Capacidades do CRISPR se Expandem com Nova Atividade Antiviral

Expandindo o Potencial do CRISPR – O que é o CRISPR e Por que Importa

Since its discovery, CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), which won the Prêmio Nobel de Química de 2020, has revolutionized medicine and biotechnology.

Fonte: Nobel Prize

Isso ocorre porque o CRISPR é o primeiro método de edição genética que permite um direcionamento muito preciso de uma sequência genética específica, possibilitando a correção de erros genéticos in vitro ou in vivo sem risco de mutações indesejadas.

Isso é importante, pois a inserção gênica não direcionada tem sido associada a problemas graves, notadamente riscos de câncer, tornando seu uso terapêutico difícil e controverso.

O CRISPR pode ser usado de várias maneiras para interromper um gene já presente, deletar uma sequência específica ou editar/inserir a sequência genética correta.

Fonte: CRISPR Therapeutics

This turned into a medical breakthrough with the FDA approval for the first CRISPR-based therapy in 2023, developed by CRISPR Therapeutics (CRSP ) for genetic blood diseases (siga o link para um relatório dedicado sobre a CRISPR Therapeutics).

No entanto, a edição gênica precisa controlada por humanos não é o que o CRISPR foi usado na natureza. Isso é, antes de tudo, uma ferramenta antiviral que as bactérias utilizam para sobreviver a ataques de vírus.

E agora parece que o CRISPR é ainda mais versátil do que se entendia anteriormente, pois pode modificar o metabolismo celular, bloqueando a replicação viral. Essa foi uma descoberta feita por cinco pesquisadores da Rockefeller University e do Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

Eles publicaram seus resultados na prestigiosa revista científica Science¹, sob o título “Cat1 forma redes de filamentos para degradar NAD+ durante a resposta antiviral CRISPR-Cas tipo III”.

Origens Naturais do CRISPR nas Bactérias

A maioria das bactérias está sob constante ameaça de vírus especializados em atacá-las, chamados bacteriófagos (literalmente “comedores de bactérias”).

Por isso, estes fagos estão sendo investigados por seu potencial em formar “antibióticos vivos” que contornariam a maioria das crescentes resistências a antibióticos.

Cada sequência genética CRISPR encontrada dentro de um CRISPR bacteriano individual é derivada de um fragmento de DNA de um bacteriófago que previamente infectou o procarionte ou um de seus ancestrais.

Essas sequências são usadas para detectar e destruir DNA de bacteriófagos semelhantes durante infecções subsequentes, formando uma espécie de “imunidade adquirida” contra fagos. O CRISPR é encontrado em aproximadamente 50% dos genomas bacterianos sequenciados.

Considerando o quão difundidos são os sistemas CRISPR, e quão importantes eles são contra infecções virais ou bacterianas, talvez não seja tão surpreendente que possuam outras propriedades antivirais adicionais.

CRISPR Pode Bloquear Vírus ao Interromper a Função Celular

CRISPR como Sistema Imunológico Coletivo das Bactérias

Outras atividades além da “tesoura genética” para os sistemas CRISPR são cada vez mais bem compreendidas, notadamente graças ao esforço do Laboratory of Bacteriology headed by Pr. Luciano Marraffini.

Fonte: Amacad

Eles focaram especialmente em uma classe de moléculas nos sistemas CRISPR-Cas10 chamadas efetores CARF, que são proteínas ativadas quando um bacteriófago infecta uma bactéria.

Os efetores CARF têm diferentes abordagens múltiplas para alcançar o mesmo objetivo: interromper a atividade celular. À medida que a replicação de DNA e a produção de proteínas cessam nas células infectadas, também cessa a produção do vírus.

“O trabalho coletivo de nossos laboratórios está revelando o quão eficazes—e diferentes—são esses efetores CARF. A variedade de suas atividades moleculares é bastante impressionante.”

Pr. Luciano Marraffini – Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Esse efeito protege indiretamente todas as outras bactérias na área e é, em última análise, bastante semelhante em seus princípios ao sistema imunológico de mamíferos, linfócitos NK (Natural Killer) que matam células infectadas (e células cancerosas) para impedir a propagação do vírus.

Proteína Cat1: A Chave para o Novo Truque do CRISPR

Como em muitas descobertas recentes de biotecnologia, ferramentas avançadas de IA ajudaram os pesquisadores a encontrar uma agulha no palheiro. Neste caso, foi uma ferramenta chamada Foldseek, um programa de busca baseado na ferramenta AlphaFold da Google (GOOGL ) para prever a configuração 3D de proteínas.

Em vez de comparar sequências de proteínas, o Foldseek compara suas estruturas 3D, aumentando a chance de encontrar proteínas que são funcionalmente semelhantes, mesmo que utilizem uma sequência de aminoácidos diferente. Foldseek diminui os tempos de computação em quatro a cinco ordens de magnitude comparado aos métodos anteriores.

Fonte: ResearchGate

Com o Foldseek, os pesquisadores encontraram uma proteína provavelmente um efetor CARF que eles chamaram de Cat1, que demonstrou ter um sistema de ativação muito preciso.

Esta proteína é alertada sobre a presença de um vírus por moléculas mensageiras secundárias chamadas tetra-adenilato cíclico, ou cA4. Em seguida, faz com que o Cat1 degrade um metabólito essencial na célula chamado NAD+.

“Uma vez que uma quantidade suficiente de NAD+ seja clivada, a célula entra em um estado de parada de crescimento.

Com a função celular em pausa, o fagóide não pode mais se propagar e se espalhar para o restante da população bacteriana.

Christian Baca – estudante de pós-graduação TPCB.

O que a Estrutura do Cat1 Revela

Como costuma acontecer, quanto mais descobertas científicas são feitas, mais novas questões surgem também.

Ao estudar a estrutura real do Cat1, os pesquisadores descobriram que ele tem uma forma estranha.

Duas cópias do Cat1 são coladas pela molécula sinal cA4, formando filamentos longos durante a infecção viral, e aprisionam os metabólitos NAD+ dentro de bolsões moleculares pegajosos. Ele também formou estruturas mais complexas ao nível celular.

“Os filamentos interagem entre si para formar feixes espirais trigonométricos, e esses feixes podem então expandir para formar feixes espirais pentagonais,”

Puja Majumder – pesquisadora de pós-doutorado no Patel Lab

Fonte: Rockefeller’s Laboratory of Bacteriology

Esses Truques Antivirais Poderiam Funcionar em Humanos?

A gama muito complexa e ampla de capacidades antivirais dos sistemas CRISPR em bactérias levanta a questão: Isso poderia funcionar em humanos também?

Esta, é claro, é uma ideia que já tem sido discutida, especialmente porque os vírus ainda são formas de infecção muito mais difíceis de combater do que as bactérias, para as quais os antibióticos ainda são (na maioria) eficazes.

Uma dessas possibilidades seria a edição genômica para tratar infecções virais crônicas como HIV, SARS-CoV-2 e vírus da hepatite. Vírus como varíola e monkeypox também poderiam talvez ser tratados dessa forma.

Esse nível mais avançado de compreensão dos sistemas CRISPR também pode ajudar a adicionar funcionalidades ou reduzir efeitos colaterais da terapia gênica baseada em CRISPR existente, tornando-a uma ferramenta terapêutica ainda melhor.

Investindo em Tecnologias CRISPR

CRISPR Therapeutics

O que diferencia a CRISPR Therapeutics é a equipe de fundadores de alto nível, que inclui a Dra. Emmanuelle Charpentier, cuja pesquisa seminal revelou os mecanismos chave da tecnologia CRISPR-Cas9.

Isso estabeleceu a base para o uso do CRISPR-Cas9 como uma ferramenta de edição genética versátil e precisa. Vários prêmios reconheceram seu trabalho, incluindo o Prêmio Nobel de Medicina de 2020 e o Breakthrough Prize em Ciências da Vida.

A CRISPR Therapeutics está desenvolvendo uma plataforma de edição gênica CRISPR/Cas9 eficiente e versátil para terapias que tratam hemoglobinopatias, câncer, diabetes e outras doenças.

A primeira terapia que estavam avançando era direcionada às doenças sanguíneas β-talassemia e anemia falciforme.

Eles foram agora aprovados sob o nome comercial Casgevy para ambas as aplicações. O primeiro programa CAR-T alogênico da empresa, direcionado a malignidades de células B, também está em ensaios clínicos.

Embora a anemia falciforme seja uma doença com um mercado possivelmente pequeno, uma vez que a tecnologia esteja madura, eles podem avançar para direcionar outros vetores de doença.

Como a primeira empresa com uma terapia CRISPR aprovada, a CRISPR Therapeutics está em boa posição para ser a primeira a gerar fluxo de caixa positivo a partir da tecnologia e expandir ainda mais suas aplicações.

E esse histórico excepcional provavelmente tornará a empresa um parceiro de escolha para qualquer outra companhia farmacêutica que deseje alcançar as terapias CRISPR.

Últimas CRISPR Therapeutics (CRSP) Notícias de Ações e Desenvolvimentos

Estudo Referenciado:

^{1. Christian F. Baca et al. Cat1 forma redes de filamentos para degradar NAD+ durante a resposta antiviral CRISPR-Cas tipo III. Science 10 Apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}