E se houvesse uma ferramenta que poupasse meses de trabalho no arranque de uma investigação científica? “Esperamos que este trabalho demonstre o valor da geração de hipóteses baseada na IA para a comunidade científica em geral”, escreveu a Anthropic no momento em que anunciou que o Claude terá descoberto um sistema enzimático “comparável ao CRISPR”, que abriu a porta a tecnologias de edição genética.

A descoberta surgiu no âmbito de um laboratório criado pela gigante norte-americana, com o intuito de desenvolver um sistema de inteligência artificial que potencie e acelere as inovações científicas. O que demoraria, normalmente, “semanas a meses” a ser concluído foi, agora, alcançado em menos de um dia. “Muitas descobertas científicas tiveram origem quando um cientista analisou atentamente os dados e reconheceu que algo de invulgar merecia ser investigado. Neste caso, estes passos foram dados por agentes de IA que trabalharam em conjunto sem supervisão humana”, afirmam os responsáveis do laboratório da Anthropic.

Nas últimas “tentativas” de automatização do processo de descoberta científica, os especialistas relatavam que tanto a “expectativa” como a “avaliação da novidade” tinham sido introduzidas por humanos. Mesmo que tivesse sido o agente de IA a introduzir a hipótese, essa fase do processo passava sempre pelo momento de decisão de um investigador de carne e osso, que decidiria o que é ou não considerado uma descoberta. Neste caso, como descreve a Anthropic, “os agentes forneceram a expectativa, baseada no seu próprio conhecimento e não na tarefa em si”, ou seja, conseguiram identificar que determinadas “observações atípicas” que foram registadas na análise mereciam uma “investigação mais aprofundada”, como aconteceria se o estudo estivesse a ser realizado por investigadores humanos.

Como é que o Claude descobriu um novo tipo de enzimas?

O nome do sistema enzimático descoberto é ART. No início deste ano, quando nasceu o grupo de investigação de ciências da vida liderado por Eric Kauderer-Abrams, o ART já existia, mas nunca tinha sido detetado por qualquer humano. O foco dos investigadores estava nas transcriptases reversas, um enzima que catalisa a transformação de RNA em DNA. A equipa da Anthropic reuniu mais de 200 mil agrupamentos de transcriptases reversas (quase dois mil milhões de proteínas, no total) presentes em diferentes organismos e deixou os agentes do Claude trabalhar.

“O nosso foco é na investigação de biologia fundamental, utilizando o Claude”, explicava a empresa norte-americana, no anúncio da criação do laboratório. Os investigadores propuseram-se a explorar, através daquele LLM, diversas bases de dados de DNA para identificar famílias de proteínas que ainda estavam por caracterizar, para depois avançar com a investigação experimental em laboratório.

A partir dessa extensa base de dados analisada pelo Claude, os responsáveis da Anthropic explicam que, de forma autónoma, o modelo começou a cortar os elementos já conhecidos, essencialmente separando a informação genética já conhecida daquela que aparentemente poderia considerada nova. Separadas por nove classes distintas, analisaram cerca de 3.500 famílias de proteínas “vizinhas” a fundo, das quais 16 (inicialmente) revelaram ser um “match” para os critérios definidos pelo próprio agente de IA. Numa sequência de ações de verificação e análise das observações registadas neste processo, descobriram um 17.º candidato que preenchia os requisitos. Por fim, destes 17, apenas três nunca tinham sido caracterizados.

O processo de seleção, a partir daí, focou-se numa busca por “anomalias”, detalhes sequenciais que nunca tivessem sido registados. Um dos candidatos começou a ser investigado devido à sua proximidade com um gene de um “fago gigante”, um grupo de vírus de grandes dimensões que infeta bactérias. Mais tarde, o próprio Claude percebeu que se tratava de uma “associação espúria”. Ainda assim, em vez de descartar o interesse neste grupo, o modelo de IA continuou a estudá-lo.

Numa análise sequencial consequente, o agente encontrou um padrão de repetição de nucleótidos em cadeia. Ou seja, uma matriz no genoma destes vírus gigantes que funciona como um “sistema de comandos programável”, o que concluíram ser uma “característica inédita” no estudo das transcriptases reversas. Foi feita uma verificação na literatura existente e confirmaram que, apesar de ser um padrão semelhante ao CRISPR, insere-se numa categoria única e nunca antes registada.

E foi aqui que surgiu o nome: array-associated reverse transcriptase (ART) ou, em português, transcriptase reversa associada a matrizes de repetição: um novo sistema enzimático.

Quanto tempo demorou a investigação?

Foram analisados minuciosamente mais de 200 mil agrupamentos de transcriptases reversas até chegarem a um com características nunca antes detetadas. Para tal, os investigadores da Anthropic explicam que o Claude, de forma totalmente autónoma, realizou um total de 119 tarefas sequenciais, sejam elas analisar bases de dados, verificar sequências ou produzir relatórios. Destas resultaram 949 sessões individuais, em que o agente trabalhava de forma mais localizada ou específica em determinadas tarefas, como aquelas análises mais a fundo de cada um dos candidatos.

Se todo este trabalho não estivesse a ocorrer em simultâneo, o processo teria demorado cerca de 77 horas. Como tudo aconteceu de forma contínua e em paralelo, demorou apenas 21 horas. Tudo sem qualquer tipo de intervenção humana. Os investigadores só entraram no processo no final destas 21 horas para aprender mais sobre os padrões detetados e para fazer análises complementares, nas quais o Claude também se manteve a liderar as operações.

Durante este período, o Claude estava equipado com uma “série de ferramentas” para conseguir investigar e refutar as suas próprias hipóteses, o que a Anthropic diz ter sido crucial para permitir ao modelo de inteligência artificial dar “os primeiros passos de uma descoberta biológica por conta própria”.

Que potencial tem este resultado para novas investigações científicas?

“Esperamos que, à medida que os modelos forem melhorando, os cientistas humanos passem a poder explorar um leque mais alargado de ideias, concentrar-se na conceção e validação de experiências e descubram muitos mais sistemas como o ART, utilizando sistemas de IA para estabelecer ligações entre os vastos acervos de conhecimento científico produzido pelo ser humano”, escrevem os autores do estudo.

É aí que está a “grande novidade”, de acordo com Ana Rita Carlos. Para a investigadora na área dos mecanismos moleculares na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, surgiram grandes avanços nesta área das “ómicas”, referindo a genómica e a proteómica, onde “são gerados cada vez mais dados”. “São tantos dados que, individualmente, não temos capacidade de análise. Ou pelo menos demoraríamos meses e meses a fazê-la”, admite ao Observador.

O sentimento é partilhado por um dos pioneiros da edição genética. “Este é um exemplo empolgante de como os agentes de inteligência artificial podem contribuir para as descobertas biológicas. Espero que este trabalho incentive mais cientistas a explorar como a IA pode apoiar as suas investigações”, afirmou Feng Zhang à Anthropic.

O que é que já se sabe sobre a descoberta?

A grande particularidade são os padrões de nucleótidos na sequência genética. Esta é uma característica inédita nesta família específica de enzimas, mas que já foi encontrada em diferentes sistemas. “Todos eles são programáveis e têm a capacidade de cortar, copiar e colar DNA”, descrevem os investigadores, sem conseguir ainda concluir se o ART também tem estas capacidades — apenas que, como transcriptase reversa, consegue copiar o material genético.

É nesta qualidade que entram as comparações com o CRISPR (sigla de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). É o que está na base do mecanismo desenvolvido que recebeu o Prémio Nobel da Química em 2020, descoberto como uma ferramenta de defesa das bactérias contra um vírus, que foi aproveitado para desenvolver um sistema de edição de genes à escala humana.

Mas, para além destas observações, não se sabe se esta família enzimática recém-descoberta está ativa nem como funciona. Ou até mesmo de que forma interage com o sistema onde está inserido, no que diz respeito ao funcionamento dos tais “fagos gigantes”. Não existem provas de que funcione da mesma forma que o CRISPR, apesar da “semelhança impressionante” com a matriz sequencial do outro sistema já amplamente utilizado na medicina moderna.

Segundo Ana Rita Carlos, especialista em mecanismos moleculares, “as aplicações deverão ser muito semelhantes àquelas que hoje se reconhecem no CRISPR”, relativamente às capacidades de modulação genética. Em termos de utilização, a investigadora do CE3C reconhece que vai “depender de questões técnicas”. “Será preciso avaliar como isto depende de sequências específicas. Às vezes, estes sistemas tornam-se mais vantajosos em comparação com os antigos [como o CRISPR], dependendo da frequência das sequências no genoma ou da facilidade com que se infetam determinado tipo de células. Há uma série de questões técnicas que só o futuro dirá”, explica.

E, agora, quais são os próximos passos?

Os próprios investigadores da Anthropic admitem que, por mais informação que consiga ser extraída dos dados recolhidos pelo Claude, é sempre preciso uma caracterização experimental para validar a descoberta em causa. “Enquanto um matemático pode trabalhar exclusivamente a partir de princípios fundamentais, um biólogo tem frequentemente de testar as suas ideias em laboratório”, afirmam.

Assim, este primeiro passo dado pelo Claude está a ser encarado como um potencial marco crucial no futuro da investigação científica, mas o momento atual é apenas o início da investigação sobre este novo sistema enzimático.

[Dois meses após o desaparecimento, e já depois de o genro, Raymond Quendoz, lhes ter anunciado que ia divorciar-se dela, os Silva Pais recebem finalmente notícias da filha. Annie está bem. Recusa dar detalhes sobre o seu paradeiro mas há cada vez mais evidências de que fugiu do marido para se juntar à revolução cubana. E, se isso aconteceu, uma coisa é certa: Annie tem de ter tido a ajuda e o aval do próprio Fidel Castro. Resta apenas saber porquê. Já pode ouvir o segundo episódio de “Os Escândalos de uma Revolucionária”, o novo Podcast Plus do Observador. Está disponível no site do Observador, na Apple Podcasts, no Spotify e no Youtube.]