Pesquisadores do MIT reduziram drasticamente a taxa de erro da edição primária, uma técnica que tem potencial para tratar muitos distúrbios genéticos.

“Em princípio, essa tecnologia poderia eventualmente ser usada para tratar centenas de doenças genéticas corrigindo pequenas mutações diretamente em células e tecidos”, diz Vikash Chauhan. Créditos: Imagem: MIT News; iStock
Uma técnica de edição genômica conhecida como edição primária tem potencial para tratar muitas doenças, transformando genes defeituosos em funcionais. No entanto, o processo apresenta uma pequena chance de inserir erros que podem ser prejudiciais.
Pesquisadores do MIT descobriram uma maneira de reduzir drasticamente a taxa de erro na edição primária, usando versões modificadas das proteínas envolvidas no processo. Esse avanço pode facilitar o desenvolvimento de tratamentos de terapia genética para uma variedade de doenças, afirmam os pesquisadores.
“Este artigo descreve uma nova abordagem para fazer edição genética que não complica o sistema de entrega e não adiciona etapas adicionais, mas resulta em uma edição muito mais precisa com menos mutações indesejadas”, diz Phillip Sharp, professor emérito do Instituto MIT, membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT e um dos autores seniores do novo estudo.
Com sua nova estratégia, a equipe do MIT conseguiu melhorar a taxa de erro dos editores principais de cerca de um erro em sete edições para um em 101 no modo de edição mais usado, ou de um erro em 122 edições para um em 543 no modo de alta precisão.
“Para qualquer medicamento, o que se busca é algo eficaz, mas com o mínimo de efeitos colaterais possível”, afirma Robert Langer, professor do Instituto David H. Koch no MIT, membro do Instituto Koch e um dos autores seniores do novo estudo. “Para qualquer doença em que seja necessária a edição do genoma, acredito que esta seria, em última análise, uma maneira mais segura e eficaz de fazê-lo.”
O cientista pesquisador do Instituto Koch, Vikash Chauhan, é o principal autor do artigo , que foi publicado hoje na Nature .
O potencial de erro
As primeiras formas de terapia genética, testadas pela primeira vez na década de 1990, envolviam a introdução de novos genes transportados por vírus. Posteriormente, foram desenvolvidas técnicas de edição genética que utilizam enzimas como as nucleases de dedo de zinco para corrigir genes. No entanto, essas nucleases são difíceis de projetar, portanto, adaptá-las para atingir diferentes sequências de DNA é um processo muito trabalhoso.
Muitos anos depois, o sistema de edição de genoma CRISPR foi descoberto em bactérias, oferecendo aos cientistas uma maneira potencialmente muito mais fácil de editar o genoma. O sistema CRISPR consiste em uma enzima chamada Cas9, capaz de cortar DNA de fita dupla em um ponto específico, juntamente com um RNA guia que indica à Cas9 onde cortar. Pesquisadores adaptaram essa abordagem para cortar sequências genéticas defeituosas ou inserir novas, seguindo um modelo de RNA.
Em 2019, pesquisadores do Broad Institute do MIT e de Harvard relataram o desenvolvimento da edição primária: um novo sistema, baseado em CRISPR, que é mais preciso e tem menos efeitos não desejados. Um estudo recente relatou que editores primários foram usados com sucesso para tratar um paciente com doença granulomatosa crônica (DGC), uma doença genética rara que afeta os glóbulos brancos.
“Em princípio, essa tecnologia poderia eventualmente ser usada para tratar centenas de doenças genéticas corrigindo pequenas mutações diretamente em células e tecidos”, diz Chauhan.
Uma das vantagens da edição primária é que ela não requer um corte de fita dupla no DNA alvo. Em vez disso, utiliza uma versão modificada da Cas9 que corta apenas uma das fitas complementares, abrindo uma aba onde uma nova sequência pode ser inserida. Um RNA guia fornecido junto com o editor primário serve como molde para a nova sequência.
No entanto, uma vez copiada, a nova sequência precisa competir com a fita de DNA antiga para ser incorporada ao genoma. Se a fita antiga superar a nova, a sobra de DNA pode ser acidentalmente incorporada em outro lugar, dando origem a erros.
Muitos desses erros podem ser relativamente inofensivos, mas é possível que alguns possam eventualmente levar ao desenvolvimento de tumores ou outras complicações. Com a versão mais recente dos editores principais, essa taxa de erro varia de um a cada sete edições a um a cada 121 edições, para diferentes modos de edição.
“As tecnologias que temos agora são realmente muito melhores do que as ferramentas de terapia genética anteriores, mas sempre há uma chance dessas consequências não intencionais”, diz Chauhan.
Edição precisa
Para reduzir essas taxas de erro, a equipe do MIT decidiu aproveitar um fenômeno observado em um estudo de 2023. Nesse artigo, eles descobriram que, embora a Cas9 geralmente corte no mesmo local do DNA todas as vezes, algumas versões mutadas da proteína apresentam um relaxamento dessas restrições. Em vez de cortar sempre no mesmo local, essas proteínas Cas9 às vezes faziam seu corte uma ou duas bases adiante na sequência de DNA.
Os pesquisadores descobriram que esse relaxamento torna as antigas fitas de DNA menos estáveis, fazendo com que elas se degradem, facilitando a incorporação das novas fitas sem introduzir erros.
No novo estudo, os pesquisadores conseguiram identificar mutações no Cas9 que reduziram a taxa de erro para 1/20 do valor original. Em seguida, combinando pares dessas mutações, eles criaram um editor Cas9 que reduziu ainda mais a taxa de erro, para 1/36 do valor original.
Para tornar os editores ainda mais precisos, os pesquisadores incorporaram suas novas proteínas Cas9 a um sistema de edição principal que possui uma proteína de ligação ao RNA que estabiliza as extremidades do molde de RNA com mais eficiência. Este editor final, que os pesquisadores chamam de vPE, apresentou uma taxa de erro de apenas 1/60 do original, variando de uma em 101 edições a uma em 543 edições para diferentes modos de edição. Esses testes foram realizados em células de camundongos e humanas.
A equipe do MIT está trabalhando para aprimorar ainda mais a eficiência dos editores primários, por meio de novas modificações no Cas9 e no modelo de RNA. Eles também estão trabalhando em maneiras de levar os editores a tecidos específicos do corpo, o que é um desafio de longa data na terapia genética.
Eles também esperam que outros laboratórios comecem a usar a nova abordagem de edição primária em seus estudos de pesquisa. Editores primários são comumente usados para explorar muitas questões diferentes, incluindo como os tecidos se desenvolvem, como as populações de células cancerígenas evoluem e como as células respondem ao tratamento medicamentoso.
“Editores de genoma são amplamente utilizados em laboratórios de pesquisa”, diz Chauhan. “Portanto, o aspecto terapêutico é empolgante, mas estamos realmente animados para ver como as pessoas começarão a integrar nossos editores em seus fluxos de trabalho de pesquisa.”
A pesquisa foi financiada pela Life Sciences Research Foundation, pelo National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, pelo National Cancer Institute e pelo Koch Institute Support (core) Grant do National Cancer Institute.