Pela primeira vez, uma inteligência artificial foi capaz de projetar o genoma completo de um vírus, criando sequências genéticas que contêm todas as instruções necessárias para o funcionamento, reprodução e infecção de um hospedeiro. O feito representa um avanço importante para a biologia sintética, área que busca compreender e construir sistemas biológicos.
O estudo foi publicado nesta quinta-feira, 6, na revista científica Science e foi desenvolvido por pesquisadores do Arc Institute e da Universidade Stanford, nos Estados Unidos. A pesquisa utilizou um sistema de inteligência artificial chamado Evo, criado para interpretar e gerar sequências de DNA.
Assim como modelos de linguagem conseguem prever palavras em uma frase, o Evo foi treinado para identificar padrões nas sequências genéticas. Em vez de analisar letras de textos, o sistema aprendeu a prever combinações das bases que formam o DNA: A, C, G e T.
Para isso, os pesquisadores alimentaram a ferramenta com informações genéticas de milhões de organismos, incluindo bactérias, plantas, animais e vírus. A partir desse aprendizado, a IA passou a criar propostas de genomas completos de bacteriófagos, vírus que atacam exclusivamente bactérias e não representam ameaça direta aos humanos.
O modelo usado como referência foi o ΦX174, um bacteriófago conhecido pela comunidade científica. O vírus possui um genoma com cerca de 5.400 letras de DNA, uma quantidade pequena quando comparada ao material genético de outros organismos.
O genoma funciona como um conjunto de instruções biológicas. A diferença entre os seres vivos está principalmente na ordem em que essas informações aparecem e na forma como elas são utilizadas pelo organismo.
Vírus criados por computador conseguiram funcionar em laboratório
Após gerar centenas de milhares de possibilidades de genomas, os cientistas selecionaram as sequências consideradas mais promissoras. Quase 300 delas foram sintetizadas em laboratório e testadas contra bactérias da espécie E. coli.
Durante os experimentos, 16 vírus projetados pela inteligência artificial se mostraram viáveis, conseguindo se multiplicar e destruir as bactérias, comportamento semelhante ao observado em vírus naturais.
O resultado chamou atenção porque demonstrou que a IA conseguiu identificar padrões complexos da biologia sem receber instruções específicas sobre como construir um vírus funcional.
Segundo os pesquisadores, o sistema aprendeu uma espécie de “gramática” da vida, reconhecendo regras que permitem que diferentes genes funcionem em conjunto.
Outro ponto de destaque foi o desempenho contra bactérias resistentes ao vírus natural ΦX174. Uma combinação de vírus gerados pela IA conseguiu superar essa resistência, algo que não ocorreu com um conjunto de vírus naturais semelhantes.
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A descoberta abre possibilidades para o desenvolvimento de novos tratamentos contra infecções bacterianas resistentes a antibióticos, um dos desafios atuais da medicina.
Pesquisadores alertam para necessidade de segurança biológica
Apesar do avanço científico, o estudo também levantou discussões sobre os riscos do uso de inteligência artificial para criar organismos geneticamente modificados.
Os próprios autores reforçaram a necessidade de acompanhamento especializado durante pesquisas desse tipo.
“Os grupos que forem realizar esse tipo de trabalho de desenho de genomas completos devem consultar profissionais de segurança biológica ao longo de todo o projeto”, disseram os autores no estudo.
A preocupação dos especialistas é que, no futuro, tecnologias semelhantes possam ser usadas para desenvolver agentes infecciosos mais perigosos, capazes de atingir humanos, animais ou plantas.
Como medida de segurança, o Evo não recebeu informações genéticas de vírus que infectam humanos durante o treinamento. Também foram retiradas do sistema sequências relacionadas a vírus que atacam animais, plantas e fungos.
Experimento não criou vida artificial e não representa ameaça humana
Embora tenha sido capaz de gerar vírus funcionais, o experimento não criou uma forma de vida artificial. Os vírus, inclusive, não são considerados seres vivos por muitos cientistas, pois dependem de células hospedeiras para conseguir se reproduzir.
Além disso, os organismos produzidos pela IA apresentam limitações importantes: eles conseguem infectar apenas uma linhagem específica e inofensiva de E. coli utilizada em laboratório.
“Este é um trabalho impressionante como prova de conceito”, afirmou Simon Jackson, pesquisador da Universidade de Waikato que não participou do estudo, ao Science Media Centre.
“Projetar bacteriófagos maiores, controlar de forma confiável quais bactérias eles infectam e comprovar segurança e eficácia em pacientes são etapas que ainda estão por vir”, acrescentou.
Os pesquisadores avaliam que transformar esse tipo de tecnologia em aplicações médicas ainda exigirá muitos estudos, além do desenvolvimento de regras e protocolos de segurança que acompanhem a evolução da inteligência artificial aplicada à biologia.
