Os pesquisadores da USC desenvolveram um novo método para combater as mutações emergentes do coronavírus e acelerar o desenvolvimento da vacina para impedir o patógeno responsável por matar milhares de pessoas e arruinar a economia.
Usando inteligência artificial (IA), a equipe de pesquisa da Escola de Engenharia USC Viterbi desenvolveu um método para agilizar a análise de vacinas e focar no melhor potencial terapêutico médico preventivo.
O método é facilmente adaptável para analisar mutações potenciais do vírus, garantindo que as melhores vacinas possíveis sejam rapidamente identificadas – soluções que dão aos humanos uma grande vantagem sobre o contágio em evolução. Seu modelo de aprendizado de máquina pode realizar ciclos de projeto de vacinas que antes levavam meses ou anos em questão de segundos e minutos, diz o estudo.
“Essa estrutura de IA, aplicada às especificidades desse vírus, pode fornecer vacinas candidatas em segundos e levá-las a testes clínicos rapidamente para obter terapias médicas preventivas sem comprometer a segurança”, disse Paul Bogdan, professor associado de engenharia elétrica e de computação do USC Viterbi e autor correspondente do estudo. “Além disso, isso pode ser adaptado para nos ajudar a ficar à frente do coronavírus, pois ele sofre mutações em todo o mundo”.
As descobertas aparecem nos relatórios científicos da Nature Research.
Quando aplicado ao SARS-CoV-2 – o vírus que causa o COVID-19 – o modelo de computador eliminou rapidamente 95% dos compostos que poderiam ter tratado o patógeno e apontou as melhores opções, diz o estudo.
O método assistido por IA previu 26 vacinas potenciais que funcionariam contra o coronavírus. Destes, os cientistas identificaram os 11 melhores para construir uma vacina de múltiplos epítopos, que pode atacar as proteínas de pico que o coronavírus usa para se ligar e penetrar uma célula hospedeira. As vacinas têm como alvo a região – ou epítopo – do contágio para interromper a proteína do pico, neutralizando a capacidade do vírus de se replicar.
Além disso, os engenheiros podem construir uma nova vacina de múltiplos epítopos para um novo vírus em menos de um minuto e validar sua qualidade em uma hora. Por outro lado, os processos atuais de controle do vírus exigem o crescimento do patógeno em laboratório, desativando-o e injetando o vírus que causou a doença. O processo é demorado e leva mais de um ano; entretanto, a doença se espalha.
O método USC pode ajudar a combater as mutações COVID-19
O método é especialmente útil durante esse estágio da pandemia, pois o coronavírus começa a sofrer mutações em populações de todo o mundo. Alguns cientistas temem que as mutações possam minimizar a eficácia das vacinas da Pfizer e Moderna, que agora estão sendo distribuídas. Variantes recentes do vírus que surgiram no Reino Unido, África do Sul e Brasil parecem se espalhar mais facilmente, o que os cientistas dizem que levará rapidamente a muitos mais casos, mortes e hospitalizações.
Mas Bogdan disse que se o SARS-CoV-2 se tornar incontrolável pelas vacinas atuais, ou se novas vacinas forem necessárias para lidar com outros vírus emergentes, o método assistido por IA da USC pode ser usado para criar outros mecanismos preventivos rapidamente.
Por exemplo, o estudo explica que os cientistas da USC usaram apenas um epítopo de célula B e um epítopo de célula T, enquanto a aplicação de um conjunto de dados maior e mais combinações possíveis pode desenvolver uma ferramenta de design de vacina mais abrangente e rápida. O estudo estima que o método pode realizar previsões precisas com mais de 700.000 proteínas diferentes no conjunto de dados.
“A estrutura de design de vacina proposta pode lidar com as três mutações mais frequentemente observadas e ser estendida para lidar com outras mutações potencialmente desconhecidas”, disse Bogdan.
Os dados brutos da pesquisa vêm de um gigantesco banco de dados de bioinformática chamado Immune Epitope Database (IEDB), no qual cientistas de todo o mundo vêm compilando dados sobre o coronavírus, entre outras doenças. O IEDB contém mais de 600.000 epítopos conhecidos de cerca de 3.600 espécies diferentes, juntamente com o Virus Pathogen Resource, um repositório complementar de informações sobre vírus patogênicos. O genoma e a sequência da proteína spike do SARS-CoV-2 vêm do National Center for Biotechnical Information.
COVID-19 causou 87 milhões de casos e mais de 1,88 milhão de mortes em todo o mundo, incluindo mais de 400.000 mortes nos Estados Unidos. Ele devastou o tecido social, financeiro e político de muitos países.
Os autores do estudo são Bogdan, Zikun Yang e Shahin Nazarian, do Departamento Ming Hsieh de Engenharia Elétrica e de Computação da USC Viterbi.
Publicado em 07/02/2021 15h07
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