A tecnologia de edição de genes usando o sistema CRISPR-Cas9 pode levar a muitas mutações indesejadas. Esta conclusão foi alcançada por cientistas do Centro Médico da Universidade de Columbia. "Lenta.ru" fala sobre um novo estudo, cujos resultados foram publicados na revista Nature Methods.
CRISPR / Cas9 é um mecanismo molecular que existe dentro das bactérias e permite que elas lutem contra vírus com bacteriófagos. CRISPRs são "cassetes" dentro do DNA de um microrganismo, que são compostos de seções repetidas e sequências únicas chamadas espaçadores. Os últimos são fragmentos de DNA viral. Em essência, o CRISPR pode ser pensado como um banco de dados contendo informações sobre os genes de agentes patogênicos. A proteína Cas9 usa essa informação para identificar corretamente o DNA estranho e torná-lo inofensivo, cortando em um local específico.
A precisão do CRISPR / Cas9 permite que ele seja usado como uma ferramenta de edição de genes muito mais eficiente do que os métodos existentes anteriormente. Os pesquisadores inserem um cassete de DNA contendo o gene da proteína Cas9 e uma região codificadora de uma molécula de RNA alvo especial (sgRNA) na célula, em cujo genoma serão feitas alterações. Este último pode se anexar a um local específico no genoma, indicando ao Cas9 onde cortar. Você pode então inserir o gene ou grupo de genes desejado na lacuna, criando uma célula modificada.
A vantagem do CRISPR / Cas9 é que ele pode fazer alterações precisas, reduzindo o número de cortes indesejados (efeitos fora do alvo) em outras partes do genoma. Além disso, economiza tempo e dinheiro - ao contrário de outros métodos amplamente utilizados que usam enzimas nuclease. O sistema CRISPR é mais adequado para situações em que vários genes defeituosos precisam ser corrigidos de uma vez, uma vez que requer apenas a síntese do sgRNA correspondente. No caso das nucleases, para cada sítio específico do DNA, é necessário montar sua própria enzima específica, que é mais longa e cara.
CRISPR / Cas9 Crédito de imagem artística: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
A tecnologia rapidamente se tornou popular, não apenas entre os cientistas, mas também na cultura popular. Por exemplo, ele aparece na trama de alguns episódios da nova temporada de Arquivo X como uma arma de destruição em massa. O diretor de inteligência nacional dos EUA, James Clapper, também expressou sua preocupação, que acredita que a engenharia genética é uma ameaça. No entanto, qualquer tecnologia é perigosa se usada incorretamente. Por exemplo, o uso inepto e frequente de antibióticos, que salvou a vida de centenas de milhares de pessoas, está alimentando o surgimento de superbactérias resistentes aos antimicrobianos.
Apesar da ficção, o CRISPR / Cas9 por si só, como os antibióticos, não pode ser usado como arma de destruição de pessoas. Mas você pode criar organismos modificados, como mosquitos, que espalharão o gene defeituoso em sua população, o que pode levar a uma forte diminuição no número de insetos sugadores de sangue. Os biólogos estão insistindo em ser extremamente cuidadosos com essas aplicações.
As células imunológicas atacam o crescimento canceroso Foto: Steve Gschmeissner / Biblioteca de fotos da ciência
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Ao mesmo tempo, muitas biotecnologias acreditam que a tecnologia tornará possível tratar com sucesso doenças perigosas, incluindo aquelas causadas por causas genéticas. Por exemplo, no final de 2016, a China já havia experimentado o tratamento agressivo do câncer de pulmão. As células imunológicas do paciente foram removidas e o gene que suprime a luta contra os tumores malignos foi desativado. O procedimento de modificação do genoma foi bem-sucedido e as células foram reintroduzidas no corpo do paciente.
CRISPR / Cas9 tem suas desvantagens. Assim, o DNA quebrado por "tesouras" moleculares perde parte da sequência, o que impede a edição de "pontos", ou seja, a substituição de um único nucleotídeo. Os biotecnologistas estão criando versões aprimoradas do sistema ao superar essas limitações. Por exemplo, pesquisadores sul-coreanos combinaram a enzima Cas9 com outra proteína, a citidina desaminase. Isso ensinou CRISPR / Cas9 a fazer substituições de nucleotídeo único.
No entanto, há outro problema. O fato é que essa tecnologia também pode introduzir mutações indesejadas, e os cientistas ainda não entendem completamente como isso pode ser eliminado. Quando se trata de tratamento de pessoas, o risco ainda é excessivamente alto: alterações colaterais no genoma podem prejudicar muito a saúde.
Certos algoritmos podem prever onde substituições desnecessárias no genoma podem ser feitas. Eles funcionam muito bem quando o CRISPR modifica células ou tecidos individuais, mas não são usados quando se trata de organismos vivos.
Estrutura CRISPR / Cas9 Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute
Por exemplo, biotecnólogos da Universidade de Columbia usaram tecnologia para remover mutações que desencadeiam a retinite pigmentosa. Para isso, células da pele foram retiradas do paciente e reprogramadas em células-tronco. O defeito foi então corrigido com um cassete CRISPR. Essas células modificadas podem ser convertidas em células da retina e transplantadas em um paciente para restaurar a visão.
Além disso, os mesmos cientistas criaram camundongos geneticamente modificados, que foram injetados com CRISPR no estágio de zigoto. Os pesquisadores então sequenciaram (determinaram a sequência de nucleotídeos) todo o genoma dos camundongos. Embora o CRISPR tenha corrigido com sucesso um gene no qual o defeito causava cegueira, ele também introduziu mais de 1.500 mutações de nucleotídeo único e mais de 100 deleções (deleções de seções curtas) e inserções. Nenhuma dessas mudanças indesejadas foi prevista por algoritmos de computador.
A modificação do genoma é uma boa maneira de tratar doenças hereditárias que atualmente são incuráveis. De acordo com Stephen Tsang, ele e seus co-autores acreditam que é importante para os cientistas da engenharia genética estarem cientes dos perigos potenciais de mutações indesejadas que surgem durante a edição do DNA. Essas mutações incluem substituições de nucleotídeos nas regiões codificantes do genoma e em regiões não codificantes, onde os elementos reguladores estão localizados (eles controlam a atividade dos genes).
Apesar das mutações, os ratos se deram bem. Os biotecnologistas permanecem otimistas sobre a terapia genética, uma vez que qualquer intervenção médica tem efeitos colaterais. Você só precisa saber o que são. No futuro, isso vai melhorar a tecnologia para minimizar os efeitos fora do alvo.
Alexander Enikeev
