Padrão do DNA – Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD) utilizaram inteligência artificial para decifrar uma parte importante do mecanismo que determina quando os genes humanos são ativados. O modelo identificou um padrão de DNA relacionado ao início da expressão gênica e encontrou o mecanismo em aproximadamente 60% dos genes humanos.

A pesquisa foi conduzida no laboratório do professor James T. Kadonaga, do Departamento de Biologia Molecular da UCSD, e teve como foco o chamado iniciador, conhecido pela sigla Inr.

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O Inr é um elemento regulador localizado próximo ao ponto em que começa a transcrição de um gene. Essa etapa é fundamental para que as informações armazenadas no DNA sejam transformadas em moléculas utilizadas pelas células.

Durante a transcrição, a maquinaria celular começa a ler determinado gene para produzir RNA. Essas instruções podem posteriormente resultar na produção de proteínas, enzimas, hormônios e outras moléculas essenciais ao organismo.

Apesar da importância desse mecanismo, os cientistas ainda não haviam conseguido determinar com precisão qual padrão de DNA define um iniciador funcional.

IA identifica padrões escondidos no DNA

O trabalho foi liderado pelo pesquisador Torrey Rhyne-Carrigg, integrante do laboratório de Kadonaga. Para investigar o funcionamento do iniciador, a equipe produziu aproximadamente 500 mil variantes diferentes de sua sequência.

Em seguida, os pesquisadores mediram a capacidade de cada variante de promover a expressão gênica utilizando técnicas de sequenciamento de DNA em larga escala. Os resultados foram utilizados para treinar um algoritmo de aprendizado de máquina.

O modelo passou a relacionar diferentes combinações das bases do DNA com a capacidade de iniciar a transcrição.

Em vez de buscar apenas uma pequena sequência idêntica entre os genes, a inteligência artificial conseguiu reconhecer padrões mais complexos. O sistema identificou preferências entre determinadas bases e relações capazes de diferenciar iniciadores eficientes daqueles menos ativos ou completamente inativos.

Quando o modelo foi aplicado ao genoma humano, os pesquisadores conseguiram identificar esse mecanismo em aproximadamente 60% dos genes.

Descoberta pode contribuir para estudos sobre câncer

O resultado também pode ter aplicações na medicina, já que os genes controlados pelo iniciador incluem aqueles específicos de determinados tecidos e genes relacionados ao câncer.

Com o modelo, pesquisadores podem ter uma nova ferramenta para prever o que ocorre quando uma mutação modifica uma dessas regiões reguladoras.

Uma alteração no iniciador de um gene responsável pelo controle do crescimento das células, por exemplo, poderia ser analisada para estimar se a mudança prejudicaria a ativação do gene e qual seria a intensidade desse efeito.

Essa capacidade pode facilitar a investigação de variantes genéticas associadas a doenças hereditárias e diferentes tipos de câncer.

Os pesquisadores também acreditam que os dados obtidos podem contribuir para o desenvolvimento de promotores sintéticos. Essas sequências artificiais poderiam ser projetadas para controlar quando determinados genes são ativados ou desativados.

Mecanismo também aparece em moscas

Outro resultado chamou a atenção da equipe. Os padrões identificados no genoma humano são muito semelhantes aos encontrados na Drosophila melanogaster, conhecida como mosca-da-fruta e utilizada há décadas em pesquisas genéticas.

A semelhança indica que o iniciador pode representar um mecanismo bastante antigo do ponto de vista evolutivo, com uma função fundamental na regulação dos genes dos animais.

Para Kadonaga, o estudo também demonstra como experimentos tradicionais de laboratório podem ser combinados com inteligência artificial para revelar informações escondidas nas sequências de DNA.

Próximo objetivo é interpretar a expressão dos genes

A descoberta representa apenas uma etapa de um projeto mais amplo. Os pesquisadores pretendem desenvolver um modelo capaz de interpretar todo o código responsável pela expressão gênica humana.

Esse código pode ser entendido como um enorme conjunto de instruções que determina quais genes serão ativados, em quais células e em que momento.

Caso os cientistas consigam construir um modelo suficientemente preciso, seria possível prever como diferentes variantes genéticas afetam a atividade dos genes de cada pessoa.

O modelo desenvolvido para o iniciador representa apenas uma parte desse complexo mecanismo. Ainda assim, o estudo marca um avanço ao mostrar que a inteligência artificial pode identificar com precisão um dos padrões fundamentais utilizados pelas células para determinar onde começa a leitura dos genes.

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(Com informações de Gizmodo)
(Foto: Reprodução/Magnific)