Blog do Profissão Biotec (ISSN 2675-6013), Ciência, Ciências Ômicas, Darling Lourenço, Edição Gênica, Genética, V.4 (2019)

3 técnicas revolucionárias para a edição do DNA

28/03/2019

A edição de genes é um dos assuntos de maior recorrência na biotecnologia. É um conjunto de técnicas que permitem realizar modificações nos genes, como inserção, deleção ou alterar determinadas regiões do genoma. As técnicas mais utilizadas atualmente envolvem a ação de enzimas, que são proteínas com ação catalítica, denominadas nucleases. As nucleases são enzimas capazes de cortar a fita dupla de DNA de um genoma.

“Dedos de Zinco” (ZFN, Zinc Finger Nucleases)

É um mecanismo existente nas células e ocorre mais frequentemente nos eucariotos. No cotidiano de um laboratório de biologia molecular, as ZFNs utilizadas são enzimas de restrição artificiais. A sua estrutura é composta por um domínio que corta o DNA – atividade de nuclease, e um domínio de ligação ao DNA com a presença de átomos de zinco.

Para que a ligação ao DNA seja possível, são utilizadas de 3 a 6 proteínas ZFP (Zinc Finger Proteins, Proteínas Dedos de Zinco) ligadas em sequência. As ZFPs são modificadas para que reconheçam uma sequência específica da fita de DNA alvo e, quando encontram essa sequência, se ligam à mesma e a porção nuclease é responsável pela clivagem da região.

**Mecanismo de atuação das nucleases “Dedos de Zinco”.** As regiões ZF são as proteínas em sequência responsáveis pela ligação da nuclease ao DNA. A região de clivagem está representada através da tesoura. Fonte: Kisspng.

TALENs (Efetor Tipo-Ativador de Transcrição nucleases, Transcription Activator-Like Effector Nucleases)

Utiliza o reconhecimento da região do DNA realizado pelas proteínas TALE (Transcription Activator-Like Effector). Essas proteínas e o mecanismo de edição do genoma ocorrem naturalmente no gênero das bactérias Xanthomonas sp. As tecnologias de TALENs e ZFNs são muito similares, pois utilizam o mesmo domínio de corte do DNA. Entretanto, para a ligação ao DNA, são necessárias TALEs de 34 aminoácidos que reconhecem apenas um único par de bases no DNA.

Uma das vantagens dessa técnica, é que qualquer sequência de DNA, independentemente do seu tamanho, pode ser reconhecida pelas TALEs. Em laboratório, essa sequência de aminoácidos é construída, se tornando específica para diferentes DNA alvos.

**Mecanismo de ação das TALENs**. O conjunto de aminoácidos responsáveis pela ligação ao DNA está representado por diferentes cores e a região de clivagem está representada pela tesoura. Fonte: ExtremeTech.

CRISPR-Cas9 (Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Interespaçadas associada à proteína Cas 9, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Regions)

É a mais recente na área de edição de genomas e é baseada no sistema imune adaptativo de bactérias. Nesses organismos, há o desenvolvimento do mecanismo de resistência adaptativa baseada no sistema CRISPR-Cas. Quando a bactéria sofre uma invasão por vírus ou plasmídeos, ela captura um fragmento de aproximadamente 20 pares de bases do invasor para formar a sequência CRISPR.

A CRISPR é inserida no seu próprio genoma. Uma vez no genoma das bactérias, a sequência CRISPR pode ser transcrita em um tipo de RNA que irá se ligar a CRISPR RNAs. O complexo formado entre os RNAs se associa à proteína Cas9 e forma uma endonuclease ativa que irá degradar um DNA alvo de 23 pares de bases em uma sequência denominada PAM (Protospacer-Adjacent Motif).

Sendo assim, é possível construir RNAs guias, que são complementares às sequências que se deseja cortar e que irão se associar à proteína Cas 9. O sistema CRISPR-Cas9 é mais vantajoso, uma vez que pode cortar várias sequências simultaneamente, e também possui baixo custo econômico.

**Mecanismo da CRISPR-Cas9.** O RNA guia associado à enzima Cas9 é responsável pela clivagem do DNA na região específica, guiada pela sequência do RNA. Fonte:Labiotech.

Todas essas tecnologias permitem a deleção, inserção ou modificação de sequências de DNA nas células. Isso ajuda na compreensão e estudo da avaliação das funções específicas de genes. Além disso, compreender e alterar genes pode ser utilizado no desenvolvimento de novos fármacos e medicina personalizada e também na geração de plantas resistentes a variações climáticas.

Outra função importante dessas tecnologias é o mercado de trabalho para os biotecnologistas e profissionais de áreas a fim. Diversas empresas já estão trabalhando a anos com a produção de nucleases específicas para uso em pesquisa, como a Celletics Bioresearch (França) e Life Technologies (EUA).

Mas edições no DNA ainda precisam de discussões éticas sérias! Por isso, se você se interessa pelo tema e por essas discussões, não deixe de nos acompanhar para mais notícias e matérias e compartilhe sua opinião conosco!

Referências:

SAHA, Subbroto Kumar et al. Programmable molecular scissors: Applications of a new tool for genome editing in biotech. Molecular Therapy - Nucleic Acids, [s. l.], v. 14, n. March, p. 212–238, 2018. Disponível em: <https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2162253118303123>

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