Edição e Engenharia Genômica

A engenharia genômica transforma a leitura do DNA em sua reescrita, utilizando ferramentas programáveis que cortam o DNA em locais escolhidos para que as sequências possam ser deletadas, corrigidas ou inseridas com precisão.

Definition

Edição genômica é a alteração direcionada do DNA de um organismo em um local escolhido usando nucleases programáveis, mais proeminentemente o sistema CRISPR-Cas, no qual um RNA guia direciona uma enzima para cortar uma sequência correspondente.

Scope

Este tópico abrange os fundamentos da tecnologia de DNA recombinante, as nucleases direcionadas que precederam o CRISPR, o sistema CRISPR-Cas9 e como um RNA guia direciona a clivagem, as vias de reparo que finalizam uma edição, a edição de bases e a edição prime, e as principais aplicações e considerações éticas da edição de genomas. Ele trata da modificação deliberada de genomas; as fontes naturais de mudança de sequência são abordadas em mutação e recombinação.

Core questions

• Como um RNA guia direciona a enzima Cas9 para uma sequência de DNA específica?
• Como as vias de reparo celular transformam um corte direcionado em uma deleção ou uma correção precisa?
• Como a edição de bases e a edição prime alteram o DNA sem fazer uma quebra de fita dupla?
• Quais aplicações e preocupações éticas surgem da capacidade de editar genomas?

Key concepts

• DNA recombinante e nucleases direcionadas anteriores
• CRISPR-Cas9 e direcionamento por RNA guia
• Reparo por junção de extremidades não homólogas e reparo direcionado por homologia
• Edição de bases e edição prime
• Aplicações e ética da edição

Mechanisms

Na edição CRISPR, um pequeno RNA guia pareia com uma sequência de DNA alvo e posiciona a nuclease Cas9 para cortar ambas as fitas; a célula então repara a quebra por junção de extremidades não homólogas (NHEJ) propensa a erros, que pode interromper um gene, ou por reparo direcionado por homologia (HDR) usando um molde fornecido, que pode instalar uma mudança precisa, enquanto os editores de base e prime convertem quimicamente ou reescrevem bases sem uma quebra de fita dupla completa.

Clinical relevance

A edição genômica produziu terapias aprovadas para distúrbios sanguíneos hereditários, impulsiona a pesquisa na correção de mutações causadoras de doenças e na engenharia de terapias celulares, e levanta questões éticas significativas, especialmente em torno da edição hereditária da linhagem germinativa humana; esta entrada é educacional e não um guia para uso clínico.

History

As técnicas de DNA recombinante da década de 1970 permitiram pela primeira vez que genes fossem cortados e unidos, as nucleases de dedo de zinco e TALEN trouxeram o direcionamento programável nos anos 2000, e a demonstração em 2012 de que o CRISPR-Cas9 poderia ser programado com um RNA guia tornou a edição precisa simples e difundida, rendendo a Doudna e Charpentier o Prêmio Nobel de Química de 2020.

Debates

Edição hereditária da linhagem germinativa humana

A edição de embriões ou células germinativas passaria as alterações para as gerações futuras, levantando questões não resolvidas sobre segurança, consentimento, equidade e a linha entre tratamento e aprimoramento; a maioria das autoridades atualmente considera a edição clínica da linhagem germinativa prematura e eticamente problemática.

Key figures

• Jennifer Doudna
• Emmanuelle Charpentier
• Feng Zhang

Seminal works

• jinek2012

Frequently asked questions

Como o CRISPR sabe onde cortar?

Um pequeno RNA guia carrega uma sequência que corresponde ao alvo pretendido; ele pareia com esse DNA e leva a enzima Cas9 ao local certo, de modo que a alteração do RNA guia reprograma o sistema para cortar uma sequência diferente.

A edição CRISPR é sempre precisa?

A edição pode ter efeitos fora do alvo e o reparo de um corte não é totalmente controlável, razão pela qual abordagens mais recentes, como a edição de bases e a edição prime, visam maior precisão e por que a avaliação de segurança é central para qualquer uso terapêutico.