Os cientistas deram um passo importante para compreender como funcionam os sistemas CRISPR, especialmente aqueles conhecidos como sistemas tipo IV-A, que funcionam de forma diferente da maioria dos outros sistemas. Esses sistemas utilizam formas únicas de gerenciar material genético sem cortá-lo. Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Patrick Pausch, pela Dra. Lina Malinauskaite, pelo Dr. Rafael Pinilla-Redondo e pelo professor Lennart Randau, incluindo pesquisadores da Universidade de Vilnius, da Universidade Philipps de Marburg e da Universidade de Copenhague, usou métodos avançados de imagem para revelar novos detalhes sobre esses sistemas. Suas descobertas foram publicadas na revista Nature Communications.
Ao contrário de outros sistemas CRISPR, que cortam o DNA para torná-lo inútil, o sistema Tipo IV-A funciona interrompendo o processo de conversão do material genético em moléculas de RNA, uma etapa necessária para produzir proteínas nas células. Este tipo de interferência é particularmente útil no controle da competição genética e na regulação de genes. Os cientistas concentraram-se em compreender como estes sistemas reconhecem alvos de ADN e introduzem uma proteína especial chamada DinG helicase, que desenrola a cadeia de ADN para que possa ser processada posteriormente para realizar a tarefa.
Falando sobre o trabalho, o Dr. Malinauskaitė disse: “Nossos resultados revelam os processos detalhados por trás do maquinário CRISPR tipo IV-A e mostram como eles funcionam de maneiras únicas. Essa compreensão pode nos ajudar a desenvolver ferramentas para editar material genético e regular genes de novas maneiras.”
Os pesquisadores usaram microscopia crioeletrônica, um método de congelamento de uma amostra a temperaturas ultrabaixas para capturar sua estrutura em alta resolução, para mapear a estrutura de duas versões diferentes do sistema Tipo IV-A. Uma versão vem de uma bactéria chamada Pseudomonas oilovorans, enquanto a outra vem de Klebsiella pneumoniae. Os pesquisadores descobriram que esses sistemas têm um formato semelhante ao de um camarão, com componentes proteicos formando uma espinha dorsal contendo RNA guia que guia o sistema para um alvo de DNA específico e se liga ao DNA alvo. Proteínas específicas como Cas8 e Cas5 desempenham um papel fundamental para garantir que o sistema se fixe na sequência correta de DNA. As diferenças nestas proteínas indicam que cada versão funciona de forma ligeiramente diferente, permitindo-lhes adaptar-se a diferentes necessidades.
Outra descoberta importante foi como os sistemas recrutam a DinG helicase, uma proteína que os ajuda a interferir nos processos genéticos. Um sistema utiliza zonas de interação estreitas (pequenas áreas onde as proteínas estão conectadas) para fixar a proteína, enquanto o outro sistema possui conexões mais extensas envolvendo múltiplas proteínas. Estas diferenças indicam que os sistemas evoluíram para enfrentar os diferentes desafios da gestão do ADN.
Os investigadores também destacaram as semelhanças e diferenças entre estes sistemas e outros sistemas que combinam RNA e DNA. Embora alguns processos possam parecer familiares, a forma como esses sistemas usam as helicases DinG os diferencia. Esta mudança reflete a flexibilidade e adaptabilidade dos sistemas CRISPR ao longo do tempo, demonstrando o seu sucesso evolutivo no processamento de material genético.
Os especialistas acreditam que a pesquisa tem aplicações práticas além da compreensão da genética. O professor Pausch observou: “O design compacto do sistema Tipo IV-A o torna ideal para a criação de novas ferramentas para edição de genomas, especialmente onde o espaço é limitado, como em sistemas de distribuição baseados em vírus”.
Ao final do estudo, os cientistas tinham uma compreensão mais clara de como esses sistemas funcionam, oferecendo potencial para aplicações futuras. O design e os mecanismos exclusivos do sistema Tipo IV-A poderiam ser usados para desenvolver ferramentas avançadas para fins médicos e agrícolas. Espera-se que essas descobertas moldem o futuro da tecnologia de edição de genoma e forneçam novas direções para os pesquisadores de engenharia genética.
Referência do diário
Čepaitė R., Klein N., Mikšys A. et al. “Variação estrutural na interferência CRISPR mediada pelo tipo IV-A1 e tipo IV-A3.” Comunicações da Natureza (2024). Número digital: https://doi.org/10.1038/s41467-024-53778-1
Sobre o autor
Professor Patrick Bausch Ele é um pesquisador distinto na área de tecnologia de edição de genoma e lidera pesquisas inovadoras no sistema CRISPR. Trabalhando na Universidade de Vilnius, especializou-se na decodificação dos mecanismos moleculares de regulação genética com o objetivo de desenvolver ferramentas avançadas de engenharia genética.
Dra. Lena Malinasket é um biólogo molecular cujo trabalho se concentra na compreensão das interações DNA-proteína. A sua investigação fez contribuições significativas para a inovação em sistemas CRISPR, com foco na biologia estrutural, para desbloquear o seu potencial em aplicações médicas e agrícolas.
Dr. Rafael Pinilla-Redondo é um renomado microbiologista especializado no estudo do sistema imunológico bacteriano e suas aplicações em biotecnologia. Ele é afiliado à Universidade de Copenhague e está empenhado em explorar a diversidade e a evolução dos sistemas CRISPR para enfrentar desafios científicos urgentes.
Professor Lennart Landau é um cientista molecular conhecido por seu trabalho em biologia de RNA e sistemas de defesa microbiana. Seu trabalho na Universidade Philipps de Marburg melhorou muito nossa compreensão dos mecanismos adaptativos CRISPR em microrganismos e é de grande importância para futuras inovações em biotecnologia.
