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I nuovi architetti della vita: creare proteine inesistenti in natura con l'IA

Per miliardi di anni il design delle proteine è dipeso dall'evoluzione. Oggi, l'Intelligenza Artificiale Generativa permette di ingegnerizzare da zero enzimi mai apparsi sulla Terra. Dai database genomici estinti alla creazione di antibiotici alieni, l'IA trasforma la biologia in programmazione informatica per combattere i superbatteri. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO

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Ricostruzione AI

Oltre l'evoluzione carbonio-centrica: il dominio della sintesi algoritmica
Dall'indispensabile meccanismo della digestione cellulare profonda all'istintiva e fulminea contrazione del tessuto muscolare liscio, dalla letale produzione di tossine paralizzanti alla sintesi di complessi anticorpi immunitari salvavita in circolo nel sangue, le proteine organiche costituiscono da sempre le vere, onnipresenti e formidabili macchine molecolari in scala nanometrica che rendono fisicamente, chimicamente e termodinamicamente possibile il proliferare della vita stessa sulla superficie della Terra. Per miliardi di anni di lentissima storia biologica, il complesso e delicato design biochimico di queste intricate, eleganti e fondamentali strutture tridimensionali ripiegate è stato rigidamente e ciecamente affidato in modo esclusivo ai lenti meccanismi della spietata evoluzione naturale. Si è trattato di un processo organico cieco, inesorabile e lunghissimo, guidato unicamente da casuali tentativi accidentali e dolorosi errori riproduttivi, un meccanismo iterativo estremamente lento e inevitabilmente e pesantemente vincolato in ogni suo passaggio dalle restrittive limitazioni chimiche imposte a priori dalla biologia del carbonio. Tuttavia, il vastissimo catalogo di tutte le proteine attualmente esistenti e mappate in natura, dalla più piccola tossina virale al più complesso e voluminoso muscolo umano, rappresenta, secondo calcoli matematici inconfutabili e sbalorditivi, soltanto una minuscola, ridicola e totalmente invisibile frazione percentuale delle sterminate strutture geometriche e molecolari che risultano essere teoricamente e matematicamente possibili nell'universo. L'avvento contemporaneo, dirompente e assolutamente epocale di potentissimi e inarrestabili modelli generativi basati sull'algoritmica dell'Intelligenza Artificiale, addestrati senza sosta su giganteschi cluster di supercomputer quantistici e classici, sta letteralmente e finalmente permettendo alla comunità internazionale di scienziati molecolari di scavalcare a piè pari l'estenuante e lenta attesa dell'evoluzione naturale e di ingegnerizzare con estrema precisione e in maniera totalmente artificiale, letteralmente dal nulla (de novo), enzimi chimici reattivi e proteine funzionali che non sono mai, in nessun momento geologico, apparsi o esistiti sulla faccia dell'intero pianeta. Il fenomenale salto concettuale e quantitativo rispetto al recentissimo passato accademico è sbalorditivo e ha lasciato senza fiato la comunità accademica internazionale. Geniali strumenti algoritmici basati sulle intricate reti neurali del deep learning avanzato, come ad esempio il celeberrimo e ormai mitico sistema AlphaFold sviluppato dal team di Google DeepMind, avevano già trionfalmente e definitivamente risolto, pochi anni or sono, l'angosciante e secolare problema strutturale che consisteva nel prevedere accuratamente quale precisa e complessa forma architettonica in 3D una determinata e lineare sequenza amminoacidica proteica avrebbe inevitabilmente assunto nel momento esatto in cui iniziava a ripiegarsi organicamente su se stessa nell'ambiente acquoso cellulare. Oggi, invece, l'Intelligenza Artificiale Generativa spinge coraggiosamente l'asticella ancora più in alto, rovesciando e invertendo brutalmente l'intera equazione metodologica della biochimica classica: i ricercatori umani, seduti ai terminali, si limitano semplicemente a specificare a priori la forma geometrica esatta o la specifica, desiderata e complessa funzione biochimica distruttiva o ricostruttiva che intendono ottenere nel mondo reale, e i modelli algoritmici addestrati, in un battito di ciglia computazionale, restituiscono istantaneamente a schermo le inedite e perfette sequenze lineari di aminoacidi di base strettamente necessarie per costruire fisicamente in laboratorio quella specifica e perfetta "serratura" o "chiave" molecolare, pronta all'uso. Incredibili e massicci processi iterativi di calcolo statistico ed esplorazione delle varianti che in un attrezzato e moderno laboratorio di cristallografia convenzionale avrebbero richiesto inevitabilmente l'investimento di svariati anni, o forse interi decenni di sudore, carriere bruciate e frustrazioni sperimentali da parte di innumerevoli dottorandi di ricerca, vengono oggi agilmente completati e brillantemente risolti dai gelidi e silenziosi server dedicati alla generazione de novo nel breve arco temporale di una manciata insignificante di secondi.

Le colossali e benefiche implicazioni applicative di questa nuova ed emergente disciplina, formalmente inquadrata come biologia computazionale predittiva, risultano essere di portata letteralmente sismica per l'intera razza umana, in particolar modo se applicate nella drammatica e attualmente perdente corsa agli armamenti globale contro il terribile flagello clinico dell'antimicrobico-resistenza (AMR). Attraverso laboratori automatizzati come quelli testati all'Università di Monash, macchine robotiche generano potenti composti "alieni" su base puramente matematica, capaci di eradicare in vitro i micidiali superbatteri resistenti, inaugurando un'era in cui l'ingegneria genetica e la biochimica applicata cessano di essere materia medica e si tramutano interamente e irreversibilmente in pura programmazione informatica e calcolo algoritmico strutturale.

 

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