Mas comparado com o que está por vir, tudo o que vai parecer brincadeira de criança. Uma nova tecnologia acaba de anunciar hoje tem o potencial de acabar com as doenças, vire para trás relógios evolucionários, e reengenharia ecossistemas inteiros, para melhor ou pior.Por causa do quão profundamente isso pode afetar todos nós, os cientistas por trás dele querer começar uma discussão, agora, diante de todas as peças se juntam ao longo dos próximos meses ou anos. Esta é uma descoberta científica que está sendo jogado fora em tempo real.
Os cientistas descobriram como usar os mecanismos de reparo do DNA de uma célula a se espalhar por toda uma população traços.
Hoje, os pesquisadores não estão apenas caindo em novos genes, eles são habilmente adição, subtração, e reescrevê-los usando uma série de ferramentas que se tornaram cada vez mais versátil e fácil de usar. Nos últimos anos, a nossa capacidade de editar genomas tem melhorado a um ritmo incrivelmente rápido. Tão rápida, na verdade, que uma das ferramentas mais fáceis e populares, conhecidos como CRISPR-Cas9, está a apenas dois anos de idade.Pesquisadores uma vez passou meses, até anos, na tentativa de reescrever DNA de um organismo. Agora eles passam dias.
Logo, porém, os cientistas vão começar a combinar edição gene com unidades de genes, chamados genes egoístas que aparecem com mais frequência em filhotes de genes normais, que têm cerca de um 50-50 chance de ser passado adiante. Com unidades-assim gene chamado porque eles dirigem um gene através de uma população de pesquisadores só tem que deslizar um novo gene em um sistema rígido e deixar a natureza cuidar do resto. As gerações subseqüentes de qualquer espécie que escolhemos para modificar-rãs, ervas daninhas, mosquitos terá mais e mais pessoas com esse gene, até que, finalmente, está em toda parte.
Unidades de genes baseados em Cas9 poderia ser uma das mais poderosas tecnologias já descobertos pela humanidade. "Esta é uma das confluências mais emocionantes de diferentes abordagens teóricas da ciência que eu já vi", diz Arthur Caplan, especialista em bioética da Universidade de Nova Iorque. "Ele mescla genética de populações, engenharia genética, genética molecular, em uma ferramenta incrivelmente poderosa."
Nós não estamos lá ainda, mas estamos extremamente perto. "Essencialmente, nós fizemos todas as peças, às vezes na mesma espécie em questão.", Diz Kevin Esvelt, um pós-doutorado na Universidade de Harvard e do prodígio por trás da nova tecnologia. "É só ninguém colocá-lo todos juntos."
É só uma questão de tempo, no entanto. O campo está progredindo rapidamente. "Nós poderíamos facilmente ter testes de laboratório, dentro dos próximos meses e, em seguida, testes de campo não muito tempo depois disso", diz George Church, professor da Universidade de Harvard e conselheiro do Esvelt. "Isto é, se todo mundo acha que é uma boa idéia."
É provável que nem todo mundo acha que isso é uma boa idéia. "Há claramente pessoas que se opõem", diz Caplan."Eu acho que a técnica será extremamente controverso." É por isso que Esvelt, Igreja, e seus colaboradores estão publicando trabalhos agora, antes que as diferentes partes do quebra-cabeça foram montados em um todo a funcionar.
"Se nós vamos falar sobre isso com antecedência, em vez de no passado", Church diz: "agora é a hora."
"GENES DELETÉRIOS"
O primeiro organismo Esvelt quer modificar é o mosquito transmissor da malária Anopheles gambiae . Embora sua abordagem é nova, a idéia de controlar as populações de mosquitos através de modificação genética tem realmente sido em torno desde o final de 1970. Então, Edward F. Knipling, um entomologista com o Departamento de Agricultura dos EUA, publicou um manual substancial com um capítulo intitulado "O uso de insetos para sua própria destruição." Uma técnica, escreveu ele, seria modificar certos indivíduos para realizar "deletério genes "que poderiam ser repassados de geração em geração até que permeou toda a população. Foi uma idéia antes do tempo.Knipling estava no caminho certo, mas ele e seus contemporâneos não tinham as ferramentas para vê-lo passar.
O conceito surgiu mais algumas vezes antes de ser pego por Austin Burt, um biólogo evolutivo e geneticista populacional do Imperial College de Londres. Era final de 1990, e Burt estava ocupado com suas células de levedura, estudando suas chamadas endonucleases homing, enzimas que facilitam a cópia de genes que codificam para si. Genes auto-perpetuar, se você quiser. "Através desses estudos, aos poucos, tornei-me mais e mais familiarizados com endonucleases, e me deparei com a idéia de que você pode ser capaz de mudá-los para reconhecer novas seqüências," Burt lembra.
Outros cientistas estavam investigando endonucleases, também, mas não da forma como Burt era. "As pessoas que estavam pensando ao longo destas linhas, biólogos moleculares, estava pensando sobre como usar essas coisas para a terapia genética", diz Burt. "A minha formação em biologia população levou-me a pensar sobre como eles poderiam ser usados para controlar as populações que foram particularmente prejudicial."
Em 2003, Burt escreveu um artigo influente que definir o rumo para um campo inteiro: Devemos estar usando endonucleases homing, um tipo de unidade de gene, de modificar mosquitos transmissores da malária, segundo ele, não a nós mesmos. Burt viu duas maneiras de ir sobre ele-um, modificar o genoma de um mosquito para torná-lo menos hospitaleiro para a malária, e dois, distorcer a proporção entre os sexos de populações de mosquitos para que não haja fêmeas para os machos para se reproduzir com. Nos anos seguintes, Burt e seus colaboradores testaram tanto no laboratório e com modelos de computador antes que eles se estabeleceram em distorção da relação sexual. (Fazendo mosquitos menos hospitaleiro para malária provável seria uma medida paliativa na melhor das hipóteses, os Plasmodium protozoários poderia evoluir para lidar com as mudanças genéticas, assim como eles desenvolveram resistência às drogas.)
Burt passou os últimos 11 anos aperfeiçoando várias endonucleases, jogando com diferentes cenários de herança, e levantamento de pessoas em regiões infestadas pela malária. Agora, ele finalmente se sente como ele está se aproximando de seu objetivo final. "Há muito a ser feito ainda", diz ele. "Mas na escala de anos, não meses ou décadas."
ENGANO SELEÇÃO NATURAL
Unidades de genes baseados em Cas9 poderia comprimir esse cronograma ainda mais. Uma metade da equação gene-unidades-são a força motriz por trás literal projetos de engenharia genética populacional escala propostos. Eles essencialmente vamos explorar evolução para forçar um gene desejado em cada indivíduo de uma espécie. "Para antropomorfizar horrivelmente, a meta de um gene é espalhar-se, tanto quanto possível", diz Esvelt. "E para fazer isso, ele quer enganar herança tão completamente quanto possível." Gene unidades são de que fraude.
Sem unidades de genes, traços em organismos geneticamente modificados liberados no selvagem são vulneráveis a diluição através da seleção natural. Para os organismos que têm dois pais e dois conjuntos de cromossomos (que inclui os seres humanos, muitas plantas, ea maioria dos animais), os traços geralmente têm apenas uma chance de 50-50 de ser herdado, dar ou tomar alguns por cento. Genes inseridos por seres humanos enfrentam essas chances quando chega a hora de ser repassado. Mas quando se trata de sobrevivência na selva, as probabilidades de um organismo geneticamente modificado são muitas vezes menos do que 50-50. Traços de engenharia pode ser benéfica para os seres humanos, mas, essencialmente, eles tendem a ser prejudicial para o organismo humano, sem assistência. Mesmo alguns dos transgenes mais meticulosamente projetado será gradual, mas inexoravelmente erodida pela seleção natural.
Alguns genes que ocorrem naturalmente, porém, tem ao longo de milhões de anos, aprenderam a enganar o sistema, inflando suas chances de ser herdada.Endonucleases "egoístas" de Burt são um exemplo. Eles se aproveitam da própria maquinaria de reparo da célula para garantir que eles aparecem em ambos os cromossomos em um par, dando-lhes melhor do que 50-50 chances quando chega a hora de se reproduzir.
Uma unidade de gene (azul) sempre acaba em todos os descendentes, mesmo que apenas um dos pais tem. Isso significa que, dadas as gerações suficientes, ele irá eventualmente se espalhou por toda a população.
Aqui está como ele geralmente funciona. O termo "unidade gene" é bastante genérico, descrevendo uma série de sistemas diferentes, mas um exemplo envolve genes que codificam para uma endonuclease-uma enzima que age como um par de tesouras molecular-sentado no meio de uma longa sequência de DNA que o endonculease é programado para reconhecer. Se um cromossomo em um par contém uma unidade de gene, mas o outro não, a endonuclease corta o DNA do segundo cromossomo onde o código endonuclease aparece na primeira.
Os fios quebrados de DNA desencadear mecanismos de reparação da célula. Em determinadas espécies e condições, a célula involuntariamente usa o primeiro cromossoma como um molde para reparar o segundo. A maquinaria de reparo, vendo as pontas soltas que bookend a seqüência unidade gene, acha que o meio-parte do código para a endonuclease-falta e copia para o cromossomo quebrado. Agora, os dois cromossomos têm o gene unidade completa. A próxima vez que a célula se divide, dividindo seus cromossomos entre as duas novas células, as duas novas células vai acabar com uma cópia do gene da unidade, também. Se todo o processo funciona corretamente, as chances da unidade do gene de herança não são 50%, mas 100%.
Aqui, um mosquito com uma unidade de gene (azuis) mates com um mosquito sem um (cinza). Na prole, um cromossomo terá a unidade. A endonuclease então corta para o DNA livre-drive. Quando o fio fica reparado, a maquinaria da célula usa o cromossomo unidade como um modelo, sem querer copiar a unidade no intervalo.
A maioria das unidades de genes naturais são exigente sobre onde em uma fita de DNA que vai cortar, por isso eles precisam ser modificados se forem para ser útil para a engenharia genética. Nos últimos anos, os geneticistas têm tentado usar ferramentas de edição de genoma para construir unidades de genes de costume, mas o processo foi trabalhoso e caro. Com a descoberta de CRISPR-Cas9 como uma ferramenta de edição de genoma em 2012, no entanto, que a barreira evaporado. CRISPR é um sistema imunológico bacteriana antiga, que identifica o DNA do vírus invasores e envia em uma endonuclease, como Cas9, para mastigá-lo para cima. Os pesquisadores logo perceberam que Cas9 poderia ser facilmente reprogramado para reconhecer praticamente qualquer seqüência de DNA. Tudo que é necessário é o RNA direito seqüência facilmente ordenado e enviado durante a noite, que Cas9 usa para procurar uma fita de DNA para onde cortar. Essa flexibilidade, Esvelt diz: "nos permite atingir, e, portanto, editar, praticamente qualquer coisa que quisermos." E rapidamente.
Unidades de genes e Cas9 são cada poderoso por conta própria, mas juntos eles poderiam mudar significativamente a biologia. CRISRP-Cas9 permite aos pesquisadores editar genomas com velocidade sem precedentes, e as unidades de genes permitem que genes modificados para enganar o sistema, mesmo que o gene alterado enfraquece o organismo. Simplesmente por ser acoplado a uma unidade de gene, um gene de engenharia pode correr ao longo de uma população antes de ser eliminados. "Eventualmente, a seleção natural vai ganhar", Esvelt diz, mas "unidades de genes apenas deixe-nos chegar à frente do jogo."
ALÉM MOSQUITOS
Se houver qualquer lugar que poderia usar um salto, é na luta contra a malária. A cada ano, a doença mata mais de 200.000 pessoas e adoece mais de 200 milhões mais, a maioria dos quais estão na África. Os melhores novos medicamentos que temos que lutar contra isso estão perdendo terreno; o Plasmodium parasita está evoluindo resistência muito rapidamente. E nós estamos em nenhum lugar perto de lançar uma vacina eficaz. Os custos diretos de tratamento da doença é estimado em US $ 12 bilhões, e as economias dos países afetados cresceu 1,3% a menos por ano, uma quantidade substancial.
É por isso que Esvelt e Burt são ambos tão intensamente focado na doença. "Se temos como alvo o mosquito, não temos de enfrentar resistência no próprio parasita. A idéia é, podemos apenas tirar o vetor e parar toda a transmissão. Pode até levar a erradicação ", diz Esvelt.
Esvelt inicialmente refletia sobre a idéia de construir unidades de genes baseados em Cas9 em mosquitos para fazer exatamente isso. Ele teve a idéia para a Flaminia Catteruccia, um professor que estuda a malária na Harvard School of Public Health, e os dois ficaram cada vez mais certeza de que tal sistema não só trabalho, mas funciona bem. Como as discussões evoluíram, no entanto, Esvelt perceberam que estavam "perdendo a floresta para as árvores." Controlar mosquitos transmissores da malária foi apenas o começo. Unidades de genes baseados em Cas9 foram o avanço real. "Se ele nos permitirá fazer isso por mosquitos, o que é para nos impedir de potencialmente fazendo isso por quase tudo o que está reproduzindo sexualmente?" Ele percebeu.
Em teoria, nada. Mas, na realidade, o sistema funciona melhor em espécies de reprodução rápida, diz Esvelt.Tempos de geração curto permitir a característica de se espalhar por todo uma população mais rapidamente. Os mosquitos são um caso de teste perfeito. Se tudo fosse para funcionar perfeitamente, características deletérias poderia varrer populações de mosquitos transmissores da malária em apenas cinco anos, a limpá-los do mapa.
Outras espécies nocivas podem ser candidatos, também.Certas espécies invasoras, como mosquitos no Havaí ou carpa asiática na região dos Grandes Lagos, pode ser alvo de unidades de genes baseados em Cas9, quer reduzir seus números ou eliminá-los completamente. Ervas daninhas agrícolas como buva que desenvolveram resistência ao glifosato, um herbicida que é quebrada rapidamente no solo, pode ter sua susceptibilidade ao composto reintroduzido, permitindo que mais agricultores a adotar práticas de plantio direto, que ajudam a conservar o solo. E, no futuro mais distante, Esvelt diz, ervas daninhas poderia até ser projetada para introduzir vulnerabilidades de substâncias completamente benignos, eliminando a necessidade de pesticidas tóxicos. As possibilidades parecem infinitas.
A DECISÃO
Antes de qualquer um que pode acontecer, no entanto, Esvelt e Igreja insistem em que a ajuda pública decidir se a investigação deve avançar. "O que temos aqui é, potencialmente, um instrumento geral para alterar as populações selvagens", diz Esvelt. "Nós realmente queremos ter certeza de que nós continuar por este caminho, se decidirmos continuar por este caminho, como forma segura e responsável possível".
Para alavancar a conversa, eles parceria com o cientista político do MIT Kenneth Oye e outros para convocar uma série de workshops sobre a tecnologia. "Eu pensei que poderia ser útil para entrar na sala as pessoas com um pouco diferentes interesses materiais", diz Oye, então eles convidaram reguladores, entidades sem fins lucrativos, empresas e grupos ambientalistas. A idéia, segundo ele, era fazer com que as pessoas se encontram várias vezes, para ganhar a confiança e antes de "decisões endurecer." Apesar dos diversos pontos de vista, Oye diz que houve acordo surpreendente entre os participantes sobre o que as questões importantes pendentes eram.
Como a discussão entra na esfera pública, as tensões estão determinados a intensificar-se. "Eu não me importo se é uma erva daninha ou uma praga, as pessoas ainda vão dizer que este é muito grande de um projeto de engenharia genética", diz Caplan. "Em segundo lugar, está alterando as coisas que são herdadas, e que sempre foi uma linha brilhante para a engenharia genética." Segurança, também, sem dúvida, será uma preocupação.Como o poder de uma ferramenta aumenta, o mesmo acontece com o seu potencial para a catástrofe, e unidades de genes baseados em Cas9 poderia ser extraordinariamente poderoso.
Há também pouco em termos de precedentes que podemos usar como um guia. Nossa experiência com os alimentos geneticamente modificados parece ser um bom lugar para começar, mas eles são relativamente organismos de nicho que são fortemente dependentes de água e fertilizantes. É muito fácil de mantê-los contidos para um campo. Não é assim com organismos selvagens; seu potencial para se espalhar não é tão limitado.
Consciente disto, Esvelt e seus colegas estão propondo uma série de salvaguardas, incluindo unidades de reversão que pode desfazer genes anteriormente projetados."Precisamos realmente ter certeza de quem trabalho, se nós estamos propondo a construção de uma unidade que se destina a modificar uma população selvagem", diz Esvelt.
Há ainda outros obstáculos possíveis para superar-cultivadas em laboratório mosquitos não pode cruzar com os selvagens, por exemplo, mas dado o quão perto esta tecnologia é para o horário nobre, Caplan sugere pesquisadores talhar a algumas diretrizes éticas iniciais.Um deles, usar espécies que são prejudiciais para a saúde humana e não aparecem para preencher um nicho único no mundo selvagem. (Mosquitos transmissores da malária parecem se encaixar nessa descrição.) Dois, fazer tanto trabalho quanto possível, utilizando modelos de computador. E três, os pesquisadores devem continuar a ser transparente sobre o seu progresso, como têm sido."Eu acho que a coisa toda é extremamente emocionante", diz Caplan. "Mas o tempo para realmente começar rachando na infra-estrutura legal / ético para esta tecnologia é agora."
Igreja concorda, embora ele também é otimista sobre o potencial para unidades de genes baseados em Cas9. "Eu acho que nós precisamos ter cuidado com todas as novas tecnologias, em especial todas as novas tecnologias que estão brincando com a natureza, de alguma forma ou de outra. Mas há também o risco de não fazer nada ", diz Church. "Temos uma população de 7 bilhões de pessoas.Você tem que lidar com as consequências ambientais do que isso. "
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