Pesquisadores usam ‘inteligência artificial biológica’ para engenharia de proteínas em células
Cientistas australianos da Universidade de Sydney desenvolveram o PROTEUS (Evolução de PROTeínas Usando Seleção), um sistema de “inteligência artificial biológica” que acelera a evolução de moléculas dentro de células de mamíferos, reduzindo processos que antes levavam anos para apenas semanas.
Segundo relatos da Universidade de Sydney, essa plataforma de código aberto imita a seleção natural para projetar e evoluir proteínas com funções novas ou aprimoradas, potencialmente revolucionando o desenvolvimento de terapias genéticas, medicamentos de precisão e ferramentas avançadas de pesquisa.
Como o PROTEUS Funciona
O sistema aproveita a evolução dirigida, uma técnica de laboratório que imita a seleção natural para gerar rapidamente moléculas com novas funções. Diferente dos métodos tradicionais que atuam principalmente em células bacterianas, o PROTEUS opera diretamente em células de mamíferos, tornando seus resultados mais relevantes para aplicações humanas. Quando confrontado com um desafio biológico, como desligar um gene causador de doença, o PROTEUS explora milhões de possíveis sequências genéticas que ainda não existem naturalmente para encontrar soluções altamente adaptadas.
Para evitar que o sistema “trapaceie” com soluções triviais, os pesquisadores implementaram partículas quiméricas semelhantes a vírus—combinando a cápsula externa de um vírus com os genes de outro—que mantêm a estabilidade celular durante múltiplos ciclos de evolução. Essa abordagem inovadora permite que os cientistas programem células de mamíferos com problemas genéticos e deixem o sistema rodar continuamente, verificando periodicamente para entender como ele está resolvendo desafios complexos.
Principais conquistas e aplicações
A equipe de pesquisa já demonstrou as capacidades do PROTEUS desenvolvendo versões aprimoradas de proteínas que podem ser mais facilmente reguladas por medicamentos e criando nanocorpos que detectam danos ao DNA—um processo chave no desenvolvimento do câncer. Além disso, o sistema foi aplicado para aprimorar tecnologias de edição genética como o CRISPR, melhorando sua precisão e eficácia para aplicações terapêuticas.
Quando confrontado com problemas biológicos complexos e soluções incertas, o PROTEUS funciona de maneira semelhante às plataformas convencionais de IA que recebem prompts, explorando vastas possibilidades moleculares para encontrar soluções ideais. Essa abordagem tem se mostrado particularmente valiosa para evoluir proteínas em células de mamíferos, o que apresenta desafios únicos em comparação com sistemas bacterianos, mas oferece maior relevância para a medicina humana.
Vantagens do Código Aberto
A decisão de tornar o PROTEUS open source representa uma estratégia para acelerar a inovação global em biotecnologia e medicina. Ao compartilhar essa tecnologia livremente, a Universidade de Sydney e o Centenary Institute estão permitindo que pesquisadores do mundo todo adotem e modifiquem a plataforma para diversas aplicações.
Essa abordagem colaborativa pode acelerar dramaticamente o desenvolvimento de enzimas avançadas, ferramentas moleculares, terapias e tecnologias aprimoradas de edição genética. A natureza open source do PROTEUS também democratiza o acesso a técnicas de evolução dirigida de ponta, potencialmente levando a descobertas em laboratórios que, de outra forma, poderiam não ter recursos para pesquisas tão avançadas. Como observou o Professor Greg Neely, da Universidade de Sydney, essa acessibilidade é crucial para enfrentar desafios que normalmente levariam anos para serem resolvidos por pesquisadores humanos, se é que seriam resolvidos.
Impacto Futuro na Medicina
As potenciais aplicações médicas do PROTEUS vão muito além das conquistas atuais. Pesquisadores já demonstraram sua utilidade em pesquisas sobre câncer, onde bactérias Proteus mirabilis geneticamente modificadas para expressar a proteína FlaB aumentaram significativamente a infiltração de células T em tumores e restringiram o crescimento tumoral.
Esta plataforma de evolução biológica pode revolucionar a medicina de precisão ao gerar moléculas altamente ajustadas para funcionar em corpos humanos, potencialmente criando tratamentos antes considerados impossíveis com as tecnologias convencionais.
A capacidade do sistema de evoluir rapidamente proteínas dentro de células de mamíferos o torna particularmente valioso para o desenvolvimento de terapias gênicas direcionadas e para o aprimoramento de terapias de bloqueio de checkpoint imunológico, como demonstrado em estudos nos quais o tratamento com P. mirabilis aumentou a expressão de PD-L1 em células imunológicas e melhorou a eficácia do bloqueio de PD-L1 em modelos de câncer colorretal. Com seu cronograma acelerado, o PROTEUS pode transformar processos de descoberta de medicamentos que tradicionalmente levam anos em empreitadas que duram apenas semanas, enfrentando desafios médicos urgentes como a resistência a antibióticos e doenças complexas.
Por que isso importa
Essa descoberta pode revolucionar a descoberta de medicamentos e o desenvolvimento de terapias gênicas ao acelerar dramaticamente a criação de medicamentos de precisão adaptados à biologia humana, potencialmente solucionando desafios médicos antes considerados impossíveis.