RNA de interferência, tecnologia em benefício da saúde de plantas e animais

O RNA de interferência, também conhecido como RNAi foi descoberto na década de 1990. A compreensão desse mecanismo revolucionou a maneira com que o funcionamento da célula era visto e os pesquisadores, Andrew Z Fire e Craig C Mello, responsáveis pela descrição do RNAi foram agraciados com o prêmio Nobel em medicina e fisiologia no ano de 2006.

Com exceção de bactérias e vírus, o mecanismo de RNAi está presente em todos os organismos vivos, ou seja, ele já existe naturalmente nas células do nosso corpo e por isso é tão importante.

Ficou curioso? Segue com a gente que você irá descobrir como o RNA de interferência funciona e como ele foi transformado em uma importante tecnologia para a saúde humana, animal e no cultivo de plantas.

RNA de interferência, uma descoberta inesperada

O primeiro indício da existência do mecanismo de RNA de interferência, aconteceu quando pesquisadores trabalharam para aumentar a intensidade da cor violeta nas flores de petúnias. 

Nesse experimento, os cientistas introduziram cópias adicionais do gene responsável por induzir a cor violeta das flores. Ao contrário do esperado, as petúnias geneticamente modificadas passaram a produzir flores com regiões brancas, o que mostrava um bloqueio parcial ou total do pigmento violeta (um silenciamento). Esse resultado inesperado ficou sem explicação por alguns anos.

Após anos de pesquisa e experimentos para elucidar o silenciamento ocorrido nas petúnias, em 1998 os pesquisadores Andrew Z Fire e Craig C Mello publicaram um trabalho descrevendo o mecanismo de RNA de interferência e mostravam o seu funcionamento em células de um nematoide, o Caenorhabditis elegans.

O estudo que descreveu o RNA de interferência

A comunidade científica precisava descobrir como moléculas de RNA inibiam a expressão gênica. O segredo estava em moléculas dupla fita de RNA (dsRNA). Quando os pesquisadores desenvolveram uma molécula de dsRNA específica para um gene do C. elegans e introduziram essa molécula nas células do nematoide, uma interferência na produção de proteínas do gene de interesse foi observada. 

Também foi descoberto que essas moléculas de dupla fita de RNA, eram quebradas por uma proteína de defesa natural da maioria dos organismos vivos (chamada de Dicer). A quebra do dsRNA produz o que ficou conhecido como pequenos RNA de interferência (siRNA), verdadeiros responsáveis por silenciar os genes. 

O silenciamento acontece porque essas pequenas moléculas de RNA interagem com o RNA mensageiro (mRNA), causando uma interferência na produção de proteínas. Uma vez que o mRNA é a molécula responsável por produzir as proteínas nas células.

No caso das petúnias as duplas fitas de RNA passaram a ser formadas devido a introdução de cópias do gene responsável pela intensidade da cor violeta. A planta que possuía mais genes produzia mais moléculas de RNA. O excesso dessas moléculas resultava em duplas fitas de RNA, levando as células da planta a assumi-lo como um material genético viral, silenciando-o. Ocorria então, um bloqueio por excesso.

O mecanismo de RNAi sempre existiu. A ocorrência desse mecanismo foi vista nos mais diversos organismos, como insetos, fungos, animais, plantas e humanos. Funciona como uma espécie de proteção do nosso código genético por meio do silenciamento de genes prejudiciais ou provenientes de infecções virais. 

A grande sacada do RNA de interferência é que esse mecanismo pode ser utilizado como uma ferramenta biotecnológica para desligar genes em um organismo, sem a necessidade de alteração direta no DNA.

Esse processo também é conhecido por silenciamento gênico a nível pós-transcricional (PTGS, posttranscriptional gene silencing), uma vez que o RNAi atua sobre um mRNA específico, resultando na redução e/ou silenciamento da produção de uma proteína.

Um universo de possibilidades

Uma tecnologia capaz de desligar genes específicos é de grande ajuda para os cientistas compreenderem melhor a função de cada gene em um organismo. Quando o funcionamento de um gene é desvendado, novas formas de tratamento de doenças podem ser descobertas.

Além disso, o próprio RNAi se mostrou uma opção relativamente simples para atuar como fármaco. Em teoria, algumas doenças genéticas e outras causadas por vírus poderiam ser solucionadas a partir do conhecimento prévio da sequência do fragmento de DNA ou RNA alvo. Um fármaco produzido a partir de dsRNA poderia “desligar” um vírus ou até mesmo genes defeituosos. 

No melhoramento genético de plantas, o RNAi também pode ser utilizado para desenvolver cultivares mais produtivas, mais nutritivas, tolerantes a fatores abióticos e resistentes a pragas e doenças. Outra possibilidade é o desenvolvimento de defensivos agrícolas que ao invés de moléculas químicas ou biológicas apresentariam fragmentos de dsRNA específicos e efetivos no controle de uma praga alvo. 

E ainda tem mais, essas moléculas de RNA capazes de silenciar especificamente genes de pragas podem ser introduzidas no genoma das plantas; ao se alimentarem destas plantas geneticamente modificadas, as pragas têm algum de seus genes vitais silenciados e morrem. Tudo isso sem causar qualquer dano ao meio ambiente ou efeito para a saúde humana e de animais.

Na pecuária, o mecanismo de RNA de interferência pode ser utilizado para silenciar genes relacionados ao desenvolvimento do animal e também de proteção contra doenças.

Aplicação do RNA de interferência na agricultura

Muitas doenças e pragas que afetam plantas são causadas por organismos que infectam a planta ou se alimentam de partes do vegetal. Felizmente, as plantas podem ser geneticamente modificadas para produzir moléculas de RNA que atuem de forma específica em alguns desses organismos e assim ficarem protegidas.

Essa tecnologia inclusive pode ajudar a salvar vidas na África. Produtores de mandioca tem sofrido com a estria negra da mandioca – cassava black streak disease (CBSD) – doença causada por dois tipos de vírus para os quais ainda não existe controle. Essa doença é tão importante que foi listada entre as sete ameaças de doenças de plantas à segurança alimentar mundial.

Para enfrentar esse microrganismo, pesquisadores desenvolveram uma planta de mandioca transgênica com tecnologia de RNAi com característica de resistência aos dois vírus. Em maio de 2020, a Organização de Pesquisa Agrícola e Pecuária do Quênia solicitou permissão à Autoridade Nacional de Biossegurança para o cultivo em campo aberto e comercialização desta mandioca transgênica resistente a CBSD.

Uma estratégia semelhante está sendo desenvolvida por pesquisadores da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), para uma planta de mamão resistente a diferentes vírus. Uma vez que plantas de mamão transgênicos já salvaram os agricultores do Hawaii. 

O Canadá foi o primeiro país a ter o cultivo comercial de uma planta transgênica com tecnologia RNAi, em 2016. O milho que apresenta característica de resistência a insetos também foi liberado nos Estados Unidos no ano seguinte. Essa tecnologia também está presente em um evento de milho transgênico aprovado em 2019 no Brasil.

No entanto, o Brasil já havia desenvolvido e aprovado um evento de planta transgênica com tecnologia de RNAi em 2011. A EMBRAPA utilizou a estratégia de RNA de interferência para desenvolver uma planta de feijão resistente ao vírus do mosaico dourado. O feijão desenvolvido pelos pesquisadores brasileiros possui no genoma um gene que produz um dsRNA capaz de silenciar um gene vital do vírus, dessa forma a planta se torna resistente. Apesar de ter sido aprovada, pela Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio) para plantio e consumo (animal e humano), o feijão da EMBRAPA ainda não foi comercializado. 

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Nem só de plantas transgênicas vive o RNAi

Outra estratégia possível de ser utilizada para proteger as plantas a partir do mecanismo de RNA de interferência é produzir “vacinas virais”. Nesse caso, um vírus é geneticamente modificado com o objetivo de induzir uma planta a produzir proteínas capazes de reconhecer um patógeno ou praga específica a partir de dsRNA.

Essa tecnologia foi utilizada em 2011 para induzir, em plantas de trigo, resistência a um fungo patogênico. Nos anos seguintes a estratégia tem se mostrado eficiente no controle de outros patógenos e insetos que acometem culturas como tomate, batata, girassol e tabaco.

Uma terceira estratégia para emprego do RNAi em plantas é a aplicação tópica de um produto com apenas moléculas de dsRNA ou siRNA. Pesquisadores tem mostrado que a aplicação dessas moléculas no solo ou na superfície da planta, por meio de irrigação ou spray, pode ser suficiente para induzir resistência da planta a patógenos e pragas específicas. Essa técnica foi eficiente em controlar alguns vírus e fungos nas culturas de cevada, trigo e tomate. 

Essas descobertas que ainda estão por vir abrirão novas oportunidades para o desenvolvimento de novos produtos capazes de contribuir para o controle de doenças de plantas, melhorar a agricultura de forma geral e ajudar a alimentar a população mundial.

Primeiro produto com RNAi para humanos

Em 2018 a agência federal do Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos Estados Unidos – FDA (U.S. Food and Drug Administration) – aprovou o primeiro fármaco com tecnologia RNAi para ser utilizado por pessoas. O mesmo produto foi aprovado para comercialização no Brasil em fevereiro de 2020 pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa).

O produto é um complexo de nanopartículas direcionadas ao fígado que contêm siRNA específico para silenciar o gene mutante causador da amiloidose hereditária de transtirretina. Nessa doença, as formas mutantes da proteína produzida por esse gene mutante se acumulam no corpo, podendo prejudicar a função cardíaca e nervosa.

Em um ensaio clínico com 225 pessoas com amiloidose transtirretina hereditária, que apresentavam sinais de dano neural, a velocidade média de caminhada melhorou significativamente naqueles que receberam o tratamento. Já no grupo que não recebeu o tratamento, observou-se diminuição na velocidade locomotora. 

Principais fontes:

Cagliari, D. et al. Management of Pest Insects and Plant Diseases by Non-Transformative RNAi. Frontiers in Plant Science, 2019.

Kuo, Yen-Wen and Falk, B. W. RNA interference approaches for plant disease control. BioTechniques, 2020.