Imagine um futuro no qual é possível reestabelecer a biodiversidade em escala e de forma extremamente ágil. Pois esse futuro está bem próximo da realidade graças ao CRISPR, uma técnica de edição de genoma. Descubra o que é, para que serve e as principais descobertas na área.

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O que é o CRISPR?

CRISPR (pronuncia-se “crís-per” em português ou “kris-per”, em inglês) é uma das técnicas mais avançadas de edição genética. Ela tem um papel crucial no aprimoramento genético de vários organismos, incluindo plantas.

Além disso, este sistema tem o potencial de impulsionar a melhoria genética das plantas, auxiliando os agricultores a enfrentar os principais desafios que afetam as colheitas: sensibilidade ao calor, estresse hídrico e susceptibilidade a pragas e doenças.

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Os CRISPRs funcionam como uma memória imunológica, pois armazenam a impressão digital molecular dos vírus no DNA das bactérias. (Imagem:ART-ur/Shutterstock.com)

O sistema CRISPR também tem o potencial de auxiliar na restauração da biodiversidade por meio do desenvolvimento de novos germoplasmas e até mesmo novas culturas. Assim, as plantas desenvolvidas com esta técnica podem contribuir não apenas para os desafios agrícolas, mas também para questões ambientais.

CRISPR: conhecendo essa ferramenta

CRISPR é uma sigla para “Conjunto de Repetições Palindrômicas Curtas Regularmente Espaçadas” (ou “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats” em inglês), que define uma região do genoma bacteriano onde há a presença de sequências curtas e repetidas de DNA (ácido desoxirribonucleico).

Nessa região, os cientistas fizeram uma descoberta: ela funciona como um sistema de defesa bacteriano. Pedaços de DNA de vírus invasores são inseridos entre as repetições, funcionando como uma espécie de “memória” para futuras infecções.

Quando ocorre uma nova infecção, as bactérias produzem enzimas, sendo a Cas9 a mais conhecida. Essas enzimas, que atuam como tesouras moleculares, carregam a “memória” do vírus. Assim, se o novo invasor tiver sequências idênticas a alguma dessas “memórias”, a enzima picotará o material genético dele.

O estudo

Os cientistas, baseando-se nesse mecanismo de defesa das bactérias, descobriram como instruir as enzimas (como a Cas9 e outras) a editar uma sequência específica em um genoma.

Primeiro, eles constroem e sintetizam em laboratório uma sequência de RNA (Ácido Ribonucleico), que serve como informação. Conhecido como RNA-guia (sgRNA), ele é construído conforme a sequência de DNA que se deseja modificar, ou seja, um ou mais genes de interesse.

Assim, o sgRNA pode, por exemplo, guiar a proteína Cas9 até uma região do genoma do organismo que está sendo modificado e cortar a dupla fita de DNA.

O Cas9 tem a habilidade de alcançar determinadas regiões do DNA, sendo guiado por um RNA que possui uma sequência complementar ao local alvo no DNA. (Imagem: shutterstock)

As células têm mecanismos naturais de reparo da sequência de DNA, que são ativados sempre que o material genético é danificado. Quando a proteína Cas9 corta o DNA, este sistema de reparo é ativado e “conserta” o fragmento-alvo.

Esse reparo pode ocorrer por recombinação homóloga ou não homóloga. Na recombinação homóloga, a célula utiliza um molde de fragmento de DNA, que pode ser natural da célula ou exógeno – nesse caso, é possível inserir genes. Na recombinação não homóloga, a célula simplesmente une as duas extremidades do fragmento de DNA – nesse caso, é possível inativar genes.

Pesquisas que estão em andamento pelos cientistas sobre o CRISPR

Maior rendimento

Muitos genes relacionados ao número, tamanho, peso e outras características interferem no desenvolvimento do fruto ou grão, tornando o aumento de rendimento. Ou seja, a maior produtividade por planta, que é um fator complexo.

Contudo, pesquisadores aplicam com sucesso a tecnologia CRISPR para obter plantas com maior rendimento em seus produtos, incluindo tomate, couve, milho, trigo e arroz.

Aumento da qualidade

A forma de produção e os insumos utilizados afetam bastante a qualidade de um alimento, que pode variar. No entanto, podemos aumentar a qualidade dos nutrientes em uma planta.

As melhorias de qualidade que a edição do genoma proporcionou até agora incluem o aumento do teor de amido no milho e no arroz, a melhoria da fragrância do arroz e a prolongação da durabilidade do tomate.

Além disso, houve um aumento na concentração de carotenoides em variedades de cítricos, tomate, uva e melancia; e uma redução no teor de glúten no trigo.

Maior resistência

Ao desenvolvermos plantas resistentes ou tolerantes a estresses como falta de água, altas temperaturas e doenças causadas por microrganismos, nós melhoramos o rendimento e a qualidade dos alimentos.