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Nova ferramenta baseada em CRISPR insere grandes sequências de DNA em locais desejados nas células

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

terça-feira, 29 novembro 2022 06:05

Áreas

Bioinformática. Biologia. Biomedicina. Biotecnologia. Genética. Genoma. Medicina de Precisão. Microbiologia.

Com base no sistema de edição de genes CRISPR, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, projetaram uma nova ferramenta que pode cortar genes defeituosos e substituí-los por novos, de maneira mais segura e eficiente.

Usando esse sistema, os pesquisadores mostraram que poderiam fornecer genes de até 36.000 pares de bases de DNA para vários tipos de células humanas, bem como para células hepáticas de camundongos. A nova técnica, conhecida como PASTE (Programmable Addition via Site-specific Targeting Elements), pode ser promissora no tratamento de doenças causadas por genes defeituosos com um grande número de mutações, como a fibrose cística.

“É uma nova maneira genética de atingir potencialmente essas doenças realmente difíceis de tratar”, disse o Dr. Omar Abudayyeh, pesquisador do Instituto McGovern para Pesquisas do Cérebro do MIT. “Queríamos trabalhar para o que a terapia genética deveria fazer inicialmente, que é substituir genes, e não apenas corrigir mutações individuais”.

A nova ferramenta combina o direcionamento preciso do CRISPR-Cas9, um conjunto de moléculas originalmente derivadas de sistemas de defesa bacterianos, com enzimas chamadas integrases, que os vírus usam para inserir seu próprio material genético em um genoma bacteriano.

“Assim como o CRISPR, essas integrases vêm da batalha contínua entre as bactérias e os vírus que as infectam”, disse o Dr. Jonathan Gootenberg, também do Instituto McGovern do MIT. “Isso mostra como podemos continuar encontrando uma abundância de novas ferramentas interessantes e úteis desses sistemas naturais”, continuou o pesquisador.

O Dr.  Jonathan Gootenberg e o Dr. Omar Abudayyeh são os autores seniores do novo estudo, publicado na revista científica Nature Biotechnology. Os principais autores do estudo são Matthew Yarnall e o doutorando Rohan Krajeski.

Inserção de DNA

O sistema de edição de genes CRISPR-Cas9 consiste em uma enzima de corte de DNA chamada Cas9 e uma cadeia curta de RNA que guia a enzima para uma área específica do genoma, direcionando a Cas9 para onde fazer seu corte. Quando Cas9 e o RNA guia direcionado a um gene de doença são entregues nas células, um corte específico é feito no genoma, e os processos de reparo do DNA das células colam o corte, geralmente excluindo uma pequena porção do genoma.

Se um modelo de DNA também for entregue, as células podem incorporar uma cópia corrigida em seus genomas durante o processo de reparo. No entanto, esse processo requer que as células façam quebras de fita dupla em seu DNA, o que pode causar deleções ou rearranjos cromossômicos prejudiciais às células. Outra limitação é que ele só funciona em células que estão se dividindo, pois as células que não se dividem não têm processos ativos de reparo do DNA.

A equipe do MIT queria desenvolver uma ferramenta que pudesse cortar um gene defeituoso e substituí-lo por um novo sem induzir quebras de DNA de fita dupla. Para atingir esse objetivo, eles se voltaram para uma família de enzimas chamadas integrases, que os vírus chamados bacteriófagos usam para se inserir nos genomas bacterianos.

Para este estudo, os pesquisadores se concentraram nas serinas integrases, que podem inserir grandes pedaços de DNA, de até 50.000 pares de bases. Essas enzimas têm como alvo sequências genômicas específicas conhecidas como sítios de ligação, que funcionam como ‘placas de aterrissagem’. Quando encontram a plataforma de aterrissagem correta no genoma do hospedeiro, eles se ligam a ela e integram sua carga útil de DNA.

Em trabalhos anteriores, os cientistas acharam desafiador desenvolver essas enzimas para terapia humana porque as plataformas de aterrissagem são muito específicas e é difícil reprogramar integrases para atingir outros locais. A equipe do MIT percebeu que a combinação dessas enzimas com um sistema CRISPR-Cas9 que insere o ‘local de pouso’ correto permitiria uma fácil reprogramação do poderoso sistema de inserção.

A nova ferramenta – PASTE – inclui uma enzima Cas9 que corta em um local genômico específico, guiada por uma cadeia de RNA que se liga a esse local. Isso permite que eles alvejem qualquer local no genoma para inserção do ‘local de pouso’, que contém 46 pares de bases de DNA. Essa inserção pode ser feita sem a introdução de quebras na fita dupla, adicionando primeiro uma fita de DNA por meio de uma transcriptase reversa fundida e, em seguida, sua fita complementar.

Os pesquisadores agora estão explorando ainda mais a possibilidade de usar essa ferramenta como uma forma possível de substituir o gene defeituoso da fibrose cística. Essa técnica também pode ser útil para tratar doenças do sangue causadas por genes defeituosos, como a hemofilia e deficiência de G6PD, ou doença de Huntington, um distúrbio neurológico causado por um gene defeituoso que possui muitas repetições de genes.

Os pesquisadores também disponibilizaram suas construções genéticas online para outros cientistas usarem.

“Uma das coisas fantásticas sobre a engenharia dessas tecnologias moleculares é que as pessoas podem construí-las, desenvolvê-las e aplicá-las de maneiras que talvez não tenhamos pensado ou considerado. É muito bom fazer parte dessa comunidade emergente”, concluiu o Jonathan Gootenberg.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Anne Trafton, MIT News Office. Imagem: iuriimotov via Freepik.

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