06.03.2026 Biotecnologia

Design de proteínas: como cientistas estão criando moléculas sob medida para enfrentar grandes desafios

A partir de modelos computacionais e IA, cientistas desenvolvem proteínas para enfrentar desafios científicos e tecnológicos

Samuel Fernandes

Ilustração digital em três dimensões de uma proteína com formas orgânicas e cores translúcidas, representando estruturas moleculares usadas em pesquisas de design de proteínas.

Em 2024, o Prêmio Nobel de Química reconheceu uma área que vem ganhando destaque crescente na biotecnologia: o design de proteínas. A premiação foi concedida a David Baker, Demis Hassabis e John Jumper. Enquanto Hassabis e Jumper foram homenageados pelos avanços na predição de estruturas proteicas, Baker recebeu o Nobel por desenvolver métodos computacionais capazes de criar proteínas inexistentes na natureza.

O reconhecimento internacional amplia o interesse por um campo que, na realidade, não é recente. Segundo Helder Veras, pesquisador do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), os primeiros trabalhos científicos sobre o desenvolvimento artificial de proteínas remontam ao final da década de 1970.

Ainda assim, os avanços recentes em poder computacional e inteligência artificial reposicionaram o design de proteínas como uma das fronteiras mais promissoras da ciência contemporânea.

Para além da saúde humana, pesquisadores também veem no design de proteínas uma ferramenta com potencial para mitigar impactos das atividades humanas no meio ambiente, desenvolver novos materiais biológicos e criar soluções industriais mais sustentáveis.

Desde o doutorado, Veras dedica sua carreira ao estudo da relação entre sequência de aminoácidos, estrutura tridimensional e função biológica das proteínas. A modelagem proteica parte justamente desse princípio: prever a forma tridimensional de uma proteína a partir da ordem de seus aminoácidos.

Essa estrutura não é apenas um detalhe geométrico. Ela determina como a proteína interage com outras moléculas e, portanto, qual será sua função no organismo. Em última instância, é essa relação entre sequência, estrutura e função que orienta tanto a modelagem quanto o design de proteínas.

Da sequência à função: como as proteínas são modeladas

O design de proteínas segue a lógica oposta à modelagem tradicional. Em vez de partir da sequência, os cientistas começam pela função desejada e pela estrutura necessária para desempenhá-la. A partir disso, buscam prever qual sequência de aminoácidos poderia formar aquela estrutura específica.

Esse processo envolve ciclos sucessivos de definição de estrutura, função e sequência — um trabalho altamente dependente de ferramentas computacionais avançadas.

Nesse contexto, computação e inteligência artificial (IA) tornam-se indispensáveis. Para André Teixeira, diretor sênior da plataforma de anticorpos do Institute for Protein Innovation (IPI), em Boston, é teoricamente possível criar uma proteína de forma aleatória — mas isso seria ineficiente.

“É possível projetar uma proteína do zero de forma completamente aleatória, mas isso não seria muito inteligente”, explica Teixeira.

No IPI, o foco está no desenvolvimento de anticorpos — cada um deles, uma nova proteína. A equipe liderada por Teixeira produz cerca de 300 anticorpos por ano, um volume que seria impraticável sem o uso de IA: “Colocando isso em perspectiva, uma pessoa pode gerar um novo anticorpo em uma pesquisa inteira de doutorado”.

Sem essas ferramentas, os pesquisadores teriam de avaliar manualmente milhões — ou até bilhões — de variantes antes de chegar a candidatos com potencial funcional. A IA permite reduzir drasticamente o universo de possibilidades. Em vez de analisar milhões ou bilhões de variantes, os pesquisadores trabalham hoje com algo entre 1.000 e 10.000 versões por projeto, tornando viável a etapa experimental.

“IA não é inteligente o suficiente para fornecer a solução definitiva para um problema, mas é muito boa em encontrar soluções alternativas”, diz o pesquisador.

Aplicações em saúde e além

A liberdade criativa é uma das marcas do design de proteínas. Para Veras, o principal limite é a imaginação.

“No design de proteínas, o limitante vai ser a sua imaginação porque as possibilidades são muito amplas”, afirma Veras.

No CNPEM, os pesquisadores exploram aplicações em saúde, como o desenvolvimento de novas terapias e ferramentas diagnósticas baseadas em proteínas inéditas. Um dos projetos em andamento envolve o chamado reconhecimento imunológico, cujo objetivo é criar proteínas capazes de direcionar o sistema imunológico a alvos específicos, como células tumorais.

Atualmente, o projeto se encontra na fase computacional, em que são definidas estrutura, função e sequência das proteínas candidatas.

Apesar do entusiasmo, Teixeira faz ressalvas. A IA ainda apresenta limitações importantes, especialmente na capacidade de prever quais moléculas terão desempenho satisfatório em condições reais. Muitas proteínas projetadas computacionalmente falham quando testadas em laboratório. Isso ocorre porque, após a etapa computacional, as proteínas precisam ser produzidas e avaliadas em sistemas biológicos reais, onde interações imprevistas podem comprometer seu desempenho.

Além disso, nem todos os problemas exigem proteínas desenhadas do zero: “Um dos grandes objetivos do design de proteínas é desenvolver anticorpos, mas este ano marca o 50º aniversário dos anticorpos monoclonais, o que significa que esse problema já foi resolvido”, avalia.

O cenário brasileiro: avanço científico e gargalos de financiamento

Pesquisador sênior do Instituto Aggeu Magalhães, da Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz), Roberto Lins construiu parte de sua carreira na Suíça e nos Estados Unidos antes de retornar ao Brasil, em 2009, para atuar na Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). “Nessa época, o design de proteínas era relegado basicamente à parte experimental, e a parte computacional ainda estava muito incipiente”, relata.

Lins foi responsável por iniciativas pioneiras no país, incluindo a publicação de um dos primeiros artigos nacionais sobre o tema, em 2013, e a organização de cursos internacionais sobre design de proteínas a partir de 2016. Os cursos reuniram cientistas do Brasil, de outros países da América Latina e da Europa, contribuindo para a formação de uma rede internacional de pesquisadores na área.

Um dos participantes foi Carlos Cruz, hoje pesquisador da University College London, que trabalha no desenvolvimento de vacinas proteicas para aves. Para ele, o Brasil começou cedo, mas enfrenta um obstáculo persistente: financiamento.

Lins concorda. Segundo o pesquisador, enquanto o Brasil responde por menos de 1% da produção científica em design de proteínas, os Estados Unidos concentram entre 30% e 40%, e a Europa, entre 20% e 30%.

Apesar dos avanços científicos e da formação de recursos humanos qualificados, a consolidação do design de proteínas no país depende de políticas estáveis de financiamento e infraestrutura. Sem investimentos contínuos em pesquisa e desenvolvimento, o país arrisca ficar à margem de uma área estratégica para o futuro da ciência, da saúde e da inovação tecnológica.

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