CRISPR: a tecnologia que vai revolucionar a medicina e a agricultura

Durante anos, a discussão sobre genética na agricultura foi voltada para a utilização de Organismos Geneticamente Modificados (OGM) e transgênicos. E com isso veio a controvérsia sobre a segurança e os processos utilizados para modificar geneticamente as culturas. Apesar do consenso científico de que os OGMs são seguros, o debate continua. Mas, como ocorre frequentemente, a ciência marcha para a frente e novos avanços da genética denominados CRISPR/Cas9 promete substituir os OGM. A tecnologia está gerando manchetes e certamente fará mais no futuro.

A técnica, que foi descoberta em 2012 por Jennifer Doudna, uma bioquímica da Universidade da Califórnia em Berkeley, e Emmanuelle Charpentier uma microbiologista do Instituto Max Planck de Biologia da infecção, é altamente técnica para descrevê-la neste espaço. Em termos simples, permite que o DNA seja editado, desativando os resultados indesejáveis a nível genético. As características desejáveis podem também ser adicionadas ao nível celular.

CRISPR é a abreviação em Inglês: “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats” (Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Interpassadas). A tecnologia é derivada da antiga batalha entre o vírus e bactérias. Os vírus atacam as bactérias e as invadem. Às vezes as bactérias sobrevivem a um ataque, e quando o fazem, mantém uma cópia do DNA do vírus. O DNA viral é armazenado na parte das bactérias chamada CRISPR. Quando o vírus ataca as bactérias novamente, as bactérias armam a proteína Cas9 com a porção do DNA viral. A proteína Cas9 se move através da célula buscando o DNA viral invasor. Quando encontra o DNA viral correspondente, o Cas9 essencialmente corta o DNA viral, tornando-o ineficaz.

“Uma das principais vantagens da tecnologia CRISPR/Cas9 é que um gene pode ser eliminado”, diz Dr. Wayne Hunter, um entomologista pesquisador do Laboratório de Pesquisa de Horticultura em Fort Pierce USDA. “Portanto, se um gene produz normalmente uma toxina ou uma proteína alérgica, a planta não seria mais capaz de produzir essa proteína. Além disso, uma vez que não se adicionaria nenhum material genético, a planta não seria transgénica ”

E o processo pode ser executado rapidamente. Em um artigo no New York Times, o geneticista Bruce Conklin afirmou sobre a tecnologia: “No passado, era um estudo completo de uma tese de doutorado para alterar um gene.” O sistema CRISPR deixou isso para o passado.

Não só é muito mais rápido do que as técnicas de melhoramento convencional, também é muito mais versátil. A abordagem tem trabalhado em quase todos os tipos de células que foram testados até agora, animal e vegetal.

E para entender a celeridade na qual os pesquisadores estão estudando CRISPR/Cas9, em 2012 não havia quase publicações científicas sobre essa tecnologia. Mas em 2014 foram mais de 225 publicações.

Benefícios do CRISPR

Inúmeras são as vantagens obtidas pelo emprego do sistema CRISPR uma vez que se trata de uma metodologia rápida, fácil com baixo custo e principalmente com alta taxa de sucesso devido a sua alta sensibilidade para o reconhecimento de sequências específicas presentes no DNA alvo de células em cultura ou até mesmo em modelos animais.

Com o emprego desta metodologia é possível avançar mais rapidamente no ramo da engenharia genética e no estudo funcional gênico, o que pode ser justificado pela capacidade desta ferramenta em excluir ou modificar genes específicos para obtenção de organismos geneticamente modificados passíveis de serem empregados como modelo de estudo para compreensão de condições fisiopatológicas nas mais diversas espécies.

Aplicações do CRISPR

Dizer CRISPR/Cas9 é tão revolucionário como Internet ou o smartphone é um eufemismo. Os cientistas estão estudando aplicações para combater o câncer e já demonstraram que a tecnologia pode eliminar o HIV de células humanas infectadas. A tecnologia vem com questões éticas também, de como ela pode beneficiar os seres humanos no futuro. A ideia de conceber os bebés com doenças reduzidas ligados a genes defeituosos, ou o potencial para inverter ou retardar o processo de envelhecimento, pode ser possível um dia utilizando CRISPR/Cas9. Estão se investigando muitas outras aplicações na saúde humana, dos animais e das plantas.

A aplicações do CRISPR abrangem quase todos os setores envolvendo sistemas biológicos. Danisco (DuPont) foi um dos pioneiros na utilização comercial da tecnologia CRISPR para aumentar a imunidade viral em bactérias utilizadas para a produção de iogurtes e queijos.

Aplicações na agricultura têm obstáculos regulatórios mais baixos do que aplicação biomédica e alguns desses mercados preveem o retorno dos investimentos muito rapidamente. Dow AgroSciences desenvolveu propriedade intelectual com Sangamo Biosciences para o desenvolvimento de culturas geneticamente modificadas utilizando Cas9, e Cellectis Ciências Vegetais está levando a tecnologia para as plantações.

CRISPR tem o potencial para se tornar uma força importante na ecologia e conservação, especialmente quando combinada com outras ferramentas de biologia molecular. Pode, por exemplo, na criação de genes que atrasem disseminação de espécies invasoras como ervas daninhas. Pode vir a ser o próximo grande salto na conservação ou melhoraria do meio ambiente. Aplicações baseadas em Cas9 na indústria agrícola e em setores da saúde humana encontram-se em crescimento acelerado. Estes mercados incluem: terapia gênica, terapia celular e imunoterapia, o desenvolvimento rápido e eficiente de pesquisa de animais transgênicos, descoberta de medicamentos, bem como a validação de alvo e de triagem.

Aplicações na agricultura

Hunter acrescenta que as potenciais aplicações da tecnologia CRISPR/Cas9 para os problemas agrícolas são infinitas. “CRISPR/Cas9 permite a edição de nível gene altamente seletiva”, diz ele. “Com a tecnologia, surge a necessidade de que os investigadores compreenderem as vias biológicas, seus componentes (genes) e as funções genéticas.”

Com esse entendimento, o cientista pode resolver coisas como a vulnerabilidade a doenças, ou mesmo tirar o sabor amargo de um pedaço de fruta.

Em comparação com a engenharia genética convencional, o sistema CRISPR/Cas9 tem várias características únicas no melhoramento de culturas:

Se realiza alterações genéticas em genes específicos em localizações nativas do genoma;
As plantas das culturas melhoradas por CRISPR/Cas9 podem ficar livres de DNA estranho, tornando-os comparáveis com aqueles desenvolvidos por métodos convencionais de mutações, tais como o tratamento químico ou irradiação física, em termos de genética;
Se genes estranhos forem introduzidos, eles serão integrados em localizações genômicas que são cuidadosamente escolhidas sabendo-se que tem efeito negativo mínimo ou nenhum em outros genes;
Foi demonstrado que o direcionamento de múltiplos genes num único experimento é viável em várias espécies, permitindo manipular traços envolvendo múltiplos genes.

Potencial ilimitado

A capacidade da tecnologia para suprimir ou melhorar as características parecem ilimitadas. As plantas podem ser editadas para resistência a doenças, insetos e seca. Fotossíntese melhorada em plantas podem ser concebidos. Os animais poderão ser melhorados com a tecnologia.

Embora CRISPR/Cas9 é um processo complexo de visualizar, no mundo da ciência, é extremamente elegante, simples, repetível e rápido, abrindo um mundo de possibilidades para o futuro da agricultura e do desafio de alimentar 9 bilhões de pessoas em 2050. É uma ferramenta poderosa que deve ser tratada de forma ética e com respeito. Ver também: CRISPR: o editor genético explicado para iniciantes.