Novas faces da pesquisa: edição de genes

Os pesquisadores agora entendem que muitas condições, como câncer, doença das células falciformes, hemofilia e fibrose cística, podem ser parcial ou completamente causadas por anormalidades no DNA do genoma humano. Em outras palavras, essas condições são genéticas e hereditárias.

Mas e se houvesse uma tecnologia que pudesse "editar" o DNA de um ser humano? Assim como pressionar o botão excluir em um computador, um gene causador de doença também pode ser removido ou alterado.

Este é o mundo emocionante e promissor de edição de genes. De acordo com Instituto Nacional de Saúde, a maioria das pesquisas atuais sobre edição de genes está sendo feita apenas usando células e modelos animais. Mas os cientistas estão trabalhando para determinar se a edição de genes é segura e eficaz para uso em pessoas na prevenção e tratamento de doenças genéticas.

O sucesso da edição de genes em humanos depende do esforço interdisciplinar de uma ampla variedade de campos científicos, como biologia, ciências dos materiais e engenharia química. Três pesquisadores na vanguarda da edição de genes nos orientam em seu trabalho e explicam como ele poderia um dia salvar milhões de vidas.

Sam Sternberg

Quando Sam Sternberg começou a pesquisar repetições palindrômicas curtas, regularmente espaçadas em cluster (CRISPR) em 2010, pouco se sabia sobre seu futuro promissor.

"Eu fui atraído para estudar o CRISPR por causa de quão inexplorado o assunto era", diz Sternberg, que recebeu seu PhD da Universidade da Califórnia, Berkeley. "Foi esse subdesenvolvimento que me empolgou, porque pude ver que muitas questões interessantes ainda estavam por serem respondidas e muitas aplicações em potencial ainda não foram exploradas."

CRISPR é uma biomolécula que existe em bactérias e organismos unicelulares conhecidos como archaea. "As células do corpo constantemente defendem seus genomas contra invasores estrangeiros como vírus", diz Sternberg. "Mas as células desenvolveram inúmeras estratégias para combater essas ameaças, como o CRISPR".

O CRISPR permite que as bactérias reconheçam e destruam vírus invasores neutralizando a sequência de DNA do vírus, impedindo que o vírus cause danos. “Surpreendentemente, porém, as mesmas biomoléculas CRISPR que as bactérias usam para destruir vírus também são ferramentas de biotecnologia extremamente poderosas”, diz ele.

Em outras palavras, as biomoléculas CRISPR que nos protegem contra vírus também podem ser usadas para tratar e curar doenças genéticas existentes. O CRISPR pode modificar a sequência de DNA em diferentes células e organismos, que ele compara à edição de um corpo de texto em um processador de texto. Seu laboratório estuda as formas naturais pelas quais bactérias e outros organismos combatem invasores virais, que informarão o crescente corpo de ferramentas de edição de genes que permitirão aos cientistas "reescrever o código da vida", de acordo com Sternberg.

"Acredito que a tecnologia de edição de genes, e especificamente ferramentas como o CRISPR, ajudará a abrir caminho para uma nova forma de terapêutica na qual as mutações no DNA que causam doenças são literalmente reescritas e reparadas nas células dos próprios pacientes", diz ele. "Imagine se uma doença genética como a fibrose cística pudesse ser curada, não pela administração de medicamentos por toda a vida, mas com um tratamento baseado na edição de genes que apagaria a mutação causadora da doença nos órgãos mais afetados pela doença, como os pulmões".

Adrienne Celeste-Greene

Enquanto fazia seu doutorado em biologia molecular e celular na Universidade da Califórnia, Berkeley, Adrienne Celeste-Greene se lembra de subir as escadas do laboratório de seu professor para pedir conselhos sobre o uso do CRISPR para estudar o câncer de mama.

Ela acredita que aprender essa tecnologia de ponta em um dos principais laboratórios que estudam o CRISPR lhe deu uma vantagem. "Pude aprender alguns dos truques do comércio antes mesmo de serem publicados."

Como mencionado anteriormente, o CRISPR pode ser usado para alterar os genomas de praticamente qualquer espécie adicionando, excluindo ou mutando um gene. "O CRISPR pode potencialmente ser usado para excluir genes que causam câncer", diz Celeste-Greene.

Como membro sênior da equipe técnica da Sandia National Laboratories, o desafio atual de Celeste-Greene é garantir que o CRISPR seja entregue apenas às células "doentes", mas não afeta negativamente as células saudáveis ​​ao mesmo tempo. (Quimioterapia, por exemplo, é um tipo de terapia que pode danificar células saudáveis, enquanto mata células cancerígenas.)

Ao combinar o CRISPR com a tecnologia de nanopartículas, a terapia pode ser direcionada apenas às células danificadas. “Juntos, o CRISPR empacotado em partículas únicas fornece uma maneira de tratar doenças que são guiadas por informações genômicas e entregar seletivamente a terapia às células de interesse”, diz ela.

O rápido avanço da tecnologia significa que esse tratamento poderá ser efetivado na próxima década, de acordo com Celeste-Greene.

Eric Carnes

"Parece que a maioria das pessoas perdeu um ente querido pelo câncer e eu não sou exceção", diz Eric Carnes, que recebeu seu PhD em engenharia química pela Universidade do Novo México e agora atua como professor associado de pesquisa no Escritório de Pesquisa e desenvolvimento econômico da Universidade de Nebraska-Lincoln. "Sou apaixonado por salvar vidas humanas e reduzir o sofrimento humano desde o ensino médio."

Carnes agora estuda as interações entre materiais biológicos, como bactérias, e materiais não biológicos, como nanopartículas 100.000 vezes menores do que qualquer coisa que o olho humano possa detectar. "Eu então engenharia esses diferentes materiais para interagir com sistemas biológicos – como o corpo humano – para vários fins biomédicos e de biossegurança", diz ele. "Por exemplo, usei nanopartículas para administrar antibióticos a órgãos infectados por bactérias antraz ou praga, a fim de tratar essas infecções resistentes a medicamentos em doses mais baixas de antibióticos".

Carnes acredita que a medicina personalizada – estratégias preventivas e terapêuticas adaptadas a cada paciente com base em sua genética – se tornará cada vez mais crítica para combater problemas de saúde como câncer, dor crônica, vírus emergentes como Ebola e Zika ou uma futura pandemia de gripe. Afinal, não é mais pessoal que a edição de DNA.

“Minha pesquisa na Universidade de Nebraska-Lincoln está contribuindo para tornar a medicina personalizada uma realidade, fornecendo materiais que podem alterar facilmente as propriedades dos 'coquetéis' de medicamentos, como sua solubilidade ou falta deles em sistemas biológicos cheios de água”, explica ele .

Mas Carnes observa que soluções eficazes e de longo prazo para problemas de saúde complexos exigem equipes interdisciplinares de pesquisadores, formadas por indivíduos como Carnes, Celeste-Greene e Sternberg, especializados em áreas como biologia celular, química e engenharia química.

Ao adotar essa abordagem colaborativa e integradora, esperamos que possíveis soluções de saúde como a edição de genes se tornem realidade.