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Para tornar uma ferramenta de edição genética mais precisa e fácil de controlar, os engenheiros da Universidade Rice dividiram-na em duas partes que só se juntam novamente quando uma terceira molécula pequena é adicionada.
Pesquisadores do laboratório do engenheiro químico e biomolecular Xue Sherry Gao criaram um editor de genes baseado em CRISPR projetado para atingir a adenina – um dos quatro principais blocos de construção do DNA – que permanece inativa quando desmontada, mas entra em ação quando a molécula de ligação é adicionada.
Comparado ao original intacto, o editor dividido é mais preciso e permanece ativo por um período de tempo mais restrito, o que é importante para evitar edições fora do alvo. Além disso, a pequena molécula ativadora usada para unir as duas peças da ferramenta já está sendo usada como medicamento anticancerígeno e imunossupressor.
De acordo com um estudo publicado na Nature Communications, a ferramenta desenvolvida por Gao e colaboradores teve um bom desempenho tanto em culturas de células humanas como em ratos vivos, onde editou com precisão um único par de bases num gene alvo. Dado que mutações de pares de bases únicos – também conhecidas como mutações pontuais – são responsáveis por milhares de doenças, o editor dividido pode ter amplas aplicações terapêuticas.
“Esta ferramenta tem o potencial de corrigir quase metade das mutações pontuais causadoras de doenças no nosso genoma”, disse Hongzhi Zeng, principal autor do estudo e estudante de pós-graduação no laboratório de Gao. “No entanto, os atuais editores de base de adenina estão em constante estado ‘ligado’, o que pode levar a alterações indesejadas no genoma juntamente com a correção desejada no genoma do hospedeiro.
“Nossa equipe decidiu criar uma versão muito melhorada que pudesse ser ligada ou desligada conforme necessário, proporcionando um nível incomparável de segurança e precisão.”
Para instalar um botão “liga/desliga”, os pesquisadores dividiram o editor de base de adenina em duas proteínas separadas que permanecem inativas até que o sirolimus (anteriormente conhecido como rapamicina) seja adicionado – uma molécula descoberta em 1972 em bactérias do solo na Ilha de Páscoa que é aprovada pelo pela Food and Drug Administration dos EUA para uso em terapias contra o câncer e outros procedimentos médicos.
“Após a introdução desta pequena molécula, os dois fragmentos inativos separados do editor de base de adenina são colados e tornados ativos”, disse Zeng. “À medida que o corpo metaboliza a rapamicina, os dois fragmentos se separam, desativando o sistema”.
Os pesquisadores encontraram alguns benefícios adicionais em dividir o editor de genes em dois.
“Comparado a um editor intacto, nossa versão reduz as edições gerais fora do alvo em mais de 70% e aumenta a precisão das edições no alvo”, disse Zeng.
Em colaboração com Zheng Sun, professor associado do Departamento de Biologia Molecular e Celular e da divisão de endocrinologia, diabetes e metabolismo do Departamento de Medicina do Baylor College of Medicine, os pesquisadores focaram no gene PCSK9, que serve como modelo para uma proteína que ajuda a regular os níveis de colesterol no sangue.
“Esperamos ver a eventual aplicação de nossa ferramenta de edição de genoma dividido com maior precisão para abordar questões relacionadas à saúde humana de uma forma muito mais segura”, disse Gao, professor assistente de engenharia química e biomolecular do Ted N. Law.
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