Antibióticos: la lucha de César de la Fuente contra las superbacterias

César de la Fuente se enfoca en la denominada biología digital. Trata el código genético (ADN y proteínas) como información procesable por algoritmos, lo que permite acelerar el proceso de descubrimiento de moléculas para nuevos medicamentos de años a minutos. Es así como se propone acabar con una de las mayores amenazas actuales de la humanidad: la resistencia a los antibióticos.

Aprovechamos su presencia en España para recoger el Premio Impulso Innovador que le acaba de otorgar la Fundación Innovación Bankinter para hablar con él.

Las superbacterias

Vivimos rodeados de bacterias. Millones de ellas flotan en el ambiente. No las vemos porque su tamaño es extremadamente pequeño y escapan a la capacidad de resolución de nuestra vista, pero las respiramos continuamente.

Lo habitual es que no supongan un problema para la salud porque contamos con defensas naturales. Sin embargo, ocasionalmente podemos inhalar una bacteria patógena causante de una infección grave que nuestro organismo no sabe eliminar de forma natural. Es en estos casos cuando los facultativos prescriben antibióticos.

Los antibióticos tienen facultad para matar a la bacteria. El problema es que estos microorganismos biológicamente inteligentes poseen el superpoder de evolucionar a una velocidad alarmante. En cuestión de días o semanas desarrollan sus propios mecanismos de defensa para sobrevivir ante las presencia de los antibióticos. Esta rápida mutación hace que estos medicamentos, en principio eficaces, dejen de funcionar y que las infecciones sean cada vez mucho más difíciles y costosas de curar.

No es, pues, que nuestro sistema inmunitario se esté debilitando, sino que las bacterias se hacen cada vez más fuertes.

La pandemia silenciosa

La multirresistencia a los antibióticos es una de las mayores amenazas para la salud pública mundial. 

Actualmente, 5 millones de las muertes que se producen anualmente en el mundo se asocian a infecciones bacterianas difíciles o imposibles de tratar con los antibióticos disponibles.

Si no encontramos antibióticos nuevos, el cálculo para el año 2050 es duplicar la tasa de fallecimientos hasta alcanzar los 10 millones. Es decir, una muerte cada tres segundos.

El desafío

Explicados por César de la Fuente los superpoderes de las bacterias para sobreponerse al ataque de los antibióticos, la pregunta que cabe hacerse es ¿entonces, qué sentido tiene seguir investigando antibióticos nuevos con lo caro y lento que es el proceso? 

Una de las soluciones sería poder crear nuevos medicamentos en cuestión de horas en lugar de hacerlo en años y adaptarlos así a las sucesivas mutaciones bacterianas. Otra receta sería diseñar moléculas antibióticas que las bacterias no reconozcan y de las que no hayan aprendido, superando así su capacidad de defensa.

En estas líneas de investigación trabaja el Machine Biology Group de la Universidad de Pensilvania, con un equipo multidisciplinar de 15 investigadores que lidera el científico de origen español César de la Fuente.

Aquí han desarrollado el modelo Apex y sus variantes basado en una plataforma de inteligencia artificial diseñada para descubrir y diseñar nuevos antibióticos erigiéndose en referente de la biología digital.

Sobre todo, científico

Nacido en Coruña hace escasamente 40 años, César de la Fuente tiene triple nacionalidad: española, canadiense y estadounidense. Hijo de un neurocientífico y una madre médica, de la Fuente, además de dirigir el Machine Biology Group, es profesor de la Universidad de Pensilvania. Sin embargo, se presenta, ante todo, como científico.

“Siempre me fascinó conocer cómo funciona el mundo que nos rodea y lo poco que sabemos de él. Todavía hoy, después de años de investigación, sigo pensando lo mismo”, declara.

Una carrera brillante

Licenciado en Biotecnología por la Universidad de León, a EE.UU llegó con una beca de investigación. Antes se había doctorado en Microbiología por la Universidad de la Columbia Británica (Canadá) y realizado un posdoctorado en el MIT (Massachusetts Institute of Technology). 

De aquella época, con 21 o 22 años, conserva todavía algún cuadernillo con sus tempranas anotaciones sobre los antibióticos. Entre los muchos reconocimientos recibidos por de la Fuente, están el de ‘Mejor investigador joven de EE. UU.’ por la American Chemical Society o haber sido nombrado ‘Joven Líder Global ‘por el Foro Económico Mundial.

El salto a las máquinas

Fue en el MIT donde comenzó a aplicar la inteligencia artificial y otras herramientas computacionales a la biología. 

Su visión de la biología es la de una sopa de letras. “Al final –dice–, el ADN es un código de cuatro letras, que se llaman nucleótidos. Las proteínas son un código de 20 letras, que se llaman aminoácidos. No es muy diferente al alfabeto que usamos para comunicarnos. Si a esta sopa de letras se le aplican algoritmos, se pueden formar palabras nuevas con un significado.  En el laboratorio, esas palabras son potenciales antibióticos que pueden matar a bacterias”. 

En este contexto, la IA sería la responsable de investigar nuevas moléculas susceptibles que crear antibióticos realmente eficaces. Hasta ahora, los científicos realizaban este proceso de forma manual, con alta incertidumbre y tasa de fracaso. Las máquinas lo aceleran y abaratan todo, por eso nunca ha pensado de la Fuente que estuviese traicionando a la bata de científico al apostar por la convergencia entre biotecnología e IA.

La biología digital

La comunidad científica no termina de ponerse de acuerdo en la distinción entre la biología sintética y la digital. Según César de la Fuente, la segunda sería la evolución de la primera.

Mientras que la biología sintética crea y modifica sistemas biológicos reales en el laboratorio, la biología digital se enfoca en el uso de computadoras, IA y algoritmos para procesar, simular y analizar datos biológicos a gran escala de manera virtual.

La propuesta de la biología digital sería, entonces, enseñar a los ordenadores a diseñar rápidamente antibióticos fuera del laboratorio.

¿Hasta dónde llega la IA?

No quiere decir esto que delegue la ciencia en las máquinas. Verdad que buena parte del descubrimiento la hace la IA. El paso siguiente es sintetizar moléculas con métodos químicos. También para esto recurren en el laboratorio a los robots. Pero nada de ello reemplaza al científico, quien sigue guiando la investigación, tomando las decisiones estratégicas y vigilando por la seguridad y ética de los desarrollos.

La cara oscura de la IA

Pero, igual que de la Fuente sueña con acabar con un problema complejo con la biología digital, reconoce los peligros potenciales de la tecnología. Uno es su posible uso para generar patógenos aún más virulentos y perniciosos para la humanidad. 

De aquí que el científico abogue por un diálogo humanista e inclusivo sobre la IA que involucre a gobiernos, la academia, instituciones y a toda sociedad en general más allá de las grandes compañías tecnológicas.

Transferencia de la tecnología

Y si desde una perspectiva más abstracta la ambición principal de César de la Fuente es entender los secretos sobre el funcionamiento de la vida, a un nivel práctico lo que le obsesiona es aterrizar ese conocimiento en el mundo real para mejorar la vida de las personas.

Además de sus vínculos con la Universidad de Pensilvania, César de la Fuente se halla involucrado en el nacimiento de una compañía. Se trata de Peptaris, una empresa emergente de biotecnología ubicada en EE.UU que se dedica a la investigación biomédica de frontera. Utilizan tecnología avanzada e IA para el descubrimiento de péptidos con diversas aplicaciones médicas, incluyendo antibióticos, inmunología y oncología. 

El objetivo es convertir el conocimiento científico acumulado durante estos años en soluciones que salven vidas. “Se me ocurren pocas cosas que puedan ser más emocionantes que esto”, dice el científico.

La empresa está ya constituida, pero el proyecto lo llevan un poco en silencio en espera de levantar una primera ronda semilla. Su convencimiento del potencial de los péptidos en la biotecnología es absoluta.

Su visión de la ciencia en España

A César de la Fuente le descubrimos públicamente en España durante la pandemia de Covid-19. Ya entonces, su papel desde EE.UU fue fundamental en el desarrollo de tecnologías de diagnóstico rápido de bajo coste y en la investigación de infecciones secundarias.

Entre otras cosas, la pandemia sirvió para evidenciar la vulnerabilidad sanitaria y lo atrasada que se había quedado la ciencia en Europa y España. Si actualmente viviésemos una situación similar a la de 2020, pocas cosas habrían cambiado.

Requerimos a César a la Fuente su opinión sobre la ciencia en nuestro país. Menos falta de talento, identifica numerosos retos estructurales en el sistema nacional. Empieza  por la ausencia de meritocracia y sigue por un exceso de burocracia y una escasa inversión en la ciencia.

Llama también la atención sobre la precariedad laboral de muchos científicos e investigadores, con contratos temporales y sueldos bajos. Lo que interpreta como una falta de respeto a estos profesionales. 

Una visión estratégica

A los datos estructurales añade la falta de una visión estratégica de Estado para impulsar la investigación. Más allá de los políticos de turno, cree que debería haber un consenso nacional que apueste por la investigación a largo plazo, tanto en aras de alcanzar soberanía tecnológica como fuente de riqueza.

Defiende también una visión aséptica del mundo de la ciencia, independiente de los partidos políticos de turno. Considera que la investigación es un motor económico a largo plazo y que debería haber un consenso nacional para apostar por ella como se hace en otros países, con el objetivo de lograr soberanía tecnológica. Señala la existencia de estudios que ponen en relieve el efecto multiplicador de la inversión en ciencia e innovación. 

La ciencia siempre avanza

Sabe que todo lo dicho es más fácil decirlo que ejecutarlo, por eso anima a los científicos españoles a seguir empujando las fronteras del conocimiento porque es de las pocas cosas que siempre van hacia delante y que, por mucha tecnología que surja y dinero que se invierta la curiosidad por entender los secretos de la vida sigue siendo, afortunadamente, una virtud profundamente humana.