Pesquisadores da Stanford Medicine desenvolveram uma ferramenta de IA que ajuda os cientistas a planejar melhor os experimentos de edição de genes. A tecnologia chamada CRISPR-GPT funciona como um "copiloto" de edição de genes baseado em IA, auxiliando os pesquisadores – inclusive aqueles que não estão familiarizados com a edição de genes – no desenvolvimento de projetos, na análise de dados e na correção de erros de projeto.
O modelo é baseado em uma ferramenta chamada CRISPR, uma tecnologia poderosa de edição de genes usada para editar genomas e desenvolver terapias para doenças genéticas. No entanto, aprender a usar a ferramenta para planejar experimentos é complicado e demorado – mesmo para cientistas experientes. O CRISPR-GPT acelera esse processo, automatizando grande parte do planejamento e refinamento experimental. O objetivo é ajudar os cientistas a produzir medicamentos que salvam vidas mais rapidamente, disse o Dr. Le Cong, professor assistente de patologia e genética e líder do desenvolvimento da tecnologia.
O CRISPR pode editar seções específicas de DNA, removendo mutações problemáticas – a base conceitual de muitas terapias para doenças genéticas como a anemia falciforme. No entanto, os pesquisadores podem levar meses de tentativa e erro para determinar se a seção suspeita de DNA é realmente o culpado que eles precisam remover. (O CRISPR às vezes pode editar acidentalmente a sequência genética errada, levando a efeitos genéticos indesejados.)
O CRISPR-GPT usa anos de dados publicados para otimizar o projeto experimental, encontrando uma abordagem promissora. Além disso, ele pode prever edições fora do alvo e sua probabilidade de causar danos, permitindo que os especialistas escolham o melhor caminho para o desenvolvimento futuro.
A equipe de Cong treinou seu modelo com discussões de especialistas gravadas online ao longo de onze anos, experimentos com CRISPR e artigos científicos. O resultado? Um modelo de IA que "pensa" como um cientista.
Ao usar o CRISPR-GPT, o pesquisador inicia uma conversa com o agente de IA por meio de um campo de chat de texto, fornecendo objetivos experimentais, contexto e sequências genéticas relevantes. Em seguida, o CRISPR-GPT cria um plano que sugere abordagens experimentais e identifica problemas que surgiram em experimentos semelhantes, para ajudar o pesquisador – iniciante ou especialista – a evitá-los.
Yilong Zhou, um estudante visitante da Universidade de Tsinghua, usou com sucesso o CRISPR-GPT para ativar genes em células de câncer de melanoma A375 como parte de sua pesquisa para entender melhor por que as imunoterapias contra o câncer às vezes falham.
Zhou digitou sua pergunta na caixa de texto do CRISPR-GPT: “Estou planejando realizar uma ativação CRISPR em uma cultura de células pulmonares humanas. Qual método devo usar?”
O CRISPR-GPT respondeu como um colega de laboratório experiente aconselhando um novo pesquisador. Ele traçou um plano experimental, explicando seu raciocínio e descrevendo por que cada etapa era importante.
O CRISPR-GPT oferece três modos: Iniciante, Especialista e Q&A. O modo Iniciante atua como uma ferramenta e um professor, fornecendo uma resposta e explicação para cada recomendação. O modo Especialista, por outro lado, é um parceiro igual, trabalhando com cientistas avançados para resolver problemas complexos sem fornecer contexto adicional. Qualquer pesquisador pode usar o recurso Q&A para obter respostas diretas a perguntas específicas.
Também seria útil para compartilhar conhecimento e colaborar com outros laboratórios, disse Cong. O CRISPR-GPT fornece uma resposta mais detalhada e holística do que o que se pode normalmente extrair de um manuscrito científico, respondendo a solicitações repetidas em um instante.
O CRISPR-GPT também pode revisar o trabalho dos pesquisadores e aplicar estruturas experimentais a novas doenças que os pesquisadores podem não ter considerado.
“As pessoas no meu laboratório acham essa ferramenta muito útil”, disse Cong. “As decisões são, em última análise, tomadas por cientistas humanos, mas torna todo o processo – desde o design do experimento até a execução – super fácil.”
Edição responsável e expansão futura
Embora a tecnologia seja promissora para acelerar a pesquisa terapêutica, ainda há algumas preocupações de segurança a serem abordadas antes que o CRISPR-GPT seja mais amplamente promovido.
Cong e sua equipe já implementaram salvaguardas para proteger a ferramenta de IA contra uso irresponsável. Por exemplo, se a IA for solicitada a ajudar em uma atividade antiética, como editar um vírus ou um embrião humano, o CRISPR-GPT alertará o usuário e responderá com uma mensagem de erro, encerrando efetivamente a interação. Cong também planeja disponibilizar a tecnologia para agências governamentais, como o National Institute of Standards and Technology, para garantir o uso ético e a biossegurança robusta.
No futuro, a ferramenta pode servir como um modelo para treinar inteligência artificial para realizar tarefas biológicas específicas fora da edição genômica. Desde o desenvolvimento de novas linhagens de células-tronco como modelos experimentais até a decifração de processos moleculares em doenças cardíacas, Cong espera expandir a tecnologia para outras disciplinas e desenvolver uma série de agentes de IA para apoiar a pesquisa genômica. Para esse fim, ele e sua equipe desenvolveram o site Agent4Genomics, onde os cientistas podem encontrar uma série de ferramentas de IA relacionadas para uso e exploração.
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