Notícia com publicação científica
Plataforma aberta de Inteligência Artificial democratiza o design de proteínas
Plataforma de código aberto BindCraft já está revolucionando o design de proteínas

Divulgação, Laboratório de Design de Proteínas e Imunoengenharia (LPDI) da EPFL

Ligante de proteína (em rosa) interagindo com sua proteína alvo (em verde)

29 de agosto de 2025, 17:55

Fonte

Celia Luterbacher, EPFL

Publicação Original

Escola Politécnica Federal de Lausanne

Áreas

Bioengenharia, Bioinformática, Biologia, Biotecnologia, Ciência de Dados, Computação, Desenvolvimento de Fármacos, Engenharia Biológica, Genética, Genômica, Imunologia, Microbiologia, Modelagem Matemática, Proteômica, Simulação Computacional

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Resumo

Com a pretensão de facilitar o design de proteínas para a comunidade de Biologia, pesquisadores na Europa e nos EUA desenvolveram uma nova plataforma de código aberto – chamada BindCraft – que facilita a geração de sequências para novos ligantes com base em um conjunto de propriedades funcionais desejadas.

Com o uso da polataforma, os pesquisadores validaram ligantes projetados para interagir com várias moléculas biotecnológicas e terapêuticas, incluindo AAVs (vírus adeno-associados); a nuclease CRISPR-Cas9 e também certos alérgenos comuns.

Desde a publicação da plataforma em fase de pré-impressão, os pesquisadores relataram o interesse e entusiasmo da comunidade científica, incluindo pedidos para a inclusão de novas funcionalidades, o que deverá ser feito na sequência.

Foco do Estudo

Facilitar o design de proteínas através de uma plataforma de código aberto que permita encontrar ligantes de modo mais fácil.

Estudo

As interações físicas entre proteínas influenciam desde a sinalização e o crescimento celular até as respostas imunológicas, portanto, a capacidade de controlar essas interações é de grande interesse para a Biologia.

Nesse sentido, pesquisadores têm utilizado redes neurais para ajudar a desenvolver novas proteínas chamadas ‘ligantes’, projetadas para se ligar a alvos terapeuticamente relevantes, da mesma forma que o sistema imunológico utiliza anticorpos para se ligar a patógenos. Mas esses sistemas, que utilizam aprendizado profundo para prever o formato das proteínas a partir de sequências de aminoácidos, exigem um bom conhecimento em ciência da computação.

“A [plataforma] BindCraft surgiu do desejo de desenvolver uma ferramenta mais acessível e fácil de usar, que precisasse testar apenas algumas proteínas para obter um ligante”, destacou Lennart Nickel, doutorando no Laboratório de Design de Proteínas e Imunoengenharia (LPDI) na Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, e coautor principal do estudo.

Em vez de alimentar uma rede neural com sequências de aminoácidos e rastrear meticulosamente os ligantes resultantes para encontrar um bom ajuste, os pesquisadores utilizaram estruturas alimentadas no sistema AlphaFold2 do Google DeepMind para gerar sequências para novos ligantes com base em um conjunto de propriedades funcionais desejadas – como a ligação a um alvo específico.

“Com o BindCraft, essencialmente realizamos a engenharia reversa do pipeline atual, usando a rede de predição da estrutura da proteína desde o início para gerar novos ligantes que possuem as propriedades que buscamos”, explicou Christian Schellhaas, doutorando no LPDI da EPFL e também coautor principal do estudo.

Além de cientistas da EPFL, participaram do desenvolvimento da plataforma BindCraft pesquisadores da Universidade de Zurique, Universidade de Lausanne e Hospital Universitário de Lausanne, também na Suíça; Universidade Wageningen, nos Países Baixos; e também do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), Universidade Estadual de Nova York em Buffalo e da empresa de biotecnologia Visterra Inc., nos EUA.

Os métodos tradicionais de descoberta de ligantes envolvem a triagem de dezenas de milhares de proteínas candidatas, o que requer capacidades experimentais e expertise computacional que nem todos os laboratórios têm

Lennart Nickel, doutorando no Laboratório de Design de Proteínas e Imunoengenharia (LPDI) da EPFL e coautor principal do estudo

Resultados

Ao se concentrar em um pequeno número de designs de ligantes, em vez da triagem de alto rendimento de vastas bibliotecas de candidatos, a plataforma BindCraft torna o design de proteínas mais eficiente e democratizado. A equipe publicou recentemente os resultados do desenvolvimento na revista científica Nature.

Os pesquisadores validaram ligantes projetados para interagir com uma dúzia de moléculas biotecnológicas e terapêuticas, incluindo AAVs (vírus adeno-associados), que são usados ​​para entregar genes terapêuticos em células-alvo; a nuclease CRISPR-Cas9, usada em aplicações de edição genética; e certos alérgenos comuns.

No geral, os experimentos mostraram que os ligantes da equipe se ligaram aos alvos pretendidos com uma taxa média de sucesso de 46%, oferecendo a possibilidade de maior controle terapêutico.

“Para AAVs, a ideia é usar esses novos ligantes para permitir a entrega de genes apenas a células e tecidos específicos, minimizando o risco de potenciais efeitos colaterais. No caso do CRISPR-Cas9, nossos ligantes podem interromper sua atividade de edição genética e impedi-lo de atuar quando e onde não deveria”, explicou o Dr. Martin Pacesa, cientista do LPDI da PEFL e também coautor principal do estudo.

Desde a publicação inicial da plataforma BindCraft como pré-impressão, os pesquisadores já observaram uma rápida e entusiasmada aceitação pela comunidade biológica, gerando solicitações de usuários por modificações e funcionalidades adicionais.

Ficamos surpresos com a rapidez com que nossa ferramenta foi adotada – ela já está sendo utilizada até mesmo na indústria. Os pedidos dos usuários são uma grande inspiração para continuar desenvolvendo nosso método. Já estamos trabalhando na adaptação do BindCraft para moléculas menores e terapeuticamente relevantes, como peptídeos

Dr. Martin Pacesa, cientista do LPDI da PEFL e também coautor principal do estudo

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Autores/Pesquisadores Citados

Lennart Nickel

Doutorando no Laboratório de Design de Proteínas e Imunoengenharia (LPDI) da EPFL

Christian Schellhaas

Doutorando no Laboratório de Design de Proteínas e Imunoengenharia (LPDI) da EPFL

Dr. Martin Pacesa

Cientista do no Laboratório de Design de Proteínas e Imunoengenharia (LPDI) da EPFL

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica Nature (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página da Escola Politécnica Federal de Lausanne (em inglês).

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