Por Canuto  

Un equipo encabezado por el MIT recibirá hasta USD 52,9 millones de ARPA-H para diseñar, con inteligencia artificial generativa, alternativas a herbicidas como el glifosato y probarlas en laboratorio e invernaderos.
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  • El programa PLOW usará modelos de IA para proponer moléculas que actúen sobre enzimas vegetales y que sus investigadores esperan diseñar con menor riesgo de resistencia, toxicidad y daño ecológico.
  • Los investigadores prevén generar miles de millones de candidatos, examinarlos con pruebas de alto rendimiento y evaluar los más prometedores en invernaderos.
  • El proyecto también desarrollará sistemas microbianos vivos para degradar agroquímicos antes de que lleguen a los alimentos, el suelo o las vías fluviales.

MIT liderará con IA la búsqueda de herbicidas más seguros frente a malezas resistentes

Un equipo encabezado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) obtuvo una asignación de hasta USD 52,9 millones de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Salud de Estados Unidos (ARPA-H) para desarrollar alternativas de nueva generación a los herbicidas actuales. El proyecto combinará inteligencia artificial generativa, pruebas de alto rendimiento y ensayos en invernaderos, con el propósito de encontrar opciones eficaces que consideren desde su diseño los riesgos para la salud humana y el ambiente.

La iniciativa responde a dos problemas que, según los investigadores, pueden converger: algunas malezas desarrollan resistencia a productos de uso extendido, mientras persisten preocupaciones por la exposición a agroquímicos y por la cadena de suministro de sus ingredientes. MIT News informó que el equipo también quiere reducir la dependencia estadounidense del fósforo importado, que la institución identifica como un insumo crítico relacionado con el glifosato. El programa se llama PLOW, sigla de Precision Learning for On-target Weed control.

Un problema agrícola y de salud pública

En Estados Unidos se usan más de mil millones de libras de herbicidas cada año, de acuerdo con los datos citados por el MIT. Estos productos ayudan a evitar pérdidas de cultivos causadas por las malezas y pueden facilitar prácticas de agricultura regenerativa que protegen el suelo, pero el uso sostenido también plantea desafíos cuando las plantas invasoras dejan de responder a los compuestos habituales.

El equipo pone el foco en la resistencia que comienza a aparecer frente a herbicidas comunes, entre ellos el glifosato y la atrazina. Christopher Voigt, investigador principal de PLOW y jefe del Departamento de Ingeniería Biológica del MIT, describió la situación como una crisis asociada a mutaciones de resistencia y advirtió que el problema podría agravarse si coincide con dificultades de abastecimiento de los precursores químicos.

Voigt sostuvo que una interrupción en esos suministros podría dejar a los agricultores sin agroquímicos que considera esenciales para mantener altos rendimientos y precios económicos de los cultivos en Estados Unidos. Esa advertencia combina una preocupación agronómica con otra de seguridad de la cadena de suministro; no significa que el programa ya haya identificado una escasez concreta ni que sus alternativas estén listas para reemplazar los productos actuales.

La exposición humana constituye otro eje de la investigación. Según la información del MIT, los trabajadores agrícolas pueden entrar en contacto con herbicidas por su uso frecuente, mientras que otros residentes pueden recibir pequeñas cantidades a través de los alimentos y el agua potable; la institución menciona posibles vínculos con cáncer, trastornos metabólicos y endocrinos, además de otros efectos adversos. En el caso específico del glifosato, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer lo clasificó en 2015 como “probablemente carcinogénico para los seres humanos”. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, por su parte, indica que trabaja en una evaluación actualizada de los riesgos para la salud humana, que esperaba publicar en 2026.

Modelos de IA para generar candidatos

El equipo de inteligencia artificial desarrollará modelos generativos para proponer moléculas capaces de interferir con enzimas vegetales a las que apuntan el glifosato y otros herbicidas. El glifosato, en particular, actúa sobre la enzima EPSP sintasa, necesaria para que las plantas produzcan varios aminoácidos esenciales, por lo que el proyecto explorará alternativas que afecten ese proceso biológico desde enfoques químicos o mediante ARN pequeño de interferencia, conocido como siRNA.

Los modelos no buscarán únicamente moléculas que alcancen un objetivo biológico. También incorporarán criterios para favorecer candidatos de bajo costo de síntesis, con menor probabilidad de impulsar resistencia y con menos riesgos de dañar a las personas o provocar impactos ecológicos, según el planteamiento descrito por los investigadores.

La dirección de este componente estará a cargo de Connor Coley, profesor asociado Warren K. Lewis de Ingeniería Química en el MIT; Regina Barzilay, profesora distinguida School of Engineering de IA y Salud en esa institución; y Alexander Tropsha, profesor distinguido K.H. Lee en la Escuela de Farmacia Eshelman de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill. Sus modelos podrían generar miles de millones de candidatos, una cantidad que hace necesaria una etapa posterior de selección experimental.

El objetivo científico va más allá de sustituir una molécula por otra: el grupo quiere anticipar la aparición de resistencia y devolver los resultados de los experimentos a los sistemas computacionales para perfeccionar sus predicciones. Voigt explicó que las bibliotecas de candidatos se examinarán para identificar cuáles alcanzan su objetivo, y que los datos de esas pruebas alimentarán de nuevo el enfoque de IA; el ciclo conectará así el diseño digital con la validación en laboratorio.

Del cribado a las pruebas en invernadero

Angela Koehler, profesora Charles W. y Jennifer C. Johnson de Ingeniería Biológica en el MIT, y Jaime Cheah, directora asociada de divulgación científica y cribado colaborativo en el Center for the Development of Therapeutics del Broad Institute, liderarán el grupo de evaluación de alto rendimiento. Su tarea consistirá en probar las bibliotecas de moléculas y determinar cuáles muestran actividad sobre los objetivos planteados antes de que el equipo reduzca la lista de opciones.

Cuando los investigadores acoten los candidatos, un tercer equipo comenzará los estudios en invernadero para observar cómo se desempeña cada molécula bajo distintas condiciones agrícolas. Esa etapa estará liderada por Neal Stewart y Scott Lenaghan, codirectores del Center for Agricultural Synthetic Biology de la Universidad de Tennessee en Knoxville; Patrick Tranel, profesor Tom y Peggy Ainsworth de Ciencias de Cultivos en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign; Tim Willson, profesor distinguido Harold Kohn en la Escuela de Farmacia Eshelman de la Universidad de Carolina del Norte; y Andee Wallace, doctora por el MIT y directora ejecutiva y fundadora de Robigo.

Los investigadores esperan completar, al final del primer año del programa, las primeras pruebas en invernadero de los candidatos iniciales de ARN de interferencia. La fecha es una meta prevista para esa etapa, no un resultado ya alcanzado; el desempeño observado ayudará a decidir qué propuestas merecen avanzar y qué aspectos de los modelos requieren ajustes.

El equipo reúne además investigadores del Broad Institute del MIT y Harvard, la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, la Universidad de Tennessee en Knoxville, la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y la empresa Robigo. ARPA-H financia el esfuerzo dentro de su programa STREAM, sigla de Systems for Tracking and Resilience in Efficient Agricultural-input Management, que respalda proyectos sobre seguimiento y resiliencia en la gestión de insumos agrícolas.

Degradar agroquímicos antes de que se dispersen

PLOW incluirá una línea de investigación distinta al diseño de herbicidas: sistemas microbianos vivos destinados a degradar agroquímicos antes de que alcancen los alimentos, el suelo o las vías fluviales. La propuesta contempla bacterias, hongos y srRNA modificados para transformar productos químicos e ingredientes de las formulaciones en biomasa, con la intención de reducir la exposición humana y ambiental.

La incorporación de esa estrategia amplía el alcance del proyecto: no solo busca desarrollar compuestos alternativos, sino también explorar cómo limitar la persistencia de agroquímicos en el entorno. La descripción de ARPA-H plantea que los sistemas microbianos podrían ofrecer una vía escalable, aunque el material del anuncio no presenta resultados de pruebas ni especifica todavía cómo se aplicarían en distintos escenarios agrícolas.

El equipo también vincula la búsqueda de alternativas con la dependencia de insumos importados. El MIT señala que el fósforo es un ingrediente crítico asociado a un herbicida importante, el glifosato, y plantea que nuevas opciones podrían ayudar a reducir la dependencia de Estados Unidos respecto de ese suministro; la iniciativa, sin embargo, todavía debe diseñar y evaluar sus candidatos antes de demostrar ese efecto.

El financiamiento anunciado permitirá conectar modelos computacionales, cribado experimental, estudios en invernadero y sistemas de degradación microbiana dentro de un mismo programa. La investigación cuenta con el acuerdo 140D042690030 de ARPA-H, y sus responsables advierten que las opiniones y conclusiones del trabajo pertenecen a sus autores y no representan necesariamente las políticas oficiales del gobierno estadounidense.


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