Código genético nas mãos

Aparando o hype: Edição de genes com CRISPR e a verdade sobre bebês projetados superhumanos

de Bailey Kirkpatrick, 28 de fevereiro de 2017 *

 

Histórias sobre uma ferramenta misteriosa que pode cortar e substituir genes que rastejavam por trás das paredes de laboratório, saíram e entraram com ousadia no holofote público. Hoje em dia, CRISPR está em toda parte. E não podemos evitar deixar nossa imaginação vagar, especialmente quando as questões colocadas por esta nova tecnologia de edição de genes vêm diretamente de um filme de ficção científica.

Podemos corrigir genes ruins que causam doenças em seres humanos e substituí-los por outros saudáveis? Os pais podem ser capazes de “projetar” bebês a seu gosto, com um certo cabelo ou cor dos olhos, personalidade ou nível de inteligência? Poderíamos engendrar animais para que eles não possam transmitir doenças mortais para nós? Podemos adicionar ou remover marcas epigenéticas nos genes de nossa escolha para controlar a expressão do código da vida e, talvez, nosso próprio comportamento?

O poder preciso do sistema CRISPR-Cas9 criou oportunidades excitantes e controversas para a edição genética e epigenética. Embora certamente não tenhamos todas as respostas, as questões intrigantes exigem uma exploração mais aprofundada e um olhar mais profundo sobre as possibilidades próximas e distantes para a nossa sociedade. Tão infinitas quanto as oportunidades possam parecer aos cientistas e leigos, algumas são mais realistas do que outras. É crucial que aparar o hype das capacidades realistas do CRISPR, ao inaugurarmos o que alguns podem chamar a idade de ouro da engenharia genética.

O início do CRISPR

Desde o início da recente descoberta do CRISPR como um método preciso e simples de edição de genes, o interesse em seu potencial para melhorar nossa qualidade de vida disparou, e sem fim à vista. Uma emoção semelhante foi expressa por um dos co-inventores do CRISPR, Jennifer Doudna da Universidade da Califórnia Berkeley.

Em 2011, Doudna foi abordada em uma conferência de microbiologia em Porto Rico por um pesquisador do Instituto Max Planck de Infecção Biológica, Emmanuelle Charpentier. Os dois iniciaram uma conversa que colocou o trabalho de base para uma das maiores colaborações, o que estimulou a invenção do CRISPR.

“Sabe quando você pega aquele livro de suspense, lê o primeiro capítulo e você sente aquele frio na barriga? Você sabe, ‘Oh, isso vai ser bom!’ Foi assim. “- Jennifer Doudna, Ph.D. Crédito: The New York Times 2015

Surpreendentemente, a investigação do CRISPR (Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Interespaçadas, do inglês Clustered Regularmente Interspaced Short Palindromic Repeats) em bactérias não é uma coisa nova. Pesquisadores têm explorado essas sequências repetidas desde a década de 1980, mas sua função era desconhecida na época. Em seguida, os cientistas lentamente começaram a descobrir pistas sobre sua finalidade, que apontou para um sistema imunológico adaptativo embutido que as bactérias usam para combater invasores, como os vírus.

CRISPR-Cas9-biologist
Como funciona o sistema de edição do genoma CRISPR-Cas9.
Crédito: Royal Society of Biology.

Nos últimos anos, pesquisadores como Jennifer Doudna e Emanuelle Charpentier, juntamente com o pesquisador pós-doutor Martin Jinek, têm explorado as possibilidades de edição genética do sistema CRISPR-Cas9. Enquanto isso, Feng Zhang, do Broad Institute e do MIT, estava ansioso para mostrar que o sistema funcionava em células humanas e de ratos, o que ele conseguiu em seu artigo publicado em 2013. Ele até criou um método alternativo de engenharia de genoma chamado CRISPR-Cpf1, que pode melhorar a precisão e potência da ferramenta.

Recentemente, os dois grupos de pesquisadores entraram em uma batalha por uma patente CRISPR e a comunidade científica pediu uma moratória sobre o uso de CRISPR para editar a linha germinal humana por medo de repercussões desconhecidas como resultado de fazer mudanças hereditárias que poderiam mudar o pool genético. Certamente será intrigante seguir a progressão deste sistema de edição de genes e é incerto o que o futuro reserva.

Como funciona

O sistema CRISPR-Cas9 visa sequências de genes precisos e remove, adiciona ou os muda com a ajuda de dois componentes: uma enzima chamada Cas9 e RNA guia (gRNA). É baseado na capacidade natural de bactérias para reconhecer e destruir os vírus invasores através de uma memória genética.

Cas9 atua como a tesoura que corta o DNA e o RNA guia é uma seqüência feita sob medida que garante Cas9 está cortando no lugar certo. Os pesquisadores são capazes de programar o gRNA com qualquer seqüência do código genético que desejam, a fim de conduzir o Cas9 para a localização adequada.

Outras técnicas de edição de DNA, tais como TALENs e nucleases de dedo de zinco foram exploradas pelos pesquisadores ao mesmo tempo, mas esses métodos têm um nível muito mais baixo de precisão e são significativamente mais complicados. Ao contrário de outras técnicas, CRISPR pode até mesmo direcionar múltiplos genes ao mesmo tempo. A beleza deste sistema de edição de genes é o quão relativamente simples, acessível e incrivelmente preciso. No entanto, mesmo entre as realizações existem certas limitações.

Realizações do CRISPR

Tão jovem quanto a tecnologia é, os cientistas têm trabalhado febrilmente com o sistema CRISPR-Cas9 em várias aplicações. Em um estudo publicado no PNAS, um grupo de pesquisadores editou uma seqüência genética em mosquitos e substituiu-a por um segmento de DNA que os tornou resistentes ao parasita que causa a malária, conhecido como Plasmodium falciparum. Isso poderia impedir mosquitos de transmitir a doença para os seres humanos inteiramente. Interessantemente quando estes mosquitos geneticamente modificados resistentes à malária acasalaram, passaram a resistência a quase 99% de sua prole. Isto era verdadeiro mesmo se um mosquito modificado se acasalava com um normal.

Um estudo conduzido por uma equipe de pesquisa chinesa liderada pelo geneticista Lei Qu na Universidade Yulin também demonstrou o uso bem-sucedido do CRISPR para aumentar a pecuária. Eles manipularam o DNA das cabras para torná-los mais musculosos e produzir mais lã, na esperança de reforçar a indústria de carne de cabra e camisolas de caxemira em Shaanxi, na China. “Acreditávamos que o gado geneticamente modificado seria comercializado depois que demonstrarmos que ele é seguro”, Qu previu em um artigo da Scientific American.

Outro grupo de pesquisadores foram capazes de editar uma mutação genética em ratos que causa uma doença conhecida como retinite pigmentosa (RP), que pode levar à cegueira. Embora ainda não aprovado para uso em seres humanos, eles foram capazes de restaurar a visão dos ratos e são esperançosos para a sua aplicação terapêutica em pessoas. Eles publicaram recentemente seus resultados na Nature.

Cabra CRISPR
Cientistas chineses da Universidade Yulin geneticamente manipularam cabras usando CRISPR para produzir mais carne e lã na esperança de reforçar a indústria.

Os cientistas não só podem editar genes usando o CRISPR, como também podem mudar o epigenoma usando o CRISPR. Muitas doenças não são causadas por uma única mutação genética, mas perturbam os perfis de expressão gênica. Aproveitar a capacidade de editar marcas epigenéticas poderia ampliar drasticamente a nossa capacidade de curar uma gama muito maior de distúrbios. Em teoria, talvez a edição de nosso epigenoma poderia permitir-nos escolher especificamente comportamentos mais desejáveis.

Os pesquisadores também podem utilizar o poder da próxima geração de sequenciamento para realizar o sequenciamento de imunoprecipitação de cromatina (ChIP-seq) com um anticorpo CRISPR/Cas9. A capacidade precisa e de elevado rendimento deste método é especialmente promissora devido à eficiência alvo da enzima Cas9 em conjunto com múltiplos gRNA, que podem ser utilizados simultaneamente para multiplexação. Não só o ChIP-seq pode ser útil como um método imparcial para detectar efeitos no alvo do sistema de edição de genes CRISPR-Cas9, mas também pode ser usado para identificar como o sistema pode perder a marca, o que seria útil ao desenvolvê-lo para aplicações terapêuticas.

Recentemente, os pesquisadores usaram o sistema CRISPR-Cas9 para adicionar grupos acetil às histonas, transportando enzimas para determinados locais no genoma. As modificações histológicas, incluindo a acetilação das histonas e a metilação das histonas, têm a capacidade de remodelar a cromatina para tornar os genes mais ou menos acessíveis, influenciando a sua expressão. Outras pesquisas sugerem que podemos modificar a metilação do DNA com o CRISPR-Cas9, o que pode se revelar inestimável para a compreensão e tratamento de distúrbios que estão ligados a essa modificação epigenética, como câncer, lúpus, distrofia muscular e muitos outros.

Embora esses estudos tenham sido conduzidos em modelos animais e a única pesquisa CRISPR-Cas9 sobre embriões humanos não viáveis foi realizada na China, há muito mais a ser aprendido sobre os efeitos de CRISPR em seres humanos e como ele pode ser usado para criar o que ganhou um monte de atenção recentemente – “bebês projetados” superiores.

Bebês projetados super-humanos

Para certas pessoas, as possibilidades de editar o genoma humano são uma reminiscência de uma revolução biológica, uma fantasia utópica em que temos o poder de melhorar drasticamente não só os seres humanos, mas o mundo inteiro. Para outros, nós entramos em um jogo perigoso do qual não há retorno, se intrometendo em território inexplorado, ausente de diretrizes e cheio de potencial de negligência de proporções épicas.

Realisticamente, em termos de projetar bebês para o nosso gosto e controlar traços complexos, como inteligência, personalidade ou temperamento, podemos estar longe de realizar tal façanha. Escolhendo traços simples, como cabelo ou cor dos olhos pode ser possível com CRISPR, mas os pais já têm a capacidade de selecionar o sexo do seu filho, cor dos olhos, cor do cabelo e tez da pele com diagnóstico genético pré-implantação (PGD), embora a um preço elevado.

Mas será que podemos usar CRISPR para criar bebês super inteligentes que são predestinados para a Mensa, com a personalidade de um santo benevolente e uma proeza atlética que tornaria até mesmo Tom Brady ciumento? Não tão rápido, futuristas… Assim como precisamos evitar a atração de disparates pseudocientíficos que surgem como resultado de uma nova palavra de ordem científica, precisamos nos aproximar de uma das descobertas mais significativas na engenharia genética com apreensão apropriada e respeito pela ciência. Precisamos aprender quais traços podem e não podem ser significativamente ajustados, pelo menos, agora.

Algumas pessoas acreditam que podemos usar CRISPR para escolher os traços que queremos em nossos filhos, mas isso é improvável para traços complexos como inteligência ou personalidade.
Algumas pessoas acreditam que podemos usar CRISPR para escolher os traços que queremos em nossos filhos, mas isso é improvável para traços complexos como inteligência ou personalidade.

Aplicar CRISPR para fazer bebês projetados é muito menos cientificamente importante aos olhos de muitos pesquisadores que se esforçam para usar a ferramenta de edição de genes para criar modelos mais eficazes para compreender, curar doenças e elucidar o propósito de muitos genes que permanecem desconhecidos para este dia. Atualmente o CRISPR está sendo usado em estágios preliminares, criar bebês projetados não aparece na parte da lista da prioridade para muitos investigadores. Sem mencionar que as numerosas questões éticas em torno de edição embrionária certamente retardaria a possibilidade de selecionar traços superiores para o seu bebê, ou até interrompê-la completamente.

A razão pela qual fazer bebês projetados pode não ser tão realista reside no fato de que traços complexos não são causados por um único gene, mas provavelmente uma combinação de genes e marcas epigenéticas colocado em cima dos genes os resultado do ambiente e as nossas experiências. Não é apenas sobre os genes certos ou o ambiente certo, mas sim, essas características dependem da combinação certa dos dois.

Um grande uso do CRISPR é aprender sobre o que certos genes realmente fazem. Mesmo que tenhamos enormes quantidades de dados e sequenciamos todo o genoma de vários organismos, a compreensão da finalidade de cada gene é bastante difícil. O CRISPR permitirá aos pesquisadores eliminar precisamente certos genes, bem como adicionar ou remover marcas epigenéticas e investigar os efeitos.

Na verdade, os cientistas não podem dizer com certeza o que torna alguém inteligente ou tem um temperamento calmo. A interação e o número absoluto de possíveis variáveis que devem trabalhar juntos são vastas e intrincadas. Portanto, como poderíamos direcionar CRISPR para conseguir isso tão cedo? Para não mencionar, a tecnologia não é livre de erros e 3 bilhões de pares de base do genoma humano representa um enorme obstáculo, mesmo para o CRISPR. Por agora, bebês projetados não são de foco principal para a comunidade científica.

O bioeticista Henry Greely da Universidade de Stanford, na Califórnia, discutiu em detalhes a possibilidade improvável da fantasia do bebê projetado em uma peça recente publicada no The Guardian. “Eu não acho que vamos ver superhumanos ou uma divisão na espécie em breve”, disse ele, “porque nós simplesmente não sabemos o suficiente e é improvável que por muito tempo – ou talvez para sempre.”

Direções futuras para CRISPR

De acordo com o Pew Research Center, os americanos têm misturado reações emocionais à possibilidade de usar a edição de genes para reduzir o risco de um bebê de doenças graves, mais pessoas expressando preocupação (68%), do que entusiasmo (49%). Embora similares clamores e apreensão seja tipicamente expressa em resposta à nova tecnologia biomédica, especialmente aquela que desestabiliza nossa concepção do que é “natural”, com o passar do tempo ela muitas vezes se torna mais compreensível e finalmente mais aceita. Poderia ser este o caso para CRISPR?

Em última análise, o futuro deste sistema de edição de genes é desconhecido, mas é um momento fascinante na ciência para acompanhar a progressão de uma ferramenta tão emocionante. Ele traz muitas possibilidades para a exclusão de genes e curar doenças, bem como adulterar nossa maquinaria epigenética e descobrir a função de inúmeros genes.

Neste momento, somos pressionados por questões profundas e difíceis que tocam as consequências sociais, médicas e éticas de mexer com o genoma humano. Talvez, juntos como uma sociedade, possamos descobrir de forma lenta e responsável as respostas.

Notas


  1. * Texto traduzido por Arthur Fragoso. Revisado por Leo Arruda. O original pode ser lido aqui: http://www.whatisepigenetics.com/gene-editing-crispr-cas9-designer-babies/