Um sistema que pode adicionar um gene inteiro ao genoma usa enzimas chamadas transposases (amarelo, azul, roxo; impressão do artista) para alterar o DNA (vermelho, verde). Crédito: Laguna Design/Science Photo Library
Uma ferramenta inovadora de edição de genoma promete fazer o que os sistemas CRISPR originais lutaram para alcançar: insira genes inteiros, com precisão e eficiência no DNA humano.
Descrito hoje em Ciência1o método pode abrir o caminho para as terapias de correção de genes que seriam administrados uma vez e funcionariam, independentemente da mutação específica que causasse a doença de um indivíduo. Também poderia acelerar o desenvolvimento de terapias celulares projetadas para o câncer e simplificar a criação de modelos genéticos para pesquisa.
“Poderia realmente ser uma grande parte do futuro”, diz o co-autor do estudo, David Liu, biólogo químico do Broad Institute em Cambridge, Massachusetts.
Entrega especial
Um dos métodos de entrega de genes mais usados depende de vírus projetados para inserir alongamentos de material genético no genoma de uma célula. Embora eficazes, esses vírus tendem a inserir suas cargas úteis aleatoriamente, arriscando interrupções prejudiciais ou fraco controle sobre a expressão gênica.
O CRISPR oferece mais controle do que os portadores virais, mas geralmente requer o corte do DNA – aumentando as chances de mutações indesejadas e reparo incompleto – ou o design de modelos personalizados para cada mutação, limitando sua escalabilidade.
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O novo sistema contorna ambos os problemas, introduzindo genes completos em locais direcionados em uma única etapa, sem cortar o DNA ou precisar de projetos sob medida. Desenvolvido por Liu, o bioquímico Samuel Sternberg, da Universidade de Columbia, em Nova York, e seus colegas, o método usa um complexo enzimático bacteriano chamado transposase associada ao CRISPR, ou elenco.
Transposases são enzimas que alimentam o movimento de ‘genes saltadores’ – pedaços de DNA ‘egoístas’ que pulam ao redor do genoma para se propagar. Os pesquisadores já reaproveitaram os sistemas fundidos para embaralhar grandes pedaços de material genético em células bacterianas. Mas em células humanas e outras mamíferas, todas as versões relatadas anteriormente do elenco têm lutado com baixa eficiência.
Enzimas em evolução
Para superar essas barreiras, Liu e Sternberg se voltaram para a evolução direcionada, uma técnica que aproveita o poder da seleção darwiniana no laboratório. Eles colocam os principais genes que codificam os componentes de um sistema fundido em um bacteriófago, um vírus que infecta bactérias. Sua configuração garantiu que esses vírus com as versões mais eficazes do elenco-aquelas que integraram o DNA no genoma com rapidez e precisão-crescessem melhor.
Então, eles deixaram a evolução seguir seu curso.
Após centenas de gerações virais e engenharia racional de alguns componentes fundidos, os pesquisadores produziram uma versão otimizada do complexo enzimático. Isso teve 21 pequenas alterações em cinco proteínas que contribuem para a arquitetura do elenco – uma conquista que empurra os limites do design de proteínas, observa Makoto Saito, um bioengenheiro de Riken em Wakō, Japão. “Isso é uma evolução louca direcionada!” ele diz.
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O complexo resultante, denominado evocast, demonstrou uma eficiência de inserção de até 30% em vários locais genômicos-uma melhoria mais de 400 vezes em relação ao original não evoluído.
Em testes de laboratório, evocast integrou com sucesso segmentos de mais de 10.000 nucleotídeos, por tempo suficiente para fornecer genes inteiros e seus elementos de controle. Ele trabalhou em uma variedade de tipos de células humanas, visando sites genômicos de “porto seguro” que podem acomodar um novo DNA sem interromper as funções celulares e instalar cargas úteis genéticas nos locais naturais de múltiplos genes relacionados à doença.
Notavelmente, a evocast oferece sua carga genética em uma única etapa enzimática, sem criar quebras de fita dupla no genoma.
