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Foi desenvolvida uma nova ferramenta de edição genética baseada em CRISPR que poderá levar a melhores tratamentos para pacientes com doenças genéticas. A ferramenta é uma enzima, AsCas12f, que foi modificada para oferecer a mesma eficácia, mas com um terço do tamanho da enzima Cas9 comumente usada para edição de genes. O tamanho compacto significa que uma maior quantidade pode ser empacotada em vírus transportadores e entregue em células vivas, tornando-o mais eficiente. Os pesquisadores criaram uma biblioteca de possíveis mutações AsCas12f e depois combinaram as selecionadas para projetar uma enzima AsCas12f com 10 vezes mais capacidade de edição do que o tipo original não mutado. Este AsCas12f projetado já foi testado com sucesso em ratos e tem potencial para ser usado em tratamentos novos e mais eficazes para pacientes no futuro.
Você provavelmente já ouviu falar do CRISPR, a ferramenta de edição genética que permite aos pesquisadores substituir e alterar segmentos de DNA. Tal como os alfaiates genéticos, os cientistas têm experimentado “cortar” os genes que tornam os mosquitos portadores da malária, alterando as culturas alimentares para serem mais nutritivas e deliciosas e, nos últimos anos, iniciaram ensaios em humanos para superar algumas das doenças e distúrbios genéticos mais desafiantes. O potencial do CRISPR para melhorar as nossas vidas é tão fenomenal que, em 2020, as investigadoras Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier, que desenvolveram a versão mais precisa da ferramenta denominada CRISPR-Cas9, receberam o Prémio Nobel da Química.
Mas mesmo o Cas9 tem limitações. A maneira comum de entregar material genético a uma célula hospedeira é usar um vírus modificado como transportador. Os vírus adeno-associados (AAVs) não são prejudiciais aos pacientes, podem entrar em muitos tipos diferentes de células para introduzir enzimas CRISPR como Cas9 e têm menor probabilidade de provocar uma resposta imune indesejada em comparação com alguns outros métodos. No entanto, como qualquer serviço de entrega de encomendas, existe um limite de tamanho. “Cas9 está no limite dessa restrição de tamanho, então tem havido uma demanda por uma proteína Cas menor que possa ser eficientemente empacotada em AAV e servir como uma ferramenta de edição de genoma”, explicou o professor Osamu Nureki do Departamento de Ciências Biológicas. na Universidade de Tóquio.
Seu grande tamanho significa que o Cas9 pode perder eficiência quando usado para terapia genética. Assim, uma grande equipe multiinstitucional trabalhou para desenvolver uma enzima Cas menor que fosse igualmente ativa, mas mais eficiente. Os pesquisadores selecionaram uma enzima chamada AsCas12f, da bactéria Axidibacillus sulfuroxidans. A vantagem desta enzima é que ela é uma das enzimas Cas mais compactas encontradas até o momento e tem menos de um terço do tamanho da Cas9. No entanto, em testes anteriores, quase não houve atividade genômica em células humanas.
“Usando um método de triagem chamado varredura mutacional profunda, montamos uma biblioteca de novos candidatos em potencial, substituindo cada resíduo de aminoácido de AsCas12f por todos os 20 tipos de aminoácidos nos quais toda a vida se baseia. A partir disso, identificamos mais de 200 mutações que melhoraram atividade de edição de genoma”, explicou Nureki. “Com base nos insights obtidos com a análise estrutural do AsCas12f, selecionamos e combinamos essas mutações de aminoácidos de atividade aprimorada para criar um AsCas12f modificado. Este AsCas12f projetado tem mais de 10 vezes a atividade de edição de genoma em comparação com o tipo AsCas12f usual e é comparável ao Cas9, mantendo um tamanho muito menor.”
A equipe já realizou testes em animais com o sistema AsCas12f projetado, associando-o a outros genes e administrando-o a camundongos vivos. Administrar tratamentos diretamente no corpo é preferível a extrair células, editá-las em laboratório e reinserí-las nos pacientes, o que é mais demorado e caro. O sucesso dos testes mostrou que o AsCas12f projetado tem potencial para ser usado em terapias genéticas humanas, como no tratamento da hemofilia, uma doença na qual o sangue não coagula normalmente.
A equipe descobriu inúmeras combinações potencialmente eficazes para a engenharia de um sistema aprimorado de edição de genes AsCas12f, de modo que os pesquisadores reconhecem a possibilidade de que as mutações selecionadas possam não ter sido as mais ideais de todas as misturas disponíveis. Como próximo passo, a modelagem computacional ou o aprendizado de máquina poderiam ser usados para analisar as combinações e prever quais poderiam oferecer melhorias ainda melhores.
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