'Qualquer proteína que você possa imaginar, ela pode fornecer': a IA ajudará a descobrir a próxima descoberta no RNA, diz o vencedor do Prêmio Nobel, Dr.
ARNum primo molecular do DNA, ganhou destaque como base das primeiras vacinas contra a COVID-19 do mundo. Dois importantes desenvolvedores da tecnologia por trás das fotos ganharam um Prêmio Nobel por seus esforços em 2023.
Agora, um daqueles ganhadores do Nobel – Drew Weissman da Escola de Medicina Perelman da Universidade da Pensilvânia – visa catapultar a pesquisa de RNA para novos patamares. Ele está ajudando a lançar um novo centro de pesquisa de RNA que usará inteligência artificial para ajudar a treinar cientistas que são novos na área, orientar seus experimentos e adicionar seus resultados de volta ao algoritmo, criando um ciclo de feedback.
Chamado de Fundição de RNA orientada por Inteligência Artificial (AIRFoundry), o centro financiado pela National Science Foundation visa acelerar a inovação no campo do RNA, alimentando avanços na medicina e em muitas outras disciplinas científicas.
A WordsSideKick.com conversou com Weissman e Daeyeon Leediretor da AIRFoundry, sobre o novo centro de pesquisa e o futuro do RNA nas ciências. Lee também é cofundador da InfiniFluídicauma startup que trabalha com a fundição para desenvolver os vasos que entregam RNA nas células, chamados nanopartículas lipídicas (LNPs).
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Nicoletta Lanese: Nossos leitores estão familiarizados com as vacinas de RNA mensageiro (mRNA) – que outras aplicações médicas você prevê para o futuro do RNA?
Dr. Drew Weissman: Primeiro, o propósito da biofundição é ir além da terapêutica médica. É tornar o RNA disponível para muitos outros tipos de ciência… Tudo, desde ensinar as bactérias a comer óleo ou plástico, até ensinar as plantas a evitar fungos – todas essas coisas que não se enquadram nos NIHs. [National Institutes of Health] terapêutica médica habitual.
Do ponto de vista médico, aquilo em que nós e outros estamos a trabalhar é terapias genéticas com ARN. Trabalhando em terapêutica médica, usando RNA para tratar ataques cardíacos ou derrames ou artrite ou doenças dermatológicas, para tratar doenças autoimunes. Existem provavelmente milhares de terapias potenciais para as quais o RNA pode ser usado, além de apenas vacinas.
NL: Essa metáfora que você usou é interessante — usar o RNA para “ensinar” um organismo a fazer alguma coisa. Você poderia explicar o que o RNA realmente faz nas células?
DW: RNA para mim é o intermediário. … Nosso ADN codifica todas as proteínas [enabling] cada função que mantém nossas células vivas e nossos corpos vivos. Portanto, o DNA é a biblioteca que guarda cada código. O mRNA é usado quando você deseja produzir uma proteína a partir de um desses códigos. E a célula produz um RNA que copia o [DNA] codificar uma proteína específica; esse mRNA então viaja para uma máquina, conhecida como ribossomo, que lê o código e produz proteínas com base nesse código.
O que o ARN [COVID] vacinas fazem é fornecer o código para o proteína spike do vírus COVID-19. O corpo então reconhece isso como uma proteína estranha e produz uma resposta imunológica que prepara o corpo para combater o vírus quando o vê. Mas o ARN também pode codificar máquinas de edição de genes que podem produzir proteínas que alteram mutações nos nossos cromossomas, no nosso genoma. Ou pode produzir proteínas que são [lacking due to a gene mutation]ou pode produzir proteínas terapêuticas para tratar inflamaçãopara tratar ataques cardíacos, para tratar todo tipo de coisas diferentes.
Qualquer proteína que você possa imaginar, ela pode fornecer.
NL: Você poderia explicar como está usando a IA para inovar tanto com o RNA quanto com os sistemas de entrega que levam o RNA às células?
Daeyeon Lee: A IA tem várias funções aqui. Estamos imaginando que queremos que o RNA se torne uma ferramenta para todos que fazem ciência… em 20 anos, será uma ferramenta comum. Mas neste momento, para as pessoas que não têm feito investigação activa sobre o RNA, é muito difícil entrar nesta área.
Portanto, a IA irá guiar o usuário. “Esta é a literatura que você deseja aprender, estes são os experimentos que você deseja realizar. Estes são talvez os RNAs ou veículos de entrega com os quais você deseja iniciar seus experimentos.” Não se trata apenas de fornecer materiais, mas de orientar o usuário, aumentando a experiência humana. … E uma vez concluídos os experimentos, eles voltam para a IA e alimentam-na com os resultados, para que a IA aprenda e faça as próximas previsões, as próximas sugestões e assim por diante.
NL: Então a IA é quase uma ferramenta e um colaborador, de certa forma?
DL: Sim, absolutamente.
NL: Em termos de dados de ARN que estão agora disponíveis para alimentar a IA, existem áreas que são particularmente bem investigadas e outras que ainda apresentam lacunas?
DL: Em termos de qual área estamos melhor posicionados para impactar, se não me engano, muitos dos dados de Drew são sobre animais, então uma área que estamos muito interessados em abordar é a saúde animal. Vacinas para gado, por exemplo.
DW: Posso dar um exemplo: você provavelmente já ouviu falar sobre o gripe aviária que está circulando e está em vacas agora. Estamos trabalhando há algum tempo na produção de vacinas para vacinar vacas e galinhas. E fizemos a vacina para vacas usando nossa tecnologia usual, imunizamos vacas e funciona muito bem. [Editor’s note: This vaccine is still experimental and is not yet in use.]
Tentamos isso em pássaros e não obtivemos resposta. Então voltamos e teorizamos: “Bem, talvez precisemos mudar todos os aspectos [RNA] estruturas.” E fizemos isso com base apenas na leitura da literatura e em suposições.
A esperança é que, no futuro, a IA diga: “As sequências de codificação de galinhas são muito diferentes das dos mamíferos ou dos humanos – por que você não tenta isso?” Então, em vez de termos que produzir 50 RNAs para encontrar um ou dois que funcionem, a IA pode nos dar cinco. [The idea is to have AI narrow down which RNA sequences are most likely to succeed at the task at hand, reducing the need for scientists to physically make and test out many different options.]
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NL: Você pode fornecer um roteiro sobre o que você está trabalhando nos próximos cinco anos e, a longo prazo?
DW: Portanto, não estamos começando do zero. Nós estivemos correndo um núcleo de RNA por provavelmente 20 anos. … O objetivo da biofundação agora é incorporar a IA nisso.
Temos uma vantagem – temos a produção de mRNA, temos a produção de LNP. Seis meses a dois anos, meu palpite, para que a IA esteja totalmente integrada. A partir daí, é apenas a IA aprendendo e a IA expandindo o que pode fazer.
DL: Acho que dentro de um ou dois anos teremos a primeira versão de IA com a qual interagiremos – principalmente pesquisadores internos [at first]porque queremos que seja um sistema robusto assim que o abrirmos para usuários externos.
NL: Dado que isto ajuda os cientistas a expandir a utilização do ARN, espera que daí surjam quaisquer questões de segurança ou regulamentares?
DW: O maior problema — e já estamos lidando com isso há muito tempo — é ganho de função. É aí que você adiciona uma nova atividade ou função a um patógeno potencial. O NIH tem regras muito rígidas que controlam a pesquisa de ganho de função, de modo que a IA será treinada para reconhecer isso. Essa é uma das coisas incrivelmente críticas a se fazer.
Além disso, a regulamentação [angle] é realmente um assunto extenso, porque há tantos campos diferentes dos quais você está falando, e tantos elementos diferentes dos EUA e de outros governos. Então estará envolvido.
NL: Então parece que você poderia incorporar diretrizes regulatórias na própria IA?
DL: Absolutamente. E com base no meu entendimento, existem camadas de proteção em torno disso. … Então, esperançosamente, com essas camadas de diferentes sistemas de sinalização, você seria capaz de eliminar o que pode ser potencialmente problemático no meio ambiente, nos animais ou em outros organismos vivos.
NL: Há mais alguma coisa sobre o AIRFoundry que você gostaria de destacar?
DW: Mencionarei apenas que a biofundição é uma instituição sediada nos EUA que servirá o mundo.
O Instituto RNA também está envolvida no desenvolvimento de… desenvolvimento de pesquisa de RNA e produção em grande escala em todo o mundo, em países de baixa e média renda, tornando esta uma tecnologia democratizada que está disponível para todo o mundo. A biofundação vai ajudar nisso, trazendo pessoas de laboratórios de todo o mundo, trazendo-as para Penn e treinando-as – como fazer RNA, como fazer LNPs, como projetar vacinas, como projetar proteínas terapêuticas ou outras proteínas. entrega.
DL: A NSF coloca muito esforço na educação, formação e divulgação, e isso será um grande componente da nossa biofundação, alcançando comunidades que não tinham acesso a esta tecnologia. No final das contas, como educador, acho que o produto mais importante da biofundição – quer dizer, haverá o conhecimento, haverá as pessoas que usarão os produtos de alta qualidade que faremos na IA. Mas [the most important product] serão os estudiosos que geraremos. Será o novo quadro de cientistas treinados em IA, RNA e nanopartículas lipídicas.
Eles serão os líderes do campo. Acho que isso será o que realmente nos diferenciará de outras entidades que possam estar tentando fazer algo semelhante.
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