Uma arma usada pelos vírus em sua guerra sem fim contra bactérias poderia ser usada para desativar a ferramenta de edição de genes mais poderosa do mundo.
Isso, por sua vez, poderia reduzir o risco de o sistema bacteriano de cortar e colar, chamado CRISPR-Cas9, cortar os genes errados e introduzir mudanças genéticas descontroladas em humanos ou outras espécies na natureza.
Em um novo estudo, os cientistas descobriram que uma pequena proteína desliga o sistema e, pelo menos em uma placa de Petri, a proteína funciona nas células humanas, disseram os pesquisadores.
"É basicamente uma única proteína que podemos produzir na célula ou entregar à célula que desligará o Cas9, impedindo a ligação e o corte do DNA", disse o autor do estudo Joseph Bondy-Denomy, microbiologista da Universidade da Califórnia, São Francisco.
Localização e substituição genética
O complexo CRISPR-Cas9 é uma ferramenta poderosa na defesa imunológica bacteriana contra vírus invasores. Quando um vírus se infiltra em uma célula bacteriana, a bactéria mobiliza uma sequência de DNA, chamada CRISPR, ou "repetições palindrômicas curtas, regularmente espaçadas entre si". O DNA consiste em blocos curtos de pares de bases repetidos, separados por DNA espaçador. As bactérias copiam e inserem a sequência de DNA viral na região CRISPR e produzem duas cadeias de RNA. Esse RNA então se associa a uma enzima chamada Cas9, que age como um par de tesouras guiadas, direcionando-se para o DNA viral alvo e cortando-o. Finalmente, a célula repara o DNA, substituindo o trecho de DNA excluído por outra peça de reposição (fornecida pelos cientistas). Essencialmente, o sistema CRISPR / Cas9 pode ser usado como um "localizador e substituto" genético.
A facilidade de uso do sistema CRISPR significa que ele pode ser usado para praticamente qualquer técnica de edição de genes. Por exemplo, os médicos poderiam um dia editar as células imunes humanas no laboratório para reconhecer as células cancerígenas e, em seguida, injetá-las na pessoa como tratamento direcionado para o câncer, disse Bondy-Denomy. Recentemente, pesquisadores na China usaram o CRISPR para editar embriões humanos com graves defeitos genéticos, embora não permitissem que os embriões amadurecessem.
Efeitos fora do alvo
No entanto, o sistema de edição de genes tem um problema: às vezes ainda corta as seqüências de DNA erradas. Cas9 também fica muito tempo; leva cerca de 24 horas para que metade do Cas9 seja degradada por uma célula, dando tempo de sobra para fazer cortes fora do alvo no DNA, disse Bondy-Denomy à Live Science.
Portanto, se Cas9 tiver um interruptor "desligado", tornaria mais segura a possibilidade de engenharia genética humana, disse Bondy-Denomy.
Ele e seus colegas argumentaram que os vírus devem ter alguma maneira de desativar o CRISPR / Cas9. Para replicar, os vírus geralmente inserem seu próprio DNA no genoma da bactéria, cooptando o mecanismo genético da célula para fazer muitas cópias do DNA viral. Por essa lógica, então, os vírus devem ter uma maneira de desativar o CRISPR / Cas9, ou, às vezes, o sistema imunológico da bactéria identifica o DNA viral alvo em seu próprio genoma, o corta e se auto-destrói, Bondy-Denomy e sua colegas disseram.
"O Cas9 deve criar um RNA que, em seguida, separa o vírus que está em seu próprio genoma - não é inteligente o suficiente para saber que está em seu próprio genoma", disse Bondy-Denomy à Live Science. A equipe concluiu que, se a célula bacteriana estiver estável e não é autodestrutivo ", talvez esse vírus esteja produzindo uma proteína inibidora".
Então, a equipe analisou 300 tipos de Listeria bactérias, que causam doenças de origem alimentar, por sinais de que o DNA viral havia se infiltrado no genoma bacteriano. No entanto, as bactérias não foram autodestrutivas. A partir daí, procuraram proteínas que inativassem ListeriaA versão do Cas9, que é muito semelhante à usada na maioria dos laboratórios ao redor do mundo, chamada SpyCas9.
A equipe encontrou quatro proteínas anti-CRISPR, duas das quais funcionavam contra o SpyCas9 comumente usado, relataram os pesquisadores hoje (29 de dezembro) na revista Cell. Em uma placa de Petri, essas duas proteínas anti-CRISPR também trabalharam em células humanas para desativar o sistema CRISPR / Cas9.
Engenharia mais segura
A equipe ainda precisa provar que o uso das proteínas anti-Cas9 reduz o potencial de corte fora do alvo da Cas9, e eles não sabem quanto tempo a proteína permanece nas células. No entanto, se eles puderem mostrar que a proteína funciona in vivo, a nova descoberta teria o potencial de tornar a edição de genes mais segura, eliminando Cas9 rapidamente.
"Você não confia na degradação passiva; na verdade, garante que ela seja desativada", disse Bondy-Denomy.
A técnica também pode ser usada para outras aplicações. Por exemplo, as pessoas discutiram o uso do Cas9 para introduzir um gene mutante em toda uma população de mosquitos para erradicá-los ou impedir a propagação de certas doenças.
"Isso é essencialmente desencadear bioterrorismo em um organismo", o que pode ter consequências boas, ruins ou completamente imprevisíveis, disse Bondy-Denomy. Portanto, essas proteínas anti-CRISPR podem ser um prático mecanismo de controle ou interrupção a ser usado, caso seja necessário controlar a engenharia de toda a espécie, disse Bondy-Denomy.
