Três artigos científicos foram publicados nos quais os autores relatam efeitos colaterais em grande escala de material genético cromossômico e rearranjos de DNA. As descobertas dos cientistas, diz o artigo, reforçam as preocupações sobre a segurança das tecnologias de edição de genoma.
Como resultado de uma série de experimentos em que a modificação de embriões humanos foi realizada usando a ferramenta de edição de genes CRISPR-Cas9, os cientistas estabeleceram que esta tecnologia pode fazer mudanças significativas e indesejáveis no genoma no local ou próximo ao local alvo do genoma.
Os resultados da pesquisa foram publicados este mês no servidor de pré-impressão bioRxiv, mas ainda não foram revisados por pares. No entanto, os artigos publicados fornecem uma boa indicação de que alguns cientistas acreditam que há um risco subestimado na edição do genoma com CRISPR-Cas9. Experimentos anteriores mostraram que esta ferramenta de edição é capaz de causar mutações no gene lateral a uma distância considerável do sítio de DNA alvo; no entanto, estudos recentes revelaram mudanças que ocorrem em áreas adjacentes a este sítio e podem não ser notadas por métodos padrão.
“Para nós, impactos precisos são mais importantes. Eles são muito mais difíceis de eliminar depois”, diz Gaétan Burgio, geneticista da Universidade Nacional da Austrália em Canberra.
As preocupações com a segurança são provavelmente um dos principais tópicos do debate sobre se os cientistas podem usar tecnologias de edição de embriões humanos para prevenir doenças genéticas. A atitude em relação a essa tecnologia levanta muitos questionamentos, uma vez que ela cria mudanças irreversíveis no genoma, que serão repassadas aos descendentes de geração em geração. "Se a tecnologia de edição de embriões humanos para fins reprodutivos ou edição da chamada linhagem germinativa pode ser comparada com o primeiro vôo tripulado ao espaço, então os novos dados obtidos por cientistas podem ser comparados a uma explosão de foguete na plataforma de lançamento pouco antes da decolagem", disse Fyodor Urnov, da Universidade da California, Berkeley,que está estudando edição de genoma (Fedor Urnov não participou de nenhum dos estudos acima).
Efeitos indesejados
Os cientistas realizaram os primeiros experimentos usando CRISPR para editar embriões humanos em 2015. Desde então, vários grupos científicos em todo o mundo começaram a estudar essa tecnologia para a edição precisa de genes. No entanto, essa pesquisa ainda é rara e geralmente altamente regulamentada.
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De acordo com Mary Herbert, bióloga reprodutiva da Universidade de Newcastle, no Reino Unido, um estudo recente destaca o seguinte: Os cientistas sabem pouco sobre como os embriões humanos reparam o corte de DNA com ferramentas de edição de genoma (esta é uma etapa fundamental na edição com CRISPR-Cas9). “Precisamos entender completamente o que está acontecendo lá antes de começarmos a usar enzimas de corte de DNA nele”, acrescenta Mary Herbert.
A primeira das pré-impressões foi publicada online em 5 de junho pela bióloga do desenvolvimento Kathy Niakan do Instituto Francis Crick em Londres e seus colegas. Em seu estudo, os pesquisadores usaram CRISPR-Cas9 para criar mutações no gene POU5F1, que tem um grande impacto no desenvolvimento embrionário. Dos 18 embriões editados, cerca de 22% continham alterações indesejadas que afetam grandes regiões de DNA adjacentes ao gene POU5F1. Em particular, foi observado um rearranjo das regiões do DNA e grandes deleções de vários milhares de nucleotídeos do DNA - e isso é muito mais do que normalmente é considerado entre os cientistas que usam essa abordagem.
Outro grupo de pesquisadores, liderado pelo biólogo de células-tronco Dieter Egli, da Columbia University em Nova York, estudou embriões produzidos por espermatozoides que causam uma mutação no gene EYS (essa mutação leva à cegueira). Os cientistas tentaram corrigir essa mutação usando CRISPR-Cas9, mas cerca de metade de todos os embriões testados perderam grandes segmentos de seu cromossomo (e em alguns casos todo o cromossomo) em que o gene EYS está localizado.
Finalmente, um terceiro grupo de cientistas, liderado pelo biólogo reprodutivo Shoukhrat Mitalipov, da Oregon Health and Science University, em Portland, estudou embriões obtidos com espermatozoides que carregam uma mutação que causa doenças cardíacas. Os cientistas dessa equipe também parecem ter se convencido de que a edição do genoma afeta grandes regiões do cromossomo que contém o gene modificado.
Em todas as suas pesquisas, os cientistas usaram embriões apenas para fins científicos, e não para induzir a gravidez. Os principais autores desses três estudos científicos, cujos resultados estão refletidos nos pré-impressos, se recusaram a discutir seu trabalho em detalhes com o departamento de notícias da revista Nature até que seus artigos fossem publicados em revistas revisadas por pares.
Reparação imprevisível
Todas as alterações registradas surgem como resultado do reparo do DNA, que é realizado usando ferramentas de edição do genoma. CRISPR-Cas9 usa uma pequena fita de RNA para direcionar a enzima Cas9 para um local com uma sequência semelhante. A enzima então corta ambas as fitas de DNA neste local, e os sistemas de reparo celular fecham essa lacuna.
A edição ocorre apenas durante o reparo: na maioria das vezes, a célula fecha firmemente essa lacuna com um mecanismo que é capaz de inserir ou remover uma pequena quantidade de nucleotídeos de DNA; no entanto, esse mecanismo funciona com erros. Se os cientistas inserem um modelo de DNA, a célula às vezes pode usar essa sequência para reparar a quebra, resultando em uma reescrita correta. No entanto, o DNA cortado também pode embaralhar ou perder grandes pedaços do cromossomo.
Trabalhos anteriores usando a tecnologia CRISPR em embriões de camundongos e outros tipos de células humanas mostraram que a edição de cromossomos pode causar efeitos indesejáveis significativos. Mas, segundo Urnov, foi importante para os cientistas demonstrar suas abordagens em embriões humanos, já que diferentes tipos de células podem reagir de forma diferente à edição do genoma.
Esse rearranjo das regiões do DNA pode ter sido esquecido em muitos experimentos, nos quais os cientistas geralmente tentam encontrar exemplos de edição indesejada, digamos, alteração de um nucleotídeo do DNA ou pequenas inserções ou deleções de pequenos fragmentos de nucleotídeos. No entanto, em experimentos recentes, foram especificamente grandes deleções e rearranjos cromossômicos perto do local alvo que foram investigados especificamente. “E a comunidade científica vai levar os resultados obtidos ainda mais a sério do que antes”, diz Urnov. "Esses resultados não são acidentais."
Mudanças genéticas
As equipes de pesquisa que conduziram os três estudos descritos acima explicaram de forma diferente o mecanismo subjacente aos rearranjos no DNA. Por exemplo, as equipes de pesquisa de Egli e Nyakana acreditam que a maioria das mudanças observadas em embriões se deve a grandes deleções e rearranjos de regiões de DNA. No entanto, o grupo de Mitalipov afirmou que até 40% das alterações detectadas foram causadas pela chamada conversão gênica, na qual, como resultado de processos de reparo do DNA, uma sequência é copiada de um cromossomo em um par para reparar outro.
Mitalipov e seus colegas relataram resultados semelhantes em 2017, mas alguns cientistas estavam céticos sobre o fato de que a conversão gênica é comum em embriões. Os cientistas notaram o seguinte: em primeiro lugar, durante a conversão gênica, os cromossomos materno e paterno não estão localizados próximos um do outro e, em segundo lugar, as análises usadas pela equipe de pesquisa para determinar a conversão gênica podem revelar outras alterações cromossômicas, incluindo deleções.
Egli e seus colegas em sua pré-impressão queriam verificar experimentalmente a presença de conversão gênica, mas não conseguiram detectá-la. Burjo observa que os experimentos descritos na pré-impressão de Mitalipov são semelhantes aos conduzidos por sua equipe de pesquisa em 2017. De acordo com Jin-Soo Kim, geneticista da Universidade Nacional de Seul e coautor do preprint de Mitalipov, quebras de DNA em diferentes partes do cromossomo podem ser corrigidas de outra forma - esta, em sua opinião, é uma das soluções possíveis para o problema …
