CRISPR: uma nova ferramenta para manipulação de genes

Recentemente, cientistas encontraram uma nova e interessante ferramenta para engenharia de DNA. O sistema CRISPR não tem nada a ver com manter seus legumes frescos na geladeira. É o acrônimo do mais novo sistema para manipular DNA genômico em quase qualquer animal. Os pesquisadores conseguiram nocautear ou eliminar genes, reprimir a expressão gênica e aumentar os genes para aumentar a expressão com a tecnologia CRISPR.

É uma técnica muito flexível que os pesquisadores podem usar para alterar facilmente a expressão de genes para melhor compreender sua função.

O que é exatamente CRISPR?

CRISPR significa Clustered Regularmente - Interspaced Short Palindromic Repeats - um nome incrivelmente chato para uma tecnologia excitante. Por que o nome tedioso? É porque, quando foram descobertos no final da década de 1980 em bactérias, ninguém sabia o que os pequenos trechos de DNA repetido separados por seqüências de DNA aleatórias eram para. Eles eram apenas algumas características estranhas no DNA genômico de algumas bactérias.

Levaram quase 20 anos até que Jennifer Doudna, da Universidade da Califórnia, descobrisse que essas seqüências corresponderam a partes de determinado DNA viral que infectaram a bactéria. Como resultado, as sequências CRISPR eram uma espécie de sistema imunológico para a bactéria.

Como o CRISPR funciona?

Doudna e sua colaboradora, Emmanuelle Chapentier, eventualmente resolveram que, quando infectadas por um vírus, as bactérias que possuíam essas pequenas peças repetidas de DNA que combinavam com o DNA viral as usariam para fazer RNA que se ligasse ao DNA do vírus invasor .

Então, uma segunda peça de RNA feita a partir do DNA aleatório que separou as repetições CRISPR interagiu com uma proteína chamada Cas9. Esta proteína separaria o DNA do vírus e inativaria o vírus.

Os pesquisadores rapidamente perceberam que poderiam explorar essa capacidade do CRISPR para cortar as seqüências de DNA específicas para eliminar os genes.

Embora existam outras técnicas, como nucleases de dedo de zinco e TALENS que podem ser usadas para segmentar e cortar locais específicos em DNA genômico, essas abordagens dependem de proteínas volumosas para direcionar as alternâncias para regiões específicas do DNA. É difícil projetar e realizar modificações em larga escala com muitos genes usando essas abordagens anteriores.

O que torna o CRISPR tão útil?

O sistema CRISPR baseia-se apenas em dois pequenos fragmentos de RNA: um que corresponde à região do DNA alvo e um segundo que se liga a uma proteína chamada Cas9. Na verdade, no entanto, verifica-se que ambas as peças de RNA curtas podem ser combinadas em uma molécula de ARN de de guia único de duas funções que almeja uma sequência de DNA específica e recruta a proteína de clivagem Cas9.Isso significa que a proteína Cas9 e um pequeno pedaço de RNA de 85 bases de comprimento são tudo o que é necessário para cortar um DNA em quase qualquer lugar do genoma. É relativamente simples introduzir DNA para produzir um RNA de guia único e a proteína Cas9 quase todas as células que criam CRISPR geralmente aplicável.

No entanto, a segmentação conveniente não é a única vantagem da tecnologia CRISPR sobre outros TALENS e dedos de zinco. O sistema CRISPR também é muito mais eficiente do que essas abordagens alternativas.

Por exemplo, um grupo em Harvard descobriu que o CRISPR eliminou um gene direcionado em 51% -79% dos casos, enquanto que a eficiência TALENS foi inferior a 34%. Devido a esta alta eficiência, outro grupo foi capaz de usar a tecnologia CRISPR para eliminar os genes diretamente em camundongos embrionários para produzir camundongos transgênicos em uma única geração. A abordagem padrão requer algumas gerações de reprodução para obter a mutação em ambas as cópias de um gene direcionado.

O que mais pode CRISPR fazer?

Além de excluir um gene, alguns grupos também perceberam que, com poucas alternâncias, o sistema pode ser usado para outros tipos de manipulação genética. Por exemplo, no início de 2013, um grupo do MIT mostrou que o CRISPR pode ser usado para inserir novos genes no DNA genômico. Pouco tempo depois, um grupo da UCSF usou uma versão modificada do sistema denominado CRISPRi para reprimir a expressão de genes alvo em bactérias.

Mais recentemente, um grupo da Duke University também criou uma variação do sistema para ativar conjuntos de genes. Vários grupos também estão trabalhando agora com variações dessas abordagens para exibir um grande número de genes de uma vez para descobrir qual deles está envolvido em diferentes respostas biológicas.

O Brinquedo Brilhante da Engenharia Genética

Certamente há uma tremenda excitação sobre esta nova ferramenta para engenharia genética e a pressa para aplicá-la para uma variedade de aplicações. No entanto, ainda existem alguns desafios que precisam ser superados e, como é frequentemente o caso das novas tecnologias, demora um pouco para descobrir onde estão as limitações. Os pesquisadores de Harvard, por exemplo, descobriram que a segmentação por CRISPR pode não ser tão precisa quanto o pensamento inicial. Os efeitos fora do alvo do complexo CRISPR podem levar a alterações não intencionais ao alterar o DNA.

Apesar dos desafios, o CRISPR mostrou claramente um enorme potencial para facilitar a alteração do DNA genômico que ajudará os pesquisadores a entender mais rapidamente como as dezenas de milhares de genes do genoma humano funcionam. Isso sozinho tem implicações importantes para melhorias no tratamento e diagnóstico de doenças. Além disso, com o desenvolvimento adicional, a própria tecnologia pode ser útil para um novo tipo de terapêutica. Pode fornecer uma nova abordagem para a terapia genética. No entanto, esses avanços são um caminho fora. Por enquanto, é excitante observar o rápido desenvolvimento desta nova ferramenta de pesquisa e pensar sobre os tipos de experimentos que pode permitir.

(Postado: 30 de setembro de 2013)