Venenos que curan
Escorpiones, cobras, tarántulas. Pueden ser una terrible amenaza o todo lo contrario: salvar vidas. La combinación de conocimiento científico e Inteligencia Artificial (IA) parece sugerir lo segundo.
Y es que un estudio publicado la semana pasada en la revista «Nature Communications» demuestra que entre los millones de sustancias venosas que existen en la naturaleza podrían encontrarse los componentes de futuros antibióticos de nueva generación.
El trabajo ha sido liderado por el catedrático de la Universidad de Pensilvania César de la Fuente, y ha consistido en la utilización de un potente programa de inteligencia artificial para rastrear 40 millones de péptidos presentes en venenos de diferentes animales. Según palabras de de la Fuente, «los venenos son obras maestras de la evolución, llevan cientos de millones de años perfeccionándose para superar las defensas biológicas. Lo que hemos hecho es pedirle a la IA que busque entre su vasta biblioteca de moléculas algunas que también sirvan para matar bacterias».
El trabajo llega en un momento crucial. Es sabido que el aumento de las resistencias a los antibióticos, sobre todo por el gran desarrollo de bacterias gran-negativas, está poniendo en riesgo nuestra capacidad sanitaria para combatir nuevas infecciones. Se estima que en España cada año mueren unas 4.000 personas por enfermedades causadas por bacterias que no sucumben a los antibióticos más potentes conocidos. Hay más fallecimientos por esta causa que por accidentes de tráfico.
La crisis surge cuando proliferan microorganismos patogénicos que adquieren la capacidad de defenderse de los efectos de los medicamentos que usamos para combatirlos. La principal causa de esta evolución es el uso excesivo o indebido de antibióticos, pero también está en la base de este fenómeno la falta de proactividad en la industria para fabricar nuevas moléculas antibacterianas. Según denuncia la Organización Mundial de la Salud, el desarrollo de nuevos antibióticos está «estancado» y es insuficiente para hacer frente a la amenaza de las resistencias. Desde el año 2017 solo se han aprobado doce antibióticos, y de ellos, diez pertenecen a familias que ya han generado resistencias en algunas bacterias.
El equipo investigador dirigido por el gallego César de la Fuente ha aplicado la potencia del sistema APEX de inteligencia artificial y aprendizaje profundo a una base de datos de 40 millones de péptidos cifrados de venenos. Estos péptidos son moléculas de una longitud de entre ocho y 50 aminoácidos, no necesariamente relacionados con el sistema inmune, pero que tienen la facultad de atacar las membranas bacterianas. Curiosamente, algunos componentes del veneno de animales que atacan a sus víctimas pueden también defendernos de agentes infecciosos difíciles de controlar.
El trabajo ha rastreado cerca de 40 millones de péptidos para lograr encontrar 58 con capacidad antibacteriana prometedora como para ser probados en laboratorio. De ellos, 53 mostraron su eficacia para matar bacterias resistentes, entre ella la Escherichia coli y el Staphylococcus aureus, dos de de las más habituales en las infecciones recurrentes. En todos los casos, la actividad de estas moléculas aparecía en dosis pequeñas y seguras, es decir, en cantidades que no ponen en riesgo las células humanas.
Ataque directo
Desde hace tiempo se sabe que muchos péptidos de veneno perforan la membrana de las células. Eso los convierte en una herramienta muy interesante para fabricar antibióticos porque el ataque se hace de manera directa y la bacteria no tiene tiempo para desarrollar resistencia. Pero los venenos en el reino animal tienen miles de formatos diferentes. Cada uno tiene su propia huella bioquímica. Analizarlos todos es imposible sin ayuda de la inteligencia artificial. En este trabajo se han analizado cientos de sustancias ponzoñosas de serpientes, arañas, escorpiones y otros organismos.
El primer paso de la investigación ya está dado: gracias a ella se cuenta con el mapeo de sustancias antibacterianas más completo jamás conseguido, con más de 2.000 moléculas en el catálogo. Los siguientes pasos recaen en la química farmacéutica.
El reto es conocer mejor estas sustancias y generar con ellas versiones estabilizadas, que puedan vivir mucho tiempo activas en la sangre humana y que, por lo tanto, sean candidatas a formar parte de un fármaco antibiótico. «Sólo hemos arañado la superficie de la farmacopea natural», declaró César de la Fuente. Pero todo apunta a que los avances por venir serán veloces. La inteligencia artificial permite analizar datos a niveles de precisión impensables hace una década y llega en el momento más oportuno: cuando la ciencia se enfrenta a una amenaza inesperada, la de que los antibióticos existentes dejen de ser eficaces para curar infecciones graves.