CLIC NO PLAYER PARA OUVIR TEXTO
Tradução: Tradutor Google
Você já ouviu? Uma revolução tomou conta da comunidade científica. Em apenas alguns anos, os laboratórios de pesquisa em todo o mundo adotaram uma nova tecnologia que facilita a realização de alterações específicas no DNA de humanos, outros animais e plantas. Comparado às técnicas anteriores para modificar o DNA, essa nova abordagem é muito mais rápida e fácil. Essa tecnologia é conhecida como "CRISPR" e mudou não apenas a maneira como a pesquisa básica é conduzida, mas também a maneira como podemos pensar agora sobre o tratamento de doenças [1,2].O que é CRISPR
CRISPR é um acrônimo para Repetição Palindrômica Curta Regularmente Entre Espaços em Cluster. Este nome refere-se à organização única de sequências curtas e parcialmente palindrômicas de DNA encontradas nos genomas de bactérias e outros microorganismos. Embora aparentemente inócuas, as seqüências de CRISPR são um componente crucial do sistema imunológico [3] dessas formas simples de vida. O sistema imunológico é responsável por proteger a saúde e o bem-estar de um organismo. Assim como nós, as células bacterianas podem ser invadidas por vírus, que são pequenos agentes infecciosos. Se uma infecção viral ameaça uma célula bacteriana, o sistema imunológico do CRISPR pode impedir o ataque destruindo o genoma do vírus invasor [4]. O genoma do vírus inclui material genético necessário para que o vírus continue se replicando. Assim, destruindo o genoma viral,
Como funciona?
Figura 1 ~ As etapas da imunidade mediada por CRISPR. CRISPRs são regiões do genoma bacteriano que ajudam a se defender contra vírus invasores. Essas regiões são compostas de repetições curtas de DNA (diamantes pretos) e espaçadores (caixas coloridas). Quando um vírus anteriormente invisível infecta uma bactéria, um novo espaçador derivado do vírus é incorporado entre os espaçadores existentes. A sequência de CRISPR é transcrita e processada para gerar moléculas curtas de RNA de CRISPR. O RNA CRISPR se associa e guia o mecanismo molecular bacteriano para uma sequência alvo correspondente no vírus invasor. A maquinaria molecular corta e destrói o genoma viral invasor. Figura adaptada da Molecular Cell 54, 24 de abril de 2014 [5].
Entre as repetições curtas de DNA dos CRISPRs bacterianos, há seqüências variáveis semelhantes curtas chamadas espaçadores (FIGURA 1). Esses espaçadores são derivados do DNA de vírus que atacaram anteriormente a bactéria hospedeira [3]. Portanto, os espaçadores servem como uma 'memória genética' de infecções anteriores. Se ocorrer outra infecção pelo mesmo vírus, o sistema de defesa CRISPR cortará qualquer sequência de DNA viral correspondente à sequência espaçadora e, assim, protegerá a bactéria do ataque viral. Se um vírus anteriormente invisível ataca, um novo espaçador é criado e adicionado à cadeia de espaçadores e repetições.
O sistema imunológico CRISPR trabalha para proteger as bactérias contra ataques virais repetidos por três etapas básicas [5]:
Etapa 1) Adaptação - o DNA de um vírus invasor é processado em segmentos curtos que são inseridos na sequência CRISPR como novos espaçadores.
Etapa 2) Produção de RNA CRISPR - As repetições e espaçadores CRISPR no DNA bacteriano passam pela transcrição, o processo de cópia do DNA no RNA (ácido ribonucleico). Ao contrário da estrutura em hélice de cadeia dupla do DNA, o RNA resultante é uma molécula de cadeia única. Essa cadeia de RNA é cortada em pedaços pequenos chamados RNAs CRISPR.
Etapa 3) Direcionamento - Os RNAs CRISPR orientam o mecanismo molecular bacteriano para destruir o material viral. Como as seqüências de RNA CRISPR são copiadas das seqüências de DNA viral adquiridas durante a adaptação, elas correspondem exatamente ao genoma viral e, portanto, servem como excelentes guias.
A especificidade da imunidade baseada no CRISPR no reconhecimento e destruição de vírus invasores não é apenas útil para bactérias. Aplicações criativas desse sistema de defesa primitivo e elegante surgiram em disciplinas tão diversas quanto a indústria, a pesquisa básica e a medicina.
Quais são algumas aplicações do sistema CRISPR?
Na industria
As funções inerentes ao sistema CRISPR são vantajosas para processos industriais que utilizam culturas bacterianas. A imunidade baseada em CRISPR pode ser empregada para tornar essas culturas mais resistentes ao ataque viral, o que impediria a produtividade. De fato, a descoberta original da imunidade ao CRISPR veio de pesquisadores da Danisco, uma empresa da indústria de produção de alimentos [2,3]. Os cientistas da Danisco estudavam uma bactéria chamada Streptococcus thermophilus , usada para fazer iogurtes e queijos. Certos vírus podem infectar esta bactéria e danificar a qualidade ou quantidade dos alimentos. Foi descoberto que as sequências de CRISPR equiparam o S. thermophilus com imunidade contra esse ataque viral. Expandindo além de S. thermophilus para outras bactérias úteis, os fabricantes podem aplicar os mesmos princípios para melhorar a sustentabilidade e a vida útil da cultura.
No laboratório
Além das aplicações que abrangem as defesas imunológicas bacterianas, os cientistas aprenderam como aproveitar a tecnologia CRISPR no laboratório [6] para fazer alterações precisas nos genes de organismos tão diversos quanto moscas da fruta, peixes, ratos, plantas e até células humanas. Os genes são definidos por suas seqüências específicas, que fornecem instruções sobre como construir e manter as células de um organismo. Uma mudança na sequência de um único gene pode afetar significativamente a biologia da célula e, por sua vez, afetar a saúde de um organismo. As técnicas do CRISPR permitem que os cientistas modifiquem genes específicos, poupando todos os outros, esclarecendo assim a associação entre um determinado gene e suas conseqüências para o organismo.
Em vez de depender de bactérias para gerar RNAs CRISPR, os cientistas primeiro projetam e sintetizam moléculas curtas de RNA que correspondem a uma sequência de DNA específica - por exemplo, em uma célula humana. Então, como na etapa de direcionamento do sistema bacteriano, esse "RNA guia" transporta máquinas moleculares para o alvo de DNA pretendido. Uma vez localizada na região de DNA de interesse, a maquinaria molecular pode silenciar um gene ou até alterar a sequência de um gene (Figura 2)! Esse tipo de edição de genes pode ser comparado à edição de uma frase com um processador de texto para excluir palavras ou corrigir erros de ortografia. Uma aplicação importante dessa tecnologia é facilitar a criação de modelos animais com mudanças genéticas precisas para estudar o progresso e o tratamento de doenças humanas.
Figura 2 ~ Silenciamento e edição de genes com CRISPR. O RNA guia projetado para corresponder à região de DNA de interesse direciona a maquinaria molecular para cortar as duas cadeias do DNA alvo. Durante o silenciamento genético, a célula tenta reparar o DNA quebrado, mas geralmente o faz com erros que interrompem o gene - silenciando-o efetivamente. Para edição de genes, um modelo de reparo com uma mudança especificada na sequência é adicionado à célula e incorporado ao DNA durante o processo de reparo. O DNA alvo agora é alterado para carregar essa nova sequência.
Em medicina
Com sucessos iniciais no laboratório, muitos estão buscando aplicações médicas da tecnologia CRISPR. Uma aplicação é para o tratamento de doenças genéticas. A primeira evidência de que o CRISPR pode ser usado para corrigir um gene mutante e reverter os sintomas da doença em um animal vivo foi publicada no início deste ano [7]. Ao substituir a forma mutante de um gene por sua sequência correta em camundongos adultos, os pesquisadores demonstraram a cura para uma doença rara do fígado que poderia ser alcançada com um único tratamento. Além de tratar doenças hereditárias, o CRISPR pode ser usado no campo de doenças infecciosas, possivelmente fornecendo uma maneira de produzir antibióticos mais específicos que visam apenas as cepas bacterianas causadoras de doenças, poupando bactérias benéficas [8].
O futuro do CRISPR
Obviamente, qualquer nova tecnologia leva algum tempo para ser compreendida e aperfeiçoada. Será importante verificar se um RNA guia específico é específico para seu gene alvo, para que o sistema CRISPR não ataque por engano outros genes. Também será importante encontrar uma maneira de administrar terapias CRISPR no corpo antes que elas possam ser amplamente utilizadas na medicina. Embora ainda haja muito a ser descoberto, não há dúvida de que o CRISPR se tornou uma ferramenta valiosa na pesquisa. De fato, há empolgação suficiente no campo para justificar o lançamento de várias novas empresas de biotecnologia que esperam usar a tecnologia inspirada no CRISPR para tratar doenças humanas [8].
Ekaterina Pak é Ph.D. aluno do programa de Ciências Biológicas e Biomédicas da Harvard Medical School.
Referências:
1. Palca, J. Uma maneira CRISPR de corrigir genes defeituosos. (26 de junho de 2014) NPR < http://www.npr.org/blogs/health/2014/06/06/26/325213397/a-crispr-way-to-fix-faulty-genes > [29 de junho de 2014]
2. Pennisi, E. A mania do CRISPR. (2013) Science, 341 (6148): 833-836.
3. Barrangou, R., Fremaux, C., Deveau, H., Richards, M., Boyaval, P., Moineau, S., Romero, DA e Horvath, P. (2007). O CRISPR fornece resistência adquirida contra vírus em procariontes. Science 315, 1709-1712.
4. Brouns, SJ, Jore, MM, Lundgren, M., Westra, ER, Slijkhuis, RJ, Snijders, AP, Dickman, MJ, Makarova, KS, Koonin, EV e van der Oost, J. (2008). Pequenos RNAs CRISPR orientam a defesa antiviral em procariontes. Science 321, 960–964.
5. Barrangou, R. e Marraffini, L. Sistemas CRISPR-Cas: atualização de procariontes para imunidade adaptativa (2014). Molecular Cell 54, 234-244.
6. Jinkek, M. et ai. Endonuclease de DNA programável, guiada por RNA duplo, na imunidade bacteriana adaptativa. (2012) 337 (6096): 816-21.
7. O CRISPR reverte os sintomas da doença em animais vivos pela primeira vez. (31 de março de 2014). Notícias de Engenharia Genética e Biotecnologia. < http://www.genengnews.com/gen-news-highlights/crispr-reverses-disease-symptoms-in-living-animals-for-first-time/81249682/ > [27 de julho de 2014]
8. Pollack, A. Uma nova e poderosa maneira de editar o DNA. (3 de março de 2014). NYTimes < http://www.nytimes.com/2014/03/04/health/a-powerful-new-way-to-edit-dna.html?_r=0 > [16 de julho de 2014]
9. A técnica de edição de genes permite resistência ao HIV? < http://sitn.hms.harvard.edu/flash/waves/2014/gene-editing-technique-allows-for-hiv-resistance/ > [13 de junho de 2014]
