Jacob Hoover
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Como um ninja molecular, a ferramenta de edição de genoma CRISPR-Cas9 corta segmentos ultraespecíficos de DNA para cortar pedaços indesejados de código genético. É um método preciso e promissor de edição genética amplamente utilizado em pesquisas científicas. E os cientistas esperam que um dia possa ser usado para remover seletivamente genes que resultam em problemas médicos como HIV, doença das células falciformes e câncer.
Infelizmente, um novo estudo publicado hoje (16 de julho) na revista Nature Biotechnology sugere que este dia pode estar mais longe do que o esperado - e que a habilidade de espadachim celular do CRISPR pode resultar em muito mais danos colaterais do que se pensava anteriormente.
Ao usar o CRISPR para editar o DNA em células derivadas de camundongos e humanas, os autores do estudo descobriram que grandes pedaços de DNA estavam sendo inadvertidamente deletados, reorganizados e sofrendo mutações tão severas que as células perderam a função em cerca de 15 por cento dos casos.
O estudo fornece o cálculo mais sistemático e severo do potencial dano genético causado pela manipulação do CRISPR até o momento, disse o autor do estudo Allan Bradley, líder sênior do grupo e diretor emérito do Instituto Wellcome Sanger, na Inglaterra. E os resultados podem ser motivo para repensar o uso da tecnologia em ambientes clínicos até que novas pesquisas possam ser feitas, disse ele..
"O CRISPR não é tão seguro quanto pensávamos", disse Bradley. "O processo de reparo do DNA não é 100 por cento infalível e pode haver problemas que precisam ser examinados mais detalhadamente."
Decifrando o código (abrir)
Quando você imagina o DNA, provavelmente pensa em uma dupla hélice - uma seqüência de letras torcida, em forma de escada, que carrega sua informação genética. Cada degrau da escada consiste em dois nucleotídeos ligados (pequenas moléculas orgânicas) conhecidos como um par de bases. Seu genoma completo contém cerca de 3 bilhões desses pares de bases, divididos entre 23 pares de cromossomos que estão presentes em todas as células do seu corpo.
A ordem precisa desses pares de bases constitui seu código genético único. Mutações neste código - digamos, se um par de bases estiver ausente ou de cabeça para baixo - podem fazer com que vários genes percam sua função, às vezes resultando em distúrbios genéticos como fibrose cística, hemofilia e muitos tipos de câncer.
O CRISPR foi projetado para eliminar defeitos genéticos ultraespecíficos como esses, cortando sequências direcionadas de DNA com uma enzima semelhante a um bisturi chamada Cas9. Depois que Cas9 separa o DNA no local designado, esse segmento de DNA naturalmente começa a se reparar. Por meio desse método, os genes problemáticos podem ser removidos rapidamente e, às vezes, sequências genéticas personalizadas podem até mesmo ser adicionadas ao local de quebra antes que o DNA se sele novamente.
Estudos anteriores do CRISPR não mostraram muitas mutações genéticas imprevistas causadas por essa ação precisa de corte, mas esses estudos podem não ter procurado suficientemente, disse Bradley.
"As consequências das [mutações induzidas por CRISPR] podem ser literalmente milhões de pares de bases de distância do local de quebra", disse Bradley.
Em seu novo estudo, Bradley e seus colegas usaram o CRISPR para editar uma série de células-tronco derivadas de camundongos e, em seguida, examinaram sistematicamente os pares de bases do DNA das células, movendo-se cada vez mais para longe do local do corte. Por meio dessa abordagem meticulosa, os pesquisadores descobriram que cerca de 15 por cento das células estudadas estavam sofrendo mutações tanto que perderam sua função.
"Na forma mais simples, essas mutações são exclusões de grandes quantidades de DNA", disse Bradley (em alguns casos, milhares de pares de bases de DNA desapareceram após serem manipulados pelo CRISPR). "Mas também existem versões muito mais complexas."
Por exemplo, disse Bradley, a equipe detectou casos em que sequências de código genético foram "embaralhadas" ou inseridas na fita ao contrário. Em alguns casos, longas sequências de DNA que deveriam estar a milhares de pares de bases foram inadvertidamente costuradas no local do corte CRISPR. Em outros casos, as sequências de código longe do local de corte - algumas localizadas a milhões de pares de bases de distância - sofreram mutações semelhantes.
Depois de olhar para muitos locais diferentes ao longo do DNA da célula, a equipe então se voltou para outros tipos de células, incluindo células-tronco derivadas de humanos cultivadas em laboratório, para ver se o padrão de dano se repetia. Suas observações permaneceram consistentes: cerca de 15 por cento das células manipuladas por CRISPR sofreram mutação involuntária de formas dramáticas.
Um corte aleatório
Em última análise, as consequências precisas dessas mutações são difíceis de estimar, pois diferentes tipos de células usam diferentes operações para reparar seu DNA..
"Porque você tem um processo de reparo aleatório de recomposição do DNA, acho que tudo é potencialmente possível quando você está olhando para bilhões de eventos diferentes", disse Bradley.
Então, o que isso significa para pesquisas futuras do CRISPR? Para Bradley, as descobertas deste estudo não devem desacreditar o CRISPR-Cas9 como uma ferramenta de pesquisa genética promissora, mas devem deixar os cientistas cautelosos ao pensar em usar a ferramenta de edição de genes em um ambiente clínico..
Maria Jasin, pesquisadora do Memorial Sloan Kettering Cancer Center que não esteve envolvida no estudo, concordou. "Este estudo mostra que mais pesquisas e testes específicos são necessários antes que o CRISPR-Cas9 seja usado clinicamente", disse Jasin em um comunicado.