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CRISPR Cas9 marca evolução do melhoramento genético

Sistema foi descoberto ao estudar relação entre bactérias e vírus.

Uma das maiores revoluções na edição genética aconteceu por acaso. Tudo começou no início dos anos 2000, na Universidade da Califórnia, em Berkeley, EUA, quando as pesquisadoras Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier, estudavam como as bactérias se defendiam do ataque de vírus. 

CRISPR é o “Conjunto de Repetições Palindrômicas Curtas Regularmente Espaçadas” (do inglês Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Nome difícil, mas já comum entre os cientistas que trabalham com edição de genomas, inclusive no setor agrícola. 

Ao detalharem o sistema imunológico das bactérias infectadas, as pesquisadoras descobriram algumas sequências de DNA que eram pedaços dos vírus armazenados, como se fossem uma memória. Com essa memória, quando a bactéria era atacada novamente pelo invasor, ela o reconhecia e o removia, evitando a infecção. A região onde esse material fica guardado é o CRISPR. Junto desses pedaços havia um que codificava a proteína chamada Cas9. 

A ideia que mudou a forma de edição genética

Com a descoberta veio a grande inovação: trocar a informação que era do vírus e colocar no lugar uma sequência de DNA de qualquer gene que se queira expressar dentro do genoma. 

Os cientistas reproduziram, artificialmente, em laboratório, o sistema CRISPR/Cas9. O sistema é constituído de um RNAguia associado a uma proteína, no caso a Cas9. Para entender melhor, imagine o seguinte: 

O DNA é formado por uma fita dupla e, por conta de alguma mutação ou doença, tem uma parte que o cientista gostaria de retirar. Para isso, se usa o RNAguia, que vai funcionar como uma sequência complementar àquela do DNA que será removido. Ele pode guiar a proteína Cas9 até encontrar o pedaço exato do DNA que precisa ser retirado. Ao encontrá-lo, a Cas9 funciona como uma tesoura molecular, corta a fita dupla do DNA e remove pontualmente a sequência informada. “Nada mais é que uma tesoura bioquímica que corta o DNA. Com essa tecnologia se consegue alterar algumas bases nitrogenadas dentro do DNA da própria espécie”, explica o pesquisador da EMBRAPA Soja e membro da CTNBio (Comissão Técnica Nacional de Biossegurança), Alexandre Nepomuceno.

É como num texto, ao escrever algo errado, o autor pode apagar e escrever a palavra certa. Nos seres vivos, se há um gene defeituoso, uma base nitrogenada trocada, pode-se apagar essa base e colocar uma nova no lugar.

“O desenvolvimento recente de técnicas de engenharia genética de precisão criou a possibilidade de gerar variação genética de forma dirigida e pontual em qualquer região do genoma alvo, permitindo o silenciamento específico de genes de interesse”, explica o pesquisador da Embrapa Agroenergia e, também, membro da CTNBio, Hugo Molinari.

Cas9: a primeira “tesoura molecular” do Sistema Crispr

Existem vários tipos de enzimas que funcionam como tesoura molecular, como a Csf1, Cas10, Cas3, por exemplo. As siglas significam de qual organismo elas foram retiradas e identificadas. A Cas9 foi a primeira a ser detalhada e é a mais conhecida. 

Cada sistema de desenvolvimento de uma planta é analisado para saber qual proteína deve ser usada. O conhecimento de diferentes proteínas que fazem parte do sistema CRISPR é bastante relevante para realização de diferentes tipos de corte no DNA, maior facilidade de manipulação e reconhecimento de diferentes regiões do DNA.

A tecnologia CRISPR-Cas9 pode ser aplicada em todas as culturas importantes da agricultura como grãos, frutas e hortaliças.

Comissão de biossegurança faz análise rigorosa em todos os usos do Crispr

No Brasil, desde 2018, as técnicas de edição genética, que incluem CRISPR, são chamadas de TIMP (Técnicas Inovadoras de Melhoramento de Precisão). Essa denominação foi atribuída pela CTNBio (Comissão Técnica Nacional de Biossegurança) e incluída na Resolução Normativa nº16 (RN16).

A RN16 determina que empresas e instituições que desenvolvam um produto por meio de TIMP, submetam uma consulta à CTNBio, responsável por avaliar se o produto pode ser registrado como de melhoramento convencional ou mutagênese ou se deve seguir regulamentação de OGM (Organismo Geneticamente Modificado) ou transgênico. De acordo com análises feitas, dependendo da estratégia de uso de proteínas de corte no DNA, diferentes resultados são possíveis: 

SDN1 (Site-Directed Nucleases)

A tesoura molecular corta a fita dupla de DNA. Ao ficar solto, o mecanismo da célula é tentar colar de volta. Muitas vezes, durante essa tentativa, podem ocorrer mutações simples aleatórias como substituição, inserção e perda. É a via natural de reparo celular de DNA. Por exemplo, ao quebrar o DNA, um gene pode ser desligado havendo um rompimento de uma rota metabólica e o benefício de outra. Essas mutações poderiam ter ocorrido naturalmente.

SDN2

É muito parecido com o SDN1, mas nesse sistema utiliza-se uma sequência de DNA da própria espécie para introduzir uma mutação no local onde houve a quebra da fita dupla. Esse tipo de mutação também pode ser obtido por melhoramento clássico, só que demoraria muitos anos.

SDN3

No SDN3, pode-se colocar genes inteiros no local de corte do DNA contendo sequências necessárias para a expressão de um gene. Nesse caso, a normativa do Brasil considera o produto um OGM.

Além do Brasil, muitos países, como Estados Unidos, Argentina, Canadá, Chile, Colômbia, consideram os produtos geneticamente editados pelo sistema SDN3 como transgênicos. 

Embrapa utiliza Crispr no melhoramento genético de quatro culturas

O Brasil teve o primeiro produto agrícola resultado da tecnologia CRISPR em 2018: um milho editado que contém maior concentração de amilopectina. O grão tem basicamente dois tipos de amido: amilose (cerca de 25%) e amilopectina (cerca de 75%). Este último é bastante interessante para a indústria de alimentos. Então, ao alterar a produção de amido para quase 100% de amilopectina, os cientistas desenvolveram um milho com características que melhoram a textura dos alimentos, além de ser usado também para fazer papel e cola.

Atualmente, a Embrapa desenvolve dois projetos com a tecnologia CRISPR em 4 culturas: soja, milho, feijão e cana-de-açúcar.

Segundo o pesquisador Hugo Molinari, os estudos visam as seguintes características: tolerância à seca em todas as culturas, escurecimento do tegumento (parte externa) do feijão, aumento da digestibilidade da biomassa em relação ao milho e cana-de-açúcar, aumento no teor de sacarose da cana-de-açúcar e tolerância à herbicidas em variedades de milho, soja e cana-de-açúcar.