Já imaginou enzimas criadas em laboratório capazes de digerir plástico? Parece ficção científica, mas a inteligência artificial (IA) está abrindo portas para essa realidade. Pesquisadores usaram a IA para projetar uma nova enzima multietapa que consegue quebrar alguns tipos de plásticos. Prepare-se para descobrir como isso é possível!
Enzimas são proteínas fantásticas, catalisadores naturais. Elas realizam reações químicas essenciais para a vida. Infelizmente, faltam enzimas para muitas reações que seriam úteis, como decompor plásticos ou incorporar dióxido de carbono em moléculas mais complexas.
A evolução dirigida ajudou em alguns casos. Mas criar novas enzimas com funções inéditas era um grande desafio, até o advento da IA no design de proteínas.
Quebrando Ligações Éster
A equipe de pesquisa focou na quebra de ligações éster. Essas ligações unem duas cadeias de átomos de carbono através de um átomo de oxigênio. Ao adicionar uma molécula de água, elas se quebram, formando um álcool e um ácido orgânico.
Estas ligações são comuns em biomoléculas e alguns plásticos como o poliéster. Conseguir quebrar essas ligações é crucial para a reciclagem de plásticos.
Apesar de parecer simples, a reação é complexa. Uma parte do éster se liga temporariamente a um aminoácido da enzima. Essa ligação precisa ser quebrada em outra etapa da reação, ou a enzima se torna inativa. Isso requer precisão atômica.
Criar uma proteína que faça apenas uma dessas etapas é fácil para a IA. O desafio é fazê-la realizar todas as etapas.
A IA em Ação: Mais de um Modelo Necessário
Os pesquisadores usaram a IA, primeiramente através do RFDiffusion. Este modelo gerou diversas estruturas de proteínas, buscando imitar enzimas conhecidas que quebram ésteres. Os resultados foram analisados por outra rede neural, que selecionava aminoácidos para formar um sítio ativo que quebraria o éster.
De 129 proteínas projetadas, apenas duas mostraram alguma atividade. Então, introduziram o PLACER, outro modelo de IA. Treinado com estruturas de proteínas ligadas a pequenas moléculas, o PLACER aprendeu a otimizar estruturas para atingir um estado funcional.
Com o PLACER, o número de enzimas ativas aumentou significativamente. No entanto, elas só conseguiam realizar uma etapa da reação, se tornando parte da reação, e não apenas catalisadoras. A equipe usou novamente o PLACER para buscar estruturas capazes de atingir um estado intermediário da reação.
Finalmente, criaram enzimas, nomeadas “super” e “win”, capazes de realizar múltiplas etapas da reação. Eles também criaram uma enzima que consegue digerir ligações no PET.
O processo foi complexo. Projetar enzimas continua sendo um desafio, mesmo com a ajuda da IA. Mas a tecnologia permite projetar enzimas em computadores, em vez de depender de processos biológicos tradicionais. As enzimas projetadas tinham poucas semelhanças com enzimas naturais, sugerindo flexibilidade para projetar enzimas para reagir com ésteres inexistentes na natureza.
É fascinante pensar no potencial dessas descobertas. A IA está revolucionando o design de enzimas, abrindo caminho para soluções inovadoras e sustentáveis. Que tal explorarmos as próximas fronteiras dessa pesquisa?
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Fonte: Ars Technica
