Gostou do artigo? Compartilhe!

Inteligência Artificial projetou do zero proteínas que matam bactérias - e elas funcionam

A+ A- Alterar tamanho da letra
Avalie esta notícia

Uma Inteligência Artificial (IA) foi encarregada de projetar proteínas1 com propriedades antimicrobianas. Os pesquisadores então criaram um subconjunto das proteínas1 e descobriram que algumas realmente faziam o trabalho.

De acordo com dados do estudo, publicado na revista Nature Biotechnology, as proteínas1 antimicrobianas foram testadas na vida real e demonstraram funcionar. A mesma abordagem poderia eventualmente ser usada para fazer novos medicamentos.

Leia sobre "A resistência aos antibióticos e as superbactérias".

Proteínas1 são formadas por cadeias de aminoácidos. A sequência desses ácidos determina a forma e a função da proteína.

Ali Madani, da Profluent, uma startup de biotecnologia na Califórnia, e seus colegas usaram uma IA para projetar milhões de novas proteínas1 e, em seguida, criaram uma pequena amostra para testar se funcionavam.

A IA, chamada ProGen, funciona de maneira semelhante às IAs que podem gerar texto. A ProGen aprendeu como gerar novas proteínas1 aprendendo a gramática de como os aminoácidos se combinam para formar 280 milhões de proteínas1 existentes. Em vez de os pesquisadores escolherem um tópico2 para a IA escrever, eles poderiam especificar um grupo de proteínas1 semelhantes para ela focar. Nesse caso, eles escolheram um grupo de proteínas1 com atividade antimicrobiana.

Os pesquisadores programaram verificações no processo da IA para que não produzisse cadeias de aminoácidos “sem sentido”, mas também testaram uma amostra das moléculas propostas pela IA em células3 reais. Das 100 moléculas que eles criaram fisicamente, 66 participaram de reações químicas semelhantes às das proteínas1 naturais que destroem as bactérias da clara do ovo4 e da saliva. Isso sugeriu que essas novas proteínas1 também poderiam matar bactérias.

Os pesquisadores selecionaram as cinco proteínas1 com reações mais intensas e as adicionaram a uma amostra da bactéria5 Escherichia coli. Duas das proteínas1 destruíram as bactérias.

Os pesquisadores então fizeram imagens das proteínas1 com raios-X. Embora suas sequências de aminoácidos fossem até 30% diferentes de qualquer proteína existente, suas formas quase correspondiam às proteínas1 naturais. James Fraser, da Universidade da Califórnia, em San Francisco, que fazia parte da equipe, diz que não estava claro desde o início que a IA poderia descobrir como mudar tanto a sequência de aminoácidos e ainda produzir a forma correta.

“Foi uma situação do tipo ‘parece um pato, grasna como um pato’, e os raios-X confirmaram que também andava como um pato”, diz Fraser, se referindo ao ditado popular “se parece com um pato, anda como um pato e grasna como um pato, então provavelmente é um pato.”

Ele ficou surpreso ao encontrar uma proteína que funciona bem na primeira fração relativamente pequena de todas as proteínas1 geradas pela ProGen que eles testaram.

Um processo semelhante poderia ser usado para criar novas moléculas de teste para o desenvolvimento de medicamentos, embora ainda precisem ser testadas em laboratórios, o que é demorado, diz Madani.

No artigo, os pesquisadores descrevem como grandes modelos de linguagem geram sequências de proteínas1 funcionais em diversas famílias.

Eles relatam que os modelos de linguagem de aprendizado profundo (deep-learning) mostraram-se promissores em várias aplicações biotecnológicas, incluindo design e engenharia de proteínas1.

Neste estudo, eles descrevem o ProGen, um modelo de linguagem que pode gerar sequências de proteínas1 com uma função previsível em grandes famílias de proteínas1, semelhante à geração de sentenças de linguagem natural gramatical e semanticamente corretas em diversos tópicos.

O modelo foi treinado em 280 milhões de sequências de proteínas1 de mais de 19.000 famílias e é aumentado com tags de controle que especificam as propriedades da proteína. O ProGen pode ser ainda mais ajustado para sequências e tags selecionadas para melhorar o desempenho de geração controlável de proteínas1 de famílias com amostras homólogas suficientes.

Proteínas1 artificiais ajustadas para cinco famílias distintas de lisozimas mostraram eficiências catalíticas semelhantes às lisozimas naturais, com identidade de sequência com proteínas1 naturais tão baixa quanto 31,4%.

O ProGen é facilmente adaptado a diversas famílias de proteínas1, como demonstrado com a corismato mutase e a malato desidrogenase.

Veja também sobre "O que são bactérias" e "Usos e abusos dos antibióticos".

 

Fontes:
Nature Biotechnology, publicação em 26 de janeiro de 2023.
New Scientist, notícia publicada em 26 de janeiro de 2023.

 

NEWS.MED.BR, 2023. Inteligência Artificial projetou do zero proteínas que matam bactérias - e elas funcionam. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/medical-journal/1432825/inteligencia-artificial-projetou-do-zero-proteinas-que-matam-bacterias-e-elas-funcionam.htm>. Acesso em: 23 set. 2023.

Complementos

1 Proteínas: Um dos três principais nutrientes dos alimentos. Alimentos que fornecem proteína incluem carne vermelha, frango, peixe, queijos, leite, derivados do leite, ovos.
2 Tópico: Referente a uma área delimitada. De ação limitada à mesma. Diz-se dos medicamentos de uso local, como pomadas, loções, pós, soluções, etc.
3 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
4 Ovo: 1. Célula germinativa feminina (haploide e madura) expelida pelo OVÁRIO durante a OVULAÇÃO. 2. Em alguns animais, como aves, répteis e peixes, é a estrutura expelida do corpo da mãe, que consiste no óvulo fecundado, com as reservas alimentares e os envoltórios protetores.
5 Bactéria: Organismo unicelular, capaz de auto-reproduzir-se. Existem diferentes tipos de bactérias, classificadas segundo suas características de crescimento (aeróbicas ou anaeróbicas, etc.), sua capacidade de absorver corantes especiais (Gram positivas, Gram negativas), segundo sua forma (bacilos, cocos, espiroquetas, etc.). Algumas produzem infecções no ser humano, que podem ser bastante graves.
Gostou do artigo? Compartilhe!