Editor de genes

22/06/17 | Biotecnologia e biossegurança Melhoramento genético

Editor de genes

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No mundo digital, a definição contemporânea do verbo “editar” é a possibilidade de alterar um arquivo. Essa é a base para compreender o que significa a edição de genomas. Atualmente, a tecnologia mais promissora nessa área é denominada CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) que, como explica o pesquisador da Embrapa Soja Alexandre Nepomuceno, “funciona como um corretor ortográfico, permitindo identificar genes de interesse no DNA de qualquer espécie e modificá-lo de acordo com as necessidades da pesquisa, sem a inclusão de genes de outras espécies.” Por exemplo: no caso de uma doença genética, fruto de uma mutação nas bases nitrogenadas da cadeia de DNA, é possível corrigir isso com o uso dessa ferramenta.

A técnica foi descoberta em estudos sobre o "sistema imunológico"de bactérias, que, quando são atacadas por um determinado vírus, guardam pedaços do DNA do organismo agressor. Com isso, toda vez que entram em contato com aquele mesmo vírus, conseguem reconhecê-los rapidamente. Essa capacidade instigou os cientistas, levando-os a alterar a informação do patógeno, no caso o vírus, colocando em seu lugar a informação de outra sequência de DNA. “Assim, surgiu o sistema de edição gênica", comenta Nepomuceno.

Por meio dessa técnica é possível corrigir e criar novas situações. Um exemplo recente é um milho desenvolvido nos Estados Unidos para atender a dois segmentos − fabricação de papel e utilização na indústria alimentícia. A semente do milho tem dois tipos de amido: a amilose (25%) e a amilopectina (75%), mas para utilização nessa indústria, quanto menos amilose, melhor. Para atender a indústria, foi desenvolvido um milho modificado com a técnica CRISPR, desligando o gene que produz a amilose, o que gerou um produto com 100% de amilopectina, já aprovado como não transgênico nos Estados Unidos, apesar de ter sido modificado geneticamente.

"Essas tecnologias já estão revolucionando a ciência pela facilidade de uso e precisão da modificação genética, além de fugir da polêmica dos transgênicos", afirma. Isso porque a tecnologia CRISPR permite reforçar ou inibir determinada característica de um organismo, sem a necessidade de incluir genes de outras espécies. Segundo o pesquisador uma mudança que levaria centenas de anos na natureza, por meio de mutações naturais, pode ser feita com apenas uma mutação induzida, a partir do uso dessas tecnologias.

Tudo começou com eles

A CRISPR é uma tecnologia relativamente nova – começou a ser utilizada na agricultura em 2014. Segundo o pesquisador da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia Elibio Rech, que, junto com Nepomuceno, é um dos pioneiros no uso dessa tecnologia no Brasil, trata-se de uma evolução do conhecimento anunciado pelos pesquisadores James Watson e Francis Crick em 1953: a descoberta da estrutura da molécula de DNA, sigla para ácido desoxirribonucleico, responsável pela transmissão das instruções genéticas que coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos.

A façanha revolucionou a pesquisa científica e criou novos paradigmas para a biologia, a medicina, a agricultura, a indústria e muitas outras áreas que se beneficiam dos desenvolvimentos tecnológicos nas ciências da vida. O modelo desenvolvido por Watson e Crick demonstrou que o DNA se assemelha a uma escada em caracol, o que lhes rendeu o prêmio Nobel de Medicina nove anos depois. Seguindo a descoberta, o geneticista suíço Werner Arber identificou enzimas de restrição capazes de cortar a molécula de DNA, o que também lhe rendeu o Nobel de Medicina em 1978.

Muitos termos que invadem hoje o cotidiano da sociedade contemporânea, como células-tronco, genoma, transgênicos e clonagem, entre outros, são derivados da descoberta de estrutura do DNA, porque, de todas as áreas da biologia, a que mais avançou foi a de biologia molecular.

Mudanças radicais nos horizontes da genética

Técnicas para editar e modificar o DNA são utilizadas desde a década de 1980, mas a tecnologia CRISPR pode ser considerada revolucionária por permitir a manipulação de genes com maior precisão, rapidez e menor custo. Ela vem substituindo com bastante eficácia as TALENs (Transcription Activator-like Effector Nucleases), que eram as mais utilizadas para alterar genes específicos em uma ampla variedade de células e organismos.

Descoberta em 2012, a tecnologia utiliza enzimas Cas para cortar o DNA em pontos determinados. Voltando à metáfora do corretor ortográfico, ela permite localizar e substituir genes, assim como palavras em um texto, sendo que o primeiro passo é localizar o gene a ser editado para, depois, fazer a alteração desejada.

A iniciativa pioneira com a tecnologia CRISPR na agricultura mundial foi obtida pela pesquisadora chinesa Caixia Gao (veja referência em navegue) com plantas de trigo para resistência a uma das piores ameaças à cultura: uma doença fúngica denominada Powdery mildew, que afeta não apenas o trigo, mas muitas outras culturas de importância agrícola. Hoje, Gao utiliza também a CRISPR para desenvolver variedades melhoradas de milho e arroz.

Uma das vantagens dessa tecnologia é o fato de ela não depender da transgenia, o que pode facilitar sua aceitação pela sociedade, que ainda manifesta resistência aos organismos geneticamente modificados (OGMs). Em alguns casos, a tecnologia pode até envolver transgenia, se forem usados genes de espécies diferentes, mas, na maior parte das pesquisas, como as desenvolvidas por Gao, a edição do genoma é feita dentro da própria planta.

Para a cientista chinesa, é preciso aprender com os erros que foram cometidos em relação aos organismos transgênicos. Ela explica que, na China, a aceitação desses produtos não é boa, de forma geral. É necessário que a sociedade conheça os benefícios e a forma de utilização dessa tecnologia para que não caia no mesmo nível de desinformação dos OGMs, o que levou grande parte da sociedade a rejeitá-la na década de 1990.

Tecnologia é estratégica para o país

A CRISPR tem grande potencial de utilização como ferramenta para o desenvolvimento de processos e produtos inovadores e agregação de valor à biodiversidade, assinala o pesquisador Elíbio Rech. Essa tecnologia representa uma quebra de paradigma na engenharia genética até agora utilizada porque permite "ligar" e "desligar" genes dentro de uma mesma planta, sem deixar genes estranhos ao organismo no produto final.

No Brasil, ainda há poucos grupos trabalhando com a CRISPR. A Embrapa é uma das pioneiras na sua utilização no País. O pesquisador lembra que ela começou a ser testada logo após a publicação do primeiro artigo no mundo em 2012: “Naquela época, não havia um projeto específico. Foram geradas plantas de soja, mas o objetivo era dominar a metodologia e comprovar sua eficiência.”

O foco principal das pesquisas da Embrapa, no momento, é a geração de plantas de algodão e soja com resistência a pragas e doenças, tolerância a estresses climáticos e aumento do teor proteico e da quantidade de óleo, especialmente no caso da soja.

Rech acredita que a aprovação, em 2016, do projeto “Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Biologia Sintética”, o qual ele coordena, pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pode fortalecer e intensificar as pesquisas com a CRISPR, entre outras tecnologias. Isso porque o INCT contará com o apoio e será incluído no consórcio internacional de biologia sintética "OpenPlant" (do inglês Open Technologies for Plant Synthetic Biology), formado pelas mais importantes universidades, empresas e institutos de pesquisa do Brasil e do mundo que trabalham com o tema. Com isso, as tecnologias, as plataformas tecnológicas e os produtos gerados pelo INCT farão parte de um modelo de inovação aberta e de cooperação competitiva e ficarão à disposição da sociedade.

Para manter o protagonismo na utilização da tecnologia CRISPR no Brasil, a Embrapa a estabeleceu como uma de suas linhas de pesquisa estratégicas. “A possibilidade de editar genomas com alta precisão, a custos relativamente baixos, representa uma nova revolução para a ciência”, enfatiza Maurício Lopes, presidente da Empresa. Ele explica que o uso dessa tecnologia permitirá olhar a biodiversidade em um sentido mais amplo, a partir de um uso sustentável de seus recursos.

Avanços na área animal - A biotecnologia animal vem evoluindo de forma vigorosa no Brasil. A década de 1980 foi marcada pelas microinjeções pró-nucleares de embriões para produção de animais transgênicos, cuja eficiência foi muito baixa. A década de 1990 foi dominada pela clonagem por transferência nuclear, com o nascimento da ovelha Dolly, na Escócia, e da vaca Vitória da Embrapa, no Brasil. Nos anos 2000, outras técnicas foram incorporadas ao conjunto de ferramentas científicas. Desde os anos 2010, a tecnologia CRISPR passou a dominar a área de biotecnologia da reprodução animal. Hoje, já existem mais de 300 animais editados, incluindo suínos, ovinos e bovinos. Entre os resultados obtidos com a aplicação dessa tecnologia no mundo, destacam-se a produção de leite com menos ingredientes alergênicos, de biofármacos no leite, desenvolvimento de vacas leiteiras sem chifres, de ovelhas mais musculosas e de miniporcos para comercialização como animais domésticos.

Para o pesquisador da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia Maurício Machaim, o foco das pesquisas hoje está voltado à cura e à prevenção de doenças de animais, que são o grande problema dos produtores: “Só o carrapato causa prejuízos à pecuária brasileira superiores a R$ 5 bilhões por ano. Mas existem outros problemas, como a mosca-dos-chifres, por exemplo.”

O também pesquisador da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia Eduardo Melo ressalta que hoje os principais desafios da ciência são: a velocidade e a oportunidade. Nesse cenário, a tecnologia CRISPR pode representar uma aliada da ciência na busca por essas soluções, seja para produzir medicamentos no leite de animais seja para curar doenças que afligem os rebanhos. “A velocidade que ela oferece para ligar ou desligar genes não tem precedentes em outras técnicas de edição de genomas”, afirma. Ele cita como exemplo de sucesso o trabalho de uma equipe norte-americana que conseguiu silenciar 62 genes de vírus em suínos.

“Na Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, ainda estamos em fase de domínio e estabelecimento da metodologia com a construção de vetores para a edição de genomas de bovinos. A partir do momento em que conseguirmos dominá-la, as possibilidades serão infinitas, comenta. Ao mesmo tempo, o pesquisador faz questão de ressaltar que a tecnologia ainda é muito nova: “Para a ciência, uma tecnologia de cinco anos ainda é muito recente. O mundo inteiro, praticamente, ainda está em fase de testes.”

Disputa de patentes

A patente da tecnologia CRISPR nos Estados Unidos é disputada entre dois cientistas norte-americanos: Jennifer Doudna, da Universidade da Califórnia, e Feng Zhang, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

A briga entre os dois impactou a forma estadunidense de deferir patente. Até março de 2013, o United States Patent and Trademark Office (USPTO) avaliava as patentes considerando todo o desenvolvimento do processo, incluindo atas de laboratório. Hoje, a patente é deferida a quem depositar o pedido primeiro, assim como é feito pelo Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI), no Brasil.

A coordenadora de Propriedade Intelectual da Secretaria de Negócios da Embrapa, Sibelle Silva, afirma que existem hoje, no mundo, 662 documentos de patentes que mencionam a tecnologia CRISPR. Nos Estados Unidos, há 22 patentes concedidas a partir do uso dessa tecnologia.

Regulamentação no Brasil

A regulamentação para utilização da tecnologia CRISPR no Brasil é uma questão ainda indefinida. Nos Estados Unidos, o Food and Drug Administration (FDA), órgão governamental americano responsável pelo controle dos alimentos (tanto para uso humano como animal), tem demonstrado a tendência de considerar os produtos editados pela tecnologia CRISPR como não transgênicos.

Segundo o pesquisador da Secretaria de Relações Internacionais da Embrapa Marcelo Freitas, a diferença mais expressiva entre as regulamentações relacionadas à biossegurança no Brasil, Estados Unidos, Argentina e China é que, aqui, a aprovação de um produto resultante de NBTs (new plant breeding techniques), incluindo a tecnologia CRISPR, leva em conta todo o processo de desenvolvimento, enquanto nos outros países se concentra nas características do produto final, independentemente do processo.

Alexandre Nepomuceno, que também é membro da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio), explicou que a CRISPR e outras tecnologias utilizadas no melhoramento genético de plantas, animais e microrganismos vêm sendo alvo de discussões nesse órgão há dois anos. "Nossa preocupação é definir como as novas ferramentas se encaixam na Lei de Biossegurança, vigente no Brasil desde 2005", ressalta. Está claro que a regulamentação das técnicas de edição de gene faz parte do escopo dessa Lei, já que ela abrange qualquer tipo de manipulação genética.

Em termos técnicos, a técnica CRISPR já está sendo utilizada em vários projetos no Brasil, mas ainda há muitas questões a serem debatidas, especialmente em relação à regulamentação e à percepção pública. “É muito importante para o desenvolvimento de produtos no Brasil que a sociedade seja claramente informada sobre os detalhes da tecnologia, procurando-se evitar o mesmo erro cometido mundialmente com a falta de informação sobre o uso da transgenia”, opina a pesquisadora Maria José Sampaio, da Coordenação de Políticas Globais da Secretaria de Relações Internacionais da Embrapa.