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Pesquisadores projetaram geneticamente os primeiros camundongos que contraíram uma forma semelhante à humana do COVID-19, de acordo com um estudo publicado on-line em 1º de novembro. Natureza.
Liderado por pesquisadores da Escola de Medicina Grossman da Universidade de Nova York, o novo trabalho criou ratos de laboratório com material genético humano para ACE2 – uma proteína capturada pelo vírus pandêmico para que possa se ligar às células humanas como parte da infecção. Os ratos com esta alteração genética desenvolveram sintomas semelhantes aos dos humanos jovens infectados com o vírus que causa a COVID-19, em vez de morrerem após a infecção, como tinha ocorrido com modelos anteriores de ratos.
“O fato de esses ratos sobreviverem cria o primeiro modelo animal que imita a forma de COVID-19 observada na maioria das pessoas – até as células do sistema imunológico ativadas e sintomas comparáveis”, disse o autor sênior do estudo, Jef Boeke, diretor do Sol e Judith Bergstein do o Instituto de Genética de Sistemas da NYU Langone Health. “Esta tem sido uma grande peça que faltava nos esforços para desenvolver novos medicamentos contra este vírus”.
“Dado que os camundongos têm sido o principal modelo genético há décadas”, acrescentou Boeke, “existem milhares de linhagens de camundongos que agora podem ser cruzadas com nossos humanos humanizados”. ACE2 ratos para estudar como o corpo reage de maneira diferente ao vírus em pacientes com diabetes ou obesidade, ou à medida que as pessoas envelhecem”.
Problema do DNA grande
O novo estudo gira em torno de um novo método para editar o DNA, os 3 bilhões de “letras” do código genético que servem como instruções para a construção de nossas células e corpos.
Embora técnicas famosas como o CRISPR permitam a edição do DNA, editando apenas uma ou algumas letras por vez, alguns desafios exigem mudanças nos genes que podem ter até 2 milhões de letras. Nesses casos, pode ser mais eficiente construir ADN a partir do zero, com alterações extensas feitas em grandes porções de código pré-montadas e depois trocadas numa célula em vez da sua contraparte natural. Como os genes humanos são tão complexos, o laboratório de Boeke desenvolveu pela primeira vez a sua abordagem de “escrita do genoma” em leveduras, fungos unicelulares que partilham muitas características com as células humanas, mas que são mais simples e fáceis de estudar.
Mais recentemente, a equipa de Boeke adaptou as suas técnicas de levedura ao código genético dos mamíferos, que é composto não apenas por genes que codificam proteínas, mas também por muitos interruptores que ativam diferentes genes em diferentes níveis em diferentes tipos de células. Ao estudar esta “matéria escura” pouco compreendida que regula os genes, a equipe de pesquisa foi capaz de projetar ratos vivos com células que tinham níveis de energia mais semelhantes aos humanos. ÁS atividade genética pela primeira vez. Os autores do estudo usaram células de levedura para montar sequências de DNA de até 200.000 letras em uma única etapa e, em seguida, entregaram esses DNAs “nus” em células-tronco embrionárias de camundongos usando seu novo método de entrega, mSwAP-In.
Superando os limites de tamanho dos métodos anteriores, o mSwAP-In forneceu um modelo de camundongo humanizado da patologia COVID-19, “sobrescrevendo” 72 quilobases (kb) de camundongo Ás2 código com 180 kb do humano ACE2 gene e seu DNA regulador.
Para realizar essa troca entre espécies, o método de estudo cortou um ponto-chave no código do DNA em torno do gene natural, trocou por uma contraparte sintética em etapas e, com cada adição, adicionou um mecanismo de controle de qualidade para que apenas as células com o gene sintético gene sobreviveu. A equipe de pesquisa trabalhou então com Sang Yong Kim no Laboratório de Engenharia de Genoma de Roedores da NYU, usando uma técnica de células-tronco chamada “complementação tetraplóide” para criar um camundongo vivo cujas células incluíam os genes sobrescritos.
Além disso, os pesquisadores já haviam projetado uma versão sintética do gene Trp53a versão do rato do gene humano TP53e trocou-o em células de mouse. A proteína codificada por este gene coordena a resposta da célula ao ADN danificado e pode até instruir as células que o contêm a morrer para evitar a acumulação de células cancerígenas. Quando este “guardião do genoma” se torna defeituoso, é um dos principais contribuintes para o cancro humano.
Enquanto os experimentos ACE2 trocaram uma versão inalterada de um gene humano, o gene sintético, trocado Trp53 O gene foi projetado para não incluir mais uma combinação de letras de código molecular – citosina (C) ao lado da guanina (G) – conhecida por ser vulnerável a alterações aleatórias causadoras de câncer. Os pesquisadores substituíram os principais “pontos de acesso” do CG por um código contendo uma letra de DNA diferente na adenina (A).
“A mudança AG deixou a função do gene intacta, mas diminuiu sua vulnerabilidade à mutação, com a previsão de que a troca levaria a uma taxa de mutação 10 a 50 vezes menor”, disse o primeiro autor Weimin Zhang, PhD, pesquisador de pós-doutorado em Laboratório de Boeke. “Nosso objetivo é demonstrar em um animal de teste vivo que essa troca leva a menos mutações e a menos tumores resultantes, e esses experimentos estão sendo planejados”.
O trabalho foi financiado pela concessão 1RM1HG009491 do National Institutes of Health CEGS e pela concessão de apoio ao Perlmutter Cancer Center P30CA016087. Boeke é fundador da CDI Labs, Inc., fundador da Neochromosome, Inc.; fundador da ReOpen Diagnostics, LLC, e atua ou atuou nos conselhos consultivos científicos da Logomix Inc., Modern Meadow, Inc., Rome Therapeutics, Inc., Sample6, Inc., Sangamo, Inc., Tessera Therapeutics, Inc. e o Instituto Wyss. Boeke também recebe honorários de consultoria e royalties da OpenTrons e detém participação acionária na empresa. Esses relacionamentos são administrados de acordo com as políticas da NYU.
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