CRISPR

Um sistema que atua como “edição de genes” é o CRISPR/Cas. Como exatamente funciona e onde ocorre? Explicamos isso para você neste post. 

O “Crispr” é uma ferramenta poderosa que anima os pesquisadores. A tesoura genética pode tornar as plantas mais produtivas e resistentes. Ele ainda tem o potencial de mudar fundamentalmente a medicina.

O que é CRISPR?

O sistema CRISPR/Cas é um novo método para cortar o DNA de maneira muito direcionada, como com tesouras . CRISPR originalmente descreve seções de DNA no genoma de bactérias. Como parte do CRISPR/Cas, as seções compõem o sistema imunológico das bactérias e as ajudam a se defender contra vírus. 

No entanto, o sistema também pode ser usado em engenharia genética para cortar DNA em pontos específicos. Desta forma, os genes podem ser alterados, removidos ou inseridos de novo. Isso pode ser usado, por exemplo, no melhoramento de plantas ou no tratamento de doenças.

Nota: O sistema CRISPR/Cas é um novo método de engenharia genética para modificar especificamente o DNA. Baseia-se na descoberta de que o CRISPR/Cas forma o sistema imunológico das bactérias. 

Estrutura CRISPR

Primeiro, vamos ver como o sistema de defesa é construído no DNA das bactérias. 

O locus do gene CRISPR (localização do gene) consiste em três componentes diferentes. Todos eles são importantes para o funcionamento do sistema: 

• CRISPR-Array : 

Consiste em alternar ” espaçadores ” e ” repetições “. Por “sequências repetidas” você quer dizer trechos curtos (23-47 pares de bases) de DNA que têm uma estrutura palindrômica. Isso significa que eles são os mesmos quando lidos de frente e de trás (por exemplo, Otto). Eles são interrompidos por seções variáveis ​​de aproximadamente o mesmo comprimento (“espaçadores”). Os espaçadores vêm do genoma dos vírus que invadiram as bactérias. Daí o nome CRISPR, abreviação de “ Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats ” . Isso descreve os palíndromos repetidos curtos que são interrompidos pelo DNA viral. 

• Sequência líder : 

Esta é uma seção de DNA que contém principalmente adenina (A) e timina (T) como bases. Ele atua como um promotor (região de partida) para permitir a leitura do locus CRISPR. 

• Cas-Gene : 

Além dos genes CRISPR, os genes Cas são outro grupo de genes necessários para que o corte de DNA funcione. Seu nome é a abreviação de genes associados a C RISPR ( Cas ) . Eles contêm as instruções de construção de enzimas que são importantes para o sistema de defesa do vírus. Estes incluem, por exemplo, endonucleases, que cortam a fita de DNA, ou helicases, que podem desenrolar a fita. 

CRISPR/Cas – tarefa natural

Não só nós humanos podemos ficar doentes, mas também as bactérias . Isso acontece quando eles são infectados por vírus (ou bacteriófagos no caso de bactérias). 

Os vírus podem “atracar” nas bactérias e injetar seu material genético nas bactérias como uma seringa. Isso faz com que as bactérias multipliquem o genoma viral. Isso permite que eles produzam novos vírus, o que geralmente é fatal para as bactérias. 

Portanto, as bactérias usam sistemas CRISPR/Cas para se defender contra bacteriófagos. Isso ocorre em três fases: 

1. Aquisição: As bactérias incorporam seções curtas do DNA viral em seu próprio genoma como espaçadores . Isso serve como uma espécie de “memória”. 
2. Expressão : Produzem-se proteínas Cas e ARN. Ele serve como um molde para que as proteínas Cas encontrem o DNA alvo. 
3. Interferência : Quando o mesmo vírus entra novamente, as bactérias reconhecem as sequências de DNA estranhas. Em seguida, eles cortam o fio para torná-los inofensivos. 

Você pode distinguir diferentes classes de sistemas. As bactérias da classe I usam complexos de proteínas Cas de várias proteínas, enquanto as bactérias da classe II usam apenas uma proteína para o corte. 

Como funciona o CRISPR/Cas

Os componentes individuais devem trabalhar juntos para quebrar especificamente as sequências de DNA estranhas. Funciona assim: 

Primeiro, a matriz CRISPR é lida e um longo RNA precursor é criado. Você pode se referir a ele como pré-crRNA (CRISPR RNA). As repetições palindrômicas podem formar as chamadas estruturas em gancho (loops) nele.

Em seguida, a fita longa é cortada em pedaços mais curtos ( cRNAs) , cada um contendo um espaçador. No caso do sistema tipo II, a proteína Cas9 , um tracrRNA ( crRNA codificado por trans ) e a RNaseIII também são necessários. 

As moléculas de RNA então direcionam as proteínas Cas, como Cas9, para a sequência de DNA que deveriam cortar. Para não cortar acidentalmente seu próprio DNA com a mesma sequência, há uma segunda sequência que deve ser reconhecida. Você chama isso de sequência PAM , abreviação de “motivo adjacente ao protoespaçador”. Esta é uma seção de DNA que consiste em três bases de DNA.

A fita dupla de DNA só é desenrolada se ocorrer adjacente à sequência de reconhecimento. Então as moléculas de RNA podem se ligar ao pedaço complementar de DNA. A enzima então corta ambas as fitas de DNA. Ocorre uma quebra de fita dupla . 

Método CRISPR Cas9

O princípio não é encontrado apenas em bactérias, mas também pode ser usado para a modificação direcionada do DNA em engenharia genética (“edição de genoma”). Dois pesquisadores ganharam o Prêmio Nobel de 2020 por descobrirem o Editor CRISPR.

Eles usam o sistema CRISPR/Cas9 para alterar seletivamente, inserir ou remover genes. Isso funciona em três etapas: 

1. Reconhecimento do alvo : A proteína Cas9 reconhece o local de clivagem no DNA alvo com a ajuda do “RNA guia” integrado. O RNA guia (crRNA e trcrRNA) e o DNA correspondem exatamente. 
2. Corte de DNA : A endonuclease Cas9 corta ambas as fitas da fita dupla de DNA (= quebra de fita dupla). 
3. Reparo : O reparo da quebra de fita dupla pode ser aleatório (não homólogo) ou direcionado (homólogo). No reparo aleatório, os fios são unidos diretamente, deixando uma peça faltando, ou novos pares de bases são inseridos aleatoriamente. Ambos resultam na inativação do gene. No entanto, a fratura também pode ser reparada de maneira direcionada usando sequências homólogas. Em seguida, um novo gene ou uma forma modificada do gene ( mutação ) pode ser inserido. 

métodos de engenharia genética

A tesoura de genes CRISPR representa, assim, um método de engenharia genética que, em comparação com outras técnicas, permite a realização de modificações genéticas ainda mais direcionadas. 

Isso é importante, por exemplo, na pesquisa genética para elucidar a função de certos genes . Mas isso também torna a produção de plantas ou animais geneticamente modificados (transgênicos) mais fácil e precisa. 

Além disso, doenças humanas podem ser curadas desligando genes defeituosos ou inserindo genes ausentes. Por exemplo, foi possível ajudar pessoas que sofrem de atrofia muscular (distrofia muscular de Duchenne).

Em nosso vídeo, mostramos métodos ainda mais interessantes e muito importantes na engenharia genética. Passe por aqui para descobrir o que são e onde são usados!

Remova ou insira genes facilmente

“Crispr” – isso soa como um biscoito de chocolate, mas é a abreviação de um método bioquímico chamado “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”. A nova tecnologia é na verdade chamada de “Crispr-Cas9”. Por ser tão complicado, quase todo mundo só fala “Crispr”.

Com Crispr, o DNA pode ser cortado e modificado de maneira direcionada. Os genes podem ser inseridos, removidos ou desativados. Isso funciona para bases individuais e seções inteiras de genes, mesmo em vários lugares ao mesmo tempo.

A bióloga francesa Emmanuelle Charpentier descobriu o potencial do Crispr em 2012 – um tanto acidentalmente, quando estudava as bactérias causadoras da escarlatina . Essas bactérias possuem um mecanismo de defesa contra vírus: uma molécula que age como uma tesoura e pode manipular material genético com precisão sem precedentes.

Enquanto Charpentier foi capaz de construir pesquisas anteriores, ela encontrou a peça final do quebra-cabeça para desvendar o mecanismo. Então tudo aconteceu muito rápido – hoje, o Crispr já faz parte do dia a dia de muitos laboratórios. O método é fácil de usar, acelera o trabalho e é altamente eficiente. Embora houvesse tesouras genéticas antes, elas eram muito mais complexas de programar.

Em outubro de 2020, Doudna e Charpentier receberam o Prêmio Nobelde Química por seu trabalho. “Existe uma ferramenta única para uma pesquisa única e uma ferramenta inovadora para todos nós.

Optimize as colheitas de alimentos com Crispr

Em todo o mundo, as grandes empresas de sementes estão pesquisando a otimização de plantas com a ajuda da Crispr. Quando as primeiras plantas modificadas com Crispr chegaremem ao mercado é apenas uma questão de tempo. Diz-se que essas plantas são mais produtivas, mais nutritivas e mais resistentes.

Os cortes feitos pela tesoura do gene no genoma das plantas não podem ser distinguidos da reprodução, diz o pesquisador básico Joachi Wittbrodt do “Centro de Estudos Organismais” da Universidade de Heidelberg. Esta é a diferença para a engenharia genética clássica.

Mass Crisp é engenharia genéticaou não é muito debatido. O Tribunal de Justiça Europeu (TJ) decidiu em julho de 2018 que Crispré uma genética genética e se enquadra nas diretrizes de genética genética na União Europeia. As plantas tratadas com tesouras genéticas devem, portanto, ser rotuladas como organismos geneticamente modificados.

Além disso, devem verificar se as plantas modificadas são incompatíveis ou prejudiciais ao meio ambiente. O TJE justificou sua decisão com riscos comparáveis ​​aos processos de engenharia genética mais antigos. O ECJ faz uma clara diferença na criação.

Outros países, como os EUA, consideram como plantas alteradas por Crispr como reprodução. Eles não precisam ser marcados la. Como não pode evitar o uso de produtos da Cristal, a Crispr não pode ser usada de modo a ser modificada com Crispr, apesar dos regulamentos.

Graças ao Crispr, doenças anteriormente incuráveis ​​podem tornar-se curáveis

Os médicos também têm grandes esperanças no método Crispr. eventualmente curar doenças genéticas e até erradicar doenças hereditárias.

O biologo molecular Frank Buchholz está pesquisando o uso do Crispr no câncer na Universidade de Dresden. Nas cancerosas, as células anormais desenvolvidas podem ser a causa das doenças nas células. Crispr é projectada para matar a do gene e, assim as celulas cancer.

No entanto, isso também envolve riscos. Antes de Crispr ser usado em humanos, deve-se descartar que novas tesouras do gene não causem novas bombas do gene.

Crispr trabalha com uma precisão muito alta. Mesmo assim, erros podem acontecer. Porque a frequência de detecção do Crispr – a sonda – sempre procura em todo o genoma a sequência de genes desejada que deve ser extirpada. Mas a combinação de pares de bases também pode ocorrer duas vezes, e é aqui que a tesoura do gene cortará – fora da área-alvo. Ainda não está claro quão alta é a probabilidade de que algo assim aconteça.

Conselho de Ética pede regulamentação da Crispr

Teoricamente, o Crispr também abre a possibilidade de otimizar as pessoas de forma direcionada. No entanto, o estado da pesquisa não está tão longe, diz o professor Joachim Wittbrodt. “Ainda não sabemos por onde a tesoura do gene deve começar para provocar certas mudanças fenotípicas”, explica.

Na Alemanha, o Embryo Protection Act impede que a linha germinal seja modificada. Uma mudança na linhagem significaria que os genes alterados podem ser herdados.

Devido às possíveis consequências de longo prazo do Crispr, o Conselho de Ética do Alemão pede uma ampla discussão e regulação internacional. “É necessário um intenso debate social sobre o que queremos fazer com uma nova tecnologia”, diz o professor Peter Dabrock, presidente do Conselho de Ética Alemão. “Não podemos deixar como decide para os cientistas.”