Una IA permite modificar genes microbianos para producir combustibles renovables

Aunque la ciencia y la tecnología son dos ámbitos distintos entre sí, estas pueden trabajar en conjunto. Hemos visto que en la informática y el hardware es posible combinarlos con nuevos materiales y experimentos para poder desarrollar chips más rápidos. Pero en esta ocasión dejaremos esto de un lado, pues curiosamente vamos a hablar de como con biología cuántica e IA han podido modificar genes microbianos y producir combustibles renovables.

A pesar de que llevamos décadas investigando el genoma humano, animal y vegetal, seguimos estando limitados a la hora de modificarlo para conseguir lo que deseamos. Quizá la clave reside en los microorganismos, que como sabemos son capaces de sintetizar un sinfín de sustancias y convertirlas en otras. Muchos de los procesos que existen en el mundo son producidos por estos seres diminutos, que existen en todas partes.

Gracias a la IA han conseguido mejorar las herramientas CRISPR para modificar genes

Se ha marcado un hito en la ciencia, pues es uno de los primeros casos donde vemos que se ha hecho uso de la inteligencia artificial para poder mejorar las herramientas que modifican el genoma. Los científicos del laboratorio nacional de Oak Ridge han logrado modificar el genoma de microbios combinando sus conocimientos en biología cuántica, bioingeniería e IA. La inteligencia artificial se empleó exclusivamente para mejorar la tecnología CRISPR Cas9. Esta consiste en que un ARN guía dirige a la enzima Cas9 para que esta se una y corte la cadena de genoma en la posición deseada.

Cuando este tipo de herramienta que emplea en microbios no suele tener mucho éxito, ya que pocas especies modelo. La mayoría de herramientas CRISPR se han desarrollado pensando en insectos y mamíferos, pero no en microbios. El primer paso era mejorar el modelado y diseño del ARN guía, usando biología cuántica para estudiar los efectos de la estructura electrónica sobre las propiedades químicas. Al final, esta estructura electrónica es la que determinará si logra unirse el complejo enzima ARN guía Cas9 con el ARN del microbio.

Con este modelo de IA mejorarán procesos como la fermentación y la creación de combustibles

Los científicos construyeron un modelo de IA llamado "bosque aleatorio iterativo". Este tenía los datos de unos 50.000 ARN guía para el genoma de la E. coli (Escherichia coli). Con esto lograron descubrir las pistas que necesitaban para poder sustentar la eficiencia de los ARN guía. Para validar el modelo IA, realizaron múltiples experimentos usando la herramienta con la bacteria. Gracias a esto, podrán mejorar procesos como la fermentación bacteriana e incluso desarrollar de manera eficiente combustibles renovables.

Lograron cumplir su objetivo de poder entender con mayor precisión las reglas de diseño que debían seguir. Ahora podían hacer ARN guía que tuviesen una eficiencia de corte óptima para un grupo de especies microbianas. Para dar vida a este modelo de IA que ha resultado tan útil, se ha empleado nada menos que el superordenador Summit del ORNL, el cual tiene una velocidad de unos 200 petaFLOPs.

Este permitirá crear mejores herramientas CRISPR Cas9 para todas las especies, no solo los microbios. De hecho, esperan que también pueda mejorar el proceso para predecir el ARN guía en el genoma humano. Por ejemplo, si se desarrolla un nuevo fármaco, podrán enfocarse en una región específica del genoma.