Un team di ricercatori di Stanford ha sfruttato l’aiuto dell’intelligenza artificiale (IA) per progettare da zero nuovi genomi completi di particolari virus chiamati batteriofagi. Si tratta di una bella notizia, ma la stessa apre il dibattito su cosa succederà quando l’IA imparerà a progettare forme biologiche più complesse.
COSA SONO I BATTERIOFAGI
Innanzitutto, conosciamo più da vicino i protagonisti di questo lavoro: i batteriofagi.
I batteriofagi, anche detti fagi, sono virus a tutti gli effetti, ma la loro peculiarità sta nella capacità di infettare esclusivamente le cellule batteriche. Questo significa che, a differenza dei virus patogeni per l’uomo, non hanno come bersaglio le cellule umane e non sono associati a patologie nell’uomo.
E per rassicurarvi ulteriormente, possiamo dire di essere in continuo contatto con queste “creature”. I batteriofagi si trovano, infatti, nell’acqua, nel suolo, intorno a noi e dentro di noi, praticamente ovunque, “nutrendosi” di batteri. Sono, infatti, tra le entità biologiche più abbondanti conosciute e svolgono anche un ruolo importante nel regolare le popolazioni batteriche.
SONO LORO LA NOVITÀ?
In realtà, la scoperta dei batteriofagi avvenne nei primi decenni del ‘900. Il loro stesso nome risale al 1917 e significa “mangiatore di batteri”, perché lo scienziato Félix d’Hérelle li osservò imbattendosi in colture batteriche di Shigella dysenteriae, batterio responsabile della dissenteria, che presentavano aree chiare e prive di crescita sulle piastre di agar, dovute proprio all’azione dei batteriofagi sui batteri. Non sono quindi una novità, anzi possiedono una storia molto lunga e sono stati oggetto di numerosi studi.
Figura 1- Placche di lisi su una piastra di Petri. Le aree circolari prive di crescita batterica sono generate dall’attività dei batteriofagi, che infettano e distruggono le cellule batteriche. (Canva)
GLI STUDI CI HANNO AIUTATO A CONOSCERLI
Grazie a questi studi conosciamo strutture, meccanismi e funzionamento dei batteriofagi. Sono grandi poche decine di nanometri e, nella maggior parte dei casi, hanno una forma che ricorda pressappoco una combinazione tra un’astronave e un ragno.
Sono capaci di legarsi esclusivamente alle cellule batteriche perché riconoscono specifiche strutture sulla superficie della cellula batterica. Ogni fago riconosce determinate strutture batteriche e, di conseguenza, può infettare solo specifici batteri.
Una volta riconosciuto e legato il proprio bersaglio, il fago inietta in esso il proprio materiale genetico e sfrutta la cellula batterica per moltiplicarsi. Da qui in avanti, i batteriofagi si distinguono principalmente in litici, che una volta moltiplicati distruggono la cellula batterica per uscirne, e temperati, che possono integrarsi nel DNA del batterio infettato senza ucciderlo immediatamente.
Figura 2- Illustrazione digitale tridimensionale di un batteriofago. Sono visibili il capside, che contiene il materiale genetico, e la coda, coinvolta nel riconoscimento e nell’infezione della cellula batterica. (Canva)
VECCHIE IDEE- NUOVI ORIZZONTI
Dal momento della loro scoperta, i fagi hanno suscitato un certo interesse nella comunità scientifica, perché in essi si vedeva uno strumento utilizzabile per far fronte alle infezioni batteriche, sfruttando soprattutto i fagi litici. L’uso dei fagi a questo scopo prende il nome di terapia fagica, ma sfortunatamente, la ricerca a riguardo venne presto eclissata dalla scoperta della penicillina e degli antibiotici di sintesi, più semplici da ottenere e meno complesse da studiare.
Oggi però, gli antibiotici stanno perdendo efficacia e si parla sempre più spesso di antibiotico-resistenza. È qui che i fagi tornano in auge, poiché offrono una possibilità terapeutica differente, anche se la terapia fagica necessita di ulteriori evidenze cliniche e, in molti Paesi, non è ancora approvata.
Altro limite da non sottovalutare è che come per gli antibiotici, anche per i fagi si può sviluppare resistenza, in quanto possono selezionarsi ceppi di batteri mancanti di una qualche struttura riconosciuta dal fago. Per questo si è pensato di usare i cosiddetti cocktail di fagi, composti da combinazioni di più fagi, con caratteristiche diverse, che rendono più difficile per il batterio sviluppare una resistenza efficace contro tutti contemporaneamente.
LA NUOVA SCOPERTA
Il gruppo di ricercatori guidato dal Prof. Brian L. Hie, dell’università di Stanford ha visto nell’IA una possibilità per generare nuovi batteriofagi, con un’architettura funzionale e realistica e con una specificità verso un tipo di batterio ospite.
A questo scopo, hanno utilizzato due modelli di intelligenza artificiale, chiamati Evo 1 ed Evo 2, appartenenti a una classe di sistemi chiamati genome language models, modelli linguistici del genoma.
Quello genomico è un linguaggio caratterizzato da regole ben precise, strutture indispensabili e combinazioni che producono conseguenze biologiche. Come per i modelli linguistici, ad esempio ChatGPT, che imparano le regole delle frasi osservando enormi quantità di testo, un genome language model può essere addestrato con grandi quantità di sequenze di DNA.
IL LAVORO DEI RICERCATORI IN BREVE
I ricercatori guidati dal Prof. Brian L. Hie della Stanford University hanno usato due modelli di intelligenza artificiale, Evo 1 ed Evo 2, per provare a progettare da zero nuovi batteriofagi. I due modelli, appartenenti alla classe dei genome language models, sono stati addestrati su circa 15.000 genomi di fagi della famiglia Microviridae, imparando a riconoscere le “regole” con cui le sequenze di DNA si organizzano e funzionano. Come riferimento sono stati forniti anche il genoma di Escherichia coli e quello di ΦX174, un batteriofago noto per infettare proprio questo batterio. A partire da queste informazioni, l’IA ha generato centinaia di possibili genomi fagici, dai quali i ricercatori hanno selezionato 302 candidati da sintetizzare e testare in laboratorio. Il risultato? 16 di questi si sono rivelati veri e propri fagi funzionanti, capaci di replicarsi e di inibire la crescita di E. coli. Alcuni presentavano anche caratteristiche mai osservate nei fagi conosciuti: uno, per esempio, possedeva una proteina coinvolta nell’impacchettamento del DNA e nella struttura del capside più corta rispetto a quella del fago di riferimento, ma comunque perfettamente funzionale. In altre parole, l’IA non si è limitata a ricombinare ciò che già conosciamo: è riuscita a proporre nuove soluzioni genetiche che la natura, almeno nei fagi finora osservati, non aveva ancora “sperimentato”.
E non è finita qui!
I ricercatori hanno ipotizzato che i diversi fagi da loro prodotti potessero formare un cocktail in grado di superare più facilmente la resistenza batterica. Per questo motivo, hanno testato un cocktail contenente i 16 nuovi fagi nei confronti di E. coli resistenti al fago di partenza ΦX174. Il cocktail è riuscito a superare la resistenza, al contrario del fago di partenza da solo o di un cocktail di 16 fagi naturali simili a ΦX174.
Non significa che abbiamo risolto l’antibiotico-resistenza, ma è una prova di concetto su quanto l’IA possa essere di aiuto nel supportarci in qualcosa che per noi, essendo così finemente regolato e complicato, sarebbe impossibile: creare organismi da zero sulla base di ciò di cui abbiamo bisogno.
I DUBBI DELLA COMUNITÀ SCIENTIFICA
Fin qui, tutto entusiasmante, ma c’è un retroscena un po’ più allarmante. Si, perché questo studio è una dimostrazione dell’abilità dell’IA di creare genomi funzionali completamente nuovi, magari per organismi diversi e/o più complessi dei batteriofagi.
Molti scienziati sono preoccupati, tra cui Thomas Inglesby e Moritz Hanke che hanno scritto un articolo di commento in cui sottolineano le implicazioni, in termini di biosicurezza, della possibilità di generare genomi virali funzionali attraverso l’IA e il bisogno urgente di trovare sistemi di governance adeguati per controllarla. L’obiettivo è evitare che vengano usati sistemi simili per progettare meccanismi in grado di infettare organismi eucarioti come piante, animali o esseri umani.
Tom Ellis, professore di ingegneria del genoma sintetico all’Imperial College di Londra, ci rassicura affermando che per quanto impressionante il lavoro sia, ci mostra anche quanto sarebbe difficile creare genomi più complessi. Quello del batteriofago sarebbe infatti un genoma molto piccolo e facile da realizzare.
Ciò non toglie che l’IA addestrata sul codice genetico di batteri pericolosi potrebbe, in linea teorica, essere utilizzata per progettare virus più dannosi, quindi sarebbe utile controllare l’accesso ai dati genetici e imporre restrizioni alla creazione di genomi dall’aspetto pericoloso.
Secondo il mito, Prometeo ruba agli dèi il fuoco e lo consegna agli esseri umani. Il fuoco è una delle metafore più antiche del progresso tecnologico e ogni grande rivoluzione scientifica ha in sé qualcosa di Prometeo. Il telescopio e il microscopio ci hanno consentito di vedere mondi che l’occhio umano non poteva vedere. Il sequenziamento ci ha permesso di leggere il DNA. E ora, la genomica generativa introduce la possibilità di progettare nuove sequenze biologiche prima ancora di sapere se la natura le avrebbe mai prodotte. Non significa che l’IA sia diventata Dio, magari è solo il suo pennello.
Fonti
- La Placa M., Principi di microbiologia medica, XIV ed., EdiSES, 2014.
- Dublanchet A., The Epic of Phage Therapy, Canadian Journal of Infectious Diseases and Medical Microbiology, 2007.
- Antonelli G., Clementi M., Pozzi G., Rossolini G. M., Principi di microbiologia medica, III ed., Casa Editrice Ambrosiana, 2017.
- King S. H., Driscoll C. L., Li D. B., Guo D., Merchant A. T., Brixi G., Wilkinson M. E., Hie B. L., “Generative design of bacteriophages with genome language models”, Science, 2026.
- Inglesby T. V., Hanke M. S., “AI-designed viral genomes”, Science, 2026.
- Sample I., “Safety fears as scientists make first viruses designed by AI”, The Guardian, 6 agosto 2026.
Rubrica a cura di Generazione Stem
Biografia autrice
Veronica Lupetti si è laureata in Farmacia nel 2020 con una tesi sperimentale in microbiologia. Da questa esperienza è nato un forte interesse per la ricerca scientifica, che l’ha portata a proseguire la carriera accademica con un dottorato in Scienze Biomolecolari e Farmaceutiche. Al termine del dottorato ha intrapreso un’esperienza professionale come QC Analyst presso un’azienda farmaceutica. Questo percorso multidisciplinare le ha fornito una prospettiva più ampia sulla scienza, permettendole di connettere competenze e conoscenze provenienti da ambiti diversi. Nel corso degli anni ha partecipato ad attività di terza missione accademica, avvicinandosi progressivamente alla divulgazione scientifica come strumento per comunicare al pubblico la sua passione per la scienza. È così che ha iniziato un percorso parallelo dedicato alla divulgazione scientifica, collaborando con realtà quali Generazione Stem e Microbiologia Italia, per le quali scrive articoli divulgativi e contenuti per i social, anche attraverso l’account Instagram @vero_in_petri.
