Um novo método de edição do genoma
Inspirado nas estratégias de defesa das bactérias
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Uma equipa de investigação liderada por cientistas do Helmholtz Institute for RNA-based Infection Research (HIRI) introduziu uma nova forma de afinar o material genético. O seu estudo, publicado na revista Nature Biotechnology, descreve uma técnica inovadora em que etiquetas químicas são ligadas diretamente ao ADN, abrindo a porta a novas abordagens na medicina, na agricultura e na biotecnologia.
A edição orientada da informação genética tem avançado a um ritmo extraordinário nos últimos anos. Ferramentas como a "tesoura genética" CRISPR-Cas9 e a edição de bases - uma técnica que efectua alterações precisas de uma única letra no ADN sem o cortar - já se tornaram padrão na investigação e no desenvolvimento clínico. Estas tecnologias estão a ser utilizadas para tratar doenças genéticas, aumentar a resistência das culturas e modificar bactérias para fins biotecnológicos.
Transformar a batalha entre bactérias e vírus em progresso científico
Os investigadores do Instituto Helmholtz para a Investigação de Infecções com base em RNA (HIRI), uma unidade do Centro Helmholtz de Investigação de Infecções de Braunschweig (HZI), em cooperação com a Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), desenvolveram um novo método para editar o ADN com precisão. A equipa do HIRI também cooperou com a Universidade Estadual da Carolina do Norte, nos EUA, e com a ETH Zurich, na Suíça. O seu objetivo era tornar as alterações genéticas em bactérias, plantas e células humanas ainda mais precisas e suaves. Os resultados foram agora publicados online, antes da impressão, na revista Nature Biotechnology.
A equipa inspirou-se num sistema natural de defesa das bactérias contra os vírus conhecidos como bacteriófagos. Para combater estes invasores, as bactérias utilizam duas enzimas, DarT2 e DarG. Durante uma infeção viral, a DarT2 liga um marcador químico ao ADN, bloqueando a replicação e impedindo a propagação viral. Na ausência de uma ameaça, a DarG desliga a DarT2 e remove ativamente o marcador. Este mecanismo bem afinado ajuda a impedir a propagação do vírus - e serve agora de base a uma nova abordagem de edição do genoma.
Esta forma de ligação recentemente desenvolvida foi designada pelos investigadores como "edição de anexos". "Pela primeira vez, isto permite-nos alcançar novos tipos de modificações genéticas que não eram possíveis com os métodos anteriores", explicam os cientistas.
Para compreender o mecanismo, o ADN pode ser imaginado como um caderno em que cada página é constituída por uma longa cadeia de letras. Enquanto as técnicas tradicionais de edição de genes normalmente removem ou substituem letras individuais dentro desta cadeia, a edição append introduz um pequeno grupo químico - moléculas de ADP-ribose - num local específico. Esta adição funciona como uma "nota adesiva" afixada numa determinada letra. O marcador químico convence a célula a alterar este ADN com grande precisão e com um mínimo de perturbação. O tipo de alteração, no entanto, depende do organismo em que foi introduzido.
"DarT2"- Pioneiro de uma nova era de edição do genoma
Ao contrário das tecnologias anteriores, em que as mesmas ferramentas produzem resultados semelhantes em todos os organismos, os efeitos do método de edição de anexos foram diferentes entre bactérias e eucariotas, como fungos, plantas e células humanas. "Observámos que a edição append levou à incorporação de grandes edições nas bactérias com base num modelo fornecido, enquanto nas células eucarióticas a base de ADN modificada mudou de identidade", explica Chase Beisel, chefe do departamento afiliado do HIRI. "Esta foi uma das descobertas mais surpreendentes - que o resultado da reparação do ADN pode ser muito diferente entre organismos", acrescenta Constantinos Patinios, um antigo pós-doutorado no laboratório de Beisel.
Os investigadores vêem inúmeras aplicações potenciais para esta ferramenta. "O nosso método de edição de apêndices expande consideravelmente o conjunto de ferramentas da investigação do genoma e abre novas portas à biotecnologia de precisão e ao desenvolvimento de terapias médicas", afirma Darshana Gupta, estudante de doutoramento no HIRI. Especificamente, os micróbios podem ser modificados de forma direcionada - por exemplo, para otimizar as bactérias naturalmente benéficas no corpo humano ou para estudar os agentes patogénicos de forma mais eficaz. Nas células humanas, a edição precisa poderia um dia ajudar a corrigir suavemente doenças hereditárias e fornecer novos conhecimentos sobre os processos de reparação do ADN.
Ainda é necessária mais investigação para que estas aplicações possam chegar à prática clínica. No entanto, os cientistas estão confiantes: "O DarT2 é outro grande exemplo da utilização das defesas bacterianas na investigação do genoma", afirma Harris Bassett, que está a concluir o seu doutoramento no laboratório de Beisel.
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Publicação original
Darshana Gupta, Constantinos Patinios, Harris V. Bassett, Anuja Kibe, Scott P. Collins, Charlotte Kamm, Yanyan Wang, Chengsong Zhao, Katie Vollen, ... Antoine-Emmanuel Saliba, Nathan Crook, Anna N. Stepanova, Jose M. Alonso, Chase L. Beisel; "Targeted DNA ADP-ribosylation triggers templated repair in bacteria and base mutagenesis in eukaryotes"; Nature Biotechnology, 2025-9-4
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