O CRISPR explora uma proteína chamada Cas9, que se conecta a um pedaço de RNA guia (do inglês prime editing guide RNA ou pegRNA) e procura sequências de DNA correspondentes no genoma de uma célula2. Como é fácil criar RNAs personalizados, a Cas9 pode ser programada para encontrar qualquer sequência desejada.
A parte "substituir" é mais problemática. A Cas9 geralmente é usada apenas para introduzir mutações que podem desativar um gene, cortando o DNA da célula2. Se um pedaço extra de DNA é adicionado ao mesmo tempo, às vezes é inserido no local do corte, mas isso normalmente funciona em menos de uma em cada 10 células3.
É por isso que muitos biólogos estão tentando melhorar o CRISPR. Anzalone e seus colegas alteraram a proteína Cas9 e a fundiram com outra para fazê-la funcionar de uma maneira diferente.
A estrutura de fita dupla do DNA ajuda as células3 a reparar algumas formas de dano: como as duas fitas são complementares, às vezes a célula2 pode corrigir um erro em uma referenciando a outra. Mas a Cas9 corta os dois fios, o que significa que a célula2 geralmente comete erros durante os reparos, introduzindo mutações que podem desativar um gene.
Com efeito, Anzalone tornou o CRISPR totalmente programável. A sequência do RNA guia determina o local de uma edição e a alteração a ser feita.
A equipe já usou o novo método para corrigir mutações em células3 humanas. "O que observamos foi notável", diz o líder da equipe David Liu, cuja abordagem de "edição de base" inspirou Anzalone. Há menos edições fora do alvo, diz ele, porque a edição agora envolve três etapas, ao invés de apenas uma.
O estudo publicado na revista Nature descreve a realização de mais de 175 edições em células3 humanas, incluindo inserções direcionadas, deleções e todos os 12 tipos de mutação5 pontual sem exigir quebras de fita dupla ou modelos de DNA de doadores.
A “edição avançada” foi aplicada em células3 humanas para corrigir com eficiência e com poucos subprodutos as principais causas genéticas da doença falciforme (exigindo uma transversão no gene HBB) e da doença de Tay-Sachs (exigindo uma exclusão no gene HEXA), para instalar uma transversão protetora no gene PRNP e inserir várias tags (sequências curtas de DNA complementar usadas como etiquetas para identificar um novo cDNA) e epítopos precisamente nos locais de destino.
O estudo concluiu que a “edição avançada” expande substancialmente o escopo e as capacidades da edição de genoma e, em princípio, pode corrigir cerca de 89% das variantes genéticas humanas patogênicas conhecidas.