Uma nova ferramenta de IA pode tornar as futuras vacinas ‘à prova de variantes
Nova ferramenta de IA pode tornar futuras vacinas resistentes às variantes
Uma nova ferramenta de IA que prevê mutações virais poderia guiar tratamentos para a COVID-19 — e a próxima pandemia.
O sistema, chamado EVEscape, foi desenvolvido na Escola de Medicina de Harvard e na Universidade de Oxford. Nos testes, a ferramenta previu com precisão as variantes mais preocupantes e frequentes do vírus SARS-CoV-2 que surgiram durante a pandemia.
Um estudo publicado na semana passada na Nature revelou uma série de resultados promissores. As previsões do EVEscape mostraram-se mais precisas do que abordagens experimentais, além de serem mais rápidas e eficientes do que testes em laboratório. A ferramenta também identificou com sucesso terapias que teriam dificuldade em combater novas variantes.
As previsões já estão sendo utilizadas para orientar os esforços de monitoramento da pandemia. Há mais de um ano, os pesquisadores vêm divulgando classificações quinzenais das novas cepas do SARS-CoV-2 mais preocupantes. Os resultados são compartilhados com grupos como a Organização Mundial da Saúde (OMS).
“Ainda estão surgindo milhares de novas cepas a cada mês — é muita coisa para testar experimentalmente”, disse Pascal Notin, pesquisador da Universidade de Oxford e coautor do estudo, ao TNW. “O EVEscape nos permite determinar rapidamente o nível de ameaça das novas cepas.”
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Notin e seus colegas também usaram o EVEscape para prever com sucesso mutações do HIV e da influenza. Agora, eles estão testando a ferramenta em vírus menos conhecidos que também poderiam causar pandemias, como Nipah e Lassa.
No futuro, os pesquisadores imaginam que o EVEscape irá orientar o desenvolvimento de vacinas. Atualmente, as vacinas e terapias são testadas retrospectivamente em relação a mutações de pandemias passadas.
O EVEscape poderia acrescentar avaliações sobre para onde o vírus poderia se espalhar em seguida. Isso oferece esperança para um novo tratamento poderoso: vacinas à prova de variantes.
Como o EVEscape prevê mutações virais
A nova ferramenta é baseada em um modelo generativo chamado EVE (Modelo Evolutivo de Efeito de Variante).
Inicialmente, o EVE foi desenvolvido para prever os riscos de mutações genéticas que causam doenças humanas, como câncer. Quando a COVID-19 mostrou habilidade surpreendente em sofrer mutações além dos limites dos tratamentos, os pesquisadores adaptaram seu modelo para o SARS-CoV-2.
Os modelos generativos têm vantagens únicas para esse trabalho. Um aspecto chave para prever quais mutações irão escapar da imunidade é se elas preservarão a chamada “aptidão” da proteína viral. Essa aptidão resulta em uma proteína funcional que se expressa, se dobra e se liga ao receptor da célula hospedeira.
“Modelos generativos treinados em sequências evolutivas são extremamente úteis para fazer essa previsão”, disse Nodin.
Para fazer as previsões, o EVE é treinado para aprender uma representação compacta de determinadas sequências de proteínas. Essas sequências mantiveram sua aptidão ao longo de milhares a milhões de anos de evolução.
“Ao fazer isso, ele precisa implicitamente aprender as restrições bioquímicas que sustentam sequências funcionais”, explicou Nodin. “Podemos então aproveitar esse entendimento para prever se novas formas mutadas da proteína — sejam elas proteínas humanas ou virais — também serão funcionais.”
O futuro da AI na luta contra vírus
Adaptabilidade é uma das principais características do EVEscape. A ferramenta aprende com um conjunto de dados composto apenas por sequências proteicas virais e sua estrutura. Como resultado, ela pode ser aplicada a qualquer vírus e desde o início de uma pandemia.
“Isso é uma grande melhoria em relação a métodos que geralmente precisam esperar que anticorpos pandêmicos relevantes estejam amplamente disponíveis para testes”, disse Nodin.
Outro ponto forte do EVEscape é o seu design modular. Quando modelos generativos mais poderosos surgirem, os modelos de previsão de aptidão atuais podem ser rapidamente substituídos.
A COVID-19 também expandiu os usos potenciais do EVEscape. A pandemia proporcionou importantes lições sobre previsões de IA — e um imenso conjunto de dados. Com essa riqueza de informações, o EVEscape pode fazer previsões surpreendentemente precisas sobre vírus pouco estudados para os quais temos poucos dados. Isso pode ser extremamente valioso em futuras epidemias.
