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A IA generativa chega ao mundo da edição genética do CRISPR

As tecnologias generativas de IA podem escrever poesia e programas de computador ou criar imagens de ursinhos de pelúcia e vídeos de personagens de desenhos animados que parecem saídos de um filme de Hollywood.

Agora, a nova tecnologia de IA está a gerar modelos para mecanismos biológicos microscópicos que podem editar o seu ADN, apontando para um futuro em que os cientistas poderão combater doenças e enfermidades com ainda maior precisão e velocidade do que conseguem hoje.

Descrito em um trabalho de pesquisa publicado na segunda-feira por uma startup de Berkeley, Califórnia, chamada Profluent, a tecnologia é baseada nos mesmos métodos que impulsionam o ChatGPT, o chatbot online que lançou o boom da IA ​​​​após seu lançamento em 2022. A empresa deve apresentar o artigo no próximo mês no anual encontro da Sociedade Americana de Terapia Genética e Celular.

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

Esses editores de genes são baseados em métodos ganhadores do Prêmio Nobel que envolvem mecanismos biológicos chamados CRISPR. A tecnologia baseada em CRISPR já está a mudar a forma como os cientistas estudam e combatem doenças e enfermidades, proporcionando uma forma de alterar genes que causam doenças hereditárias, como a anemia falciforme e a cegueira.

Anteriormente, os métodos CRISPR usavam mecanismos encontrados na natureza – material biológico obtido de bactérias que permite que esses organismos microscópicos combatam os 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 de pesquisa da Profluent. “O sistema aprendeu com a natureza como criá-los, mas eles são novos.”

A esperança é que a tecnologia acabe por produzir editores de genes mais ágeis e mais poderosos do que aqueles que foram aperfeiçoados ao longo de milhares de milhões de anos de evolução.

Na segunda-feira, a Profluent também disse que usou um desses editores de genes gerados por IA para editar o DNA humano e que estava “abrindo o código” desse editor, chamado OpenCRISPR-1. Isso significa que está permitindo que indivíduos, laboratórios acadêmicos e empresas experimentem a tecnologia gratuitamente.

Os investigadores de IA muitas vezes abrem o código-fonte do software subjacente que impulsiona os seus sistemas de IA, porque permite que outros desenvolvam o seu trabalho e acelerem o desenvolvimento de novas tecnologias. Mas é menos comum que laboratórios biológicos e empresas farmacêuticas abram invenções de código aberto como o OpenCRISPR-1.

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

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 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 medicação.

(O New York Times processou a OpenAI e a sua parceira, a Microsoft, por alegações de violação de direitos de autor 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 através 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 dessas imagens. O sistema aprendeu a reconhecer as ligações entre as imagens e as palavras. Então, quando você pede a 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 usam 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 com sequências – sejam sequências de caracteres, palavras, códigos de computador ou aminoácidos”, disse o presidente-executivo da Profluent, Ali Madani, pesquisador que trabalhou anteriormente no laboratório de IA da gigante de software Salesforce.

A Profluent ainda não submeteu esses editores de genes sintéticos a testes clínicos, portanto não está claro se eles podem igualar ou exceder 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 afecte os cuidados de saúde a curto prazo. Fyodor Urnov, pioneiro da edição genética e diretor científico do Innovative Genomics Institute da Universidade da Califórnia, Berkeley, disse que os cientistas não têm escassez de editores genéticos naturais que podem usar para combater doenças e enfermidades. O gargalo, disse ele, é o custo de forçar esses editores a realizar estudos pré-clínicos, como revisões de segurança, fabricação e regulatórias, antes que possam ser usados ​​em pacientes.

Mas os sistemas generativos de IA têm muitas vezes um enorme potencial porque tendem a melhorar rapidamente à medida que aprendem com quantidades cada vez maiores de dados. Se tecnologias como a da Profluent continuarem a melhorar, poderá eventualmente 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 os medicamentos e tratamentos sejam rapidamente adaptados a cada pessoa, ainda mais rápido do que podemos fazer hoje.

“Sonho com um mundo onde teremos CRISPR sob demanda dentro de semanas”, disse ele.

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

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

“Um mau ator, alguém que é antiético, não está preocupado se usará ou não um editor criado por IA”, disse o Dr. “Eles simplesmente irão em frente e usarão o que estiver disponível.”

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