How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Tradutor: Maurício Kakuei Tanaka Revisor: Maricene Crus

From the smallest single-celled organism

Do menor organismo unicelular

to the largest creatures on earth,

às maiores criaturas da Terra,

every living thing is defined by its genes.

todos os seres vivos são definidos por seus genes.

The DNA contained in our genes acts like an instruction manual for our cells.

O DNA contido em nossos genes

atua como um manual de instruções para nossas células.

Four building blocks called bases are strung together in precise sequences,

Quatro blocos de construção chamados de bases

estão ligados em sequências precisas,

which tell the cell how to behave

que dizem à célula como se comportar

and form the basis for our every trait.

e formam a base de todas as nossas características.

But with recent advancements in gene editing tools,

Porém, com os recentes avanços das ferramentas de edição do genoma,

scientists can change an organism’s fundamental features in record time.

os cientistas podem alterar

as características fundamentais de um organismo em tempo recorde.

They can engineer drought-resistant crops

Podem modificar culturas resistentes às secas

and create apples that don’t brown.

e criar maçãs que não escurecem.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Podem impedir a disseminação de surtos infecciosos

and develop cures for genetic diseases.

e desenvolver curas para doenças genéticas.

CRISPR is the fastest, easiest, and cheapest of the gene editing tools

O CRISPR é a ferramenta de edição do genoma mais rápida, fácil e barata

responsible for this new wave of science.

responsável por essa nova onda da ciência.

But where did this medical marvel come from?

Mas de onde surgiu essa maravilha médica?

How does it work?

Como funciona?

And what can it do?

E o que pode fazer?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Surpreendentemente, o CRISPR é, na verdade, um processo natural

that’s long functioned as a bacterial immune system.

que funciona há muito tempo como sistema imunológico bacteriano.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Descoberto originalmente na defesa de bactérias e arqueias unicelulares

against invading viruses,

contra vírus invasores,

naturally occurring CRISPR uses two main components.

o CRISPR que ocorre na natureza usa dois componentes principais.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

O primeiro são fragmentos curtos de sequências repetitivas de DNA

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

chamados "repetições palindrômicas curtas agrupadas e regularmente interespaçadas",

or simply, CRISPRs.

ou, simplesmente, CRISPR.

The second are Cas,

O segundo são as Cas,

or “CRISPR-associated” proteins

ou proteínas "associadas ao CRISPR",

which chop up DNA like molecular scissors.

que cortam o DNA como uma tesoura molecular.

When a virus invades a bacterium,

Quando um vírus invade uma bactéria,

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

as proteínas Cas cortam um segmento do DNA viral

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

para costurá-lo na região CRISPR da bactéria,

capturing a chemical snapshot of the infection.

capturando uma fotografia química da infecção.

Those viral codes are then copied into short pieces of RNA.

Esses códigos virais são copiados depois em pedaços curtos de RNA.

This molecule plays many roles in our cells,

Essa molécula desempenha muitas funções em nossas células,

but in the case of CRISPR,

mas, no caso do CRISPR,

RNA binds to a special protein called Cas9.

o RNA liga-se a uma proteína especial chamada Cas9.

The resulting complexes act like scouts,

Os complexos resultantes atuam como exploradores,

latching onto free-floating genetic material

ligando-se a material genético flutuante

and searching for a match to the virus.

e procurando por algo que corresponda ao vírus.

If the virus invades again, the scout complex recognizes it immediately,

Se o vírus invadir novamente, o complexo explorador o reconhecerá logo,

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

e a Cas9 destruirá rapidamente o DNA viral.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Muitas bactérias têm esse tipo de mecanismo de defesa.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

Porém, em 2012, os cientistas descobriram como piratear o CRISPR,

to target not just viral DNA,

para visar não apenas o DNA viral,

but any DNA in almost any organism.

mas qualquer DNA de quase qualquer organismo.

With the right tools,

Com as ferramentas certas,

this viral immune system becomes a precise gene-editing tool,

esse sistema imunológico viral

torna-se uma ferramenta precisa de edição do genoma

which can alter DNA and change specific genes

que pode alterar o DNA e mudar genes específicos

almost as easily as fixing a typo.

quase tão facilmente como corrigir um erro tipográfico.

Here’s how it works in the lab:

Eis como funciona no laboratório:

scientists design a “guide” RNA to match the gene they want to edit,

os cientistas projetam um RNA "guia"

para corresponder com o gene que querem modificar

and attach it to Cas9.

e ligam-no à Cas9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

Assim como o RNA viral do sistema imunológico CRISPR,

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

o RNA guia conduz a Cas9 para o gene-alvo,

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

e a tesoura molecular da proteína corta o DNA.

This is the key to CRISPR’s power:

Esse é o segredo do poder do CRISPR:

just by injecting Cas9 bound to a short piece of custom guide RNA

basta injetar a Cas9 ligada a um pedaço curto do RNA guia personalizado

scientists can edit practically any gene in the genome.

e os cientistas podem modificar praticamente qualquer gene do genoma.

Once the DNA is cut,

Depois que o DNA é cortado, a célula tentará consertá-lo.

the cell will try to repair it.

Typically, proteins called nucleases

Geralmente, proteínas chamadas nucleases

trim the broken ends and join them back together.

aparam as pontas cortadas e as juntam de novo.

But this type of repair process,

Mas esse tipo de processo de reparação, chamado união de extremidade não homóloga,

called nonhomologous end joining,

is prone to mistakes

está propenso a erros

and can lead to extra or missing bases.

e pode levar a bases extras ou faltantes.

The resulting gene is often unusable and turned off.

Muitas vezes, o gene resultante fica inutilizável e é desativado.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

No entanto, se os cientistas incluírem uma sequência separada do DNA modelo

to their CRISPR cocktail,

ao coquetel CRISPR,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

as proteínas celulares podem realizar um processo diferente de reparação de DNA,

called homology directed repair.

chamado de reparo dirigido por homologia.

This template DNA is used as a blueprint to guide the rebuilding process,

Esse DNA modelo é usado como esquema para guiar o processo de reconstrução,

repairing a defective gene

que conserta um gene defeituoso ou, até mesmo, inclui um totalmente novo.

or even inserting a completely new one.

The ability to fix DNA errors

A capacidade de corrigir erros de DNA

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

significa que o CRISPR poderá criar novos tratamentos

para doenças ligadas a erros genéticos específicos,

linked to specific genetic errors, like cystic fibrosis or sickle cell anemia.

como fibrose cística ou anemia falciforme.

And since it’s not limited to humans,

Como não se limita a seres humanos,

the applications are almost endless.

as aplicações são quase infinitas,

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

O CISPR poderá criar plantas que produzam frutos maiores,

mosquitoes that can’t transmit malaria,

mosquitos que não transmitam a malária,

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

ou reprogramar células cancerígenas resistentes a medicamentos.

It’s also a powerful tool for studying the genome,

Também é uma ferramenta poderosa para estudar o genoma,

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

que permite aos cientistas ver o que acontece

quando os genes são desativados ou alterados dentro de um organismo.

or changed within an organism.

CRISPR isn’t perfect yet.

O CRISPR ainda não é perfeito.

It doesn’t always make just the intended changes,

Nem sempre faz apenas as modificações pretendidas,

and since it’s difficult to predict the long-term implications of a CRISPR edit,

e, como é difícil prever as implicações a longo prazo de uma modificação CRISPR,

this technology raises big ethical questions.

essa tecnologia levanta questões éticas importantes.

It’s up to us to decide the best course forward

Cabe a nós decidir o melhor caminho a seguir

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

conforme o CRISPR deixa organismos unicelulares para trás

and heads into labs, farms, hospitals,

e entra em laboratórios, fazendas, hospitais

and organisms around the world.

e organismos em todo o mundo.