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Nobel de Química 2020: a Revolução da CRISPR/CAS9 e suas Criadoras

Em meio a um turbilhão de desafios pessoais, econômicos e profissionais neste ano de 2020, enfim recebemos uma excelente notícia: o prêmio Nobel de química. É a primeira vez que duas cientistas mulheres foram laureadas juntas nesse prêmio. O trabalho de Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna no desenvolvimento de uma nova tecnologia de edição gênica revolucionou a ciência nos últimos anos e sem dúvida será um marco na história da humanidade. 

A tecnologia CRISPR/CAS9 consiste em moléculas biológicas que são injetadas dentro de uma célula e irão modificar o seu material genético de maneira muito específica. Outras tecnologias com o mesmo propósito já foram criadas e melhoradas desde os anos 1970 e são rotineiramente usadas nos laboratórios de biologia molecular e genética em todo o mundo. A diferença da CRISPR/CAS9 e das tecnologias anteriores é a sua precisão. A CRISPR/CAS9 consegue identificar exatamente a sequência alvo de DNA por meio de um RNA-guia.

A tecnologia CRISPR/CAS9 consiste em uma proteína de clivagem (corte) de DNA, a CAS9, representada em branco na figura e um RNA-guia representado em vermelho. Após o reconhecimento do DNA-alvo (em amarelo) pelo RNA-guia, a CAS9 cliva o DNA realizando a edição genética. Créditos: Thomas Splettstoesser, Wikimedia.

As origens da CRISPR/CAS9 vêm de pesquisas em ciência básica, aquele tipo de ciência que não tem um objetivo prático ou direcionado, como a cura de uma determinada doença. A ciência básica tem como objetivo a simples compreensão de um sistema natural. Inicialmente, as pesquisadoras focaram em compreender como as bactérias se defendem de vírus invasores. Posteriormente, elas usaram esses conhecimentos para desenvolver o sistema CRISPR/CAS9 de edição gênica.

CRISPR é um acrônimo para Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, que pode ser traduzido como Repetições Clusterizadas Palindrômicas Curtas e Regularmente Espaçadas. Em outras palavras, CRISPR são grupos de sequências bacterianas repetitivas separadas por pedaços de sequências de vírus. Tudo isso está contido no material genético, ou DNA, das bactérias e compõe um tipo de sistema imune contra vírus invasores. Emmanuelle Charpentier imaginou que essas sequências de vírus eram transcritas em pequenos RNAs que guiavam a proteína CAS9 da bactéria até os vírus invasores, os quais eram atacados pela CAS9. Ela e seus colegas mostraram evidências físicas corroborando sua hipótese num artigo científico publicado na revista Nature em 2011.

Logo depois, Charpentier conheceu Jennifer Doudna numa conferência e elas começaram uma colaboração extremamente bem sucedida, que culminou em um outro artigo na revista Science em 2012 e no prêmio Nobel de química em 2020. O artigo de 2012 sedimentou a teoria de Charpentier e mostrou também que podemos usar esse sistema bacteriano em edição gênica. Basta que saibamos a sequência-alvo do RNA guia. Este será acoplado à proteína CAS9 e os dois serão injetados dentro da célula de interesse. Dessa forma, pedaços indesejados de DNA podem ser removidos, e até mesmo sequências novas podem ser inseridas, criando um sistema eficiente e poderoso de edição gênica.

Emmanuelle Charpentier (esquerda) e Jennifer Doudna (direita), laureadas do prêmio Nobel de química de 2020. Na ocasião da foto, as cientistas receberam o prêmio Princesa de Astúrias 2015 por pesquisa técnica e científica. Créditos: Miguel Riopa, AFP via Getty Images.

A CRISPR/CAS9 é bastante utilizada nos laboratórios de todo o mundo. Diversos tipos de edições gênicas são feitas em células biológicas, incluindo bactérias, leveduras, e até mesmo células mamíferas de camundongos, humanos e outros primatas. Apesar do imenso potencial terapêutico, ainda não é fácil usá-la para tratar doenças devido à dificuldade de inserir as moléculas dentro de organismos complexos. Atualmente tais estudos são feitos de maneira local, em sangue e medula óssea, que são mais fáceis de trabalhar. É importante ressaltar que ainda não conhecemos plenamente os efeitos da técnica e também que ela tem uma pequena taxa de erro, que deve ser minimizada ainda mais num tratamento clínico. Em um TED talk importantíssimo em 2015, Jennifer Doudna reforçou a necessidade e responsabilidade da comunidade científica de discutir as implicações futuras do uso da CRISPR/CAS9. 

A patente da técnica está em disputa entre a Universidade da Califórnia (EUA)/Universidade de Viena (Áustria), representadas pelas duas pesquisadoras, e o Instituto Broad (EUA), representado pelo pesquisador Feng Zhang, que também gerou conhecimentos importantes acerca do sistema CRISPR/CAS9. A patente irá gerar milhões de dólares e reconhecimento, mas não deve ser decidida tão cedo.

Emmanuelle Charpentier é especialista em bioquímica e microbiologia, nasceu na França e  trabalha atualmente no Instituto Max Planck para Ciência de Patógenos em Berlim. A bioquímica Jennifer Doudna nasceu nos Estados Unidos e trabalha na Universidade da  Califórnia, Berkeley. Ela também se dedica a mobilizar a comunidade científica a discutir as responsabilidades no uso futuro da tecnologia CRISPR/CAS9. 

O potencial feminino para pesquisa e inovação é enorme e traz diversos benefícios para a sociedade. Por isso, todas as meninas que quiserem devem ser incentivadas e apoiadas em suas carreiras científicas. O trabalho de Charpentier e Doudna é um belíssimo e inspirador exemplo do poder da produção científica e da colaboração feminina.

Referências

Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA and Charpentier E. “A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity”. Science. 2012 https://science.sciencemag.org/content/337/6096/816 

Deltcheva E, Chylinski K, Sharma CM, Gonzales K, Chao Y, Pirzada ZA, Eckert MR, Vogel J, Charpentier E. “CRISPR RNA maturation by trans-encoded small RNA and host factor RNase III”. Nature. 2011 https://www.nature.com/articles/nature09886 

Jennifer Doudna. “How CRISPR let us edit our DNA” TED Talk, TEDGlobal London. 2015 https://www.ted.com/talks/jennifer_doudna_how_crispr_lets_us_edit_our_dna 

Ellen Jorgensen. “What you need to know about CRISPR“. TED Talk, TEDSummit. 2016 https://www.ted.com/talks/ellen_jorgensen_what_you_need_to_know_about_crispr 

John Rennie. “Dr. Paul Janssen Award: Emmanuelle Charpentier, Ph.D and Jennifer Doudna, Ph.D.” Scientific American. 2014 http://www.pauljanssenaward.com/blogs/emmanuelle-charpentier-phd-and-jennifer-doudna-phd

Jon Cohen. “The Latest round in the CRISPR patent battle has an apparent victor, but the fight continues”. Science. 2020  https://www.sciencemag.org/news/2020/09/latest-round-crispr-patent-battle-has-apparent-victor-fight-continues