Como fazer a ferramenta de edição de genes CRISPR funcionar ainda melhor

Genome Editing with CRISPR Cas9 (Julho 2019).

Anonim

Entre os avanços científicos mais significativos nos últimos anos estão a descoberta e o desenvolvimento de novas formas de modificar geneticamente os seres vivos usando uma tecnologia rápida e acessível chamada CRISPR. Agora, cientistas da Universidade do Texas em Austin afirmam ter identificado uma atualização fácil para a tecnologia que levaria a uma edição genética mais precisa, com maior segurança, que poderia abrir as portas para a edição de genes suficientemente segura para uso em humanos.

A equipe de biólogos moleculares encontrou evidências conclusivas de que a Cas9, a enzima mais popular atualmente usada na edição de genes CRISPR e a primeira a ser descoberta, tem menos eficácia e precisão do que uma das proteínas CRISPR menos usadas, chamada Cas12a.

Como Cas9 tem maior probabilidade de editar a parte errada do genoma de uma planta ou animal, interrompendo funções saudáveis, os cientistas argumentam que mudar para Cas12a levaria a uma edição de genes mais segura e efetiva em seu estudo publicado em 2 de agosto na revista Molecular. Célula

"O objetivo geral é encontrar a melhor enzima que a natureza nos deu e depois torná-la ainda melhor, em vez de pegar a primeira que foi descoberta por acidente histórico", disse Ilya Finkelstein, professora assistente de biociências moleculares e coautora. do estudo.

Os cientistas já estão usando CRISPR, um mecanismo natural usado por bactérias para se defender contra vírus, para aprender mais sobre genes humanos, modificar geneticamente plantas e animais e desenvolver avanços inspirados na ficção científica como porcos que contêm um gene de rato que combate a gordura. para bacon mais magro. Muitos esperam que a CRISPR conduza a novos tratamentos para doenças humanas e culturas que tenham maior rendimento ou resistam a secas e pragas.

Mas os sistemas CRISPR encontrados na natureza às vezes visam o ponto errado em um genoma, que - aplicado a humanos - poderia ser desastroso, por exemplo, não corrigindo uma doença genética e transformando células saudáveis ​​em células cancerígenas.

Alguns estudos anteriores sugeriram que Cas12a é mais exigente do que Cas9, mas a pesquisa antes era inconclusiva. Este último estudo, dizem os pesquisadores, encerra o caso mostrando que Cas12a é um bisturi de edição de genes mais preciso do que Cas9 e explica o motivo.

A equipe, liderada pela estudante de pós-graduação Isabel Strohkendl e professor Rick Russell, descobriu que Cas12a é mais exigente porque se liga como Velcro a um alvo genômico, enquanto Cas9 se liga ao seu alvo mais como super-cola. Cada enzima carrega uma pequena seqüência de código genético, escrita em RNA, que corresponde a uma cadeia alvo de código genético escrita no DNA de um vírus. Quando colide com algum DNA, a enzima começa a tentar se ligar a ela formando pares de bases - começando em uma extremidade e seguindo seu caminho, testando para ver se cada letra de um lado (o DNA) combina com a letra adjacente no outro lado (o RNA).

Para o Cas9, cada par de bases gruda firmemente, como um pouco de super-cola. Se as primeiras letras de cada lado combinarem bem, então o Cas9 já está fortemente ligado ao DNA. Em outras palavras, Cas9 presta atenção às primeiras sete ou oito letras no alvo genômico, mas presta menos atenção à medida que o processo continua, o que significa que pode facilmente ignorar uma incompatibilidade no processo que o levaria a editar a parte errada do o genoma.

Para o Cas12a, é mais como uma alça de velcro. Em cada ponto ao longo do caminho, os laços são relativamente fracos. É preciso uma boa combinação ao longo da faixa para os dois lados se unirem o tempo suficiente para fazer uma edição. Isso torna muito mais provável que edite apenas a parte pretendida do genoma.

"Isso torna o processo de formação de pares de bases mais reversível", disse Russell. "Em outras palavras, Cas12a faz um melhor trabalho de checar cada par de bases antes de passar para o próximo. Depois de sete ou oito cartas, Cas9 pára de checar, enquanto Cas12a continua checando 18 cartas."

Os pesquisadores disseram que o Cas12a ainda não é perfeito, mas o estudo também sugere maneiras de melhorar o Cas12a, talvez um dia realizando o sonho de criar um "bisturi de precisão", uma ferramenta de edição de genes essencialmente à prova de erros.

"No geral, o Cas12a é melhor, mas havia algumas áreas em que o Cas12a ainda era surpreendentemente cego em relação a alguns equívocos entre seu RNA e o alvo genômico", disse Finkelstein. "Então, o que nosso trabalho faz é mostrar um caminho claro para melhorar ainda mais o Cas12a."

Os pesquisadores estão atualmente usando esses insights em um projeto de acompanhamento projetado para projetar um Cas12a melhorado.

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