Não. O CRISPR (que, em inglês, significa Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, ou seja, Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Interespaçadas) constitui uma família de sequências de ADN originalmente observadas em bactérias e derivadas do ADN viral após a infeção inicial. Funciona como um sistema de defesa para proteger essas células bacterianas durante as invasões virais subsequentes. A sequência de ADN CRISPR é transcrita dentro da célula bacteriana como ARN, que funciona como um guia sequencial específico para uma proteína associada ao CRISPR (designada como nuclease Cas) que cliva o ácido nucleico viral numa região complementar à sequência CRISPR, desativando o vírus. Existem diversos tipos de CRISPR/Cas com diferentes capacidades de reconhecimento de sequências e de clivagem.

Este sistema CRISPR-Cas foi adaptado para ser utilizado como ferramenta de alteração do genoma através da substituição de sequências-guia de ácido nucleico construídas especificamente para permitir que a proteína Cas corte uma determinada sequência-alvo no ADN de um organismo. Verificou-se que este sistema funciona de forma muito eficiente em vários tipos de células, podendo ser utilizado para adicionar, remover ou alterar/editar a sequência de um gene-alvo no genoma de um organismo. As ferramentas baseadas no CRISP/Cas estão a ser desenvolvidas como terapias para várias doenças genéticas. Estão também a ser utilizadas como um método para desenvolver impulsos genéticos sintéticos.

Para mais informação:

https://genedrivenetwork.org/videos#mxYouTubeR88da54c719d7acb5beb6a53f64c5214b-7

O impulso genético é um processo que promove ou favorece a hereditariedade de determinados genes de uma geração para a seguinte. Desde o início do século XX, os cientistas têm vindo a descobrir vários tipos de elementos genéticos egoístas que estão naturalmente presentes nos genomas de muitas espécies. Estes elementos genéticos naturais têm a capacidade de aumentar a sua própria transmissão face ao resto dos genes presentes no genoma, independentemente da sua presença ser neutra ou mesmo prejudicial para o organismo individual como um todo, demonstrando assim um impulso e tornando-se impulsos genéticos naturais. Entre os exemplos de impulsos genéticos naturais, encontram-se os genes de endonuclease homing que se encontram em todas as formas de vida microbiana, os elementos transponíveis que estão presentes em muitas plantas e animais, e a distorção de segregação meiótica que também existe em várias plantas e animais.

Os impulsos genéticos sintéticos utilizam técnicas da biotecnologia molecular moderna para obter efeitos semelhantes aos observados nos impulsos genéticos naturais num conjunto mais vasto de organismos. Desta forma, os organismos portadores de impulsos genético sintéticos são considerados geneticamente modificados, embora o mecanismo sintético que transportam seja muito semelhante ao de um impulso genético natural. Os impulsos genéticos sintéticos podem ser utilizados para introduzir novas características numa população de organismos, como mosquitos ou ratos, no espaço de apenas algumas gerações.
Para mais informação: https://www.geneconvenevi.org/types-of-gene-drive/

https://www.science.org.au/support/analysis/reports/synthetic-gene-drives-australia-implications-emerging-technologies/appendix

Os mosquitos modificados por impulsos genéticos constituem um tipo de mosquitos geneticamente modificados. Em ambos os casos, os mosquitos das espécies-alvo são modificados utilizando biotecnologia moderna de modo a apresentarem uma ou mais características diferentes dos mosquitos de tipo selvagem (não modificados) da mesma espécie. A diminuição da capacidade dos mosquitos modificados de transmitir doenças como a malária ou a dengue é um exemplo de uma nova caraterística desejável. As modificações podem envolver a alteração da sequência de genes existentes, a desativação ou excisão de genes existentes, ou ainda a introdução de novos genes ou outros elementos genéticos no genoma do mosquito.

Quando não está associado a um impulso genético, um gene (incluindo qualquer modificação genética introduzida) é normalmente transmitido a seus descentes através do acasalamento de mosquitos modificados por mosquitos de tipo selvagem, de acordo com o padrão mendeliano de hereditariedade, segundo o qual cada gene tem 50% de probabilidade de ser transmitido pelo progenitor à geração seguinte. Se o gene ou a modificação genética estiver associado a um custo de aptidão (capacidade competitiva reduzida), a caraterística relacionada irá desaparecer da população ao longo do tempo. Se o custo de aptidão for acentuado, o(s) gene(s) introduzido(s) pode(m) desaparecer rapidamente; seria o caso, por exemplo, se a modificação causasse uma redução da fertilidade nos mosquitos que a portassem.

Quando associada a um impulso genético, a modificação genética é herdada de forma preferencial. O novo traço associado ao gene acaba por se tornar dominante na população, uma vez que mais de 50% (por vezes, quase 100%) da descendência proveniente de cruzamentos entre mosquitos modificados por impulsos genéticos e os seus homólogos de tipo selvagem herdam a modificação.

Para mais informação: http://www.geneconvenevi.org/gene-drive-defined/

Um aspeto importante da metodologia de teste por fases é a avaliação da eficácia (a capacidade de produzir o efeito procurado). O teste da eficácia parte da medição das características entomológicas, como por exemplo, se a modificação é estável, se afeta negativamente a sobrevivência ou a competitividade dos mosquitos em termos de acasalamento, e se reduz a capacidade de reprodução ou de transporte do agente patogénico de interesse. Estas características podem ajudar a prever a eficácia da ferramenta de controlo de vetores na prevenção de doenças. No entanto, a capacidade da ferramenta de reduzir a incidência ou a prevalência da infeção ou da doença só pode ser avaliada durante os testes em campo em grande escala. Estes deverão ser conduzidos de forma semelhante a outros tipos de ensaios clínicos, de acordo com as normas éticas acordadas internacionalmente, bem como com os requisitos regulamentares nacionais e locais aplicáveis. Metas de desempenho pré-definidas irão determinar se os resultados de eficácia justificam a continuação dos testes durante cada fase.

Para mais informação:

https://www.who.int/publications/i/item/9789240025233

http://www.ajtmh.org/content/journals/10.4269/ajtmh.18-0083

https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/259688/WHO-HTM-NTD-VEM-2017.03-eng.pdf

Os mosquitos são responsáveis pela transmissão de várias doenças que são fatais e debilitantes para os seres humanos e os animais. Os pesquisadores que se dedicam ao estudo das tecnologias de impulso genético nos mosquitos apontam para várias utilizações possíveis, tais como: 1) prevenir a transmissão dos parasitas da malária em áreas de incidência elevada; 2) prevenir a transmissão de arbovírus responsáveis por doenças como a dengue ou o Zika em regiões com elevada incidência; ou 3) controlar a transmissão da malária aviária que está a ameaçar as frágeis populações de aves nativas em habitats insulares.

Se forem aplicadas com sucesso aos mosquitos, as tecnologias de impulso genético poderão ser utilizadas para reduzir o risco destas doenças através da diminuição das populações de mosquitos portadores de doenças (supressão da população) ou da redução da capacidade dos mosquitos de serem portadores do agente patogénico (substituição ou modificação da população).

Para mais informação:

https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/vector-borne-diseases

http://www.who.int/publications/i/item/9789240025233

https://genedrivenetwork.org/videos#mxYouTubeR88da54c719d7acb5beb6a53f64c5214b-6

Sim. A resistência pode desenvolver-se através da seleção de organismos portadores de uma alteração genética que não é suscetível ao sistema de impulso genético, tal como acontece com a resistência aos inseticidas ou a medicamentos de uso frequente. A resistência pode ser um problema porque pode impedir que o impulso genético se propague e persista na espécie-alvo, reduzindo os efeitos esperados do sistema de impulso genético na população-alvo. No caso dos impulsos genéticos para a saúde pública, isto seria problemático caso ocorresse antes da eliminação da transmissão da doença.

No caso dos inseticidas e dos medicamentos, o combate à resistência é feito através da alternância entre diferentes tipos de ferramentas de controlo de vetores, ou ainda da utilização de combinações dessas ferramentas. No entanto, a engenharia genética oferece novas formas de reduzir a possibilidade de desenvolvimento de resistência em organismos modificados por impulsos genéticos. Os pesquisadores estão muito empenhados em encontrar mecanismos que evitem ou atrasem o desenvolvimento da resistência ao impulso genético. Por exemplo, o sistema de impulso genético está a ser aplicado a genes cruciais, onde uma alteração genética seria prejudicial para o organismo, e a locais do gene-alvo menos suscetíveis de sofrerem alterações.

Isso é considerado extremamente improvável, pois a tecnologia de impulso genético seria muito pouco eficaz em termos de propagação de uma caraterística genética em populações humanas. Embora seja tecnicamente viável criar um sistema de impulso genético que funcione em células humanas, esse sistema seria pouco eficaz em termos de propagação, porque os seres humanos têm um tempo de geração relativamente longo (20 anos) e poucos descendentes (a taxa de fertilidade média global é de cerca de 2,5 filhos por mulher).

O impulso genético não deve ser confundido com a edição de genes, que é utilizada em algumas aplicações de terapia genética em seres humanos. A terapia genética implica apenas a alteração genética de células somáticas (células que compõem partes do corpo, à exceção de espermatozoides ou óvulos), e essas alterações não serão transmitidas à próxima geração.

Sim. Os métodos de impulso genético podem ser classificados não só com base no mecanismo molecular utilizado para fazer a modificação, mas também na sua capacidade de persistência e de propagação no meio-ambiente. Os diferentes tipos de tecnologias de impulso genético podem ter objetivos diferentes. As principais abordagens de impulso genético documentadas até hoje (2023) são:

Autossustentável refere-se a um método de tecnologia de impulso genético cujo objetivo consiste em que a modificação hereditária se estabeleça de forma estável nas populações cruzadas da espécie-alvo.
Autolimitante é um método de tecnologia de impulso genético que prevê que a modificação desapareça da população após um certo tempo, na ausência de liberações repetidas do organismo modificado com impulsos genéticos.
Localização consiste num método de tecnologia de impulso genético que limitaria a propagação espacial da modificação na população-alvo.

Os diferentes tipos de tecnologias de impulso genético têm também objetivos diferentes. As estratégias que têm como objetivo reduzir a dimensão da população da espécie-alvo são conhecidas como impulsos de supressão (ou redução) populacional. As estratégias que procuram alterar alguma caraterística funcional ou comportamental da espécie-alvo, como a capacidade de transmitir um agente patogénico, são definidas como impulsos de substituição (ou modificação, alteração ou conversão) populacional.

Para mais informação:

http://www.who.int/publications/i/item/9789240025233

http://www.youtube.com/playlist?app=desktop&list=PLbopRNGowKJ-estks1hRVkivMiP_XnAl

A diminuição da aptidão (competitividade relativa) resulta num declínio do número de descendentes que contribuem para a geração seguinte. No entanto, se todos ou a maior parte desses descendentes possuírem o impulso genético, o impulso genético pode continuar a propagar-se. Desde que a vantagem hereditária obtida com o impulso genético seja superior a qualquer desvantagem de aptidão associada ao mesmo que ele possa causar, acredita-se que o impulso genético continue a propagar-se e a aumentar sua prevalência.

As estratégias de biocontrolo genético podem ser muito específicas em termos de espécie. Esta especificidade assenta, em grande parte, no comportamento de acasalamento de cada espécie e na esterilidade interespecífica geralmente observada na natureza. Os sistemas de impulso genético dependem da produção de descendentes viáveis e férteis para que possam ser transmitidos, o que significa que o seu objetivo de propagação requer um acasalamento produtivo. Os métodos de engenharia genética podem ser utilizados para aumentar a especificidade das espécies-alvo a vários níveis.

No entanto, por vezes, as espécies com graus de parentesco muito próximos podem e acabam por se cruzar com sucesso. Nestes casos, seria preciso tomar medidas adicionais para aumentar apenas a especificidade da espécie-alvo se considerado necessário. Estas medidas poderiam incluir a construção do sistema utilizando componentes que só funcionam na espécie-alvo.

Os impulsos genéticos sintéticos são todos compostos por genes e elementos reguladores associados, que são necessários para que o sistema de impulsos genéticos funcione nas células certas, no momento certo e no organismo-alvo. Devido aos requisitos muito rigorosos em termos de expressão temporal e espacial dos genes para que os impulsos genéticos sejam funcionais, os elementos reguladores utilizados para controlar a expressão dos genes são geralmente muito específicos em termos de espécie.
Os impulsos genéticos sintéticos que utilizam uma enzima Cas proveniente de um sistema CRISPR/Cas, incluem um componente “guia” que reconhece uma sequência específica no ADN da espécie-alvo e pode ser selecionado pelo pesquisador devido à sua especificidade em termos de espécie.
Para além da enzima Cas ter de agir sobre a sequência correta, as centenas de bases de ADN que circundam o local onde o cromossoma é cortado pela Cas também têm de ser devidamente específicas para o gene-alvo pretendido, de modo a obter um “impulso”.

O homing é um processo que ocorre numa célula da linha germinal da qual resultará um espermatozoide ou um óvulo. O homing pode ser iniciado por genes naturais (genes de endonuclease homing) ou por imitações sintéticas desses genes, que codificam uma enzima (endonuclease) que reconhece e corta uma sequência de ADN específica. Numa célula com um cromossoma que contém o gene de endonuclease e outro que não o contém, a enzima irá criar um corte na sequência de ADN especificada do cromossoma que não o contém. Os processos naturais de reparação celular permitem que o gene de endonuclease seja reproduzido no cromossoma reparado. Esta criação muito eficiente de células da linha germinal que possuem duas cópias do gene de endonuclease (e de quaisquer outros genes associados e que, no seu conjunto, são denominados de construção de endonuclease), cria um forte impulso, uma vez que os genes serão herdados pela descendência que receber um dos cromossomas, e que o processo de cópia continuará a repetir-se na mesma descendência. Isto resulta numa hereditariedade preferencial do gene nas gerações seguintes.

A construção de endonuclease pode ter como alvo um local específico do cromossoma oposto, adicionando um pedaço de ácido nucleico que funciona como um guia. A construção de endonuclease também pode ser modificada para ter funções adicionais, para além de produzir a enzima de corte de ADN. Isto permite introduzir uma nova caraterística (traço) no organismo. Por exemplo, uma nova caraterística pode resultar da desativação do gene-alvo no qual a construção de endonuclease foi copiada. Alternativamente, uma codificação genética de uma nova caraterística pode associar-se ao gene de endonuclease, sendo assim transportada como carga e copiada para o cromossoma oposto, juntamente com o gene de endonuclease. Esta construção pode também conter um interruptor genético capaz de ativar e desativar os outros genes no momento certo do ciclo celular. Graças ao impulso genético, a nova caraterística pode disseminar-se através do acasalamento no seio de uma população cruzada.

Para mais informação:

Sim. Existem diversas formas através das quais a hereditariedade preferencial, ou impulso, ocorre na natureza, e algumas delas também podem ser recriadas no laboratório.

O mecanismo denominado “homing” tem sido alvo de muita atenção enquanto forma de criar impulsos genéticos. As endonucleases homing são enzimas que existem na natureza e que permitem que um gene herdado de um progenitor seja duplicado no genoma da sua descendência, de forma que esta seja portadora de duas cópias do gene, transmitindo-o a toda a sua descendência. Este mecanismo constitui uma forma de super-replicação, e pode ser facilmente imitado utilizando o sistema de edição de genes CRISPR/Cas.

Para mais informação:

Não. Existem tecnologias funcionais de impulso genético desenvolvidas e testadas em laboratório, que não utilizam quaisquer componentes dos sistemas de edição de genes CRISPR/Cas. No entanto, muitas recorrem a estes sistemas, o que se deve ao facto de o sistema CRISPR/Cas oferecer aos pesquisadores uma capacidade sem precedentes de controlar a precisão e a especificidade da tecnologia. No entanto, existem outras estratégias que também podem funcionar.

A edição genética (ou de genomas) refere-se à alteração do ADN de um organismo, ao passo que o impulso genético corresponde a um padrão de hereditariedade.

O termo edição genética é utilizado para descrever alterações relativamente precisas nos genomas, e que são realizadas utilizando qualquer uma das diversas ferramentas que funcionam como tesouras moleculares (tecnicamente designadas como endonucleases – proteínas que cortam ácidos nucleicos como o ADN e o ARN). Uma versão popular e eficaz da tesoura molecular para a edição de genes é o sistema CRISPR-Cas. A edição de genes tem vindo a ser aplicada para uma série de propósitos, incluindo pesquisa científica básica e desenvolvimento de novos tratamentos para doenças.

A edição genética também pode ser utilizada para desenvolver impulsos genéticos em laboratório. Um dos mecanismos usados para este efeito utiliza uma componente do sistema de edição de genes CRISPR-Cas. Existem outras formas através das quais os pesquisadores podem obter padrões de hereditariedade preferenciais, que é o que define o impulso genético.

Para mais informação:

https://www.genome.gov/about-genomics/policy-issues/what-is-Genome-Editing

http://www.scientificamerican.com/video/what-is-crispr-and-why-is-it-so-important/

https://genedrivenetwork.org/videos#mxYouTubeR88da54c719d7acb5beb6a53f64c5214b-7