Combinar un antiguo tratamiento abandonado hace mucho tiempo y las promesas de la inteligencia artificial (IA) para combatir las infecciones bacterianas resistentes a los antibióticos: este es el desafío de los científicos del Instituto Pasteur, del Inserm, de la AP-HP y de la Universidad Paris Cité, que han desarrolló una nueva herramienta capaz de elegir, de forma sencilla y eficaz, el mejor cóctel de bacteriófagos posible para un paciente determinado.
Inventada en los años 1920, la terapia con fagos, es decir el uso de virus llamados bacteriófagos que sólo infectan a las bacterias para eliminarlas de forma selectiva, fue abandonada a finales de los años 1930, con la llegada de los antibióticos, mucho más fáciles de utilizar. Este enfoque ha vuelto a aparecer en los últimos veinte años, a medida que ha aumentado la resistencia a los antibióticos. Sin embargo, la gran diversidad y especificidad de los bacteriófagos hacen que este camino sea complejo. “Hoy en día, sólo unos pocos países de Europa del Este, como Georgia, todavía utilizan la terapia con fagos, mientras que en los países occidentales, los fagos de “amplio espectro” se utilizan ocasionalmente con carácter compasivo (como parte de una autorización temporal para uso nominativo, Nota del editor) para tratar infecciones crónicas multirresistentes a los antibióticos, cuando ningún medicamento autorizado ya no es eficaz.recuerda en un comunicado de prensa el doctor Baptiste Gaborieau, coprimer autor del artículo, médico reanimador del hospital Louis-Mourier (AP-HP) e investigador del laboratorio IAME (Universidad Paris Cité-Inserm).
Destacando el papel crucial de los receptores en la superficie de las bacterias
En su trabajo publicado el 31 de octubre de 2024 en la revista microbiología de la naturaleza, Investigadores franceses proporcionan una prueba de concepto de una herramienta que fabricaría bacteriófagos a medida basándose únicamente en el genoma de la bacteria objetivo.
En primer lugar, analizaron por primera vez los mecanismos de interacción entre bacterias y fagos. El objetivo: saber si es posible predecir la eficacia de un bacteriófago sobre una cepa bacteriana determinada. Para ello, crearon una base de datos con 403 cepas de bacterias en un lado. Escherichia coli y por el otro 96 bacteriófagos. Un trabajo que requirió más de dos años de esfuerzo. “Pusimos los fagos en contacto con las bacterias en cultivo y observamos qué bacterias murieron. Estudiamos 350.000 interacciones y logramos identificar, a nivel del genoma bacteriano, las características que pueden predecir la eficacia de los fagos. resume Aude Bernheim, autora principal y jefa del laboratorio de Diversidad Molecular de Microbios del Instituto Pasteur.
“Al contrario de lo que se pensaba inicialmente, son los receptores de la superficie de las bacterias y no sus mecanismos de defensa los que determinan principalmente la capacidad de los bacteriófagos para poder infectar bacterias o no, y los que predicen su eficacia”, continúa Florian Tesson, coprimer autor del artículo y estudiante de doctorado (Pasteur y Universidad de París Cité-Inserm).
Una selección de bacteriófagos con una eficacia del 90%
Luego, los bioinformáticos del equipo diseñaron un programa de inteligencia artificial basado en el análisis del genoma de la bacteria y, más concretamente, de las regiones implicadas en la codificación de los receptores de membrana de la bacteria, el punto de entrada de los fagos. “Aquí no nos enfrentamos a una ‘caja negra’, y esto es lo que constituye la fortaleza de nuestro modelo basado en IA. Sabemos exactamente cómo funciona, lo que nos ayuda a mejorar su rendimiento”.subraya Hugo Vaysset, coprimer autor del artículo y estudiante de doctorado (Pasteur). Tras más de dos años de entrenamiento, la IA pudo predecir correctamente la eficacia de los bacteriófagos contra las bacterias Escherichia coli de la base de datos en el 85% de los casos, simplemente analizando el ADN de la bacteria. “Un resultado que supera nuestras expectativas”, reconoce Aude Bernheim.
Los investigadores probaron su modelo en una nueva colección de cepas bacterianas deEscherichia coli responsable de la neumonía y seleccionó, para cada uno de ellos, un “cóctel” hecho a medida de tres bacteriófagos. En el 90% de los casos, los bacteriófagos diseñados a medida por la IA destruyeron las bacterias presentes. “Todavía tenemos que probar cómo se comportan los fagos en diferentes entornos, pero la prueba del concepto ya está hecha. Esperamos poder extenderlo a otras bacterias patógenas, porque nuestra IA ha sido diseñada para adaptarse fácilmente a otros escenarios y ofrecer tratamientos de fagoterapia personalizados en el futuro. concluye Aude Bernheim.
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