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Polêmica abordagem de edição gênica ganha espaço

Consertar DNA mitocondrial é um passo rumo à prevenção de doenças hereditárias

Dina Fine Maron
SHUTTERSTOCK
Em camundongos e células humanas, o procedimento parece ter sucesso. Mitocôndrias são dínamos biológicos. Nessas usinas de energia celulares, material genético danificado não só mina a vitalidade como pode causar distúrbios neurológicos e desvirtuar funções corporais essenciais como controle motor e visual.

As mutações que provocam os danos são raras e transmitidas exclusivamente de mãe para filho.

Mas seus efeitos catastróficos podem ser difíceis de detectar e prevenir quando se examina minuciosamente um embrião no laboratório, porque anomalias gênicas muitas vezes variam de célula para célula.

Uma pode conter cem cópias de mitocôndrias “ruins”, ou “defeituosas”, enquanto outra pode não ter nenhuma.

Cientistas ainda não encontraram uma técnica eficaz para reparar o DNA danificado e, assim, permitir que mães afetadas tenham bebês saudáveis, livres de doenças [genéticas].

Agora, porém, pesquisadores estão relatando os primeiros casos de sucesso em seus esforços para encontrar e remover mutações desse tipo em camundongos e células humanas através de uma controversa técnica inovadora de edição gênica.

A abordagem se baseia em enzimas chamadas transcription activator-like effector nucleases [transcrição do gene alvo ativador-como nucleases efetoras], ou simplesmente TALENs.

Essas enzimas trabalham em pares para procurar e cortar sequências específicas de DNA mitocondrial danificadas em óvulos maternos, ignorando qualquer outro material genético.

“Elas funcionam como tesouras e saem para cortar as mitocôndrias problemáticas”, compara Juan Carlos Izpisua Belmonte, biólogo de desenvolvimento no Instituto Salk para Estudos Biológicos, em La Jolla, na Califórnia, e autor principal de novo estudo que utiliza o método e acaba de ser publicado no periódico científico Cell.

Pesquisas anteriores com TALENs revelaram-se promissoras na modificação de genes em anuros (rãs, sapos), camundongos e porcos, assim como em células-tronco somáticas e pluripotentes humanas.

Esses êxitos, juntamente com a relativa simplicidade do método, impulsionaram o interesse em usá-lo para vencer, ou evitar mutações mitocondriais que seriam repassadas de mãe para filho.

O timing do novo estudo coincide com o pedido de moratória em edições gênicas em embriões humanos por um grande número de cientistas, devido ao potencial efeito de longo prazo em células de linha germinal.

Modificação de linha germinal é o termo que define alterações feitas no DNA encontrado no núcleo de um espermatozoide ou de um óvulo antes da fecundação, ou no DNA nuclear de células indiferenciadas em embriões incipientes que então poderiam ser repassadas para gerações futuras.

Alterar uma mitocôndria (que contém 37 genes) não é o mesmo que modificar um espermatozoide ou um óvulo.

Ainda assim, como alterações mitocondriais são transmitidas de mãe para filho, com potencial para afetar várias gerações, elas também podem acabar envolvidas em fortes controvérsias [como as que cercam a edição gênica de embriões humanos].

No mais recente artigo sobre TALENs pesquisadores aparentemente impediram a transmissão de defeitos mitocondriais em duas gerações de camundongos que, de outra forma, seriam portadores de mutações causadoras de doenças.

Os animais parecem estar assintomáticos e saudáveis, e agiram normalmente em testes comportamentais.

Além disso, os descendentes só têm baixos níveis de mutações mitocondriais herdadas, o que sugere que futuras gerações talvez também não tenham muitos defeitos problemáticos.

A equipe de pesquisa também conseguiu reduzir o número de mutações mitocondriais associadas a doenças em células humanas enxertadas em óvulos de camundongos.

A técnica envolveu, primeiramente, avaliar centenas de nucleases diferentes até que fosse encontrada a combinação ideal que procuraria e cortaria somente DNA mitocondrial danificado específico.

Como essa abordagem de edição gênica não detecta todas as mitocôndrias transmutadas, ela teve de identificar [e eliminar] um número suficiente delas para impedir a transmissão de alguma doença hereditária.

Mas para essa interferência avançar em humanos, o método precisaria primeiro provar além de qualquer dúvida que ele só afeta DNA mitocondrial transmutado, sem prejudicar outras partes do genoma, tanto no bebê resultante do embrião como em futuras gerações de crianças.

O procedimento é atraente por sua relativa simplicidade:

As nucleases só precisariam ser injetadas no óvulo da mãe uma vez; potencialmente ao mesmo tempo em que espermatozoides são introduzidos durante um procedimento padrão de fertilização in vitro (FIV) no laboratório, explica Belmonte.

No entanto, mesmo se essa abordagem provar ser segura em humanos e receber aprovação regulatória, isso ainda não significa que uma clínica média de fertilidade assistida estaria equipada para fazer a intervenção, salienta Evan Snyder.

Snyder é diretor do Centro de Biologia de Células-Tronco e Medicina Regenerativa no Instituto Sanford-Burnham de Pesquisa Médica, também em La Jolla, na Califórnia.

Mesmo que o procedimento de injetar as nucleases não seja algo difícil, “essa é uma intervenção extremamente sofisticada, que provavelmente só poderia ser realizada em alguns poucos centros acadêmicos”, observa Snyder, que não esteva envolvido no recente estudo.

Nesse momento, a equipe de Belmonte está fazendo pesquisas com embriões humanos e planeja conduzir análises genômicas em laboratório para tentar responder a perguntas iniciais de segurança.

Sinais precoces de alerta seriam, por exemplo, mudanças que ocorrem em outros lugares no genoma ou células que não são saudáveis (como células cardíacas que não demonstram boas contrações).

Mas a edição genômica de embriões, mesmo que não sejam implantados em mulheres e, portanto, não evoluindo em fetos, tem preocupado alguns pesquisadores a ponto de exigirem publicamente a suspensão temporária desses trabalhos até que haja discussões mais específicas sobre suas potenciais ramificações/consequências.

Em um comentário publicado em Nature em 12 de março, um grupo de cinco pesquisadores que empregam tecnologias de edição genômica para pesquisas que não implicam na alteração de espermatozoides ou óvulos, pediu uma moratória das pesquisas de edição gênica em embriões humanos.

“Esse tipo de pesquisa poderia ser explorada para modificações não terapêuticas. Receamos que um protesto público contra uma violação ética desse tipo poderia dificultar uma área promissora de desenvolvimento terapêutico”, advertiram eles. (A Scientific American integra o Nature Publishing Group.)

“Embora haja diferenças importantes entre ‘engenharia de linha germinal’ e ‘engenharia mitocondrial’ minha meta não é analisá-las. Nosso objetivo é exigir um encontro para que possamos ter essa discussão ampla e abrangente”, salienta Edward Lanphier, presidente e CEO da Sangamo BioSciences, Inc., e principal autor do comentário publicado em Nature.

“A questão em torno de edição gênica e mitocondrial acresce urgência a essa discussão”, acrescentou ele.

Snyder, por outro lado, admite que “Eu, pessoalmente, não tenho dificuldades com modificações muito específicas e aceitas de um problema que causa doenças muito específicas”.

Mas ele também concorda que deve ser criado/formado um corpo avaliador científico para examinar cada modificação de linha germinal proposta em uma base individual, caso-a-caso, ou gene-por-gene.

O modelo seria reminiscente do modo como a pesquisa de DNA recombinante foi discutida na década de 70.

Snyder prevê que o processo [o debate] provavelmente será longo, mas argumenta que, sem ele, cientistas talvez não obtenham um quadro completo de potenciais efeitos involuntários resultantes desses procedimentos em áreas como expectativa de vida, função cognitiva e tolerância a exercícios físicos.

Impossibilitados de usar TALENs ou uma tecnologia similar de edição gênica para impedir a transmissão de DNA mitocondrial transmutado, cientistas atualmente consideram outra opção para ajudar mães com mutações mitocondriais dar à luz filhos biológicos, mas livres de doenças hereditárias:

A chamada terapia de substituição mitocondrial.

O método, apelidado “bebês de três pais”, também é controverso porque, além da mãe biológica, requer outra mulher para doar um óvulo com DNA mitocondrial saudável, livre de mutações.

No procedimento, porém, o núcleo desse óvulo é substituído pelo DNA nuclear da mãe.

Em seguida, o óvulo é inseminado com espermatozoides do pai em um ambiente laboratorial e o embrião resultante é então transferido para o útero da futura mãe.

A terapia de substituição mitocondrial não foi liberada/aprovada nos Estados Unidos ou no Reino Unido; além disso, atualmente só existem alguns poucos cientistas no mundo capazes de realizar esse procedimento.

Seja como for, TALENs e a terapia de substituição mitocondrial compartilham um obstáculo similar:

A necessidade de estudar o genoma e examinar múltiplas gerações de animais de teste e o funcionamento de seus órgãos para garantir que esses métodos não causem quaisquer problemas imprevistos.

Publicado em Scientific American em 23 de abril de 2015.