Pesquisadores da PUC-Rio desenvolveram um método que utiliza Inteligência Artificial Explicável para identificar e interpretar peptídeos antioxidantes, moléculas essenciais no combate ao estresse oxidativo que causa o envelhecimento celular e doenças degenerativas. A tecnologia supera limitações de modelos tradicionais ao detalhar as características moleculares de interesse, otimizando testes laboratoriais e impulsionando inovações na saúde, nutrição e farmacologia para um envelhecimento saudável.
Assim como cidades nunca dormem, nosso organismo produz energia, transporta substâncias e renova estruturas sem interromper suas atividades. Toda essa movimentação, porém, gera pequenas "faíscas" químicas.
Moléculas reativas que, em excesso, podem danificar componentes das células. E com isso contribuir para o desgaste associado ao envelhecimento e a diferentes doenças.
Para manter esse sistema em equilíbrio, o corpo conta com uma espécie de equipe permanente de manutenção. Essa equipe é formada por diferentes mecanismos antioxidantes.
Entre seus integrantes menos perceptíveis estão os peptídeos antioxidantes. Esses peptídeos são pequenas sequências de aminoácidos que podem ser encontradas ou liberadas a partir das proteínas dos alimentos ou obtidas por processos de síntese e design racional.
Nos últimos anos, o tema vem despertando o interesse da Ciência pela capacidade de aplicações tanto na saúde como no envelhecimento.
No Laboratório de Sistemas Complexos, do Departamento de Química, da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) publicamos um estudo na American Chemical Society. Nele, descrevemos o emprego da Inteligência Artificial Explicável para identificar, classificar e interpretar sequências de peptídeos com potencial atividade antioxidante.
Alguns desses peptídeos apresentam propriedades antioxidantes e podem atuar sobre diferentes componentes dos processos oxidativos.
A alimentação constitui uma fonte importante de peptídeos bioativos. As proteínas presentes nos alimentos são degradadas durante a digestão em fragmentos menores. Alguns desses fragmentos podem apresentar atividades biológicas de interesse.
Entretanto, nem toda proteína e nem todo peptídeo apresenta atividade antioxidante. Essa propriedade pode depender da sequência de aminoácidos, do tamanho do peptídeo, de suas características físico-químicas e de sua estrutura.
Identificar quais sequências apresentam maior potencial antioxidante é, portanto, um desafio científico. E esse desafio envolve análise de uma enorme quantidade de possibilidades.
Uma das limitações de muitos modelos de inteligência artificial é que eles podem apresentar excelentes resultados de previsão. Mas não deixam claro quais características dos dados foram responsáveis por determinada previsão.
IA explicável
A Inteligência Artificial Explicável busca superar esse problema. Ela permite investigar quais informações foram mais importantes para o modelo chegar a uma determinada previsão.
No caso dos peptídeos antioxidantes, isso significa ir além de simplesmente responder se uma sequência apresenta ou não potencial antioxidante. Podemos investigar quais regiões e características da sequência contribuíram para essa classificação.
Essa capacidade de interpretação é particularmente importante para a descoberta de novos compostos bioativos. Em vez de analisar experimentalmente, de maneira indiscriminada, um número extremamente grande de sequências, modelos computacionais podem auxiliar. E esse auxílio é na identificação e priorização de candidatos com maior potencial.
Posteriormente, uma quantidade pequena desses candidatos precisam ser submetidos a estudos experimentais que confirmem sua atividade, estabilidade, segurança e aplicabilidade.
A combinação entre bioinformática, inteligência artificial e experimentação pode acelerar esse processo de descoberta. A Inteligência Artificial Explicável não substitui a investigação experimental. Além de gerar hipóteses e compreender quais características moleculares estão associadas a determinada atividade biológica, a IA oferece uma ferramenta poderosa para orientar a seleção de candidatos.
Dessa forma, decifrar os peptídeos antioxidantes significa não apenas encontrar novas moléculas. É também compreender por que determinadas sequências apresentam propriedades de interesse.
Essa integração entre química, biologia, bioinformática e inteligência artificial abre novas possibilidades para a descoberta racional de compostos bioativos. Além de perspectivas para o desenvolvimento futuro de estratégias voltadas à saúde, à nutrição e ao envelhecimento saudável.
Acreditamos que os peptídeos antioxidantes representam uma classe promissora de moléculas bioativas, com possíveis aplicações em áreas como alimentos funcionais, nutracêuticos, cosméticos e desenvolvimento farmacêutico.
Na oncologia, por exemplo, o interesse científico vai além do simples sequestro de espécies reativas de oxigênio. Vale destacar que o equilíbrio redox está relacionado a diferentes processos celulares envolvidos na progressão tumoral.
Da mesma forma, a investigação dos mecanismos oxidativos pode contribuir para uma melhor compreensão de processos associados às doenças neurodegenerativas. Alzheimer e doença de Parkinson são dois exemplos.
Processo de envelhecimento
O envelhecimento é um processo biológico natural, acompanhado por alterações progressivas no funcionamento das células e dos tecidos. Entre os mecanismos associados a esse processo está o estresse oxidativo. Esse processo ocorre quando a produção de radicais livres supera a capacidade dos sistemas antioxidantes do organismo de mantê-las sob controle.
É importante destacar que essas espécies reativas não são necessariamente prejudiciais: em níveis adequados, elas participam de processos fisiológicos importantes. O problema surge quando esse equilíbrio é rompido e a reatividade se torna excessiva.
As espécies reativas podem interagir com moléculas essenciais para o funcionamento celular, como DNA, proteínas e lipídeos. E provocar alterações moleculares, comprometendo estruturas e processos biológicos.
O DNA, por exemplo, contém as informações necessárias para a produção e o funcionamento adequado das células.
Quando sofre danos oxidativos, podem ocorrer alterações. E essa alterações, se não forem adequadamente reparadas, contribuem para processos associados ao envelhecimento e ao desenvolvimento de diferentes doenças.
No cérebro, esse equilíbrio é particularmente importante. O tecido nervoso apresenta elevada atividade metabólica e depende de mecanismos eficientes para controlar processos oxidativos.
Como toda cidade que nunca dorme, o corpo aprende a conviver com seus próprios desequilíbrios. E é na arte silenciosa de sequestrar as espécies reativas por moléculas antioxidantes que se aprende novas maneiras de um envelhecer mais saudável.
Decifrar os peptídeos antioxidantes é, afinal, ouvir o que pequenas alterações no organismo têm a dizer sobre o tempo.
Os estudos que geraram este artigo são apoiados pela Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (Faperj).
André Silva Pimentel recebe financiamento da FAPERJ, CNPq, e FINEP.
Maria Carolina J. A. Schneider é bolsista CNPq na modalidade IC.
Marina Damaso Godinho Alves recebe financiamento do CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico).
