Pode soar como uma marca de cereal, mas CRISPR é uma das revoluções mais significativas na genética durante nossa vida. Nos últimos meses, surgiram histórias sobre pesquisadores usando proteínas CRISPR-Cas para editar efetivamente as sequências genéticas do DNA, matar o HIV, comer zika como o Pac-man e armazenar um GIF no DNA de bactérias .
No entanto, apesar do potencial do CRISPR, é um procedimento incrivelmente controverso. Exige que fitas de DNA sejam cortadas e completamente alteradas para mudar a composição genética de uma pessoa, e dois novos estudos ligaram essa tecnologia de edição de genes ao aumento do câncer.
Os papéis, um por Novartis e o outro pelo Instituto Karolinska , publicado emNature Medicine, concluem que as técnicas de terapia genética podem enfraquecer a capacidade de uma pessoa de lutar contra tumores e podem dar origem ao câncer, levantando preocupações sobre a segurança das terapias genéticas baseadas em CRISPR.
Vamos recuar um pouco.
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Os dois artigos se concentraram no gene p53. Pesquisas anteriores descobriram que certos tumores humanos não podem se desenvolver se o gene p53 estiver funcionando como deveria. Como resultado, o p53 atua como um mecanismo de defesa natural para proteger o genoma do tipo de alterações feitas pelo CRISPR-Cas9. Quando o CRISPR-Cas9 é usado para editar a composição genética de uma pessoa, o gene p53 salta em sua defesa e mata efetivamente as células editadas, fazendo com que se autodestruam. Na verdade, é esse gene que atrasou o progresso e a eficácia da técnica CRISPR em uma série de testes.
No entanto, nos casos em que CRISPR-Cas9 fez edições com sucesso no genoma de uma pessoa, isso sugere que o gene p53 da célula particular está com defeito ou disfuncional. Isso, por sua vez, pode estar relacionado ao fato de o corpo ser menos capaz de combater o câncer. Em particular, um p53 defeituoso pode causarcélulas crescerem incontrolavelmente e se tornarem cancerosas, e tem sido associada a casos decâncer de ovário, cólon e reto.
Ao escolher células que repararam com sucesso o gene danificado que pretendíamos corrigir, podemos inadvertidamente também escolher células sem p53 funcional, autor do estudo Emma Haapaniemi do Instituto Karolinska explicado . Se transplantadas em um paciente, como na terapia gênica para doenças hereditárias, essas células podem dar origem ao câncer, levantando preocupações quanto à segurança das terapias genéticas baseadas no CRISPR.
Deve-se notar, no entanto, que ter uma ligação com o câncer não é o mesmo que causar câncer e os resultados nesses dois estudos são conhecidos como preliminares, o que significa que mais trabalhos são necessários para fortalecer ou rejeitar as descobertas. Os pesquisadores são rápidos até em se distanciar de dizer que o CRISPR é perigoso. Em vez disso, eles levantam questões válidas e aconselham empresas e cientistas que avançam com testes clínicos para estarem cientes da ligação.
Os estudos também se concentram em um tipo muito particular de técnica de edição CRISPR - a proteína Cas-9 usada para corrigir o DNA doente através da inserção de DNA editado saudável - e mais trabalhos são necessários para ver se outras formas de edição de genes geram preocupações semelhantes. De fato, em uma tentativa de lidar com críticas anteriores semelhantes, pesquisadores do Instituto Salk relataram recentemente uma solução alternativa. Em vez de editar genes, seu método chamado CRISPR epigenético (ou acima do gene) veria os genes ativados ou desativados, em vez de serem cortados.
Ao modificar o epigenoma, os cientistas foram capazes de controlar o comportamento de um gene sem modificar qualquer DNA diretamente; modificação do gene em vez da edição do gene. Em testes com ratos, os cientistas reverteram os sintomas de doença renal, diabetes tipo 1 e uma forma de distrofia muscular. Ele também tem potencial para erradicar a doença de Alzheimer.
O que é CRISPR-Cas9?
CRISPR-Cas9 é uma ferramenta de edição de genoma capaz de cortar DNA de maneira direcionada, permitindo que os cientistas editem com precisão os blocos de construção da vida. Você provavelmente verá isso mencionado ao lado da dupla ligeiramente menos famosa de CRISPR-Cas1 e CRISPR-Cas2 - ambos os quais juntam pedaços de DNA no próprio genoma de uma bactéria (mais sobre isso mais tarde).
Cas9 foi realmente observado pela primeira vez na década de 1980 como parte dos mecanismos de defesa de bactérias unicelulares, que garantem que as células são capazes de remover intrusos indesejados. Os cientistas descobriram que, ao adaptar a tecnologia, eles são capazes de direcionar as sequências do genoma com velocidade, precisão e exatidão sem precedentes.
Imagine o CRISPR-Cas9 como uma pesquisa de localização e substituição em um documento de computador, mas em vez de palavras, você está editando sequências genéticas.Modificar o DNA com precisão é um santo graal científico e o potencial é enorme. Ele poderia ser usado para erradicar doenças - mesmo as hereditárias, como fibrose cística, anemia falciforme e Huntington, poderiam se tornar uma coisa do passado.
O nome CRISPR é um acrônimo para as repetições palindrômicas curtas com espaçamento regular, menos cativantes. A parte Cas refere-se ao associado CRISPR.
CRISPR-Cas9: Como funciona?
CRISPR é parte das defesas naturais de certas bactérias. Quando uma bactéria detecta um vírus invasor, ela é capaz de copiar e combinar segmentos do DNA estranho em seu próprio genoma em torno do CRISPR. Cas9 faz o corte, enquanto Cas1 e Cas2 inserem o DNA externo no genoma da célula.
como adicionar papel na discórdia
Na próxima vez que o vírus for detectado, o CRISPR terá uma cópia exata da sequência do genoma para observar, que é onde a proteína Cas entra: ela pode cortar o DNA e desativar genes indesejados com incrível precisão.
Ou, como Carl Zimmer explica : Conforme a região CRISPR se enche de DNA do vírus, ela se torna uma galeria molecular mais procurada, representando os inimigos que o micróbio encontrou. O micróbio pode então usar esse DNA viral para transformar as enzimas Cas em armas guiadas com precisão. O micróbio copia o material genético de cada espaçador em uma molécula de RNA. Enzimas CAS então pegam uma das moléculas de RNA e a embalam. Juntos, o RNA viral e as enzimas Cas vagam pela célula. Se encontrarem material genético de um vírus que corresponda ao RNA CRISPR, o RNA se agarra firmemente. As enzimas Cas então dividem o DNA em dois, evitando que o vírus se replique.
Em 2012, cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, publicaram um papel inovador mostrando que eles foram capazes de reprogramar o sistema imunológico CRISPR-Cas para editar genes à vontade. CRISPR-Cas9 usa uma proteína Cas específica e um RNA híbrido que pode identificar e editar qualquer sequência de gene. As possibilidades são enormes.
Em suma, o CRISPR lista as sequências de DNA para o alvo e, em seguida, Cas9 faz o corte. Os cientistas só precisam programar o CRISPR com o código certo, e o Cas9 faz o resto.
Isso também pode se aplicar a genes defeituosos - seções que atualmente causam problemas poderiam ser removidas com CRISPR-Cas9 e, em seguida, substituídas por código genético saudável, teoricamente resolvendo o problema.
CRISPR-Cas9: Foi usado em humanos?
Sim na china . Usando embriões humanos provenientes de uma clínica de fertilidade, os cientistas tentaram usar o CRISPR-Cas9 para editar um gene que causa a talassemia beta em todas as células. Ressalta-se que os embriões de doadores usados eram inviáveis e não podiam resultar em nascimento.
Em qualquer caso, ele falhou, e falhou bastante: 86 embriões foram injetados e, após 48 horas e cerca de oito células crescidas, 71 sobreviveram e 54 deles foram testados geneticamente. Apenas 28 foram emendados com sucesso e muito poucos continham o material genético pretendido pelos pesquisadores.Se você quiser fazer isso em embriões normais, você precisa estar perto de 100%, pesquisador-chefe Jungiu Huang disseNatureza . É por isso que paramos. Ainda achamos que é muito imaturo.
Além disso, é extremamente provável que mais danos indocumentados tenham sido feitos. Enquanto o New York Times explica :Os pesquisadores chineses apontam que, em seu experimento, a edição de genes quase certamente causou danos mais extensos do que documentaram; eles não examinaram os genomas inteiros das células embrionárias.
Como você pode imaginar, isso causou uma enorme controvérsia na comunidade científica.
Em novembro de 2016 , outro grupo de cientistas chineses se tornou o primeiro a usar CRISPR-Cas9 em um ser humano adulto, injetando em um paciente com câncer de pulmão as células imunológicas do paciente modificadas por CRISPR para desativar a proteína PD-1, teoricamente fazendo o corpo do paciente lutar contra o câncer .
Então, em um estudar publicado em 3 de agosto, os cientistas ‘editaram’ embriões humanos com sucesso, removendo o segmento defeituoso de DNA que pode levar a doenças cardíacas hereditárias. Foi uma conquista marcante e forneceu caminhos para prevenir potencialmente cerca de 10.000 distúrbios genéticos de mutação única (ou seja, doenças causadas por um único gene defeituoso) em humanos futuros.
CRISPR-Cas9 e ética
Mesmo que os cientistas chineses usassem embriões que não iriam se desenvolver em vida, existem preocupações éticas reais sobre experimentos em embriões humanos - na verdade, apenas um mês antes da pesquisa chinesa ser publicada, um grupo de cientistas americanos exortou o mundo a não fazer isso .
Parte disso se resume ao quão imatura é a tecnologia - lembre-se de que só está em uso ativo desde 2012, e seria surpreendente se estivesse totalmente amadurecido neste ponto. Os cientistas advertiram que era muito incompreendido e perigoso para ser usado em humanos neste momento, e a pesquisa chinesa certamente confirma essa preocupação. Mesmo que tenha funcionado perfeitamente, há preocupações de que consequências imprevistas possam ocorrer ao longo de gerações.
Mas, mesmo se fosse 100% seguro e bem-sucedido, existem outras preocupações éticas: embora ninguém argumente que devemos reter o potencial de erradicar doenças genéticas mortais, como Huntington e fibrose cística, CRISPR-Cas9 potencialmente oferece a oportunidade de mudar qualquer coisa sobre uma pessoa. Desde que a sequência genética seja identificada, em teoria, ela pode ser editada.
Uma coisa é remover doenças que afetam a vida antes do nascimento - outra bem diferente é os pais serem capazes de projetar seus bebês para serem mais fortes, mais rápidos ou mais bonitos. Mesmo se você aceitar que isso é algo que as pessoas deveriam ter permissão para fazer, as chances são de que isso seja fortemente comercializado, garantindo que apenas os ricos possam pagar todas as vantagens extras de vida que isso proporcionaria, afetando maciçamente a desigualdade.
CRISPR-Cas9: O que foi feito até agora?
Claro, essas questões éticas estão a um milhão de milhas de distância quando o único experimento humano embrionário registrado causou tal revés de alto perfil. No entanto, o CRISPR-Cas9 agora mostra resultados extremamente promissores em testes menores.
Exemplos incluem Prevenção da infecção por HIV em células humanas , curando doenças genéticas de camundongos e um par de macacos nascidos com mutações direcionadas .
O CRISPR também está surgindo como um meio eficaz de armazenar dados no DNA. Em março de 2017, um par de pesquisadores do New York Genome Center publicou um relatório no Ciência jornal, detalhando métodos para armazenar arquivos compactados em moléculas de DNA. Com a ajuda de um algoritmo para traduzir os arquivos em um código binário que pode ser mapeado nas bases de nucleotídeos do DNA, os pesquisadores conseguiram codificar o total de seis arquivos: um artigo acadêmico de 1948, uma placa Pioneer, um sistema operacional, um vírus, o filme de 1895Chegada de trem na estação La Ciotat… E um vale-presente de $ 50 da Amazon.
Poucos meses depois, uma equipe de cientistas da Harvard Medical School codificou um videoclipe em loop no DNA de uma célula viva da bactéria E. coli . O objetivo é desenvolver um sistema para fazergravadores moleculares - DNA que é capaz de registrar suas próprias informações de seus arredores. Isso poderia ser usado em tudo, desde monitorar a poluição do solo até revolucionar nossa compreensão da atividade neurológica.
Como parte do programa Safe Genes da DARPA, as sete equipes incluem umequipe liderada pelo Dr. Amit Choudhary na Harvard Medical School que está desenvolvendo maneiras de controlar os mosquitos transmissores da malária, uma segunda equipe da Harvard Medical School que busca usar o CRISPR para detectar e reverter mutações causadas pela radiação. Uma equipe da Universidade Estadual da Carolina do Norte liderada pelo Dr. John Godwin visa direcionar os sistemas de genes em ratos para controlar espécies invasivas, enquanto a Universidade da Califórnia em Berkeley deseja usar o CRISPR para atingir os vírus Zika e Ebola. A lista completa de projetos e detalhes da equipe estão disponíveis no site da DARPA.
Mais recentemente, o biólogo estrutural Osamu Nureki, da Universidade de Tóquio, compartilhou imagens incríveis da edição de DNA do CRISPR em tempo real, que fez parte de um artigo recente de sua equipe, publicado no jornal Nature Communications . O clipe abaixo mostra o CRISPR pesquisando o DNA antes de fazer suas edições. Você pode ver uma fita de DNA se desconectando.
A filmagem foi originalmente exibida aos participantes do CRISPR 2017 conferência que ocorreu em junho. O artigo foi submetido após esta conferência e publicado em 10 de novembro.
CRISPR-Cas9: Ele virá para o Reino Unido?
sim. Pesquisadores de células-tronco no Reino Unido pediu permissão para modificar embriões humanos na tentativa de compreender o desenvolvimento humano inicial e reduzir a probabilidade de aborto espontâneo. Em fevereiro de 2016, oA Autoridade de Fertilização Humana e Embriologia (HFEA) concedeu permissão.
CRISPR-Cas9: Por que o CRISPR é ruim?
Como mencionado anteriormente, Cas9 só pode reconhecer sequências genéticas de cerca de 20 bases de comprimento, o que significa que sequências mais longas não podem ser direcionadas.Mais significativamente, a enzima às vezes ainda atua no lugar errado. Descobrir o porquê disso será um avanço significativo em si mesmo - consertá-lo será ainda maior.
Então, é claro, há a questão de que CRISPR não funcionou muito bem em embriões humanos e suas ligações mais recentes com o câncer.
CRISPR-Cas9: De quem é?
Essa não é uma pergunta simples de responder. Está sujeito a uma batalha contínua de patentes - surpreendentemente, dado que CRISPR ocorre naturalmente em certas bactérias.
Análise de tecnologiaexplica que, embora CRISPR-Cas9 tenha sido descrito pela primeira vez emCiênciaem 2012 por Jennifer Doudna da UC Berkeley, Feng Zhang do Broad Institute ganhou uma patente sobre a técnica ao enviar cadernos de laboratório provando que ele a inventou primeiro.
O primeiro a registrar os direitos de patente significa que isso deveria ser concedido a Doudna, mas a decisão poderia ter sido decidida com base nas regras de primeiro a inventar, o que teria favorecido Zhang. No fim, o caso foi resolvido em fevereiro de 2017 , quando o Conselho de Apelação e Julgamento de Patentes dos EUA resolveu que a UC Berkeley receberia a patente para o uso de CRISPR-Cas9 em qualquer célula viva, enquanto Broad o obteria em qualquer célula eucariótica - ou seja, células em plantas e animais.
Imagens: Petra B Fritz , VeeDunn , Galeria de imagens NIH , e Steve Jurvetson usado sob Creative Commons
