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Com a ajuda de uma IA, pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, conseguiram projetar DNA sintético que controla a produção de proteínas das células. A tecnologia pode contribuir para o desenvolvimento e produção de vacinas, medicamentos para doenças graves, bem como proteínas alimentares alternativas muito mais rapidamente e com custos significativamente mais baixos do que hoje.
A forma como nossos genes são expressos é um processo fundamental para a funcionalidade das células em todos os organismos vivos. Simplificando, o código genético no DNA é transcrito para a molécula de RNA mensageiro (mRNA), que informa à fábrica da célula qual proteína produzir e em quais quantidades.
Os pesquisadores têm se esforçado muito para tentar controlar a expressão gênica porque ela pode, entre outras coisas, contribuir para o desenvolvimento de medicamentos à base de proteínas. Um exemplo recente é a vacina de mRNA contra a Covid-19, que instruiu as células do corpo a produzir a mesma proteína encontrada na superfície do coronavírus. O sistema imunológico do corpo poderia então aprender a formar anticorpos contra o vírus. Da mesma forma, é possível ensinar o sistema imunológico do corpo a derrotar células cancerígenas ou outras doenças complexas se entendermos o código genético por trás da produção de proteínas específicas.
A maioria das novas drogas de hoje são baseadas em proteínas, mas as técnicas para produzi-las são caras e lentas, porque é difícil controlar como o DNA é expresso. No ano passado, um grupo de pesquisa em Chalmers, liderado por Aleksej Zelezniak, Professor Associado de Biologia de Sistemas, deu um passo importante na compreensão e controle de quanto de uma proteína é produzida a partir de uma determinada sequência de DNA.
“Primeiro, tratava-se de ser capaz de ‘ler’ totalmente as instruções da molécula de DNA. Agora conseguimos projetar nosso próprio DNA que contém as instruções exatas para controlar a quantidade de uma proteína específica”, disse Aleksej Zelezniak sobre o mais recente e importante relatório do grupo de pesquisa. avanço.
Moléculas de DNA feitas sob encomenda
O princípio por trás do novo método é semelhante a quando uma IA gera rostos que se parecem com pessoas reais. Ao aprender como é uma grande seleção de rostos, a IA pode criar rostos completamente novos, mas com aparência natural. É então fácil modificar um rosto, por exemplo, dizendo que deveria parecer mais velho ou ter um penteado diferente. Por outro lado, programar um rosto crível do zero, sem o uso de IA, teria sido muito mais difícil e demorado. Da mesma forma, a IA dos pesquisadores aprendeu a estrutura e o código regulatório do DNA. A IA então projeta o DNA sintético, onde é fácil modificar suas informações regulatórias na direção desejada da expressão gênica. Simplificando, a IA é informada de quanto de um gene é desejado e, em seguida, ‘imprime’ a sequência de DNA apropriada.
“O DNA é uma molécula incrivelmente longa e complexa. Portanto, é experimentalmente extremamente desafiador fazer alterações nela, lendo e alterando iterativamente, depois lendo e alterando novamente. Dessa forma, são necessários anos de pesquisa para encontrar algo que funcione. Em vez disso, é muito mais eficaz permitir que uma IA aprenda os princípios de navegação do DNA. O que de outra forma levaria anos agora é reduzido para semanas ou dias “, diz o primeiro autor Jan Zrimec, pesquisador associado do Instituto Nacional de Biologia da Eslovênia e ex-pós-doutorado em Grupo de Aleksej Zelezniak.
Os pesquisadores desenvolveram seu método na levedura Saccharomyces cerevisiae, cujas células se assemelham a células de mamíferos. O próximo passo é usar células humanas. Os pesquisadores esperam que seu progresso tenha um impacto no desenvolvimento de drogas novas e existentes.
“Remédios à base de proteínas para doenças complexas ou proteínas alimentares alternativas sustentáveis podem levar muitos anos e podem ser extremamente caros para serem desenvolvidos. Alguns são tão caros que é impossível obter retorno sobre o investimento, tornando-os economicamente inviáveis. Com nossa tecnologia, é é possível desenvolver e fabricar proteínas com muito mais eficiência para que possam ser comercializadas”, diz Aleksej Zelezniak.
Os autores do estudo são Jan Zrimec, Xiaozhi Fu, Azam Sheikh Muhammad, Christos Skrekas, Vykintas Jauniskis, Nora K. Speicher, Christoph S. Börlin, Vilhelm Verendel, Morteza Haghir Chehreghani, Devdatt Dubhashi, Verena Siewers, Florian David, Jens Nielsen e Aleksej Zelezniak.
O pesquisador atua na Chalmers University of Technology, Sverige; Instituto Nacional de Biologia, Eslovênia; Biomatter Designs, Lituânia; Instituto de Biotecnologia, Lituânia; BioInnovation Institute, Dinamarca; King’s College London, Reino Unido.
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