Cómo la IA está reviviendo una solución centenaria contra la resistencia a los antibióticos

El espectro de una era postantibiótica, en la que las infecciones comunes podrían volver a ser mortales, está emergiendo lentamente.

De hecho, la Organización Mundial de la Salud (OMS) prevé que la resistencia a los antimicrobianos (RAM) causará 10 millones de muertes al año para 2050, además de pérdidas económicas significantes.

A esto se suma que el desarrollo de nuevos antibióticos se encuentra en una etapa de escasez, ya que en las últimas décadas casi no se han descubierto ninguno.

En este vacío, la terapia con bacteriófagos está resurgiendo, revitalizada por la inteligencia artificial (IA) y la microbiología moderna.

Los bacteriófagos o "fagos" —virus que infectan y se replican solo en células bacterianas — fueron identificados por primera vez en 1917 por Félix d'Herelle, un científico franco-canadiense del Instituto Pasteur de París.

Los fagos son las entidades biológicas más abundantes en la Tierra. Atacan y destruyen exclusivamente bacterias y son inofensivos para cualquier tipo de célula, humana o no. De hecho, el propio cuerpo humano alberga más fagos que sus propias células.

El principio terapéutico de la terapia con fagos consiste en aislar fagos específicos, identificar los que son eficaces contra una determinada bacteria (como la Salmonella) y luego cultivar estos fagos hasta alcanzar concentraciones elevadas para la aplicación.

Pero el impulso inicial que mostró la investigación de d'Herelle pronto se vio eclipsado con la llegada de la penicilina, descubierta por Alexander Fleming en 1928, que marcó el inicio de la era de los antibióticos. Estos nuevos "medicamentos milagrosos" eran eficaces contra una gran variedad de organismos, relativamente sencillos de fabricar y ofrecían resultados clínicos notables, por lo que rápidamente captaron la atención de la medicina y la industria.

Además, la adopción de la terapia con fagos se enfrentó a importantes obstáculos prácticos debido a las limitaciones tecnológicas de principios y mediados del siglo XX. Este factor dificultaba el aislamiento preciso de fagos, ya que identificar el fago apropiado para una cepa bacteriana concreta era un proceso manual que requería mucho tiempo.

Esto, junto con otros desafíos para estandarizar los tratamientos en aras de obtener efectos consistentes y ampliar la producción, supuso un obstáculo importante. Además, los marcos normativos existentes, diseñados para los fármacos químicos, no se adaptaban a estos agentes biológicos.

En consecuencia, a medida que progresaba el desarrollo de los antibióticos, la investigación y la aplicación de los fagos en muchos países occidentales retrocedieron. No obstante, la actual crisis mundial de resistencia a los antimicrobianos, agravada por la escasez crítica de nuevos antibióticos en fase de investigación, ha reposicionado a los fagos en el punto de mira de la ciencia.

Actualmente, encontrar el fago adecuado para un paciente es un proceso manual muy laborioso. Los científicos deben realizar un 'fagograma', una serie de pruebas de laboratorio que es como probar múltiples llaves en una cerradura. Combinan físicamente cada fago en su biblioteca con la infección bacteriana específica del paciente para ver cuál funciona.

Encontrar el mejor fago disponible para un solo paciente podría requerir cientos de miles de pruebas manuales. Sin embargo, los laboratorios solo tienen capacidad para realizar unos cientos como máximo, lo que supone uno de los principales obstáculos para el uso de la terapia con fagos a mayor escala.

Sin embargo, los últimos avances en inteligencia artificial (IA) podrían ayudar a abordar estos desafíos. Se prevé que los científicos pronto serán capaces de predecir la eficacia de un fago en función de su código genético, lo que supondría un giro fundamental de los modelos de fagogramas manuales a los digitales.

En este sentido, nos estamos acercando al desarrollo de formas verdaderamente personalizadas y altamente eficaces de combatir las infecciones mediante terapia con bacteriófagos, que ofrece muchas posibilidades de éxito especialmente en los casos en que los tratamientos anteriores han fracasado.

Además, el uso de la IA puede ir más allá de optimizar la identificación de fagos. Con su capacidad de analizar la genética de los fagos y predecir sus interacciones, estas herramientas también pueden ayudarnos a diseñar "cócteles" de fagos, es decir, combinaciones para eliminar los objetivos bacterianos con mayor éxito.

Estos serán cruciales para desarrollar nuevos tratamientos, ya que las bacterias son genéticamente muy diversas: por ejemplo, una sola especie a menudo engloba numerosas cepas, todas con sus propias susceptibilidades. Además, su adaptabilidad inherente significa que la resistencia a un agente terapéutico individual es una amenaza siempre presente.

No obstante, los algoritmos de IA pueden ayudar a abordar estos desafíos al permitir la elaboración y aceleración de cócteles multifágicos sofisticados. El resultado son tratamientos terapéuticos eficaces, elaborados no solo para una gama más amplia de especies bacterianas, sino también para reducir significativamente la aparición de resistencias.

Este es precisamente el reto que abordamos en Phagos. Como explica nuestra directora técnica, Adèle James: "La sinergia entre la inteligencia artificial y la microbiología está transformando radicalmente la terapia con fagos. Ahora estamos tratando de ofrecer soluciones altamente específicas contra infecciones bacterianas en evolución en cuestión de semanas, en lugar de años. Esto acorta muchísimo el plazo de una década que puede requerir el desarrollo de nuevos fármacos".

Sin embargo, estos sofisticados modelos de IA solo se construyen y amplían gracias a avances igualmente impresionantes en la microbiología y la bioingeniería modernas. Sofisticadas plataformas automatizadas de cribado de alto rendimiento permiten evaluar rápidamente innumerables interacciones entre fagos y bacterias. A continuación, esta gran cantidad de datos se analiza de manera eficiente mediante herramientas bioinformáticas avanzadas, que ayudan a identificar los fagos más potentes a partir de estos cribados minuciosos.

Simultáneamente, se mapea el ADN de estos fagos mediante herramientas genómicas, lo que nos ofrece una imagen completa de sus puntos fuertes. Por último, sistemas automatizados de manipulación de líquidos agilizan y precisan los procesos de prueba y preparación para el proceso de fabricación, allanando el camino para una producción escalable.

La convergencia de la IA y la microbiología avanzada no es meramente teórica, sino que está dando resultados tangibles, que señalan una menor dependencia de los antibióticos convencionales. Este "Renacimiento de los fagos" ya está demostrando su valor práctico en áreas críticas y apunta hacia un futuro más resiliente frente a las amenazas bacterianas.

En la agricultura, donde la RAM supone una amenaza importante para nuestros sistemas de producción alimentaria, los fagos ofrecen un método preciso para controlar las enfermedades bacterianas. Por ejemplo, se ha demonstrado la eficacia de los fagos en la lucha contra patógenos como E. coli en granjas avícolas. Esto también reduce significativamente la necesidad de antibióticos, lo que se traduce en alimentos más seguros y una menor huella de RAM en este sector.

En lo que respecta a la salud humana, los fagos están proporcionando una nueva línea de defensa crucial contra las infecciones multirresistentes a los medicamentos, en las que otros tratamientos han fracasado. Un importante estudio de 2024 publicado en Nature Microbiology, por ejemplo, revisó 100 casos consecutivos de tratamiento con bacteriófagos para infecciones complejas. Los resultados informaron de una mejora clínica en el 77% de estas infecciones difíciles de tratar, con la erradicación completa de las bacterias en el 61%.

Para que la terapia con fagos avance con firmeza, es esencial contar con normativas adecuadas que garanticen tanto la seguridad como el acceso de los pacientes. También es fundamental seguir invirtiendo en I+D para impulsar la ciencia, respaldar ensayos clínicos sólidos y, en última instancia, ampliar la producción.

La colaboración entre el mundo académico, la industria y los organismos reguladores será fundamental para estandarizar los enfoques e integrar los fagos en nuestras estrategias contra la resistencia a los antimicrobianos.

Agradecemos a Ilias Theodorou, Marine Feyereisen, Ana Flack y Andrea Di Gioacchino por sus contribuciones.