Cientistas anunciaram o desenvolvimento dos primeiros vírus projetados por inteligência artificial (IA) com a capacidade de identificar e destruir cepas da bactéria Escherichia coli (E. coli), responsável por diversas infecções, como a infecção urinária ou gastroenterite.

O estudo foi realizado por pesquisadores da Universidade de Stanford, na Califórnia (EUA), e divulgado nesta quarta-feira, 17 de setembro, segundo informações da revista científica Nature.

“Este é o primeiro exemplo de sistemas de IA conseguindo gerar sequências coerentes em uma escala genômica”, declara Brian Hie, biólogo que liderou o grupo de cientistas. O especialista aponta que “o próximo desafio será a criação de vida por meio da IA”, embora seu colega, o professor Samuel King, destaque que “há uma série de avanços experimentais necessários para criar um organismo vivo completo”.

Os cientistas também afirmam que a pesquisa mostra o potencial da IA na criação de ferramentas e terapias biotecnológicas para combater infecções bacterianas.

“Esperamos que uma abordagem como essa possa complementar as técnicas de fagoterapia já existentes e, um dia, expandir as opções terapêuticas para enfrentar patógenos de preocupação”, afirma Hie.

O grande desafio: criar genomas por computador

Embora modelos de IA já tenham sido usados para criar sequências de DNA e proteínas, projetar um genoma completo é um desafio bem maior, em razão de complexas interações entre genes e os processos de replicação e regulação genética.

De acordo com Hie, esses sistemas de IA estão agora capacitados para ajudar cientistas a manipular sistemas biológicos complexos, como genomas inteiros. "Existem muitas funções biológicas cruciais que só podem ser acessadas se for possível projetar genomas completos", ressalta.

Para criar os genomas virais, os pesquisadores recorreram aos modelos Evo 1 e Evo 2, que são modelos avançados de IA, lançados pela Nvidia, para analisar e gerar sequências de DNA, RNA e proteínas. O processo começou com a criação de um modelo de design, que é uma sequência inicial usada para orientar a IA na geração de um genoma com as características desejadas. Para isso, foi escolhido o vírus ΦX174, um vírus simples de DNA de fita simples, com 5.386 nucleotídeos distribuídos em 11 genes e todos os componentes genéticos necessários para infectar hospedeiros e se replicar dentro deles.

Os modelos Evo já haviam sido treinados com mais de 2 milhões de genomas de fagos, mas os pesquisadores fizeram um treinamento adicional, usando o método de aprendizado supervisionado, para gerar genomas virais similares ao ΦX174, com a função específica de atacar cepas de E. coli, principalmente aquelas resistentes a antibióticos.

Após avaliar milhares de sequências geradas pela IA, os pesquisadores selecionaram 302 bacteriófagos viáveis. A maioria desses candidatos apresentava mais de 40% de similaridade com os nucleotídeos do ΦX174, embora alguns tivessem sequências codificadoras completamente distintas. Os cientistas sintetizaram o DNA dos genomas criados pela IA e o inseriram em bactérias hospedeiras para cultivar fagos. Esses fagos foram então testados para verificar se eram capazes de infectar e eliminar E. coli.

De um total de 302 bacteriófagos projetados por IA, cerca de 16 mostraram ter especificidade para E. coli e conseguiram infectar a bactéria. Os testes revelaram que combinações desses fagos criados por IA foram eficazes em eliminar três cepas diferentes de E. coli, algo que o vírus ΦX174 selvagem não conseguiu realizar.

“Este foi um resultado extremamente surpreendente e muito promissor para nós, pois demonstra que essa abordagem pode ser extremamente útil para tratamentos terapêuticos”, conclui King.