IA cria vírus inéditos e levanta alerta sobre biossegurança

Biossegurança – Pesquisadores deram um novo passo no uso da inteligência artificial (IA) na biologia ao conseguir projetar, em laboratório, vírus que não existem na natureza e comprovar que alguns deles são capazes de se replicar.

O trabalho foi realizado por cientistas do Arc Institute, na Califórnia (EUA), e descrito em estudo publicado nesta quinta-feira (6) na revista Science. A pesquisa pode contribuir para aplicações em medicina e biotecnologia, mas também aumenta as discussões sobre os riscos de utilizar IA para desenvolver agentes biológicos potencialmente perigosos.

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Em vez de utilizar como ponto de partida apenas vírus conhecidos, como é comum em pesquisas do tipo, os cientistas treinaram um modelo de IA para identificar padrões presentes no DNA de milhões de organismos. A partir dessas informações, o sistema passou a produzir sequências genéticas inéditas.

As sequências foram posteriormente sintetizadas e introduzidas em bactérias. Em alguns casos, as células passaram a produzir vírus que nunca haviam sido observados na natureza. Dos organismos criados a partir das sequências geradas pelo modelo, 16 apresentaram capacidade de infectar outras bactérias.

“Este é um marco importante”, afirmou, ao The New York Times, Patrick Cai, biólogo sintético da Universidade de Manchester (Reino Unido), que não participou da pesquisa.

Modelo foi treinado com trilhões de nucleotídeos

 O sistema utilizado no experimento é chamado Evo. Seu funcionamento é semelhante ao dos grandes modelos de linguagem, como o ChatGPT, mas, em vez de aprender padrões em textos, ele foi desenvolvido para trabalhar com sequências de DNA.

Para isso, os pesquisadores forneceram ao modelo aproximadamente nove trilhões de nucleotídeos — unidades que compõem o DNA — obtidos de milhões de animais, plantas, microrganismos e vírus.

Durante o treinamento, o Evo identificou padrões e regras estruturais da genética. Com isso, tornou-se capaz de produzir sequências que poderiam dar origem a proteínas específicas. O passo seguinte foi verificar se o sistema conseguiria ir além e projetar um genoma viral completo.

Como o modelo apresentava maior capacidade para trabalhar com estruturas menores, os cientistas escolheram o bacteriófago Phi X-174. Conhecido pela ciência há quase um século, o vírus infecta apenas bactérias Escherichia coli (E. coli) e não representa risco para seres humanos.

A equipe realizou um novo treinamento direcionado ao vírus e a aproximadamente 15 mil variantes próximas. A partir desse processo, o Evo produziu cerca de 700 mil versões possíveis do genoma.

Dessas possibilidades, 285 sequências consideradas mais promissoras foram selecionadas pelos pesquisadores. O DNA correspondente foi sintetizado e submetido a experimentos em laboratório.

16 vírus gerados pela IA foram considerados viáveis

 A maior parte das sequências produzidas pelo Evo não conseguiu resultar em vírus funcionais. Durante os testes, porém, os pesquisadores encontraram sinais de atividade viral em algumas placas de cultura.

Entre as bactérias, apareceram regiões transparentes, um indicativo clássico de que vírus estavam destruindo as células que serviam como hospedeiras.

Ao final dos experimentos, 16 dos genomas projetados pela inteligência artificial deram origem a vírus viáveis. Alguns deles, segundo os pesquisadores, conseguiram se multiplicar mais rapidamente do que o Phi X-174 encontrado na natureza.

Oliver Crook, químico de proteínas da Universidade de Oxford (Reino Unido), que também não participou da pesquisa, afirmou que o resultado indica que os vírus desenvolvidos pelo sistema “não são apenas versões debilitadas de algo que já existe”.

Apesar disso, Crook destacou que as novas variantes continuam apresentando grande semelhança com vírus naturais e obedecem aos mesmos princípios biológicos já conhecidos.

Tecnologia pode ter uso em medicina

 Para os autores do estudo, a capacidade de projetar sequências genéticas com auxílio de IA pode acelerar pesquisas na área de biotecnologia e medicina.

Vírus modificados já são empregados em diferentes estudos e também em terapias gênicas. Nesses tratamentos, eles podem atuar como veículos para levar genes até células humanas.

A expectativa dos pesquisadores é que, caso a técnica também seja aplicada a outras famílias de vírus, modelos de inteligência artificial possam contribuir para a criação de vetores mais eficientes para terapias desse tipo.

Criação de novos vírus gera preocupação

 O resultado, porém, também trouxe novamente ao centro do debate questões relacionadas à biossegurança.

Especialistas alertam que sistemas capazes de projetar genomas poderiam eventualmente ser utilizados para desenvolver agentes biológicos mais perigosos.

Moritz Hanke, pesquisador do Johns Hopkins Center for Health Security que não participou do estudo, avalia que governos e organizações científicas ainda não dispõem de mecanismos suficientes para acompanhar a velocidade com que a IA avança na área biológica.

“Existe uma enorme desconexão”, afirmou.

Segundo Hanke, um modelo com esse tipo de capacidade poderia, em teoria, receber instruções para desenvolver versões mais transmissíveis ou mais letais de vírus conhecidos.

Pesquisadores restringiram dados usados pelo Evo

 Para diminuir os riscos, os cientistas responsáveis pelo estudo afirmam ter adotado limitações durante o treinamento do modelo. O Evo não recebeu informações sobre vírus capazes de infectar seres humanos nem sobre vírus semelhantes que atacam animais, plantas ou fungos.

Com essa restrição, o modelo não consegue produzir genomas de vírus potencialmente perigosos para pessoas.

“Queríamos ser extremamente cuidadosos”, disse Brian Hie, biólogo computacional da Universidade Stanford (EUA) e um dos autores da pesquisa.

Hanke considerou positiva a decisão dos pesquisadores, mas observou que a medida partiu dos próprios cientistas e não de uma determinação estabelecida por diretrizes oficiais.

Na semana passada, o Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos (NIH, na sigla em inglês) anunciou uma nova política voltada à restrição de pesquisas de alto risco que possam tornar agentes biológicos mais perigosos.

A política, entretanto, não proíbe pesquisas realizadas exclusivamente em ambientes computacionais, como a geração de DNA viral por inteligência artificial, desde que os trabalhos não envolvam organismos que já estejam classificados como ameaças.

Para Hanke, ainda não existe consenso sobre a maneira adequada de avaliar os riscos associados a vírus inéditos produzidos com auxílio de IA.

“Qual é o risco de algo que nunca vimos antes?”, questionou.

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(Com informações de Olhar Digital)

(Foto: Reprodução/Magnific/tueyzaahahaba/Imagem gerada por IA)