A inteligência artificial (IA) está ajudando a redesenhar a árvore genealógica dos vírus. Estruturas proteicas previstas usando AlfaFold e inspirados em chatbot “Modelos de linguagem de proteínas” descobriram conexões surpreendentes em uma família de vírus que inclui patógenos que infectam humanos e ameaças emergentes.

Uma grande parte da compreensão dos cientistas sobre evolução viral é baseado na comparação de genomas. No entanto, a rápida evolução dos vírus, particularmente aqueles com genomas de ARN, e a sua propensão para adquirir material genético de outros organismos mostra que as sequências genéticas podem esconder relações mais profundas e distantes entre os vírus, que podem variar dependendo do gene em estudo.

Em contraste, as formas ou estruturas das proteínas codificadas pelos genes virais tendem a mudar lentamente, tornando possível detectar estas ligações evolutivas ocultas. No entanto, até ao advento de ferramentas como o AlphaFold, que pode prever estruturas proteicas em grande escala, não era possível comparar estruturas proteicas de uma família inteira de vírus, diz Joe Grove, virologista molecular da Universidade de Glasgow, no Reino Unido.

Em artigo publicado esta semana emNatureza 1Grove e a sua equipa demonstram o poder de uma abordagem baseada na estrutura dos flavivírus – um grupo que inclui os vírus da hepatite C, da dengue e do zika, bem como vários agentes patogénicos animais importantes e espécies que podem representar ameaças emergentes à saúde humana.

Como os vírus invadem

A compreensão dos investigadores sobre a evolução dos flavivírus baseia-se principalmente em sequências de enzimas de evolução lenta que copiam o seu material genético. No entanto, muito pouco se sabe sobre as origens das proteínas de “entrada viral” que os flavivírus utilizam para entrar nas células e que determinam o hospedeiro que podem infectar. Grove argumenta que esta lacuna de conhecimento irá dificultar o desenvolvimento de uma vacina eficaz contra Hepatite C, que mata centenas de milhares de pessoas todos os anos.

“No nível da sequência, as coisas são tão divergentes que não podemos dizer se estão relacionadas ou não”, diz ele. “O avanço na previsão da estrutura das proteínas abre toda a questão e podemos ver as coisas com bastante clareza.”

Os pesquisadores usaram DeepMinds AlfaFold2 -modelo e ESMFold, um Estrutura- Ferramenta de previsão desenvolvida pela gigante da tecnologia Meta, para gerar mais de 33.000 estruturas previstas para proteínas de 458 espécies de flavivírus. ESMFold é baseado em um modelo de linguagem treinado com dezenas de milhões de sequências de proteínas. Ao contrário do AlphaFold, requer apenas uma sequência de entrada em vez de depender de múltiplas sequências de proteínas semelhantes, o que poderia torná-lo particularmente útil para estudar os vírus mais misteriosos.

Hepatitis C Virus E1 glycoprotein predicted using ColabFold-AlpahFold2.

As estruturas previstas permitiram aos autores identificar proteínas de entrada viral cujas sequências diferem muito daquelas dos flavivírus conhecidos. Eles encontraram algumas conexões inesperadas. Assim, o grupo de vírus que inclui a hepatite C utiliza um sistema para infectar células semelhante ao que descobriram com os pestivírus – um grupo que inclui o clássico vírus da gripe suína, que causa febre hemorrágica em porcos, e outros agentes patogénicos animais.

As comparações baseadas em IA mostraram que este sistema de entrada é diferente de muitos outros flavivírus. “Para a hepatite C e seus parentes, não sabemos de onde vem o seu sistema de entrada. Poderia ter sido inventado”, diz Grove.

Roubado por bactérias

As estruturas previstas também mostraram que as proteínas de entrada bem estudadas dos vírus Zika e dengue têm as mesmas origens dos “estranhos e maravilhosos” flavivírus com genomas enormes, incluindo o vírus do carrapato Haseki, que pode causar febre em humanos. Outra grande surpresa foi a descoberta de que alguns flavivírus possuem uma enzima que parece ter sido roubada de bactérias.

“Isso seria sem precedentes”, diz a virologista Mary Petrone, da Universidade de Sydney, na Austrália, se sua equipe não tivesse descoberto este ano um roubo semelhante de uma espécie de flavivírus particularmente “estranha e maravilhosa”. 2. “A pirataria genética pode ter desempenhado um papel maior na evolução dos flavivírus do que se pensava anteriormente”, acrescenta ela.

David Moi, biólogo computacional da Universidade de Lausanne, na Suíça, diz que o estudo dos flavivírus é apenas a ponta do iceberg e que as histórias evolutivas de outros vírus e até mesmo de alguns organismos celulares provavelmente serão recontadas usando IA. “Agora que podemos dar uma olhada mais a fundo, todas essas coisas precisam ser um pouco atualizadas”, diz ele.