Edição de genes no microbioma para prevenir e curar doenças

As plantas e os animais vivem em uma biosfera dominada por bactérias e vírus. O corpo humano é um ecossistema complexo, que contém não apenas células eucarióticas humanas, mas também vírus, bactérias, arqueas, fungos, protozoários e outros microrganismos. O microbioma humano é o conjunto de todos os microrganismos do corpo humano. O microbioma intestinal é especialmente importante para a saúde e faz parte do sistema nervoso entérico ^1-3. Muitas doenças humanas (incluindo a asma) podem ser causadas por disbiose no microbioma intestinal ^4-5. O microbioma intestinal do gado produz metano, um perigoso gás de efeito estufa. Da mesma forma, o microbioma nos rizomas que estão conectados às raízes do arroz produz metano. Portanto, pesquisadores talentosos estão explorando maneiras de usar o CRISPR para editar genes em vários microbiomas para apoiar a agricultura sustentável, reduzir a produção de metano, bem como prevenir e curar doenças ^6-7. A tecnologia de edição CRISPR foi descrita anteriormente nesta revista ⁸. CRISPR pode ser usado pelos cientistas para cortar e colar quase qualquer seqüência de DNA desejada. Genes defeituosos podem ser cortados e substituídos com o gene desejado, funcionando, ou para inserir novos genes que dão ao receptor melhores qualidades ⁹.

A asma é uma doença que causa uma vida inteira de sintomas difíceis e muitas vezes é fatal. Os pesquisadores identificaram um bioquímico chamado 12, 13-diHOME (ácido 12,13-dihidroxi-9Z-octadecenóico). Ele é produzido por bactérias intestinais de bebês. Ele prevê o risco de alergia e asma na infância. Como as bactérias que produzem a molécula provavelmente desempenham outras funções benéficas, eliminá-las completamente pode não ser a melhor abordagem. Portanto, é melhor editar o genoma bacteriano para impedi-lo de produzir o 12, 13-diHOME ¹.

A CRISPR também pode ser usada para tratar e curar doenças que não estão ligadas ao microbioma. Ele pode ser capaz de curar muitos tipos de câncer, além de hemofilia, doença falciforme, talassemia beta, leucemia, cegueira infantil, AIDS, fibrose cística, distrofia muscular de Duchenne, doença de Huntington e Covid-19 ¹⁰. Por exemplo, cientistas chineses iniciaram o primeiro teste clínico usando CRISPR para tratar e possivelmente até curar o câncer de pulmão. Eles extraem células T de pacientes e removem o gene que codifica uma proteína chamada PD-1, à qual algumas células tumorais podem se ligar para bloquear uma resposta imunológica eficiente contra o câncer. Essa proteína é encontrada na superfície das células imunológicas. Ela é o alvo de alguns medicamentos contra o câncer denominados inibidores de ponto de verificação. Outros cientistas usaram o CRISPR para melhorar a eficácia e os perfis de segurança da imunoterapia contra o câncer, como as terapias com células CAR-T e células natural killer. O CRISPR Therapeutics está desenvolvendo terapias de células T com edição genética usando CRISPR, com dois candidatos em testes clínicos. No início deste ano, a Administração de Alimentos e Medicamentos dos Estados Unidos (Food and Drug Administration, FDA) concedeu a designação de Medicamento Órfão à terapia baseada em CRIPSR da Intellia Therapeutics para leucemia mieloide aguda. Um tratamento baseado em CRISPR está sendo desenvolvido pelo CRISPR Therapeutics e sua parceira Vertex Pharmaceuticals para tratar e possivelmente curar a beta-talassemia e a doença falciforme. Eles estão usando algo chamado terapia exa-cel, que atualmente está sendo testada em cinco ensaios clínicos. Eles coletam células-tronco da medula óssea dos pacientes e usam a tecnologia CRISPR para fazê-las produzir hemoglobina fetal. Essa é uma forma natural da proteína transportadora de oxigênio que se liga ao oxigênio muito melhor do que a forma adulta convencional. As células modificadas são então reinfundidas no paciente. Em setembro de 2023, a FDA concedeu ao exa-cel uma revisão contínua como um possível tratamento único para a doença falciforme e a beta-talassemia dependente de transfusão. Se aprovado, o exa-cel se tornará a primeira terapia CRISPR a obter aprovação regulatória para uma doença genética. A Vertex também apresentou um pedido de licenciamento de produtos biológicos para o exa-cel e um pedido de comercialização à Agência Europeia de Medicamentos.

A CRISPR também está sendo usada para desenvolver tratamentos para muitas formas de cegueira causadas por uma mutação genética específica. Uma das oportunidades apresentadas por essas formas de cegueira é que o sistema imunológico não é muito ativo nos olhos. Isso pode evitar que o corpo rejeite o tratamento. A empresa Editas Medicine está trabalhando em uma terapia baseada em CRISPR para curar a amaurose congênita de Leber, a causa mais comum de cegueira infantil hereditária, para a qual não há tratamento atualmente. O objetivo do tratamento é usar o CRISPR para restaurar a função das células sensíveis à luz antes que o paciente perca completamente a visão, corrigindo a mutação genética mais comum por trás da doença. Em 2020, a empresa iniciou um estudo clínico de fase 1/2, que foi o primeiro estudo a testar um tratamento CRISPR in vivo. Ou seja, a edição de genes é realizada diretamente dentro do corpo do paciente, em vez de em células extraídas de seu corpo. O tratamento apresentou dados de segurança positivos em adultos, portanto a Editas Medicine o utilizou no primeiro paciente pediátrico.

Há várias maneiras pelas quais o CRISPR pode ser usado para tratar e até mesmo curar a AIDS. Por exemplo, a CRISPR pode ser usada para remover o DNA do vírus da imunodeficiência humana (VIH) inserido no DNA das células imunológicas dos pacientes. Essa abordagem poderia ser usada para atacar o vírus em sua forma oculta e inativa, que é o que impossibilita que a maioria das terapias se livre completamente do vírus. Em setembro, o primeiro indivíduo com HIV recebeu uma terapia de edição de genes baseada em CRISPR em um estudo de fase 1/2 conduzido pela Excision Biotherapeutics e por pesquisadores da Lewis Katz School of Medicine da Temple University, na Filadélfia.

A fibrose cística é uma doença genética que causa problemas respiratórios graves. Embora existam alguns tratamentos disponíveis para tratar os sintomas, a expectativa de vida é de apenas 40 anos. A fibrose cística pode ser causada por várias mutações diferentes no gene alvo que codifica a proteína chamada regulador de condutância transmembrana da fibrose cística, ou CFTR. Mais de 700 mutações foram identificadas. Isso dificulta o desenvolvimento de um medicamento para cada mutação. Com a tecnologia CRISPR, as mutações que causam a fibrose cística podem ser editadas individualmente. Em 2020, pesquisadores da Holanda usaram a CRISPR para reparar mutações CFTR in vitro nas células de pessoas com fibrose cística sem criar danos em outras partes do código genético. Além disso, empresas como a Vertex Pharmaceuticals e a CRISPR Therapeutics têm planos de desenvolver tratamentos para fibrose cística usando sistemas CRISPR. No entanto, essas terapias ainda estão sendo desenvolvidas.

A distrofia muscular de Duchenne (DMD) é causada por mutações no gene DMD, que codifica uma proteína necessária para a contração dos músculos. As crianças que nascem com essa doença sofrem de degeneração muscular progressiva. Infelizmente, os tratamentos existentes são limitados a uma fração dos pacientes com a doença. Pesquisas em camundongos mostraram que o CRISPR poderia ser usado para corrigir as diversas mutações genéticas que causam a DMD. Em 2018, um grupo de pesquisadores usou a CRISPR para editar 12 pontos estratégicos de mutação que afetam a maioria das cerca de 3.000 mutações diferentes que causam essa doença muscular. A empresa chamada Exonics Therapeutics começou a desenvolver mais esse método. Um ano depois, ela foi adquirida pela Vertex Pharmaceuticals por aproximadamente US$ 1 bilhão para acelerar o desenvolvimento de medicamentos para DMD.

Em 2018, pesquisadores do Children's Hospital of Philadelphia revelaram uma versão do CRISPR que inclui um mecanismo de autodestruição. Em seguida, um grupo de pesquisadores poloneses usou o CRISPR com uma enzima chamada nickase para editar o gene com mais precisão. Mais recentemente, pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign usaram a CRISPR para atingir e editar o RNA mensageiro (messenger RNA, mRNA) que codifica as proteínas mutantes responsáveis pela doença de Huntington. Essa técnica silencia os genes mutantes, evitando alterações no DNA da célula. Isso minimiza as mutações permanentes fora do alvo porque as moléculas de RNA são transitórias e se degradam após algumas horas.

A Covid-19 também pode ser curada com o uso do CRISPR. Cientistas da Universidade de Stanford usaram o CRISPR para remover parte do material genético (RNA) do vírus SARS-CoV-2, impedindo-o de infectar as células pulmonares. Essa abordagem, chamada PAC-MAN, demonstrou reduzir a quantidade do vírus em mais de 90%. Portanto, a edição de genomas usando CRISPR pode ser eficaz na cura de várias doenças.

Além disso, o CRISPR pode ser usada para melhorar a produtividade agrícola e ajudar a interromper a mudança climática global causada pela produção de metano, um gás de efeito estufa que é mais potente do que o dióxido de carbon ¹¹. Por exemplo, ao editar os genes que codificam as enzimas usadas na fotossíntese, sua eficiência pode ser aumentada, aumentando assim a produtividade das culturas. O CRISPR também pode ser usado para aumentar a eficiência da fotossíntese nas folhas das árvores, aumentando assim a remoção de dióxido de carbono da atmosfera. Além disso, a edição de genes pode ser usada para melhorar a produção de trigo, mandioca, cacau, banana, arroz e sorgo. O arroz é especialmente importante. Ele é um alimento básico para mais de 3,5 bilhões de pessoas, mas as bactérias em suas raízes produzem 12% de todo o metano produzido pelos seres humanos. Os pesquisadores estão estudando formas de editar os genes dos micróbios que produzem metano no arroz. Eles também estão tentando editar os genes do microbioma intestinal das vacas para que elas não produzam metano. Espera-se também que os micróbios que foram editados para não produzirem metano possam ser adicionados aos aterros sanitários, tornando-se dominantes e substituindo os micróbios existentes que produzem metano. Um dos objetivos é reunir biólogos de plantas e geólogos para modificar as plantas a fim de formar agregados de solo e complexos minerais-microbianos que garantirão o armazenamento de carbono a longo prazo no solo.

Além disso, em 2020, o Japão aprovou a comercialização de um tomate editado por CRISPR que supostamente poderia reduzir a pressão arterial, enquanto no mês passado, pesquisadores relataram a edição de um tomate com CRISPR para aumentar a produção de vitamina D. No início deste ano, a FDA aprovou uma vaca que teve seus genes editados para que pudesse suportar temperaturas mais altas. O CRISPR também pode ser usado para minimizar as emissões agrícolas, tornando as culturas mais resistentes a um clima mais variável e extremo, e usando culturas e micróbios do solo para armazenar mais carbono. Ao mesmo tempo, outras pessoas estão estudando o sorgo porque ele é uma das culturas mais tolerantes à seca em qualquer lugar. Aprender como as plantas de sorgo conseguem isso pode direcionar os criadores para os genes do arroz, trigo e milho que podem ser editados para reduzir sua necessidade de água. Portanto, a CRISPR está se tornando útil para melhorar a produtividade das culturas e reduzir as emissões de gases de efeito estufa.