por Cesar Baima
25/10/2017 15:00 / Atualizado 25/10/2017 15:45
RIO - Apontada como um dos maiores avanços da ciência nos últimos anos, a técnica de edição genética conhecida pela sigla CRISPR deu aos cientistas uma maneira relativamente simples, eficiente e barata de manipular o DNA. Isto possibilitou pesquisas mais amplas sobre a influência dos genes na saúde e na doença e despertou a esperança de novas e revolucionárias terapias para uma miríade de condições causadas por mutações genéticas, muitas delas fatais ou debilitantes e atualmente sem tratamento ou cura. Agora, pesquisadores anunciam o desenvolvimento de novas versões da CRISPR que permitem alterar uma única “letra” do DNA no lugar de trechos do código genético, assim como fazer modificações só no RNA, outro tipo de informação genética usada pelos organismos para comandar os processos que nos mantêm vivos.
Autêntico “livro da vida”, o DNA traz todas as informações necessárias
para a criação desde uma simples bactéria a um complexo ser humano. E este
“livro” é todo “escrito” usando praticamente só quatro “letras”: as moléculas
citosina (C), adenina (A), guanina (G) e timina (T), também conhecidas como
nucleotídeos. Além disso, estas moléculas se agrupam em pares restritos, de
forma que a citosina se une apenas com a guanina e a adenina com a timina,
formando as unidades básicas do DNA, os chamados “pares-base” C-G, G-C, A-T e
T-A. Por fim, unidos em formato de hélice dupla, estes pares-base compõem a
grande molécula do DNA, como os degraus de uma enorme escada espiral que ao
microscópio enxergamos como os chamados cromossomos.
Cada organismo, da bactéria ao ser humano, tem seus próprios conjuntos
de cromossomos com uma sequência única destes pares-base (e por isso a ordem é
importante, isto é, numa estrutura de hélice dupla como a do DNA, C-G é
diferente de G-C). Mas esta sequência não é permanente. Devido a fatores
ambientais ou internos, ela sofre constantes alterações, as chamadas mutações
genéticas. A grande maioria destas mutações é prontamente “corrigida” por
mecanismos dentro da própria célula, inofensiva e por vezes até vantajosa,
alimentando o processo de evolução por meio da seleção natural. Mas algumas
também estão por trás de diversas doenças, do câncer ao mal de Parkinson,
passando por condições físicas e psiquiátricas que vão desde distúrbios
sanguíneos como a beta-talassemia à esquizofrenia e transtornos de espectro
autista.
Até agora, os cientistas identificaram mais de 50 mil mutações genéticas
associadas a doenças. Muitas, como o câncer, esquizofrenia e autismo, são
poligênicas, isto é, provocadas por múltiplas alterações em vários genes. Mas
algumas, como a citada beta-talassemia e certas formas de Parkinson, são
causadas pela variação de apenas uma “letra” do DNA em um determinado gene que
faz com que, por exemplo, uma proteína seja fabricada de maneira defeituosa.
São as chamadas “mutações pontuais”, das quais cerca de 32 mil já foram ligadas
ao surgimento ou maior propensão ao desenvolvimento de diversos males.
E são justamente as doenças causadas por estas mutações pontuais o
principal alvo do grupo de pesquisadores liderado por David Liu, da
Universidade de Harvard, EUA. No início do ano passado, a equipe de Liu já
tinha relatado a criação de uma “versão” da CRISPR capaz converter pares-base
C-G em T-A alterando quimicamente apenas um dos nucleotídeos, sem a necessidade
de “abrir e cortar” a molécula de DNA como na forma “convencional” de uso desta
ferramenta de edição genética.
Mas apenas 14% das 32 mil mutações pontuais causadoras de doenças podem ser corrigidas trocando um par C-G por um T-A. A correção da maior parte das mutações pontuais associadas a doenças (48%) depende de fazer a conversão inversa, isto é, um par A-T para um G-C. E é exatamente a criação de uma maneira de realizar esta troca quimicamente, novamente sem a necessidade de “abrir” a molécula do DNA, e, com ajustes, poder fazer todo tipo de transição direta dos nucleotídeos (isto é, sem mudar sua ordem) – C para T, T para C, A para G, e G para A - que Liu e equipe relatam na edição desta quarta-feira da prestigiada revista científica “Nature” com o desenvolvimento do que batizaram de “editores de base de adenina” (ABEs, na sigla em inglês).
- A edição genética convencional da CRISPR desfaz a hélice do DNA, então
a edição de base é uma solução mais eficiente e segura para corrigir estas
mutações pontuais – disse Liu em teleconferência promovida pela “Nature” para
discutir a descoberta com jornalistas. - É basicamente a diferença entre usar
uma tesoura e um lápis. Para algumas aplicações, como a edição de trechos
maiores de DNA, a tesoura é uma ferramenta melhor. Mas para outras, como a
alteração de apenas um par-base, um lápis é melhor.
O maior obstáculo encontrado inicialmente pelos cientistas para fazer as conversões A-T para G-C, e que acabou se mostrando uma certa vantagem, é que, diferentemente do que acontece com as alterações C-G para T-A, não existem enzimas naturais capazes de realizar esta reação química, conhecida como deaminase da adenina, diretamente no DNA. Diante disso, Nicole Gaudelli, pós-doutoranda no laboratório de Liu e primeira autora do artigo na “Nature”, teve que criar praticamente “do zero” e testar uma biblioteca de enzimas que poderiam fazer este trabalho, chegando ao grupo que foi batizado como ABEs.
Guiadas para o ponto específico da sequência de DNA por uma versão da
ferramenta de edição genética CRISPR que teve sua capacidade de “abrir e
cortar” a hélice removida, estas enzimas mudam a adenina (A) para um outro tipo
de nucleotídeo conhecido como inosina (I), mas que a célula lê como se fosse
uma guanina (G). E frente ao que para ela parece um “erro de combinação” dos
pares-base, a própria célula se encarrega de trocar a timina (T) do outro lado
por uma citosina (C), completando a conversão.
- Foi graças à persistência de Nicole nos últimos dois anos que chegamos
a estas enzimas – reconheceu Liu. - Como a natureza não tem enzimas capazes de
fazer a deaminase da adenina, talvez nossas células não tenham evoluído
mecanismos para reconhecer a inosina e remover esta modificação.
Já outro grupo de cientistas liderado por Feng Zhang, do Instituto
Broad, parceria entre a Universidade de Harvard e o Instituto de Tecnologia de
Massachusetts (MIT), também nos EUA, divulgou nesta quarta o desenvolvimento de
uma versão da CRISPR para fazer alterações no RNA. Este tipo de código genético
em geral atua como um “mensageiro” do DNA do núcleo para o resto da célula,
além de ser responsável por reconhecer e transportar os aminoácidos que serão
unidos para fabricar as proteínas nas “receitas” determinadas pelos genes.
Assim, as modificações feitas com esta versão, batizada “Repair”
(conserto em inglês, numa tradução livre), podem ser apenas temporárias ou
localizadas, diferentemente do caráter permanente e abrangente da manipulação
do DNA nuclear, ou feitas em estruturas e processos paralelos a ele também
associadas com doenças.
- A Repair pode consertar mutações sem mexer no genoma, e como o RNA se
degrada naturalmente, é um conserto potencialmente reversível – resume David
Cox, estudante de graduação no laboratório de Zhang e um dos coautores de
artigo que relata o desenvolvimento da ferramenta, divulgado nesta quarta de
forma adiantada pela revista “Science” numa incomum parceria com a publicação
do estudo sobre os editores de base na “Nature”, o que mostra a importância de
ambos avanços.
Imagina-se que tal capacidade possa permitir, por exemplo, uma
diminuição temporária da resposta inflamatória em resposta a uma cirurgia,
facilitando a recuperação, ou localizada dos neurônios a determinadas
condições, ajudando a prevenir o Alzheimer, ação que poderia ser extremamente
maléfica se feita de forma generalizada e/ou permanente. Além disso, a
manipulação do RNA no lugar do DNA pode ser uma via mais rápida para o desenvolvimento
de tratamentos para condições provocadas por mutações pontuais que afetem a
fabricação de proteínas do que os ABEs, trazendo, se não a cura definitiva,
alívio nos sintomas de doenças como o próprio mal de Parkinson, distrofia
muscular de Duchenne e alguns tipos de epilepsia, entre outras.
CB
