OPINIÃO – Engenharia genômica e suas aplicações na medicina terapêutica

Por Natália Souza | Consultoria & Desenvolvimento de Negócios da Biominas Brasil

Cerca de três mil dos genes conhecidos em humanos já foram associados com doenças quando estes apresentam alguma mutação. A possibilidade de se realizar alterações ou correções em tais genes tem sido amplamente estudada e é tida por alvo terapêutico em diversos casos. Nos últimos anos, duas maneiras de realizar tais alterações foram muito estudadas. A primeira delas refere-se à terapia gênica, que permite a restauração funcional de um gene a partir da infecção por um vírus que contém material genético de interesse. A segunda é a partir da aplicação de RNA de interferência (RNAi), que são sequências curtas de RNA capazes de silenciar genes defeituosos em uma célula. Ambas técnicas possuem certas limitações que impedem sua utilização para o possível tratamento de um grande número de doenças, tais como a alta taxa de mutações em locais modificados na terapia gênica e, ainda, o silenciamento incompleto observado nos genes tratados com RNAi[1]. Em função disto a edição de genomas, que consta no processo de modificação do DNA genômico de um organismo pela alteração, adição ou remoção de nucleotídeos a este, tem se tornado atraente, principalmente na medicina terapêutica.

Atualmente, têm sido descritas técnicas inovadoras para a edição de genomas. Tais técnicas se baseiam na atividade das nucleases, que são enzimas capazes de quebrar o DNA. A primeira tecnologia descrita foi em 1991, quando pesquisadores americanos demostraram a habilidade do reconhecimento de nucleases, chamadas Zinc-finger (ZFNs), pelas sequências de DNA[2]. Por anos, esta foi a tecnologia mais utilizada, contudo possuía algumas limitações, por exemplo, a baixa especificidade e incapacidade de detectar certas sequências de DNA[3]. Anos depois, foram desenvolvidas tecnologias, também envolvendo nucleases, contendo uma região de reconhecimento para o DNA genômico chamado TALE, do inglês, Transcription activator-like effector. O cunho inovador da técnica reside na facilidade com a qual o reconhecimento do DNA pode ser modulado de forma a identificar qualquer sequência desejada[4]. Já a tecnologia mais recente possui um grande diferencial, uma vez que o reconhecimento do DNA não é mais feito por porções proteicas, mas sim por uma sequência de RNA que pode ser construída e alterada com facilidade. O sistema CRISPR/Cas9 tem surgido como uma alternativa para o uso de ZFNs e TALE nucleases por induzir alterações genéticas com um sistema de custo inferior e elaboração mais simples[5].

A viabilidade de se editar porções genômicas sem comprometer o bom funcionamento celular apresenta um futuro promissor para diversas áreas. Muitos estudos trazem perspectivas quanto à utilização das técnicas, em especial o CRISPR/Cas9, como terapia para doenças. O trabalho publicado pela Universidade da Califórnia, em São Francisco, mostrou a correção de mutações responsáveis pela Beta-Talassemia, que é uma doença hereditária que provoca anemia, utilizando o sistema CRISPR/Cas9. O trabalho apresentou uma nova alternativa para o tratamento de doenças monogênicas, como a acima mencionada, utilizando terapias gênicas baseadas em células tronco. Outro grupo de pesquisas americano foi bem-sucedido ao realizar a edição genômica, desta vez em um modelo animal adulto, com finalidade de tratar a Distrofia Muscular, uma doença também monogênica[6].

As possibilidades de tratamento não se limitam apenas a doenças genéticas. Muitos trabalhos têm sido desenvolvidos de forma a utilizar a edição de genomas para o tratamento de doenças infecciosas causadas por vírus, como exemplo a AIDS, causada pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV), além da possibilidade de tratamento de variados tipos de câncer e ainda viabilizar transplantes de órgãos entre animais e humanos, eliminando o fator de rejeição. Um trabalho realizado na Universidade de Kyoto mostrou sucesso na quebra e mutação do material genético do vírus HIV em células T humanas, impedindo o vírus de continuar seu ciclo[7]. Pesquisadores da Universidade de Harvard trabalharam com a edição genômica em embriões de porcos com a finalidade de inativar 62 tipos de vírus e acrescentar a síntese de compostos cuja ausência inviabiliza a utilização de órgãos de porcos em transplantes humanos. A partir deste último trabalho, foi fundada uma empresa para o desenvolvimento de porcos geneticamente modificados para transplante, a eGenesis[8]. Além desta, outras startups implementaram tais tecnologias com a proposta de atuarem na medicina terapêutica, a saber a Caribou Bioscience, CRISPR Threapeutics e Intellia Therapeutics, que procuram viabilizar a utilização dos sistemas CRISPR/Cas9 em aplicações na medicina terapêutica, agricultura e indústria. Em todo o mundo, diversas empresas têm sido fundadas visando a implementação destas tecnologias na medicina terapêutica e cases de sucesso já têm sido observados. É o caso da empresa americana Editas Medicine, que visando utilizar as tecnologias do CRISPR e TALE nucleases para correção de genes defeituosos, recentemente abriu ações na bolsa de valores. Outro exemplo é o da empresa também americana Sangamo Biosciences, que utilizando o sistema de edição baseado em ZFNs para tratar doenças genéticas e doenças infecciosas, possui seus testes em estágio clínico para a terapia de diversas doenças.

Apesar dos avanços feitos nos últimos anos, a utilização da edição de genomas tem gerado muita discussão. Acredita-se que estudos em embriões humanos também possam contribuir para que as propostas terapêuticas envolvendo edição genômica se tornem mais tangíveis. Alguns grupos de pesquisa já os têm realizado.  É o caso de um trabalho desenvolvido na Universidade de Sun Yat-sem, que utilizou o CRISPR/Cas9 pela primeira vez para editar um gene específico em embriões humanos inviáveis, tendo por finalidade avaliar a estabilidade das edições em humanos para fins terapêuticos[9]. A utilização de embriões humanos para fins de pesquisa tem provocado conflitos éticos e morais e, em função disso, acadêmicos em todo o mundo têm se reunido para discutir o assunto[10]. Recentemente um grupo de pesquisas no Reino Unido recebeu aprovação do governo para edição de genes em embriões humanos viáveis, tornando-se pioneiros neste tipo de pesquisa com embriões[11]. Além dos conflitos éticos, dificuldades inerentes às técnicas em si têm sido alvo de discussão. Para que as técnicas sejam implementadas com sucesso são necessários um aumento da eficiência da correção gênica, uma melhor compreensão da especificidade de nucleases envolvidas nas edições e, ainda, o estabelecimento de metodologias de entrega celular específicas, possibilitando a realização de terapias in vivo. Ainda que muitas discussões acerca dos conflitos tenham sido levantadas, as empresas que visam a implementação destas tecnologias têm atraído investimentos robustos e algumas delas contam com o apoio de importantes players do setor de Ciências da Vida, como por exemplo a Bayer e Novartis. Entretanto, para que essas novas tecnologias de edição genômica sejam utilizadas de forma efetiva na medicina terapêutica, é fundamental discutir as barreiras éticas que hoje limitam avanços na área, além de contornar os desafios técnicos.

O Brasil se encontra em seus passos iniciais no desenvolvimento e consolidação destas tecnologias, sendo as mesmas ainda restritas a institutos de pesquisa. Contudo, por se tratar de uma tecnologia de vanguarda, e pela inexistência de um mercado consolidado, a área apresenta grande potencial de exploração no país.

[1] David Benjamin Turitz Cox. Therapeutic genome editing: prospects and challenges. Disponível em: <http://zlab.mit.edu/assets/reprints/Cox_D_Nat_Med_2015.pdf>

[2] Nikola P. Pavleich Zinc finger-DNA recognition: crystal structure of a Zif268-DNA complex at 2.1 A.  Disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2028256>

[3] Dana Carroll. Genome engineering with zinc-finger nucleases. Genetics Society of America, 2011. Disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3176093/>

[4] Thomas Cermak. Efficient design and assembly of custom TALEN and other TAL effector-based constructs for DNA targeting. In: Oxford University Press. Nucleic Acids Research, 2011. Disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3130291/>

[5] Thomas Gaj. ZFN, TALEN and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. In: CellPress. Trends in Biotechnology, 2013. Disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3694601/>

[6] Christopher Nelson. In vivo genome editing improves muscle function in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy. In: Science. Science, 2015. Disponível em: <http://science.sciencemag.org/content/early/2015/12/29/science.aad5143>

[7] Hirotaka Ebina. Harnessing the CRISPR/Cas9 system to disrupt latent HIV-1 provirus. In: Nature Publishing Group. Scientific Reports, 2013. Disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3752613>

[8] Nature News. Gene-editing record smashed in pigs. Disponível em: <http://www.nature.com/news/gene-editing-record-smashed-in-pigs-1.18525>

[9] Puping Liang. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. In: Springer. Protein & Cell, 2015. Disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4417674>

[10] Nature News. Homan Genome Editing Summit to Sample Global Attitudes. Disponível em: <http://www.nature.com/news/human-genome-editing-summit-to-sample-global-attitudes-1.18879>

[11] Nature News. UK Scientists gain license to edit genes in Human Embryos. Disponível em: <http://www.nature.com/news/uk-scientists-gain-licence-to-edit-genes-in-human-embryos-1.19270>