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Em que consiste a edição genética?
A edição de genes permite efectuar alterações precisas no genoma dos organismos. Isto significa efectuar modificações precisas, acrescentando, alterando ou removendo pares de bases azotadas da sequência de ADN. De todas as técnicas disponíveis, a tecnologia CRISPR-Cas9 ganhou grande popularidade devido à sua elevada eficiência, exatidão e relativa simplicidade de utilização.
Como é que funciona CRISPR-Cas9?
- É utilizado um RNA guia, que é uma pequena sequência de 20 pares de bases que corresponde à parte do DNA a ser modificada.
- Este guia conduz a enzima Cas9 exactamente para o local onde o corte deve ser feito nas duas cadeias de ADN (Figura 1).
- Após o corte, o organismo tenta reparar o ADN através de um processo designado por junção de extremidades não homólogas (NHEJ). Durante esta reparação, alguns pares de bases podem ser adicionados ou perdidos no local do corte.
- Estas alterações no ADN podem alterar o quadro de leitura do gene, levando a alterações na sequência de aminoácidos da proteína que o gene produz. Como resultado, a proteína pode tornar-se defeituosa ou deixar de funcionar completamente (Figura 2).
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Recorde-se que as proteínas são constituídas por longas cadeias de aminoácidos, que são as unidades básicas das proteínas. Existem 20 tipos diferentes de aminoácidos, cada um dos quais é codificado por uma sequência específica de três bases azotadas no ADN, conhecidas como tripletos ou códons. Estas bases podem ser a adenina, a citosina, a timina e a guanina. Quando a estrutura de leitura do ADN (ou seja, a forma como as bases estão agrupadas em tripletos) é alterada, a sequência de codões também se altera. Isto pode resultar na incorporação de aminoácidos incorrectos durante a síntese proteica, ou mesmo causar o aparecimento de um codão de paragem, que interrompe a formação da proteína (Figura 2). |
Animais knock-out: quando as mudanças no ADN desabilitam uma proteína
Um animal é considerado knock-out (KO) para um gene específico quando as alterações genéticas desactivam a função de uma proteína. Estas alterações são semelhantes às mutações que podem ocorrer naturalmente através de processos espontâneos, mas, neste caso, são feitas de forma controlada e direccionada. Por isso, não é possível distinguir se uma mutação num animal ocorreu naturalmente ou foi induzida em laboratório.
| É importante notar que, neste processo, NÃO é introduzido material genético de outras espécies, pelo que os animais KO gerados por esta técnica não são considerados transgénicos. |
Um exemplo de um animal KO é um animal resistente ao vírus PRRS. Para que o PRRSV possa infectar o porco, é necessário que se ligue a um receptor específico presente nos macrófagos alveolares dos pulmões do porco. Este receptor é codificado pelo domínio SRCR5 do gene CD163 (Figura 3). Se este receptor for modificado ou eliminado por edição genética, o vírus deixa de se poder ligar às células, impedindo a infecção e tornando o porco completamente resistente ao PRRSv. Esta resistência genética pode ser herdada pela descendência, garantindo que as gerações futuras sejam resistentes à PRRS.
Animais Knock-in: introduzindo novas cadeias de ADN e novos genes
Uma abordagem alternativa à edição de genes consiste em aproveitar o momento em que o ADN é cortado pela Cas9 para introduzir uma nova cadeia de ADN. Ao fazê-lo, a célula pode incorporar este novo material genético através de um processo chamado recombinação homóloga direccionada (HDR. Figura 1). Isto permite substituir uma sequência de ADN defeituosa por uma funcional e corrigir o gene para o tornar novamente operacional ou alterar o quadro de leitura para gerar um animal KO, no qual um gene foi desligado. Além disso, esta técnica permite a inserção de um novo gene adicional, que não existia anteriormente, no genoma do organismo, conhecido como knock-in (KI) ou transgene.
| Se o gene que é introduzido provém de outra espécie, é criada uma combinação genética que não ocorre naturalmente. Este organismo é designado por animal transgénico, uma vez que tem genes de outra espécie integrados no seu ADN. |
Um exemplo de porcos transgénicos são aqueles em que foi inserido o gene UPC1, que não está naturalmente presente nesta espécie. Este gene permite-lhes regular melhor a sua temperatura corporal, o que os torna mais adaptados para suportar baixas temperaturas. Como resultado, os porcos acumulam menos gordura subcutânea para manter a sua temperatura corporal, o que aumenta a percentagem de tecido magro (Figura 3).
Editores de bases: uma ferramenta precisa na edição genética
Uma alternativa mais recente na edição de genes é a utilização de editores de bases, que são enzimas especializadas que, em vez de cortarem o ADN, trocam precisamente um par de bases num local específico do genoma. Este processo permite efectuar alterações específicas no ADN sem causar quebras.
Este tipo de substituição pode ter vários efeitos. Em alguns casos, a alteração introduz um códão de paragem, que interrompe prematuramente a produção da proteína, deixando-a incompleta e possivelmente não funcional. Noutros casos, a alteração modifica um aminoácido da proteína (conhecida como mutação missense), o que pode modificar a sua estrutura e afectar a sua função. Em ambos os casos, estas alterações podem comprometer a funcionalidade da proteína.
Os porcos geneticamente editados são todos iguais? Desenvolvimento regulamentar vs. desenvolvimento técnico
É importante ter um conhecimento técnico dos diferentes tipos de edição de genes, uma vez que os regulamentos que se aplicam, ou deveriam aplicar-se, variam de caso para caso. Actualmente, a maior parte da legislação mundial limita estritamente a utilização de animais transgénicos e a comercialização dos seus produtos. No entanto, estão a ser feitos progressos na distinção entre animais geneticamente modificados e animais transgénicos, o que poderá levar a regulamentações diferenciadas. Tecnicamente, estes dois tipos de modificações genéticas são completamente diferentes.
Na União Europeia, os regulamentos relativos aos produtos vegetais geneticamente editados, conhecidos como novas técnicas genómicas (NGT), já estão a ser revistos. Isto poderia permitir que estas plantas ficassem isentas das leis que regem os organismos geneticamente modificados (OGM). No entanto, até à data, os animais geneticamente modificados continuam a estar sujeitos à legislação relativa aos OGM, o que limita o seu desenvolvimento e futura comercialização.
Projecto financiado por Fundación Séneca 22065/PI/22.