A cada dia, a inteligência artificial (IA) está mais presente em pesquisas nas mais diversas áreas do conhecimento. Em Porto Velho, um grupo de pesquisadores da Universidade Federal de Rondônia (UNIR) e da Fiocruz Rondônia utilizam o auxílio da IA na prospecção de novos fármacos para diversas doenças. O grupo já desenvolveu três softwares para auxiliar a comunidade acadêmica nessas investigações e uma quarta ferramenta está em fase de revisão para publicação.
As pesquisas são desenvolvidas no Centro de Estudos de Biomoléculas Aplicadas à Saúde (CEBio), no Campus UNIR de Porto Velho, sob a coordenação do pesquisador Fernando Zanchi. Uma equipe multidisciplinar também atua no projeto e reúne alunos, pesquisadores e voluntários das áreas de Física, Química, Biomedicina, Biologia, Farmácia, Ciências da Computação e Bioquímica.
Com o auxílio da inteligência artificial, os softwares desenvolvidos pelos pesquisadores aplicam os conhecimentos dessas diversas áreas para analisar as estruturas moleculares de compostos químicos e verificar sua eficácia para o tratamento de enfermidades.
A intenção é facilitar as etapas da investigação de novos fármacos (medicamentos) ou ainda novas aplicações de medicamentos já conhecidos para o tratamento de doenças e problemas de saúde, especialmente aqueles que afetam os moradores da região Amazônica, como malária, dengue e leishmaniose, por exemplo.
Acelerar a produtividade e reduzir custos
Os estudos de viabilidade de potenciais medicamentos seguem etapas minuciosas, e muitas vezes demoradas. O objetivo das ferramentas desenvolvidas pelos pesquisadores da UNIR e Fiocruz é agilizar algumas dessas fases, otimizando o trabalho dos pesquisadores e gerando economia de tempo e de recursos financeiros.
Fernando Zanchi explica que para produzir um novo remédio é necessário conhecer tanto as estruturas moleculares dos patógenos, que são os microorganismos causadores de doenças, quanto a dos candidatos a fármacos. Depois, os pesquisadores fazem o cruzamento dessas informações, no chamado teste de interação no laboratório, até chegar a um potencial resultado.
Tudo isso leva bastante tempo, e o trabalho dos softwares é justamente armazenar e processar milhares de informações sobre a composição das estruturas moleculares dos patógenos, com o intuito de acelerar as etapas das pesquisas, poupando tempo de estudo e trabalho humano.
Os programas agilizam significativamente o trabalho dos pesquisadores: “Já deixamos diversos alvos preparados no sistema, eliminando todo o processo de filtragem dos alvos enzimáticos dos patógenos, de inserção desses dados no programa e de execução das interações de muitas moléculas contra muitos alvos. Ele [o pesquisador] só vai precisar entrar com as moléculas candidatas a fármacos. Por exemplo, se algum pesquisador suspeitar que um fármaco, já utilizado como antibiótico, poderá também atuar contra o Plasmódio causador da Malária, então ele poderá testar sua hipótese usando nosso software. E tudo isso de forma ágil e acessível via web”, explica Fernando.
Sobre os programas
Cada um dos softwares desenvolvidos possui suas especificidades. O Visual Dynamics, por exemplo, permite simular qualquer estrutura proteica de qualquer patógeno, enquanto o software que segue em fase de teste será dedicado exclusivamente ao Plamódio causador da Malária.
O Visual Dynamics é uma ferramenta para simulação de dinâmica molecular. Disponibilizado desde 2022, é utilizado atualmente por mais de 50 países em todos os continentes. Esse programa permite que o usuário simule o comportamento e interação de qualquer proteína que tenha relação com alguma doença, como diversos tipos de câncer, malária, Aids e Covid-19. Seu objetivo é adiantar etapas de pesquisas que investigam novos medicamentos para essas doenças.
Além disso, os dados reunidos no programa também podem levar à criação de outros produtos, como inseticidas e larvicidas, e auxiliar pesquisas voltadas para a preservação do meio ambiente. “Há registros de estudos que utilizam o programa na técnica de bioremediação – que usa microrganismos como bactérias, fungos e plantas, para descontaminação de áreas afetadas pela poluição”, afirma Fernando.
A pesquisa sobre o Visual Dynamics foi publicada na revista BMC Bioinfomatics (acesse aqui), e a ferramenta está disponível no link https://visualdynamics.fiocruz.br.
Já o PlasmoIA é um software baseado em inteligência artificial que foi desenvolvido para identificar o plasmódio causador da malária em imagens de microscopia. De acordo com o professor Fernando, essa ferramenta possui uma taxa de acerto de 98% na detecção da presença ou ausência de malária em amostras de sangue coletadas na lâmina. Nesse caso, a análise é feita rapidamente por meio de uma foto da amostra de sangue, produzida com auxílio de um microscópio e enviada para o sistema.
Por outro lado, a análise das lâminas feita por humanos é um pouco mais demorada e requer muita habilidade dos profissionais para rastrear o plasmodium nas amostras de sangue.
“Além do número reduzido de profissionais capacitados nas instituições de saúde, são necessários muitos anos de treinamento para atingir a excelência na profissão. Por isso, treinar o algoritmo para reconhecer a doença nas lâminas é uma alternativa para abreviar o tempo entre o diagnóstico e o início do tratamento dos pacientes, o que pode reduzir a transmissão entre pessoas”, observa o pesquisador Fenando Zanchi.
O software ainda precisa de um refinamento no sistema de identificação de casos em que não há malária. Isso porque, embora ele apresente uma alta sensibilidade de 98% para identificar os casos positivos, sua especificidade para os casos negativos ainda é baixa, impedindo a determinação de outras possíveis enfermidades que possam estar afetando o paciente.
Apesar dessa limitação, a combinação do diagnóstico médico, dos exames clínicos e dos resultados fornecidos pelo software permite uma identificação mais precisa de outras eventuais doenças.
Mais detalhes sobre o PlasmoIA estão disponíveis na revista PLOS (acesse aqui) e a ferramenta online, ainda em fase de validação, pode ser acessada em https://www.plasmoia.labioquim.fiocruz.br.
O terceiro programa, o PlasmoQSAR é uma ferramenta online para cálculo e predição de atividade anti-malária. Publicado na revista ACS OMEGA (acesse aqui) e disponibilizado no endereço www.qsar.labioquim.fiocruz.br, o software está registrado no INPI sob o número BR 51 2024 000346-0.
A “calculadora”, como é chamada por Fernando, é um modelo matemático utilizado para realizar testes de determinado composto químico no combate a uma cepa do plasmódio, parasita causador da malária. Nesse estudo, o modelo consegue prever a eficácia de compostos químicos análogos ao triclosan contra a cepa 3D7 do parasita Plasmodium falciparum.
O PlasmoQSAR é resultante de uma dissertação de mestrado orientada por Zanchi no Programa de Pós-Graduação em Biologia Experimental (PPGBIOExp), ofertado em cooperação entre a UNIR e a Fiocruz.
E o Plasmodocking, por sua vez, é uma ferramenta de prospecção de novos fármacos exclusivo contra malária, através de docking molecular. O programa oferece um aumento significativo na velocidade de cálculo do docking molecular, permitindo análises mais rápidas e triagem virtual de milhares de compostos, ideal para estudos de larga escala. Para isso, utiliza técnicas avançadas de busca e otimização, como algoritmos genéticos e busca local baseada em gradientes. O estudo está em fase de revisão para publicação, mas a ferramenta já pode ser acessada em: https://plasmodocking-unir.ecotechamazonia.com.br/.
Sobre o coordenador – A bioprospecção para tratamento de doenças é uma das principais motivações do pesquisador Fernando Zanchi, coordenador da pesquisa biinstitucional. Além de servidor da Fiocruz, ele também é professor nas pós-graduações em Biologia Experimental (PGBIOExp) e na Rede Bionorte. Desde 2014, passou a estudar ferramentas para ajudar pesquisadores iniciantes ou que estão trilhando o início da propescção de fármacos.
O professor Fernando acrescenta que o CEBIO – Centro de Estudos de Biomoléculas Aplicadas à Saúde está aberto para visitação e estágio. E os alunos da UNIR que tiverem interesse em conhecer o laboratório e as pesquisas desenvolvidas podem encontrá-lo no Bloco 3A (Bloco do Curso de Medicina), 2º piso.
