A IA encontrou uma maneira de parar um vírus antes que ele entre nas células

O estudo, publicado na revista Nanoescalafocado em descobrir e bloquear uma interação molecular específica da qual os vírus do herpes dependem para obter acesso às células. O trabalho reuniu pesquisadores da Faculdade de Engenharia Mecânica e de Materiais e do Departamento de Microbiologia e Patologia Veterinária.

“Os vírus são muito inteligentes”, disse Jin Liu, autor correspondente do estudo e professor da Escola de Engenharia Mecânica e de Materiais. “Todo o processo de invasão de células é muito complexo e há muitas interações. Nem todas as interações são igualmente importantes – a maioria delas pode ser apenas ruído de fundo, mas existem algumas interações críticas.”

Compreendendo o processo de fusão viral

A equipe examinou uma proteína de “fusão” viral que os vírus do herpes usam para se fundir e entrar nas células, um processo responsável por muitas infecções. Os cientistas ainda têm uma visão limitada sobre como esta proteína grande e complexa muda de forma para tornar possível a entrada nas células, o que ajuda a explicar por que razão tem sido difícil desenvolver vacinas para estes vírus tão disseminados.

Para enfrentar esse desafio, os pesquisadores recorreram à inteligência artificial e a simulações moleculares detalhadas. Os professores Prashanta Dutta e Jin Liu analisaram milhares de interações potenciais dentro da proteína para identificar um único aminoácido que desempenha um papel essencial na entrada viral. Eles criaram um algoritmo para examinar as interações entre aminoácidos, os componentes básicos das proteínas, e depois aplicaram o aprendizado de máquina para classificá-los e identificar os mais influentes.

Usando IA para identificar um ponto fraco crítico

Depois de identificar o aminoácido chave, a equipe de pesquisa passou para experimentos de laboratório liderados por Anthony Nicola, do Departamento de Microbiologia e Patologia Veterinária. Ao introduzir uma mutação direcionada a este aminoácido, eles descobriram que o vírus não conseguia mais se fundir com as células. Como resultado, o vírus do herpes foi totalmente impedido de entrar nas células.

Segundo Liu, o uso de simulações e aprendizado de máquina foi essencial porque testar experimentalmente até mesmo uma única interação pode levar meses. Limitar antecipadamente a interação mais importante tornou o trabalho experimental muito mais eficiente.

“Foi apenas uma única interação entre milhares de interações. Se não fizermos a simulação e, em vez disso, fizermos esse trabalho por tentativa e erro, pode levar anos para descobrir”, disse Liu. “A combinação do trabalho computacional teórico com os experimentos é muito eficiente e pode acelerar a descoberta dessas importantes interações biológicas”.

O que os pesquisadores ainda precisam aprender

Embora a equipe tenha confirmado a importância desta interação específica, permanecem muitas questões sobre como a mutação altera a estrutura da proteína de fusão completa. Os pesquisadores planejam continuar usando simulações e aprendizado de máquina para entender melhor como pequenas mudanças moleculares se propagam por toda a proteína.

“Há uma lacuna entre o que os experimentalistas veem e o que podemos ver na simulação”, disse Liu. “O próximo passo é como esta pequena interação afeta a mudança estrutural em escalas maiores. Isso também é um grande desafio para nós.”

A pesquisa foi realizada por Liu, Dutta e Nicola juntamente com os alunos de doutorado Ryan Odstrcil, Albina Makio e McKenna Hull. O financiamento para o projeto foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde.