Compact type II-D Cas9 nucleases for efficient and specific genome editing

Imagine um mundo onde médicos pudessem reescrever as instruções genéticas dentro das células de uma pessoa viva para curar doenças que não possuem outro tratamento. Para fazer isso, eles precisam de uma ferramenta pequena o suficiente para caber dentro de um veículo de entrega minúsculo, como um caminhão microscópico, e precisa o suficiente para cortar apenas o local exato no DNA que precisa ser consertado. Por anos, cientistas têm buscado por tal ferramenta, procurando por uma tesoura molecular que fosse ao mesmo tempo poderosa e compacta. A versão mais famosa desta ferramenta é uma proteína chamada Cas9, que atua como um míssil guiado para encontrar e cortar sequências específicas de DNA. No entanto, a versão mais comum desta proteína é bastante grande, tornando difícil o seu empacotamento nos veículos de entrega usados em terapias humanas. Essa limitação de tamanho tem sido um grande obstáculo, forçando pesquisadores a procurar por alternativas menores e mais eficientes que ainda possam realizar o trabalho com alta precisão.

Uma equipe de pesquisadores voltou recentemente sua atenção para uma família específica desses tesouras moleculares conhecidos como Cas9 Tipo II-D. Essas enzimas são naturalmente menores que as versões padrão, tornando-as candidatas ideais para uso terapêutico. Embora os cientistas soubessem que alguns membros desta família podiam editar genes em células humanas, não estava claro se essa habilidade era uma exceção rara ou um traço comum compartilhado por todo o grupo. Para descobrir, os pesquisadores vasculharam uma enorme biblioteca digital de dados genéticos coletados do ambiente, procurando por novas versões não caracterizadas dessas enzimas compactas. Eles identificaram cinco novos candidatos que compartilhavam as principais características estruturais da família Tipo II-D, todos com aproximadamente o mesmo tamanho pequeno, e partiram para testar se eles poderiam realmente funcionar dentro de células humanas.

Os cientistas selecionaram duas dessas novas enzimas, que nomearam como Cas9d-1 e Cas9d-4, para ver o quão bem elas performariam em comparação com ferramentas existentes. Quando introduziram essas enzimas em células humanas, ambas provaram ser capazes de encontrar e cortar alvos específicos no genoma humano. Em um teste específico, uma das novas enzimas funcionou ainda melhor do que a versão padrão e amplamente utilizada da Cas9, alcançando uma eficiência de corte de até 20,1 por cento. Mais importante ainda, essas novas ferramentas foram notavelmente precisas. Elas produziram os cortes desejados sem causar danos não pretendidos a outras partes do DNA, um problema comum conhecido como atividade fora do alvo (off-target). Os resultados também mostraram que, quando essas enzimas faziam um corte, o processo de reparo da célula tendia a criar pequenas deleções em vez de outros tipos de mudanças, oferecendo um resultado previsível para os pesquisadores.

Talvez a descoberta mais significativa tenha sido que essas duas novas enzimas superaram o único outro membro desta família que havia sido testado anteriormente em células humanas. Quando colocadas lado a lado sob as exatas mesmas condições, as novas versões editaram o DNA de forma mais eficiente do que o exemplo antigo e conhecido. Isso sugere que a capacidade de editar genes humanos não é um acaso limitado a uma única enzima rara, mas uma força geral compartilhada por este grupo de proteínas compactas. Ao confirmar que essas ferramentas pequenas de proteína única são tanto robustas quanto específicas, o estudo fornece um novo conjunto promissor de opções para futuros tratamentos médicos. Essas descobertas indicam que os cientistas agora têm uma seleção melhor de ferramentas compactas de pacote único prontas para serem testadas em organismos vivos, aproximando o objetivo de uma terapia genética segura e eficaz da realidade.