A edição de genes está revolucionando o panorama da pesquisa em biociências e é uma grande promessa para "excluir" doenças dos corpos humanos. Sandia National Laboratories está trabalhando para tornar esta tecnologia mais segura e para garantir que um dia ela possa ser aplicada em humanos sem desencadear reações adversas do sistema imunológico ou causar outros efeitos colaterais indesejáveis.

O bioquímico de Sandia Joe Schoeniger explica que a tecnologia de edição de genes é baseada em uma "corrida armamentista de bilhões de anos" entre bactérias e vírus que tentam atacá-los.

As bactérias salvam pedaços do DNA viral invasor usando um sistema denominado Repetições Palindrômicas Curtas com Espaçamento Intercalado Regularmente Agrupado ou CRISPR. Este sistema ajuda a bactéria a reconhecer um vírus quando ele retorna para um novo ataque. O sistema CRISPR produz Cas9, uma enzima que se liga ao DNA viral agressor, então o corta e destrói.

Este sistema de defesa bacteriana pode ser programado. Os cientistas podem enviar CRISPR-Cas9 para um local preciso para alterar um pedaço específico de DNA.

A capacidade de alterar o DNA é útil, especialmente ao lidar com doenças genéticas, mas as alterações no DNA são atualmente irreversíveis. Usar a tecnologia como ela é hoje pode causar efeitos colaterais perigosos e permanentes. Ele pode cortar um genoma no lugar errado (ou seja, têm efeitos fora do alvo), potencialmente causando doenças.

Além disso, O CRISPR-Cas9 precisa de um portador para ser entregue nas células humanas. Tipicamente, este portador é um vírus ligado ao resfriado comum denominado vírus adenoassociado. De acordo com o virologista Sandia Oscar Negrete, a maioria das pessoas foi exposta a cepas desse vírus em algum momento. Isso significa que as pessoas são rápidas para fabricar anticorpos contra ele, tornando-se uma terapia de uso único. Mesmo no primeiro uso, os pacientes podem ter uma reação imunológica, Negrete explicou. São necessárias novas abordagens que permitam que o tratamento seja usado com sucesso mais de uma vez, se necessário.

Controlando CRISPR

Ser capaz de controlar a tecnologia CRISPR e usá-la sem causar mudanças permanentes no DNA, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa criou o programa Genes Seguros.

Um esforço financiado pelo Safe Genes é de US $ 2,5 milhões, projeto de dois anos liderado pelo laboratório de Jennifer Doudna na Universidade da Califórnia, Berkeley, em parceria com Sandia, e a Universidade da Califórnia, São Francisco. Doudna é pioneira no desenvolvimento do CRISPR. Se a pesquisa inicial for frutífera, A DARPA poderia estender esse esforço por mais dois anos, elevando o total para quatro anos e US $ 5 milhões.

Os vírus são especializados em alterar seu DNA e gerar novas proteínas anti-CRISPR para bloquear o sistema imunológico bacteriano. Este é o outro lado da "corrida armamentista" de bactérias-vírus. Essas proteínas podem funcionar como antídotos, permitindo que os editores de genes sejam desligados, se necessário.

A equipe do Safe Genes está aproveitando essas proteínas para desenvolver inibidores que podem controlar os efeitos fora do alvo do CRISPR. Schoeniger disse que caso uma dose de um editor de genes precise ser administrada, pode ser seguido por uma dose do inibidor para desligá-lo, minimizar a quantidade de tempo em que os efeitos fora do alvo podem ocorrer.

Refazendo a carga

Este projeto Safe Genes se baseia no trabalho em andamento na Sandia, que também está focado no combate a doenças infecciosas usando a edição de genes.

Normalmente, o sistema CRISPR tem como alvo o DNA, mas Sandia tem colaborado com a equipe de Doudna para criar um sistema CRISPR que tem como alvo o RNA. O ataque direto do RNA do vírus é provavelmente eficaz contra a maioria dos patógenos de preocupação com a biossegurança, disse Negrete.

Já existem sistemas CRISPR que visam o RNA, mas esses sistemas resultam na degradação geral do RNA. Este novo sistema de segmentação de RNA pode afetar RNA humano ou animal específico, incluindo aquelas conhecidas por codificarem proteínas que auxiliam na infecção viral.

"Algumas proteínas são portas de entrada conhecidas para invasores, "Negrete explicou." Se você eliminar essas proteínas por meio de seus RNAs codificadores, os patógenos não podem entrar em suas células e você não fez nenhuma mudança permanente em seu genoma. "

Desenvolvendo aplicativos CRISPR seguros

Para o projeto Safe Genes, Sandia testará a tecnologia CRISPR de segmentação de RNA contra uma variedade de vírus. A equipe Sandia entregará os CRISPRs às células de mamíferos infectadas com uma variedade de vírus de RNA, incluindo vírus Ebola e Rift Valley Fever, que causam sintomas como febre hemorrágica. Em seguida, eles medem o nível de vírus remanescente nas células após o tratamento.

"Idealmente, gostaríamos de ver o nível de vírus reduzido a zero. Se não for, a tecnologia CRISPR teria que ser modificada, "Disse Negrete.

Além disso, a equipe da UCSF está desenvolvendo tecnologias derivadas do CRISPR para ativar e desativar genes sem editar o DNA. Para este aplicativo, a equipe está aproveitando o CRISPR para metilação de DNA direcionada. A metilação do DNA é um mecanismo não destrutivo de regulação da expressão gênica que ocorre naturalmente ao longo do ciclo de vida dos mamíferos.

Negrete acredita neste trabalho, se bem sucedido, representaria um salto quântico para a virologia porque as novas tecnologias CRISPR atacariam as doenças de várias maneiras. Atualmente, as vacinas têm como alvo cepas únicas de um vírus. Sandia's Safe Genes project is working toward solutions that target all the strains of a virus, as well as finding ways to repair infected host and human cells.

"It's cumbersome to create new treatments for each and every bug, and not feasible for quickly responding to emerging threats. One treatment for each and every strain that appears, as well as all the related viruses – it's a much better strategy, " Negrete said. "It's like the leap from eliminating one letter with a pencil eraser to hitting control-A and deleting an entire paragraph."