SCTD, 24/09/2023
Um método comprovado para rastrear as origens genéticas das doenças e eliminar um único gene em animais e estudar as consequências que isso tem para o organismo. O problema é que, para muitas doenças, a patologia é determinada por múltiplos genes, complicando a tarefa dos cientistas que tentam identificar a contribuição de qualquer gene único para a doença. Para fazer isso, eles teriam que realizar muitos experimentos em animais – um para cada modificação genética desejada.
Pesquisadores liderados por Randall Platt, professor de Engenharia Biológica no Departamento de Ciência e Engenharia de Biossistemas da ETH Zurich em Basileia, desenvolveram agora um método que irá simplificar e acelerar bastante a pesquisa com animais de laboratório: usando a tesoura genética CRISPR-Cas, eles fazem simultaneamente várias dezenas de alterações genéticas nas células de um único animal, como um mosaico.
Embora não mais do que um gene seja alterado em cada célula, as várias células dentro de um órgão são alteradas de maneiras diferentes. Células individuais podem então ser analisadas com precisão. Isso permite que os pesquisadores estudem as ramificações de muitas alterações genéticas diferentes em um único experimento.
Primeira vez em animais adultos
Pela primeira vez, os investigadores do ETH Zurique aplicaram com sucesso esta abordagem em animais vivos – especificamente, em ratos adultos – de acordo com um relatório recente publicado na revista Nature. Outros cientistas já haviam desenvolvido uma abordagem semelhante para células em cultura ou embriões animais.
Para “informar” as células dos ratos sobre quais genes a tesoura do gene CRISPR-Cas deveria destruir, os pesquisadores usaram o vírus adeno-associado (AAV), uma estratégia de entrega que pode atingir qualquer órgão. Eles prepararam os vírus de modo que cada partícula viral carregasse a informação para destruir um gene específico e, em seguida, infectaram os camundongos com uma mistura de vírus que carregavam instruções diferentes para a destruição do gene. Dessa forma, eles conseguiram desligar diferentes genes nas células de um órgão. Para este estudo, eles escolheram o cérebro.
Novos genes patogênicos descobertos
Utilizando este método, os investigadores do ETH Zurique, juntamente com colegas da Universidade de Genebra, obtiveram novas pistas sobre uma doença genética rara em humanos, conhecida como síndrome de deleção 22q11.2. Os pacientes afetados pela doença apresentam muitos sintomas diferentes, normalmente diagnosticados com outras condições, como esquizofrenia e transtorno do espectro do autismo. Até agora, sabia-se que uma região cromossômica contendo 106 genes é responsável por esta doença. Também se sabia que a doença estava associada a múltiplos genes, no entanto, não se sabia qual dos genes desempenhava qual papel na doença.
Para o estudo em camundongos, os pesquisadores se concentraram em 29 genes dessa região cromossômica que também estão ativos no cérebro do camundongo. Em cada célula cerebral de camundongo, eles modificaram um desses 29 genes e depois analisaram os perfis de RNA dessas células cerebrais. Os cientistas conseguiram mostrar que três desses genes são em grande parte responsáveis pela disfunção das células cerebrais. Além disso, eles encontraram padrões nas células dos ratos que lembram esquizofrenia e transtornos do espectro do autismo. Entre os três genes, um já era conhecido, mas os outros dois não haviam sido foco de muita atenção científica.
“Se soubermos quais os genes de uma doença que têm atividade anormal, podemos tentar desenvolver medicamentos que compensem essa anormalidade”, afirma António Santinha, estudante de doutoramento do grupo de Platt e principal autor do estudo.
Patente pendente
O método também seria adequado para uso no estudo de outras doenças genéticas. Em muitas doenças congênitas, múltiplos genes desempenham um papel, não apenas um, diz Santinha. “Este também é o caso de doenças mentais como a esquizofrenia. Nossa técnica agora nos permite estudar essas doenças e suas causas genéticas diretamente em animais adultos.” O número de genes modificados poderia ser aumentado dos atuais 29 para várias centenas de genes por experimento.
“É uma grande vantagem podermos agora fazer estas análises em organismos vivos porque as células comportam-se de forma diferente em cultura, e como se comportam como parte de um corpo vivo”, diz Santinha. Outra vantagem é que os cientistas podem simplesmente injetar os AAVs na corrente sanguínea dos animais. Existem vários AAVs diferentes com propriedades funcionais diferentes. Neste estudo, os pesquisadores usaram um vírus que entra no cérebro dos animais. “Dependendo do que você está tentando investigar, você também pode usar AAVs direcionados a outros órgãos”, diz Santinha.
A ETH Zurich solicitou uma patente para a tecnologia. Os pesquisadores agora querem usá-lo como parte de um spin-off que estão estabelecendo.
Perturbando o genoma
A técnica apresentada aqui faz parte de uma série de novos métodos de edição genética usados para alterar o genoma das células de maneira semelhante a um mosaico. Perturbação CRISPR é o termo técnico para esta abordagem de pesquisa que envolve a perturbação do genoma usando tesouras do gene CRISPR-Cas. Esta abordagem está atualmente revolucionando a pesquisa nas ciências da vida. Permite obter muitas informações a partir de um único experimento científico. Como resultado, a abordagem tem potencial para acelerar a investigação biomédica, como na procura das causas moleculares de doenças geneticamente complexas.
Há uma semana, outro grupo de pesquisa do Departamento de Ciência e Engenharia de Biossistemas da ETH Zurich, em Basileia, trabalhando com uma equipe de Viena, publicou um estudo no qual aplicou a perturbação CRISPR em organoides. Organóides são esferóides de microtecidos que crescem a partir de células-tronco e têm uma estrutura semelhante a órgãos reais – em outras palavras, são uma espécie de órgão em miniatura. Eles são um método de pesquisa sem animais que complementa a pesquisa em animais. Como ambos os métodos – perturbação CRISPR em animais e em organoides – podem fornecer mais informações com menos experimentos, ambos têm o potencial de, em última análise, reduzir o número de experimentos com animais.
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