Microinjeção de DNA uma técnica do passado ?

Fonte: google imagens, “microinjections”.

Contemple a obra de Deus. Quem será capaz de endireitar o que ele torceu? Não só podemos alterar a mãe natureza, acho que ela quer que façamos isso. — Gattaca, 1997

Diferentes sistemas na natureza se organizam e funcionam em sua própria dinâmica. Seres vivos utilizam o código genético como mecanismo central de informação. Entender a linguagem do código genético (popularmente chamado de DNA) e desenvolver novos métodos de interação são essenciais para compreender e interferir nos sistemas dos seres vivos.

A engenharia genética vem como o campo que possibilita fornecer ferramentas, métodos e estratégias para adentrar no universo genético, gerando tecnologias e soluções que impactam diretamente na humanidade, seja na cura, tratamento de doenças, produção de alimentos ou em novas formas de sintetizar fatores biológicos a baixo custo, por exemplo.

Um tópico na engenharia genética de muito interesse social e econômico são os organismos geneticamente modificados (OGM ou transgênicos), que em linhas gerais são seres vivos alterados geneticamente em laboratório que possuem genes (códigos com informações ou segmentos do DNA) de origem exógena (estrangeiro) com algum propósito específico. Dentre alguns exemplos práticos na indústria estão animais que crescem mais para melhorar a produção carne como bovinos e suínos, vacas capazes de produzirem mais leite, plantas capazes de se defender naturalmente a insetos e pragas sem a necessidade de agrotóxicos, plantas que brilham no escuro, mosquitos capazes de diminuir a reprodução do vírus da dengue e conter infecções (este um feito de ciência brasileira), frutos maiores e mais nutritivos entre outros.

Microinjeção é o método mais disseminado para produção de transgênicos [1–3] consiste na utilização de uma micropipeta (muito semelhante a uma injeção) que introduz no óvulo fertilizado ou em diferentes fases do embrião agentes que serão capazes de fornecer informações adicionais para serem incorporadas ao seu organismo (alterando seu código genético) como exemplificado na imagem .

Imagem extraída de [4]. Na linha ( a ) ilustra-se a microinjeção no óvulo fertilizado, injetando um segmento de DNA (gene), com informação de interesse, na esperança que esse gene seja incorporado ao genoma ( ao código genético ) do organismo. Esse óvulo é implantado em uma fêmea para gestação e geração da prole com intuito de algum filho venha com a modificação. Na linha ( b ) ilustra-se a microinjeção no embrião na fase de blastocisto ( um aglomerado de células ) e desta vez o agente injetado será células tronco modificadas geneticamente com o gene de interesse. O resultado desta metodologia é um embrião quimera com células hospedeiras e células tronco estrangeiras. Os procedimentos seguintes são os mesmos do anterior, no entanto sua prole é parcialmente modificada e apenas com o cruzamento dos quimeras é possível chegar a prole transgênica. O terceiro procedimento ( c ), envolve a injeção do núcleo ( compartimento celular onde reside o código genético ) de células somáticas geneticamente modificadas em uma fase de desenvolvimento do óvulo chamada oócito. Nesta técnica é retirado o núcleo do oócito para que receba o núcleo de outra célula. O procedimento segue a implantação da fêmea receptora e captação da prole normalmente. Esta terceira forma pode ser entendido como clonagem também uma vez que as células somáticas são de hospedeiros que já se desenvolveram.

Gargalo da microinjeção

A microinjeção é uma metodologia que vem se desenvolvendo ao longo dos anos e com aplicações comerciais em um mercado de bilhões e bilhões de dólares [2]. No entanto para geração de empresas e pesquisas pouco financiadas, existe um enorme gargalo ao alto custo, uma combinatória de financeiro atrelado a equipamentos caros, insumos, treinamento de recursos humanos para implementação, tempo de sucesso (podendo chegar na casa de uma década) e somado aos gastos também a baixa eficiência das técnicas dificultam a conquista da operação [1–10 ] .

Os custos financeiros para produção de um transgênico pode alcançar uma margem próxima de $500 000 [5,6]. Estimativas para suínos giram em torno de $ 25 000 e bovinos acima de $ 300 000 [7].

A taxa de sucesso varia em função da espécie, por exemplo, para 200 ovócitos de cabra, 300 de ovelha e 1000 de bovino se produz um transgênico [1,5]. Em peixes essa taxa de sucesso é em média apenas de 2 % [8] , em ratos 3 % e porcos 1.5 % [4,7]. Estima-se que a taxa de sucesso em mamíferos flutue entre 1 a 3 % dos embriões com transferência nuclear [3]. As razões para acometer essas taxas são várias, exemplificando com abordagens mais antigas os segmentos de DNA utilizados eram incorporados aleatoriamente ao longo do genoma, podendo ser funcional ou não. Técnicas mais recentes utilizando tecnologia CRISPR-Cas9 possuem uma refinada taxa de precisão [9].

Novo método P2C com CAS 9 — RNP que facilita a edição genética

Recentemente um estudo publicado na Nature Communications [9] consegue elevar o patamar de edições genéticas. Cientistas identificaram um peptídeo (P2C) em mosquitos capazes de mediar a Cas9 para dentro da células de Oócitos (células germinativas) sem a necessidade de uma microinjeção na célula. A estratégia foi nomeada de “Receptor-Mediated Ovary Transduction of Cargo” (ReMOT Control). Toda a técnica baseia-se em associar (ligar) a CAS 9 (proteína da tecnologia CRISPR-Cas9) com gene de interesse (CAS 9 — RNP) ao P2C e injetar na corrente sanguínea de mosquitos fêmeas. Essa proteína carrea (leva) seu ligante, CAS 9 — RNP, diretamente para o Oócito. Em um processo de reconhecimento de interação receptor-ligante do Oócito com P2C, a célula inicia um processo de endocitose e a CAS 9 — RNP é entregue dentro da célula alvo (internalizada), como ilustrado na imagem abaixo.

Imagem ilustrativa extraída de [9]. A imagem ilustra a interação receptor-ligante, da célula germinativa (Oócito em azul) com o P2C e a internalização da CAS 9 — RNP por meio de endocitose.

O futuro da edição genética em embriões

O aparato e o treinamento de recursos humanos para microinjeção requerem alguns milhares de dólares enquanto ReMOT Control, custa em torno de $ 2 e pode ser aprendida em menos de uma hora [10]. A microinjeção é um processo mais invasivo para as células germinativas (oócito, neste caso) e embriões porque perfuram a membrana para injetar no interior seu agente exógeno. No caso das células germinativas podem causar dano e levar a falhas no cumprimento da técnica. ReMOT Control explora uma forma mais “natural” de utilizar os próprios mecanismos biológicos para inserção de informação ao novo ser que está sendo formado. Isto gera até questões acerca das atividades humanas sobre a biologia: Será que biotecnologia está ficando mais próxima dos mecanismos da natureza ao invés das práticas artificiais humanas ? Apesar do método ter sido descrito no filo de artrópodes em mosquitos, é possível extrapolar que talvez estes mecanismos ou semelhantes podem reger em outras espécies (é necessário mais pesquisa básica para saber quem são e se existem). Sistemas de entrega de informação genética via receptor-ligante em células germinativas podem tornar as abordagens que utilizem sofisticadas e caras microinjeções uma tecnologia do passado, abrindo novas oportunidades e acessibilidade a empreendedores para gerar nichos comerciais mais rapidamente, otimizando assim a indústria de biotecnologia.

Referências

[1] Produção de animais transgênicos: Metodologias e aplicações, Embrapa, ISSN 0102–0110, 2005.

[2] Use of Transgenic Animals in Biotechnology: Prospects and Problems, O. G. Maksimenko, A.V. Deykin, Yu. M. Khodarovich, P. G. Georgiev, Acta Naturae, 2013.

[3] Advances in farm animal transgenesis, Wilfried A. Kues,Heiner Niemann, Elsevier, 2011.

[4] A future for transgenic livestock, John Clark and Bruce Whitelaw, Nature reviews — Genetics, 2013.

[5] Resource Requirements for Transgenic Livestock Research, G. E. Seidel, Jr., Animal Reproduction and Biotechnology Laboratory, 1993.

[6] Generation of Transgenic Cattle by Lentiviral Gene Transfer into Oocytes, Andreas Hofmann et al., Biology of Reprodution, DOI 10.1095/biolreprod.104.028472, 2004.

[7] Effect of DNA concentration on transgenesis rates in mice and pigs, Mark. B. Nottle et al., Transgenic Research, 2001.

[8] Transgenia de peixes: a microinjeção em foco, Fernanda Policarpo Tonelli, Ana Rita Araújo, Rodrigo R Resende nanocellnews, dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2013.10.07.001, 2013.

[9] Targeted delivery of CRISPR-Cas9 ribonucleoprotein into arthropod ovaries for heritable germline gene editing, Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467–018–05425–9, 2018.

[10] CRISPR Method Dramatically Improves Gene Editing Delivery to Mosquitoes, Gen News Highlights,2018.

Willian Barela Costa

Written by

Citizen lost in the curvature of Space — Time. Scientist, lover of brain, conciousness, aging, intelligent and complex systems.

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