Nosso DNA contém milhares de genes, mas eles não permanecem ligados o tempo todo. Cada célula precisa saber exatamente quais genes ativar, quando fazer isso e em que intensidade. Agora, pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD) utilizaram inteligência artificial para decifrar uma peça importante desse mecanismo, revelando um padrão genético que controla o início da expressão de muitos genes humanos.
IA encontrou um padrão escondido no DNA
A pesquisa foi realizada no laboratório do professor James T. Kadonaga, do Departamento de Biologia Molecular da UCSD.
Os cientistas concentraram sua atenção no chamado iniciador, conhecido pela sigla Inr. Trata-se de um elemento regulador localizado ao redor do ponto onde começa a transcrição de um gene.
A transcrição é uma das primeiras etapas necessárias para transformar as informações armazenadas no DNA em moléculas utilizadas pelas células.
É nesse momento que a maquinaria celular começa a ler determinado gene para produzir RNA. Posteriormente, essas instruções podem resultar na produção de proteínas, enzimas, hormônios e outras moléculas essenciais ao organismo.
O problema é que, apesar de sua importância, os cientistas ainda não haviam conseguido determinar com precisão qual padrão de DNA define um iniciador funcional.
A inteligência artificial ajudou a mudar isso.
Cientistas analisaram cerca de 500 mil sequências
O trabalho foi liderado pelo pesquisador Torrey Rhyne-Carrigg, integrante do laboratório de Kadonaga.
A equipe produziu aproximadamente 500 mil variantes diferentes da sequência do iniciador. Em seguida, mediu a capacidade de cada uma delas de promover a expressão gênica utilizando técnicas de sequenciamento de DNA em larga escala.
Esses dados foram então utilizados para treinar um algoritmo de aprendizado de máquina.
O modelo aprendeu a relacionar diferentes combinações das bases do DNA com sua capacidade de iniciar a transcrição.
Em vez de procurar apenas uma pequena sequência idêntica em todos os genes, a IA conseguiu reconhecer padrões mais complexos. Ela identificou preferências entre determinadas bases e relações que diferenciam iniciadores eficientes daqueles menos ativos ou completamente inativos.
Quando aplicaram o modelo ao genoma humano, os pesquisadores conseguiram identificar esse mecanismo em aproximadamente 60% dos genes.
Descoberta pode ajudar a entender mutações ligadas ao câncer
A descoberta pode ter aplicações importantes na medicina.
Os genes controlados pelo iniciador incluem aqueles específicos de determinados tecidos e também genes relacionados ao câncer.
Isso significa que o modelo pode ajudar pesquisadores a prever o que acontece quando uma mutação modifica uma dessas regiões reguladoras.
Imagine, por exemplo, uma alteração no iniciador de um gene responsável por controlar o crescimento das células. A ferramenta poderia estimar se essa pequena mudança no DNA prejudicaria a ativação do gene e qual seria a intensidade desse efeito.
Essa capacidade pode facilitar o estudo de variantes genéticas associadas a doenças hereditárias e diferentes tipos de câncer.
Os pesquisadores também acreditam que os dados poderão ajudar na criação de promotores sintéticos. Essas sequências artificiais poderiam ser projetadas para controlar quando determinados genes são ativados ou desativados.
Moscas e humanos compartilham um mecanismo semelhante
Outro resultado chamou a atenção dos pesquisadores.
Os padrões identificados no genoma humano são muito semelhantes aos encontrados na Drosophila melanogaster, a famosa mosca-da-fruta utilizada há décadas em pesquisas genéticas.
Essa semelhança sugere que o iniciador é um mecanismo bastante antigo do ponto de vista evolutivo e que desempenha uma função fundamental na regulação dos genes dos animais.
Para Kadonaga, o estudo também demonstra como experimentos tradicionais de laboratório podem ser combinados com inteligência artificial para revelar informações escondidas nas sequências de DNA.
Objetivo é criar uma IA capaz de interpretar a expressão dos genes
O projeto, porém, é apenas uma parte de uma ambição muito maior.
Os pesquisadores querem desenvolver um modelo capaz de interpretar todo o código responsável pela expressão gênica humana.
Esse código pode ser entendido como um enorme conjunto de instruções que determina quais genes serão ativados, em quais células e em que momento.
Se os cientistas conseguirem construir um modelo suficientemente preciso, seria possível prever como diferentes variantes genéticas afetam a atividade dos genes de cada pessoa.
O modelo do iniciador representa apenas uma pequena parte desse quebra-cabeça. Ainda assim, pela primeira vez, a inteligência artificial conseguiu revelar com precisão um dos padrões fundamentais utilizados pelas células para decidir onde começa a leitura dos nossos genes.
[ Fonte: Infobae ]
