Uma forma comprovada de rastrear as origens genéticas de uma doença é eliminar genes individuais em animais e estudar seus efeitos no organismo. O problema é que a patologia de muitas doenças é determinada por múltiplos genes, complicando as tentativas dos cientistas de identificar o impacto de genes individuais nas doenças. Para fazer isso, eles tiveram que realizar muitos experimentos com animais – um para cada modificação genética desejada.
Pesquisadores liderados por Randall Platt, professor de bioengenharia no Departamento de Ciência e Engenharia de Biossistemas da ETH Zurich, em Basileia, desenvolveram agora um método que simplifica e acelera muito a pesquisa em animais experimentais: usando tesouras genéticas CRISPR-Cas, eles podem alterar dezenas de genes simultaneamente nas células de um animal, como um mosaico.
Embora não mais do que um gene seja alterado em cada célula, diferentes células de um órgão podem ser alteradas de diferentes maneiras. Isto permite uma análise precisa de células individuais. Isso permite que os pesquisadores estudem os efeitos de muitas alterações genéticas diferentes em um único experimento.
De acordo com um relatório publicado recentemente na revista Nature, investigadores da ETH Zurich aplicaram com sucesso este método a animais vivos, especificamente ratos adultos, pela primeira vez. Outros cientistas já desenvolveram métodos semelhantes em células cultivadas ou embriões animais.
Para “dizer” às células do rato quais genes a tesoura genética CRISPR-Cas deveria destruir, os pesquisadores usaram um vírus adeno-associado (AAV), uma estratégia de entrega que pode atingir qualquer órgão. Eles prepararam vírus para que cada vírion carregasse informações para destruir um gene específico e depois infectaram camundongos com uma mistura de vírus carregando instruções para destruir genes diferentes. Dessa forma, eles podem desativar diferentes genes nas células de um órgão. Neste estudo, eles escolheram o cérebro.
Usando este método, pesquisadores da ETH Zurique, juntamente com colegas da Universidade de Genebra, obtiveram novas pistas sobre uma doença genética rara em humanos – a síndrome da deleção 22q11.2. Pessoas com esse transtorno apresentam muitos sintomas diferentes e muitas vezes são diagnosticadas com outras condições, como esquizofrenia e transtorno do espectro do autismo. Anteriormente, sabia-se que a doença era causada por uma região cromossômica contendo 106 genes. A doença também é conhecida por estar associada a múltiplos genes, mas não se sabe quais genes desempenham um papel na doença.
Em seu estudo com camundongos, os pesquisadores se concentraram em 29 genes dessa região cromossômica que também estão ativos no cérebro do camundongo. Nas células cerebrais de cada rato, eles modificaram um dos 29 genes e depois analisaram os perfis de RNA das células cerebrais. Os cientistas conseguiram mostrar que três desses genes foram em grande parte responsáveis pela disfunção das células cerebrais. Além disso, eles encontraram padrões em células de camundongos semelhantes aos observados na esquizofrenia e nos transtornos do espectro do autismo. Dos três genes, um já era conhecido, mas os outros dois não haviam sido anteriormente foco de atenção científica.
“Se soubermos quais genes estão anormalmente activos numa doença, podemos tentar desenvolver medicamentos que compensem esta anormalidade”, disse Antonio Santinha, estudante de doutoramento no grupo de investigação de Pratt e primeiro autor do estudo.
Este método também é adequado para estudar outras doenças genéticas. “Em muitas doenças congênitas estão envolvidos múltiplos genes, não apenas um”, disse Santinha. "O mesmo se aplica a distúrbios psiquiátricos como a esquizofrenia. Nossa tecnologia agora nos permite estudar essas doenças e suas causas genéticas diretamente em animais adultos. O número de genes modificados por experimento pode aumentar dos atuais 29 para centenas."
Os investigadores podem agora realizar estas análises em organismos vivos, o que é uma grande vantagem porque as células se comportam de forma diferente em cultura e como parte de um organismo vivo. Outra vantagem é que os cientistas só precisam injetar o AAV na corrente sanguínea do animal. AAV tem muitas características funcionais diferentes. Neste estudo, os pesquisadores usaram um vírus que pode entrar no cérebro dos animais. Dependendo do que está sendo estudado, AAVs direcionados a outros órgãos também podem ser usados.
A ETH Zurich patenteou a tecnologia e agora os pesquisadores esperam usá-la como parte de sua pesquisa sobre “peptídeos”.