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Uma ferramenta genética revolucionária

Nos últimos anos, um novo método de emenda de genes mudou fundamentalmente o jogo para a genética: Crispr/Cas9. Estas "tesouras genéticas" permitem que os blocos de construção do genoma do DNA sejam modificados com uma precisão antes inimaginável.

No final de novembro do ano passado, houve um protesto internacional: O biofísico chinês Hè Jiànkuí da Universidade de Shēnzhèn relatou o nascimento de meninas gêmeas cuja composição genética tinha sido geneticamente modificada na fase embrionária para que elas fossem resistentes ao HIV. A Universidade de Shēnzhèn ficou "profundamente chocada" com esta transgressão, e inúmeros cientistas e políticos ficaram igualmente indignados. Pouco tempo depois, as autoridades públicas prenderam Hè. Esta manipulação do genoma foi possibilitada por uma nova técnica que é considerada um dos maiores desenvolvimentos em biologia molecular: a "tesoura genética" Crispr/Cas9.


No início: As bactérias combatem os vírus 
Como muitas vezes acontece com descobertas revolucionárias, o Crispr/Cas9 começou com uma observação: as bactérias podem se defender efetivamente contra vírus hostis. Esta defesa é baseada no chamado sistema Crispr/Cas9. Quando um vírus se liga a uma célula bacteriana e injeta seu material genético, uma pequena seção do mesmo é inserida entre as seqüências de Crispr do DNA da bactéria. Estas seções são uma espécie de biblioteca de todos os patógenos que a célula enfrentou no passado. No caso de uma nova infecção, o Crispr/Cas fornece uma "memória" para a defesa da bactéria contra a infecção, permitindo-lhe cortar o vírus e torná-lo inofensivo. Esta biblioteca é preservada por gerações, porque é transmitida da bactéria para os seus descendentes. Assim, como na epigenética, uma propriedade adquirida é herdada - um mecanismo que viola o conceito de evolução de Darwin. Hoje sabemos que metade de todas as bactérias conhecidas tem um sistema de defesa Crispr/ Cas. Dependendo do tipo, duas grandes classes de Crispr/Cas são distinguidas. Os sistemas da classe I compreendem complexos proteicos compostos por muitas moléculas, enquanto os sistemas da classe II compreendem apenas uma proteína de corte cada um.

 

Mutações direccionadas 
Em 2011 e 2012, Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna da Universidade de Berkeley, Califórnia, publicaram os resultados da pesquisa básica sobre a defesa das bactérias Crispr/ Cas9 nas principais revistas de natureza e ciência. Um ano depois, Zhāng Fēng do Broad Institute of Cambridge publicou como o método também pode ser aplicado a organismos superiores, pois o Crispr/Cas9 funciona não só em bactérias mas também em células com núcleos, ou seja, em plantas, animais e humanos.

O sistema Crispr/Cas é baseado em três componentes: 1) Uma pequena molécula de RNA serve como uma sequência de reconhecimento genético. Uma tal "sonda" pode ser produzida com relativa facilidade e corresponde ao padrão de nucleotídeos da respectiva sequência alvo de ADN. 2) Ela está ligada ao chamado tracrRNA. 3) Este complexo de RNA, por sua vez, liga-se como um "guia" para uma ferramenta de corte enzimático, a proteína Cas9. Isto completa a "tesoura do gene" molecular que consiste na sequência de reconhecimento do RNA, tracrRNA e tesoura Cas9. Agora o complexo triplo se liga a um local específico em um DNA alvo e o corta com a tesoura Cas9. Os cientistas americanos perceberam o potencial deste mecanismo. Como a sequência de RNA de reconhecimento pode ser variada facilmente, agora é possível determinar exatamente onde a tesoura do gene molecular se liga e corta o DNA alvo. É verdade que uma célula é capaz de reparar esse corte; no entanto, esse reparo geralmente é incompleto, resultando em erros de leitura. Em outras palavras, ao cortar o DNA alvo, os genes podem ser especificamente "desligados". Além disso, blocos individuais de construção de DNA ou secções maiores de DNA funcional também podem ser inseridos no corte, e assim propriedades completamente novas implantadas com muita precisão no genoma.

 

Sem chance para o acaso 
Crispr/Cas9 e outros métodos da chamada "edição de genoma" prometem uma infinidade de possibilidades de aplicação. No melhoramento vegetal e animal, por exemplo, os geneticistas estão tentando criar variedades e raças mais produtivas ou mais resistentes a doenças. Estas incluem, por exemplo, o trigo resistente ao míldio, milho enriquecido com amido ou batatas que podem ser armazenadas a baixas temperaturas. O mecanismo básico - indução de uma quebra de dupla cadeia e subsequente reparação celular - é o mesmo mecanismo que segue as mutações naturais. A criação de mutações nas plantas também se baseia neste processo. Anteriormente, porém, tais quebras eram desencadeadas de forma descontrolada, muitas vezes através de irradiação ou produtos químicos. Portanto, era uma questão de sorte em que ponto do genoma de uma planta o novo gene adicional poderia ser integrado.

Com a edição do genoma e especialmente com Crispr/Cas9, os resultados não são mais deixados ao acaso, porque a edição ocorre em pontos únicos e pré-determinados. Entretanto, mesmo com o Crispr/Cas9, mutações não intencionais podem ocorrer, embora raramente. Como essas chamadas mutações "fora do alvo" podem ter sérias consequências, especialmente na área médica, os cientistas continuaram cautelosamente o desenvolvimento do Crispr/Cas9 e de outras tesouras proteicas para melhorar a precisão. Por exemplo, as novas variantes do Crispr/Cas9 cortam apenas um fio de DNA, o que reduz significativamente o número de pares de bases em falta ou adicionais (22). Se os dois fios simples forem cortados em posições escalonadas, produzindo "pontas pegajosas", ou seja, o DNA termina com sobreposições complementares, a precisão da modificação genética é significativamente melhorada.

 

Muitas coisas ainda não estão claras. 
Durante anos os cientistas têm tentado abordar certas doenças alterando especificamente a composição genética, mas na maioria das vezes sem sucesso. Desde a descoberta do sistema Crispr/Cas9, as esperanças têm aumentado. Os primeiros resultados positivos foram relatados: um tratamento para a distrofia muscular de Duchenne (DMD). Esta condição é baseada na mutação de um gene que produz a distrofina proteica - um componente importante das fibras musculares. Após um tratamento com Crispr/Cas9, níveis levemente elevados da proteína puderam ser detectados. Em estudos clínicos iniciais, os novos métodos de edição do genoma também foram testados em pacientes com HIV e câncer. Entretanto, os cientistas ainda estão lutando: até agora a reparação gênica funciona em relativamente poucas células humanas, uma vez que o mecanismo de reparação é ativo apenas na reprodução de células; mas a maioria das células do corpo não se reproduzem. Além disso, há uma questão de como levar a tesoura genética ao seu local de ação dentro das células do corpo. Tanto o estômago como os imunócitos no sangue destroem essas proteínas. É possível que veículos como as nanopartículas (por exemplo, lipossomas) sejam capazes de transportar as moléculas de Crispr/Cas9 diretamente dentro das células. Vírus inofensivos ou artificialmente inativados também estão sendo testados como veículos de transporte.

Se genes defeituosos já na linha germinal devem ser reparados - ou seja, em óvulos e espermatozóides ou em embriões, como parece ter acontecido com as gêmeas chinesas - é altamente controverso, por razões éticas. A maioria dos cientistas discorda desta abordagem, uma vez que ela abriria o caminho para "projetar humanos".

 

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