Dois cientistas ganharam o Praªmio Nobel de Quí­mica na quarta-feira por desenvolver um manãtodo de edição de genoma comparado a "tesouras moleculares" que oferecem a promessa de um dia curar doenças heredita¡rias e atéca¢ncer.

Trabalhando em lados opostos do Atla¢ntico, a francesa Emmanuelle Charpentier e a americana Jennifer A. Doudna desenvolveram um manãtodo conhecido como CRISPR / Cas9 que pode ser usado para alterar o DNA de animais, plantas e microrganismos com extrema precisão.

"Ha¡ um poder enorme nessa ferramenta genanãtica, que afeta a todos nós", disse Claes Gustafsson, presidente do Comitaª do Nobel de Quí­mica. "Nãosão revolucionou a ciência ba¡sica, mas também resultou em colheitas inovadoras e levara¡ a novos tratamentos médicos inovadores."

Gustafsson disse que, como resultado, qualquer genoma pode agora ser editado "para consertar danos genanãticos", acrescentando que a ferramenta "proporcionara¡ a  humanidade grandes oportunidades".

Mas ele alertou que o "enorme poder dessa tecnologia significa que temos que usa¡-la com muito cuidado".

Já levantou sanãrias questões anãticas na comunidade cienta­fica. A maior parte do mundo ficou mais ciente do CRISPR em 2018, quando o cientista chinaªs Dr. He Jiankui revelou que ajudou a fazer os primeiros bebaªs com edição genanãtica do mundo, para tentar criar resistência a futuras infecções com o va­rus da AIDS. Seu trabalho foi denunciado mundialmente como experimentação humana insegura devido ao risco de causarmudanças não intencionais que podem passar para as gerações futuras, e ele atualmente estãona prisão.

Em setembro, um painel internacional de especialistas divulgou um relatório dizendo que ainda émuito cedo para tentar fazer bebaªs geneticamente modificados porque a ciência não éavana§ada o suficiente para garantir a segurança, mas eles mapearam um caminho para qualquerpaís que deseje considera¡-lo.

"Eu estava muito emocionado, devo dizer", disse Charpentier, 51, a repa³rteres por telefone de Berlim, após ouvir o praªmio, anunciado na quarta-feira em Estocolmo pela Academia Real de Ciências da Suanãcia.

Questionada sobre o fato de que foi a primeira vez que duas mulheres ganharam o Nobel de química juntas, Charpentier disse que, embora se considere acima de tudo uma cientista, ela espera que isso encoraje outras.

"Desejo que isso transmita uma mensagem positiva a s jovens que desejam seguir o caminho da ciaªncia", disse ela.

Doudna contou a  Associated Press sobre sua surpresa ao receber o telefonema matinal.

"Eu literalmente descobri, estou em choque", disse ela. "Eu estava dormindo."

"Minha maior esperana§a éque seja usado para o bem, para descobrir novos mistanãrios da biologia e para beneficiar a humanidade", disse Doudna.

O Broad Institute em Harvard e o MIT estãoem uma longa disputa judicial por patentes da tecnologia CRISPR, e muitos outros cientistas fizeram um trabalho importante nisso, mas Doudna e Charpentier foram homenageados com prêmios por transforma¡-la em uma ferramenta facilmente utiliza¡vel.

O prestigioso praªmio vem com uma medalha de ouro e um praªmio em dinheiro de 10 milhões de coroas suecas (mais de US $ 1,1 milha£o), cortesia de um legado deixado hámais de um século pelo criador do praªmio, o inventor sueco Alfred Nobel. O valor foi aumentado recentemente para ajustar a inflação.

Na segunda-feira, o Comitaª do Nobel concedeu o praªmio de fisiologia e medicina aos americanos Harvey J. Alter e Charles M. Rice e ao cientista brita¢nico Michael Houghton pela descoberta do va­rus da hepatite C, que destra³i o fa­gado. O praªmio de física de tera§a-feira foi para Roger Penrose da Gra£-Bretanha, Reinhard Genzel da Alemanha e Andrea Ghez dos Estados Unidos por suas descobertas na compreensão dos mistanãrios dos buracos negros ca³smicos.

Os outros prêmios são para trabalhos de destaque nas áreas de literatura, paz e economia.

Anaºncio da Fundação Nobel:

A Real Academia Sueca de Ciências decidiu conceder o Praªmio Nobel de Quí­mica 2020 para

Unidade Emmanuelle Charpentier Max Planck para a Ciência de Pata³genos, Berlim, Alemanha

Jennifer A. Doudna

University of California, Berkeley, EUA

"para o desenvolvimento de um manãtodo para edição de genoma"

Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna descobriram um de tecnologia genanãtica de ferramentas afiadas: as CRISPR / cas9 tesoura genanãticos. Usando isso, os pesquisadores podem alterar o DNA de animais, plantas e microrganismos com extrema precisão. Essa tecnologia teve um impacto revoluciona¡rio nas ciências da vida , estãocontribuindo para novas terapias contra o câncer e pode tornar realidade o sonho de curar doenças heredita¡rias.

Os pesquisadores precisam modificar os genes nas células se quiserem descobrir o funcionamento interno da vida. Isso costumava ser um trabalho demorado, difa­cil e a s vezes impossí­vel. Usando a tesoura genanãtica CRISPR / Cas9, agora épossí­vel alterar o ca³digo da vida ao longo de algumas semanas.

"Ha¡ um poder enorme nessa ferramenta genanãtica, que afeta a todos nós. Ela não são revolucionou a ciência ba¡sica , mas também resultou em safras inovadoras e levara¡ a novos tratamentos médicos inovadores", disse Claes Gustafsson, presidente do Comitaª do Nobel para Quí­mica.

Como tantas vezes na ciaªncia, a descoberta dessas tesouras genanãticas foi inesperada. Durante os estudos de Emmanuelle Charpentier sobre o Streptococcus pyogenes, uma das bactanãrias que mais causam danos a  humanidade, ela descobriu uma molanãcula atéentão desconhecida, o tracrRNA. Seu trabalho mostrou que o tracrRNA faz parte do antigo sistema imunológico da bactanãria, CRISPR / Cas, que desarma os va­rus ao clivar seu DNA.

Charpentier publicou sua descoberta em 2011. No mesmo ano, ela iniciou uma colaboração com Jennifer Doudna, uma bioquímica experiente com vasto conhecimento de RNA. Juntos, eles conseguiram recriar a tesoura genanãtica da bactanãria em um tubo de ensaio e simplificar os componentes moleculares da tesoura para que fossem mais fa¡ceis de usar.

Em um experimento que marcou anãpoca, eles reprogramaram a tesoura genanãtica. Em sua forma natural, as tesouras reconhecem o DNA dos va­rus, mas Charpentier e Doudna provaram que podem ser controladas para que possam cortar qualquer molanãcula de DNA em um local predeterminado. Onde o DNA écortado, éfa¡cil reescrever o ca³digo da vida.

Desde que Charpentier e Doudna descobriram as tesouras genanãticas CRISPR / Cas9 em 2012, seu uso explodiu. Essa ferramenta contribuiu para muitas descobertas importantes na pesquisa ba¡sica, e os pesquisadores de plantas foram capazes de desenvolver safras que resistem a mofo, pragas e seca. Na medicina, ensaios clínicos de novas terapias contra o câncer estãoem andamento e o sonho de ser capaz de curar doenças heredita¡rias estãoprestes a se tornar realidade. Essas tesouras genanãticas levaram as ciências da vida a uma nova anãpoca e, de muitas maneiras, estãotrazendo os maiores benefa­cios para a humanidade.

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Uma das atrações da ciência éque ela éimprevisível - vocênunca pode saber com antecedaªncia aonde uma ideia ou pergunta pode nos levar. a€s vezes, uma mente curiosa encontrara¡ um beco sem saa­da, a s vezes ela encontrara¡ um labirinto espinhoso que leva anos para navegar. Mas, de vez em quando, ela percebe que éa primeira pessoa a contemplar um horizonte de possibilidades incalcula¡veis.

O editor de genes chamado CRISPR-Cas9 éuma dessas descobertas inesperadas com um potencial de tirar o fa´lego. Quando Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna começam a investigar o sistema imunológico de uma bactanãria Streptococcus, uma ideia era que talvez pudessem desenvolver uma nova forma de antibia³tico. Em vez disso, eles descobriram uma ferramenta molecular que pode ser usada para fazer incisaµes precisas no material genanãtico, tornando possí­vel alterar facilmente o ca³digo da vida.

Apenas oito anos após sua descoberta, essas tesouras genanãticas remodelaram as ciências biológicas. Os bioquímicos e bia³logos celulares podem agora investigar facilmente as funções de diferentes genes e seu possí­vel papel na progressão da doena§a. No melhoramento de plantas, os pesquisadores podem dar a s plantas caracteri­sticas especa­ficas, como a capacidade de resistir a  seca em um clima mais quente. Na medicina, esse editor de genes estãocontribuindo para novas terapias contra o câncer e os primeiros estudos que tentam curar doenças heredita¡rias.

Existem exemplos quase infinitos de como o CRISPR-Cas9 pode ser usado, o que também inclui aplicações antianãticas. Como acontece com toda tecnologia poderosa, essas tesouras genanãticas precisam ser regulamentadas. Mais sobre isso mais tarde.

Em 2011, nem Emmanuelle Charpentier nem Jennifer Doudna tinham ideia de que seu primeiro encontro, em um caféem Porto Rico, foi um encontro de mudança de vida. Comea§aremos apresentando Charpentier, que inicialmente propa´s sua colaboração.

Algumas pessoas a chamam de motivada, atenciosa e meticulosa. Outros dizem que Emmanuelle Charpentier sempre busca o inesperado. Ela mesma, ela cita Louis Pasteur, "O acaso favorece a mente preparada". O desejo de fazer novas descobertas e o desejo de ser livre e independente tem governado seu caminho. Incluindo seus estudos de doutorado no Institut Pasteur em Paris, ela morou em cincopaíses diferentes, sete cidades diferentes e trabalhou em dez instituições diferentes.

Seus arredores e abordagens mudaram, mas a maioria de suas pesquisas tem um denominador comum: bactanãrias patogaªnicas. Por que eles são tão agressivos? Como eles desenvolvem sua resistência aos antibia³ticos? E épossí­vel encontrar novos tratamentos que possam interromper seu progresso?

Em 2002, quando Emmanuelle Charpentier iniciou seu pra³prio grupo de pesquisa na Universidade de Viena, ela se concentrou em uma das bactanãrias que causam os maiores danos a  humanidade: Streptococcus pyogenes. Todos os anos, ele infecta milhões de pessoas, muitas vezes causando infecções facilmente trata¡veis, como amigdalite e impetigo. No entanto, também pode causar sepse com risco de vida e quebrar os tecidos moles do corpo, dando-lhe a reputação de "comedor de carne".

Para entender melhor o S. pyogenes, Charpentier começou investigando exaustivamente como os genes dessa bactanãria são regulados. Essa decisão foi o primeiro passo no caminho para a descoberta da tesoura genanãtica - mas antes de prosseguirmos nessa estrada, descobriremos mais sobre Jennifer Doudna. Porque enquanto Charpentier estãofazendo estudos detalhados de S. pyogenes, Doudna ouve - pela primeira vez - uma abreviatura que ela acha que soa mais na­tida.

Mesmo quando criana§a crescendo no Havaa­, Jennifer Doudna tinha um forte desejo de saber as coisas. Um dia, seu pai colocou o livro de James Watson, The Double Helix, em sua cama. Esta história de detetive sobre como James Watson e Francis Crick resolveram a estrutura da molanãcula de DNA era diferente de tudo que ela havia lido em seus livros escolares. Ela foi cativada pelo processo cienta­fico e percebeu que ciência émais do que fatos.

No entanto, quando ela começou a desvendar mistanãrios cienta­ficos, sua atenção não estava no DNA, mas em seu irmão molecular: o RNA. Em 2006 - quando a conhecemos - ela estãoliderando um grupo de pesquisa na Universidade da Califa³rnia, Berkeley, e tem duas décadas de experiência de trabalho com RNA. Ela tem uma reputação de pesquisadora de sucesso, com faro para projetos inovadores, e recentemente entrou em um campo novo e estimulante: a interferaªncia de RNA.

Por muitos anos, os pesquisadores acreditaram que entendiam a função ba¡sica do RNA, mas de repente descobriram muitas pequenas moléculas de RNA que ajudam a regular a atividade dos genes nas células. O envolvimento de Jennifer Doudna na interferaªncia de RNA éa razãopela qual, em 2006, ela recebeu um telefonema de um colega em um departamento diferente.

Seu colega, que émicrobiologista, conta a Doudna sobre uma nova descoberta: quando os pesquisadores comparam o material genanãtico de bactanãrias muito diferentes, bem como de arqueas (um tipo de microorganismo), eles encontram sequaªncias de DNA repetitivas que são surpreendentemente bem preservadas. O mesmo ca³digo aparece repetidamente, mas entre as repetições existem sequaªncias únicas que diferem. a‰ como se a mesma palavra fosse repetida entre cada frase única de um livro.

Essas matrizes de sequaªncias repetidas são chamadas de repetições palindra´micas curtas regularmente interespaa§adas, abreviadas como CRISPR. O interessante éque as sequaªncias únicas e não repetitivas do CRISPR parecem corresponder ao ca³digo genanãtico de vários va­rus, então o pensamento atual éque essa éuma parte de um antigo sistema imunológico que protege bactanãrias e arqueas dos va­rus. A hipa³tese éque, se uma bactanãria conseguiu sobreviver a uma infecção viral, ela adiciona um pedaço do ca³digo genanãtico do va­rus ao seu genoma como uma memória da infecção.

Ainda não se sabe como funciona tudo isso, diz a colega, mas a suspeita éque o mecanismo usado pelas bactanãrias para neutralizar um va­rus seja semelhante ao estudado por Doudna: a interferaªncia de RNA.

Esta nota­cia énota¡vel e emocionante. Se for verdade que as bactanãrias tem um sistema imunológico antigo, isso éimportante. O senso de intriga molecular de Jennifer Doudna ganha vida e ela comea§a a aprender tudo o que pode sobre o sistema CRISPR.

Acontece que, além das sequaªncias CRISPR, os pesquisadores descobriram genes especiais que chamaram de associados ao CRISPR, abreviado como cas. O que Doudna acha interessante éque esses genes são muito semelhantes aos genes que codificam para protea­nas já conhecidas que se especializam em desenrolar e cortar DNA. Então, as protea­nas Cas tem a mesma função? Eles clivam o DNA do va­rus?

Ela coloca seu grupo de pesquisa para trabalhar e, depois de alguns anos, eles conseguiram revelar a função de várias protea­nas Cas diferentes. Paralelamente, um punhado de outros grupos de pesquisa em outras universidades estãoestudando o sistema CRISPR / Cas recanãm-descoberto. Seu mapeamento mostra que o sistema imunológico das bactanãrias pode assumir formas muito diferentes. O sistema CRISPR / Cas estudado por Doudna pertence a  classe 1; éum mecanismo complexo que requer muitas protea­nas Cas diferentes para desarmar um va­rus. Os sistemas de classe 2 são significativamente mais simples porque precisam de menos protea­nas. Em outra parte do mundo, Emmanuelle Charpentier acaba de encontrar tal sistema. De volta para ela.

Quando deixamos Emmanuelle Charpentier, ela morava em Viena, mas em 2009 mudou-se para um cargo com boas oportunidades de pesquisa na Universidade de Umea¥, no norte da Suanãcia. Ela foi avisada sobre se mudar para uma parte tão remota do mundo, mas o inverno longo e escuro lhe permite muita paz e sossego para trabalhar.

E ela precisa disso. Ela também estãointeressada em pequenas moléculas de RNA reguladoras de genes e, trabalhando com pesquisadores em Berlim, ela mapeou os pequenos RNAs encontrados em S. pyogenes. Os resultados deram a ela muito em que pensar, porque uma das pequenas moléculas de RNA que existe em grandes quantidades nesta bactanãria éuma variante ainda desconhecida, e o ca³digo genanãtico para este RNA émuito pra³ximo da sequaªncia peculiar de CRISPR no genoma da bactanãria.

As semelhanças entre os dois fazem Charpentier suspeitar que eles estãoligados. Uma análise cuidadosa de seus ca³digos genanãticos também revela que uma parte da pequena e desconhecida molanãcula de RNA corresponde a  parte do CRISPR que se repete. a‰ como encontrar duas pea§as de um quebra-cabea§a que se encaixem perfeitamente.

Charpentier nunca havia trabalhado com CRISPR, mas seu grupo de pesquisa inicia algum trabalho de detetive microbiola³gico completo para mapear o sistema CRISPR em S. pyogenes. Esse sistema, que pertence a  classe 2, já era conhecido por exigir apenas uma única protea­na Cas, Cas9, para clivar o DNA do va­rus. Charpentier mostra que a molanãcula de RNA desconhecida, que édenominada RNA crispr transativador (tracrRNA), também tem uma função decisiva; énecessa¡rio que o RNA longo que écriado a partir da sequaªncia CRISPR no genoma amadurea§a em sua forma ativa.

Apa³s experimentação intensiva e direcionada, Emmanuelle Charpentier publica a descoberta do tracrRNA em mara§o de 2011. Ela sabe que estãono encala§o de algo muito emocionante. Ela tem muitos anos de experiência em microbiologia e em sua investigação conta­nua do sistema CRISPR-Cas9, ela deseja cooperar com um bioqua­mico. Jennifer Doudna éa escolha natural. Portanto, naquela primavera, quando Charpentier éconvidada para uma conferaªncia em Porto Rico para falar sobre suas descobertas, seu objetivo éconhecer esse habilidoso pesquisador de Berkeley.

Por coincidaªncia, eles se encontram em um caféno segundo dia da conferaªncia. Um colega de Doudna os apresenta e, no dia seguinte, Charpentier propaµe que eles explorem juntos a parte antiga da capital. Enquanto caminham pelas ruas de paralelepa­pedos, eles comea§am a falar sobre suas pesquisas. Charpentier se pergunta se Doudna estãointeressada em uma colaboração - ela gostaria de participar do estudo da função de Cas9 no sistema simples de classe 2 de S. pyogenes?

Jennifer Doudna estãointrigada, e eles e seus colegas fazem planos para o projeto por meio de reuniaµes digitais. A suspeita éque o CRISPR-RNA énecessa¡rio para identificar o DNA de um va­rus e que o Cas9 éa tesoura que corta a molanãcula de DNA. No entanto, nada acontece quando eles testam in vitro. A molanãcula de DNA permanece intacta. Por quaª? Ha¡ algo errado com as condições experimentais? Ou o Cas9 tem uma função totalmente diferente?

Depois de muito brainstorming e vários experimentos fracassados, os pesquisadores finalmente adicionaram o tracrRNA aos seus testes. Anteriormente, eles acreditavam que o tracrRNA são era necessa¡rio quando o CRISPR-RNA era clivado em sua forma ativa, mas uma vez que Cas9 teve acesso ao tracrRNA, o que todos estavam esperando realmente aconteceu: a molanãcula de DNA foi clivada em duas partes.

As soluções evoluciona¡rias muitas vezes surpreenderam os pesquisadores, mas isso foi algo extraordina¡rio. A arma que os estreptococos desenvolveram como proteção contra va­rus ésimples e eficaz, atébrilhante. A história das tesouras genanãticas poderia ter parado aqui; Charpentier e Doudna descobriram um mecanismo fundamental em uma bactanãria que causa grande sofrimento para a humanidade. Essa descoberta foi surpreendente em si mesma, mas o acaso favorece mentes preparadas.

Os pesquisadores decidem tentar simplificar a tesoura genanãtica. Usando seus novos conhecimentos sobre tracr-RNA e CRISPR-RNA, eles descobriram como fundir os dois em uma única molanãcula, que chamaram de RNA guia. Com essa variante simplificada da tesoura genanãtica, eles então realizam um experimento que marca uma anãpoca: eles investigam se podem controlar essa ferramenta genanãtica para que corte o DNA em um local decidido pelos pesquisadores.

A esta altura, os pesquisadores sabem que estãopra³ximos de um grande avanço. Eles pegam um gene que já estãoem um freezer no laboratório de Doudna e selecionam cinco locais diferentes onde o gene deve ser clivado. Em seguida, eles alteram a parte CRISPR da tesoura de modo que seu ca³digo corresponda ao ca³digo onde os cortes sera£o feitos. O resultado foi impressionante. As moléculas de DNA foram clivadas exatamente nos lugares certos.

Logo depois que Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna publicaram sua descoberta da tesoura genanãtica CRISPR / Cas9 em 2012, vários grupos de pesquisa demonstraram que essa ferramenta pode ser usada para modificar o genoma em células de camundongos e humanos, levando a um desenvolvimento explosivo. Anteriormente, mudar os genes em uma canãlula, planta ou organismo era demorado e a s vezes impossí­vel. Usando a tesoura genanãtica, os pesquisadores podem - em princa­pio - fazer cortes em qualquer genoma que desejarem. Depois disso, éfa¡cil utilizar os sistemas naturais da canãlula para o reparo do DNA, de modo que eles reescrevam o ca³digo da vida.

Como essa ferramenta genanãtica étão fa¡cil de usar, ela agora éamplamente difundida na pesquisa ba¡sica. a‰ usado para alterar o DNA de células e animais de laboratório com o objetivo de compreender como diferentes genes funcionam e interagem, por exemplo, durante o curso de uma doena§a.

A tesoura genanãtica também se tornou uma ferramenta padrãono melhoramento de plantas. Os manãtodos usados ​​anteriormente por pesquisadores para modificar genomas de plantas frequentemente exigiam a adição de genes para resistência a antibia³ticos. Quando as safras eram plantadas, havia o risco de a resistência aos antibia³ticos se espalhar para os microrganismos circundantes. Graças a  tesoura genanãtica, os pesquisadores não precisam mais usar esses manãtodos antigos, pois agora eles podem fazer alterações muito precisas no genoma. Entre outras coisas, eles editaram os genes que fazem o arroz absorver metais pesados ​​do solo, levando a variedades de arroz melhoradas com na­veis mais baixos de ca¡dmio e arsaªnico. Os pesquisadores também desenvolveram culturas que resistem melhor a  seca em um clima mais quente e que resistem a insetos e pragas que, de outra forma, teriam de ser tratadas com pesticidas.

Na medicina, as tesouras genanãticas estãocontribuindo para novas imunoterapias para o câncer e testes estãoem andamento para realizar um sonho - curar doenças heredita¡rias. Os pesquisadores já estãorealizando ensaios clínicos para investigar se podem usar o CRISPR / Cas9 para tratar doenças do sangue, como anemia falciforme e beta talassemia, bem como doenças oculares heredita¡rias.

Eles também estãodesenvolvendo manãtodos para reparar genes em órgãos grandes, como o cérebro e os maºsculos. Experimentos com animais mostraram que va­rus especialmente concebidos podem entregar a tesoura genanãtica a s células desejadas, tratando modelos de doenças heredita¡rias devastadoras, como distrofia muscular, atrofia muscular espinhal e doença de Huntington. No entanto, a tecnologia precisa ser aprimorada antes de ser testada em humanos.

Além de todos os seus benefa­cios, as tesouras genanãticas também podem ser mal utilizadas. Por exemplo, esta ferramenta pode ser usada para criar embriaµes geneticamente modificados. No entanto, hámuitos anos existem leis e regulamentos que controlam a aplicação da engenharia genanãtica, que incluem proibições de modificar o genoma humano de uma forma que permita que as alterações sejam herdadas. Além disso, experimentos que envolvem humanos e animais devem sempre ser revisados ​​e aprovados por comitaªs de anãtica antes de serem realizados.

Uma coisa écerta: essas tesouras genanãticas afetam a todos nós. Enfrentaremos novas questões anãticas, mas esta nova ferramenta pode muito bem contribuir para resolver muitos dos desafios que a humanidade enfrenta agora. Com sua descoberta, Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna desenvolveram uma ferramenta química que levou as ciências da vida a uma nova anãpoca. Eles nos fizeram olhar para um vasto horizonte de potencial inimagina¡vel e, ao longo do caminho - conforme exploramos esta nova terra - temos a garantia de fazer novas e inesperadas descobertas.