IA que prevê variantes de vírus pode orientar o combate a futuras pandemias

Uma nova ferramenta de IA que prevê mutações virais poderá orientar os tratamentos para a COVID-19 – e para a próxima pandemia.

O sistema, denominado EVEscape, foi desenvolvido na Harvard Medical School 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 em Natureza revelou uma série de resultados promissores. As previsões do EVEscape provaram ser mais precisas do que as abordagens experimentais, embora mais rápidas e eficientes do que os testes em laboratório. A ferramenta também identificou com sucesso terapias que teriam dificuldade em subjugar novas variantes.

As previsões já estão a informar os esforços de monitorização da pandemia. Há mais de um ano, os pesquisadores vêm divulgando classificações quinzenais das novas cepas de SARS-CoV-2 mais preocupantes. As descobertas são compartilhadas com grupos, incluindo a Organização Mundial da Saúde (OMS).

“Ainda existem milhares de novas cepas surgindo a cada mês – muitas para serem testadas experimentalmente”, disse Pascal Notin, pesquisador da Universidade de Oxford e coautor do estudo, à TNW. “EVEscape nos permite determinar rapidamente o nível de ameaça das novas cepas.”

Notin e seus colegas também usaram o EVEscape para prever com sucesso mutações do HIV e da gripe. Eles agora estão testando a ferramenta em países menos conhecidos que também podem causar pandemias, como Nipah e Lassa.

No futuro, os pesquisadores imaginam o EVEscape informando o design da vacina. Actualmente, as vacinas e terapêuticas são testadas retrospectivamente contra mutações pandémicas anteriores.

EVEscape poderia adicionar avaliações sobre o próximo destino do vírus. Isto oferece esperança para um novo tratamento poderoso: vacinas à prova de variantes.

Como EVEscape prevê mutações de vírus

A nova ferramenta é baseada em um modelo generativo denominado VÉSPERA (Modelo evolutivo de Efeito Variante).

Inicialmente, o EVE foi desenvolvido para prever os riscos de mutações genéticas que causam doenças humanas, como o cancro. Quando a COVID-19 se revelou alarmantemente capaz de sofrer mutações para além das restrições dos tratamentos, os investigadores adaptaram o seu modelo ao SARS-CoV-2.

Os modelos generativos têm pontos fortes únicos para este trabalho. Um aspecto fundamental para prever quais mutações escaparão da imunidade é se elas preservarão a chamada “aptidão” da proteína viral. Essa aptidão leva a uma proteína funcional que expressa, dobra e se liga ao receptor da célula hospedeira.

“Modelos geradores treinados em sequências evolutivas são extremamente úteis para apoiar essa previsão”, disse Nodin.

Para fazer as previsões, EVE é treinado para aprender uma representação compacta de certo sequências de proteínas. Essas sequências mantiveram sua adequação ao longo de milhares a milhões de anos de evolução.

“Ao fazer isso, é necessário aprender implicitamente as restrições bioquímicas que sustentam as sequências funcionais”, explicou Nodin. “Podemos posteriormente aproveitar esse entendimento para prever se novas formas mutadas para a proteína – sejam elas proteínas humanas ou virais – serão funcionais por si mesmas.”

A futura luta da IA ​​contra vírus

A adaptabilidade do EVEscape decorre da sua simplicidade. A ferramenta aprende a partir de um conjunto de dados composto apenas por sequências de proteínas virais e sua estrutura. Como resultado, pode ser aplicado a qualquer vírus e logo no início de uma pandemia.

“Esta é uma grande melhoria em relação aos métodos que normalmente precisam esperar que os anticorpos pandêmicos relevantes estejam amplamente disponíveis para teste”, disse Nodin.

Outra corda do arco do EVEscape é seu design modular. Quando surgirem modelos generativos mais poderosos, os atuais modelos de previsão de aptidão poderão ser rapidamente substituídos.

COVID-19 também expandiu os usos potenciais do EVEscape. TA pandemia forneceu lições importantes sobre as previsões da 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 dados escassos. Isso pode ser extremamente valioso em surtos futuros.