Poderoso antibiótico contra superbactérias é descoberto usando aprendizado de máquina – pela primeira vez

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A placa para a cultura de células à direita possui bactérias resistentes a todos os antibióticos testados. Créditos: Science History Images / Alamy.

Traduzido por Julio Batista
Original de Ian Sample, no The Guardian

Um antibiótico poderoso que mata algumas das bactérias mais perigosas do mundo resistentes a drogas conhecidas foi descoberto usando inteligência artificial.

O medicamento funciona de maneira diferente dos antibacterianos existentes e é o primeiro de seu tipo encontrado ao adaptar a IA com base em vastas bibliotecas digitais de compostos farmacêuticos.

Os testes mostraram que a droga eliminou uma variedade de cepas de bactérias resistentes a antibióticos, incluindo Acinetobacter baumannii e Enterobacteriaceae, dois dos três patógenos de alta prioridade na lista da Organização Mundial da Saúde (OMS) que classifica como “alvos críticos” a serem combatidos com novos antibióticos.

“Em termos de descoberta de antibióticos, é algo de pioneirismo absoluto”, disse Regina Barzilay, pesquisadora sênior do projeto e especialista em aprendizado de máquina no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

“Acho que esse é um dos antibióticos mais poderosos já descobertos até hoje”, acrescentou James Collins, um bioengenheiro da equipe do MIT. “Teve um papel notável contra uma ampla gama de patógenos resistentes a antibióticos”

A resistência aos antibióticos surge quando as bactérias sofrem mutações e evoluem para contornar os mecanismos que as drogas antimicrobianas utilizam para matá-las. Sem novos antibióticos para combater a resistência, 10 milhões de vidas em todo o mundo podem estar em risco a cada ano devido a infecções até 2050, alertou o relatório do economista Jim O’Neill durante governo do primeiro-ministro inglês David Cameron.

Para encontrar novos antibióticos, os pesquisadores primeiro treinaram um algoritmo de “deep learning” para identificar os tipos de moléculas que matam bactérias. Para fazer isso, eles forneceram ao programa informações sobre as características atômicas e moleculares de quase 2.500 medicamentos e compostos naturais, e o quanto estes foram eficazes ou não para bloquear o crescimento do micróbio E. coli.

Uma vez que o algoritmo aprendeu quais características moleculares produziam bons antibióticos, os cientistas trabalharam em uma biblioteca de mais de 6.000 compostos sob investigação para o tratamento de várias doenças humanas. Em vez de procurar possíveis antimicrobianos em potencial, o algoritmo se concentrou em compostos que pareciam eficazes, mas diferentes dos antibióticos existentes. Isso aumentou as chances de encontrar os medicamentos que funcionassem de novas formas e com grande eficiência, de uma maneira que os micróbios ainda não tinham desenvolvido a resistência ncessária.

Jonathan Stokes, um dos autores do estudo, disse que demorou horas para o algoritmo avaliar os compostos e apresentar alguns antibióticos promissores. Um deles, que os pesquisadores denominaram “halicina” em homenagem a Hal 9000, a IA que antagoniza com os astronautas no filme 2001: Uma Odisséia no Espaço, parecia particularmente potente.

Para a revista Cell, os pesquisadores descreveram como eles trataram inúmeras infecções resistentes aos medicamentos com a halicina, composto que foi originalmente desenvolvido para tratar o diabetes, mas que encontrou maior eficácia para outras aplicações.

Testes em bactérias coletadas de pacientes mostraram que a halicina matou o Mycobacterium tuberculosis, o inseto causador da tuberculose e cepas de Enterobacteriaceae resistentes aos carbapenêmicos, um grupo de antibióticos considerados o último recurso para essas infecções. A halicina também eliminou infecções em camundongos causadas pela Clostridium difficile e pela multirresistente Acinetobacter baumannii.

Para buscar novos medicamentos, a equipe recorreu a um enorme banco de dados digital com cerca de 1,5 bilhão de compostos, programarando o algoritmo utilizando 107 milhões destes. Três dias depois, o programa retornou uma lista restrita de 23 antibióticos em potencial, dos quais dois pareciam ser particularmente potentes. Os cientistas agora pretendem aprofundar a pesquisa no banco de dados.

Stokes disse que seria impossível rastrear todos os 107 milhões de compostos pela forma convencional de obter ou fabricar as substâncias e testá-las em laboratório. “Ser capaz de realizar esses experimentos no computador reduz drasticamente o tempo e o custo para analisar esses compostos”, disse ele.

Barzilay agora quer usar o algoritmo para encontrar antibióticos que são mais seletivos nas bactérias que matam. Isso significa desenvolver antibióticos que matam apenas os micróbios que causam uma infecção, poupando todas as bactérias saudáveis ​​que vivem no intestino. Mais ambiciosamente, os cientistas pretendem usar o algoritmo para projetar novos antibióticos potentes do zero.

“O trabalho é bastante notável”, disse Jacob Durrant, que trabalha com desenvolvimento computacional de medicamentos na Universidade de Pittsburgh. “A abordagem da equipe destaca o poder da descoberta de medicamentos utilizando o potencial dos computadores. Seria impossível testar fisicamente mais de 100 milhões de compostos de caráter antibiótico.”

“Dado os custos típicos de desenvolvimento de medicamentos, em termos de tempo e dinheiro, qualquer método que possa acelerar a descoberta inicial de medicamentos tem o potencial de causar um grande impacto”, acrescentou.

A origem da desigualdade entre os homens: a propriedade privada

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Não é novidade pra ninguém que Jean-Jacques Rousseau tocou num assunto de extrema delicadeza durante os séculos lendários de Iluminismo.

Enquanto seus contemporâneos tocavam em assuntos que eram de fato relevantes, Rousseau foi muito mais além.

Enquanto Locke falava de termos direitos naturais, Voltaire sobre termos a liberdade de expressão e Montesquieu sobre os malefícios da concentração de poder, Rousseau falava não só da legitimidade mas também da perversão da propriedade privada.

No “Discurso sobre a origem e os fundamentos da desigualdade entre os homens” (1755), Rousseau defende, dentre muitas outras coisas, que “(…) a propriedade privada introduz a desigualdade entre os homens, a diferença entre o rico e o pobre, o poderoso e o fraco, o senhor e o escravo, até a predominância do mais forte. O homem é corrompido pelo poder e esmagado pela violência.”

O iluminista mais radical também defende que o homem em seu estado de natureza (tema que ele abordará diversas vezes), é bom, a sociedade que o corrompe.

Entretanto ele também deixa claro que o conceito de “bom” também é algo maculado. Sua visão de homem bom é mais voltado ao homem amoral, i.e., o homem sem moralidade definida, apenas agindo de acordo com seus instintos, como o animal que de fato é.

De qualquer forma, por mais que estejamos falando de um filósofo do século XVIII, a abordagem e as afirmações dele continuam sendo extremamente radicais na nossa sociedade.

Ele foi contra John Locke, que defendeu que a propriedade privada era um direito natural, e contra Adam Smith, pai do liberalismo econômico.

Afirmar publicamente que a propriedade é a origem da desigualdade, dá margens para diversas interpretações, principalmente que você é socialista, anarquista ou algo do gênero.

Acontece que Rousseau escreveu isso bem antes dessas correntes ideológicas nascerem. O que permite, inclusive, que possamos de alguma forma interpretar que Rousseau foi o pai do socialismo, pois suas ideias irão inspirar os críticos do capitalismo que ainda iriam nascer.

Rousseau não só tocou na ferida, como mexeu também.

Ainda no fatídico livro sobre a desigualdade entre os homens, Rousseau escreve uma das suas máximas mais conhecidas:

“O primeiro homem, que tendo cercado um terreno, disse: “Isto é meu”, e encontrou pessoas bastante simples para o acreditar, foi o verdadeiro fundador da sociedade civil.

Quantos crimes, guerras, assassínios, misérias e horrores não teria poupado ao gênero humano aquele que, arrancando as estacas ou tapando os buracos, tivesse gritado aos seus semelhantes: ‘Livrai-vos de escutar esse impostor; estareis perdido se esquecerdes que os frutos são de todos, e a terra de ninguém'”.

Rousseau e outros filósofos iluministas foram explicados de forma ainda que resumida, no podcast História em Meia Hora.

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Grupo investiga como falta de oxigênio na gestação pode causar esquizofrenia

Testes com ratos indicam que células cerebrais submetidas a baixa oxigenação desenvolvem disfunção no mecanismo de produção de energia; condição pode acometer filhos de gestantes que desenvolvem um distúrbio de pressão arterial conhecido como pré-eclâmpsia (astrócitos em cultura). Créditos: Luiz Felipe Souza e Silva.

Por André Julião
Publicado na Agência FAPESP

A falta de oxigênio no período que antecede o parto – condição que pode afetar filhos de gestantes acometidas por um distúrbio de pressão arterial denominado pré-eclâmpsia – tem sido apontada como uma das causas da esquizofrenia. Em artigo publicado na revista Scientific Reports, pesquisadores da Faculdade de Ciências Médicas da Santa Casa de São Paulo (FCMSCSP) descreveram de que modo esse fenômeno – chamado no jargão científico de hipóxia – afeta o tipo celular mais abundante do cérebro: o astrócito.

Por meio de experimentos com ratos, os cientistas descobriram que a baixa oxigenação causa, nessas células cerebrais, alterações no funcionamento da mitocôndria – considerada uma das organelas mais importantes por produzir grande parte da energia celular. Conduzido com apoio da FAPESP, o trabalho abre caminho para a busca de intervenções capazes de frear o processo que leva à disfunção mitocondrial, evitando que o cérebro de bebês seja afetado no caso de pré-eclâmpsia.

“Começamos o estudo pelos astrócitos por serem as células mais abundantes do sistema nervoso central e também por metabolizarem o neurotransmissor glutamato, um dos mais relacionados com a esquizofrenia. Agora, estamos verificando o efeito da hipóxia nos neurônios. Queremos entender qual é o sinal que um tipo de célula manda para outro. O objetivo final é evitar o dano cerebral”, disse Tatiana Rosado Rosenstock, professora da FCMSCSP e coordenadora do estudo.

Com formato que lembra o de uma estrela, os astrócitos são as células mais prevalentes da glia – conjunto celular que corresponde a aproximadamente 90% do cérebro, enquanto os neurônios compõem os outros 10%. As células da glia, que também incluem os oligodendrócitos e as micróglias, são responsáveis pelo metabolismo do sistema nervoso central, fornecendo nutrientes para os neurônios e contribuindo para a manutenção das sinapses.

Três modelos

Durante o mestrado de Luiz Felipe Souza e Silva, bolsista da FAPESP, o grupo da Santa Casa estudou o efeito da falta de oxigênio em astrócitos de ratos formassem três modelos diferentes. Primeiro, submetendo as células a uma câmara de hipóxia, na qual todo o oxigênio é retirado do meio; em seguida, acrescentando ao meio de cultura a substância cloreto de cobalto, capaz de mimetizar bioquimicamente a falta de oxigênio.

Por fim, foram analisados astrócitos de uma linhagem de ratos naturalmente hipertensa (SHR), cujos filhotes sofrem hipóxia durante a gestação. Os animais dessa linhagem apresentam comportamentos equivalentes aos sintomas de esquizofrenia em humanos, que cessam após a administração de antipsicóticos.

Entre as variáveis alteradas nas células submetidas à hipóxia – nos diferentes modelos – chamou a atenção dos pesquisadores o balanço de cálcio. Para produzir energia, a mitocôndria precisa de uma condição de equilíbrio entre cargas elétricas positivas e negativas em seu interior. Como o cálcio tem carga positiva, variações na quantidade desse íon provocam um desequilíbrio que, em última instância, leva à morte celular.

Em comparação com astrócitos normais, os que foram submetidos à hipóxia apresentaram nível mais baixo de cálcio no citosol, espaço entre a membrana externa e as outras partes internas da célula.

“Isso indica que as mitocôndrias dessas células passaram a captar mais cálcio [deixando uma quantidade menor no citosol, portanto] na tentativa de se proteger. Contudo, muito cálcio dentro da organela altera o potencial da membrana mitocondrial, o transporte de elétrons e, consequentemente, a produção de energia”, explicou a pesquisadora.

Além disso, a falta de oxigênio casou desequilíbrio na chamada homeostase redox, processo pelo qual a célula combate o estresse oxidativo (desequilíbrio entre moléculas oxidantes e antioxidantes) – fenômeno que pode levar à morte celular. Segundo os pesquisadores, o aumento do estresse oxidativo também decorre da alteração na quantidade de cálcio.

Curiosamente, a hipóxia aumentou a quantidade de mitocôndrias no interior dos astrócitos. Entre outros fatores que evidenciaram o fenômeno, os pesquisadores detectaram maior expressão do gene Pgc1-α, importante para a biogênese mitocondrial.

“Em uma situação de estresse, a célula aumenta o número de mitocôndrias na tentativa de obter mais energia. Mas a disfunção celular é tão grande que, ainda assim, a produção energética não é compensada”, disse Rosenstock.

O grupo estuda agora formas de melhorar a função mitocondrial tanto em astrócitos como em neurônios.

“Se a hipóxia gera um problema na mitocôndria, talvez um dia possamos melhorar a função mitocondrial em casos de pré-eclâmpsia e evitar a esquizofrenia. Por enquanto, a melhor forma de evitar a hipóxia no feto é fazer um bom acompanhamento pré-natal, evitando distúrbios de pressão arterial”, disse a pesquisadora.

O efeito Dunning-Kruger, ou por que os ignorantes acham que são especialistas

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Imagem via Pxhere.

Traduzido por Julio Batista
Original de Alexandru Micu no ZME Science

O efeito Dunning-Kruger é um viés cognitivo que foi descrito pela primeira vez no trabalho de David Dunning e Justin Kruger no (agora famoso) estudo de 1999 Unskilled and unaware of it: How difficulties in recognizing one’s own incompetence lead to inflated self-assessments.

O estudo nasceu baseado em um caso criminal de um rapaz chamado McArthur Wheeler que, em plena luz do dia de 19 de abril de 1995, decidiu roubar dois bancos em Pittsburg, Estados Unidos. Wheeler portava uma arma, mas não uma máscara. Câmeras de vigilância o registraram em flagrante, e a polícia divulgou sua foto nas notícias locais, recebendo várias denúncias de onde ele estava quase que imediatamente.

Um gráfico mostrando o efeito Dunning-Kruger. Imagem adaptada do Wikimedia.

Quando eles foram o prender, o Sr. Wheeler estava visivelmente confuso.

“Mas eu estava coberto de suco”, ele disse, antes que os oficiais o levassem.

Não existe “métodos infalíveis”

Em algum momento de sua vida, Wheeler aprendeu de alguém que o suco de limão poderia ser usado como uma ‘tinta invisível’. Se algo fosse escrito em um pedaço de papel usando suco de limão, você não veria nada – a não ser que você aquecesse o suco, o que tornaria os rabiscos visíveis. Então, naturalmente, ele cobriu seu rosto de suco de limão e foi assaltar um banco, confiante de que sua identidade permaneceria secreta para as câmeras, desde que ele não chegasse perto de nenhuma fonte de calor.

Ainda assim, devemos dar créditos pro sujeito: Wheeler não apostou cegamente. Ele realmente testou sua teoria tirando uma selfie com uma câmera polaroid (existe um cientista dentro de todos nós). Por alguma razão ou outra, talvez porque o filme estava com defeito, não sabemos exatamente o porquê, a câmera revelou uma imagem em branco.

As notícias circularam pelo mundo, todo mundo deu uma boa risada, e o Sr. Wheeler foi levado para a cadeia. A polícia concluiu que ele não era louco, nem usava drogas, ele realmente acreditava que seu plano funcionaria. “Durante sua interação com a polícia, ele ficou incrédulo sobre como sua ignorância havia falhado com ele”, escreveu Anupum Pant para a Awesci.

David Dunning estava trabalhando como psicólogo na Universidade Cornell na época, e a história bizarra chamou sua atenção. Com a ajuda de Justin Kruger, um de seus alunos de pós-graduação, ele começou a entender como o Sr. Wheeler podia estar tão confiante em um plano que era claramente estúpido. A teoria que eles desenvolveram é que quase todos nós consideramos nossas habilidades em determinadas áreas acima da média e que a maioria provavelmente avalia as próprias habilidades como muito melhores do que elas são objetivamente – uma “ilusão de confiança” que sustenta o efeito Dunning-Kruger.

Somos todos sem noção

“Cuidado com o vão”… entre como você se vê e como realmente é. Imagem via Pxfuel.

“Se você é incompetente, você não pode saber que é incompetente”, escreveu Dunning no seu livro Self-Insight: Roadblocks and Detours on the Path to Knowing Thyself.

“As habilidades necessárias para produzir uma resposta certa são exatamente as habilidades necessárias para reconhecer o que é uma resposta certa”.

No estudo de 1999 (o primeiro realizado sobre o tópico), a dupla fez uma série de perguntas aos alunos de Cornell sobre gramática, lógica e humor (usadas para medir as habilidades reais dos alunos) e, em seguida, pediu que cada um avaliasse a pontuação geral que eles alcançariam e como suas pontuações se relacionariam às pontuações dos outros participantes. Eles descobriram que os estudantes com a pontuação mais baixa, superestimaram consistente e substancialmente suas próprias capacidades. Os alunos do quartil inferior (25% mais baixos por nota) pensaram que atavam acima de dois terços em me´dia dos outros estudantes (ou seja, que ficaram entre os 33% melhores por pontuação).

Um estudo relacionado realizado pelos mesmo autores em um clube de tiro esportivo mostrou resultados semelhantes. Dunning e Kruger usaram uma metodologia semelhante, fazendo perguntas aos aficionados sobre segurança de armas, visando que estes estimassem a si próprios sobre seus desempenhos no teste. Aqueles que responderam o menor número de perguntas de forma correta também superestimaram demasiadamente seu domínio do conhecimento sobre armas de fogo.

Não é específico apenas às habilidades técnicas, pois afeta todas as esferas da existência humana por igual. Um estudo descobriu que 80% dos motoristas se classificam como acima da média, o que é literalmente impossível, porque não é assim que as médias funcionam. Tendemos a avaliar nossa popularidade relativa da mesma maneira.

Também não se limita a pessoas com habilidades baixas ou inexistentes em um determinado assunto – funciona em praticamente todos nós. Em seu primeiro estudo, Dunning e Kruger também descobriram que os alunos que pontuavam no quartil superior (25%) subestimavam rotineiramente sua própria competência.

Uma definição mais completa do efeito Dunning-Kruger seria que ele representa um viés na estimativa de nossa própria capacidade decorrente de nossa perspectiva limitada. Quando temos uma compreensão ruim ou inexistente sobre um tópico, sabemos literalmente muito pouco para entender o quão pouco sabemos. Aqueles que de fato possuem o conhecimento ou habilidades, no entanto, têm uma ideia muito melhor que as outras pessoas com quem andam. Mas eles também pensam que, se uma tarefa é clara e simples para eles, também deve ser assim para todos os outros.

Uma pessoa no primeiro grupo e uma no segundo grupo são igualmente suscetíveis de usar sua própria experiência como base e tendem a dar como certo que todos estão próximos dessa “base”. Ambos tem “ilusão de confiança” – em um, essa confiança eles tem em si mesmos, e no outro, eles tem em todos as outras pessoas.

Mas talvez não somos igualmente sem noção

Errar é humano. Mas, persistir com confiança no erro é hilário.

Dunning e Kruger pareciam encontrar uma saída para o efeito que ajudaram a documentar. Embora todos pareçamos ter a mesma probabilidade de nos iludir, há uma diferença importante entre aqueles que são confiantes, mas incapazes, e aqueles que são capazes e não têm confiança: a forma que lidam e absorvem o feedback ao próprio comportamento.

O Sr. Wheeler tentou verificar sua teoria. No entanto, ele olhou para uma polaroid em branco de uma foto que ele tinha acabado de tirar – um dos grandes motivos que sinalizava que algo não deu muito certo na sua teoria – e não viu motivo para se preocupar; a única explicação que ele aceitou foi que seu plano funcionava. Mais tarde, ele recebeu um feedback da polícia, mas nem isso conseguiu diminuir sua certeza; ele estava “incrédulo em como sua ignorância havia falhado com ele”, mesmo quando ele tinha absoluta confirmação (estando na prisão) de que isso falhou.

Durante sua pesquisa, Dunning e Kruger descobriram que bons alunos previam melhor seu desempenho em exames futuros quando recebessem feedback preciso sobre a pontuação que alcançaram atualmente e sobre sua classificação relativa entre a turma. Os alunos com pior desempenho não mudariam suas expectativas, mesmo após um feedback claro e repetido de que estavam tendo um desempenho ruim. Eles simplesmente insistiram que suas suposições estavam corretas.

Brincadeiras à parte, o efeito Dunning-Kruger não é uma falha humana; é simplesmente um produto da nossa compreensão subjetiva do mundo. Na verdade, serve como uma precaução contra supor que estamos sempre certos e serve pra destacar a importância de manter uma mente aberta e uma visão crítica de nossa própria capacidade.

Mas se você tem medo de ser incompetente, verifique como o feedback afeta sua visão sobre seu próprio trabalho, conhecimento, habilidades e como isso se relaciona com outras pessoas ao seu redor. Se você realmente é um incompetente, não vai mudar de ideia e esse processo é basicamente uma perda de tempo, mas não se preocupe – alguém lhe dirá que você é incompetente.

E você não vai acreditar neles.