Imagine uma ferramenta tão precisa que permite aos cientistas editar o DNA de bactérias, plantas e até seres humanos com a mesma facilidade com que alteramos palavras em um documento. Essa não é uma promessa de ficção científica, mas sim a realidade proporcionada pela CRISPR-Cas9. Nos últimos textos, exploramos como a alteração genética otimiza a produção de bioprodutos. Hoje, vamos entender o funcionamento dessa tecnologia, que se tornou a principal ferramenta de edição genética dos laboratórios modernos.
O que é CRISPR-Cas9?
O CRISPR-Cas9 é um sistema de edição genética de alta precisão, descoberto originalmente como um “sistema imunológico” de bactérias usado para protegê-las de infecções virais, e que utilizado como uma técnica de biologia molecular permite remover, adicionar e/ou trocar sequências de DNA localizadas em qualquer região do genoma.
A tecnologia da CRISPR-Cas9 se mostrou como uma ferramenta tão ampla, versátil e potente que praticamente todas as pesquisas envolvendo modificações genéticas em bactérias, fungos, plantas, animais e até humanos (embora ainda haja muitas barreiras e discussões éticas no caso dos humanos) já a utilizam. Pesquisas agrícolas já têm aplicado em plantas para controle de placas, e o LEBIMO utiliza em fungos para o desenvolvimento de linhagens que expressem proteínas recombinantes.
A sigla CRISPR-Cas9 traduz-se como “Conjunto de Repetições Palindrômicas Regularmente Espaçadas em associação com a nuclease Cas9”. Complicado? Sim, mas vamos entender um pouco melhor. Para isso, vamos separar em duas partes:
- O CRISPR (Conjunto de Repetições Palindrômicas Regularmente Espaçadas) nada mais é do que um grupo de sequências de nucleotídeos (as famosas “letrinhas” do genoma) que se repetem diversas vezes em intervalos regulares e que, quando são transcritas para RNA, algumas dessas sequências se reconhecem e se associam, por serem complementares (daí o termo palíndromo).
- A Cas9 é uma nuclease, uma enzima especializada em cortar DNA, que atua como um par de “tesouras” capaz de cortar especificamente as duas fitas de DNA em um local designado no genoma.
Essa pequena molécula de RNA, produzida a partir do CRISPR, atua como um “GPS celular”. Conhecida como RNA guia (guide RNA ou RNAg ou gRNA), ela fornece as coordenadas, direcionando a enzima Cas9 até o ponto específico do genoma que precisa ser cortado.
Como foi descoberta a CRISPR-Cas9?
Em 1987, pesquisadores da Universidade de Osaka no Japão, perceberam pela primeira vez a presença de sequências CRISPR no DNA de bactérias da espécie Escherichia coli, um organismo muito utilizado (chamado de “organismo modelo”) para pesquisas de genética. Naquela época, ainda não se sabia o que eram essas sequências; contudo, como logo foi visto o mesmo fenômeno em outras espécies, chegou-se à conclusão de que deveriam ser importantes.
Com o passar dos anos, a teoria do sistema imunológico de bactérias (e organismos procarióticos em geral) ganhou força ao se perceber que, entre as pequenas repetições complementares, havia fragmentos de DNA de bacteriófagos (vírus especializados em matar bactérias); ou seja, as bactérias tinham uma “biblioteca” de informações genéticas de potenciais “predadores”.
Em 2002, pesquisadores também notaram os primeiros genes associados às sequências CRISPRs em bactérias, dois deles com características de helicases e nucleases, ou seja, enzimas que “abrem” as duas fitas de DNA e enzimas que cortam ambas as fitas de DNA. A essas enzimas foi dado o nome Cas, do inglês, proteínas (ou genes) associadas a CRISPR. Essas primeiras pesquisas fizeram com que ganhasse muita força a hipótese de que tais proteínas, genes e sequências CRISPR estavam envolvidas com a edição de DNA nas bactérias.
Por fim, em 2007 e 2011, importantes avanços foram feitos para se entender o mecanismo completo do CRISPR-Cas9. Entre esses anos, revelou-se que as sequências CRISPR eram transcritas em pequenas moléculas de RNA e que esses pequenos RNAs direcionavam as proteínas Cas para moléculas estranhas com informação genética, normalmente o genoma de vírus tentando infectar a bactéria.
O ponto de virada ocorreu em 2012, quando as cientistas Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna publicaram um artigo demonstrando como o sistema CRISPR-Cas9 poderia ser programado para cortar qualquer molécula de DNA in vitro. Essa descoberta, que transformou um mecanismo de defesa bacteriano em uma ferramenta revolucionária de edição genética, rendeu às duas pesquisadoras o Prêmio Nobel de Química em 2020.
Como o sistema da CRISPR-Cas9 funciona na prática?
Tudo começa quando os pesquisadores decidem e conhecem previamente uma sequência no DNA que querem alterar, por exemplo, uma mutação que se quer retirar por causar uma doença ou o gene de uma proteína recombinante que se quer adicionar ao genoma. A partir disso, o RNA guia (comentado acima, no primeiro tópico) é sintetizado quimicamente para se ligar a essa região específica do genoma na qual se vai adicionar ou retirar algo.
Logo após, se aplica na célula de interesse (seja uma bactéria, célula de planta ou fungo, como no LEBIMO) várias cópias do RNAg, Cas9 e — nos casos em que se tem interesse em acrescentar algo — o gene de interesse. Por fim, o RNAg se une à Cas9 e indica a esta a sequência complementar a ele do genoma, que então é cortada. Depois, o próprio sistema de reparo de DNA da célula “conserta” essa região que foi cortada. Nesse ponto, existem algumas possibilidades de resultado final:
- Se o interesse era remover uma mutação: o sistema de reparo acrescenta os nucleotídeos que foram cortados, possivelmente consertando o erro derivado da mutação.
- Se o interesse era retirar um gene inteiro: utilizam-se dois RNAg, sendo que um vai mirar o “corte” no começo do gene e outro no “final” deste; depois disso, o sistema de reparo da célula “religa” as extremidades das fitas de DNA, ignorando o gene que foi cortado fora.
- Se o interesse era inserir um gene: além do RNAg e da Cas9, deve-se adicionar a sequência de DNA a ser inserida; após a Cas9 cortar o DNA, o sistema de reparo da célula vai incorporar o gene de interesse no genoma, ligando cada extremidade do DNA às extremidades da sequência inserida no meio.
Assim, utilizando o sistema CRISPR/Cas9, pesquisadores conseguem reparar, silenciar e reprimir genes, entre diversas outras alterações genéticas, necessárias para suas pesquisas.
Quais são as aplicações da CRISPR-Cas9?
Como já comentado, o sistema da CRISPR-Cas9 foi originalmente proposto como um mecanismo “imune” de bactérias contra a infecção por vírus. Assim, por si só, este já se mostra uma ferramenta naturalmente promissora para o tratamento de doenças infecciosas, como hepatite B e HIV. Além disso, o CRISPR-Cas9 vem sendo estudado por diversos grupos de pesquisa como ferramenta para tratamento de diversas doenças genéticas, como câncer e doenças autoimunes e monogênicas (ou seja, causadas por um único gene).
No caso do HIV, vários estudos com células-tronco já demonstram o potencial protetor de um gene chamado CCR5 contra o vírus HIV; alterações nesse gene utilizando a CRISPR-Cas9 garantiram uma maior resistência à infecção pelo vírus. Entretanto, nem tudo é perfeito e ainda existem diversas discussões éticas quanto a pesquisas desse gênero em seres humanos.
Por exemplo, em 2018, um cientista chinês anunciou que duas bebês gêmeas nasceram após terem sido geneticamente modificadas utilizando-se da técnica de CRISPR/Cas9. Ainda quando eram embriões, ambas tiveram seu genoma modificado, especificamente o gene CCR5, para que fossem resistentes a infecção pelo HIV. Durante o anúncio, o cientista explicou que os bebês nasceram saudáveis e sem qualquer sequela. Contudo, a edição genética de embriões é um assunto controverso e precisa ser muito analisado, principalmente em suas camadas éticas. O caso gerou indignação na comunidade científica global devido aos riscos desconhecidos e à falta de transparência, resultando na condenação criminal do pesquisador e impulsionando debates rigorosos sobre a regulamentação da edição genética em humanos.
No cenário de modificações de fungos e outros organismos para biomanufatura e outros bioprocessos, como acontece no LEBIMO, o uso de CRISPR-Cas9 já está muito mais naturalizado e frequente, sendo utilizada no cotidiano para a exclusão, inclusão ou alteração de genes de interesse, como proteínas recombinantes para produção de antibióticos, biocombustíveis e suplementos alimentares.
E quais são as limitações da CRISPR-Cas9?
Como comentei logo acima, a edição de genoma (principalmente o humano) levanta diversas questões éticas que são bastante importantes. Ao redor de todo o mundo, diversos comitês de ética, instituições de pesquisa e governos têm discutido a aplicação da edição de DNA em embriões humanos, em parte pela possibilidade de sérios efeitos sociais (como aumento de preconceito e estigmatização) e em parte por não se entender as consequências biológicas a longo prazo após a modificação genética de embriões. Para além da nossa espécie, essa discussão também acontece, muito voltada para a preservação de genomas “naturais” com o crescente avanço de linhagens com melhorias genéticas focadas no aumento da produtividade; contudo, o número e a intensidade dessas discussões são menores.
Ainda assim, a CRISPR-Cas9 é a grande esperança para a medicina atual, com foco no desenvolvimento de novas terapias para o tratamento de doenças genéticas. Entretanto, ainda são necessárias muitas pesquisas para avaliar a eficiência e, principalmente, a segurança do uso dessa técnica em humanos, inclusive em adultos.
Outros estudos também mostraram que o sistema CRISPR/Cas9 pode errar o alvo indicado pelo RNAg, acabando por editar outras regiões do genoma, criando ainda mais problemas por gerar novos erros no DNA. Esses eventos são chamados de off-targets (ou “fora do alvo” em português), sendo um fator limitante e importante no uso da CRISPR-Cas9 em humanos. Por isso, ainda são necessários muitos anos de pesquisa para entender como esse sistema atua no nosso organismo e quais são as consequências de editar nosso genoma.
A tecnologia CRISPR-Cas9 representa um marco na biologia moderna, oferecendo ferramentas sem precedentes para a medicina e a biotecnologia. No cenário da biomanufatura, a capacidade de inserir, alterar e remover genes abre novos caminhos para a pesquisa. Mas, como a simples remoção de um gene pode impulsionar a produção industrial? No próximo artigo, exploraremos como a deleção estratégica de genes está otimizando bioprocessos e transformando a forma como produzimos materiais sustentáveis.
| O presente trabalho foi realizado com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Brasil. Processo nº 2025/23381-7. As opiniões, hipóteses e conclusões ou recomendações expressas neste material são de responsabilidade do(s) autor(es) e não necessariamente refletem a visão da FAPESP. |
Para saber mais:
- AREND, Marcela Corso; PEREIRA, Jessica Olivaes; MARKOSKI, Melissa Medeiros. O Sistema CRISPR/Cas9 e a possibilidade de edição genômica para a cardiologia. Arquivos Brasileiros de Cardiologia, v. 108, p. 81-83, 2017.
- GOSTIMSKAYA, Irina. CRISPR–cas9: A history of its discovery and ethical considerations of its use in genome editing. Biochemistry (Moscow), v. 87, n. 8, p. 777-788, 2022.
- JANG, Hyeon-Ki et al. Current trends in gene recovery mediated by the CRISPR-Cas system. Experimental & Molecular Medicine, v. 52, n. 7, p. 1016-1027, 2020.
- JINEK, Martin et al. A programmable dual-RNA–guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. science, v. 337, n. 6096, p. 816-821, 2012.
- LI, Tianxiang et al. CRISPR/Cas9 therapeutics: progress and prospects. Signal transduction and targeted therapy, v. 8, n. 1, p. 36, 2023.
- REDMAN, Melody et al. What is CRISPR/Cas9?. Archives of Disease in Childhood-Education and Practice, v. 101, n. 4, p. 213-215, 2016.
- TANIGUTI, Nathália. CRISPR/Cas9: edição do DNA e o tratamento de doenças. Blog Mendelics. Acesso em: 11 maio 2026.
Muito bom o artigo, estava buscando informações sobre o CRISPR-Cas9 e me foi muito útil. Obrigado!