Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier partilham o prémio Nobel da química de 2020 pela descoberta de uma técnica de edição de genes que muda o jogo. Crédito: Alexander Heinel/Picture Alliance/DPA
É CRISPR. Dois cientistas que foram pioneiros na revolucionária tecnologia de edição de genes são os vencedores do Prêmio Nobel de Química deste ano.
A seleção do Comitê Nobel de Emmanuelle Charpentier, agora na Max Planck Unit for the Science of Pathogens em Berlim, e Jennifer Doudna, na Universidade da Califórnia, Berkeley, põe um fim a anos de especulações sobre quem seria reconhecido pelo seu trabalho desenvolvendo as ferramentas de edição de genes CRISPR-Cas9. A tecnologia permite edições precisas do genoma e tem varrido laboratórios em todo o mundo desde o seu início na década de 2010. Ela tem inúmeras aplicações: pesquisadores esperam usá-la para alterar genes humanos para eliminar doenças; criar plantas mais resistentes; eliminar patógenos e mais.
“A capacidade de cortar o DNA onde você quer revolucionou as ciências da vida”, disse Pernilla Wittung Stafshede, química biofísica e membro do comitê de química do Nobel, no anúncio do prêmio. “As ‘tesouras genéticas’ foram descobertas há apenas oito anos, mas já beneficiaram muito a humanidade”.
Doudna e Charpentier e seus colegas fizeram um trabalho crítico no início caracterizando o sistema, mas vários outros pesquisadores têm sido citados – e reconhecidos em outros prêmios de alto nível – como contribuidores-chave no desenvolvimento do CRISPR. Eles incluem Feng Zhang no Broad Institute of MIT e Harvard em Cambridge, Massachusetts, George Church na Harvard Medical School em Boston, Massachusetts, e a bioquímica Virginijus Siksnys na Universidade de Vilnius na Lituânia (ver “Os muitos pioneiros do CRISPR”).
Doudna estava “realmente dormindo profundamente” quando seu telefone zumbido a acordou e ela recebeu um telefonema de uma repórter da Nature, que divulgou a notícia. “Eu cresci em uma pequena cidade no Havaí e nunca em 100 milhões de anos teria imaginado que isso acontecesse”, diz Doudna. “Estou realmente atordoada, estou completamente em choque”
“Conheço tantos cientistas maravilhosos que nunca receberão isto, por razões que nada têm a ver com o facto de serem cientistas maravilhosos”, diz Doudna. “Eu sou realmente meio humilde”
Nascido de bactérias
CRISPR, abreviação de agrupados regularmente entre si de repetições palíndromas curtas, é um ‘sistema imunológico’ microbiano que os procariotas – bactérias e arquebactérias – usam para prevenir a infecção por vírus chamados fagos. No seu núcleo, o sistema CRISPR dá ao procariotas a capacidade de reconhecer sequências genéticas precisas que combinam com um fago ou outros invasores e que visam estas sequências para destruição usando enzimas especializadas.
O trabalho anterior tinha identificado estas enzimas, conhecidas como proteínas associadas ao CRISPR (Cas), incluindo uma chamada Cas9. Mas Charpentier, trabalhando primeiro na Universidade de Viena e depois no Umeå Centre for Microbial Research na Suécia, identificou outro componente chave do sistema CRISPR, uma molécula de RNA que está envolvida no reconhecimento de sequências de fagos, na bactéria Streptococcus pyogenes, que pode causar doenças em humanos.
Charpentier relatou a descoberta em 2011 e nesse ano conseguiu uma colaboração com a Doudna. Em um artigo histórico de 2012 em Science1, a dupla isolou os componentes do sistema CRISPR-Cas9, adaptou-os para funcionar no tubo de ensaio e mostrou que o sistema poderia ser programado para cortar locais específicos no DNA isolado. Seu sistema programável de edição de genes inspirou uma corrida de ouro de inúmeras aplicações na medicina, agricultura e ciência básica – e o trabalho continua a ajustar e melhorar o CRISPR e identificar outras ferramentas de edição de genes.
“Esperávamos que pudéssemos realmente traduzir isso em uma tecnologia para reescrever o código genético de células e organismos”, diz Martin Jinek, bioquímico da Universidade de Zurique, que foi um pós-doutoramento no laboratório de Doudna e co-autor do artigo central de Ciência. “O que não apreciávamos muito era a rapidez com que a tecnologia seria adotada por outros no campo e depois impulsionada”
Muitos pioneiros do CRISPR
Não haveria CRISPR sem Francisco Mojica”. O microbiologista, da Universidade de Alicante na Espanha, ajudou a dar o nome ao sistema. Em 1993, Mojica identificou sequências repetitivas peculiares de DNA no genoma do arquebactéria Haloferax. Mais tarde ele mostrou que seqüências similares foram difundidas em procariotas e material genético combinado em fagos, vírus que infectam bactérias.
Em 2005, Mojica formulou a hipótese de que estas seqüências eram parte de um sistema imunológico microbiano. Com Ruud Jansen na Universidade de Utrecht, na Holanda, Mojica inventou o acrônimo agora-Nobel-prizante: CRISPR, abreviatura de clusters de repetições palíndromas curtas, regularmente espaçadas. Por seu trabalho no CRISPR, Mojica dividiu o prêmio de medicina do Albany Medical Center de US$500.000 em 2017 com Charpentier, Doudna, Feng Zhang e Luciano Marraffini na Universidade Rockefeller em Nova York.
Doudna e Charpentier não foram os únicos cientistas que perceberam que o sistema CRISPR poderia ser programado para cortar outras peças de DNA. Em 2012 – por volta da época em que a dupla publicou suas experiências mostrando que o sistema CRISPR-Cas9 poderia cortar DNA isolado – uma equipe liderada pela bioquímica Virginijus-Satznys da Universidade de Vilnius, na Lituânia, mostrou como a enzima Cas9 poderia ser instruída a cortar sequências de DNA pré-definidas.
A decisão do Comité Nobel de não incluir o Zhang foi uma das maiores surpresas. O geneticista tem sido comumente nomeado, com Charpentier e Doudna, como o trio com maior probabilidade de ganhar um Prêmio Nobel para CRISPR. A equipe de Zhang, em um artigo científico do início de 2013, modificou o sistema CRISPR-Cas9 para fazer cortes precisos no genoma de células humanas e de camundongos. A equipe da Igreja descreveu o trabalho de corte de células humanas de DNA ao mesmo tempo.
Jin-Soo Kim, um engenheiro de genoma do Instituto de Ciências Básicas em Daejeon, Coreia do Sul, e um dos primeiros a adaptar o CRISPR para edição de genoma em uma variedade de células diferentes, diz que, embora esteja entusiasmado com o anúncio do Prêmio Nobel, ele ficou surpreso que a bioquímica Dana Carroll da Universidade de Utah em Salt Lake City tenha sido ignorada. Carroll desenvolveu formas de empregar outras enzimas, chamadas nucleases de zinco-dedo, para editar genomas, muito antes dos dias do CRISPR.
Embora o CRISPR seja mais fácil de usar que as nucleases de zinco-dedo, Kim diz que considera Carroll o fundador do campo de edição de genomas. “Sem dúvida que Doudna e Charpentier merecem o reconhecimento”, diz ele. “Mas sem a demonstração da edição do genoma via núcleos de zinco-dedo, não há muitas pessoas que poderiam imaginar o uso do CRISPR-Cas9 para a edição do genoma.”
Raça para comercializar
Em menos de uma década, pesquisadores têm usado o CRISPR-Cas9 para desenvolver culturas editadas pelo genoma, insetos, modelos genéticos e terapias humanas experimentais. Estão em curso ensaios clínicos para o uso da técnica no tratamento da anemia falciforme, cegueira hereditária e câncer. Doudna, Charpentier e outras empresas do ramo, lançaram uma geração de empresas de biotecnologia com o objetivo de desenvolver a técnica para atingir esses objetivos.
Mas a tecnologia também gerou controvérsia – em particular por suas aplicações nascentes em células humanas. Em novembro de 2018, o biofísico chinês He Jiankui anunciou que as meninas gêmeas haviam nascido de embriões que ele e seus colegas haviam editado usando o CRISPR-Cas9. A notícia desencadeou um grito: a edição de embriões levanta uma série de preocupações éticas, sociais e de segurança, e muitos pesquisadores no mundo inteiro rapidamente condenaram o trabalho de He.
Em setembro, um painel internacional convocado pelas principais sociedades científicas dos EUA e do Reino Unido concluiu novamente que a tecnologia não está pronta para ser usada em embriões humanos destinados à implantação.
O trabalho também desencadeou uma feroz batalha de patentes – principalmente entre o Broad Institute e a Universidade da Califórnia, em Berkeley – que ribombou até hoje sobre quem detém os lucrativos direitos de propriedade intelectual da edição do genoma CRISPR-Cas9.
A Igreja ainda concorda com a forma como o prêmio foi dividido. Embora esteja orgulhoso do trabalho em seu laboratório e do laboratório de Zhang – que adaptou o sistema para trabalhar em células de mamíferos, abrindo a porta para a modelagem e o potencial tratamento de doenças humanas – Church diz que este trabalho poderia ser classificado como engenharia e invenção, ao invés de descoberta científica. “Acho que é uma grande escolha”, diz ele.
É sempre difícil destacar uma descoberta para um prêmio, diz Francis Collins, geneticista e chefe dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA em Bethesda, Maryland. “Praticamente nada vem do nada”, diz ele. “É difícil quando você olha para qualquer descoberta decidir quem escolher”
Mas um aspecto único da edição do genoma CRISPR-Cas9 tem sido a facilidade e versatilidade da técnica, ele acrescenta. “O CRISPR-Cas tornou isto muito mais facilmente aceitável”, diz Collins. “Não há laboratório de biologia molecular que eu saiba que ainda não tenha começado a trabalhar com o CRISPR-Cas”