A incrível história de origem do CRISPR
O desenvolvimento da revolucionária ferramenta de engenharia genética CRISPR é um conto adequado para a tela grande.
Ilustração de ADN. (Crédito: RDVector via Adobe Stock.)
Principais conclusões- CRISPR é uma tecnologia de engenharia genética que usa sequências de DNA e suas proteínas associadas para editar os pares de bases de um gene.
- A ferramenta controversa tem muitas aplicações potenciais, incluindo eliminar doenças genéticas, melhorar a agricultura e criar 'bebês projetados', para citar alguns.
- A história de origem do CRISPR destaca como descobertas inovadoras podem surgir de pesquisas comuns.
A ciência é muito mais chata do que é comumente retratada. Os filmes geralmente mostram montagens de cientistas de óculos rabiscando notas (provavelmente em um quadro-negro) antes de finalmente socar o ar em uma revelação encantada. Ou talvez eles mostrem uma enorme equipe de pesquisadores gastando anos em algum problema científico, e então o protagonista vira um projeto de cabeça para baixo e diz, mas poderia ser isso? Todos ficam maravilhados.
A realidade da ciência é muito mais prosaica. São anos e anos de enxerto duro, becos sem saída, preocupação com financiamento, conferências, mais becos sem saída, mais enxertos difíceis e um inteira muita colaboração. A ciência é menos sobre momentos eureka e gênios solitários e mais sobre estar nos ombros de gigantes. Mas, ocasionalmente, um desenvolvimento contraria a tendência, dando pelo menos alguma validação aos tropos de Hollywood.
Um exemplo está na tecnologia de edição de genes verdadeiramente revolucionária conhecida como CRISPR. A ferramenta é incrível não apenas pelo que pode fazer e como pode mudar a vida humana, mas também por sua história de origem – um conto de uma descoberta que mudou o jogo, um momento eureka e pesquisas conduzidas por causa da pesquisa.
A surpresa
A história começa em 1987, quando uma equipe de pesquisa japonesa liderada por Yoshizumi Ishino estava pesquisando o micróbio E. coli. Eles queriam explorar um gene peculiar chamado iap. Este gene misterioso era único, consistindo em blocos de cinco segmentos idênticos de DNA divididos por DNA espaçador único. Mas como estávamos na década de 1980 e a tecnologia ainda não era sofisticada, a equipe de Osaka realmente não sabia o que fazer com as observações ou o que fazer com elas.
Quinze anos depois, na Holanda, uma equipe chefiada por Francisco Mojica e Ruud Jansen, da Universidade de Utrecht, renomeou esses sanduíches de iap para CRISPR, o que significa repetições palindrômicas curtas agrupadas regularmente interespaçadas. O que Mojica, Jansen et al. descoberto foi notável: esses genes codificavam enzimas que poderiam cortar DNA . Ainda assim, ninguém sabia por que isso aconteceu, e as implicações disso não foram totalmente apreciadas.
Três anos depois, Eugene Koonin, do Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia, notou que esses bits únicos de DNA nos espaçadores pareciam notavelmente com vírus. E assim, Koonin teorizou que certos micróbios estavam usando o CRISPR como mecanismo de defesa. Era um sistema imunológico bacteriano. Ele sugeriu que as bactérias usassem CRISPR (e suas enzimas cas) para pegar fragmentos de vírus invasores e colá-los em seu próprio DNA cortado, onde agiam como uma espécie de vacinação bacteriana contra futuros vírus, ou como uma memória do sistema imunológico.
Coube ao microbiologista Rodolphe Barrangou provar que Koonin estava certo. CRISPR realmente estava cortando e colando DNA.
O momento eureca
As implicações disso foram perdidas tanto em Barrangou quanto na comunidade microbiologista. O próprio Barrangou usou (e monetizou) essa tecnologia para produzir bactérias resistentes a vírus para seu empregador de iogurte, Danisco. Mas do outro lado do país, na Universidade de Berkeley, essas descobertas estavam sendo lidas por duas pessoas que transformariam a tecnologia CRISPR: Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier.
Doudna e Charpentier eram especialistas no campo do RNA – os projetos criados pelo DNA que atuam como o mensageiro necessário para codificar todas as proteínas da vida. O que eles descobriram é que o sistema CRISPR poderia ser reprogramado para cortar e colar não apenas o DNA do vírus, mas também qualquer DNA isolado que eles quisessem. Eles publicaram suas descobertas em um agora famoso 2012 Ciência artigo.
Mas o que realmente significa reprogramar? Primeiro, temos que entender que o CRISPR não apenas corta e cola o DNA do vírus em seu próprio DNA (como um sistema de memória imunológica ou tabela de consulta), mas também usa essas informações para cortar futuros vírus invasores, o que os impede de se replicar . Ele faz isso liberando RNA correspondente ao DNA do vírus (que ele armazenou) junto com sua própria enzima cas. Se esses dois encontrarem qualquer DNA de vírus invasor, eles se agarrarão e a enzima cas o cortará em dois. É um processo incrivelmente inteligente.
Essa descoberta produziu o momento eureka: Oh meu Deus, isso pode ser uma ferramenta! Doudna lembrou. Para fazer essa ferramenta, eles simplesmente precisavam anexar este cas enzima para um RNA de sua própria escolha, para que a enzima encontre e corte o DNA correspondente a esse RNA. É como uma função microbiana de encontrar e cortar. Além disso, eles poderiam induzir uma célula a costurar genes para preencher a lacuna – um tipo de função de localizar e substituir.
Pesquisar por pesquisar
As implicações do que Doudna e Charpentier descobriram abriram oportunidades novas e sem precedentes. Desde seu artigo original de 2012, um número crescente de empresas e as operações de pesquisa vêm evocando maneiras interessantes de aplicar a tecnologia CRISPR. Não só tem uma grande aplicação em campos biomédicos, como o direcionamento da proteína distrofina responsável por muitos tipos de distrofia muscular, mas também pode transformar a agricultura, a energia e até a renaturalização de mamutes.
Como acontece com qualquer nova tecnologia, existem perigos e questões éticas em torno do uso do CRISPR, especialmente no que diz respeito à perspectiva de criar bebês projetados . Em 2018, a questão saiu do campo teórico quando o cientista chinês He Jiankui editou embriões humanos pela primeira vez na história, na tentativa de tornar os bebês resistentes ao vírus HIV. (Ele foi condenado a três anos de prisão.) Indiscutivelmente, essas são questões normais de calibração com as quais a sociedade deve lidar quando confrontada com uma tecnologia revolucionária.
O que é duplamente ótimo no CRISPR é a história por trás dele. Ao longo de décadas e continentes, a história envolveu acidente, eureca e pensamento fora da caixa. Mas é importante notar que a pesquisa foi feita por si só. Foi conduzido para estudar E. coli, examinar sistemas imunológicos bacterianos e desenvolver culturas de iogurte mais fortes, enquanto, nas palavras de Jennifer Doudna, não tentava chegar a um objetivo específico, exceto a compreensão. A pesquisa finalmente conseguiu muito mais do que isso.
Jonny Thomson ensina filosofia em Oxford. Ele administra uma conta popular no Instagram chamada Mini Philosophy (@ filosofiaminis ). Seu primeiro livro é Minifilosofia: um pequeno livro de grandes ideias .
Neste artigo biotecnologia Tecnologia Emergente Saúde Humanos do FuturoCompartilhar:
