Per la prima volta un sistema di intelligenza artificiale è riuscito a progettare virus completamente nuovi, che una volta sintetizzati si sono dimostrati vitali. È il risultato di uno studio pubblicato sulla rivista Science dai ricercatori della Stanford University e dell’Arc Institute, in California. Una scoperta destinata a segnare un punto di svolta nella ricerca biomedica, ma che al tempo stesso alimenta nuovi interrogativi sui rischi legati alla biosicurezza. Finora gli scienziati erano già in grado di sintetizzare virus conosciuti per studiarne il comportamento, sviluppare vaccini o mettere a punto nuove terapie. Questa volta, però, il traguardo raggiunto è stato molto diverso, il modello non si è limitato a riprodurre genomi già esistenti, ma ha imparato a comprenderne le regole fino a elaborare nuove sequenze genetiche complete, mai osservate in natura e capaci di funzionare realmente. I ricercatori hanno infatti sintetizzato le molecole di Dna progettate dall’intelligenza artificiale e le hanno inserite nei batteri. Questi ultimi hanno prodotto nuovi virus in grado di infettare altri batteri, dimostrando così di essere vitali. “È una tappa fondamentale”, ha commentato Patrick Cai, biologo sintetico dell’Università di Manchester, che non ha preso parte allo studio.
Come “Evo” ha imparato a leggere il linguaggio del Dna
Il protagonista della ricerca si chiama Evo, un modello di intelligenza artificiale sviluppato per comprendere il linguaggio della genetica. Per molti aspetti il suo funzionamento ricorda quello di ChatGPT: se il chatbot analizza miliardi di parole per imparare a costruire frasi coerenti, Evo studia le sequenze del Dna per individuarne le regole biologiche. Il Dna può essere paragonato a un enorme libro scritto utilizzando soltanto quattro lettere, A, C, G e T, che, combinate tra loro, contengono tutte le istruzioni necessarie per costruire proteine e far funzionare gli organismi viventi. Anche il patrimonio genetico segue una sorta di grammatica, quando le sequenze rispettano determinate regole danno origine a molecole funzionanti, mentre se queste vengono violate il risultato è biologicamente inutile. È proprio questa “grammatica” che Evo ha imparato a riconoscere. Per addestrare il modello, gli scienziati gli hanno fatto analizzare circa nove trilioni di nucleotidi provenienti da milioni di animali, piante, microbi e virus. Una mole enorme di informazioni che gli ha permesso di individuare autonomamente gli schemi ricorrenti presenti in natura e arrivare perfino a progettare nuovi geni con funzioni specifiche. A quel punto il gruppo di ricerca ha deciso di compiere un passo ulteriore; verificare se fosse in grado di scrivere non solo singoli geni, ma un intero genoma virale.
Il virus scelto per l’esperimento
Per mettere alla prova Evo, gli scienziati hanno scelto un batteriofago molto semplice: Phi X-174. Si tratta di un virus composto da appena undici geni, studiato dalla comunità scientifica da quasi un secolo e capace di infettare esclusivamente il batterio Escherichia coli. Proprio perché innocuo per l’uomo, rappresentava il candidato ideale per un esperimento di questo tipo. “Ci è sembrato semplicemente il passo successivo più ovvio”, ha spiegato Samuel King, dottorando della Stanford University e autore dello studio. Le dimensioni estremamente ridotte del suo genoma, infatti, lo rendevano perfetto per verificare se il modello fosse davvero capace di progettare un intero virus funzionante.
Così sono nati i nuovi virus
Una volta completato l’addestramento, Evo ha iniziato a generare nuove sequenze genetiche. Il modello ha prodotto circa 700 mila possibili versioni del genoma di Phi X-174. I ricercatori hanno selezionato quelle ritenute più promettenti e ne hanno sintetizzate 285, trasformandole in vere molecole di Dna. Le sequenze sono poi state inserite all’interno di batteri coltivati in laboratorio. In molte piastre di Petri (i piccoli contenitori rotondi e bassi, generalmente in plastica trasparente o vetro, utilizzati nei laboratori per far crescere e osservare microrganismi come batteri, virus e funghi) non è accaduto nulla, segno che gran parte dei progetti elaborati dall’intelligenza artificiale non era in grado di funzionare. In altri casi, però, sono comparsi piccoli spazi trasparenti tra le colonie batteriche, il segnale che nuovi virus si stavano replicando e distruggevano le cellule ospiti. Dei 285 genomi sintetizzati, 16 hanno dato origine a virus vitali. Alcuni si sono dimostrati persino più efficienti del Phi X-174 naturale, replicandosi più rapidamente. “Non sono solo versioni deboli di qualcosa che già esiste”, ha osservato Oliver Crook, chimico proteico dell’Università di Oxford. Lo stesso ricercatore ha però precisato che non si tratta di organismi completamente estranei alla natura, i virus generati da Evo rimangono strettamente imparentati con quelli esistenti e si basano sugli stessi principi biologici fondamentali.
La scoperta apre nuove prospettive per la medicina
Secondo gli autori dello studio, la possibilità di progettare virus con l’aiuto dell’intelligenza artificiale potrebbe avere importanti ricadute nel campo della salute. Uno degli obiettivi più promettenti riguarda lo sviluppo di nuovi batteriofagi, virus capaci di attaccare esclusivamente i batteri, che in futuro potrebbero diventare un’arma preziosa contro le infezioni resistenti agli antibiotici. Questa tecnologia potrebbe inoltre accelerare la progettazione di terapie personalizzate, nuovi strumenti diagnostici e trattamenti innovativi, riducendo in modo significativo i tempi necessari alla ricerca rispetto ai metodi tradizionali.
I timori degli esperti
Accanto alle prospettive offerte dalla ricerca, però, cresce anche il dibattito sui possibili rischi. La stessa tecnologia che permette di progettare virus utili alla medicina potrebbe infatti essere sfruttata, almeno in teoria, per creare agenti patogeni più pericolosi o difficili da contrastare. Proprio per questo lo studio ha riacceso il confronto sulla cosiddetta biosicurezza, cioè sull’insieme delle regole e dei controlli necessari per impedire che strumenti così avanzati possano essere utilizzati per scopi militari o terroristici. Gli stessi ricercatori precisano tuttavia che l’esperimento è stato condotto utilizzando un batteriofago innocuo per l’uomo e che Evo è stato progettato con specifiche limitazioni per impedire la generazione di virus in grado di colpire persone, animali o piante. Lo studio, inoltre, è stato sottoposto a una rigorosa valutazione etica e scientifica proprio per ridurre al minimo qualsiasi rischio. Nonostante queste precauzioni, molti esperti ritengono che il rapido sviluppo dell’intelligenza artificiale applicata alla biologia renda sempre più urgente definire regole condivise a livello internazionale. L’obiettivo è fare in modo che una tecnologia destinata a rivoluzionare la medicina possa essere utilizzata esclusivamente per finalità di ricerca e di cura, evitando possibili impieghi impropri.