Cientistas brasileiros desenvolvem circuitos genéticos que permitem “ligar” e “desligar” genes

29-01-2019

Uma tecnologia inovadora que utiliza enzimas de vírus bacteriófagos para “ligar” e “desligar” genes de interesse de plantas e animais é a base de um pedido de patente recém-depositado pela Embrapa. Ela permite, por exemplo, que uma planta apresente resistência à seca somente quando, e se, for submetida a condições de estresse hídrico.

Os vírus bacteriófagos têm a capacidade natural de infectar bactérias. Eles se aderem à parede celular desses organismos, perfuram-na e injetam seu DNA. Observando esse processo natural, os cientistas perceberam que seria possível utilizar esses microrganismos como ferramentas genéticas para controlar a expressão de genes. Além disso, o fato de os vírus serem o grupo biológico mais abundante do planeta garante aos cientistas vasta quantidade de material genético para trabalhar.

Os cientistas também descobriram que os vírus bacteriófagos, ou fagos, como também são conhecidos, têm a capacidade de integrar seu próprio genoma ao da bactéria. Esse processo é mediado por enzimas denominadas integrases, capazes de integrar o genoma do vírus ao do organismo hospedeiro, no caso, as bactérias.

A utilização de integrases de bacteriófagos como ferramentas genéticas já é realidade na biotecnologia há mais de 25 anos para diversas aplicações, como explica o principal inventor da tecnologia, o pesquisador da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (DF) Elibio Rech. A novidade desenvolvida pela equipe brasileira é utilizar seis enzimas do tipo serina-integrases em diferentes locais do genoma, possibilitando a formação de biocircuitos funcionais.

Segundo o pesquisador, “as integrases promovem a quebra e ligação de sequências de DNA em pontos específicos, resultando em rearranjos genéticos precisos,” detalha. Isso faz com que seja possível atuar exatamente nos trechos de interesse do código genético. Pode-se, por exemplo, silenciar um trecho que expressaria uma doença genética, ou fazer com que um gene responsável por resistência ao calor se expresse. “Tratam-se de ferramentas eficientes e versáteis para aplicações em biologia experimental, biotecnologia, biologia e terapia gênica,” declara Rech.

O cientista explica que, ao introduzir a integrase no DNA de uma planta ou animal, ela é capaz de inverter a sequência genética, impedindo que a cadeia de proteínas seja reconhecida e, por consequência, que o gene se expresse. Em linguagem mais coloquial, ela é capaz de “desligar” a função daquele gene. Quando retirada, o gene é expresso, ou seja, “religado”.

Adaptação à seca, combate ao câncer e sensor de poluição

Um exemplo concreto é a indução de tolerância em plantas a estresses climáticos, como por exemplo, a seca. Segundo o pesquisador, a tecnologia abre a possibilidade de colocar em um mesmo produto as integrases para “ligar” e “desligar” a expressão dos genes de tolerância. “Ou seja, quando submetidas à seca, os genes são ativados, e, após o término dessa estação, desativados”, complementa.

Esse é apenas um dos exemplos, mas as aplicações podem incluir expressões gênicas relacionadas a outros estresses climáticos e ambientais, além de resistência a doenças em plantas e animais. “As aplicações mais emocionantes e promissoras das integrases de vírus bacteriófagos, particularmente de serina, estão na montagem de rotas metabólicas e circuitos genéticos porque permitem reconstruir vias metabólicas inteiras, ligando e desligando genes específicos no genoma”, prevê o pesquisador.

A tecnologia que deu origem ao pedido de patente foi testada durante quase três anos nos laboratórios da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia em parceria com a Universidade de Brasília (UnB) e com o Instituto Oswaldo Cruz (Fiocruz). Os inventores da Embrapa são os pesquisadores Elíbio Rech, Andre Melro Murad, Leila Barros, Cristiano Lacorte, Eduardo de Oliveira Melo e Lilian Hasegawa Florentino. Da UnB participa Cintia Coelho e da Fiocruz, Martin Bonamino.

Fonte: Embrapa