5 de abr. de 2021

CRISPR E A EDIÇÃO DE GENES

 

Introdução .

A história da edição de genes pode não ser longa, mas é absolutamente fascinante. Em menos de 80 anos, a humanidade deixou de compreender algo sobre nosso DNA e passou a ser capaz de editar e combinar genes seletivamente. Podemos clonar animais e estamos a caminho de erradicar as doenças hereditárias. 

Um dos desenvolvimentos mais interessantes neste campo na última década foi a invenção das ferramentas CRISPR-CAS9. Essas ferramentas aproveitam proteínas para remover e substituir genes problemáticos com precisão. Esses sistemas são mais precisos do que qualquer coisa que veio antes de reduzir drasticamente o tempo e os custos envolvidos nesses experimentos. 

Hoje falaremos sobre quem funciona o sistema CRISPR-CAS9, como foi descoberto e o que pode fazer por nós no futuro. Também daremos um mergulho profundo na história da edição de genes. Estudar o passado ajudará você a entender como a ciência avançou rapidamente nos últimos 80 anos e como ferramentas revolucionárias como o CRISPR podem ser. 


História da edição de genes 

2. História da edição de genes

O único lugar lógico para começar este guia é examinar a história da edição de genes. Esta é uma rica história cheia de homens e mulheres incríveis que levam a ciência até seus limites para ajudar a humanidade. Seus estudos mudaram a maneira como entendemos o que significa ser humano, a maneira como tratamos as doenças e até mesmo a maneira como comemos. 

Veremos alguns dos momentos mais importantes da história da edição de genes que nos ajudarão a entender por que a indústria tem a aparência que tem hoje. 

Pré-1960

1. Pré-1960

A história da edição de genes realmente começa na década de 1960. No entanto, antes desse ponto, houve duas descobertas que tornaram tudo isso possível. É por aí que devemos começar. 

1953 - Uma equipe de cientistas descobre a Double Helix 

Graças ao trabalho pioneiro de Rosalind Franklin ; James Watson e Francis Crick descobriram a estrutura de dupla hélice de nosso DNA.

Franklin estava produzindo raios-x de DNA na época, seu trabalho levou à nossa compreensão moderna de como nosso DNA funciona. 

Watson e Crick notaram a estrutura entrelaçada em forma de escada de nosso DNA curvo. Essa descoberta lançou a base para tudo que estava por vir.

1958 - Arthur Kornberg produz DNA em um tubo de ensaio, uma inovação mundial 

Na mesma época em que a dupla hélice foi descoberta, tornou-se possível sintetizar todos os cinco nucleotídeos. Foi quando Arthur Kornberg voltou sua atenção para o resto da estrutura do DNA. Menos de um ano depois de aprender como polimerizar o DNA da bactéria, Kornberg produziu o primeiro conjunto de DNA in vitro .  

Este trabalho rendeu a Kornberg um prêmio Nobel e muitos outros prêmios de carreira. 

Década de 1960

Bem-vindo à década de 1960, a pesquisa relacionada a genes está começando a entrar na moda no Vale do Silício. Novos desenvolvimentos estão sendo feitos em todas as direções, incluindo novas descobertas relativas à estrutura e função dos procariotos. Progresso está sendo feito até mesmo no mundo do material genético viral. 

1962 - Green Fluorescent Protein (from Jellyfish) permite aos cientistas estudar processos celulares que antes eram invisíveis para eles 

água-viva Aequorea Victoria forneceu aos cientistas GFP (proteína fluorescente verde), o que permitiu aos cientistas estudar processos que não podiam ver anteriormente. 

Quando exposto a ondas longas de luz azul, o GFP brilha em verde. Esta proteína foi capaz de revelar processos químicos não descobertos que levaram Osamu Shimomura, Martin Chalfie e Roger Tsien a ganhar o prêmio Nobel por suas contribuições à química. 

1967 - Cientistas aperfeiçoam links de ligação de DNA formando DNA recombinante pela primeira vez 

Graças ao trabalho realizado pelos laboratórios Gellert, Lehman, Richardson e Hurwitz no início dos anos 60, esse marco da biologia molecular foi alcançado. Eles descobriram uma maneira de fazer o DNA formar uma ligação fosfodiéster que permitia que as partes da hélice se unissem. 

Este foi o trabalho que deu início ao processo de processamento do gene. 

1968 - Cientistas descobrem enzimas de restrição 

Um dia, Weren Arber percebeu que um grupo de bactérias que ele estava estudando tinha um método fascinante de se proteger contra a infecção por bacteriófagos. As bactérias estavam isolando o bacteriófago usando uma substância química desconhecida. Arber começou a pesquisar como o produto químico sabia a diferença entre a bactéria e a infecção. 

Ele acreditava que havia dois tipos de produtos químicos quando a infecção começou - uma enzima de 'modificação' que poderia dizer o que era uma infecção e o que era parte do hospedeiro, e uma enzima de 'restrição' que eliminava a infecção. 

Mais tarde, ao estudar e.coli, ele conseguiu provar que sua teoria estava correta. 

Década de 1970

2.1970

Após a explosão da pesquisa baseada em DNA na década de 1960, a década de 1970 continuou a ver grandes avanços sendo feitos.

Aqui, testemunhamos o primeiro DNA recombinante quimérico clonando a molécula de SV40 em DNA de plasmídeo.

Onde os anos 60 lançaram as bases, vimos os anos 70 começarem a construir uma estrutura impressionante. 

1970 - Hamilton Smith descobre enzimas de restrição do tipo II 

Em 1970, enquanto estudava a bactéria Haemophilus influenzae Rd, Smith descobriu as enzimas de restrição do Tipo II (Himd II).

Isso foi rapidamente seguido pela descoberta de sequências de DNA de fago de 6 pares de bases em Himd. O trabalho que Smith e sua equipe fizeram mais tarde se tornou a base para a terapia de engenharia genética que se tornou o CRISPR.   

1971 - Avanços no Gene Splicing criam novas oportunidades para criar DNA recombinante (rDNA)

Usando um método agora conhecido como a técnica de 'cortar e fatiar', Paul Berg inovou e se tornou a primeira pessoa a criar DNA recombinante de duas espécies diferentes.  

Essa descoberta de que o DNA de diferentes espécies poderia ser 'unido' pavimentou o caminho para quase toda a engenharia genética que conhecemos hoje. Sem Berg, esse campo não existiria. 

Mais tarde, Berg recebeu o prêmio Nobel por “seus estudos fundamentais da bioquímica dos ácidos nucléicos, com particular atenção ao DNA recombinante”.

1972: o mapeamento de DNA é possibilitado por enzimas de restrição do Tipo II 

Daniel Nathans usou enzimas de restrição no genoma viral do SV40. Ao fazer isso, ele descobriu que era possível dividi-lo em 11 partes diferentes. Levando seus experimentos adiante, Nathans descobriu que as enzimas de restrição podem desempenhar um papel importante no mapeamento de DNA. 

Seus experimentos abriram portas para outros pesquisadores mapearem totalmente os cromossomos dentro do DNA e todas as descobertas que vieram com isso. Nathans recebeu o prêmio Nobel por suas contribuições ao mundo da medicina em 1978. 

1974: experimentos de engenharia genética são proibidos pela National Academy of Sciences, enquanto se aguarda uma revisão ética 

À medida que o campo da engenharia genética começou a se expandir e a dar grandes saltos à frente, a Academia Nacional de Ciências pediu uma moratória nesse campo . O público estava começando a ficar nervoso com os experimentos, temendo que os cientistas usassem suas novas descobertas para criar superbactérias ou participassem da eugenia. 

Durante esta proibição, Paul Berg realizou uma conferência, com a presença de mais de 100 líderes na área, para discutir os parâmetros éticos da engenharia genética.

Nesta conferência, Joshua Lederberg compartilhou sua visão de um futuro onde a engenharia genética poderia curar muitas doenças que matavam milhares na época.

Muitos afirmam que esta conferência é o que levou à mudança nas opiniões em torno dos experimentos genéticos moleculares.

1975: A fusão de células de mieloma leva a revolucionar diagnósticos genéticos modernos e tratamentos imunológicos

Depois de trabalhar separadamente em experimentos com células B, os cientistas George Kohler e César Milstein se uniram. Seu trabalho conjunto levou à descoberta de que a fusão de células de mieloma levaria à rápida reprodução de células em crescimento de anticorpos. 

Sua descoberta levou a uma mudança completa nos métodos de diagnóstico e tratamentos modernos. 

Década de 1980

3.1980

A década de 1980 é a era do uso da engenharia genética para resolver problemas humanos por meio de vacinas, principalmente usando DNA humano. 

1981: microinjeção de DNA usada em um animal pela primeira vez 

Em 1981, a Ohio University se tornou o primeiro laboratório do mundo a realizar microinjeção de DNA em um animal.

Nesse experimento, eles criaram um animal transgênico (isso significa simplesmente um animal que teve seu DNA 'unido' ao DNA de outro animal). 

Este experimento foi liderado por Thomas Wagner.

Ele e sua equipe introduziram o DNA de um coelho em um camundongo. Este foi um experimento fundador no mundo dos experimentos com animais transgênicos. 

1982: A primeira droga sintética é fabricada e colocada no mercado 

Até 1982, toda a insulina que estava sendo usada para tratar as pessoas com diabetes tipo 1 precisava ser colhida de animais. A equipe da Genentech, liderada por Dennis Kleid, foi capaz de produzir insulina sintética idêntica à insulina humana e muito mais eficaz do que a insulina animal. 

Isso não apenas salvava vidas humanas, mas acreditava-se que esse desenvolvimento salvava a vida de 56 milhões de animais por ano. Este foi um momento revolucionário para os conselhos de saúde que aprovaram a medicina sintética. 

1983: reação em cadeia da polimerase abre novas portas 

A reação em cadeia da polimerase (PCR) foi descoberta em 1983. Este sistema pode ser usado para fazer sequências de DNA específicas para fazer cópias de si mesmo. Essa reação pode ser usada para criar milhares de cópias. Algumas sequências podem até fazer milhões de cópias de si mesmas. 

Foi essa descoberta que tornou possíveis as futuras experiências de DNA. Ser capaz de fazer vários experimentos em pedaços idênticos de DNA tornou os experimentos com DNA menos demorados e muito mais baratos. Anteriormente, clonar DNA envolvia cortar o DNA em milhares de pares e recriá-los em colônias de bactérias. 

1985: Vacinas recombinantes são aprovadas pelo primeiro corpo médico 

Antes de 1986, os médicos usavam uma vacina derivada do sangue para tratar a hepatite B. Por volta de 1983, Pablo DT Valenzuela começou a desenvolver uma vacina recombinante à base de levedura para tratar a doença. 

Essa vacina teve tanto sucesso que as vacinas de sangue foram retiradas da prática médica. Essa vacina levou a uma onda de vacinas recombinantes formuladas recentemente, algumas das quais ainda estão em uso hoje. 

1998: começam os testes de colheita de OGM 

Uma cepa de milho OGM foi aprovada para venda em 1998. Este milho foi modificado para produzir rendimentos mais altos, afastar pragas e não ser afetado pelo uso de pesticidas (isso passou a ter um efeito negativo sobre os ecossistemas das fazendas americanas) . 

Década de 1990

4.1990

Nesta década, vemos o nascimento do Projeto Genoma Humano.

Este projeto, ao longo de 13 anos, mapeou mais de 20.000 genes.

O trabalho realizado nesta década lançou as bases para a pesquisa que mudará o mundo que estamos testemunhando hoje. 

1990: Projeto Genoma Humano é lançado 

Este projeto de treze anos é a base para quase toda a biologia molecular moderna.

Durante este projeto, mais de 20.000 genes foram descobertos e mapeados. 

1993: células CRISPR são descobertas 

Em 1993, Francisco Mojica descobriu células CRISPR (grupos de repetições palindrômicas curtas regularmente espaçadas). Ao longo dos próximos 25 anos, seu trabalho neste assunto criou uma riqueza de conhecimento que foi aproveitada para criar as ferramentas de edição de genoma CRISPR-CAS9. 

1994: tanques da empresa de tomate OGM 

Este foi o ano em que vimos o segundo grande lançamento de safras OGM. Esses tomates foram projetados para nunca amadurecerem demais. No entanto, a empresa finalmente afundou depois que os consumidores começaram a ficar preocupados com os efeitos que os OGMs poderiam ter sobre seus alimentos e sobre eles. 

1996: Dolly, a Ovelha 

Em um dos feitos mais impressionantes e chocantes da engenharia genética, os cientistas usaram uma célula-tronco para clonar uma ovelha inteira. A ovelha foi chamada de Dolly. Na década seguinte, os cientistas começaram a clonar animais em extinção. 

1999: O primeiro cromossomo humano é sequenciado 

Como parte do Projeto Genoma Humano, os cientistas mapeiam completamente um cromossomo pela primeira vez. Esse cromossomo era o cromossomo 22. Os métodos usados ​​para conseguir isso ainda são empregados hoje (embora agora sejam feitos eletronicamente). 

Década de 2000

5.2000s

Nesta década começamos a ver os verdadeiros benefícios do trabalho realizado pelo Projeto Genoma Humano.

A engenharia genética voltou seus olhos para o entendimento e a cura de doenças genéticas.

Vemos a primeira clonagem de um animal em extinção e a aprovação de muitos tratamentos genéticos que mudam vidas. 

2001: A terapia com drogas direcionadas ao gene é aprovada pela primeira vez 

Este ano, o FDA aprovou a primeira droga direcionada a genes. Este medicamento era um tratamento para adultos com leucemia e ainda é usado hoje.  

2003: O primeiro animal de estimação OGM chega às lojas 

A loja de animais Pets At Home do Reino Unido começa a vender 'Glow-fish' Esses peixes OGM eram capazes de brilhar no escuro, graças à adição de bioluminescência. Desde então, esse tipo de tecnologia tem sido aproveitado para ajudar os agricultores nos países em desenvolvimento. 

2006: Primeira vacina preventiva contra o câncer aprovada 

Em seus ensaios clínicos, a vacina contra o HPV provou ser 99% eficaz na prevenção do desenvolvimento de pré-cânceres. Esses pré-cânceres causam 70% dos casos de câncer cervical.

Após sua aprovação, a vacina foi lançada para mulheres adolescentes em todo o mundo. Foi até administrado em massa nas escolas do Reino Unido. Ainda é atualmente a única vacina preventiva contra o câncer aprovada.  

2006: A pesquisa com células-tronco avança 

No mesmo ano, foram criadas as primeiras iPSCs (células-tronco pluripotentes induzidas). O Dr. Shinya Yamanaka e sua equipe isolaram fibroblastos e foram capazes de reprogramá-los em um estado de célula-tronco. Essa descoberta abriu um novo mundo de pesquisa com células-tronco. 

Década de 2010

6,2010s

Na década de 2010, as descobertas genéticas acontecem mais rápido do que os pioneiros da década de 1960 jamais poderiam ter imaginado.

Nesta década, vemos a invenção do CRISPR e a primeira aprovação da edição do genoma em humanos ... com resultados muito promissores. 

2010: Bactéria sintética se torna a primeira criação sintética viva do mundo 

Após anos de experimentação, Craig Venter e sua equipe foram capazes de criar uma célula de M. capricolum sinteticamente.

Essa bactéria foi a primeira forma de vida sintética (ou seja, algo que não nasceu ou evoluiu).  

2011: TALEN é descoberto 

Outras experiências permitiram aos cientistas desenvolver o trabalho revolucionário dos ZNFs e descobrir os TALENs. Os TALENs são mais precisos do que os ZNFs e são menos citotóxicos para as células hospedeiras. 

2012: Nasce a ferramenta CRISPR 

Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier desenvolvem CRISPR, uma ferramenta de edição de genoma que anuncia uma nova era de biologia molecular e medicina. Os primeiros resultados dos experimentos sugerem que o tratamento CRISPR pode substituir a quimioterapia quando aprovado para uso humano. 

2014: Gene dirige? 

À medida que o CRISPR continua revolucionando o mundo da biologia molecular, o campo começa a falar sobre o que poderia ser feito com uma ferramenta como esta. Kevin Esvelt sugere que o CRISPR poderia ser usado para grandes impulsos genéticos - estes poderiam 'contornar a evolução'.

Esvelt sugere que eles podem ser usados ​​para erradicar a malária da população de mosquitos. Mas que existem muitas maneiras pelas quais os genes podem ser usados ​​perigosamente. E esses testes extensivos devem ser realizados antes de liberar qualquer experiência em um ecossistema real. 

2015: salmão OGM vendido no Canadá 

O OGM já ocorre nas safras há anos, mas 2015 marcou o primeiro produto de origem animal OGM a chegar ao mercado. No Canadá, uma empresa começou a vender salmão transgênico e afirmou que produtos como esse poderiam resolver os problemas mundiais de pesca excessiva.  

2015: O polêmico ensaio CRISPR ocorre em embrião humano 

Cientistas na China tentaram remover uma doença hereditária do sangue de um embrião humano. Isso aconteceu três anos antes de qualquer governo aprovar os ensaios CRISPR em humanos. O experimento não foi coberto por jornais ocidentais que o classificaram como antiético. 

2017: A terapia CAR-T é aprovada para testes em humanos 

Dois experimentos CAR-T diferentes foram aprovados em 2017. Um para tratar crianças com leucemia e outro para tratar adultos com linfoma. Testes em animais mostraram que o CAR-T pode ser um substituto não tóxico para a quimioterapia. Vários estudos mostraram a capacidade do CAR-T de destruir completamente os tumores em menos de duas semanas. 

2018: ensaios CRISPR humanos são aprovados 

Duas empresas líderes de desenvolvimento do CRISPR têm permissão para testar tratamentos CRISPR em humanos juntos. Esses experimentos foram projetados para tratar a doença falciforme. (Boas notícias sobre este teste virão posteriormente neste artigo)

2019: experimentos de edição principais provam ser bem-sucedidos 

Essa nova extensão da técnica CRISPR reduziu pela metade o tamanho da menor incisão possível. Esta técnica torna possível fazer cortes de fio simples quando anteriormente apenas cortes de fio duplo eram considerados possíveis. Reduzindo o dano ao DNA quando reduzido a quase nada. 

Presente 

7. Presente

2020 foi um grande ano para o CRISPR. 

Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna ganharam o Prêmio Nobel pelo tempo gasto no desenvolvimento do CRISPR e por suas contribuições à Química. 

Em meados de 2020, uma série de resultados promissores do ensaio CRISPR foi divulgada.

Victoria Gray, a primeira pessoa a ser submetida ao tratamento da Célula Falciforme CRISPR, apresentou resultados muito positivos no pós-tratamento.  

No final do ano, os resultados mostraram que todas as 10 pessoas que haviam se submetido a esse tratamento apresentavam grandes sinais de melhora.

Todos mostraram melhorias nos níveis de hemoglobina fetal, não precisaram mais de transfusões de sangue e tiveram longos períodos sem dor. 

CRISPR

3.CRISPR

Agora que cobrimos a história da edição genética, é hora de dar uma olhada mais profunda no CRISPR. Nesta seção, cobriremos todos os fundamentos que você precisa saber sobre o CRISPR para entender as coisas mais complexas que abordaremos posteriormente neste artigo. 

O que isso representa?

8. O que significa

CRISPR (que é pronunciado "mais nítido") é um ciclo de DNA e uma abreviação para a tecnologia de edição de genoma CRISPR-CAS9 e significa o seguinte: 

C - agrupado

R - Regularmente 

I - espaçado 

S - Curto 

P - Palíndromo 

R - Repete

CRISPR é o nome do sistema de defesa bacteriana que constitui a base da tecnologia do sistema de edição de genoma CRISPR-CAS9. 

O que é CRISPR?

9. O que é CRISPR

Como mencionado acima, CRISPR é o apelido do sistema de defesa bacteriana no qual a tecnologia de edição do genoma CRISPR-CAS9 é baseada. 

CRISPR é frequentemente usado na indústria como um nome geral para cobrir qualquer tipo de tecnologia que vise e edite longos trechos de DNA em pontos específicos.

Isso pode causar um pouco de confusão ao tentar visualizar o campo da edição do genoma de fora. 

Então, como as células CRISPR foram descobertas? 

Francisco Mojica descobriu o CRISPR nas arquéias . Ele acreditava que os CRISPRs eram uma parte fundamental do sistema imunológico bacteriano.

Posteriormente, isso foi provado estar correto quando os CRISPRs foram descobertos em bactérias. 

Eles são formados por uma sequência de códigos genéticos repetidos, entre as reparações estão os restos do código genético de ameaças anteriores que a bactéria encontrou. Mojica acreditava que essas partes antigas do DNA eram mantidas para permitir que o sistema imunológico identificasse e destruísse os agressores rapidamente. 

Posteriormente, estes foram desenvolvidos em um sistema de edição e diagnóstico de genoma. Que vamos cobrir mais a seguir. 

O que é CAS9?

Nesta seção, cobriremos duas coisas: o que é CAS9 e o que é CRISPR-CAS9. 

10. O que é CAS9

O que é CAS9? 

CAS9 é a proteína central do sistema CRISPR. 

CAS9 é capaz de assumir um gRNA (RNA guia) e remover quaisquer genes que correspondam a esse gRNA do DNA do sujeito.

Originalmente, essa proteína fazia parte do sistema imunológico bacteriano.

Agora ele se aproveitou para ser uma ferramenta eficiente e precisa no mundo da edição de genoma. 

O que é CRISPR-CAS9?

CRISPR-CAS9 é uma ferramenta pioneira de edição de genoma desenvolvida por Jennifer Doudna, Emmanuelle Charpentier e sua equipe.

Esta ferramenta aproveita a capacidade da proteína CAS9. Com o CAS9, eles são capazes de editar genes de uma forma não tóxica e não invasiva. Seu sistema revolucionou a forma como abordamos a edição do genoma no século 21. 

 O principal ponto de venda da CRISPR é sua capacidade de direcionar e cortar material genético com precisão. Com que precisão? Bem, a diferença é semelhante a tentar pegar um grão de arroz com uma pinça e 2 luvas de boxe.

Quando foi desenvolvido o CRISPR-CAS9? 

12. Quando o CRISPR foi desenvolvido

Jennifer Doudna, Emmanuelle Charpentier e sua equipe desenvolveram seu CRISPR-CAS9 no início do século 21.

Seu trabalho se baseia na descoberta de células CRISPR em e-colli e iogurte. 

Em 2012, Doudna e Charpentier lançaram seu sistema CRISPR-CAS9. 

Até hoje, ainda há uma grande quantidade de regras e regulamentos em torno do uso do CRISPR.

Isso é principalmente o resultado de pesquisas científicas feitas na Rússia e na China nos primeiros dias do CRISPR-CAS9 que foram consideradas antiéticas pela comunidade científica. 

Apesar dessas restrições, a maioria das indústrias ainda apóia o CRISPR como o futuro da microbiologia.

E nos últimos 5 anos, vimos uma série de testes em humanos sendo aprovados. 2020 nos dá uma série de resultados realmente promissores para o primeiro conjunto de testes. 

Qual é o objetivo da tecnologia CRISPR-CAS9?

4. Qual é o objetivo da tecnologia CRISPR-CAS9

O CRISPR realmente tem um potencial ilimitado e, por essa razão, todas as grandes indústrias estão investindo pesadamente nele. De empresas de biocombustíveis a pessoas que vendem produtos legais. Pudemos ver o CRISPR-CAS9 tendo um impacto em nossas vidas em todos os níveis. 

CRISPR pode ser usado para qualquer um dos seguintes: 

  • Tratamento de doenças terminais 
  • Produzindo biocombustíveis sustentáveis 
  • Para erradicar doenças animais e transmitidas por insetos 
  • Criação de bactérias que podem comer e digerir materiais não biodegradáveis ​​como plásticos 
  • Clonando espécies extintas e em extinção 
  • Criação de safras que podem ser cultivadas em condições áridas 

Com a invenção da ferramenta CRISPR-CAS9, a edição de genes tornou-se mais fácil, mais barata, mais precisa e menos perigosa. As possibilidades são infinitas. 

Como funciona a edição do gene CRISPR?

5. Como funciona a edição de genes CRISPR

Apesar de levar décadas para se desenvolver, a edição do gene CRISPR é um processo surpreendentemente simples. Na seção seguinte, falaríamos sobre o processo da ferramenta de edição de genes CRISPR-CAS9. 

Como mencionado antes, esses sistemas estão atualmente passando por testes para o tratamento da doença falciforme e da leucemia em humanos. Estaremos concentrando nosso exemplo nesse processo. 

Aqui estão alguns termos importantes que você deve conhecer: 

gRNA - RNA guia, esta será uma cópia do gene que os cientistas desejam remover 

crRNA - um gene para substituir os genes que estão sendo removidos

CAS9 - a estrela do show. Esta é uma proteína capaz de direcionar e remover o gRNA sem danificar mais nada no DNA. É incrivelmente preciso. Ele remove as cópias de gRNA com pequenas pinças que podem realizar cortes de suporte único em pedaços de DNA. 

Selecionando um organismo para manipular 

CRISPR-CAS9 pode ser usado em quase qualquer tipo de célula, portanto, suas opções para esta seção são quase ilimitadas.

Se um experimento estivesse sendo feito para tentar curar a doença das células falciformes, começaríamos por encontrar alguém com a doença. 

Selecionando um gene ou sequência de DNA que desejamos manipular

Em seguida, identificaríamos o gene que causa a doença das células falciformes em uma pessoa.

O último provavelmente já tem uma cópia disso em arquivo.  

Selecionando o CRISPR e gRNA 

15. Seleção de CRISPR e gRNA

Agora, vamos selecionar a proteína CAS9.

Como sabemos, esta proteína é incrivelmente precisa e é capaz de transportar crRNA e gRNA enquanto se move pelo corpo. 

O laboratório então decidirá sobre o gene exato que eles querem que o CAS9 substitua, este será o nosso gRNA.

Um RNA guia que ditará à proteína CAS9 qual gene ela deve ser removida do corpo. 

Construindo o gRNA ou sgRNA por síntese e clonagem

16. Construindo o gRNA ou sgRNA por síntese e clonagem

O laboratório passará então pelo processo de clonagem do gRNA. Feito isso, o gRNA será combinado com a proteína CAS9. 

Às vezes, um sgRNA / crRNA será selecionado. Este será um segundo gene carregado pela proteína CAS9.

Este gene será inserido no local do gene que detém os problemas de células falciformes. Por que precisamos usar um crRNA? Não é suficiente remover o gene ruim? 

Na verdade, a maneira mais segura de realizar esse processo é repor o que você remove. Se você não fizer isso, não terá controle sobre como o DNA se repara.

Muitas vezes não funciona bem, pois o corpo humano não está acostumado a ter que fazer esse tipo de trabalho de reparo. Não substituir um gene ausente pode causar mutações e outras complicações mais adiante. 

O cRNA também é combinado com esta proteína CAS9. 

Entrega do sgRNA e CAS9 para a célula-alvo 

18. Entrega do sgRNA e CAS9 para a célula-alvo

Quando o coquetel CAS9 é preparado, ele é então injetado no paciente.

O CAP9 então usará o gRNA para encontrar o gene da célula falciforme.

Ele usará seus dois braços em forma de pinça para cortar esse gene do corpo e substituí-lo pelo crRNA. 

O que você deve deixar é uma sequência de DNA recombinante livre de células falciformes.

Substituir o gene ruim não apenas previne mutações, mas permite que o DNA se repare rapidamente. 

Validando a manipulação 

19.Validando a manipulação

Finalmente, o laboratório coletará novas amostras do paciente a cada poucos meses.

Eles irão compará-los com suas amostras originais para medir o efeito que a falta do gene da célula falciforme está tendo sobre o menino. 

Experimentos reais de células falciformes 

Atualmente, existem testes reais de células falciformes em humanos .

Esses testes tiveram resultados muito promissores.

Incluindo todos os 10 pacientes que não precisam mais de transfusões de sangue e todos os aumentos de testemunhas em seus níveis de hemoglobina fetal.  

Para que é utilizado o CRISPR?

7. O que é CRISPR usado para

Vejamos os aplicativos atuais da ferramenta CRISPR. 

Usando CRISPR para edição de genoma

20. Usando CRISPR para edição de genoma.

Como cobrimos extensivamente neste artigo, as ferramentas CRISPR revolucionaram o mundo da edição de genoma.

Anteriormente, o processo era caro, demorado e perigoso para o sujeito. 

Ao usar as proteínas CRISPR como tratamentos, os processos OGM e tratamentos médicos podem se tornar não invasivos e muito mais baratos. 

Usando bibliotecas CRISPR para triagem

21. Uso de bibliotecas CRISPR para triagem.

As bibliotecas CRISPR são uma coleção de gRNAs e plasmídeos.

Geralmente, as bibliotecas que podem ser compradas têm como tema um certo tipo de gene (embora existam algumas bibliotecas MUITO grandes que armazenam mais de 175.000 gRNAs em um tubo de ensaio). 

Apresentar uma dessas bibliotecas a um ambiente controlado permitirá que você faça as seguintes três coisas: 

  1. Confirme as teorias usando testes direcionados a hipóteses
  2. Explorar a linhagem do gene (por meio de triagem com bibliotecas) 
  3. Analisando os efeitos da expressão de vários genes

Benefícios do CRISPR

8. Benefícios do CRISPR

Mencionamos anteriormente que as possibilidades de aplicação do CRISPR são quase ilimitadas. Vamos dar uma olhada nas coisas para as quais o CRISPR já começou a ser usado: 

Remova a malária dos mosquitos

27.Remova a malária dos mosquitos.

Um dos primeiros projetos do CRISPR que chamou a atenção do público com os experimentos que estavam sendo feitos para tentar erradicar a malária na população do mosquito.

A malária é responsável por até três milhões de mortes por ano. A maioria dessas mortes ocorre em crianças menores de 5 anos. 

Usando o CRISPR-CAS9, seria possível remover o gene portador da malária de um grupo de mosquitos.

Com a esperança de que os mosquitos livres da malária se tornassem a forma dominante da espécie. 

Se esse experimento for bem-sucedido, poderá mudar a vida de bilhões de pessoas. 

Tratamento da doença de Alzheimer

28.Tratando a doença de Alzheimer.

Quanto mais pesquisas fazemos sobre doenças degenerativas como o mal de Alzheimer, mais entendemos não apenas o que as causa, mas também as maneiras de evitá-las. 

A causa do Alzheimer ainda não foi totalmente descoberta.

No entanto, as simulações de edição de genes com o CRISPR estão permitindo que os cientistas estudem como a remoção de certos genes das células cerebrais afeta o desenvolvimento da doença.

Descobrir o gene que causa a doença levaria rapidamente ao desenvolvimento de um tratamento eficaz baseado em CRISPR. 

Tratando HIV

29.Tratando o HIV

Em estudos com macacos, os cientistas provaram que o CRISPR -CAS9 é capaz de remover o HIV das células.

Estudos mais recentes demonstraram que, em células humanas extraídas, o CAS9 pode efetivamente destruir o HIV em humanos. 

A ONU acredita que existem atualmente 3,5 milhões de pessoas vivendo com HIV no mundo.

Atualmente, não há cura para ele, o único medicamento que pode evitar que a doença se transforme em AIDs mais graves. 

Ser capaz de remover o HIV por meio de um CRISPR-CAS9 não apenas mudaria vidas, mas removeria muito do medo e da estigmatização em torno da doença. 

Desenvolver novos medicamentos

Muitas grandes empresas farmacêuticas estão investindo grandes quantias de dinheiro no CRISPR.

Com a esperança de que a tecnologia possa ser usada para substituir tratamentos médicos caros, dolorosos e invasivos. 

Gado

31.Reio

Cientistas chineses têm trabalhado em maneiras de aumentar as taxas de crescimento de lã em ovelhas editando seus genes.

Eles também estão procurando maneiras de aumentar a gordura transportada pelo gado.

Se as ovelhas pudessem cultivar lã mais rápido, seria possível que menos espaço fosse dedicado à agricultura. 

Colheitas agrícolas 

Temos visto OGM em plantações por muitas décadas. O CRISPR oferece a oportunidade de irradiar doenças em nossas plantações.

Levando talvez a colheitas mais estáveis ​​em todo o mundo e menos necessidade de usar pesticidas. 

Desenvolver novos tratamentos de câncer 

33. Desenvolver novos tratamentos de câncer

Mencionamos acima que ensaios em humanos estão ocorrendo atualmente para ver se é possível usar o CRISPR para tratar o câncer.

Os primeiros ensaios CRISPR em ratos sugeriram que o CRISPR poderia ser usado para substituir a quimioterapia. 

Qual seria o benefício disso?

Bem, CRISPR pode ser administrado em uma única injeção, não é tóxico e muito mais preciso do que a quimioterapia.

CRISPR pode ter como alvo os genes exatos que causam câncer.

Ao contrário da quimioterapia, o CRISPR não causa náuseas ou queda de cabelo, ou qualquer um dos outros efeitos colaterais traumáticos da quimioterapia. 

Reduza nossa necessidade de plástico

34. Reduza nossa necessidade de plástico

O CRISPR apresentou a oportunidade para os cientistas editarem os genes de materiais naturais para fazê-los agir mais como o plástico.

Ao alterar sua estrutura protéica, podemos tornar coisas como o fermento tão fortes quanto os plásticos à base de óleo, mas permitir que retenham sua capacidade biodegradável. 

É até possível que possamos criar bactérias geneticamente para comer e digerir plástico no futuro. 

Conclusão 

9. Conclusão - Discuta o quão revolucionário é para a edição do genoma

Nada jamais revolucionou e possivelmente jamais revolucionará a edição do genoma da maneira que o CRISPR fez. Um dos principais fatores que contribuem para o poder do CRISPR é sua acessibilidade. Além de ser uma das formas mais baratas de engenharia genética disponíveis no momento, existem enormes bancos de dados que podem postar para você tudo o que você precisa para realizar seus estudos. 

Com uma ferramenta como experimentos de genoma CRISPR e genoma eletrônico, a triagem se tornou possível para a maioria dos laboratórios. Mesmo aqueles com um orçamento muito pequeno. Isso é algo que nos beneficiará a todos no futuro. 

O CRISPR tem o potencial de mudar todas as áreas de nossas vidas. Desde os alimentos que comemos, como tratamos nossas doenças, até forçar a extinção de doenças entre espécies, como a malária. É difícil imaginar todas as coisas para as quais o CRISPR será usado no futuro. Mas sabemos que a CRISPR já está tornando nosso mundo um lugar melhor!


Texto, diagramação e direito autoral:

https://www.mybiosource.com/


Tradução:

https://vega-conhecimetos.com 


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