Edição Genômica – Um Milagre Natural

 

Capa. Doudna (esquerda) & Sternberg. Imagem disponível aqui.

Eu sou péssimo em fazer resenhas de livros. O texto a seguir é a minha tentativa de te convidar a ler “A Crack in Creation: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution” (Uma Rachadura na Criação: A Edição Gênica e o Impensável Poder de Controlar a Evolução), cuja autora principal é a pesquisadora Jennifer Doudna, uma das mentes por trás da revolução recente na edição genômica (o outro autor é Samuel Sternberg, bioquímico e expert em CRISPR). Provavelmente há um Nobel “guardado” para ela. E não só para ela. Emmanuelle Charpentier (que não é autora do livro aqui tratado), outra cientista por trás do desenvolvimento da tecnologia CRISPR, é forte candidata. Anote esses nomes*. Mas vamos ao meu convite!

*Em 07/10/2020 foi anunciado que Doudna e Charpentier foram as laureadas com o Nobel de Química daquele ano. 

A síndrome WHIM é uma doença rara imunodeficiência congênita de herança autossômica dominante causada por mutações (mas não qualquer mutação) no gene CXCR4; nas doenças de herança autossômica dominante, basta que uma das duas cópias do cromossomo carregue o gene alterado). Pacientes acometidos por essa síndrome são extremamente suscetíveis a infecções pelo HPV (papilomavirus humano), o que acarreta no aparecimento de uma extensiva cobertura de verrugas na pele, podendo até, infelizmente, progredir para câncer. Mas não para por aí. A sigla WHIM deriva de Warts (verrugas), Hypogammaglobulinemia (hipogamaglobulinemia; baixos níveis séricos de anticorpos), Infections (Infecções bacterianas recorrentes, no caso) e Myelokathexis (mielocatexia; apotose [morte] de células mieloides [na medula óssea], inclusive, e principalmente, células que viriam a compor o sistema imune). Terrível, sem dúvidas.

Em 2013, um grupo de pesquisa no National Institutes of Health (Institutos Nacionais de Saúde), nos Estados Unidos da América, se via perplexo diante do caso de uma paciente diagnosticada com WHIM ainda na década de 1960. E não só isso. Ela era a primeira pessoal na qual a síndrome fora originalmente identificada. Na literatura científica ela é conhecida como WHIM-09. A surpresa em 2013 não era exatamente o fato de a paciente estar viva. O “problema a ser revolvido” era: embora afetada pela síndrome desde o seu nascimento, quando ela se apresentou ao NIH em 2013 era como se a doença tivesse simplesmente... desaparecido! Segundo relatos da própria paciente, ela estava livre de sintomas há pelo menos 20 anos. O que aconteceu? Um milagre, evidentemente. OU SERÁ QUE NÃO?

Uma vez que cientistas não trabalham com soluções milagrosas, o caso da WHIM-09 merecia uma investigação bem detalhada. Ao analisar o DNA de células da pele, por exemplo, foi constado, para o espanto de zero pessoas, que o gene CXCR4 mutado (isto é, com mutação) ainda estava presente. Mas a surpresa foi tremenda ao investigar-se o DNA das células sanguíneas. Agora sim, para o espanto de todos a mutação se fazia inexplicavelmente... ausente! Você gosta de ação? Espero que sim, pois as surpresas ainda não terminaram. Ao investigar o DNA das células sanguíneas em maior detalhe, foi constatado que uma cópia do cromossomo 2 carecia de um trecho de aproximadamente 35 milhões de “letras” de DNA, trecho esse que inclui o gene CXCR4).

Calma, ainda tem mais. Não bastasse tal deleção (foram deletados pelo menos 164 genes, incluindo o CXCR4), essa cópia do cromossomo 2 parecia rearranjada. Como assim? Os genes e/ou blocos de genes ocupam posições específicas em um cromossomo. Comparado a um cromossomo 2 normal, a cópia do cromossomo 2 sob análise tinha blocos de genes em lugares diferentes do padrão. Um arranjo diferente do normal, portanto. O que diabos havia acontecido com aquela cópia do cromossomo 2 da paciente WHIM-09?

 

Conforme prosseguiu a investigação, uma explicação totalmente natural emergiu – Cromotripsia. É isso, até a próxima! Now, the world don't move to the beat of just one drum… Perdão. Continuando. Na cromotripsia, o cromossomo se fragmenta e é então reparado, reconstituído, só que de maneira incorreta, com pedaços realocados em posições diferentes da original e/ou até mesmo deletados. A cromotripsia é geralmente problemática, podendo levar ao desenvolvimento de um câncer. Mas...

No corpo de Kim [pseudônimo da paciente WHIM-09], porém, a cromotripsia acabou tendo outro efeito. Não apenas a célula mutada cresceu normalmente, mas – porque agora estava livre da cópia defeituosa do CXCR4 – a célula estava livre do gene que causava a síndrome WHIM. Contudo, a sorte cega de Kim não terminou aí. Os cientistas do NIH determinaram que a célula afortunada deve ter sido uma célula-tronco hematopoiética, um tipo de célula-tronco da qual se originam todos os tipos de células sanguíneas do corpo e que tem um potencial quase ilimitado de proliferação e autorrenovação. Essa célula havia passado seu cromossomo reorganizado para todas as células filhas, eventualmente repovoando todo o sistema imunológico de Kim com novos glóbulos brancos saudáveis ​​que estavam livres da mutação no CXCR4. Esta cadeia de eventos... tinha efetivamente eliminado a doença que assombrava Kim desde o nascimento.

Certo. Muito fantástico. Impressionante. Mas o que um exemplo como esse está fazendo em um livro que pretende falar de edição genômica? Na verdade, tem tudo a ver! Veja bem. É como se o genoma de uma célula da paciente WHIM-09 tivesse sido naturalmente editado, corrigindo uma condição genética desastrosa para a vida da portadora. Embora a natureza tenha feito essa edição de forma tortuosa e até muito perigosa (poderia ter resultado em câncer, por exemplo), o fim que ela atingiu é impressionante. Uma vez que as pessoas que sofrem com doenças genéticas não podem esperar que a natureza as livre do sofrimento a qual estão submetidas (casos como o relatado aqui não são a regra), não seria muito útil se nós pudéssemos editar controladamente e com precisão os genomas de células e, assim, corrigir mutações debilitantes? Isso tornaria potencialmente curáveis literalmente milhares de doenças. 

Pesquisadoras e pesquisadores ao longo das décadas e ao redor do mundo buscaram encontrar ferramentas capazes reconhecer sequências muito específicas de DNA, fazer um corte preciso na molécula, permitindo o reparo da sequência, abrindo assim a possibilidade para que possamos enviesar o maquinário celular reparador para que introduza ou corrija alguma mutação em uma posição específica. Além disso, os limites de aplicação seriam exponencialmente estendidos se pudéssemos reprogramar essa ferramenta molecular de modo a reconhecer outras sequências com precisão extrema. A tecnologia CRISPR permite tudo isso.

Embora invisível aos nossos olhos, bactérias e arqueas têm travado batalhas contra vírus há bilhões de anos. Em decorrência disso, não é de se surpreender que tenham evolutivamente “descoberto” alguma forma eficiente de combater alguns vírus. Uma das formas mais impressionantes que procariotos usam para combater infeções virais é o que conhecemos como sistemas CRISPR/Cas, que basicamente serve a função de sistema imune. CRISPR (do inglês Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), traduzindo para o português, significa Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Interespaçadas. "Cas" vem do inglês “CRISPR-associated”, ou seja, “associados às CRISPR”; esses associados são genes que codificam proteínas.

No livro, Doudna & Sternberg contam como foi o passo-a-passo da descoberta desses sistemas CRISPR/Cas (há mais de um tipo), o que levou anos de pesquisa e contou com o envolvimento centenas de mulheres e homens cientistas. Em posse desse conhecimento construído, Doudna e colaborares foram capazes de engendrar um sistema CRISPR/Cas9, que funciona virtualmente em qualquer tipo de célula. O sistema consiste, (muito) simplificadamente, em dois componentes: RNA guia e Cas9. Imagine que você gostaria promover um corte em um gene, exatamente na região contendo a sequência AATTCCGA. Em laboratório, é possível fabricar um RNA guia de modo que ele contenha uma sequência de bases complementares à sequência alvo de DNA. Assim, o RNA guia é capaz de localizar a sua sequência. Uma vez localizada, a proteína Cas9 é então capaz de promover um corte em ambas as fitas da dupla-fita de DNA. 

Agora os mecanismos reparadores da própria célula que teve o DNA cortado entrarão em ação. A célula irá reparar o dano e, na melhor das hipóteses, restaurar a sequência original. Contudo, podemos nos aproveitar da célula para que ela corrija o dano, mas insira uma sequência de nosso interesse. Por exemplo, imagine que o “G” na sequência AATTCCGA esteja associado à alguma doença e que a sequência em pessoas não afetadas pela condição seja AATTCCCA. Uma vez que o sistema CRISPR/Cas9 tenha atuado, fornecemos uma sequência de DNA contendo o trecho AATTCCCA (livre da mutação, portanto) e que seja alinhável à região do gene que sofreu o corte. A célula usará essa sequência que “doamos” e, ao final do processo, o resultado será que a célula terá reparado o dano e, adicionalmente (conforme queríamos), terá automaticamente trocado o “G” naquela posição pelo “C”. Teremos, portanto, editado o genoma dessa célula, removendo a mutação causadora da doença!

Estou sendo bastante simplista aqui. Mas espero que a ideia geral tenha sido passada. Incentivo que você busque mais sobre o funcionamento dessa ferramenta de edição genômica.

Como você deve ter notado, o potencial dessa técnica é imensurável. Milhares de doenças genéticas tem sua cura no horizonte. Um exemplo tirado diretamente do livro é bastante didático e mostra esse potencial espantoso. Anemia falciforme e beta-talassemia são doenças genéticas das mais comuns, e

...ambas resultam de defeitos moleculares na hemoglobina, principal componente proteico dos glóbulos vermelhos e que transporta o oxigênio dos pulmões para os tecidos do corpo. As fontes desses defeitos moleculares são mutações no DNA do gene da beta-globina, que codifica uma das duas cadeias de proteínas únicas que constituem a molécula de hemoglobina.

A anemia falciforme e a beta-talassemia podem, na verdade, ser curadas pelo transplante de medula óssea. Quando os médicos transplantam a medula óssea de um indivíduo saudável para um paciente doente, as abundantes células-tronco do sangue na medula produzem novos glóbulos vermelhos saudáveis ​​para o resto da vida do paciente. O problema com esse tipo de transplante de células-tronco, no entanto, é que não há doadores suficientes que correspondam ao receptor imunologicamente e estejam dispostos a se submeter ao procedimento invasivo...

A edição gênica pode resolver esse problema, permitindo que os pacientes sirvam como receptores e doadores das células-tronco. Se os médicos puderem isolar as células-tronco da medula óssea de um paciente, reparar com CRISPR os genes da beta-globina mutados das células e, em seguida, devolver essas células editadas ao paciente, eles não terão que se preocupar com a disponibilidade de doadores ou o risco de um choque imunológico entre o corpo do paciente e as células transplantadas. Numerosos laboratórios já demonstraram de forma convincente que as células dos pacientes podem ser reparadas com precisão no laboratório e que essas células editadas produzem grandes quantidades de hemoglobina saudável; os pesquisadores até mostraram que as células humanas editadas podem funcionar dentro de camundongos imunocomprometidos. Várias equipes de pesquisa acadêmica, bem como empresas comerciais, estão agora trabalhando para disponibilizar o procedimento a pacientes humanos.

Nesse tipo de procedimento ex vivo (a edição genética é feita em laboratório, fora do sistema vivo, portanto ex vivo; um procedimento in vivo envolveria a alteração do genoma das células enquanto ainda estão no organismo vivo), o que se está alterando é a composição informacional genética de células somáticas, isto é, células cujas alterações no DNA não serão herdadas pelos descendentes daquele indivíduo. Mas é igualmente possível alterar o genoma de um indivíduo que ainda nem nasceu. E mais, essa alteração seria herdada por todos os seus descendentes. A princípio, talvez você não veja muito problema nisso, pois esse tipo de edição pode ser muito desejável no caso de casais que querem ter um filho biológicas, mas são acometidos, por exemplos, por condições genéticas recessivas e, portanto, o descendente também seria acometido. Se pudéssemos remover a base genética dessa condição em prol de uma melhora na qualidade de vida do indivíduo a nascer, hesitaríamos em fazer? Isso em si já é discutível, mas considere o seguinte:

Ironicamente, permitir a edição da linha germinativa nos casos em que previne doenças pode ser o primeiro passo em uma ladeira escorregadia para aprimoramentos flagrantemente não médicos. Isso porque, para cada exemplo direto de aprimoramento genético não médico, há outro que é mais ambíguo.

Um desses exemplos limítrofes de edição da linha germinativa envolve o gene PCSK9, que produz uma proteína que regula o nível de colesterol de lipoproteína de baixa densidade (o colesterol "ruim") de uma pessoa, tornando o gene um dos alvos farmacêuticos mais promissores para prevenir doenças cardíacas — A principal causa de morte em todo o mundo. A CRISPR poderia ser programada para ajustar esse gene e salvar os nascituros do colesterol alto. Isso seria qualificado como edição terapêutica da linha germinativa ou melhoramento por edição gênica? Em última análise, o objetivo pretendido seria prevenir doenças, mas também daria a uma criança uma característica genética vantajosa que a maioria das outras não tem.

Quando se começa a falar em termos de melhoramento genético, o primeiro cheiro que sentimos é o desgostoso odor da escabrosa eugenia. Quase que ecoando Aldous Huxley em Admirável Mundo Novo, Doudna & Sternberg argumentam que

...[M]esmo em países com sistemas de saúde abrangentes, onde pessoas de todas as classes poderiam se beneficiar da edição da linha germinativa, há o risco de que isso possa dar origem a desigualdades genéticas até então invisíveis, criando uma nova "lacuna genética" que só aumentaria com o tempo. Uma vez que os ricos seriam capazes de pagar pelo procedimento com mais frequência, e uma vez que quaisquer modificações genéticas benéficas feitas em um embrião seriam transmitidas a todos os descendentes dessa pessoa, as ligações entre a classe e a genética iriam inevitavelmente crescer de uma geração para a próxima, não importa quão pequena pode ser a disparidade de acesso. Considere o efeito que isso poderia ter no tecido socioeconômico da sociedade. Se você acha que nosso mundo é desigual agora, imagine-o estratificado tanto em termos socioeconômicos quanto genéticos. Visualize um futuro em que as pessoas com mais dinheiro vivam com mais saúde e por mais tempo, graças a seus conjuntos privilegiados de genes. É o material da ficção científica, mas se a edição germinativa se tornar rotina, esta ficção pode se tornar realidade.

Embora essa pareça uma realidade distante, nós precisamos começar a discutir essa possibilidade com urgência. É algo pra ontem. E não cabe somente aos cientistas ou a um seleto grupo de especialistas tomar decisões, propor modelos de legislação e regulamento quanto à questão da edição genômica. Não. Essa é uma discussão que deve ser feita com a participação da sociedade e com sua diversidade muito bem representada. Isso é preciso para que a população possa entender o tanto de benefícios que essa tecnologia pode trazer e não se deixe amedrontar pelos malefícios que também são possíveis. Se nos recusarmos a quebrar as barreiras da comunicação, as barreiras da divulgação e até mesmo as barreiras da educação científica, não poderemos exigir nada depois. Pois é assim,

Quando as pessoas se recusam a reconhecer as mudanças climáticas, rejeitam programas de vacinação para crianças ou insistem que os organismos geneticamente modificados são impróprios para o consumo humano, isso sinaliza não apenas sua ignorância sobre a ciência, mas também uma falha na comunicação entre os cientistas e o público.

A descoberta da ferramenta CRISPR tem muito a ensinar também aos nossos governantes. Ronald Reagan certa vez se perguntou se os EUA deveriam subsidiar a mera curiosidade intelectual. Aqui no Brasil, em pleno 2020, o Presidente faria essa mesma pergunta sem nem mesmo titubear. Mas vejam só,

A Tecnologia de edição gênica baseada em CRISPR... foi inspirada por pesquisas sobre fenômenos naturais guiadas pela curiosidade. A tecnologia que acabamos criando não levou nada perto de dez a vinte milhões de dólares para ser desenvolvida, mas exigiu um conhecimento completo da química e da biologia da imunidade adaptativa bacteriana, um tópico que pode parecer totalmente não relacionado à edição de genes. Este é apenas um exemplo da importância da pesquisa básica – a busca da ciência para compreender nosso mundo natural – e sua relevância para o desenvolvimento de novas tecnologias. Afinal, a natureza teve muito mais tempo do que os humanos para realizar experimentos!

Eu termino essa “review” ecoando A Crack in Creation:

O poder de controlar o futuro genético de nossa espécie é incrível e assustador. Decidir como lidar com isso pode ser o maior desafio que já enfrentamos. Eu espero – eu acredito – que estejamos à altura da tarefa.

 

Saiba mais:

DOUDNA, Jennifer A.; STERNBERG, Samuel H. A crack in creation: Gene editing and the unthinkable power to control evolution. Houghton Mifflin Harcourt, 2017.