Dilema da dupla utilização: IA e o futuro do design de proteínas

DADAS as atuais ferramentas generativas e transformadoras de inteligência artificial (IA), o potencial para projetar proteínas de uma forma rápida e fácil aumentou a possibilidade de usar essas proteínas sintéticas como armas biológicas. Preocupados com esse cenário, um grupo de cientistas iniciou uma campanha defendendo a aplicação responsável e ética do design de proteínas.

Em Outubro de 2023, David Baker, do Instituto de Design de Proteínas da Universidade de Washington, EUA, organizou uma cimeira de segurança de IA para avaliar os riscos associados à utilização maliciosa de proteínas desenhadas. O foco estava em determinar a necessidade e o escopo da regulamentação para o projeto de proteínas e na identificação de perigos potenciais.

Em 8 de março de 2024, a declaração coletiva de mais de 100 pesquisadores, entre eles um ganhador do Nobel, foi anunciada em Boston, EUA, durante uma conferência dedicada à engenharia biomolecular. Em 21 de março de 2024, quando foi encerrado o apelo ao endosso, são 158 signatários e 41 apoiadores. A maioria é dos EUA e da Europa. Existem alguns da China, Coréia, Israel e África. Nenhuma organização está representada. A declaração insta a comunidade científica a aderir a protocolos específicos de segurança e proteção ao empregar inteligência artificial na criação de proteínas sintéticas.

PROTEÍNAS COMO ARMAS BIO?

As proteínas são longas cadeias feitas de unidades de aminoácidos. Estes são os burros de carga de todos os vírus, bactérias, plantas e animais. Eles podem ser considerados nanomáquinas que realizam suas funções específicas de maneira precisa e eficiente. Quando estes sofrem mutação ou modificação, o organismo morre ou desenvolve problemas ou é modificado. Ao longo dos milhares de milhões de anos, as proteínas evoluíram e foram utilizadas como armas, geradores de energia, promotores, transportadores e assim por diante, para todos os diferentes tipos de interações que ocorrem dentro e entre entidades biológicas. Por exemplo, foi demonstrado que uma toxina de veneno – uma proteína – usada por uma aranha e uma centopéia, foi reaproveitada a partir de uma proteína ancestral que funcionava como um hormônio, como visto em um camarão também pertencente à família dos artrópodes.

Existem 20 aminoácidos diferentes e estes são como as letras do alfabeto. Assim como acontece com a nossa língua, as letras do alfabeto podem ser usadas para formar frases diferentes. Dependendo da sequência de unidades de aminoácidos, as proteínas assumem uma forma específica e isso ajuda a proteína a desempenhar a sua função. Até cerca de cinco anos atrás, o problema de prever a estrutura, dada uma sequência de aminoácidos na proteína, não era tão fácil. Mas isto mudou com o advento de um tipo de programa de aprendizagem profunda baseado em IA chamado Alpha Fold, que foi notavelmente bem sucedido na criação de modelos de proteínas, para um grande número de proteínas, que eram correctos em comparação com a sua estrutura proteica determinada experimentalmente. Mas, como a maioria das ferramentas de aprendizagem de IA, limitava-se ao que já era conhecido.

No entanto, há alguns anos, tornou-se possível projetar proteínas funcionais, mas completamente novas ou sintéticas, com bastante sucesso, à medida que os pesquisadores desenvolviam ferramentas de design de proteínas, como a RFdiffussion, que usava capacidades geradoras de IA de redes de difusão. Estas baseiam-se nos mesmos princípios das redes neurais que geram imagens realistas, por exemplo, no programa gráfico DALL·E. Treinadas em dados como imagens ou estruturas proteicas, essas redes de “difusão” passam por um processo em que os dados são gradualmente distorcidos até não se assemelharem mais à imagem ou estrutura original. Posteriormente, a rede é treinada para “eliminar ruído” dos dados, invertendo esse processo.

Usando tecnologias de síntese de DNA, as pessoas foram capazes de produzir o DNA correspondente às proteínas projetadas. Eles então mostraram no laboratório, ao colocar o DNA nas células para expressar e analisar a proteína, que a função dessa proteína estava conforme projetada. Assim, em princípio, tornou-se possível ter proteínas sintéticas funcionais sob demanda.

As mais recentes ferramentas de design de proteínas demonstraram uma eficácia impressionante na criação de proteínas que podem desempenhar funções precisas, especialmente aquelas ditadas por uma forma específica, como a ligação a uma superfície proteica. No entanto, as ferramentas atuais ainda são incapazes de atender a uma ampla gama de necessidades, como o desenvolvimento de uma proteína que possa realizar uma reação específica, independentemente da sua forma. Esta restrição torna-se evidente quando a função desejada é identificada, mas a geometria exata é incerta.

A SITUAÇÃO AGORA

No final de outubro de 2023, a Casa Branca nos EUA emitiu uma Ordem Executiva relativa ao Desenvolvimento e Utilização Seguros, Protegidos e Confiáveis ​​de Inteligência Artificial. O Presidente Biden, dos EUA, enfatizou a importância de gerir os riscos significativos associados à utilização da IA ​​para fins positivos e destacou a necessidade de um esforço colaborativo em toda a sociedade, envolvendo o governo, a indústria privada, o meio académico e a sociedade civil. A ficha informativa que acompanha delineou o compromisso da Casa Branca em estabelecer novas diretrizes para a segurança e proteção da IA, a fim de evitar o uso indevido da IA ​​na criação de substâncias biológicas perigosas através da implementação de padrões robustos de triagem para síntese biológica. Foi apresentado um cronograma de implementação de medidas.

A comunidade de cientistas que fizeram a declaração como investigadores ativamente envolvidos neste domínio, estão confiantes nas vantagens substanciais oferecidas pelas atuais tecnologias de IA no design de proteínas, superando em muito quaisquer riscos potenciais. Consideram que, com os progressos previstos neste domínio, há uma necessidade crescente de uma estratégia proativa de gestão de riscos para prevenir o surgimento de tecnologias de IA que poderiam ser exploradas, intencionalmente ou inadvertidamente, para fins prejudiciais. Como colectivo, desejam definir um conjunto de valores e princípios fundamentais para orientar o avanço ético das tecnologias de IA no design de proteínas. Estes valores abrangem segurança, proteção, justiça, cooperação global, transparência, responsabilização e a prossecução da investigação para o bem-estar social. Eles também se comprometem voluntariamente com uma série de ações tangíveis com partes interessadas em todo o mundo, da academia, do governo, da sociedade civil e do setor privado. Concordaram em promover a evolução aberta, equitativa, responsável e confiável desta tecnologia, garantindo a sua segurança e benefício para todos. Concordaram em realizar investigação em benefício da sociedade e abster-se de investigação que possa causar danos globais ou permitir a utilização indevida das nossas tecnologias.

Qualquer proteína projetada para ser testada quanto à função e colocada em uso no mundo real precisa ter o DNA correspondente sintetizado. Atualmente, esta capacidade de fazê-lo depende apenas de um conjunto limitado de jogadores. Assim, os investigadores comprometeram-se a obter serviços de síntese de ADN apenas de fornecedores que demonstrem adesão às práticas de rastreio de biossegurança padrão da indústria, que procuram detectar biomoléculas perigosas antes de estas poderem ser fabricadas. Concordaram em apoiar o desenvolvimento de novas estratégias para melhorar o rastreio da síntese de ADN, com o objectivo de detectar melhor biomoléculas perigosas antes de estas poderem ser fabricadas.

O FUTURO?

O processo por detrás da lista de princípios e compromissos voluntários é paralelo ao que resultou da conferência de Asilomar, em 27 de Fevereiro de 1975, onde cerca de 150 biólogos moleculares elaboraram então directrizes para a utilização segura do ADN recombinante. Cerca de 90 dos cientistas eram americanos; outros 60 vieram de 12 países diferentes, principalmente da Europa e Japão, URSS e Israel. Nenhuma organização ou governo foi representado per se. A declaração de Asilomar deu origem a muitos debates e protestos, especialmente nos EUA. Mas pouco poderia fazer para alterar o curso de como a engenharia genética e o ADN recombinante se transformaram em empresas multinacionais e impactaram vários aspectos da saúde médica e da agricultura em todo o mundo. Não foi possível antecipar a PCR e, muito mais tarde, a revolução CRISPR, que mudou o jogo na forma como a modificação genética dos organismos poderia ser feita.

As declarações não reconhecem as questões mais amplas que controlam e impulsionam a ciência e as tecnologias – o sistema sócio-económico-político em conjunto com o desenvolvimento imprevisível da ciência básica e da sua aplicação. Tal como acontece com a energia atómica como arma de destruição maciça – quando há impulso político e económico, os cientistas são, afinal de contas, humanos.

Como diz Prabir Purkayastha em seu livro Conhecimento como Bem Comum: Rumo à ciência e tecnologia inclusivas:

Hoje, a necessidade de organizar os cientistas para lutarem por um processo de tomada de decisões científicas mais democrático deve andar de mãos dadas com um movimento forte para levar a ciência às pessoas. Se quisermos combater o aquecimento global ou procurar o desarmamento nuclear, não basta que os cientistas o digam. A ciência tem de ser retirada da torre de marfim e desmistificada para que as pessoas afectadas por tais decisões possam fazer valer a sua voz. A ciência é um negócio demasiado sério para ser deixado aos cientistas – deve fazer parte da nossa luta mais ampla pela equidade e pela democracia na sociedade.