Rudolf Cole
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Um gene drive é um tipo de técnica de engenharia genética que modifica os genes para que não sigam as regras típicas da hereditariedade. Os impulsos genéticos aumentam drasticamente a probabilidade de que um determinado conjunto de genes seja passado para a próxima geração, permitindo que os genes se espalhem rapidamente por uma população e substituam a seleção natural. Graças ao CRISPR-Cas9, a tecnologia de edição de genes aproveitada de bactérias, as unidades de genes estão se tornando mais fáceis de serem construídas pelos pesquisadores.
Com a tecnologia do gene drive "você pode modificar a trajetória evolutiva. Você pode causar a extinção", disse Andrea Crisanti, geneticista do Imperial College London. Esta pode ser uma forma eficaz de erradicar espécies nocivas, como os mosquitos causadores da malária. Mas os cientistas ainda estão trabalhando para determinar os potenciais impactos ecológicos e ambientais mais amplos do uso de drives genéticos para eliminar uma espécie inteira.
Como funcionam os impulsos genéticos?
Uma unidade genética consiste em três componentes principais: o gene que você deseja espalhar; a enzima Cas9 que pode cortar o DNA; e CRISPR, uma sequência de DNA que identifica onde a enzima deve cortar. O material genético que codifica esses três elementos é inserido no DNA de um animal, no lugar do gene que ocorre naturalmente que você deseja substituir em ambos os cromossomos.
O poder do gene drive é que ele rompe as leis da hereditariedade, disse Crisanti. Na hereditariedade normal, há 50% de chance de que qualquer gene específico seja passado dos pais para os filhos. A tecnologia de acionamento do gene transforma 50% de chance em quase 100% de garantia.
Quando um animal portador do pacote de estímulo gênico se acasala com um animal que não o faz, sua prole obtém uma cópia do DNA de um dos pais: uma versão natural e uma versão impulsionada pelo gene. Quando o espermatozóide encontra o óvulo e os cromossomos dos diferentes pais se alinham pela primeira vez, o CRISPR no DNA que conduz o gene é ativado. Ele reconhece a cópia do gene natural no cromossomo oposto e direciona a enzima Cas9 de corte de DNA para cortar a cópia natural antes que o desenvolvimento embrionário comece.
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Assim que o gene natural é danificado, o mecanismo especial de reparo da célula é acionado. O mecanismo de reparo restaura o DNA ausente, mas usa o cromossomo intacto, que carrega o impulso do gene, como seu modelo. Assim, quando o reparo é concluído, ambos os cromossomos carregam uma cópia do impulso do gene. A partir desse ponto, duas cópias do gene drive estarão em cada célula e o animal passará o gene drive para a próxima geração.
E assim o processo continua. Cada vez que o impulso é passado, o CRISPR corta a versão natural do gene, a maquinaria de reparo celular intervém e uma cópia do gene torna-se duas. Em apenas algumas gerações, o novo gene se torna onipresente na população, às vezes substituindo totalmente o gene que ocorre naturalmente.
Mosquitos geradores de genes
Em 2018, Crisanti e seus colegas publicaram um estudo na revista Nature Biotechnology descrevendo como a tecnologia de geração de genes pode causar o colapso da população de Anopheles gambiae, a espécie de mosquito que causa a malária. O grupo construiu uma unidade genética que mudaria um gene relacionado ao sexo e perturbaria a fertilidade feminina. O gene drive com o gene danificado da fertilidade feminina se espalhou por 100% da população de teste em apenas sete gerações. A espécie não conseguiu acasalar e a população entrou em colapso. Alguns pesquisadores acreditam que essa pode ser a abordagem que finalmente exterminará a malária - uma doença brutal responsável por causar 280 milhões de doenças e 405.000 mortes em todo o mundo em 2018, de acordo com a Organização Mundial de Saúde.
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A abordagem do gene drive é uma forma exclusivamente acessível e sustentável de erradicar os mosquitos causadores da malária, disse Cristanti. Outras abordagens, como inseticida e gestão ambiental, são eficazes, mas extremamente caras e estão muito além das capacidades econômicas de muitos países, disse ele. "O impulso do gene permite a disseminação de uma característica genética em uma população a partir de poucos indivíduos, abordando o problema da sustentabilidade em sua raiz."
Mas eliminar uma espécie inteira é um grande negócio, e implementar um gene drive na natureza não é uma decisão fácil.
Os impulsos genéticos são perigosos?
Os cientistas estão trabalhando para prever o que a eliminação de uma espécie perturbadora pode significar para o resto do ecossistema.
Erradicar os mosquitos causadores da malária usando um gene drive parece ser um plano de impacto mínimo. "Até agora, testes ecológicos mostram que o ecossistema não entra em colapso", quando uma espécie de mosquito é eliminada, disse Fred Gould, biólogo evolucionista da Universidade Estadual da Carolina do Norte.
Os efeitos ecológicos de outros projetos de geração de genes são mais difíceis de discernir. Por exemplo, conservacionistas e geneticistas estão trabalhando em uma unidade genética que poderia eliminar roedores de ilhas invasores - um esforço nobre, considerando que roedores de ilhas invasores têm sido associados à extinção de 75 espécies nativas, de acordo com um estudo publicado em 2016 na revista Proceedings of a Academia Nacional de Ciências.
Mas a erradicação de roedores com um impulso genético traz riscos ecológicos potencialmente maiores do que a erradicação de um mosquito. Se roedores impulsionados por genes escapassem da ilha e voltassem para o habitat natural dos roedores, como a América do Norte, a movimentação poderia eliminar camundongos e ratos, onde eles são uma parte crítica do ecossistema. A ausência de roedores pode levar ao colapso do ecossistema.
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Por esse motivo, Gould e seus colegas estão trabalhando em uma estratégia que terá como alvo apenas ratos que vivem em ilhas. Populações geograficamente distintas geralmente carregam a mesma variante de um gene, ou alelo, específico para sua população local. Se os cientistas puderem identificar um alelo específico para a população que desejam erradicar, eles podem criar uma unidade genética específica para essa população. O impulso se espalharia apenas para indivíduos portadores desse alelo específico; não funcionaria em indivíduos sem esse alelo específico. Os pesquisadores descreveram esse método em um estudo de 2019 publicado na revista Scientific Reports.
Além disso, vários cientistas estão estudando possíveis planos de remediação, ou estratégias para remover a unidade genética do ambiente no caso de resultados indesejados. Por exemplo, Crisanti e seus colegas publicaram um estudo em 2017 na revista Plos Genetics descrevendo como as mutações genéticas que são resistentes ao impulso do gene podem persistir e eliminar o impulso do gene em apenas algumas gerações. A mutação resistente ao impulso do gene precisaria ser evitada para que o impulso do gene persistisse, ou poderia ser uma maneira de eliminar um impulso do gene indesejado.
Embora o conceito de usar uma unidade genética para proteger a saúde humana e restaurar o equilíbrio ecológico seja promissor, a pesquisa sobre as implicações e eficácia da ferramenta ainda tem um longo caminho a percorrer.
Recursos adicionais:
- Fique por dentro das últimas notícias sobre a CRISPR na página de Notícias da CRISPR.
- Assista a este pequeno vídeo que descreve como funciona um gene drive do Wyss Institute da Harvard University.
- Aqui está outro pequeno vídeo que descreve maneiras potenciais de proteger uma unidade genética, também do Wyss Institute da Harvard University.