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| Fonte da imagem: C&en |
MITTR, 02/02/2023
Os insetos que editam genes podem ajudar a reduzir a dependência de pesticidas – e ajudar a proteger indústrias bilionárias.
O produtor de uvas da Califórnia central, Steve McIntyre, estava familiarizado com a doença de Pierce. Mas isso não o preparou para o que viu quando visitou a fazenda de frutas cítricas e abacates de seu irmão no sul da Califórnia em 1998. A doença, que faz com que as vinhas murchem e as uvas murchem como balões velhos, existia há muito tempo na Califórnia. Mas a infecção que ele viu em uma fazenda adjacente à propriedade de seu irmão parecia diferente.
“Foi uma devastação”, diz McIntyre. Blocos de uvas pareciam ter sua irrigação totalmente cortada. Em seu voo para casa, McIntyre pensou em ligar para um corretor de imóveis para se livrar de seu terreno. Suas próprias vinhas, ele pensou, estavam condenadas.
Menos de uma década depois de ter sido identificado pela primeira vez na Califórnia, um inseto invasor chamado atirador de elite de asas vítreas transformou a bactéria que causa a doença de Pierce de um incômodo em um pesadelo. O inseto oblongo, com asas como vitrais tingidos de vermelho, é mais rápido e voa mais longe do que os atiradores de elite nativos do estado, e pode se alimentar de videiras mais resistentes. Sua chegada, que o estado suspeita ter ocorrido no final dos anos 80, potencializou a propagação da doença.
Por meio de inspeções e pulverização direcionada de pesticidas, o estado conseguiu confinar o atirador invasor ao sul da Califórnia. Mas a doença ainda não tem cura e corre o risco de piorar e ser mais difícil de combater devido às mudanças climáticas.
Os pesquisadores agora procuram adicionar tecnologia de ponta ao arsenal anti-Pierce da Califórnia, alterando o genoma do atirador de elite de asas vítreas para que ele não possa mais espalhar a bactéria.
Tal solução é possível graças à tecnologia de edição de genes CRISPR, que tornou cada vez mais simples modificar os genes de qualquer organismo. A técnica tem sido usada em experimentos de imunoterapia contra o câncer, reprodução de maçãs e, de forma controversa, embriões humanos. Agora, um número crescente de pesquisadores está aplicando-o a pragas agrícolas, com o objetivo de controlar uma série de insetos que, juntos, destroem cerca de 40% da produção agrícola global a cada ano. Se bem-sucedidos, esses esforços podem reduzir a dependência de inseticidas e fornecer uma alternativa às modificações genéticas nas plantações.
Por enquanto, esses insetos editados por genes estão trancados em laboratórios em todo o mundo, mas isso está prestes a mudar. Este ano, uma empresa dos EUA espera iniciar testes em estufa em conjunto com o Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) de insetos que danificam frutas esterilizados usando CRISPR. Ao mesmo tempo, cientistas de instituições governamentais e privadas estão começando a aprender mais sobre genética de pragas e a fazer edições em mais espécies.
O uso de organismos editados por genes permanece controverso, e as pragas agrícolas editadas ainda não foram aprovadas para liberação generalizada nos EUA. Um processo regulatório potencialmente demorado e ainda em evolução aguarda. Mas os cientistas dizem que o CRISPR inaugurou um momento crítico para o uso de edições de genes em insetos que afetam a agricultura, com mais descobertas no horizonte.
“Até o CRISPR, a tecnologia simplesmente não existia”, diz Peter Atkinson, entomologista da Universidade da Califórnia, em Riverside, que está trabalhando na modificação do atirador. “Estamos entrando nesta nova era em que o controle genético pode ser contemplado de forma realista”.
Conheça seu inimigo
Os cientistas não sabiam muito sobre a genética do atirador de elite de asas vítreas até recentemente. O primeiro rascunho de seu genoma foi mapeado em 2016, por um grupo do USDA e do Baylor College of Medicine, no Texas. Mas o mapa tinha lacunas. Em 2021, pesquisadores da UC Riverside, incluindo Atkinson, preencheram muitos delas para produzir uma versão mais completa.
À medida que os cientistas se propõem a editar genes de mais espécies de pragas, uma melhor compreensão de sua biologia e genética será importante, diz Linda Walling, geneticista de plantas da UC Riverside que está trabalhando na pesquisa do atirador. “Vai ter que haver um investimento muito grande na compreensão da biologia”, diz ela. “Tudo o que queríamos fazer anteriormente era apenas matá-los.”
Esse entendimento vai além do sequenciamento do DNA. Antes de fazer edições, os pesquisadores precisam descobrir o que pode impedir um inseto de prejudicar uma planta e, em seguida, determinar quais edições podem fazer isso acontecer. No caso do atirador de elite, havia um bom candidato em mãos: pesquisas anteriores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, mostraram que um carboidrato na boca do atirador de elite facilita a adesão da bactéria causadora de Pierce e apontou para certas moléculas que os cientistas poderia modificar para mudar isso.
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| Fêmea da mosca-da-fruta (Drosophila suzukii) voando sobre um morango. |
Agora, um grupo da UC Riverside, incluindo Atkinson e Walling, está tentando fazer essas mudanças.
Parte do desafio é simplesmente encontrar uma maneira de fornecer maquinário de edição de genes para embriões de insetos minúsculos e de rápido desenvolvimento.
“A entrega é o segredo de tudo”, diz Wayne Hunter, um entomologista de pesquisa do USDA que trabalhou no rascunho de 2016 do genoma do atirador de elite.
Os embriões dos atiradores de asas vítreas têm cerca de 3 mm de comprimento. A equipe de Riverside desenvolveu uma nova maneira de injetá-los com máquinas CRISPR/Cas9 sem removê-los da folha onde foram colocados. A técnica, segundo um artigo publicado no ano passado, era “simples de executar, pois uma massa com 20 óvulos pode ser injetada em dez minutos por um operador novato”.
Após a injeção, a equipe mostrou que a tecnologia CRISPR poderia cortar e alterar o genoma do atirador (como prova de princípio, os pesquisadores usaram a tecnologia para eliminar os genes que controlam a cor dos olhos do atirador). Agora, o grupo está trabalhando para inserir genes no genoma do atirador que eles esperam transformar o tecido na boca do inseto para que ele aja como Teflon, fazendo com que a bactéria causadora de Pierce deslize para fora.
A equipe recebeu financiamento do USDA, bem como de um conselho de representantes da indústria do vinho especificamente convocado pelo governo da Califórnia para combater a doença de Pierce.
O conselho, do qual McIntyre é membro, apóia uma série de abordagens potenciais para derrotar a doença, incluindo a edição genética de videiras, bem como biopesticidas, que geralmente são derivados de materiais naturais. A doença de Pierce é um problema “excepcionalmente terrível” para os produtores de uva, diz Kristin Lowe, coordenadora de pesquisa do conselho. “Com a maioria dos patógenos de plantas que são [disseminados] por um inseto, você precisa explorar toda e qualquer fraqueza que encontrar – na biologia, no meio ambiente, na ecologia dessa doença – para obter controle a longo prazo.”
Operação mosca da fruta
Outra tecnologia CRISPR criada na Califórnia já iniciou o longo processo de comercialização para uso em uma praga agrícola.
Omar Akbari começou a usar o CRISPR como pós-doutorando em engenharia biológica na Caltech, logo após o lançamento de um artigo seminal sobre a tecnologia. Uma década depois, seu laboratório na Universidade da Califórnia, em San Diego, usa o CRISPR em quase uma dúzia de espécies de insetos.
Um de seus objetos de estudo é a Drosophila suzukii, ou drosófila de asa manchada, uma espécie de mosca-das-frutas que abre buracos em frutas macias e maduras, como cerejas e ameixas, para depositar seus ovos. As moscas, que estragam cerca de US$ 500 milhões em safras de frutas dos EUA todos os anos, já se tornaram resistentes a alguns pesticidas.
O laboratório de Akbari usou CRISPR para modificar genes a fim de criar machos estéreis e matar fêmeas. Se esses machos fossem soltos, eles se misturariam com moscas normais, e sua incapacidade de se reproduzir poderia deprimir a população geral.
A Agragene, empresa que licenciou a tecnologia de Akbari, levantou US$ 5,2 milhões para comercializar esse método de esterilização em pragas agrícolas. A empresa está testando o produto este ano em estufas no Oregon.
As estratégias possíveis para controlar as populações de pragas e as doenças que elas transmitem usando CRISPR são inúmeras. “Seu experimento é limitado apenas por sua engenhosidade, até certo ponto”, diz Nikolay Kandul, que trabalha com Akbari na UC San Diego.
Mas os pesquisadores também devem lidar com a biologia e as implicações de suas escolhas. Para certos sistemas, como as edições de moscas-das-frutas de Akbari, uma mudança não deve permanecer na população, a menos que insetos editados por genes continuem a ser liberados. “É seguro, é eficaz, pode ser confinado e não persiste no ambiente”, diz Akbari.
Akbari também trabalhou em outra abordagem que poderia ser mais permanente: os genes drives. Essa técnica burla as regras da genética, aumentando a chance de um organismo herdar certos genes e espalhá-los pela população. O potencial da tecnologia atraiu tanto entusiasmo quanto preocupação (há esforços em andamento para examinar o uso de unidades genéticas em mosquitos para interromper a transmissão da malária, mas muitos cientistas apontaram riscos potenciais e pediram cautela).
“Os produtos químicos só podem viajar até certo ponto antes de se degradarem no meio ambiente”, diz Jason Delborne, professor de ciência, política e sociedade da North Carolina State University. “Se você introduzir um organismo editado por genes que pode se mover pelo ambiente, você tem o potencial de mudar ou transformar ambientes em uma enorme escala espacial e temporal”.
Kandul coloca isso de forma mais direta. Gene drives, diz ele, podem ser “desleixados”.
A Agragene considerou implantá-los em moscas-das-frutas, mas Akbari diz que os executivos decidiram que seria difícil atrair investidores e obter aprovação regulatória. Em vez disso, a empresa optou pela tecnologia de esterilização. Depois de concluir os testes em gaiolas de laboratório no ano passado, a Agragene está iniciando testes em estufa em colaboração com o USDA, que espera abrir caminho para uma liberação generalizada.
“Você está reunindo dados suficientes para mostrar que seu inseto estéril é, neste caso, seguro”, diz o CEO da Agragene, Bryan Witherbee, que trabalhou anteriormente na Monsanto e em outras empresas de biotecnologia.
Os testes que a Agragene concluiu no ano passado deram à empresa a confiança de que seus insetos estéreis poderiam sobreviver e funcionar como insetos não editados, diz Witherbee, e a empresa também trabalhou em técnicas para fabricar insetos estéreis em escala. Mas a Agragene ainda está determinando quais dados precisará enviar à Agência de Proteção Ambiental dos EUA para obter aprovação para liberar os insetos, um processo que pode levar anos.
Nos EUA, o ambiente regulatório em torno de insetos modificados por CRISPR está atualmente “evoluindo”, de acordo com um porta-voz da EPA. A orientação do governo divulgada em 2017 delineou uma abordagem coordenada que sugeria que o USDA teria autoridade sobre animais geneticamente modificados relacionados à agricultura. Mas a jurisdição pode variar dependendo se um organismo editado visa reduzir a população de um inseto ou interromper a transmissão de doenças. Até agora, o governo dos EUA permitiu a liberação de mosquitos geneticamente modificados, mas os testes de pragas de cultivos, como traças-das-crucíferas e lagartas rosadas, foram limitados.
Walling e Atkinson, da UC Riverside, esperam que leve anos para refinar pragas agrícolas geneticamente modificadas e obter aprovação para sua liberação. A Agragene espera que o cronograma seja mais rápido: a empresa, que já está em comunicação com a EPA, tem como meta 2024 para apresentar um pedido de aprovação regulatória para uso comercial de suas moscas-das-frutas e espera que o processo leve até dois anos.
Além da edição
Insetos de edição genética podem ser uma tática poderosa, mas alguns especialistas em biologia de plantas e insetos também veem promessas em outras técnicas.
Por mais de uma década, Hunter, o entomologista do USDA, trabalhou em vários esforços para mapear o genoma de uma praga que causa prejuízos de bilhões de dólares em seis continentes a cada ano: o psilídeo asiático dos citros, que dissemina uma doença que mata árvores cítricas, mas não antes de deixar para trás folhas amareladas e frutos verdes e amargos.
“Você realmente não tem muito para vender, mesmo que a árvore esteja viva”, diz ele.
Ele agora faz parte de uma grande equipe financiada por doações trabalhando em uma variedade de métodos potenciais para proteger as árvores da doença do esverdeamento dos citros. Nos próximos anos, o grupo espera apostar em vários produtos ou soluções que possam depois ser comercializados para utilização no terreno.
Este ano, Hunter começará a usar o CRISPR para ajustar genes que possam neutralizar o psilídeo como vetor para a propagação da doença do greening dos citros. Mas ele diz que plantas modificadas para resistir a bactérias ainda são a solução mais provável para lidar com a doença. “É daí que virá a verdadeira resposta”, diz ele. Alvejar insetos poderia deixar a doença circulando, embora em um número menor de insetos, mas a imunidade das plantas atenuaria o impacto da doença.
Ainda assim, a modificação de plantas tem suas limitações como solução geral para o problema das pragas agrícolas. Insetos como a drosófila de asa manchada impactam tantas frutas diferentes que produzir variedades de plantas resistentes seria extremamente complicado, diz Anthony Shelton, professor emérito do Departamento de Entomologia da Universidade de Cornell, que trabalhou na produção de mariposas estéreis.
Quando se trata da antiga luta entre agricultores e pragas, diz Shelton, é importante adotar uma variedade de novas ferramentas.
“Acho que todos nós aprendemos o suficiente para saber que não há bala de prata na agricultura ou na entomologia médica para tentar controlar as pragas”, diz ele. “Todos nós nos tornamos mais inteligentes, espero.”
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Fonte:https://www.technologyreview.com/2023/02/02/1067679/crispr-crops-pests/
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