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【introdução】além do design de proteínas e da descoberta de medicamentos, um artigo recente publicado na nature revelou novos usos para grandes modelos biológicos, como o alphafold – revelando as relações biológicas e a história evolutiva.

em julho deste ano, a equipe esmfold, que foi dissolvida pela meta, recomeçou com sucesso e lançou seu mais recente grande modelo de ciências biológicas esm3, com o slogan "usando um modelo de linguagem para simular 500 milhões de anos de evolução".

endereço do artigo: https://evolutionaryscale-public.s3.us-east-2.amazonaws.com/research/esm3.pdf

esse uso foi rapidamente capturado pelos biólogos.

em muitos trabalhos publicados recentemente, os cientistas estão usando modelos como alphafold e esmfold para redesenhar a linhagem do vírus e explorar algumas “afinidades” surpreendentes.

estes resultados podem não só revelar a história evolutiva das famílias de vírus, mas também permitir-nos lidar melhor com futuros riscos bioquímicos.

usando métodos tradicionais, os cientistas precisariam compreender a evolução viral com base nos resultados das comparações do genoma.

no entanto, em comparação com os mamíferos, pode-se dizer que a velocidade de evolução dos vírus é tão rápida quanto um raio. especialmente para os vírus cujos genes são compostos de rna, o número e a complexidade dos genomas que precisam ser comparados aumentarão rapidamente.

além disso, a evolução dos vírus não vem apenas de mutações genéticas, eles também podem adquirir material genético de outros organismos, o que torna mais difícil identificar as “relações relativas” dos vírus. sequências genéticas que parecem muito diferentes podem esconder relações muito profundas e distantes entre os vírus.

em comparação com os genes virais, a forma ou estrutura das proteínas que eles codificam tendem a mudar mais lentamente. no entanto, joe grove, virologista molecular da universidade de glasgow, no reino unido, disse que antes do surgimento de ferramentas como o alphafold, até mesmo o. a estrutura proteica de toda a família do vírus era muito lenta. a pesquisa e a comparação são difíceis de concluir usando métodos tradicionais.

um artigo recente publicado por grove e sua equipe na nature usou o poder de grandes modelos para revelar a história evolutiva da família flaviviridae através da estrutura das glicoproteínas.

endereço do artigo: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07899-8

os flavivírus incluem o vírus da hepatite c, o vírus da dengue e o vírus zika, bem como alguns dos principais patógenos animais, bem como espécies que podem representar novas ameaças à saúde humana.

como os vírus entram nas células

desde a vacinação generalizada, a hepatite c tornou-se uma doença infecciosa com a qual estamos menos familiarizados, mas este vírus ainda causa centenas de milhares de mortes todos os anos.

se quisermos desenvolver uma vacina contra a hepatite c mais eficaz, precisamos de compreender quais as proteínas das quais o flavivírus depende para entrar nas células (incluindo as glicoproteínas). estas proteínas também determinam quais os hospedeiros que o vírus pode infectar.

se você apenas estudá-los e compará-los no nível da sequência, descobrirá que as proteínas de cada vírus são tão diferentes que é difícil encontrar conexões significativas. mas se usarmos a função de predição da estrutura proteica de grandes modelos biológicos, esse problema será facilmente resolvido.

os pesquisadores usaram o modelo alphafold 2 da deepmind e a ferramenta de previsão de estrutura esmfold desenvolvida pela meta para gerar mais de 33.000 estruturas previstas para 458 proteínas de flavivírus.

predição estrutural da glicoproteína do vírus da hepatite c

a razão pela qual os modelos alphafold e esmfold são usados ​​é devido a uma diferença essencial entre os dois.

a entrada do alphafold depende de múltiplas sequências de proteínas semelhantes, mas o esmfold é diferente. é um "modelo de linguagem de proteínas" treinado em dezenas de milhões de sequências de proteínas. ele só pode aceitar sequências atrasadas como entrada, por isso é muito adequado. -análise aprofundada dos vírus mais "misteriosos".

as previsões dessas estruturas levaram os pesquisadores a descobrir algumas conexões inesperadas. alguns parentes aparentemente não relacionados dos flavivírus também podem usar proteínas semelhantes como “chaves” para entrar nas células.

por exemplo, o sistema de infecção celular utilizado pela hepatite c é muito semelhante ao dos pestivírus, incluindo a peste suína mais clássica e outros agentes patogénicos animais.

as ferramentas auxiliares de ia também podem nos dizer que o “sistema de entrada” usado pela hepatite c e pelo pestivírus é muito diferente de outros vírus. grove também tem dificuldade em explicar isto: "para a hepatite c e seus parentes, não sabemos de onde vem o seu sistema de entrada. pode ser que esses vírus tenham sido inventados há muito tempo".

obtenha proteínas ‘pirateadas’ de bactérias

além dos pestivírus, a estrutura prevista também ajudou os flavivírus a encontrar dois "parentes" - o vírus zika e o vírus da dengue. além disso, os flavivírus parecem "roubá-los" de uma enzima. como se fosse dele.

prevendo a estrutura das proteínas do vírus da dengue usando colabfold –alpahfold2

anteriormente, a equipe de mary petrone, virologista da universidade de sydney, também descobriu um comportamento semelhante de “roubo” em um estranho flavivírus.

“o roubo de genes pode ter desempenhado um papel maior na evolução dos flavivírus do que se pensava anteriormente”, disse ela.

david moi, biólogo computacional da universidade de lausanne, na suíça, também salienta que a investigação sobre flavivírus é apenas a ponta do iceberg quando se considera o potencial inexplorado das ferramentas assistidas por ia.

com a ajuda da inteligência artificial, a história evolutiva de outros vírus e até de muitos organismos celulares pode ser reescrita.

“vamos recontar as suas histórias com uma nova geração de ferramentas. agora que podemos ver mais longe, a história evolutiva de todos estes organismos precisa de ser atualizada.”

entre os muitos mistérios não resolvidos nas ciências da vida, a enorme energia irradiada pela ia permite-nos ver o surgimento de respostas e também nos faz ansiar pelo dia em que a história será reescrita.