Inteligência artificial aprende a fazer mecanismos capazes de editar DNA humano

Tecnologias de inteligência artificial generativa podem escrever poesia e programas de computador. Agora, uma nova tecnologia de IA está gerando projetos para mecanismos biológicos microscópicos capazes de editar seu DNA, apontando para um futuro em que cientistas poderão combater doenças com ainda mais precisão e rapidez do que hoje.

Descrita em um artigo publicado na última segunda (22) pela startup Profluent, de Berkeley, Califórnia, a tecnologia baseia-se nos mesmos métodos que impulsionam o ChatGPT. A empresa deverá apresentar o texto no próximo mês na reunião anual da Sociedade Americana de Terapia Gênica e Celular.

Assim como o ChatGPT aprende a gerar linguagem analisando artigos da Wikipedia, livros e registros de conversas, a tecnologia da Profluent cria editores de genes após analisar enormes quantidades de dados biológicos, incluindo mecanismos microscópicos que os cientistas utilizam para editar o DNA humano.

Esses editores de genes são baseados em métodos vencedores do prêmio Nobel envolvendo mecanismos biológicos chamados Crispr. A tecnologia baseada em Crispr está mudando a forma como os cientistas estudam e combatem doenças, fornecendo uma maneira de alterar genes que causam condições hereditárias, como anemia falciforme e cegueira.

Anteriormente, os métodos Crispr usavam mecanismos encontrados na natureza —material biológico obtido de bactérias que permite a esses organismos microscópicos combater germes.

"Eles nunca existiram na Terra", disse James Fraser, professor e presidente do departamento de bioengenharia e ciências terapêuticas da Universidade da Califórnia, São Francisco, que leu a pesquisa da Profluent. "O sistema aprendeu com a natureza para criá-los, mas eles são novos."

A esperança é que a tecnologia eventualmente produza editores de genes que sejam mais ágeis e mais poderosos do que aqueles que foram aprimorados ao longo de bilhões de anos de evolução.

Na segunda (22), a Profluent também disse que usou um desses editores de genes gerados por IA para editar o DNA humano e que estava disponibilizando este editor, chamado OpenCRISPR-1. Isso faz com que indivíduos, laboratórios acadêmicos e empresas experimentem a tecnologia gratuitamente.

Pesquisadores de IA frequentemente disponibilizam o software que impulsiona seus sistemas de IA, porque isso permite que outros construam sobre seu trabalho e acelerem o desenvolvimento de novas tecnologias. Mas é menos comum que laboratórios biológicos e empresas farmacêuticas disponibilizem invenções como o OpenCRISPR-1.

Embora a Profluent esteja disponibilizando os editores de genes gerados por sua tecnologia de IA, ela não disponibilizará a própria tecnologia IA.

O projeto faz parte de um esforço mais amplo para construir tecnologias de IA que possam melhorar os cuidados médicos. Cientistas da Universidade de Washington, por exemplo, estão usando os métodos por trás de chatbots como o ChatGPT, da OpenAI, e geradores de imagens como o Midjourney para criar proteínas inteiramente novas —as moléculas microscópicas que impulsionam toda a vida humana— enquanto trabalham para acelerar o desenvolvimento de novas vacinas e medicamentos.

(O New York Times processou a OpenAI e sua parceira, Microsoft, por violação de direitos autorais envolvendo sistemas de inteligência artificial que geram texto.)

As tecnologias de IA generativa são impulsionadas pelo que os cientistas chamam de rede neural, um sistema matemático que aprende habilidades analisando vastas quantidades de dados. O criador de imagens Midjourney, por exemplo, é sustentado por uma rede neural que analisou milhões de imagens digitais e as legendas que descrevem cada uma dessas imagens. O sistema aprendeu a reconhecer as conexões entre as imagens e as palavras. Então, quando você pede uma imagem de um rinoceronte pulando da ponte Golden Gate, ele sabe o que fazer.

A tecnologia da Profluent é impulsionada por um modelo de IA semelhante que aprende a partir de sequências de aminoácidos e ácidos nucleicos —os compostos químicos que definem os mecanismos biológicos microscópicos que os cientistas usam para editar genes. Essencialmente, ela analisa o comportamento dos editores de genes Crispr retirados da natureza e aprende a gerar editores de genes totalmente novos.

"Esses modelos de IA aprendem a partir de sequências —sejam elas sequências de caracteres, palavras, código de computador ou aminoácidos", disse Ali Madani, CEO da Profluent, um pesquisador que anteriormente trabalhou no laboratório de IA da gigante de software Salesforce.

A Profluent ainda não submeteu esses editores de genes sintéticos a testes clínicos, então não está claro se eles podem igualar ou superar o desempenho do Crispr. Mas essa prova de conceito mostra que os modelos de IA podem produzir algo capaz de editar o genoma humano.

Ainda assim, é improvável afetar o sistema de saúde a curto prazo.

Fyodor Urnov, pioneiro em edição de genes e diretor científico do Instituto de Genômica Inovadora da Universidade da Califórnia, Berkeley, disse que os cientistas não têm escassez de editores de genes que ocorrem naturalmente que poderiam ser usados para combater doenças. O gargalo, segundo ele, é o custo de passar esses editores por estudos pré-clínicos, como segurança, fabricação e revisões regulatórias, antes que possam ser usados em pacientes.

Mas os sistemas de IA generativa frequentemente têm um enorme potencial porque tendem a melhorar rapidamente conforme aprendem com quantidades cada vez maiores de dados. Se a tecnologia, como a da Profluent, continuar a melhorar, poderá um dia permitir que os cientistas editem genes de maneiras muito mais precisas.

A esperança, disse Urnov, é que isso possa, a longo prazo, levar a um mundo onde medicamentos e tratamentos sejam adaptados às pessoas de forma mais rápida do que fazer hoje.

"Sonho com um mundo onde tenhamos Crispr sob demanda em questão de semanas", disse ele.

Os cientistas há muito tempo alertam contra o uso do Crispr para aprimoramento humano, pois é uma tecnologia relativamente nova que poderia potencialmente ter efeitos colaterais indesejados, como desencadear câncer, e têm alertado contra usos antiéticos, como a modificação genética de embriões humanos.

Isso também é uma preocupação com os editores de genes sintéticos. Mas os cientistas têm acesso a tudo o que precisam para editar embriões.

"Um ator mal-intencionado, alguém que é antiético, não está preocupado se está usando um editor criado por IA ou não", disse Fraser. "Eles simplesmente vão em frente e usam o que está disponível."