“Sequenciamento metagenômico nanopore + foundation models + CRISPR como triagem adjunta.”
SmartSepsis-Oph é um programa de scaffolding AI-augmented para diagnóstico molecular de infecções oftalmológicas. Em vítreo, a pergunta clínica não é "esta bactéria é resistente?" - é "qual organismo está aqui?". Atacamos esse gargalo com duas trilhas complementares: (A) Trilha primária - pipeline IA para identificação taxonômica e interpretação de AMR a partir de reads metagenômicos Nanopore, usando embeddings de foundation models (ESM-2, ProtT5) e features estruturais AlphaFold; (B) Trilha adjunta - painel CRISPR-Cas12a em tira de papel para triagem rápida de genes de resistência. Estamos em Fase 0 (scaffolding computacional) com parceria de wet-lab em formação com laboratório renomado em Mass Eye and Ear / Harvard.
Cenários reais de oftalmologia onde a demora microbiológica se traduz em perda visual.
Em planejamento - ainda não gravada. Pretendemos documentar publicamente cada fase do programa, do problema clínico ao design computacional e (uma vez firmada parceria) à validação experimental. Estrutura prevista de 5 episódios:
Por que endoftalmite, queratite e infecções pós-injeção intravítrea continuam sendo tratadas empiricamente. Por que cultura não resolve. Por que o volume de amostra ocular é o gargalo molecular.
Como agentes de IA desenham e priorizam guias CRISPR para um alvo declarado (S. aureus / mecA). Demonstração do pipeline computacional rodando.
Episódio dependente de parceria de wet-lab confirmada. Documentaremos a primeira validação experimental do design - sem encenação, sem fingir resultado que ainda não temos.
Da reação molecular validada ao protótipo de leitura em papel. Cronograma e desafios reais de prototipagem.
O que separa um protótipo validado de um diagnóstico aprovado. RDC 830/2023, IRB, estudos prospectivos. O caminho honesto.
Cronograma de gravação será divulgado após confirmação de parceria experimental.
Metagenômica Nanopore em infecção ocular já foi demonstrada em laboratórios de referência. O que falta - e onde SmartSepsis-Oph atua - é a camada de IA que transforma reads ruidosos de baixa cobertura em interpretação clínica acionável: identificação taxonômica, predição de classe de antibiótico para genes AMR fragmentados, anotação estrutural de variantes novas, e filtragem de contaminação residual.
ESM-2 e ProtT5 para classificação de classe de antibiótico, estruturas AlphaFold e descritores estruturais para variantes AMR, e o módulo experimental Evo 2 para impacto funcional. Todos já integrados no dataset multimodal publicado no HuggingFace.
BioFire/Cepheid são painéis genéricos. Painéis oftalmológicos comerciais (Wessex Eye Panel) usam epidemiologia europeia. SmartSepsis-Oph foi desenhado para a microbiologia ocular brasileira: S. aureus mecA pós-LASIK, Pseudomonas em queratite por LC, Klebsiella KPC em endoftalmite endógena. Oftalmologista brasileiro, patógeno brasileiro.
Cada agente executa computacao real: scan de PAM, scoring termodinâmico, BLAST. Codigo que roda, não prompt que adivinha. Output = moléculas prontas para sintese.
Design tradicional de PCR customizado: US$10–50k, 6–12 meses. Nosso pipeline de design: minutos, ~US$200 em oligos para síntese das primeiras candidatas. Custo unitário do teste final só será reportado após prototipagem e validação experimental.
Pipeline no GitHub. Qualquer hospital roda python run_batch.py 4 e processa 4 novos genes.
Bibliotecas de guias e primers desenhados in silico para 12 famílias gênicas de resistência relevantes em infecção ocular. Cada alvo passou por design CRISPR-Cas12a, primers RPA isotérmicos e comparação BLAST contra repositórios públicos. Resultados computacionais, ainda não validados experimentalmente.
| Família gênica | Classe de resistência | Referência | Variantes processadas | BLAST (referência) | Relevância clínica |
|---|---|---|---|---|---|
| mecA | Meticilina (beta-lactâmicos) | NG_047945.1 | mecA, mecA1, mecA2 | 100% | MRSA - principal HAI em UTIs |
| blaKPC | Carbapenems | NG_049243.1 | KPC-2, KPC-3, KPC-4, KPC-5, KPC-11, KPC-30, KPC-31 | 100% | CRE - prioridade crítica OMS |
| blaNDM | Carbapenems (MBL) | NG_049226.1 | NDM-1, NDM-2, NDM-5, NDM-7 | 100% | Crescente no Brasil desde 2012 |
| vanA | Vancomicina | NG_048300.1 | vanA (2 seq. ref.) | 100% | VRE - surtos recorrentes |
| mcr | Colistina | NG_051170.1 | mcr-1, mcr-1.1, mcr-5 | 100% | Último recurso terapêutico |
| blaCTX-M | Cefalosporinas (ESBL) | NG_048935.1 | CTX-M-2, CTX-M-8, CTX-M-9, CTX-M-14, CTX-M-15, CTX-M-27 | 100% | ESBL mais comum no Brasil |
| blaOXA-48 | Carbapenems (classe D) | NG_049609.1 | OXA-48, OXA-181, OXA-232 | 100% | Casos importados crescentes |
| blaVIM | Carbapenems (MBL) | NG_049113.1 | VIM-1, VIM-2, VIM-4 | 100% | P. aeruginosa resistente |
| blaIMP | Carbapenems (MBL) | NG_049165.1 | IMP-1, IMP-6 | 100% | Esporádico em P. aeruginosa |
| blaGES | Carbapenems (classe A) | NG_049095.1 | GES-1, GES-5 | 100% | Emergente |
| qnrS | Fluoroquinolonas | NG_048103.1 | qnrS1, qnrS2 | 100% | Resistência mediada por plasmídeo |
| armA | Aminoglicosídeos | NG_047955.1 | armA (2 seq. ref.) | 100% | Frequentemente co-localizado com NDM |
Fonte: NCBI AMRFinderPlus Reference Gene Catalog (11.251 entradas, atualizado março 2026). Priorização baseada em dados ANVISA/BR-GLASS e literatura de vigilância epidemiológica brasileira.
Analise de impacto funcional inspirada no Evo 2 (Arc Institute) e EVEE (Goodfire/Mayo Clinic). Vai alem do mismatch count.
Inspirado no EVEE (Goodfire/Mayo Clinic): dados do pipeline traduzidos em linguagem natural para diferentes audiencias.
Impacto clinico direto: o que o resultado positivo significa, opcoes terapeuticas, decisao de isolamento e mortalidade associada. Linguagem clinica acessivel.
Custo-beneficio, ROI vs cultura/PCR, impacto na taxa de HAI. Linguagem administrativa para diretores de CCIH e gestores hospitalares.
Detalhes tecnicos: sequencia do spacer, scoring, cobertura de variantes, mecanismo molecular de resistencia, dados CARD/BLAST.
clinical_interpreter.py traduz dados computacionais do pipeline (scores, BLAST, conservacao) em interpretacoes acionaveis. Suporta Claude API (online) ou modo pre-computado (offline).
Enriquecimento automatico com dados do Comprehensive Antibiotic Resistance Database (McMaster University).
O modulo card_integration.py baixa o catalogo CARD completo, mapeia entradas para as 12 familias genicas do pipeline e identifica variantes novas nao rastreadas.
Cada variante recebe: mecanismo de resistencia (inativacao, efluxo, alteracao de alvo), classe de droga, ontologia ARO e familia genica CARD.
Cache de 7 dias com re-download automatico. Comando: python card_integration.py ou --force para forcar atualizacao.
Gera card_new_variants.csv com variantes AMR relevantes que o pipeline ainda nao rastreia, priorizadas para inclusao futura.
18 features biofisicas + matriz de covariancia para prever eficacia real de clivagem Cas12a. Diferencial competitivo inspirado no EVEE.
Iteração atual do pipeline incorporou 15 análises computacionais complementares que elevaram a qualidade do painel multiplex desenhado, a especificidade in silico dos guias e o enriquecimento clinicamente relevante das variantes. Todos os resultados abaixo são computacionais - validação experimental pendente.
Antes: Guides escolhidos por scoring linear (GC%, homopolímero, posição). Agora: Redesign prioriza estabilidade seed (pos 1-8), ΔG nearest-neighbor e PAM-proximal. Resultado: todos os 42 guides passaram a ter GC 40-60% e seed estável, com zero homopolímeros ≥5nt.
Antes: Especificidade validada apenas contra NCBI nt (in silico). Agora: Cálculo explícito de off-target para cada spacer contra genomas humano + bacterianos relacionados. Resultado: nenhum spacer apresenta off-target ≥18nt de complementaridade - risco de falso positivo clinicamente baixo.
Novidade: Cálculo de Relative Synonymous Codon Usage para cada família gênica AMR. Resultado: 3 famílias (blaCTX-M, mecA, vanA) mostram assinatura de codon fortemente diferenciada - útil para inferir origem da resistência e história evolutiva.
Novidade: Matriz 12x12 de distâncias entre variantes referência. Resultado: famílias blaKPC e blaOXA-48 mostram clustering interno apertado (dist < 8nt) - validando que UM guide cobre múltiplas variantes clínicas, reduzindo complexidade do painel.
Antes: CARD usado apenas para ontologia. Agora: Enriquecimento automatizado detectou 3 variantes clínicas relevantes ainda não rastreadas (KPC-33, NDM-9, OXA-244). Resultado: próxima iteração do painel já tem target prioritário para inclusão.
Antes: Seleção manual de combinações de guides. Agora: Otimização formal minimizando cross-talk e maximizando cobertura. Resultado: painel final com 12 guides cobre 42 alvos sem interferência mútua detectável.
Novidade: Análise biofísica (GC%, Tm, acessibilidade estrutural) por guide. Resultado: Tm de todos os guides cai dentro da janela 54-67°C - compatível com RPA isotérmica a 37°C sem perda de especificidade.
Novidade: Cálculo de Shannon diversity, diversidade nucleotídica (π) e rede de adjacência gene-gene. Resultado: identificou 2 clusters genómicos principais (β-lactamases vs demais mecanismos) - base para priorizar expansão futura do painel.
| Métrica | Valor | Interpretação clínica |
|---|---|---|
| Cobertura do painel | 42/42 alvos | Todas as variantes prevalentes em UTIs BR cobertas |
| Especificidade in silico | 100% BLAST | Nenhum match espúrio em 124M genomas |
| Off-target hits | 0 de 42 | Sem risco de falso positivo detectável |
| Variantes CARD descobertas | 3 novas | KPC-33, NDM-9, OXA-244 priorizadas |
| Clusters Hamming (<8nt) | 2 famílias | blaKPC e blaOXA-48 compactos → 1 guide cobre vários |
| Tm de guides (range) | 54-67°C | Compatível com RPA isotérmica 37°C |
| GC% (range) | 40-60% | Balanceado - evita secondary structure |
| Famílias com codon bias distinto | 3 de 12 | blaCTX-M, mecA, vanA - origem evolutiva diferenciada |
Pipeline computacional de 7 etapas, incluindo scoring avancado e interpretacao por IA.
Agente busca sequencias DNA dos genes AMR via NCBI Entrez API. Catalogo base: AMRFinderPlus (12+ genes priorizados). fetch_sequences.py
Scan de sites PAM TTTV em ambas as fitas, scoring por GC%, homopolimeros, posicao e estabilidade. Top 5 guides por gene. design_guides.py
Re-scoring com 18 features biofisicas + covariancia: seed region, termodinamica, acessibilidade estrutural. covariance_probes.py
Primers 30-35nt flanqueando o crRNA, amplicon 100-200bp, Tm 54-67C. Amplificacao isotermica a 37C sem termociclador. design_primers.py
Amplicons completos (~150bp) submetidos ao NCBI BLAST contra 124M genomas. Todas as 12 familias: 100% match. specificity_check.py
Analise de impacto funcional de variantes (Evo 2 inspired) + enriquecimento CARD. evo2_scoring.py + card_integration.py
Interpretacao por IA para 3 audiencias + montagem do painel com folha de oligos. clinical_interpreter.py + multiplex_panel.py
python run_batch.py 4 --skip-blast processa os proximos 4 genes da fila automaticamente. O tracking CSV e atualizado em tempo real.
Transparência sobre o que ja validamos e o que ainda não.
Expertise combinada em IA, medicina e engenharia.