Smartphones, supercola, carros elétricos, bate-papo por vídeo. Quando a maravilha de uma nova tecnologia desaparece? Quando você se acostuma tanto com sua presença que não pensa mais nela? Quando algo mais novo e melhor aparece? Quando você esquece como as coisas eram antes?
Seja qual for a resposta, a tecnologia de edição de genes CRISPR ainda não chegou a esse ponto. Dez anos após Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier apresentarem pela primeira vez sua descoberta do CRISPR, ele permaneceu no centro de projetos científicos ambiciosos e discussões éticas complicadas. Ele continua a criar novos caminhos para exploração e revigorar antigos estudos. Os bioquímicos a usam, assim como outros cientistas: entomologistas, cardiologistas, oncologistas, zoólogos, botânicos.
Para esses pesquisadores, parte da maravilha ainda está lá. Mas a emoção da novidade total foi substituída por possibilidades abertas e projetos em andamento. Aqui estão alguns deles.
Cathie Martin, botânica do John Innes Center em Norwich, Inglaterra, e Charles Xavier, fundador da equipe de super-heróis X-Men: ambos amam mutantes.
Mas enquanto o Professor X tem uma afinidade por mutantes humanos superpoderosos, o Dr. Martin é parcial para o tipo vermelho e suculento. “Sempre desejamos mutantes, porque isso nos permitiu entender a funcionalidade”, disse Martin sobre sua pesquisa, que se concentra em genomas de plantas na esperança de encontrar maneiras de tornar os alimentos – especialmente tomates no caso dela – mais saudáveis, mais robustos e mais longos. duradouro.
Quando o CRISPR-Cas9 surgiu, um dos colegas do Dr. Martin se ofereceu para fazer um tomate mutante para ela como presente. Ela estava um pouco cética, mas disse a ele: “Eu gostaria muito de um tomate que não produzisse ácido clorogênico”, uma substância que se acredita ter benefícios para a saúde; tomates sem ele não tinham sido encontrados antes. A Dra. Martin queria remover o que ela acreditava ser a sequência do gene chave e ver o que acontecia. Logo um tomate sem ácido clorogênico estava em seu laboratório.
Em vez de procurar mutantes, agora era possível criá-los. “Conseguir esses mutantes foi tão eficiente e maravilhoso, porque nos deu a confirmação de todas essas hipóteses que tínhamos”, disse Martin.
Mais recentemente, pesquisadores do laboratório do Dr. Martin usaram o CRISPR para criar uma planta de tomate que pode acumular vitamina D quando exposto à luz solar. Apenas um grama das folhas continha 60 vezes o valor diário recomendado para adultos.
Entenda a doença falciforme
O raro distúrbio sanguíneo, que pode causar dor debilitante, derrames e falência de órgãos, afeta 100.000 americanos e milhões de pessoas em todo o mundo, principalmente na África.
Dr. Martin explicou que o CRISPR pode ser usado em um amplo espectro de modificações de alimentos. Ele poderia remover os alérgenos das nozes e criar plantas que usam a água com mais eficiência.
“Não afirmo que o que fizemos com a vitamina D resolverá quaisquer problemas de insegurança alimentar”, disse Martin, “mas é apenas um bom exemplo. As pessoas gostam de ter algo em que possam se agarrar, e isso está lá. Não é uma promessa.”
Doença infecciosa
Trazendo testes para partes remotas da África
Christian Happi, biólogo que dirige o Centro Africano de Excelência para Genômica de Doenças Infecciosas na Nigéria, passou sua carreira desenvolvendo métodos para detectar e conter a propagação de doenças infecciosas que se espalham para humanos a partir de animais. Muitas das formas existentes de fazer isso são caras e imprecisas.
Por exemplo, para realizar um teste de reação em cadeia da polimerase, ou PCR, você precisa “extrair RNA, ter uma máquina que custa US$ 60.000 e contratar alguém especialmente treinado”, disse Happi. É caro e logisticamente implausível levar esse tipo de teste para as aldeias mais remotas.
Recentemente, o Dr. Happi e seus colaboradores usaram a tecnologia CRISPR-Cas13a (um parente próximo do CRISPR-Cas9) para detectar doenças no corpo visando sequências genéticas associadas a patógenos. Eles conseguiram sequenciar o vírus SARS-CoV-2 algumas semanas após a pandemia chegar à Nigéria e desenvolver um teste que não exigia equipamento no local ou técnicos treinados – apenas um tubo para cuspir.
“Se você está falando sobre o futuro da preparação para uma pandemia, é disso que você está falando”, disse o Dr. Happi. “Eu gostaria que minha avó usasse isso em sua aldeia.”
O teste de diagnóstico baseado em CRISPR funciona bem no calor, é bastante fácil de usar e custa um décimo de um teste de PCR padrão. Ainda assim, o laboratório do Dr. Happi está continuamente avaliando a precisão da tecnologia e tentando persuadir os líderes dos sistemas africanos de saúde pública a adotá-la.
Ele chamou a proposta deles de “mais barata, mais rápida, que não requer equipamentos e pode ser empurrada para os cantos mais remotos do continente. Isso permitiria que a África ocupasse o que chamo de seu espaço natural”.
Doença hereditária
Em busca de uma cura para a doença falciforme
No início havia nuclease de dedo de zinco.
Essa foi a ferramenta de edição de genes que Gang Bao, engenheiro bioquímico da Rice University, usou pela primeira vez para tentar tratar a doença das células falciformes, um distúrbio hereditário marcado por glóbulos vermelhos deformados. O laboratório do Dr. Bao levou mais de dois anos de desenvolvimento, e então a nuclease de dedo de zinco cortaria com sucesso a sequência da célula falciforme apenas cerca de 10% das vezes.
Outra técnica levou mais dois anos e foi apenas um pouco mais eficaz. E então, em 2013, logo após o CRISPR ter sido usado com sucesso para editar genes em células vivas, a equipe do Dr. Bao mudou de rumo novamente.
“Desde o início até alguns resultados iniciais, o CRISPR nos levou cerca de um mês”, disse o Dr. Bao. O método cortou com sucesso a sequência alvo em cerca de 60% das vezes. Era mais fácil de fazer e mais eficaz. “Foi simplesmente incrível”, disse ele.
O próximo desafio foi determinar os efeitos colaterais do processo. Ou seja, como o CRISPR afetou genes que não estavam sendo propositalmente direcionados? Após uma série de experimentos em animais, Dr. Bao estava convencido de que o método funcionaria para humanos. Em 2020 o Food and Drug Administration aprovou um ensaio clínico, liderado pelo Dr. Matthew Porteus e seu laboratório na Universidade de Stanford, que está em andamento. E também há esperança de que, com a versatilidade do CRISPR, ele possa ser usado para tratar outras doenças hereditárias. Ao mesmo tempo, outros tratamentos que não se basearam na edição de genes tiveram sucesso para células falciformes.
Dr. Bao e seu laboratório ainda estão tentando determinar todos os efeitos secundários e terciários do uso do CRISPR. Mas o Dr. Bao está otimista de que um tratamento de edição de genes seguro e eficaz para células falciformes estará disponível em breve. Quanto tempo? “Acho que mais três a cinco anos”, disse ele, sorrindo.
Cardiologia
Olhando para os segredos do coração
É difícil mudar o coração de alguém. E isso não é apenas porque muitas vezes somos teimosos e presos em nossos caminhos. O coração gera novas células a uma taxa muito mais lenta do que muitos outros órgãos. Os tratamentos que são eficazes em outras partes da anatomia humana são muito mais desafiadores com o coração.
Também é difícil saber o que está no coração de alguém. Mesmo quando você sequencia um genoma inteiro, muitas vezes há vários segmentos que permanecem misteriosos para cientistas e médicos (chamados de variantes de significado incerto). Um paciente pode ter um problema cardíaco, mas não há como vinculá-lo definitivamente aos seus genes. “Você está preso”, disse o Dr. Joseph Wu, diretor do Stanford Cardiovascular Institute. “Então, tradicionalmente, apenas esperávamos e diríamos ao paciente que não sabemos o que está acontecendo.”
Mas nos últimos dois anos, o Dr. Wu tem usado o CRISPR para ver que tipo de efeitos a presença e a ausência dessas sequências confusas têm nas células do coração, simuladas em seu laboratório com células-tronco pluripotentes induzidas geradas a partir do sangue. Ao cortar genes específicos e observar os efeitos, o Dr. Wu e seus colaboradores conseguiram desenhar links entre o DNA de pacientes individuais e doenças cardíacas.
Levará muito tempo até que essas doenças possam ser tratadas com CRISPR, mas o diagnóstico é o primeiro passo. “Acho que isso terá um grande impacto em termos de medicina personalizada”, disse o Dr. Wu, que mencionou que encontrou pelo menos três variantes de significado incerto quando conseguiu sequenciar seu próprio genoma. “O que essas variantes significam para mim?”
O sorgo é usado em pão, álcool e cereais em todo o mundo. Mas não foi desenvolvido comercialmente no mesmo grau que o trigo ou o milho e, quando processado, muitas vezes não é tão saboroso.
Karen Massel, biotecnóloga da Universidade de Queensland, na Austrália, viu bastante espaço para melhorias quando começou a estudar a planta em 2015. E como milhões de pessoas comem sorgo em todo o mundo, “se você fizer uma pequena mudança, poderá ter um grande impacto”, disse ela.
Ela e seus colegas usaram o CRISPR para tentar tornar o sorgo tolerante à geada, para torná-lo tolerante ao calor, para prolongar seu período de crescimento, para mudar sua estrutura radicular – “usamos edição de genes em todos os aspectos”, disse ela.
Isso não só pode levar a cereais mais deliciosos e saudáveis, mas também pode tornar as plantas mais resistente às mudanças climáticas, ela disse. Mas ainda não é tarefa fácil editar com precisão os genomas de culturas com CRISPR.
“Metade dos genes que eliminamos, simplesmente não temos ideia do que eles fazem”, disse Massel. “No segundo em que tentamos entrar lá e brincar de Deus, percebemos que estamos um pouco fora de nossa profundidade.” Mas, usando CRISPR combinado com técnicas de reprodução mais tradicionais, Dr. Massel é otimista, apesar de ser um pessimista autoproclamado. E ela espera que novos avanços levem à comercialização de alimentos editados por genes, tornando-os mais acessíveis e aceitáveis.
Em 2012, uma menina de 6 anos sofria de leucemia linfoblástica aguda. A quimioterapia não teve sucesso e o caso estava muito avançado para um transplante de medula óssea. Não parecia haver outras opções, e os médicos da menina disseram a seus pais que voltassem para casa.
Em vez disso, eles foram para o Hospital Infantil da Filadélfia, onde os médicos usaram um tratamento experimental chamado terapia com células T do receptor de antígeno quimérico (CAR) para transformar os glóbulos brancos da menina contra o câncer. Dez anos depois, a menina está livre do câncer.
Desde então, o Dr. Carl June, professor de medicina da Universidade da Pensilvânia que ajudou a desenvolver a terapia com células T CAR, e seus colaboradores, incluindo o Dr. Ed Stadtmauer, hematologista-oncologista da Penn Medicine, têm trabalhado para melhorá-la. Isso inclui o uso do CRISPR, que é a ferramenta mais simples e precisa para editar células T fora do corpo. O Dr. Stadtmauer, que é especialista em lidar com vários tipos de câncer do sangue e do sistema linfático, disse que “a última década ou assim viu uma revolução no tratamento dessas doenças; tem sido gratificante e emocionante.”
Nos últimos dois anos, o Dr. Stadtmauer ajudou a administrar um ensaio clínico em que as células T que passaram por uma edição significativa do CRISPR foram inseridas em pacientes com cânceres resistentes ao tratamento. Os resultados foram promissores.
“Pacientes que tiveram prognósticos muito sombrios agora estão muito melhor, e alguns estão sendo curados”, disse Stadtmauer. Ele continuou a monitorar os pacientes e descobriu que as células T editadas ainda estão presentes no sangue, prontas para atacar as células tumorais no caso de uma recaída.
O benefício real é que os cientistas agora sabem que os tratamentos auxiliados pelo CRISPR são possíveis.
“Mesmo que seja realmente uma espécie de bioquímica e ciência de ficção científica, a realidade é que o campo mudou tremendamente”, disse Stadtmauer. Ele acrescentou que estava menos entusiasmado com a ciência do que com a utilidade do CRISPR. “Todos os dias vejo talvez 15 pacientes que precisam de mim”, disse ele. “É isso que me motiva.”
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