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Utilização de novas ferramentas de edição gênica na produção animal

O melhoramento genético é uma busca constante do setor agropecuário. A aceleração deste processo se dá sabidamente com a incorporação de novas biotecnologias. A tecnologia de edição gênica permite modificações altamente específicas do genoma de modo eficiente. Pesquisas em organismos geneticamente modificados (OGM), ou apenas transgênicos, movimentaram o meio científico, porém, não mobilizaram o meio comercial, visto que animais transgênicos ainda não podem ser utilizados na alimentação humana. Contudo, a tecnologia de edição gênica permite alterações genéticas sem introdução de material genético exógeno, diferentemente dos transgênicos. Esta vantagem da edição gênica possibilitaria que animais editados fossem utilizados em programas de melhoramento e cruzamento industrial de rebanhos comerciais.

A tecnologia de edição gênica teve seu início com estudos das repetições palindrômicas curtas agrupadas e regularmente interespaçadas ou apenas “CRISPR”. Esse sistema, originalmente identificado no genoma da Escherichia coli (Ishino et al., 1987), foi descrito como um elemento de sequências de DNA repetidas incomuns. Próximo dessas sequências de DNA está o gene que expressa à enzima Cas9, que possui a capacidade de cortar precisamente o DNA, formando então a maquinaria CRISPR/Cas9. Sabe-se hoje que essas repetições estão presentes no DNA plasmidial de bactérias e archaeas, e que os RNAs oriundos dessas sequências atuam juntamente com a Cas9, como um sistema imune de procariotos e em resposta a desafios virais. O funcionamento da maquinaria bacteriana do sistema CRISPR/Cas9 foi descrita em 2012 pelo grupo de Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier e colocada em prática em 2013 pelo grupo de Feng Zhang, como ferramenta de indução de clivagem direcionada em locos genômicos de mamíferos.

A capacidade de usar uma sequência de RNA para programar a clivagem de uma sequência específica de DNA definiu uma nova classe de ferramentas de engenharia genômica. Essa sequência de RNA é denominada RNA guia. O RNA guia pode ser construído de acordo com a sequência específica de DNA a ser modificada, com a função de conduzir a Cas9 até a região do genoma que seja correspondente a essa sequência. No local desejado, a enzima Cas9 quebra a região específica do DNA. Cong et al., (2013) demonstraram que o sistema CRISPR de Streptococcus pyogenes pode ser reconstituído heterologamente em células de mamíferos para possibilitar a edição eficiente do genoma. Um estudo de acompanhamento confirmou o direcionamento guiado por RNA com alta eficiência em várias linhas celulares humanas (Mali et al., 2013). Com o aprimoramento da técnica e a descoberta da sua especificidade e eficácia, novas utilizações foram possibilitadas, ampliando a variabilidade e a aplicabilidade da metodologia.

            Alguns estudos já demonstraram a eficácia da técnica em diferentes espécies como ovinos, peixes e bovinos. Vilarino et al., (2017) inativaram o gene PDX1, impedindo a pancreatogênese em ovelhas e possibilitando novos estudos nessa espécie, como modelo para a geração de órgãos interespécies na medicina regenerativa. Kishimoto et al., (2018) realizaram a deleção do gene da miostatina em peixes da espécie Pagrus major resultando em uma animal que atinge o peso ao abate precocemente e demonstra maior aproveitamento de filé, por desenvolver uma estrutura óssea mais ampla. Mueller et al., (2019) demonstraram a utilização do CRISPR em bovinos para clivar o gene responsável pelo crescimento de chifres em gado leiteiro, mantendo a taxa de ganho genético, restringindo a endogamia a níveis aceitáveis ??e, simultaneamente, abordando a preocupação com o bem-estar animal, visto que esses animais passam por procedimentos dolorosos e estressantes de retirada dos chifres.

No cenário atual da produção animal a possibilidade de utilização da técnica em diferentes genomas, bem como sua facilidade de aplicação já foram comprovados. Essa tecnologia, do ponto de vista da pecuária, amplia em larga escala a possibilidade de uma nova era do melhoramento genético, mais rápido e mais específico. Os possíveis benefícios da moderna edição gênica em animais de produção otimizariam a cadeia produtiva de carne, leite e derivados, no Brasil e no mundo, permitindo o bem-estar animal em conjunto com elevados índices zootécnicos.
 

Por: Caroline Pereira da Costa, Marcelo Demarchi Goissis

Departamento de Reprodução Animal,  Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia, Universidade de São Paulo

 

Referências Bibliográficas

 

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Ishino Y, Shinagawa H, Makino K, Amemura M, Nakata A. Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product.  Journal of Bacteriology 169, 5429–5433. 1987.

Kishimoto K, Washio Y, Yoshiura Y, Toyoda A, Ueno T, Fukuyama H, Kato K, Kinoshita M. Production of a breed of red sea bream Pagrus major with an increase of skeletal muscle mass and reduced body length by genome editing with CRISPR/Cas9. Aquaculture 495, 415–427. 2018.

Mueller ML, Cole JB, Sonstegard TS, Van Eenennaam AL. Comparison of gene editing versus conventional breeding to introgress the POLLED allele into the US dairy cattle population. JournalDairy Science. 102:4215–4226. 2019.

Mali P, Yang ,L Esvelt KM, Aach J, Guell M, DiCarlo JE, Norville JE, Church GM RNA Guided Human Genome Engineering via Cas9. Science, Vol. 339, Issue 6121, pp. 823-826, 2013.

Vilarino M, Rashid ST, Suchy FP, McNabb BR, Meulen TVD, Fine EJ, Mursaliyev SAN, Sebastiano V, Diab SS, Huising MO, Nakauchi H, J. Ross P. CRISPR/Cas9 microinjection in oocytes disables pancreas development in sheep. Scientific Reports, 7: 17472, 2017.

Wiedenheft B, Sternberg SH, Doudna JA. RNA guided genetic silencing systems in bacteria and archaea. Nature 482, pages 331–338. 2012.



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