IA generativa chega ao mundo da edição do seu DNA

As tecnologias de inteligência artificial generativa podem ser utilizadas para escrever poesia, criar programas de computador, imagens de ursinhos de pelúcia e até mesmo vídeos de personagens de desenhos animados que parecem ter saído de um filme de Hollywood.

Agora, a nova tecnologia de IA está gerando modelos para mecanismos biológicos microscópicos que podem editar seu DNA, o que aponta para um futuro em que os cientistas poderão combater doenças e enfermidades com ainda mais precisão e velocidade do que é possível hoje.

Descrita em um artigo de pesquisa publicado na segunda-feira pela startup Profluent, sediada em Berkeley, Califórnia, a tecnologia é baseada nos mesmos métodos que impulsionaram o ChatGPT, o chatbot online que causou sensação no campo da IA após seu lançamento em 2022. A empresa planeja apresentar o artigo no próximo mês durante a reunião anual da Sociedade Americana de Terapia Genética e Celular.

Assim como o ChatGPT aprende a gerar linguagem ao analisar artigos, livros e registros de bate-papo da Wikipédia, a tecnologia da Profluent cria novos editores de genes depois de analisar grandes quantidades de dados biológicos, incluindo os mecanismos microscópicos que os cientistas empregam para editar o DNA humano.

Esses editores de genes são desenvolvidos com base em métodos premiados com o Prêmio Nobel que utilizam mecanismos biológicos conhecidos como CRISPR. A tecnologia baseada em CRISPR está revolucionando a forma como os cientistas estudam e combatem doenças e enfermidades, oferecendo uma maneira de modificar genes que causam doenças hereditárias, como a anemia falciforme e a cegueira.

Anteriormente, os métodos CRISPR utilizavam mecanismos encontrados na natureza, especificamente material biológico obtido a partir de bactérias que permite a esses organismos microscópicos combater germes.

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

A esperança é que a tecnologia venha a produzir editores de genes mais ágeis e mais poderosos do que aqueles que foram aperfeiçoados ao longo de bilhões de anos de evolução.

Na segunda-feira, a Profluent também anunciou que utilizou um desses editores de genes gerados por IA para editar o DNA humano e que estava abrindo o código desse editor, que recebeu o nome de OpenCRISPR-1. Isso significa que ela permitirá que pessoas físicas, laboratórios acadêmicos e empresas experimentem a tecnologia gratuitamente.

Pesquisadores de IA frequentemente abrem o código-fonte do software subjacente que impulsiona os seus sistemas de IA porque isso permite que outros desenvolvam o seu trabalho e acelerem o desenvolvimento de novas tecnologias. Mas é menos comum laboratórios biológicos e empresas farmacêuticas abrirem o código de invenções como o OpenCRISPR-1.

Embora a Profluent abrirá o código dos editores de genes gerados por sua tecnologia de IA, ela não abrirá o código da tecnologia de IA em si.

O projeto faz parte de um esforço mais abrangente para desenvolver tecnologias de IA que possam aprimorar os cuidados médicos. Cientistas da Universidade de Washington, por exemplo, estão aplicando os métodos utilizados em chatbots como o ChatGPT, da OpenAI, e geradores de imagens como o Midjourney para desenvolver proteínas – as moléculas microscópicas que impulsionam toda a vida humana – completamente novas com o objetivo de acelerar o desenvolvimento de novas vacinas e medicamentos.

(O New York Times processou a OpenAI e sua parceira, a Microsoft, por alegações de 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 por meio da análise de grandes 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 delas. O sistema aprendeu a reconhecer as conexões que existem entre as imagens e as palavras. Então, quando você solicita uma imagem de um rinoceronte saltando 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 empregam para editar genes. Essencialmente, ele analisa o comportamento dos editores de genes CRISPR extraídos da natureza e aprende como gerar editores de genes inteiramente novos.

“Esses modelos de IA aprendem a partir de sequências, que podem ser de caracteres, palavras, códigos de computador ou aminoácidos”, explicou 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 conseguirão igualar ou superar o desempenho do CRISPR. Mas esta prova de conceito mostra que os modelos de IA podem produzir algo capaz de editar o genoma humano.

Ainda assim, é pouco provável que isso tenha impacto nos cuidados de saúde a curto prazo. Fyodor Urnov, pioneiro da edição genética e diretor científico do Instituto de Genômica Inovadora da Universidade da Califórnia, em Berkeley, afirmou que os cientistas têm à disposição uma grande variedade de editores genéticos naturais para combater doenças e enfermidades. De acordo com Urnov, o gargalo está no custo de conduzir estudos pré-clínicos, como avaliações de segurança, produção e regulamentação, para adaptar esses editores para uso em pacientes.

No entanto, os sistemas de IA generativa frequentemente apresentam um enorme potencial, pois tendem a melhorar rapidamente à medida que aprendem com quantidades cada vez maiores de dados. Se tecnologias como a da Profluent continuarem a melhorar, isso poderá eventualmente permitir que os cientistas editem genes de maneiras muito mais precisas.

A esperança é que isto possa, a longo prazo, levar a um mundo onde os medicamentos e tratamentos sejam rapidamente adaptados a cada pessoa, mais rapidamente do que conseguimos fazer hoje, ponderou Urnov.

"Sonho com um mundo onde teremos CRISPR sob demanda dentro de semanas", disse.

Os cientistas há muito alertam contra a utilização do CRISPR para o melhoramento humano porque é uma tecnologia relativamente nova que, potencialmente, pode ter efeitos colaterais indesejados, como o desencadeamento de câncer, e alertam contra utilizações antiéticas, como a modificação genética de embriões humanos.

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

"Um mau ator, alguém que é antiético, não está preocupado em utilizar ou não um editor criado por IA", observou Fraser. "Simplesmente utilizarão o que estiver disponível."

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