{"id":21426,"date":"2021-02-01T10:17:06","date_gmt":"2021-02-01T16:17:06","guid":{"rendered":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/?p=21426"},"modified":"2021-02-01T10:17:06","modified_gmt":"2021-02-01T16:17:06","slug":"una-ia-de-lenguaje-predice-con-precision-las-mutaciones-de-escape-de-covid-19","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/coronavirus\/una-ia-de-lenguaje-predice-con-precision-las-mutaciones-de-escape-de-covid-19\/","title":{"rendered":"Una IA de lenguaje predice con precisi\u00f3n las mutaciones de ‘escape’ de Covid-19"},"content":{"rendered":"

A pesar de su simplicidad, los virus son peque\u00f1as fuerzas vitales furtivas.<\/span><\/p>\n

Tomemos como ejemplo el SARS-Cov-2, el virus detr\u00e1s del Covid-19.\u00a0Desafiado con el sistema inmunol\u00f3gico humano, el virus ha reorganizado gradualmente partes de su material gen\u00e9tico, lo que facilita su propagaci\u00f3n entre la poblaci\u00f3n humana.\u00a0La nueva cepa ya ha aterrorizado a Sud\u00e1frica y ha cerrado el Reino Unido, y recientemente apareci\u00f3 en los Estados Unidos.<\/span><\/p>\n

El lado positivo es que nuestras vacunas y terapias de anticuerpos existentes todav\u00eda probablemente sean efectivas contra la nueva cepa.\u00a0Pero ese no es siempre el caso.\u00a0El \u201cescape viral\u201d es un escenario de pesadilla, en el que el virus muta lo suficiente para que los anticuerpos existentes ya no lo reconozcan.\u00a0Las consecuencias son nefastas: significa que incluso si ya ha tenido la infecci\u00f3n o si ha producido anticuerpos a partir de una vacuna, esas protecciones ahora son in\u00fatiles.<\/span><\/p>\n

Desde una perspectiva evolutiva, las mutaciones virales y nuestro sistema inmunol\u00f3gico est\u00e1n constantemente involucrados en un juego del gato y el rat\u00f3n.\u00a0La semana pasada, gracias a un recurso completamente inesperado, ahora podemos tener una ventaja.\u00a0En un\u00a0<\/span>art\u00edculo<\/span><\/a>\u00a0alucinante\u00a0publicado<\/a>\u00a0en\u00a0<\/span>Science<\/span><\/i>\u00a0, un equipo desarroll\u00f3 una herramienta para predecir el escape viral, y provino del procesamiento del lenguaje natural (PNL), el\u00a0campo de\u00a0la\u00a0<\/span>inteligencia artificial que<\/span><\/a>\u00a0imita el habla humana.<\/span><\/p>\n

Extra\u00f1o, \u00bfverdad?<\/span><\/p>\n

La visi\u00f3n cr\u00edtica del equipo fue construir una especie de “lenguaje viral”, basado puramente en sus secuencias gen\u00e9ticas.\u00a0Este lenguaje, si se le dan suficientes ejemplos, se puede analizar usando t\u00e9cnicas de PNL para predecir c\u00f3mo los cambios en su genoma alteran su interacci\u00f3n con nuestro sistema inmunol\u00f3gico.\u00a0Es decir, utilizando t\u00e9cnicas de lenguaje artificial, puede ser posible buscar \u00e1reas clave en un genoma viral que, cuando mutan, le permiten escapar de los anticuerpos itinerantes.<\/span><\/p>\n

Es una idea realmente exc\u00e9ntrica.\u00a0Sin embargo, cuando se prob\u00f3 en algunos de nuestros mayores enemigos virales, como la influenza (la gripe estacional), el VIH y el SARS-CoV-2, el algoritmo pudo discernir mutaciones cr\u00edticas que “transforman” cada virus lo suficiente como para escapar del alcance de nuestros sistema de vigilancia inmunol\u00f3gica.<\/span><\/p>\n

“El lenguaje de la evoluci\u00f3n viral y el escape … proporciona un marco poderoso para predecir las mutaciones que conducen al escape viral”, dijeron los Dres.\u00a0Yoo-Ah Kim y Teresa Przytycka del Instituto Nacional de Salud, quienes no participaron en el estudio pero\u00a0<\/span>brindaron perspectivas<\/span><\/a>\u00a0al respecto.<\/span><\/p>\n

“Esta es una forma fenomenal de reducir todo el universo de posibles virus mutantes”,\u00a0<\/span>agreg\u00f3 el<\/span><\/a>\u00a0Dr. Benhur Lee en Mount Sinai.\u00a0Y si se valida m\u00e1s, el algoritmo podr\u00eda reforzar los intentos de una vacuna eficaz contra el VIH o una vacuna universal contra la gripe, en lugar del enfoque de predicci\u00f3n fragmentado que tenemos ahora.\u00a0Tambi\u00e9n podr\u00eda proporcionar informaci\u00f3n sobre c\u00f3mo el nuevo coronavirus podr\u00eda mutar a\u00fan m\u00e1s y poner nuestro sistema inmunol\u00f3gico en “jaque” y, a su vez, darnos tiempo para luchar contra sus planes de escape y poner fin a la pandemia de una vez por todas.<\/span><\/p>\n

Una analog\u00eda \u00fatil<\/span><\/h3>\n

La idea de utilizar la PNL para examinar virus comenz\u00f3 con una analog\u00eda.\u00a0El invierno pasado, el autor del estudio Brian Hie estaba paseando por los terrenos nevados del MIT cuando se le ocurri\u00f3 una idea: \u00bfy si es posible explicar la interacci\u00f3n entre el virus y el sistema inmunol\u00f3gico de la misma manera que analizamos el lenguaje?<\/span><\/p>\n

Es una comprensi\u00f3n s\u00faper nerd que requiere algunos actos de fe.\u00a0Pero cuanto m\u00e1s pensaba en ello, m\u00e1s sentido ten\u00eda.\u00a0El lenguaje contiene tanto gram\u00e1tica como sem\u00e1ntica.\u00a0El primero es bastante inmutable, antes de que establezca la estructura de una oraci\u00f3n.\u00a0Pero el segundo, la sem\u00e1ntica, es solo el significado de la oraci\u00f3n.\u00a0Cambiar una sola palabra podr\u00eda alterar inmediatamente el significado hasta el punto en que un oyente ya no podr\u00eda comprender, manteniendo la gram\u00e1tica intacta.\u00a0En otras palabras, es totalmente posible decir un galimat\u00edas gramaticalmente correcto (Mad Libs me viene a la mente) mientras se \u201cescapa\u201d a la comprensi\u00f3n de un oyente.<\/span><\/p>\n

Aqu\u00ed est\u00e1 el salto de la analog\u00eda.\u00a0Los virus tambi\u00e9n se basan en dos caracter\u00edsticas principales para sobrevivir.\u00a0Ambos involucran su interacci\u00f3n con nuestro sistema inmunol\u00f3gico.\u00a0El primero es su capacidad para ingresar a una c\u00e9lula para replicarse m\u00e1s de s\u00ed mismos.\u00a0Este rasgo, denominado “virulencia”, debe permanecer semi-consistente para que el virus pueda mantenerse dentro de un hu\u00e9sped.<\/span><\/p>\n

Toma el SARS-CoV-2.\u00a0Como la mayor\u00eda de los virus, es un ser similar a una burbuja con picos en su superficie.\u00a0Encapsulada dentro est\u00e1 su secuencia gen\u00f3mica.\u00a0Las prote\u00ednas de pico son necesarias para que el virus “hable” con nuestras c\u00e9lulas, permitiendo que el virus entre.\u00a0Pero son los genes virales los que dictan la forma de las prote\u00ednas de pico.\u00a0En otras palabras, si los cambios en los genes virales tambi\u00e9n alteran las prote\u00ednas de pico, estas mutaciones cambiar\u00edan la interacci\u00f3n del virus con nuestras c\u00e9lulas y sistema inmunol\u00f3gico.<\/span><\/p>\n

Para sobrevivir, cualquier virus debe seguir su propia “gram\u00e1tica”.\u00a0Estas secuencias fundamentales, capturadas en su genoma, permiten su supervivencia.\u00a0Si se rompe la gram\u00e1tica con demasiadas mutaciones, o mutaciones en puntos cr\u00edticos, el virus ya no podr\u00e1 entrar en una c\u00e9lula y replicarse, y llegar\u00e1 a un callej\u00f3n sin salida evolutivo.\u00a0En pocas palabras: un virus debe mantener intacta su “gram\u00e1tica”.<\/span><\/p>\n

Sin embargo, la gram\u00e1tica es solo la mitad de la comprensi\u00f3n.\u00a0El otro es la sem\u00e1ntica, el significado de las palabras.\u00a0Aqu\u00ed, pens\u00f3 Hie, es donde los virus tienen m\u00e1s libertad de acci\u00f3n.\u00a0Imag\u00ednese el virus como un hablante y nuestro sistema inmunol\u00f3gico como un oyente.\u00a0Las mutaciones en un genoma viral que intercambian “palabras”, pero dejan la gram\u00e1tica intacta, podr\u00edan enga\u00f1ar al “oyente” inmune lo suficiente como para que ya no entienda el lenguaje del virus y detenga un ataque.\u00a0Sin embargo, debido a que la gram\u00e1tica del virus permanece, es libre de replicarse y causar estragos, escondido de las defensas del sistema inmunol\u00f3gico.\u00a0En otras palabras, si una mutaci\u00f3n permite que un virus mantenga su gram\u00e1tica pero cambia su sem\u00e1ntica, tambi\u00e9n permite el escape viral.<\/span><\/p>\n

La pregunta es, \u00bfc\u00f3mo predecimos esas mutaciones de pesadilla?<\/span><\/p>\n

Ingrese algoritmos<\/span><\/h3>\n

El segundo salto de pensamiento de Hie fue acceder a un campo completamente diferente: el lenguaje de la IA.<\/span><\/p>\n

En los \u00faltimos a\u00f1os, la IA se ha vuelto extremadamente eficiente para modelar tanto la gram\u00e1tica como la sem\u00e1ntica en el lenguaje humano, sin ning\u00fan conocimiento previo o comprensi\u00f3n del contenido.\u00a0Tome\u00a0<\/span>GPT-3 de OpenAI<\/span><\/a>\u00a0, que produce una prosa asombrosa similar a la humana que es gramaticalmente correcta y se mantiene principalmente en el tema.\u00a0En lugar de estudiar ling\u00fc\u00edstica, estos algoritmos de PNL aprenden a trav\u00e9s de un vasto corpus de texto, organizado en palabras, frases cortas, oraciones y p\u00e1rrafos.\u00a0Incluso sin formaci\u00f3n previa, un algoritmo de PNL es capaz de captar patrones en el lenguaje humano.\u00a0Olv\u00eddese de las reglas, es el reconocimiento de patrones hasta el final.<\/span><\/p>\n

Ahora imagine que el texto de ejemplo es el genoma “normal” del virus y las mutaciones son frases nuevas alternativas;\u00a0Entonces es posible analizar el lenguaje del virus utilizando t\u00e9cnicas de PNL.\u00a0Tomemos “gram\u00e1tica”, por ejemplo, o secuencias en un genoma viral que permiten su entrada en una c\u00e9lula.\u00a0Si se considera un idioma, la PNL podr\u00eda comenzar a captar secuencias relacionadas con la infecciosidad de un virus, sin necesidad de conocimientos previos de microbiolog\u00eda.<\/span><\/p>\n

Una idea similar funciona para la sem\u00e1ntica viral.\u00a0Es posible cambiar sistem\u00e1ticamente una letra gen\u00e9tica viral.\u00a0Usando PNL, podemos analizar hasta qu\u00e9 punto el mutante se desv\u00eda en su “significado”, por ejemplo, su comportamiento.\u00a0Usando el ejemplo del lenguaje, cambiar “gato” por “felino” es un cambio m\u00ednimo.\u00a0Sin embargo, si se cambia “gato” por “excavadora”, se obtiene una diferencia mucho mayor.\u00a0El grado de estas alteraciones se captura mediante un n\u00famero, en lugar de la intuici\u00f3n, y permite al algoritmo juzgar qu\u00e9 tan lejos se ha desviado un virus de su forma original.<\/span><\/p>\n

Usando influenza, VIH y SARS-CoV-2, el equipo se propuso encontrar mutaciones gen\u00e9ticas que permitan el escape viral: las que preservan la \u201cgram\u00e1tica\u201d del virus, pero alteran su \u201csem\u00e1ntica\u201d.\u00a0Al calificar cada regi\u00f3n con su algoritmo, el equipo descubri\u00f3 varias manchas de prote\u00ednas espec\u00edficas, y su modelo gen\u00e9tico, que aumentaron enormemente las posibilidades de escape viral.\u00a0Recuerde: el algoritmo nunca antes hab\u00eda encontrado ning\u00fan dato relacionado remotamente con la biolog\u00eda de un virus.\u00a0Pero bas\u00e1ndose \u00fanicamente en el “lenguaje” del virus, reprodujo resultados de laboratorio anteriores de secuencias que llevaron al escape de la influenza.<\/span><\/p>\n

No es frecuente que ramas de la ciencia no relacionadas se den un empuj\u00f3n entre s\u00ed.\u00a0Y Hie no va a detenerse.\u00a0Aprovechando a\u00fan m\u00e1s la analog\u00eda del lenguaje, es posible que algunas personas comprendan la misma oraci\u00f3n de manera diferente seg\u00fan su historia, cultura y experiencia.\u00a0De manera similar, nuestros sistemas inmunol\u00f3gicos no son todos iguales: cada uno tiene su propia pl\u00e9tora de mol\u00e9culas, anticuerpos y c\u00e9lulas inmunes, y una “fuerza” general.<\/span><\/p>\n

\u201cSer\u00e1 interesante ver si el enfoque propuesto se puede adaptar para proporcionar una visi\u00f3n ‘personalizada’ del lenguaje de la evoluci\u00f3n del virus\u201d, dijeron Kim y Przytycka.<\/span><\/p>\n

Fuente:<\/p>\n

Fan, S. (2021, 19 enero). A Language AI Is Accurately Predicting Covid-19 \u00abEscape\u00bb Mutations. Recuperado 1 de febrero de 2021, de https:\/\/singularityhub.com\/2021\/01\/19\/a-language-ai-is-accurately-predicting-covid-19-escape-mutations\/<\/p>\n

Cr\u00e9dito de la imagen:\u00a0<\/span><\/em>Vektor Kunst<\/span><\/a>\u00a0\u00a0de\u00a0\u00a0<\/span>Pixabay<\/span><\/a><\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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