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Uma descoberta microscópica não só permitirá aos cientistas compreender o mundo microbiano que nos rodeia, mas também poderá fornecer uma nova forma de controlar as biotecnologias CRISPR-Cas.
Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo professor Peter Fineran da Universidade de Otago e pelo Dr. Rafael Pinilla-Redondo da Universidade de Copenhague publicou um estudo na revista Natureza revelando uma nova maneira como os vírus suprimem o sistema imunológico CRISPR-Cas das bactérias.
O co-autor, David Mayo-Muñoz, do laboratório de interações fago-hospedeiro (Phi) do Departamento de Microbiologia e Imunologia de Otago, diz que esta descoberta pode nos ensinar sobre a dinâmica microbiana no ambiente, ser usada para tornar a edição genética mais segura, e conduzir a alternativas mais eficientes aos antibióticos.
“A descoberta é entusiasmante para a comunidade científica porque proporciona uma maior compreensão de como as defesas CRISPR-Cas podem ser interrompidas”, diz ele.
CRISPR-Cas são sistemas imunológicos que as bactérias possuem que as protegem de serem infectadas por vírus bacterianos – chamados fagos. Funciona pegando pedaços de DNA do fago e adicionando-os ao genoma da bactéria. As bactérias acabam com um banco de memória de infecções passadas por fagos, que são arquivadas como fotos, usando-as para identificar e degradar aquele fago específico quando ele ataca novamente.
“Se um vírus chega, parte do seu DNA é adicionada ao banco de memória e, no processo, transformada de DNA em RNA. Cada RNA atua como um guia para que o sistema CRISPR-Cas possa identificar e destruir corretamente o fago invasor. Cada adição ao banco de memória é dividida por uma sequência de repetição CRISPR, que se acumula como suportes de livros entre cada sequência de fagos.
“O interessante é que os fagos desenvolveram diferentes maneiras de superar esses sistemas de defesa – é como uma corrida armamentista evolutiva. As bactérias têm CRISPR-Cas, então os fagos desenvolveram anti-CRISPRs, o que lhes permite bloquear os complexos imunológicos das bactérias. .
“O que descobrimos é uma maneira totalmente nova de os fagos poderem parar os sistemas CRISPR-Cas”, diz o Dr. Mayo-Muñoz.
Pesquisadores anteriores mostraram que alguns fagos têm sequências repetidas de CRISPR em seus genomas e, no estudo atual, a equipe de Otago e Copenhagen demonstraram que os fagos carregam bactérias com essas repetições de RNA para impedir o CRISPR-Cas.
O professor Fineran, chefe do laboratório Phi em Otago, diz que esses RNA anti-CRISPRs cegam os complexos imunológicos das bactérias.
“Os fagos têm componentes de sistemas CRISPR-Cas bacterianos em seus próprios genomas. Eles os usam como imitadores moleculares para seu próprio benefício, para silenciar o sistema imunológico das bactérias e permitir a replicação dos fagos”, diz ele.
O grupo também descobriu que quando o fago carrega repetições de RNA nas proteínas CRISPR-Cas, nem todas as proteínas certas são carregadas, formando um complexo não funcional.
“Esse imitador molecular destrói as defesas das bactérias e a função do sistema; é basicamente uma isca.”
Um grande interesse no CRISPR-Cas reside na sua natureza programável para editar genomas com precisão – o Prémio Nobel da Química foi recentemente atribuído a esta tecnologia. Curiosamente, os anti-CRISPRs podem ser usados como um interruptor de segurança para desligar ou ajustar esta tecnologia.
“Para aproveitar o potencial das tecnologias CRISPR-Cas, é importante poder controlá-la, ligá-la, desligá-la e ajustá-la, melhorando a sua precisão e benefício terapêutico.
“Nossa descoberta é a primeira evidência de um RNA anti-CRISPR, que tem uma sequência genética mais curta do que as proteínas anti-CRISPRs previamente descobertas, e como elas são baseadas em sequências de repetição CRISPR conhecidas, temos a possibilidade de projetar RNA anti-CRISPRs para todos os sistemas CRISPR-Cas e suas aplicações específicas”, diz o Dr. Mayo-Muñoz.
O CRISPR-Cas acabará por ser utilizado para terapia genética – para reparar genes mutantes que causam doenças – mas para torná-lo mais seguro, são necessários anti-CRISPRs para modular a tecnologia.
Os fagos também podem ser usados como antimicrobianos para matar bactérias patogênicas, oferecendo uma alternativa aos antibióticos, mas se a bactéria infectada tiver um sistema CRISPR-Cas ativo, serão necessários fagos com os anti-CRISPRs corretos para neutralizá-la.
“Ser capaz de criar um anti-CRISPR personalizado será uma opção poderosa para se ter na caixa de ferramentas.” Professor Fineran diz.
“Estamos entusiasmados por poder fornecer uma visão totalmente nova sobre como os fagos lutam contra seus hospedeiros bacterianos. Esperamos que esses RNA anti-CRISPRs forneçam uma nova abordagem para ajudar a controlar as tecnologias CRISPR-Cas.”
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