laborioso di ingegneria genetica per modificare una cellula esistente.
Nonostante le sfide, Jason Kelly, CEO di Ginkgo Bioworks, crede fermamente nella possibilità di creare genomi per organismi complessi. Egli immagina laboratori “automatizzati” dove i genomi vengono proposti e testati dall’intelligenza artificiale, per poi essere ottimizzati sulla base dei risultati ottenuti. Kelly ritiene che un simile traguardo sarebbe una “pietra miliare scientifica a livello nazionale”, e auspica che gli Stati Uniti siano i primi a raggiungerlo.
Lo studio è stato pubblicato sul MIT Technology Review.
