.
Cientistas estão programando um dos organismos mais resistentes e resistentes à radiação do mundo para reescrever um gene específico, permitindo que eles curem um tipo comum de colesterol alto hereditário. Chamado TnpB e originário da bactéria Deinococcus radioduransesse micróbio excepcionalmente robusto também sobrevive ao frio, à desidratação, ao vácuo e ao ácido, o que o torna uma ferramenta ideal para edição genética.
Embora a equipe tenha testado suas “tesouras genéticas” apenas em modelos de camundongos com predisposição hereditária a um tipo de colesterol alto chamado hipercolesterolemia, que atualmente afeta 31 milhões de americanos, os pesquisadores acreditam que sua abordagem um dia permitirá que eles curem o colesterol alto em humanos essencialmente reprogramando seu código genético.
Reprogramação de TnpB para curar colesterol alto
No estudo publicado delineando a nova abordagem de reprogramação genética, os pesquisadores observam que a edição genética mostrou uma promessa significativa na edição de certas condições de saúde herdadas, essencialmente “reprogramando” bactérias especializadas para editar geneticamente o gene defeituoso no código genético de uma pessoa com um que funcione corretamente. No entanto, o processo, tornado famoso pela ferramenta de edição genética CRISPR, resultou em sucessos mistos.
Um dos principais fatores limitantes do organismo CRISPR-Cas mais comumente usado na edição genética é seu tamanho. De acordo com os autores do estudo, o micróbio é grande demais para ser precisamente alvejado, o que “cria desafios ao tentar entregá-los às células certas no corpo”.
Mais recentemente, pesquisadores em edição genética começaram a se concentrar nos “progenitores evolutivos” do organismo, alguns dos quais são muito menores do que o micróbio CRISPR-Cas. Entre os mais promissores está o TnpB, cujo tamanho menor e robustez oferecem aos cientistas um novo caminho para a edição genética.
Esses progenitores menores são menos eficientes na reprogramação e mostram capacidade de direcionamento limitada devido aos seus requisitos de reconhecimento limitados ao se ligarem ao DNA do que os micróbios maiores do CRISPR-Cas. Agora, os pesquisadores por trás deste estudo dizem que podem ter finalmente superado essa limitação, resultando em um método muito mais eficiente de direcionamento do TnpB para curar o colesterol alto.
Novo método mostra eficiência de até 75%
De acordo com o estudo, a equipe encontrou uma maneira de otimizar o TnpB para editar células de mamíferos de forma mais eficiente do que o organismo não tratado.
“O truque foi modificar a ferramenta de duas maneiras: primeiro, para que ela vá mais eficientemente ao núcleo onde o DNA genômico está localizado e, segundo, para que ela também tenha como alvo sequências alternativas do genoma”, disse Kim Marquart, estudante de doutorado no Instituto de Farmacologia e Toxicologia da Universidade de Zurique (UZH) e primeiro autor do estudo.
Em seguida, a equipe testou 10.211 locais de direcionamento separados para identificar quais características no DNA das células determinam a eficiência geral de edição do micróbio. Em vez de testar os locais individualmente em um ambiente de laboratório, a equipe usou uma ferramenta especializada de inteligência artificial que, segundo eles, poderia prever as eficiências de edição do organismo como os diferentes locais de direcionamento.
“Nosso modelo pode prever o quão bem o TnpB funcionará em diferentes cenários, tornando mais fácil e rápido projetar experimentos de edição genética bem-sucedidos”, disse Marquart. “Usando essas previsões, alcançamos até 75,3% de eficiência em fígados de camundongos e 65,9% em cérebros de camundongos.”
Após o sucesso dos modelos, a equipe projetou seu micróbio personalizado no laboratório. Esses micróbios foram testados em camundongos programados com a variante genética que causa hipercolesterolemia. A equipe esperava que seu tamanho menor permitisse que esse progenitor do CRISPR-Cas fosse onde os organismos maiores não conseguiam.
“Para os experimentos com animais, fomos capazes de usar vetores virais Adeno-associados clinicamente viáveis para transportar eficientemente as ferramentas para células de camundongos”, explicou Marquart. “Devido ao seu pequeno tamanho, o sistema de edição de genes TnpB pode ser empacotado em uma única partícula de vírus.”
Em contraste, a equipe observa que os componentes CRISPR-Cas9 mais comumente usados devem ser empacotados em múltiplas partículas de vírus”, o que significa que doses maiores de vetor precisam ser aplicadas”.
Desenvolvendo estratégias semelhantes de edição genética em humanos
Como esperado, a equipe descobriu que seu organismo TnpB mais eficiente era ideal para a tarefa, com sua eficiência superando drasticamente sua forma original.
“Ao projetar a pequena, mas poderosa proteína TnpB, fomos capazes de projetar uma variante que mostra um aumento de 4,4 vezes na eficiência de modificação do DNA – tornando-a mais eficaz como uma ferramenta de edição genética”, explicou o líder do projeto Gerald Schwank do Instituto de Farmacologia e Toxicologia da Universidade de Zurique (UZH).
Após receber o organismo programado, os camundongos com seu gene defeituoso apresentaram níveis saudáveis de colesterol. Com efeito, a nova abordagem mostrou que micróbios menores poderiam atingir o alvo do DNA e curar o colesterol alto.
“Conseguimos editar um gene que regula os níveis de colesterol, reduzindo assim o colesterol em camundongos tratados em quase 80%”, explicou Schwank.
Seguindo em frente, a equipe espera expandir sua pesquisa, incluindo a busca por maneiras de melhorar ainda mais a eficiência de sua ferramenta de edição genética personalizada. Embora ainda esteja no estágio de modelo animal, a equipe acredita que sua abordagem pode levar a uma ferramenta genética para curar colesterol alto e outras condições hereditárias que a ferramenta CROSPSR tradicional não consegue curar.
“O objetivo é desenvolver estratégias semelhantes de edição genética em humanos para tratar pacientes que sofrem de hipercolesterolemia”, disse Schwank.
O estudo “Edição efetiva do genoma com um sistema ISDra2 TnpB aprimorado e ωRNAs previstos por aprendizado profundo” foi publicado em Métodos da Natureza.
Christopher Plain é um romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciência no The Debrief. Siga e conecte-se com ele em X, aprenda sobre seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em cristóvão@thedebrief.org.
.
