Cientistas disseram ter enviado um genoma real para um computador quântico pela primeira vez, em um avanço considerado importante para a aplicação dessa tecnologia emergente à biologia. O feito ocorreu durante o desafio Quantum for Bio (Q4Bio), um programa internacional competitivo de pesquisa criado para acelerar aplicações da computação quântica na saúde humana.
Codificação do Genoma
Os pesquisadores codificaram o genoma completo do vírus da hepatite D (HDV) em um sistema movido pela unidade de processamento quântico Heron, de 156 qubits, da IBM. Genoma viral traduzido para um computador quântico pela primeira vez.
Translação de Dados
Um genoma é armazenado naturalmente como uma longa sequência de letras, A, C, G e T/U, enquanto um computador quântico opera com estados quânticos representados por qubits. Copiar as letras do DNA diretamente para qubits não basta: a informação precisa ser transformada em uma representação quântica que possa ser preparada, manipulada e medida pelo hardware.
Converção de Dados
Os cientistas do Wellcome Sanger Institute converteram o genoma do HDV em um formato compatível com computação quântica, permitindo que algoritmos quânticos analisassem informação genética, e não apenas problemas teóricos. Em nota, eles disseram que miraram especificamente os genomas mais complexos e variáveis, tarefas que podem ultrapassar as capacidades atuais de computadores clássicos, incluindo sistemas de inteligência artificial (IA).
Aplicações Futuras
“Quando trabalhamos com pangenomas, a informação é apresentada como um labirinto emaranhado, mas estamos construindo algoritmos quânticos para ajudar a encontrar o melhor caminho por esse labirinto quando ferramentas regulares, como computadores clássicos, simplesmente ficam presos sem saída”, disse Sergii Strelchuk, líder da equipe de pesquisa e professor associado do Departamento de Ciência da Computação da Universidade de Oxford. “Nosso objetivo é uma ideia simples, mas capaz de mudar o jogo: levar a computação quântica ao mundo da genômica.”
Vírus de Hepatite D
A escolha do HDV se deu porque o vírus tem um genoma compacto e relevância clínica. Embora seu RNA assuma estruturas secundárias complexas, em vez de existir como uma sequência linear simples, e mute rapidamente, como muitos vírus de RNA, o HDV tem um dos menores genomas conhecidos entre vírus animais, com cerca de 1,7 mil nucleotídeos de RNA circular. O vírus causa infecções hepáticas graves transmitidas pelo sangue, por contato com fluidos corporais infectados, o que o torna um caso de teste ideal por equilibrar complexidade e importância biomédica prática, segundo a equipe.
Pangenomas
O trabalho também mostra que os pangenomas, coleções de sequências genômicas de muitos indivíduos da mesma espécie, são uma área em que a computação quântica realmente pode se destacar. À medida que mais genomas são adicionados a um pangenoma, os recursos computacionais convencionais podem ser sobrecarregados pelo crescimento combinatório da complexidade.
Conclusão
Um pangenoma não é apenas uma coleção de genomas armazenados lado a lado, mas uma estrutura de dados que captura toda a variação genética entre muitos indivíduos, linhagens ou populações. Conforme mais genomas são acrescentados, a quantidade de variação que precisa ser representada, comparada e indexada cresce rapidamente.