What is genetic modification?
Diferentes países e organizações definem modificação genética (GM) de forma ligeiramente diferente. Em geral, GM refere-se a fazer mudanças na informação genética de um ser vivo que de outra forma não ocorreriam por acasalamento natural ou reprodução. Isso normalmente envolveria o uso de métodos de biotecnologia, tais como “DNA recombinante”, “focalização genética”, ou “edição do genoma” para adicionar, apagar ou de outra forma alterar o DNA de um organismo. A modificação genética também pode envolver a movimentação de material genético entre espécies.
Organismos geneticamente modificados (OGM), incluindo micróbios, células, plantas e animais, têm sido usados há muito tempo na pesquisa científica e médica como forma de entender os processos em biologia, bem como os mecanismos das doenças. O uso de tecnologias genéticas para tratar doenças ou fazer outras modificações em humanos, chamadas de “terapia genética”, tem sido tentado desde os anos 90. Até agora, menos de um punhado desses tratamentos tem sido aprovado por agências de segurança e reguladoras como a US Food and Drug Administration.
Usar a terapia genética para tratar diretamente as causas genéticas das doenças tem sido uma aspiração para médicos, cientistas e pacientes. Algumas doenças, como fibrose cística ou anemia falciforme, são relativamente bem compreendidas como sendo causadas por variantes em genes únicos. Nesses casos, há esperança de que, se o gene causador da doença puder ser corrigido ou substituído, então pode ser possível curar indivíduos com a doença ou, pelo menos, evitar que a doença piore. No entanto, a terapia genética é mais difícil para condições mais complexas como doenças cardíacas, diabetes ou muitas formas de cancro, que resultam da interacção entre muitos genes e entre os genes e o ambiente.
Para utilizar a terapia genética para tratar doenças num indivíduo após o nascimento, pode ser necessário modificar uma porção significativa de células nos tecidos ou órgãos relevantes. Isto apresenta desafios técnicos para entregar com segurança e eficácia o mecanismo de modificação e/ou versões alternativas dos genes às células alvo, e para fazer com sucesso as mudanças no genoma das células com o mínimo de erros. Se a modificação for feita na “linha germinal” (incluindo células reprodutivas assim como as células em embriões em estágio inicial), então todas as células no corpo das gerações subseqüentes herdarão essa modificação, assim como qualquer erro ou mudança inesperada feita durante o processo.
O que é CRISPR?
Desde o final dos anos 2000, os cientistas começaram a desenvolver técnicas conhecidas como “edição do genoma (ou gene)”. A edição do genoma permite que os cientistas façam mudanças em um site “alvo” específico no genoma. Uma das técnicas que tem gerado mais excitação, devido à sua eficiência e facilidade de uso, é chamada de “CRISPR”. CRISPR significa “agrupamento de repetições palíndromas curtas, regularmente espaçadas entre si”. A base da tecnologia CRISPR é um sistema que as bactérias evoluíram para se protegerem contra vírus. Os cientistas agora pegaram componentes do sistema CRISPR e o transformaram em uma ferramenta para edição do genoma.
Há dois componentes no sistema CRISPR: uma molécula conhecida como “RNA guia” (gRNA), que tem a mesma seqüência do local alvo no genoma; e uma “nuclease” (ou seja, uma molécula cortadora de DNA) chamada Cas9. Quando ambos os componentes são entregues em uma célula, o gRNA se liga ao local do genoma alvo através de um par de bases complementares (ou seja, A’s se ligará a T’s e G’s se ligarão a C’s). No processo, o gRNA ajuda a trazer o Cas9 ao local alvo para fazer um corte na dupla hélice do DNA. O mecanismo natural de reparação do DNA da célula fechará esta lacuna, mas como o processo não é perfeito, algumas bases de DNA serão adicionadas ou apagadas. Isto torna o gene original – por exemplo, uma variante genética ligada ao câncer, ou uma relacionada à infecção pelo HIV – não funcional. Alternativamente, uma versão diferente do gene alvo pode ser colocada na célula junto com o gRNA e o Cas9. A célula usará então esta sequência alternativa como um “modelo” para reparar o DNA partido, copiando-o e incorporando-o no genoma. Fazendo isso pode permitir que uma versão indesejada do gene seja substituída por uma cópia desejada.
Recentes descobertas científicas trouxeram a possibilidade de “editar” o genoma para reparar variantes genéticas causadoras de doenças. Embora ainda seja cedo, a esperança é que as tecnologias de edição de genes possam um dia fornecer uma cura para doenças genéticas como anemia falciforme, fibrose cística ou doença de Huntington, e permitir que as pessoas combatam melhor as infecções virais (por exemplo, HIV).
CRISPR e edição de germes
Investigadores têm usado CRISPR em células de humanos, plantas e animais; de fato, CRISPR tem funcionado em todas as espécies examinadas até agora. Notavelmente, a tecnologia CRISPR tem sido usada para reverter sintomas em um rato adulto com um distúrbio hepático e para alterar o DNA em primatas não humanos – passos importantes para desenvolver novas terapias genéticas em humanos. Enquanto as alterações genéticas introduzidas em uma célula hepática não serão herdadas no genoma de qualquer descendência futura do indivíduo, as alterações de DNA que são introduzidas nas células que se tornarão óvulos ou espermatozóides, ou as células em embriões em estágio inicial, podem ser transmitidas para as gerações futuras. Isso é conhecido como edição da linha germinal, e suas perspectivas têm levado a discussões e debates em todo o mundo sobre se a modificação genética na linha germinal em humanos é apropriada, e se ou como a sociedade deve proceder com tal pesquisa e possível aplicação.
Por um lado, os críticos enfatizam tanto as questões técnicas quanto éticas com a realização de mudanças no genoma que podem ser transmitidas à descendência. Há preocupações de que qualquer efeito imprevisto no processo de edição pode se tornar herdado. Outras perguntas estão sendo feitas – temos o direito de alterar o genoma de nossas futuras gerações? A edição de certas doenças ou deficiências levaria à estigmatização de pessoas que estão vivendo com essas condições? E quem decide o que são consideradas doenças ou incapacidades que devem ser editadas? Ao mesmo tempo, os defensores argumentam que a modificação da linha germinal pode potencialmente eliminar doenças como a doença de Huntington, uma condição neurológica debilitante causada por uma única variante genética. Eles também argumentam que os seres humanos há muito vêm alterando as vidas e a genética de nossos descendentes sem seu consentimento explícito, através de procedimentos como aconselhamento genético e diagnóstico genético pré-implantação.
Em dezembro de 2015, as Academias Nacionais dos EUA, a Academia Real do Reino Unido e a Academia Chinesa de Ciências convocaram cientistas, cientistas sociais, éticos e outros interessados para uma Cúpula Internacional sobre Edição de Genes Humanos em Washington, DC. Uma declaração divulgada no final da cúpula enfatizou que seria “irresponsável” neste momento prosseguir com o uso clínico da edição da linha germinal, mas não recomendou a proibição da técnica, sugerindo, em vez disso, que a pesquisa deveria continuar. Em fevereiro de 2017, o comitê de especialistas em edição de genoma humano das Academias Nacionais dos EUA divulgou seu relatório, recomendando que a pesquisa e o uso da edição somática do genoma para tratamento médico continuasse sob a estrutura regulatória existente, mas que deveria haver “ampla contribuição do público” antes de expandir a aplicação da tecnologia ao “melhoramento genético”. Ao mesmo tempo, o relatório recomenda que estudos clínicos para edição de genoma germinal para tratamento de “doenças ou deficiências graves” só devem prosseguir após muito mais pesquisa, e somente quando critérios técnicos e éticos rigorosos forem satisfeitos. Prosseguindo, o relatório enfatiza a necessidade de envolvimento público e debate político contínuos.
Currentemente, a modificação genética germinal é ilegal em muitos países europeus e no Canadá, e o financiamento federal nos Estados Unidos não pode ser usado para tal trabalho. A partir de janeiro de 2017, pesquisadores no Reino Unido, Suécia e China receberam aprovação para realizar edição genética em embriões humanos apenas para fins de pesquisa (além disso, as leis ou diretrizes existentes nesses países só permitem a pesquisa em embriões até 14 dias após a fertilização).
Em novembro de 2018, surgiram notícias de que as primeiras crianças cujos genomas foram editados com CRISPR durante a fase embrionária, um par de gêmeos, nasceram na China. Embora as alegações ainda não tenham sido validadas ou publicadas de forma independente em revistas revisadas por pares, as alegações geraram uma controvérsia significativa. Em 2019, cientistas, éticos e a sociedade em geral continuam a debater o caminho a seguir.
CRISPR e o meio ambiente
CRISPR também abriu um caminho para a engenharia do mundo à nossa volta em benefício da saúde humana e do nosso meio ambiente. As aplicações incluem a possibilidade de modificar ou mesmo erradicar os insetos disseminadores de doenças, como os mosquitos. Também pode ser possível recriar animais extintos, como o mamute lanoso, para vaguear mais uma vez pela Terra, o que, pensam alguns cientistas, pode ajudar a enfrentar as mudanças climáticas. No entanto, nem todos concordam que estas aplicações seriam necessariamente um “benefício”, enquanto outros se preocupam com consequências não intencionais destas acções de mudança do ecossistema.
O caminho em frente
A edição de genes tem um potencial significativo para beneficiar a saúde humana. Ao mesmo tempo, levanta questões profundas que requerem deliberação pública – e se fizermos alterações que lamentamos? E se as alterações genéticas aparentemente seguras provarem ter consequências não intencionais? Quais são os padrões de segurança à medida que a comunidade médica procura explorar estas ferramentas num esforço para diminuir o sofrimento? Além disso, se como sociedade concordamos que o uso da edição do genoma é aceitável, como assegurar que todos os indivíduos estejam cientes do potencial dessas tecnologias, e que todos que querem ter acesso a essas tecnologias possam arcar com elas? Pesquisadores, bioéticos e formuladores de políticas, incluindo alguns dos cientistas pioneiros do CRISPR, pediram cautela e a necessidade de consulta pública e diálogo que também envolva líderes religiosos, ativistas ambientais e defensores dos pacientes e das pessoas com deficiência. Como a sociedade busca um equilíbrio entre o desejo de realizar os benefícios da edição de genes e uma variedade de outras preocupações, a pgEd espera desempenhar um papel na facilitação de amplos diálogos que envolvam todas as comunidades e garantam que valores e vozes diversas sejam ouvidas.
Para saber mais sobre as questões técnicas e políticas em torno do CRISPR e edição de genomas, clique aqui.
Planos de aula relacionados:
Edição de genomas e CRISPR
Aclamações do CRISPR sendo usado para editar genomas de meninas gêmeas nascidas em 2018
Engenharia do mundo ao nosso redor: Edição de genoma e o ambiente
Posições de blog relacionadas:
“pgEd lição sobre os gêmeos editados com CRISPR” (março 2019)
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“Doença falciforme e engenharia genética”: Mini-lição da pgEd” (Novembro 2017)
“Nas notícias: Progress for gene therapy” (Outubro 2017)
“Nas notícias: Os cientistas usam CRISPR para editar a variante genética causadora de doenças em embriões humanos” (Agosto 2017)
“Nas Notícias: O uso clínico do CRISPR dá um passo à frente” (Junho 2016)
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“Nas Notícias: Primeiro ensaio de optogenética em humanos a avançar” (Março 2016)
“Nas Notícias: Controlo de mosquitos transmissores de doenças, com base em genes, mais perto da realidade” (Dezembro 2015)
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“Nas Notícias: Potencial nova abordagem à terapia genética para a doença falciforme” (Setembro 2015)
Sharon Begley, “No red line against CRISPR’ing early embryos, experts rule” (STAT, Fevereiro 2017)
David Cyranoski, “CRISPR gene-editing testado em uma pessoa pela primeira vez” (Nature, Novembro 2016)
Antonio Regalado, “Meet the Moralist Policing Gene Drives, a Technology That Messes with Evolution” (MIT Technology Review, Junho 2016)
Erica Check Hayden, “Should you edit your children’s genes?” (Nature, Fevereiro 2016)
Ed Yong, “What Can You Really Do With Your Fancy Gene-Editing Technology?” (The Atlantic, Dezembro 2015)
Carl Zimmer, “Editing of Pig DNA May Lead to More Organs For People” (New York Times, Outubro 2015)
Nathaniel Comfort, “Can We Cure Genetic Diseases Without Slipping Into Eugenics?” (The Nation, Julho de 2015)
Andrew Pollack, “A Powerful New Way to Edit DNA” (New York Times, Março de 2014)