Nova técnica de edição genética pode consertar defeitos com menores chances de erros – Scientific American Brasil
Nova técnica de edição genética pode consertar defeitos com menores chances de erros
Ferramenta apelidada "prime editing" pode eventualmente corrigir quase qualquer tipo de mutação, mas ainda são necessários muitos testes antes de entrar em uso clínico
O método de edição genética CRISPR revolucionou a biologia, dando aos cientistas a habilidade de modificar genes para tratar ou prevenir doenças genéticas, além da capacidade de criar uma série de novos animais e plantas geneticamente modificados. Mas a técnica — que utiliza uma enzima chamada nuclease que age como uma tesoura molecular para "cortar" o DNA — pode causar efeitos colaterais. Essas quebras na fita dupla do DNA podem resultar na inserção ou na exclusão de material genético indesejável, o que pode ter consequências negativas, como a ativação de genes que causam câncer. A maioria das mutações não são corrigidas facilmente, ou seja, sem o risco de criar esses produtos genéticos não intencionais.
Em 2016, uma equipe liderada pelo professor David Liu, do Broad Institute — uma parceria entre a Universidade Harvard e o Massachusetts Institute of Technology (MIT) — desenvolveu um novo método, chamado "base editing" (edição de bases, em tradução livre), que permite aos cientistas fazer edições precisas em letras do DNA, sem precisar de cortes na fita dupla. Essa técnica, porém, só pode ser usada para consertar quatro dos 12 tipos de mutações genéticas existentes, como inserções, deleções ou combinações dos dois.
Agora, a equipe de Liu, que inclui o pós-doutorando Andrew Anzalon, desenvolveu uma nova ferramenta de edição genética que evita essas quebras de fita dupla e pode corrigir todos os 12 tipos de mutações. Os pesquisadores usaram sua nova técnica, apelidada de "prime editing" ("edição de qualidade", em tradução literal), em células humanas cultivadas em laboratório para corrigir defeitos genéticos que causam a doença das células falciformes e a doença de Tay-Sachs, segundo um estudo publicado segunda-feira na revista Nature.
Eles dizem que o novo método é mais eficiente que o CRISPR tradicional (exceto em alguns tipos de células) e tem menos efeitos colaterais indesejados. Em princípio, ele poderia corrigir cerca de 89% dos defeitos genéticos humanos conhecidos que causam doenças, embora ainda seja uma técnica muito nova e exija muitas outras pesquisas antes que possa ser usada em tratamentos de seres humanos.
"No geral, a criação do prime editing é algo para todos os editores de genes comemorarem", diz Fyodor Urnov, professor de biologia molecular e celular na Universidade da Califórnia em Berkeley, e diretor científico de tecnologia e tradução no Instituto de Genômica Inovadora, uma parceria entre a UC Berkeley e a Universidade da Califórnia, San Francisco. "O prime editing é, talvez, uma maneira excepcionalmente poderosa de reparar genes", diz Urnov, que não esteve envolvido no estudo, mas foi revisor do artigo. No entanto, ele adverte que "em termos práticos, ainda está muito no começo".
O prime editing consiste em dois componentes, uma proteína e uma molécula de RNA. A proteína é uma combinação entre uma versão modificada da enzima Cas9, presente na CRISPR comum, com uma segunda enzima chamada transcriptase reversa. A molécula de RNA é de um RNA guia modificado, chamado pegRNA, que especifica o local a ser editado no DNA e serve como modelo para a edição desejada. No local de destino, a Cas9 modificada faz um corte em uma fita do DNA, e a transcriptase reversa copia diretamente o pegRNA em uma nova fita de DNA anexada nesse ponto, letra por letra. Isso cria um "retalho" extra de DNA com a sequência editada. O editor prime, então, corta o fio não editado e o substitui pelo editado.
"Se as nucleases [como a Cas9] são como tesouras, e os editores de base são como lápis, os editores prime são como processadores de texto", diz Liu. Eles servem para uma espécie de função de "pesquisar e substituir" no DNA.
Anzalone e sua equipe compararam o prime editing com o mecanismo usual de reparo de DNA usado pelo CRISPR, e descobriram que o novo método é mais eficiente (o que significa que, nos experimentos, ele editou com sucesso uma proporção maior de células), além de produzir muito menos inserções e deleções. Com o prime editing, a equipe conseguiu atingir uma eficiência de 20% a 50% — e, em alguns casos, até 78%, dependendo do tipo de célula. Para certas doenças, como a célula falciforme, até mesmo 25% ou 30% de eficiência podem aliviar alguns dos sintomas. Em outras, como na fibrose cística, uma eficiência muito maior é exigida.
Sabe-se que a enzima Cas9, do CRISPR, tem efeitos não intencionais em vários locais do genoma. Os pesquisadores mostraram que o prime editing causa menos efeitos indesejados nesses mesmos locais. Eles acham que isso ocorre porque enquanto a Cas9 exige apenas uma instância de pareamento de bases no DNA, o prime editing exige três, o que significa que há uma menor probabilidade de atingir pares aleatórios que possam ter efeitos indesejados.
Outros pesquisadores elogiaram a nova abordagem, embora tenham notado que a técnica ainda está em seus estágios iniciais. Feng Zhang, um dos pioneiros no uso de CRISPR que também atua no Broad Institute, mas não participou do estudo, classifica o prime editing como "uma abordagem criativa que amplia ainda mais a gama de mudanças genéticas que podem ser feitas". Zhang é co-fundador das empresas Editas Medicine e Beam Therapeutics, que estão desenvolvendo terapias baseadas em CRISPR.
Jussi Taipale, professor de bioquímica da Universidade de Cambridge, classifica como um "grande avanço" que "vai de uma ferramenta de corte de genoma para uma verdadeira ferramenta de edição de genoma".
"É emocionante ver outra técnica na caixa de ferramentas da CRISPR-Cas9!", acrescenta Jennifer Doudna, pioneira no uso da CRISPR na U.C. Berkeley, que não foi coautora do estudo, mas colabora com o laboratório de Liu. Doudna é cofundadora da Caribou Biosciences, Editas Medicine, Scribe Therapeutics e Mammoth Biosciences — todas empresas que trabalham com a tecnologia CRISPR.
Como toda nova técnica, o prime editing tem suas limitações, que terão que ser superadas antes que os cientistas possam considerar usá-lo em seres humanos. Por um lado, os pesquisadores precisam descobrir como levar a ferramenta às células do corpo de maneira a alcançar as células pretendidas com segurança e eficácia. Anzalone e seus colegas exploraram métodos de entrega viral e não viral em seu estudo, e planejam realizar pesquisas adicionais em animais.
Outra questão é se a enzima e o RNA modificados podem ativar o sistema imunológico do corpo, diz Urnov. O RNA é originalmente de bactérias e a enzima é de um vírus; portanto, os dois são "uma quimera do tipo que nunca vimos", acrescenta. O CRISPR clássico também enfrenta desafios semelhantes.
A introdução de uma enzima transcriptase reversa também pode copiar outro RNA da célula no DNA que pode ser incorporado ao genoma, causando efeitos indesejados, diz Zhang.
Por fim, há a questão da eficiência. Zhang diz que os resultados alcançados são promissores, mas precisarão ser aprimorados em certos tipos de células específicas de algumas doença.
É provável que o prime editing não substitua técnicas como CRISPR ou edição de base. "Editores do tipo nuclease [como a Cas9], editores de base e editores prime têm pontos fortes e fracos", observa Liu. "Prevemos que as três classes terão papéis importantes na medicina e na pesquisa", diz ele.
Urnov compara as diferentes ferramentas de edição de genes a raças de cães — cada uma com suas próprias funções especializadas. Por exemplo, os border collies são ótimos para pastorear ovelhas, enquanto os pastores alemães são bons cães policiais. Quando se trata de edição de genes, ele diz: "Sinceramente, acho que não temos dados suficientes para saber qual 'cachorro' será mais amplamente usado."