Na última década, os cientistas adaptaram os sistemas CRISPR de micróbios a  tecnologia de edição de genes, um sistema preciso e programa¡vel para modificar o DNA. Agora, os cientistas do Instituto McGovern de Pesquisa do Canãrebro do MIT e do Broad Institute of MIT e Harvard descobriram uma nova classe de sistemas modificadores de DNA programa¡veis ​​chamados OMEGAs (Obligate Mobile Element Guided Activity), que podem estar naturalmente envolvidos no embaralhamento de pequenos pedaço s de DNA. genomas bacterianos.

Essas antigas enzimas de corte de DNA são guiadas atéseus alvos por pequenos pedaço s de RNA. Embora tenham se originado em bactanãrias, agora foram projetados para funcionar em células humanas, sugerindo que podem ser aºteis no desenvolvimento de terapias de edição de genes, particularmente porque são pequenos (cerca de 30 por cento do tamanho de Cas9), tornando-os mais fa¡ceis de entregam a s células do que as enzimas mais volumosas. A descoberta, relatada em 9 de setembro na revista Science , fornece evidaªncias de que enzimas guiadas por RNA naturais estãoentre as protea­nas mais abundantes na Terra, apontando para uma vasta área nova da biologia que estãoprestes a conduzir a próxima revolução na tecnologia de edição de genoma.

A pesquisa foi liderada pelo investigador McGovern Feng Zhang , que éo professor de NeurociênciaJames e Patricia Poitras do MIT, um investigador do Howard Hughes Medical Institute e um membro do Core Institute do Broad Institute. A equipe de Zhang tem explorado a diversidade natural em busca de novos sistemas moleculares que possam ser programados racionalmente.

“Estamos muito entusiasmados com a descoberta dessas enzimas programa¡veis ​​amplamente difundidas, que sempre estiveram escondidas sob nossos narizes”, disse Zhang. “Esses resultados sugerem a possibilidade tentadora de que existam muitos mais sistemas programa¡veis ​​que aguardam descoberta e desenvolvimento como tecnologias aºteis.”

Enzimas programa¡veis, particularmente aquelas que usam um guia de RNA, podem ser adaptadas rapidamente para diferentes usos. Por exemplo, as enzimas CRISPR usam naturalmente um guia de RNA para alvejar invasores virais, mas os bia³logos podem direcionar Cas9 para qualquer alvo, gerando seu pra³prio guia de RNA. “a‰ tão fa¡cil apenas mudar uma sequaªncia de guia e definir um novo alvo”, diz Soumya Kannan, estudante de pós-graduação em engenharia biológica do MIT e coautoria do artigo. “Então, uma das grandes questões em que estamos interessados ​​étentar ver se outros sistemas naturais usam esse mesmo tipo de mecanismo.”

Os primeiros inda­cios de que as protea­nas OMEGA podem ser dirigidas pelo RNA vieram dos genes para protea­nas chamadas IscBs. Os IscBs não estãoenvolvidos na imunidade CRISPR e não eram conhecidos por se associarem ao RNA, mas pareciam pequenas enzimas de corte de DNA. A equipe descobriu que cada IscB tinha um pequeno RNA codificado nas proximidades e direcionou as enzimas IscB para cortar sequaªncias de DNA especa­ficas. Eles chamaram esses RNAs de “ωRNAs”.

Os experimentos da equipe mostraram que duas outras classes de pequenas protea­nas conhecidas como IsrBs e TnpBs, um dos genes mais abundantes em bactanãrias, também usam ωRNAs que atuam como guias para direcionar a clivagem do DNA.

IscB, IsrB e TnpB são encontrados em elementos genanãticos ma³veis chamados transposons. Han Altae-Tran, estudante de graduação do MIT em engenharia biológica e coautor do artigo, explica que cada vez que esses transposons se movem, eles criam um novo RNA guia, permitindo que a enzima que eles codificam corte em outro lugar.

Nãoestãoclaro como as bactanãrias se beneficiam desse embaralhamento gena´mico - ou mesmo se o fazem. Os transposons são frequentemente considerados pedaço s egoa­stas de DNA, preocupados apenas com sua própria mobilidade e preservação, diz Kannan. Mas se os hosts podem “cooptar” esses sistemas e reaproveita¡-los, os hosts podem ganhar novas habilidades, como acontece com os sistemas CRISPR que conferem imunidade adaptativa.

IscBs e TnpBs parecem ser os predecessores dos sistemas Cas9 e Cas12 CRISPR. A equipe suspeita que eles, junto com IsrB, provavelmente deram origem a outras enzimas guiadas por RNA, também - e eles estãoansiosos para encontra¡-los. Eles estãocuriosos sobre a gama de funções que podem ser realizadas na natureza por enzimas guiadas por RNA, diz Kannan, e suspeitam que a evolução provavelmente já tirou proveito de enzimas OMEGA como IscBs e TnpBs para resolver problemas que os bia³logos estãoansiosos para resolver.

“Muitas das coisas em que estivemos pensando podem já existir naturalmente em alguma capacidade”, diz Altae-Tran. “Versaµes naturais desses tipos de sistemas podem ser um bom ponto de partida para se adaptar a essa tarefa especa­fica.”

A equipe também estãointeressada em rastrear a evolução dos sistemas guiados por RNA no passado. “Encontrar todos esses novos sistemas esclarece como os sistemas guiados por RNA evolua­ram, mas não sabemos de onde vem a própria atividade guiada por RNA”, diz Altae-Tran. Compreender essas origens, diz ele, pode abrir caminho para o desenvolvimento de ainda mais classes de ferramentas programa¡veis.

Este trabalho foi possí­vel com o apoio do Centro Simons para o Canãrebro Social do MIT, do National Institutes of Health e seu Programa de Pesquisa Intramural, Howard Hughes Medical Institute, Open Philanthropy, G. Harold e Leila Y. Mathers Charitable Foundation, Edward Mallinckrodt Jr. Foundation, Poitras Center for Psychiatric Disorders Research at MIT, Hock E. Tan e K. Lisa Yang Center for Autism Research at MIT, Yang-Tan Center for Molecular Therapeutics no MIT, Lisa Yang, familia Phillips, R. Metcalfe, e J. e P. Poitras.