A ferramenta genética mais afiada da história e que rendeu o Prêmio Nobel

Você sabia que uma das maiores descobertas desse século foi resgatada de um artigo científico da década de 80?? Pois é, foi a partir de lá que as cientistas Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna, prestaram atenção em um mecanismo de defesa das bactérias que até o momento ninguém tinha dado tanta relevância ao assunto. Ou seja, era uma jóia adormecida, ou como chamamos de um Sleeping Beauty, que nada mais é que um artigo científico com uma informação valiosíssima e que ninguém havia reconhecido o poder daquela informação por vários anos. Tão valioso que rendeu o prêmio nobel em 2020!

Foi com esse estudo e alguns poucos estudos relacionados das próximas décadas que elas pensaram na possibilidade de usar o mecanismo de defesa das bactérias como ferramenta para modificar o genoma de um organismo de uma forma bem mais precisa e segura das que existem atualmente. Essa tecnologia inovadora incendiou o mundo científico, reinventando a pesquisa genética e possibilitando a realização de microcirurgias no DNA, ao nível molecular do material genético de qualquer ser vivo! Agora é possível desativar genes, corrigir doenças genéticas ou inserir genes para criar modelos animais de doenças humanas.

Para entendermos isso, precisamos primeiro entender do que se trata esse mecanismo de defesa das bactérias. Nós sabemos que alguns vírus adoram atacar bactérias. Eles os infectam, usando-os para se multiplicarem. Mas as bactérias podem revidar. Usando uma tesoura molecular, as bactérias cortam um pedaço de DNA de um vírus invasor. Eles guardam esta “lembrança” do seu inimigo na chamada região CRISPR do seu próprio DNA, que contém muitas dessas lembranças. São equivalentes a carimbos num cartão de registo de vacinas, registando efectivamente que a bactéria está agora imunizada contra o ataque dos vírus que tem na sua coleção. Caso um dos vírus apareça novamente, a bactéria utiliza rapidamente a “lembrança”, como modelo para gerar cópias feitas de RNA.

Estas são a base da arma antivírus letal e altamente específica da bactéria. A arma é então ativada pela adição de um pequeno pedaço adicional e essencial de RNA, juntamente com um subconjunto da enzima chamada Cas9. Como um míssil teleguiado, este complexo procura uma correspondência exata no genoma do vírus. Somente depois de fixar a sequência correspondente no vírus, o Cas9 atua como uma tesoura molecular, cortando a dupla hélice do DNA do vírus, incapacitando-o para sempre.

Ok, essa é a forma como a bactéria se defende dos vírus, mas como podemos usar isso na medicina, pesquisa, sistema agrícola, nos ecossistemas, etc?

Vamos lá, O sistema CRISPR-Cas9 consiste em duas partes principais:

  • RNA guia que é uma sequência de RNA projetada para se ligar a uma sequência específica de DNA no genoma-alvo.
  • Enzima Cas9: Uma enzima que age como uma “tesoura molecular”, capaz de cortar o DNA.
  • O primeiro passo na utilização do CRISPR-Cas9 é projetar um RNA guia que corresponda à sequência específica do DNA que se deseja editar. Essa sequência é única para o local-alvo do genoma.
  • O RNA guia é introduzido na célula juntamente com a enzima Cas9. Dentro da célula, o RNA guia procura a sequência correspondente no DNA.
  • Quando o RNA guia encontra a sequência correta no DNA, ele se liga a ela.
  • Uma vez que o RNA guia está ligado ao DNA-alvo, a enzima Cas9 se liga ao complexo RNA-DNA.
  • A Cas9 então corta as duas fitas do DNA exatamente no local-alvo.
  • Após o corte, a célula tenta reparar o DNA cortado. É nesta fase que a edição genética ocorre. Existem dois principais caminhos de reparo:
    • Reparo por Junção Não Homóloga (NHEJ): Um processo de reparo “rápido e sujo”, muitas vezes resultando em inserções ou deleções aleatórias no local do corte, podendo desativar um gene.
    • Reparo Homólogo Dirigido (HDR): Um processo mais preciso que utiliza um template de DNA fornecido, permitindo a inserção de novas sequências de DNA no local do corte.
  1. Resultados
  • O resultado é uma alteração precisa no genoma, que pode incluir a desativação de um gene, a correção de uma mutação genética ou a inserção de um novo gene.

Aplicações e Implicações

  • O CRISPR-Cas9 abriu um vasto leque de possibilidades na pesquisa genética, medicina, agricultura e biotecnologia.
  • Ele tem sido usado para entender melhor doenças genéticas, desenvolver novas terapias, melhorar culturas agrícolas, e até mesmo em pesquisas básicas em biologia.

Considerações Éticas e de Segurança

  • Apesar de sua eficácia, o uso do CRISPR-Cas9 levanta questões éticas significativas, especialmente em relação à edição de genes humanos.
  • Também existem preocupações com possíveis erros ou efeitos off-target (alterações não intencionais em outras partes do genoma).

Em resumo, o CRISPR-Cas9 é uma ferramenta poderosa e versátil que revolucionou a ciência genética, mas seu uso requer considerações cuidadosas tanto éticas quanto práticas.

Este nível sem precedentes de precisão e versatilidade acelerou enormemente o ritmo da pesquisa e desenvolvimento genético. Abriu possibilidades ilimitadas para o tratamento de doenças genéticas, a criação de organismos geneticamente modificados e até mesmo a erradicação total de certas pragas ou doenças perigosas!

[Benefícios e Aplicações]
Anfitrião: (Excitado) Os benefícios e aplicações do CRISPR-Cas9 são simplesmente estonteantes. Imagine um mundo onde possamos erradicar doenças genéticas, como a fibrose cística ou a anemia falciforme, reparando ou substituindo genes defeituosos. Doenças que antes eram consideradas incuráveis poderão em breve tornar-se coisa do passado, graças à incrível precisão do CRISPR-Cas9!

Mas a edição genética não para por aí! Estamos à beira de uma nova era na agricultura, onde as culturas podem ser modificadas para resistir a pragas ou sobreviver em condições adversas. Isto significa maior segurança alimentar e redução da dependência de pesticidas nocivos. Poderíamos até projetar culturas para produzir rendimentos mais elevados ou maior valor nutricional, ajudando a aliviar a escassez de alimentos e a desnutrição em todo o mundo.

Anfitrião: (pensativo) Com tanto poder revolucionário ao nosso alcance, é crucial abordar as considerações éticas e as controvérsias que cercam a edição genética. A capacidade de manipular genes também levanta preocupações sobre consequências não intencionais, tais como mutações genéticas não intencionais ou efeitos “fora do alvo”. Devemos proceder com cuidado, assegurando testes e regulamentação rigorosos para minimizar os riscos e manter a confiança do público.

Além disso, temos de lidar com questões morais como o consentimento de indivíduos cujo material genético está a ser editado, o potencial para design de bebês, o qual você pode ver mais sobre no link no final deste vídeo, além das implicações da alteração da nossa herança genética partilhada. Embora as possibilidades sejam inspiradoras, devemos abordar esta tecnologia com grande responsabilidade, garantindo que os benefícios superam quaisquer riscos potenciais ou preocupações éticas.

Agora, vamos explorar os desenvolvimentos atuais e futuros na pesquisa CRISPR-Cas9. Os cientistas estão continuamente refinando e melhorando o sistema, tornando-o ainda mais preciso e eficiente. Eles também estão explorando ferramentas adicionais de edição de genes, como CRISPR-Cpf1 e edição de base, que aumentam a gama de modificações genéticas possíveis.

Para além da saúde humana e da agricultura, o CRISPR-Cas9 está a ser aproveitado para combater doenças como a malária, através da criação de mosquitos geneticamente modificados que são incapazes de transmitir o parasita. Na investigação do cancro, está a ser utilizado de formas inovadoras para atingir e destruir células cancerígenas com notável precisão.

Senhoras e senhores, a revolução na edição genética impulsionada pelo CRISPR-Cas9 está remodelando as esferas da saúde, da agricultura e muito mais. Estamos à beira de descobertas transformadoras que têm o potencial de melhorar vidas e revolucionar indústrias inteiras. No entanto, devemos abordar esta tecnologia com cautela, sempre atentos às considerações éticas e à necessidade de uma supervisão adequada.

Junte-se a nós na próxima vez, enquanto continuamos a trazer a você os avanços mais sensacionais em ciência e tecnologia. Lembre-se, o futuro é agora e cabe a nós garantir que seja um futuro que possamos abraçar com orgulho!

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referencias

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3316184

https://www.science.org/doi/10.1126/science.1258096

20 de janeiro de 2024

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