Uma equipe de pesquisa liderada pelo biólogo sintético Xavier Duportet, cofundador da empresa de biotecnologia Eligo Bioscience, projetou com sucesso uma ferramenta de edição genética que pode modificar a população bacteriana na microbiota intestinal de camundongos vivos.
Os resultados experimentais iniciais mostraram que a ferramenta ajudou a modificar o gene alvo em mais de 90% das colônias de Escherichia coli dentro dos intestinos de camundongos vivos. Escherichia coli é um tipo de bactéria que normalmente vive nos intestinos de humanos e animais. Sabe-se que a maioria das cepas de E. coli causa diarreia transitória e leve, ou algumas infecções intestinais graves que levam a doenças mais sérias, como diarreia, dor abdominal e febre.
Vários estudos anteriores usaram o sistema de edição genética CRISPR—Cas para matar bactérias nocivas nos intestinos de camundongos. Mas Duportet e colegas queriam editar os genes das bactérias no microbioma intestinal sem matá-las.
Para fazer isso, os cientistas usaram um método de troca de uma base de nucleotídeo por outra — como converter um A em um G — sem quebrar a fita dupla do DNA. Até o momento, a maioria dos métodos existentes não consegue modificar suficientemente a população bacteriana alvo para ser eficaz. Isso ocorre porque os vetores introduziram apenas receptores-alvo comumente encontrados em bactérias cultivadas em laboratório.
Para superar esse obstáculo, Duportet e colegas projetaram um veículo de entrega que usa componentes de um bacteriófago — um tipo de vírus que infecta bactérias — para transportar vários receptores de E. coli expressos no ambiente intestinal. O vetor carrega uma “ferramenta básica de edição genética” que tem como alvo genes específicos de E. coli. A equipe também aprimorou o sistema para evitar que o material genético fornecido se replique e se espalhe quando estiver dentro da bactéria.
A equipe inseriu a ferramenta básica de edição genética em camundongos e a usou para mudar um A para um G em um gene da E. coli que produz β-lactamase — uma enzima que torna as bactérias resistentes a certos antibióticos. Cerca de oito horas após os animais serem tratados, cerca de 93% das bactérias alvo foram geneticamente editadas.
Os pesquisadores então ajustaram a ferramenta de edição para que ela pudesse modificar o gene E. coli que produz uma proteína que se acredita desempenhar um papel em algumas doenças neurodegenerativas e autoimunes. A porcentagem de bactérias editadas ficou em torno de 70% dentro de três semanas após o tratamento dos camundongos. No laboratório, os cientistas também podem usar a ferramenta para editar cepas de E. coli e Klebsiella pneumoniae que podem causar infecções por pneumonia. Isso sugere que o sistema de edição pode ser adaptado para atingir diferentes cepas e espécies bacterianas.
A conquista representa um “grande salto” no desenvolvimento de ferramentas que podem modificar bactérias diretamente dentro do intestino, abrindo a possibilidade de combater doenças e, ao mesmo tempo, impedir a propagação de DNA prejudicial.
O próximo passo para Duportet e colegas é desenvolver modelos de camundongos com doenças induzidas pelo microbioma para medir se edições genéticas específicas têm efeitos benéficos em sua saúde.
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