Os cientistas deram um passo importante na compreensão de como funcionam os sistemas CRISPR, especialmente aqueles conhecidos como sistemas tipo IV-A, que funcionam de forma diferente dos outros. Esses sistemas utilizam formas únicas de gerenciar material genético sem cortá-lo. Prof Patrick Bausch da Universidade de Vilnius, Philips University Marburg e da Universidade de Copenhague, Dra. Lina Malinauskaite, Dra. Uma equipe de pesquisadores liderada por Rafael Pinilla-Redondo e o professor Lennard Randau usaram detalhes avançados desses métodos de imagem. Suas descobertas foram publicadas na revista Nature Communications.
Ao contrário de outros sistemas CRISPR que inativam o DNA, os sistemas do tipo IV-A funcionam interrompendo o processo de conversão do material genético em moléculas de RNA, uma etapa necessária para a síntese de proteínas nas células. Este tipo de interferência é particularmente útil no controle da competição genética e na regulação de genes. Os cientistas se concentraram em aprender como esses sistemas reconhecem alvos de DNA e trazem uma proteína especial chamada DNG helicase.
Malinauskaide, “Nossas descobertas revelam os processos detalhados por trás dos mecanismos CRISPR tipo IV-A e mostram como eles funcionam de maneiras únicas. Essa compreensão nos ajudará a desenvolver ferramentas para editar material genético e regular genes de novas maneiras.”
Os pesquisadores usaram microscopia eletrônica criogênica, um método de congelamento de amostras em temperaturas ultrabaixas, para capturar suas estruturas em alta resolução, para mapear as estruturas de duas versões diferentes de sistemas do tipo IV-A. Uma versão vem da bactéria Pseudomonas olivorans e a outra da Klebsiella pneumoniae. Descobriu-se que os sistemas tinham um formato semelhante ao de um camarão, com componentes proteicos formando uma espinha dorsal que contém um RNA guia que direciona o sistema para alvos específicos de DNA e se liga ao DNA alvo. Proteínas específicas chamadas Cas8 e Cas5 desempenham um papel importante para garantir que a estrutura se fixe na sequência correta de DNA. As diferenças nestas proteínas significam que cada versão funciona de forma ligeiramente diferente, permitindo-lhes adaptar-se a diferentes necessidades.
Outra descoberta importante é como os sistemas recrutam a Ding helicase, uma proteína que ajuda a intervir nos processos genéticos. Um sistema utiliza uma zona de contacto estreita, uma pequena região onde as proteínas se ligam, para ligar esta proteína, enquanto o outro tem uma ligação mais ampla que inclui muitas proteínas. Estas diferenças resultaram na evolução dos sistemas para enfrentar diferentes desafios na gestão do ADN.
Os pesquisadores também destacaram semelhanças e diferenças entre esses sistemas e outros que ligam RNA e DNA. Embora alguns dos processos sejam familiares, a forma como esses sistemas utilizam a helicase DinG os diferencia. Esta variabilidade reflete a flexibilidade e adaptabilidade dos sistemas CRISPR ao longo do tempo, refletindo o seu sucesso evolutivo na manipulação de material genético.
Os especialistas acreditam que a pesquisa tem aplicações práticas além da compreensão da genética. “O design compacto dos sistemas tipo IV-A os torna ideais para o desenvolvimento de novas ferramentas para editar genes, especialmente em situações com espaço limitado, como sistemas de distribuição baseados em vírus”, observou o Prof.
Ao final do estudo, os cientistas forneceram uma imagem mais clara de como esses sistemas funcionam, oferecendo potencial para aplicações futuras. Os designs e mecanismos exclusivos dos sistemas tipo IV-A podem ser usados para desenvolver ferramentas avançadas para fins médicos e agrícolas. Espera-se que essas descobertas moldem o futuro das tecnologias de edição genética e forneçam uma nova direção para os pesquisadores que trabalham em engenharia genética.
Nota de diário
Čepaitė R., Klein N., Mikšys A., et al. “Variação estrutural dos tipos de interferência CRISPR mediada por IV-A1 e IV-A3.” Comunicações da Natureza (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-53778-1
Sobre os professores
Professor Patrick Bausch Ele é um pesquisador líder em tecnologias de edição de genoma, liderando estudos em sistemas CRISPR. Baseado na Universidade de Vilnius, a sua experiência reside na descodificação dos mecanismos moleculares de regulação genética, com o objetivo de desenvolver ferramentas avançadas para a engenharia genética.
Dra. Lina Malinauskaite Ele é um biólogo molecular que se concentra na compreensão das interações DNA-proteína. Sua pesquisa contribuiu significativamente para as descobertas do sistema CRISPR, enfatizando a biologia estrutural para desbloquear seu potencial em aplicações médicas e agrícolas.
Dr. RAFAEL PINILLA-REDONTO Ele é um renomado microbiologista especializado em sistemas imunológicos bacterianos e suas aplicações em biotecnologia. Afiliado à Universidade de Copenhague, ele explora a diversidade e a evolução dos sistemas CRISPR para enfrentar desafios científicos urgentes.
Professor Leonardo Randau Ele é um cientista molecular conhecido por seu trabalho em biologia de RNA e sistemas de defesa microbiana. Ele está baseado na Philipps-Universität Marburg e avançou significativamente a nossa compreensão dos mecanismos adaptativos do CRISPR em micróbios, com implicações para futuras inovações biotecnológicas.
