CRISPR-Cas9 transformou um sistema imunológico bacteriano em edição genética programável

As bactérias se defendem de vírus usando matrizes CRISPR: pequenos fragmentos de RNA memorizam invasores passados e guiam uma nuclease até o DNA correspondente, que a célula então corta. Em 2012, Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna mostraram que esse sistema podia ser programado: ao fornecer um RNA guia projetado, o Cas9 podia ser direcionado para cortar sequências de DNA escolhidas em um tubo de ensaio.

O avanço estava no mecanismo de controle. Enquanto ferramentas de edição anteriores (dedos de zinco, TALENs) exigiam a engenharia de uma nova proteína de ligação ao DNA para cada alvo — algo lento e caro —, o CRISPR-Cas9 requer apenas a síntese de um novo RNA guia de 20 nucleotídeos. O redirecionamento passou de semanas de engenharia de proteínas para dias de síntese de RNA.

A revisão da Nature de 2014, escrita por Doudna e Charpentier com seus colaboradores, descreveu como a estrutura de dois RNAs poderia ser simplificada e como o mecanismo poderia ser aproveitado para engenharia de genoma em células vivas. A combinação de simplicidade, precisão e baixo custo fez dela o método dominante de edição genética em poucos anos.

Emprestar a nuclease programável da natureza

O design do RNA guia substitui a engenharia de proteínas, então o redirecionamento é barato e rápido.

O sistema é naturalmente programável — a especificidade reside em uma sequência curta de RNA que qualquer pessoa pode sintetizar.

Uma única nuclease funciona para quase qualquer alvo, então a ferramenta é geral e não sob medida.

A própria maquinaria de reparo da célula faz a edição, então nenhum motor de edição adicional é necessário.

A parte mais difícil de uma ferramenta muitas vezes já está resolvida na natureza — o movimento inteligente é encontrar o mecanismo biológico e adicionar um controle que os humanos possam manipular.

O CRISPR-Cas9 tornou-se a ferramenta padrão de edição genética em biologia, medicina e agricultura, e Doudna e Charpentier receberam o Prêmio Nobel de Química de 2020. Seguiu-se uma disputa acirrada de patentes entre a UC Berkeley e o Broad Institute sobre o uso do CRISPR em células eucarióticas, enquanto os ensaios clínicos para doença falciforme e outras condições genéticas passaram da promessa a terapias aprovadas.