How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

From the smallest single-celled organism

Do organismo unicelular mais pequeno

to the largest creatures on earth,

às maiores criaturas na Terra,

every living thing is defined by its genes.

todos os seres vivos se definem pelos seus genes.

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

O ADN contido nos nossos genes

atua como um manual de instruções para as nossas células.

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

Quatro blocos de construção, chamados bases,

estão ligados em sequências rigorosas,

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,

Mas, com os recentes progressos nas ferramentas de modificação de genes,

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 apodrecem.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Podem impedir a disseminação de surtos infecciosos

and develop cures for genetic diseases.

e imaginar curas para doenças genéticas.

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

O CRISPR é a ferramenta de modificação de genes mais rápida, fácil e barata

responsible for this new wave of science.

responsável por esta nova onda da ciência.

But where did this medical marvel come from?

Mas de onde apareceu esta maravilha médica?

How does it work?

Como é que funciona?

And what can it do?

E o que é que pode fazer?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Surpreendentemente, o CRISPR é um processo natural

that’s long functioned as a bacterial immune system.

que há muito que funciona como sistema imunitário bacteriano.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Descoberto por defender 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 curtos fragmentos de sequências repetitivas de ADN

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

chamados "repetições palindrómicas 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 ADN 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 ADN viral

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

para o coser na região CRISPR da bactéria

capturing a chemical snapshot of the infection.

capturando uma fotografia química da infeção.

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

Estes códigos virais são depois copiados em pedaços curtos de ARN.

Esta molécula desempenha muitas funções nas nossas células

This molecule plays many roles in our cells,

but in the case of CRISPR,

mas, no caso do CRISPR,

RNA binds to a special protein called Cas9.

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

The resulting complexes act like scouts,

Os complexos resultantes atuam como batedores,

latching onto free-floating genetic material

ligando-se a material genético flutuante

and searching for a match to the virus.

e procurando uma coincidência para o vírus.

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

Se o vírus invade novamente, o complexo batedor reconhece-o logo,

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

e a Cas9 destrói rapidamente o ADN viral.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Muitas bactérias têm este tipo de mecanismo de defesa.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

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

to target not just viral DNA,

para visar não apenas o ADN viral,

but any DNA in almost any organism.

mas qualquer ADN em quase qualquer organismo.

With the right tools,

Com as ferramentas adequadas,

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

este sistema imunitário viral torna-se

numa rigorosa ferramenta de modificação de genes

which can alter DNA and change specific genes

que pode alterar o ADN e mudar genes específicos

almost as easily as fixing a typo.

quase tão facilmente como reparar um erro tipográfico.

Here’s how it works in the lab:

No laboratório funciona assim:

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

os cientistas concebem um ARN "guia"

para coincidir 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,

Tal como o ARN viral no sistema imunitário CRISPR,

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

o ARN guia dirige a Cas9 para o gene em questão

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

e a tesoura molecular da proteína corta o ADN.

This is the key to CRISPR’s power:

É este o segredo para o 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 ARN 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 de cortado o ADN,

the cell will try to repair it.

a célula vai tentar repará-la.

Typically, proteins called nucleases

Habitualmente, proteínas chamadas nucleases

trim the broken ends and join them back together.

aparam as pontas cortadas e juntam-nas de novo.

But this type of repair process,

Mas este tipo de processo de reparação,

called nonhomologous end joining,

chamado união de extremidade não-homóloga,

is prone to mistakes

é propenso a erros

and can lead to extra or missing bases.

e pode levar a bases extra ou em falta.

The resulting gene is often unusable and turned off.

O gene daí resultante fica inutilizado e é desativado.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

Mas, se os cientistas juntarem uma sequência separada do ADN modelo

to their CRISPR cocktail,

ao seu "cocktail" CRISPR,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

as proteínas celulares podem realizar um processo de reparação do ADN diferente,

called homology directed repair.

chamado reparação dirigida por homologia.

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

Este ADN modelo é usado como esquema para guiar o processo de reconstrução,

repairing a defective gene

reparando um gene defeituoso

or even inserting a completely new one.

ou inserindo um gene totalmente novo.

The ability to fix DNA errors

A capacidade de reparar erros de ADN

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

significa que o CRISPR poderá criar um novo tratamento para doenças

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

ligadas a erros genéticos específicos,

como a fibrose cística ou a anemia de células falciformes.

And since it’s not limited to humans,

Como não se limita aos 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 cancerosas 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

permitindo que os cientistas observem o que acontece

quando os genes são desativados

or changed within an organism.

ou alterados dentro de um organismo.

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 duma modificação CRISPR,

this technology raises big ethical questions.

esta tecnologia coloca grandes problemas éticos.

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

Cabe-nos decidir o melhor caminho a seguir

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

quando o CRISPR abandonar os organismos unicelulares

and heads into labs, farms, hospitals,

e aparecer nos laboratórios, nas quintas, nos hospitais

and organisms around the world.

e nos organismos em todo o mundo.