TICS SOI IV - Sistema CRISPR-Cas9

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FAHESP/IESVAP
FACULDADE CIÊNCIAS HUMANAS, EXATAS E DA SAÚDE DO PIAUÍ.
INSTITUTO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR DO VALE DO PARNAÍBA
DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO - TICS 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM MEDICINA
ENZO PESSOA FARIAS
O que é Sistema CRISPR-Cas9?
Como esse sistema relaciona-se ao tratamento de determinadas patologias?
O Sistema CRISPR-Cas9 foi desenvolvido a partir de sua descoberta como Sistema Imunológico bacteriano, o qual possibilita a edição do genoma atrás da clivagem do DNA. Esse sistema é constituído por uma proteína que corta o DNA, chamada Cas9 e uma molécula de RNA, conhecida como RNA guia, quando ocorre a junção dessa proteína com a molécula forma-se um complexo, que é capaz de se parear com as bases de uma sequência-alvo e assim seccionar o DNA. É importante mencionar que, o sistema imunológico adaptativo é altamente eficiente, identificado em espécies pertencentes aos domínios Bactéria e Archaea, que tem a capacidade de reconhecer e destruir o genoma de agentes patogênicos.
No sistema bacteriano, a estrutura genética do CRISPR, é constituída por repetições palindrômicas curtas, agrupadas e regularmente interespaçadas. Essas repetições quando transcritas, formam o RNA transativador (ou RNA guia), o qual é responsável por direcionar a enzima Cas9, ao alvo. Quando o Cas9 se localiza e se liga a uma sequência comum de genoma chamada PAM, o RNA guia desenrola parte da dupla hélice e assim a fita de RNA é projetada para encontrar e combinar uma sequência particular no DNA, depois de encontrar a sequência correta, o Cas9 pode seccionar o DNA, e seu dois domínios de nucleasse, cada um faz um corte gerando uma secção de corrente dupla. Diante disso, existem dois mecanismos de reparo, o primeiro diz respeito a unir os dois fragmentos do DNA, entretanto não é muito eficiente pois nessa junção uma base pode se soltar ou ser adicionada. A outra forma seria captar o fragmento homologo de DNA, o qual é presente em organismos diploides como os humanos, em que se tem uma cópia do genoma materno e outro paterno, caso um seja danificado, pode-se usar o outro cromossomo, assim o reparo é feito e o genoma estará protegido novamente. Vale ressaltar que, tanto a proteína Cas9 quanto o RNA guia, podem ser introduzidos in vitro em outras células e direcionados a locais específicos do genoma, para que provoquem quebras na fita dupla. Após esta clivagem, a maquinaria molecular intrínseca do organismo, responsável pela correção de erros no genoma, é utilizada para alterar a sequência de DNA, adotando a modificação. Desta forma, o sistema pode ser utilizado tanto para reparar mutações, restaurando a função gênica, quanto para introduzir mutações novas. 
Assim, conciliando sofisticadas técnicas moleculares e biotecnológicas, o sistema CRISPR/Cas9 foi proposto para uma aplicação em edição genômica modificação de genomas em vários tipos celulares, incluindo células-tronco e outras aplicabilidades. 
REFERÊNCIAS: 
AREND, Marcela Corso; PEREIRA, Jessica Olivares; MARKOSHI, Melissa Medeiros. O sistema CRISP/Cas9 e a possibilidade e edição genômica para Cardiologia. Arquivo Brasileiro de Cardiologia. v.108, n.1, p.81-83,2017.
BARBOSA, Kledson Lopes; CAVALCANTE, Glensinon Souza Silva. A biotecnologia envolvida no sistema CRISPR. Revistas de Ciências Medicas e Biológicas. v.18, n.1, p.123-127,2019. 
WATSON, J.D et al. Biologia molecular do gene. 5.ed. Porto Alegre: Artmed,2013.
OU
O sistema CRISPR (Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e RegularmenteInterespaçadas), se tornou ao longo dos anos uma ferramenta promissora para a edição genética. Nesta técnica as bactérias possuem um sistema imunológico adaptativo, chamado CRISPR que lhes permite detectar o DNA viral e destruí-lo. Junto a esse sistema foi descoberta uma proteína denominada Cas9, capaz de procurar, clivar e degradar o DNA do vírus. Essa proteína é encontrada na Streptococcus Pyogenes (uma bactéria conhecida por causar infecção na garganta) e através do estudo dessa proteína, perceberam que poderiam usá-la como ferramenta para edição de genomas. Cas9 é uma enzima que possui dois domínios de nuclease, sendo que cada um destes é responsável por clivar uma das fitas do DNA detectado pelo sistema CRISPR-Cas. 
A funcionalidade do sistema CRISPR/CAS9 tem como base o mecanismo de defesa bacteriano contra o vírus invasor que ao detectar um DNA viral já conhecido, produz duas fitas de RNAs curtos, onde uma delas terá a sequência correspondente a do vírus invasor. Depende de sistemas de reparo e recombinação endógenos para completar o processo de clivagem, como íntrons autocliváveis, nucleases de dedo de zinco e nucleases efetoras. O sistema CRISPR/Cas9 quando um bacteriófago invade, mas não destrói a célula bacteriana, onde parte de seu DNA possa ser inserido no genoma do hospedeiro, sendo intercalado com sequências repetidas. As endonucleases Cas1 e Cas2 formam um complexo que promove clivagem parcial do DNA viral e esses fragmentos são direcionados e introduzidos no genoma bacteriano. Durante o processo de transcrição, este fragmento de DNA irá produzir RNA mensageiro ao qual várias moléculas de tracRNA (trans ativador RNA) se ligam. Esta ligação auxilia a clivagem do RNA mensageiro originando fragmento de crRNA (RNA CRISPR), este complexo tracRNA e crRNA se associa a endonuclease Cas9 a qual é responsável por promover a clivagem de um DNA invasor. O complexo de tracRNA e crRNA é responsável por direcionar a Cas9 até o DNA invasor. Ao se ligarem a sequência complementar presente no DNA viral e reconhecer domínio PAM (protospaceradjacentmotif), a endonuclease Cas9, cliva a dupla fita e desta forma impossibilita a progressão da infecção. Esse processo representa importante mecanismo do sistema imune existente em bactérias. Com isso, o sistema pode ser usado para reparar mutações (restaurar a função do gene) e para introduzir novas mutações (para causar o "nocaute" do gene).
Dessa forma de acordo com as pesquisas realizada, a tecnologia CRISPR / Cas9 permite modificar genes específicos, sem alterar outros. Além de tratar doenças hereditárias, podendo ser utilizada no domínio das doenças infecciosas, possivelmente fornecendo uma forma de produzir antibióticos mais específicos.
REFERÊNCIAS:
AREND, Marcela Corso; PEREIRA, Jessica Olivaes; MARKOSKI, Melissa Medeiros. O Sistema CRISPR / Cas9 e a Possibilidade de Edição Genômica para a Cardiologia. Arq. Bras. Cardiol. , São Paulo, v. 108, n. 1, pág. 81-83, janeiro de 2017.
Rufino AD. Ramos. CRISPR/Cas9: uma ferramenta de edição genética para investigação e novas terapias. Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra, 5 de julho 2016 [ Acesso em 28 de set. 2018]. Disponível em
JIANG, F. et al. Structures of a CRISPR-Cas9 R-loop complex primed for DNA cleavage. Science. On-line. 14 jan. 2016.