Proteínas Concebidas por IA podem Oferecer Proteção Contra Veneno de Cobra Letal

Crédito: Pixabay

Utilizando a IA, os cientistas criaram proteínas que neutralizam as toxinas das cobras e de outras serpentes venenosas. Esta abordagem de prova de conceito poderá eventualmente conduzir a um novo tratamento para as mordeduras de cobra. Em testes laboratoriais, as proteínas adaptadas salvaram a vida de ratinhos expostos a uma dose letal de toxinas, conforme relatado pelos investigadores a 15 de janeiro na revista Nature.

“Estas proteínas são verdadeiramente eficazes”, afirma Michael Hust, um investigador de anticorpos da Universidade Técnica de Braunschweig, na Alemanha, que não esteve envolvido no estudo. “Os ratos estão a sobreviver. É exatamente este o nosso objetivo”.

Esta investigação baseia-se no trabalho inovador que valeu a três cientistas o Prémio Nobel da Química de 2024. Em 2022, o biotecnólogo médico Timothy Jenkins deparou-se com uma pré-impressão do laboratório de David Baker na Universidade de Washington, um dos laureados com o Nobel. A pré-impressão descrevia proteínas concebidas por IA que aderem fortemente a moléculas específicas.

Isto despertou uma ideia: poderia a IA conceber uma proteína que se ligasse e neutralizasse as toxinas do veneno de cobra?

A busca de Jenkins por Novas Terapias para as Mordeduras de Cobra

Jenkins, da Universidade Técnica da Dinamarca, passou anos a tentar criar novas terapias para as mordeduras de serpentes, que anualmente ceifam cerca de 100.000 vidas a nível mundial. As picadas de cobras venenosas podem injetar uma vasta gama de toxinas, incluindo as toxinas de três dedos, que paralisam os músculos, param o coração e perturbam a respiração. Embora existam antivenenos, Jenkins observa que a tecnologia está desactualizada. “Não há muito lucro nisso, por isso a inovação tem sido limitada”, diz ele.

Atualmente, a produção de antivenenos envolve a ordenha do veneno das serpentes, um processo perigoso, e a injeção de pequenas quantidades de veneno em cavalos ou outros animais para colher anticorpos. Estes anticorpos, quando administrados a vítimas de mordeduras de cobra, neutralizam as toxinas. No entanto, o fabrico de antivenenos é caro e lento, o que leva os cientistas a explorar métodos alternativos. Uma abordagem promissora envolve o rastreio de uma grande coleção de anticorpos produzidos em laboratório para identificar os que têm como alvo toxinas específicas.

IA e Ciência

Com a IA, os cientistas podem agora conceber proteínas que visam as toxinas de forma mais rápida e económica. Jenkins e Baker juntaram-se para criar proteínas personalizadas utilizando um modelo de IA chamado RFdiffusion, uma ferramenta gratuita de conceção de proteínas semelhante às IAs geradoras de imagens. Em vez de criar imagens, a RFdiffusion gera projectos de proteínas que visam precisamente as moléculas que os cientistas desejam neutralizar.

No laboratório, as células humanas expostas a toxinas do veneno da cobra cuspideira de pescoço preto morrem normalmente em cerca de uma hora e meia (painel da esquerda). As células moribundas parecem iluminar-se como uma árvore de Natal cor-de-rosa. Mas o tratamento das células com proteínas de design cinco minutos após a exposição à toxina evitou os efeitos letais (painel da direita).

Ensinar o Modelo a Construir Proteínas a partir de Estruturas Conhecidas e Sequências de Aminoácidos

A equipa de Baker tinha previamente treinado o modelo de IA utilizando todas as estruturas de proteínas conhecidas e as suas sequências de aminoácidos – os blocos de construção molecular que se dobram na forma 3D de uma proteína. De seguida, desconstruíram computacionalmente estas formas, ensinando o modelo a montar uma proteína completa a partir das suas partes, tal como se aprende a construir um motor de automóvel desmontando-o.

Baker e Jenkins utilizaram a IA para conceber proteínas que se ligassem às toxinas do veneno e depois sintetizaram essas proteínas no laboratório. Tal como uma cobertura magnética que impede que uma chave se encaixe numa fechadura, as proteínas personalizadas impediram que a toxina se ligasse às células.

A equipa injectou as proteínas em 20 ratos 15 minutos após ou simultaneamente com uma dose letal de veneno de cobra. Todos os ratinhos sobreviveram.

“Ficámos muito, muito entusiasmados com este resultado”, afirma Jenkins, considerando-o uma demonstração clara da eficácia das proteínas. O próximo passo da equipa é desenvolver estas proteínas num produto para testes em humanos. Os investigadores terão de garantir que as proteínas personalizadas são seguras e não se ligam de forma inesperada aos tecidos humanos, segundo Hust.

Jenkins reconhece que este estudo é apenas o primeiro passo para neutralizar os efeitos nocivos do veneno. “O objetivo era provar que esta tecnologia incrivelmente nova funciona”, afirma.

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