Todos os seres vivos têm o seu material genético, que é composto por milhões de bases. O genoma é o nosso mapa genético. São seis mil milhões de pares de A, T, C e G’s que transportamos em quase todas as células.

Recorda-se do filme ‘Gattaca’ (1997) – cujo nome foi criado a partir das iniciais das quatro letras que identificam quatro tipos de bases azotadas: Guanina (G), Adenina (A), Timina (T) e Citosina (C), com que se codificam os genes da dupla hélice da molécula do DNA? Aqui a sociedade dividia-se entre pessoas geneticamente válidas, com bons genes, selecionados a dedo, e os inválidos, aqueles que são fruto do acaso reprodutivo, e, por isso mesmo, considerados como seres inferiores.

A par com a ficção está um dos maiores dilemas éticos da genética, mais comummente referido como “bebés por medida”. Ou seja, a possibilidade de os pais selecionarem à priori as características dos seus filhos.

É aqui que entra o CRISPR/Cas9. Nos últimos anos, os cientistas descobriram como explorar uma particularidade no sistema imunitário das bactérias para editar genes em outros organismos – plantas, ratos e até humanos. O CRISPR permite fazer estas edições de forma rápida e barata.

O que é o CRISPR?

CRISPR é uma sigla de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, cuja tradução em português é “repetições palindrômicas curtas agrupadas e regularmente interespaçadas”.

Mas para realizar edição em genes seria necessário localizá-los no genoma, algo que para os humanos não é fácil. No entanto, algumas bactérias, ao combater vírus, desenvolveram um sistema imunitário que regista segmentos de DNA viral no seu próprio genoma. Assim, quando os vírus voltam a atacar, o respectivo DNA é fácil de reconhecer e de cortar com enzimas, impedindo a replicação do vírus.

A grande revelação foi quando, em 2012, Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier mostraram que conseguiam reprogramar o sistema CRISPR para localizar e editar um gene à escolha. O que, em novembro de 2014, lhes valeu distinção com o prémio de inovação por potenciar um sistema bacteriano antigo como tecnologia de manipulação genética e, em 2020, o Nobel da Química pelo desenvolvimento do método de edição do genoma, o CRISPR/Cas9.

créditos: Henrik MONTGOMERY / various sources / AFP

Ora, as cientistas aplicaram o tal sistema das bactérias - em que usam pequenos RNA não-codificantes para fazer com que a Cas9 (que é uma ribonuclease) corte o DNA num determinado sítio - à modificação e correção de genomas.

A técnica de edição genética CRISPR/Cas9 permite, desta forma, cortar o genoma num local exato para depois repará-lo.

O que é que isto tem a ver com RNA? O que dirige a tesoura para o sítio correto onde realizar o 'corte' é precisamente o RNA, aliás, não existe CRISPR sem uma molécula de RNA. Por sua vez, o Cas9 é a tesoura.

Desde então, os investigadores descobriram que o CRISPR/Cas9 não só permite usar o CRISPR para "suprimir" os genes, removendo-os, como também podem aproveitar enzimas reparadoras para substituir os genes desejados no "buraco" deixado pelo anterior – embora tal seja mais difícil de conseguir. Assim, os investigadores poderiam remover um gene causador de doença e inserir um gene "bom" para a substituir.

Todos os seres vivos têm o seu material genético, que é composto por milhões de bases que levam as células a produzir as proteínas responsáveis pelos processos biológicos nesses seres vivos. Este 'novo método de engenharia genética' permite "reescrever o código da vida", afirmou o secretário-geral da Academia, Goran Hansson, na cerimónia de anúncio do Nobel, em Estocolmo.

“Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier foram pioneiras em adaptar um sistema chamado CRISPR, que é um sistema que existe naturalmente em bactérias, para ser capaz de modificar o genoma das células humanas e a forma como o genoma funciona nas células humanas. Ora, o que se conseguiu também fazer já este ano foi usar a molécula de RNA, da mesma maneira que se usa para as vacinas, mas, neste caso, a molécula leva informação para fazer a enzima da edição génica e assim conseguir corrigir uma doença genética”, explica Maria Carmo-Fonseca, presidente da RNA Society, especialista em genética e biologia molecular e principal responsável pelo Laboratório de Regulação Genética do IMM ao SAPO24.

Este sistema é relativamente fácil de usar, o que levou a que se espalhasse rapidamente pela comunidade científica. Atualmente, há um enorme número de artigos que visam o CRISPR e a sua utilização em plantas, em bactérias, em leveduras e outros seres vivos.

CRISPR e o papão de a ciência criar monstros

“Já está a ser feito em doentes e já há resultados. Há ensaios feitos em pessoas com CRISPR. No princípio, ainda tinham muito medo”, diz Maria do Carmo-Fonseca, fazendo uma comparação com "os tempos da ovelha Dolly".

“Quando surgiu a ovelha Dolly houve uma imensa preocupação e as pessoas ficaram muito ansiosas com as questões éticas e com o que a ciência poderia fazer... Quando surgiu o CRISPR, voltou outra vez esse papão de a ciência poder criar monstros. Agora está tudo a ficar muito mais calmo, porque os cientistas, obviamente, estão a utilizar estas ferramentas no sentido de tratar doenças e sempre muito conscientes das limitações e dos riscos”, descreve a investigadora.

A fertilização de um óvulo humano por um espermatozoide não é nada de novo e é algo que acontece em clínicas de fertilidade. Mas, no caso de alterar o DNA do embrião, aí a história muda de figura.

A 26 de novembro de 2018, o cientista chinês He Jiankui chocou a comunidade científica ao afirmar que ajudou a criar os primeiros bebés geneticamente manipulados do mundo, gémeas cujo DNA disse ter alterado com esta tecnologia capaz de reescrever o 'mapa da vida' – CRISPR/Cas9.

As experiências de CRISPR levantaram questões éticas, mas a mais preocupante é sem dúvida a utilização do CRISPR em embriões humanos –um limite em discussão há anos.

He Jiankui assumiu ter alterado os embriões durante os tratamentos de fertilidade de sete casais, tendo resultado numa gravidez, e afirmou que o objetivo não foi curar ou prevenir uma doença hereditária, mas tentar criar uma capacidade de resistência a uma eventual infeção futura de VIH-Sida.

O desenvolvimento de um bebé geneticamente modificado é ilegal em, pelo menos, 25 países. À data, o diretor dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA, Francis Collins, disse que a experiência era "profundamente perturbadora e espezinha as normas éticas".

No entanto, investigadores independentes nunca confirmaram se Jiankui foi bem-sucedido. Além disso, a experiência gerou mais questões do que respostas: Será que o cientista conseguiu mesmo realizar este procedimento? Precisamos de travar a investigação desta ferramenta?

Ainda assim, as principais instituições mundiais de ciência e de medicina reagiram condenando o ato ‘científico’ e chamando a atenção para a urgente necessidade de criar proteções éticas e legais para impedir este tipo de experiências.

Mas existem outras aplicações do CRISPR que estão em ensaios, desde novas terapias de doenças a novas estratégias de combate à malária – através da eliminação de populações de mosquitos disseminadores da doença.

No sentido de amenizar qualquer eventual preocupação ética, Maria do Carmo-Fonseca elucida que “as experiências que se fazem não são nada como aqueles bebés supostamente editados na China, porque isso é algo que nenhum cientista aceita fazer. Mas é possível usar esta tecnologia, e já está demonstrado que é possível administrá-la a doentes. Os primeiros doentes já foram tratados, estamos ainda naquelas fases iniciais de verificar se não há efeitos adversos e se realmente o tratamento funciona, mas, para já, estão a ser dados os primeiros passos”.

Há algo que devemos perceber: os genes definem características simples e complexas. As características poligénicas simples como a cor dos olhos ou sardas. Já a inteligência, a altura e a capacidade atlética são características complexas.

Por exemplo, de acordo com um estudo publicado na Nature, há mais de 400 genes ligados à variação da altura. Estas características complexas envolvem centenas, milhares até, de locais no genoma que interagem entre si – o que os torna maus alvos para algo como o CRISPR. Mas a edição genética podia também prevenir a transmissão de doenças causadas por um só gene (doença renal policística, atrofia muscular espinhal, anemia falciforme, fenilcetonúria, talassemia, hemofilia A, Síndrome de Rett, doença de Tay-sachs, fibrose cística). A maioria das pessoas portadoras dos genes destas doenças já poderia fazer isto sem ter de recorrer à manipulação de DNA, mas através da seleção genética.

A questão ética, em relação à utilização do CRISPR, visa uma discussão que se foca bastante na diferença entre a terapêutica e melhoria e o impacto da edição do genoma humano.

“Isso é que nenhum cientista aceita fazer, que é manipular um embrião, alterar o genoma completo de um novo indivíduo, porque no limite nós podíamos fazer melhoramento. Num genoma que não tivesse nenhum problema, nós sabemos que há determinadas alterações em genes que conferem melhores qualidades à pessoa. Por exemplo, se os genes relacionados com a respiração e o metabolismo estiverem mais fortes, funcionarem melhor, a pessoa poderá ter um desempenho atlético melhor. Coisas deste género que nós sabemos que se poderiam fazer, mas isso é o tipo de alteração no genoma humano que não é ético fazer”, explica a presidente da RNA Society. A investigadora salienta que “os cientistas estão a trabalhar é em curar doenças, tratar pessoas que tiveram a infelicidade de nascer com uma alteração que lhes provoca uma doença”.

Antes de mais torna-se necessário diferenciar a manipulação de células somáticas – sangue, cérebro, células da pele, cujo DNA não é transmitido na descendência – da manipulação de células embrionárias – que envolvem espermatozoides, óvulos ou embriões.

Há uma grande diferença entre as duas, uma vez que na manipulação embrionária podem estar em causa alterações que afetam o DNA das gerações futuras.

Assim surge uma questão problemática sobre o que separa a terapia do melhoramento: o objetivo de uma terapia é tratar de uma doença, enquanto um melhoramento configuraria vantagens a pessoas saudáveis. Na manipulação dos genes somáticos, as eventuais alterações resumem-se a essa pessoa e, focando algumas doenças, isso seria considerado medicina. Já o melhoramento dos genes somáticos é algo que seria mais semelhante a um "upgrade".

Ter filhos 'perfeitos'

Para os portadores de doenças genéticas há a opção de realizar o Diagnóstico Genético Pré-implantação, que por mais que possa parecer ficção científica, é algo que existe há vários anos.

“Quando há fecundação nem todos os ovos são doentes. Isso é algo que já é perfeitamente passível de ser feito através de um diagnóstico pré-implantação. Antes de o ovo se começar a desenvolver em embrião, é possível fazer um diagnóstico genético", refere Maria Carmo-Fonseca.

Neste processo, a clínica de fertilidade retira células dos embriões criados na fertilização in vitro (FIV) e testa o seu DNA para detetar doenças genéticas. E, no caso de os pais serem portadores de uma doença genética, é possível eliminar os embriões doentes e implantar no útero da mãe um embrião que não é portador da mutação. A tecnologia é utilizada para detetar genes que aumentam o risco de doenças, mas também pode verificar outras características como a cor dos olhos. Com o progresso tecnológico, pode permitir obter um "relatório" de várias características físicas.

“O Diagnóstico Genético Pré-Implantação é algo que está aceite, que está aprovado em Portugal. Poucas pessoas sabem disso, poucas recorrem a esta tecnologia, mas é perfeitamente aceitável. Agora, com a mesma tecnologia, nós podíamos escolher se o embrião tinha olhos azuis ou se era do sexo feminino ou masculino e isso já não é aceitável, mas pode-se fazer. Nós temos a tecnologia para o fazer já há muito tempo, já nem é preciso, já nem está dependente do CRISPR”, explica a investigadora.

Já as características complexas – como inteligência, altura ou diabetes – não são passíveis de manipular, apenas de prever. Essas previsões chamam-se pontuações de risco poligénico e, atualmente, são pouco precisas.

Para que podemos usar o CRISPR?

A edição de genomas é um tema controverso, o que não é, porém, impeditivo de apresentar resultados bastante promissores em diferentes áreas de aplicação. Na medicina, por exemplo, permite perspetivar a correção da maioria das doenças genéticas humanas conhecidas.

As empresas CRISPR Therapeutics – da qual Emmanuelle Charpentier é uma das fundadoras – e a Vertex testaram um tratamento em pessoas com anemia falciforme e em beta-talassemia - doenças que esgotam as moléculas de hemoglobina que transportam oxigénio no sangue.

A 26 de junho, a Intellia Therapeutics e a Regeneron emitiram um comunicado detalhando dados de eficácia e segurança para a primeira utilização de CRISPR em ensaios clínicos de Fase I, NTLA-2001, para a paramiloidose familiar ou doença dos pezinhos.

Recentemente, cientistas também impediram 'in vitro' a replicação do novo coronavírus SARS-CoV-2 nas células humanas usando o CRISPR. A edição genética do vírus permite perceber a função de cada proteína e identificar os bons alvos terapêuticos.

Contudo, apesar dos resultados promissores obtidos em laboratório, a diretora do Instituto Peter Doherty defende que serão necessários "anos, e não meses", para que a técnica CRISPR se traduza, nesta aplicação, em tratamentos generalizados. Mas afirma que a "tesoura molecular" poderá vir a ser útil na luta contra a covid-19, ao ajudar a desenvolver "um medicamento antiviral oral, barato e não tóxico".

A sua aplicação também demonstrou ser promissora para eliminar mutações genéticas na origem de cancros nas crianças e ensaios clínicos estão a ser desenvolvidos com esta técnica para o tratamento de outros cancros e doenças genéticas raras. Além de possíveis testes com o VIH e alguns cancros do sangue ou da medula.

Segundo a GlobalData, as terapias CRISPR podem mesmo ser uma das tecnologias mais poderosas e transformadoras da história da humanidade. A empresa afirmou que as terapias oncológicas baseadas em CRISPR são antecipadas para prolongar a vida dos pacientes com cancro por décadas e por isso "transformarão inevitavelmente a vida dos pacientes e a indústria se forem trazidos para o mercado".

No entanto, com estes ensaios clínicos, surge a questão: dever-se-á ir além do tratamento de doentes e manipular para eliminar doenças futuras?

Em 2015, a ONU apelou a uma moratória mundial, dizendo que modificar a linha germinativa poderia pôr em risco a dignidade dos seres humanos, pois o problema de passar este limite poderia significar a ausência de limites.

Em 2019, cientistas e eticistas de sete países defenderam uma moratória sobre os usos clínicos da edição de material genético para produzir bebés geneticamente modificados, publicada na Nature.

Ao abrigo desta moratória, os Estados mantêm o direito de tomar as suas próprias decisões, comprometendo-se, porém, num determinado período, que poderia ser cinco anos, a não aprovar qualquer uso clínico da edição de material genético humano da linha germinativa (espermatozoides, óvulos e embriões) até estarem reunidas certas condições. Os especialistas consideraram que as questões técnicas, médicas, científicas, éticas, morais e societais devem e têm de ser discutidas e analisadas antes de se avançar com a edição de material genético herdado dos progenitores. Posteriormente, os países poderão decidir por continuar com a moratória indefinidamente, proibir definitivamente a edição genética nestes termos ou até autorizá-la em certas aplicações.

Esta posição foi expressa pelo geneticista norte-americano Eric S. Lander, que dirigiu o projeto que levou à sequenciação do genoma humano, pelo Prémio Nobel da Química Paul Berg e pela geneticista francesa Emmanuelle Charpentier, uma das inventoras da CRISPR/Cas9.

Os cientistas sublinham, porém, que a proposta da moratória não se aplica à edição de material genético de espermatozoides, óvulos ou embriões para fins de investigação (desde que não envolvam a transferência de um embrião para o útero de uma mulher) nem à edição genética de células humanas não reprodutivas para tratar certas doenças (já que alterações genéticas nestas células não são herdadas).

No entanto, com o avançar da tecnologia e da sua necessidade, pode haver uma maior discussão entre linha que separa a terapia do melhoramento. Além disso, certamente que haverá divergências: a mudança de genes que afetam o risco de ter doença de Alzheimer, seria considerado terapia ou melhoramento? Ou o gene da acondroplasia, associado a nanismo? Ou mesmo da surdez? Há ainda genes associados a baixo risco de doença cardíaca, diabetes, entre outros.

Fazer estas escolhas poderia implicar decidir sobre quem tem — e como — lugar neste mundo. As tecnologias genéticas podem limitar a gama da variedade humana e, além disso, podem agravar as desigualdade no acesso aos cuidados de saúde, trabalho, entre outros.

CRISPR na agricultura

O CRISPR não é útil apenas para a edição em humanos. Esta tecnologia pode ser muito vantajosa na agricultura, podendo assegurar uma produção mais sustentável e um aumento da eficiência do melhoramento vegetal, melhorar a resposta perante os efeitos das alterações climáticas e do aumento da população mundial.

A título de exemplo, esta 'ferramenta' poderia tornar os alimentos e plantas mais resistentes ao bolor, mais nutritivas e mais resistentes ​​a seca e pragas. Tecnologias como o CRISPR/Cas9 podem ainda ajudar a tornar a produção alimentar mais sustentável, com plantas mais resistentes a doenças e a condições ambientais mais duras, dispensado-se o uso de pesticidas e fertilizantes.

“O CRISPR vem é acelerar a possibilidade de fazer modificações dos organismos. O conceito não é nada de novo, é apenas uma forma mais eficaz de atingir o mesmo fim, que já se fazia antes”, explica Maria Carmo-Fonseca, que se assume como “uma grande defensora dos organismos geneticamente modificados”.

“Claro que tem de haver regras, claro que tem de haver regulamentação. Não pode ser deixado à indústria agroalimentar, sem qualquer tipo de regulamentação, mas vejo imensas vantagens, porque as modificações genéticas que introduzimos quer em plantas quer em quer em animais ou microorganismos não são mais do que uma forma acelerada do melhoramento que os agricultores sempre fizeram ao longo dos milénios da humanidade”, justifica.

“Os agricultores selecionavam e cruzavam a espécies de maneira a torná-las ou mais resistentes ou produtoras de alimentos com melhores qualidades e nós agora não precisamos de fazer esses cruzamentos naturais, podemos que atuar diretamente sobre os genes, já sabemos quais são os importantes”, acrescenta.

A investigadora levanta ainda a hipótese de “introduzir genes novos, que é o grande mundo da biologia sintética, para produzir microrganismos que sejam capazes, por exemplo, de degradar os plásticos, que neste momento são uma enorme preocupação”.

“Temos o planeta totalmente e invadido por plásticos, quer na Terra, quer nos Oceanos, e se calhar parte da solução vai passar por microrganismos que sejam capazes de metabolizar, digerir o plástico. Mas, como não existem microrganismos naturais que sejam capazes de o fazer, provavelmente, vamos ter de dar uma pequena ajuda e criar estes microrganismos capazes de digerir plástico para ajudar no problema. Não vejo riscos, mas obviamente sempre dentro de num contexto de regulamentação daquilo que é feito”, conclui.

A técnica CRISPR revolucionou a manipulação do genoma pela sua precisão e facilidade de uso, permitindo cortar DNA ou RNA num local específico, selecionado, e modificando o código genético no interior da célula. Assim, a edição de genomas é apontada não só como a chave de problemas relacionados com a medicina, mas também com a produção de alimentos e ambiente.

Este é o quarto de uma série de artigos, a publicar esta semana no SAPO24, sobre o RNA e as suas potenciais aplicações noutras terapias e tratamentos.